|
多層輕鋼民用建筑中的結(jié)構(gòu)體系分析
（作者未知） 2009/5/10
（接上頁）工程實(shí)例分析
1．工程概述
分析以典型的辦公樓布置為基礎(chǔ)，平面尺寸為72m×14.4m，基本柱網(wǎng)尺寸為8.4m×7.2m，跨度為6m，柱距為7.2m，內(nèi)走廊寬2.4m,層高為3.2m，層數(shù)考慮3至18層。采用鋼框架結(jié)構(gòu)體系，若不滿足側(cè)移要求，適當(dāng)加一些支撐。主梁采用焊接工形截面，柱采用焊接箱型截面�？蚣艿臋M向和縱向梁柱按剛性連接設(shè)計(jì)，現(xiàn)場采用摩擦性高強(qiáng)螺栓和焊接連接，次梁為工字型截面單跨簡支梁。外墻正立面為240厚瓷磚飾面的混凝土砌塊，主要隔斷內(nèi)墻為200厚混凝土砌塊，次要內(nèi)墻為輕鋼龍骨石膏板輕質(zhì)隔墻。樓蓋采用鋼－混凝土疊合板組合樓蓋，設(shè)計(jì)主次梁時(shí)充分考慮樓蓋與鋼梁的組合作用。
2．計(jì)算參數(shù)及計(jì)算軟件
本工程設(shè)計(jì)主要依據(jù)國家有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)程、規(guī)范，如《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GBJ9-87)、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ11-89)、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ17-88)、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ10-89)、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ7-89)等。所有梁柱均采用Q345鋼，基礎(chǔ)和負(fù)彎距受拉鋼筋為Ⅱ級(jí)，樓板及分布筋Ⅰ級(jí)，樓板混凝土標(biāo)號(hào)為C40。
結(jié)構(gòu)上作用活荷載包括樓面活荷、風(fēng)荷和地震作用，橫荷載包括樓板和墻體自重，均按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GBJ9-87)取用，梁柱自重按實(shí)際重量取用；基本風(fēng)壓按北京地區(qū)0.35kN/m2取用；設(shè)計(jì)地震烈度為8度，Ⅱ類場地。
計(jì)算軟件采用通用有限元軟件ANSYS,它是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型軟件包。主要利用ANSYS軟件提供的結(jié)構(gòu)靜力分析模塊，采用三維beam4梁單元和shell93殼單元按空間模型進(jìn)行計(jì)算載荷引起的位移和應(yīng)力，并按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》驗(yàn)算構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定性。同時(shí)采用通用結(jié)構(gòu)分析軟件SAP93進(jìn)行結(jié)構(gòu)復(fù)驗(yàn)計(jì)算分析。
3．計(jì)算工況既及說明
計(jì)算時(shí)考慮以下主要的3種工況：1.2恒荷＋1.4活荷、1.2恒荷＋1.4×0.85（活荷＋風(fēng)荷）以及地震作用。在計(jì)算地震作用時(shí)，12層以下采用底部剪力法，13至18層采用振型疊加法，考慮前5個(gè)自振周期。
四、 計(jì)算結(jié)果及分析
1．層數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)體系及平面布置的影響
3至6層建筑物的設(shè)計(jì)是由豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)布置和構(gòu)件截面尺寸的選擇，由于其側(cè)移很容易滿足，為了節(jié)省鋼材，可以抽去靠近走廊的一排柱子，每榀剛架布置3根柱子。
隨著層數(shù)的增加，盡管豎向荷載仍對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生著重要影響，但水平荷載卻起著決定性的因素，控制著構(gòu)件截面的選擇。此時(shí)，為了滿足側(cè)移要求，要么保持3排柱子布置不變，增大柱子截面尺寸；要么改3排柱子為4排。兩種方案分析比較發(fā)現(xiàn)改為4排柱子更為經(jīng)濟(jì)。
當(dāng)房屋層數(shù)達(dá)到15層時(shí)，其頂點(diǎn)位移和層間位移已經(jīng)非常大，欲滿足設(shè)計(jì)要求，僅僅靠增大柱截面已經(jīng)不經(jīng)濟(jì)了，這時(shí)沿橫向和縱向在邊跨和中跨適當(dāng)?shù)牟贾靡恍┲畏炊?jié)省鋼材。
2．主要構(gòu)件的截面尺寸
根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果，對(duì)梁和柱截面規(guī)格尺寸進(jìn)行了優(yōu)化和歸并，以節(jié)約鋼材和減少構(gòu)件種類，3至18層的梁柱截面尺寸見表1。
表1 3-18層主要構(gòu)件的尺寸
結(jié)構(gòu)體系 主梁 次梁 柱 備注
3-6層 純框架 I350×200×8×6 I300×200×8×6 □350×350×10×10 三排柱布置
7-9層 純框架 I400×200×8×6 I300×200×8×6 □400×400×14×14 四排柱布置
10-14層 純框架 I400×200×8×6 I300×200×8×6 □450×450×14×14 四排柱布置
15-18層 框支 I400×200×8×6 I300×200×8×6 □480×480×14×14 四排柱布置
由上表可以清楚地看到，隨著層數(shù)的增多，為了滿足側(cè)移要求，柱截面增加很多，整個(gè)設(shè)計(jì)和截面的尺寸由側(cè)移控制。當(dāng)增加到15層時(shí)，還必須適當(dāng)布置一些支撐，這時(shí)結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度突然增大，地震作用也增大很多，柱的受力加大，整個(gè)設(shè)計(jì)由柱的穩(wěn)定控制。
3．3至18層的單（未完，下一頁）
|