大跨度钢筋混凝土柱面网格屋盖设计实例
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大跨度柱面网壳结构设计要点1. 引言1.1 背景介绍大跨度柱面网壳结构是一种具有特殊设计特点的建筑结构形式,通常用于大跨度空间覆盖或支撑。
这种结构形式在近年来得到广泛应用,其设计和施工技术也在不断进步和完善。
背景介绍这一部分将从其发展历程和应用领域两个方面来介绍大跨度柱面网壳结构的背景。
大跨度柱面网壳结构的发展历程可以追溯到古代建筑时代。
古代建筑师在缺乏现代科学技术的情况下,也创造了一些大跨度柱面网壳结构,如中国古代的古建筑、埃及的金字塔等。
这些古老的结构形式不仅展示了古人的智慧,也启发了我们在现代建筑设计中运用大跨度柱面网壳结构的灵感。
大跨度柱面网壳结构的应用领域越来越广泛。
它不仅可以应用于体育馆、展览馆等大型公共建筑的覆盖,还可以应用于桥梁、地铁站、机场候机楼等建筑的结构支撑。
特别是在地震频发的地区,大跨度柱面网壳结构能够提供更好的抗震性能,保障建筑物和人员的安全。
1.2 研究意义柱面网壳结构是一种充满现代感且具有艺术美感的建筑结构形式,随着建筑技术的不断发展,大跨度柱面网壳结构在现代建筑中得到了广泛的应用。
研究大跨度柱面网壳结构的设计要点具有重要的意义,这些意义主要表现在以下几个方面:1.提高建筑结构的承载能力和稳定性。
大跨度柱面网壳结构的设计要点涉及到结构的布置、连接方式、荷载分配等方面,合理设计可以提高结构的承载能力和稳定性,确保建筑物的安全性。
2.提升建筑的美感和艺术性。
大跨度柱面网壳结构是一种具有现代感和艺术美感的建筑形式,通过精心设计和合理布局,可以使建筑更具美感,提升建筑的文化内涵和品位。
3.促进建筑结构的可持续发展。
研究大跨度柱面网壳结构的设计要点,可以促进建筑结构技术的创新和发展,推动建筑行业向着更加环保、节能、可持续的方向发展,为城市建设和社会发展做出贡献。
4.丰富建筑结构设计的形式和方法。
大跨度柱面网壳结构是一种新颖的建筑形式,研究其设计要点可以为建筑结构设计师提供更多的设计思路和方法,丰富建筑结构设计的形式和方式,推动建筑设计的创新与发展。
1【例题10.1】 某四层现浇框架结构办公楼,柱网尺寸为(5.40+2.70+5.40)m ×3.60m ,层高为3.9m ,底层室内外高差为0.45m ,楼盖为120mm 厚现浇钢筋混凝土板,横向框架承重,不考虑抗震设防要求,图 10.16 为结构平面布置图。
要求:(1)确定梁柱截面尺寸及刚度计算;(2)进行横向框架的荷载计算(取中部一榀框架计算)。
解:1.框架计算简图及梁柱截面尺寸估算(1)计算简图梁、柱均以轴线表示杆件,跨度方向取柱截面的形心线,高度方向取横梁截面的形心线。
框架层高除底层外都取建筑层高,底层从基础顶面算至一层楼盖梁截面形心处。
在尚未确定基础埋深之前,可假定基础顶面在室外地面以下200mm 处。
则:底层高度=0.2m+室内外高差+底层层高-1/2梁高=0.2m+0.45m+3.9m-⨯210.5m=4.3m 横向平面框架计算简图如图10.17所示。
(2)框架梁、柱截面估算 框架梁:边跨梁高h =⎝⎛121~⎪⎭⎫81l = ⎝⎛121~⎪⎭⎫81×5400mm=450~675mm ,取h =600mm ,梁宽取b =250mm ;中跨梁高取h =500mm ,梁宽取b =250mm 。
梁的截面形式为:边跨梁倒“L ”形,中跨梁“T 形”,为方便计算,均简化为矩形,截面形式如图10.18所示。
框架柱:截面尺寸可按下法估算(中柱负荷最大,以中柱为例):荷载估算:恒荷载的标准值按10kN/m 2估算,活荷载的标准值取2.0kN/m 2。
中柱的负荷面积为()m m 6.327.24.5⨯+=14.58m 2则中柱柱底承受的荷载标准值为:恒载标准值:10kN/m 2×4(层数)×14.58m 2=583.2kN活载标准值:2kN/m 2×4(层数)×14.58m 2=116.64kN中柱柱底承受的荷载设计值为:N=1.2×583.2kN+1.4×116.64kN=863.136kN假设混凝土强度等级为C20,f c =9.6N/mm 2图10.17框架计算简图图10.18 梁截面形式2柱的截面面积 26.99.08631369.0mm N N f N A c ⨯=≥=99900mm 2选用柱的截面面积为400mm ×500mm ,实际面积为200000mm 2。
大跨度型钢混凝土梁板屋盖设计摘要:随着经济的不断发展,以及功能需求的不断提升,越来越多的大跨度结构形式在各种建筑设计中出现。
按照GB50011-2010建筑抗震设计规范的要求,跨度大于18 m的框架为大跨度框架。
解决大跨度屋面结构有许多方法,如采用钢结构、预应力混凝土梁板结构或者是型钢混凝土梁板结构等。
各种结构形式有各自的特点和要求。
预应力框架主梁的经济跨度为15m~25m,梁跨高比15~20。
在该跨度范围内采用预应力混凝土,可解决大跨度梁的抗裂、挠度问题,扩大柱网,形成大空间,提高建筑物的使用功能。
关键词:大跨度结构;型钢混凝土梁板;屋盖设计前言高层建筑和大跨度建筑是近代经济发展和科学技术进步的产物。
随着经济的发展,人口向城市集中,造成城市用地紧张,促进了高层建筑的发展。
而随着人们物质和精神文明建设的发展,各类公共建筑也不断涌现,这又促进了大跨度建筑的发展。
这两类建筑都具有自重较大,结构构件受力较大,抗震性能要求较高的特点,而型钢混凝土结构相对于传统的钢筋混凝土结构,能更好地适应这些要求,因而在近些年来得到快速的发展。
型钢混凝土结构,又称钢骨混凝土结构或劲性钢筋混凝土结构,它是指梁、柱、墙、筒体等杆件或构件,以型钢为骨架,外围包以钢筋混凝土所形成的组合结构。
使用的型钢可分为实腹式和空腹式两大类:实腹式型钢构件可由型钢或钢板焊成,常见的截面有I、H形等,也有矩形及圆形钢管。
空腹式构件的型钢一般由缀板或缀条连接角钢或槽钢组成。
空腹式型钢比较节约钢材,但制作费用较高,抗震性能相对较差,目前应用不多。
实腹式型钢由于制作简便、承载力大,因此被广泛应用。
1型钢混凝土结构的优缺点1.1与钢筋混凝土构件相比较,型钢混凝土结构具有以下特点:(1)整体工作—型钢骨架与外包钢筋混凝土形成整体,共同受力。
(2)截面尺寸小—钢筋混凝土构件受到自重和配筋率限值的制约,提高承载力和刚度的唯一途径是加大截面尺寸;而型钢混凝土构件可以利用设置较大截面的型钢参与共同受力,承载力相同,截面面积可以大大减小。
钢筋混凝土空间薄壳结构案例姓名:章名路班级:建筑121学号:2012012365指导老师:韩景玮1. 北京老山奥运自行车馆(1)项目简介北京2008奥运会老山自行车赛馆位于北京石景山区老山街,屋盖采用双层球面网壳结构,覆盖直径149(536 m,矢高14(69 m,矢跨比约为l,10,表面积约为18 240 m2(网壳支承于倾斜人字形钢柱及柱顶环形桁架之上,柱顶支承跨度为l 33(06 m(沿周边外挑8.238m,网壳厚度2(8 m,为跨度的1,47(5(屋盖以金属屋面板为主,中部设玻璃采光带(钢结构总用钢量为2040t,合112 k?m2,其中双层球面网壳用钢量约70 kg,m2(2)结构形式网壳通过24对人字型柱支承于沿周边均匀分布的24根钢筋混凝土柱柱顶,人字型柱柱顶设置钢结构圈梁,利用网壳外挑部分设置圈梁桁架。
钢筋混凝土柱柱顶标高+7.15m,网壳最高点标高+35.49m。
网壳采用四角锥网格,最大网格尺寸为4.96m×4.24m,厚度2.8m。
以四角锥网格为主,径向网格32个,最外圈环向网格96个,向内经多次缩格使网格大小均匀,网壳杆件采用圆钢管截面,钢管规格为矽114×4,矽203×12,节点为焊接空心球节点,规格为D 300×12一D600×24(加肋)(球面网壳周边通过环形桁架支承于人字形钢柱柱顶,环形桁架由4根环梁通过腹杆连接而成全部采用圆钢管截面,其中网壳上、下弦周边的3根环梁截面为>500×16,人字形钢柱柱顶环梁截面为>1 200×20,环梁与腹杆及与人字形钢柱均采用钢管相贯节点相连(人字形钢柱沿环向倾斜设置,共24对,其截面为>l 200×18的圆钢管,柱脚采用铸钢球铰支座节点,如右图所示(除柱脚铸钢节点钢材为Gs一20Mn5N外,室内钢结构钢材为Q345B,室外则采用Q345C,以确保低温下的材料性能((3)计算模型网壳结构设计中假定所有节点为铰接节点,杆件为轴心受力的空间杆单元,采用空间杆系有限元法进行分析,分析模型如图5所示(采用空间网格结构设计软件TwcAD和通用有限元分析软件ABAQUS进行结构分析,以便相互校核((4)荷载分析由于网壳矢跨比较小,在结构自重、屋面恒载、吊挂荷载及屋面活荷等竖向荷载作用下,网壳将产生较大的水平推力(由于人字形钢柱柱脚采用了可以转动的铸钢球铰节点,该水平推力主要由沿网壳周边布置的刚度很大的环形桁架承受,钢柱仅受轴向压力作用,减小了钢柱及下部混凝土结构的负担(风荷载以风吸力为主,风荷载作用下结构的内力及变形与竖向荷载作用效应相反,并使环形桁架受压、人字型钢柱柱脚节点受拉(由于结构体型较大,设计中考虑了温度荷载效应,温度变化根据北京当地的气候情况取为一20,枷?(分析表明,温度变化时,结构可以自由地发生较大的温度变形(见图6)而不产生温度应力,升温至“0?时,结点最大水平位移为26(9咖(由于半跨雪荷载将使结构产生反对称变形(见图7),因此,对半跨雪荷载进行了补充分析(与满跨活荷载作用相比,在半跨雪荷载作用下,大部分杆件应力有所减小或基本不变,仅无雪荷一侧跨度三分点附近个别杆件应力略有增大(总的来说,不对称分布的雪荷载对该网壳结构的设计不起控制作用((5)点刚度对结构性能的影响由于环梁连续设置、环梁与人字形钢柱采用钢管相贯节点连接,节点刚度较大(设计中简化为节点铰接的杆单元与实际情况不完全相符,尽管一般情况下忽略节点刚度使结构整体设计偏于安全,但节点局部由弯矩引起的次应力可能导致节点失效,危及整体结构的安全;同时,节点刚度可能限制整体结构“自由地”发生温度变形而引起较大的温度应力(为了考察节点刚度对结构性能的影响,将环梁及人字形钢柱假定为梁单元,补充进行了在竖向荷载和温度荷载作用下的结构分析(在竖向荷载作用下,网壳大部分杆件应力有所降低,只有与环梁直接相连的个别杆件应力有所增大,且增大幅度很小;网壳上、下弦周边的3根矽500×16的环梁中剪力、弯矩及扭矩等引起的次应力很小,基本可以忽略不计;人字形钢柱中剪力、弯矩及扭矩等引起的次应力也较小,且人字形柱本身设计应力很低,经验算,人字形柱应力仍满足设计要求;柱顶环梁(西1200×20)受力性能类似于多跨连续梁,在与人字形柱相连的节点处有较大的弯矩作用,使该节点处环梁应力有较大幅度的增大,达到220 MPa以上,虽满足设计要求但应力偏高,因此,结合人字形钢柱与柱顶环梁相贯节点的设计,在该节点处外包等厚度补强钢板、内衬肋板,如图11(一方面满足节点受力要求,另一方面可以有效降低该处环梁应力。
大跨度柱面网壳结构设计要点袁耀明(唐钢国际工程技术股份有限公司,河北唐山063000)[摘要]钢铁企业的露天原料厂很多不符合当今我国的环保要求,所以需要新型的符合环保要求的原 料厂来替代。
由于生产工艺限制,封闭结构必须满足空间大跨的要求,大跨度柱面网壳以其优异的空间大跨 的结构性能,本文将重点阐述该结构形式的优势及设计要点Q[关键词]大跨度;网壳;空间结构 文章编号:2095 -4085 (2019)03 - 0032 - 01謂年上计1概述大跨度柱面网壳结构该结构形式具有三维受力特 点,该结构为超静定结构,如果出现某杆位置失效,大跨度柱面网壳结构可以通过内力的调节,重新达到 稳定,安全度较高。
交汇于节点处的杆件相互支撑,增强了结构的稳定性,也具有一定的抗震能力。
该结 构还有节约材料,安装方便,空间刚度大,适于工业 化生产等优点。
该结构形式是近半个世纪以来应用最 广的一空间结构。
2设计方法大跨度柱面网壳结构,无论采用哪种节点,荷载 都在节点上,构件内力仅为轴向拉力和压力,由节点 刚度引起的杆件弯矩很小。
按照空间杆系结构进行计 算,杆件之间的连接假定为铰接,忽略节点刚度的影 响和次应力引起的杆件内力变化。
受荷后网格结构位 移很小,属于小挠度范畴,不必考虑因挠度所引起的 结构几何非线性;另外结构设计时钢材处于弹性阶 段,不必考虑材料的非线性,这样大大缩短了结构计 算时间。
传统计算方法分为两类,一类是连续化假定,一 类是离散化假定。
连续化假定已很少采用;离散化假 定也就是通常所说的有限单元法,这种方法首先将结 构离备为各个M元,茬卓元基础上建立卓元节点另和 节点位移之间的基本方程,以及相应的单元刚度矩 阵,然后利用节点平衡条件和位移协调条件建立整体 结构节点荷载和节点位移关系的基本方程,及其相应 的总体刚度矩阵,通过引入边界约束条件求解出节点 位移,再由节点位移计算出杆件内力。
复杂的网架结构杆件数量多,计算量大,需要辅 助设计软件进行计算,目前国内空间结构辅助设计软 件有 3D3S,SFCAD,MST及 SAP2000,其中 3D3S在 建模与模型编辑,荷载添加,构件分析验算,后处 理,节点设计等方面均有独特优势,作为主要的辅助 设计软件,用SAP2000进行校核验算。
屋盖为大跨度网架的钢筋混凝土框架结构设计摘要:随着人们对生活、工作空间的要求逐渐增高,为满足建筑上大空间要求,笔者结合实例介绍一下钢筋混凝土框架结构顶层屋盖为大跨度的网架的处理方法。
关键词:大跨度网架;框架结构;屋盖中图分类号:tu7文献标识码:a文章编号:前言随着我国经济的迅速发展,人们对生活、工作空间的要求越来越高,结构设计人员面临的挑战也越来越大。
结构设计人员经常会遇到这样的工程:为了满足建筑上大空间的要求,钢筋混凝土框架结构顶层屋盖为大跨度的网架,如职工文化体育活动中心、燃气锅炉房等大型工业与民用建筑。
下面笔者结合某锅炉房煤改气工程的结构设计,介绍一下自己的处理方法。
1 工程概况该煤改气锅炉房抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度值为0.2g,属高地震烈度区,占地面积1600m2,建筑总高度为13.2米,为单层的框架结构,屋盖为大跨度网架,网架支撑在周边的框架柱上,网架的平面尺寸为:30m×53米,网架厚度约为2.5m。
2 pmcad中建模(网架层)2.1 相关规范的规定现行的《建筑抗震设计规范》(gb50011-2010)第3.6.6条第一款规定:计算模型的建立、必要的简化计算与处理,应符合结构的实际工作状况。
2.2 现行的《网架结构设计与施工规程》(jgj7-91)第3.3.1条规定:由平面桁架系组成的网架结构和正防四角锥网架结构,经过惯性矩的折算,可简化为相应的交叉梁系,用差分法进行内力、位移计算。
梁的折算惯性矩i可按下式计算:式中:at、ab—分别为网架上、下弦杆截面面积h—网架高度因此,在进行框架结构计算时,可将网架简化为等惯性矩的交叉梁系。
3 模型的简化处理根据以上相关规范的规定,pmcad中模型的建立应符合以下两个条件:1)、应保证模型中网架平面内的刚度与实际情况基本一致。
2)、应保证网架的荷载能按实际受力情况传递到相应的框架梁、柱上。
图pmcad中网架简化示意图基于以上两点的要求,顶层网架屋盖在pmcad中模型处理方法为:按网架按等惯性矩的原则换算成交叉工字型钢梁(或等代虚梁,梁材料类别为刚性杆)输入,并且输入网架对框架产生的荷载。
寒地某图书馆采光屋顶中大跨型钢混凝土结构的设计近年来随着国家经济形式的发展,在全国各地国家重点扶持和建设了一批大型的学校公共类建筑,作为学校建筑中最为重要的配套建筑,图书馆不仅仅是学生日常学习的场所,更是一个与知识交流,与人交流,提升自我修养的场所。
而图书馆的中庭作为建筑中最重要的公共空间,通常都是普通混凝土结构难以实现的大跨度空间。
在以往的中庭大跨度空间的设计中,通常是采用钢结构平板网架,桁架或实腹钢梁等形式来营造采光天窗所需要的效果。
但是本工程所处地区为寒冷地区,根据以往的工程经验,由于冬夏温差较大等因素钢结构从保温和耐久性上都不是非常理想,后期维护费用也较高,而且建筑的创作者想要混凝土构件的厚重感营造出图书馆作为文化建筑的庄重效果。
经过与建筑师的反复讨论,笔者结合日渐成熟的型钢混凝土技术在本工程进行应用,总结如下心得。
1工程概况本工程为吉林铁道职业技术学院新校区建设项目,工程地点位于新校区位于永吉经济开发区,与吉林市毗邻,距吉林市一中12千米,位于202国道一侧。
校区总用地面积87.23公顷,总建筑面积193413.63平方米,图书馆位于校区中轴线的中心位置,建筑层数地上四层局部地下一层,建筑高度23.6米;大跨度框架结构。
中庭跨度24.3mX32.1m,四层顶最大跨度处水平投影长度为32.1米,斜屋面,屋面倾斜角度23°,为满足建筑对空间要求,结构采用型钢混凝土梁与型钢混凝土柱结合的方式,型钢梁1000mx2000m,型钢柱1000x1000.见-图一剖面大样,图二四层结构平面布局图。
2 方案选择由于本工程屋面跨度较大,短跨方向的跨度也为24.3米,屋面造型由于采光天窗的关系呈锯齿状,屋面排水就变成了大问题,因为本身图书馆内馆藏图书丰富,如果一旦漏水,损失巨大。
如果以24.3米为中心向双向排水的话,屋面找坡的自重会非常大,进过反复试算,梁截面很大且无法保证建筑美观要求,而且采光方向建筑对梁截面高度要求严格,只能在垂直于天窗的方向解决此问题。
建筑与结构设计Architectural and Structural Design 大跨度柱面网壳结构设计探讨Discussion on the Design of Long-Span Cylindrical Reticulated Shell Structure邓箭,肖开喜,肖百朝,程唯楚(中建三局集团有限公司,武汉430064)DENG Jian,XIAO Kai-xi,XIAO Bai-chao,CHENG Wei-chu(China Construction Third Engineering Bureau Co.Ltd.,Wuhan430064,China)【摘要】重点介绍了130m大跨度柱面网壳的结构设计,结合笔者多年钢结构设计经验,从结构选型、结构建模、结构计算分析等方面进行了阐述。
[Abstract]This paper focuses on the structural design of a130m long-span cylindrical reticulated shell.By many years of e xperience in steel structure design,the author discusses it from structure selection,structural modeling,structural calculation and analysis.【关键词】网壳;建模;选型;荷载;稳定[Keywords]reticulated shell;modeling;selection;load;stable【中图分类号1TU318【文献标志码】A[D01]10.13616/ki.gcjsysj.2019.07.004【文章编号】1007-9467(2019)07-0015-041工程概况方大特钢炼铁厂原料场封闭改造工程位于江西省南昌市青山湖区方大特钢科技股份有限公司厂区内,根据工业和信息化部2016年11月发布的《钢铁工业调整升级规划(2016-2020年)》,对原料场进行封闭改造,控制扬尘与污水。
大跨度双层网壳屋盖结构的设计前言:大跨度的双层网壳由于其整体性好,覆盖空间大,耗钢量省、施工方便等优点,越来越多的作为工业建筑、体育馆、会馆等结构的屋盖结构。
这类结构为空间多自由度铰接体系,具有杆件多、节点多,动力性能极为复杂等特点。
本文通过一个工程实例,分析了该类结构体系的主要静力和动力特性,对在设计中起控制作用的水平和竖向地震作用进行了较详细和全面分析和研究。
最后,对必不可少的抗震构造措施进行简要介绍。
【关键词】双层网壳;支承体系;竖向地震;抗震性能;抗震构造工程概况某水泥厂石灰石均化库的屋面圆形楼盖的直径为102.00m,球型壳体球径为58.07m,矢高30.30m,楼盖支座高度5.52m;屋面楼盖的结构形式采用双层球面网壳,网格采用正交四角锥系,肋环型布置,环向数为,径向为,支座数为32个。
网壳厚度为m。
竖向支承系统由钢筋混凝土柱和混凝土环梁组成。
结构分析和设计分析模型:本工程利用Autodesk公司的AutoCAD软件建模,采用北京建研院pkpm系列工程设计软件的PMSAP软件进行计算分析。
网架的杆件采用空间铰支杆单元来模拟。
网壳支座节点与混凝土柱采用固定铰支座。
荷载作用:荷载工况主要包括恒荷载、活荷载、风荷载、地震作用和温度作用,各项荷载的取值如下:1)恒荷载(DL):杆件自重由程序自动计算。
屋面板自重0.25为kn/m2,按照屋面板的面积折算为集中力作用于网壳上弦的节点上。
2)活荷载(LL):屋面检修活载:0. 50 kn/m2,积灰荷载:0.50 kn/m2,雪荷载0.625 kn/m2。
取三项活载中最大的雪荷载进行设计。
按照屋面板的水平投影面积折算为集中力作用于网壳上弦的节点上。
3)风荷载(WL):场地的基本分压为0.563kn/m2, 地面粗糙度类别为B 类。
风荷载体型系数按照建筑结构荷载规范(GB50009-2001)(2006年版)中表7.3.1中第35款旋转壳顶中f/l=30.3/102>1/4的情况下相关公式进行计算。
大跨度装配整体式H型钢空间钢网格楼盖结构设计摘要:随着我国社会经济的快速发展,各种新型楼盖结构成为建筑设计的主流趋势。
本文通过对于大跨度装配整体式H型钢空间钢网格楼盖结构的设计进行分析,提高了楼盖受力的合理性,增强结构的安全稳定程度。
关键词:大跨度;整体式;H型空间钢;网格楼盖结构引言:伴随着我国房地产行业的快速发展,建筑行业得到了空前提升。
尤其是各种大跨度钢筋混凝土结构的出现,不仅能够提高传统结构的力学性能,而且进一步增强了混大跨度钢筋混凝土结构的稳定性。
被广泛的应用于公共建筑和工业基地之中,收获了良好的经济效益。
此后,大跨度装配整体式结构体系的出现能够根据实际情况将楼面屋面划分成若干的模块,并且可以在工厂内进行预加工,通过运输到施工场地进行拼装,这样的方式不仅极大的提高了建筑工程的施工效率,而且还能进一步增强工程质量促进建筑行业的进一步发展。
一、大跨度装配整体式H型钢空间钢网格楼盖结构布置分析(一)结构布置由于空间钢网格结构,必须要根据建筑楼盖的平面形状以及柱网分布的情况进行划分,通常情况下,在该结构中,每一个网格数应该多于五格,并且每一个网格的尺寸在1.5-2.5米之间。
所以空间网格必须要根据实际的柱网情况进行调整,保证空间网格的合理性。
当柱网呈现出矩形平面时,可以通过,正交正放,正交斜放网格的方式进行布置,如果柱网是三角形或者多边形,则可以通过三向网格的方式进行结构布置。
在针对大跨度装配整体式H型钢空间钢网格楼盖结构布置的过程中,为了更好的提高结构的受力性必须要保证结构的传力均匀。
所以通常情况下会采用正交正放空间钢网格楼盖的形式,并且长宽比应该保持在 1.5以上。
楼盖的纵横向网柱应该大小相同,这样可以提升施工的效率。
(二)荷载取值在大跨度装配整体式H型钢空间钢网格楼盖荷载取值的过程中,首先应该考虑结构楼板的自重以及楼面的荷载。
同时还应该考虑到灯光照明荷载,以及吊挂设备的荷载。
如果施工场地处于地震频发期,则应该重点考虑抗震效果。
某大跨度框架楼盖结构设计摘要:某展馆建筑局部区域因建筑大空间要求形成大跨度框架结构,通过三种楼盖布置方案的对比分析,提出了合理的大跨度楼盖布置形式,对上部层高较低的楼层,采用斜撑转换的结构形式,从而满足大跨度框架区域的净高要求。
关键词:大跨度框架;楼盖布置;斜撑转换设计1 工程概况某展馆建筑地下1层,地上4层,建筑总高度23.75m,为多层建筑。
主体结构抗震设防烈度为7度,结构体系采用钢筋混凝土框架结构。
建筑功能上,各专题展厅设置在1至3层,4层为办公区。
根据建筑要求,上部结构展厅区域需要抽掉一排柱子,形成18.0m大跨度的展厅空间(图1),柱网为18.0m×9.3m,现对此部分大跨度框架的结构布置进行设计及分析论证。
2 大跨度楼盖结构布置1至3层展厅区域楼盖结构布置需要考虑以下因素:跨度大,荷载重(展厅使用荷载为5.0kN/m2),梁下净高尽量高,保证安全和舒适度。
大跨度楼盖体系采用现浇钢筋混凝土楼盖,主、次梁布置形式采用如下三种方案进行对比(为满足建筑净高要求,三种方案最大控制梁高统一为1000mm,楼板厚均取120mm):方案1:单向双次梁布置形式(图2),次梁沿大跨方向布置,18.0m跨度方向主、次梁截面均为400mm×1000mm,9.3m跨方向主梁截面为400mm×1000mm;方案2:双向次梁布置形式(图3),沿大跨方向布置两道次梁,并在跨中位置增加一道垂直方向的次梁,18.0m跨度方向主梁截面为600mm×1000mm,9.3m 跨方向主梁截面为400mm×800mm,次梁截面均为300mm×800mm;方案3:斜交主梁布置形式(图4),大跨内主梁呈45°、135°交叉布置,沿一个方向的主梁设置一道次梁,交叉主梁截面均为400mm×1000mm,9.3m跨方向主梁截面为400mm×800mm,次梁截面均为300mm×600mm。
建 筑 科 学
2009 NO.20Science and Technology Innovation Herald
1 工程概况
广州市海珠区某楼盘中学风雨操场,单层建筑。
南面是21m×34.8m的大操场,屋盖呈柱面,柱面最高处标高为10.85m,最低处标高为9m。
北面是休息室、厕所、更衣室及器材室等附属建筑,屋顶呈平面,标高为4m。
以上均为不上人屋面。
北面的附属建筑是普通的钢筋混凝土框架结构,本文不再赘述。
下面主要介绍的是南面大操场的屋盖设计。
2 结构选型
笔者首先考虑的是钢筋混凝土框架结构,这是最普通的主—次梁结构形式。
该结构框架一般有三种情况;情况(a),从受弯角度看,主梁截面高度h取决于A-A断面,即h=(1/10~1/12)L=1750~2100mm,这样势必造成B-B断面的截面高度偏大,材料强度不能充分发挥。
同时,结构的美观亦大打折扣,显得笨重。
情况(b)主梁端部的截面高度虽然可以略为减小,但梁柱的铰接接头构造复杂,施工难度较大。
跨中材料的强度不能充分发挥作用,结构的美观程度与情况(a)同。
情况(c)是典型的拱形刚架(见《建筑结构静力计算手册》),其各部分材料强度虽然可以充分发挥作用,但拱梁截面高度经过估算,h要大于1800mm才能满足要求,结构仍然显得笨重。
以上三种情况都是先考虑平面受力,然后再通过纵向的支撑来满足几榀框架间的空间协同工作,与空间结构的受力机理相比,还是有某种程度上的欠缺。
基于上述理由,有必要选择更为合理的结构形式来满足此处的特殊情况。
经过有丰富工程经验的导师指导及笔者认真的斟酌,选择了柱面网格屋盖,平面如图五。
该结构形式是在原平面框架的基础上将其在空间方向作了延伸,使其成为一个空间结构。
3 结构布置
确定采用柱面网格屋盖后,如何在结构计算软件中模拟柱面屋盖,成为结构计算的关键。
笔者运用PM软件,通过定义各梁两端(即梁—梁或梁—柱的相交节点)的标高(PM软件有此功能)来实现梁的柱面弧度,从而比较准确地模拟实际情况。
经过一系列调整计算及兼顾建筑的美观要求,最终确定结构的基本情况如下;梁、板、柱均采用C25混凝土,柱截面b×h=700×700,网格梁截面b×h=400×1600,边梁截面b×h=400×600,屋面板厚度h=120。
4 计算分析
本工程采用结构空间分析程序SATWE进行整体计算,七度设防,二级抗震,基本风压0.50kN/m2,活荷载标准值为0.5kN/
m2(不上人屋面),除结构自重外(即只计面
层及板底抹灰重量),恒载标准值为3.
84kN/m2。
分析结果从如下几个方面讨论:
1)梁柱配筋;KZ4配筋值最大,主方向单侧
纵筋值为4200mm2,全截面配筋率为1.92%;
KZ3配筋次之,主方向单侧纵筋值为
2000mm2,全截面配筋率为1.02%;KZ1配筋
最小,主方向单侧纵筋值为1500mm2,全截
面配筋率为0.94%,三者箍筋值均为
3900mm2/m。
由以上数据可以看出,在竖向
荷载作用下,各拱梁产生的水平推力对各
柱的影响是不同的。
越靠近角部区,框柱受
到的侧向约束越大,而柱顶的水平位移就
越小,故主方向的配筋越小。
在X水平荷载
作用下(X向为最不利方向,故重点讨论),
因角柱在X方向具有成榀的框架协同工作,
故得到与上述相同的效果。
梁的配筋则较
为复杂,其中KL3有四个支座,两个边支座
分别为KZ1和KZ4,KL1、KL2为中间支座;
KL4也有三个支座,两个边支座分别为KZ3
和KZ4,KL2为中间支座。
这是因为KL1及
KL2的跨度远小于KL3及KL4,截面相同
时,显然前者的刚度较大,而且程序考虑了
两者相交结点的变形协调,故可以明显区
分出主“次”梁(此处的“次”梁并不是真正
意义上的次梁,只是从传力角度考虑,设计
时还应将它当成一跨的框架梁)关系。
因
此,KL1、KL2承担了很大的“次”梁集中力,
KL3作用在KL1及KL2上的集中力分别为
460KN和112KN;KL4作用在KL2上的集中
为116KN设计时应充分考虑其影响。
除此
之外,其他各梁相交结点可按井字梁相交
结点配筋。
(2)梁弹性挠度;各梁最大弹性挠度均
出现在跨中(KL3及KL4跨度为两端柱距
离),其中最大挠度出现在两KL4相交结点,
为17.6mm<26737/300=89mm,满足混凝土
受弯构件挠度限值的要求,而且各梁均为
拱形构件,对限制挠度的产生更为有利。
(3)层间位移角;X、Y向地震力作用下
的楼层最大层间位移角分别为1/1279和1/
1509,X、Y向风荷载作用下的楼层最大层
间位移角分别为1/2408和1/4388,均满足
规范对层间位移角的限值。
(4)竖向荷载作用下结构的空间变形;
由于结构在正常使用时主要受竖向荷载作
用,故此处重点分析。
由三维变形图可以看
出,KZ1、KZ2和KZ3组成的四角角区变形
极小,形成空间刚性区,此刚性区对约束整
个结构的变形起了极其重要的作用,而远
离刚性区的KZ4空间变形则逐渐增大,据
此可以推论,当建筑物平面的长宽比加大
时,远离刚性区且靠近X向中心轴的框柱可
能因为受到的约束减小而导致空间变形过
大,影响结构的正常使用。
故采用此结构体
系时应适当控制建筑平面的长宽比。
5 结构设计时须注意的问题和采取的措施
1)弧形屋面不利于水平力的传递。
对普通混凝土框架结构而言,水平的
楼板和框架梁是主要的水平力传递构件,
并与框架柱形成框架协同工作,使结构获
得较好的整体抗侧力能力。
而此处的弧形
屋面传递水平力的能力相对较弱,且与普
通的拱形刚架受水平力的作用机理有所不
同。
因此笔者在设计时采取措施,尽可能增
大框柱的刚度,比如满足建筑使用及美观
要求的同时增大柱截面,加强柱的纵筋及
箍筋配置,提高混凝土强度等级(有条件时)
等等,从而使框柱具有更强的抗侧力能力。
2)竖向荷载作用下,靠近X向中心轴的
框柱侧向位移偏大,有可能影响结构的正
常使用。
当建筑平面的长宽比0.5≤L/B≤2时
采用此结构体系是比较适宜的,前文已论
述,这里需要指出的是结构设计时应采取
措施加强KZ1、KZ3、KZ4之间的Y向联系。
笔者采用的是加大柱顶系梁截面及加层间
梁的方法,柱顶系梁截面为400×600(四肢
箍),底、面筋通长配置,以提高抵抗因柱顶
位移差而产生的平面外弯矩的能力;层间
梁位置靠近柱全高的中点,本工程主要结
合北面的附属结构天面梁位置来设置的,
另一方面,此梁亦可以分担一部分外墙的
重量,不致地梁荷载过大,可谓一举两得。
3)柱顶水平力大导致柱脚弯矩偏大,应
充分考虑其对基础的影响。
本工程基础采用直径为300的锤击预应
力预制管桩,单桩竖向极限承载力值为
1200kN,虽然柱脚轴力不大,轴心竖向力作
用下每柱三桩即可满足,但柱脚弯矩很大
(N
max
组合的N、M
y
分别为1637kN和405kN.
m;M
ymax
组合的N、My分别为1470kN和
503kN.m),偏心力作用下每柱三桩时的承
载力富余不多,而且此弯矩主要是由长期
作用的恒载产生的,故应考虑加桩。
笔者设
计时采用每柱四桩,并通过拉大桩距及加
厚承台来平衡柱脚弯矩,以使柱“站”得更
稳。
建议读者碰到类似工程时应尽量避免
每柱两桩或三桩的情况。
6 结语
本工程已经竣工,现场观感良好,无需
吊顶即可获得美观的顶棚,且极具气势,达
到普通轻钢结构所没有的视觉效果;同时避
免了轻钢结构需要定期维护保养的缺点,此
结构做法更显经济,投入使用后得到业主的
好评。
故本文以此工程为例,给读者提供参
考,希望对这类建筑的结构设计有所帮助。
大跨度钢筋混凝土柱面网格屋盖设计实例
李凯
(广东珠江建筑工程设计公司 广东广州 510630)
摘 要;通过对大跨度屋面采用柱面网格梁的结构布置、设计及施工进行分析,阐述了柱面网格梁在大跨度屋面中应用的可行性,为类似
工程的结构设计提供参考。
关键词;大跨度 柱面网格梁 设计实例
中图分类号;TU7文献标识码;A文章编号;1674-098X(2009)07(b)-0027-01
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科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald。