第一篇：水工結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠度計算分析論文

結(jié)構(gòu)可靠性是研究結(jié)構(gòu)在各種隨機(jī)因素作用下的安全問題。應(yīng)用可靠性理論可以解決結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等問題。該理論以概率論、數(shù)理統(tǒng)計方法和隨機(jī)過程理論為基礎(chǔ)，從系統(tǒng)角度出發(fā)，將結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計、分析、評價、檢測和維護(hù)融為一體[1].隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)可靠度已從科學(xué)理論研究發(fā)展到了廣泛應(yīng)用階段[2-3], 目前它已在水利、航空、機(jī)械、土建等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

在進(jìn)行水工結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，過去多采用單一安全系數(shù)等方法，具有簡單、明了、概念明確的優(yōu)點(diǎn)，在工程實(shí)際應(yīng)用中也已積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)踐證明這一方法是基本可行的?？墒?，這種設(shè)計方法實(shí)際上是用定數(shù)模型來處理不確定性問題，本身在理論上存在著不足，這也就使得該方法不能較好地評價水工結(jié)構(gòu)或邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定程度、真實(shí)的安全狀態(tài)[4].水利工程中的壩體結(jié)構(gòu)可靠或不可靠是受各種外界及自身內(nèi)部隨機(jī)因素影響的。結(jié)構(gòu)絕對可靠是不可能的，只能說其失效概率極小。為了使結(jié)構(gòu)設(shè)計更為可靠，國家先后頒布了《水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50199-94），及《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（SL/T 191-96）等規(guī)范，以期打破過去水利水電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用傳統(tǒng)的單一安全系數(shù)的做法，將可靠性理論得以推廣[5-6].其后，發(fā)布了《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（SL 191-2008）、《水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50199-2013）等規(guī)范性文件，對舊的設(shè)計規(guī)范進(jìn)行替換，可靠度理論在水利設(shè)計中逐漸趨于方便與快捷。同時，周新剛、Guo L、趙國藩等學(xué)者結(jié)合有限體積法（FVM）、蒙特卡羅等方法對結(jié)構(gòu)耐久可靠度進(jìn)行了模擬研究以及闡述了國外結(jié)構(gòu)可靠性的研究進(jìn)展[7-9], 但是在研究過程中，多集中于某項(xiàng)實(shí)驗(yàn)分析，與目前國內(nèi)采用的設(shè)計規(guī)范對比性不足，因此本文結(jié)合我國現(xiàn)行規(guī)范對水工結(jié)構(gòu)設(shè)計中的可靠度方法展開研究。

1、水利工程結(jié)構(gòu)可靠度計算模型

根據(jù)《水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50199-2013）等規(guī)范性文件 ,目前水工結(jié)構(gòu)可靠度的分析計算主要采用“作用效應(yīng)-結(jié)構(gòu)抗力”計算模型或在其基礎(chǔ)上進(jìn)行變化的模型。根據(jù)可靠性的定義，結(jié)構(gòu)失效之后即不可靠。因此，在明確結(jié)構(gòu)功能和失效模式條件下，結(jié)構(gòu)可靠度就可定量地表示[10]:若結(jié)構(gòu)抗力小于施加在它上面的作用效應(yīng)，結(jié)構(gòu)就失效，此事件發(fā)生的概率即為失效概率。

基于此，定義如下：作用效應(yīng)用 S 表示，其為非負(fù)隨機(jī)變量或隨機(jī)過程；結(jié)構(gòu)抗力用 R 表示，也為非負(fù)隨機(jī)變量或隨機(jī)過程； 當(dāng)作用效應(yīng) S 不超過結(jié)構(gòu)抗力 R 時，結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是可靠的，否則，被認(rèn)為是失效的。用數(shù)學(xué)方程表示為：

（1）結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)，結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)未超過閾值，結(jié)構(gòu)處于安全、實(shí)用狀態(tài)，此時 R-S>0;（2）結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)達(dá)到了極限承載能力狀態(tài)，此時 R-S=0;（3）結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)，結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)超過閾值，結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生斷裂、不安全變形等，此時 R-S<0.可得到判斷結(jié)構(gòu)可靠性的功能函數(shù)，水工結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性思維要點(diǎn)便是需滿足此函數(shù)取值要求，這種設(shè)計思路也稱為結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計。在水工結(jié)構(gòu)中，R 反映的是壩體材料本身的力學(xué)特性，S 反映的是整個壩體所受到的外荷載作用。

2、水工結(jié)構(gòu)的可靠度分析

以重力壩為例，在不同的工況下，其破壞主要考慮兩種方式，即強(qiáng)度破壞和穩(wěn)定破壞，對應(yīng)的可靠度則稱為強(qiáng)度可靠度和穩(wěn)定可靠度[3].（1）水工結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性可靠度分析。水工結(jié)構(gòu)的抗滑穩(wěn)定性計算是基于承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行的。

以重力壩為例進(jìn)行分析，重力壩是依靠自身重量產(chǎn)生的抗滑力來維持其穩(wěn)定性。重力壩計算中認(rèn)為滑動面為膠結(jié)面，重力壩壩體為剛體[3,11].此時滑動面上的滑動力作為效應(yīng)函數(shù)，阻滑力為抗力函數(shù)。由此可得到壩基面抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)的方程：

但是我們在設(shè)計過程中不難發(fā)現(xiàn)水工結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)都較為復(fù)雜，使用不便，因此在 SL/T191-96中采用了以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法。

以可靠指標(biāo)度量結(jié)構(gòu)的可靠性，從而建立起極限狀態(tài)與結(jié)構(gòu)可靠度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。該可靠度方法引入了兩種極限狀態(tài)（承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)）、3 種荷載（永久荷載、可變荷載、偶然荷載）、3 種安全級別、5 種分項(xiàng)系數(shù)等。分項(xiàng)系數(shù)的選擇需考慮工程結(jié)構(gòu)安全級別、設(shè)計狀況、作用和材料性能的變異性、計算模式不定性等。從而對水工結(jié)構(gòu)最終應(yīng)達(dá)到的可靠度水平進(jìn)行設(shè)計。對壩工而言，分項(xiàng)系數(shù)是依據(jù)壩體結(jié)構(gòu)的重要性、壩高、失效后果、破壞性質(zhì)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等因素以優(yōu)化方法分析并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)而確定的[11].分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法概念明確、使用簡便。

例如，對于承載能力極限狀態(tài)，按作用效應(yīng)基本組合，其設(shè)計表達(dá)式為：

但是在使用過程中，仍有不少人反映 SL/T 191-96 分項(xiàng)系數(shù)過多，比較繁瑣，使用仍然存在不方便，希望采用更為簡便的單一系數(shù)方法。因此在 SL191-2008 中將γ0、γdn、Ψ 合并為一個系數(shù) K,也即承載力安全系數(shù) K, 則可將承載能力極限狀態(tài)簡化成為 KS≤R,此時傳統(tǒng)的單一安全系數(shù)設(shè)計法與考慮分項(xiàng)系數(shù)的可靠度方法得到了較好的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了由復(fù)雜到簡單的進(jìn)化[12].（2）水工結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度可靠度計算。仍然以重力壩為例，混凝土重力壩的材料強(qiáng)度對保證大壩安全十分重要?；炷辆哂械目箟簭?qiáng)度高的特點(diǎn)，重力壩正是充分利用這個特點(diǎn)發(fā)揮其效益?；趶?qiáng)度可靠性方法，以計算重力壩上游、下游邊緣的垂直應(yīng)力為例，可得到：

通過這種計算方法，可得到壩體材料應(yīng)力值，但其應(yīng)力值需滿足 DL 5108-1999《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的強(qiáng)度指標(biāo)。此時則滿足 R>S.同理，考慮分項(xiàng)系數(shù)的可靠度理論設(shè)計方法表達(dá)式為：

據(jù)此，同樣可以依據(jù)概率極限狀態(tài)設(shè)計法，計算得到設(shè)計值。

3、可靠度計算中的系數(shù)取值

如前文所述，由于過去分項(xiàng)系數(shù)過多，新規(guī)范SL191-2008 中采用了多系數(shù)分析，安全系數(shù)表達(dá)的方法，各系數(shù)的選取如下[13]:

（1）設(shè)計狀況系數(shù) Ψ。新規(guī)范 SL 191.2008 中考慮到施工階段發(fā)生事故的概率較高，對基本組合，取設(shè)計狀況系數(shù) Ψ 為 1.0;對偶然組合，取為 0.85.（2）結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) γ0.SL/T 191-96 將水工結(jié)構(gòu)的安全級別分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級，結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)取為 1.1、1.0、0.9.對于四五級建筑物，在大中型水利水電工程的 4、5 級水工建筑物結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取0.9 顯然偏低，故提高至 0.95.在 SL 191-2008 中，計算承載力安全系數(shù) K 值時，將 4、5 級建筑物的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) γ0取 0.95,1、2、3 級建筑物的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)仍取為 1.1 和 1.0.（3）結(jié)構(gòu)系數(shù) γd.配筋混凝土的結(jié)構(gòu)系數(shù) γd取為 1.2;素混凝土的結(jié)構(gòu)系數(shù) γd按受拉破壞和受壓破壞分別取為 2.0 和 1.3.將以上系數(shù) Ψ、γ0、γd代入 K=Ψγ0γd中，則可以得到 K 值，取整后得到規(guī)范 SL 191-2008 文獻(xiàn)[12] 中表 3.2.4 混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力安全系數(shù)取值表。

4、結(jié)論及建議

（1）本文根據(jù)《水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50199-2013）等規(guī)范性文件，對目前水工結(jié)構(gòu)可靠度的“作用效應(yīng)-結(jié)構(gòu)抗力”分析計算模型進(jìn)行分析； 基于對壩基面抗滑穩(wěn)定分析及混凝土重力壩的材料強(qiáng)度極限狀態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法更為簡便?；诖?，對照規(guī)范 《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（SL/T191-96）及（SL 191-2008）將可靠度理論應(yīng)用于水工結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計算?；谠O(shè)計規(guī)范，對可靠度方法中各系數(shù)取值進(jìn)行研究，使傳統(tǒng)的單一安全系數(shù)設(shè)計法與考慮分項(xiàng)系數(shù)的可靠度方法得到了較好的結(jié)合，將復(fù)雜計算方法簡單化。

（2）考慮可靠度理論的設(shè)計方法已成為當(dāng)代國際工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，可靠度理論在水工設(shè)計中的應(yīng)用關(guān)鍵在于合理地確定分項(xiàng)系數(shù)，我國目前使用的設(shè)計規(guī)范中系數(shù)取值多按經(jīng)驗(yàn)選取，并未按統(tǒng)計學(xué)方法取值。建議完善荷載和材料等參數(shù)數(shù)據(jù)庫，加強(qiáng)對參數(shù)均值及變異系數(shù)等原始數(shù)據(jù)的整合，從而使分項(xiàng)系數(shù)取值更為合理。

（3）傳統(tǒng)的單一安全系數(shù)法和可靠度設(shè)計中的分項(xiàng)系數(shù)法各有優(yōu)缺點(diǎn)，建議進(jìn)一步研究兩種表達(dá)系數(shù)之間的關(guān)系，從而建立一種表達(dá)式簡單、概念明確的概率極限狀態(tài)設(shè)計法。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 吳世偉。結(jié)構(gòu)安全度與可靠度分析論文集 [C].江蘇： 河海大學(xué)出版社，1988.[2] A.M.Freudenthal, J.M.Garrelts, et al.The analysis ofstructural safety[J].ASCE, 1947,（112）：267-325.[3] 王婷。混凝土重力壩的可靠性分析[D].阜新 :遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2005.[4] 李清富 ,高建磊 ,樂金朝。工程可靠性原理 [M].鄭州 :黃河水利出版社，1995.[5] GB 50199-94.水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國計劃出版社，1994.[6] SL/T 191-96.水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京 :中國水利水電出版社，1996.

第二篇：水工建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵問題初探

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水工建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵問題初探

水工建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵問題初探

摘要：水工建筑物作為技術(shù)設(shè)施建筑的一個重要組成部分，其結(jié)構(gòu)設(shè)計一直以來都是建筑設(shè)計的重點(diǎn)內(nèi)容。下文中筆者將結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn)，對水工建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)問題進(jìn)行探討，文中筆者將結(jié)合具體的工程實(shí)例，對其進(jìn)行分析，將從工程概況和工程布置及水工建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計兩個方面展開論述，諸多不足，還望批評指正。

關(guān)鍵詞：水工建筑物河閘 結(jié)構(gòu)設(shè)計

中圖分類號：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

引 言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國建筑業(yè)也取得了較大的發(fā)展成就，尤其是城市基礎(chǔ)設(shè)施工程方面，對于改善城市生活環(huán)境、提高城市居民生活質(zhì)量起著非常重要的作用。下文中筆者將主要對水工建筑物的有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)問題進(jìn)行探討，因?yàn)樗そㄖ鳛橹苯佑绊懗鞘兴h(huán)境的建筑工程，對于城市的防澇防洪工作有著非常重要的意義，為城市發(fā)展提供著可靠堅實(shí)的保障，所以，文中筆者將結(jié)合具體的實(shí)例，對水工建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的幾個關(guān)鍵問題進(jìn)行淺析。下文中筆者選取的水工建筑的類型為河閘，其地理位置位于平原地區(qū)。

1工程概況

該河閘及套閘位于平原地區(qū)某城市，并且其在城市中的具體位置靠近中央商貿(mào)區(qū)，所以一定程度上增加了工程的施工難度，也對工程的安全性提出了更高的要求。該河閘工程的基本施工任務(wù)是：首先，要做好城市內(nèi)的夏季防洪工作，結(jié)合當(dāng)?shù)氐木唧w商貿(mào)區(qū)的規(guī)劃，制定一個工程防洪防澇設(shè)計方案。其次，要滿足該市的航運(yùn)要求，因其處于該市的重要商貿(mào)區(qū)，所以周邊有許多游船需要通航。本著這兩個施工任務(wù)，在工程開展的過程中，有關(guān)部門和單位要時刻調(diào)整設(shè)計方案。

根據(jù)該市的具體情況，在河閘施工前，擬定的基本工程規(guī)模為：該河閘工程要建立一座長為八點(diǎn)五米的節(jié)制閘，并且每一個輔助商套

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閘的基本建筑參數(shù)為:閘首寬十二米，閘室寬十二米，閘室長六十米。另外，根據(jù)該市的整體市政規(guī)劃，以及相關(guān)的河道規(guī)劃要求，在河閘建筑的過程中，閘身順?biāo)髦行木€應(yīng)該與河道中心線重合。這樣不僅可以有效的縮短該地區(qū)的防洪岸線，有利于節(jié)約工程資源，還可以使河閘的閘身貼近外河口，有利于游船的?？俊?/p>

由此可見，在該河閘以及相關(guān)套閘的施工過程中，不僅應(yīng)該滿足河閘的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，還應(yīng)該盡量結(jié)合實(shí)際情況，規(guī)劃一個有助于該區(qū)商業(yè)圈規(guī)劃和管理的方案。

（1）具體河閘施工

上文中我們已經(jīng)提到了該河閘的位置比較特殊，位于相城區(qū)中央商貿(mào)區(qū)，這樣在建筑的過程中就必須要考慮其運(yùn)行過程中對周圍商業(yè)圈的影響。并且由于該河閘所處的位置是兩河交界處，使得其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。在有關(guān)工程人員對該地進(jìn)行了實(shí)地考察和地形分析后，決定采取如下的施工方案，即采用整體式鋼筋砼結(jié)構(gòu)，并將其設(shè)立成三孔基本結(jié)構(gòu)，使其中的兩孔作為閘室，中間的一孔封閉后作為河閘的基準(zhǔn)平臺。按照這種施工方案，所得的河閘的基本數(shù)據(jù)為底板垂直水流寬度為二十八點(diǎn)四米，順?biāo)飨蚩傞L八米。兩側(cè)的每個閘室，也就是邊孔的具體數(shù)據(jù)為寬八點(diǎn)五米，中間孔寬四米，中墩厚二點(diǎn)五米，邊墩厚一點(diǎn)二米，底板面高一米，底板厚一點(diǎn)二米，墩頂高程六點(diǎn)五米。節(jié)制閘孔徑八點(diǎn)五米，門頂高程五點(diǎn)二米。

（2）河閘周圍的商貿(mào)區(qū)套閘結(jié)構(gòu)設(shè)計

上文中我們提到，為了更好的處理該河閘周圍的商貿(mào)區(qū)的防洪工作，需要通過一定的套閘施工予以輔助，所以該套閘的施工和結(jié)構(gòu)設(shè)計也是非常重要的，套閘的位置相較于河閘主體的位置向東，其總長為十二米，閘室與閘首同寬，寬十二米，閘室長六十米。

另外，該套閘的其他數(shù)據(jù)分別為：上閘首垂直水流的寬度為十七米，順?biāo)飨虻幕鹃L度為二十米，閘室寬十二米，底板面高程與河閘一樣，為一米，套閘的底板厚一點(diǎn)二米，消力檻高程一米，墩頂高程六點(diǎn)五米。西側(cè)墩墻厚一點(diǎn)兒米，東側(cè)邊墩墩墻厚四米左右。另外，值得注意的是，在套閘的內(nèi)部有專門的輸水通道，這個通道的為了保持與套閘的一致性，也應(yīng)該選用下臥式鋼閘門結(jié)構(gòu)。

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2工程布置及水工建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1設(shè)計依據(jù)

（1）工程等級

根據(jù)《城市防洪工程設(shè)計規(guī)范》(CJJ50-92)、《水利水電工程等別劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2000)、《蘇州市城市防洪規(guī)劃報告》，蘇州市城市中心區(qū)和工業(yè)園區(qū)的城市等別為Ⅱ等，工程規(guī)模為大(2)型；相城區(qū)和其他幾個區(qū)的城市等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型。相城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB50286-98)，外河堤防及堤防上的水閘、泵站等建筑物工程級別為Ⅱ級。主要建筑物級別為2級，次要建筑物為3級。

（2）通航標(biāo)準(zhǔn)

中央商貿(mào)區(qū)河道無航道等級要求，為滿足水上旅游通航功能，擬建商貿(mào)區(qū)套閘工程按等外級航道上建筑物設(shè)計。

2.2工程總體布置

2.2.1 工程控制高程

（1）堤防。外河防洪設(shè)計水位4.80m，加上安全超高0.40m，外河側(cè)堤防高程不低于5.20m；內(nèi)河最高控制水位3.80m，加上安全超高0.30m，內(nèi)河側(cè)堤防高程不低于4.10m。

（2）閘頂高程。閘頂高程不低于堤頂高程。本次二閘工程主要任務(wù)是擋水（商貿(mào)區(qū)套閘兼顧通航）。擋水時閘頂高程不低于水閘設(shè)計(校核)洪水位加波浪計算高度和相應(yīng)安全超高值之和。

（3）設(shè)計控制高程。根據(jù)以上兩條基本要求，文陵河閘頂高程、商貿(mào)區(qū)套閘上閘首閘頂高程及各外河堤頂高程取5.20m ；商貿(mào)區(qū)套閘下閘首閘頂高程取4.50m；結(jié)合中央商貿(mào)區(qū)地面使用情況，內(nèi)河側(cè)堤頂及閘室擋墻頂高程取5.00m。

2.2.2閘位選擇

閘位選擇遵循以下原則：（1）工程總體布置與蘇州市相城區(qū)城區(qū)防洪規(guī)劃、元和塘以西地區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃等要求相一致，建筑物外形與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)；（2）滿足防洪、航運(yùn)和改善城市水環(huán)境的綜合功能要求；（3）工程總體布置與規(guī)劃河道相一致；（4）平面布局緊湊合理，滿足規(guī)范要求。

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該河閘位于相城區(qū)中央商貿(mào)區(qū)東部，是商貿(mào)區(qū)東西向骨干河道，根據(jù)該片區(qū)防洪規(guī)劃，本工程實(shí)施2×8.5m節(jié)制閘一座。閘孔分別布置兩側(cè)，二閘孔間的中孔為封閉孔，此形式同新建橋梁外形相協(xié)調(diào)一致，目前閘址南北側(cè)為規(guī)劃綠地，施工場地可布置于閘南側(cè)，交通較為方便。閘站順?biāo)飨蜉S線與橋梁中心線重合。

商貿(mào)區(qū)套閘位于相城區(qū)中央商貿(mào)區(qū)中部，所在河道規(guī)劃河道寬度20m，根據(jù)該片區(qū)防洪規(guī)劃，本工程實(shí)施12m套閘一座，閘首與閘室同寬，寬12m，閘室長60m。目前閘址西側(cè)為規(guī)劃公路綠化帶，東側(cè)為規(guī)劃小島，施工場地可布置于閘東側(cè)，位置相對來說較為開闊，交通也較為方便。套順?biāo)飨蜉S線與規(guī)劃河道中心線重合。

2.3水工建筑物設(shè)計

2.3.1河閘設(shè)計

（1）閘結(jié)構(gòu)及主要尺寸

閘為整體式鋼筋砼結(jié)構(gòu)，設(shè)三孔，其中二邊孔為閘室，中孔封閉其上作平臺。底板垂直水流總寬28.40m，順?biāo)飨蚩傞L8.00m。每個閘室（邊孔）寬8.50m，中孔寬4.00m，中墩厚2.50m，邊墩厚1.20m，底板面高程0.00m，底板厚1.20m，墩頂高程6.50m。節(jié)制閘孔徑8.50m，計二孔，閘門采用下臥式鋼閘門結(jié)構(gòu)形式。門頂高程5.20m，閘門啟閉采用卷揚(yáng)式啟閉機(jī)（配減速機(jī)）。

結(jié)構(gòu)設(shè)計考量因素

該河閘作為重要的基礎(chǔ)城市設(shè)施，其在設(shè)計過程中需要綜合各方面的因素，在對文中的河閘進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，有關(guān)部門應(yīng)該從以下幾個方面進(jìn)行考量：首先，要滿足運(yùn)行的安全性，河閘的運(yùn)行安全是其施工的基本要求；其次，河閘的防洪和防澇功能，作為河閘的基本功能，防澇和防洪是其作為城市基礎(chǔ)設(shè)施，保障城市生活環(huán)境的最重要的結(jié)構(gòu)設(shè)計影響因素；再次，河閘結(jié)構(gòu)同周圍套閘之間的結(jié)構(gòu)一致性，因其在使用功能的發(fā)揮過程中，離不開套閘的支撐，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，還要充分的考慮套閘的基本結(jié)構(gòu)。

綜上所述，上文中筆者結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn)，并列舉實(shí)例，水工建筑，尤其是河閘的結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵問題進(jìn)行了分析，并針對不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，提出了解決的措施和建議，希望能夠?yàn)槲覈?/p>

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專業(yè)論文

建筑物的更好更快發(fā)展，做出自己的貢獻(xiàn)，以上僅為筆者拙見，諸多不足，還望批評指正。

作者簡介：張文武，男 1980 湖北武漢大學(xué)

廣東省興寧市水利水電勘測設(shè)計室 水工建筑設(shè)計

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第三篇：框架結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書.

第一章 緒論 第一節(jié) 工程概況

一、工程設(shè)計總概況: 1.規(guī)模:本工程是一棟四層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)教學(xué)樓,使用年限為 50年 , 抗震設(shè)防烈度為 8度;建筑面積約 3000㎡, 建筑平面的橫軸軸距為 6.5m 和 2.5m , 縱軸軸距為 4.5m;框架梁、柱、板為現(xiàn)澆;內(nèi)、外墻體材料為混凝土空心砌塊, 外墻裝修使用乳白色涂料仿石材外墻涂料, 內(nèi)墻裝修噴涂乳膠漆, 教室內(nèi)地面房 間采用水磨石地面, 教室房間墻面主要采用石棉吸音板, 門窗采用塑鋼窗和裝飾 木門。全樓設(shè)樓梯兩部。

2.結(jié)構(gòu)形式:鋼筋混凝土四層框架結(jié)構(gòu)。3.氣象、水文、地質(zhì)資料: 1氣象資料

A.基本風(fēng)壓值:0.35kN/㎡, B.基本雪壓值:0.25kN/㎡。C.凍土深度:最大凍土深度為 1.2m;D.室外氣溫:年平均氣溫最底-10℃,年平均氣溫最高 40℃;2水文地質(zhì)條件

A.土層分布見圖 1-1,地表下黃土分布約 15m ,垂直水平分布較均勻,可塑 狀態(tài),中等壓縮性,弱濕陷性,屬Ⅰ級非自重濕陷性黃土地基。地基承載力特征 值 fak=120kN/㎡。

B.抗震設(shè)防等級 8度,設(shè)計基本地震加速度值為 0.20g ,地震設(shè)計分組為第 一組,場地類別為Ⅱ類。

C.常年地下水位位于地表下 8m ,地質(zhì)對水泥具有硫酸鹽侵蝕性。

D.采用獨(dú)立基礎(chǔ), 考慮到經(jīng)濟(jì)方面的因素, 在地質(zhì)條件允許的條件下, 獨(dú)立 基礎(chǔ)的挖土方量是最為經(jīng)濟(jì)的,而且基礎(chǔ)本身的用鋼量及人工費(fèi)用也是最低的, 整體性好, 抗不均勻沉降的能力強(qiáng)。因此獨(dú)立基礎(chǔ)在很多中低層的建筑中應(yīng)用較 多。

二、設(shè)計參數(shù):(一根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》本工程為一般的建筑物,破壞后果嚴(yán) 重,故建筑結(jié)構(gòu)的安全等級為二級。

(二 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為 50年, 耐久等級二級(年 , 耐火等級二級, 屋面防水Ⅱ級。

(三建筑抗震烈度為 8度,應(yīng)進(jìn)行必要的抗震措施。(四設(shè)防類別丙類。

(五本工程高度為 15.3m ,框架抗震等級根據(jù) GB 50223-2008《建筑工程 抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》,幼兒園、小學(xué)、中學(xué)教學(xué)樓建筑結(jié)構(gòu)高度不超過 24m 的混 凝土框架的抗震等級為二級。

(六地基基礎(chǔ)采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。圖 1-1 土層分布

第二章 結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)布置 第一節(jié) 結(jié)構(gòu)設(shè)計 *建施圖(見圖紙

一、結(jié)構(gòu)體系選型

(一結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)形式的分析比較

結(jié)構(gòu)體系是指結(jié)構(gòu)抵抗外部作用的構(gòu)件組成方式。一般有框架結(jié)構(gòu)體系、剪 力墻結(jié)構(gòu)體系、框架--剪力墻結(jié)構(gòu)體系、筒體結(jié)構(gòu)體系等。

建筑結(jié)構(gòu)形式,主要是以其承重結(jié)構(gòu)所用的材料來劃分,一般可以分為鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)等。

(二多層建筑的結(jié)構(gòu)體系及選擇 1.框架結(jié)構(gòu)體系

框架結(jié)構(gòu)是利用粱、柱組成的橫、縱兩個方案的框架形成的結(jié)構(gòu)體系。它同 時承受豎向荷載和水平荷載。

由梁和柱這兩類構(gòu)件通過剛節(jié)點(diǎn)連接而成的結(jié)構(gòu)稱為框架, 當(dāng)整個結(jié)構(gòu)單元 所有的豎向和水平作用完全由框架承擔(dān)時, 該結(jié)構(gòu)體系成為框架結(jié)構(gòu)體系。有鋼 筋混凝土框架、鋼框架和混合結(jié)構(gòu)框架三類。

框架結(jié)構(gòu)體系具有可以較靈活地配合建筑平面布置的優(yōu)點(diǎn), 利于安排需要較 大空間的建筑結(jié)構(gòu)。同時框架結(jié)構(gòu)的梁、柱構(gòu)件易于標(biāo)準(zhǔn)化、定型化,便于采用 裝配整體式結(jié)構(gòu),以縮短施工工期。

2.剪力墻結(jié)構(gòu)體系

利用建筑物墻體作為承受豎向荷載和抵抗水平荷載的結(jié)構(gòu),稱為剪力墻結(jié)構(gòu)體 系。

3.框架--剪力墻結(jié)構(gòu)體系

在框架結(jié)構(gòu)中,設(shè)置部分剪力墻,使框架和剪力墻兩者結(jié)合起來,取長補(bǔ)短,共 同抵抗水平荷載, 這就是框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。如果把剪力墻布置成筒體, 可 稱為框架-筒體結(jié)構(gòu)體系。

4.筒體結(jié)構(gòu)體系

1筒中筒結(jié)構(gòu),筒體分實(shí)腹筒、框筒及桁架筒。由剪力墻圍成的筒體稱為 實(shí)腹筒, 在實(shí)腹筒墻體上開有規(guī)則排列的窗洞形成的開孔筒體稱為框筒;筒體四 壁由豎桿和斜桿形成的衍架組成則稱為衍架筒。筒中筒結(jié)構(gòu)由上述筒體單元組 合,一般心腹筒在內(nèi),框筒或桁架筒在外,由內(nèi)外筒共同抵抗水平力作用。

2多筒體系,成束筒及巨型框架結(jié)構(gòu)。由兩個以上框筒或其他筒體排列成 束狀, 稱為成束筒。巨形框架是利用筒體作為柱子, 在各筒體之間每隔數(shù)層用巨 型梁相連, 這樣的筒體和巨型梁即形成巨型框架。這種多筒結(jié)構(gòu)可更充分發(fā)揮結(jié) 構(gòu)空向作用, 其剛度和強(qiáng)度都有很大提高, 可建造層數(shù)更多、高度更高的高層建 筑。

綜合上述選擇框架結(jié)構(gòu)體系最宜。(三承重體系的選擇

框架結(jié)構(gòu)的承重方案分為以下幾種: 橫墻承重體系, 橫墻承重體系類型的房屋的樓板、屋面板或檁條沿房屋縱向 擱置在橫墻上,由橫墻承重。主要樓面荷載的傳遞途徑是:板、橫墻、基礎(chǔ)、地 基,故稱為橫墻承重體系。橫墻承重體系的特點(diǎn):1房屋的空間剛度大,整體 性好,有利于抵抗風(fēng)力和水平地震作用,也有利于調(diào)整地基的不均勻沉降。2 橫墻承受了大部分豎向荷載;縱墻則主要起圍護(hù)、隔斷和將橫墻連成整體的作用, 受力比較小, 對設(shè)置門窗大小和位置的限制比較少, 建筑設(shè)計上容易滿足采光和 通風(fēng)的要求。3結(jié)構(gòu)布置比較簡單和規(guī)則,可不用梁、樓板采用預(yù)制構(gòu)件,施 工比較簡單方便,分項(xiàng)造價較低。但橫墻占面積多,房間布置的靈活性差,墻體 用材比較多。橫墻承重體系多用于橫墻間距較密、房間開間較小的房屋, 如宿舍、招待所、住宅、辦公樓等民用建筑。

縱墻承重體系,對于進(jìn)深較大的房屋、樓板、屋面板或檁條鋪設(shè)在梁(或屋 架上,梁(或屋架支撐在縱墻上,主要由縱墻承受豎向荷載,荷載的傳遞路 線為:板、梁(或屋架、縱墻、基礎(chǔ)、地基;而對于進(jìn)深不大的房屋,樓板、屋面板直接擱置在外縱墻上,豎向荷載的傳遞路線是:板、縱墻、基礎(chǔ)、地基?？v墻承重體系的特點(diǎn):(1縱墻是主要的承重墻。設(shè)置橫墻的目的主要是為了滿 足房屋空間剛度和結(jié)構(gòu)整體性的要求, 間距可以相當(dāng)大, 因而容易滿足使用上大 空間和靈活布置平面的要求。(2由于縱墻承受的荷載比較大,一般不能任意開 設(shè)門窗洞口,采光和通風(fēng)的要求往往也受限制,縱墻較厚或加壁柱。(3相對于 橫墻承重體系,縱墻承重體系的橫向剛度較差,樓(屋蓋用料較多,而墻體用 料較少。縱墻承重體系的房屋適用于使用上要求較大空間或隔斷墻位置有可能改 變的場合,多見于食堂、會堂、廠房、倉庫、俱樂部、展覽廳等建筑。

縱橫墻承重體系, 常見的有兩種情況:一種是采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板, 另 一種是采用預(yù)制短向樓板的大房間。縱橫墻承重體系特點(diǎn):其開間比橫墻承重體 系大, 但空間布置不如縱墻承重體系靈活, 整體剛度也介于兩者之間, 墻體用材、房屋自重也介于兩者之間,多用于教學(xué)樓、辦公樓、醫(yī)院等建筑。

本工程選擇縱橫墻承重體系。(四建筑材料的選擇 1混凝土選擇

混凝土強(qiáng)度等級選擇時要根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別, 應(yīng)滿足混凝土耐久性 要求;若采用 HRB335鋼筋,混凝土強(qiáng)度等級不宜低于 C20;若采用 HRB400和 RRB400鋼筋以及承受重復(fù)荷載的構(gòu)件, 混凝土的強(qiáng)度等級不得低于 C20。預(yù) 應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于 C30;若采用鋼絞線、鋼絲、熱處理 鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋,混凝土強(qiáng)度等級不宜低于 C40。

在抗震設(shè)計時, 現(xiàn)澆框架梁、柱、節(jié)點(diǎn)的混凝土強(qiáng)度等級按一級抗震等級設(shè) 計時,不應(yīng)低于 C30;按二~四級和非抗震設(shè)計時,不應(yīng)低于 C20?，F(xiàn)澆框架梁 的混凝

土強(qiáng)度等級不宜大于 C40;框架柱的混凝土強(qiáng)度等級:抗震設(shè)防烈度為 9度時不宜大于 C60,抗震設(shè)防烈度為 8度時不宜大于 C70。為便于施工,梁、柱 混凝土最好采用相同強(qiáng)度等級,常用 C30~C40。

2鋼筋選擇

在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的普通縱向受力鋼筋宜選用 HRB400、HRB335鋼筋;箍筋宜 選用 HRB335、HRB400、HPB235鋼筋。對于鋼筋混凝土框架梁、柱等主要結(jié)構(gòu) 構(gòu)件的縱向受力鋼筋,通常采用 HRB400或 HRB335鋼筋,構(gòu)造鋼筋及箍筋可 采用 HPB235;對于鋼筋混凝土板、墻等構(gòu)件的受力鋼筋,可采用 HPB235或 HRB335,構(gòu)造鋼筋采用 HPB235鋼筋。

(五其他結(jié)構(gòu)選型 1.屋面結(jié)構(gòu):平屋頂

2.樓面結(jié)構(gòu):整體現(xiàn)澆雙向板肋型樓面 3.樓梯結(jié)構(gòu):選擇板式樓梯 4.過梁:鋼筋混凝土過梁 5.基礎(chǔ):采用獨(dú)立基礎(chǔ)(六材料選擇

主要構(gòu)件材料:框架梁、板、柱采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土構(gòu)件;墻體采用輕質(zhì)填 充砌塊, 外墻裝修使用乳白色涂料仿石材外墻涂料, 內(nèi)墻裝修噴涂乳膠漆;教室 內(nèi)地面房間采用水磨石地面;教室房間墻面主要采用石棉吸音板, 門窗采用塑鋼 窗和裝飾木門?；炷翉?qiáng)度:梁、板、柱均采用 C30混凝土, 鋼筋使用 HPB235, HRB335二種鋼筋。

(七荷載的選擇表

第二節(jié) 結(jié)構(gòu)布置

一、確定計算簡圖

本工程框架的計算簡圖假定底層柱下端固定于基礎(chǔ), 按工程地質(zhì)資料提供的 數(shù)據(jù),查《抗震規(guī)范》可判斷該場地為Ⅱ類場地土,地質(zhì)條件較好,初步確定本 工程基礎(chǔ)采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ),挖去所有雜填土,基礎(chǔ)置于第二層粉質(zhì)粘土層上, 基底標(biāo)高為設(shè)計相對標(biāo)高– 2.10 m。柱子的高度底層為:h1 = 3.9+2.1– 0.5 = 5.5 m(初步假設(shè)基礎(chǔ)高度 0.5 m ,二~四層柱高為 h2~h4 = 3.6 m。柱節(jié)點(diǎn)剛接,橫 梁的計算跨度取柱中心至中心間距離,三跨分別為:l = 6500、2500、6500。

二、板、梁、柱的截面確定(一現(xiàn)澆板厚確定

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2002現(xiàn)澆鋼筋混凝土雙向板厚度 要滿足以下要求:

1、現(xiàn)澆鋼筋混凝土雙向板的最小厚度不小于 80mm;

2、現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的樓板板厚不應(yīng)小于 100mm ,且雙向板的板厚 不小于跨度的 1/45(簡支、1/50(連續(xù);由于本工程雙向板的最長跨度為 4500mm ,計算得 4500/50=90mm,又因?yàn)榘搴癫恍∮?100mm ,再結(jié)合該建筑各 板的受力情況,選取板厚為 100mm;由于走廊恒載相對較大,但由于走廊的跨 度小所以統(tǒng)一取 100mm。

(二確定梁截面尺寸

梁的截面寬度不宜小于 200mm;截面高寬比不宜大于 4;凈跨與截面高度之 比不宜小于 4。計算方法為: 主梁:h=(1/12~1/8 l , b=(1/2~1/3.5 ,b ≥ bc /2,≥ 250 由于橫向最大跨度為 6500mm ,則: h=(1/12~1/836500=542mm~813mm ,取 650mm;b=(1/2~1/3.5 =217mm~325mm ,取 250mm;橫向框架梁 AB 跨、CD 跨:b 3h=250mm3650mm , BC 跨:b 3h=250mm3450mm 次梁:h=(1/18~1/15 l 由于縱向最大跨度為 4500mm ,則: h=(1/18~1/1234500=250mm~375mm ,取 600mm(取 600mm 主要考 慮窗的高度,將梁高取至窗頂便于施工。b 取 200mm;縱向連接梁:b 3 h=200mm3600mm。

梁截面尺寸初步確定:橫向框架梁 AB 跨、CD 跨:b 3 h=250mm3650mm , BC 跨:b 3 h=250mm3450mm;縱向連接梁:b 3 h=200mm3600mm。(三確定柱截面尺寸

1、框架柱的截面尺寸根據(jù)柱的軸壓比限值,按下列公式計算:(1柱的軸力估計值

12.....G G S N r w S N ββ= G r :荷載綜合分項(xiàng)系數(shù),取 1.25;

W:框架結(jié)構(gòu)重量標(biāo)準(zhǔn)值,取 13KN/ m2 S:柱承載露面面積;Ns:截面以上樓層數(shù)

1β:角柱增大系數(shù),二級抗震取 1.3 2 β:水平力使軸力增大系數(shù), 8度設(shè)防烈度取 1.3(2由 []G c N u f A ≤,知 G c N A f u ≥

注: []u 為框架柱軸壓比限值,本方案為二級抗震等級,查《抗震規(guī)范》可 取為 0.8。

fc 為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值,對 C30,查得 14.3N/mm2。

2、計算過程: 對于邊柱: 12.....G G S N r w S N ββ==1.2531334.533.253431.331.3=1606.56KN G c N A f u ≥

=1606.56/14.330.8=112346.9mm2 取 400mm 3400mm 對于角柱,其受力過程比較復(fù)雜,按要求取與邊柱一樣的尺寸,初選截面 尺寸為 400mm 3400mm 對于中柱: 12.....G G S N r w S N ββ==1.253133(1.2534.5+4.533.25 3431.33 1.3=2224.46KN

G c N A f u ≥

=2224.46/14.330.8=124445.3mm2 取 450mm 3450mm 各層柱截面對應(yīng)相同,結(jié)構(gòu)平面布置見施工圖。(四各層結(jié)構(gòu)布置概況 現(xiàn)澆板板厚:統(tǒng)一板厚 100mm;柱子截面尺寸:角柱、邊柱按 400mm 3400mm 設(shè)置,中間柱按 450mm 3 450mm 設(shè)置;梁截面尺寸:橫向框架梁 AB 跨、CD 跨:b 3 h=250mm3650mm;BC 跨:b 3 h=250mm3450mm;縱向連接梁:b 3 h=200mm3600mm。

三、荷載計算

本工程以 5號軸線橫向框架為計算分析單元。1.屋面橫梁豎向線荷載標(biāo)準(zhǔn)值 恒載

屋面恒載標(biāo)準(zhǔn)值: 40厚架空隔熱板 0.040325=1kN/m2.防水層 0.4kN/m2.20厚 1:3水泥砂漿找平層 0.02320=0.4kN/m2.100厚鋼筋混凝土現(xiàn)澆板 0.10325=2.5kN/m2.10厚紙筋石灰粉平頂 0.01316=0.16kN/m2.屋面恒載標(biāo)準(zhǔn)值: 4.46kN/m 梁自重 邊跨 AB、CD 跨: 0.2530.65325=4.063kN/m 梁側(cè)粉刷: 23(0.65-0.130.02317=0.374kN/m 4.437kN/m 中跨 BC 跨: 0.2530.45325=2.81kN/m 梁側(cè)粉刷: 23(0.45-0.130.02317=0.238kN/m 3.048kN/m 作用在頂層框架梁上的線荷載標(biāo)準(zhǔn)值: 梁自重: g 4AB1=g4CD1 =4.437kN/m, g 4BC1=3.048kN/m 板傳來荷載: g 4AB2=g4CD2=4.4634.5=20.07kN/m g 4BC2=4.4632.5=11.15kN/m 活載

作用在頂層框架梁上的線活荷載標(biāo)準(zhǔn)值: q 4AB =q4CD =0.534.5=2.25kN/m q 4BC =0.532.5=1.25kN/m 2.樓面橫梁豎向線荷載標(biāo)準(zhǔn)值

恒載

20厚水泥砂漿面層 0.02320=0.40kN/m2 100厚鋼筋混凝土現(xiàn)澆板 0.1325 = 2.50kN/m2 2

樓面恒載標(biāo)準(zhǔn)值:3.092kN/m2邊跨(AB , CD 跨 框架梁自重:4.437 kN/m 中跨(BC 跨 梁自重:3.048kN/m 作用在樓面層框架梁上的線恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值為: 梁自重:g AB1 = gCD1 = 4.437kN/m g BC1 = 3.048kN/m 板傳來荷載:g AB2 = gCD2 = 3.09234.5 = 13.914kN/m g BC2 = 3.09232.5= 7.730kN/m(2活載

樓面活載: q AB = qCD = 2.534.5 = 11.25kN/m q BC = 3.532.5 = 8.75kN/m

圖 2-1 恒載頂層集中力(1恒載

邊跨連系梁自重:0.2030.6034.5325 = 13.50kN 粉刷:23(0.60-0.130.0234.5317 = 1.53kN 0.9m 高女兒墻:0.934.533.6 = 14.58 kN 粉刷:0.93230.0234.5317 = 2.75 kN 連系梁傳來屋面自重:0.534.530.534.534.46= 22.58kN 頂層邊節(jié)點(diǎn)集中荷載:G 4A = G4D = 54.94kN 中柱連系梁自重 :0.2030.6034.5325 = 13.50kN 粉刷:23(0.60-0.1030.0234.5317 = 1.53kN 連系梁傳來屋面自重 :0.534.530.534.534.46 = 22.58kN 0.53(4.5+4.5-2.532.5/234.46= 18.12kN

頂層中節(jié)點(diǎn)集中荷載:G 4B = G4C = 55.73kN(2活載: Q A4 = Q4D = 1/234.531/234.530.5 = 2.53kN Q 4B =Q4C =1/234.531/234.530.5+1/23(4.5+4.5-2.532.5/230.5=4.56kN 樓面框架節(jié)點(diǎn)集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值(圖 2-2

圖 2-2 恒載中間層結(jié)點(diǎn)集中力(1恒載: 邊柱連系梁自重 13.50kN 粉刷:1.47kN 連系梁傳來樓面自重:1/234.531/234.533.092 = 15.65kN 中間層邊節(jié)點(diǎn)集中荷載: G A = GD = 30.62kN 框架柱自重: G A ’ = GD ’ = 0.430.433.6325 = 14.4 kN 中柱連系梁自重: 13.50 kN 粉刷: 1.47 kN 連系梁傳來樓面自重: 1/234.531/234.533.092 = 15.56 kN 1/23(4.5+4.5-2.532.5/233.092 = 12.56kN 43.09kN 中間層中節(jié)點(diǎn)集中荷載: G B = Gc =43.09kN 柱傳來集中荷載: G B ’ = Gc’ =18.23kN(2活載:

Q A = QD = 1/234.531/234.532.5=12.66kN Q B =QC = 1/234.531/234.532.5+1/23(4.5+4.5-2.532.5/233.5= 26.87kN 5.風(fēng)荷載

已知基本風(fēng)壓 W 0 =0.35kN/m2,本工程為市郊中學(xué),地面粗糙度屬 C 類,按 荷載規(guī)范

o z s z k W W μμβ=。風(fēng)載體型系數(shù) s μ:迎風(fēng)面為 0.8,背風(fēng)面為– 0.5;因結(jié)構(gòu)高度 H = 15.6m< 30m , H/B=15.6/15.5=1<1.5;故取風(fēng)振系數(shù) 0.1=βz ,計算過程如表 2-1所示, 風(fēng)荷載圖見圖 2-3。

圖 2-3 橫向框架上的風(fēng)荷載 風(fēng)荷載計算 2-1

6.地震作用 建筑物總重力荷載代表值 G i 的計算(a 集中于屋蓋處的質(zhì)點(diǎn)重力荷載代表值 G 4: 50%雪載:0.530.25315.5345 = 87.19 kN 層面恒載:4.4634536.532+4.4634532.5 = 3110.85 kN 橫梁:(4.43736.532+3.04832.5311 = 718.31 kN 縱梁:(13.50+1.4731034= 598.8kN 女兒墻:0.933.63(45+15.532 = 392.04 kN 柱重:0.430.432531.8326+0.4530.4532531.8318 = 351.23 kN 橫墻:3.63[1536.531.8+(2.531.8-232.1/232] = 646.2 kN 縱墻:(4.531.8-332.1/232033.6+4.531.833.6318= 881.28 kN(忽略內(nèi)縱墻的門窗按墻重量算

鋼窗:203332.131/230.4 = 25.2 kN G 4 = 6811.1 kN(b 集中于三、四層處的質(zhì)點(diǎn)重力荷載代表值 G 3~G 2 50%樓面活載:0.532.5315.5345 =871.9 kN 樓面恒載:3.09234536.532+3.09234532.5 =2156.67 kN 橫梁:718.31 kN 縱梁:598.8 kN 柱重:351.2332 = 702.46 kN 橫墻:646.232 = 1292.4 kN 縱墻:881.2832 = 1762.56 kN 鋼窗:25.232 = 50.4 kN G 3 = G2 = 8153.5kN(c 集中于二層處的質(zhì)點(diǎn)重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值 G 1 50%樓面活載:871.9 kN 樓面恒載:2156.67kN 橫梁:718.31 kN 縱梁:598.8 kN 柱重:0.4530.453253(2.75+1.8318+0.430.4325 3(2.75+1.8326= 887.82 kN

橫墻:646.2+646.231.95/1.8 = 1346.25 kN 縱墻:881.28+881.2831.95/1.8 = 1836kN 鋼窗:25.232 = 50.4 kN G 1 = 8466.15 kN 2 地震作用計算:(1框架柱的抗側(cè)移剛度

在計算梁、柱線剛度時,應(yīng)考慮樓蓋對框架梁的影響,在現(xiàn)澆樓蓋中,中框 架梁的抗彎慣性矩取 I = 2I0;邊框架梁取 I = 1.5I0;在裝配整體式樓蓋中,中框 架梁的抗彎慣性矩取 I = 1.5I 0;邊框架梁取 I = 1.2I0, I 0為框架梁按矩形截面計算 的截面慣性矩。橫梁、柱線剛度見表 2-2: 橫梁、柱線剛度 2-2

每層框架柱總的抗側(cè)移剛度見表 2-3: 框架柱橫向側(cè)移剛度 D 值 2-3

ic:梁的線剛度, iz :柱的線剛度。

底層:∑ D = 43(3.31+3.77 +183(3.54+5.86 = 197.52 kN/mm 二~四層: ∑ D = 43(8.71+11.18 +183(9.86+16.63= 556.38 kN/mm(2框架自振周期的計算

框架頂點(diǎn)假想水平位移 Δ計算表 2-4

0:(考慮結(jié)構(gòu)非承重磚墻影響的折減系數(shù),對于框架取 0.6 則自振周期為: T 1=1.70a30.6=0.5s(3地震作用計算

根據(jù)本工程設(shè)防烈度

8、Ⅱ類場地土, 設(shè)計地震分組為第一組, 查 GB 50011 2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中表 5.1-4-2,得特征周期 T g = 0.35 sec ,表 5.3.2得 amax= 0.16。

a 1=(Tg /T1 0.9 a max =(0.35/0.50.930.16=0.116 結(jié)構(gòu)等效總重力荷載: Geq=0.85GL =0.85331584.25=26846.61kN T 1>1.4Tg = 1.430.35 = 0.49 sec 故需考慮框架頂部附加集中力作用

查表 5.2.1得: δn =0.08T 1+0.07=0.0830.5+0.07=0.11 框架橫向水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值為: 結(jié)構(gòu)底部: F EK =a 1G eq =0.116326846.61=3114.21kN ∑ G i H i =335331.06

ΔFn=δn 3F EK =0.1133114.21=342.56kN

各樓層的地震作用和地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值由表 2-5計算列出 , 圖見 2-4

圖 2-4 橫向框架上的地震作用

樓層地震作用和地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值計算表 2-5

6第三章 框架內(nèi)力計算 第一節(jié) 荷載作用下的框架內(nèi)力

一、恒載作用下的框架內(nèi)力 1.彎矩分配系數(shù)

計算彎矩分配系數(shù)根據(jù)上面的原則, 可計算出本例橫向框架各桿件的桿端彎 矩分配系數(shù),由于該框架為對稱結(jié)構(gòu),取框架的一半進(jìn)行簡化計算,如圖 3-1。

節(jié)點(diǎn) A1: 10 10440.2931.172A A A A S i ==?= 1111 441.3335.332A B A B S i ==?= 121244 0.4481.792A A A A S i ==?=(相對線剛度見表 2-2(40.2931.3330.44842.074A

S =++=?∑ 10101.172 0.141 4(0.2931.3330.448 A A A A A S S μ===++ 11115.332 0.643 40.2931.3330.448A B A B A S S μ===++ 12121.792 0.216 40.2931.3330.448A A A A A S S μ===++ 節(jié)點(diǎn) B1: 121221.1522.304B D B D S i ==?=(40.293 1.333 0.448 21.152

A S =+++?∑ 111.3334 0.503 40.2931.3330.44821.152 B A μ?==+++? 120.4484 0.169 40.2931.3330.44821.152 B B μ?==+++? 111.1522 0.217 40.2931.3330.44821.152 B D μ?==+++? 100.2934 0.111 40.2931.3330.44821.152 B B μ?==+++? 節(jié)點(diǎn) A2: 21230.4484 0.201 0.4481.3330.4484A A A A μμ?===++? 221.3334 0.598 0.4481.3330.4484

A B μ?==++?節(jié)點(diǎn) B2: 221.3334 0.475 1.3330.4480.44841.1522 B A μ?==++?+? 21230.4484 0.1601.3330.4480.44841.1522B B B B μμ?===++?+? 221.1522 0.2051.3330.4480.44841.1522 B D μ?= =++?+? 節(jié)點(diǎn) A4: 441.3334 0.748 1.3330.4484 A B μ?==+? 430.4484

0.252 1.3330.4484 A A μ?==+? 節(jié)點(diǎn) B4: 441.3334 0.5661.15220.4481.3334 B A μ?==?++? 430.4484 0.1901.15220.4481.3334B B μ?==?++? 441.1522 0.2441.15220.4481.3334 B D μ?= =?++?

A3、B3與相應(yīng)的 A2、B2相同。2.桿件固端彎矩

計算桿件固端彎矩時應(yīng)帶符號, 桿端彎矩一律以順時針方向?yàn)檎? 如圖 3-1。圖 3-1 桿端及節(jié)點(diǎn)彎矩正方向(1橫梁固端彎矩: 1頂層橫梁 自重作用: 22 4444114.4376.515.621212 A B B A ql kN m

=-=-=-??=-? 22 44113.0481.251.5933 B D ql kN m =-=-??=-?44441/20.795D B B D kN m ==-? 板傳來的恒載作用: 32 2234444222331(12// 12 1 20.076.5(122.25/6.52.25/6.5 56.6612 A B B A ql a l a l kN m =-=--+=-??-?+=-?

22445/965/9611.152.53.63B D ql kN m =-=-??=-? 2244 1/321/3211.152.52.18D B ql kN m =-=-??=-? 2二~四層橫梁 自重作用: 22

1111114.4376.515.621212 A B B A ql kN m =-=-=-??=-? 22 11113.0481.251.5933 B D ql kN m =-=-??=-? 11111/20.795D B B D kN m ==-? 板傳來的恒載作用: 32223 11111(12// 12 A B B A ql a l a l =-=--+ 22233 113.9146.5(122.25/6.52.25/6.5 39.2812kN m =-??-?+=-? 22115/965/967.732.52.52B D ql kN m =-=-??=-? 2211 1/321/327.732.51.51D B ql kN m =-=-??=-?

(2 縱梁引起柱端附加彎矩:(本例中邊框架縱梁偏向外側(cè), 中框架縱梁偏 向內(nèi)側(cè) 頂層外縱梁 4 4 54.940.15.494A D M M kN m =-=?=?(逆時針為正

樓層外縱梁 1130.620.13.062A D M M kN m =-=?=? 頂層中縱梁 4455.730.15.573B C M M kN m =-=-?=-?

樓層中縱梁 1143.090.14.309B C M M kN m =-=-?=-? 3.節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩

橫向框架的節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩為通過該節(jié)點(diǎn)的各桿件(不包括縱向框架梁 在 節(jié)點(diǎn)處的固端彎矩與通過該節(jié)點(diǎn)的縱梁引起柱端橫向附加彎矩之和, 根據(jù)平衡原 則, 節(jié)點(diǎn)彎矩的正方向與桿端彎矩方向相反, 一律以逆時針方向?yàn)檎? 如圖 3-1。節(jié)點(diǎn) A4的不平衡彎矩: 44415.6256.665.49466.786A B A M M kN m +=--+=-?縱梁 本例計算的橫向框架的節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩如圖 3-3。

圖 3-2 橫向框架承擔(dān)的恒載

圖 3-3 節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩4.內(nèi)力計算

根據(jù)對稱原則,只計算 AB、BC 跨。在進(jìn)行彎矩分配時,應(yīng)將節(jié)點(diǎn)不平衡 彎矩反號后再進(jìn)行桿件彎矩分配。

節(jié)點(diǎn)彎矩使相交于該節(jié)點(diǎn)桿件的近端產(chǎn)生彎矩, 同時也使各桿件的遠(yuǎn)端產(chǎn)生 彎矩,近端產(chǎn)生的彎矩通過節(jié)點(diǎn)彎矩分配確定, 遠(yuǎn)端產(chǎn)生的彎矩由傳遞系數(shù) C(近端彎矩與遠(yuǎn)端彎矩的比值確定。傳遞系數(shù)與桿件遠(yuǎn)端的約束形式有關(guān)。

恒載彎矩分配過程如圖 3-4,恒載作用下彎矩見圖 3-5,梁剪力、柱軸力見 圖 3-6。

根據(jù)所求出的梁端彎矩, 再通過平衡條件, 即可求出恒載作用下梁剪力、柱 軸力,結(jié)果見表 3-

1、表 3-

2、表 3-

3、表 3-4。

AB 跨梁端剪力(kN 表 3-1

恒載作用下的彎矩分配

上柱 下柱 右梁 左梁 上柱 下柱 右梁

-2.975 15.00 5.19 17.22-2.305 9.53 1.22 8.46-2.305 9.53 1.61 8.84-2.305 10.09 2.81 10.60 A B 圖 3-4 恒載彎矩分配過程

圖 3-5 恒載作用下彎矩圖(kN.m AB 跨跨中彎矩(kN.m 表 3-3

圖 3-6 恒載作用下梁剪力、柱軸力(kN 柱軸力(kN 表 3-4

二、活載作用下的框架內(nèi)力

注意:各不利荷載布置時計算簡圖不一定是對稱形式, 為方便,近似采用對 稱結(jié)構(gòu)對稱荷載形式簡化計算。1.梁固端彎矩:(1頂層: 32 22344441(12// 12 A B B A ql a l a l =-=--+ 22 23 3 1 2.256.5(1 2 2.25/6.52.25/6.5 6.352 12 kN m =-??-?+=-?

22445/965/961.252.50.407B D ql kN m =-=-??=-? 22441/321/321.252.50.244D B ql kN m =-=-??=-?(2二~四層橫梁:

2231111222331(12// 12 1 11.256.5(122.25/6.52.25/6.5 31.7612 A B B A ql a l a l kN m =-=--+=-??-?+=-?

22115/965/968.752.52.848B D ql kN m =-=-??=-? 22111/321/328.752.51.709D B ql kN m =-=-??=-?

2.縱梁偏心引起柱端附加彎矩 :(本例中邊框架縱梁偏向外側(cè),中框架縱梁 偏向內(nèi)側(cè) 頂層外縱梁 442.530.10.253..A D M M kN m =-=?=(逆時針為正

樓層外縱梁 1112.660.11.266.A D M M kN m =-=?= 頂層中縱梁 44444.560.10.456.2.030.10.203.(B C B C M M kN m M M kN m BC =-=-?=-=-=-?=-僅 跨作用活載時

樓層中縱梁 111126.870.12.687.14.220.11.422.B C B C M M kN m M M kN m BC =-=-?=-=-=-?=-(僅 跨作用活載時 3.各節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩: 當(dāng) AB 跨布置活載時: 44446.3520.2536.099A A B A M kN m =+=-+=-?

12311131.761.26630.494A A A A B A M M M kN m ===+=-+=-?

44446.3520.2536.099B B A B M kN m =+=-=? 12311131.761.26630.494B B B B A B M M M kN m ===+=-=?

當(dāng) BC 跨布置活載時: 44440.4070.2030.610B B D B M kN m =+=--=-? 1231112.8481.4224.27B B B B D B M M M kN m ===+=--=-?

當(dāng) AB 跨和 BC 跨均布置活載時: 44446.3520.2536.099A A B A M kN m =+=-+=-? 12311131.761.26630.494A A A A B A M M M kN m ===+=-+=-? 4444446.3520.4560.4075.489B B A B B D M kN m =++=--=? 1231111131.762.6872.84826.225B B B B A B B D M M M kN m ===++=--=?

4.框架活載的不利布置

活荷載為可變荷載, 應(yīng)按其最不利位置確定框架梁、柱計算截面的最不利內(nèi) 力。豎向活荷載最不利布置原則:(1 求某跨跨中最大正彎矩——本層同連續(xù)梁(本跨布置, 其它隔跨布置 , 其它按同跨隔層布置(圖 3-a;(2求某跨梁端最大負(fù)彎矩——本層同連續(xù)梁(本跨及相鄰跨布置,其它 隔跨布置 ,相鄰層與橫梁同跨的及遠(yuǎn)的鄰跨布置活荷載,其它按同跨隔層布置(圖 3-b;(3求某柱柱頂左側(cè)及柱底右側(cè)受拉最大彎矩——該柱右側(cè)跨的上、下鄰 層橫梁布置活荷載,然后隔跨布置,其它層按同跨隔層布置(圖 3-c;當(dāng)活荷載作用相對較小時, 常先按滿布活荷載計算內(nèi)力, 然后對計算內(nèi)力進(jìn) 行調(diào)整的近似簡化法,調(diào)整系數(shù):跨中彎矩 1.1~1.2,支座彎矩 1.0。

本工程考慮如下四種最不利組合:(a頂層邊跨梁跨中彎矩最大,圖 3-7;

(b頂層邊柱柱頂左側(cè)及柱底右側(cè)受拉最大彎矩,如圖 3-8;(c頂層邊跨梁梁端最大負(fù)彎矩,圖 3-9:(d活載滿跨布置,圖 3-10。

(a(b(c 圖 :3-豎向活荷載最不利布置 5.內(nèi)力計算: 本工程采用“彎矩二次分配法”計算 具體計算步驟:

1根據(jù)各桿件的線剛度計算各節(jié)點(diǎn)的桿端彎矩分配系數(shù),并計算豎向荷載 作用下各跨梁的固端彎矩。

2計算框架各節(jié)點(diǎn)的不平衡彎矩,并對所有節(jié)點(diǎn)的不平衡彎矩同時進(jìn)行第 一次分配(其間不進(jìn)行彎矩傳遞。

3將所有桿端的分配彎矩同時向其遠(yuǎn)端傳遞(對于剛接框架,傳遞系數(shù)均 取 1/2。

4將各節(jié)點(diǎn)因傳遞彎矩而產(chǎn)生的新的不平衡彎矩進(jìn)行第二次分配,使各節(jié) 點(diǎn)處于平衡狀態(tài)。至此,整個彎矩分配和傳遞過程即告結(jié)束。

5將各桿端的固端彎矩、分配彎矩和傳遞彎矩疊加,即得各桿端彎矩?；钶d(1 作用下彎矩二次分配過程如圖 3-11, 梁彎矩、剪力、軸力如圖 3-

12、圖 3-13。

活載(2 作用下彎矩二次分配過程如圖 3-14, 梁彎矩、剪力、軸力如圖 3-

15、圖 3-16。

活載(3 作用下彎矩二次分配過程如圖 3-17, 梁彎矩、剪力、軸力如圖 3-

18、圖 3-19。

活載(4 作用下彎矩二次分配過程如圖 3-20, 梁彎矩、剪力、軸力如圖 3-

21、圖 3-22。

根據(jù)所求出的梁端彎矩,再通過平衡條件,即可求出的活載作用下梁剪力、柱軸力,結(jié)果見表 3-5~表 3-20。

圖 3-7 活載不利布置 1

圖 3-8 活載不利布置 2

圖 3-9 活載不利布置 3

圖 3-10 活載不利布置 4 活載 1作用下的彎矩分配

上柱 下柱 右梁 左梁 上柱 下柱 右梁

1.49 0.64 2.13-1.709-0.88-0.62-3.21 6.25 2.01 8.26-1.709-0.93-0.53-3.17 A B 圖 3-11 活載(1彎矩分配過程

活載(1作用下 AB 跨梁端剪力 表 3-5

活載(1作用下 BC 跨梁端剪力 表 3-6 活載(1作用下 AB 跨跨中彎矩(kN.m 表 3-7

活載(1作用下柱軸力 表 3-8圖 3-12 活載(1彎矩圖(kN.m

圖 3-13 活載(1剪力、軸力(kN活載 2作用下的彎矩分配

上柱 下柱 右梁 左梁 上柱 下柱 右梁

1.49-0.04 1.45 6.25 1.82 8.07-1.709-0.88-1.03-3.62 6.62 2.20 8.82 A B 圖 3-14 活載(2彎矩分配過程

435363738-

活載(3作用下 AB 跨梁端剪力 表 3-13

活載(3作用下 BC 跨梁端剪力 表 3-14 活載(3 作用下 AB 跨跨中彎矩(kN.m 表 3-15

第四篇：結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載計算(重慶大學(xué)畢業(yè)設(shè)計)

3.荷載計算

磚：18KN/m3 加氣砼砌塊墻：4.9KN/m3 水泥砂漿：20KN/m3 鋼筋砼：（24~25）KN/m3 素砼：（22~24）KN/m3 墻面：貼瓷磚墻面（25mm厚（包括水泥砂漿打底）0.5KN/m2 屋面：油氈防水層：一層油氈刷油兩層：0.05KN/m2 活荷載：2.0KN/m2 3.1樓面荷載

3.1.1普通房間樓面恒載： 做法說明：

1，清水砼樓面板(100mm)2，20厚1：2水泥砂漿結(jié)合層(面刷水泥漿一道)(20mm)3，800*800地面磚(20mm)計算式：

0.1*25+0.02*20+0.02*22=3.34KN/m2 樓面活載：2.0KN/m2 3.1.2衛(wèi)生間樓面恒載 做法說明：

1，清水砼樓面板（100mm）2，1:2mmJS防水涂膜(1.2mm)3，1:3水泥砂漿保護(hù)層。（20mm）4，爐渣回填（300mm）

5，1:3水泥砂漿找平（20mm）

6，1:2水泥砂漿結(jié)合層（面刷水泥砂漿一道）（20mm）7，300*300防滑地磚（13mm）計算式：

0.1*25+0.0012*4+0.02*20+0.30*15+0.02*20+0.02*20+0.013*22=8.49KN/m2 衛(wèi)生間活載： 2.0KN/m2 3.2屋面荷載

3.2.1屋面恒載： 做法說明：

1，現(xiàn)澆砼屋面板（100mm）

2，1:6水泥礁渣找坡（平均厚度50mm）3，1:3水泥砂漿找平層（20mm）4，泡沫砼碎塊保溫層（100mm）5，1:3水泥砂漿找平層（20mm）6，SBS改性瀝青防水卷材（4mm）7，1:3水泥砂漿保護(hù)層（20mm）8，剛性屋面（60mm）計算式： 0.1*25+0.05*15+0.02*20+0.1*8+0.02*20+0.004*12+0.02*20+0.06*25=6.798KN/m2 屋面活載：2.0KN/m2 3.3梁上線荷載 3.3.1清水墻面

加氣混凝土砌塊墻(200mm)： 0.2*3.6*4.9=3.53KN/m 實(shí)心磚墻（衛(wèi)生間）（200mm）0.2*3.6*18=12.96KN/m 3.3.2抹灰面（單面水泥砂漿20mm）0.02*3.6*20=1.44KN/m 3.3.3外墻涂料 做法說明： 1，基層墻體

2，界面砂漿（2mm）3，無機(jī)保溫砂漿（8mm）

4，滿掛玻纖網(wǎng)（5mm抗裂砂漿復(fù)合）5，柔性耐水膩?zhàn)?1.5mm)6，外墻涂料（二遍3mm）計算式：

(0.002+0.008+0.005)*3.6*20+(0.0015+0.003)*3.6*9.8=1.24KN/m 3.4屋面梁線荷載 3.4.1梁寬350mm 6.798KN/m3*0.35m2=2.8kn/m 3.4.2梁寬200 6．798KN/m3*0.2=1.34kn/m 3.4.3墻高2.4米下梁荷載

0.2*4.9*2.4+(0.02*2.4*20)*2=4.272KN/m

第五篇：超限高層商業(yè)樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計分析論文

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，商業(yè)建筑迎來了蓬勃發(fā)展的時期。在建筑功能不斷集成的過程中，出現(xiàn)了一系列的結(jié)構(gòu)問題：體量大、體型復(fù)雜、大跨、開洞等，因此現(xiàn)代商業(yè)建筑對結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求越來越高。本文將結(jié)合工程實(shí)例，總結(jié)超限高層商業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，為此類項(xiàng)目的設(shè)計提供參考。

工程概況

某工程由 1 棟 6 層商業(yè)樓，4 棟超高層住宅樓，1 棟 59 層超高層辦公樓組成。本文以 6 層商業(yè)樓為例，分析總結(jié)超限高層商業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。結(jié)合 6 層商業(yè)樓的建筑功能和結(jié)構(gòu)平面布置的特點(diǎn)，設(shè)兩道防震縫將其分為 A、B、C 三個區(qū)，分區(qū)后僅 A 區(qū)屬超限高層，故本文主要介紹商業(yè)樓 A 區(qū)，下文所提商業(yè)樓均指商業(yè)樓 A 區(qū)。

本工程所在地區(qū)基本設(shè)防烈度為 6 度，設(shè)計基本地震加速度為0.05g,設(shè)計地震分組為第一組，建筑場地類別為Ⅱ類，場地特征周期，多遇地震為 0.35s,罕遇地震為 0.40s.商業(yè) A 區(qū)結(jié)構(gòu)單元抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類，應(yīng)按高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求加強(qiáng)其抗震措施，故商業(yè)樓框架抗震等級應(yīng)為 2 級。多遇地震計算時結(jié)構(gòu)阻尼比取 0.05,風(fēng)振計算時結(jié)構(gòu)阻尼比取 0.02.2 基礎(chǔ)設(shè)計

商業(yè)樓基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級，采用樁加防水板基礎(chǔ)。根據(jù)前期試樁檢測報告結(jié)論，采用Φ700 鉆孔灌注樁，抗壓兼抗拔樁。基礎(chǔ)埋深12.1m,遠(yuǎn)大于建筑結(jié)構(gòu)高度的 1/18.經(jīng)復(fù)核，風(fēng)荷載及水平地震作用下基底均不出現(xiàn)零應(yīng)力區(qū)，可滿足高層建筑結(jié)構(gòu)抗傾覆穩(wěn)定要求。地下車庫設(shè)計

地下車庫采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，局部增加的剪力墻，主要有兩個作用：一是為了使得地下 1 層與地上 1 層的剪切剛度比大于 2,滿足正負(fù)零作為地上單體嵌固端的要求，二是為了更好地保證室內(nèi)外高差處水平力的傳遞。商業(yè)樓室內(nèi)及室外相關(guān)范圍內(nèi)，正負(fù)零零層采用梁板式結(jié)構(gòu)，板厚 180 ~250,雙層雙向配筋，且配筋率不小于 0.25%.上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）超限情況的判定

根據(jù)“住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于印發(fā)《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》的通知（建質(zhì)〔2010〕109 號）”,對商業(yè)樓的超限情況判定如下：商業(yè)樓結(jié)構(gòu)高度 29.2m,采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屬于 A 級高度高層建筑，高度不超限。商業(yè)樓3 層以上豎向構(gòu)件縮進(jìn)大于 25%,屬尺寸突變（立面收進(jìn)）；商業(yè)樓地上樓層存在多處樓板有效寬度小于 50%,開洞面積大于30%的情況；④商業(yè)樓3 層和4層之間質(zhì)心相差達(dá) 18m,大于相應(yīng)邊長的 15%,同時，考慮偏心扭轉(zhuǎn)位移比大于 1.2,小于 1.4.綜合以上分析，商業(yè)樓屬于超限高層建筑。

（2）上部結(jié)構(gòu)計算分析

在小震作用下，全部結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)，構(gòu)件承載力和變形應(yīng)該滿足規(guī)范的相關(guān)要求。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 3-2010 第 5.1.12 條的要求，本工程采用 SATWE 與 PMSAP 兩種不同分析軟件分別進(jìn)行了整體內(nèi)力及位移計算，兩種軟件的計算結(jié)果基本一致，結(jié)構(gòu)體系滿足承載力、穩(wěn)定性和正常使用的要求。樓層最大位層間移角小于 1/550,滿足 JGJ 32010 第 5.1.2 條，對不規(guī)則建筑應(yīng)采用時程分析進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計算。本工程所選的三條波為 TH2TG035、TH4TG035、RH4TG035,每條時程曲線計算得到的結(jié)構(gòu)底部剪力均大于 CQC 法的 65%,三組時程曲線計算得到的底部剪力平均值大于 CQC 法計算得到的底部剪力的 80%,故所選三條波滿足規(guī)范要求。時程分析的結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)體系無明顯薄弱層，時程分析法包絡(luò)值較 CQC 法計算結(jié)果小，故結(jié)構(gòu)的小震彈性設(shè)計由 CQC 法計算結(jié)果控制。

根據(jù)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 JGJ 3-2010 第 5.1.13 條的要求，對商業(yè)樓采用彈塑性靜力分析方法進(jìn)行了補(bǔ)充計算。兩個方向罕遇地震下性能點(diǎn)最大層間位移角均小于 1/50,小于規(guī)范彈塑性位移角限值，因此宏觀上商業(yè)樓所用結(jié)構(gòu)體系能保證大震不倒的設(shè)計要求。

在通過二階段設(shè)計實(shí)現(xiàn)三個水準(zhǔn)的基本設(shè)防目標(biāo)以外，針對本工程的具體情況，提出了以下抗震性能化目標(biāo)：設(shè)防地震作用下，中庭連廊等薄弱處樓板內(nèi)雙層雙向鋼筋不屈服；設(shè)防地震作用下，懸挑梁根部框架柱及大跨梁兩端相連框架柱斜截面抗剪按彈性設(shè)計，正截面抗彎按不屈服設(shè)計；PMSAP 樓板應(yīng)力分析結(jié)果表明，中庭連廊根部、平面凹口陰角位置一般為應(yīng)力集地區(qū)域，在多遇地震作用下，樓板主拉應(yīng)力不大于混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，樓板不會開裂，在設(shè)防地震作用下，應(yīng)力集中位置樓板主拉應(yīng)力略大于混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，但適當(dāng)加大樓板配筋，即可滿足樓板內(nèi)鋼筋不屈服。

在設(shè)防地震作用下，利用 SATWE 進(jìn)行彈性設(shè)計和不屈服設(shè)計，分別校核懸挑梁根部框架柱及大跨梁兩端相連框架柱的箍筋和縱筋，并與多遇地震計算結(jié)果一起進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計。計算結(jié)果表明，配筋值均在合理范圍，配筋切實(shí)可行。通過以上性能化設(shè)計措施，在對結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性影響較小的情況下，提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能，增加了建筑的安全性。

（3）上部結(jié)構(gòu)設(shè)計針對偏心布置和扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，設(shè)計時，盡量使結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件在平面布置中對稱均勻布置，避免剛度中心與質(zhì)量中心之間存在過大的偏離；加強(qiáng)外圍構(gòu)件的剛度，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗扭性能。計算時，考慮偶然偏心的影響，設(shè)計時適當(dāng)加強(qiáng)受扭轉(zhuǎn)影響較大部位構(gòu)件的強(qiáng)度、延性及配筋構(gòu)造。通過調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，將考慮偶然偏心下的最大位移比嚴(yán)格控制在 1.4 以下，第一扭轉(zhuǎn)周期和第一平動周期比嚴(yán)格控制在 0.9 以下。

針對立面收進(jìn)帶來的扭轉(zhuǎn)不利影響而采取的抗震措施詳?shù)冢?）條。構(gòu)造上，對收進(jìn)樓層（4 層）加厚至 140mm 且雙層雙向加強(qiáng)配筋，配筋率不小于 0.25%,但為減小大跨部分樓板自重，室內(nèi)大跨度區(qū)域樓板厚 120mm,屋面大跨度區(qū)域樓板厚 130mm,收進(jìn)部位上下層樓板（3 層和 5 層）厚度不小于 120mm,并雙層雙向加強(qiáng)配筋。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 JGJ3-2010》的相關(guān)規(guī)定，體型收進(jìn)部位上、下各兩層塔樓周邊豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震等級提高一級，框架柱在此范圍內(nèi)箍筋全高加密，提高縱筋配筋率；收進(jìn)部位以下兩層結(jié)構(gòu)周邊豎向構(gòu)件配筋加強(qiáng)。

針對因開洞形成樓板不連續(xù)情況，整體計算時按實(shí)際開洞情況建模，并將以上樓層定義為彈性膜，以考慮樓板不連續(xù)對結(jié)構(gòu)的影響；同時，構(gòu)造加厚連廊等薄弱區(qū)域樓板至 130mm 厚，并雙層雙向配筋，配筋率不小于 0.25%.結(jié)語

本文對某超限高層商業(yè)樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了簡要介紹，主要的設(shè)計要點(diǎn)可總結(jié)如下：（1）結(jié)合建筑功能和結(jié)構(gòu)布置合理設(shè)縫，規(guī)避平面布置的不規(guī)則；（2）優(yōu)化布置結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件，適當(dāng)加強(qiáng)外圈構(gòu)件的剛度，提高結(jié)構(gòu)的抗扭性能；（3）采用兩種軟件進(jìn)行多遇地震彈性分些，結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足相應(yīng)的強(qiáng)度和剛度要求；（4）對結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震下的彈性時程分析，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)體系的合理性，并與振型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計；（5）補(bǔ)充罕遇下的靜力彈塑性分析，控制性能點(diǎn)層間位移角不大于規(guī)范要求；（6）根據(jù)工程的具體情況，提出合理的抗震性能化設(shè)計目標(biāo)；（7）利用概念設(shè)計原理，結(jié)合規(guī)范要求，對薄弱部位進(jìn)行構(gòu)造加強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂西林。超限高層建筑工程抗震設(shè)計指南[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2005.