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设有斜落地混凝土坡屋面的钢框架结构抗震性能分析
来源:www.dkypjz.com 发布时间:2020/9/23 19:42:07

在地震作用下,钢结构房屋具有良好的抗震性,但是由于今年来建筑设计对造型需求的多样化需求的情况,会产生一些斜坡屋面直接落地的情况,本文章针对这种情况下屋面楼板及框架结构受力模式进行分析研究,在结构方案设计的时候提出一些加强楼板抗震性能的构造措施,并通过计算机模拟及简单数学求解进行受力验证。

  工程概况

1模型设计

以国内常见办公楼斜落地坡屋面楼板做原型,本工程设计选取简单平面,进行分析研究。

本工程X向轴网为4跨,每跨6,Y向轴网为2跨,每跨6米,次梁沿X向居跨中布置。

本工程设有一层混凝土结构地下室,地下室结构层高为5米,地下室顶作为结构嵌固端。

地上为钢框架结构,钢结构框架柱采用矩形方管300X300X12(单位mm),钢结构屋面梁采用国标HN450X200,钢结构材料均采用Q235B钢材。

屋面楼板采用150mmC30钢筋混凝土楼板屋面楼板直接接入地下室外墙,坡屋面坡角度约为45度。

三层楼面荷载取相同数值,恒荷载为2kn/mm2,活荷载为2kn/mm2

工程重要性等级属二级,考虑场地抗震设防烈度为8Ⅲ类场地,设计基本地震动峰值加速度值为0.20g, 50年超越概率10%的特征周期为0.55s,本工程受力分析计算不考虑风荷载作用。

本工程设计计算软件采用北京盈建科软件有限责任公司盈建科建筑结构设计软件系统V2020 -2.0.x进行设计计算,提取了主楼顶点的软件位移计算结果,各层楼层剪力,及结构小震作用下地震相关各项参数进行分析论。

计算结构显示,在地震作用下Y向最大地震剪力,

三层楼面处楼层剪力为280KN,二层楼面处楼层剪力为500KN

在地震作用下Y向结构楼面处最大地震位移为20mm

其上为盈建科软件直接读取数值结果,

本结构在进行结构力学简化分析时

结构构假定地下室为刚体,屋面斜向楼板为悬臂梁,梁宽为150mm,梁高为12

梁长度为24米,对斜落地坡屋面楼板端部位移进行静力计算,

混凝土结构设计规范(2015年板)

7.2.1条钢筋混凝土结构受弯构件的挠度可按照结构力学方法计算

 在等截面构件中,可假定各同号弯矩区段内的刚度相等,并取用该区段内最大弯矩处的刚度。当计算跨度内的支座截面刚度不大于跨中截面刚度的2倍或不小于跨中截面刚度的1/2时,该跨也可按等刚度构件进行计算,其截面刚度可取跨中最大弯矩处截面的刚度。

 7.2.3条规定钢筋混凝土受弯构件的短期刚度BS,可按下列公式计算:

BS=ESASho2/(1.15Ψ+0.2+6αρ/(1+3.5ϒf)

结构力学教材端部集中荷载下悬臂梁挠度计算公式为:

ω=FL3/3EI

现假定楼板端部设有构造钢筋,钢筋直径为6Ф12,

带入以上公式求解,

可得楼板水平挠度ω约为10mm。

对计算结果进行对比显示斜落地坡屋面混凝土楼板在盈建科计算软件下按质点系求得的结构最大位移大于由结构力学简化模型斜落地坡屋面混凝土楼板作为悬臂梁所求得的计算位移,所以由计算结果可以推论,斜落地坡屋面混凝土楼板作为悬臂构件对钢框架结构地震作用下受力起到一定约束作用,可以减小地震作用下框架结构的地震力,一部分地震力由斜落地坡屋面混凝土楼板吸收,所以在结构设计中钢框架结构安全储备大于计算结果。

由于按结构力学简化模型斜落地坡屋面楼板作为悬臂梁所求得的计算位移小于斜落地坡屋面楼板在盈建科计算软件下按质点系求得的结构最大位移,所以由计算结果可以推论

斜落地坡屋面楼板在地震过程中起到了部分剪力墙的作用,对钢框架上部顶点起到了限制位移的作用,所以在结构设计过程中,应该充分考虑斜落地坡屋面楼板对框架结构的水平地震力下位移的影响,并且在斜落地坡屋面楼板设计过程中考虑斜落地坡屋面楼板复杂受力状况对斜坡屋面楼板楼板配筋进行加强,采取斜落地坡屋面楼板端部增设构造暗柱或者其他结构构造措施,并且应加强斜落地坡屋面混凝土楼板与钢结构梁连接处栓钉的设计,防止地震中斜落地坡屋面混凝土楼板受力过大产生破坏。

      2结语:  本文从混凝土结构原理,结构力学原理,及钢框架结构地震作用下力学效应等各个角度,对斜坡屋面钢框架结构地震作用下屋面受力情况进行了分析论证,在分析模型过程对钢框架模型进行了计算机模拟计算,在对楼板分析过程中进行了结构简化模型计算,在计算过程中考虑了地震作用及材料自身物理属性俩方面因素。

     参考文献

     <1> 《混凝土结构设计规范》(2014年板)

     <2>  结构力学》普通高等学校土木工程专业新编系列教材( 包世华