本文討論屋蓋為鋼網(wǎng)架或桁架,下部為鋼筋混凝土框架的體育館等空曠建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,可供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員參考。此類結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是,體型復(fù)雜,大跨度,樓面面積較小,大開洞,屋蓋一般為網(wǎng)架或桁架大跨度鋼屋蓋,下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架或框架剪力墻體系。近年來,隨著我國建筑行業(yè)及經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,像體育館等空曠建筑越來越多,而針對空曠建筑,規(guī)范對其規(guī)定的內(nèi)容不是很多,這就給經(jīng)驗(yàn)尚未豐富的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在初次接觸此類結(jié)構(gòu)時,會造成一時的找不到設(shè)計(jì)思路,不知道該控制哪些參數(shù),不知道該注意什么,不知道需要加強(qiáng)什么,概念設(shè)計(jì)又包括哪些方面等問題。在本文中,本人結(jié)合剛做完的一個實(shí)際工程對這類建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行討論,總結(jié)此類建筑的一般設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)步驟,給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)此類建筑時以參考,明確設(shè)計(jì)思路。本文的實(shí)例工程是某市職業(yè)中專學(xué)校體育館。
1工程概況
本工程所在地的場所抗震設(shè)置防烈度為8度(0.20g),設(shè)計(jì)地震組為第二級,場所類別為II。該體育館建筑高度為21.77m,中間為比賽運(yùn)動場所,周圍為觀眾席和局部辦公室,觀眾席為2層,局部辦公室為4層,屋頂為鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu),下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),體育館剖面顯示圖1。
2概念設(shè)計(jì)
此類建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)注重概念設(shè)計(jì),從整體角度確定建筑結(jié)構(gòu)的整體布局,保證結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能。這種建筑概念設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括選擇有利于抗震抗風(fēng)的結(jié)構(gòu)方案和配置,整個結(jié)構(gòu)是增加剛性還是減少剛性,釋放溫度應(yīng)力還是硬耐溫應(yīng)力,盡量使部件處于軸向受力狀態(tài),充分發(fā)揮材料強(qiáng)度,盡量使部件處于拉伸狀態(tài),避免穩(wěn)定性問題本工程結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)主要從
2.1加強(qiáng)網(wǎng)架支架下鋼筋混凝土柱
(1)加強(qiáng)柱截面尺寸,截面不得過小,應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大計(jì)算所需。本工程采用直徑900mm、1000mm的圓形截面柱,計(jì)算的軸壓比最大為0.40。(2)將此柱的抗震等級提高一級。(3)比計(jì)算結(jié)果適當(dāng)放大柱縱筋。(4)柱箍采用全長加密,提高柱的延展性。
2.2對薄弱部分采取強(qiáng)化措施
(1)柱頂環(huán)梁應(yīng)加大截面,具有足夠的剛性,保證結(jié)構(gòu)的整體性。對于本工程,頂部環(huán)梁截面為400毫米×900毫米。另外,配筋時,環(huán)梁的縱筋需要更多的拉筋來承受拉力。(2)對于周圍的局部地板,當(dāng)板的寬度較小時,應(yīng)加強(qiáng)板的厚度和配筋。本工程四程四層的天橋,其寬度僅為1.7m,因此本設(shè)計(jì)加強(qiáng)了天橋板的設(shè)計(jì),板的厚度為150mm雙向拉伸設(shè)置。
3設(shè)計(jì)方法
(1)鋼屋采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行建模分析。(2)下部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)采用PKPM鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的相應(yīng)模塊進(jìn)行建模分析,將鋼屋頂支點(diǎn)的內(nèi)力輸入柱節(jié)點(diǎn)的內(nèi)力,參加計(jì)算。另外,分析時,整體指標(biāo)的控制和配筋計(jì)算應(yīng)分別設(shè)置模型進(jìn)行計(jì)算,兩個模型在建模分析時的主要注意點(diǎn)如下:①整體指標(biāo)計(jì)算模型:網(wǎng)格屋頂用鋼梁輸入,柱上端設(shè)置鉸鏈,板厚可設(shè)置50mm(主要考慮網(wǎng)格屋頂?shù)淖灾睾蛣傂?,考慮剛性屋頂假設(shè)計(jì)算整體指標(biāo):位移、位移比、周期、周期比②配筋計(jì)算模型:網(wǎng)格屋頂按空洞輸入,支架反力按節(jié)點(diǎn)內(nèi)力輸入柱頂,柱頂設(shè)置鉸鏈。另外,由于網(wǎng)架的屋頂具有風(fēng)浮力和縱向地震的作用,提供的支架的反力是從最大正值到最小負(fù)值的范圍,x方向和y方向力取最大值/1.2在整個平面的同一方向輸入,輸入正值后全部輸入正值,輸入負(fù)值后全部輸入負(fù)值,因此根據(jù)以下兩種情況模型分別計(jì)算a.體育館Nmax的情況模型:根據(jù)網(wǎng)架提供的支架的反力,將RZ作為負(fù)荷的最大值(即向下的壓力的最大值)該模型用于計(jì)算梁的配筋,計(jì)算柱在壓力狀況下的配筋,計(jì)算壓力狀況下的柱底內(nèi)力b.體育館Nmin狀況模型:根據(jù)網(wǎng)架提供的支架反力,以RZ為正最大值(即向上拉力的最大值),同時取消梁上的墻壁負(fù)荷(此時梁上的墻壁負(fù)荷是有利的負(fù)荷)。該模型用于計(jì)算柱在拉力狀況下的配筋的拉力狀況下的柱底內(nèi)力2。
4結(jié)構(gòu)布置
結(jié)構(gòu)布置的原則同一般建筑結(jié)構(gòu)一樣,基本要求如下:(1)結(jié)構(gòu)布置宜規(guī)則,對稱,受力明確,傳力合理,途徑不間斷,并應(yīng)具有良好的整體性,不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)布置。(2)盡量設(shè)置多條抗震防線。建筑允許設(shè)計(jì)剪切墻時,應(yīng)設(shè)計(jì)剪切墻,將下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為框架剪切墻結(jié)構(gòu)體系。
5控制指標(biāo)
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)指標(biāo)控制:(1)控制結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比、剛性比、層之間的剪切承載力、剪切比、位移角。(2)因此,這種結(jié)構(gòu)是空洞的,開口的結(jié)構(gòu)沒有明顯的層概念,所以位移比、周期比的計(jì)算結(jié)果僅供參考,盡量滿足規(guī)范要求。(3)應(yīng)控制軸壓比、配筋率、配帶率、剪切比等各指標(biāo)滿足規(guī)范要求。
6考慮溫度作用
對于體育場館等類型的建筑往往為超長結(jié)構(gòu),溫度作用效應(yīng)不可忽視,應(yīng)采用措施減少溫度應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的影響,可通過設(shè)置適宜的后澆帶,加大梁板通長筋的配筋率,采用低水化熱的普通硅酸鹽水泥和級配良好的碎石骨料配制混凝土,低溫合攏,加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù),采用高效減水劑降低水泥用量,配置適當(dāng)?shù)臉?gòu)造鋼筋等措施都可以有效地減小施工階段溫度應(yīng)力以及混凝土收縮的影響。
7結(jié)尾詞
綜上所述,體育館類建筑為空洞,開口結(jié)構(gòu),體型復(fù)雜,應(yīng)注重概念設(shè)計(jì),并在設(shè)計(jì)過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn),積累經(jīng)驗(yàn),使這類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、安全、經(jīng)濟(jì)、適用。本文根據(jù)體育場館結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),介紹體育場館類結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程和方法,為此類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一些建議和參考。
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