第4章總體系方案分析

第4章

房屋結(jié)構(gòu)總體系的方案分析

第1節(jié)把空間組成的部件作為主要結(jié)構(gòu)分體系一、概述：1、用整體方法計算基本空間組成方案的結(jié)構(gòu)，將會大大地有助于實現(xiàn)有創(chuàng)造性設(shè)想的設(shè)計。2、按階段進(jìn)行設(shè)計是很重要的，這可以使設(shè)計者集中解決空間形式方案中較為基本的結(jié)構(gòu)問題，而不至于過早地糾纏在一些細(xì)節(jié)問題上。3、整體方法要求重視利用大空間分隔部件、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的以及各種設(shè)備單元的部件來作為基本結(jié)構(gòu)分體系的可能性;4、應(yīng)該著眼于把外墻、內(nèi)墻、屋蓋、樓蓋等部件的使用功能確定為既是空間分隔的部件，又是結(jié)構(gòu)分體系。二、總體系方案分析實例戰(zhàn)爭紀(jì)念館

東西向懸挑10.5米，南北向懸挑8.7米建筑的空間分區(qū)向四邊懸挑中間為天井，四邊為展廳?；窘Y(jié)構(gòu)體系劃分總結(jié)構(gòu)體系方案要求四個獨立的箱形結(jié)構(gòu)懸臂支承于四個抗剪支柱上基本分體系分析三、主要空間單元的總體特性啟示

——結(jié)構(gòu)分體系設(shè)計方案1、從整體看，折形屋面可設(shè)計成折板分體系折板結(jié)構(gòu)剛度大，省材料。主要空間單元的總體特性啟示

——結(jié)構(gòu)分體系設(shè)計方案2、按整體設(shè)計時，由腹板和翼緣組成的墻的剛度比矩形增大很多。主要空間單元的總體特性啟示

——結(jié)構(gòu)分體系設(shè)計方案3、一個大的設(shè)在中央的豎向通道可以設(shè)計成核心筒結(jié)構(gòu)分體系。主要空間單元的總體特性啟示

——結(jié)構(gòu)分體系設(shè)計方案4、把最上面的過道設(shè)計成兩個細(xì)長筒的連系梁，成為剪力墻和巨型框架的組合體。第2節(jié)總體系分析的整體與局部問題1、結(jié)構(gòu)設(shè)計的層次：方案設(shè)計，初步設(shè)計，具體設(shè)計。2、在結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計階段主要考慮結(jié)構(gòu)的整體性能和主要的分體系作用。3、在結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計階段考慮局部的設(shè)計問題。4、結(jié)構(gòu)的設(shè)計即分層次，也相互影響和交叉。5、折板體系的整體與局部問題（1）整體問題：屋面采用折板體系。（2）局部問題：折板的初步設(shè)計問題。方案A：大矢高方案B:小矢高（3）方案A：大矢高分析：橫向具有拱的作用；板厚可較?。挥型屏?，應(yīng)設(shè)拉桿，或設(shè)邊梁起抗推作用。方案A：大矢高分析：頂板，側(cè)板局部受彎，有梁的作用。方案A：大矢高分析：縱向具有梁的作用，矢高為梁的高度，整體剛度大，彎曲變形小，所需邊梁小。方案B:小矢高分析：橫向具有梁的作用；跨度大，板應(yīng)加厚；有推力，應(yīng)設(shè)拉桿，或設(shè)邊梁起抗推作用。側(cè)板局部受彎小。方案B小矢高分析：

:縱向具有梁的作用，矢高為梁的高度，整體剛度較小，彎曲變形大，所需邊梁大。第3節(jié)單層開敞空間建筑實例一幢開敞空間的單層建筑，平面尺寸為30.5X61m,坡屋頂。通過方案分析確定由建筑抵抗恒載、活荷載和風(fēng)荷載的總要求。為了確定抗力的整體要求，可以假定圍護(hù)墻面為剛性連接的板。結(jié)構(gòu)的整體性是由一系列的剛架形成的，每榀剛架由兩側(cè)的柱和兩根帶坡度的屋面大梁所組成。形成門架型結(jié)構(gòu)基本體系，承受屋頂?shù)暮奢d，并把荷載傳給基礎(chǔ)。

橫向水平力由剛架承受?？v向水平力通過屋面支撐由柱間支撐傳給基礎(chǔ)。屋面支撐加大了屋蓋的縱向剛度。整體作用力的簡單分析

屋面的總豎向荷載：W=1400千磅基礎(chǔ)的豎向壓力為：700千磅按拱的作用近似分析基礎(chǔ)的水平推力?？傋畲髲澗豈總推力F風(fēng)荷載產(chǎn)生的反力分析

總的風(fēng)荷載由各剛架承擔(dān)，不考慮山墻的作用。1527180909027總的風(fēng)荷載180千磅，作用點高15英尺。兩基礎(chǔ)的總反力各為90千磅。風(fēng)荷載產(chǎn)生的傾覆力矩為M=180×15傾覆力矩產(chǎn)生的基礎(chǔ)拉、壓力為M/L=27豎向荷載和風(fēng)荷載下的總反力分析縱向水平荷載下的整體分析山墻承擔(dān)風(fēng)荷載：作用在山墻上的一半左右（上部）的風(fēng)荷載由檁條傳給屋面剪刀撐，屋面剪刀撐再將它傳給柱間支撐，最后傳給縱向基礎(chǔ)。山墻上的另一半（下部）荷載直接傳給橫向基礎(chǔ)。剛架為平面結(jié)構(gòu)，只有設(shè)置屋面支撐和柱間支撐后才成為空間結(jié)構(gòu)，才能承擔(dān)平面外（縱向）荷載。進(jìn)一步分析（初步設(shè)計）各剛架承擔(dān)的荷載和內(nèi)力分析；剛架的截面尺寸確定；基本構(gòu)造要求：剛架的剛性鉸要求；山墻與屋面的傳力連接要求；屋面的傳力要求（支撐）；剛架的整體性要求（支撐）等。第4節(jié)12層辦公樓一幢12層辦公樓的標(biāo)準(zhǔn)層平面、立面以及樓板截面。建筑物的兩邊各有9根柱，中央有一個(6.lmX12.2m)的電梯和管道井筒。恒載和活荷載，主要是通過柱傳到下層。方案1核心筒是一個筒體結(jié)構(gòu)，在縱橫兩個方向都能抵抗由風(fēng)或地震引起的側(cè)向力，18根外柱承受大部分豎向荷載，但不能承受側(cè)向力。方案2在縱、橫兩個方向，柱和梁剛性連接形成框架?？v向水平力由兩榀外框架承受，每榀框架包括7根中間柱和12道水平梁，即每層有一道梁。橫向水平力由9榀框架承擔(dān)，每榀框架由兩根外柱和各層大梁組成。由框架承擔(dān)全部荷載（豎向、水平）方案3：混合承擔(dān)水平力。方案分析豎向荷載的傳遞：可以用荷載面積法估算作用在建筑物各個豎向構(gòu)件上的豎向荷載。這個方法是把樓蓋或屋蓋的面積分成區(qū)域，各個區(qū)域分別屬于某個豎向承重構(gòu)件。水平荷載的傳遞：水平力是通過樓板傳遞的。這種水平隔板能加大柱的剛度，并把柱和核心筒連系起來。隔板把側(cè)向力傳給核心筒，但也可以傳給框架，或者同時傳給核心筒和框架。無論哪種情況，樓蓋在平面內(nèi)必須大體是剛性的，才能起到剛性隔板的作用，才能使豎向構(gòu)件共同工作。方案分析假定屋面或樓面的恒載是120磅/英尺2(5.75kN/m2)。筒體承擔(dān)的荷載面積為60×40英尺2，12層。筒體承擔(dān)的總樓面荷載值估算為3456千磅。井筒墻的恒載是100磅/英尺2(4.79kN/m2)?？偯娣e為：高×周長，重為100×144×120＝1728千磅。筒體承擔(dān)的總豎向荷載約：5170千磅1個柱承擔(dān)的樓面荷載：20×30×120×12＝864千磅方案分析水平風(fēng)荷載是30磅/英尺2（1.44kN/m2)?？偟娘L(fēng)荷載160×144×30＝690千磅。傾覆力矩為690×72＝49680千磅英尺。對于1方案，由傾覆力矩產(chǎn)生的偏心距e=49680/5170＝9.6英尺，已到筒的邊緣，不穩(wěn)定。豎向壓力偏心基礎(chǔ)設(shè)計wMeB方案分析方案2，由傾覆力矩產(chǎn)生的總柱的附加拉、壓力N=49680/60=828磅。每個柱的附加拉、壓力＝828/9＝92磅。92/864＝10％，附加軸力只相當(dāng)與10％的柱軸力。第2個方案好于第1個方案。第3個方案將更好。第5節(jié)15層公寓的巨型結(jié)構(gòu)15層公寓工程是由一排很大的建筑物組成的。上面幾層樓板是連通的，第10層和第5層向里縮進(jìn)形成倒臺階形。每個建筑單元在頂部5層的平面尺寸是90英尺X160英尺僅由4個電梯和設(shè)備的井筒支承全部豎向荷載，筒與筒之間的凈距在兩個方向均為70英尺。方案分析的假定這個方案要求3個很剛的(巨型)結(jié)構(gòu)樓層A,B和C，把井筒剛性連接在一起，并支承它們上面5層按一般做法的較薄的樓板。由筒和樓層結(jié)構(gòu)A、B和C共同作用形成剛性框架體系，以承擔(dān)地震作用。方案分析時，可以忽略開洞對筒的影響。還忽略中間各層較薄樓板的框架作用。假設(shè)每個建筑單元（90英尺寬，130英尺平均長，15層高)的全部恒載已經(jīng)算出是15600千磅(69400KN),全部活荷載是3140千磅(13970kN)。分析這個體系抵抗地震力的可行性1.假定總地震剪力FEQ為總恒載的6％，0.06×15600＝940千磅，一個框架承擔(dān)470千磅。假定FEQ作用在200英尺的3/4高度位置，即150英尺。傾覆力矩為470×150＝70500千磅英尺。地震產(chǎn)生的附加軸力2.抵抗力臂為70英尺+10英尺＝80英尺，井筒的附加軸力為70500/80＝8803.由于每個筒上的恒載是15600千磅/4=3900千磅，880/3900＝22％，較小。筒的地震彎矩值4.每個筒底部所受到的地震剪力是940/4＝235千磅。一個筒的彎矩估算值為235×30/2＝3525千磅英尺。分析結(jié)果5.由這個力矩所產(chǎn)生的偏心距e＝3525千磅·英尺/3900千磅＝0.9英尺，與筒的10英尺的邊長相比較小。6.豎向荷載下的壓力，在恒載(3900千磅)和活荷載(3140/4＝800千磅)共同作用下，如果筒是12英寸(30.5cm)厚的鋼筋混凝土墻，A=5184英寸2墻的平均壓應(yīng)力，4700/5184=0.9千磅/英寸2（6300KN/m2)(6.3Mpa)假定采用C40砼，fc=19.5Mpa,6.3/19.5=0.32軸