理论教育 竖向作用力估算在建筑结构概念设计与选型中的应用

竖向作用力估算在建筑结构概念设计与选型中的应用

时间:2023-09-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:在一般工业与民用建筑中,竖向荷载主要是重力荷载,包括结构的自重及民用建筑中的使用活荷载。结构自重是一种永久作用力,通常称为恒载。如:住宅、旅馆、办公楼 2.0kN/m2教室、会议室、一般试验室2.0kN/m2商店、车站候车室3.5kN/m2一般光学仪器仪表装配车间4.0kN/m2有了荷载作用的大小,如果在方案设计中选定了结构方案,则可按静力分配的原则估算梁、柱、墙上的荷载。

竖向作用力估算在建筑结构概念设计与选型中的应用

在一般工业与民用建筑中,竖向荷载主要是重力荷载,包括结构的自重及民用建筑中的使用活荷载。

结构自重是一种永久作用力,通常称为恒载。恒载很容易计算,即构件或构造层的体积乘所用材料的单位重(或其面积乘每平方米单位重);常用材料和建筑构造层做法的单位重如表2-1(详细可查阅《荷载规范》)。

2-1 常用材料和建筑构造做法的单位重

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恒载计算公式简单,但要一个构件一个构件计算起来是很繁琐又很费时的工作。

方案设计阶段,把建筑物看成一个整体时,可以根据平均的楼面荷载来估算建筑物的自重(包括楼板、屋盖、建筑构造层、柱、墙、隔断等)。作为近似估算,每平方米建筑面积上的建筑物恒载部分可作如下假设(指标准值):

木结构建筑物 5~7kN/m2

钢结构建筑物 6~8kN/m2

单层、多层钢筋混凝土和砌体结构建筑物 9~11kN/m2

钢筋混凝土高层建筑 15kN/m2

这些取值是粗略的估计,可能与实际情况有出入,但一般在确定建筑或结构主体方案时是很有用的。比如,对中低层建筑取10kN/m2,高层取15kN/m2,虽然粗糙一些,但也可供估算之用了。

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式中 Ai——相同荷载qi的楼层面积;

ni——相同荷载qi的楼层层数;

qi——由统计资料提供的某类房屋的楼面折算荷载值,可取上面介绍

的值。

民用建筑的楼面上以及某些工业建筑的使用活荷载,在《荷载规范》中也可查到。

各种类别的民用建筑物和某些工业建筑物的楼面活荷载,均已在《荷载规范》中列出。如:

住宅、旅馆、办公楼 2.0kN/m2

教室、会议室、一般试验室2.0kN/m2

商店、车站候车室3.5kN/m2

一般光学仪器仪表装配车间4.0kN/m2

有了荷载作用的大小,如果在方案设计中选定了结构方案,则可按静力分配的原则估算梁、柱、墙上的荷载。所谓静力分配,对均布荷载来讲,即对柱(或墙)按中到中划分,荷载按承力面积计算而不考虑板的连续性。

例如,图2-1所示一平面尺寸为16m×24m的10层建筑物,假设施加在每一单位建筑面积上的平均恒、活荷载标准值,分别为10.0kN/m2和2.0kN/m2,则整个建筑物总重力荷载为

G=(10.0+2.0)×16.0×24.0×10kN=46080kN

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图 2-1

作用在横向中间梁上的线分布竖向荷载集度值应为

(10.0+2.0)×6.0kN=72kN/m

作用在纵向中间梁上的线分布竖向荷载集度值应为

(10.0+2.0)×8.0kN=96kN/m

一个底层中柱所受的竖向力

=(10.0+2.0)×6.0×8.0×10kN=5760kN

一个底层长边中柱承受的竖向力(www.daowen.com)

=(10.0+2.0)×6.0×4.0×10kN=2880kN

一个底层右角柱承受的竖向力

=(10.0+2.0)×3.0×4.010kN=1440kN

一个底层左角柱承受的竖向力

=(10.0+2.0)×2.0×3.0×10kN=720kN

底层左边端墙承受的竖向力

=(10.0+2.0)×12.0×3.0×10kN=4320kN

有了轴向荷载,可以根据材料强度及轴压比来确定墙柱的截面尺寸。轴压比μN是指柱组合的轴力设计值与柱的全截面面积和混凝土强度设计值乘积之比。轴压比直接影响墙、柱破坏时的延性性质。故有关设计规范根据房屋的结构类型、抗震设防烈度及抗震等级规定了相应的轴压比限值[μN],设计中应严格遵照执行。以现浇钢筋混凝土框架结构为例,按有关规范,其相应的抗震等级及柱轴压比限值[μN]见表2-2。

2-2 现浇钢筋混凝土框架结构的抗震等级和轴压比限值

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规范要求

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式中 μN——框架柱的轴压比;

Ac——柱截面面积;

fc——混凝土的轴心抗压强度设计值。

2-3 混凝土强度等级

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不同类型砌体结构的强度等级列于表2-4~表2-7。

2-4 烧结普通砖和烧结多孔砖砌体的抗压强度设计值(MPa)

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2-5 蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖砌体的抗压强度设计值(MPa)

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2-6 单排孔混凝土和轻骨料混凝土砌块砌体的抗压强度设计值(MPa)

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注:1.对错孔砌筑的砌体,应按表中数值乘以0.8;

2.对独立柱或厚度为双排组砌的砌块砌体,应按表中数值乘以0.7;

3.对T形截面砌体,应按表中数值乘以0.85;

4.表中轻骨料混凝土砌块为煤矸石水泥煤渣混凝土砌块。

2-7 轻骨料混凝土砌块砌体的抗压强度设计值(MPa)

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注:1.表中的砌块为火山渣、浮石和陶粒轻骨料混凝土砌块;

2.对厚度方向为双排组砌的轻骨料混凝土砌块砌体的抗压强度设计值,应按表中数值乘以0.8。

在手头查手册不方便时,对混凝土结构可取混凝土的强度等级号之半,例如C50取25MPa,未定混凝土强度等级时可按15~20MPa估算,并考虑轴压比限值;对于砌体,则可按2~3MPa估算,钢材按200~300MPa估算。

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