理论教育 计算简图-混凝土建筑结构设计

计算简图-混凝土建筑结构设计

时间:2023-09-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:建筑结构的计算简图包括计算模型及计算荷载两个方面。对于单向板,可取1m宽度的板带作为其计算单元,即图1.6中用阴影线表示的楼面均布荷载便是该板带承受的荷载,这一负荷范围称为从属面积,即计算构件负荷的楼面面积。图1.7按弹性理论计算时的计算跨度恒荷载的标准值可按其几何尺寸和材料的重力密度计算。

计算简图-混凝土建筑结构设计

建筑结构的计算简图包括计算模型及计算荷载两个方面。

1.计算模型及简化假定

在现浇单向板肋梁楼盖中,板、次梁、主梁的计算模型为连续板或连续梁,其中,次梁是板的支座,主梁是次梁的支座,柱或墙是主梁的支座。为了简化计算,通常作如下假定:

(1)支座可以自由转动,但没有竖向位移。

假定支座可以自由转动,实际上忽略了次梁对板、主梁对次梁、柱子对主梁的转动约束能力,在现浇钢筋混凝土楼屋盖结构中,梁、板是整体浇筑在一起的,当板发生弯曲转动时,支承它的次梁将产生扭转,次梁的抗扭刚度将约束板的弯曲转动,使板在支承处的实际转角θ'小于理想绞支承时的转角θ,如图1.4所示。同样的情况也发生在次梁和主梁之间,由此假定带来的误差将通过折算荷载的方式来弥补。而通常柱与主梁是刚接的,柱对主梁弯曲转动的约束能力取决于主梁线刚度与柱子线刚度之比,当比值较大时,柱对主梁的约束能力较弱,一般认为,当其比值大于5时,可忽略这种影响,按连续梁模型计算主梁,否则应按梁、柱刚接框架模型计算。

图1.4 支座抗扭刚度的影响

假定支座处没有竖向位移,实际上忽略了次梁、主梁、柱子的竖向变形对板、次梁、主梁的影响。

图1.5 板的内拱作用

(2)不考虑薄膜效应对板内力的影响。

四周与梁整体连接的低配筋率板,临近破坏时其中和轴非常接近板的表面,如图1.5所示,因此,在纯弯矩作用下,板跨中截面受压区在板的上部,支座截面受压区在板的下部,在受拉混凝土开裂后,实际中和轴成拱形,因周边变形受到约束,板内(拱内)将存在轴向压力,称为薄膜力。这种力将减少板在竖向荷载下的截面弯矩,为了简化计算,在内力分析时,一般不考虑板的薄膜效应。这一有利作用将在板的截面设计时,根据不同的支座约束情况,对板的计算弯矩进行折减。

(3)在确定板传给次梁的荷载以及次梁传给主梁的荷载时,分别忽略板、次梁的连续性,每跨都按简支构件来计算支座竖向反力。

这个假定主要是为了简化计算,且误差也不大。

(4)跨数超过五跨的连续梁、板,当各跨荷载相同,且跨度相差不超过10%时,可按五跨的等跨连续梁、板计算。

对连续梁、板的某一跨来说,作用在其他跨上的荷载都会对该跨内力产生影响,但作用在它相隔两跨以上的其余跨内的荷载对它的内力影响较小,可以忽略。这样,当跨数超过五跨时,中间各跨的内力与第三跨非常接近,为了减少计算工作量,所有中间跨的内力和配筋都可以按第三跨来处理。等跨连续梁的内力有现成的图表可以利用,非常方便;对于非等跨,但跨度相差不超过10%的连续梁也可借用等跨连续梁的内力图表,以简化计算。

2.计算单元及从属面积

为减少计算工作量,对结构进行内力分析时,常常不是对整个结构进行分析,而是从实际结构中选取有代表性的一部分作为计算的对象,称为计算单元。

对于单向板,可取1m宽度的板带作为其计算单元,即图1.6中用阴影线表示的楼面均布荷载便是该板带承受的荷载,这一负荷范围称为从属面积,即计算构件负荷的楼面面积。

图1.6 板、梁的荷载计算范围(www.daowen.com)

楼屋盖中部主、次梁截面都是两侧带翼缘(板)的T形截面,楼屋、盖周边处的主、次梁截面则是一侧带翼缘(板)的L形截面,T形和L形截面的翼缘(板)计算宽度按《混凝土结构设计原理》第5章表5.5来确定。一根次梁的负荷范围以及次梁传给主梁的集中荷载范围如图1.6所示。

板、次梁主要承受均布线荷载,主梁主要承受次梁传来的集中荷载。

3.计算跨度

由图1.6知,次梁的间距就是板的跨长,主梁的间距就是次梁的跨长,但不一定就等于计算跨度。梁、板的计算跨度l0是指在内力计算时所采用的跨间长度。当按弹性理论计算时,对于板和梁,中间各跨计算长度取支承中心线之间的距离,即l02=ln2+b;而边跨由于端支座情况不同,分以下几种情况:

(1)当边跨端支座为固定支座时,对于板和梁,边跨计算长度均为:

(2)当边跨端支座为简支支座时,对于板,边跨计算长度在两者中取较小值。而对于梁,边跨计算长度在两者中取较小值。这里ln1为梁、板边跨的净跨长,a为端支座的支承宽度,b为第一内支座的支承宽度,h为板厚。如图1.7所示。

4.荷载取值

楼盖上的荷载有恒荷载和活荷载两类。恒荷载包括结构自身重力、建筑面层、固定设备等;活荷载包括人群、堆料和临时设备等。

图1.7 按弹性理论计算时的计算跨度

恒荷载的标准值可按其几何尺寸和材料的重力密度计算。民用建筑楼面上的均布活荷载标准值可以从《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001)的有关表格中查得,见附录1。工业建筑楼面活荷载,在生产、使用或检修、安装时,由设备、管道、运输工具等产生的局部荷载,均应按实际情况考虑,可采用等效均布活荷载代替。

确定荷载效应组合的设计值时,恒荷载的分项系数取为:当其效应对结构不利时,对由活荷载效应控制的组合,取1.2,对由恒荷载效应控制的组合,取1.35;当其效应对结构有利时,对结构计算,取1.0,对倾覆和滑移验算,取0.9。活荷载的分项系数一般情况下取1.4;对楼面活荷载标准值大于4kN/m2的工业厂房楼面结构的活荷载,取1.3。

对于民用建筑,当楼面梁的负荷范围较大时,负荷范围内同时布满活荷载标准值的可能性相当小,故可以对活荷载标准值进行折减。折减系数依据房屋的类别和楼面梁的负荷范围大小,取0.6~1.0不等。

如前所述,计算假定(1)忽略了支座对被支承构件的转动约束,这对等跨连续梁、板在恒荷载作用下带来的误差是不大的,但在活荷载不利布置下,次梁的转动将减小板的内力,同理,主梁的转动势必也将减小次梁的内力。因此比较简便的修正方法是在荷载总值不变的条件下,增大恒荷载、减小活荷载。即采用折算荷载:

连续板:

连续次梁:

式中 g、q——单位长度上恒荷载、活荷载设计值;

g'、q'——单位长度上折算恒荷载、折算活荷载设计值。

这样调整后,活荷载q'作用下的板或次梁的支座转角大致与实际情况接近。由于主梁的重要性高于板和次梁,且它的抗弯刚度通常比柱子大,故对主梁一般不作调整。

当板或次梁搁置在砌体或钢结构上时,则荷载不做调整。

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