长沙市颐和佳园人防车库高低跨梁设计.pdf

许名鑫等 ： 长沙市颐和佳园人防车库高低跨梁设计 5 3 长沙市 颐和佳 园人 防车库高低跨梁设计 许名鑫， 雷文军 ， 赖洪涛 ( 华南理工大学建筑设计研究院 广州5 1 0 6 4 1 ) 【 摘要】 长沙市颐和佳园住宅小区地下车库具有屋面存在高差和要考虑人防荷载的特点。弹性分析表明 本工程高低跨梁受力接近于梁顶同高情况， 人防荷载引起的高低跨梁梁端弯矩使得柱或主梁难以承担。为此提 出了三个方案。计算表明方案三节点的轴向最大拉应力约比方案二的小 2 5 ， 柱顶侧向位移约小 3 3 。最后采 用方案三完成了结构设计。 【 关键词】 地下车库； 人防； 高低跨梁； 平时； 战时 【 中图分类号】 T U 3 7 5 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 0 1 0 0 5 3 0 3 DES I GN OF HI GI I AND 0W B AT C【 、 ， A 口砸烈CE G GE ON I E GAR I ， l 三 N RE S 娅 CE D4 CHA NGs HA X U Mi n g - x i n ，L E I We n j u n ，L A I H o n g t a o ( A r c h i t e c t u r a l D e s i g n a n d R e s e a r c h l md t u t e S o u t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， G u a n g z h o u 5 1 0 6 4 1 ) Abs t r a c t ： Un d e r g r o u n d g a r a g e a t Yi h e Ga r d e n r e s i d e n c e i n C h a n g s h a h a s c h a r a c t e r i s t i c o f t h a t t o p o f b e a ms a r e n o t a t t h e s a me l e v e l a nd c i v i l a i r d e f e n c e l o a d s h a l l b e c o n s i d e r e dEla s t i c i t y a na l y s i s i n d i c a t e s t h a t h i a n d l o w b e a ms me c h a n i c s p r o p e r t y i s s i mi l a r t o i t o f b e a ms a t t h e s a me l e v e 1 Mo me n t a t the e n d o f h i g h a n d l o w b e a ms c a u s e d b y c i v i l a i r d e f e n c e l o a d i s t o o g r e a t t o b e s u p p o r t e d b y c o l u mn o r g i r d e r S o t h r e e p r o j e c t s w r e p u t f o r w a r d P r o j e c t 1 ，t r e a t s j o i n t o f h i g h a n d l o w b e a m s a s h i n g e j o i n t b y d e s i g n i n g l o n g i t u d i h a l s t e e l b a r s v i t h m i n i m a l s t e e l b a r r a t i o P r o j e c t 2 d e s i g n s p e a c e t i m e a n d w a r t i m e d i v i d e d l y I n c o m b i n a t i o n wi t h p e r ma n e nt l o a d a n d f r e q u e n t l o a dc a l c u l a t e s i n n e r f o r c e o f h i g h a n d l o w b e a ms a s b e a ms a t t he s a me l e v e 1 C a l c u l a t e s a p p e n d e d i n n e r f o r c e C a l l s d b y u n f r e q u e n t c i v i l a i r d e f e n c e l o a d a L S s i mp l e b e a mS o d e s i g l s s t e e l b a r b a s e d o n t h e f o r c e B e a r i n g c a p a c i t y o f c o l u mn o r O r d e r s h a l l n o t l e s s t h a n t h e m o m e n t s u p p o r t e d b y l o n g i t u d i n a l s t e e l b a r a t t h e e n d o f h i g h a n d l o w b e a mP r o j e c t 3 ，d e s i g n s p e a c e t i m e a n d w a r t i m e d i v i d e d l y ， a n d i n c r e a s e s t h e h e i g h t o f h i g h b e a m f o r ma k i n g h i g h b e a m a n d l o w b e a m a l 2 r o s s a l o n g a l t i t u d e C a l c u l a t i o n i n d i c a t e s t h a t m a x i m a l t e n s i l e s t r e s s a t j o i n t o f p r o j e c t 3 i s l e s s 2 5 t h a n t h a t o f p r o j e c t 2 a n d h o r i z o n t a l d i s p l a c e m e n t o n t o p o f e o l u r r m i s l e s s 3 3 P r o j e c t 3 w a s a d o p t e d t o c o m p l e t e t h e s t r u c t u r e d e s i g n Ke y wo r d s ： u n d e r g r o u n d g a r a g e ； c i v i l a i r d e f e n c e ； h i g h a n d l o w b e a m； p e a c e t i me； wa r t i me 0 前言 长沙市颐 和佳 园住 宅 小 区内某 单层 地下 人 防车 库位 于坡 地处 ， 底板 面标 高 为 一7 4 m， 屋 面标高分 别 为 一 3 6 、 一2 6 、 一1 6和 一 0 6 m， 形成高低跨梁。该车 库人 防等级 为 甲 6级 ， 顶 板 等 效 静荷 载 标 准值 取 为 7 0 k N m2 ，标高为 一3 6 m的屋面覆土厚度为0 6 m， 其它 标高屋面覆土厚度为 0 61 7 m形成斜坡。 针对本工 程具 有屋 面存 在 高差 和要 考虑 人 防的 特点 ， 首先分析 了弹性 时高低跨 梁梁端 弯矩的特 点和 该弯矩在其支撑内即柱或主梁柱内的传递情况 ， 然后 给 出了 3 种解决方案并通过 比较选择 了本工程的合 理 设计方案。 1 材料及截面选择 柱混凝土强度设计等级 为 C 4 0 ， 梁 、 板混凝 土强度 设计等级为 C 3 0 ， 钢筋采用 H R I 3 4 0 0 级钢筋。柱距 一般 为 8 mX 8 m， 柱截面一般 为 5 5 0 X 5 5 0 ； 次梁 梁间距 一般 为 4 m， 次梁 截面一般为 4 O O 7 5 0 ， 主梁截面一般为 6 0 0 X 8 0 0 ， 屋 盖变高度处主梁截面 为 4 5 0 X 1 8 0 0 ， 如图 1 所 示 ， 屋面板厚为 2 5 0 。 2高低跨梁梁端弯矩 图 1 中 A 、 B点 处 高低跨 梁梁 端弯 矩 以及 当 A 、 B 点左右 梁梁顶 同高时 的梁端 弯矩如表 1 所 示 ， 由表 l 可知 本 工 程 高 低 跨 梁 梁 端 弯 矩 约 为 梁 顶 同 高 时 的 9 5 ， 高低跨梁内力可近似按梁顶同高的情 况计算 。 低温建筑技术 2 0 1 0年第 1 期( 总第 1 3 9期) 表 1 高低 跨梁梁端弯矩及其与梁同高时的比较k N m 3 高低跨梁梁端弯矩的传递及解决方案 主梁两侧次梁梁顶标高相同 ， 则次梁 的负弯矩基 本是 自平衡 的 ， 负 弯矩 区纵 筋连续 ， 也保 证 了拉力 的 传递。但在次梁为高低跨时， 梁端的负弯矩要通过主 梁来传递 ， 次梁梁 端弯矩传给主梁 ， 引起主梁受扭 。主 梁梁宽 比次梁梁高要小得多 ， 人 防荷载 引起的次 梁粱 端弯矩又相对很 大， 主梁难 以传递 此次梁弯矩 。内力 传递 简图及柱轴 向应力分布示意如图 I 。 ( a )内力传递简图 o ) ) 柱轴向应力分布不意图 图 1商低跨梁节点内力分布示意图 3 1 方案一 方案一 ， 铰接方案。既然 柱或主梁承担 不 了两侧 传来 的梁端 弯矩 ， 那就 不把 该 梁端 弯 矩 传给 柱或 主 梁 ， 而是调 幅至跨 中， 高低跨梁 梁端 纵筋 按最小 配筋 率配置 ， 形成实际情况 的” 铰接” ， 跨中配筋按简支梁考 虑。该做法满足承载能力极限状态要求 ， 是安全的， 但 不满足正常使 用极 限状 态要求 。当本工 程 的高低 跨 梁梁端按最小配筋率 配置纵筋 时， 按 ( G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ) 混凝土结构设计 规范 的方 法得 到的纵 筋屈 服时高 低跨梁梁端计算裂缝宽度最大值为 0 6 2 ra m ， 屈服后裂 缝宽度就更大 了。覆 土与该 裂缝直 接 接触也 不利 于 结构 的耐久性 。 3 2 方案二 方案二 ， 平战分开设计。人防荷载 引起很大 的结 构内力 ， 同时 也属于罕 遇荷载 ， 相 对于 结构 的设 计使 用年限来说 ， 发生的概率低 、 时间短。设计时将和平时 期荷载组合 与战争 时期荷载 组合 分别 考虑 。在 恒载 和常遇活荷载 的组合 下高低 跨梁 内力按 梁顶 同高情 况即类似于连续梁的情况计算 ； 人防荷载引起的另加 内力按简支梁计算 ， 也就是说 ， 把这部 分另加 的支 座 弯矩凋幅到跨 中。柱或 主梁 的设 计承 载能力 不低 于 高低跨梁梁端纵 筋 承担 的弯 矩。这样 不但保 证 了支 承高低跨梁的柱或主梁的安全， 而且在和平时期结构 满足了承载 能力极 限状态 要求 和正常使 用极 限状态 要求 ， 在战争 时期满 足 了承载 能力极 限状态要 求 ， 对 柱或主梁的设计也 比较经济。在战争时期不控制正 常使用状态是合理的。 这里补充指出 ， 消防车荷载也属 于较大的罕遇荷 载 ， 对承担消 防车 荷载 的高低跨 梁 的设 计， 也可采 用 上述思路 。 3 3 方案三 方案三 ， 平 战分 开设计 ， 高低 跨梁在 高度上 有交 叉 。由图 1 可知此时高跨梁梁底比低跨梁梁顶高 2 0 0 ， 节点的这 2 0 0高部分两侧均没有梁， 是节点的最窄部 分 ， 弯矩组成的力臂最小 ， 力最大。本工程有条件加大 高跨梁的梁 高， 使高跨 梁 梁底低 于低跨粱 梁顶 ， 便 于 高低跨梁梁端 内力在 柱或主梁 内的传递 ， 方案 三的内 力传递简图及柱轴向应力分布示意如图2 所示。 区 粱 ( a ) 内力传 递 简 图 ( b ) 柱轴 向应 力分 布不 意 图 图 2方案三节点 内力分布示意图 经比较可知 ， 在与方案二的高低跨梁 梁端弯矩相 同的情况下， 当高低跨梁在高度上交叉 2 0 0时， 方案三 节点的轴向最大拉应力约比方案二的小 2 5 ， 图2中 C点的侧 向位移约 比方案二 的小 3 3 ， 该节点更 有利 于承担高低跨梁传来 的弯矩。 4配筋设计 由于本工程有条件加大高跨 梁梁高 ， 设计采用 了 方案 三 ， 即平 战分 开设计 ， 高低跨 梁在 高度上 有交叉 的方案。在恒载 和常 遇活 荷载 的组合 下高低 跨梁 内 力按梁顶同高的情 况计算 ， A 、 B点高低跨梁梁 端负弯 矩区纵筋配置分 别为 9 ， 2 5 和 7 ， 2 5 ， 按 T形截面根据文 献 1 得到 的最大裂缝宽度计算 值分别为 0 0 8 8 m m和 0 0 5 4 m m， 均小于 0 2 m m， 满足二类环境 的裂缝控制等 级要求。 高跨梁负弯矩区纵筋弯至低跨梁梁底后再水平弯折 3 13 0 锚固， 作为节点区的受拉钢筋， 以及按压弯计算确定 的A点柱单侧纵筋为 4 ， 2 lD ， B 点主梁内每侧另加箍筋 5 ， 1 2 5 0 ， 可抵抗 A 、 B点高低跨梁传来的弯矩。 梁 一 I i 摹 - - tfL j 、 _ l t 谷 向韶等 ： 汶川地震建筑震 害分析及建议 汶 川 地 震 建 筑震 害分 析 及 建 议 谷向韶， 刘雨， 饶兰 ( 开封大学土木 建筑工程学院 ， 河南开封4 7 5 0 0 4 ) 【 摘要】 汶川大地震过去一年了， 此次地震灾害带来的惨痛教训将是深刻的。笔者就汶川地震中各类建 筑结构的震害情况进行分 析 ， 并 由此对我 国建筑抗震提 出几点建 议。 【 关键词】 汶川地震 ； 建筑震害； 分析 【 中图分类号】 T U 3 1 2 3 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 _ 4 ( 2 JD l 0 ) 0 1 0 0 5 5 0 3 汶川大地震后， 很多专业同仁深入到灾区进行了 建筑震害的调查。大量震 害表 明， 泥石流 、 山崩 、 火灾 、 房屋倒塌等次生 灾害 是造 成人 员 伤亡 和财 产损 失 的 主要原 因， 而提高建 筑物抗震 水平是 减少伤 亡 的最佳 途径。据报道 ， 此次受 灾特别严 重 的北川县 老县城 的 8 0 、 新 县城 6 o 以上建 筑垮 塌 ， 北 川县城 基本 已经 被夷为平地 ， 可见此 次地震 由建筑垮 塌造成 的生命 财 产损失是最主要的。 1 建筑震害分析 此次震 后 调 查 总体 情 况 显示 ： 砌 体 结 构 破坏 较 多， 尤其村镇 砖 混破 坏严 重 ； 底 框 结构 的底 层柱 破坏 较多 ； 框架结构 、 框架 一剪力墙 结构 均表现 良好 ； 钢结 构表现优异。 1 1 框架结 构的震害 由恒载和常遇 活荷载 的组 合 下按 梁顶 同高情 况计算 得到的高低 跨梁跨 中弯矩 加上 人 防荷 载 出现 时增加 的按简支梁计算 的跨 中弯矩 ， 得到高 低跨梁 的跨 中设 计弯矩 ， 进而得到跨 中纵筋 配置 。高低跨 主梁 、 次梁跨 中受拉纵筋分别为 2 2 ， 2 5和 1 4 ， 2 5 。 梁 的箍筋设计 同常规结构 。 5 结语 ( 1 ) 本工程高低跨梁梁高相差 l m， 按弹性分析 高低跨梁梁端 弯矩 约为 粱顶 同高 其 它情 况相 同时 的 9 5 ， 即受力接近于梁顶 同高情 况。 ( 2 ) 针对人防荷 载引起 的高低跨 梁梁 端弯矩较 大 ， 柱或主梁难 以承担 的问题 ， 提 出的方案 一 ， 铰接方 案， 即高低跨梁梁端纵筋按最小配筋率配置， 跨 中配 筋按简支梁考 虑。该 做法 满 足 承载 能力 极 限状 态要 求 ， 是安全的 ， 但不 满足正 常使用极 限状态要求 。 ( 3 ) 方案二 ， 平 战分开设计。在恒 载和常遇活荷 载的组合下 高低跨 梁 内力 按梁顶 同高情 况计算 ； 把 罕 遇荷载引起的另加内力按简支梁计算。主梁或柱的承 载力不低于高低跨梁梁端纵筋承担的弯矩。工程结构 55 ( 1 ) “ 强梁弱柱” 现象突 出。震害总体情况 表明 ， 框 架结构 的破坏形 态大部分 为柱上下端 破坏 ， 或框 架 梁 、 柱节点核 心 区剪 切破坏 或压 酥 ， 破坏形 式 为柱 端 屈服破坏 ， 属“ 强梁 弱柱 ” 形式 。发 生这种破 坏原 因主 要 有以下儿 点 ： 节 点 区未按 规范 要求 配置箍 筋 ， 主 筋搭 接不符合规范 要求 ； 梁柱 节点 核心 区未 按规 范 要求配置箍筋 ， 节点 区发生破坏。 ( 2 ) 大量框架结构 的填 充墙发 生不 同程度 的损 坏 。填充墙破坏是框架 结构最 为常见 的震 害 ， 而此 次 汶川地震中也尤 为 突 出。我 国规范 规定 框架 结 构 的 填充墙必须 安装 拉结 筋 ， 以增加 防震 能力 ， 此 次震 害 中很 多填充墙 由于 没有设置拉 结筋而发 生严 重开 裂 ， 甚 至出现倾斜 、 倒塌 。 ( 3 ) 框架结 构 中楼 梯间震 害较普遍 。此 次地震 在平时满足了承载能力极 限状态要 求和正常使 用极限 状态要求 ， 在战时满足 了承载能力极 限状态要求。 ( 4 ) 方案三， 平战分开设计， 加大高跨梁梁高， 使 高低跨梁在高度 上 有交 叉 。分 析表 明方案 三 中节点 的轴 向最大拉应力约 比方案二 的小 2 5 ， 柱顶侧 向位 移约小 3 3 。由于本工程有条 件加大 高跨梁梁 高， 最 后采用方案三完 成 了结 构设 计 。不 但 能保证 工 程结 构安全 、 适用和耐久 的要求 ， 而且节 省投资 ， 简化施工。 参考文献 1 G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ， 混凝土结构设计规范 S 2 G B 5 0 0 3 8 2 0 0 5 ， 人民防空地下拳设计规范 s 3 北京金土木软件技术有限公司， 中国建筑标准设计研究院 E T A B S 中文版使用指南 M 北京： 中国建筑工业 出版社， 2 0 0 4 收稿 日期 2 O 0 91 01 9 作者简介 乍名鑫( 】 9 7 8 一) ， 男 ， 湖南洞 口人 ， 博士， 一级注册 结 构工程师 ， 从事房屋结构设计。 ( 编辑李卉玉)