什么是建筑结构由哪几部分组成 什么是建筑结构上的作用作用与荷载的关系( 三 )


5.2斜柱传力分析
斜柱在竖向力作用下产生较大的水平力分量(图11,图中N1~N4表示各柱轴力 。),有必要进一步分析斜柱对楼面梁的受力影响 。为研究斜柱相关楼层处楼面梁的受力情况,采用YJK软件进行了等效弹性计算,模型计算
【什么是建筑结构由哪几部分组成 什么是建筑结构上的作用作用与荷载的关系】不考虑楼板作用(斜柱相关的4~7层楼板采用弹性膜单元并将板厚设为0) 。
以北塔L轴、M轴构件为例,不同荷载组合作用下轴力分布见图12,13 。其中D+L表示竖向荷载(恒荷载+活荷载)作用 。由图可知,斜柱转换受力存在以下规律:
(1)在与斜柱相连的楼面梁中,位于斜柱底层(3层)的楼面梁产生了较大的压力,随着楼层的上升梁压力迅速减小并转变为拉力,且在斜柱顶层(7层)梁拉力达到最大值 。以○M轴D+L作用下的内力分布为例,3层梁压力为10477kN,7层梁拉力为6490kN 。
(2)与核心筒剪力墙直接相连的斜柱(○M轴、○N轴)传力直接,该处的楼面梁轴力较大;而边跨(○L轴、○P轴)的斜柱水平力则需通过楼面斜撑、梁等传递,因此单根梁的轴力较小 。
(3)与斜柱相连的楼面斜梁能显著分担斜柱产生的水平力 。
(4)斜柱相关梁在竖向荷载(D+L)作用下的内力明显大于其在水平和竖向中震作用下的内力 。可见,斜柱及相关梁的内力主要由竖向荷载产生 。
根据楼面受力特点,设计采用如下措施:1)斜柱底层与斜柱相接的梁及其余相关梁以抗压为主,采用钢筋混凝土楼面梁并按偏压构件设计,同时提高相关区域楼面梁、板混凝土强度等级为C45;2)边跨斜柱均设置与核心筒连接的斜梁以便能直接传力至核心筒,斜梁按拉弯、压弯构件设计;3)斜柱顶层楼面梁拉力较大,斜柱跨及相邻跨采用钢梁,钢梁面楼板采用钢筋桁架楼板 。
5.3斜柱层楼板应力分析
斜柱受竖向力时在板内产生较大的水平力分量,为研究斜柱相关楼层的楼板应力状态,采用YJK软件进行了等效弹性计算,楼板采用弹性膜单元 。由计算结果可知,斜柱转换相关楼面应力分布有以下特点:1)斜柱底层及顶层楼板(斜柱转折处)的相关楼面应力较大,斜柱中间层楼板应力较小;2)斜柱相关层楼板在竖向荷载(D+L)作用下的应力明显大于其在中震作用下的应力,在10年重现期的常遇风荷载作用下楼板应力较小(约为D+L下的1%),见图14,15 。由图14可知,楼板拉应力约0~4MPa,靠近斜柱跨时逐渐变大 。在斜柱梁时应力集中,最大应力约7MPa 。
根据楼面受力特点,设计采用如下措施:
(1)斜柱底层(3层):与斜柱相邻的2跨楼板厚度加厚为200mm,本层其余板厚为150mm,并双层双向配筋,单层单向配筋率不小于0.25% 。
(2)斜柱中间层(4~6层):楼板厚度均加强为150mm,并双层双向配筋,单层单向配筋率不小于0.25%;对局部拉应力较大区域按裂缝计算配筋 。
(3)斜柱顶层(7层):本层楼板加厚为200mm;斜柱楼板按应力配筋,并复核荷载标准值下的裂缝宽度计算 。
5.4斜柱转换节点分析
斜柱转换节点为关键的传力部位,其传力的可靠性需重点关注 。以斜柱顶层节点为例,节点钢材采用Q345GJC,楼面钢梁通过钢环板与斜柱连接;上柱与斜柱采用对接焊连接,节点底的钢管吊柱则通过相贯坡口焊缝连接,并在节点范围内设置管内竖向加劲板,如图16所示 。
为了验证该斜柱转换节点传递水平力的可靠性,采用通用有限元软件ABAQUS对该节点进行有
限元分析[5] 。该节点以受拉为主,不考虑钢管内混凝土的有利作用;构件采用弹塑性材料模拟;采用四面体10节点单元(C3D10) 。有限元模拟结果见图17 。由图17可以看出,在中震作用下,节点区域范围内的vonMises应力水平主要处于200~250MPa之间,均未超过材料强度设计值,节点区域未发生屈服,可见节点构造传力可靠、有效 。

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