房屋結(jié)構(gòu)總體系分析報(bào)告模版

1、 . . 23/23房屋結(jié)構(gòu)總體系分析報(bào)告 日期： HYPERLINK :/ 房屋結(jié)構(gòu)總體系分析第一節(jié) 把空間組成的部件作為主要結(jié)構(gòu)分體系對于一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)者不應(yīng)讓其思路為結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性所困惑，在確定方案的早期設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者應(yīng)冷靜地、全面地考慮設(shè)計(jì)要求，根據(jù)已有的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)思出某些解決方案，宜粗不宜細(xì)地將其構(gòu)思通過若干主要構(gòu)件的作用勾畫出來。在方案設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的基本子結(jié)構(gòu)，如恒相傳力的子結(jié)構(gòu)和豎向傳力的子結(jié)構(gòu)。此時(shí)，設(shè)計(jì)者必須非常清楚地了解它們的組成以與相互間的作用。因?yàn)檫@樣，設(shè)計(jì)者才能掌握結(jié)構(gòu)體系的組成和力學(xué)性態(tài)，從而形成整體結(jié)構(gòu)方案。當(dāng)設(shè)計(jì)者對對結(jié)構(gòu)組成的空間整

2、體和傳力路線有了清晰理解以后，就可以進(jìn)一步考慮子結(jié)構(gòu)的構(gòu)成與傳力問題。此時(shí)設(shè)計(jì)者的注意力就由空間的結(jié)構(gòu)性態(tài)轉(zhuǎn)為力流傳遞路徑上的豎向或橫向子結(jié)構(gòu)或主要的構(gòu)件的關(guān)注。雖然子結(jié)構(gòu)或主要傳力構(gòu)件的詳圖設(shè)計(jì)不是方案設(shè)計(jì)階段的任務(wù)，但是在早期設(shè)計(jì)階段應(yīng)對主要的豎向或橫向子結(jié)構(gòu)或構(gòu)件進(jìn)行初步估算，以便得出可行性評價(jià)和初步估算結(jié)構(gòu)造價(jià)。在深化的詳圖設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者將對結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體和局部的詳細(xì)分析計(jì)算。同時(shí)根據(jù)計(jì)算的力，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行截面選型和設(shè)計(jì)，此時(shí)設(shè)計(jì)者的注意力已集中到具體的結(jié)構(gòu)構(gòu)件上?？傊?，隨著結(jié)構(gòu)的各個(gè)設(shè)計(jì)階段由淺到深，由整體結(jié)構(gòu)分析到子結(jié)構(gòu)分析再到構(gòu)件分析，設(shè)計(jì)者對結(jié)構(gòu)的注意力也由空間整體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)到平

3、面結(jié)構(gòu)，再轉(zhuǎn)到線性或非線性構(gòu)件，即由三維到二維到一維。在方案設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者的注意力總是停留在整體結(jié)構(gòu)和子結(jié)構(gòu)，對結(jié)構(gòu)的注意力總體上停留在由空間到平面的階段。只有需要驗(yàn)證方案可行性時(shí)，才會對結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件的截面進(jìn)行受力驗(yàn)算。以上過程體現(xiàn)在以下幾個(gè)設(shè)計(jì)階段：（1）方案設(shè)計(jì)階段：設(shè)計(jì)者注意力集中在結(jié)構(gòu)的空間整體概念，由整體建筑結(jié)構(gòu)的三維分析中得出整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的承載能力。同時(shí)，也得出整體結(jié)構(gòu)與子結(jié)構(gòu)間的相互關(guān)系；（2）初步設(shè)計(jì)階段：設(shè)計(jì)者的注意力轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的橫向和豎向子結(jié)構(gòu)體系，以便建立結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件相互之間的關(guān)系以與共同工作性態(tài)；（3）詳圖設(shè)計(jì)階段：設(shè)計(jì)者的注意力轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的線性或非線性構(gòu)件設(shè)計(jì)以與制造

4、安裝中的連接和結(jié)構(gòu)西部設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段中，設(shè)計(jì)者對結(jié)構(gòu)整體性態(tài)以與整體結(jié)構(gòu)與子結(jié)構(gòu)間的相互關(guān)系的理解是十分重要的。按階段進(jìn)行設(shè)計(jì)是很重要的，這可以使設(shè)計(jì)者集中解決空間形式方案中較為基本的結(jié)構(gòu)問題，而不至于過早地把注意力放在一些細(xì)節(jié)問題上。這也可以使設(shè)計(jì)者保證結(jié)構(gòu)整體構(gòu)思與空間形式構(gòu)思之間的協(xié)調(diào)，使結(jié)構(gòu)總體系方案成為結(jié)構(gòu)分體系的相互關(guān)系、具體設(shè)計(jì)等更加局部的問題的基礎(chǔ)。圖4-1 把空間組成的主要部件作為基本結(jié)構(gòu)分體系（a）組合概念要求從中央庭院到四個(gè)獨(dú)立的空間單元有敞開入口；（b）整體空間形式方案的概念；（c）總結(jié)構(gòu)體系方案要求四個(gè)獨(dú)立箱形結(jié)構(gòu)懸臂支承與四個(gè)抗剪支柱上；（d）作為分體系的箱

5、形結(jié)構(gòu)單元的相互關(guān)系例如，樓蓋可以采用多種材料，可以有很多種類型。但在討論它的具體方案以前，樓蓋作為一個(gè)整體必須首先能有效地成為整體結(jié)構(gòu)建筑體系的一部分。這就是說，要認(rèn)識到應(yīng)到從大處著眼，才能使復(fù)雜的設(shè)計(jì)問題得到較為完善的解決。建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體方案要求重視利用大空間分割的、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的以與各種設(shè)備單元的部件來作為基本結(jié)構(gòu)分體系的可能性；應(yīng)該著眼于把外墻、墻、屋蓋、樓蓋等部件的使用功能確定為既是空間分割的部件，又是結(jié)構(gòu)分體系（照片4-1，圖4-1）。照片4-1 Milwaukee市戰(zhàn)爭記念館，四邊側(cè)翼東西向懸挑10.52米，南北向懸挑8.7米圖4-2 主要空間單元的總體特性能啟示結(jié)構(gòu)分體系設(shè)計(jì)

6、方案（a）從整體上看，折板屋面可設(shè)計(jì)成折板分體系；（b）按整體設(shè)計(jì)時(shí)，由腹板和翼緣組成的墻的剛度比矩形增大得多；（c）一個(gè)大的設(shè)在中央的豎向通道可以設(shè)計(jì)成核心筒結(jié)構(gòu)分體系；（d）把最上面的過道設(shè)計(jì)成兩個(gè)細(xì)長筒的連系梁，成為剪力墻和巨型框架的組合體圖4-1中描述了在方案階段可以把整個(gè)建筑方案的主要空間形式單元看成總體結(jié)構(gòu)體系的基本單元。從整體來看，圖4-1C和圖4-1d所示的箱形主要空間單元，為三唯空間和二唯平面結(jié)構(gòu)體系。當(dāng)從總體的角度看折板屋蓋或折板墻（圖4-2a和圖4-2b）時(shí)，它也同樣具有空間結(jié)構(gòu)分體系的特性。另外，用整體方法也可以看出，大的豎向電梯井和樓梯間可以作為核心筒結(jié)構(gòu)分體系（圖4

7、-2c）。與此類似，有可能將一些較小的豎井與樓層空間部件連接在一起成為巨型框架總體系。甚至還有可能利用過道或主要的水平管道作為水平連系構(gòu)件，）而墻體作為豎向承重分體系（圖4-2d）第二節(jié) 總體系分析的整體與局部由于復(fù)雜結(jié)構(gòu)是由一系列基本的子結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成，復(fù)雜結(jié)構(gòu)具有可分性，基本的子結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。當(dāng)把基本的結(jié)構(gòu)分體系看作是總體系的方案組成部分時(shí)，對于各個(gè)單獨(dú)構(gòu)件來說，只是它們的平面布置才對總的整體性假定具有關(guān)鍵性的影響。事實(shí)上，這個(gè)階段的主要問題是應(yīng)該怎樣才能把空間形式方案中的主要部件看作是能起基本結(jié)構(gòu)分體系作用的。因此，對于一個(gè)空間組成部件，應(yīng)該首先考慮其在

8、總體方案中所能起到的結(jié)構(gòu)作用，其次，才是考慮各單個(gè)構(gòu)件的布置、尺寸大小，或是確定連接大樣等具體方案。圖4-1的例子說明了這種方法，一開始建筑師可以把連接在一起的四個(gè)主要空間組成部件看作是懸臂式的結(jié)構(gòu)箱型結(jié)構(gòu)分體系。然后，研究設(shè)計(jì)每個(gè)箱形結(jié)構(gòu)分體系的比較局部的要求。最后，當(dāng)整個(gè)體系的可行性確定之后，就可以解決具體構(gòu)件的設(shè)計(jì)和構(gòu)造問題了。概括起來，這個(gè)方法的思路是先確定一個(gè)總體結(jié)構(gòu)方案，作為解決分體系設(shè)計(jì)中更為局部性問題的一個(gè)前提。重復(fù)一遍，應(yīng)當(dāng)由總體系的空間結(jié)構(gòu)概念決定有關(guān)細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)要求，而不是相反。在方案階段，試圖將建筑物作為一個(gè)整體提出一個(gè)最佳的空間方案和結(jié)構(gòu)方案時(shí)，整體思路的價(jià)值是很顯著的

9、。同時(shí)還要看到，整體考慮也適用于單個(gè)分體系設(shè)計(jì)。圖4-1和圖4-2表明，可以先假定分體系是整體的，并按照平面結(jié)構(gòu)或空間結(jié)構(gòu)來分析它們的受力和工作性能。然后，通過確定其中主要部件的基本力和幾何特性，使整體假定具體化。圖4-3說明了如何運(yùn)用整體方法分析一個(gè)四角支承的折板屋蓋體系的基本性能。圖中的兩個(gè)折板方案，比較了它們的整體與局部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)系，而未涉與具體構(gòu)件的性能說明。在對基本部件的相互關(guān)系進(jìn)行這種初步分析之后，就要解決主要構(gòu)件的具體性能，而這些構(gòu)件是實(shí)現(xiàn)方案分析整體假定所要求的。當(dāng)然，設(shè)計(jì)者對于結(jié)構(gòu)分體系在總的空間形式方案中相互關(guān)系的意圖，將會影響他對結(jié)構(gòu)分體系的處理方法（圖4-4）。在總體

10、系階段，主要是判斷和估計(jì)各種方案中，滿足空間和結(jié)構(gòu)要求的各分體系之間是否能實(shí)現(xiàn)整體的相互作用關(guān)系。因此，為了達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)，需要在總體系和分體系設(shè)計(jì)階段有反饋過程。在總體系方案和分體系方案的主要特性都經(jīng)過優(yōu)化之后，設(shè)計(jì)者才能把注意力轉(zhuǎn)到具體的設(shè)計(jì)上去。有時(shí)，可能要求結(jié)構(gòu)專業(yè)人員通過詳細(xì)的分析予以驗(yàn)證、仔細(xì)推敲并找出基本上好的總體方案。毫無疑問，即使在設(shè)計(jì)的最后階段，也還需要在空間和實(shí)體結(jié)構(gòu)要求之間做進(jìn)一步的修改。但如果反感階段的構(gòu)思比較好，那么修改就可能比較少。圖4-3 兩個(gè)折板屋蓋分體系方案的總體比較圖4-5給出了另外一個(gè)例子，說明設(shè)計(jì)者是如何利用整體方法對空間形式方案的結(jié)構(gòu)問題進(jìn)行分層次研究

11、的，這個(gè)空間形式類似于迪斯尼世界賓館（照片4-1）。從整個(gè)建筑來看，很顯然，這種形式適宜于用空間拱作為總體系方案。這種可能性是存在的。由于旅館房間排列成行，橫向分割墻是連續(xù)的，可以將墻設(shè)計(jì)成平面拱結(jié)構(gòu)體系。通過起隔板作用的樓蓋與臺階形布置的縱墻相互連接來實(shí)現(xiàn)這些拱分體系之間的結(jié)構(gòu)連續(xù)性。在考慮結(jié)構(gòu)分體系的具體設(shè)計(jì)之前，就能形成這種方案的概念。這無需預(yù)想，因?yàn)楸M管拱體系的設(shè)計(jì)有很多方法，可以是混凝土結(jié)構(gòu)，也可以是鋼結(jié)構(gòu)，但不會改變整個(gè)方案的適用性，可以將其設(shè)計(jì)成帶孔的拱形梁，或者設(shè)計(jì)成帶洞口的階梯形桁架，這時(shí)洞口的布置可圖4-4 總體系方案是選擇屋蓋體系設(shè)計(jì)方案的前提（a）屋蓋體系簡支在剪力筒結(jié)

12、構(gòu)分體系上（著重于拱的作用）；（b）屋蓋和筒剛性連接，形成整體框架作用（著重于筒之間的抗彎剛度）；（c）屋蓋從核心剪力筒向外懸挑，樓蓋懸掛在屋蓋邊緣（著重于固定主要的拉索）圖4-5 在設(shè)計(jì)特殊的空間形式時(shí)，整體方法是有用的以與過道空間以與相鄰的門道一致。同樣，縱向拱也可以設(shè)計(jì)成桁架或剪力墻。由于有了整體方法，不論是反感階段還是具體設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造能力就只會受到他們的想象力和見識的限制。整體方法也適用于復(fù)雜的建筑形式，比較對稱的或者是單個(gè)形式的建筑，如前面所舉的那些例子。顯然，在非對稱的復(fù)雜形式的設(shè)計(jì)中，還需要解決其它問題。注意，即使是單個(gè)形式的建筑，其部也可能是非對稱的?；镜恼w方法應(yīng)

13、該是將一個(gè)復(fù)雜的空間形式劃分成若干半獨(dú)立形式的比較簡單的組成部分。舉例說，圖4-6說明了如何通過把一個(gè)體性復(fù)雜的建筑整體形式分解成若干高低不同的、長短跨度不同的或其它一些簡單的空間結(jié)構(gòu)組成部分，使一個(gè)復(fù)雜形式的建筑得到簡化。由于水平力對建筑物高低不同部分所起的作用差別十分大，因此，宜于把每個(gè)部分當(dāng)作一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)來處理。與此類似，一幢建筑物也可以根據(jù)它們的基本跨度或使用性質(zhì)分解成不同的結(jié)構(gòu)區(qū)段。因此，對于圖4-6種的建筑物，每個(gè)區(qū)段的設(shè)計(jì)可以互不一樣。唯一復(fù)雜的問題是，在不同結(jié)構(gòu)區(qū)段的交界處，結(jié)構(gòu)的力和位移應(yīng)該得到協(xié)調(diào)。圖4-6 復(fù)雜形式和使用要求可以通過分解簡化在討論并說明了應(yīng)用整體方法分析

14、結(jié)構(gòu)的概念和邏輯關(guān)系之后，本章的其余幾節(jié)將討論四個(gè)應(yīng)用實(shí)例。這些例子中所采用的形式都是比較簡單的，有單層、兩層、12層的以與15層的建筑；類型有單跨單層的大空間以與分成小間的高層辦公樓和高層公寓，還有一幢兩層的車庫。通過幾個(gè)不同類型分體系相互關(guān)系的方案描述和分析，可以說明在實(shí)際上怎樣能使整體假定具體化。在這些例子中，將不涉與用什么材料或構(gòu)件詳圖等初步設(shè)計(jì)的問題，這些將在以后的章節(jié)中再討論。主要是想說明，怎樣把一幢建筑看作一個(gè)總的結(jié)構(gòu)體系，豎向力和水平力又是怎樣通過主要結(jié)構(gòu)分體系的相互作用傳遞到建筑物的基礎(chǔ)上的，在所有這些例子中，無論是采用鋼結(jié)構(gòu)，還是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，還是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)都

15、是可行的。但是，通過這些例子所用的整體方法，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，用一些透徹的悟性假定以與僅少量的計(jì)算，往往就能對總體系方案提出主要結(jié)構(gòu)方案?？梢钥吹接?jì)算是簡便而完整的，并不很精確，重點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)整體的概念，而不是糾纏于細(xì)節(jié)。第三節(jié) 單層開敞空間建筑例4-1一幢開敞空間的單層建筑，平面尺寸為30.5m61.0m，坡屋頂（圖4-7）。通過方案分析此建筑抵抗橫載、活荷載和風(fēng)荷載的總要求。有關(guān)計(jì)算荷載的具體方法將在第5章討論，目前采用如下荷載：假設(shè)屋頂橫載（DL）按水平投影為1.92kN/m2包括屋架、屋面做法以與所有支承于屋架上或懸掛在屋頂下的管道和其它設(shè)備的重量墻的恒載按墻面計(jì)算為2.87kN/m2,包括柱、

16、板壁以與任何附屬在墻的其它構(gòu)件重量。作用在建筑物迎風(fēng)面上的水平荷載（WL）按其投影面積假定為1.44kN/m2，投影面積高為9.1m，寬為61.0m，忽略背風(fēng)面的吸力，有關(guān)風(fēng)吸力問題將在第5章討論。另外，還考慮在屋面上有向下作用的1.44kN/m2的豎向風(fēng)荷載（壓力），其計(jì)算水平投影面積是30.5m61.0m。同樣，忽略吸力的作用。屋面活荷載按水平投影面積是0.96kN/m2，比風(fēng)荷載小，對屋頂設(shè)計(jì)不起控制作用。但是，盡管風(fēng)荷載的壓強(qiáng)要高些，但活荷載的作用依然可能比風(fēng)荷載更加不利。這是因?yàn)榻ㄖ?guī)允許在風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)各部位的應(yīng)力可以比活荷載作用下的應(yīng)力大（一般要大1/3）。圖4-7 總荷載的確

17、定（假設(shè)所有荷載在投影面上為均勻分布）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。但真正結(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。它們互相剛性連接，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)（圖4-8）。次要的屋面構(gòu)件和墻體壁板構(gòu)件起到聯(lián)系剛架的作用，并起到空間圍護(hù)作用。建筑物兩端有山墻，開有所需要的門窗洞口。圖4-8 整體結(jié)構(gòu)體系方案圖4-9 全部屋面荷載作用下由整體剛架作用引起的總水平反力的近似值作用于建筑物的橫向水平力由剛架承受。為了把縱向作用的水平力傳給基礎(chǔ)，在屋頂中部兩個(gè)開間的屋面設(shè)置剪刀撐。這些有剪刀撐的屋面開間加

18、大了屋蓋的縱向剛度，因而能承受縱向水平力的作用，并把水平力傳到兩側(cè)的柱間支撐，再傳到基礎(chǔ)?？傊瑘D4-7中所示的各種荷載必須傳到基礎(chǔ)上。為了保持建筑物作為整體在恒載和風(fēng)荷載作用下的靜力平衡，基礎(chǔ)上必然產(chǎn)生豎向荷載和水平荷載的反力。在恒載和風(fēng)荷載等豎向荷載作用下，這種門架型結(jié)構(gòu)將在柱底產(chǎn)生一個(gè)如圖4-9中所示的向外的水平推力，所以在基礎(chǔ)上應(yīng)有附加的向里的水平反力。真正計(jì)算這種外推力時(shí)必須考慮剛架和拱的組合作用（它將隨構(gòu)件尺寸大小而變化）。但是，作為方案分析，圖4-9種假定全部是拱的作用，因而很容易算出這些力的總的大小，沿建筑物縱向每邊是2520kN由靜力荷載產(chǎn)生的其它反力可直接根據(jù)投影面來計(jì)算（

19、圖4-7），并作用在基礎(chǔ)上，如圖4-10所示。圖4-10 豎向荷載和橫向水平荷載產(chǎn)生的基礎(chǔ)反力豎向荷載產(chǎn)生豎向反力；（b）橫向風(fēng)荷載（ML產(chǎn)生的水平反力；（c）豎向荷載產(chǎn)生的水平和豎向反力；（d）豎向荷載和橫向水平風(fēng)荷載產(chǎn)生的水平反力讓我們來觀察一下各組反力又是怎樣通過建筑物的不同構(gòu)件分別傳到地面上的。屋面恒載與屋面風(fēng)壓力是從次要的屋面構(gòu)件檁條傳給主要的剛架屋面梁，然后向下傳給剛架柱，再傳給基礎(chǔ)。作用在山墻上的一半左右的風(fēng)荷載由檁條傳給屋面剪刀撐（圖4-11）屋面剪刀撐承受檁條傳來的力以后，再將它傳給柱間支撐，最后傳給縱向基礎(chǔ)。山墻上的另一半荷載直接傳給橫向基礎(chǔ)。圖4-11 山墻上的水平力傳至

20、基礎(chǔ)圖4-12 各剛架的受荷投影面積決定剛架上的荷載（a）端剛架和中間剛架的受荷面積；（b）作用在中間剛架上的荷載和反力（抗傾覆力偶未示出）作用在縱墻和屋頂上的水平荷載，必須由建筑物的兩道橫向山墻或者由剛架抵抗。如果希望由山墻承受全部風(fēng)荷載，那么整個(gè)屋蓋必須設(shè)計(jì)成剛性的隔板。隔板必須有很大的剛度才能把作用在屋頂和縱墻上的橫向風(fēng)力傳給山墻。但在本例中，每榀剛架受荷面積上的風(fēng)荷載由這榀剛架本身承受（圖4-12a）。本例中，橫向風(fēng)荷載并不大，這樣做是合理的。圖4-12所示為由剛架作用傳遞這些荷載的情況。豎向恒載與風(fēng)荷載作用下，可以用近似方法分析剛架（圖4-12b）。每榀剛架的最大水平反力約為324k

21、N，必須有剛架的基礎(chǔ)來抵抗。還應(yīng)當(dāng)注意到，由于恒載的作用，剛架梁柱節(jié)點(diǎn)處將受到大約324kN4.5=1458kN.m的彎矩。同樣可以求得風(fēng)荷載作用下的彎矩。這樣，就可以求得一榀標(biāo)準(zhǔn)剛架的主要力，用以估算截面尺寸，或用以研究結(jié)構(gòu)布置的可行性和經(jīng)濟(jì)性。第4節(jié) 兩層停車庫例4-2圖4-13所示為一個(gè)跨度為18m的兩層停車庫結(jié)構(gòu)。為了節(jié)省費(fèi)用，梁與柱不是采用剛性連接，而是梁簡支在柱上。但是，在本例中主要關(guān)心的問題并不是梁或柱本身的設(shè)計(jì)，而是分析抵抗水平力（風(fēng)力或地震作用）的剪力墻的總設(shè)計(jì)要求。為了抵抗縱向水平力，在結(jié)構(gòu)中部附近設(shè)置了一道剪力墻C；為了抵抗橫向水平力，在結(jié)構(gòu)兩端各設(shè)置一道剪力墻（A和B）

22、。假設(shè)屋蓋和樓蓋都起剛性水平隔板作用，它們的剛度足夠大，可以將水平荷載從建筑物各個(gè)圖4-13 兩層停車庫結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)方案部位傳到相應(yīng)的剪力墻上而不致引起局部壓屈。當(dāng)然，樓板還必須承受大梁之間的豎向荷載，產(chǎn)生彎曲，但這只是一個(gè)局部設(shè)計(jì)問題。首先要確定作用在每道剪力墻與其基礎(chǔ)上的總豎向力和水平力，以便確定對這些剪力墻總承載力和穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)要求。顯然，豎向荷載的受荷面積與水平荷載的受荷面積是完全不一樣的（圖4-14）。在縱向，全部水平力由墻C承受，而墻C只承受全部豎向荷載的一部分。同樣，剪力墻A和剪力墻B將分擔(dān)作用在結(jié)構(gòu)上的全部橫向水平力，而每道墻的豎向受荷面積很小。因此，豎向荷載可能不足以抵抗水

23、平力的傾覆作用和保持剪力墻的穩(wěn)定。圖4-14 根據(jù)受荷面積估算水平和豎向荷載（a）承擔(dān)豎向荷載的面積；（b）承擔(dān)風(fēng)荷載的面積下面的簡單計(jì)算能使一個(gè)設(shè)計(jì)者很快確定出剪力墻C是否能抵抗地震作用（圖4-15）。對于墻C：每個(gè)樓面與屋頂單位面積的重量是3.83kN/m2，其總重量各為3.8336486618kN。如果假設(shè)總的地震作用為總重量的10%，那么每個(gè)樓層將作用有662kN的地震力（圖4-15a）。這個(gè)力將產(chǎn)生一個(gè)傾覆力矩MEQ=662(3+6)=5958kN，它應(yīng)當(dāng)由作用在剪力墻C上的豎向荷載加上墻的自重抵抗：兩層樓蓋=3.4318182=2223kN（作用在墻C上）墻C自重=4.3612=3

24、09.6kN總計(jì)2532.6kN（在基礎(chǔ)面上）圖4-15 墻C平衡傾覆力矩和豎向荷載的受力總要求從傾覆力矩與豎向力的比值可得偏心矩662（3+6）/2532.6=2.35m，雖然偏心荷載仍在墻長度以，但超出了墻截面的核心點(diǎn)eb=1/ 612=2m（圖4-15b），基礎(chǔ)會有抬起。因此，如能把基礎(chǔ)設(shè)計(jì)得再大些，譬如說為18m長，則偏心荷載將落在基礎(chǔ)的核心點(diǎn)eb=1/ 39=3m之，這樣，豎向荷載將足以平衡傾覆力矩，基礎(chǔ)也不會向上抬起。讀者可以用同樣方法來驗(yàn)算剪力墻A和B ，并針對它們抵抗地震傾覆力矩的問題提出該采用什么樣的措施。第5節(jié) 12層辦公樓例4-3圖4-16給出了一幢12層辦公樓的標(biāo)準(zhǔn)平面

25、、立面以與樓板截面。建筑物的兩邊各有9根柱，中央有一個(gè)6m12m的電梯和管道井筒。作用在各個(gè)樓層和屋頂上的豎向荷載，包括恒載和活荷載。主要是通過柱傳到下層，核心筒也承受一部分。水平荷載的傳遞方式可以有好幾種。在本例中，核心筒是一個(gè)筒體結(jié)構(gòu)，在縱橫兩個(gè)方向都能抵抗由風(fēng)或地震引起的側(cè)向力（圖4-17a）。18根外柱承受大部分豎向荷載，但不能承受側(cè)向力。圖4-16 12層辦公樓設(shè)計(jì)方案圖4-17b為另一種抵抗水平力的方案。這個(gè)方案要求，在綜、橫兩個(gè)方向，柱和梁剛性連接形成框架。縱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

26、柱和各層大梁組成。當(dāng)然，這幢建筑物也可以設(shè)計(jì)成由核心筒和框架共同抵抗兩個(gè)方向的水平力。在本例中，水平力是通過起水平隔板作用的樓板傳遞的。這種水平隔板能加大柱的剛度，并把柱和核心筒連系起來（圖4-18）。水平隔板地具體作用與所假定的那些抗側(cè)力構(gòu)件有關(guān)。在本例中，隔板把側(cè)向力傳給核心筒，但也可以傳給框架，或者同時(shí)傳給核心筒和框架。無論哪種情況，樓蓋在平面必須大體是剛性的，才能起到剛性隔板的作用，才能使豎向構(gòu)件共同工作。圖4-17 抵抗側(cè)向力的兩種方案（a）由核心筒抵抗側(cè)向力；（b）由框架抵抗側(cè)向力可以用荷載面積法估算作用在建筑物各個(gè)豎向構(gòu)件上的豎向荷載（圖4-19）。這個(gè)方法是把樓蓋或屋蓋的面積分

27、成區(qū)域，個(gè)個(gè)區(qū)域分別屬于某個(gè)豎向承重構(gòu)件（核心筒或框架）。由這塊面積計(jì)算出各個(gè)構(gòu)件承受的活荷載或恒載。在本例中，假定屋面或樓面的恒載是5.75kN/m2，墻面所受的水平風(fēng)荷載是1.44kN/m2。因此，地面以上11層樓面再加上屋面，核心筒所受的全部恒載為14904kN。圖4-18 核心筒、樓蓋隔板和柱的相互作用在圖4-20的計(jì)算中，只是計(jì)算1.44kN/m2的橫向風(fēng)荷載所產(chǎn)生的大致彎矩值。由于橫向受風(fēng)面較大，而井筒尺寸較小，所以橫向的計(jì)算更重要。假設(shè)井筒所受到的樓面和屋頂荷載是14904kN，井筒墻的恒載是4.79kN/m2，那么，抵抗傾覆的總豎向荷載是22353kN。由圖4-20可以看到，合

28、力偏心矩為2.9m，非常靠近井筒的邊緣，因而是不穩(wěn)定的。計(jì)算表明，必須把井筒做得相當(dāng)?shù)膹?qiáng)，基礎(chǔ)還必須加寬，或許還應(yīng)采取下部錨固。以避免基礎(chǔ)向上抬起。圖4-19 用荷載面積法得到的構(gòu)件上的近似荷載值圖4-20 核心筒方案承受水平荷載的整體分析反之，如果假定橫向18m跨度的框架能承受全部水平力，而不需要核心筒，那么可以近似地求得柱的總壓力或總拉力（C或T）為64500kN.m/18m=3583kN，大致由每側(cè)的9根柱平均分擔(dān)：3583 / 9=398KN/每根柱，比每根柱所受的恒載要小得多。由此看來，采用框架方案似乎比核心筒方案好。如進(jìn)行更詳細(xì)的比較，能夠說明框架與核心筒組合方案是最經(jīng)濟(jì)的，尤其是考慮到核心筒能抵抗局部的樓層剪力和減小樓層位移。第6節(jié) 15層公寓的巨型結(jié)構(gòu)例4-4某幢很獨(dú)特的15層公寓工程是由一排很大的建筑物組成。這些建筑物上面幾層樓板是連通的，而在第10層和第5層向里縮進(jìn)形成倒臺階形。在地面，相鄰建筑之間有較大的空間（圖4-21，圖4-22）。每個(gè)建筑單元在頂部5層的平面尺寸是27m48m，僅由4個(gè)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(gè)方向均為21m。這個(gè)方案要求3圖4-21 巨型框架設(shè)計(jì)方案個(gè)很