某輸煤廊道設計思考

任紅梅 彭功生

(1.上海市浦東新區建設工程設計文件審查事務中心，上海 201204； 2.中交第三航務工程勘察設計院有限公司，上海 200032)

某輸煤廊道設計思考

任紅梅1彭功生2

(1.上海市浦東新區建設工程設計文件審查事務中心，上海 201204； 2.中交第三航務工程勘察設計院有限公司，上海 200032)

以某條輸煤廊道為例，使用PKPM軟件按不同建模方式進行設計，并對計算所得的樓層受剪承載力結果進行了分析比較，以驗證程序在計算樓層受剪承載力時的不足之處。

規則性判斷，抗震，設計，樓層承載力

0 引言

進行建筑結構設計時，為使建筑結構布置更有利于抗震設計，規范要求建筑的形體要滿足相關規則性要求。GB 50011—2010建筑抗震設計規范[1]中，對建筑物的規則性分為平面和豎向兩大類，對每一類又進一步進行了細分，并給出了每一個細分部分的規則性判別指標。其中有些指標的判別，設計人員只能通過電算結果進行分析。而電算結果是否準確，設計人員往往只能從表象進行粗略的分析，至于計算結果準確度卻無法掌握。本文以一條輸煤廊道為例，在PKPM中，按不同方式進行建模計算，對計算所得的樓層受剪承載力結果進行對比分析，說明程序電算結果存在的誤差，希望引起結構設計人員的注意。

1 樓層受剪承載力及計算

GB 50011—2010建筑抗震設計規范第3.4.3的表3.4.3-2中，對豎向不規則的樓層承載力突變進行了明確的判別標準：抗側力結構的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80%時，結構便屬于豎向不規則。同時，第3.4.4-2(3)條更進一步要求，樓層承載力突變時，薄弱層抗側力結構的受剪承載力不應小于相鄰上一樓層的65%。

對于樓層受剪承載力如何計算，GB 50023—2009建筑抗震鑒定標準[2]附錄C給出了鋼筋混凝土結構樓層受剪承載力計算公式：

Vy=∑Vcy+0.7∑Vmy+0.7∑Vwy

(1)

其中，Vy為樓層現有受剪承載力；∑Vcy為框架柱層間現有受剪承載力之和；∑Vmy為磚填充墻框架層間現有受剪承載力之和；∑Vwy為抗震墻框架層間現有受剪承載力之和。

同時，參考文獻[2]給出了對于矩形框架柱層間現有受剪承載力，可按下列兩式進行計算，并取較小值：

(2)

(3)

對于對稱配筋的矩形截面偏壓柱，現有樓層受彎承載力可按下式計算：

當N≤ξbkfcmkbh0時：

(4)

當N>ξbkfcmkbh0時：

(5)

ξ=[(ξbk-0.8)N-ξbkfykAs]/[(ξbk-0.8)fcmkbh0-fykAs]

(6)

對于Vmy，Vwy的計算公式，由于本工程中不涉及，因此文中不再引用，詳情可以參見文獻[2]附錄C中的相關內容。

2 算例介紹

廊道投影長度為30 m，縱向柱網尺寸為9.0 m，橫向柱網尺寸為8.8 m(見圖1)。廊道面標高為變化值，起端廊道面距地面高差為3.0 m，終端廊道面距地面高差為8.0 m。廊道面至屋面高度為4.0 m。廊道上部結構采用鋼筋混凝土框架結構，廊道面樓層采用混凝土多孔磚圍護，底部敞開。廊道所在地區抗震設防烈度為7度，設計地震加速度值為0.1g，設計地震分組為第一組，場地土類別為Ⅲ類。

采用PKPM軟件按照以下兩種方式對廊道建模計算：第一種(方案一)：第一層樓面標高以終端標高計算，樓面其余各處節點標高按降低上節點標高的方式進行修改；第二種(方案二)：第一層樓面標高以起端標高計算，樓面區域各處節點標高按增加上節點標高的方式修改。

3 計算結果分析

結構設計時，柱斷面均取600 mm×600 mm?；炷翉姸鹊燃墳镃35，縱筋采用HRB400級鋼，箍筋采用HPB300級鋼，梁柱鋼筋的混凝土保護層厚度為25 mm。底層柱子編號如圖2所示。

從兩個模型的計算結果可以看出(見表1)，2層X向的受剪承載力相同，Y向受剪承載力相差2.7%，兩個方向基本相同。而1層的X向和Y向受剪承載力卻相差很多，分別相差67%和63%。為什么相同的幾何尺寸，計算出來的結果會相差這么大，我們將程序計算的結果摘錄出來，如表2所示。

表1 樓層受剪承載力及其承載力比值計算結果

表2 樓層受剪承載力PKPM結果

對表2計算結果對比分析可以看出：1)在恒載和活載作用下，兩個模型計算出的柱內力完全相同；2)相同位置的框架柱，兩個模型下，柱子自動配筋面積有差異；3)在計算單根柱受剪承載力時，兩個模型計算的結果相差較大。按照式(2)，單根柱的受剪承載力受自身的配筋面積影響，相同位置的框架柱程序自動配筋面積不同，但通過簡單的比較可以發現，配筋上的差異幅度不可能引起受剪承載力的差異幅度。

為了進一步對模型計算結果進行比對，我們采用式(2)～式(6)對每根框架柱的受剪承載力進行計算(柱寬均為600 mm，柱高均為565 mm)，并與程序計算結果進行比較。計算結果如表3所示。

由于手算和PKPM的計算中，混凝土保護層厚度以及鋼筋受力中心至構件邊緣距離等參數取值可能存在差異，因此，兩者的計算結果不可能完全一致。但分別對比表2和表3可以發現：對方案一，手算結果與程序計算結果差異較大，最大誤差65%；而對于方案二，手算結果與程序計算結果卻比較接近，最大誤差不超過6%。將所有框架柱高度統一按方案一中的最高凈高取7.7 m，再按式(2)～式(6)進行計算，結果如表4所示。

表3 樓層受剪承載力手算結果

表4 樓層受剪承載力PKPM結果(框柱凈高均取7.7 m)

對比表2和表4的結果可以發現，兩者結果相當接近，最大誤差為7.8%。因此，我們可以得出下列結論：1)式(2)～式(6)的計算方法與PKPM程序采用的計算公式基本相近；2)當幾何建模按方案一進行建模，PKPM計算框架柱受剪承載力時，柱凈高按最大凈高的框架柱進行統一取值；3)當幾何建模按方案二進行建模時，PKPM計算框架柱受剪承載力時，按各個框架柱實際凈高進行計算。

4 結語

本文以兩端高差較大的某輸煤廊道為算例，利用PKPM設計軟件分別按廊道兩端的不同層高進行幾何建模計算，并對PKPM計算的樓層受剪承載力進行分析和比較，總結出在某些建模情形下PKPM計算結果會發生失真的現象，希望本文的分析結論對廣大結構設計人員具有參考借鑒作用。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震設計規范[S].

[2] GB 50023—2009，建筑抗震鑒定標準[S].

On design for some coal conveying passage

Ren Hongmei1Peng Gongsheng2

(1.ConstructionEngineeringDesignDocumentsInspectionAffairsCenterinPudongDistrictofShanghai,Shanghai201204,China;2.CCCCThirdHarborConsultantsCo.,Ltd,Shanghai200032,China)

Taking some coal conveying passage as the example, the paper adopts PKPM software to undertake the design with different model establishment approaches, and analyzes and compares the floor shearing loading capacity from the calculation, so as to prove the shortages of the program to calculate the shearing loading capacity.

regular judgment, anti-seismic, design, floor loading capacity

2015-02-02

任紅梅(1981- )，女，工程師; 彭功生(1979- )，男，高級工程師

1009-6825(2015)11-0031-02

TD529

A