某藏式大殿仿古建筑結構受力分析

某藏式大殿仿古建筑結構受力分析

首先根據建筑圖紙整理相關數據，然后進行層間荷載代表值的計算，運用軟件進行建模，求出在豎向荷載（恒載、活荷載以及雪荷載）作用下的結構內力和水平荷載作用下的結構內力（彎矩、剪力、軸力），找出最不利的一組或幾組內力組合。通過進行荷載統計、內力計算，得到風力作用下的側移等數據，進而得出分析結果。

本工程是某藏式大殿，為一座典型的仿古建筑。整體為鋼筋混凝土框架結構，一共五層。在遵循“適用、安全、經濟、美觀”的設計原則和國家有關現行建筑結構設計規范與標準的基礎上，根據該仿古建筑的相關CAD設計圖紙與主要技術指標，確定了結構的布置方案與結構的計算模型。

本設計在現代力學的基礎上，通過對大主殿的結構分析，闡述了現代仿古建筑的受力特點以及對仿古建筑加固的關鍵部位，得到了翔實的分析資料，驗證了建筑結構的合理性和安全性，對仿古建筑有了更深入的了解。

工程概況

大殿的各層平面均為左右對稱的矩形，布局簡單實用。對稱結構的剛度分布均勻，可以具備更好的穩定性，從而保證其能夠起到最優的抗震效果。一層到二層的中空架構，三層開始有樓板，供人們游覽之用。

柱子整體上下貫通，這樣的設計方法使得建筑造型優美，整體性增強。內圈通柱是主要的承力柱，承擔樓板、屋面自重和人流荷載。下層的金柱到上層變為檐柱，這樣的設計方法不僅使得建筑造型優美，而且重心降低，大大增強了穩定性。因為該大殿是中空構架，樓板剛度較小，所以建筑的側移剛度有很大一部分需通柱提供。在現澆的鋼筋混凝土仿古建筑中表現的更為明顯。大殿的詳細信息如表1所示。

表1 建筑詳細信息表

建立模型

根據工程概況，對該建筑進行簡化，建立模型。因為模型的建立以貼近實物為原則，所以本文建立的模型能夠真實的反映建筑物的結構特點和受力特性。

圖1 第一層平面模型

圖2 第二層平面模型

圖3 第三層平面模型

圖4 第四層平面模型

圖7 風載作用下X-Y方向最大樓層位移曲線

第一層總面積為41800×26800mm，總體布置成對稱結構。650×450mm的矩形混凝土梁；直徑500mm的混凝土圓形柱；100mm厚的混凝土墻樓板：120mm厚的混凝土現澆樓板。第一層平面模型如圖1所示。

第二層總面積為37400×22000mm，總體布置成對稱結構。650×450mm的矩形混凝土梁；直徑500mm的混凝土圓形柱；100mm厚的混凝土墻；120mm厚的混凝土現澆樓板。第二層平面模型如圖2所示。

第三層總面積為37400×22000mm，面積遞減，對稱結構；650×450mm矩形混凝土梁；直徑500mm混凝土圓形柱；100mm厚混凝土墻；120mm厚混凝土現澆樓板。第三層平面模型圖3。

第四層總面積為37400×12000mm；600×400mm的矩形混凝土梁，中心梁為1000×600mm；650×450mm的矩形混凝土梁；直徑500mm的混凝土圓形柱；100mm厚的混凝土墻；120mm厚的混凝土現澆樓板；第四層平面模型圖4。

第五層總面積為37400×500，面積遞減；650×450mm的矩形混凝土梁；直徑500mm的混凝土圓形柱；100mm厚的混凝土墻；120mm厚的混凝土現澆樓板；第五層平面模型圖5。

風載對結構的影響

風荷載屬于水平荷載。由于該建筑出于非地震區，不用考慮地震作用的影響，只要滿足基本的抗震構造要求即可，風荷載是該建筑的唯一水平荷載。風荷載對建筑的影響包括內力、層位移、層位移角等物理量的影響，具體情況如曲線圖6—8所示。

從圖6中可以看出，風載作用下，X方向上的反應力隨著層高的增加而降低，這一規律與基本力學知識相符合；Y方向上的反應力整體上也是有隨著層高的增加而降低，但是反應力在第二層的地方突然增加，因此應注意加強結構底部的構件來提高抗剪承載力和抗彎承載力。從圖7中可以看到，由于X方向的剛度遠大于Y方向上的剛度，所以X方向上的位移也就遠小于Y方向上的位移；但兩個方向上的位移都滿足規范的要求。圖8中，最大層間位移角為1/1223，小于1/550，層間位移角滿足抗震規范要求。

圖8 風載作用下X-Y方向最大樓層位移角曲線

圖9 第一層梁在荷載作用下的彎矩圖

內力的計算

根據實際情況計算出建筑的各種荷載（包括恒載、活載、風載等），將荷載施加在所建立的模型上，從而計算出工況下各層彎矩圖。這里只展示第一層梁在荷載作用下的彎矩圖，如圖9所示。取建筑最不利的一榀框架，算出彎矩圖，如圖10所示。

從荷載下的結構彎矩圖可以看出，在同一樓層上，內圈梁所受到的彎矩數值相差不大；內圈梁上的彎矩隨著樓層的增加而逐漸減小；因為建筑下面兩層是中空的，上面三層出現了梁上柱，柱子把上面傳下來的軸力作用在梁上，因此梁中的彎矩會異常增大，應對這里進行加固處理。

圖10 一榀框架在最不利荷載作用下的彎矩圖

結語

結構第二層的反應力發生突變，應增加這部分構件的配筋，使之滿足承載力的要求；因為這里反應力最大，破壞會相對嚴重，后期維修加固時，結構二層應該是加固的重點。內圈通柱與中跨梁之間的連接處是建筑的薄弱部位，且這里的彎矩明顯比其它地方都要大，應注意對這里進行特殊處理。本文對該大殿仿古建筑的分析不僅有助該建筑后期加固，還對相似結構形式的仿古建筑的設計有借鑒意義，能讓設計者清楚地知道建筑的薄弱部位和結構的整體受力特點。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.19.022