井架壳体结构设计计算书0803理想模型Word下载.docx
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地震设防烈度7度,场地特征周期0.45s,地震影响系数取0.12。
7、特征值屈曲工况
特征值屈曲工况取:
自重+恒荷载+活荷载(满跨)。
计算取前6阶模态。
此外,不考虑温度作用,模态分析采用Ritz法。
8、避雷针对应的荷载
避雷针自重考虑5kN。
同时要考虑避雷针的风荷载作用,建模如图所示,避雷针风荷载作用采用整体计算,迎风面大小为0.92m*5m,风荷载体型系数取1.0(根据《建筑结构荷载规范》8.3.1第37项圆截面构筑物整体计算时的体型系数),风振系数取1.8。
自重5kN通过竖向节点荷载施加,建模设置避雷针材料密度为0,避免自重重复计算。
考虑8个不同的荷载工况。
四、模型建立
边界条件U1=3000kN/m,U2=3000kN/m,U3=1e14kN/m。
采用C40混凝土,抗拉强度设计值1.71N/mm2,抗压强度设计值16.7N/mm2,弹性模量E=32500MPa。
泊松比μ=0.2,混凝土自重25kN/m3。
钢筋采用HRB400,fy=360N/mm2。
壳体厚度150mm。
壳体单元尺寸为0.5m*0.5m。
模型未考虑基础环梁。
五、计算结果
3.1反力
表1各工况反力
荷载工况
GlobalFX
GlobalFY
GlobalFZ
GlobalMX
GlobalMY
GlobalMZ
KN
KN-m
DEAD
0.00
2175.55
DEADLoad
410.00
InnerP
255.79
LiveA
639.46
LiveL
319.73
1580.33
LiveD
-1580.33
LiveR
LiveU
Wind0
-190.20
-1025.85
-16709.07
Wind45
-121.80
-134.49
11815.10
-10509.37
Wind90
16709.07
Wind135
121.80
10509.37
Wind180
190.20
Wind225
134.49
-11815.10
Wind270
Wind325
EQHor
346.24
33390.65
3.2变形
理想的混凝土旋转壳体刚度较大,在最不利荷载组合下结构的变形如图2所示,最大的x向及y向位移为2mm,z向位移为1mm。
最大变形为3mm.
图2最不利荷载组合下的变形
3.3内力
结构的内力云图如图3所示。
结构的弯矩非常小,环向弯矩M11最大值为3.082kNm/m,发生在避雷针支座底部;
径向弯矩最大值为9.338kNm/m,且弯矩较大值靠近底部支座处,远离底部支座的壳体弯矩基本为零。
同时,可以看到在避雷针底座位置,结构的弯矩相对较大,从而影响到结构的配筋。
结构的环向内力在高度为0~1m处壳体表现为拉力,且拉力较大,高度大于1m的壳体的环向拉力减小,在高度大于2m壳体环向力较小且表现为压力,高度大于2m壳体基本以受压为主,且弯矩很小。
F11(最大值511kN/m)F22(最大值-82.68kN/m)
M11(最大值3.082kNm/m)M22(最大值9.338kNm/m)
图3结构的内力云图
3.4特征值屈曲
特征值屈曲分析得到模型理想状态下弹性屈曲承载力,设置屈曲工况为:
6阶模态的屈曲因子如表2,其中最小屈曲因子为400.35,说明结构的弹性屈曲承载力很高。
图4为不同模态下的屈曲变形,从图中可以看到,模型屈曲变形主要发生在高度为1~2m的壳体,因此,在设计时,即便其内力较小,但应在高度为1~2m的壳体进行配筋加强。
表2特征值屈曲因子
模态
1
2
3
4
5
6
屈曲因子
400.35
419.7
423.2
466.1
(a)第1阶模态(屈曲因子400.35)(b)第2阶模态(屈曲因子400.35)
(c)第3阶模态(屈曲因子419.7)(d)第4阶模态(屈曲因子423.2)
(e)第5阶模态(屈曲因子423.2)(f)第6阶模态(屈曲因子466.1)
图4特征值屈曲模态
3.5平面外剪力验算
《混凝土结构设计规范(GB50011-2010)》第6.3.3条,对于不配置箍筋和弯起钢筋的一般板类受弯构件,其斜截面受剪承载力应满足:
当受到平面外剪力时,对150mm厚壳体,保护层厚度为35mm,b=1000mm,h0=150-35=115mm,则:
计算得到的最大平面外剪力为18.89kN/m<
137.7kN/m,满足要求!
3.6配筋计算
为了方便配筋及计算,我们对整个壳体进行分区。
如图5所示,从下往上
同一高度为一层网格,依次命名为Plate49-Plate72。
每层网格弧长为0.4923m。
图5分区示意图
配筋计算采用矩形截面偏心拉压公式进行计算。
混凝土壳体采用双层双向配筋,采用C40混凝土,抗拉强度设计值1.71N/mm2,抗压强度设计值16.7N/mm2,钢筋采用HRB400,fy=360N/mm2,壳体厚度150mm,钢筋保护层厚度取35mm。
受拉钢筋绑扎接头不小于50d。
计算结果及配筋如下:
Plate49(弧长500mm)
环向配筋12@100,径向配筋8@100.
表3Plate49内力及配筋计算
Plate49
F11
F22
M11
M22
环向配筋
径向配筋
KN/m
KN-m/m
(mm2/m)
maxF11
511.10
-7.88
0.49
726.90
1.88
minF11
35.05
-82.66
0.08
0.28
51.62
maxF22
-7.86
726.93
minF22
37.38
-82.69
0.11
0.36
55.64
maxF12
287.75
-13.70
1.73
6.43
459.80
220.01
minF12
35.13
-82.64
0.27
51.67
maxM11
287.74
-13.71
459.84
220.03
minM11
46.09
-45.23
0.04
-0.03
65.33
maxM22
minM22
51.28
-45.24
72.65
maxM12
511.09
-7.90
726.83
minM12
46.01
-45.20
65.23
maxV13
459.81
minV13
maxV23
minV23
48.86
-45.22
69.34
220.03
实际配筋
12@100(1130.4)
8@100(502.4)
Plate50(弧长500-1000mm)
环向配筋10@125,径向配筋8@100.
表4Plate50内力及配筋计算
Plate50
294.58
-10.14
1.75
470.02
220.87
26.54
-82.63
0.09
0.35
39.97
26.77
0.32
40.04
124.29
-12.53
1.82
7.46
235.97
256.01
26.78
40.03
-12.58
1.83
236.00
256.00
-12.56
235.98
35.72
-51.62
52.52
470.05
220.88
-12.54
235.96
最大配筋
10@125(628)
Plate51(弧长1000-1500mm)
环向配筋8@125,径向配筋8@100.
表5Plate51内力及配筋计算
Plate51
129.12
-9.54
1.84
7.45
243.21
256.62
-11.19
-78.58
0.06
0.26
129.11
-9.51
243.20
256.63
-11.13
-78.60
33.76
-11.15
1.39
5.95
95.24
204.12
-9.77
243.22
256.58
-11.18
-9.89
243.19
256.54
27.30
-58.12
40.78
40.80
8@125(402)
8@100(502.4)
Plate52(弧长1500-2000mm)
环向配筋8@150,径向配筋8@100.
表6Plate52内力及配筋计算
Plate52
35.82
-8.97
1.40
98.42
204.50
-40.64
-73.54
0.17
35.70
-8.58
98.26
204.59
-40.58
-9.72
-63.21
35.57
-9.08
98.09
204.48
-73.53
35.60
-8.86
98.12
204.54
-63.20
8@150(335)
Plate53(弧长2000-2500mm)
环向配筋8@150,径向配筋8@150.
表7Plate53内力及配筋计算
Plate53
17.95
-7.94
0.86
3.78
54.62
129.39
-56.86
-69.02
0.02
17.28
-7.55
53.69
129.48
-69.03
-39.05
-65.39
17.87
-7.97
0.87
55.01
17.93
54.60
129.40
8@150(334)
Plate54(弧长2500-3000mm)
表8Plate54内力及配筋计算
Plate54
15.99
-6.87
0.40
1.89
36.26
64.20
-56.25
-65.49
15.27
-6.47
35.26
64.29
-55.45
-65.60
0.01
15.91
-6.90
0.45
37.63
64.18
-55.42
-0.04
-65.59
-0.01
Plate55-56(弧长3000-4000mm)
表9
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