【正文】 建立平面框架單元模擬主體結(jié)構(gòu)梁、板、柱構(gòu)件及圍護(hù)墻,最終把同一種荷載組合下的兩種工況計(jì)算出來(lái)的的內(nèi)力結(jié)果進(jìn)行包絡(luò)取值，然后根據(jù)各控制內(nèi)力按照混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行配筋計(jì)算。豎向最不利荷載組合作用下的框架內(nèi)力分析彎矩二次分配法比分層法作了更進(jìn)一步的簡(jiǎn)化。在分層法中，用彎矩分配法計(jì)算分層單元的桿端彎矩時(shí)，任一節(jié)點(diǎn)的不平衡彎矩都將影響到節(jié)點(diǎn)所在單元中的所有桿件。而彎矩二次分配法假定任一節(jié)點(diǎn)的不平衡彎矩只影響至與該節(jié)點(diǎn)相交的各桿件的遠(yuǎn)端。因此可將彎矩分配法的循環(huán)次數(shù)簡(jiǎn)化到一次分配、一次傳遞、再一次分配。所以本框架設(shè)計(jì)采用彎矩分配法計(jì)算框架內(nèi)力，傳遞系數(shù)為1/2。各節(jié)點(diǎn)分配兩次即可。梁的固端彎矩依據(jù)以下公式 ； 根據(jù)梁端彎矩和所受的均布荷載可以按下列公式得到梁跨中彎矩1．框架梁的慣性矩及線(xiàn)剛度先計(jì)算矩形截面梁的慣性矩，考慮樓板的翼緣效應(yīng)，將慣性矩乘以增大系數(shù)：。2．框架柱的慣性矩及線(xiàn)剛度3．側(cè)墻的慣性矩及線(xiàn)剛度4．根據(jù)梁、柱線(xiàn)剛度，代入公式，算處出各節(jié)點(diǎn)的彎矩分配系數(shù)同理計(jì)算得：圖42 計(jì)算簡(jiǎn)圖及剛度系數(shù)由結(jié)構(gòu)荷載計(jì)算可知：，，由靜力平衡條件可得：表41 豎向荷載作用下框架彎矩計(jì)算表截面彎矩位置左跨中右ab486698486bc381—381ef8612986fg70—70ij134220131342jk1649—1649圖45 豎向荷載作用下負(fù)一層彎矩分配圖圖46 豎向荷載作用下負(fù)一層彎矩圖圖47 豎向荷載作用下負(fù)二層彎矩分配圖圖48 豎向荷載作用下負(fù)二層彎矩圖圖49 豎向荷載作用下框架彎矩圖側(cè)向荷載呈梯形分布，按矩形均布荷載和三角形荷載疊加得到桿端彎矩，再依照豎向荷載計(jì)算彎矩的方法，進(jìn)行彎矩分配、疊加。從而近似求的側(cè)向荷載下結(jié)構(gòu)的彎矩。表44 側(cè)向荷載作用下框架彎矩計(jì)算表截面彎矩(kNm)下上位置合計(jì)合計(jì)aeei各桿端彎矩分配結(jié)果如下表所示：表45 側(cè)向荷載作用下框架彎矩分配表結(jié)點(diǎn)ea下柱右梁 上柱下柱右梁分配系數(shù)068一次分配二次分配合計(jì)317結(jié)點(diǎn)ie右梁上柱下柱上柱右梁分配系數(shù)一次分配二次分配合計(jì)668結(jié)點(diǎn)ie下柱右梁左梁下柱右梁分配系數(shù)一次分配二次分配5合計(jì)53圖410 荷載作用下框架彎矩圖 地下室頂板計(jì)算因?yàn)?，按雙向板設(shè)計(jì)計(jì)算。邊界條件(左端/下端/右端/上端)：固端/固端/固端/固端荷載標(biāo)準(zhǔn)值(按靜力計(jì)算手冊(cè)考慮活荷載不利布置)跨中最大彎矩內(nèi)支座固定是在作用下的彎矩值與內(nèi)支座鉸支時(shí)在作用下的跨中彎矩值之和。；支座最大負(fù)彎矩為當(dāng)內(nèi)制作固定時(shí)作用下的支座彎矩。荷載設(shè)計(jì)值：恒載： 活載： ―――――――――――――――――――――――――――合計(jì)： 計(jì)算跨度：板厚選用300mm；板底、板面縱筋合理點(diǎn)至近邊距離：混凝土為C35 , ，。鋼筋為HRB335, 。計(jì)算簡(jiǎn)圖如412,查表得有限元分析法的基本思想就是將連續(xù)的結(jié)構(gòu)離散成為若干有限的單元，并在每一個(gè)單元中設(shè)定若干個(gè)節(jié)點(diǎn)，將連續(xù)體看作是只在節(jié)點(diǎn)處相連接的一組單元的集合體；同時(shí)選定場(chǎng)函數(shù)的節(jié)點(diǎn)值作為基本未知量，并在每一個(gè)單元中假設(shè)一個(gè)近似插值函數(shù)以表示單元場(chǎng)中場(chǎng)函數(shù)的分布規(guī)律；進(jìn)而利用力學(xué)中的某些變分原理去建立用以求解節(jié)點(diǎn)未知量的有限元方程，從而將一個(gè)連續(xù)域中的無(wú)限自由度問(wèn)題轉(zhuǎn)化為離散域中的自由度問(wèn)題。一經(jīng)求解就可以利用求解得的節(jié)點(diǎn)值和設(shè)定的插值函數(shù)確定單元上以致整個(gè)集合體的場(chǎng)函數(shù)。具體來(lái)說(shuō)，有限元法的分析過(guò)程可以分為如下5個(gè)步驟。1. 結(jié)構(gòu)離散化。2. 選擇位移插值函數(shù)。選擇適當(dāng)?shù)奈灰坪瘮?shù)是有限元法分析中的關(guān)鍵，應(yīng)當(dāng)注意如下幾個(gè)方面：1）多項(xiàng)式的項(xiàng)數(shù)必須等于單元的自由度數(shù)；2）多項(xiàng)式的階次必須包含線(xiàn)性項(xiàng)和常數(shù)項(xiàng)；3）單元自由度必須等于單元節(jié)點(diǎn)獨(dú)立位移的個(gè)數(shù)。位移矩陣為： （41）式中，——單元內(nèi)任一點(diǎn)的位移， ——行函數(shù)， ——單元節(jié)點(diǎn)位移。分析單元的力學(xué)特性。首先，用節(jié)點(diǎn)位移表示的單元應(yīng)變由幾何方程推導(dǎo)出來(lái)： （42）式中，——單元應(yīng)變， ——單元應(yīng)變矩陣。其次，用節(jié)點(diǎn)位移表示的單元應(yīng)力由本構(gòu)方程推導(dǎo)出來(lái)： （43）式中，——單元材料有關(guān)的彈性矩陣。最后，單元上節(jié)點(diǎn)力與節(jié)點(diǎn)位移間的關(guān)系式由變分原理得出（即平衡方程）： （44） 式中，——單元?jiǎng)偠染仃嚕? （45）整體結(jié)構(gòu)的平衡方程通過(guò)集合所有單元的平衡方程得出。即先將各個(gè)單元的剛度矩陣合成整體剛度矩陣，然后將各個(gè)單元的等效節(jié)點(diǎn)力列陣集合總的荷載陣列——稱(chēng)為總剛矩陣: （46）由總剛矩陣形成整個(gè)結(jié)構(gòu)的平衡方程： （47）由平衡方程求解未知節(jié)點(diǎn)位移和計(jì)算單元應(yīng)力。有限元求解程序的內(nèi)部過(guò)程如下圖所示： 圖43 有限元求解程序圖因?yàn)閱卧梢栽O(shè)計(jì)成不同的幾何形狀，所有可以靈活地模擬和逼近復(fù)雜的求解區(qū)域。很顯然，只要插值函數(shù)滿(mǎn)足一定的要求，隨著單元數(shù)目的增加，解的精度也會(huì)不斷提高而最終收斂于問(wèn)題的精確解。雖然從理論上來(lái)講，不斷增加單元數(shù)目可以使數(shù)值分析解最終收斂于問(wèn)題的精確解，但這卻大大的增加了計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)間。而在我們實(shí)際工程應(yīng)用中，只要所得解能夠滿(mǎn)足工程的實(shí)際需要就可以了。因此，有限元的基本策略就是在分析精度和分析時(shí)間上找到一個(gè)最佳平衡點(diǎn)。 SAP2000軟件介紹本設(shè)計(jì)采用SAP2000有限元分析軟件計(jì)算主體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。SAP2000是SAP系列程序功能最為強(qiáng)大的版本，它同時(shí)具有友好的用戶(hù)界面。在1996年剛發(fā)布的時(shí)候，SAP2000是SAP的第一個(gè)完全集成到Microsoft Windows中的版本。強(qiáng)大的圖形界面在易用性和高效性上無(wú)可比擬。模型的創(chuàng)建和修改、執(zhí)行分析、校核、設(shè)計(jì)優(yōu)化和輸出結(jié)果都在一個(gè)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)。可以在一個(gè)模型中進(jìn)行多種不同類(lèi)型的分析和設(shè)計(jì)。 SAP2000是以有限元方法為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)分析軟件，自1982年開(kāi)發(fā)以來(lái)至今已有近二十多年的歷史。SAP2000軟件是一個(gè)高度模塊化的系統(tǒng)，它包括下列模塊：1. 平面模型圖形輸入系統(tǒng)PlanIn。PlanIn能夠處理平面框架、桁架、鋼架、平面應(yīng)力和平面應(yīng)變問(wèn)題，用荷載結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)分析一般采用此模塊。2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖形后處理軟件GPOST。3. 與現(xiàn)行規(guī)范配套的混凝土配筋模塊REIN和鋼結(jié)構(gòu)校核模塊SS88（2004年）。4. 功能強(qiáng)大的圖形交互系統(tǒng)GIS。GIS能夠處理空間框架、桁架、網(wǎng)架、鋼架、殼體和地下結(jié)構(gòu)問(wèn)題，對(duì)于空間效應(yīng)明顯的地下結(jié)構(gòu)一般采用此模塊分析。5. 樁基承載力分析模塊GPILE。6. 獨(dú)特的施工模擬分析模塊XCONSTR。7. 二維有限元網(wǎng)格自動(dòng)生成及建模程序AutoMESH 2D（其功能同時(shí)集成在GIS中）8. 三維實(shí)體單元網(wǎng)格自動(dòng)生成及建模程序AutoMESH 3D。9. 高層建筑專(zhuān)用前處理程序SAGS和后處理程序SAGSOUT。根據(jù)SAP2000分析主體結(jié)構(gòu)，取荷載標(biāo)準(zhǔn)組合和荷載基本組合進(jìn)行計(jì)算，可繪出其軸力圖、剪力圖、彎矩圖，如下圖圖411 基本組合主體結(jié)構(gòu)位移圖圖412 基本組合主體結(jié)構(gòu)彎矩圖圖413 基本組合主體結(jié)構(gòu)剪力圖圖414 基本組合主體結(jié)構(gòu)軸力圖圖415 標(biāo)準(zhǔn)組合主體結(jié)構(gòu)彎矩圖圖416 標(biāo)準(zhǔn)組合主體結(jié)構(gòu)剪力圖圖417 標(biāo)準(zhǔn)組合主體結(jié)構(gòu)第五章 車(chē)站主體結(jié)構(gòu)配筋 主體框架結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算1．中柱配筋計(jì)算（1）縱向受力鋼筋設(shè)計(jì)：中柱材料如下：混凝土采用，混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)，查表得：混凝土受壓區(qū)等效矩形應(yīng)力圖系數(shù)，相對(duì)界限受壓區(qū)高度。鋼筋采用HRB335級(jí)，中柱最大正彎矩 中柱最大負(fù)彎矩 中柱最大軸力 分析可知，柱可按軸心受壓構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算，站臺(tái)層和站廳層采用相同配筋方式。計(jì)算中采用站臺(tái)層的柱進(jìn)行計(jì)算。查相關(guān)規(guī)范可知軸心受壓構(gòu)件承載力可按下式計(jì)算： （57）式中 ——軸向力設(shè)計(jì)值；——鋼筋混凝土構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，查表56；——鋼筋抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；——混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；——全部縱向受拉鋼筋截面面積；——構(gòu)件截面面積，改用，；——為了保持與偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算具有相近的可靠度而引入的系數(shù)。表51 鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)81012141618202224262871214171921242835424855626976839097303234363840424446485026283133384043104111118125132139146153160167174注: 表中為構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度；為鉅形截面的短邊尺寸；為圓形截面的直徑；為截面的最小回轉(zhuǎn)半徑。對(duì)于柱有，利用內(nèi)插法得出，查表得出。由上式得： （58）經(jīng)計(jì)算得出選用：，（2）箍筋設(shè)計(jì)： 該值大于頂板各截面剪力中的最大值，故按構(gòu)造要求配筋即可，選用。最小配箍率需配的箍筋肢數(shù)最少為52頂板配筋表 截面M(KNm)配筋跨中 20@150188420@1501884支座22@100342122@1003421 縱梁結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算由于縱梁沿車(chē)站縱向方向長(zhǎng)度很大，我們計(jì)算內(nèi)力時(shí)采取簡(jiǎn)化計(jì)算，在車(chē)站縱向長(zhǎng)度方向上取3跨，柱距為8m，縱梁承受均部荷載，這樣計(jì)算偏于保守。1．頂板柱縱梁配筋計(jì)算正常使用階段：（1）縱向受力鋼筋設(shè)計(jì)：頂縱梁材料如下：混凝土采用 ，查表，混凝土受壓區(qū)的等效矩形應(yīng)力圖系數(shù)，相對(duì)界限受壓區(qū)高度為。鋼筋宜采用HRB335級(jí)，則縱梁最大正彎矩 縱梁最大負(fù)彎矩 縱梁最大剪力 縱梁屬壓彎構(gòu)件，根據(jù)最不利受力考慮，按受彎構(gòu)件進(jìn)行配筋計(jì)算。縱梁混凝土保護(hù)層厚度為60mm，則截面抵抗矩系數(shù)配筋系數(shù)（相對(duì)受壓區(qū)高度） ，可以?xún)?nèi)力矩的力臂系數(shù)鋼筋計(jì)算的配筋面積為所以選擇雙層，則。驗(yàn)算適用條件： ，可以 ，可以?？v梁最大負(fù)彎矩 則所以選用雙層，則。驗(yàn)算適用條件： ，可以。 ，可以抗壓強(qiáng)度驗(yàn)算： 最小配筋率驗(yàn)算： ，滿(mǎn)足要求。 （2）箍筋設(shè)計(jì)： 該值大于頂板各截面剪力中的最大值，故按構(gòu)造要求配筋即可，所以選用。最小配箍率需配的箍筋肢數(shù)最少為具體布置見(jiàn)頂板鋼筋布置圖。2．中板柱縱梁配筋計(jì)算正常使用階段：（1）縱向受力鋼筋設(shè)計(jì)：頂板材料如下：混凝土采用，查表，混凝土受壓區(qū)的等效矩形應(yīng)力圖系數(shù)，相對(duì)界限受壓區(qū)高度。鋼筋宜采用HRB335級(jí)，縱梁最大正彎矩 縱梁最大負(fù)彎矩 縱梁最大軸力 縱梁屬壓彎構(gòu)件，但根據(jù)最不利受