水闸副厂房框架结构受力特性分析

唐 帅

（山东省水利勘测设计院，山东 济南 250014）

长春水闸共6孔，每孔净宽7.5 m，闸室为开敞式宽顶堰钢筋混凝土结构，在闸室右侧设置副厂房，长9 m，宽7.8 m，与主厂房之间设置20 mm的伸缩缝，整体结构坐于灰壤土上，考虑到基础冻胀破坏因素，基础底部均采用砂砾石进行换基，副厂房底部为钢筋混凝土箱形结构，上部为三层框架结构，每层高度为4.5 m，4.5 m，5.0 m。柱采用400 mm×400 mm截面，梁有3种截面类型，次梁截面有300 mm×500 mm，400 mm×500 mm两种，主梁截面400 mm×600 mm，板厚200 mm，屋面为不上人屋面。

1 模型设计

该副厂房模型使用PKPM整体建模，首先设置轴线，然后设置第一层的框架结构（梁和柱）以及生成楼板，最后添加板梁柱的恒荷载和活荷载，经过楼层组装，组装成三层框架结构，在此基础上补充设计参数。

PKPM建模设置材料的设计参数如下：设置结构体系为框架体系，墙体材料为混凝土材料，结构重要性系数为1.0，结构主材为钢筋混凝土主材，选用HRB400钢筋，钢筋的保护层厚度取30 mm，混凝土容重取为25 kN/m3，钢材容重为78 kN/m3，修正后得基本风压为0.65 kN/m2，地面粗糙度类别为B类，地震分组为第一组，地震烈度为6（0.05 g），场地类别为三类。设置恒荷载计算信息为：模拟施工一，风荷载与地震荷载计算水平荷载和地震荷载，结构所在区域设置为全国，规定水平力计算方法为楼层剪力差方法，不考虑楼梯刚度，不采用强制刚性楼板假定。设置恒荷载的分项系数（不利）为1.35，分项系数（有利）为1.2，活荷载分项系数为1.4，最后求解计算。

2 试验结果及分析

2.1 变形验算

过大的侧向变形会产生附加弯矩进而增大变形，这会影响建筑的正常使用，对于高度不大于150 m的框架结构，按弹性方法计算的风荷载或多遇地震标准值作用下的楼层层间最大水平位移与层高之比△u／h不宜大于1/550，结构设定判断扭转不规则的位移比为1.20，位移比的限值为1.50。在X向正偏心静震，X向负偏心静震，Y向正偏心静震，Y向负偏心静震下（规定水平力）作用下的位移比和层间位移比见图1，以及在X向地震，Y向地震，X向风，Y向风作用下的最大位移和位移角见图2。

从图1、图2中可以看出：在X、Y向偏心静震（规定水平力）作用下，每层的位移比与层间位移比都小于规定的限值1.5，位移角（最大水平位移与层高之比）小于限值1/550，故该副厂房框架结构的位移比，层间位移比，最大位移和位移角满足规范要求。

图1 各工况下位移比与层间位移比

图2 各工况下最大位移和位移角

2.2 各楼层刚度比与受剪承载力

刚度比是指相邻楼层侧向刚度的比值，主要作用是保障结构竖向布置的规则性，避免结构刚度沿竖向突变，在某处形成薄弱层。受剪承载力是指在水平地震作用方向上，该层全部柱、剪力墙、斜撑的受剪承载力之和。本楼层与其相邻上层楼层的侧向刚度比见表1和图3，各楼层的横向和竖向受剪承载力，以及本层横向和竖向受剪承载力与上层横向和竖向受剪承载力的比值见表2和图4。

表1 X向与Y向刚度比

表2 受剪承载力及其比值

图3 各楼层刚度比

图4 各楼层承载力比

对于框架结构，楼层与其相邻上层的侧向刚度比，本层与相邻上层的比值不宜小于0.7，B级高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不应小于其相邻上一层受剪承载力的75%，从表2和图3中可以看出，结构的侧向刚度比和层间受剪承载力满足要求，不存在结构竖向刚度的不规则性以及薄弱层。

2.3 抗倾覆和稳定验算

框架结构在自身重力荷载下一般不会发生倾覆，但在水平荷载作用下，结构会出现侧移，侧移后结构上会产生附加弯矩，附加弯矩的产生会导致侧移的进一步增大，从而发生危险。各工况下的抗倾覆力矩与倾覆力矩及其比值见表3，X向刚重比与Y向刚重比见表4。

表3 抗倾覆力矩与倾覆力矩比值

表4 X向刚重比与Y向刚重比

高宽比不大于4的高层建筑，基础底面与地基之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15%。此副厂房高度为14 m，宽度为7.8 m，高宽比为1.79。从表3中可以看出：零应力区为0，满足规范要求，故此副厂房框架结构满足抗倾覆要求。从表4中可以看出：X向刚重比与Y向刚重比均大于10，满足整体稳定要求。

3 结论

本文采用PKPM建模研究了某副厂房框架结构的特性。结果表明：该副厂房结构设计合理，满足强度、刚度、稳定性和变形要求。PKPM软件对于整体框架结构的求解比较方便，可应用于相似工程结构的求解计算分析。