δn-顶部附加地震作用系数,δn=0.0
Geq-结构等效总重力荷载。
屋盖自重:
Groof=1.4x450.3=630.42KN
楼面自重:
Gfloor=2.35x467.08=1097.64KN
二层楼层墙体自重:
G2=(1.43x111.2+0.44x90.1)x3.5=695.31KN
一层楼层墙体自重:
G1=(1.43x103.2+0.44x151.28)x3.9=835.14KN
屋盖质点自重:
G2-eq=Groof+0.5*Aroof*0.3+0.5*G2
=630.42+0.5*450.3*0.3+0.5*659.31=1045.62KN
楼盖质点自重:
G1-eq=Gfloor+0.5*Afloor*2.0+0.5*(G2+G1)
=1097.64+0.5*467.08*2.0+0.5*(695.31+835.14)=2329.95KN
结构等效总重力荷载:
Geq=0.85*(G1-eq+G2-eq)
=0.85*(1045.62.+2329.95)=2869.23KN
Fek=0.04*2869.23=114.77KN
F2-eq=1045.62*9.755*114.77/(1045.62*9.755+2329.95*3.9)=60.7KN
F1-eq=2329.95*3.9*114.77/(1045.62*9.755+2329.95*3.9)=54.07KN
由此可见,对于Ⅲ区屋盖水平荷载,本结构横向纵向均由地震控制,对于楼盖水平荷载,本结构横向由风荷载控制,纵向由地震控制。
由《木结构设计规范》GB50005-2003第9.2.6条规定:
本工程遵照其相应规定,轻型木结构抗侧力设计即可按构造要求进行:
1)建筑物每层面积不超过600m2,层高不大于3.6m。
2)抗震设防烈度为6°和7°(0.10g)时,建筑物的高宽比不大于1.2;抗震设防烈度为7°(0.15g)时和8°(0.2g)时,建筑的高宽比不大于1.0时;建筑物高度指室外地面到建筑物屋顶二分之一高度处。
3)楼面活荷载标准值不大于2.5KN/m2,屋面活荷载标准值不大于0.5KN/m2,雪荷载按照国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009的有关规定。
4)不同抗震设防烈度和风荷载时,剪力墙的最小长度符合表9.2.6的规定。
5)剪力墙的设置符合下列规定:
(1)单个墙段的高宽比不大于2:
1;
(2)由于该建筑抗震设防烈度为6度,故同一轴线上墙段的水平中心距不得大于10.6m;
(3)相邻墙之间横向间距与纵向间距的比值不大于2.5:
1;大于2.5:
1时至少横向外墙的面板应采用两面木基结构板,其它所有外墙均采用木基结构板作为面板。
(4)墙端与离墙端最近的垂直方向的墙段边的垂直距离不大于2.4m;
(5)一道墙中各墙段轴线错开距离不大于1.2m
6)构件的净跨距不大于12m。
7)除专门设置的梁柱外,轻型木结构承重构件的水平中心距不大于600mm。
8)建筑物屋面坡度不小于1:
2,也不大于1:
1,纵墙上檐口悬挑长度不大于1.2m,山墙上檐口悬挑长度不大于0.4m。
三、结构构件设计
对于轻型木结构,结构设计一般假定由规格材或工程木产品组成的木构架承受竖向荷载,由木基结构板材和木框架组成的楼、屋盖和剪力墙承受水平荷载。
1.屋面桁架设计
现以沿B轴线剖面为例,对轻型木桁架屋架进行结构内力分析(用MITEK软件进行辅助设计):
屋面坡度为26.57°,屋面桁架间距为406mm,采用SPF(云杉-松-冷杉)类规格材,材质等级Ⅲc。
上弦杆选用38mmx89mm规格材,下弦杆选用38mmx89mm规格材,腹杆选用38mmx89mm规格材。
上弦杆及跨中的腹杆上设有38mmx89mm侧向支撑,以保证侧向稳定性。
选取其中跨度最大的桁架进行验算,过程如下:
2.屋面梁设计(选取受荷最大的梁进行验算)
WL1两端均由墙体支撑,支座之间的中心距为6990mm,其计算简图及节点图见1.1.4a。
根据估算初步选定材料为3-45mmx457mmLVL梁。
计算参数为:
W=bh2/6=135x4572/6=4.7x106mm3
I=bh3/12=135x4573/12=1.07x109mm4
屋面桁架在该梁上产生的均布荷载设计值为:
(1.4*1.2+0.5*1.4)x14.84/2=17.66KN/m
梁的自重设计值为1.2x0.045x0.457x7x3=0.52KN/m
故梁承受的均布荷载设计值为:
g+q=17.66+0.52=18.18KN/m
图1.1.4aWL1计算简图
M=(g+q)L2/8=18.18x6.052/8=83.18KN·m
V=(g+q)L/2=18.18x6.05/2=54.99KN
(1)弯曲强度验算
M/Wn=83.18x106/4.7x102=17.69N/mm2<fm=36.5N/mm2满足设计
(2)剪切强度验算
3V/2A=3*54.99*103/(2*135*457)=1.34N/mm2<fv=3.65N/mm2满足设计
(3)变形验算
屋面桁架在该梁上产生的均布荷载标准值为:
(1.4+0.5)x14.84/2=14.1KN/m
梁的自重标准值为0.045x0.457x7x3=0.43KN/m
故梁承受的均布荷载标准值为:
g+q=14.1+0.43=14.53KN/m
5qL4/384EI=5x14.53x6.054x1012/(384x14000*1.07*109)
=16.9mm<6050/250=24.2mm满足设计
(4)支撑处局部受压验算
局部受压面积:
Ac=140X135=18900mm2
局部压应力fc=vf/Ac=54990/18900=2.91N/mm2>2.7N/mm2
故此处的墙骨加密至5根
3.屋盖设计
屋盖结构单元由12mm的木基结构板材和屋架组成,面板边缘钉的间距为150mm。
。
假设所产生的侧向力均匀分布,则所作用在屋盖上横向的水平荷载设计值为ωf=1.3x58.38/23.94=3.17KN/m。
根据建筑物平面图,屋盖的边界杆件位于8轴线、5轴线,3轴线。
(1)屋盖抗剪承载力验算
由《木结构设计规范》GB50005-2003附录P知:
屋盖的设计抗剪承载力为:
V=fdxB=fvdxk1xk2Xb
其中fd-采用木基结构板材的楼盖,屋盖抗剪强度设计值,由规范表P.0.1查fvd=5.2KN/m
K1-木基结构板材含水率调整系数,取k1=0.75
K2-骨架构件材料树种的调整系数,对于本工程采用的云杉-松-冷杉类,k2=0.8
B-屋盖平行于荷载方向的有效宽度,取20.1m
故由上述公式得:
V=fdxB=5.2x0.75x0.8x20.1=62.71KN>0.5x58.38=29.19KN满足设计
(2)屋盖边界杆件承载力验算
屋盖边界杆件由二层外墙的双层顶梁板2-38mmx140mmSPFⅢc级进口云杉、松、冷杉结构材组成,强度等级TC11。
沿3~8轴线间的边界杆件承受的轴向力设计值为:
Nf=M1/B0=WfxL12/8B0=3.17x12.242/(8x20.1)=2.95KN
由于杆件的抗拉承载力低于抗压承载力,故边界杆件的轴向承载力由抗拉承载力控制:
Nt=2x38x140x4.8x10-3=51.07KN>2.95KN满足设计
4.二层外墙墙骨柱设计
二层外墙墙骨柱为38mmx140mmSPFⅢc级进口云杉、松、冷杉结构材组成。
墙骨柱间距406mm。
墙骨柱的计算长度为L=4200mm,其计算简图见图.1.1.12。
根据规范GB50005-2003表4.2.1-3查的墙骨柱的各强度设计值。
图1.1.12二层墙骨柱计算简图
作用在屋面的竖向荷载设计值为:
S=1.2x1.4+1.4x0.5=2.38KN/m2
每根墙骨柱承受的荷载设计值为:
N=0.406x2.38x(12.24/2+0.35)=6.25KN
风荷载设计值为:
w=1.4x0.41x0.406=0.23KN/m
故M=WL2/8=0.23x4.22/8=0.51KN*M
按强度验算:
(N/Anxfc)+(M/Wnxfm)=(6.25x103/38x140x12)+(0.51x106x6/38x1402x9.4)
=0.53<1.0满足设计
按稳定验算:
N/ФфmA0≤fc
式中фm=0.45
i=(I/A0)1/2=(38x1403/12x38x140)1/2=40.41mm
λ=l0/i=4200/40.41=103.9>91
故Ф=2800/λ2=0.26
故该墙骨柱的稳定性:
N/ФфmA0=6.25x1000/(0.26x0.45x38x140)=10.04N/mm2<12N/mm2
满足设计
5.二层剪力墙设计
剪力墙由墙骨柱,顶梁板和底梁板以及墙面板组成。
5轴剪力墙长15.655m,墙骨柱为38mmx140mmSPFⅢc级进口云杉、松、冷杉结构材组成,墙骨柱间距406mm。
墙面板为9.5mm的木基结构板材,面板边缘钉的间距为150mm。
经计算,地震荷载作用下墙承受的总剪力设计值分别为27.36KN。
(1)剪力墙抗剪承载力验算
由规范GB50005-2003附录Q知剪力墙的抗剪承载力为:
V=fvdxl=(fvdxk1xk2xk3)xl
查表的k1=1.0k2=0.8k3=1.0
由规范GB50005-2003附录Q.0.1-1查的fvd=4.3KN/m,所以
fd=4.3x1.0x0.8x1.0=3.44KN/m
V=fdxB=3.44x15.655=53.85KN>27.36KN满足设计
(2)剪力墙边界杆件承载力验算
剪力墙的边界杆件为剪力墙边界墙骨柱,为两根38mmx140mmSPFⅢc级进口云杉、松、冷杉结构材组成。
边界杆件承受的设计轴向力为:
Nf1=27.36x4.2/15.655=7.34KN
由于杆件的抗拉承载力低于抗压承载力,故边界杆件的轴向承载力由抗拉承载力控制:
Nt=2x38x140x4.8x10-3=51.07KN>Nf=7.34KN
满足设计
6.楼盖平行弦桁架设计(选取典型桁架进行设计)
平行弦桁架结构内力分析(用MITEK软件进行辅助设计):
桁架采用SPF(云杉-松-冷杉)类规格材,材质等级Ⅲc。
上弦杆选用38mmx89mm规格材,下弦杆选用38mmx89mm规格材,腹杆选用38mmx89mm规格材。
7.楼面梁设计(选取受荷最大的梁进行验算)
(1)、L5一端由墙体支撑,另一端以L6为支座,长为4745mm,其计算简图如下图,根据估算初步选定材料为4-45mmx406mmLVL梁。
计算参数为:
W=bh2/6=180x4062/6=4.95x106mm3
I=bh3/12=180x4063/12=1.0x109mm4
屋面传来的均布荷载设计值为:
(1.4*1.2+0.5*1.4)x(4.94/2+0.6)=7.31KN/m
三层楼面传来的均布荷载设计值为:
(1.0*1.2+2*1.4)x4.94/2=9.88KN/m
二层楼面传来的均布荷载设计值为:
(2.35*1.2+2.5*1.4)x2.5/2=7.9KN/m
墙体传来:
1.4X7.874X1.2=13.23
梁的自重设计值为1.2x0.180x0.406x7=0.61KN/m
故梁承受的均布荷载设计值为:
g+q=7.31+9.88+7.9+13.23+0.61=38.93KN/m
L5计算简图
M=(g+q)L2/8=38.93x4.7452/8=109.6KN·m
V=(g+q)L/2=38.93x4.745/2=92.36KN
(1)弯曲强度验算
M/Wn=109.6x106/4.95x106=22.14N/mm2<fm=36.5N/mm2满足设计
(4)剪切强度验算
3V/2A=3*92.36*103/(2*180*406)=1.90N/mm2<fv=3.65N/mm2满足设计
(5)变形验算
屋面传来的均布荷载设计值为:
(1.4*+0.5)x(4.94/2+0.6)=5.83KN/m
三层楼面传来的均布荷载设计值为:
(1.0+2)x4.94/2=7.41KN/m
二层楼面传来的均布荷载设计值为:
(2.35+2.5)x2.5/2=6.06KN/m
墙体