旧楼加装电梯计算书.docx
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旧楼加装电梯计算书
实用标准
黄埔大道中99号电梯加建项目
计算书
1电梯挂钩横梁设计验算2
2连廊加梁设计验算5
3承台梁设计验算8
4电梯井主体结构有限元分析12
4.1荷载标准组合12
4.2计算结果13
5基础验算17
5.1桩基础方案17
5.2筏板基础方案18
6结论19
1电梯挂钩横梁设计验算
壬一賈龙二0
3呂【S-
(二目
图1-1机房天面吊钩主梁受力示意图
图1-1为机房天面吊钩主梁受力示意图。
维修设备2t,因此吊钩受到集中力
Fi二20kN。
主梁到受拉力作用。
3m
图1-2吊钩主梁简支梁简化图
电梯挂钩主梁校核,主梁按照简支梁计算,如图1-2所示。
主梁截面尺寸200mm300mm,长度3000mm主梁体积0.18m,混凝土强度C25主梁要承受自身重量及维修设备重量,其中主梁自重0.45t,为梁均布荷载,其中维修设备2t,为集中力,梁受到均布力和集中力的共同作用,梁承受总重量为.45t。
最危险点为中间梁的中点,现按简支梁进行强度验算。
梁均布荷载q=梁自重/l=0.45t/3000mm=4.5kN/3m=1.5kN/m
梁集中力F1=ffi修设备重量=20kN
按照《混凝土结构设计规范》GB50010-2010P4Q第6.2.10条,公式(6.2.10-1)
fx)
M兰円fcbx.ho+fyAs(ho—as)—(Op。
一fpy)Ap(h°—ap)
<2丿
横梁按受均布荷载和集中力共同作用下的简支梁计算,则
M卫FLJ.5kN/m(3m)220kN叽31.69kNm
8282
梁上部纵筋2根,HRB33级,直径14mm下部纵筋4根HRB33级,直径18mm
箍筋HPB23级,直径8mm双肢箍,间距100mm根据《规范》8.2.1,梁构件混凝土保护层厚度为20mm无预应力钢筋,故6210-1变为:
fyAs(h0_as)
根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010(以下简称《规范》)P4Q第
6.2.10条,公式(6210-2)受压区高度需满足:
:
1fcbx二fyA-fyA'fpyAp(匚po-fpy'Ap)
无预应力钢筋,故
-1fcb^fyAs-fyAs
m:
系数,由《规范》6.2.6条规定,查得,C25混凝土,>1"0
fc:
混凝土轴心抗压强度设计值,由《规范》4.1.4-1条规定,查得,C25混凝
土,fc=11.9MPa
b:
梁截面宽,b=200mm
fy:
普通钢筋抗拉强度设计值,由《规范》4.2.3-1条规定,查得,HRB33级钢
筋fy=300MPa
fy:
普通钢筋抗压强度设计值,由《规范》4.2.3-1条规定,查得,HRB33级钢
筋fy=300MPa
As:
受拉区纵向普通钢筋截面面积,As=1017.36mm2
''2
As:
受压区纵向普通钢筋截面面积,As=307.72mm
带入公式
(1),得
:
\fcbx二fyA^fyA=212.892kN
x=89.45mm,
受压区高度同时要满足
x乞bho
x_2a
其中,
b:
相对界限受压区高度,取Xb/ho,C25昆凝土b=0.56
Xb:
界限受压区高度,Xb=203.8mm
ho:
截面有效高度:
纵向受拉钢筋合力点至截面受压边缘的距离,ho=364mm
a':
未配置预应力钢筋,a'用as代替,为受压区纵向普通钢筋合力点至截面边缘
的距离,a'=as=42mm。
因此
x=89.45mm乞血=203.8mm
x=89.45mm丄2a'二84mm
受压区高度满足规范要求
:
1fcbxho—、fyAs(ho~as)
=1.011.9MPa200mm89.45mm(364mm-0.589.45mm),
2
300MPa307.72mm(364mm-42mm)
=97.70kNm
因此,机房天面吊钩主梁强度设计满足规范要求。
2连廊加梁设计验算
(a)平面图
1—
/
7
r
////
J
-
(b)立面图(在两根悬挑梁之间加入1条横梁,截面高400mr)
图2-1连廊加梁设计图
本项目拟在连廊四周加设200mm400m的悬挑梁,分别与电梯井剪力墙及原建筑物的框架柱连接,如图2-1(a)所示。
由于连廊跨径为1.78m从设计安全角度出发,拟在悬挑梁之间加设1条横梁,横梁尺寸为200mm400mm
连廊加梁设计如图2-1(b)所示。
原悬挑梁总体积=0.56m3加入中间横梁的体积
=0.14m3混凝土强度C25连廊横梁总质量=17500(1.75t),连廊面积3.738m2连廊自重0.3115t,满载活载2to梁承受总重量为2.3115t。
最危险点为中间梁的中点,现按简支梁进行强度验算。
连廊面积:
17.8X2.1m=3.738m
连廊厚度0.2m
恒载=连廊自重+悬挑梁+横梁自重=(3.738*0.2+0.56+0.14)*25=36.19kN活载=人群活载=20kN
Q恒载+活载=36.19+20=56.19kN
均布荷载q=Q/l=56.19/1.78=31.57kN/m
按照《混凝土结构设计规范(GB50010-2010P4Q第6.2.10条,公式(6.2.10-1)
[x
'fyAs(ho—as)-po~■fpyAp(ho—ap)
M兰耳fcbxh0一一
I2丿
横梁按均布荷载作用下的简支梁计算,则
31.571.782
=12.50kNLm
梁上部纵筋2根,HRB33级,直径14mm下部纵筋4根HRB33级,直径18mm
箍筋HPB23级,直径8mm双肢箍,间距100mm根据《规范》8.2.1,梁构件混凝土保
护层厚度为20mm无预应力钢筋,故6.2.10-1变为:
根据《混凝土结构设计规范(GB50010-2010P4Q第6.2.10条,公式(6.2.10-2)
受压区高度需满足:
:
1fcbX二fyA-fyAfpyApd-fpy'Ap)
无预应力钢筋,故
-1fcb^fyAs-fy'As'
(2)
:
1:
系数,由《规范》6.2.6条规定,查得,C25混凝土,〉1=1.0
fc:
混凝土轴心抗压强度设计值,由《规范》4.1.4-1条规定,查得,C25混凝
土,fc=11.9MPa
b:
梁截面宽,b=200mm
fy:
普通钢筋抗拉强度设计值,由《规范》4.2.3-1条规定,查得,HRB33级钢筋fy=300MPa
fy:
普通钢筋抗压强度设计值,由《规范》4.2.3-1条规定,查得,HRB33级钢筋fy=300MPa
2
As:
受拉区纵向普通钢筋截面面积,As"017.36mm
''2
As:
受压区纵向普通钢筋截面面积,As=307.72mm带入公式
(2),得
:
\fcbx二fyA^fyAs'=212.892kN
x二89.45mm,
受压区高度同时要满足
4乞bh0
x_2a
其中,
b:
相对界限受压区高度,取Xb/h°,C25昆凝土b=0.56
Xb:
界限受压区高度,Xb=203.8mm
h。
:
截面有效高度:
纵向受拉钢筋合力点至截面受压边缘的距离,h°=364mma':
未配置预应力钢筋,a'用as代替,为受压区纵向普通钢筋合力点至截面边缘的距离,a'=as=42mm。
因此
x=89.45mm_bhb203.8mm
x=89.45mm_2a'二84mm
受压区高度满足规范要求。
fcbx
fyAs(h。
-as)
=1.011.9MPa200mm89.45mm(364mm-0.589.45mm),
2
300MPa307.72mm(364mm-42mm)
=97.7kNm
因此,连廊加梁设计满足规范要求。
3承台梁设计验算
*値维饷何的主梁
Fl=2Ck\
承台樂-
FMOOkN
(a)
33110
■■
1■
8
g
EM
E1
E
1
承台梁
(b)
图3-1机房承台梁受力示意图及钢筋配置图
(a)受力示意图(b)钢筋配置图
图3-1为机房承台梁受力示意图及钢筋配置图。
电梯及管线机械设备10t,因此承
主梁截面尺寸300mm500mm,长度2600mm主梁体积0.39vm,混凝土强度
C25主梁要承受自身重量及维修设备重量,其中主梁自重0.975t,为梁均布荷载,其中电梯及管线机械设备10t,为集中力,梁受到均布力和集中力的共同作用,梁承受总重量为10.975t。
最危险点为中间梁的中点,现按简支梁进行强度验算。
梁均布荷载q=梁自重/l=0.975t/2600mm=9.75kN/2.6m=3.75kN/m
梁集中力F2=fe梯及管线机械设备重量=100kN
按照《混凝土结构设计规范》(GB5OO1O-2O10P40第6210条,公式(6210-1)
+fyAs(ho—as)—(Op0—fpy)Ap(ho—ap)
横梁按受均布荷载和集中力共同作用下的简支梁计算,则
ql2丄F13.75kN/m汉(2.6m)2丄100kN汉2.6m
M
8282
梁上部纵筋2根,HRB33级,直径20mm下部纵筋4根HRB33级,直径25mm箍筋HPB23级,直径8mm双肢箍,间距100mm直径根据《规范》8.2.1,梁构件混凝土保护层厚度为20mm无预应力钢筋,故6.2.10-1变为:
(X['''
M兰wfcbx.^0--j+fyAs(h°-as)
根据《混凝土结构设计规范(GB50010-2010P4Q第6.2.10条,公式(6.2.10-2)受压区高度需满足:
:
1fcbX=fyA-fyAfpyApd-fpyA)
无预应力钢筋,故
1fcbx二fyAs-fy'As'(3)
:
1:
系数,由《规范》6.2.6条规定,查得,C25混凝土,:
1=1.0
fc:
混凝土轴心抗压强度设计值,由《规范》4.1.4-1条规定,查得,C25混凝
土,fc=11.9MPa
b:
梁截面宽,b=300mm
fy:
普通钢筋抗拉强度设计值,由《规范》4.2.3-1条规定,查得,HRB33级钢
筋fy=300MPa
fy:
普通钢筋抗压强度设计值,由《规范》4.2.3-1条规定,查得,HRB33级钢
筋fy=300MPa
As:
受拉区纵向普通钢筋截面面积,As=1962.5mm2
''2
As:
受压区纵向普通钢筋截面面积,As=628mm
带入公式(3),得
:
-1fcbx=fyA^-fyAs=400.35kN
x=112.14mm,
受压区高度同时要满足
密乞bho
x-2a
其中,
b:
相对界限受压区高度,取Xb/ho,C25昆凝土b=0.56
Xb:
界限受压区高度,Xb=250.32mm
ho:
截面有效高度:
纵向受拉钢筋合力点至截面受压边缘的距离,ho=447mma':
未配置预应力钢筋,a'用as代替,为受压区纵向普通钢筋合力点至截面边缘的距离,a'七=48mm。
因此
x=112.14mm^bh0=250.32mm
Ix=112.14mmZ2a'=96mm
受压区高度满足规范要求。
(x^'''
a1fcbxh°—1+fyAs(h°-a$)I2丿
=1.011.9MPa300mm112.14mm(447mm-0.5112.14mm),
2
300MPa628mm(447mm-48mm)
=231.68kNm
x:
'''
M=133.17kNm7bxU[『"。
-小231.68^
因此,机房天面吊钩主梁强度设计满足规范要求。
4电梯井主体结构有限元分析
4.1荷载标准组合
图4-1电梯整体模型及局部放大显示(a)整体模型(b)局部放大
图4-1为黄埔大道中99号电梯加建项目计算模型,电梯井为钢筋混凝土剪力墙结构,混凝土为C25剪力墙受力主筋HRB40级,连梁受力主筋HRB33级,重力荷载g=10m/s2.纵向荷载共117.18t,包括:
电梯井自重105.18t,电梯全部管线及机械重10t,人活载3.5KN/m2电梯面积5.72m2人活载共计2t。
横向荷载包括:
风荷载按广州市50年使用寿命的最大风力概率施加风压500N/m2建筑设计抗震设防烈度为7级,模拟汶川地震7.8级地震波施加。
荷载组合按照规范公式323-2计算,永久荷载起主控作用。
S=+合串氐S悴
根据规范,查得G-1.35,Q1-1-4,Q2N.4O
计算得,该结构的荷载组合为157.8t
4.2计算结果
S,Mises(平均:
75%)
4-1.942e+06
+1.780e+06
+1.619巳+Q6
+1.4576+06
■+1.296e+06
+1.134e+06
+9729巳+05
+8.114e+05
卡6-499巳+05
+4.884e+05
十3-269包+05
十1.654e十05
+39278十0了
QQC:
Jea-^.-adaosq10?
15Chi-ce:
»an
图4-2电梯纵向荷载作用下应力云图
擁进4訣gm卓“1.-0
图4-2为该结构在电梯纵向荷载作用下应力云图,最大应力为.94MPa设计满足混凝土构件正常使用要求。
S,Mises(平均:
75%)
+1.981S+06
+1.816a+06
+1.65lc06
+1.486e+06
+1.322e+06
+1.157e+06
+9.922e+05
+8.275g+05
+6.62.7e+05
+4.980e+05
+3.333e+05
+1.686e+05
+3.862.e+03
沖折妙:
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世砒业鷹1!
S«aTIf*<*i.iXKJ
辭逐爲带境聲:
•亦瀚©
图4-3风荷载与纵向荷载作用下应力分布图
图4-3显示,最危险的截面位于最底层剪力墙中下段,应力为.98Mpa考虑荷载组合中永久荷载为主控,设计满足混凝土构件正常使用要求。
UfMagnitude
+1.184^-03+1.085e-03+9.864e-044-8.878e-04+7.891ES-04+6.9056-04+5,918e-04+4.932e-04+3.946e04+2.959e-04+1.973e-044-9.864e-05+0,000^+00
已Jhfl-Scc&n吃吊jgaT&.丄斗』FiuIkbvO5113i:
S2:
ISCHTVag:
aa»15
图4-4风荷载与纵向荷载作用下位移分布图
图4-4显示,最大位移位于剪力墙最顶端,为0.118cm电梯井为剪力墙结构,抗侧刚度较大。
3
层间位移角(10-0
图4-5电梯层层间位移角包络曲线
施加的地震波为汶川地震某方向波的前5秒,每步0.005s。
初次施加地震波,峰值21.4gal。
对于9层剪力墙结构而言,最大层间位移出现在第5层。
根据《建筑结构抗震设计规范》表5.5.1可知,剪力墙结构弹性阶段的层间位移角限值为/1000,由图4-5可知,最大层间位移仅有0.2137/100Q预测此结构抗地震能力性能较好。
图4-6电梯结构顶点时程位移曲线
由图4-6可见,电梯结构顶点位移不足5mm分析原因可能是本结构为剪力墙结构,整体刚度比较大。
5基础验算
5.1桩基础方案
根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011条文8.5.5规定:
单桩承载力应满足公式(8.5.5-1):
Qk=(Fk+G)/n Fk=1578kN(经过荷载效应标准组合的作用于桩基承台顶面的竖向力),见 4.1小节。 G=20X3X3.4X2.2=448.8kN(桩基承台自重及承台以上土的自重标准值) 拟宜采用旋挖成孔灌注桩共计4根,桩径D为600mmn=4,单桩竖向抗压承载力特征值Ra=800kN单桩承载力应经荷载试验确定。 Qk=(Fk+G)/n=(1578+448.8)/4=506.7kNvRa=800kN 因此: 单桩竖向抗压承载力满足要求。 5.2筏板基础方案 另一个基础设计方案: 筏板基础具有减小地基压力,提高地基承载力的调整地基不均匀沉降的能力。 试根据《华江花园D栋工程地质勘察报告》(1996-10-11)结合《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)进行计算,结果如下: 根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)条文5.1.4规定,在抗震设防区,除岩石地基外,天然地基上的箱形和筏形基础其埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15;电梯井高34.1m,筏形基础埋深应大于2.27m,取2.5m(此埋深应位于第二层岩土层冲积层土)。 从施工方便的角度,本项目拟采用平板式筏基,根据经验,最简单的单层建筑筏板基础厚度一般经验取值不小于300mm每增加 一层筏板的厚度不小于50mm本项目为9层剪力墙结构,本项目拟取板厚为700mm对于板式筏基,底板伸出的长度,横向不宜大于1000mm纵向不宜大于600mm 电梯井尺寸是3.0x2.6m,拟取筏形基础尺寸=3.5m3.5m。 修正后的地基承载力特征值fa=fa「b(b-3)•dm(d-°.5) 根据《华江花园D栋工程地质勘察报告》(1996-10-11),第二层岩土层冲积层土粉质粘土密度=1.94g/cm3,: 基础地面以下土的重度(kN/卅), =为=19.4kN/卅,m: 基础地面以上土的加权平均重度,m=18.0kN/m3 修正后的地基承载力特征值 fa二fakb2-3)dm(d-0.5) =2000.319.40.51.618.0(2.5-0.5)=260.41kPa 基础基底净反力为: =178.82kN/m2: : fa=260.41kPa 满足 根据《华江花园D栋工程地质勘察报告》(1996-10-11),第二层冲积层土 的建议承载力标准值fk=160kpa 基础基底净反力超出地基承载力标准值,不满足 综上所述,本项目不能采用筏形基础,结合《华江花园D栋工程地质勘察报告》(1996-10-11)“第四部分工程地质评价及建议”,认为第三层岩土层残积层土是本项目最佳地基持力层,地基应选择桩基础。 6结论 (1)电梯挂钩横梁采用钢筋混凝土,经过验算满足强度要求。 且机房天面吊钩主梁强度设计满足规范要求。 (2)本项目拟在连廊四周的悬挑梁处加设中间横梁,横梁尺寸为200mm400mm连廊横梁尺寸进行强度计算,强度验算结果合格。 (3)黄埔大道中99号电梯加建项目按50年设计等级要求进行荷载组合计 算,由有限元分析计算结果显示,钢筋混凝土剪力墙结构电梯结构安全,且能满 足抗震设防烈度7级设防要求。 (4)根据《华江花园D栋工程地质勘察报告》(1996-10-11)结论显示,本项目宜采用第三层岩土层,即残积土层作为桩基持力层(平均顶面埋深8.47m)经计算可知,本工程宜采用旋挖成孔灌注桩共计4根,桩径D为600mm桩长8m桩尖进入持力层深度为2m总入土深度为12m单桩竖向抗压承载力特征值Ra=800kN经验算可知,单桩竖向抗压承载力满足要求。 (5)根据《华江花园D栋工程地质勘察报告》(1996-10-11)结论显示,结合筏形基础地基承载力验算,本项目不能采用筏形基础。 二O—五年十一月九日
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- 旧楼加装 电梯 计算