3.6 其它构件设计本节所述其它构件设计,主要包括楼梯设计、雨蓬设计、阳台设计、屋面檐沟(女儿墙)设计、门窗洞口过梁设计、电梯井道设计、自动扶梯设计,有关这些构件设计的一般构造要求,详3.3.1所述。
3.6.1 楼梯设计楼梯在建筑物中的主要作用是承担垂直交通,同时满足消防要求,楼梯的平面布置、踏步尺寸、栏杆形式等由建筑师设计完成。
板式楼梯和梁式楼梯是最常见的楼梯结构形式,在公共建筑中也采用其它结构形式的楼梯,如螺旋楼梯、悬臂楼梯等。
本节仅对现浇板式楼梯、梁式楼梯的结构设计做简要介绍,当进行其它结构形式的楼梯设计时请参考相关设计手册。
3.6.1.1 板式楼梯设计1、板式楼梯的组成板式楼梯由梯段板、平台板和平台梁组成,详图3.6.1所示,最常见的形式为双跑楼梯,也有采用单跑楼梯和三跑楼梯形式。
图3.6.1 双跑板式楼梯示意图板式楼梯的优点:下表面较平整,施工支模较方便,外观较轻巧。
板式楼梯的缺点:梯段斜板t较厚,混凝土用量和钢筋用量较多。
2、梯段板设计梯段板为单向板,通常取1000mm宽板带进行近似计算和配筋。
(1)板厚当梯段的水平投影净跨度L n不超过4m、荷载不太大时,梯段板厚t取(1/25~1/30)L n。
(2)计算简图梯段板按斜放的简支板计算,图3.6.2a 板式楼梯梯段板计算简图一详图3.6.2a 所示;当存在折角时, 计算简图详图3.6.2b 所示。
① 计算跨度取平台梁之间的斜长净距L n 的1.05倍。
② 截面形式正截面与梯段板垂直。
图3.6.2b 板式楼梯梯段板计算简图二③ 活荷载q 取值按水平投影计算,数值大小根据建筑物的使用性质按照《荷载规范》4.1.1确定,详表3.1.5。
④ 恒荷载g 取值先计算单个踏步荷载(包括踏步板上面层、板侧面层,梯形钢筋混凝土结构层,板底粉刷层),再除踏步板宽,最后转化为线荷载作用形式。
(3)内力计算与钢筋配置 方法一:跨中最大弯矩按照均布荷载作用下的简支板进行计算,根据最大弯矩配置跨中抗弯纵向板底钢筋①,两侧支座负钢筋②满足简支板端部构造钢筋配置要求,详图3.6.3a 、图3.6.3b 所示。
方法二:考虑两端支承梁对板的部分约束嵌固作用,跨中最大弯矩和支座最大弯矩近似按照公式(3.6-1)计算,跨中纵向板底钢筋①、两侧支座负钢筋②相同配置,详图3.6.3a 、图3.6.3b 所示。
3.6.3a 板式楼梯梯段板配筋构造图一2)(1l q g M M +==中图3.6.3b 板式楼梯梯段板配筋构造图二方法三:当板式楼梯梯段的跨度和承受的活荷载在表3.6.1所述范围内时,设计时可直接选用表中的板厚、配筋。
表3.6.1 梯段板厚、配筋选用表3、平台板设计平台板尺寸较小,根据周边支承条件的不同,既可以按照单向板进行设计,也可以按照双向板进行设计。
休息平台处的平台板:一般按照简支单向板设计,上、下钢筋拉通配置,底部受力主筋①按照计算确定,上部负筋②按照构造确定,详图3.6.4中A-A剖面所示。
楼层平台处的平台板:一般按照简支双向板设计,上、下双层双向拉通配筋;底部受力主筋①按照计算确定,上部负筋②按照构造确定,详图3.6.4中B-B剖面所示。
图3.6.4 平台板配筋示意图4、平台梁设计休息平台处平台梁(TL-1):一般两端支承在支承柱(TZ-1)上(支承柱支承在楼层梁上)\或直接支承在层间梁上,按照层间简支梁设计,受到平台板(PTB-1)和梯段板(TB-1、TB-2)传来的荷载作用,详图3.6.1、图3.6.4所示。
楼层平台处平台梁(TL-2):两端直接支承在楼层梁上,按照搂层简支梁设计,详图3.6.1、图3.6.4所示。
3.6.2 梁式楼梯设计1、梁式楼梯的组成梁式楼梯由踏步板、斜梁、平台板和平台梁组成,详图3.6.5所示。
平台板(PTB-2)和平台梁(TL-2)的设计方法同板式楼梯。
平台梁(TL-2)受到平台板(PTB-2)和梯段板(TB-1、TB-2)传来的荷载作用,详图3.6.1、图3.6.4所示。
2、踏步板设计踏步板为简支单向板,两端支承于斜梁上,计图3.6.5 梁式楼梯组成示意图算简图详图3.6.6所示,通常取一个踏步作为计算单元进行计算和配筋。
踏步板为梯形截面,踏步板可能位于斜梁截面的上部,也可能位于下部。
板的计算截面高度h可近似取平均高度(t1+t)/2,板厚t不小于30~40mm,通常取60~80mm。
底部主筋①按照计算确定,要求每踏步配置不少于2φ8的受力钢筋;板分布钢筋②按照构造确定。
图3.6.5中,平台板(PTB-1)设计方法同踏步板。
图3.6.6 梁式楼梯梯段板计算简图3、斜梁设计斜梁的内力计算与板式楼梯的斜板相同,按照两端简支梁计算,详图 3.6.2a、3.6.2b 所示,作用在斜梁上的活荷载q、恒荷载g由踏步板和休息平台板传来。
斜梁构造要求详图3.6.7所示,底部主筋①按照计算确定,锚入支座长度L as取值满足表3.3.17要求;架立钢筋②按照构造要求确定;箍筋③按照计算确定,并满足构造要求。
图3.6.7 斜梁配筋构造示意图3.6.2 雨蓬设计雨蓬在建筑物中的主要作用是为门窗洞口遮阳挡雨,有关雨蓬的平面布置、立面布置、排水要求等由建筑师设计完成。
悬臂板式雨蓬和梁式雨蓬是最常见的雨蓬结构形式,在公共建筑中也采用钢结构雨蓬。
一般钢结构雨蓬由生产厂家设计、制作并安装完成,钢筋混凝土主体结构设计时仅需在相应位置设置预埋连接件,同时在计算中考虑相应的荷载作用。
本节仅对钢筋混凝土悬臂板式雨蓬、梁式雨蓬的结构设计做简要介绍。
3.6.2.1 悬臂板式雨蓬设计1、悬臂板式雨蓬的组成悬臂板式雨蓬一般由雨蓬板、雨蓬梁组成,详图3.6.8a所示,雨蓬梁既是雨蓬板的支承结构,又是门窗洞口的过梁。
图3.6.8a 悬臂板式雨蓬配筋构造图2、雨蓬板设计雨蓬板的挑出长度(图3.6.8a中为雨蓬宽度)为0.6~1.2m或更长,由建筑专业确定,雨蓬板周边往往设置凸檐以便建筑专业能够进行有组织排水。
①板厚取值为降低自重、方便排水,现浇雨蓬板一般做成变厚度形式,根部板厚≥b n/10 (b n为挑出长度),但不小于70mm;端部板厚不小于50mm。
②计算简图雨篷板为单向悬臂板,计算简图详图3.6.8a所示。
③恒载g包括板底粉刷、结构层自重、板面面层等。
④活荷载q取雪荷载和均布活荷载(按照不上人屋面0.5kN/m2取值,通常考虑到水平方向排水不畅等因素,取满水荷重)两者中大值。
施工和检修集中荷载P:每一个集中荷载值为1.0kN,进行承载力计算时,沿板长度方向每1m考虑一个集中荷载作用;进行抗倾覆验算时,沿板长度方向每2.5~3.0m考虑一个集中荷载作用。
注意:施工集中荷载与均布活荷载不同时考虑。
⑤配筋要求板面主筋①按照计算确定,端部锚入支座(雨蓬梁)长度≥L a,分布钢筋②按照构造要求确定。
3、雨蓬梁设计雨篷梁同时受到弯矩、剪力和扭矩的共同作用,雨蓬梁的宽度一般与墙厚相同,梁底与门窗洞口顶平齐,梁的高度除满足建筑门窗洞口的尺寸限制要求外,还需满足承载力的计算要求。
图3.6.8b 雨蓬梁计算简图(1)雨蓬梁的弯、剪、扭设计 ① 雨篷梁的抗弯、抗剪设计按照两端简支梁计算跨中弯矩和支座剪力,详图3.6.8b 所示。
作用在梁上的均布荷载q 由以下几部分组成:梁自重、梁上砌体重和雨篷板传来的支座反力V ,详图3.6.8a 所示。
② 雨篷梁的抗扭设计按照两端固定梁计算支座处受到的最大扭矩值,详图3.6.8b 所示。
作用在梁上的均布扭矩T 数值上等于雨篷板传来的支座弯矩M ,详图3.6.8a 所示。
③ 配筋要求雨篷梁的纵向钢筋:按照计算确定,须同时满足抗弯、抗扭要求。
雨篷梁的箍筋:按照计算确定,须同时满足抗剪、抗扭要求。
(2)雨蓬梁的抗倾覆设计 ① 设计要求图3.6.8c 所示,作用在雨篷板上荷载有使整个雨篷绕雨篷梁底倾覆点转动倾倒的可能,图3.6.8c 雨蓬梁抗倾覆计算示意图而梁的自重、梁上砌体重量等却有阻止雨篷倾覆的稳定作用,因此,雨蓬梁两端伸进砌体的长度必须满足雨篷梁整体抗倾覆稳定的要求。
雨篷的抗倾覆验算参见《砌体规范》,满足公式(3.6-2a )的计算要求:r ov M M ≤)26.3(a -M ov ——作用在雨蓬板上的荷载对雨蓬梁计算倾覆点产生的倾覆力矩设计值; M r ——雨蓬梁的抗倾覆力矩设计值。
② 倾覆力矩M ov 的计算试验表明,雨蓬梁倾覆破坏时其倾覆点并不在墙边,而是在距离墙边一定距离X 0≈0.13L 1处,L 1为墙宽。
支座处倾覆力矩M ov 按照公式(3.6-2b )计算:M ov1——单位长度上产生的倾覆力矩,计算简图详3.6.8c 所示。
③ 抗倾覆力矩M r 的计算 试验表明,雨蓬梁与其上部的砌体共同工作,雨蓬梁倾覆破坏时与埋入端角部砌体形成阶梯形斜裂缝,斜裂缝与水平面之间夹角近似取450,详图3.6.8c 所示。
抗倾覆力矩M r 按照公式(3.6-2c )计算:G r ——雨蓬梁的抗倾覆荷载,为图3.6.8c 中阴影部分墙体荷重; L 2——G r 作用点到墙外边缘的距离。
4、特殊情况下悬臂板式雨蓬的简化设计雨篷梁不仅受到弯、剪、扭的共同作用,而且还要满足整体抗倾覆稳定要求,但是碰到下列情况可以简化设计。
(1)将雨蓬梁延伸,端部锚入框架柱内在图3.6.9a 中,将雨蓬梁向两侧延伸,端部锚入框架柱内,可以提高雨蓬梁的整体抗倾覆能力。
图3.6.9a 门窗洞口两侧设置构造柱 图3.6.9b 雨蓬梁与楼层梁合并设置(2)在门窗洞口两侧设置构造柱图3.6.9a 中,当门窗洞口尺寸较大时,可在洞口两侧设置构造柱。
优点:构造柱下部锚入地梁、上部锚入框架梁内,使雨蓬梁、构造柱与框架梁柱协同工作,增加雨蓬梁的抗扭能力、提高雨蓬梁的整体抗倾覆能力。
(3)雨蓬梁与楼层梁合并设置图3.6.8c 中,当雨蓬梁与楼层梁之间的距离H 较小时,常常把雨蓬梁与楼层梁合并,楼层梁兼作雨蓬梁,详图3.6.9b 所示。
优点:雨篷板对雨蓬梁产生的扭矩,经楼面梁直接由楼面板来承担,雨蓬梁仅需要满足雨蓬长⨯=1ov ov M M )(8.002x L G M r r -=)26.3(c -)26.3(b-构造抗扭要求;作用在楼面梁上的楼面荷载及墙体荷载均为雨篷梁的抗倾覆荷载,提高了雨篷梁的整体抗倾覆能力。
3.6.2.2 梁式雨蓬设计当雨蓬板外挑尺寸b n较大时,常采用梁式雨蓬形式,详图3.6.10所示。
图3.6.10 梁式雨蓬布置示意图1、雨蓬板考虑到渗漏水等因素,雨蓬板均采用双层双向配筋。
活荷载取值:取雪荷载和均布活荷载(按照不上人屋面0.5kN/m2取值,通常考虑到水平方向排水不畅等因素,取满水荷重)两者中大值。