畢業設計總依據及設計步驟 供參考

2022-10-14 15:15:03 字數 4256 閱讀 1483

框架結構抗震設計步驟:

開始 確定結構方案與結構布置

初步選定梁柱截面尺寸及材料強度等級

計算各層重力荷載代表值及結構剛度引數豎向荷載計算

計算結構自振週期及振型

計算多遇**烈度下的結構彈性**作用

不滿足多遇烈度**作用下結構層間彈性變形驗算

滿足上述**作用下結構內力分析豎向荷載作用下內力分析

內力組合

按組合內力進行梁柱配筋計算基礎設計

進行重要部位的抗震強度驗算

需要作薄弱層變形驗算否否

不滿足按罕遇**烈度驗算薄弱

層彈塑性層間位移角

或延性構造措施

特殊延性構造

結束第一步、確定結構方案與結構布置

一、建築結構體系選型

(一) 合理選用結構材料

建築結構材料是形成結構的物質基礎,根據不同結構型別的特點,正確選用材料,就成為經濟合理地選型的乙個重要方面。按材料分類的結構型別如下:

砌體結構體系

按建築材料分類的結構型別鋼筋混凝土結構體系

鋼結構體系

鋼——混凝土組合結構體系

(二) 合理選擇結構受力體系

現代建築中,建築物的造型可劃分為兩大類:多層及高層建築、單層大跨度建築,按結構受力形式分類,常用的結構體系大體如下:

混合結構體系

框架結構體系

多層及高層建築剪力牆結構體系(包括框架——剪力牆、全剪力牆結構)

筒體結構體系(包括框筒、筒中筒、成束或組合筒體結構)

巨型結構體系

單層大跨度建築平面結構體系:門式剛架、薄腹梁結構、桁架結構、拱結構

空間結構體系:殼體結構、網架結構、懸索結構、膜結構

框架結構體系

多層與小高層常採用框架結構體系。

(1)框架結構體系的特點:框架是由梁、柱構件通過節點連線形成的骨架結構,框架結構的特點是由梁、柱承受豎向和水平荷載,牆僅起維護作用。其整體性和抗震性均好於混合結構,且平面布置靈活,可提供較大的使用空間,也可構成豐富多變的立面造型。

框架結構可通過合理的設計,使之具有良好的延性,成為「延性框架」。在**作用下,這種延性框架具有良好的抗震效能。

(2)鋼筋混凝土框架:鋼筋混凝土框架按其施工方法可分為:現澆框架、裝配式框架及裝配整體式框架三種。

**區框架結構宜優先考慮選擇現澆框架結構體系,其次是裝配整體式框架結構體系,現已很少採用裝配式框架結構體系;非**區的框架結構則可以根據施工條件等因素具體選定。

(3)鋼框架:鋼框架的受力骨架為鋼梁、鋼柱,根據梁柱連線型式可分為半剛接框架和剛接框架。鋼框架的抗震效能優於鋼筋混凝土框架;鋼梁、鋼柱相對混凝土梁、柱截面較小,增大了有效使用面積;鋼框架自重較輕,大大降低了基礎造價;且施工周期短,具有良好的綜合經濟效益。

鋼框架多用於辦公樓、旅館、商場等公共建築。

(4)框架結構體系選用限值:框架結構體系的抗側剛度主要取決於梁柱的截面尺寸,一般梁柱截面慣性矩較小,在水平荷載作用下的側向變形較大,抗側移能力較弱,屬較柔結構。當層數較多、側向荷載較大時,為滿足側向剛度和強度要求,需加大截面,很不經濟。

而且高度增加時,框架結構頂點位移和層間相對位移較大,使得非結構構件(如填充牆、建築裝飾、管道裝置等)在**時破壞較嚴重。因此,框架結構的最大高度受到限制。

鋼筋混凝土框架結構的合理層數是6~15層,最經濟是10層左右;規範規定不超過12層的鋼結構房屋可採用鋼框架結構;框架結構高寬比查規範表;抗震等級查規範表。

二、結構布置

結構體系確定後,應當密切結合建築設計進行結構總體布置,使建築物具有良好的造型和合理的傳力路線。

建築結構的總體布置,是指其對高度、平面、立面和體型等的選擇,除應考慮到建築使用功能、建築美學要求外,在結構上應滿足強度、剛度和穩定性要求。**區的建築,在結構設計時,還應保證建築物具有良好的抗震效能。設計要達到先進合理,首先取決於清晰合理的概念,而不是僅依靠力學分析來解決。

確定結構布置方案的過程就是乙個結構概念設計的過程。

(一) 結構總體布置原則

1、 控制高寬比

在高層建築中,結構的位移常常成為結構設計的主要控制因素、而且隨著建築高度的增加,傾覆力矩將迅速增大。因此,高層建築的高寬比不宜過大。一般應滿足規範表的要求。

對於滿足規範表的高層建築,一般可不進行整體穩定驗算和傾覆驗算。

2、減少平面和豎向布置的不規則性

結構平面應盡量設計成規則、對稱而簡單的形狀,使結構的剛度中心和質量中心盡量重合,以減少因形狀不規則產生扭轉的可能性。

結構的豎向布置要做到剛度均勻而連續,避免剛度突變,避免薄弱層。結構上部形成縮小面積的突出部分,這種剛度突變在**作用下會產生鞭梢效應,要採取特殊的措施加強。

3、變形縫的設定

在多層與高層建築中,為防止結構因溫度變化和混凝土收縮而產生裂縫,常隔一定距離用溫度縫分開;在高層部分和低層部分之間,由於沉降不同,往往由沉降縫分開;建築物各部分層數、質量、剛度差異過大,或有錯層時,用防震縫分開。溫度縫、沉降縫和防震縫將高層建築劃分為若干個結構獨立的部分,成為獨立的結構單元。

(二) 框架結構體系布置

1、結構布置原則

(1)結構平面形狀和立面體型宜簡單、規則,使各部分剛度均勻對稱,減少結構產生扭轉的可能性。

(2)控制結構高寬比,以減少水平荷載下的側移,其高寬比限值見查規範表。

(3)盡量統一柱網及層高,以減少構件種類規格,簡化設計及施工。

(4)房屋的總長度宜控制在最大溫度伸縮縫間距內,當房屋長度超過規定值時,可設伸縮縫將房屋分成若干溫度區段。

2、柱網和層高

框架結構的柱網尺寸,即平面框架的柱距(開間)與跨度(進深)和層高,首先要滿足生產工藝和其他使用功能的要求,其次是滿足建築平面功能的要求,還要力求做到柱網平面簡單規則、受力合理,同時施工方便,有利於裝配化、定型化和施工工業化。

3、鋼筋混凝土承重框架的布置

柱網確定後,沿房屋縱橫方向布置梁系,形成橫向框架和縱向框架,分別承受各自方向上的水平作用。根據承重框架布置方向的不同,框架承重體系可分為三種。

(1)橫向框架承重方案:橫向框架承重方案是在橫向上布置主梁,在縱向上設定連繫梁。樓板支承在橫向框架上,樓面豎向荷載傳給橫向框架主梁。

由於橫向框架跨數較少,主梁沿框架橫向布置有利於增加房屋橫向抗側移剛度。由於豎向荷載主要通過橫樑傳遞,所以縱向連繫梁往往截面尺寸較小,這樣有利於建築物的通風和採光。不利的一面是由於主梁截面尺寸較大,對於給定的淨空要求使結構層高增加。

(2)縱向框架承重方案;縱向框架承重方案是在縱向上布置框架主梁,在橫向上布置連繫梁。樓面的豎向荷載主要沿縱向傳遞。由於連繫梁截面尺寸較小,這樣對於大空間房屋,淨空較大,房屋布置靈活。

不利的一面是進深尺寸受到板長度的限制,同時房屋的橫向剛度較小。

(3)縱橫向框架混合承重方案:框架在縱橫兩個方向上均布置主梁。樓板的豎向荷載沿兩個方向傳遞。

柱網較大的現澆樓蓋,通常布置成井字形式;柱網較小的現澆樓蓋,樓板可以不設井字梁直接支承在框架主梁上。

由於這種方案沿兩個方向傳力,因此各桿件受力較均勻,整體效能也較好,通常按空間框架體系進行內力分析。

在**區,考慮到**方向的隨意性以及**產生的破壞效應較大,因此應按雙向承重進行布置。高層建築承受的水平荷載較大,應設計為雙向抗側力體系,主體結構不應採用鉸接,也不應採用橫向為剛接、縱向為鉸接的結構體系。

三、繪出框架平面柱網布置

標出柱距,對框架進行編號。

第二步、初步選定梁柱截面尺寸及材料強度等級

一、 初估梁柱截面尺寸

(1)框架梁截面尺寸:框架梁的截面尺寸應該根據承受豎向荷載的大小、梁的跨度、框架的間距、是否考慮抗震設防要求以及選用的混凝土材料強度等諸多因素綜合考慮確定。

一般情況下,框架梁的截面尺寸可參考受彎構件按下式估算:樑高h=(1/8~1/12)l,其中l為梁的跨度。梁寬b=(1/2~1/3)h。

在抗震結構中,梁截面寬度不宜小於200mm,梁截面的高寬比不宜大於4,梁淨跨與截面高度之比不宜小於4。

(2)框架柱截面尺寸:框架柱的截面形式通常大多為方形、矩形。柱截面的寬與高一般取層高的1/15~1/20,同時滿足、,l0為柱計算長度。

多層房屋中,框架柱截面的寬度和高度不宜小於300mm;高層建築中,框架柱截面的高度不宜小於400mm,寬度不宜小於350mm。柱截面高度與寬度之比為1~2。柱淨高與截面高度之比宜大於4。

為了減少構件型別,簡化施工,多層房屋中柱截面沿房屋高度不宜改變。

在計算中,還應注意框架柱的截面尺寸應符合規範對剪壓比()、剪跨比()、軸壓比()限值的要求,如不滿足應隨時調整截面尺寸,保證柱的延性。抗震設計中柱截面尺寸主要受柱軸壓比限值的控制,如以ω表示柱軸壓比的限值,則柱截面尺寸可用如下經驗公式粗略確定:

式中;a——柱橫截面面積,m2,取方形時邊長為a;

n——驗算截面以上樓層層數;

f——驗算柱的負荷面積,可根據柱網尺寸確定,m2;

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