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创建时间:08-24

建行住宅楼结构研究设计

一、    土木工程的概念
土木工程是建造各类工程设施的科学技术的总称,它既指工程建设的对象,即建在地上、地下、水中的各类工程设施,也指所应用的材料、设备和所进行的勘测设计、施工、保养、维修等技术。它是最古老的工程科学,与人类的发展和生存息息相关。土木工程领域涵盖了工程力学、结构工程、工程施工、工程管理、市政工程、防灾减灾与防护工程、岩土工程、桥梁工程等学科,不仅涉及工程学科,还与经济学、人文社科、管理学科交叉。
建造工程设施的物质基础是土地、建筑材料、建筑设备和施工机具。借助于这些物质条件,经济而便捷地满足人们使用要求和审美要求,又能安全承受各种荷载的工程设施,是土木工程学科的出发点和归宿。
土木工程本身具有四个基本特征:(1)综合性;(2)社会性;(3)实践性;(4)技术,经济,建筑艺术的统一性。
“材料,施工,理论”是土木工程的三要素。正是这三要素的相互影响和促进,才有了土木工程的不段发展,而其中又以材料最为关键。砖瓦的出现使得古代的土木工程发生了第一次飞跃;十九世纪中叶,钢材和钢筋混凝土在建筑营造中应用则使近代土木工程发生了革命性的变化,实现了第二次飞跃;至二十世纪中叶,预应力混凝土的发明和广泛使用则是土木工程的第三次飞跃,标志着现代土木工程的开始。
二、  土木工程的主要结构
土木工程的主要结构有钢结构和混凝土结构。
钢结构是由钢筋构件制成的工程结构。构件之间用焊接,螺栓或铆钉连接,与其他结构形式诸如钢筋混凝土结构,木结构和砖瓦结构相比,钢结构在结构形式,构建计算方面,连接的计算与构件处理方面等都有显著的特点。钢结构内在的特征是由其原材料及加工过程决定的。钢结构的特点有:1、强度高,重量轻。与其他材料相比强度要高得多。在同样的荷载条件下,钢结构构件截面小,自重轻,构件重量轻也利于运输和安装。2、材质均匀,可靠性高。钢结构在冶炼和轧制过程中,质量得到严格控制,材质波动范围小。材质组织均匀,接近于各向同性,其实际工作性能与构件计算理论符合较好,所以其可靠性较高。3、塑性韧性好。建筑工程中钢结构所选用的钢材是有很好的塑性,在拉力作用下,应力—应变曲线有明显的屈服点和一段屈服平台,然后进入强化阶段。结构在一般工作条件下,不会因为超载而突然断裂。构件采用制造,采用机械化程度高的专业化生产有严格的工艺要求,制造精确度高,周期短。
    钢结构以其优越的性能在高层超高层建筑中担当着重要的角色,至1998年,我国已建成的300米以上的建筑有3座,其中2座为钢架加筋混凝土或劲性混凝土核心的结构。
    利用水泥掺以极配合理的粗细骨料,加水拌合并浇注在模型之中,经硬化后就可以得到人们需要的各种形状的人工石料——混凝土。它的抗压能力较强但抗拉能力较弱,为了克服这个缺陷,人们就自然的想到利用抗拉强度很高的钢筋来弥补。 
     钢筋混凝土的优点:1、可以就地取材2、耐久性好3、耐火学好4、整体性强5、可模型好。
三、  建筑结构类型
建筑结构主要有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构和筒体结构。
框架结构是指以钢筋混凝土浇捣成承重梁柱,再用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、浮石、蛭石、陶烂等轻质板材隔墙分户装配成而的住宅。适合大规模工业化施工,效率较高,工程质量较好。 
    框架结构由梁柱构成,构件截面较小,因此框架结构的承载力和刚度都较低,它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁,楼层越高,水平位移越慢,高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力,这时,现浇楼面也作为梁共同工作的,装配整体式楼面的作用则不考虑,框架结构的墙体是填充墙,起围护和分隔作用,框架结构的特点是能为建筑提供灵活的使用空间,但抗震性能差。
剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱,能承担各类荷载引起的内力,并能有效控制结构的水平力。钢筋混凝土墙板能承受竖向和水平力,它的刚度很大,空间整体性好,房间内不外露梁、柱楞角,便于室内布置,方便使用。剪力墙结构形式是高层住宅采用最为广泛的一种结构形式。
框架剪力墙结构与框架结构的主要区别就是多了剪力墙,框架结构的竖向刚度不强,高层或超高层的框架结构建筑更是如此!为了解决这个问题故使用剪力墙。框架-剪力墙结构,又称为框剪结构,它是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合,吸取了各自的长处,既能为建筑平面布置提供较大的使用空间,又具有良好的抗侧力性能。框剪结构中的剪力墙可以单独设置,也可以利用电梯井、楼梯间、管道井等墙体。因此,这种结构已被广泛地应用于各类房屋建筑。框剪结构的变形是剪弯型。众所周知,框架结构的变形是剪切型,上部层间相对变形小,下部层间相对变形大。剪力墙结构的变形为弯曲型,上部层间相对变形大,下部层间相对变形小。对于框剪结构,由于两种结构协同工作变形协调,形成了弯剪变形,从而减小了结砍的层间相对位移比和顶点位移比,使结构的侧向刚度得到了提高。水平荷载主要由剪力墙来承受。从受力特点看,由于框剪结构中的剪力墙侧向刚度比框架的侧向刚度大得多,在水平荷载作用下,一般情况下,约80%以上用剪力墙来承担。因此,使框架结构在水平荷载作用下所分配的楼层剪力,沿高度分布比较均匀,各层梁柱的弯矩比较接近,有利于减小梁柱规格,便于施工。
筒体结构由框架-剪力墙结构与全剪力墙结构综合演变和发展而来。筒体结构是将剪力墙或密柱框架集中到房屋的内部和外围而形成的空间封闭式的筒体。其特点是剪力墙集中而获得较大的自由分割空间,多用于写字楼建筑。


参考文献
1.  浅谈混凝土框架结构设计   建设科技     2009年 第15期    王梅 孙庆生      
2.  浅谈现浇钢筋混凝土框架结构设计      山西建筑     2003年 第10期   陆晓春  
3.Innovation in earthquake resistant concrete structure design philosophies;a century of progress since Hennebique's patent   
Engineering Structures, Volume 23, Issue 1, January 2001, Pages 72-8   K. G. Smith
4.Design of reinforced concrete frames with damage control
Engineering Structures, Volume 26, Issue 14, December 2004, Pages 2037-2045  Miguel F. Cruz, Oscar A. López5.《建筑结构荷载规范》GB5009-2001
6.《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
7.《建筑地基基础设计规范》GB5007-2002
8.《建筑抗震设计规范》GB5011-2001
9.《混凝土结构构造手册》,中国建筑工业出版社,2002年

指导教师意见:


                                       指导教师签名:
年    月    日

一、    选题的背景与意义
建筑概况:建造地点:杭州三墩 
建筑层数:主楼六层,局部二层 
建筑面积:3321m2 层高:底层层高4.2m,二层3.2m,其余各层为2.8m。
建筑资料:提供建筑设计资料图一份(包括建筑设计说明、各层平面、楼梯及构造节点详图)
建筑资料:提供建筑设计资料图一份(包括建筑设计说明、各层平面、楼梯及构造节点详图)
意义:框架结构由梁柱构成,构件截面较小,因此框架结构的承载力和刚度都较低,它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁,楼层越高,水平位移越慢,高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力,这时,现浇楼面也作为梁共同工作的,装配整体式楼面的作用则不考虑,框架结构的墙体是填充墙,起围护和分隔作用,框架结构的特点是能为建筑提供灵活的使用空间,可提供较大的使用空间,也可构成丰富多变的立面造型。国外多用钢为框架材料,而国内主要为钢筋混凝土框架,框架结构可通过合理的设计,使之具有良好的延性,成为“延性框架”,在地震作用下,这种延性框架具有良好的抗震性能。
[1]钢筋混凝土多层框架结构作为一种常用的结构形式, 具有传力明确、结构布置灵活、抗震性和整体性好的优点, 目前已被广泛地应用于各类多层的工业与民用建筑中。随着社会的发展,多层框架结构的建筑越来越多了。但随着结构高度增加,水平作用使得框架底部梁柱构件的弯矩和剪力显著增加,从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加,到一定程度,将给建筑平面布置和空间处理带来困难,影响建筑空间的正常使用,在材料用量和造价方面也趋于不合理。框架结构住宅是指以钢筋混凝土浇捣成承重梁柱,再用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、浮石、蛭石、陶烂等轻质板材隔墙分户装配成而的住宅。适合大规模工业化施工,效率较高,工程质量较好。
[2]框架结构房屋的布置应对称、均匀,减小抗侧刚度中与水平荷载合力作用线的距离,减小结构重心和刚度中心之间的距离,以减小结构发生的扭转。由于框架构件截面较小,抗侧刚度较小,在强震作用下结构整体位移和层间位移都较大,容易产生震害。此外,非结构性破坏如填充墙、建筑装修和设备管道等破坏较严重。因而其主要适用于非抗震区和层数较少的建筑,抗震设计的框架结构除需加强梁、柱和节点的抗震措施外,还需注意填充墙的材料以及填充墙与框架的连接方式等,以避免框架变形过大时填充墙的破坏。框架结构是柔性结构,有水平位移,房屋的总水平位移越大,人的感觉越不舒服,而层间位移会影响建筑物的装修和隔墙开裂,因而对这两种水平位移进行限,这样在设计中要增大房屋的抗侧刚度。在框架结构的抗震设计中,柱顶、柱底、梁端易出现裂缝。

二、    研究的基本内容与拟解决的主要问题
根据建筑资料,通过对主体结构的计算(通用程序PM-TAT系列)、施工图的绘制,让学生掌握一般多层钢筋混凝土框架结构施工图的设计思路、操作方法及表达要求。
    主要完成的工作:
1. 结构施工图一套(具体内容设计时确定,共计八张)。
2. 结构计算书一份:
   手算具体计算内容包括:,确定一榀框架计算简图、计算荷载、内力分析与组合、框架梁柱正、斜截面设计、基础桩设计、承台基础抗弯、冲切计算、楼梯及局部大样计算。
 3. 完成一篇土木相关科技英文文献翻译工作。


三、    研究的方法与技术路线:
通过参照国家标准,结构设计统一标准,了解结构的功能性(安全性、适用性、耐久性的总称)、荷载、作用、作用效应S、结构抗力R、极限状态、可靠度等概念,它们均为随机变量。设计中应将结构设计为结构抗力R不小于作用效应S,但这里面有一定的概率问题,也即结构的可靠度问题,所以要按一定的方法求出结构的抗力R和作用效应S,并且让它们满足一定的关系。这就是结构设计的方法,由《结构可靠度设计统一标准》看,混凝土结构、砌体结构、钢结构、木结构等的设计方法基本相同)。4.基本构件承载力计算(包括受弯、受压、受拉、受扭等构件的承载力,主要解决结构基本构件抗力R的计算。5.结构变形、裂缝及耐久性设计(结构构件除了应满足承载力极限状态要求外,还应满足正常使用极限状态要求)6.预应力混凝土,主要解决:(1)效应计算:如何利用结构力学知识和结构可靠度设计统一标准的要求得到作用效应S。(2)截面设计:根据各个控制截面的S,设计基本构件的抗力R,使得S不大于R,注意这里有概率问题,应根据结构可靠度设计统一标准的要。(3)构造设计:采取一定的构造措施,使得承载力及正常使用满足要求。(4)画结构施工图。
    结构的设计应遵守现行的国家规范,优秀的结构工程师设计出的结构不仅应符合“安全、适用、耐久”的要求外,同时还应是比较经济的,做到不浪费或者少浪费。
四、研究的总体安排与进度
第一周 开题报告、文献综述、英文翻译
第二周 结构平面布置及板配筋计算 
第三周 框架荷载计算 
第四周 框架内力计算(恒载)
第五周 框架内力计算(活载)
第六周 框架内力计算(风载)
第七周 框架内力组合 
第八周 框架配筋计算及施工图 
第九周 楼梯、构件计算及施工图
第十周 基础配筋计算、承台配筋施工图
第十一周 上机使用PKPM、结构楼面框架梁、柱配筋图
第十二周 基础平面布置图、桩位图
第十三周 图纸修改及打印
第十四周 计算书整理
五、主要参考文献:
1.《建筑结构制图标准》GB/T50105-2001
2.《建筑结构荷载规范》GB5009-2001
3.《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
4.《建筑地基基础设计规范》GB5007-2002
5.《砌体结构设计规范》GB5003-2001
6.《建筑抗震设计规范》GB5011-2001
7.《建筑桩基技术规范》JGJ94-94
8.《混凝土结构构造手册》,中国建筑工业出版社,2002年
9.《混凝土结构设计手册》,中国建筑工业出版社,2002年
10.《建筑结构静力计算手册》,中国建筑工业出版社,1999年
11.《地基基础设计手册》,上海科技出版社,1998年
12.《建筑结构强制性国家标准》,中国建筑工业出版社,2001年
13. 建筑、结构设计有关标准图集资料及专业课程教材
指导教师审核意见:

年   月   日


目录


1摘要    I
2 楼盖计算    1
2.1  梁板布置    1
2.1.1 设计资料    1
2.1.1.1 楼面:钢筋混凝土现浇板,15厚水泥砂浆。    1
2.1.1.3 材料:混凝土强度等级为C25;梁内受力纵筋为HRB335,其余为HPB235。    1
2.1.2 楼盖的结构平面布置图    1
2.2 板的内力计算    2
B1 板荷载计算    2
B2 板荷载计算    3
B3 板荷载计算    4
B4 板荷载计算    5
B5 板荷载计算    6
B6 板荷载计算    7
B7 板荷载计算    8
B8 板荷载计算    8
2.3 截面设计    9
2.4 板的配筋计算    10
3.框架设计    13
3.1 计算简图及梁柱计算简图    13
3.1.1 确定框架计算简图    13
3.2  荷载计算    13
3.2.1. 各楼面荷载    13
3.2.1.1.    13
3.2.1.2. 各层楼面活荷载标准值计算    14
3.2.2.  梁、墙、柱及其余构件荷载    14
3.2.2.1. 梁自重    14
3.2.2.2. 墙自重    15
3.2.2.3 柱自重    15
3.2.3. 竖向荷载下框架受荷计算    16
3.2.3.1二层    16
3.2.3.2三层    17
3.2.3.3四~六层    19
3.2.3.4跃层    20
3.2.4. 竖向受荷总图    21
3.2.5. 风荷载计算    21
3.3  风荷载作用下的位移验算    23
3.3.1.侧移刚度D    23
3.3.2.风荷载作用下框架反弯点的确定    25
3.3.3 风荷载下柱子剪力    26
3.3.4 风荷载下柱端弯矩    26
3.4  刚度计算    28
3.5  内力计算    28
3.5.1.1. 节点分配系数计算    29
3.5.1.2. 固端弯矩计算    30
3.5.1.3 具体分配过程    30
3.5.1.4 不平衡弯矩重分布    34
3.5.1.5 杆端弯矩调幅    34
3.5.2  弯矩、剪力和轴力图绘制    35
3.5.2.1   恒荷载作用下弯矩图    35
3.5.2.2   活荷载作用下弯矩图    36
3.5.2.3 剪力的计算    37
3.5.2.3 恒荷载剪力图    41
3.5.2.4活荷载剪力图    42
3.5.2.5恒荷载轴力图    43
3.5.2.6活荷载轴力图    44
3.5.2.7风荷载内力计算    45
3.5.2.8 风荷载弯矩图    48
3.5.2.9 风荷载剪力图    49
3.5.2.10 风荷载轴力图    50
3.6  内力组合    51
3.6.1 梁内力组合    51
3.6.2  柱内力组合    54
3.6.3截面设计    57
梁的纵筋最小配筋率:    57
箍筋的配箍率    57
配筋计算    58
3.6.3.1    59
3.6.3.2  斜截面演算    60
3.6.3.3 柱截面设计    60
4 基础设计    66
4.1 单桩承载力计算    66
4.2 荷载标准组合值计算    66
4.3 基础计算    67
4.3.1基础尺寸桩数确定    67
4.3.2两桩承台计算    67
4.3.2.1 承台受柱冲切验算    68
4.3.2.2 承台受剪验算    68
4.3.2.3 承台受弯验算    68
4.3.3 三桩承台计算    69
4.3.3.1 承台受柱冲切验算    70
4.3.3.2 承台受剪验算    70
4.3.3.3 承台角桩冲切验算    71
4.3.3.4 承台受弯验算    72
5 楼梯设计    73
5.1 楼梯板设计    73
5.1.1恒荷载标准值:    73
5.1.2活荷载标准值:    73
5.1.3 内力计算    74
5.1.4 配筋计算    74
5.2 平台板设计    74
5.2.1 荷载计算    74
5.2.2 内力计算    74
5.2.3 配筋计算    75
5.3 平台梁设计(截面按倒L形计算)    75
5.3.1 荷载计算    75
5.3.1.1 恒荷载标准值:    75
5.3.1.2 活荷载标准值:    75
5.3.1.3 内力计算    75
5.3.1.4 正截面承载力计算    76
参考文献    76
致      谢    78

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