畢業(yè)設計知識補充--結(jié)構(gòu)設計組

1、土木工程畢業(yè)設計知識補充 -結(jié)構(gòu)設計組結(jié)構(gòu)設計組 主要設計規(guī)范主要設計規(guī)范p 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009-2012)p 砌體結(jié)構(gòu)設計規(guī)范(GB50003-2011)p 砼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范(GB50010-2011)p 建筑抗震設計規(guī)范(GB50011-2010)p 高層建筑砼結(jié)構(gòu)技術規(guī)程(JGJ3-2010)p 地基基礎設計規(guī)范(GB50007-2011)參考的教材等與規(guī)范不一致時，以新版規(guī)范為準！結(jié)構(gòu)設計的前期工作p了解建筑布置和功能要求n建筑物設計基準期、建筑物重要性n建筑層數(shù)、總高、各層層高、柱網(wǎng)尺寸n各房間主要功能、考慮常用家具的布置n圍護墻材料p了解建筑構(gòu)造做法（樓、屋面及墻面）p

2、收集結(jié)構(gòu)設計的基本條件p了解其他相關專業(yè)對結(jié)構(gòu)的要求建筑構(gòu)造做法樓面、屋面p樓面做法n一般樓面做法(鋪地磚)用于普通房間辦公、住宅等n高級樓面做法(鋪石材)用于高級裝修走廊、門廳、電梯廳、樓梯間等n防水樓面做法(有防水層)衛(wèi)生間、浴室等n簡易樓面做法(水泥砂漿面層)儲藏室、電梯機房、出屋面樓梯間等p屋面做法n上人屋面n非上人屋面建筑構(gòu)造做法墻面p外墻n刷涂料外墻n貼石材外墻n鋁塑板(鋁板)外墻n玻璃幕外墻p內(nèi)墻n刷涂料內(nèi)墻n貼瓷磚內(nèi)墻結(jié)構(gòu)設計的基本條件p地質(zhì)資料n地基持力層范圍內(nèi)主要土層情況n地基持力層及其承載力特征值p氣象資料n基本風壓n最大冰凍深度p抗震資料n抗震設防分類n場地類別、場地特

3、征周期Tgn抗震設防烈度、設計地震分組其他相關專業(yè)對結(jié)構(gòu)的要求p給排水專業(yè)n上下水管線進出戶的標高n高位水箱的設置p暖通專業(yè)n暖管線進出戶的標高n集中空調(diào)與吊頂及梁高的關系n防排煙及加壓送風井的設置p電氣專業(yè)n電纜溝及電纜橋架p管道集中豎井框架結(jié)構(gòu)分析流程結(jié)構(gòu)布置原則p結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)體系n雙向抗側(cè)力體系雙向抗側(cè)力體系 框架結(jié)構(gòu)只能承受自身平面內(nèi)的水平力，因此框架應沿建筑的兩個主軸雙向設置，形成雙向梁柱抗側(cè)力體系。n剛接體系剛接體系 除個別部位外，框架的梁柱應采用剛接，以增大結(jié)構(gòu)剛度和整體性；抗震設計時不宜采用單跨框架。n純框架體系純框架體系 抗震設計的框架結(jié)構(gòu)，不應采用部分由砌體承重的混合形式。

4、框架結(jié)構(gòu)中的樓、電梯間及局部突出屋頂?shù)碾娞輽C房、樓梯間、水箱間等，應采用框架承重結(jié)構(gòu)，不應采用砌體墻承重。 結(jié)構(gòu)布置原則p結(jié)構(gòu)受力結(jié)構(gòu)受力n結(jié)構(gòu)傳力路徑簡單、合理結(jié)構(gòu)傳力路徑簡單、合理 有利于抵抗水平和豎向荷載，受力明確，傳力直接，減少扭轉(zhuǎn)n抗震時結(jié)構(gòu)受力明確抗震時結(jié)構(gòu)受力明確p結(jié)構(gòu)規(guī)則結(jié)構(gòu)規(guī)則n平面：簡單、規(guī)則、對稱、均勻；避免過大內(nèi)收和外伸（凹角處應力集中）；質(zhì)心于剛心宜接近，避免平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)，平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)，n立面：沿高度之剛度、強度、質(zhì)量分布均勻、連續(xù)；避免立面不規(guī)則結(jié)構(gòu)。立面不規(guī)則結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)布置p柱網(wǎng)尺寸n框架結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)布置應力求做到簡單、規(guī)則、整齊，柱網(wǎng)尺小應符合經(jīng)濟原則，盡量符

5、合模數(shù)；n框架結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)尺寸及層高應根據(jù)建筑功能要求、施工條件及材料設備等各方面因素來確定。n房屋長度較大時，需考慮設置伸縮縫，以避免溫度開裂。因為伸縮縫將房屋上部結(jié)構(gòu)斷開，分成獨立的結(jié)構(gòu)單元，所以在縫的兩側(cè)應各自設置框架。柱網(wǎng)尺寸的適宜范圍p內(nèi)廊式柱網(wǎng)內(nèi)廊式柱網(wǎng) 常為對稱三跨(A+B+A)：nA邊跨跨度(房間進深)：常為6m、6.6 m、6.9mnB中間跨為走廊，跨度常為2.4m、2.7m、3.0mn開間方向，柱距為68.4m。n常用于旅館、辦公樓、宿舍、教室、醫(yī)院等。p等跨式柱網(wǎng)等跨式柱網(wǎng)n進深常為6m、7.5m、9 m、12m，從經(jīng)濟考慮不宜超過9m。n開間方向的柱距常為69m。n適用于

6、廠房、倉庫等。框架梁截面尺寸p梁寬不宜小于200mm，且不宜小于柱寬的1/2（節(jié)點要求，聯(lián)結(jié)緊密）； p梁截面的高寬比小于4（抗剪要求，避免形成薄腹梁降低其抗剪性能）；p梁凈跨與截面高度之比宜大于4（避免形成深梁，以抗剪為主，脆性破壞）p考慮強度與剛度的需要，取值如下： 框架梁高h1/81/14 l， l為梁跨；通常取1/10 l； 框架梁寬b=1/21/3h；一般不小于一般不小于300mm。柱截面尺寸p構(gòu)造要求n柱的截面高度不宜小于300mm小于300mm時，其承載力折減20%。n在縱橫兩個方向上不宜相差過大。矩形柱邊長比不宜超過1.5，一般采用方形柱。n柱凈高與截面高度之比不宜小于4小于4

7、，變形能力要求較高，因為短柱剛度大易剪壞，需設全長加密箍筋。n層高與柱截面高度之比不宜大于15經(jīng)驗數(shù)值，大于15時不易滿足水平側(cè)移要求。柱截面尺寸p柱的截面尺寸估算（按軸壓比）nc：允許軸壓比，三級0.9,二級0.8,一級0.7。n豎向荷載與地震作用組合的最大軸力設計值N。nrG：分項系數(shù)，取為1.2；nw：單位面積重量，取為1214kN/m2；nS：柱承載樓面面積；n：柱設計截面以上樓層數(shù)；n1：一、二級抗震設計角柱為1.3,其余為1.0n2：由于水平力使軸力增大的系數(shù)，7度1.05，8度1.1，9度1.2。ccccGhbfNnSwN21次梁截面尺寸p次梁的作用n承托圍護墻、隔墻n減小板的跨

8、度n洞口邊緣的封梁p次梁截面尺寸n梁高梁高h（ l為梁跨） 簡支梁：h1/121/15 l ；連續(xù)梁：h1/121/20 l 井字梁：h1/151/20 l ；懸挑梁：h1/51/7 l n梁寬梁寬b 梁寬b=1/21/3h；一般不小于一般不小于200mm?，F(xiàn)澆板的厚度p對板厚的要求n滿足承載力和剛度要求n滿足防火要求n滿足預埋暗管的要求p板厚h的取值（l為板跨）n板厚與板跨的最小比值簡支單向板：h=1/30 l；簡支雙向板：h=1/40 l；連續(xù)單向板：h=1/40 l；連續(xù)雙向板：h=1/50 l；懸臂板： h=1/12 l；n最小板厚一般為一般為80mm，預埋暗管時不小于預埋暗管時不小于

9、100mm計算模型p程序方法n空間協(xié)同分析方法n桿件有限元方法n三維桿件薄壁桿件空間分析方法n有限元或有限條方法應用廣泛，特別是平面不規(guī)則、體型復雜的結(jié)構(gòu)。p簡化方法（近似計算）n平面結(jié)構(gòu)協(xié)同分析廣泛用于由平面抗側(cè)力結(jié)構(gòu)組成、布置較為規(guī)則的結(jié)構(gòu)。平面剛架模型近似假定能基本反映實際情況計算結(jié)果有一定精度，方便、適用荷載計算p豎向荷載n恒載Gkn可變荷載(活載) Qk按負荷面積折減活載最不利布置p水平荷載n風荷載Wkn地震作用(偶然作用) EkWkGkQkQkEk豎向荷載p恒載導算按照建筑專業(yè)給定的做法計算n一般樓面做法(鋪地磚)n高級樓面做法(鋪石材)n防水樓面做法(有防水層) n簡易樓面做法(

10、水泥砂漿面層)n上人屋面n非上人屋面n墻體荷載（抹灰、石材、涂料）（抹灰、石材、涂料）n永久設備荷載p活載：按照荷載規(guī)范的規(guī)定取值一般樓面做法(鋪地磚)p 以下各種樓（屋）面做法及墻體做法均為華北地區(qū)某工程實際做法，其它地區(qū)參照當?shù)貙嶋H做法。高級樓面做法(鋪石材)防水樓面做法(有防水層)簡易樓面做法(水泥砂漿面層)上人屋面非上人屋面墻體荷載p墻體荷載一般先導算為平米容重，再根據(jù)各層層高導算為作用在梁上的線荷載。p以加氣砼砌塊墻雙面摸灰為例：（外墻300mm厚，內(nèi)墻200mm厚，摸灰20mm）n考慮到組砌時在洞口處混砌部分粘土磚，按照8:2混砌比例計算砌體容重：砌體容重： 80.8 +190.2

11、=10.2kN/m3外墻： 0.310.2 +0.0220=3.46kN/m2內(nèi)墻： 0.210.2 +0.0220=2.44kN/m2n若某層墻體凈高為3m，則作用在梁上的線荷載導算為：外墻： 3.46kN/m23=10.38 kN/m 內(nèi)墻： 2.44kN/m23=7.32 kN/m2p組砌時，混砌比例可根據(jù)墻體實際情況調(diào)整。豎向荷載集成p分析水平地震作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力n僅計算荷載總值即重力荷載代表值p分析豎向荷載作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力n根據(jù)荷載傳遞路徑求出作用在某榀框架上的力（集中力或分布荷載）風荷載基本風壓，按全國基本風壓分布圖采用，0.30kN/m20zszkzzz1脈動增大系數(shù)),(210Zo

12、neTypeTf脈動影響系數(shù)),/,(ZoneTypeBHHf振型系數(shù)HHTypeHHfiiz/),(風壓高度變化系數(shù)風荷載體型系數(shù)風振系數(shù)作用在框架上的風荷載p Bi：框架柱受風面寬度(m)；p hj：框架本層層高(m)；p hj+1：框架上層層高(m)；2/1jjikWjhhBPPWjhjhj+1水平地震作用水平地震作用p抗震設防目標及實現(xiàn)目標的途經(jīng)抗震設防目標及實現(xiàn)目標的途經(jīng)p水平地震作用的計算范圍和原則水平地震作用的計算范圍和原則p水平地震作用的計算方法水平地震作用的計算方法p水平地震作用的計算模型水平地震作用的計算模型p水平地震作用的主要參數(shù)水平地震作用的主要參數(shù)p底部剪力法計算水平

13、地震作用底部剪力法計算水平地震作用三水準要求三水準要求兩階段設計兩階段設計p第一階段為彈性分析，包括截面設計和變形計算；p大部分建筑的第二階段設計主要由概念設計和構(gòu)造措施來保證。水平地震作用的計算原則水平地震作用的計算原則p計算范圍n多層建筑，6度區(qū)，除甲類建筑外，可不計算水平地震作用。n高層建筑，6度區(qū)及以上均需計算水平地震作用。p計算原則n一般正交布置抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，可沿縱橫主軸方向分別計算n斜交布置抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，宜按平行于抗側(cè)力構(gòu)件方向計算n質(zhì)量和剛度明顯不均勻、不對稱的結(jié)構(gòu)，應考慮水平地震作用的扭轉(zhuǎn)影響水平地震作用的計算方法計算模型計算模型p集中質(zhì)量模型p首層層高n應計算至基礎頂

14、面n基礎頂面位置應位于冰凍線深度及管道埋深以下。jG水平地震作用的主要參數(shù)p地震動特性方面及建筑抗震設計規(guī)范（GB50010-2001）附錄A 地質(zhì)勘探報告n場地類別n場地特征周期p結(jié)構(gòu)動力特性方面n建筑質(zhì)量（重力荷載）n結(jié)構(gòu)自振周期T1n結(jié)構(gòu)阻尼比（材料）場地類別的劃分 0 3 5 15 50 80 場地覆蓋層厚度（m）場地土類型500250140等等效效剪剪切切波波速速速速m/s場地特征周期Tg重力荷載代表值重力荷載代表值Gjp重力荷載代表值Gjn永久荷載（建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)配件自重）標準值+可變荷載（雪、灰、樓面活荷載）組合值niikjjQikjjQGG1j層永久荷載標準值組合值系數(shù)，一般取0.

15、5可變荷載標準值p總重力荷載代表值GE=Gj結(jié)構(gòu)自振周期T1p能量法1G2GjGnGjniiiniiiGGT11212ikki1kkkDVnkmmkGV結(jié)構(gòu)自振周期T1的調(diào)整p實際結(jié)構(gòu)往往是比較復雜的，計算簡圖都經(jīng)過簡化，計算所得的周期要比實際周期長。p無論采用哪種計算模型，上述誤差都是存在的。因此，周期計算值必須進行折減。p周期折減系數(shù)取決于結(jié)構(gòu)形式和砌體填充墻的多少。當非承重墻體為填充磚墻時，框架結(jié)構(gòu)可取0.60.7；采用其它非承重墻體時，可取0.70.8，一般取0.8。設計反應譜設計反應譜水平地震影響系數(shù)曲線水平地震影響系數(shù)p水平地震影響系數(shù)n地震影響系數(shù)應根據(jù)烈度、場地類別、設計地震分

16、組和結(jié)構(gòu)自振周期以及阻尼比確定。水平地震影響系數(shù)最大值max9 . 011TTg正常使用極限狀態(tài)荷載效應組合正常使用極限狀態(tài)荷載效應組合p荷載效應組合標準組合n表達式與承載力極限狀態(tài)相同n荷載分項系數(shù)取1.0p荷載效應類型n構(gòu)件裂縫寬度n梁撓度n結(jié)構(gòu)水平側(cè)移結(jié)構(gòu)水平側(cè)移p目的n防止主要結(jié)構(gòu)開裂、損壞n防止填充、裝修開裂、損壞n防止過大側(cè)移，以引發(fā)人的不適n防止產(chǎn)生過大的附加內(nèi)力抗震變形驗算p多遇地震作用下彈性變形驗算彈性層間位移彈性層間位移角限值層高 huee抗震變形驗算p薄弱層彈塑性變形驗算p薄弱層部位的確定底層底層p薄弱層彈塑性變形計算簡化方法簡化方法彈塑性層間位移彈塑性層間位移角限值層高

17、 huppeppuu彈性層間位移彈塑性層間位移增大系數(shù)承載力極限狀態(tài)荷載效應組合構(gòu)件截面承載力驗算p條件n構(gòu)件控制截面各截面中，內(nèi)力最大的截面構(gòu)件特性n控制截面的最不利內(nèi)力組合荷載組合特性p截面承載力驗算表達式n無地震作用組合 0SRn有地震作用組合 SER/REpS（SE）基本組合基本組合n非抗震結(jié)構(gòu)僅需進行無地震作用組合（S）n抗震結(jié)構(gòu)必須進行有、無地震作用組合（S、SE）pRn抗震結(jié)構(gòu)抗彎承載能力R = 非抗震結(jié)構(gòu)抗彎承載能力Rn抗震結(jié)構(gòu)抗剪承載能力R 非抗震結(jié)構(gòu)抗剪承載能力R構(gòu)件控制截面及其最不利內(nèi)力構(gòu)件控制截面及其最不利內(nèi)力p梁n支座：Mmax，-Mmax |Vmax|n跨中：M中p

18、柱n端部截面nN，Mx，My，Vx，Vy-MmaxMmax-MmaxMmaxM中|Vmax|N,Mx,My,Vx,VyN,Mx,My,Vx,Vy梁控制截面最不利內(nèi)力組合梁控制截面最不利內(nèi)力組合(永久荷載效應對結(jié)構(gòu)有利)4 . 12 . 1 (maxQkGkMMM)4 .17 .035.1 (maxQkGkMMM(永久荷載起控制作用時)(可變荷載起控制作用時)3 . 12 . 1 (maxEhGEMMM(地震組合)0 . 13 . 1 (maxGEEkMMM支座彎矩跨中彎矩)4 . 12 . 1 (QkGkMMM中)3 . 12 . 1 (EhGEMMM中)4 .17 .035.1 (QkGkMMM中(永久荷載起控制作用時)(可變荷載起控制作用時)(地震組合)梁端剪力)3 .12 .1 (maxEhGEVVV)4 .17 .035.1 (maxQkGkVVV)4 .12 .1 (maxQkGkVVV(永久荷載起控制作用時)(可變荷載起控制作用時)(地震組合)柱控制截面最不利內(nèi)力組合柱控制截面最不利內(nèi)力組合y方向地震GEyyMM2 .1)3 . 12 . 1 (EhyGENNN)2 . 13 . 1