钢筋混凝土框架结构设计土木工程开题报告Word文档格式.docx
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在结构受力性能方面:
框架结构构件截面较小,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,所以框架结构属于柔性结构,自振周期较长,地震反应较小,经过合理的结构设计可以具有较好的延性性能。
2、结构优缺点
钢筋混凝土框架结构的主要优点:
空间分隔灵活,自重轻,节省材料;
具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点,利于安排需要较大空间的建筑结构;
框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化,便于采用装配整体式结构,以缩短施工工期;
采用现浇混凝土框架时,结构的整体性、刚度较好,设计处理好也能达到较好的抗震效果,而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状。
钢筋混凝土框架结构的缺点为:
框架节点应力集中显著;
框架结构的侧向刚度小,属柔性结构框架,在强烈地震作用下,结构所产生水平位移较大,易造成严重的非结构性破坏,适用于非抗震设计;
钢材和水泥用量较大,构件的总数量多,吊装次数多,接头工作量大,工序多,浪费人力,施工受季节、环境影响较大;
不适宜建造高层建筑。
3、适用范围
框架是由梁柱构成的杆系结构,其承载力和刚度都较低,特别是水平方向的(即使可以考虑现浇楼面与梁共同工作以提高楼面水平刚度,但也是有限的),它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁,其总体水平位移上大下小,但相对于各楼层而言,层间变形上小下大,设计时如何提高框架的抗侧刚度及控制好结构侧移为重要因素,对于钢筋混凝土框架,当高度大、层数相当多时,结构底部各层不但柱的轴力很大,而且梁和柱由水平荷载所产生的弯矩和整体的侧移亦显著增加,从而导致截面尺寸和配筋增大,对建筑平面布置和空间处理,就可能带来困难,影响建筑空间的合理使用,在材料消耗和造价方面,也趋于不合理,故一般适用于建造不超过15层的房屋。
4发展趋势
进入当代社会,随着经济的快速发展,人们对办公楼的要求也越来越高,使得传统的木质、砖混结构的办公楼已不能满足现代办公的需求。
而钢筋混凝土框架结构的出现则突破了这些局限性:
一方面,框架结构以梁柱承重的特点使平面布置更加灵活;
另一方面,梁柱本身结构类型和布置位置也可以灵活选定,比如柱子可以选用L型、T型、十字型等类型,如此可以使整个立面更加富于变化;
再则,通过合理设计,框架结构可以做成延性框架,延性框架的抗震性能好,可承受较大侧向变形。
因此,钢筋混凝土框架结构在多、高层办公楼中得到了广泛的使用。
根据框架结构的自身特点,在进行建筑、结构设计时,国际上流行采用“三统一”的原则,即“统一柱面、统一层高、统一荷载”的模式设计。
统一柱面可使办公楼根据人们的需要和功能要求实行相对任意分割,不至于因建筑柱面不同而在改变使用功能上受到制约;
统一层高可使楼房采光效果好,空气流通顺畅,布局安排合理,水平运输畅通无阻,有利于使用功能的相互替代;
统一荷载,打破了会议室和其他部门之间的明显界限。
二、工程概况和设计基本资料
1、工程概况:
淮阴卫生高等职业技术学校新校区实训楼①工程,位于市高教园区长江路以南、天津路以西、规划支路以北,工程类型为房屋建筑工程,结构类型为框架结构,拟建建筑物建筑面积3000㎡左右,框架结构四层,其中首层层高为4.2m左右,其余各层层高为3.9m左右。
2、设计基本原始资料:
本设计为钢筋混凝土框架结构,结构安全等级为二级。
1、基本风压:
0.40KN/m2;
2、基本雪压:
0.40KN/m2;
3、楼面活载:
按《建筑结构荷载规范》GB5009-2012采用;
4、抗震设防烈度为7度(0.10g),地震分组第二组;
5、工程地质资料:
该场地土属于Ⅱ类场地土。
序号
岩石名称
厚度(m)
fak(kPa)
1
素填土
1.5
2
粉土
3.5
150
3
粘土
0.5
240
4
3.8
200
三、目前框架结构设计所用的方法和适用条件
在多数情况下,框架结构可以简化为平面结构进行内力分析,在纵向和和横向都分别由若干榀框架承受竖向荷载和水平荷载。
框架是典型的杆件体系,《结构力学》已经比较详细地介绍了超定刚架(框架)内力和位移计算方法。
比较精确的手算方法有:
全框架力矩分配法、无剪力分配法、迭代法等。
在实际用中已多被更精确、更省人力的计算机程序分析—杆件有限元方法所代替。
竖向荷载作用:
多层多跨框架在一般竖向荷载作用下,侧移较小,可作为无侧移框架按力矩分配法进行内力分析。
在近似方法中,可将多层简化为单层框架,既分层作力矩分配计算。
分层计算所得梁弯矩即为最后弯矩,但必须将上下两层所得同一柱子的内力叠加,才能得到柱的内力。
这样由分层法计算所得出的框架结点处的弯矩之和常常不等于零。
这是由于分层计算单元与实际结构不符带来的误差。
若提高精度。
可对节点,特别是边节点不平横弯矩再做一次分配,予以修正。
水平荷载作用:
风或地震对框架结构的水平作用,一般都可以简化为作用于框架节点上的水平力。
用反弯点法来近似计算。
它首先假定梁柱之间的线刚度之比无穷大,其次又假定柱的反弯点高度为定值,使框架结构在侧向荷载作用下的内力计算大为简化。
但这样也带来了一定的误差,首先是当梁柱线刚度较为接近时,特别是在高层框架结构或抗震设计时,梁的线刚度可能小于柱的线刚度,框架节点对柱的约束应为弹性支承。
柱的侧向刚度不仅与柱的线刚度和层高有关,而且还与梁的线刚度等因数有关。
为此做出了改进,称为改进反弯点法,有称D值法。
它对柱的侧向刚度和反弯点高度的计算作了改进和修正。
竖向活荷载的最不利位置:
考虑活荷载最不利布置有分跨计算组合法、最不利荷载位置法、分层组合法和满布荷载法等四种方法。
1、分跨计算组合法是将活荷载逐层逐跨单独地作用在结构上,分别计算出整个结构的内力。
其工作量大,但过程简单,宜运用电脑进行内力组合。
2、最不利荷载位置法是为了求某一指定截面的最不利内力,可以根据影响线方法,直接确定产生此最不利内力的活荷载布置。
3、分层组合法是以分层法为依据的,比较简单。
4、满布荷载法,在活荷载产生的内力远小于恒荷载及水平荷载所产生的内力时,可不考虑活荷载的最不利布置。
但求得的梁的跨中弯矩比最不利荷载位置法的计算结果要小,因此对梁跨中弯矩应乘以1.1~1.2的系数予以增大。
内力组合:
控制截面:
框架柱的弯矩、轴力和剪力沿柱高是线性变化的,因此可取各层柱上下端截面作为控制截面。
对于框架梁,在水平力和竖向力共同作用下,剪力沿梁轴线呈线性变化,弯矩则呈抛物线形变化(指竖向分布荷载),因此,除取梁的两端为控制截面外,还应在跨间取最大正弯矩的截面为控制截面。
为了方便,不在用极值的方法确定最大正弯矩控制截面。
荷载组合:
要找出哪几种荷载同时作用时才是最不利的,为此要考虑可能出现的荷载组合情况
另一方面几种活荷载同时作用又同时达到设计值的可能性毕竟不大,因此要考虑活荷载
组合值系数。
控制截面的内力种类有轴力N、弯矩W、剪力V。
对同一控制截面一般可考虑以下四种内力组合:
(1)+Mmax及相应的N和V
(2)-Mmax及相应的N和V
(3)Nmax及相应的M和V
(4)Nmax及相应的M和V
内力组合又分一般荷载组合和地震荷载组合。
板:
按弹性理论进行内力计算,板厚及其各种构造要求按规范要求设计。
基础:
根据地质条件和上部结构进行设计。
其中条形基础内力计算采用倒梁法计算,
按地基承载力确定基础底面尺寸;
按受冲切承载力确定基础高度和变阶处的高度;
按础
受弯承载力计算底板配筋。
各种构造按相应的设计规范要求设计。
四.研究价值与意义
由于框架结构具有空间大、平面布局灵活多样的特点,满足了人们不断追求使用个性化的要求。
随着社会的不断发展和人们物质生活水平的提高,框架结构(住宅、公共建筑)将会得到较大发展。
设计多层框架结构,设计人应首先判断结构方案的可行性,对可能碰到的问题,提前采取措施予以解决,并对所有计算结果认真分析,判断,准确无误后方可应用于实际工程。
通过毕业设计,使我有机会熟悉一个设计项目的全过程,将大学期间所学建筑和结构专业知识综合地运用于实际工程设计中,掌握框架结构设计计算的方法,为以后走上工作岗位打下坚实的基础。
在设计过程中,我们培养了独立解决问题的意识,进一步熟悉了PKPM、CAD等软件的操作,提高了绘制图纸的能力,并增强了自己的职业责任感以及严谨求实的工作态度。
五、参考文献
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高等教育出版社,2007
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清华大学出版社,2009
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