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基本雪压S0=0.40kN/m2,室内外高差为0.45m。
1、楼房装饰要求:
(1)内外墙采用陶粒混凝土砌块,砂浆采用M5、M10。
(2)楼梯采用花岗石,扶手用不锈钢。
(3)卫生间地面采用防水做法,楼、地面、墙面用瓷砖。
2、楼房材料情况:
混凝土:
C25-C35;
钢筋:
采用HPB235和HRB400。
砌体:
填充墙采用陶粒混凝土砌块;
预制构件、配件采用本地生产的标准件。
二、课题的主要内容:
对该宿舍楼进行结构设计时,初步选定框架梁(根据跨度的1/8~1/12)、次梁(根据跨度的1/12~1/18)的合理尺寸、楼板厚度、框架柱等的合理尺寸,混凝土强度等级采用C25~C35,钢筋采用HPB235和HRB400。
在设计过程中尽量做到经济、美观、合理。
此工程设计内容包括:
建筑施工图设计和结构设计两部分,它们之间既有分工又相互配合。
在设计中应严格按照设计步骤进行:
首先熟悉设计任务书,根据每个人对设计任务书的理解,提出不同的设计方案,然后根据建筑功能、结构布置、平面和立面效果进行比选,确定出一套最佳的设计方案。
根据此方案选取其中一榀框架,进行框架内力、配筋计算、抗震验算等手算,还需进行楼梯配筋、雨棚板、阳台等的配筋计算。
然后,采用PKPM软件对整个工程建模,进行电算,并将电算结果与手算结果进行对比。
三、课题相关问题及解决方案:
(1)梁的配筋问题
对有抗震设防要求的框架应具有足够的延性.设计梁柱时应遵循“强柱弱梁”的原则。
即尽量做到使塑性铰出现在梁中,避免在柱端出现(使柱处于弹性工作状态或仅有微小的塑性变形),在“强柱弱梁”结构中,主要由梁的延性来保证整个结构的延性。
改善梁的配筋时提高其结构的延性是很主要的。
应注意梁端部构造;
要保证在受拉钢筋屈服前不会发生剪切破坏(使梁在支座处出现塑性铰)。
所以梁的支座顶部的受拉钢筋(支座负筋)不能配置太多,使受压区砼应力不致过高,在梁中配置一定数量的受压钢筋,可以提高砼的抗压能力和延性。
因此,梁支座截面下部钢筋不应太少,规定梁端下部钢筋的配筋应不少于上部钢筋的一半。
另一方面,框架结构在水平力作用下,在梁的一些支座下端引起的弯矩值较大,这是与在垂直荷载作用下引起的内力不同的。
(2)如何处理薄弱层
薄弱层是对抗震极为不利的结构层,原则上应避免出现薄弱层。
避免出现薄弱层的最基本方法是加大该层的抗侧移刚度,即加大该层的柱截面或梁截面;
如果条件允许,可以改变该层层高或减少基础埋置深度。
但无法避免出现薄弱层时,在结构计算和出图时必须按照规范规定采取相应的措施。
根据《建筑抗震设计规范》第3.4.3.2条及第5.5.2条~第5.5.5条的规定,除对薄弱层的地震剪力乘以1.15倍的放大系数外,还应对结构的楼层屈服强度系数进行验算。
楼层屈服强度系数为按构件实际配筋和材料强度标准值计算的楼层受剪承载力和按罕遇地震作用标准值计算的楼层弹性地震剪力的比值。
如果在地震烈度7度~9度地区的结构楼层屈服强度系数小于0.5时,应对结构进行弹塑性变形验算,符合表5.5.5的规定。
如果不符合上述要求,必须对结构布置进行调整。
(3)楼板开大洞结构计算注意问题
楼板开洞的结构比较普遍,如果开洞面积大于该层楼面面积的30%,就属于平面不规则了,计算时必须进行处理。
以PKPM软件为例来说,TAT和SATWE分别采用了两种方式进行处理。
TAT软件是将无楼板的节点定义为弹性节点,也就是表明该节点不受刚性楼板假定的限制,其平动自由度独立(在这里所指的节点为梁柱交点);
SATWE软件是将所有楼板定义为弹性膜,由软件真实的计算楼板的平面内刚度,忽略楼板的平面刚度。
在正确定义了弹性节点或弹性膜后,在后续计算中必须采用总刚计算法,否则侧刚计算法仍按刚性楼板计算结构内力和配筋,计算时应特别注意这一点。
四、课题设计的重点:
建筑设计、结构设计要具有一定深度,以结构设计为重点。
对于建筑设计,在内容和深度上能够满足结构计算的要求。
1、建筑设计(采用天正建筑系列软件)
(1)做主体建筑技术设计:
确定建筑方案,初步选定主要构件尺寸及布置,明确各部位构造作法等。
要求在确定建筑方案的同时,结合上部结构方案,至少确定两种以上的平面和立面布置方案,并初步进行方案比较和优选,最终确定一种方案作为毕业设计所选最终方案。
(2)绘制建筑施工图:
建筑设计总说明及门窗表;
首层、标准层、顶层及屋顶平面图(比例1:
100);
剖面图(选择楼梯间及门厅处横剖面,比例1:
立面图(选择其中主要的2-3个侧立面,比例1:
外檐大样(确定外檐各细部做法,比例1:
20);
楼梯布置详图(比例自定)等。
2、结构设计(采用PKPM系列结构设计软件)
(1)确定地上结构和基础的结构方案,应用PM软件建立计算模型,并确定应用软件计算所必要的设计参数。
(2)结构计算结果分析:
针对结构计算所输出的结果,检查各项指标是否符合规范要求,并进行结构规则性分析。
(3)绘制结构施工图:
楼(屋)盖结构平面图;
框架梁柱配筋图(平法);
楼梯配筋详图(平法)。
(4)选择一榀框架进行受算,主要包括内力、配筋抗震验算等,并与电算结果进行对比分析。
(4)部分构件详图,如次梁、挑梁、挑板等,比例自定。
(5)编制结构设计中说明,主要构件汇总表。
五、课题进度:
毕业设计进度表
序号
周次
起讫日期
周工作进度与工作质量
阶段成果要求
1
4
3.22-3.28
开始撰写开题报告及外文翻译;
提出两种以上的建筑方案,初定结构布置形式。
外文翻译(要求英文原文为pdf格式的正式期刊,如ASCE,ESDD)
2
5
3.29-4.4
确定建筑和结构方案,初步判断其规则性,优化设计方案。
完成开题报告和外文翻译的同时撰写前期报告。
前期报告统一采用Word格式,包括英文翻译。
3
6
4.5-4.11
确定建筑方案,绘制平面草图。
建筑方案确定
7
4.12-4.18
计算机绘制建筑施工图。
绘制建筑施工图
8
4.19-4.25
确定结构方案并绘制结构平面布置草图。
完成建筑设计
9
4.26-5.2
学习PKPM软件,统计荷载,完成PM建模。
提交中期报告,内容包括建施图和结构初步设计结果
10
5.3-5.9
熟悉PKPM软件的计算参数。
应用PK或TAT进行结构分析.
11
5.10-5.16
查看结构计算的结果,对设计中的不合理之处进行调整。
分析结构设计结构,分析合理性
12
5.17-5.23
从中选取一榀框架进行手算,将手算计算结果与相应的电算结果进行对比分析
提交设计初稿
13
5.24-5.30
绘制结构平面、梁柱配筋平面施工图。
完成楼梯设计,绘制楼梯配筋详图(平法)。
14
5.31-6.6
完成结构设计说明书,打印计算书和施工图。
完成结构设计,提交设计最终定稿
15
6.7-6.13
准备答辩,成绩评定。
完成整个设计任务,打印全部资料准备毕业答辩。
16
6.14-6.20
评优阶段。
六、成果要求
(1)建筑设计成果:
建筑设计说明书及建筑施工图。
建筑设计说明书中应对所提出的各种设计方案进行说明,并通过各方案之间的分析比较,确定一种较优方案。
另外,还需对所确定的设计方案的构造做法解释和阐述。
建筑施工图包括建筑设计平面图、立面图、剖面图、楼梯详图等。
要求说明书不少于10页,施工图不少于7张2号图,并且说明书和图纸完全实现计算机打印。
(2)结构设计成果:
结构设计说明书及结构施工图。
结构设计说明书中应对结构方案进行进一步说明,对软件计算时输入的参数进行整理并提供选择依据,对结构计算中采用的计算模型、方法以及结果进行阐述。
最后,还要对计算结构进行合理性分析,具体分析其合理或不合理的原因,若有不合理之处,则必须提出设计方案的改进措施,并重新进行结构计算。
结构施工图包括标准层、顶层结构平面图,框架梁柱配筋图,楼梯平面配筋图。
要求说明书不少于50页,施工图不少于7张2号图,并且说明书和图纸完全实现计算机打印。
七文献综述:
钢筋混凝土框架结构是由楼板、梁、柱子及基础4种承重构件组成的空间结构体系。
它具有传力明确、结构布置灵活、抗震性和整体性好的优点,目前被广泛应用于各类工业与民用建筑中。
框架结构设计是结构设计中较为基础的设计,也是建筑结构设计中较为重要的一种形式。
在设计时,如何处理各种不同的问题值得结构设计人员不断探讨和研究。
⒈概念设计上应注意的几个问题
关于“强柱弱梁”,这是为了实现在罕遇地震作用下,让梁端形成塑性铰,柱端处于非弹性工作状态,而没有屈服,但节点还处于弹性工作阶段。
强柱弱梁措施的强弱,也就是相对于截面实际抗弯能力而言柱端截面抗弯能力增强幅度的大小,是决定由强震引起柱端截面屈服后塑性转动能否不超过其塑性转动能力,而且不致形成“层侧移机构”,从而使柱不被压溃的关键控制措施。
强柱弱梁的幅度大小取决于梁端纵筋不可避免的构造超配程度的大小,以及结构在梁、柱端塑性铰逐步形成过程中的塑性内力重分布和动力特征的相应变化[1]。
因此,当建筑许可时,尽可能将柱的截面尺寸做得大些,使柱的线刚度与梁的线刚度的比值尽可能大于1,并控制柱的轴压比满足规范要求,以增加延性。
验算截面承载力时,人为地将柱的设计弯矩按强柱弱梁原则调整放大,加强柱的配筋构造。
梁端纵向受拉钢筋的配筋不得过高,以免在罕遇地震中进入屈服阶段不能形成塑性铰或塑性铰转移到立柱上。
注意节点构造,让塑性铰向梁跨内移。
强剪弱弯是保证构件延性,防止脆性破坏的重要原则,它要求人为加大各承重构件相对于其抗弯能力的抗剪承载力,使这些部位在结构经历罕遇地震的过程中以足够的保证率不出现脆性剪切失效。
对于框架结构中的框架梁应注意抗剪验
算和构造,使其满足相关规范要求。
对框架结构外立面为带形窗时,因设置连续的窗过梁,使外框架柱可能成为短柱,应注意加强构造措施[2]。
对于框架结构长度略超过规范限值,建筑功能需要不允许留缝时,为减少有害裂缝(规范规定裂缝宽度小于0.3mm),建议采用补偿混凝土浇筑。
采用细而密的双向配筋,构造间距宜小150mm,对屋面宜设置后浇带,后浇带处按构造措施宜适当加强。
⒉梁的配筋设计
所以梁的支座顶部的受拉钢筋(支座负筋)不能配置太多,使受压区砼应力不致过高,在梁中配置一定数量的受压钢筋,可以提高砼的抗压能力和延性[3]。
⒊结构计算应注意的问题
楼板开洞的结构比较普遍,如果开洞面积大于该层楼面面积的30%,就属于平面不规则了,计算时必须进行处理[4]。
基础拉梁层无楼板,用TAT或SATWE等电算程序进行框架整体计算时,楼板厚度应取零,并定义弹性节点,用总刚分析方法进行分析计算[5]。
有时虽然楼板厚度取零,也定义弹性节点,但未采用总刚分析,程序分析时自动按刚性楼面假定进行计算,与实际情况不符。
房屋平面不规则,要特别注意这一点。
⒋部分计算参数的合理选用
现浇框架结构中,如果梁两边没有楼板或有弧形梁时,扭矩折减系数应为1.0;
如果梁两侧均有楼板,应对梁的扭矩进行折减,折减系数一般0.4。
对于一般工程,梁的配筋应计算两次:
一次对所有梁的扭矩折减,计算出两侧都有楼板的梁的配筋;
另一次对所有的梁扭矩不折减,计算出一侧有楼板或两侧都没有楼板的梁的配筋。
这样计算结构比较符合实际。
结构计算时,框架梁在竖向荷载作用下,梁端负弯矩往往很大,造成钢筋太密,无法施工;
同时,由于框架结构一般为超静定结构,框架梁在达到承载能力极限状态之前,总会产生不同程度的塑性内力重分布,因此可以适当降低框架梁在竖向荷载作用下的负弯矩,通过平衡条件相应增大梁跨中弯矩[6]。
应注意这里只是降低梁在竖向荷载作用下的负弯矩,然后再与水平作用产生的弯矩组合设计。
而梁弯矩放大系数仅在没有考虑梁的活荷载不利布置时起作用,并且对梁的正负弯矩均起作用,且不可与考虑梁的活荷载不利布置同时考虑,这样会引起梁弯矩增大,造成材料浪费。
⒌结构的抗震设计
在建筑物结构设计之初,首先是对建筑物进行抗震概念设计。
正确选择建筑物的体型,把建筑物平、立面布置的比较规则合理。
实践表明,凹凸不规则,侧向刚度不规则的建筑物,在地震发生时,容易造到破坏。
建筑物的高度越大,其所受到的地震力和倾覆力矩越大,破坏的可能性就越大。
因此,规范规定了各种结构体系使用范围内的建筑物最大高度。
设置防震缝,将整个建筑物划分成若干个简单的独立单元,其两侧的上部结构应完全分开,从而降低建筑物抗震设计的难度和提高抗震设计的可靠度。
实践证明,多道抗震防线对抗震建筑物是有利的。
箍筋在钢筋混凝土柱的抗震性能中,主要承担三个方面的作用:
(1)限制斜裂缝的开展,提供斜截面的抗剪强度;
(2)对核心混凝土进行有效约束,使核心混凝土处于三向受压状态,提高核心混凝土的极限压应变;
(3)防止纵向钢筋过早屈曲。
用曲线夹式钢筋代替混凝土柱中的复合箍筋的新型箍筋方式,与现有的配筋方式相比,它改善了构件的抗震性能。
而国外用于代替中间箍筋的结构有Head-bar[7],SteelPlateHeads[8]等,这些结构也能改善构件的抗震性能,但价格工艺制作复杂,成本高。
结构平面力求简单,尽量使建筑物的重心与形心相重合,避免地震引起结构扭转和局部应力集中[9]。
结构竖向布置,避免结构刚度突变,以利于结构的整体稳定性。
对于框架结构,其刚度沿高度不宜突变,以免形成短柱,造成薄弱层。
框架短柱在抗震作用时,容易发生脆性破坏,引起结构严重破坏,甚至倒塌。
结构设计时,应尽可能避免设计成短柱;
若无法避免时,应采用复合箍筋、螺旋箍筋、或其它措施等,防止短柱遭受剪切或粘着破坏,增加短柱的耗能能力[10]。
地震区的框架结构,应遵守“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点、强锚固”等设计原则。
梁与柱轴线应重合,以免形成较大的偏心矩,此外,柱的截面不宜过小。
⒍宿舍设计要求
(1)内长廊宿舍的走廊中通风采光差、阴暗潮湿,所以宿舍内居室宜集中布置,通廊式宿舍水平交通流线不宜过长。
确定良好朝向的主要因素是日照和通风,设计时应尽量将好朝向布置为居室,宿舍半数以上居室要求有良好朝向,并应具有住宅居室相同的日照标准。
(2)公共厕所应设前室或经盥洗室进入,前室和盥洗室的门不宜与居室门相对。
对居室与卫生间的距离要求,主要是强调“以人为本”,方便居住者就近使用卫生间和盥洗室,因此要求公共厕所及公共盥洗室与最远居室的距离不应大于25m(附带卫生间的居室除外)。
(3)层高和净高设计要求
居室在采用床时,层高不宜低于2.80m;
在采用双层床或高架床时,层高不宜低于3.60m
(4)楼梯门、楼梯及走道总宽度应按每层通过人数每100人不小于1m计算,且梯段净宽不应小于1.20m,楼梯平台宽度不应小于楼梯梯段净宽。
参考文献:
[1]孙焕纯;
丁殿明.钢筋混凝土构件和框架的优化设计[J]大连理工大学学报,1982,(01).
[2]高新艳.钢筋混凝土框架结构的整体分析与优化设计[D]太原理工大学,2007.
[3]周雄伟;
唐亮.浅析多层框架结构设计应注意的一些问题[J]科技促进发展
2009,(08).
[4]胡爱坤;
胡庆军.混凝土框架结构设计中需注意的问题.浙江建筑.2009,(10).
[5]曾伟勇钢筋混凝土框架结构设计探讨商品与质量.2009,(S5).
[6]李明顺,徐有邻,白生翔,等.GB50010-2002混凝土结构设计规范[S].北京:
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[7]MIOKET,ZHAOW,KANOK,etal.Resultsandhighgrowthofplateanchoredshearreinforcementbars(Head-bar)technology[J].ReportofTaise
TechnologyCenter,2004,(37):
14.
[8]FURUICHIK,FUKUDAI,YAMANAKAH,etal.Shearreinforcementmechanicallyanchoredwithsteelplateheads[J].AnnualReportKajimaaTeclrnicalResearchInstitute,2005,53:
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[9]刘明主编.建筑结构抗震[M].北京:
中国建筑工业出版社,2004.
[10]李鸿晶,宗德玲.关于工程结构抗震设防标准的几个问题的讨论[J].防灾减灾工程学报,2003,
(2)
八、外文翻译:
粘结钢混凝土组合结构的实验研究
摘要
本文论述了有关粘结钢-混凝土组合结构力学性能的实验分析。
钢梁和混凝土板由胶粘剂组装而成。
对例如胶粘剂的性质和粘合接头的不规则厚度等主要技术参数对力学性能及极限承载力的影响进行了研究。
在这项工作中使用了两种胶粘剂。
结果表明,以环氧胶粘剂保证的钢梁和混凝土板的连接是完美的,而且在钢-混凝土界面没有任何滑动。
在由聚氨酯确保的组合梁的界面,连接处很灵活。
胶粘剂在厚度上横向方向2毫米和纵向方向4毫米的变化对于力学性能和极限承载力并不重要。
混凝土板上的第一条裂缝出现在横向方向。
实验结果表明一个钢筋混凝土组合结构由胶粘剂组合而成是可行的。
爱思唯尔有限公司2006年c卷。
版权所有。
关键词:
组合梁;
混凝土板;
钢梁;
胶粘剂;
应变;
力学性能
1.引言
一个钢-混凝土混合结构是由一个混凝土板和一个通常由金属连接件连接到其他钢梁上的钢梁组成。
这种组装的目的是结合钢材高的抗拉强度和混凝土高的抗压强度。
通过这种方式,钢-混凝土组合梁比单独的钢梁或者混凝土板硬度和强度都更大。
对钢-混凝土混合结构来说最重要的问题之一是钢-混凝土分界面的抗剪强度。
这个难题最近随着剪切螺栓连接件的出现迎刃而解,这种连接件可以保证钢梁和混凝土板之间的可靠连接。
这些连接件一般焊接在钢的表面,可以降低钢的性能。
混凝土板和钢梁之间的连接方式对于钢-混凝土混合桥式结构的耐久性和力学性能是很重要的。
使用预制水泥板上,而不是在钢表面现浇混凝土,特别令人关注。
用一个粘结连接更换金属连接有可能减少应力集中的程度并且获得一个对混凝土与钢之间的错误进行的的持续转移。
这是由于这样的事实,即对被粘结的钢-混凝土组合梁,材料的粘结表面远大于用焊剪切螺栓连接的表面。
粘结组合结构的其他优点是:
—被粘结的钢-混凝土组合结构较轻
—消除剪切螺栓的焊接来避免钢的耗损是可能的
—作为连接的胶粘剂一般不具渗透性。
它们确保有效的保护来防止钢的腐蚀。
—采用预制混凝土板而不是现浇混凝土的可能性。
对于混合建筑行业来说这是很令人关注的:
促进就业,赢得时间,保证组合结构的质量和力学强度。
然而,这种拼接技术需要准备基材表面而且这项操作通常都很贵,同时也应该声明胶粘剂的抗拉和抗撕强度是相当低的。
由金属连接件组装而成的钢-混凝土混合梁是大量研究的主题[1-4],而粘结组合钢-混凝土梁的研究很少。
60年代初进行了关于粘结组合梁的第一个实验[5]。
Miklofsky把粘结组合梁与通过剪切钢螺栓连接的混合梁相比。
这些梁被用于直接把现浇混凝土涂覆在环氧胶粘剂上而不是坚硬的,在钢梁表面。
这些试验表明,混合梁的毁坏出现在对混凝土的压挤上,而粘结组合梁的毁坏是由于混凝土板和钢梁野蛮分离造成的连接失败。
1963年,Kriegh等[6、7]研究了通过钢梁连接骨料的过程。
连接宽度减少了以至于在钢梁屈服前发生破坏。
结果表明,所有梁都是由于连接失败而被损坏的。
他们提出通过在钢梁表面粘结一层骨料来保证钢梁和混凝土之间的连接。
20世纪70年代初,Hick和Baar[8]探究了粘结组合梁。
在钢材和混凝土表面进行的机械处理已被应用。
对于他们的系统,通过混凝土板粘结接头附近部位受剪而发生结构的失效。
Hertig[9]也研究了三种不同的装配过程。
在第一个系统中,混凝土板被放在钢梁表面,在那里骨料放置在环氧砂浆表面。
第二个系统借助于现制砂浆把钢梁和预制混凝土板粘结起来。
对于第三系统,混凝土直接放到新鲜砂浆上,砂浆覆盖了钢材表面。
实验结果表明,第一个系统是可变形的,它使得他们能预见到由于过大变形而导致的组合梁断裂。
第二个系统抵抗力最弱。
第三个系统抵抗力最强但也最脆弱。
Burkhardt[10]采用一个数学模型模拟了组合梁的性能。
作者确定了粘结接头处由于受集中和均布荷载作用产生的沿梁长的切向应力的分布。
这个研究提出了在三种连接类型极限状态条件下产生的剪切应力的一个计算值。
目前的工作涉及粘结钢-混凝土组合梁。
这个组合梁由一个预制混凝土板和一个由粘合接头连接的钢梁组成。
这个研究的目的是分析复合结构的力学性能。
实验程序进行,以确定一些参数的影响,如粘合剂的性质和粘合接头纵、横向的不规则厚度。
这里也对在横向、纵向和垂直方向的失效模式和应力分布进行了讨论。
粘结钢-混凝土组合结构的设计使粘合接头具有最大剪应力。
复合结构是置于不利的条件下,以确定粘合剂的性能。
这对于指出粘结组合结构在钢梁屈服前、粘合接头破坏后开始破坏是有用的。
2.试验计划
2.1测试结构
共测试了四个由一个预制混凝土板和一个钢梁组成的钢混凝
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