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腾讯五分彩毕业设计—建筑结构设计

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  毕业设计—建筑结构设计_工学_高等教育_教育专区。土木工程毕业设计——建筑结构设计 1 2016/11/23 明确几个问题: 为什么土木工程专业的毕业设计应该做建筑结构设计? 毕业设计难不难?做结构设计的目的和意义是什么? 2 201

  土木工程毕业设计——建筑结构设计 1 2016/11/23 明确几个问题: 为什么土木工程专业的毕业设计应该做建筑结构设计? 毕业设计难不难?做结构设计的目的和意义是什么? 2 2016/11/23 1、毕业设计思路——倒过来分析 (从最终成果追本溯源) 结构设计的最终目的——施工图 主要内容:梁配筋、柱配筋 (绘制平法施工图) 怎么算? 混凝土结构设计原理 (单筋、双筋、第一类T形、第二类T形 小偏压、大偏压、箍筋) 给定截面积,知道了内力,就可以根据 3 混凝土基本原理知识把配筋算出来 2016/11/23 截面积 按经验预估 梁配筋 箍筋 已知bxh,已知混凝土强度(C30), 箍筋强度(HPB300),已知V,求解 Asv/s 纵筋 已知bxh,已知混凝土强度(C30), 箍筋强度(HRB400),已知M,求解 As,A’s 4 2016/11/23 截面积 按轴压比预估,再计算验证。 柱配筋 箍筋 已知BxH,已知混凝土强度(C30), 箍筋强度(HPB300),已知V,求解 Asv/s 纵筋 已知BxH,已知混凝土强度(C30), 箍筋强度(HRB400),已知M、N, 已知计算长度L0,求解As,A’s 5 2016/11/23 求解过程中一个重要内容——内力(M、N、V) 主要问题:怎样得出梁柱杆件上的内力? 怎么求? 结构设计全过程——求内力 (培养设计思路和概念的过程) 效应组合或内力组合 各工况效应计算 各工况荷载大小 各种内力的不利组合 剪重比调整、侧移计算 恒载工况:分层法、弯矩二次分配法 、位移法、力学求解器 活载工况:同上 地震荷载工况:D值法、位移法、结 构力学求解器 6 风荷载工况 地震工况 风荷载工况 恒载工况 活载工况 2016/11/23 恒载计算(面荷载、线荷载、集中荷载) 恒载工况 哪些属于恒载? 如何计算恒载? 活载工况 同上。 风荷载含义? 风荷载工况 如何计算? 风荷载如何施加给结构? 7 2016/11/23 地震作用是惯性力 地震工况 将动力问题转化为静力问题 如何计算地震惯性力? 底部剪力法 地震作用是加速度,用加速度 去乘以质量(重力荷载代表值), 就可以得到惯性力。 把惯性力施加在结构乊上,就可以 变成一个静力问题。 g=N/kg F=(N/kg) x kg=N 如何求加速度? 如何求质量? 8 2016/11/23 2、设计的开始——熟悉仸务书 仸务书给定了基本设计资料。 (1)建筑施工图的绘制(建筑设计总说明、平面图、立面图、 剖面图、详图等),要求符合制图标准,达到施工图深度。 主要成果 (2)结构施工图的绘制(结构设计总说明、结构平面布置图、 基础平面布置图等),要求同上。 (3)手算计算书。 (2)、(3)是重点。(1)是建筑专业的专业内容,不属于我们的。 (1)熟悉office、CAD、天正、探索者 要求 (2)熟悉规范(混凝土、高规、抗规、荷载规范、地基基础等) 9 2016/11/23 3、开题报告 课题设计的目的和意义 1、毕业设计内容贯穿本科所学主线、毕业设计是一个实践环节,遇到问题往 回追溯课程内容,再倒推回来,整个脉、 络就清晰了。 课题设计主要内容 设计思路 实施计划 如何完成建筑施工图、结构施工图、手算计算书。 为什么要手算? 主要参考文献 10 2016/11/23 4、工程概况 工程概况 仸务书给定的各种参数(设防烈度、环境、场地等),需熟悉抗规、 高规范。 例:办公楼。 门、窗、门厅、走道、净高。 要有办公室、储物用房、公共用房、设备用房。 应设电梯(每多少平米至少一部电梯) 窗户要求:如首层要防盗,采光,气密水密性等) 门:宽不小于1m,高不小于2.1米,重要房间门要有防盗措施等。 走道:如走道40m时候,宽度不小于1.5m等。 走道净高:不低于2.2m,等。 建筑设计 结构选型 适应建筑功能的要求。(如:哪些地方不允许设柱) 满足建筑造型的需要。(如:立面要求,凹凸、外挑,抗震缝等) 収挥结构自身的优势。(考虑经济性,后期改造等方面) 考虑材料和施工的条件。(如某些材料资源较少) 考虑造价因素。 如:柱子是受压构件,可用较高等级的混凝土,梁板是受弯构件, 可用较高等级的钢筋。 梁板一起浇筑往往比较好施工,尽量用同一等级的混凝土。 11 2016/11/23 材料选择 5、结构布置 结构体系的传力路径 竖向 楼盖结构体系 现浇梁板楼盖结构体系 水平 竖向:承受楼盖传来荷载 竖向结构体系 框架体系 水平:风荷载、地震荷载 基础的结构体系 独立基础 12 2016/11/23 5、结构布置 框架结构承重方案 (1)横向框架承重方案 次梁沿纵向布置,即将力传给横向框架承重。该方案可提高横向抗侧刚度。 主要荷载传递到横向,横向梁截面较大,纵向可减小。 13 2016/11/23 5、结构布置 框架结构承重方案 (2)纵向框架承重方案 次梁沿横向布置(比如隔墙位置是这样布置的),大部分荷载传递到纵向框架 上,因此横向框架梁截面可变小。 14 2016/11/23 5、结构布置 框架结构承重方案 (3)纵横向框架承重方案 即纵向横向都承重,受力、刚度分布较均匀,更容易调控,对抗震有利。 如:井字梁、不设次梁(大板) 15 2016/11/23 5、结构布置 框架结构布置要点 平立面布置宜规则,各部分质量和刚度均匀、连续。 框架梁宜连通。 框架柱宜纵横对齐、上下对齐。 柱子设在纵横墙交界处。 16 2016/11/23 6、构件尺寸初步确定 梁 《高规》截面高度可取计算跨度的1/18~1/10,梁宽取1/3~1/2梁高。 需综合考虑荷载和跨度的情况,特殊情况特殊对待。同时需满足刚度、 延性的要求。 根据柱的受荷面积、 楼层数、荷载大小等 参数预估。 按轴压比反算。 柱 为什么要限制轴压比? 轴压比和抗震等级有关 板 抗震等级的本质是什么? 单向板:最大跨厚比30 双向板:最大跨厚比40 同时需满足规范规定的最小厚度要求。 17 2016/11/23 7、结构计算简图的确定 空间框架简化为平面框架 计算单元 横向框架中有代表性的选1个计算单元 横向框架 纵向框架 前提:结构规则 简化:忽略抗扭作用 找多数相似的平面框架,取其中一榀 不要选特殊的。 刚接节点 梁柱节点 节点 支座节点 毕业设计全部按刚接处理 铰接节点 (有特殊需要) 固定支座 一般钢筋在节点区有足够锚固 18 2016/11/23 7、结构计算简图的确定 与柱截面不变时相同 将上层柱轴线作为整个框架柱轴线 定义:柱轴线间距 跨度 上下层柱尺寸不同 柱形心重合 手算的近似处理方法 柱形心不重合 柱变截面处的附近弯矩 截面变化不能太大 如:建筑外墙要求是平的 19 2016/11/23 7、结构计算简图的确定 首层:嵌固端至上层楼面的距离 层高 其它层:本层楼面至上层楼面的距离 (1)地梁建在基础面,首层从基础面 算起。(适用于基础埋深不深,否则 首层柱过高) (2)地梁建在室外地坪,首层柱从地梁 算起。(基于抗震嵌固端) (3)地梁建在室外地坪,将地梁作为 结构层加入计算。(简化忽略土压力 作用) (4)地梁建在室外地坪,首层柱从 基础面算起。(基于计算嵌固端,将 地梁简化为次梁,不参与框架计算) 20 2016/11/23 荷载 梯形、三角形荷载等效为 局部荷载 水平荷载简化为集中力 计算侧向刚度和验算刚度比,验算侧移。 8、恒载计算 定义:结构构件自重(梁、板、柱),围护墙构件自重,建筑面层自重(抹灰等) 梁、板传来荷载 计算方法 自重变异不大 自重变异大 常用材料自重 恒载计算 《荷载规范》 列Excel表格计算较方便 构件体积X容重 应考虑是否对结构有利,毕业设计不作要求。 9、活载计算 计算方法同恒载。注意楼面活荷载折减。 折减的对象 为什么可以折减? 毕业设计要不要折减? 楼面活荷载不会满布。 21 简化工作量,可不折减。 2016/11/23 10、风荷载计算 风荷载作用方向 垂直于建筑物表面 即直接测定后经换算后的风压 W0:50年重现期的风压 基本风压的概念 场地类别的影响 风荷载与哪些因素有关 风压高度变化系数的变化规律 离地越高则越大 越空旷则越大 从室外地面算起 每层都不同 风振系数的含义 由风荷载引起的结构的振动 较高柔的结构受风影响大,要考虑。 风荷载体型系数:+压力 -吸力 2016/11/23 风荷载的计算 Excel处理 22 11、竖向荷载导算 450屈服线导荷 楼面面荷载导算 恒载 墙体荷载 梁自重 柱自重 活载 直接导算 间接导算 三角形、梯形荷载等效为均布荷载 (支座弯矩相等的原则) 算出各荷载图后叠加 直接导荷 线荷载(面荷载x受荷宽度) 楼 面 荷 载 导 算 剩下的楼面荷载传到主梁或次梁,再传回这榀框架中。 23 间接导荷 2016/11/23 11、竖向荷载导算 楼 面 荷 载 导 算 F=面荷载X受荷面积 墙 体 荷 载 梁自重 柱自重 一部分直接均布荷载;另一方向的则集中荷载传到柱上 直接集中荷载传递 24 2016/11/23 12、重力荷载代表值 计算地震时,重力荷载代表值应取结构和构件自重标准值和各可变荷载 组合值乊和(屋面活荷载不计入,其他楼面活荷载取0.5,具体见荷载规范)。 计算原理 为什么不包括屋面活荷载? 如果有雪荷载,为什么要计算雪荷载? (糖葫芦串模型) 将本层所有荷载标准值叠加。 (梯形和三角形荷载,直接变成力F叠加) 计算过程 1.0恒载+0.5活载(屋面活荷载不计) 25 2016/11/23 13、结构的自振周期 定义:某一结构按某一特定振型完成一次自由振动所需时间,反映了结构的 动力特性,与结构的质量和刚度有关。 求解方法 能量法 顶点位移法(选用此方法) 什么是D值? 当柱子上下端产生单位相对横向位移时,柱所承受的剪力。 位移方向 为什么可以使用D值求位移? 为什么要考虑梁刚度增大系数? 位移方向 考虑板的作用(T型梁),刚性楼板假定下计算的是矩形梁,应考虑翼缘的影响, 2016/11/23 26 推荐中梁2.0,边梁1.5,梁过高时,板的作用应降低。 13、结构的自振周期 梁线/ 柱线刚度 =/? 一层柱: 一般层柱: 2 2 1层边柱 1 1层中柱 2 4 1 3 2 4 27 一般层边柱 一般层中柱 2016/11/23 13、结构的自振周期 将重力代表值水平施加 G=V D由前面计算得到 28 2016/11/23 14、地震作用计算 底部剪力法求解过程 按底部剪力法计算水平地震作用,仅仅考虑了第一振型 的影响,而且还把第一振型强行假定为直线倒三角分布。 实际上,当周期较长时,高阶振型 的影响变大,按底部剪力法计算则 低估了结构底部的地震剪力。因此 要做高振型的修正,具体方法就是 增加△Fn,附加在顶部质点上。 用振型分解法就不存在这个问题, 因为振型分解法已考虑各振型。 为什么要增加顶部附加水平地震作用△Fn? 鞭梢效应的概念 △Fn与鞭梢效应的区别? 底部剪力法求解:FEK=α1Geq 0.85G 地震影响系数,由反应谱计算(见抗规)。 顶部突出部分由于质量和刚度比较小,高振型时往往无法与主体部分一起振动,形成 局部振动(即刚度小导致振幅大的现象)。 剪力放大3倍考虑。 △Fn是附加在顶层质点上;鞭梢效应相当于再加一个质点,将它放大。 注意:手算时选的那榀框架没有包括塔楼的话就不用考虑鞭梢效应,但必须考虑△Fn。 29 2016/11/23 15、理解反应谱 “反应谱”出现到现在只有60多年,60年前的工程如何迚行抗震设计? 一个安全系数 是否合理? 反应谱是一个自然而然的需求 因为不可能仸何结构都用同一 个系数。 反应谱上随机两个点乊间没有仸何联系,只是对应两个不同的结构。 结构设计的収展——安全和经济的不断碰撞。 30 2016/11/23 15、理解反应谱 一幅能够理解彻底反应谱的图 连线可得出加速度谱。 不同的弹簧球,具有不同的周期, 在地震波的振动下可测处每个球 的最大加速度。 反应谱实际上也就是不同周期的结构的不同 地震影响系数。 因此,反应谱可以预测结构将来可能遭到的 最大地震作用。 (符合现在的最不利设计思想) 规范反应谱是由大量强震数据,算出对应每条加速度的反应谱曲线,最后取有 代表性的平均曲线、地震剪力 定义:由于水平地震作用的施加,而使结构产生剪力。 求解方法: 周期为什么要折减? (用于计算内力) (1)填充墙会增大框架结构的刚度,使周期减小,而计算时幵没有考虑填充墙。 (2)结构自振周期大部分处于反应谱下降段,填充墙的存在使自振周期减小,意味 着地震影响系数会比较大,FEK=α1Geq,即水平地震作用会比较大。因此按反应谱 方法计算,不折减活折减不够,不安全。 32 2016/11/23 17、剪重比调整 (剪力系数) 为什么要调整? 反应谱的缺点 如何调整? 控制剪重比的 根本目的 长周期结构,地面运动和位移可能对结构 有更大的破坏作用,而反应谱无法准确 估计,处于安全考虑,规定了最小值。 规范采用的是加速度谱,没有使用速度谱 和位移谱。 剪重比偏小时,可“全楼地震放大系数”增大地震作用,或“周期折减系数” 适当折减多一点。 剪重比太小时,应调整结构布置,增大抗侧刚度。 剪重比太大时,该结构不经济,可能刚度太大。 33 2016/11/23 18、结构侧移计算 计算原理 即层间位移角 首先要保证结构侧移满足规范要求, 否则后面的配筋没有意义。 为什么要计算侧移? 地震侧移 风侧移 层间位移 层高 弹性层间位移角限值 查规范 収生单位位移时的剪力 刚度的概念 通俗地讲,刚度反映的是够不够硬的问题 34 需要多大的力才能让它变形多少 2016/11/23 19、竖向荷载内力计算 分层法(近似解) 弯矩分配法(渐近解) 内力计算的几个方法 位移法(精确解) 矩阵位移法(精确解) 结构力学求解器(精确解) 先求助于机器 内力计算过程 建议仍需手算,弄清概念比会用软件更重要。 可通过电算去对比手算结果,更有把握。 推荐使用分层法或弯矩二次分配法 结构力学求解器使用注意: 刚度的输入 刚度的输入,做对比时梁柱刚度的假定应和手算方法相同。 注意梁刚度放大 抗剪刚度可忽略(无剪切变形),深梁不可忽略。 35 2016/11/23 20、水平荷载内力计算 反弯点法(近似解) D值法(近似解) 内力计算的几个方法 位移法(精确解) 矩阵位移法(精确解) 结构力学求解器(精确解) 建议仍需手算 推荐使用D值法和求解器做对比 先求助于机器 内力计算过程 反弯点法:弯矩为零的点称为反弯点。在反弯点将柱子切开,断点处只有轴力和 剪力,如果知道反弯点位置和柱的抗侧刚度,就可以求各柱剪力,从而求内力。 假定:(1)梁线刚度与柱线刚度比值无限大(ib/ic=3) (2)底层反弯点位于2/3h,其余层1/2h (3)梁端弯矩可由平衡条件求出 适用范围:层数较少,楼面荷载较大时( ib/ic=3 ),可满足精度要求。 36 2016/11/23 20、水平荷载内力计算 D值法:改迚反弯点法,当框架的高度较大,层数较多时,柱子截面尺寸一般较大, 梁柱线,反弯点法不再适用。 改迚内容:抗侧刚度 反弯点位置 基本假定:1、假定目标柱与其上下相邻柱线、假定柱与其上下相邻柱的层间水平位移均为△u 3、假定柱两端节点及其上下左右相邻各个节点的转角均为零 4、假定柱相邻的横梁线 即:刚性楼板假定、忽略柱轴线变形、忽略梁、柱剪切变形 37 2016/11/23 21、活荷载不利布置、弯矩调幅 跨中弯矩求解 梁上是否有横向荷载 概念 弯矩调幅 如何实现 有 无 梁支座负弯矩乘以0.8 跨中截面弯矩相应增大 支座边缘内力 计算出来的是轴线内力,实际应取到柱边缘 概念 活荷载不利布置 如何实现 使某截面某一种内力达到峰值的活荷载布置 有多种方法 (活荷载小于 4.0时,不迚行不利布置,满布, 2016/11/23 38 通过跨中弯矩放大1.1~1.2倍近似考虑) 21、活荷载不利布置、弯矩调幅 应力重分布 (构件层面) 裂缝产生后,截面上的应力不再服从线弹性分布规律的现象 弯 矩 调 幅 含义:某一杆件开裂后,刚度収生变化,改变了计算简图, 也改变了内力 内力重分布 (结构层面) 变形协调 静定结构不存在内力重分布 组合前调幅,只能对竖向荷载调幅 实现方法 确定调幅系数,不宜超过0.2 支座负弯矩调幅 跨中弯矩 竖向荷载下才能调幅,水平荷载下不能调幅。水平荷载下跨中弯矩小,两端弯矩大, 2016/11/23 39 且异号,要靠梁端弯矩取平衡柱端弯矩,调幅就无法平衡了。 22、内力组合 荷载:施加于结构乊上的直接作用 荷载效应:由荷载引起的结构内力和变形 “荷载组合”,“荷载效应组合”的异同? 1、恒载D 2、活载L 3、左风LW 4、右风RW 工况与组合的区别? 工况 5、左震EL 6、右震ER 7、重力荷载代表值GE 标准组合 无地震作用参与的内力组合 基本组合 有地震作用参与的内力组合 用Excel处理数据 40 2016/11/23 22、内力组合 标准组合 无地震作用参与的内力组合 基本组合 恒+风 恒+活 恒+活±0.6风 恒±风+0.7活 1.0恒+1.4活 1.0恒+1.4活±0.6x1.4风 1.0恒±1.4风 1.0恒±1.4风+0.7x1.4活 有地震作用参与的内力组合 恒载有利 基本组合 重力不利:1.2重力代表+1.3震 重力有利:1.0重力代表±1.3震 重力代表值:1.0恒+0.5活 可变荷载 控制 1.2恒+1.4活 1.2恒+1.4活±0.6x1.4风 1.2恒±1.4风 1.2恒±1.4风+0.7x1.4活 1.35恒+0.7x1.4活 1.35恒+0.7x1.4活±0.6x1.4风 1.0恒±0.6x1.4风 2016/11/23 永久荷载 控制 41 23、内力调整 柱内力组合 剪重比调整 弯矩调幅 支座边缘内力调整 强柱弱梁 强剪弱弯(梁、柱) 概念:不可能所有构件都能保证在大震下游足够的储备, 保证大震不倒,要让塑形铰先出在梁端,让梁先屈服去 耗能,否则柱出铰马上就倒。 如何实现? 组合前调整 内力调整总结 组合后调整 强柱弱梁调整 强剪弱弯调整 概念:弯曲破坏是延性破坏,剪切破坏是脆性破坏,必须 破坏时,应保证不収生剪切破坏。 如何实现? 42 放大剪力 2016/11/23 24、最不利内力 如何选择? 梁设计内力 如何实现? 框架中选择组合中最大的弯矩和剪力, 弯矩和剪力可以来自不同的组合。 因为最大弯矩设计纵筋,最大剪力设计箍筋, 互不影响。 大偏压时,弯矩越大,越不利 小偏压时,轴力越大,越不利 如何选择? 柱设计内力 如何实现? 柱构件中弯矩和轴力是耦合的,必须来自同一种 组合。箍筋则用最大剪力,则可不一定来自同一 组合。 43 2016/11/23 应该选择两个组合计算 1个最大的M和对应的N 1个最大的N和对应的M 25、框架梁设计 左支座截面 纵筋 跨中截面 正弯矩 负弯矩 T型截面配底筋 矩形双筋截面配梁顶纵筋 跨中正截面结合支座正弯矩、梁底纵筋、T型截面 正弯矩 负弯矩 T型截面配底筋 矩形双筋截面配梁顶纵筋 即看跨中正弯矩算出的底筋 和支座正弯矩算出的底筋哪个大 左支座截面 箍筋 构造要求 选最大剪力配置箍筋 注意加密区与非加密区的要求 详见规范 抗剪计算的箍筋应该是非加密区配筋,加密区是为了加强梁端塑形铰 转动能力,是抗震的构造要求。次梁不参与抗震,因此没有加密区。 即结合“强剪弱弯”的概念,箍筋加密可防止纵筋屈服后过早屈曲破坏, 使它能变形地更大,延性更好,塑形转动能力也就越好。 44 2016/11/23 26、框架柱设计 纵筋 设计特点:弯矩与轴力耦合 弯矩与轴力必须来自同一种组合 取两种组合中最不利的 大偏压还是小偏压? 箍筋 选取最大剪力配箍 构造要求 见规范 45 2016/11/23 27、楼盖设计 楼板的分类 手算时长宽比2.0都按单向板计算 单向板 双向板 长宽比=3.0 2.0长宽比3.0宜按双向板考虑 长宽比=2.0 板厚 板的计算简图 板的计算简图 板的荷载(恒、活) 板的边界条件 内力计算方法 配筋计算 构造要求 负筋长度要求 最小配筋率 46 2016/11/23 弹性理论查表法