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结构设计基本知识及要点

时间:2020-10-24 01:40

  结构设计基本知识及要点_建筑/土木_工程科技_专业资料。1:结构设计基本知识简介 建筑结构体系及结构型式 框架结构 框架剪力墙结构 转换层结构 2:案例分析 超高层住宅、超高层酒店、超高层办公等

  结构设计基本知识 主要内容 1. 结构设计基本知识简介 建筑结构体系及结构型式 框架结构 框架剪力墙结构 转换层结构 2. 案例分析 案例一 案例二 案例三 案例四 案例五 案例六 地铁螳螂山 天津某住宅 华润酒店 平安中心投标 住宅设计中经常与建筑需要协调的问题 世纪中心 结构设计基本知识简介 结构型式: 按结构材料划分有: 砌体结构(包括加构造柱圈梁) 钢筋砼结构 钢结构 混合结构(钢管混凝土柱、型钢混凝土柱+钢梁) 结构体系: 框架结构、框架剪力墙体系,剪力墙体系,巨型框架、 框架筒体结构、筒中筒结构体系等 结构体系的定义 框架结构体系 剪力墙结构体系 框架剪力墙体系 由梁(包括桁架)、柱等杆系组成的能承受垂直和 水平力作用的空间结构(可含少量墙肢)。 主要由双向墙肢和连梁组成的空间结构(包括短肢 剪力墙和壁式框架结构) 由框架、剪力墙共同组成的结构体系,但以剪力墙 为主承受水平力。 一般由筒和板梁组成的结构,可分为内筒外框(或 称核心筒)、筒中筒、框架-核心筒和多筒体结构。 由密排柱及楼层上的裙梁构成的筒体称为框筒。 以上体系以外的体系如板柱结构体系,悬挂结构 体系,侧向支撑体系,膜结构体系、空间网架等。 筒体结构体系 其他结构体系 结构型式选择原 则 a) 结构体系与结构型式的合理选择是结构设计的重 ) 要环节。结构选型必须在建筑物的使用要求,工程 特点,自然环境,材料供应,施工技术条件,抗震 设防,地质地形等情况充分调查研究和综合分析的 基础上进行,必要时还应做多方案比较,择优选用。 基础上进行 必要时还应做多方案比较 择优选用。 b) 同一结构单元中 钢筋砼结构不宜与砖砌体结构 同 结构单元中,钢筋砼结构不宜与砖砌体结构 混合使用(混用是指平面方向的承力构件不同材料 而言,而底层为钢筋砼框架,其上为砖砌体结构的 而言 而底层为钢筋砼框架 其上为砖砌体结构的 竖向布置不在列中)。在抗震要求时,不宜选用砌 体结构。 体结构 c) 型钢砼结构的延性优于钢筋砼结构,且空间利 用率高,其防火性能优于钢结构,但施工比较复 用率高 其防火性能优于钢结构 但施工比较复 杂。 d) 钢管砼结构是一种具有承载力高,塑性和韧 性好,节省材料,方便施工等优点的新型组合 料 便 等优 的 合 结构,对于层数多,平面面积利用率要求高的 , , 面面 高层和超高层建筑可考虑采用,尤其是圆钢管 混凝土柱,效率更高。 混凝土柱 效率更高。 e) 根据工程具体情况 还可采用钢筋砼筒体与钢框 根据工程具体情况,还可采用钢筋砼筒体与钢框 架结构组成的混合结构。 f) 钢筋砼结构体系的选择应根据使用要求结合技术 经济指标、施工条件等因素综合考虑。 一般情况下,层数较少,体型简单,刚度分布均匀 和非抗震设防的建筑宜优先采用框架结构;对于体型较 复杂,刚度不均匀且有抗震设防要求或建筑装修要求较 高的高层建筑宜优先采用剪力墙,框架—剪力墙或框 架 核心筒结构。 架—核心筒结构。 据综合分析比较,目前对于40层上、下的建筑,采 用钢筋砼结构在技术上是成熟的,在经济上是合理的。 框架结构 一般要求: 框架结构的平面布置宜规则、对称,并应具有良好的整 体性。结构的侧向刚度宜均匀变化,避免突变。影响侧向刚 度的变化因素主要有层高、竖向构件不连续等。 框架结构应设计成双向梁柱抗侧力体系,以抵抗纵横两个 方向的地震作用和风作用,此外,不宜设计成单跨框架结构 体系。 框架柱网一般采用6~9m。特殊要求时,可以更大些。 框架结构的楼层宜设计成同一标高上,应尽量避免出现 错层、夹层。 柱、梁、板构件尺寸的确定 柱 柱:现浇框架柱一般采用矩形截面。截面宽 度及高度不宜小于300。采用圆柱时,最小直 径不宜小于350。 径不宜小于350 柱子的截面与主要与结构所承担竖向力 有关,原则是层数越高、负担荷载越大,柱截 有关 原则是层数越高 负担荷载越大 柱截 面越大,柱子截面应与结构配合商定。 梁: (1)梁截面高度h,视梁承受的荷载及跨 度大小而定。 般框架梁取(1/8 1/12)L;次梁高h 度大小而定。一般框架梁取(1/8~1/12)L;次梁高h 取(1/12~1/18)L;一般悬臂梁取(1/5~1/6)L。 (2)梁截面b, 般b≥200,梁截面的 (2)梁截面b 一般b≥200 梁截面的 高(净高)宽比一般情况下取h0/b=2~3,且不宜 大于4。(当采用扁梁时,不受此限制)h 大于4 (当采用扁梁时 不受此限制)h0现浇楼 板时为净高。 (3)在确定梁的截面尺寸时,为了 (3)在确定梁的截面尺寸时 为了 降 低建筑的楼层高度而取梁高的低值,或采用宽扁梁。 此时应控制梁的挠度以及衡量由此产生的综合技术 经济指标的合理性。 求。板的最小厚度:密肋楼盖取80~100,梁式板取 100、110、120。一般高层住宅建筑板厚100~120。 对于埋设较多电线。对于多层建 筑的屋面板厚可取120;对于高层建筑的屋面板取 150。 (2)板式楼梯的板厚最小为100,一般民用 建筑的板式楼梯的板厚取L / 30。(L为板跨度)。 (3)跨度L≥1500mm的楼层悬臂构件无特殊 措施时宜采用梁板式结构。 板:(1)各类现浇楼板厚度应满足强度和刚度要 框架剪力墙结构 一般概念: 框架剪力墙结构是由框架和剪力墙共同组成的结构体系, 剪力墙应布置成双向体系。 剪力墙布置原则: 剪力墙宜均匀,双向接近正交布置。剪力墙宜布置在 房屋周边、楼电梯处、荷载较大处。 纵横向剪力墙宜组成┕ Т[ □ 等组合形式。不宜 采用“一”字墙。 剪力墙宜上下连续、贯通、洞口宜居中、上下对齐, 避免刚度突变。 剪力墙端部宜加端柱、翼墙。 转换层结构 概念 概念: 由于建筑的多功能要求,造成结构竖向构件的不连续,要靠水平 构件来转换上部竖向构件,使竖向力、水平力能继续向下传递,或 地震作用向上传递,转换层结构属复杂结构。转换层结构包括转换 楼面梁、板和其下部墙、柱,其内力影响到上下数层。 转换层位置的限定 抗震设防烈度 最高转换层位置 6 7 8 可适当5层 应≤5层 应≤3层 有核心筒时可适当提 高 备注 转换层结构设计:要点是满足上下墙有部分连续,(89 规范规定≥50%,新规范未做规定。我们建议满足1/3以上 连续,主要是核心筒和角部墙体)且上下侧向刚度要满足 有关规定。超过上述转换层数即定为高位转换,高位转换 属特别不规则结构。 一般哪些构件可做转换构件? 实腹梁、桁架、空腹框架、箱形结构、斜撑,6o 抗震或非抗震时可用厚板,7o,8o抗震时地下室顶板 可用厚板。 案例分析 案例1(地铁螳螂山): 建筑平面 建筑剖面 1.平面超长(120m), 设伸缩缝兼抗震缝. 2.高宽比(100/9=116) 较大,应选用抗侧效 率较高的体系. 3.建筑原选用单品框 架,改为剪力墙结构. 4.剪力墙端部加强,抗 侧效率较高. 5.平面端部尽量形成 围合筒体. 结构平面图 案例2(天津某住宅 ): ? 尽量围成多个筒体 抗侧效率较高 尽量围成多个筒体,抗侧效率较高 ? 端头加粗,充分发挥剪力墙的翼缘作用 案例3 华润酒店 1. 竖向构件的布置,(三个大 筒体) 2. 水平构件的选取(宽扁梁, 或钢梁) . 3. 结构的高宽比也是较.(核 心筒高宽比达到20) 案例4 平安中心投标 典型平面 ? 核心筒偏置:结构抗扭 性能不好 ? 核心筒高宽比较大:结 构抗侧刚度较低 ? 梁跨度较大:采用钢梁 更为经济 ? 框架柱横向放置以利于 形成壁式框架 钢梁腹板开洞予机电设备 案例5 住宅设计中经常与建筑需要协调的问题 转换层以下按结构规范和设计要求时,要有 转换层以下按结构规范和设计要求时,要有一 定的剪力墙数量落下来,但通常是建筑图仅仅是 按平面布柱的原则去设计 层平面,结果是只有 按平面布柱的原则去设计一层平面 结果是只有 少部分剪力墙落下来(剪力墙过厚),一方面打 乱了建筑的布局,另一方面结构计算经常难满足 乱了建筑的布局 另 方面结构计算经常难满足 规范要求。 转换层以下平面 转换层以上平面 转换层以上一两层因刚度的突变,有的剪力墙会改成300厚, 这是建筑通常不愿接受的,因为会影响住宅的面积,这是建筑 设计中没有考虑到的。 墙厚300 短肢剪力墙和一般剪力墙的区别,建筑通常要求剪力墙越短越 好,但对结构来说差别就挺大的,且规范对这两者也有明确的规 好 但对结构来说差别就挺大的 规范对这两者也有明确的规 定,所以在配合中经常两者会有冲突,难以满足结构多布置剪力 墙的要求。 阳台太悬挑的问题,而且要求结构不做梁,造成阳台板太厚 并且配筋比较多。 屋顶经常会有女儿墙做 在悬挑的板上,且女儿墙 的高度有的达到2m以上, 不安全也不经济,有没有 不安全也不经济 有没有 别的办法? 异型柱和柱的问题,这在结构上要求是不一样的,但在建筑不 异型柱和柱的问题 这在结构上要求是不一样的 但在建筑不 是十分清楚,这也是配合中常会遇到的地方。 节点详图中建筑经常是为了达到某效果,而把做造型的节点 板做得太厚,实际上100就够了,造成结构配筋很大,但结果是 甲方并不同意这些浪费的作法。 案例6 世纪中心 结构设计策略 由于本工程地处深圳市,该地区的特点为:风荷载大、 地震作用相对较小,因此提高结构的抗侧刚度是结构设计 的关键。根据以上特点和建筑功能的要求,钢筋混凝土框 架-核心筒结构体系是一种经济可行的结构体系。 在结构初步设计阶段也曾对该塔楼采用了钢-混凝土 混合结构体系,由于钢梁的刚度仅为同高度的混凝土梁的 30%左右,计算结果表明,混合结构体系很难满足规范对 结构的刚度要求,若要满足要求,则必须设置2~3个加强 层,这样将带来结构受力的复杂性和设备层使用的不便性。 因此,塔楼采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系。 由于核 筒高宽比较大(比值为 由于核心筒高宽比较大(比值为17.3),如何充分发 ),如何充分发 挥核心筒的抗侧效率工程面临的一个挑战,在设计中通 过加厚外围墙体厚度(即筒体翼缘墙体的厚度),以使 核心筒获得较大的抗侧刚度,筒体翼缘墙体的厚度随着 建筑高度增加逐渐减小(核心筒墙体厚度由1100mm逐 渐变化到600mm厚),以获得较大的使用空间。 渐变化到 厚 以获得较大的使用空间 同时加大外框架梁的刚度(外框梁梁高为1000mm) 同时加大外框架梁的刚度(外框梁梁高为1000 ) 和避难层外框架梁的刚度(避难层外框梁梁高为1300 mm),进一步提高结构的抗侧刚度。通过以上设计方 mm) 进一步提高结构的抗侧刚度 通过以上设计方 法,成功满足了规范对结构的刚度要求,且避免了在设 备层设置加强层,使得设备管道可以顺利通过,很好的 备层设置加强层 使得设备管道可以顺利通过 很好的 满足了甲方对结构的功能需求。 Thank You!