建筑结构设计全过程(毕业设计)
目 录
中文摘要................................................................... Ⅰ
英文摘要................................................................... Ⅱ
1 绪 论
1.1 钢筋混凝土的发展历史
1.2 选题目的
1.3 该选题主要研究的内容
1.4该选题设计要点分析
2 工程概况与设计条件
2.1 建筑概况
2.2结构设计基本条件
2.2.1楼、屋面板计算基本条件
2.2.1框架结构梁柱计算基本条件
2.2.2基础计算基本条件
2.3设计参考文献
3 结构选型及结构布置
3.1 结构类型选择
3.1.1 上部结构选型
3.1.2 基础结构选型
3.1.3 楼梯结构选型
3.2 结构布置
3.2.1 柱网布置
3.2.2 楼板梁格布置
3.2.3 结构平面布置图
4 材料及截面尺寸
4.1建筑材料选择
4.1.1混凝土
4.1.2钢筋
4.1.3砌体
4.2梁截面尺寸估算
4.2.1框架梁截面尺寸估算
4.2.2次梁截面尺寸估算
4.3框架柱截面尺寸估算
4.4楼屋面板厚度估算
5 结构计算模型
5.1框架计算模型的确定
5.2 框架梁、柱的线刚度计算
6竖向荷载标准值
6.1屋面、楼面活荷载标准值
6.1.1屋面活荷载标准值
6.1.2楼面活荷载标准值
6.2屋面、楼面及墙柱永久荷载标准值
6.2.1屋面板自重标准值
6.2.2 标准层楼面板自重标准值
6.2.3梁自重标准值
6.2.4 柱自重标准值
6.2.5 墙自重标准值
6.3框架竖向荷载标准值
6.3.1框架竖向荷载组集原则
6.3.2框架竖向永久荷载和可变荷载标准值
6.5.3框架在竖向荷载作用下的恒载总图
6.5.4框架在竖向荷载作用下的活荷载总图
7 水平荷载及位移计算
7.1 水平风荷载计算
7.1.1 风荷载标准值计算
7.1.2 侧移刚度D值计算
7.1.3风荷载作用下的位移验算
7.2 水平地震作用计算
7.2.1 重力荷载代表值计算
7.2.2 框架自振周期计算
7.2.3 多遇水平地震作用及楼层地震剪力计算
7.2.4 多遇水平地震作用位移验算
8 框架内力计算
8.1竖向荷载内力计算
8.2 水平荷载作用下框架的内力分析
8.2.1 反弯点法
8.2.2 D值法
8.3 风荷载标准值作用下的内力计算
8.4水平地震作用下的内力计算
9 框架内力组合
9.1 控制截面及最不利内力
9.1.1 框架梁的控制截面内力分析计算
9.1.2 框架柱的控制截面及最不利内力分析
9.2 竖向荷载的框架梁弯矩塑性调幅
9.3 荷载效应组合
9.3.1 框架梁BC承载能力极限状态下的基本组合
9.3.2 框架梁承CB载能力极限状态下的基本组合
9.3.2 框架梁CB正常使用极限状态下的基本组合
9.3.3 框架梁BA正常使用极限状态下的基本组合
9.3.4 框架柱Z15承载能力极限状态下的基本组合
9.3.5框架柱Z16承载能力极限状态下的基本组合
9.3.6框架柱Z17承载能力极限状态下的基本组合
9.3.7 框架柱Z15正常使用极限状态下的基本组合
9.3.8 框架柱Z16正常使用极限状态下的基本组合
9.3.9 框架柱Z17正常使用极限状态下的基本组合
10 框架配筋计算
10.1 框架抗震设计分析
10.2 框架结构抗震设计措施
10.3 框架梁设计及配筋
10.3.1 框架梁正截面受弯承载力计算
10.3.2 框架梁裂缝验算
10.3.3框架梁的斜截面配筋计算
10.4框架柱的配筋计算
10.4.1 柱剪跨比和轴压比验算
10.4.2框架柱的正截面配筋计算
10.4.3框架柱裂缝验算
10.4.4框架柱的斜截面配筋计算
11屋盖板、次梁内力及截面配筋
11.1 内力分析理论依据
11.1.1 弹性理论分析
11.1.2 塑性理论分析
11.2 屋面板计算(按弹性理论计算)
11.3楼面板计算(按塑性理论计算)
11.4 次梁计算
11.4.1次梁内力计算
11.4.2次梁配筋计算
12 楼梯设计
12.1设计参数
12.2楼梯板计算
12.2.1荷载计算
12.2.2内力计算:
12.2.3配筋计算
12.3平台板计算
12.3.1确定板厚
12.3.2荷载计算
12.3.3内力计算
12.3.4配筋计算
12.4平台梁计算:
12.4.1估算平台梁截面
12.4.2荷载计算:
12.4.3内力计算:
12.4.4配筋计算
13基础及承台计算
13.1设计资料
13.2确定单桩承载力特征值
13.3 柱Z15承台的设计
13.3.1考虑地震荷载作用的标准组合
13.3.2 初选桩的跟数
13.3.3 初选承台尺寸
13.3.4 计算桩顶荷载
13.3.5承台受冲切承载验算
13.3.6承台受剪切承载力计算
13.3.7承台受弯承载力计算
13.3.8局部受压承载力计算
总 结
致 谢
参考文献
附录1 图纸(另祥)
1 绪 论
1.1 钢筋混凝土的发展历史
根据《混凝土结构设计原理》
[1]:现代混凝土结构是随着水泥和钢铁工业的发展而发展起来的,至今已有150多年的历史。1824年,英国约瑟夫·阿斯匹丁(Joseph Aspdin)发明了波特兰水泥并取得了专利。1850年,法国兰波特(L.Lambot)制成了铁丝网水泥砂浆的小船。1961年,法国约瑟夫·莫尼埃(Joseph Monier)获得制造钢筋混凝土板、管道和拱桥的专利。
1866年,德国学者发表了混凝土结构的计算理论和计算方法,1887年又发表了试验结果,并提出了钢筋应配置在受拉区的概念和板的计算方法。在此之后,钢筋混凝土的推广应用才有了较快的发展。1891—1894年,欧洲各国的研究者发表了一些理论和试验研究结果。但是在1850—1900年的整整50年内,由于工程师们将钢筋混凝土的施工和设计方法视为商业机密,因此总的来说公开发表的研究成果不多。
美国学者1850年进行过钢筋混凝土梁的试验,但其研究成果直到1877年才发表并为人所知。19世纪70年代初有学者曾使用某些形式的钢筋混凝土,并且于1884年第一次使用变形(扭转)钢筋并形成专利。1890年在旧金山建造了一幢两层高、312英尺(约95m)长的钢筋混凝土美术馆。从此以后,钢筋混凝土在美国才获得了迅速的发展。
目前,在我国的多高层建筑中,钢筋混凝土结构应用最为普遍,其中钢筋混凝土框架结构是最常用的结构形式,因为其具有足够的强度、良好的延性和较强的整体性,广泛用于地震设防地区。
1.2 选题目的
住宅是人们生活中最常接触的建筑类型之一,住宅设计的好坏直接关乎人们的生活质量和体验。为了使大学学到的各科目例如房屋建筑学、建筑制图、结构力学、混凝土结构设计原理、混凝土结构设计、多高层建筑结构、抗震结构设计、基础工程等能够得到巩固、有机结合起来,住宅的建筑和结构设计是一个很好的课题。住宅的功能是提供居住者满足其生理、心理及行为要求的实用、安全、美观的居住环境,因此决定了它的结构布置比商业楼、学校教学楼、图书馆等稍不规则,例如南北向卧室开间不一致,使横向框架不能拉通等等,结构不规则对结构设计是不利的,而这恰恰是一个很好的训练机会。综合以上原因,本人选择了《XXX住宅楼建筑及结构设计》这个题目。
1.3 该选题主要研究的内容
结构设计主要内容:(1)在建筑设计方案和施工图的基础上进行结构方案的选型,进行结构布置,配合建筑设计的要求进行梁、柱等结构构件尺寸的初步选择,绘制标准层及屋顶层的结构平面布置图;(2)进行标准层楼盖与屋盖部分楼板与次梁的内力计算和配筋计算;(3)按照结构平面协同工作的假设,计算其中一榀典型的平面框架,确定并绘制平面框架计算简图;进行竖向恒、活荷载以及水平风荷载、地震作用计算,绘制框架的荷载简图;(4)分别进行在各种荷载单独作用下框架的内力分析;(5)确定框架梁、柱构件的控制截面,根据各控制截面的内力组合目标进行最不利内力组合;(6)框架梁柱构件设计(截面配筋计算、梁柱配筋的构造要求及节点的构造处理);(7)绘制结构施工图;(8)运用计算机软件(广厦CAD)进行工程的结构设计,编辑完善整套结构施工图,并对计算机软件计算结果和手工计算结果进行对比分析,找出误差结论和误差产生的原因。
1.4该选题设计要点分析
钢筋混凝土框架结构具有良好的抗震性能,结构抗震的本质就是延性,结构主要靠延性来抵抗较大地震作用下的非弹性变形。对于受弯构件来说,随着荷载增加,首先受拉区混凝土出现裂缝,从受拉钢筋屈服到压区混凝土压碎,是构件的破坏过程。在这过程中,构件的承载能力没有多大变化,但其变形的大小却决定了破坏的性质。提高延性可以增加结构抗震潜力,增强结构抗倒塌能力。延性结构通过塑性铰区域的变形,能够有效地吸收和耗散地震能量;同时,这种变形降低了结构的刚度,致使结构在地震作用下的反应减小,也就是使地震对结构的作用力减小。当结构设计成为延性结构时,由于塑性变形可以耗散地震能量,结构变形虽然会加大,但结构承受的地震作用不会很快上升,内力也不会再加大,因此具有延性的结构可降低对结构的承载力要求,也可以说,延性结构是用它的变形能力来抵抗罕遇地震作用;反之,如果结构的延性不好,则必须有足够大的承载力抵抗地震。后者会多用材料,对于地震发生概率极少的抗震结构,延性结构是一种经济的设计对策。此外,延性可以使超静定结构的内力得以充分重分布,采用塑性内力重分布方法设计时,同样也可以节约钢筋用量,取得较好的经济效果。因此可以说结构的延性和结构的强度是同等重要的。
框架结构是由梁、板、柱以及节点这四部分组成,其中梁、柱以及节点的延性决定了整个框架结构的延性。因此,只要保证柱、梁和节点的延性也就保证的框架结构的延性,从而也就确保了框架结构的抗震能力。在抗震设计中为保证结构的延性,常常采用以下措施:控制受拉钢筋配筋率,保证一定数量受压钢筋,通过加箍筋保证纵筋不局部压屈失稳以及约束受压混凝土,对柱子限制轴压比等。合理选择了结构的屈服水准和延性要求后,通过抗震措施来保证结构确实具有所需的延性能力,从而保证结构在中震、大震下实现抗震设防目标。系统的抗震措施包括以下几个方面内容:(1)“强柱弱梁”:人为增大柱相对于梁的抗弯能力,使钢筋混凝土框架在大震下,梁端塑性铰出现较早,在达到最大非线性位移时塑性转动较大;而柱端塑性铰出现较晚,在达到最大非线性位移时塑性转动较小,甚至根本不出现塑性铰。从而保证框架具有一个较为稳定的塑性耗能机构和较大的塑性耗能能力。(2)“强剪弱弯”:剪切破坏基本上没有延性,一旦某部位发生剪切破坏,该部位就将彻底退出结构抗震能力,对于柱端的剪切破坏还可能导致结构的局部或整体倒塌。因此可以人为增大柱端、梁端、节点的组合剪力值,使结构能在大震下的交替非弹性变形中其任何构件都不会先发生剪切破坏。(3)“强结点强锚固弱构件”: