土木工程专业毕业设计实例.pdf

土木工程专业毕业设计 中国石油大学储建学院 主讲人 陈金平 电话E mail chenjp 毕业设计中抗震问题 多层及高层钢筋混凝土房屋 构件及结构设计 3 框架梁 柱的震害 梁柱变形能力不足 构件过早发生 破坏 一般是梁轻柱重 柱顶重于柱底 尤其是角柱和边柱更易发生破坏 1 柱顶 柱顶周围有水平裂缝 斜裂缝或交 叉裂缝 重者混凝土压碎崩落 柱内箍 筋拉断 纵筋压曲成灯笼状 主要原因 节点处弯矩 剪力 轴力都较大 受力复杂 箍筋配置不 足 锚固不好等 破坏不易修复 4 2 柱底 与柱顶相似 由于箍筋较柱顶密 震害相对柱顶较轻 3 短柱 当柱高小于4倍柱截面高度 H b 4 避免短柱 5 偏心距 柱中线于梁中线之间的偏心距不宜大于柱 截面宽度的1 4 偏心距过大将导致节点区受剪面积不足 37 5 bcc MM 38 5 2 1 buac MM 1 41 21 1 c 柱端弯矩增大系数 一级为 二级为 三级为 3 柱的内力设计值调整 强柱弱梁 1 强柱弱梁 使框架实现梁铰侧移机构 要求除顶层和 轴压比小于0 15的柱之外 节点处梁柱弯矩设计值应按 下式调整 9度和一级框架尚应符合 39 5 n b c t cVc HMMV 40 5 2 1 n b cua t cua HMMV 1 41 21 1 Vc 柱端剪力增大系数 一级为 二级为 三级为 2 强剪弱弯 框架柱和框支柱端部组合剪力设计值应按下式调整 9度和一级框架结构尚应符合 3 一 二 三级框架结构的底层 柱下端截面组合 弯矩设计值 应分别乘以增大系数1 5 1 25 1 15 底层是指无地下室的基础以上或地下室以上的首层 4 一 二级框架结构的角柱 按调整后的弯矩 剪 力设计值 尚应乘以增大系数1 1 30 1 1sssyc RE AAfbxfN 筋的应力 按下面计算受拉边或受压较小边钢 不考虑 偏心距增大系数 一般 时取 轴压比小于 一般取 s RE 75 015 08 0 ysb fhx 时 大偏心受压 当 0 8 0 8 0 0 0 h x f hx b y sb 时 小偏心受压 当 s y b E f 0033 0 1 1 对于有屈服点的钢筋 4 柱的正截面受弯承载力计算 1 矩形截面受弯承载力按下式计算 1 5 0 1 0 bhf N hNahAfM ck G Gs a sykcua 由线性内插法确定 之间时 混凝土强度在 时 混凝土强度时 混凝土强度 受压区高度计算系数 1 11 11 8050 74 0808 050 CC CC xx n 2 柱的实际正截面受弯承载力按下式计算 43 5 20 0 1 0 bhfV c RE 44 5 15 0 1 0 bhfV c RE 5 柱的斜截面受剪承载力计算 1 剪压比限值 对于一般柱 应符合 对于短柱 应符合 45 5 056 0 1 05 1 1 00 Nh S A fbhfV sy yvt RE c 时 取当 柱轴力设计值 考虑地震作用组合的 bhfNbhfN N cc 3 03 0 取为 85 0 RE 时 取 当时 取当 柱的计算剪跨比 3311 0 hVM cc 2 柱斜截面受剪承载力 ccc N hbf N 6 控制柱的轴压比 1 轴压比的定义 柱的组合轴压力设计值N与柱的全截面面积bchc和混凝土 抗压强度设计值fc乘积之比值 称为轴压比 2 控制柱的轴压比的意义 柱的轴压比是影响柱子延性和破坏形态的主要因 素之一 试验表明 柱的位移延性随轴压比增大 而急剧下降 轴压比不同 柱将呈现两种破坏形态 受拉钢筋 首先屈服的大偏心受压破坏和受压区混凝土先压 碎而受拉钢筋未屈服的小偏心受压破坏 轴压比小于一定数值 为大偏心受压破坏 是延 性破坏 反之则为小偏心受压破坏 是脆性破坏 结构类型 抗震等级 一级二级三级 框架结构0 70 80 9 框架 抗震墙 板柱 抗震墙及筒体0 750 850 95 部分框支抗震墙0 60 7 表5 10 柱轴压比的限值 3 轴压比的限值 规范中给出的轴压比的限值 是依据理论分析和试验研 究确定的 轴压比的限值见表5 10 类别 抗震等级 一级二级三级四级 中柱和边柱1 00 80 70 6 角柱 框支柱1 21 00 90 8 筋率 柱纵向钢筋的最小总配 7 柱纵向钢筋配置 1 框架柱截面宜采用对称配筋 截面尺寸大于400mm的柱 纵向钢筋间距不宜大于200mm 2 最大配筋率限制 总配筋率不应大于5 一级且剪跨比 不大于2的柱 每侧纵向钢筋配筋率不宜大于1 2 3 最小配筋率限制 柱截面最小总配筋率应符合下表要求 8 柱的箍筋配置 1 柱端箍筋加密的作用 增加柱端截面抗剪强度 约束混凝土 提高混凝土的抗压强度及变形能力 为纵向钢筋提供侧向支撑 防止纵筋压曲 2 柱箍筋加密区的范围 柱子两端取截面高度 圆柱直径 柱净高的1 6和 500mm三者的最大值 底层柱 当有刚性地面时 除柱端外尚应取刚性地 面上下各500mm 剪跨比不大于2的柱和因非结构墙的约束形成的柱净 高于柱截面高度之比不大于4的柱 取全高 框支柱 取全高 一级 二级框架柱的角柱 取全高 3 柱箍筋加密区的箍筋间距 直径和肢数 一般情况下 箍筋的最大间距和最小直径 应按规范取用 二级框架柱的箍筋直径不小于10mm且肢距不大于200mm时 除柱根外最大间距允许采用150mm 三级框架柱的截面尺寸不 大于400mm时 箍筋最小直径允许采用6mm 四级框架柱剪跨比 不大于2时 箍筋直径不应小于8mm 框支柱和剪跨比不大于2的柱 箍筋间距不应大于100mm 柱箍筋加密区的箍筋肢距 一级不宜大于200mm 二 三级 不宜大于250mm和20d箍较大者 四级不宜大于300mm 至少每隔 一根纵筋宜在两个方向有箍筋或拉筋约束 当采用拉筋组合箍 筋时 拉筋宜紧靠纵向钢筋并勾住箍筋 50 5 yVcVV ff 4 柱箍筋加密区的箍筋最小配箍率和最小配箍特征值 约束箍筋的用量随轴压比的增大而增加 这样才能 起到对混凝土的约束作用 因此 抗震规范 依据柱 轴压比的不同 规定了柱箍筋加密区的箍筋体积配箍率 应符合下式要求 为了避免配箍率过小还规定了最小配顾率 一级为0 8 二级为0 6 三 四级为0 4 50 5 yVcVV ff 配箍率 柱箍筋加密区的体积 V 计算 取 大于 箍筋或拉筋抗拉强度 计算 时 应按 低于 混凝土轴心抗压强度 22 360 360 3535 mmNmmNf CCf yV c 采用 表 最小配箍特征值 按135 V 式 5 50 中记号的意义 5 柱的各类箍筋参考图 5 4 2 3 框架节点抗震设计 1 框架节点抗震设计原则 1 强节点弱杆件 使节点的承载力不低于与其相连的构件 梁 柱 的承载力 2 多遇地震时 节点应在弹性范围内工作 3 罕遇地震时 节点的承载力的降低不得危及竖向荷载的传递 4 梁 柱纵筋在节点区应有可靠的锚固 5 节点配筋不应使施工过分困难 2 框架节点核心区剪力设计值调整 1 节点核心区剪力计算公式 1 bc sbo sbo b j hH ah ah M V 值调整 强节点弱杆件 节点核心区剪力设计 2 51 5 1 bc sbo sbo bjb j hH ah ah M V 符合 度和一级框架结构尚应9 52 5 1 15 1 bc sbo sbo bua j hH ah ah M V 二级取一级取 节点剪力增大系数 2 135 1 jb 53 5 3 0 1 jjcj RE j hbfV 55 5 05 01 1 1 0 c j j sb svjyvjjtj RE j b b N s ah AfhbfV 3 剪压比限值 4 节点核心区截面承载力验算 一 二级 抗震等级为三 四级时 不需计算 节点箍筋按构造设置 c h c b b b 其他情况采用度时采用 时 小于主梁高度的 且正交方向梁高度不截面宽度的 不小于该侧柱合 四侧各梁截面宽度楼板现浇 梁柱中线重 数 正交梁的约束影响系 0 125 195 1 4 32 1 j j 上式中各记号的意义 50 柱截面高度 度 可采用验算方向的 节点核心区的截面高 j h 算宽度 节点核心区的截面验 j b 时 取当梁柱轴线重合 且 cjcb bbbb 5 0 较小者 和时 取当梁柱轴线重合 且 ccj cjcb hbb bbbb 5 0 5 0 的较小者 取上述值和下式计算值 可时 则不大于柱宽的偏心距当梁柱轴线不重合 且 j be4 1 ehbbb ccbj 25 0 5 0 5 框架节点构造措施 框架梁柱节点核心区箍筋的最大间距和最小直径同 框架柱端箍筋加密区的要求 一 二 三级框架节点核心区配箍特征值分别不宜 小于0 12 0 10和0 08 且体积配箍率分别不宜小于 0 6 0 5 和 0 4 柱剪跨比不大于2的框架节点核心区配筋特征值不宜 小于核心区上下柱端的较大配筋特征值 aaE aaE aaE ll ll ll 0 1 05 1 15 1 四级 三级 一 二级 6 梁柱纵筋在节点区的锚固 梁柱纵筋的最小锚固长度 梁柱纵筋在节点区的锚固类型 见下图 边柱节点和中柱节点钢筋锚固 顶部边柱节点钢筋锚固 55 框架配筋图 56 5 5 框架结构的抗震设计步骤 1 工程概况或设计资料 结构设计的前期工作 了解建筑布置和功能要求 建筑物设计基准期 建筑物重要性 建筑层数 总高 各层层高 柱网尺寸 各房间主要功能 围护墙材料 了解建筑构造做法 楼 屋面及墙面 收集结构设计的基本条件 了解其他相关专业对结构的要求 建筑构造做法 楼面 屋面 楼面做法 一般楼面做法 铺地砖 用于普通房间 办公 住宅等 高级楼面做法 铺石材 用于高级装修 走廊 门厅 电梯厅 楼梯间等 防水楼面做法 有防水层 卫生间 浴室等 简易楼面做法 水泥砂浆面层 储藏室 电梯机房 出屋面楼梯间等 屋面做法 上人屋面 非上人屋面 建筑构造做法 墙面 外墙 刷涂料外墙 贴石材外墙 铝塑板 铝板 外墙 玻璃幕外墙 内墙 刷涂料内墙 贴瓷砖内墙 结构设计的基本条件 地质资料 地基持力层范围内主要土层情况 地基持力层及其承载力特征值 气象资料 基本风压 最大冰冻深度 抗震资料 抗震设防分类 场地类别 场地特征周期Tg 抗震设防烈度 设计地震分组 其他相关专业对结构的要求 给排水专业 上下水管线进出户的标高 高位水箱的设置 暖通专业 暖管线进出户的标高 集中空调与吊顶及梁高的关系 防排烟及加压送风井的设置 电气专业 电缆沟及电缆桥架 管道集中竖井 5 5 框架结构的抗震设计步骤 2 结构选型 1 承重结构 横向框架结构 纵向框架结构 纵 横向框架结构 横向布置 纵向布置纵横向布置 结构布置原则 结构受力 结构传力路径简单 合理 有利于抵抗水平和竖向荷载 受力明确 传力直接 减 少扭转 抗震子结构明确 结构规则 平面 简单 规则 对称 均匀 避免过大内收和外伸 凹角处应力集中 质心于刚心宜接近 避免平面不规则 结构 立面 沿高度之刚度 强度 质量分布均匀 连续 避免 立面不规则结构 柱网尺寸 框架结构的柱网布置应力求做到简单 规则 整齐 柱网 尺寸应符合经济原则 尽量符合模数 框架结构的柱网尺寸及层高应根据建筑功能要求 施工条 件及材料设备等各方面因素来确定 柱网尺寸的适宜范围 内廊式柱网内廊式柱网常为对称三跨 A B A A 边跨跨度 房间进深 常为6m 6 6 m 6 9m B 中间跨为走廊 跨度常为2 4m 2 7m 3 0m 开间方向 柱距为6 8 4m 常用于旅馆 办公楼 宿舍 教室 医院等 等跨式柱网等跨式柱网 进深常为6m 7 5m 9 m 12m 从经济考虑不宜超过9m 开间方向的柱距常为6 9m 适用于厂房 仓库等 柱网的布置 柱距 3 3 7 2m 梁跨 4 5 7 0m 5 5 框架结构的抗震设计步骤 2 结构选型 2 结构形式布置 现浇 装配 装配整体式 现浇式 整体性能好 抗震性能好 现场工作量 大 费模板 装配式 标准化 工厂化生产 施工速度快 整 体性能差 抗震性能弱 装配整体式 兼有现浇式和装配式两者的优点 类别施工方法 不埋线管 埋铁皮管 埋塑料管 屋盖现浇60mm80mm90mm 楼 盖 民用建筑现浇7080100 工业建筑现浇80100120 阳台 雨篷的根部现浇100 3 构件截面估算 3 1 板的厚度 1 按施工条件控制的最小厚度 类别梁距板厚 屋盖2 0m左右60 80mm 楼盖2 0m左右80 100mm 整块楼盖3 3 4 0m左右120 180mm 阳台 雨篷悬桃1 2 2 0m左右根部120 200mm 2 按工程经验选择 类别简支板h l连续板h l悬臂板h l 单向板1 351 40根部1 12 双向板1 451 50 3 按变形条件选择 4 注意所选择的板厚 不得小于按施工要求及按变形 控制的板厚 3 2 梁的截面尺寸 1 考虑施工条件 次梁高度至少应比主梁高度小50mm 框架纵向梁高度应比横梁高度小50mm 梁载面尺寸一般以50mm为模数 当大于1m时以100mm为模数 类型类别高跨比h l高宽比h b 整体现浇T形梁 楼盖 屋盖 多跨连续主梁1 8 1 14 2 3 多跨连续次梁1 12 1 18 悬臂梁1 6 1 8 矩形截面独立梁1 12 1 15 框架梁整浇T形梁1 8 1 12 2 截面尺寸选择 3 对于抗震结构 梁截面宽度不小于200mm 高宽 比不宜大于4 净跨与高度之比不宜小于4 4 初步选择截面后 可按全部荷载的0 6 0 8作用 在框架梁上 按简支梁进行抗弯 抗剪强度核算 次梁截面尺寸 次梁的作用 承托围护墙 隔墙 减小板的跨度 洞口边缘的封梁 次梁截面尺寸 梁高h l为梁跨 简支梁 h 1 12 1 15 l 连续梁 h 1 12 1 20 l 井字梁 h 1 15 1 20 l 悬挑梁 h 1 5 1 7 l 梁宽b 梁宽b 1 2 1 3h 一般不小于200mm 01 0 0 1 4 1 2 1 cyccsycc AfAfAfAfN yc c ff N A 01 0 4 1 2 1 3 3 柱的截面尺寸 1 框架柱截面可按轴心受压估算 近似地取静荷载 10 15 kN m2 填充墙较少时取小值 轴力N 负荷面积 层数 单位面积上的荷载 即 N 1 2恒 1 4活 柱子的截面Ac由下式计算 Ac b h 柱的截面尺寸 柱的截面尺寸估算 按轴压比 c 允许轴压比 三级0 9 二级0 8 一级0 7 竖向荷载与地震作用组合的最大轴力设计值N rG 分项系数 取为1 2 w 单位面积重量 取为12 14kN m2 S 柱承载楼面面积 n 柱设计截面以上楼层数 1 一 二级抗震设计角柱为1 3 其余为1 0 2 由于水平力使轴力增大的系数 7度1 05 8度1 1 9度1 2 cccc G hbfN nSwN 21 76 ccc N hbf N 结构类型 抗震等级 一级二级三级 框架结构0 70 80 9 框架 抗震墙 板柱 抗震墙及筒体0 750 850 95 部分框支抗震墙0 60 7 异形柱0 60 70 8 2 对于抗震结构 应验算柱轴压比是否满足下表的要求 3 4 柱下基础的截面高度 钢筋砼锥形独立基础高度h可先按构造要求估算 1 柱子下端纵向钢筋锚固要求 h0 laE 2 基础底板边缘厚度h1 200mm且h 4 锥形独立基础的坡度 1 2 5 3 混凝土保护层 有垫层时35mm 无垫层时70mm 4 现浇楼面结构设计 4 1 现浇楼面 屋面 板设计 一般楼面板可采用塑性计算方法 屋面板采用弹性计算方法 4 2 多跨连续次梁设计 楼面次梁可采用塑性计算方法 屋面次梁采用弹性计算方法 注意 主梁在分析框架内力时计算其内力 5 梁柱刚度及计算简图 5 1 框架梁的抗弯刚度EIb 混凝土的弹性模量 E 中框架梁 Ib 2I0 I0为主梁矩形截面的惯性矩 边框架梁 Ib 1 5I0 5 2 框架柱的抗弯刚度EIc 混凝土的弹性模量 E 柱截面的惯性矩为 Ic 32 1212 h EI K h Dji c cji 根柱子的刚度 层第第 m j jii DDi 1 层层间侧移刚度 框架第 6 竖向荷载下的内力计算 6 1 计算简图 纵向 横向 计算竖向荷载 并标注在计算简图上 活荷载 恒载分开计算 只计算标准值 5 3 框架柱的侧移刚度Dij 6 2 按分层法计算内力 活荷载 恒载分别计算 6 3 叠合成整体框架弯矩图 6 4 计算梁端剪力 及剪力图 6 5 柱子轴力 及轴力图 7 水平地震作用下的内力计算 7 1 计算单元 纵向 横向 每个抗震缝区段取为一个计算单元 7 2 选择计算方法 一般规则的多层框架结构采用底部剪力法 以下按底部剪力法说明计算步骤 7 3 计算各层重力荷载代表值Gi Gi 自重的标准值 活荷载的组合值 具体计算如下 各层重力荷载代表值计算时考虑以下因素 1 每层划分 上 下层各一半 2 外墙重 墙 窗分别考虑 3 内墙重 不考虑扣除门洞 4 楼梯间 近似按10kN m2 包括恒 活 5 活荷载组合值 屋面不考虑 楼面取0 5活 n i i GG 1 n i ieq GGG 1 85 085 0 7 4 等效重力荷载代表值Geq 结构总重力荷载代表值 结构等效总重力荷载代表值 7 5 计算结构自振周期 基本周期 结构的基本周期可采用能量法或顶点位移法计算 两种方法都要考虑填充墙的影响 7 6 确定地震参数 1 确定结构抗震等级 根据设防烈度 结构类型和结构高度 确定结构抗震等级 2 确定特征周期Tg 根据建筑场地类别和地震分组 查表得特征周期Tg 3 取结构阻尼系数 0 05 4 确定水平地震影响系数 根据设防烈度 查表得 max 按照反应谱确定水平地震影响系数 1 eqEk GF 1 04 1 1 ng TT 则如果 查表 则如果434 1 1 ng TT Eknn FF 为 顶部附加地震作用 n F 7 7 计算底部总剪力 7 8 是否考虑顶部附加地震作用 1 n 1 Ek n j jj ii i F GH GH F 2 1 ni n ik ki FV 2 1 ni 7 9 计算各层质点上的水平地震作用 7 10 层间地震剪力 7 11 计算梁 柱内力 1 按柱子刚度Dij分配得到各根柱的地震剪力 2 计算柱端弯矩 3 计算梁端弯矩 剪力 4 计算柱子轴力 m j jii DD 1 m j ji i e D V u 1 hu ee n ik ki FV 8 多遇地震作用下层间弹性位移验算 1 第i层层间地震