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混凝土框架
结构设计
主编
参编
主审
内容提要
本书为土木工程专业系列选修课教材中的土木工程专业毕业设计指导用书,主要内容包括建筑结构的选型与布置、结构计算简图确定、框架结构内力计算方法、荷载组合及内力组合原则、框架梁柱截面设计、板设计、楼梯结构设计、基础设计、PKPM软件在框架结构设计中的应用、结构施工图绘制、单位工程施工组织设计,由一翔实完整的工程结构设计实例贯穿全书,其间穿插结构设计各阶段的知识要点和计算分析方法,突出重点、难点,并附有符合现行设计表达要求的用平法表示的主要结构构件施工图。
全书安排内容满足土木工程专业的教学计划要求,且符合社会发展对土木工程专业房屋建筑方向毕业生的具体需要,可供高等院校全日制本、专科毕业设计用书,也可作为土木工程设计、施工、教学人员参考。
前言
目前土木工程专业房屋建筑工程方向本科毕业生虽然有相当一部分都直接从事建筑工程施工工作,但大多数学校仍将框架结构设计作为毕业设计的主要选题,主要是框架结构的结构类型在建筑结构中具有代表性,难度及工作量也较适宜于一般学生的学****水平。通过结构设计的全过程训练,帮助学生对建筑结构的基本概念、一般构造要求进行系统全面的梳理,对今后无论是从事设计、施工还是其它相关工作的毕业生都具有指导作用。为符合面向经济建设、结合生产实际的具体需求,使学生能更快地适应具体工作,编者认为应对毕业设计内容进行相应调整,宜以结构设计为主要内容,手算分析与专业软件分析相结合,并加入部分施工组织设计工作。
本指导书的编写体系采用两条平行路线,一部分为结构设计的基本概念、设计方法和计算步骤,另一部分为一非常翔实完整的工程结构设计实例。每一章都先对该部分要掌握的知识要点和计算分析方法进行简要阐述,突出重点、难点,在此基础上再通过设计实例提供具体的实施方法和步骤,使理论与实际充分融合。两部分内容互相穿插,可有目的地引导学生学****结构设计的基本理论知识和方法,有效避免对例题的生搬硬套。
在撰写本书的过程中参考了较多的教材、专业设计手册及国家规范,但由于编写时间较长,有些资料已难以列出,在此一并向有关作者表示感谢。
由于水平有限,书中错误及不当之处在所难免,敬请读者、专家指正,以便及时修正和完善。
编者
目录
第一章结构选型与布置 1
1
1
3
第二章确定计算简图 10
10
16
16
、柱截面尺寸 16
17
17
第三章框架内力计算 24
24
24
27
27
30
30
36
、内力计算 51
55
第四章框架内力组合 63
63
64
64
64
65
65
第五章框架梁柱截面设计 73
73
75
第六章楼梯结构计算设计 86
86
86
88
89
90
90
91
第七章现浇楼面板设计 93
93
93
95
97
98
98
99
100
第八章基础设计 102
102
102
104
104
105
105
107
107
108
108
112
114
第九章PKPM软件在框架结构设计中的应用 119
PKPM软件介绍 119
框架结构设计在PKPM系列软件中的实施 119
PMCAD全楼结构模型建立 119
PK模块分析单榀框架内力 127
TAT-8空间框架分析及平法配筋施工图绘制 134
140
第十章施工图绘制 143
143
146
146
146
146
147
147
147
147
第十一章单位工程施工组织设计 157
157
157
157
158
158
159
160
161
162
162
163
163
163
164
167
175
178
、安全生产、文明施工措施 178
附录1规则框架承受均布及倒三角形分布水平力作用时标准反弯点的高度比 181
附录2双向板弯矩、挠度计算系数 186
主要参考文献 190
1
第一章结构选型与布置
结构设计的主要内容包括:结构选型、结构布置、确定计算简图、选择合理简单的计算方法进行各种荷载作用下的内力计算、荷载效应组合、截面配筋设计(计算、构造)、绘施工图。
结构选型是一个综合性问题,应选择合理的结构形式。根据结构受力特点,常用的建筑结构形式有:混合结构、框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构(一般剪力墙结构、筒体剪力墙结构、筒中筒剪力墙结构)等。混和结构主要是墙体承重,由于取材方便,造价低,施工方便,我国广泛地应用于多层民用建筑中,但砌体结构强度低、自重大、抗震性能较差,一般用于7层及7层以下的建筑。框架结构是由梁、柱构件通过节点连接形成的骨架结构,框架结构的特点是由梁、柱承受竖向和水平荷载,墙体起维护作用,其整体性和抗震性均好于混合结构,且平面布置灵活,可提供较大的使用空间,也可构成丰富多变的立面造型,但随着层数和高度的增加,构件截面面积和钢筋用量增多,侧向刚度越来越难以满足设计要求,一般不宜用于过高的建筑,现浇框架结构适用最大高度见表1-1。框架-剪力墙结构是在框架中设置一些剪力墙,既能满足平面布置灵活,又能满足结构抗侧力要求,一般常用于10~25层的建筑中。剪力墙结构是依靠剪力墙承受竖向及水平荷载,整体性好、刚度大、抗震性能好,常用于20~50层的高层建筑。
现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度(m)表1-1
结构体系
设防烈度
6
7
8
9
框架结构
60
55
45
25
结构选型时需充分了解各类结构型式的优缺点、应用范围、结构布置原则和大致的构造尺寸等,根据建筑物高度及使用要求,结合具体建设条件,进行综合分析,从而做出最终的决定。结构设计中,选择合理科学的建筑结构体系非常重要,是达到既安全可靠又经济合理的重要前提。
2
实际工程中,多层与小高层常采用框架结构体系。在我国,由于经济水平及其它条件的限制,混凝土框架结构比钢框架结构应用要广,因此本书以现浇钢筋混凝土框架结构作为分析实例。
进行混凝土框架结构布置的主要工作是合理地确定梁、柱的位置及跨度。其基本原则是:
(1)结构平面形状和立面体型宜简单、规则,使刚度均匀对称,减小偏心和扭转。
(2)控制结构高宽比,以减少水平荷载下的侧移,钢筋混凝土框架结构高宽比限值为:非抗震设防时为5,6度、7度抗震设防时为4,8度抗震设防时为3,9度抗震设防时为2。
(3)尽量统一柱网及层高,以减少构件种类规格,简化梁设计及施工。
框架结构的柱网尺寸,即平面框架的柱距(开间、进深)和层高,首先要满足生产工艺和其他使用功能的要求,柱网布置方式可分为内廊式、等跨式、不等跨式等几种,见图1-1;其次是满足建筑平面功能的要求,如图1-2;此外,平面应尽可能简单规则、受力合理,使各构件跨度、内力分布均衡,如图1-3。工程实践中常用的梁、板跨度:主梁(与框架柱相连且承担楼面板主要荷载的梁)跨度5~8m,次梁跨度4~6m,~,一般不得超过3m,双向板跨4m左右,荷载较大时宜取较小值,因为板跨直接影响板厚,而板的面积较大,板厚度的增加对材料用量及结构自重增加影响较大。
(4)房屋的总长度宜控制在最大温度伸缩缝间距内,当房屋长度超过规定值时,伸缩缝将房屋分成若干温度区段。伸缩缝是为了避免温度应力和混凝土收缩应力使房屋产生裂缝而设置的。在伸缩缝处,基础顶面以上的结构和建筑全部分开。现浇钢筋混凝土框架结构的伸缩缝最大间距为55m。
确定层高、柱网尺寸后,应选择合理的结构平面布置方案,即选择合理的楼盖类型。详见第7章。