建筑结构---毕业设计总依据及设计步骤(土木工程)

毕业设计总依据及设计步骤（供参考） 框架结构抗震设计步骤： 开始 确定结构方案与结构布置 初步选定梁柱截面尺寸及材料强度等级 计算各层重力荷载代表值及结构刚度参数 竖向荷载计算 计算结构自振周期及振型 计算多遇地震烈度下的结构弹性地震作用 不满足 多遇烈度地震作用下结构层间弹性变形验算 满足 上述地震作用下结构内力分析 竖向荷载作用下内力分析

内力组合 按组合内力进行梁柱配筋计算 基础设计 进行重要部位的抗震强度验算 需要作薄弱层变形验算否 否 不满足 按罕遇地震烈度验算薄弱 层弹塑性层间位移角 或 延性构造措施 特殊延性构造 结束

第一步、确定结构方案与结构布置 一、建筑结构体系选型 (一) 合理选用结构材料 建筑结构材料是形成结构的物质基础，根据不同结构类型的特点，正确选用材料，就成为经济合理地选型的一个重要方面。按材料分类的结构类型如下：

砌体结构体系 按建筑材料分类的结构类型 钢筋混凝土结构体系 钢结构体系 钢——混凝土组合结构体系

(二) 合理选择结构受力体系 现代建筑中，建筑物的造型可划分为两大类：多层及高层建筑、单层大跨度建筑，按结构受力形式分类，常用的结构体系大体如下：

混合结构体系 框架结构体系 多层及高层建筑 剪力墙结构体系(包括框架——剪力墙、全剪力墙结构) 筒体结构体系(包括框筒、筒中筒、成束或组合筒体结构) 巨型结构体系

单层大跨度建筑 平面结构体系：门式刚架、薄腹梁结构、桁架结构、拱结构 空间结构体系：壳体结构、网架结构、悬索结构、膜结构

框架结构体系 多层与小高层常采用框架结构体系。 (1)框架结构体系的特点：框架是由梁、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，墙仅起维护作用。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。框架结构可通过合理的设计，使之具有良好的延性，成为“延性框架”。在地震作用下，这种延性框架具有良好的抗震性能。 (2)钢筋混凝土框架：钢筋混凝土框架按其施工方法可分为：现浇框架、装配式框架及装配整体式框架三种。 地震区框架结构宜优先考虑选择现浇框架结构体系，其次是装配整体式框架结构体系，现已很少采用装配式框架结构体系；非地震区的框架结构则可以根据施工条件等因素具体选定。 (3)钢框架：钢框架的受力骨架为钢梁、钢柱，根据梁柱连接型式可分为半刚接框架和刚接框架。钢框架的抗震性能优于钢筋混凝土框架；钢梁、钢柱相对混凝土梁、柱截面较小，增大了有效使用面积；钢框架自重较轻，大大降低了基础造价；且施工周期短，具有良好的综合经济效益。钢框架多用于办公楼、旅馆、商场等公共建筑。 (4)框架结构体系选用限值：框架结构体系的抗侧刚度主要取决于梁柱的截面尺寸，一般梁柱截面惯性矩较小，在水平荷载作用下的侧向变形较大，抗侧移能力较弱，属较柔结构。当层数较多、侧向荷载较大时，为满足侧向刚度和强度要求，需加大截面，很不经济。而且高度增加时，框架结构顶点位移和层间相对位移较大，使得非结构构件(如填充墙、建筑装饰、管道设备等)在地震时破坏较严重。因此，框架结构的最大高度受到限制。 钢筋混凝土框架结构的合理层数是6～15层，最经济是10层左右；规范规定不超过12层的钢结构房屋可采用钢框架结构；框架结构高宽比不宜超过表1-2的限值；抗震等级见表1—3所示。

表1-1 建筑结构体系适用的最大高度（m） 结 构 体 系 非抗震 设防 抗 震 设 防 6 度 度 8 度 9 度

钢筋混 凝土结 构

框 架 现 浇 60 60 55 45 25 装配整体 50 50 35 25 不应采用 框架——剪力墙 和框架——筒体 现 浇 130 130 120 100 50 装配整体 100 100 90 70 不应采用 现 浇 剪 力 墙 无框支墙 140 140 120 100 60 部分框支墙 120 120 100 80 不应采用 钢结构 框 架 110 110 110 90 50 框架——支撑 框架——剪力墙 240 220 220 200 140

表1-2 高宽比限值 结 构 体 系 非抗震 设防 抗 震 设 防 6、7 度 8 度 9 度

钢筋混 凝土结 构

框 架 5 5 4 2 框架——剪力墙 和框架——筒体 5 5 4 3

剪 力 墙 6 6 5 4 钢 结 构 民 用 房 屋 6.5 6.5 6 5.5

二、结构布置 结构体系确定后，应当密切结合建筑设计进行结构总体布置，使建筑物具有良好的造型和合理的传力路线。 建筑结构的总体布置，是指其对高度、平面、立面和体型等的选择，除应考虑到建筑使用功能、建筑美学要求外，在结构上应满足强度、刚度和稳定性要求。地震区的建筑，在结构设计时，还应保证建筑物具有良好的抗震性能。设计要达到先进合理，首先取决于清晰合理的概念，而不是仅依靠力学分析来解决。确定结构布置方案的过程就是一个结构概念设计的过程。 （一） 结构总体布置原则 1、控制高宽比 在高层建筑中，结构的位移常常成为结构设计的主要控制因素、而且随着建筑高度的增加，倾覆力矩将迅速增大。因此，高层建筑的高宽比不宜过大。一般应满足表1-2的要求。对于满足表1-2的高层建筑，一般可不进行整体稳定验算和倾覆验算。 2、减少平面和竖向布置的不规则性 结构平面应尽量设计成规则、对称而简单的形状，使结构的刚度中心和质量中心尽量重合，以减少因形状不规则产生扭转的可能性。 结构的竖向布置要做到刚度均匀而连续，避免刚度突变，避免薄弱层。结构上部形成缩小面积的突出部分，这种刚度突变在地震作用下会产生鞭梢效应，要采取特殊的措施加强。 3、变形缝的设置 在多层与高层建筑中，为防止结构因温度变化和混凝土收缩而产生裂缝，常隔一定距离用温度缝分开；在高层部分和低层部分之间，由于沉降不同，往往由沉降缝分开；建筑物各部分层数、质量、刚度差异过大，或有错层时，用防震缝分开。温度缝、沉降缝和防震缝将高层建筑划分为若干个结构独立的部分，成为独立的结构单元。 （二） 框架结构体系布置 1、结构布置原则 (1)结构平面形状和立面体型宜简单、规则，使各部分刚度均匀对称，减少结构产生扭转的可能性。 (2)控制结构高宽比，以减少水平荷载下的侧移，其高宽比限值见表1-2。 (3)尽量统一柱网及层高，以减少构件种类规格，简化设计及施工。 (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，可设伸缩缝将房屋分成若干温度区段。 2、柱网和层高 框架结构的柱网尺寸，即平面框架的柱距(开间)与跨度(进深)和层高，首先要满足生产工艺和其他使用功能的要求，其次是满足建筑平面功能的要求，还要力求做到柱网平面简单规则、受力合理，同时施工方便，有利于装配化、定型化和施工工业化。 3、钢筋混凝土承重框架的布置 柱网确定后，沿房屋纵横方向布置梁系，形成横向框架和纵向框架，分别承受各自方向上的水平作用。根据承重框架布置方向的不同，框架承重体系可分为三种。 (1)横向框架承重方案：横向框架承重方案是在横向上布置主梁，在纵向上设置连系梁。楼板支承在横向框架上，楼面竖向荷载传给横向框架主梁。由于横向框架跨数较少，主梁沿框架横向布置有利于增加房屋横向抗侧移刚度。由于竖向荷载主要通过横梁传递，所以纵向连系梁往往截面尺寸较小，这样有利于建筑物的通风和采光。不利的一面是由于主梁截面尺寸较大，对于给定的净空要求使结构层高增加。 (2)纵向框架承重方案；纵向框架承重方案是在纵向上布置框架主梁，在横向上布置连系梁。楼面的竖向荷载主要沿纵向传递。由于连系梁截面尺寸较小，这样对于大空间房屋，净空较大，房屋布置灵活。不利的一面是进深尺寸受到板长度的限制，同时房屋的横向刚度较小。 (3)纵横向框架混合承重方案：框架在纵横两个方向上均布置主梁。楼板的竖向荷载沿两个方向传递。柱网较大的现浇楼盖，通常布置成井字形式；柱网较小的现浇楼盖，楼板可以不设井字梁直接支承在框架主梁上。 由于这种方案沿两个方向传力，因此各杆件受力较均匀，整体性能也较好，通常按空间框架体系进行内力分析。 在地震区，考虑到地震方向的随意性以及地震产生的破坏效应较大，因此应按双向承重进行布置。高层建筑承受的水平荷载较大，应设计为双向抗侧力体系，主体结构不应采用铰接，也不应采用横向为刚接、纵向为铰接的结构体系。 三、绘出框架平面柱网布置 标出柱距，对框架进行编号。 第二步、初步选定梁柱截面尺寸及材料强度等级 一、初估梁柱截面尺寸 （1）框架梁截面尺寸：框架梁的截面尺寸应该根据承受竖向荷载的大小、梁的跨度、框架的间距、是否考虑抗震设防要求以及选用的混凝土材料强度等诸多因素综合考虑确定。 一般情况下，框架梁的截面尺寸可参考受弯构件按下式估算：梁高h=(1/8～1/12)l，其中l为梁的跨度。梁宽b=(1/2～1/3)h。在抗震结构中，梁截面宽度不宜小于200mm，梁截面的高宽比不宜大于4，梁净跨与截面高度之比不宜小于4。 (2)框架柱截面尺寸：框架柱的截面形式通常大多为方形、矩形。柱截面的宽与高一般取层高的1/15～1/20，同时满足25/0lh、30/0lb，l0为柱计算长度。多层房屋中，框架柱截面的宽度和高度不宜小于300mm；高层建筑中，框架柱截面的高度不宜小于400mm，宽度不宜小于350mm。柱截面高度与宽度之比为1～2。柱净高与截面高度之比宜大于4。 为了减少构件类型，简化施工，多层房屋中柱截面沿房屋高度不宜改变。 在计算中，还应注意框架柱的截面尺寸应符合规范对剪压比(0/cccchbfV)、剪跨比(cVhM/)、轴压比(cccNhbfN/)限值的要求，如不满足应随时调整截面尺寸，保证柱的延性。抗震设计中柱截面尺寸主要受柱轴压比限值的控制，如以ω表示柱轴压比的限值，则柱截面尺寸可用如下经验公式粗略确定：

32

10)1.0(cf

GnFaA

式中；A——柱横截面面积，m2，取方形时边长为a； n——验算截面以上楼层层数； F——验算柱的负荷面积，可根据柱网尺寸确定，m2； fc——混凝土轴心抗压强度设计值； ω——框架柱最大轴压比限值，一级框架取0.7，二级框架取0.8，三级框架取0.9。