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结构选型

1 绪论1.1 建筑工程设计文件的编制⏹民用建筑工程的设计阶段方案设计:应满足编制初步设计文件的需要⏹初步设计:应满足编制施工图设计文件的需要(对技术要求简单的可不做施工图设计:应满足设备材料采购、非标准设备制施工的需要※方案设计文件的内容设计说明书,包括各专业设计说明以及投资估算等内容;总平面图以及建筑设计图纸(若为城市区域供热或区域煤气调压站,应提供热能动力专业的设计图纸);设计委托或设计合同中规定的透视图、鸟瞰图、模型等。

※方案设计文件的编制顺序封面:写明项目名称、编制单位、编制年月;扉页:写明编制单位法定代表人、技术总负责人、项目总负责人的姓名,并经上述人员签字或授权盖章;设计文件目录;设计说明书;设计图纸。

初步设计文件的内容设计说明书,包括设计总说明、各专业设计说明;有关专业的设计图纸;工程概算书。

※初步设计文件的编制顺序⏹封面:写明项目名称、编制单位、编制年月;⏹扉页:写明编制单位法定代表人、技术总负责人、项目总负责人和各专业负责人的姓名,并经上述人员签字或授权盖章;⏹设计文件目录;⏹设计说明书;⏹设计图纸(可另单独成册);⏹概算书(可另单独成册)。

※施工图设计文件的内容⏹图纸目录;⏹设计说明;设计图纸;⏹计算书(内部归档)。

※结构施工图设计文件的编制顺序⏹图纸目录:应按图纸序号排列;⏹设计说明:写明结构设计的依据、设计标高取值、图纸中的标高尺寸单位、结构安全等级、设计年限、场地类别、地基的液化等级、抗震设防等级、设防烈度、人防等级、地基概况、设计荷载、结构选材以及施工中应遵循的施工规范和注意事项;⏹设计图纸:基础平面图、基础详图、结构平面图(包括柱、墙、梁、板等构件的平面定位及布置)、结构构件详图、节点构造详图及其他图纸;⏹结构设计计算书:手算的或电算的完整结构设计计算书,所有计算书应校审,并由设计、校对、审核人在计算书封面上签字,作为技术文件归档。

1.2 建筑结构设计的一般程序初步设计阶段----施工图设计阶段#设计前的准备阶段(调研)⏹研究设计任务书(1)规模大小(建筑面积,工期……)(2)使用特点(功能,防震,防护,防尘,设备,……)(3)总投资及造价⏹搜集设计原始资料(1)建设场地的规划及布局,已建同类建筑,有关资料……(2)自然条件(气温、风、雪、标准冻深、地质、地下水位、地震烈度、场地地形图)⏹材料供应情况国家地方预制构件厂生产的产品⏹施工条件技术力量(擅长)、设备(起重机械)#初步设计阶段⏹总体方案及选型(1)总体方案﹠结构体系:框架、框剪、剪力墙、底层大空间剪力墙、筒体、砖混、钢结构﹠材料:钢筋砼、钢骨钢筋砼、砌体、钢﹠施工方法:现浇、预制、装配整体(2)缝的划分﹠伸缩缝、沉降缝、抗震缝(3)地震要求、方案及构造措施(4)地基持力层,基础埋置深度,地基处理方案(5)施工技术方案⏹结构型式及布置(1)柱网、墙(间距):柱截面(宽和高)、墙厚(2)楼盖、屋盖* 型式:梁、板结构(肋梁、井字、无梁)、网架、壳……* 初估截面尺寸:板厚、梁的高和宽* 施工方法:预制、现浇,迭合(3)基础* 型式:浅埋——独立,条形,筏,箱深埋——桩、沉井* 初估截面尺寸* 地耐力及沉降计算(4)楼梯等其他构件(5)初步结构计算⏹构造措施⏹绘制布置图⏹概算(方案比较)#施工图阶段⏹结构计算⏹设计图纸(1)结构设计总说明* 安全等级,设防烈度,人防等级* 地基概况,处理措施* 荷载取值* 材料的品种、规格、型号、强度等级* 采用的标准构件图集* 施工注意事项(后浇带的设置,浇注时间及材料,高层主楼与裙房的施工先后时间,悬挑构件的拆模时间等)⏹基础平面图、详图⏹结构平面布置图⏹构件详图⏹节点构造详图⏹其他(楼梯、水池、水箱……)§1.3 结构选型的意义★结构对于建筑的意义⏹结构如同建筑的骨骼,支撑着建筑物:要克服重力,形成支撑体系;⏹通过满足技术要求来满足建筑的使用功能:如无柱空间的设计,中厅空间的设计等;⏹形成特定的建筑造型:如现在的一些大跨度建筑,其独特的外观造型是进行了正确的结构选型的结果;⏹结构科学的进步推动着建筑的发展:一部建筑史也是一部建筑结构发展史。

★分析建筑结构的三大原理⏹其一:强度,刚度,稳定性⏹其二:最少的传力路线⏹其三:结构的稳定性传力规律之一:在荷载作用下,结构的安全可靠性是由结构的强度、刚度、稳定性这三个方面决定的。

即:⏹强度:足够的抵抗破坏的能力;砖柱与混凝土柱受压比较(取决于材料承载力)⏹刚度:抵抗变形的能力;大截面梁与小截面梁受弯性能比较(取决于截面大小)⏹稳定性:维持原有平衡状态的能力。

长柱与短柱受压比较(取决于其结构构件稳定系数)★现代趋势轻质高强材料,满足结构①强度对其材料的要求,但结构断面易导致②刚度、③稳定性的破坏,也就是结构受拉力学性能增强,受弯、受压性能减弱,(同时)选用以受拉传力方式为主的结构体系,则是目前设计的一大观注点。

&传力规律之二:⏹在荷载作用下,直接、简捷的传力路线使结构的工作效能充分发挥利用,减少耗材。

﹡实际工程设计中,选用最短的传力路线组合结构构件,是一个好的结构设计必须遵循的原则,尽可能减少弯曲应力。

传力规律之三:⏹在荷载作用下,结构的连续性可以改进结构的工作性能。

﹡实际工程设计中,结构的连续性是指其整体性,受力范围扩大,同时还表现在结构构件交接处方向渐变的体形特征上,结构构件的交接以微曲线过渡较理想。

例:壳体结构,拱结构等1.4 建筑结构的类型及选择建筑结构的类型⏹以材料分* 钢筋混凝土结构:R.C* 钢结构:自行车棚、材料仓库,大跨摄影棚42×84m、首体* 木结构:西大饭厅* 砌体结构:砖、石、砌块⏹以承重构件分* 墙体承重结构:砖砌块墙:学生宿舍、教工住宅钢筋砼墙:高层住宅* 框架结构:教学楼、图书馆楼* 框架-剪力墙结构:小高层住宅* 筒体结构:西尔斯大厦*拱结构:给排水实验室(拉杆拱)、体育中心* 悬索结构:桥,江阴桥屋盖,浙江体育馆* 壳结构、折板结构:* 网架结构:加油站平板网架、体育场看台⏹以层数分* 单层:金工车间* 大跨(40~50m以上):体育馆、侯机厅* 多层(2~7层)* 高层(≥8层)⏹以用途分* 工业(厂房结构)* 民用* 军用* 桥梁⏹以有无预应力分* 预应力R.C结构* 非预应力R.C结构⏹以位置分* 地上* 地下※建筑结构选型的原则⏹满足功能要求⏹符合力学原理* 可行性、合理性、安全性⏹注意美观⏹便于施工⏹考虑经济* 结构部分造价占总造价的60%左右,高者可达80%以上222二建筑结构基本构件※建筑结构的基本构件支撑构件:梁、柱、承重砌体、楼盖、楼梯。

覆盖构件:屋盖,填充砌体§2.1 梁梁的受力特点⏹梁主要承受:垂直于梁轴线方向的荷载的作用,在各种受力体中是最不保守的一种,不能完全发挥材料(强度)——力学性能。

⏹内力主要为:弯矩、剪力、扭矩、轴力等。

⏹变形主要是:挠曲变形梁受力与变形主要与约束条件有关⏹两端简支梁:约束小,变形挠度大,内力大。

适用于中小跨度建筑,不适用于地基较差,有不均匀沉降且跨度,外力较大的情况⏹两端固定梁:约束大,变形小,内力小。

*当梁刚度〈〈柱刚度时最小;*当梁刚度=柱刚度时,处于两端固定与两端简支之间。

⏹一端固定,一端悬挑梁:只有一端有约束,*固定端有较大弯矩(倾覆力矩)*抗倾覆安全系数,强度变形*平衡方式四种,上压;下拉,左右自平衡,副跨框架两端外伸的简支梁及连续梁⏹两端外伸的简支梁及连续梁:能充分发挥材料力学性能*特点:内力小,刚度大,抗震好。

*对支座变形敏感,易引起附加内力※梁的种类及构造特点⏹按材料分*石梁:古代埃及、西亚、希腊形成狭长式密柱林立的空间,如阿蒙神庙,帕提农神庙。

这是因为石村抗弯性能差(抗拉低,抗压高)所以石梁高度很大,极其笨重,跨度受限制,有的可达8—9m 。

*木梁:古代亚州地区大面积才用,形式空间开阔通透,一般为框架结构,也有采用门式结构,木材防腐、防蛀、防火性能差,且资源有限。

木结构房屋轻巧、精致,且富于装饰(细部),自重轻抗拉、抗压、截面小,跨度大,可达11m;按外观还可分为直梁和月梁,近年来,胶合木结构有所发展。

钢梁:适用范围广泛,轻质高强,材料强度高,所需截面小,自重相对较小,抗拉抗压均强,但防腐、防火性能差,造价高。

*钢筋砼梁:受力明确,力学性能好。

砼受压,纵向钢筋受拉,箍筋受剪,但受到挠度和裂缝宽度条件的限制,跨度一般不超过12m。

*预应力砼梁:在受拉区施加了预压应力,控制梁的裂缝宽度和挠度,跨度可达18m。

⏹*钢—钢筋砼组合梁:在房建中应用不多,在桥梁工程中应用较多。

其下部钢材受拉、上按截面形式分*焊接工字型钢梁,钢筋砼等变截面梁*普通砼薄腹梁6—12m,预应力砼梁12—18m。

⏹按支座约束条件分*静定梁:单跨多跨*超静定梁:部钢筋砼受压,技术经济指标较好。

钢筋砼梁的构造整体式结构中,矩形、T形⏹梁的截面形式装配式结构中,矩形、倒T形和花篮形★梁的最小截面高h★梁的截面宽度b⏹现浇钢筋混凝土梁板结构,主梁截面宽度不宜小于200mm;次梁截面宽度不宜小于150mm。

⏹梁的截面宽度宜采用150 mm、180 mm、200 mm或220 mm,当大于200 mm时,一般宜为50mm的倍数。

圈梁宽度同墙厚。

⏹梁的高宽比h/b的常用范围:矩形梁为2.0~3.5;形梁为2.5~4.0。

梁的支承长度a深梁⏹L0/h<5.0的简支钢筋混凝土单跨梁或多跨连续梁,其中L0/h≤2的简支钢筋混凝土单跨梁和L0/h≤2.5简支钢筋混凝土多跨连续梁称为深梁。

⏹深梁截面宽度不应小于140mm。

深梁中心线宜与柱中心线重合;当不能重合时,其任一侧边离柱边的距离不宜小于50mm。

&扁梁框架扁梁的截面高度h应满足刚度要求,对钢筋混凝土扁梁可取(1/16~1/22)L0,对预应力混凝土扁梁可取(1/20~1/25)L0。

⏹框架扁梁的截面宽高比b/h不宜超过3。

&梁垫⏹当集中荷载较大而砌体局部受压承载力不能满足要求时,应设混凝土或钢筋混凝土梁垫;跨度大于6m 的屋架(屋面梁)和跨度大于4.8m 的梁,应在支承处设置混凝土或钢筋混凝土梁垫。

梁垫能按刚性角传力。

&圈梁⏹ 为增强房屋的整体刚度和抗震能力,防止由于地基的不均匀沉降或较大振动荷载等对房屋引起的不利影响,而在墙中设置钢筋混凝土圈梁。

§2.2 柱 ※受力特点⏹ 柱主要承受平行于柱轴线方向的荷载作用,材料的力学性能利用充分。

⏹ 内力主要为压力,偏心受压时有弯矩和剪力。

⏹ 其变形与柱的长细比(l/b)有关系,还与荷载作用位置有关(l 为柱的计算长度,b 为截面回转半径)。

⏹ 轴心受压:轴向力作用破坏。

*长柱:λ>2,当柱反弯点在柱高度H0中部时,即H0 /h0>4称为长柱。

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