怎样确定结构设计方案

作者&投稿:穆幸 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
框架结构设计的主梁的截面怎么确定?~

1、梁的截面尺寸
(1) 梁的一般要求
在设计钢筋混凝土梁时,首先要确定梁的截面尺寸。其一般步骤是:先由梁的高跨比h/l0确定梁的高度h,再由梁的高宽比h/b确定梁的宽度b(b为矩形截面梁的宽度或T形、I形截面梁的腹板宽度),并将其模数化。对变形和裂缝宽度要求严格的梁,尚应按规定进行扰度验算及裂缝宽度验算。
① 梁的高跨比
下表列出了梁的高跨比下限值,该值可以满足一般正常使用下的变形要求。但对变形要求高的梁,尚应进行扰度验算。
梁的高跨比下限值
构件类型/支承情形简支一端连续两端连续悬臂
独立梁及整体肋形梁的主梁1/121/3.51/151/6
整体肋形梁的次梁1/161/8.51/201/8
注:1. 表中数值适用于普通混凝土和fy<=400N/mm2的普通钢筋;
2. 当梁的跨度超过9m时,表中系数宜乘1.2;
3. 对比重γ为15~20kN/m3的轻质混凝土结构,表中系数宜乘以(1.65-0.03γ)且不小于1的系数。
② 梁截面的高宽比
梁截面的高宽比h/b对矩形截面,可选2.0~3.5;对T形截面,可选2.5~4.0。
③ 模数要求
当梁高h800mm时,h为100mm的倍数。当梁宽b>=200mm时,梁的宽度为50mm的倍数;200mm以下宽度的梁,有b=100mm、150mm、180mm三种。
④主、次梁的截面尺寸关系
在现浇混凝土结构中,主梁的宽度不应小于200mm,通常为250mm及以上;次梁宽度不应小于150mm。主梁的高度应至少比次梁高50mm或100mm(当主梁下部可能为双排钢筋时)。
(2) 框架梁的截面尺寸
除满足梁的一般要求外,框架梁的截面高度h一般在(1/12~1/8)l0间,截面宽度b可取(1/2~1/4)h;截面宽度b不宜小于200mm;截面高度和截面宽度之比不宜大于4,梁净跨度ln与截面高度之比不宜小于4。
为了确定框架梁的截面尺寸是否选择合适,可在截面尺寸选择后作简单验算:将初步估算的竖向荷载设计值的0.8倍,作用于相应简支梁,进行受弯受剪计算,若其配筋适中,则截面选择合理;配筋过大或过小时,均宜调整截面尺寸。

2、框架柱的截面尺寸
(1) 截面尺寸的一般规定
在抗震设计中,框架柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm,圆柱的截面直径不宜小于350mm;柱的截面高度与宽度的比值不宜大于3;柱的剪跨比宜大于2。
柱截面宽度一般不小于框架主梁截面宽度+100mm,通常在(1/15~1/20)H之间,其中H为底层柱柱高,可取基础顶面至一层楼板面间距离。
(2) 截面尺寸验算
按一般规定初步确定柱截面尺寸之后,尚可按下述方法进行底柱的验算。
框架内柱可选为方形截面柱,近似按轴心受压柱计算:其轴压力设计值可取柱受力的几何面积乘以单位面积的竖向荷载设计值(该值可假定为楼面活荷载设计值+11kN/m2,此值含各构件自重),再乘以框架层数和扩展系数1.1,算出的纵向受压钢筋配筋率不宜超过3%,也不宜小于1%,否则宜调整截面尺寸。
框架外柱可选为矩形截面柱,其宽度与内柱截面相同,其高度可选宽度的1.2~1.5倍,按偏心受压柱验算。轴压力取值方法同内柱,但不乘系数1.1,弯矩值可按反弯点法的概念直接求出,并假定各柱承受相同弯矩。

1.根据结构抗震等级确定最大轴压比,根据最大轴压比,确定满足要求的框架柱最小截面;
2.尽量避免形成短柱(即一般要求柱的梁下净高与柱截面长边边长的比值,宜大于4,也即柱截面不宜过大),但有时是无法避免的,如楼梯间休息平台等层高较小处;
3.根据以上原则初步确定一个柱截面进行试算,并查看配筋结果,若配筋过大(特别是纵筋),超过规范规定的最大配筋率,应调整加大柱截面或调整结构布置方案,同时配筋太大时,适当加大柱截面可便于施工时钢筋的排放的绑扎,保证工程质量;
4.重要部位的柱截面(如门厅、大堂、外露的连层高柱等),要考虑装饰效果时,应提给建筑专业进行确认;
5.框架柱作为竖向抗侧力构件,尚需满足结构整体计算的抗侧和变形要求;
6.对于住宅等比较精细的室内空间,在满足以上要求的前提下,柱截面越小越好,同时要优化结构布置,以最大限度的减少结构构件的外露影响,方便使用。

结构设计方案是概念设计,尤其对于高层建筑的抗震设计,选取合适的方案就显得尤为重要。一般来讲,方案的确定是专业负责人的工作,需依靠其技术功底和经验积累来完成。但对于普通的设计人员,如果每做一个项目的时候,有意识地从总体上把握结构特点并给出自己的分析,站在负责人的角度看待项目的整体方案,会使自己的能力有质的提高。
以下是结构技术方案确定的一般过程:一、建筑专业提出初步方案。二、上部结构形式的确定。1.
结构体系。 根据建筑要求,依据规范,按各种结构形式的不同特点及适用范围,确定不同的结构体系,如框架、剪力墙、框剪、筒体以及其他复杂结构形式。
   合理布置抗侧力构件,避免应力集中的凹角和狭长的劲缩部位。避免在凹角和端部设置楼梯,电梯间,以减少地震作用下的扭转。竖向体型避免外挑,内收也不宜过多,过急。
   结构布置为超静定结构,避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。2.
进行柱网、墙体的布置。三、基础形式确定。1.
依据上部结构形式的不同,一般会采用不同的基础形式。如框架结构采用柱下独基较多,有地下室时可另加防水板。也可采用较薄的筏基,可进行初步的测算,选用适合的形式,以满足经济效益和工期的需求。而带剪力墙的结构,有地下室时,采用筏基的比较常见。筏基又分梁式板式,梁式筏基较节省材料,但工艺复杂,工期较长,板式筏基特点刚好相反,综合算下来,两者相差不大。2.
地基的处理。地基较好,上部结构重量较小时,可直接采用天然地基(可依据相关公式进行一下大体估算)。需进行地基处理时,北京以CFG桩较为常用,而南方地区多采用桩基的形式。四、局部调整。1.
受力构件:如承重较大的柱可采用钢结构或钢骨砼结构。板跨度较大时,可采用井字梁或预应力空心楼板结构。2.
非结构部位:考虑对主体的有利和不利影响,保证连接构造的可靠。3.
装修与结构的连接构造。4.
其他专业对结构的要求等。
以下是一些概念设计的基本理念,贯穿方案设计的全过程,也是我们进行思考分析的依据:1.
建筑功能、房屋高度、地理环境、施工技术条件。2.
竖向荷载、风荷载及地震作用对不同结构体系的受力特点。(如地震作用对框架结构和剪力墙结构的影响就完全不同)3.
风荷载、地震作用及竖向荷载的传递途径。(这个非常重要)4.
结构破坏的机制和过程,分析结构的关键部位和薄弱环节。5.
分析结构整体性,承载力和刚度在平面内及沿高度均匀分布,避免突变和应力集中。6.
预估和控制各类结构及构件塑性铰区可能出现的部位和范围。(框架梁两端,剪力墙暗柱、连梁,考虑上部结构嵌固于基础结构或地下室结构之上时,使塑性铰出现在结构嵌固部位)7.
抗震房屋设计多道防线。8.
各类结构材料的特性及其受温度变化的影响。

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