框架结构教学楼设计文献综述

框架结构教学楼设计文献综述作者:邸亚猛（河北科技师范学院河北秦皇岛066004）摘要：从抗震能力、地基基础、梁和板、构造柱、消防几个不同的方面简单介绍框架结构教学楼设计。中图分类号：U448.22文献标识码：A1、引言毕业设计是土木工程专业学生毕业前的最后学习和综合训练的阶段，是知识深化、拓宽、教学的重要过程，是学生学习、研究和实践的全面总结，也是对学生综合素质与工程实践能力的全面检验，是实现本科培养目标的重要阶段。通过毕业设计，培养了综合分析和解决问题的能力、组织管理和社交能力，培养了独立工作的能力以及严谨、扎实的工作作风和事业心、责任感。为将来走上工作岗位，顺利完成所承担的建设任务奠定基础。2、研究现状多层及高层建筑的结构体系大致有混合结构体系、框架结构体系、剪力墙结构体系、筒体结构体系、巨型结构体系。混合结构的承重墙体随着建筑高度的增加而加厚，不仅耗费大量材料，也减少了使用面积。框架结构体系是由钢筋混凝土梁、柱节点及基础为主框架，加上楼板、填充墙、屋盖组成的结构形式。框架形成可灵活布置的建筑空间，使用较方便。但是随着建筑高度的增加，水平作用使得框架底部梁柱构件的弯矩和剪力显著增加，从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加，到一定程度，将给建筑平面布置和空间处理带来困难，影响建筑空间的正常使用，在材料用量和造价方面也趋于不合理，因此在使用上层数受到限制。正是因为如此原因，框架结构适用于办公楼、教学楼、商场、住宅等建筑。钢筋混凝土多层框架结构作为一种常用的结构形式,具有如下优点：（1）建筑平面布置灵活，分割方便。（2）整体性、抗震性能好。（3）传力路线明确。（4）墙体采用轻质填充材料时，结构自重小。（5）承重构件与围护构件有明确分工。本设计是多层建筑，抗震设防烈度为7度。本设计研究以下几个方面：2.1抗震能力的设计地震具有随机性、不确定性和复杂性，要准确预测建筑物所遭遇的地震的特性和参数，目前是很难做到的。而建筑物本身又是一个庞大复杂的系统，在遭受地震作用后其破坏机理和破坏过程十分复杂。且在结构分析方面，由于未能充分考虑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素，也存在着不确定性。因此，结构工程抗震问题不能完全依赖“计算设计”解决。应立足于工程抗震基本理论及长期工程抗震经验总结的工程抗震基本概念，从“概念设计”的角度着眼于结构的总体地震反应，按照结构的破坏过程，灵活运用抗震设计准则，全面合理地解决结构设计中的基本问题，既注意总体布置上的大原则，又顾及到关键部位的细节构造，从根本上提高结构的抗震能力。选择有利场地。造成建筑物震害的原因是多方面的，场地条件是其中之一。由于场地因素引起的震害往往特别严重，而且有些情况仅仅依靠工程措施来弥补是很困难的。因此，选择工程场址时，应进行详细勘察，搞清地形、地质情况，挑选对建筑抗震有利的地段，尽可能避开对建筑抗震不利的地段，任何情况下均不得在抗震危险地段上建造可能引起人员伤亡或较大经济损失的建筑物。对建筑抗震有利的地段，一般是指位于开阔平坦地带的坚硬场地土或密实均匀中硬场地土。建造于这类场地上的建筑一般不会发生由于地基失效导致的震害，从而可从根本上减轻地震对建筑物的影响。对建筑抗震不利的地段，就地形而言，一般是指条状突出的山嘴、孤立的山包和山梁的顶部、高差较大的台地边缘、非岩质的陡坡、河岸和边坡的边缘；就场地土质而言，一般是指软弱土、易液化土、故河道、断层破碎带、暗埋塘浜沟谷或半挖半填地基等，以及在平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的地段。2.采用合理的建筑平立面。建筑物的动力性能基本上取决于其建筑布局和结构布置。建筑布局简单合理，结构布置符合抗震原则，就能从根本上保证房屋具有良好的抗震性能。经验表明，简单、规则、对称的建筑抗震能力强，在地震时不易破坏；反之，如果房屋体形不规则，平面上凸出凹进，立面上高低错落，在地震时容易产生震害。而且，简单、规则、对称结构容易准确计算其地震反应，可以保证地震作用具有明确直接的传递途径，容易采取抗震构造措施和进行细部处理。2.2地基基础的设计基础是建筑物和地基之间的连接体。基础把建筑物竖向体系传来的荷载传给地基。从平面上可见，竖向结构体系将荷载集中于点，或分布成线形，但作为最终支承机构的地基，提供的是一种分布的承载能力。假如地基的承载能力足够，则基础的分布方式可与竖向结构的分布方式相同。但有时由于土或荷载的条件，需要采用满铺的伐形基础。伐形基础有扩大地基接触面的优点，但与独立基础相比，它的造价通常要高的多，因此只在必要时才使用。不论哪一种情况，基础的概念都是把集中荷载分散到地基上，使荷载不超过地基的长期承载力。因此，分散的程度与地基的承载能力成反比。有时，柱子可以直接支承在下面的方形基础上，墙则支承在沿墙长度方向布置的条形基础上。当建筑物只有几层高时，只需要把墙下的条形基础和柱下的方形基础结合使用，就经常足以把荷载传给地基。这些单独基础可用基础梁连接起来，以加强基础反抗地震的能力。只是在地基非常软弱，或者建筑物比较高的情况下，才需要采用伐形基础。多数建筑物的竖向结构，墙、柱都可以用各自的基础分别支承在地基上。中等地基条件可以要求增设拱式或预应力梁式的基础连接构件，这样可以比独立基础更均匀地分布荷载。在初步计算时，最好先计算房屋结构的大致重量，并假设它均匀的分布在全部面积上，从而等到平均的荷载值，可以和地基本身的承载力相比较。假如地基的容许承载力大于4倍的平均荷载值，则用单独基础可能比伐形基础更经济；假如地基的容许承载力小于2倍的平均荷载值，那么建造满铺在全部面积上的伐形基础可能更经济。假如介于二者之间，则用桩基或沉井基础。2.3梁和板的设计钢筋混凝土楼盖根据施工方法的不同，可分为现浇整体式体式、装配式和装配整装配式三类。现浇整体式楼盖的全部构件均为现场浇筑，其整体性好、刚度大、抗震性较好，但模板用量多、工期长。装配式楼盖一般采用预制板、现浇梁的结构形式，也可以是预制梁和预制板结合而成。装配式楼盖节省模板，且工期较短，但整体性、抗震性较差。装配整体式楼盖是在预制梁、板吊装就位后，再在板面现浇叠合层而形成整体，这种楼盖的整体性较装配式好，又比现浇整体式差，需二次浇筑混凝土，费工费料，造价较高。现浇整体式楼盖主要有肋形楼盖、无梁楼盖和井式楼盖三种。肋形楼盖由板、次梁、主梁组成，三者整体相连。板的四周支承在次梁、主梁上。当板区格的长边与短边之比超过一定数值时（≥3．O），板上的荷载主要沿短边的方向传递到支承梁上，而沿长边方向传递的荷载很小，可以忽略不计，这种板称为单向板单向板单向板单向板，相应的肋形楼盖称为单向板肋形楼盖。当板区格的长边与短边之比较小（≤2．O）时，板上的荷载将通过两个方向同时传递到相应的支承梁上，此时板沿两个方向受力，称为双向板双向板双向板双向板，相应的肋形楼盖称为双向板肋形楼盖。肋形楼盖（1）板厚及支承长度，板的混凝土用量占全楼盖混凝土用量的一半以上．因此楼盖中的板在满足建筑功能和方便施工条件下，尽可能薄些，但也不能过薄。工程设计中板的最小厚度一般可取；一般屋盖为50mm；一般民用建筑楼盖为60mm；工业房屋楼盖为80mm。续板)或1/35(简支板)。板在砖墙上的支承长度一般不小板在砖墙上的支承长度一般不小板在砖墙上的支承长度一般不小板在砖墙上的支承长度一般不小于板厚，亦不小于120mm。（2）板的受力钢筋，板内的受力钢筋经计算确定后，配置时应考虑构造简单、施工方便。对于多跨连续板各跨截面配筋可能不同，配筋时往往各截面的钢筋间距相同，而用调整直径的方法处理，连续板中的受力钢筋布置有两种形式：弯起式和分离式。将承受正弯矩的跨中钢筋在支座附近弯起，弯起跨中钢筋的1/2～2/3，以承担支座负弯矩，如不足可另加直钢筋。这种配笳方式节省钢筋，锚固可靠。整体性好，但施工较复杂。分离式将承担支座弯矩与跨中弯矩的钢筋各自独立配置。分离式配筋较弯起式具有设计施工简便的优点，适用于不受振动和较薄的板中。钢筋的弯起角度一般为30°，当板厚h120mm时。可采用45°。板下部伸入支座的钢筋应不少于跨中钢筋截面面积的l/3，间距不应大于400mm。钢筋末端一般做成半圆弯钩(I级钢筋)，但板的上部钢筋应做成直钩，以便施工时撑在模板上。板中受力钢筋的间距不应小于70mm，当板厚h≤150mm时，间距不应大干200mm；当板厚h150mm时，间距应不大于1.5h，且不应大于250mm。2.4构造柱的设计构造柱的作用范围多层砌体房屋,底层框架及内框架砖砌体中,它的作用一般为:加强纵墙间的连接,是由于构造柱与其相邻的纵横墙以及牙搓相连接并沿墙高每隔500mm设置2(6拉结筋,钢筋每边伸入墙内大于100mm。一般施工时先砌砖墙后浇筑混凝土柱,这样能增加横墙的结合,可以提高砌体的抗剪承载能力10%—30%,提高的比例幅度虽然不高但能明显约束墙体开裂,限制出现裂缝。构造柱与圈梁的共同工作,可以把砖砌体分割包围,当砌体开裂时能迫使裂缝在所包围的范围之内,而不至于进一步扩展。砌体虽然出现裂缝,但能限制它的错位,使其维持承载能力并能抵消振动能量而不易较早倒塌。砌体结构作为垂直承载构件,地震时最怕出现四散错落倒地,从而使水平楼板和屋盖坠落,而构造柱则可以阻止或延缓倒塌时间、以减少损失。构造柱与圈梁连接又可以起到类似框架结构的作用,其作用效果非常明显。构造柱设置位置的规定规范要求无论房屋层数和地震烈度多少,均应在外墙四角、错层部位横墙与外纵墙交接处、较大洞口两侧、大房间内外墙交接处设置构造柱。2.5消防设计本工程属多层厂房.按建规有关规定,本大楼应设置室内外消火栓系统，喷淋储水量及加压设备及室外喷淋管位均设计到位，各单体喷淋系统仅预留到各层水流指示器，待厂房使用性质确定后决定是否安装喷头。1.用水量:按最不利一栋建筑设计,室内消火栓不小于10L/S,室外消火栓不小于40L/S,火灾延续时间不小于3小时，自动喷淋按中危险Ⅱ级设计，喷水强度8L/min.m2,作用面积160m2，火灾延续时间不小于1小时。一次火灾总用水量684T,其中室内消防用水量为252T.室外用水之水压及水量以由市政管网予以满足;室内消火栓系统采用自行加压方式提供水量及压力。2.消火栓系统:（1）.系统供水：室内消火栓加压设备分片集中设置，系统采用稳高压系统，系统设主泵＋稳压泵＋稳压罐，主泵由稳压系统的压力开关控制启停，系统再设屋顶水箱18T，室内消火栓不再设启泵按钮。室内消火栓加压系统保证片区内最不利点处栓口压力不小于0.2MPa。（2）.消火栓:消火栓采用普通单栓。各消火栓箱为成品消火栓箱，铝合金边框,茶色玻璃门面,单栓内装DN65衬胶水带一条,长25M,喷枪一根，口径19MM。一层消火栓采用减压孔板减压，一层孔板孔径d28。（3）.消火栓系统所有阀门均应常开,用铅封或链条锁住,并有明显启闭标志,室内阀门采用对夹式蝶阀室外采用明杆闸阀，阀门工作压力采用PN=10。（4）.管材:建筑物内消火栓采用内外热镀锌钢管,DN100者,丝扣连接,DN≥100者，卡箍连接。室外埋地管采用球墨铸铁管，胶圈连接。（5）.管道防腐:明装镀锌钢管接口处外壁刷红丹防锈漆两道，整根管道外壁刷面漆两道。参考文献[1]中国建筑科学研究院.GB50011-2001建筑抗震设计规范(2008年版)[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.[2]马宏旺,吕西林.建筑结构基于性能抗震设计的几个问题[J].同济大学学报,2002,30(12):1429-1434.[3]高小旺,龚思礼,等.建筑抗震设计规范理解与应用[M].北京:中国建筑工业出版社.[4]GB50011-2010，建筑抗震设计规范[S].[5]GB50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].[6]GB50021-2001，岩土工程勘察规范(2009年版)[S].[7]周云，宗兰，张文芳.土木工程抗震设计［M］.北京：北京科学出版社，2005.[8]田玉敏,等.高层建筑火灾风险的概率模糊综合评价方法.中国安全科学学报,2004,14(9).[9]《建筑设计防火