PKPM设计流程

毕业设计讲座钢筋混凝土框架结构设计总体概念及设计流程兰州理工大学土木工程学院2009年LanzhouUniversityofTechnology《Three-DimensionalStaticandDynamicAnalysisofStructures》LanzhouUniversityofTechnology结构工程是这样一种艺术:使用材料这些材料属性只能估算建立真实的结构这些真实的结构只能近似分析来承受外力这些外力不能准确得知以满足我们对公众安全职责的要求LanzhouUniversityofTechnology‹主要设计规范z建筑结构荷载规范(GB50009-2001,2006)z砌体结构设计规范(GB50003-2001)z混凝土结构设计规范(GB50010-2002)z建筑抗震设计规范(GB50011-2001,2008)z高层建筑砼结构技术规程(JGJ3-2002)z建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)z建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)(目前在修编)LanzhouUniversityofTechnology‹结构设计的前期工作z了解建筑布置和功能要求–建筑物设计基准期、建筑物重要性–建筑层数、总高、各层层高、柱网尺寸–各房间主要功能–围护墙材料z了解建筑构造做法（楼、屋面及墙面）z收集结构设计的基本条件z了解其他相关专业对结构的要求LanzhouUniversityofTechnology‹建筑构造做法——楼面、屋面z楼面做法–一般楼面做法(铺地砖)——用于普通房间z办公、住宅等–高级楼面做法(铺石材)——用于高级装修z走廊、门厅、电梯厅、楼梯间等–防水楼面做法(有防水层)z卫生间、浴室等–简易楼面做法(水泥砂浆面层)z储藏室、电梯机房、出屋面楼梯间等z屋面做法–上人屋面–非上人屋面LanzhouUniversityofTechnology‹建筑构造做法——墙面z外墙–刷涂料外墙–贴石材外墙–铝塑板(铝板)外墙–玻璃幕外墙z内墙–刷涂料内墙–贴瓷砖内墙LanzhouUniversityofTechnology‹结构设计的基本条件z地质资料–地基持力层范围内主要土层情况–地基持力层及其承载力特征值z气象资料–基本风压–最大冰冻深度z抗震资料–抗震设防分类–场地类别、场地特征周期Tg–抗震设防烈度、设计地震分组LanzhouUniversityofTechnology‹其他相关专业对结构的要求z给排水专业–上下水管线进出户的标高–高位水箱的设置z暖通专业–暖管线进出户的标高–集中空调与吊顶及梁高的关系–防排烟及加压送风井的设置z电气专业–电缆沟及电缆桥架z管道集中竖井LanzhouUniversityofTechnology荷载计算‹框架结构设计流程计算模型结构布置内力及位移计算内力及位移计算变形验算变形验算截面设计截面设计构造要求构造要求LanzhouUniversityofTechnology‹结构布置原则(1)z结构体系–双向抗侧力体系框架结构只能承受自身平面内的水平力，因此框架应沿建筑的两个主轴双向设置，形成双向梁柱抗侧力体系。–刚接体系除个别部位外，框架的梁柱应采用刚接，以增大结构刚度和整体性；抗震设计时不宜采用单跨框架。–纯框架体系抗震设计的框架结构，不应采用部分由砌体承重的混合形式。框架结构中的楼、电梯间及局部突出屋顶的电梯机房、楼梯间、水箱间等，应采用框架承重结构，不应采用砌体墙承重。LanzhouUniversityofTechnology‹结构布置原则(2)z结构受力–结构传力路径简单、合理有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接，减少扭转–抗震子结构明确z结构规则–平面：简单、规则、对称、均匀；避免过大内收和外伸（凹角处应力集中）；质心于刚心宜接近，避免平面不规则结构，–立面：沿高度之刚度、强度、质量分布均匀、连续；避免立面不规则结构。LanzhouUniversityofTechnology‹结构布置z柱网尺寸–框架结构的柱网布置应力求做到简单、规则、整齐，柱网尺小应符合经济原则，尽量符合模数；–框架结构的柱网尺寸及层高应根据建筑功能要求、施工条件及材料设备等各方面因素来确定。–房屋长度较大时，需考虑设置伸缩缝，以避免温度开裂。因为伸缩缝将房屋上部结构断开，分成独立的结构单元，所以在缝的两侧应各自设置框架。LanzhouUniversityofTechnology‹柱网尺寸的适宜范围z内廊式柱网常为对称三跨(A+B+A)：–A—边跨跨度(房间进深)：常为6m、6.6m、6.9m–B—中间跨为走廊，跨度常为2.4m、2.7m、3.0m–开间方向，柱距为6~8.4m。–常用于旅馆、办公楼、宿舍、教室、医院等。z等跨式柱网–进深常为6m、7.5m、9m、12m，从经济考虑不宜超过9m。–开间方向的柱距常为6~9m。–适用于厂房、仓库等。LanzhouUniversityofTechnology‹框架梁截面尺寸z梁宽不宜小于200mm，且不宜小于柱宽的1/2（节点要求，联结紧密）；z梁截面的高宽比小于4（抗剪要求，避免形成薄腹梁降低其抗剪性能）；z梁净跨与截面高度之比宜大于4（避免形成深梁，以抗剪为主，脆性破坏）z考虑强度与刚度的需要，取值如下：框架梁高h＝1/8~1/14l，l为梁跨；通常取1/10l；框架梁宽b=1/2~1/3h；一般不小于300mm。LanzhouUniversityofTechnology‹柱截面尺寸z构造要求–柱的截面高度不宜小于300mmz小于300mm时，其承载力折减20%。–在纵横两个方向上不宜相差过大。z矩形柱边长比不宜超过1.5，一般采用方形柱。–柱净高与截面高度之比不宜小于4z小于4，变形能力要求较高，因为短柱刚度大易剪坏，需设全长加密箍筋。–层高与柱截面高度之比不宜大于15z经验数值，大于15时不易满足水平侧移要求。LanzhouUniversityofTechnology‹柱截面尺寸z柱的截面尺寸估算（按轴压比）–μc：允许轴压比，三级0.9,二级0.8,一级0.7。–竖向荷载与地震作用组合的最大轴力设计值N。–rG：分项系数，取为1.2；–w：单位面积重量，取为12~14kN/m2；–S：柱承载楼面面积；n：柱设计截面以上楼层数；–β1：一、二级抗震设计角柱为1.3,其余为1.0–β2：由于水平力使轴力增大的系数，7度1.05，8度1.1，9度1.2。()ccccGhbfNnSwN≤⋅⋅⋅⋅⋅=μββγ21LanzhouUniversityofTechnology‹次梁截面尺寸z次梁的作用–承托围护墙、隔墙–减小板的跨度–洞口边缘的封梁z次梁截面尺寸–梁高h（l为梁跨）简支梁：h＝1/12~1/15l；连续梁：h＝1/12~1/20l井字梁：h＝1/15~1/20l；悬挑梁：h＝1/5~1/7l–梁宽b梁宽b=1/2~1/3h；一般不小于200mm。LanzhouUniversityofTechnology‹现浇板的厚度z对板厚的要求–满足承载力和刚度要求–满足防火要求–满足预埋暗管的要求z板厚h的取值（l为板跨）–板厚与板跨的最小比值z简支单向板：h=1/30l；简支双向板：h=1/40l；z连续单向板：h=1/40l；连续双向板：h=1/50l；z悬臂板：h=1/12l；–最小板厚z一般为80mm，预埋暗管时不小于100mmLanzhouUniversityofTechnology‹计算模型z程序方法–空间协同分析方法–杆件有限元方法–三维杆件—薄壁杆件空间分析方法–有限元或有限条方法应用广泛，特别是平面不规则、体型复杂的结构。z简化方法（近似计算）–平面结构协同分析广泛用于由平面抗侧力结构组成、布置较为规则的结构。z平面刚架模型z近似假定能基本反映实际情况z计算结果有一定精度，方便、适用LanzhouUniversityofTechnology‹荷载计算z竖向荷载–永久荷载Gk–可变荷载Qkz按负荷面积折减z活载最不利布置z水平荷载–风荷载Wk–地震作用(偶然作用)EkWkGkQkQkEkLanzhouUniversityofTechnology‹竖向荷载z永久荷载导算按照建筑专业给定的做法计算–一般楼面做法(铺地砖)–高级楼面做法(铺石材)–防水楼面做法(有防水层)–简易楼面做法(水泥砂浆面层)–上人屋面–非上人屋面–墙体荷载（抹灰、石材、涂料）–永久设备荷载z可变荷载：按照《荷载规范》GB50009-2001的规定取值LanzhouUniversityofTechnology‹一般楼面做法(铺地砖)z以下各种楼（屋）面做法及墙体做法均为华北地区某工程实际做法，其它地区参照当地实际做法。0.22010铺地砖面层4.34楼面恒载标准值0.341720板底20厚粉刷抹平3.025120钢筋混凝土楼板0.420201:3水泥砂浆找平层0.420201:4水泥砂浆结合层重量kN(m2)容重(kN/m3)厚度（mm)楼面做法LanzhouUniversityofTechnology‹高级楼面做法(铺石材)0.562820石材面层4.90楼面恒载标准值0.341720板底20厚粉刷抹平3.025120钢筋混凝土楼板0.420201:3水泥砂浆找平层0.620301:4水泥砂浆结合层重量kN(m2)容重(kN/m3)厚度（mm)楼面做法LanzhouUniversityofTechnology‹防水楼面做法(有防水层)0.22010防滑地砖面层0.620301:4水泥砂浆结合层1.52560C20细石砼找坡6.06楼面恒载标准值0.341720板底20厚粉刷抹平3.025120钢筋混凝土楼板0.420201:3水泥砂浆找平层0.02122聚胺脂防水涂层重量kN(m2)容重(kN/m3)厚度（mm)楼面做法LanzhouUniversityofTechnology‹简易楼面做法(水泥砂浆面层)4.0楼面恒载标准值0.341720板底20厚粉刷抹平3.025120钢筋混凝土楼板0.220101:2.5水泥砂浆底层0.420201:1.5水泥砂浆面层重量kN(m2)容重(kN/m3)厚度（mm)楼面做法LanzhouUniversityofTechnology‹上人屋面1.215801:6水泥焦渣找坡0.44100聚苯保温板0.520251:4水泥砂浆结合层0.22010地砖0.05124高分子防水卷材6.50屋面恒载标准值0.341720板底20厚粉刷抹平3.025120钢筋混凝土楼板0.420201:3水泥砂浆找平层0.420201:3水泥砂浆找平层重量kN(m2)容重(kN/m3)厚度（mm)屋面做法LanzhouUniversityofTechnology‹非上人屋面1.215801:6水泥焦渣找坡0.44100聚苯保温板0.05124SBS改性沥青防水卷材5.80屋面恒载标准值0.341720板底20厚粉刷抹平3.025120钢筋混凝土楼板0.420201:3水泥砂浆找平层0.420201:3水泥砂浆找平层重量kN(m2)容重(kN/m3)厚度（mm)屋面做法LanzhouUniversityofTechnology‹墙体荷载z墙体荷载一般先导算为平米容重，再根据各层层高导算为作用在梁上的线荷载。z以加气砼砌块墙双面摸灰为例：（外墙300mm厚，内墙200mm厚，摸灰20mm）–考虑到组砌时在洞口处混砌部分粘土砖，按照8:2混砌比例计算砌体容重：z砌体容重：8×0.8+19×0.2=10.2kN/m3z外墙：0.3×10.2+0.02×20=3.46kN/m2z内墙：0.2×10.2+0.02×20=2.44kN/m2–若某层墙体净高为3m，则作用在梁上的线荷载导算为：z外墙：3.46kN/m2×3=10.38kN/mz内墙：2.44kN/m2×3=7.32kN/m2z组砌时，混砌比例可根据墙体实际情况调整。LanzhouUniversityofTechnology‹竖向荷载集成z分析水平地震作用下结构内力–仅计算荷载总