土木工程毕业设计—建筑结构设计

土木工程毕业设计——建筑结构设计------MadebyLRF明确几个问题：为什么土木工程专业的毕业设计应该做建筑结构设计？毕业设计难不难？做结构设计的目的和意义是什么？力学、结构没学好怎么办？分层法、D值法完全不懂怎么办？1、毕业设计思路——倒过来分析（从最终成果追本溯源）结构设计的最终目的——施工图主要内容：梁配筋、柱配筋（绘制平法施工图）怎么算？混凝土结构设计原理（单筋、双筋、第一类T形、第二类T形）给定截面积，知道了内力，就可以根据混凝土基本原理知识把配筋算出来梁配筋截面积按经验预估箍筋已知bxh，已知混凝土强度（C30），箍筋强度（HPB300），已知V，求解Asv/s纵筋已知bxh，已知混凝土强度（C30），箍筋强度（HRB400），已知M，求解As，A’s柱配筋截面积按轴压比预估，再计算验证。箍筋已知BxH，已知混凝土强度（C30），箍筋强度（HPB300），已知V，求解Asv/s纵筋已知BxH，已知混凝土强度（C30），箍筋强度（HRB400），已知M、N，已知计算长度L0，求解As，A’s求解过程中一个重要内容——内力（M、N、V）主要问题：怎样得出梁柱杆件上的内力？结构设计全过程——求内力效应组合或内力组合各工况效应计算各工况荷载大小地震工况风荷载工况恒载工况活载工况剪重比调整、侧移计算恒载工况：分层法、弯矩二次分配法、位移法、力学求解器活载工况：同上地震荷载工况：D值法、位移法、结构力学求解器风荷载工况各种内力的不利组合（培养设计思路和概念的过程）怎么求？恒载工况恒载计算（面荷载、线荷载、集中荷载）哪些属于恒载？如何计算恒载？活载工况同上。风荷载工况风荷载含义？如何计算？风荷载如何施加给结构？地震工况地震作用是惯性力将动力问题转化为静力问题如何计算地震惯性力？地震作用是加速度，用加速度去乘以质量（重力荷载代表值），就可以得到惯性力。把惯性力施加在结构之上，就可以变成一个静力问题。g=N/kgF=（N/kg）xkg=N底部剪力法如何求加速度？如何求质量？2、设计的开始——熟悉任务书任务书给定了基本设计资料。主要成果（1）建筑施工图的绘制（建筑设计总说明、平面图、立面图、剖面图、详图等），要求符合制图标准，达到施工图深度。（2）结构施工图的绘制（结构设计总说明、结构平面布置图、基础平面布置图等），要求同上。（3）手算计算书。要求（1）熟悉office、CAD、天正、探索者、广厦出图（2）熟悉规范（混凝土、高规、抗规、荷载规范、地基基础等）（2）、（3）是重点。（1）是建筑专业的专业内容，不属于我们的。3、开题报告课题设计的目的和意义课题设计主要内容设计思路实施计划主要参考文献1、毕业设计内容贯穿本科所学主线知识。2、熟悉常规规范。3、毕业设计是一个实践环节，遇到问题往回追溯课程内容，再倒推回来，整个脉、络就清晰了。如何完成建筑施工图、结构施工图、手算计算书。为什么要手算？4、工程概况工程概况建筑设计结构选型材料选择任务书给定的各种参数（设防烈度、环境、场地等），需熟悉抗规、高规范。例：办公楼。门、窗、门厅、走道、净高。要有办公室、储物用房、公共用房、设备用房。应设电梯（每多少平米至少一部电梯）窗户要求：如首层要防盗，采光，气密水密性等）门：宽不小于1m，高不小于2.1米，重要房间门要有防盗措施等。走道：如走道40m时候，宽度不小于1.5m等。走道净高：不低于2.2m，等。适应建筑功能的要求。（如：哪些地方不允许设柱）满足建筑造型的需要。（如：立面要求，凹凸、外挑，抗震缝等）发挥结构自身的优势。（考虑经济性，后期改造等方面）考虑材料和施工的条件。（如某些材料资源较少）考虑造价因素。如：柱子是受压构件，可用较高等级的混凝土，梁板是受弯构件，可用较高等级的钢筋。梁板一起浇筑往往比较好施工，尽量用同一等级的混凝土。5、结构布置结构体系的传力路径楼盖结构体系现浇梁板楼盖结构体系竖向水平竖向结构体系框架体系竖向：承受楼盖传来荷载水平：风荷载、地震荷载基础的结构体系独立基础5、结构布置框架结构承重方案（1）横向框架承重方案次梁沿纵向布置，即将力传给横向框架承重。该方案可提高横向抗侧刚度。主要荷载传递到横向，横向梁截面较大，纵向可减小。5、结构布置框架结构承重方案（2）纵向框架承重方案次梁沿横向布置（比如隔墙位置是这样布置的），大部分荷载传递到纵向框架上，因此横向框架梁截面可变小。5、结构布置框架结构承重方案（3）纵横向框架承重方案即纵向横向都承重，受力、刚度分布较均匀，更容易调控，对抗震有利。如：井字梁、不设次梁（大板）5、结构布置框架结构布置要点平立面布置宜规则，各部分质量和刚度均匀、连续。框架梁宜连通。框架柱宜纵横对齐、上下对齐。柱子设在纵横墙交界处。6、构件尺寸初步确定梁柱板《高规》截面高度可取计算跨度的1/18~1/10，梁宽取1/3~1/2梁高。需综合考虑荷载和跨度的情况，特殊情况特殊对待。同时需满足刚度、延性的要求。按轴压比反算。𝐴𝑒≥𝑁𝜇𝑛𝑓𝑐𝜇𝑛=𝑁𝐴𝑒𝑓𝑐为什么要限制轴压比？轴压比和抗震等级有关抗震等级的本质是什么？根据柱的受荷面积、楼层数、荷载大小等参数预估。单向板：最大跨厚比30双向板：最大跨厚比40同时需满足规范规定的最小厚度要求。7、结构计算简图的确定计算单元空间框架简化为平面框架横向框架纵向框架横向框架中有代表性的选1个计算单元前提：结构规则简化：忽略抗扭作用找多数相似的平面框架，取其中一榀不要选特殊的。节点梁柱节点铰接节点（有特殊需要）刚接节点支座节点固定支座毕业设计全部按刚接处理一般钢筋在节点区有足够锚固7、结构计算简图的确定跨度定义：柱轴线间距上下层柱尺寸不同柱形心重合柱形心不重合手算的近似处理方法柱变截面处的附近弯矩将上层柱轴线作为整个框架柱轴线如：建筑外墙要求是平的截面变化不能太大与柱截面不变时相同层高7、结构计算简图的确定首层：嵌固端至上层楼面的距离其它层：本层楼面至上层楼面的距离（1）地梁建在基础面，首层从基础面算起。（适用于基础埋深不深，否则首层柱过高）荷载梯形、三角形荷载等效为局部荷载水平荷载简化为集中力计算侧向刚度和验算刚度比，验算侧移。（2）地梁建在室外地坪，首层柱从地梁算起。（基于抗震嵌固端）（3）地梁建在室外地坪，将地梁作为结构层加入计算。（简化忽略土压力作用）（4）地梁建在室外地坪，首层柱从基础面算起。（基于计算嵌固端，将地梁简化为次梁，不参与框架计算）8、恒载计算定义：结构构件自重（梁、板、柱），围护墙构件自重，建筑面层自重（抹灰等）梁、板传来荷载计算方法自重变异不大自重变异大应考虑是否对结构有利，毕业设计不作要求。构件体积X容重常用材料自重《荷载规范》恒载计算列Excel表格计算较方便9、活载计算计算方法同恒载。注意楼面活荷载折减。折减的对象为什么可以折减？楼面活荷载不会满布。毕业设计要不要折减？简化工作量，可不折减。10、风荷载计算风荷载作用方向垂直于建筑物表面风荷载与哪些因素有关基本风压的概念W0：50年重现期的风压即直接测定后经换算后的风压场地类别的影响风压高度变化系数的变化规律离地越高则越大越空旷则越大风振系数的含义由风荷载引起的结构的振动从室外地面算起每层都不同较高柔的结构受风影响大，要考虑。风荷载的计算Excel处理w𝑘=𝛽𝑧𝜇𝑠𝜇𝑧𝑤0风荷载体型系数：+压力-吸力11、竖向荷载导算450屈服线导荷恒载楼面面荷载导算直接导算间接导算墙体荷载梁自重柱自重活载线荷载（面荷载x受荷宽度）算出各荷载图后叠加三角形、梯形荷载等效为均布荷载（支座弯矩相等的原则）剩下的楼面荷载传到主梁或次梁，再传回这榀框架中。楼面荷载导算直接导荷间接导荷11、竖向荷载导算楼面荷载导算F=面荷载X受荷面积墙体荷载梁自重柱自重直接荷载荷载传递一部分直接均布荷载；另一方向的则集中荷载传到柱上12、重力荷载代表值计算地震时，重力荷载代表值应取结构和构件自重标准值和各可变荷载组合值之和（屋面活荷载不计入，其他楼面活荷载取0.5，具体见荷载规范）。计算原理（糖葫芦串模型）为什么不包括屋面活荷载？如果有雪荷载，为什么要计算雪荷载？将本层所有荷载标准值叠加。（梯形和三角形荷载，直接变成力F叠加）计算过程1.0恒载+0.5活载（屋面活荷载不计）13、结构的自振周期定义：某一结构按某一特定振型完成一次自由振动所需时间，反映了结构的动力特性，与结构的质量和刚度有关。求解方法能量法顶点位移法（选用此方法）什么是D值？当柱子上下端产生单位相对横向位移时，柱所承受的剪力。为什么可以使用D值求位移？为什么要考虑梁刚度增大系数？位移方向位移方向𝐷=𝑉层间位移=α12𝑖𝑐ℎ2𝛿=𝑉𝐷考虑板的作用（T型梁），刚性楼板假定下计算的是矩形梁，应考虑翼缘的影响，推荐中梁2.0，边梁1.5，梁过高时，板的作用应降低。13、结构的自振周期梁线刚度𝑖𝑏=2𝐸𝑐𝐼0/𝑙𝑏柱线刚度𝑖𝑐=𝐸𝑐𝐼𝑐/ℎ𝑖𝐷𝑁1=𝛼𝑐12𝑖𝑐ℎ2𝐾=𝑖𝑏𝑖𝑐𝛼𝑐=0.5+𝐾2+𝐾一层柱：一般层柱：𝐷𝑁2=𝛼𝑐12𝑖𝑐ℎ2𝐾=𝑖𝑏2𝑖𝑐𝛼𝑐=𝐾2+𝐾1层边柱1层中柱一般层边柱一般层中柱𝑖2𝑖𝑐𝑖1𝑖2𝑖𝑐𝑖1𝑖2𝑖3𝑖4𝑖𝑐𝑖𝑐𝑖2𝑖413、结构的自振周期𝑇1=1.7𝜑𝑇∆bs𝜑𝑇为考虑填充墙的周期折减系数，此处取0.6∆𝑢=𝑉𝐷求出层间位移将重力代表值水平施加G=VD由前面计算得到∆𝑢𝑖𝑢𝑖𝑇1=1.7×0.6∆bs14、地震作用计算底部剪力法求解过程为什么要增加顶部附加水平地震作用△Fn？鞭梢效应的概念△Fn与鞭梢效应的区别？按底部剪力法计算水平地震作用，仅仅考虑了第一振型的影响，而且还把第一振型强行假定为直线倒三角分布。实际上，当周期较长时，高阶振型的影响变大，按底部剪力法计算则低估了结构底部的地震剪力。因此要做高振型的修正，具体方法就是增加△Fn，附加在顶部质点上。用振型分解法就不存在这个问题，因为振型分解法已考虑各振型。底部剪力法求解：FEK=α1Geq0.85G地震影响系数，由反应谱计算（见抗规）。顶部突出部分由于质量和刚度比较小，高振型时往往无法与主体部分一起振动，形成局部振动（即刚度小导致振幅大的现象）。剪力放大3倍考虑。△Fn是附加在顶层质点上；鞭梢效应相当于再加一个质点，将它放大。注意：手算时选的那榀框架没有包括塔楼的话就不用考虑鞭梢效应，但必须考虑△Fn。15、理解反应谱“反应谱”出现到现在只有60多年，60年前的工程如何进行抗震设计？一个安全系数反应谱是一个自然而然的需求因为不可能任何结构都用同一个系数。是否合理？反应谱上随机两个点之间没有任何联系，只是对应两个不同的结构。结构设计的发展——安全和经济的不断碰撞。15、理解反应谱一幅能够理解彻底反应谱的图不同的弹簧球，具有不同的周期，在地震波的振动下可测处每个球的最大加速度。连线可得出加速度谱。反应谱实际上也就是不同周期的结构的不同地震影响系数。因此，反应谱可以预测结构将来可能遭到的最大地震作用。（符合现在的最不利设计思想）规范反应谱是由大量强震数据，算出对应每条加速度的反应谱曲线，最后取有代表性的平均曲线作为设计使用。16、地震剪力定义：由于水平地震作用的施加，而使结构产生剪力。求解方法：（用于计算内力）𝑉𝐸𝐾𝑖=𝐹𝑖𝑛𝑗=1周期为什么要折减？（1）填充墙会增大框架结构的刚度，使周期减小，而计算时并没有考虑填充墙。（2）结构自振周期大部分处于反应谱下降段，填充墙的存在使自振周期减小，意味着地震影响系数会比较大，FEK=α1Geq，即水平地震作用会比较大。因此按反应谱方法计算，不折减活折减不够，不安全。17、剪重比调整（剪力系数）长周期结构，地面运动和位移可能对结构有更大的破坏作用，而反应谱无法准确估计，处于安全考虑，规定了最小值。为什么要调整？反应谱的缺点如何调整？规范采用的是加速度谱，没有使用速度谱和位移谱。控制剪重比的根本目的剪重比偏小时，