结构概念与体系设计.doc

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1、研 究 生 课 程 设 计 课程课程: : 结构概念与体系结构概念与体系 姓名姓名: : 专业专业: : 结构工程结构工程 学院学院: : 土木工程学院土木工程学院 学号学号: : 年 月 目录 【摘要】 3 【关键词】3 一设计概况3 二 相关设计参数的选取4 三方案一初步设计4 3.1 方案一水平分体系结构初步设计：（采用的是主-次梁体系）.4 3.2 方案一竖向分体系结构初步设计：（采用的是框架结构体系）6 四 方案二初步设计8 4.1 方案二水平分体系结构初步设计：（采用的是板-梁体系）.8 4.2 方案二竖向分体系结构初步设计：（采用的是剪力墙结构体系）10 五方案一和方案二的优劣比

2、较11 5.1 方案一和方案二水平分体系的比较11 5.2 方案一和方案二竖向分体系的比较11 六 概念设计方法与传统构件设计方法的区别11 【参考文献】12 【摘要摘要】 本工程为深圳市某 12 层办公楼，标准层层高 3.6m，建筑总高度为 43.2m。办 公楼结构方案初步设计分为两个方案：方案一是水平分体系采用主-次梁结构体系，竖向分 体系采用框架结构体系；方案二是水平分体系采用板-梁结构体系，竖向分体系采用剪力墙 结构体系。 【关键词关键词】 主-次梁结构体系 框架结构体系 板-梁结构体系 剪力墙结构体系 一设计概况一设计概况 本设计为深圳市某 12 层办公楼，标准层层高 3.6m，建筑

3、总高度为 43.2m。其建筑方案见图 1.1；办公楼结构方案初步设计分为两个方案：方案一是水平分体系采用主-次梁结构体系， 竖向分体系采用框架结构体系；方案二是水平分体系采用板-梁结构体系，竖向分体系采用 剪力墙结构体系。 图 1.1 办公楼建筑方案 2 2相关设计参数的选取相关设计参数的选取 混凝土梁、板均采用强度为 C30 的混凝土，柱和墙采用强度为 C40 的混凝土。 板钢筋采用 HPB300 级钢筋，其应力允许值是 2 270/N mm 梁柱钢筋采用 HRB400 级钢筋，其应力允许值是 2 360/N mm 根据建筑结构荷载规范GB 50009-2001 混凝土自重取为 25kN/m

4、，楼面活荷载 取 2.0kN/；基本风压取 0.75kN/。 三方案一初步设计三方案一初步设计 3.1 方案一水平分体系结构初步设计：（采用的是主-次梁体系） 计算简图见图 3.1 主次梁体系计算简图 图 3.1 主次梁体系计算简图 双向钢筋混凝土板、主次梁截面的初步设计。 不妨取跨高比为 36，则板厚为3600/36100hmm 不妨取主梁的跨高比为 12，则主梁高为，梁宽取梁高的 1/2，即7200/12600 l hmm b=300mm 不妨取次梁的跨高比为 15，则次梁高为，梁宽取 b=200mm4500/15300 cl hmm 双向钢筋混凝土板的设计 跨度 L=3.6m 混凝土板自

5、重 0.01x25=2.5kN/ 活荷载（未折减） 2.0 kN/ 隔墙、吊顶等 0.96 kN/ - 每米板宽的总荷载 5.46kN/m 设 22 max /165.46 3.6 /164.42MLkN mA 22 max -/125.46 3.6 /125.90MLkN mA 则不妨可假设板设计可按来控制。并设板跨中的 2/3 的宽度承担绝大 max -5.90MkN mA 部分的板弯矩（即 3.6x2/3=2.4m 的有效宽度） ，则有效宽度的每米板宽所承受的弯矩 =5.90/2.4=2.46kNm/m。设取保护层厚度为 20mm，则 力臂 a=（100-20）7/8=70mm T=M/

6、a=2.46/0.07=35.14kN/m 钢筋应力允许值是 2 270/N mm 32 35.14 10 /270130/ s Ammm 由于板的有效高度是 70mm，所以，对板来讲，此配筋率是130/=0.2% s （70 1000） 可以满足规范要求的 0.2%的最低配筋率。由此可见，板的厚度可以做得更薄。 次梁的设计 L=4.5m 板传来的荷载 5.46x3.6x0.44=8.65kN/m 次梁自重：25x0.2x（0.3-0.1）=1kN/m - 总荷载 9.65kN/m 22 -/129.65 4.5 /1216.28MLkN mA 取保护层厚度为 30mm 力臂 a=300-30

7、=270mm T=M/a=16.64/0.27=60.31kN 钢筋应力允许值是 2 360/N mm 32 61.63 10 /360168 s Amm ，此配筋率是可以满足规范要求的 0.2%的最低配筋率。168/=0.3% s （200 270） 梁的最佳配筋率大约为 1.5%，说明采用这种体系时，此梁还可以继续优化为更小的截面。 主梁的设计 L=7.2m 楼板传来的荷载 5.46x4.5x0.56=13.76kN/m 次梁传来的荷载 9.65x4.5/7.2=6.03kN/m 主梁自重 25x0.3x（0.6-0.1）=3.75kN/m - 总荷载 23.54kN/m 对于初步设计不妨

8、假设主梁是简支的 22 max /823.54 7.2 /8152.54MLkN mA 取保护层厚度为 30mm 力臂 a=600-30=570mm T=M/a=152.54/0.57=268kN 钢筋应力允许值是 2 360/N mm 32 268 10 /360744 s Amm ，此配筋率是可以满足规范要求的 0.2%的最低配筋率。744/=0.4% s （300 570） 梁的最佳配筋率大约为 1.5%，说明采用这种体系时，此梁还可以继续优化为更小的截面。 3.2 方案一竖向分体系结构初步设计：（采用的是框架结构体系） 水平力作用下（取风荷载） ，结构的内力计算 不妨假设全楼受到一均布

9、的风荷载，其值可取为 0.75x4.5=3.38kN/m 其计算简图见图 3.2 图 3.2 风荷载作用下的计算简图 在此风荷载作用下，结构的剪力和弯矩图见图 3.2.1 图 3.2.1 风荷载作用下结构弯矩和剪力图 框架分析（取首层分析） 用门式框架法近似计算侧向力作用下建筑物某高度处柱子弯矩；用悬臂法计算侧向力作用 下由倾覆力矩产生的柱子轴力。 由图 3.2.1 风荷载作用下结构弯矩和剪力图可知 该层荷载如下： 倾覆力矩=3154kNm 总的层剪力=楼板以上为 139kN，楼板以下为 146kN 总重力荷载（估算）=1.2x14x4.5x17.4x11=14470kN 从承受面积分析，可以

10、确定在 14470kN 的重力荷载按下述方式分配到每根柱子，其中每根 内主可分到 4241kN，每根外柱可分到 2994kN。 用门式框架法把剪力 139kN 和 146kN 分配到各柱，每根内柱剪力为每根外柱的两倍。 对剪力 139kN 分配如下：外柱 23kN，内柱 46kN； 对剪力 146kN 分配如下：外柱 24kN，内柱 49kN。 计算由水平剪力产生的住、梁弯矩。 外柱端弯矩为： 上柱 M=23x1.8=41.4kNm 下柱 M=24x1.8=43.2kNm 内柱端弯矩为： 上柱 M=46x1.8=82.8kNm 下柱 M=49x1.8=88.2kNm 用悬臂梁法计算由柱轴向应力

11、抵抗 3154kNm 倾覆力矩。外柱的轴向应力是内柱的三f 倍。因为每根外柱承担的竖向荷载为内柱的一半，加上外墙后，可以假定外柱的配筋面积 A 大约是内柱的 2/3,。因此外柱的轴力是，而内柱的力是，则可以fA 3 /3)()/2 2 fAfA（ 得到 8.7 21.5 23154 2 167 CT fA MfAkN m fAkN A ， 即 这说明一侧外柱将承受 167kN 的压力，另一侧承受 167kN 的拉力（内柱为一半即 84kN） 与重力荷载组合以后，每根外柱承受 3161kN 的轴向压力，每根内柱承受 4325kN 的轴向压 力。 作为初步设计，则可初步取 内柱的截面为 3 432

12、5 10 =500mm 500mm 19.1 c N bxh f 外柱的截面为 3 3161 10 =400mm400mm 19.1 c N bxh f 显然，在进行内力组合以后及计算地震作用以后，柱的应力值会更大，则相应的柱子的截 面需进一步加大。显然，柱子截面太大，对于建筑的使用空间相对而言就变得不那么灵活 了。 4 4方案二初步设计方案二初步设计 4.1 方案二水平分体系结构初步设计：（采用的是板-梁体系） 计算简图见图 4.1 板-梁体系体系计算简图 图 4.1 板-梁体系体系计算简图 双向钢筋混凝土板的初步设计。 不妨取跨高比为 36，则板厚为3600/36100hmm 不妨取梁的跨

13、高比为 12，则梁高为，梁宽取梁高的 1/2，即7200/12600 l hmm b=300mm 双向钢筋混凝土板、梁的设计 跨度 L=4.5m 混凝土板自重 0.01x25=2.5kN/ 活荷载（未折减） 2.0 kN/ 隔墙、吊顶等 0.96 kN/ - 每米板宽的总荷载 5.46kN/m 设 22 max /165.46 4.5 /166.91MLkN mA 22 max -/125.46 4.5 /129.21MLkN mA 板设计可按来控制。并设板跨中的 2/3 的宽度承担绝大部分的板弯矩 max -9.21MkN mA （即 4.5x2/3=3m 的有效宽度） ，则有效宽度的每米板

14、宽所承受的弯矩 =9.21/3=3.07kNm/m。设取保护层厚度为 20mm，则 力臂 a=（100-20）7/8=70mm T=M/a=3.07/0.07=43.86kN/m 钢筋应力允许值是 2 270/N mm 32 43.86 10 /270162/ s Ammm 由于板的有效高度是 70mm，所以，对板来讲，此配筋率162/=0.23% s （70 1000） 是可以满足规范要求的 0.2%的最低配筋率。 梁截面的初步设计 L=7.2m 板传来的荷载 5.46x4.5=24.57kN/m 主梁自重 25x0.3x（0.6-0.1）=3.75kN/m - 总荷载 28.32kN/m 22 -/1228.32 7.2 /8183.5MLkN mA 取保护层厚度为 30mm 力臂 a=600-30=570mm T=M/a=183.5/0.57=322kN 钢筋应力允许值是 2 360/N mm 32 322 10 /360894 s Amm ，此配筋率是可以满足规范要求的 0.2%的最低配筋率。894/=0.52% s （300 570） 4.2 方案二竖向分体系结构初步设计：（采用的是剪力墙结构体系） 不妨可设剪力墙的厚度为 0.3m，宽度为 7.