毕业论文（毕业设计）太原某医院病房大楼结构设计

题 目： 太原某医院病房大楼结构设计 学院： 土建 专业： 土木工程 学生姓名：XXXX学号：0XXXXX文献综述：1.框架结构概述框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。采用结构的房屋墙体不承重，仅起到围护和分隔作用，一般用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、空心砖或多孔砖、浮石、蛭石、陶烂等轻质板材等材料砌筑或装配而成。刚性连接的梁比普通梁式结构要节约材料，结构的横向刚度较大，梁的高度也较小，故可增加房屋的净空，是一种经济的结构形式。房屋的框架按跨数分有单跨、多跨；按层数分有单层、多层；按立面构成分有对称、不对称；按所用材料分有钢框架、混凝土框架、胶合木结构框架或钢与钢筋混凝土混合框架等。其中最常用的是混凝土框架（现浇整体式、装配式、装配整体式，也可根据需要施加预应力，主要是对梁或板）、钢框架。装配式、装配整体式混凝土框架和钢框架适合大规模工业化施工，效率较高，工程质量较好。混凝土框架结构广泛应用于住宅、商店、旅馆、办公楼等民用建筑和电子、仪表、化工、食品等多层厂房。这种建筑的优点为：建筑平面布置灵活，可获得较大的使用空间，建筑立面较易处理，能适应不同房屋造型。框架结构是高次超静定结构，既承受竖向荷载，又承受侧向作用力，如风荷载或水平地震作用等。一般情况下，计算时不考虑填充墙对框架抗侧的作用，因为填充墙的存在在建筑物的使用过程中具有不确定性，而且填充墙常常采用轻质材料，或在墙与柱之前留有缝隙仅通过钢筋柔性连接。但当填充墙采用砌体墙并与框架结构为刚性连接时，则在水平地震作用下，框架结构将发生侧向变形，填充墙将起斜压杆的作用。在水平地震作用下，刚性填充墙对框架侧向刚度有较大贡献，要尽量使结构的整体抗侧刚度对称，以免地震时产生过大的整体扭转。框架建筑的主要优点：空间分隔灵活，自重轻，有利于抗震，节省材料；具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构；框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，以缩短施工工期；采用现浇混凝土框架时，结构的整体性、刚度较好，设计处理好也能达到较好的抗震效果，而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状。框架的结构缺点为：框架节点应力集中显著；框架结构的侧向刚度小，属柔性结构框架，在强烈地震作用下，结构所产生水平位移较大，易造成严重的非结构性破性；钢材和水泥用量较大，构件的总数量多，吊装次数多，接头工作量大，工序多，浪费人力，施工受季节、环境影响较大；不适宜建造高层建筑， 框架是由梁柱构成的杆系结构，其承载力和刚度都较低，特别是水平方向的（即使可以考虑现浇楼面与梁共同工作以提高楼面水平刚度，但也是有限的），它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，其总体水平位移上大下小，但相对与各楼层而言，层间变形上小下大，设计时如何提高框架的抗侧刚度及控制好结构侧移为重要因素，对于钢筋混凝土框架，当高度大、层数相当多时，结构底部各层不但柱的轴力很大，而且梁和柱由水平荷载所产生的弯矩和整体的侧移亦显著增加，从而导致截面尺寸和配筋增大，对建筑平面布置和空间处理，就可能带来困难，影响建筑空间的合理使用，在材料消耗和造价方面，也趋于不合理，故一般适用于建造不超过15层的房屋。2.框架结构设计方法一、理论基础：钢筋混凝土框架结构的设计方法先后经历了容许应力设计方法、破损阶段设计方法和极限状态设计方法。容许应力法以线弹性设计方法为基础，要求在使用荷载作用下构件截面的应力不大干容许应力，截面应力按线弹性设计方法求出，容许应力是用材料的强度除以安全系数求得。容许应力法仅考虑材料的弹性性质，容许应力取值也无科学依据，框架结构设计是否安全可靠无法用实验来验证。破损阶段法以塑性设计方法为基础，要求在使用荷载作用下构件截面的内力不大于破坏时内力除以某一安全系数，破损阶段法使构件有了总的安全度的概念，可以说它开创了一个新局面。但它仍存在一些重大的缺点：只保证了构件的强度，但却无法了解构件正常使用是否满足要求；安全系数取值仍须经验，并无严格科学依据；单一安全系数不能对不同荷载、材料、构件区别对待，从而正确地度量框架结构的安全度。极限状态法是破损阶段的发展，它规定了框架结构的极限状态，并把单一安全系数改为三个分项系数，即荷载系数、材料系数和工作系数，从而把不同荷载、材料、构件区别对待，使构件具有比较一致的安全度。从本质上讲，破损阶段设计法和极限状态设计法中的承载力极限状态设计所依据的都是极限强度设计方法。极限强度设计方法的基本原则是求出截面破坏时的极限承载力，然后控制截面在使用荷载作用下的内力不大于破坏时的极限承载力除以某个考虑安全的系数。系数可用单一系数，即破损阶段法；也可用分项系数，即极限状态法。随着可靠度设计方法的发展，安全系数的取值已经从传统的定值设计法发展到今天的半概率设计法，又在向近似概率设计法发展，使框架结构设计的极限状态设计方法向更完善、更科学的方向发展。但是，只有框架结构的极限承载力得以准确评估后，框架结构安全系数更为精确、科学的取值才会更有意义，框架结构安全度才能得到充分保证。框架结构在承受水平荷载作用下属剪切型破坏。近年来，有关学者对框架结构在地震作用下的分析表明多层框架的震害可分为8种整体破坏情况，4中构件部位破坏、6种构件受力破坏情况，2种短柱破坏情况，现分述如下:1. 整体破坏: （1)、柱筋拔断、整幢倾倒:一侧柱筋在一楼拔断，整幢房屋向另一侧倾倒。(2)、全柱溃断、整幢压扁:框架弱柱强梁，全部柱每层折断或压溃，整幢房屋压扁成层叠状。(3)、局柱溃断、整幢倾斜:局部柱压溃或折断，其它柱完好，整幢房屋因局部下陷而倾斜。(4).部分压扁、部分破坏:同幢房屋中部分柱压溃折断压扁成层叠状，部分柱严重破坏，但未压溃折断，故成部分压扁、部分破坏(5)、底柱压溃、底层压扁:底层柱压溃，底层压扁，整幢房屋下陷。(6)、底柱折断、底层扁移:底层柱折断，底层压扁，整幢房屋侧移。(7)、柱端破坏、底层倾斜:底层柱上下成塑性铰破坏，底层倾斜、上部房屋平移。(8)、柱顶破坏、底层平移:底层仅柱上端破坏成塑性铰，柱成弯曲状，柱下端完好，整幢房屋平移。以部位分为4种破坏情况(1)、柱头破坏(2)、柱中破坏(3)、柱底破坏。(4)、节点破坏以受力分为6种破坏情况:(1)、柱剪切破坏。(2)、柱剪压破坏(3)、柱压屈破坏(4)、柱压弯破坏(5)、柱塑性铰破坏。(6)、梁剪切破坏短柱破坏主要为剪切破坏。分析震害现象发现，多层框架中8种整体破坏、构件破坏中的4种部位破坏、5种受力破坏、短柱中的2种受力破坏，都说明在多层框架的震害中，整体破坏的全部、构件破坏的大部分都因柱构件的破坏而引起，故柱在多层框架的抗震中占据十分重要的位置，是框架抗震的主要矛盾。二、设计步骤：1、框架梁柱的截面设计原则 根据震害分析，以及近年来国内外试验研究资料，应把框架设计成延性结构。粱、柱塑性铰设计，应遵循下述原则：(1) 强柱弱梁。要控制粱、柱相对强度，使塑性铰在梁中先出现，尽量避免或减少在柱中出现。严防框架结构形成几何可变体系而倒塌。(2) 强剪弱弯。要提高构件的抗剪承载能力，使其大于塑性铰的抗弯承载力，以防过早地发生剪切破坏。(3) 强节点、强锚固。设计中应保证梁的塑性铰在充分发挥作用前，框架节点、钢筋的锚固不致过早破坏。2、提出结构方案多层钢筋混凝土框架结构是一种由梁和柱以刚接或铰接相连接成承重体系的房屋建筑结构。多层钢筋混凝土框架结构设计文件与图纸是最主要的依据之一， 全面理解设计文件，并规范进程加以实施，是结构方案的主要工作。3、框架梁的设计 弯矩调幅 框架中允许梁端出现塑性铰，因此在梁中考虑塑性内力重分布。通常在竖向荷载作用下可考虑支座调幅以降低支座弯矩，现浇框架的支座弯矩调幅系数可采用0.80.9，水平荷载作用下产生的弯矩不参与调幅，弯矩调幅在内力组合之前进行。同时应注意梁跨中设计弯矩值不应小于按简支梁计算的跨中弯矩的一半。 梁的正截面受弯承载力计算 为了提高梁的延性，阻止脆性破坏，应满足下列要求； (1) 受压区混凝土高度 x0.25h0(一级抗震设防时)，X0.35h0(二级抗震设防时)； (2) 梁端截面底面和项面配筋量的比值，除按计算确定外，一级不应小于0.5，二、三级不宜小于0.3。通长钢筋，一、二级不应少于 214，且不应少于其较大纵向钢筋截面积的14；三、四级不少于212； (3) 梁端纵向受力钢筋的配筋率不应小于最小配筋率，且不宜大于2.5。贯穿中柱的每根纵向钢筋直径一、二级均不宜大于柱截面高度的 120。 梁斜截面受剪承载力计算 (1) 剪压比的限制。为防止混凝土在抗剪钢筋屈服前过早地发生脆性破坏，应使梁内平均剪应力与混凝土抗压强度设计值之比，即剪压比不应过大，也就是梁的截面不应太小。 (2) “强剪弱弯”原则调整梁的截面剪力。为了避免梁在弯曲破坏前发生剪切破坏，应根据不同的抗震设防等级调整。 框架柱的设计 (1) 轴压比的限制。柱的轴压比应不超过，对一级为0.7，二级为0.8，三级为0.9的规定。变形能力要求高和类地上的高层建筑其限值应适当减少。 (2) 按“强柱弱梁”原则复核柱的配筋。为使塑性铰首先出现在梁端，柱的抗弯能力大于梁的抗弯能力，梁柱端弯矩，除顶层和轴压比小于0.15者外，应符合下列要求： 一级 Mc=1.1入Mb 二级 M =1.1Mb 式中：Mc节点上下柱端顺时针或反时针方向截面组合弯矩设计值之和； Mb 节点上下梁端反时针或顺时针方向组合弯矩设计值之和； 入实配系数。可按左右梁端纵向受拉钢筋实配面积之和与计算面积之和比值的1.1倍采用。 (3) 按“强剪弱弯”的原则调整柱的截面剪力。为防止柱在压弯破坏前发生剪切破坏，柱的端部截面组合的剪力设计值应以调整。 框架节点震害调查表明，框架节点破坏主要是由于节点核芯区箍筋数量不足，在剪压共同作用下混凝土出现斜裂缝，箍筋屈服甚至拉断，从而柱的纵筋被压屈引起的。为了防止节点核芯区剪切破坏，必须保证其混凝土的足够强度和箍筋的足够数量。 3抗震设计建筑物抗震等级（抗震设防标准），建筑工程抗震设防分类标准根据建筑重要性、使用人数的不同把建筑分为甲乙丙丁四类，如三级甲等医院因为地震时要救人，定为甲级，其设防烈度和抗震措施要提高一度，设计采用的地震动参数要经过专门的地震安全性评价确定；中小学教学楼因为学生多，自救能力弱，定为乙类，其设计采用的地震作用按照当地的抗震设防烈度，但抗震措施要提高一度，所以按照规范规定，这次汶川的中小学应当都采取8度的抗震措施，不应该突然倒塌。 一般建筑如住房设防类别为丙类，其设计采用的地震作用按照当地的抗震设防烈度，抗震措施也不提高。丁类的一般是仓库等，抗震要求更低。目前，在钢筋混凝上框架结构的抗震设计中“塑性铰控制”理论发挥着越来越重要的作用，其要点如下：钢筋混凝上结构可以通过选择合理截面形式和配筋构造来控制塑性铰的出现部位；抗震延性结构应当选择并没计有利十抗震的塑性铰部位；在预期出现塑性铰的部位应该通过合理的配筋构造来加大其塑性变形能力，防止过早出现脆性的剪切及锚固破坏。因此，钢筋混凝上延性框架没汁的基本原则是：塑性铰应该尽可能出现在梁的两端。设计成强柱弱梁；避免粱、柱过早剪坏。在可能出现塑性铰的区域内，应设计成强剪弱弯；避免出现节点区破坏及钢筋的锚同破坏，设计成强节点、强锚同。（1）强柱弱梁 当梁相对较弱，柱相对较强时，大部分塑性铰出现在梁端，结构不容易形成几何可变体系，因为塑性铰数量多且分散在各层，也就是说塑性变形分散在各层；当柱相对较弱，梁相对较强时，柱中塑性铰数量增多。如果柱中塑性铰集中在某一层，则因为塑性变形集中，使得该层成为薄弱层，易形成几何可变体系。梁是受弯构件，容易实现大的延性和耗能能力，而柱是属十压弯构件，特别是轴压比大的柱，不容易实现大的延性和耗能能力。柱是重要的承重结构构件。一旦出现大的塑性变形，难以修复，柱的破坏可能使整个结构倒塌所滑强柱弱梁型框架就是要尽量减少或推迟柱中塑性铰的出观，尤其要防止同一层各柱上、下端都出现塑性铰，（2）强剪弱弯在钢筋混凝土框架中，粱和柱的破坏形态可以归纳为两种：正截面的弯曲破坏和斜截面的剪切破坏。 当发生正截面弯曲破坏时，在破坏之前将会先形成塑性铰，只要设计合理妥当，形成的塑性铰会具有良好的变形能力和耗能能力但是当发生的是斜截面剪切破坏时，其延性小，耗能差，属于脆性破坏，所以，在钢筋混凝上框架的抗震设计中，为了保证粱和柱中出现塑性铰不会过早地发生剪切破坏，就应该使梁和柱在塑性铰处的受剪承载力大于受弯承载力，以实现强剪弱弯考虑到梁端和柱端正截面实际受弯承载力大于其弯矩没汁值(因为钢筋和混凝上的实际强度大于其强度设计值)，所以为保证梁端和柱端斜截面受剪承载力高于其正截面承载力，在斜截面受剪承载力计算时，将剪力设计值作了适当的放大。（3） 强节点、强锚固在延性框架没汁中，除了应保证梁和柱构件有足够的承载力和延性之外，保证节点区的承载力使之不过早地破坏是非常重要的。因为节点区破坏或变形过大，梁和柱就不能形成抗侧力的框架。在竖向荷载和地震作用下，梁柱节点区受力很复杂，主要受压力和剪力。其可能出现的破坏形态有两种：剪压破坏和粘结锚固破坏。 当节点处剪压状态时，节点中会产生沿对角方向的主压应力和主拉应力在节点区混凝上开裂以前，节点处于弹性工作阶段，剪力主要是由混凝上承受，节点中的箍筋应力很小，但是一旦主拉应力超过混凝上的抗拉强度，节点区就会产生沿受压力的对角线出现斜裂缝，箍筋应力增大，剪力由混凝上和箍筋共同承受。在地震反复作用下，会形成交叉斜裂缝，大部分箍筋屈服，混凝土被挤压破碎，纵向钢筋被压曲成灯笼形状，节点就破坏了。框架结点的抗震没汁原则： 节点的承载力不应低于其连接构件的承载力；受多遇地震作用时，节点应在弹性范围内工作：受罕遇地震作用时，节点承载力降低不得危及竖向荷载的传递；加强节点约束。主要参考文献：1建筑结构荷载规范（GB 500092001）.北京：中国建筑工业出版社, 20012混凝土结构设计规范（GB 500102002）.北京：中国建筑工业出版社, 20023 建筑抗震设计规范（GB 500112001）. 北京：中国建筑工业出版社, 20014多层及高层建筑结构设计.北京；中国建筑工业出版社，1998.5混凝土房屋结构设计. 吕晓寅 刘林主编. 北京交通大学出版社 2009 6建筑设计技术细则. 经济科学出版社. 20057. 土木工程抗震设计. 周云 宗兰 张文芳主编. 科学出版社8.建筑结构荷载规范(GB50009-2001)9.钢筋混凝土结构设计范例中国建工出版社，2003。10.高等学校建筑工程专业毕业设计指导中国建筑工业出版社，2000。研究方案： 本次毕设所用的理论基础和研究方法详见文献综述第二点。 研究步骤：首先进行建筑设计并绘制结构的平面、剖面方案草图 进行方案讨论并确定方案进行结构设计，先定尺寸，再进行结构设计，包括结构选型荷载计算，选择一榀框架进行各种荷载下结构内力计算，并运用建研院编制的PKPM软件进行校核。完成配筋，图纸并完成论文。具体步骤如下：一、建筑设计的要求和内容1、 平面设计（1） 根据设计要求，研究拟建建筑物的位置及朝向，确定建筑物的平面分区及各房间的平面形状面积大小及位置。（2） 按使用功能要求及经济合理性选择结构体系。（3） 根据防火要求，分析确定门厅、走廊、楼梯、电梯等位置和数量。（4） 根据墙的围护、承重作用及柱网等确定墙的厚度、柱的尺寸及轴线位置。2、 剖面设计（1） 根据建筑物功能确定各层层高。（2） 根据选定的结构体系，估算主要构件的尺寸，如梁、板、柱等。（3） 确定楼梯及建筑物部分剖面尺寸。3、 立面设计（1） 根据平面和剖面设计，绘制建筑立面轮廓图。（2） 根据体型组合，调整各部分比例尺度，使其完整均衡，比例恰当，主次分明，并使体型简洁，与环境协调。（3） 运用各种手法，进行立面处理，使建筑具有一定美感，并对门廊、雨篷等部分进行重点处理。