KPM框架设计实例-TAT,SATWE.ppt

多层框架设计实例 SATWE设计实例 1.设计资料： n某五层现浇框架教学楼，建筑平、立、剖面图见 图; n现浇楼、屋盖，室内外高差0.45m，基础顶面距室 外地面0.5m，屋顶设50KN水箱（总重100KN）; n抗震设防裂度为8度，类场地土，第一组。 n混凝土强度等级：梁、板、柱为C30，主筋HRB335 变形钢筋，箍筋HPB235钢筋。 n框架填充墙采用300250110水泥空心砖。 2、屋面恒载 n恒载： n20厚水泥砂浆保护层 0.40kN/m2 n25厚水泥砂浆找平层及防水卷材 0.90 kN/m2 n120厚憎水膨胀珍珠岩保温板 0.50 kN/m2 n1：6水泥砂浆找坡 1.80kN/m2 n120厚现浇钢筋混凝土屋面板 3.00 kN/m2 n考虑吊顶及抹灰 0.50kN/m2 =7.2kN/m2 n恒载：屋面恒荷载为7.5kN/m2 n活载：根据荷载规范取为0.5kN/m2 3、楼面恒载： n50mm厚C20细石混凝土面层 240.05=1.2KN/ n100厚钢筋混凝土板 250.1=2.5 KN/ n涂料顶棚 0.5 KN/ n楼面荷载合计： gk =4.2 KN/ n楼面活载 qk =2.0 KN/ n20厚底混合砂浆单面粉刷与水刷石外墙 0.02x17=0.680.8=1.48 KN/ n水泥空心砖 0.25x10.3=2.58KN/ 总计 3.26KN/m2 n钢窗恒载：0.45 n木门恒载：0.2 n教室、办公室、厕所活载：2.0 n走廊、楼梯活载：2.5 n屋面（不上人）活载：0.5 n屋面雪载：0.2(与活载不同时考虑) n基本风压：0.55 一、结构选型 n 建筑物的结构设计,不仅要求具有足够的承载 力,而且必须使结构具有足够抵抗侧力的刚度,使结 构在水平力作用下所产生的侧向位移限制在规定 的范围内.基于上述基本原理,本工程综合分析了结 构的适用,安全,抗震,经济,施工方便等因素,选取了 合适结构方案.此结构为框架体系,由钢筋砼框架承 担竖向力和侧力.本钢筋砼框架刚度布置相对比较 均匀,在满足建筑功能情况下,尽量减少平面扭转对 结构的影响. 1、 板厚 现浇楼盖中，板的砼用量约占整个楼盖的50%- 60%，板厚的取值对楼盖的经济性和自重的影响 较大，在满足板的刚度和构造要求的前提下，应 尽量采用较薄的板，双向板的最小板厚度为 80mm，板的厚度与跨度的最小比值：四边简支 板为1/40，连续板为1/50。本工程最大板跨为 3.25m，其余板跨均为3m，考虑到本工程为教学 楼，板厚可以取下限。故所有板厚取100mm。（ 若为住宅楼，板内埋机电暗管，因此小于3m的板 跨板厚也取100mm以上。） 2、梁设计 1.主次梁与柱网的合理布局 n本工程做主次梁楼盖的柱网布置时优先选择的柱 网是矩形(除建筑有功能要求的以外)以短跨为主 梁,长跨为次梁,而且短跨与长跨的比例应小于0.75 比较经济,本工程一般比较常取0.65-0.7,这样设计 出来的主次梁截面高度能协调一致,从而保证楼盖 的结构高度最小. n本工程主次梁布局主要是依据墙下有梁的方案来 定的. n截面按计算手册确定。 3、柱设计 n柱子设计关键是控制轴压比。本工程为三 级抗震，根据规范轴压比限值取0.9。另外 一个关键问题就是短柱现象。短柱本工程 采取全长加密，取8100。 4、其它 n底层计算层高应算至底层柱的嵌固点,即基础顶面,有些设 计人员忽视这一点,仅将底层层高作为计算层高输入,造成 底层计算刚度大于实际值,不安全.本工程底层层高为3.8m 。考虑至基础顶面距离为0.5m，这样底层计算高度取 4.3m。 n为了减少麻烦,加快计算速度常不执行“特殊梁框定义”菜单, 殊不知,在此菜单中可进行角柱,框支柱这些程序无法自行 判断的构件定义。角柱,框支柱很重要,规范对其内力均有 放大系数,其构造也与其它柱有区别,应该对它们作出定义. 另外,执行本菜单还可以检查框架,连续梁,连梁等设置是否 正确. n相关的地震参数:地震烈度Naf,场地土类别Kd,近远震标志 Ner.这几个参数应根据建筑物所处的位置确定,在SATWE 程序的参数修正中可以设定,但最好在PMCAD程序的人机 交互中设定. n周期折减系数Tc，这一参数是考虑填充墙的刚度对框架的 影响而设置的，应根据建筑物的填充墙材料，数量等来确 定。如果是砌块墙，其早期弹性阶段刚度较大，会吸收很 大的地震力，应通过设定Tc=0.7-1.0来放大地震力,而对于 轻质隔墙,其刚度很有限,可设立Tc=0.9-1.0.该工程外墙采 用300mm水泥空心砖，内隔墙均为200mm厚的水泥空心 砖。考虑填充墙的影响，取Tc=0.9。 n砼的重度GC,程序缺省值为25KN/m3,由于 TAT与SATWE程序可以根据梁柱截面尺寸 计算构件自重,故一般框架结构工程中输入 的荷载不包括梁,柱,墙自重,亦不包括其粉刷 重,对柱,墙来讲,取Gc=25KN/m3则偏小,应根 据工程情况,考虑粉刷,取Gc=26-28KN/m3为 宜，本工程取Gc=26KN/m3。 二、结语 n 由本工程的结构设计，我们可以看到，地震 作用比较复杂，而计算时只是简单地变任意方向 为两个主轴方向，变弹塑性分析为弹性分析。故 得出的结论不一定与实际情况完全相符。所以我 们在认真计算的基础上还应重视概念设计，采取 有效的构造措施等等。另外，我们还应从结构的 整体着眼，针对一些薄弱环节如应力集中部位， 连接节点，主要抗侧力构件等进行加强处理。综 上所述个人总结了以下几点: n(1)从板的设计思想可以看出不论是对板厚的选取 还是板的配筋设计都不仅仅考虑其结构要有足够 的承载力，还要考虑其总体的经济效益。根据经 验，板厚一般取1/35的板跨，这既能满足厚度与 跨度的最小比值：四边简支为1/40，连续板为 1/50，又能满足施工中各种工种管线交叉时所需 的最小板厚的要求。板的配筋主要要注意板面标 高不一样处负筋要断开。另外，对某些温度变化 大的板块或大板块在板面无负筋处加0.1%的温度 钢筋。 n(2)像本工程这种住宅楼选用主次梁楼盖能实现居家对各种 不同功能房间的不同布局的要求。从上文的分析中很明显 就可以看出： n (a)柱网设计成矩形比设计成正方形更合理。另一方面 选择短跨为主梁长跨为次梁可以创造一个较小的楼盖高度 。这对于提高房屋净高，尤其现在的商品住宅建筑非常重 要。 n (b)本工程在框架梁的弹性受力分析和承载力计算时考 虑现浇板共同工作，根据PKCAD手册的规定的取值范围 梁端弯矩的调幅系数取0.85，跨中弯矩的调幅系数取1.2 ，梁扭矩折减取0.4，中梁刚度增大取1.5，边梁刚度放大 1.2。 n (c)根据变形协调条件主次梁应考虑作为一个整体共同 受力，而不能彼此分开单独考虑。当主梁两侧次梁跨度相 差太大要考虑次梁对主梁产生的扭矩作用，这时不能把此 端的次梁设置成铰接。 n3)柱子设计控制轴压比是关键。 n本工程3级抗震轴压比限制为0.9。工程中为了保 证柱子的延性使柱子发生大偏心受压破坏一般控 制轴压比在0.7-0.8之间。但从前面的计算分析中 有许多对轴压比有利的影响因素。只要控制好这 些因素，可以适当的提高一些轴压比的限值。根 据同济大学 肖建庄的混凝土框架轴压比限值分 析中可以看出，一般可以提高0.05，这就可以 适当减小底层柱截面。 n(4)电算只能是一种工具，设计时不能完全 依赖电算结果。而应根据具体情况结合工 程经验对电算结果进行分析调整。 n 总之，结构设计中经常会遇到一些规 范或规程未论及的问题，这就需要设计人 员积累经验，利用正确的概念进行设计。 附加知识点：关于轴压比 n规范通过限制轴压比,主要是希望柱发生延性好的大偏心 受压破坏,从而保证框架柱有足够的变形能力在高轴压比 情况下V-滞回环骨架曲线的下降段比较陡,滞回环的丰 满程度差,在循环次数不多的情况下,框架柱丧失的承载力 较大,耗能的能力较差,在低轴压比情况下V-滞回环骨架 曲线下降段比较平缓,框架柱承受变形能力较大,而承载力 降低不明显,对轴压比加以限制,即要求在满足一定层间变 形时(层间位角为1/500),在反复荷载作用下滞回曲线在第 三个循环抗力下降量不超过前一个循环抗力下降量,保证 在大变形下,仍有稳定的承载能力,从而保证框架柱“大震不 倒”. 关于轴压比限值影响因素的考虑 n(1)框架柱截面形状的影响 n框架柱的断面形状将直接影响着柱截面界限破坏 时钢筋和砼内应变,应力的分布和砼受压边缘的极 限应变,从而影响到不同的截面形式的框架柱,反映 出的强度变形特性是不一样的,在相同条件下,圆形 柱的轴压比限值可提高10%左右.但本工程为公共 建筑，考虑房间布局的因素，只选用矩形截面的 柱而不考虑选择圆柱。 n n(2)框架柱剪跨比(入=H/2h0)的影响 n 建立在截面界限破坏基础上的轴压比公式中,未考虑 剪应力的影响,没有体现出剪跨比的影响,事实上,剪跨比能 够大体反映截面上弯曲正应力与剪切应力的比例关系,因 而是框架柱破坏形式的主导因素.通常认为框架柱的剪跨 比越大,延性越好.在一般配筋条件下,当入2时,框架柱在横 向水平剪力作用下,一般都会发生延性好的弯曲破坏;当入 2时,框架柱就变成了短柱,在横向水平剪力作用下,一般发 生延性差的剪切破坏.这种情况在本工程中出现在与楼梯 休息平台相连的框架柱和墙有大开窗处的框架柱。对与短 柱本工程采取全长加密，取8100。 n(3)箍筋的形式与含量 n 在利用界限破坏条件推导框架柱的轴压比