土木工程毕业设计结构布置方案中的常见问题分析.doc

精品文档毕业设计结构布置方案中的常见问题分析 1. 说明钢筋混凝土多层框架结构抗震设计完整的内容包括三方面：根据建筑物的用途进行建筑方案设计和建筑施工图的绘制；进行结构布置和结构计算；绘制结构施工图。从我校近五年（新规范实施以来）土木工程专业的毕业设计情况来看，学生在结构设计中出现问题最多的就是结构布置方案的确定，而这部分设计主要考察的就是学生的概念设计能力，主要概念点零碎的出现在不同教材的不同章节，而毕业设计要求将这些知识点进行全面的综合应用。这些常见错误点具有一定的规律性和普遍性，本文就这类问题进行简单分析，澄清概念，供大家参考。2. 结构布置方案中的问题2.1 规则结构的设计毕业答辩时偶尔会出现一个现象，突然发现某学生的结构布置方案中出现了“不规则”的问题，而采用常规设计方法进行了后续结构计算与设计，师生均为此设计中的重大疏忽而感到非常遗憾。合理的建筑结构布置在抗震设计中是头等重要的，提倡平立面简单对称。建筑结构抗震设计规范对“不规则结构”进行了严格的界定（抗规P8-9；P204；抗震教材P12），分为平面不规则与竖向不规则，在毕业设计的建筑结构方案设计中主要涉及到的是平面不规则中的“凹凸不规则”及“楼板局部不连续”两个问题，而“扭转不规则”和竖向不规则中的条目主要通过电算来控制。2.1.1凹凸不规则“凹凸不规则”是指结构平面凹进的一侧尺寸大于相应投影方向总尺寸的30%，在抗规3.4.2条的条文说明中以图示的形式明确表达了出来。学生在做建筑方案时经常会出现平面上的凹凸，在确定结构单元时应该适当设置防震缝（6.1.4条），将一个体型复杂的建筑平面分割为多个较规则的结构单元。需要注意的是后浇带可以代替沉降缝但不能代替防震缝，防震缝的设置尽量做到三缝合一。一些同学设置了防震缝，但缝宽不够，会引起地震时的碰撞加重震害，一定要根据相邻结构单元中高度较小者的高度合理确定缝宽，具体见抗规P43、抗震教材P131。在本科教材中都会介绍高层建筑的结构平面布置的一般原则，部分同学就会根据高层建筑混凝土结构技术规程表4.3.3中的的限值2.0（1.5）进行结构平面中的凸出部分的尺寸设计，不觉中就布置成了上述“凹凸不规则“的平面。高规的平面规则条件应该是比抗规的要求更严了，但一定要注意表4.3.3中的三条必须同时满足，且依次互为基础。抗震教材P130。2.1.2 楼板局部不连续“楼板局部不连续”是指楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如：有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50% ，或开洞面积大于该层楼板面积的30% ，或有较大的楼层错层。毕业设计中可能出现的问题是学生的建筑方案1-2层为共享空间，2层楼板需要开洞，特别是单廊式结构就会在不知不觉中使得“有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%“而出现不规则现象。2.2 结构构件平面布置及截面尺寸的确定2.2.1 构件平面布置框架结构中的构件主要有板、梁、柱三种，它们的布置直接影响着结构方案的合理性和结构计算方法。毕业设计中的薄弱环节就是结构的平面布置。设计中首先是根据建筑方案确定柱网。框架结构的经济柱网间距在58米之间，最好不要超过9m，而许多同学习惯性的在每个纵横墙交接处均设柱子，使得柱网过小，方案不够合理。主梁的跨度就是柱子的间距，但纵横两个方向只能有一个方向布置主梁，这就取决于结构的承重方案。房屋横向的抗侧移刚度相对于纵向较差，所以一般情况下将主梁横向布置将有助于提高房屋的整体抗震能力，横向承重体系比较合理。次梁应该与主梁相垂直，布置时应避免在主梁跨中只布置一根次梁使得主梁受力不利（跨中弯矩较大），应最少均匀布置2根次梁，同时兼顾到次梁的间距就是板的跨度，而单向板的跨度最好不要超过3米的要求，也就是次梁的间距最好控制在1.52.5m之间，不要超过3m。次梁的经济跨度在46m间。柱、主次梁的位置确定好后，板的区格大小就定下来了，根据长边与短边之比来确定板的计算方案。混凝土结构设计规范10.1.2条（P125）明确规定长边与短边之比小于2.0时应按双向板计算，而大于3.0时应按单向板计算，对于二者之比在2.03.0间时宜按双向板计算，当按单向板计算时应沿长边方向配置足量的分布构造钢筋。而毕业设计中的多数情况是属于板格长边与短边之比在2.03.0间，但手算时均按照单向板处理了，必须让学生搞清楚这么手算是可以的，但不是最合理的。2.2.2 构件截面尺寸的初估板的厚度应该保证建筑功能和刚度的要求，为了具备足够的刚度，一般情况下单、双向连续板的厚度取其跨度的，而简支板取，悬臂板根部取。同时混凝土规范10.1.1条（P125）也规定了现浇钢筋混凝土板的最小厚度，在同时满足以上两条规定的基础上合理确定板厚。如果出现板厚度超过120mm的情况，说明结构布置方案不够合理，应该进行调整。梁截面尺寸的大小必须保证结构刚度和合理剪跨比的要求，以避免产生过大的挠度变形和斜截面斜压破坏。一般是根据经验跨高比进行初估，然后再在结构计算中进行验算。一般主梁的高度取其跨度的比较合理，次梁的高度取其跨度的比较合理，荷载较大时取大值。矩形截面梁的宽度一般取其高度的比较合理。柱截面尺寸的大小主要根据轴压比限值和高跨比要求进行初估，从而达到保证延性和避免短柱的目的。初估时可以根据典型中柱在板上的从属面积进行荷载简单统计（也可以根据经验取楼面荷载设计值1015kN/mm2），同时要根据建筑结构荷载规范4.1.2-2条（P12，混凝土教材下册P170-171）的规定进行楼面活荷载的折减，计算出底层柱在竖向荷载作用下的轴力设计值。由于大偏心受压柱对称配筋时的截面相对受压区高度与柱轴压比近似相等（），所以从尽量把柱设计成延性较好的大偏心构件的角度出发，笔者建议初估时将竖向荷载作用下的轴压比控制在0.70.8（稍大于界限相对受压区高度）比较合理。在随后的结构计算中再根据结构的抗震等级进行地震作用组合下的轴压比验算。确定好柱截面尺寸后要根据柱的高度（层高）进行高跨比验算，控制柱的高跨比大于4（剪跨比大于2），以避免形成短柱。3. 结构平面布置施工图中的常见问题3.1 构件布置位置及编号不明确在工程设计中往往将结构平面布置与板的配筋表达在同一张图上，学生的图纸往往依照电算结果图主要绘制板的配筋，而忽略了结构平面布置的表达，主要问题体现在以下几个方面：3.1.1构件的定位尺寸不够齐全图上主要表达的是轴线位置，而梁的偏轴尺寸和截面尺寸往往不标注，难以确定梁的具体位置和板的真实尺寸。不标注柱的截面尺寸或定位尺寸，难以确定相邻柱之间的关系。3.1.2 没有构件编号或编号不全一般的本科毕业设计要求进行一榀平面框架的结构计算和截面设计，许多同学没有在结构平面布置图上表达出框架编号及其余构件的编号，失去了图纸之间的关联。也有些同学误以为轴线编号就是框架编号，其实构件布置及负荷面积一致的平面框架应编为同号，从左向右或从下往上依次进行框架编号。框架中已经包含了框架梁及框架柱，其余构件如：次梁、构造柱等构件再进行归并和编号。平面图中出现的结构构件都应该有编号。3.2 楼梯结构平面布置图中问题多由于结构平面图的绘图比例所限，一般情况下都要求对楼梯间的结构布置及配筋图单独表达。楼梯间的结构平面布置及构件编号表达是每年毕业设计图纸中最易出错的地方，梯段梁和平台梁的位置及其支撑构件、平台板与围护墙体之间的关系表达的非常混乱，有的图纸干脆什么构件都不画，基本等同于一张建筑平面图。楼梯根据传荷方式的不同分为板式楼梯和梁式楼梯。板式楼梯适用于楼梯段水平投影长度不超过3m的情况，传荷方式为：斜板楼梯间起步梁楼层框架梁或者斜板（平台板）平台梁构造柱楼层框架梁，平台板与外墙相交处板下也要在墙内侧设平台梁，平台梁与楼层框架梁在高度上相差半层，所以需要在框架梁上设构造柱进行力的竖向传递。梁式楼梯适用跨度较大，为了减小斜板厚度，在斜板两侧设置斜梁，通过斜梁将梯段板上的荷载传至平台梁，其余构件布置同板式楼梯。因此楼梯的结构平面布置图中一定要表达出梯段斜板、斜梁、平台梁、构造柱等构件的位置及其截面尺寸，通常绘出底层、标准层、顶层的平面来全面表达。为了使各种构件的编号更加明确、直观，也绘出楼梯结构剖面进行详尽表达。3.3 板面标高标注不准确、不全面部分图纸直接标注建筑标高或者什么也不标。结构标高应在钢筋混凝土板面处，而建筑标高在板面面层上部，中间相差一个面层厚度，也即楼地面做法的厚度，而卫生间的结构标高应比楼面标高相应降低20-30mm。3.4 顶层柱截面的表达房屋顶层的框架柱与框架梁整浇在一起，均被屋面板盖住了，所以除了部分伸至女儿墙顶的构造柱外，其余柱截面是直接看不到的，应以虚线绘出柱轮廓即可，而相当一