南外河西分校教学楼框架结构设计文献综述

 2022-11-01 01:11
  1. 文献综述（或调研报告）：

随着建筑业的发展，目前多层和高层建筑逐渐增多，钢筋混凝土框架结构是其主要形式，许多城市普遍兴建了包括商场、住宅、旅馆、办公楼和多功能建筑等各种类型的框架建筑。土木工程专业学生毕业后参加或从事框架结构设计已成为必须面对的现实之一。框架结构是由梁和柱组成承重体系的结构。主梁、柱和基础构成平面框架，各平面框架再由联系梁连接起来而形成框架体系。框架结构的最大特点是承重构件与围护构件有明确分工，建筑的内外墙处理十分灵活，可获得较大室内空间、容易满足生产和使用要求等，应用范围很广。其缺点是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坏；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，但相对于各楼层而言，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。但是设计合理的框架仍具有较好的抗震性能。在地震区，纯框架结构可用于12层（40m高）以下、体型较为简单、刚度较均匀的房屋，而对高度较大、设防烈度较高、体系较复杂的房屋，以及对建筑装饰要求较高的房屋和高层建筑，应优先采用框架—抗震墙结构或抗震墙结构。近年来建筑结构设计有了很明显的发展。它表现为其一：设计计算假定与工具的发展。如今在建筑结构的设计计算中,计算机已经取代了繁杂的人算。在设计中CAD、PKPM软件已经被众多的结构设计师所采用。这一方面大大地减轻了设计人员的工作量；另一方面也使得结构设计假定更趋于合理,计算更趋于准确。其二：建筑结构的设计形式趋于多样化，比如框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构等。而在这些结构样式当中，由于框架结构能够提供较大的室内空间，平面布置较灵活，延性较好、方便施工承载力大、结构自重轻、抗震性能好、建造的工业化程度高等优点而被广泛采用。

采用框架结构推广了新型墙体材料的应用，提高了住宅的抗震性能，并可以为住户提供自由分割的空间，丰富了住宅的立面造型，提高了使用面积系数。但是随着建筑高度的增加，水平作用使得框架底部梁柱构件的弯矩和剪力显著增加，从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加，到一定程度讲给建筑平面布置和空间处理带来困难，影响建筑空间的正常使用，在材料和造价方面也趋于不合理。因此在使用上受到层数的限制。框架结构抗侧刚度较小，在水平力作用下将产生较大的侧向位移。由于框架构件截面较小，抗侧刚度较小，在强震下结构整体位移都较大，容易发生震害。此外，非结构性破坏如填充墙、建筑装修和设备管道等破坏较严重。在设计时，应当采取提高抗震性能的措施，设置多道抗震防线，提高结构延性，采用减震方法，优选耗能杆件。此外由于建筑功能的要求、建筑美感受到越来越多的重视以及基于上述缺点，人们对传统框架结构也提出了更多的改进和发展。其中异性柱框架结构的出现就是一大典型。它是一种全新的结构体系，从外观看，边柱为T字形，中柱为十字形，角柱为L形，填充墙与柱同宽，室内柱不出墙，房间美观实用；从结构性能看，摒弃了惯用的矩形柱而采用有剪力墙演变而成的小墙肢，是介于普通框架与剪力墙的结构型式。由于该结构体系平面布置较普通框架灵活，又突破了传统框架规则布置的要求，造价也仅略高于砖混结构，从而受到了建筑师和用户的青睐。随着空间分析程序的日益完善，为该体系的结构分析创造了条件。从而使得异形柱框架结构体系在多、高层住宅中的应用具有广阔的发展前景。除外，在建筑材料方面也有了一些新的技术和产品，如高性能混凝土（HPC）的迅速发展，全方位改变了混凝土的工作概念。其先进性使混凝土的应用范围得到扩大， 使混凝土的社会经济效益不断增长。普通混凝土是以水泥、粗细骨料和水四大组分为原材料；而高性能混凝土则是在前者的基础上，大量增加化学外加剂和矿物掺合料，使其性能得到质的变化。其主要性能特点是很高的抗压强度，流动性大、早期强度高可缩短施工周期提高施工速度，耐久性好，重量轻、节材效果好，其成本与同级高强混凝土相比，直接节约32—58.8元/每平方米。这个概念就是说按1000万平方米/年，HPC节约材料费40元/每平方米，仅节约材料就达4亿元/年。因此高性能混凝土的优越性与经济，使其用途不断扩大，在建筑结构设计的未来一定具有不可替代的地位。

在本次毕业设计中，我们主要根据《工程结构设计原理》、《建筑结构设计》、《工程结构抗震与防灾》中关于结构分析计算的内容进行设计，进行结构布置及计算简图的确定，竖向荷载和水平荷载的计算，竖向荷载作用下框架结构的内力计算和风载、地震作用下的内力计算，框架梁、柱的内力组合及截面设计，楼梯和基础的计算等。同时参考了相关的设计规范规定，并根据《设计规范》进行相关抗震设计，对结构截面进行承载力验算和变形验算以控制变形不要过大。

【参考文献】

[1]曹双寅主编.工程结构设计原理(第3版).南京：东南大学出版社，2012.9

[2]邱洪兴主编.建筑结构设计(第一册)——基本教程(第2版)..北京：高等教育出版社，2013.2

[3]邱洪兴主编.建筑结构设计(第二册)——设计示例(第2版).北京：高等教育出版社，2013.2

[4]单建等.结构力学(第2版).南京：东南大学出版社，2011

[5]张克恭、刘松玉主编.土力学（第3版）.北京：中国建筑工业出版社，2010

[6]赵明华主编.基础工程.北京：高等教育出版社，2010

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