本科土木工程工民建方向毕业设计结构设计的计算步骤.doc

本科土木工程工民建方向毕业设计结构设计的计算步骤1. 构件截面确定对于构件界面要求一般是先按照刚度、构造等要求估算截面尺寸，然后进行计算，最后验证刚度和构造是否要求。对于具体构件的具体估算方法如下：1.1.楼板厚度的确定 按刚度条件，板厚为l/50；（l是最大板的最大跨度）按构造要求，现浇钢筋混凝土双向板的厚度为80mmh160mm；取以上两条的最大值；1.2.主梁截面尺寸确定主梁高h=(1/141/10)l（l是主梁的最大跨度）主梁宽b=(1/31/2)h取以上两条的最大值；1.3.次梁截面尺寸确定次梁高h=(1/161/12)l，（l是次梁的最大跨度）次梁宽b=(1/31/2)h1.4.框架柱截面尺寸确定对于多层框架，无论从受力的角度，还是柱的净高而言，都以底层最为不利。底层结构层高H，柱截面高度取h=(1/151/20)。对于三级以上建筑物，需要限制柱的轴压比，柱截面面积应满足下式：，分别要计算中柱和边柱，何在根据一个柱子承受的面积和层数估算。1.5.材料选择a) 混凝土强度等级：b) 钢筋级别：1.6注意点：1、对于板梁的估算尺寸，为了保证不至于后面计算刚度后不合要求重新算，在没有建筑方面特殊要求的情况下，截面尺寸取得稍大点，但是不应该过大，过大不经济。一般比范围的中间值大点即可；2、在估算柱子的尺寸时，注意要对于抗震等级大于二级的建筑物有轴压比的限制，一定要考虑，否则最后容易超限。而且在计算柱子的尺寸时，应注意尺寸，小可能不合刚度要求，大的话造价会大大提高。3、选取混凝土和钢筋强等等级的时候应考虑国家规范要求、工程上使用的频繁度和购买的难易程度。2. 荷载计算2.1计算构件的线刚度计算梁柱的线性刚度，为下面的内力计算做好准备。并计算出各节点在各方向的刚度分配系数。2.2、恒荷载的计算对于横荷载计算，计算楼板荷载，需要计算结构层，各种防水，楼面层，吊顶，抹灰的各种荷载，然后计算墙的荷载，也是分为结构层，抹灰装饰层等荷载，一般墙下会设置梁，因此先计算墙的荷载。2.3、活荷载的计算按照荷载规范的要求，对于建筑使用用途选择活荷载值，进行计算。2.4，板传给梁的荷载计算板的荷载按照单向板或者双向板的计算方法传给梁，计算梁上的荷载，加上梁上有墙的话，墙的荷载等即为梁上的荷载。一般双向板的话多为梯形荷载，单向板的话为均布荷载。最后得到一榀框架的恒荷载图和活荷载图。2.5注意点1、 在计算梁的抹灰自重的时候不要算多了，一般底面会在楼板的抹灰荷载计算中已经计算，不要算重复了。2、 算出来传到梁的荷载，不需要进行恒荷载和活荷载的组合，要分别计算内力，然后再进行内力组合的。即不是荷载计算完之后就恒活荷载组合，而是先计算内力，再进行组合。3、 荷载计算应和建筑设计相符合。不过设计院的人一般是根据经验直接取值，除特别的使用用途的建筑物很少细致计算的，但是对于毕业设计还是好好计算下。3. 恒活荷载框架内力计算3.1，计算梁端弯矩根据前面得到的恒活荷载，计算梁端弯矩和剪力。用的是结构力学的方法。3.2.计算各节点的各方向的弯矩利用力矩二次分配法计算各节点的各方向的弯矩。在计算的时候恒活荷载的各节点弯矩分开计算，分别得到弯矩图。3.3计算梁端剪力和柱的轴力其中计算梁端剪力的方法是：梁端剪力其中： 梁上均布荷载引起的剪力， 梁端弯矩引起的剪力，FG跨梁上集中荷载引起的剪力，计算柱子轴力的方法是：柱轴力N=V+P其中： V梁端剪力； P节点集中力及柱自重；3.4得到各构件的内力图根据以上方法求得梁柱的恒活载下的弯矩图、恒活荷载下梁柱的剪力图、恒活荷载下柱子的轴力图。3.5、注意点1、 本内容计算量比较大，而且在毕业设计的过程中难免会遇到发现前面的计算有问题，如果计算完了之后，发现前面的有问题，需要重新计算。自己的经验是利用excel编程，这样子即便是后期需要进行修改，改一个数字之后所有信息都可以自动修改。2、 在画内力图的时候，一般在恒荷载作用下的弯矩图在有次梁的情况下一般是弧状并且在次梁位置有转折。当时自己画的时候就忘了这一点，一般可以用CAD去绘图，看上去漂亮点。4. 风荷载作用下内力计算以及横向侧移验算4.1、风荷载计算利用多高层课本或者是混凝土结构设计课本或者是荷载规范上的计算公式计算求得，计算公式和各量的意义如下：式中：基本风压，根据任务书求得；风压高度变化系数；风荷载体型系数；风振系数，基本自振周期对于钢筋混凝土框架结构可用（n是建筑层数）估算，大约为，应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响，； ：下层柱高；：上层柱高，对顶层为女儿墙高度的2倍；：迎风面得宽度,B=5.4m。4.2计算侧移刚度抗侧刚度是分为三种情况进行计算的，节点所属的情况不同，则柱的抗侧刚度也不同，具体在多高层课本上有。4.3，风荷载作用下的侧移计算侧移的计算运用到的公式及其含义如下：式中： 第j层的总剪力； 第j层所有柱的抗侧刚度之和；第j层的层间位移。计算完侧移只要要进行验算，一般框架结构要求1/550，框剪结构要求1/800，剪力墙结构，筒中筒结构要求1/1000；4.4、风荷载作用下的内力计算运用的是D值法，D值法是改进的反弯点法。分别计算各构件的D值，然后修正反弯点高度。计算得到各构件的弯矩，在依据弯矩计算各构件的剪力。画出风荷载作用下的弯矩图和剪力图。4.5、注意点1、 计算刚度和D值的时候一定要分清楚不同情况用的是不同的公式。2、 注意不要计算了侧移刚度之后忘了验算。注意限值是层间最大位移和层高之比的限值。5. 地震作用计算5.1、重力荷载代表值的计算计算方法分别计算梁柱重量，建议列表计算，每层的各种梁净跨，界面，荷载标准值，数量，单重，总重信息；每层柱子计算高度、界面、密度、体积、数量、单重、总重等信息；内外填充墙的计算产地股，计算高度，计算厚度，荷载标准值，总重等信息；楼板的恒活载按照各代表值乘以计算的面积。最后得到各层的重力荷载代表值G。5.2、计算横向框架自振周期计算公式和各量的意义如下:式中基本周期调整系数，考虑填充墙使框架自振周期的影响，框架结构取0.65；框架的顶点位移。在未求出框架的周期前，无法求出框架的地震力及位移，是将框架的重力荷载视为水平作用力，求得的假想框架顶点位移，然后由求出，再用求得框架结构的底部剪力，进而求出框架各层剪力和结构真正的位移。5.3、横向水平地震作用计算运用的方法是底部剪力法，用的公式是，=0.08T1+0.07，是根据抗震烈度和场地类型确定的。5.4、横向框架抗震变形验算利用算出来的层间剪力和之前计算风荷载时计算得到的刚度计算水平变形位移。5.5、水平地震作用下的横向框架的内力分析运用的是D值法，梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按一下公式计算。 （1） （2） （3） （4）式中：、分别表示节点左、右梁的线刚度；、分别表示节点左、右梁的弯矩；为柱在层的轴力，以受压为正。得到地震作用下的弯矩图和剪力图。5.3注意点：1、 列表计算中，一般第一层高度较大，以上几层的高度一般都一样，这个因素是只影响柱子和墙的重量的。因此对于梁板的自重一般的都是一样的。最上层注意是只有女儿墙的高度的。2、 在水平变形位移的验算时，注意某层的剪力是其剪力和其上各层间剪力的和。因此，此时底层的层间相对转角有时候会不满足要求。万一不满足，需要重新设置柱子尺寸重新计算。3、 计算出剪力和弯矩后注意方向性。6. 内力组合及弯矩调整6.1选取梁柱的危险截面一般对于梁选取柱两边的支座截面和跨中截面，对于柱子选取上下截面。6.2，对于竖向荷载下梁的弯矩调幅计算可以考虑梁端塑性变形内力重分布而对梁端负弯矩进行调幅，先确定调幅系数，梁端负弯矩减小后，再按平衡条件计算调幅后的跨中弯矩。确定出梁左支座截面弯矩，梁右支座截面弯矩，梁跨中弯矩，集中力作用处的弯矩，最大弯矩。6.3内力组合主要考虑以下的内力组合方式：地震作用参与下的组合1）不考虑地震作用2）（由活载控制）；3）4）（由恒载控制）。6.4柱端弯矩设计值的调整对于建筑根据俄混凝土结构设计规范的要求，计算出柱子的轴压比，然后根据规范要求进行调整，确定柱端弯矩增大系数，一般是根据抗震等级取值。如抗争等级为二级的时候，取1.5。6.5确定承载力康利调整系数作用效应S设计值应采用表达式：，：承载力抗震调整系数；：地震作用效应或地震作用效应与其他荷载效应的基本组合；：结构构件的承载力。6.6注意点：1、 对于调幅主要只调竖向荷载下的弯矩，即主要是恒活载，仍需进行恒活在分别计算，依旧建议用Excel编程，这样的话可以少计算很多量。2、 对于内力组合还是建议运用Excel编程，列表选出最不利组合。3、 <此条应特别注意>在截面配筋时，组合值与地震力组合的内力均应乘以后再与静力组合的内力进行比较，挑选出最不利内力。7. 梁柱配筋计算7.1计算梁正截面的配筋计算方法按照混凝土结构设计原理的方法计算即可，判断是否是T型梁，翼缘长度，第几类T型梁等等，然后按照公式计算即可。计算出梁的配筋之后，要验证在地震作用参与组合时对弯矩进行折减，然后进行验算。7.2计算梁斜截面的配筋找出最不利的剪力。为了防止梁在弯曲屈服前先发生剪切破坏，即满足强剪弱弯的要求，截面设计时，在考虑地震组合时对剪力设计值进行调整如下：式中：剪力增大系数，对二级框架取1.2；梁的净跨，对第一层梁，ln左2.0m，ln右=6.6m；梁在重力荷载值作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计值；，：分别为梁的左右端顺时针方向或逆时针方向截面组合的弯矩值配筋计算方法按照混凝土结构设计原理的方法计算即可。7.3计算柱截面的配筋要先验算轴压比，是否满足工程抗震等级下的轴压比要求。然后按照柱配筋计算方法计算即可，计算计算高度，判断大小偏压等等，7.4注意点：1、 <此条应特别注意>这里需要输入钢筋符号，这个输入方法是需要在网上下载字体的，具体在网上下好字体然后放到windows的字体文件夹中，还需注意在打印的时候，一般打印店无此字体，因此要先转化成PDF格式再去打印。2、 选择钢筋的时候应考虑到施工的难易程度，有时候为了施工方便，配筋面积可以偏大点。3、 计算柱子的配筋时应进行Mmax，Nmax，Nmin等三种组合下的计算，选出配筋面积最大的配筋面积。8. 板的配筋计算8.1、确定板的计算方法主要是确定板的材料和单双向板的分类，一般情况下，在设计中会存在单向板和双向板都存在的情况，建议两个都算下。一般分别选取单向板和双向板跨度都很大的板进行计算。8.2单向板的计算首先确定荷载，计算方法和前面的荷载计算方法一样。其次确定单向板的计算简图，一般取1m板宽作为计算单元，因为一般在施工的时候和梁现浇在一起的，因此边界条件是梁端固结。最后是内力计算，按弹性理论计算，然后计算板的配筋信息，计算方法和普通梁的相同。8.3、双向板的计算首先同样确定荷载，计算方法和前面的计算方法一样。其次确定单向板的计算简图，整体进行判断边界条件，具体根据混凝土结构设计课本中的定义；最后是内力计算，按弹性理论计算，确定双向的卡杜，计算出比值n，查课本得到My、Mx，然后分方向进行计算配筋信息。8.4、桡度验算根据公式 计算， 其中：F：表示挠度； Bc：板的抗弯刚度，Bc=：按照白国良、王毅红主编混凝土结构设计（第一版）附表2.6取值8.5注意点：1、 一般情况下，手算的时候不能全部楼板都计算，因此算跨度最大的，即最危险的板，然后按照这个板的配筋进行计算；2、 单向板计算时，因为在长跨方向受力很小，因此没有计算，但是在画配筋图的时候要按照构造配筋。9. 楼梯计算9.1、确定设计资料主要是确定尺寸，包括开间，进深，踏步宽，休息平台等内容，材料类型，安全等级。9.2确定计算简图和楼梯结构类型按照尺寸画出结构的计算简图，然后选择某一跑进行计算，一般选择跨度最大的一跑。确定楼梯结构类型，一般跨度不大采用板式楼梯，大跨度采用梁式楼梯。9.3梯段板设计确定斜板厚度，根据之前的尺寸确定净长和斜向净长。然后根据进行估算梯段板厚度荷载计算，计算方法和前面一样然后画出有荷载作用计算见图，按照板的方法计算出配筋9.4平台板的设计计算方法和前面板的方法一样，不再累赘述说。9.5平台梁的设计计算方法和前面梁的计算方法一样，不再累赘述说。9.6梯柱设计因为梯柱只受到来自简支梯梁传来的压力，基本上可以理解为轴向压力。所以梁传来的荷载为梁所受力的一半，用公式计算出A即可。9.7注意点：1、 在楼梯设计中，尤其要注意构造配筋，一般楼的构造配筋比较多，在设计院中，很多时候楼梯都是直接画的，没有经过计算的，2、 一般在梯柱设计中会出现超出墙面的情况，最好在建筑图中表示出来。10. 基础设计10.1确定工程地质条件一般任务书中，或者甲方会提供给设计方，是由地质勘测的人进行整理的。10.2确定基础荷载一般在框架结构中，采用的是柱下独立基础，因此基础荷载主要是上面柱传下来的荷载，根据前面柱的计算得到的荷载。10.3基础尺寸的初步确定这一步要根据经验，先确定一个基础埋深。然后进行地基承载力修正，再很据上面的荷载估算出基础底面的面积。10.4，验算偏心距偏心距是：e=MK/（Fk+Gk），要小于l/6，l为基础长边尺寸。10.5验算基底最大压力PKmax用公式求得，然后和修正后的地基承载力进行对比，要满足小于。至此，确定了基础的尺寸。10.6进行冲切验算对象时柱脚和变截面处，按照基础工程课本的计算方法计算即可，并不是很难，要注意冲切面面积的计算。10.7，配筋计算基础配筋计算并不是很难，步骤和公式如下：10.8注意点1、 <此条应特别注意>冲切面积的计算，注意在新的地基规范有了修正，和老的地基基础规范是不同的2、 配筋的计算注意对于多阶的基础变阶处也要进行计算。然后去最大值。对于考虑地震作用的结构设计的计算步骤手算的话到此为止已经全部计算完毕。