国家智能测控产品质量监督检验中心实验楼6轴、S轴框架结构设计文献综述

 2022-10-25 12:14:38

文献综述:

框架结构是指由梁和柱以钢筋相连接而成,构成承重体系的结构,即由梁和柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。框架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等轻质板材砌筑或装配而成。

框架建筑的主要优点有空间分隔灵活,自重轻,节省材料,可以较灵活地配合建筑平面布置,利于安排需要较大空间的建筑结构;正如本工程的实验室大厅。但是框架结构体系也具有明显的缺点: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;不适宜建造超高层建筑, 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稍高,故一般适用于建造不超过15层的房屋,因此本工程4层实验楼采用框架结构较为合适。

框架结构设计的内容大致分为四个环节:结构平面布置,楼盖设计,框架设计以及施工图的绘制。荷载计算时,需要对恒荷载、活荷载、风荷载以及地震荷载等进行合理的组合。构件设计时,则需要依据规范要求验算各方面承载力以及裂缝宽度,检验结构的强度、刚度和稳定性,从而满足承载能力极限和正常使用极限的要求。施工图绘制时,需要参考混凝土结构施工图平面整体表示方法和制图规则,提供必要的构造详图。

在竖向荷载作用下,框架结构的梁和柱都受到竖向力和弯矩的作用,结构受梁跨中弯矩和支座弯矩控制;在水平荷载作用下,框架柱受到水平剪力和柱端弯矩的作用,从而产生水平位移,梁端为协调变形则产生弯矩和剪力,因此结构整体由柱端截面的轴力、剪力和弯矩控制。另外,目前对于钢筋混凝土框架结构,常用弹性分析法进行结构内力分析,即假定构件线刚度保持不变;但是混凝土不是理想的弹性材料,混凝土构件的线刚度并非保持不变,所以需要适当的梁端弯矩调幅使得内力计算更符合实际情况。并且,弯矩调幅能够有效地提高结构的延性,将钢筋布置调整得更加合理,同时保证在结构破坏时有较多的截面达到极限承载力,从而充分发挥结构的潜力,有效节约材料,提高经济性。

竖向荷载由恒荷载和活荷载产生,而水平荷载主要考虑风荷载和地震荷载。依据规范进行合理组合。

抗震设计时,我国现行抗震规范通过三阶段设计实现“小震不坏,中震可修,大震不倒”的“三水准”设防目标。第一阶段设计是多遇地震烈度下的强度验算和弹性变形验算;第二阶段设计是罕遇地震烈度下的弹塑性变形验算。第三阶段的设计常常采用概念设计和构造措施来保证。

在抗震设计中要遵循“强柱弱梁”、“强剪弱弯”和“强节点弱构件”的原则。“强柱弱梁”就是尽量使塑性铰出现在梁端而不是柱端。因为框架柱中的塑性铰,难以修复而且容易引起结构坍塌;而梁端出现塑性铰时,结构在破坏前可以有较大的变形,吸收和耗散更多的地震能量,体现出更好的延性。框架梁设计时,需要考虑“强剪弱弯”的原则;框架梁是混凝土框架结构的主要延性耗能构件,“强剪弱弯”能够有效避免剪切破坏。节点需要在多遇地震下在弹性范围内工作,罕遇地震下承载力的降低不危及竖向荷载的传递,因此提出“强节点弱构件”的原则。除了以上的原则外,结构柱还需要控制轴压比,框架梁和节点的设计也应考虑锚固和施工作业的问题。

至此,我们从结构方案选择、整体计算流程、荷载内力分析以及抗震设防措施四个方面,结合大量参考文献,详细介绍了本案例采用钢筋混凝土框架结构的原因以及后续的工作内容。具体的方案内容和工作安排将在下文中详细阐述。

参考文献:

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