结构设计考试大纲及答案.doc
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1、结构设计1、 柱下独立基础选型、计算方法和构造要求柱下钢筋混凝土独立基础,除应满足墙下钢筋混凝土条形基础的一般要求外,尚应满足如下一些主要的构造要求:矩形独立基础底面的长边与短边的比值l/b,一般取11.5。阶梯形基础每阶高度一般为300500mm。基础阶数可根据基础总高度H设置,当H500mm时,宜分为一级;当500mmH900mm时,宜分为二级;当H900mm时,宜分为三级。锥形基础的边缘高度,一般不宜小于200mm,也不宜大于500mm;锥形坡度角一般取25,最大不超过35。锥形基础的顶部每边宜沿柱边放出50mm。 柱下钢筋混凝土单独基础的受力钢筋应双向配置。当基础宽度大于2.5m时,基
2、础底板受力钢筋可取基础边长或宽度的0.9倍,并宜交错布置。对于现浇柱基础,如基础与柱不同时浇注,则柱内的纵向钢筋可通过插筋锚入基础中,插筋的的根数和直径应与柱内纵向钢筋相同。预制钢混柱与杯口基础的连接,应符合下列要求:(1)柱的插入深度按规范选用,同时还应满足锚固长度要求和吊装时柱的稳定性。(2)基础的杯底厚度和杯壁厚度按规范选用。基础平面布置根据第三部分框架结构设计中分析所得的柱脚最大内力,将内力相近的基础归并为一类。基础梁的位置同上部结构,基础及基础梁的平面布置见图4-1。J1、基础设计(fk=330kPa)1. 基础上荷载 N=-2572 KN.M N=-2438.1KN.M N=-26
3、20.2 KN.MMX=-191.5 KN.M MX=-16.1 KN.M MX=-86.6 KN.M My=-16.5 KN.M My=-185.6KN.M My=-18.1 KN.M QX=-16.3 KN QX=-79.4 KN QX=-17.8 KN Qy=72.7 KN Qy=17.5 KN Qy=40.8 KNX向的最大弯矩的最大内力组合 Y向的最大弯矩的最大内力组合 轴向力最大内力组合经分析可知轴向力最大内力起控制作用,所以选择轴向力最大内力组合计算:2. 基础梁传来的荷载(0.20.625+0.18319+0.04320)9=140.94KN定基础底面尺寸fa=fk+br(b-
4、3)+dr0(d-0.5) 查规范,对砂类土 b =0.5, d =2.2(r:基础下土重度 r0:基础上土加权重度)fa=330+2.2(1.1518.1+0.8518.9)(2-0.5)/2=391 kPaA Fk /( fadrm )= (2572+140.94)/(391-202) =7.73m 初选基础尺寸为 2.8 2.8 =5.6mpxmax=(FK+Gk)/AMX/WXmin =(2572+140.94+2.82.8220)/(2.82.8)(191.5+16.31)/1/62.82.82 = 386 56= 442 kPa 386 kPaPy max = (FK+Gk)/A
5、My/Wy =386 (16.5+72.71)/(1/62.82.8) min =386 24=410kpa 386 kPa Psx max = N/A Mx/Wx = (2572+140.94)/(2.82.8) 56 min =34656= 402kPa 346 kPa 0Psymax = N/A My/Wy =346 24 = 370 kPa min 346 kPa 0抗冲切验算台阶每阶高度为450,总高度为900,不必进行抗冲切验算。基础底板配筋 MI=1/24 (L hc)2 (2b+bc) (Psmax +Psx) / 2 =1/24 (2.8 0.6)2 (22.8+0.6) (
6、402+374) / 2 =485KN.m M=1/24 (b-bc)2 (2L+hc) (Psymax+Psy) / 2 =1/24 (2.8-0.6)2 (22.8+0.6) (370+346) / 2 =448kN.m AsI = MI/0.9Hofy=485106/0.9540310=3219mm2 选 14 120 (As=12832.8= 3592 mm2)As = M/0.9h0fy=448106/0.9540310 =2973 mm2选 12 100 (As=11312.8=3166mm2)J2、基础设计(fk=330kPa)1. 基础上荷载 N=-1844.4KN.M N=-
7、1664.2 KN.M N=-1844.4 KN.MMX=174.5 KN.M MX=27.9KN.M MX=174.5 KN.M My=-7.1 KN.M My=-161.7 KN.M My=-7.1 KN.M QX=-6.5 KN QX=-63.1 KN QX=-6.5 KN Qy=-70.8 KN Qy=-26 KN Qy=-70.8 KNX向的最大弯矩的最大内力组合 Y向的最大弯矩的最大内力组合 轴向力最大内力组合经分析可知轴向力最大内力起控制作用,所以选择轴向力最大内力组合计算:2. 基础梁传来的荷载(0.20.625+0.18319+0.04320)9=140.94kN定基础底面尺
8、寸fa=fk+br(b-3)+dr0(d-0.5) 查规范,对砂类土 b =0.5, d =2.2(r:基础下土重度 r0:基础上土加权重度)fa=330+2.2(1.1518.1+0.8518.9)(2-0.5)/2=391 kPaA Fk /( fadrm )= (1844.4+140.94)/(391-202) =5.7m 初选基础尺寸为 2.4 2.4 =4.8mpxmax=(FK+Gk)/AMX/WXmin =(1844.4+140.94+2.42.4220)/(2.42.4)(174.5+6.51)/1/62.42.42 = 385 78= 463kPa 385 kPaPy max
9、 = (FK+Gk)/A My/Wy =385 (7.1+70.81)/(1/62.42.4) min =385 34=419kpa 385 kPa Psx max = N/A Mx/Wx = (1844.4+140.94)/(2.42.4) 78 min =345 78 = 423 kPa 267 kPa 0Psymax = N/A My/Wy = 267 34= 301kPa min 233kPa 0抗冲切验算(台阶每阶高度为450,总高度为900,不必进行抗冲切验算)基础底板配筋 MI=1/24 (L hc)2 (2b+bc) (Psmax +Psx) / 2 =1/24 (2.4- 0
10、.6)2 (22.4+0.6) (423+267) / 2 =251KN.m M=1/24 (b-bc)2 (2L+hc) (Psymax+Psy) / 2 =1/24 (2.4-0.6)2 (22.4+0.6) (301+233) / 2 =201kN.m AsI = MI/0.9Hofy=251106/0.9540310=1666mm2 选 12 160 (As=7072.4= 1626.1mm2)As = M/0.9h0fy=201106/0.9540310 =1334mm2 选 10 140 (As=5612.4= 1346.4mm2)2、 桩的基础设计的内容和原则,单桩在竖向荷载作用
11、下工作性能和设计方法桩基的设计原则和内容:建筑桩基技术规范,以概率理论为基础极限设计状态设计法。以可靠指标度量桩基的可靠性,以分项系数表达式的极限状态表达式进行计算。规范以综合安全系数K取代原JGJ94-94规范的荷载分项系数gG、gG和抗力分项系数gK、gP;以单桩竖向极限承载力标准值Quk为抗力R的参数;以荷载效应标准组合Sk为作用力;设计表达式为:SkOOR(QukK)或SkO()对于不同桩型和工艺对承载力的影响,由实验单桩向极限承载力标准或计算单桩竖向极限承载力标准值反映。式中-桩侧阻,阻端阻、几何参数。单桩在竖向荷载作用下的工作性能:单桩在竖向荷载下,桩身材料会产生弹性压缩变形,桩和
12、桩侧土之间产生相对位移,因而桩侧土对桩身产生向上的桩侧摩擦阻力。如果桩侧摩擦阻力不足以抵抗竖向荷载,一部分竖向荷载会传递到桩底,桩底持力层也会产生压缩变形,桩底土也会对桩端产生阻力。通过桩侧摩擦阻力,桩将荷载传给土体。桩基的设计方法:采用天然地基时,一般需要满足三个方面的要求:1)要求地基具有足够的承载力来承受结构物的荷载;2)在结构物的荷载作用下,其变形不能超过国家规范规定的容许值;3)要满足稳定性的要求。当地基不满足上述三个方面的要求时,应采取相应的措施对其进行处理当地基不满足上述三个方面的要求时,应采取相应的措施对其进行处理,常用的方法是选用桩基础将荷载传至深部地层。3、 工程结构动力分
13、析的振型分解放映谱法、底部剪力法,时程分析法的基本概念高规规定:高度不超过40m,以剪切为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的高层建筑结构,可采用底部剪力法。底部剪力法适用于基本振型主导的规则和宽度比很小的结构,此时结构的高阶振型对于结构剪力的影响有限,而对倾覆弯矩则几乎没有什么影响,因此采用简化的方式也可以满足工程设计精度的要求。高规规定:高层建筑结构宜采用振型分解反应谱法。对质量和刚度不对称、不均匀的结构以及超过100m的高层建筑结构应采用考虑扭转藕联振动影响的振型分解反应谱法。反应谱的振型分解组合法常常有两种:SRSS和CQC。底部剪力法:根据地震反应谱理论,以工程结构底部的总地震剪力与等
14、效单质点的水平地震作用相等,来确定结构总地震作用的方法。 一种用静力学方法近似解决动力学问题的简易方法,它发展较早,迄今仍然被广泛使用。其基本思想是在静力计算的基础上,将地震作用简化为一个惯性力系附加在研究对象上,其核心是设计地震加速度的确定问题。时程分析法:由结构基本运动方程沿时间历程进行积分求解结构振动响应的方法。时程分析法在数学上称步步积分法,抗震设计中也称为“动态设计”。由结构基本运动方程输入地面加速度记录进行积分求解,以求得整个时间历程的地震反应的方法。 此法输入与结构所在场地相应的地震波作为地震作用,由初始状态开始, 一步一步地逐步积分,直至地震作用终了。是对工程的基本运动方程,输
15、入对应于工程场地的若干条地震加速度记录或人工加速度时程曲线,通过积分运算求得在地面加速度随时间变化期间结构的内力和变形状态随时间变化的全过程,并以此进行结构构件的截面抗震承载力验算和变形验算。4、 抗震结构体系在结构平面布置和竖向布置应注意的概念设计的一般原则符合抗震概念设计的原则,平面布置简单规整,刚度均匀,避免楼板有过大开洞。竖向刚度均匀,避免刚度突变或有薄弱层,不能有过大的外挑和内收。5、 多层砌体房屋抗震设计方法、构造措施及构造原理多层砌体房屋抗震设计要点多层砌体房屋抗震设计要点多层砌体房屋抗震设计要点多层砌体房屋抗震设计要点 作设计应该先现在大的方向把握,然后在具体作细节的工作。 现
16、在将多层砌体房屋抗震设计要点总结如下:一多层砌体房屋的层数和高度控制 由于砌体材料存在脆性破坏可能,在地震作用中造成的危害是相当严重的,所以我们首先要在房屋层数和高度上限制。 二。多层砌体房屋的总高度与总宽度比值的控制 为了避免结构出现弯曲破坏的情形,甚至整体倾覆的出现,所以对高宽比进行控制是必要的。三。抗震横墙的最大间距控制 抗震墙为主要抗侧力构件,为减小震害更是保证结构的刚性方案,控制抗震墙间距也是必要的。 抗震圈梁作为结构抗震约束构件,它的重要性主要体现在一下几个方面: 水平构件的约束边缘构件 加强连接的重要构件 构造柱的必要配套构件 具体设置参见抗震7.3.3-7.3.4 砌体7.1.
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