土木工程毕业设计（论文）-八层框架结构教学楼结构设计.doc

江西理工大学2010届本科生毕业设计第一章 工程概况和结构设计方案全套图纸加扣3012250582 1.1 工程概况本工程为八层框架结构教学楼结构设计，建筑面积大约10700m2。地质条件：拟建场地平整，自然地表下0.5M内为填土，填土下3m为粉质粘土（fk=180kn/m2)，再下为强风化岩层（fk=350kn/m2)。场地类别为类，地面粗糙程度B类，基本风压值0.5kN/m2，基本雪压值0.5kN/m2。本工程所在地抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第二组， 活荷载：上人屋面均布活荷载标准值2，楼面活荷载标准值3.5。屋面做法：35mm厚490mm490mm预制钢筋混凝土架空板、防水层20厚1：3水泥砂浆找平层现浇钢筋混凝土屋面板12厚纸筋石灰粉平顶楼面做法：10厚水泥砂浆面层压实抹光15厚1：3水泥砂浆找平层现浇钢筋混凝土楼面板12厚纸筋石灰粉平顶墙身做法：围护墙采用200mm厚非承重空心砖（190mm190mm90mm,重度3.6），M5混合砂浆砌筑，双面粉刷（重度3.6）。本设计计算书包括水平地震、风荷载内力作用分析、楼板、次梁、楼梯、基础等部分的计算和设计。1.2结构方案结构方案采用现浇整体式纵横向承重框架、现浇混凝土板和独立基础（基底标高-2.1），外墙采用普通砖，填充墙采用120厚的KM1砖，楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取120。1.2.1梁、柱截面尺寸估算1）柱利用以下公式进行估算： 式中：Nc考虑地震荷载组合时柱的轴力设计值，可进行估算，Nc =C N ；C弯矩对框架柱轴力的影响，中柱扩大系数取1.1，边柱1.2；轴压比，N=（1214）kN/m2S，S为该柱承担的楼面荷载面积，近似按1/2柱距划分。本工程采用C30混凝土，抗震等级为三级，故查表可得：=0.9，=14.3N/mm2通过计算本工程的框架柱统一取500mm600mm2）梁主梁：横向框架梁FE跨 取h = 600mm， b=250mm； ED跨 取h = 400mm，b=250mm； 纵向梁 取h = 500mm，b=250mm；各层梁截面尺寸及混凝土强度等级如下表: 表1-1 梁截面尺寸及各层混凝土强度等级 层次混凝土强度等级主梁BD跨主梁DE跨纵向梁18C302506002504002505001.2.2结构计算简图图1-1 标准层柱网平面布置图本工程横向框架计算单元取上图斜线部分所示范围，框架的计算简图假定底层柱下端固定于基础，按工程地质资料提供的数据，查建筑抗震设计规范可判断该场地为类 场地土，地质条件较好，初步确定本工程基础采用柱下独立基础，挖去所有杂填土，基础置于第二层粉质黏土层上，基底标高为设计相对标高-1.500m，柱子的高度底层为：（初步假设基础高度0.5m)，二八层柱高为，柱节点刚接，横梁的计算跨度取柱中心间距离。三跨分别为：l=6000mm,2400mm,6000计算简图如图所示图1-2 计算简图第二章 结构计算2.1荷载计算（以轴线横向框架为计算分析对象）恒载图（a） 活载图（b）图2-1 荷载作用下计算简图（a）恒载作用下结构计算简图；（b）活载作用下结构计算简图2.1.1屋面横梁竖向线荷载标准值1）屋面上人)（1） 恒载厚架空隔热板 0.03525=0.875kN/m2防水层 0.4kN/m220厚1：3水泥砂浆找平层 0.0220=0.4kN/m2120(100)厚钢筋混凝土板 0.1225= 3kN/m2（FE，DB跨板厚取120:；ED跨取100） （0.1025=2.5 kN/m2）12 mm厚纸筋石灰粉平顶 0.01216=0.192kN/m2屋面恒载标准值： 4.87kN/m2 （4.37 kN/m2）梁自重边跨BD、EF跨 : 0.250.6253.75kN/m梁侧粉刷： 2（0.6-0.12）0.02170.33 kN/m 4.08kN/m中跨DE跨： 0.250.425=2.5 kN/m梁侧粉刷： 2 (0.4-0.1)0.0217=0.19 kN/m 2.69 kN/m作用在顶层框架梁上的线恒荷载标准值为： 梁自重： g8FE1=g8DB=4.08 kN/m g8ED1=2.69 kN/m 板传来的荷载： g8FE2=g8DB=4.874.5=21.9kN/m g8ED=4.37 2.4=10.49 kN/m （2）活载：作用在顶层框架梁上的线活荷载标准值为： q8FE=q8DB=0.74.5=3.15 kN/m q8ED=0.72.4=1.68kN/m2.1.2 楼面横梁竖向线荷载标准值（1）恒载25mm厚水泥砂浆面层 0.025200.50kN/m2120(100)厚的钢筋混凝土现浇板 0.12253.0kN/m2 (0.125=2.5kN/m2)12mm厚板底粉刷 0.01216=0.192kN/m2楼面恒载标准值： 3.692 kN/m2 (3.192 kN/m2 )边跨（FE、DB跨）框架梁自重： 4.08 kN/m中跨（ED跨）框架梁自重： 2.69kN/m作用在楼面层框架梁上的线恒荷载标准值为：梁自重： =4.08kN/m =2.69kN/m板传来的荷载： =3.6924.5=16.61kN/m （2）活载楼面活载: =24.5=9.0kN/m kN/m2.1.3屋面框架节点集中荷载标准值（图2-2）图2-2 恒载顶层集中力（1）恒载边跨连系梁自重： 0.250.5*4.525=14.06kN粉刷： 2（0.5-0.12）0.024.517=1.16 kN1.2m高女儿墙自重： 1.24.53.6=19.44 kN粉刷： 1.220.024.517=3.672 kN连系梁传来屋面自重： 0.54.50.54.54.8724.65kN顶层边节点集中荷载： 62.98 kN中柱连系梁自重： 0.250.54.525=14.06 kN粉刷： 2（0.5-0.1）+(0.5-0.12)0.024.517=1.19kN连系梁传来屋面自重： 0.54.50.54.54.8724.65 kN0.5(4.5+4.5-2.4)1.24.37=17.31kN 顶层中节点集中荷载： =57.21 kN（2）活载 kN kN2.1.4楼面框架节点集中荷载标准值（图2-2）图2-3 恒载中间层节点集中力（1）恒载（此处未考虑填充墙重量）边柱连系梁自重： 14.06 kN粉刷： 1.161 kN连系梁传来屋面自重： 0.54.50.54.53.69218.69kN 33.91kN中间层边节点集中荷载： 柱传来集中荷载: 中柱连系梁自重： 14.06kN粉刷： 1.19kN连系梁传来楼面自重： 0.54.50.54.53.69218.69kN 0.5(4.5+4.5-2.4)1.23.192=12.64kN 46.58kN中间层中节点集中荷载： =46.59kN 柱传来集中荷载： = =14.41 kN（2） 活载 2.1.5 风荷载已知基本风压kN/m2 ，本工程为某区，地面粗糙度属B类，按荷载规范。风载体型系数：迎风面为0.8，背风面-0.5，因结构标高H=36.1m30m(从室外地面算起），取风振系数=1.0，计算过程如表一所示，风荷载图见图2-4。图2-4 横向框架上风荷载表2-1 风荷载计算层次Z（m）（kN/m2）A（m2）P（kN）81.01.335.91.460.5014.8514.0971.01.331.71.430.5018.917.5761.01.326.51.360.5018.916.7151.01.322.31.290.5018.915.8541.01.318.11.210.5018.914.8631.01.313.91.110.5018.913.6421.01.39.71.00.5018.911.8311.01.34.50.90.5019.5811.452.1.6地震作用（1）建筑物总重力荷载代表值 的计算 1）集中于屋盖处的质点重力荷载代表值：屋面恒载： 4.8749.562+4.3749.52.4=34.12kN横梁： （4.0862+2.692.4）12=665kN纵梁: (9+0.65)152+(9+1.24)152+（9+0.65）2=616kN女儿墙： 1.23.6(49.5+15)2=557.28kN 柱重: 0.50.6251.837=329.4kN横墙： 3.61.8614+(1.82.4-1.52.4/2)*2=564kN纵墙：4.5(1.83.6-1.82.1/2)8+(1.84.8-2.42.1/2)17+(1.86-2.12.4/2)2+(61.8-3. 61.8/2)2+ 3.6 1.88+4.81.813+61.84+4.81.8=858.6kN =6414kN2）集中于三八层处的质点重力荷载代表值：50%楼面活载： 0.52.015*49.2=742.5kN楼面荷载： 3.69249.5*6*2+3.192*49.5*2.4=25724kN横梁： 609.58kN纵梁： 609.4kN柱重： 329.42=658.8kN横墙： 5642=1128kN纵墙： 858.62=1717.2kN 7791.81kN3）集中于二层处的质点重力荷载标准值：50%楼面活载： 675kN楼面恒载： 2372kN横梁： 609.58kN纵梁： 609.4kN柱重: 0.50.625（2.6+1.8）44=805.21KN 横墙： 564+5642.6/1.8=1378.7kN纵墙： 858.6+858.62.6/1.8=2098.8 kN 8570.5kN（2） 地震作用计算 1）框架柱的抗侧移动刚度：在计算梁、柱线刚度时，应考虑楼盖对框架梁的影响，在现浇楼盖中，中框架的抗弯惯性矩取I=2I0；边跨梁取I=1.5I0；I0为框架梁按矩形截面计算的截面惯性矩。横梁，柱线刚度见表二 表2-2 横梁、柱线刚度杆件截面尺寸EC（kN/m2 ）I0（mm4 ）I（mm4 ）L（mm ）（kNmm）相对刚度B（mm）H(mm）边跨架梁25060025.54.51096.7510960002.871071中框架梁25040025.51.33109210924002.131070.741中框架梁25060025.54.5109910960003.831071.332边跨架梁25060025.51.331092.6610924002.831070.985底层框架柱40060025.59109910945005.11071.778中层框架柱40060025.59109910942005.461071.903每层框架柱总的抗侧移刚度见表三表2-3 框架柱横向侧移刚度值项目（一般层）（底层）（一般层）（底层）（kN/mm）根数顶层柱类型及截面二至八层边框架边柱（500600）1.900.496.814边框架中柱（500600）3.310.628.714中框架边柱（500600）2.530.567.8011中框架边柱（500600）1.300.3910.7611中框架中柱（500600）4.410.699.6118底层边 框架边柱（500600）2.570.683.174边框架中柱（500600）2.780.783.614中框架边柱（500600）3.660.733.4111中框架边柱（00600）1.870.615.5411中框架中柱（500600）6.370.823.8118 注：为梁的线刚度，为柱的线刚度底层： =4（3.17+3.61）+113.41+5.5411+183.81=194.12kN/mm二八层： =4（6.81+8.71+117.80+1110.76+9.6118=439.3kN/mm2） 框架自振周期的计算： 表2-4 框架顶点假想水平位移计算表 层（kN）(kN）(kN/mm）（层间相对位移）总位移（mm）864146414439.314.6792.7177791.814205.8439.332.34778.1167791.821996.6439.350.07745.7757791.829788.4439.367.81695.747791.837580.2439.385.55627.8937791.845372439.3103.29542.3427791.853163.8439.3121.03439.0518570.561734.3325.5318.02318.02则自振周期为：T1=1.70=1.70.6=0.551s其中为考虑结构非承重砖墙影响的折减系数，对于框架取0.6;为框架顶点假想水平位移。3） 地震作用计算：根据本工程设防烈度7度、类场地土，设计地震分组为第一组，查建筑抗震设计特征周期=0.35s，max=0.08结构等效总重力荷载：Geq=0.85GL=0.8561734.3=52474.16kNT11.4=1.40.35=0.49s,故需考虑框架顶部附加集中力作用框架横向水平地震作用标准值为：结构底部：=1Geq=0.05352474.16=2781.13kN各楼层的地震作用和地震剪力标准值由表2-5计算列出，图示见图2-5图2-5 横向框架上的地震作用表2-5 楼层地震作用和地震剪力标准值计算表 层Hi（m）Gi（kN）GiHiFi=Fn+Fn（底层）Fi=(其它层）楼层剪力Vi（kN）833.96414217434.6777.8777.8729.7 7791.8231416.46490.391268.17625.57791.8198690.94211687.17521.37791.8165965.343512040.17417.17791.8133239.78282.32322.47312.97791.8100514.222132535.4728.77791.867788.66143.62679.0714.58570.535063.174.32753.37kN第三章 板的结构计算3.1楼面结构平面布置 本工程楼盖均为整体现浇，楼板布置示意图如图3-1.图3-1 板平面布置图根据楼面结构布置情况，楼面板均为双向板，板厚,本工程中板厚部分采用120mm， 走廊部分取100mm, 本工程楼板按弹性理论方法计算内力，并考虑活荷载不利布置的影响。3.2弯矩计算3.2.1双向板的跨中最大弯矩计算：将总荷载分成两部分：当板的各区格均受时，可近似地认为板都嵌固在中间支座上，亦即内部区格的板可按四边固定的单块板进行计算。当在一区格中向上作用而在相邻的区格中向下作用时，近似符合反对称关系，可认为中间支座的弯矩等于零，亦即内部区格的板按四边简支的单板进行计算。将上述两种情况叠加可得跨内最大弯矩。3.2.2求支座中点最大弯矩：当活荷载和静荷载全部满布在各区格时，可近似求得支座中点最大弯矩。此时可先将内部区格的板按四边固定的单块板求得支座中点固端, 然后与相邻的支座中点固端弯矩平均，可得该支座的中点最大弯矩。双向板在均布荷载作用下的弯矩系数查附表2-12-6，荷载已有前面计算得出。办公室部分：恒载设计值：活载设计值：走廊部分： 恒载设计值：活载设计值：故办公室部分： 则 故走廊部分： 则 混凝土泊桑比可取。3.2.3 A区格板内力计算图3-2 A区格板q作用计算见图 1）求跨内最大弯矩 作用下查附表2-4，得=0时 换算成=时，可利用公式 作用下查附表2-5，得=0时 换算成=时，可利用公式 2）求支座中点固端弯矩 q作用下查附表2-4得 3.2.4 B区格板内力计算图3-3 B区格板q作用计算见图 1）求跨内最大弯矩 作用下查附表2-4，得=0时 换算成=时，可利用公式 作用下查附表2-2，得=0时 换算成=时，可利用公式 叠加后：2）求支座中点固端弯矩 q作用下查附表2-4得 根据内力确定配筋，应以实配钢筋面积与计算所需面积相近最为经济，但考虑到实际施工的可行性，应使选用钢筋的直径和间距种类尽可能少，同一块板同方向支座和跨中钢筋间距最好一致。本工程中B块y向实配钢筋与计算需要钢筋的面积相差较多，是为了使楼板y向钢筋能拉通。同样，在A板块和E板块相交的支座处，偏安全的按A板块支座弯矩进行配筋。楼面板的最终配筋见表4-1，表4-2.表3-1 板跨中配筋计算截面位置M5.2022.710.7242.2370.0540.0280.01180.0360.0550.0280.01180.03725112843135实配钢筋(）8125As=4028125As=40210125As=6288125As=402 表4-2 支座配筋计算 截面位置X向Y向M10.6152.4078.313.4580.1110.0390.0870.0560.1180.0400.0910.058539146416212实配钢筋(） 第四章 楼梯结构设计计算4.1基本理论：楼梯是多层及高层房屋中的重要组成部分。常见的楼梯形式有梁式楼梯和板式楼梯。板式楼梯下表面平整，施工支模方便，外观比较轻巧，但斜板较厚，混凝土和钢筋用量较多，一般用于梯板水平投影长度不超过3m的楼梯，当梯板水平长度超过3m时，常用梁式楼梯。图4-1 楼梯平面布置图4-2 踏步样图4.2结构设计计算本工程采用现浇钢筋混凝土板式楼梯，设计混凝土强度等级为,梯板钢筋为钢，梯间钢筋为钢。活荷载标准值为，楼梯栏杆采用金属栏杆。楼梯平面布置见图，踏步装修做法见图 4.2.1梯段板计算1）荷载计算板厚取，为梯段板跨度板厚，取140。， ，取1m宽板带为计算单元踏步板自重（A） 踏步地面重（B） 底板抹灰重（C） 栏杆重 活载 2) 内力计算3) 配筋计算板的有效高度，混凝土抗压设计强度，钢筋抗拉强度设计值梯段板抗剪，因满足抗剪要求。支座构造配筋。4.2.2休息平台板计算 按简支板计算，简图如图4-3。图4-3 平台板计算简图以板宽1m为计算单元，计算跨度近似取：，板厚取100mm1)荷载计算面层 板自重 板底粉刷 活载 2)内力计算 3）配筋计算 4.2.3梯段梁TL1计算截面高度1） 荷载计算梯段板传 休息平台板传 梁自重 2）内力计算 3）配筋计算 钢筋采用钢， 故需要通过计算配置腹筋。只配置箍筋计算VCS按构造要求，选6150双肢箍 满足要求。第五章 框架内力计算5.1计算方法框架结构承担的荷载主要有恒载、使用活荷载、风荷载、地震作用，其中恒载、活荷载一般为竖向作用，风荷载、地震则为水平方向作用，手算多层多框架结构的内力(M、N、V)及侧移时，一般采用近似方法。如求竖向荷载作用下的内力时，有分层法、弯矩分配法、迭代法等；求水平荷载作用下的内力时，有反弯点法（D值法）、迭代法等。这些方法采用的假设不同，计算结果有所差异，但一般都能满足工程设计要求的精度。本工程主要采用的是竖向荷载作用下无侧移框架的弯矩分配法和水平荷载作用下D值法。在计算各项荷载作用效应时，一般按标准值进行计算，以便于后面荷载效应的组合。5.2恒载作用下的框架内力5.2.1弯矩分配系数 取一榀框架的一半简化计算，如图5-1。节点： 节点： (a) (b)图5-1 横向框架承担的恒载及节点不平衡弯矩（a）恒载；（b）恒载产生的节点不平衡弯矩 节点： 节点： 节点： 节点： 、与、相同5.2.2杆件固端弯矩计算杆件固端弯矩时应带符号，杆端弯矩一律以顺时针方向为正，如图5-2。图5-2 杆端及节点弯矩正方向1）横梁固端弯矩（1）顶层横梁：自重作用 板传来的恒载作用 （2）二八层横梁自重作用 板传来的恒载作用 2）纵梁引起柱端附加弯矩（本工程中边框架纵梁偏向外侧，中框架纵梁偏向内侧）顶层外纵梁(逆时针为正）楼层外纵梁顶层中纵梁楼层中纵梁3）节点不平衡弯矩横向框架的节点不平衡弯矩为通过该节点的各杆件（不包括纵向框架梁）在节点处的固端弯矩与通过该节点的纵梁引起柱端横向附加弯矩之和，根据平衡原则，节点弯矩的正方向与杆端弯矩方向相反，一律以逆时针方向为正，例如节点的不平衡弯矩：4) 内力计算在进行弯矩分配时，应将节点不平衡弯矩反号后再进行杆件弯矩分配，节点弯矩使相交于该节点杆件的近端产生弯矩，同时也使各杆件的远端产生弯矩，近端产生的弯矩通过节点弯矩分配确定，远端产生的弯矩由传递系数C（近端弯矩与远端弯矩的比值）确定，传递系数与杆件远端的约束形式有关。恒载弯矩分配过程如表5-1，恒载作