大连理工大学本科生宿舍楼设计


    摘 要 在本文中,笔者综合运用大学所学,根据任务书要求进行了现浇钢筋混凝土框架结构宿舍楼的建筑设计及结构设计。 本毕业设计题目为“大连理工大学本科生宿舍楼设计”。本工程所在地为大连(甘井子区),地震设防烈度为7度(0.10g),设计地震分组为第二组。建筑场地类别属于Ⅱ类,冻深0.7m。宿舍楼为钢筋混凝土框架结构体系,不上人屋顶,总建筑面积约5609.52m2。结构总层数为六层,首层层高3.6m,标准层层高均为3.3m,室内外高差0.450m,建筑总高度为20.7m,设计使用年限50年。 关键词:框架结构;结构设计;地震作用;内力计算;内力组合 Design for dormitory of Dalian University of Technology Abstract In this article,I comprehensived use of what I learn in the university and carried out the cast-in-place reinforced concrete frame structure dormitory building design and structural design,according to the requirements of the mission. The graduation design topic isDesign for dormitory of Dalian University of Technology. The project is located in Dalian (Ganjingzi District). The seismic fortification intensity is 7 degrees ,and the earthquake group is the second group. The construction site category belongs to class Ⅱ, the frozen deep is 0.7m. The dormitory is reinforced concrete frame structure system, not on the roof, and the total construction area ois about 5609.52m2. The total number of layers is six, first layer is 3.6m high,standard layer is 3.3m high,and the height between indoor and outdoor is 0.450m. The total height of the building is 20.7m,and the design using age is 50 years. Key Words:Frame Structure; Structure Design; Seismic Action; Internal force calculation; Internal force combination 目 录 摘要 2 Abstract 3 引言 6 1建筑设计说明 7 1.1设计任务书 7 1.2设计依据 7 1.3各部分结构构造 7 1.4防火设计 9 1.5基本要求 10 2 结构设计论述 10 2.1气象条件 10 2.2地质条件 10 2.3地震设防烈度 10 2.4材料选用 10 2.5结构体系 10 2.6施工方式 11 3 框架设计 11 4 荷载统计 14 5多遇地震水平作用计算 18 6风荷载计算 23 7竖向荷载作用下横向框架的内力计算 25 8内力组合 33 9构件截面设计及配筋计算 42 9.1梁截面设计 42 9.2柱截面设计 46 10楼梯设计 48 10.1楼梯板设计 48 10.2平台板设计 50 10.3平台梁设计 51 11 独立基础设计 52 结论 55 参考文献 56 致谢 57 引 言 本毕业设计题目为“大连理工大学本科生宿舍楼设计”。本工程所在地为大连(甘井子区),设防烈度为7度(0.10g),设计地震分组为第二组。建筑场地类别属于Ⅱ类,冻深0.7m。宿舍楼为六层钢筋混凝土框架结构体系,不上人屋顶,总建筑面积约5609.52m2,建筑平面为近似矩形。本工程地势平坦,地面标高31.64-34.93m,地层从上至下为:表层2.0-3.0m厚为人工堆积层(黏质粉土);以下为第四纪沉积土层;标高24.63-25.35m以下为卵石层。地下水位较深,勘测最深钻孔(标高19.73m)未见地下水,且地下水质对各类水源无任何腐蚀性。地基承载力特征值fck= 300kN/m2。基础采用独立基础,框架梁、柱、板均为现浇,建筑设计使用年限为50年,耐火等级二级,设计包括主体结构部分、楼梯、基础等。 本次设计的内容包括建筑设计部分与结构设计部分。建筑设计内容包括建筑平面设计、建筑立面设计、建筑剖面设计、建筑总平面设计、建筑构造设计等内容,使其满足使用功能及造型美观的要求。并绘制了建筑施工图若干。 本次设计的重点是综合利用我们大学四年所学习的专业知识,包括混凝土结构设计原理、高层建筑结构设计、结构力学、抗震设计以及基础工程等课程,并且学会查找相关知识以及国家规范等;并且学习并熟练使用相关软件,比如AutoCAD、天正建筑、PKPM、Etabs等。通过本次毕业设计我学习到很多,也更加了解了土木工程,相信这会在以后对我有很大的帮助。 1建筑设计说明 1.1设计任务书 设计名称:大连理工大学本科生宿舍楼。 结构及设计参数:结构为钢筋混凝土的框架结构,建筑面积5609.52㎡左右,基础采用独立基础,框架梁、柱、板均为现浇。室内外高差0.450m。 基本设计条件:基本风压0.65kN/m2(标准值);场地粗糙类别为C类;抗震烈度7度,场地类别属于Ⅱ类,设计地震分组为第二组,建筑设计使用年限为50年,耐火等级为二级。 1.2设计依据 《住宅设计规范》 GB50096-2011 《建筑结构荷载规范》 GB50009-2012 《混凝土结构设计规范》 GB50010-2010 《建筑地基基础设计规范》 GB50007-2011 《建筑抗震设计规范》 GB50011-2010 《建筑设计防火规范》 GB50016-2013 《建筑结构制图标准》 GB/T50105-2010 《房屋建筑制图统一标准》 GB/T50001-2010 以及相关教材、建筑结构构造图集、建筑设计图集等相关资料。 1.3各部分结构构造 1 施工方法 (1)屋面( 不上人屋面) 20mm厚1:3水泥砂浆面层 10mm厚低标号砂浆隔离层 防水卷材防水层 20mm厚1:3水泥砂浆找平层 保温层(泡沫塑料板) 30mm找坡层 120mm厚钢筋混凝土屋面板 10mm厚板底抹灰顶棚 (2)楼面: 地砖面层 120mm厚钢筋混凝土板 10mm厚板底抹灰顶棚 (3)外墙(由内至外):20mm厚石灰粗砂粉刷层;300mm厚灰砂砖。 (4)内墙:200mm 厚灰砂砖,双面石灰粗砂粉刷20mm。 2建筑材料选用 墙:轻质砌块 窗:塑钢窗 结构正立面图、背立面图、侧立面图、楼梯剖视图如下所示。 图1.1 正立面 图1.2 背立面 图1.3 侧立面 图1.4 剖面图 1.4防火设计 建筑为六层公共建筑,建筑分类为二类,耐火等级为二级。 建筑总长为58.8m,设有2个楼梯,一个正门及一个侧门;任一房间与外部出口的最远距离不大于24m,安全疏散距离满足规范要求(要求规定30m)。 建筑疏散走廊取2.1m(大于最小净宽1.40m),疏散楼梯取2.1m(大于最小净宽1.20m),外门净宽为3.8m,均满足规范要求。 1.5基本要求 2 结构设计论述 2.1气象条件 雪 荷 载: 0.40kN/m2 基本风压: 0.65kN/m2 2.2地质条件 本工程地势平坦,地面标高31.64-34.93m,地层从上至下为:表层2.0-3.0m厚为人工堆积层(黏质粉土);以下为第四纪沉积土层;标高24.63-25.35m以下为卵石层。地下水位较深,勘测最深钻孔(标高19.73m)未见地下水,且地下水质对各类水源无任何腐蚀性。地基承载力特征值fck= 300kN/m2。 建筑场地类别属于Ⅱ类,冻深0.7m。 2.3地震设防烈度 建筑地震设防烈度: 7度 设计基本地震加速度值: 0.10g 地震分组: 第二组 2.4材料选用 2.5结构体系 结构:现浇式钢筋混凝土框架结构; 楼梯:钢筋混凝土梁板式楼梯。 2.6施工方式 梁、板、柱均为现浇钢筋混凝土。 3 框架设计 3.1结构平面简图 图3.1 结构平面布置简图 由于结构尺寸较大,故取③轴一榀框架为例进行计算。 横向框架计算简图如下: 图3.2 横向框架结构简图 3.2构件尺寸确定 (1)梁截面尺寸的确定: 主梁截面高度一般为跨度的1/8~1/12,次梁截面高度一般为跨度的1/18~1/12当梁的负载面积较大或荷载较大时,宜取上限值,为防止梁产生剪切脆性破坏,梁的净跨与截面高度之比不宜小于4;梁的截面宽度为梁高的1/3~1/2,且宽度不易小于200mm。 ①主梁: 纵向主梁:h=(1/8~1/12)×7200=600~900mm,取h=700mm; b=(1/3~1/2) ×700 =233~350mm,取h=300mm。 横向主梁: 边跨:h=(1/8~1/12)×6900=575~862mm,取h=700mm; b=(1/3~1/2) ×700 =233~350mm,取h=300mm。 中跨:h=(1/8~1/12)×2100=175~262mm,不合理; 为保证b≥200mm,取b=200mm,h=600mm。 ②次梁: h=(1/18~1/12)×6900=383~575mm,取h=500mm; b=(1/3~1/2) ×500 =167~250mm,取h=200mm。 (2)柱截面尺寸的确定: 框架柱的截面尺寸一般根据柱的轴压比限值计算,公式如下: bchc≥Nμfc β—柱轴压力增大系数; F—简支状态下,柱的负载面积; g—单位建筑面积上的重力荷载代表值,近似取12kN/m2; n—验算截面以上的楼层数; fc—轴心抗压强度设计值,C30查表得fc=14.3kN/m2; μ—轴压比限值,二级框架柱μ=0.75(由《抗震规范(2010)》表6.3.6查得) 计算: N=12×(1.05+3.45)×7.2×6=2332.8kN; bchc≥2332.8×1030.75×14.3=217510mm2; bc=hc≥466.4mm,取bc=hc=500mm。 (3)屋面及楼面均采用120mm厚现浇钢筋混凝土 3.3梁柱惯性距的确定 求梁截面惯性距时,考虑现浇楼板的作用,取I=2I0(I0为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性距)。 E=3.0×104N/mm2=3.0×107kN/m2(C30) AB、CD跨梁: i=1/12(bh3/L)=2E×1/12×(0.3×0.73/6.9)=24.9×10-4E(m3) BC跨梁: i=1/12(bh3/L)= 2E×1/12(0.2×0.63/2.1)=34.3×10-4E(m3) 柱: 标准层:i=1/12(bh3/L)= E×1/12(0.5×0.53/3.3)=15.8×10-4E(m3) 底 层:i=1/12(bh3/L)= E×1/12(0.5×0.53/3.6)=14.5×10-4E(m3) 计算公式:i=αEIl ,对于现浇混凝土框架,中框架梁EI=2EI0,边框架梁EI=1.5EI0,楼梯间处的框架梁EI=1.5EI0。(I0为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩)。 表3.1 梁的线刚度 位置 E(kN/m2) 截面b×h(m) 惯性距I0×10-3m4 ib×104(kN·m) AB、CD跨 3.0×107 0.3×0.7 8.575 5.59 BC跨 3.0×107 0.2×0.6 3.6 10.29 表3.2 柱的线刚度 层次 E(kN/m2) 截面b×h(m) 层高(m) 惯性距I0×10-3m4 i×104(kN·m) 1 3.0×107 0.5×0.5 3.6 5.21 4.34 2~6 3.0×107 0.5×0.5 3.3 5.21 4.73 3.4刚度计算D值法(横向侧移) 1.底层:h=3.6m 边柱:K=i1+i2ic=5.594.34=1.29 αc=0.5+K2+K=0.5+1.292+1.29=0.38 D=12αich2==0.54×12×4.343.62×104=2.17×104kN/m 中柱: K=i1+i2ic=5.59+10.294.34=3.66 αc=0.5+K2+K=0.5+3.662+3.66=0.73 D=12αich2==0.73×12×4.343.62×104=2.93×104kN/m 2.标准层:h=3.3m 边柱:K=i1+i2+i3+i42ic=5.59+5.594.34×2=1.18 αc=K2+K=1.182+1.18=0.37 D=12αich2==0.37×12×4.733.32×104=2.17×104kN/m 中柱: K=i1+i2+i3+i42ic=(5.59+10.29)×24.73×2=3.36 αc=K2+K=3.362+3.36=0.63 D=12αich2==0.63×12×4.733.32×104=3.28×104kN/m ∑D1=(2.17×2+2.93×2)×104×10=1.02×106kN/m ∑D2=(1.93×2+3.28×2)×104×10=1.042×106kN/m ∑ D1/∑ D2=1.02/1.042=0.98>0.7 所以,框架符合要求,为标准框架。 4 荷载统计 4.1恒荷载 1、屋面荷载: 20mm厚1:3水泥砂浆面层 14.5×0.02=0.29kN/m2 10mm厚低标号砂浆隔离层 20×0.01=0.20kN/m2 防水卷材防水层 0.10kN/m2 20mm厚1:3水泥砂浆找平层 14.50.02=0.29kN/m2 保温层(泡沫塑料板) 0.50kN/m2 30mm找坡层 14×0.03=0.42kN/m2 120mm厚钢筋混凝土屋面板 250.12=3.00kN/m2 10mm厚板底抹灰顶棚 0.24kN/m2 合计 5.04 kN/m2 2、女儿墙: 砌体 0.6×14×0.3=2.52kN/m2 外墙面砖 0.6×0.62=0.37N/m2 内墙面20厚水泥粉刷 0.6×0.02×20=0.24kN/m2 合计 3.13 kN/m2 3、楼面荷载: 不防水: 地砖面层 0.80kN/m2 120mm厚钢筋混凝土屋面板 25×0.12=3.00kN/m2 10mm厚板底抹灰顶棚 0.24 kN/m2 合计 4.04kN/m2 防水: 地砖面层 2.00kN/m2 120mm厚钢筋混凝土屋面板 25×0.12=3.00kN/m2 10mm厚板底抹灰顶棚 0.24 kN/m2 合计 5.24kN/m2 4、横向框架梁及次梁: 主梁: 边跨:钢筋混凝土梁 (0.7-0.12)×0.3×25=4.35kN/m2 顶棚 (0.7-0.12)×2×0.24=0.28kN/m2 合计 4.63kN/m2 中跨: 筋混凝土梁 (0.6-0.12)×0.2×25=2.4kN/m2 顶棚 (0.6-0.12)×2×0.24=0.23kN/m2 合计 2.63kN/m2 次梁: 钢筋混凝土梁 (0.5-0.12)×0.2×25=1.9kN/m2 顶棚 (0.5-0.12)×2×0.24=0.18kN/m2 合计 2.08kN/m2 5、纵向主梁: 边跨:钢筋混凝土梁 (0.7-0.12)×0.3×25=4.35kN/m2 外墙面砖 0.70×0.62=0.43kN/m2 内墙涂料 (0.7-0.12)×0.28=0.17kN/m2 合计 4.95kN/m2 中跨:钢筋混凝土梁 (0.7-0.12)×0.3×25=4.35kN/m2 内墙涂料 (0.7-0.12)×2×0.28=0.34kN/m2 合计 4.69kN/m2 6、柱: 边柱:钢筋混凝土柱 0.5×0.5×3.3×25=20.62kN/m2 外墙重 0.5×3.3×0.45=0.74kN/m2 内墙涂料 [0.5+(0.5-0.3)×2]×3.3×0.28=0.83kN/m2 合计 22.20kN 中柱:钢筋混凝土柱 0.5×0.5×3.3×25=20.62kN/m2 内墙涂料 [0.5+(0.5-0.3)] ×2×3.3×0.28=1.48kN/m2 合计 22.11kN 7、墙(标准层): 括号内为底层 ①内墙(主梁): 砌体 (3.3-0.7)×0.2×14=7.28kN/m 涂料 (3.3-0.7)×2 ×0.28=1.46kN/m 合计 8.74kN/m (9.74 kN/m) 内墙(次梁): 砌体 (3.3-0.5)×0.2×14=7.84kN/m 涂料 (3.3-0.5)×2 ×0.28=1.57kN/m 合计 9.41kN/m (10.42kN/m) ②外墙: 砌体 (3.3-0.7)×0.3×14=10.92kN/m 内墙涂料 (3.3-0.7)×0.28=0.73kN/m 外墙面砖 (3.3-0.7)×0.45=1.17kN/m 合计 12.82kN/m (14.30 kN/m) 8、除梁柱外的墙(卫生间): 砌体 3.3×0.2×14=9.24kN/m 内墙涂料 3.3×0.28=0.92kN/m 外墙面砖 3.3×0.45=1.49kN/m 合计 11.65kN/m (11.09 kN/m) 9、门窗: ⑴木门 0.2kN/m2 ⑵钢铁门 0.4kN/m2 ⑶铝合金窗 0.4kN/m2 4.2活荷载 1、不上人屋面: 0.5kN/m2 2、楼面:寝室 2.0kN/m2 走廊 2.5kN/m2 3、雪压: 0.4kN/m2 4、风压: 0.65kN/m2 4.3重力荷载代表值计算 1、屋面标准值: G女儿墙=3.13×(58.8+15.9)×2=467.62kN G屋面=5.04×58.8×15.9=4712kN G梁=4.63×6.9×20+4.95×58.8×2+4.69×58.8×2+2.63×2.1×10+2.08×6.9×14=2037.04kN G柱=22.20×24+22.11×16=886.56kN G墙=12.82×(58.8+6.9×2)×2+9.531×2.1×2+8.74×6.9×2×8+9.07×2.1×8+8.74×58.8×2+9.41×6.9×2×7=4955.57 kN G其余=11.65×(1.5+2.4)+11.09×1.2=58.74kN G屋=G女儿墙+G屋面+G梁+12(G柱+G墙+27G其余)=10930.72 kN 2、标准层楼面标准值: G楼面=4.04×58.8×15.9+(5.24-4.04)×1.5×2.4×27=3893.72kN G墙=4955.57 kN G梁=2037.04kN G柱=886.56kN G其余=58.74kN G标=G楼面+G梁+G柱+G墙+27G其余=13358.87 kN 3、底层楼面标准值: G底墙=14.30×(58.8+6.9×2)×2+9.531×2.1×2+9.74×6.9×2×8+9.07×2.1×8+9.74×58.8×2+10.42×6.9×2×7=5495.12 kN G楼面=3893.72kN G梁=2037.04kN G底柱=886.56×3.63.3=967.16kN G其余=58.74kN G标=G楼面+G梁+12G柱+G底柱+12G墙+G底墙=15407.36kN 4、活荷载标准值: Q雪=0.4×58.8×15.9=373.97kN Q楼=2.0×58.8×15.9+(2.5-2.0)×2.1×58.8=1931.58kN 代表值: Ge屋=10930.72+12×373.97=11117.71kN Ge标=13358.87+12×1931.58=14324.66kN Ge底=15407.36+12×1931.58=16373.15kN 设计值: 屋 面: G=1.2×10930.72+1.4×373.968=13640.42kN 标准层: G=1.2×13358.87+1.4×1931.58=18734.86kN 屋 面: G=1.2×15407.36+1.4×1931.58=21193.04kN 5多遇地震水平作用计算 5.1结构基本自振周期计算 结构基本自振周期计算采用结构顶点位移法。 图5.1 计算简图 公式如下: ——假象把集中在各层楼面处重力荷载代表值Gi作为水平荷载而算的的结构顶点位移 ——结构基本自振周期考虑非承重砖墙的影响的折减系数,取0.6。 Vi=∑Gi ——第i层的层间位移 k——第k层的层间位移 Dij ——第i层的层间侧移 由侧移计算得:μT=0.264m。 ∴T1=1.7×0.6×0.264=0.52s 表5.1 结构顶点的侧移计算 层数 重力荷载代表值(kN) 楼层剪力Vi(kN) 侧移刚度D(kN/m) 层间侧移(m) 楼层侧移(m) 6 11117.71 11117.71 1.042×10^6 0.0011 0.264 5 14324.66 25442.37 1.042×10^6 0.0244 0.263 4 14324.66 39767.03 1.042×10^6 0.0382 0.239 3 14324.66 54091.69 1.042×10^6 0.0519 0.201 2 14324.66 68416.35 1.042×10^6 0.0657 0.149 1 16373.15 84789.50 1.020×10^6 0.0831 0.083 5.2水平地震作用计算 结构高度为20.7m,高度不高且质量和刚度沿刚度分布比较均匀,变形以剪切变型为主,因此,使用底部剪力法计算水平地震作用,即: 查表得: Tg=0.35s αmax=0.10g Geq=0.85Ge=0.85×(11117.71+14324.66×4+16373.15)=72071.08kN 水平地震影响系数: α1=(TgT1)0.9αmax=(0.350.52)0.9×0.1=0.07 FEK=α1Geq=0.07×72071.08=5044.98kN ∵T1>1.4 Tg=0.49s ∴δn=0.08T1+0.01=0.0516 ∆Fn=δnFEK=0.0516×5044.98kN=260.32kN ∴Fi=HiGik=1nHkGkFEK(1-δn) 计算结果如下表: 表5.2 水平地震作用及各楼层地震剪力计算表 Hi(m) Gi(kN) HiGi(kN·m) ΣHiGi Fi(kN) ∆Fn(kN) Vi(kN) 6 20.10 11117.71 223465.97 961398.20 1112.14 260.32 1372.46 5 16.80 14324.66 240654.29 1197.68 2570.14 4 13.50 14324.66 193382.91 962.42 3532.56 3 10.20 14324.66 146111.53 727.16 4259.73 2 6.9 14324.66 98840.15 491.90 4751.63 1 3.6 16373.15 58943.34 293.35 5044.98 各质点受到水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度分布如下图所示: 图5.2 楼层地震剪力分布图(kN) 5.3多遇水平地震作用下的变形验算 层间位移Δui与顶点位移ui的计算公式如下: Δui=Vi/ΣDi ui=Σ(Δu)k 层间弹性位移角,根据《建筑抗震设计规范》,层间弹性位移角限值[]<1550,即<1550,则满足规范规定的弹性要求。 表5.3 水平地震作用下的变形验算 层次 Vi(kN) Hi(m) ΣDi(N/mm) Δui=Vi/ΣDi(mm) Δui/hi ui(mm) 6 1372.46 20.10 1.042×10^6 1.32 0.000399 20.77 5 2570.14 16.80 1.042×10^6 2.47 0.000747 19.45 4 3532.56 13.50 1.042×10^6 3.39 0.001027 16.99 3 4259.73 10.20 1.042×10^6 4.09 0.001239 13.60 2 4751.63 6.90 1.042×10^6 4.56 0.001382 9.51 1 5044.98 3.60 1.020×10^6 4.95 0.001374 4.95 由表中数据可知,最大层间弹性位移角发生在第二层,且0.001382<1550=0.001818,因此,变形满足规范要求。 4、多遇水平地震作用下的内力计算 (1)框架柱端剪力及弯矩分别按下式计算: —框架柱的反弯点高度比; —标准反弯点高度比; —上下横梁线刚度比对标准反弯点高度比的修正系数; —上层层高变化修正值; —下层层高变化修正值。 (2)梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按下列公式计算: 各层柱端弯矩及剪力计算结果如下表所示: 表5.4 各层柱剪力计算   边柱D 中柱D D和 剪力Vi(kN) 边柱V(kN) 中柱V(kN) 6 K 1.18 3.36 10.42 137.25 25.42 43.20   α 0.37 0.63           D 1.93 3.28         5 K 1.18 3.36 10.42 257.01 47.60 80.90   α 0.37 0.63           D 1.93 3.28         4 K 1.18 3.36 10.42 353.26 65.43 111.20   α 0.37 0.63           D 1.93 3.28         3 K 1.18 3.36 10.42 425.97 78.90 134.09   α 0.37 0.63           D 1.93 3.28         2 K 1.18 3.36 10.42 475.16 88.01 149.57   α 0.37 0.63           D 1.93 3.28         1 K 1.29 3.66 10.20 504.5 107.33 144.92   α 0.54 0.73           D 2.17 2.93         表5.5 各层柱端弯矩计算 弯矩 位置 V(kN) y0 y1 y2 y3 M上(kN·m) M下(kN·m) 6 边柱 25.42 0.38 0 0 0 52.01 31.88   中柱 43.20 0.45 0 0 0 78.41 64.15 5 边柱 47.60 0.45 0 0 0 86.39 70.69   中柱 80.90 0.50 0 0 0 133.49 133.49 4 边柱 65.43 0.48 0 0 0 112.28 103.64   中柱 111.20 0.50 0 0 0 183.48 183.48 3 边柱 78.90 0.50 0 0 0 130.19 130.19   中柱 134.09 0.50 0 0 0 221.25 221.25 2 边柱 88.01 0.50 0 0 0 145.22 145.22   中柱 149.57 0.50 0 0 0 246.79 246.79 1 边柱 107.33 0.69 0 0 0 119.78 266.61   中柱 144.92 0.55 0 0 0 234.77 286.94 6风荷载计算 6.1风荷载计算 计算公式: ω=βzμsμzω0 βz——风振系数;μs——风荷载体型系数; μz——风压高度变化系数; ω0——基本风压值。 因结构高度H=20.7m<30m,取βz=1.0;对于矩形平面建筑μs=1.3;μz查荷载规范确定。将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载,假设风荷载均匀分布;并假定上下相邻各半层层高范围内的风荷载集中作用于本层的楼面上。 各层楼节点上风荷载的集中荷载为: Pi=βzμsμzω0A μz由荷载规范查得;场地为B类粗糙度。 表5.6 风荷载作用于框架节点的集中荷载 层数 βz μs z(m) μz ω0 A(m2) Pi(kN) 6 1.0 1.3 20.1 1.23 0.65 17.06 17.73 5 1.0 1.3 16.8 1.17 0.65 23.76 23.49 4 1.0 1.3 13.5 1.00 0.65 23.76 20.08 3 1.0 1.3 10.2 1.00 0.65 23.76 20.08 2 1.0 1.3 6.9 1.00 0.65 23.76 20.08 1 1.0 1.3 3.6 1.00 0.65 37.8 31.94 计算简图如下图所示: 20.08 31.94 20.08 23.49 20.08 17.73 图5.3 风荷载作用下结构计算简图(kN) 6.2风荷载作用下的变形验算 层间位移Δui与顶点位移ui的计算公式如下: Δui=Vi/ΣDi ui=Σ(Δu)k 层间弹性位移角,根据《建筑抗震设计规范》,层间弹性位移角限值[]<1550,即<1550,则满足规范规定的弹性要求。 表5.7 风荷载作用下的变形验算 层次 Vi(kN) Hi(m) ΣDi(N/mm) Δui=Vi/ΣDi(mm) Δui/hi ui(mm) 6 17.73 20.10 1.042×10^6 0.02 0.0000052 0.0000382 5 23.49 16.80 1.042×10^6 0.02 0.0000068 0.0000331 4 20.08 13.50 1.042×10^6 0.02 0.0000058 0.0000262 3 20.08 10.20 1.042×10^6 0.02 0.0000058 0.0000204 2 20.08 6.90 1.042×10^6 0.02 0.0000058 0.0000145 1 31.94 3.60 1.020×10^6 0.03 0.0000087 0.0000087 因风荷载作用力较小,层间位移角均小于1550=0.001818,变形满足规范要求。 各层柱端弯矩及剪力计算结果如下表所示: 表5.8 各层柱剪力计算   边柱D 中柱D D和 剪力Vi(kN) 边柱V(kN) 中柱V(kN) 6 K 1.18 3.36 10.42 17.3 3.20 5.45   α 0.37 0.63           D 1.93 3.28         5 K 1.18 3.36 10.42 40.79 7.56 12.84   α 0.37 0.63           D 1.93 3.28         4 K 1.18 3.36 10.42 60.87 11.27 19.16   α 0.37 0.63           D 1.93 3.28         3 K 1.18 3.36 10.42 80.95 14.99 25.48   α 0.37 0.63           D 1.93 3.28         2 K 1.18 3.36 10.42 101.03 18.71 31.80   α 0.37 0.63           D 1.93 3.28         1 K 1.29 3.66 10.20 132.97 28.29 38.20   α 0.54 0.73           D 2.17 2.93         表5.9 各层柱端弯矩计算 弯矩 位置 V(kN) y0 y1 y2 y3 M上(kN·m) M下(kN·m) 6 边柱 3.20 0.38 0 0 0 6.55 4.01   中柱 5.45 0.45 0 0 0 9.89 8.09 5 边柱 7.56 0.45 0 0 0 13.67 11.18   中柱 12.84 0.50 0 0 0 21.19 21.19 4 边柱 11.27 0.48 0 0 0 19.34 17.85   中柱 19.16 0.50 0 0 0 31.61 31.61 3 边柱 14.99 0.50 0 0 0 24.73 24.73   中柱 25.48 0.50 0 0 0 42.04 42.04 2 边柱 18.71 0.50 0 0 0 30.87 30.87   中柱 31.80 0.50 0 0 0 52.47 52.47 1 边柱 28.29 0.69 0 0 0 31.57 70.27   中柱 38.20 0.55 0 0 0 61.88 75.64 7竖向荷载作用下横向框架的内力计算 取图中③轴线处横向一榀框架为例计算,其宽度为3.6m。由于纵向框架梁、柱中心线不重合,框架节点上还应有集中力矩。 7.1 荷载计算 框架梁上的恒荷载分布如图所示: D 图7.1 框架梁上的恒荷载分布图 (1) 恒荷载作用下柱的内力计算: ①顶层: 楼板为整体现浇,本板选用双向板,可沿四角点45o线将板区格分为小块 q1、q1、代表AB跨、BC跨横梁自重,均布荷载。 AB:q1 =0.3×0.7×25=5.25kN/m BC:q1、=0.2×0.6×25=3.00kN/m q2、q2、AB:q2 =5.04×1.8= 9.07kN/m BC:q2、=5.04×2.1=10.58kN/m P1=3.6×6.9/2×5.04+5.25×6.9/2+0.2×0.5×25×6.9/4+5.25×3.6 =103.92kN P2=3.6×6.9/2×5.04+5.25×6.9/2+0.2×0.5×25×6.9/4+5.25×3.6+3×2.1/2 =107.07kN ②2-5层: AB:q1 =0.3×0.7×25+0.2×3.3×5.5=8.88kN/m BC:q1、=0.2×0.6×25+0.2×3.3×5.5=6.63kN/m AB:q2 =4.04×1.8=7.27kN/m BC:q2、=4.04×2.1=8.48kN/m 外纵墙:12.82kN/m 内纵墙: 8.74kN/m P1、P2分别是由边纵梁、中纵梁传给柱的恒荷载,包括梁自重和楼板自重。 P1=3.6×6.9/2×4.04+5.25×6.9/2+0.2×0.5×25×6.9/4+5.25×3.6+12.82×3.6 =150.07kN P2=3.6×6.9/2×4.04+5.25×6.9/2+0.2×0.5×25×6.9/4+5.25×3.6+3×2.1/2+8.74×3.6=138.54kN ③底层: AB:q1 =0.3×0.7×25+0.2×3.6×5.5=9.21kN/m BC:q1、=0.2×0.6×25+0.2×3.6×5.5=6.69kN/m AB:q2 =14.54kN/m BC:q2、= 8.48kN/m 外纵墙:14.30kN/m 内纵墙: 9.74kN/m P1=3.6×6.9/2×4.04+5.25×6.9/2+0.2×0.5×25×6.9/4+5.25×3.6+14.30×3.6 =155.40kN P2=3.6×6.9/2×4.04+5.25×6.9/2+0.2×0.5×25×6.9/4+5.25×3.6+3×2.1/2+9.74×3.6=142.14kN (2) 活荷载作用下柱的内力计算: 框架梁上的活荷载分布如图所示: 图7.2 框架梁上的活荷载分布图 ①顶层: AB:q2 =2.0×1.8= 3.6kN/m BC:q2、=2.0×2.1= 4.2kN/m P1、P2分别是由边纵梁、中纵梁传给柱的活荷载 P1=3.6×6.9/2×2.0=24.84kN P2=3.6×6.9/2×2.0+3.6×2.1/2×2.0=32.4 kN 同理,雪荷载作用下: AB:q2 =0.4×1.8= 0.72kN/m BC:q2、=0.4×2.1= 0.84kN/m P1=3.6×6.9/2×0.4=4.968kN P2=3.6×6.9/2×0.4+3.6×2.1/2×0.4=6.48 kN ②1-5层: AB:q2 =2.0×1.8= 3.6 kN/m BC:q2、=2.5×2.1= 5.25kN/m P1、P2分别是由边纵梁、中纵梁传给柱的活荷载 P1=3.6×6.9/2×2.0=24.84kN P2=3.6×6.9/2×2.0+3.6×2.1/2×2.5=32.4 kN (3) 恒荷载作用下梁的内力计算: α=a/l=1.8/6.9=0.26 均布荷载值计算:梯形荷载(边跨)乘以系数5/8=0.625 三角形荷载(中跨)乘以系数1-2α2+α3=0.882 ①顶层: -MAB=q1l12/12+q2l12(1-2α2+α3)/12 =5.25×6.92/12+9.07×6.92×(1-2×0.262+0.263)/12 =52.58kN·m -MBC=q1l22/12+5q2、l22/96 =3×2.12/12+5×10.58×2.12/96=3.53 kN·m ②2-5层: -MAB=q1l12/12+q2l12(1-2α2+α3)/12 =8.88×6.92/12+7.27×6.92×(1-2×0.262+0.263)/12 =60.68kN·m -MBC=q1l22/12+5q2、l22/96 =6.63×2.12/12+5×8.48×2.12/96=4.38 kN·m ③底层: -MAB=q1l12/12+q2l12(1-2α2+α3)/12 =9.21×6.92/12+14.54×6.92×(1-2×0.262+0.263)/12 =87.44kN·m -MBC=q1l22/12+5q2、l22/96 =6.96×2.12/12+5×8.48×2.12/96=4.51 kN·m (4) 活荷载作用下梁的内力计算: ①顶层: -MAB=q2l12(1-2α2+α3)/12 =3.6×6.92×(1-2×0.262+0.263)/12 =12.60kN·m -MBC=5q2、l22/96 =5×4.2×2.12/96=0.96kN·m ②1-5层: -MAB=q2l12(1-2α2+α3)/12 =3.6×6.92×(1-2×0.262+0.263)/12 =12.60kN·m -MBC=5q2、l22/96 =5×5.25×2.12/96=1.21kN·m 7.2竖向荷载作用下的内力计算 恒荷载作用下的内力计算如下图所示: 上柱 下柱 右梁 左梁 上柱 下柱 右梁 0.39 0.61   0.33   0.21 0.46   -52.58 52.58   -3.53   20.51 32.07 16.04     -10.74 -21.48   -13.67 -29.94   4.19 6.55 3.28           -1.08   -0.69 -1.51 第六层 24.69 -24.69 49.33   -14.36 -34.98 0.28 0.28 0.44   0.28 0.17 0.17 0.38   -60.68 60.68   -4.38 16.99 16.99 26.70 13.35     -9.75 -19.50 -11.84 -11.84 -26.47 2.73 2.73 4.29 2.15           -0.60 -0.36 -0.36 -0.82 第五层 19.72 19.72 -39.44 56.07 -12.21 -12.21 -31.66 0.28 0.28 0.44   0.28 0.17 0.17 0.38   -60.68 60.68   -4.38 16.99 16.99 26.70 13.35     -9.75 -19.50 -11.84 -11.84 -26.47 2.73 2.73 4.29 2.15           -0.60 -0.36 -0.36 -0.82 第四层 19.72 19.72 -39.44 56.07 -12.21 -12.21 -31.66 0.28 0.28 0.44   0.28 0.17 0.17 0.38   -60.68 60.68   -4.38 16.99 16.99 26.70 13.35     -9.75 -19.50 -11.84 -11.84 -26.47 2.73 2.73 4.29 2.15           -0.60 -0.36 -0.36 -0.82 第三层 19.72 19.72 -39.44 56.07 -12.21 -12.21 -31.66 0.28 0.28 0.44   0.28 0.17 0.17 0.38   -60.68 60.68   -4.38 16.99 16.99 26.70 13.35     -9.75 -19.50 -11.84 -11.84 -26.47 2.73 2.73 4.29 2.15           -0.60 -0.36 -0.36 -0.82 第二层 19.72 19.72 -39.44 56.07 -12.21 -12.21 -31.66 0.29 0.26 0.45   0.28 0.18 0.16 0.38   -87.44 87.44   -4.51 25.36 22.73 39.35 19.67     -14.36 -28.73 -18.47 -16.42 -38.99 4.17 3.73 6.46 3.23           -0.90 -0.58 -0.52 -1.23 第一层 29.52 26.47 -55.99 80.71 -19.05 -16.93 -44.73 图7.3 恒载作用下的内力计算(单位:kN•m) 活荷载作用下的内力计算如下图所示: 上柱 下柱 右梁 左梁 上柱 下柱 右梁 0.39 0.61   0.33   0.21 0.46   -12.6 12.6   -0.96   4.91 7.69 3.84     -2.55 -5.11   -3.25 -7.12   1.00 1.56 0.78           -0.26   -0.16 -0.36 第六层 5.91 -5.91 11.86   -3.41 -8.44 0.28 0.28 0.44   0.28 0.17 0.17 0.38   -12.6 12.6   -1.21 3.53 3.53 5.54 2.77     -1.98 -3.96 -2.41 -2.41 -5.38 0.56 0.56 0.87 0.44           -0.12 -0.07 -0.07 -0.17 第五层 4.08 4.08 -8.17 11.72 -2.48 -2.48 -6.76 0.28 0.28 0.44   0.28 0.17 0.17 0.38   -12.6 12.6   -1.21 3.53 3.53 5.54 2.77     -1.98 -3.96 -2.41 -2.41 -5.38 0.56 0.56 0.87 0.44           -0.12 -0.07 -0.07 -0.17 第四层 4.08 4.08 -8.17 11.72 -2.48 -2.48 -6.76 0.28 0.28 0.44   0.28 0.17 0.17 0.38   -12.6 12.6   -1.21 3.53 3.53 5.54 2.77     -1.98 -3.96 -2.41 -2.41 -5.38 0.56 0.56 0.87 0.44           -0.12 -0.07 -0.07 -0.17 第三层 4.08 4.08 -8.17 11.72 -2.48 -2.48 -6.76 0.28 0.28 0.44   0.28 0.17 0.17 0.38   -12.6 12.6   -1.21 3.53 3.53 5.54 2.77     -1.98 -3.96 -2.41 -2.41 -5.38 0.56 0.56 0.87 0.44           -0.12 -0.07 -0.07 -0.17 第二层 4.08 4.08 -8.17 11.72 -2.48 -2.48 -6.76 0.29 0.26 0.45   0.28 0.18 0.16 0.38   -12.6 12.6   -1.21 3.65 3.28 5.67 2.84     -1.99 -3.98 -2.56 -2.28 -5.41 0.58 0.52 0.90 0.45           -0.13 -0.08 -0.07 -0.17 第一层 4.23 3.79 -8.03 11.77 -2.64 -2.35 -6.79 图7.4 活载作用下的内力计算(单位:kN•m) 7.3梁端剪力和柱轴力计算 1、恒荷载作用下 以顶层为例计算,恒荷载引起的剪力为: VA=VB=(9.07×6.9×0.75+5.25×6.9)/2= 41.58kN VB=VC=(10.58×1.05+3×2.1)/2= 8.70kN 在本框架中,由于弯矩所引起的剪力较小,因此忽略不计。 A柱: N顶=103.92+41.58=145.5kN G柱=0.5×0.5×3.3×25=20.63kN N底=N顶+G柱=166.13kN B柱: N顶=107.07+41.58+8.70=157.3kN G柱=0.5×0.5×3.3×25=20.63kN N底=N顶+G柱=177.98kN 恒荷载作用下梁端剪力及柱轴力如表所示: 表7.1 恒荷载作用下梁端剪力及柱轴力 层次 荷载引起的剪力 柱轴力 AB跨 BC跨 A柱 B柱 VA=VB VB=VC N顶  N底   N顶 N底  6 41.58 8.70 145.50 166.13 157.30 177.98 5 49.45 11.41 199.52 220.14 199.40 220.03 4 49.45 11.41 199.52 220.14 199.40 220.03 3 49.45 11.41 199.52 220.14 199.40 220.03 2 49.45 11.41 199.52 220.14 199.40 220.03 1 69.40 11.76 224.80 247.30 223.30 245.80 2、活荷载作用下 以顶层为例计算,活荷载引起的剪力为: VA=VB=3.6×6.9×0.75/2= 9.32kN VB=VC=4.2×1.05/2= 2.21kN A柱: N顶=N底=24.84+9.32=34.16kN B柱: N顶=N底=32.4+9.32+2.21=43.92kN 活荷载作用下梁端剪力及柱轴力如表所示: 表7.2 活荷载作用下梁端剪力及柱轴力 层次 荷载引起的剪力 柱轴力 AB跨 BC跨 A柱 B柱 VA=VB  VB=VC  N顶 N底  N顶 N底  6 9.32 2.21 34.16 34.16 43.92 43.92 5 9.32 2.76 34.16 34.16 46.36 46.36 4 9.32 2.76 34.16 34.16 46.36 46.36 3 9.32 2.76 34.16 34.16 46.36 46.36 2 9.32 2.76 34.16 34.16 46.36 46.36 1 9.32 2.76 34.16 34.16 46.36 46.36 8内力组合 8.1竖向荷载作用下的梁端弯矩调幅 调幅系数取β=0.85。 以顶层边跨梁在恒荷载作用下的梁端负弯矩为例:该梁在恒荷载作用下,梁端负弯矩分别为:MG=24.69kN·m;ME=49.33kN·m;跨中正弯矩为M0=18.924kN·m 现将其调幅: ME、=βME=0.85×49.33=41.93 kN·m MG、=βMG=0.85×24.69=20.99 kN·m M0、=1.2M0=1.2×18.924=22.71kN·m 每根梁均按上述方法进行弯矩调幅。 8.2框架梁内力折算至柱边 1. 竖向分布荷载 对于竖向分布荷载作用下的梁端内力,按下式计算: V、=V-p·b2 M、=M- V、·b2 2. 水平荷载或竖向集中荷载产生的内力,则按下式折算: V、=V M、=M- V、·b2 恒荷载作用下梁端弯矩调幅与剪力调幅结果如下表所示: 表8.1 恒荷载作用下弯矩调幅与剪力调幅 层 截面位置 内力 SGK  剪力 调幅后弯矩 均布荷载 调幅后剪力 调幅后 kN kN·m kN/m kN 6 A M/(kN·m) -24.690 -41.580 -20.987 10.919 -35.343 -20.987 V/kN           35.343 边跨跨中 M/(kN·m) 27.970   33.564     33.564 B左 M/(kN·m) -49.330 -41.580 -41.931 10.919 -35.343 -41.931 V/kN           35.343 B右 M/(kN·m) -34.980 -8.700 -29.733 12.332 -7.395 -29.733 V/kN           7.395 中间跨跨中 M/(kN·m) -28.182   -33.818     -33.818 5 A M/(kN·m) -39.440 -49.450 -33.524 13.424 -42.033 -33.524 V/kN           42.033 边跨跨中 M/(kN·m) 32.133   38.560     38.560 B左 M/(kN·m) -56.070 -49.450 -47.660 13.424 -42.033 -47.660 V/kN           42.033 B右 M/(kN·m) -31.660 -11.410 -26.911 14.109 -9.699 -26.911 V/kN           9.699 中间跨跨中 M/(kN·m) -24.862   -29.834     -29.834 4 A M/(kN·m) -39.440 -49.450 -33.524 13.424 -42.033 -33.524 V/kN           42.033 边跨跨中 M/(kN·m) 32.133   38.560     38.560 B左 M/(kN·m) -56.070 -49.450 -47.660 13.424 -42.033 -47.660 V/kN           42.033 B右 M/(kN·m) -31.660 -11.410 -26.911 14.109 -9.699 -26.911 V/kN           9.699 中间跨跨中 M/(kN·m) -24.862   -29.834     -29.834 3 A M/(kN·m) -39.440 -49.450 -33.524 13.424 -42.033 -33.524 V/kN           42.033 边跨跨中 M/(kN·m) 32.133   38.560     38.560 B左 M/(kN·m) -56.070 -49.450 -47.660 13.424 -42.033 -47.660 V/kN           42.033 B右 M/(kN·m) -31.660 -11.410 -26.911 14.109 -9.699 -26.911 V/kN           9.699 中间跨跨中 M/(kN·m) -24.862   -29.834     -29.834 2 A M/(kN·m) -39.440 -49.450 -33.524 13.424 -42.033 -33.524 V/kN           42.033 边跨跨中 M/(kN·m) 32.133   38.560     38.560 B左 M/(kN·m) -56.070 -49.450 -47.660 13.424 -42.033 -47.660 V/kN           42.033 B右 M/(kN·m) -31.660 -11.410 -26.911 14.109 -9.699 -26.911 V/kN           9.699 中间跨跨中 M/(kN·m) -24.862   -29.834     -29.834 1 A M/(kN·m) -55.990 -69.400 -47.592 18.298 -58.990 -47.592 V/kN           58.990 边跨跨中 M/(kN·m) 40.543   48.652     48.652 B左 M/(kN·m) -80.710 -69.400 -68.604 18.298 -58.990 -68.604 V/kN           58.990 B右 M/ -44.730 -11.760 -38.021 14.169 -9.996 -38.021 (kN·m) V/kN           9.996 中间跨跨中 M/(kN·m) -37.932   -45.518     -45.518 表8.2活荷载作用下弯矩调幅与剪力调幅 层 截面位置 内力 SQK  剪力 调幅后弯矩 均布荷载 调幅后剪力 调幅后 kN kN·m kN/m kN 6 A M/(kN·m) -5.910 -9.320 -5.024 10.919 -7.922 -5.024 V/kN           7.922 边跨跨中 M/(kN·m) 7.183   8.620     8.620 B左 M/(kN·m) -11.860 -9.320 -10.081 10.919 -7.922 -10.081 V/kN           7.922 B右 M/(kN·m) -8.440 -2.210 -7.174 12.332 -1.879 -7.174 V/kN           1.879 中间跨跨中 M/(kN·m) -5.990   -7.188     -7.188 5 A M/(kN·m) -8.170 -9.320 -6.945 13.424 -7.922 -6.945 V/kN           7.922 边跨跨中 M/(kN·m) 3.445   4.134     4.134 B左 M/(kN·m) -11.720 -9.320 -9.962 13.424 -7.922 -9.962 V/kN           7.922 B右 M/(kN·m) -6.760 -2.760 -5.746 14.109 -2.346 -5.746 V/kN           2.346 中间跨跨中 M/(kN·m) -4.207   -5.048     -5.048 4 A M/(kN·m) -8.170 -9.320 -6.945 13.424 -7.922 -6.945 V/kN           7.922 边跨跨中 M/(kN·m) 3.445   4.134     4.134 B左 M/(kN·m) -11.720 -9.320 -9.962 13.424 -7.922 -9.962 V/kN           7.922 B右 M/(kN·m) -6.760 -2.760 -5.746 14.109 -2.346 -5.746 V/kN           2.346 中间跨跨中 M/(kN·m) -4.207   -5.048     -5.048 3 A M/(kN·m) -8.170 -9.320 -6.945 13.424 -7.922 -6.945 V/kN           7.922 边跨跨中 M/(kN·m) 3.445   4.134     4.134 B左 M/(kN·m) -11.720 -9.320 -9.962 13.424 -7.922 -9.962 V/kN           7.922 B右 M/(kN·m) -6.760 -2.760 -5.746 14.109 -2.346 -5.746 V/kN           2.346 中间跨跨中 M/(kN·m) -4.207   -5.048     -5.048 2 A M/(kN·m) -8.170 -9.320 -6.945 13.424 -7.922 -6.945 V/kN           7.922 边跨跨中 M/(kN·m) 3.445   4.134     4.134 B左 M/(kN·m) -11.720 -9.320 -9.962 13.424 -7.922 -9.962 V/kN           7.922 B右 M/(kN·m) -6.760 -2.760 -5.746 14.109 -2.346 -5.746 V/kN           2.346 中间跨跨中 M/(kN·m) -4.207   -5.048     -5.048 1 A M/(kN·m) -8.030 -9.320 -6.826 18.298 -7.922 -6.826 V/kN           7.922 边跨跨中 M/(kN·m) 3.490   4.188     4.188 B左 M/(kN·m) -11.770 -9.320 -10.005 18.298 -7.922 -10.005 V/kN           7.922 B右 M/(kN·m) -6.790 -2.760 -5.772 14.169 -2.346 -5.772 V/kN           2.346 中间跨跨中 M/(kN·m) -4.237   -5.084     -5.084 8.3荷载效应组合 本设计根据《荷载规范》,对于本框架结构的荷载效应基本组合,考虑以下4种内力组合,即: 非地震作用下内力组合有以下几种情况: 由恒荷载效应控制的组合为: 由活荷载效应控制的组合为: 考虑风荷载作用的组合为: 各种荷载情况下的框架内力求得后,根据最不利的原则进行内力组合。分别考虑恒荷载和活荷载由可变荷载效应控制组合和由永久荷载效应控制组合,并比较两种组合的内力,取最不利者。 地震作用下内力组合为: 其中: SGk——恒荷载标准值效应 SQk——活荷载标准值效应 SQW——风荷载标准值效应 SEK——地震荷载标准值效应 1.框架梁内力组合 对表格作以下说明: 1)活载满跨布置,考虑活荷载最不利组合,并对其梁跨中弯矩已经进行调幅; 2)梁端剪力V以顺时针为正,逆时针为负; 3)弯矩M以下侧受拉为正,上侧受拉为负; 4)表中单位:弯矩M:,剪力:; 5) 抗震组合后应对框架梁剪力进行调整 表8.3 梁内力组合 层号 位置 内力 荷载分类 恒载 活载 地震荷载 风荷载 6 A M/(kN·m) -20.99 -5.02 52.01 6.55 V/kN 35.34 7.92 12.32 1.55 边跨跨中 M/(kN·m) 33.56 8.62 9.50 1.20 B左 M/(kN·m) -41.93 -10.08 33.01 4.16 V/kN 35.34 7.92 12.32 1.55 B右 M/(kN·m) -29.73 -7.17 45.40 5.73 V/kN 7.40 1.88 43.24 5.46 中间跨跨中 M/(kN·m) -33.82 -7.19 0.00 0.00 5 A M/(kN·m) -33.52 -6.95 118.27 17.68 V/kN 42.03 7.92 29.20 4.35 边跨跨中 M/(kN·m) 38.56 4.13 17.53 2.68 B左 M/ -47.66 -9.96 83.21 12.33 (kN·m) V/kN 42.03 7.92 29.20 4.35 B右 M/(kN·m) -26.91 -5.75 114.43 16.95 V/kN 9.70 2.35 108.98 16.14 中间跨跨中 M/(kN·m) -29.83 -5.05 0.00 0.00 4 A M/(kN·m) -33.52 -6.95 182.97 30.52 V/kN 42.03 7.92 45.86 7.64 边跨跨中 M/(kN·m) 38.56 4.13 24.77 4.15 B左 M/(kN·m) -47.66 -9.96 133.44 22.23 V/kN 42.03 7.92 45.86 7.64 B右 M/(kN·m) -26.91 -5.75 183.53 30.57 V/kN 9.70 2.35 174.79 29.11 中间跨跨中 M/(kN·m) -29.83 -5.05 0.00 0.00 3 A M/(kN·m) -33.52 -6.95 233.83 42.58 V/kN 42.03 7.92 58.58 10.67 边跨跨中 M/(kN·m) 38.56 4.13 31.72 5.79 B左 M/(kN·m) -47.66 -9.96 170.39 31.01 V/kN 42.03 7.92 58.58 10.67 B右 M/(kN·m) -26.91 -5.75 234.34 42.64 V/kN 9.70 2.35 223.18 40.61 中间跨跨中 M/(kN·m) -29.83 -5.05 0.00 0.00 2 A M/(kN·m) -33.52 -6.95 275.41 55.60 V/kN 42.03 7.92 68.47 14.43 边跨跨中 M/(kN·m) 38.56 4.13 39.19 5.80 B左 M/(kN·m) -47.66 -9.96 197.04 44.00 V/kN 42.03 7.92 68.47 14.43 B右 M/(kN·m) -26.91 -5.75 271.00 60.51 V/kN 9.70 2.35 258.10 57.63 中间跨跨中 M/(kN·m) -29.83 -5.05 0.00 0.00 1 A M/(kN·m) -47.59 -6.83 265.00 62.44 V/kN 58.99 7.92 67.79 16.03 边跨跨中 M/(kN·m) 48.65 4.19 31.13 7.15 B左 M/ -68.60 -10.01 202.74 48.14 (kN·m) V/kN 58.99 7.92 67.79 16.03 B右 M/(kN·m) -38.02 -5.77 278.82 66.21 V/kN 10.00 2.35 265.54 63.06 中间跨跨中 M/(kN·m) -45.52 -5.08 0.00 0.00 表8.3 梁内力组合(续) 层号 组合类型 恒荷载控制 活荷载控制 风荷载 地震作用 MAX 6 -33.36 -32.22 -21.04 39.41 -33.36 55.64 53.50 52.50 63.18 55.64 53.93 52.34 50.57 57.80 53.93 -66.69 -64.43 -54.57 -13.45 -66.69 55.64 53.50 52.50 63.18 55.64 -47.31 -45.72 -34.83 19.03 -47.31 11.86 11.50 18.40 66.21 18.40 -52.84 -50.64 -47.77 -44.89 -52.84 5 -52.20 -49.95 -22.42 109.36 -52.20 64.67 61.53 64.45 93.15 64.67 56.19 52.06 54.15 71.54 56.19 -74.30 -71.14 -49.89 45.00 -74.30 64.67 61.53 64.45 93.15 64.67 -42.08 -40.34 -14.31 113.02 -42.08 15.44 14.92 36.58 154.72 36.58 -45.32 -42.87 -40.85 -38.83 -45.32 4 -52.20 -49.95 -4.45 193.47 -52.20 64.67 61.53 69.06 114.81 69.06 56.19 52.06 56.21 80.95 56.19 -74.30 -71.14 -36.03 110.30 -74.30 64.67 61.53 69.06 114.81 69.06 -42.08 -40.34 4.76 202.85 -42.08 15.44 14.92 54.74 240.27 54.74 -45.32 -42.87 -40.85 -38.83 -45.32 3 -52.20 -49.95 12.44 259.58 -52.20 64.67 61.53 73.30 131.35 73.30 56.19 52.06 58.51 89.99 56.19 -74.30 -71.14 -23.74 158.34 -74.30 64.67 61.53 73.30 131.35 73.30 -42.08 -40.34 21.66 268.90 -42.08 15.44 14.92 70.84 303.18 70.84 -45.32 -42.87 -40.85 -38.83 -45.32 2 -52.20 -49.95 30.67 313.64 -52.20 64.67 61.53 78.56 144.20 78.56 56.19 52.06 58.53 99.69 58.53 -74.30 -71.14 -5.55 192.98 -74.30 64.67 61.53 78.56 144.20 78.56 -42.08 -40.34 46.67 316.56 46.67 15.44 14.92 94.67 348.58 94.67 -45.32 -42.87 -40.85 -38.83 -45.32 1 -71.08 -66.67 23.48 283.29 -71.08 87.56 81.88 101.15 163.67 101.15 69.87 64.25 72.58 101.36 72.58 -102.62 -96.33 -24.93 175.23 -102.62 87.56 81.88 101.15 163.67 101.15 -57.10 -53.71 41.30 313.38 -57.10 15.84 15.28 102.63 358.60 102.63 -66.53 -61.74 -59.71 -57.67 -66.53 2.框架柱内力组合 对表格作以下说明: 1)柱端剪力V以顺时针为正,逆时针为负; 2)柱弯矩M以梁内侧受拉为正,以梁外侧受拉为负; 3)柱端轴力以拉为正,以压为负; 4)表中单位:弯矩M:,剪力:,轴力:。 5) 表中各值均为轴线处的弯矩M和轴力N; 表8.4 柱内力组合 层号 位置 内力 荷载分类 恒载 活载 地震荷载 风荷载 6 A M2/(kN·m) 0.00 0.00 52.01 6.55 V/kN 24.69 5.91 31.88 4.01 N/kN 166.13 34.16 12.30 1.55 B M2/(kN·m) 0.00 0.00 78.41 9.89 V/kN -14.36 -3.41 64.15 8.09 N/kN 177.98 43.92 30.90 3.90 5 A M2/(kN·m) 19.72 4.08 86.39 13.67 V/kN 19.72 4.08 70.69 11.18 N/kN 220.14 34.16 41.50 5.90 B M2/(kN·m) -12.21 -2.48 133.49 21.19 V/kN -12.21 -2.48 133.49 21.19 N/kN 220.03 46.36 110.70 11.79 4 A M2/(kN·m) 19.72 4.08 112.28 19.34 V/kN 19.72 4.08 103.64 17.85 N/kN 220.14 34.16 75.10 11.99 B M2/(kN·m) -12.21 -2.48 183.48 31.61 V/kN -12.21 -2.48 183.48 31.61 N/kN 220.03 46.36 239.60 21.47 3 A M2/(kN·m) 19.72 4.08 130.19 24.73 V/kN 19.72 4.08 130.19 24.73 N/kN 220.14 34.16 104.40 18.31 B M2/(kN·m) -12.21 -2.48 221.25 42.04 V/kN -12.21 -2.48 221.25 42.04 N/kN 220.03 46.36 404.20 29.94 2 A M2/(kN·m) 19.72 4.08 145.22 30.87 V/kN 19.72 4.08 145.22 30.87 N/kN 220.14 34.16 127.10 25.10 B M2/(kN·m) -12.21 -2.48 246.79 52.47 V/kN -12.21 -2.48 246.79 52.47 N/kN 220.03 46.36 593.90 43.19 1 A M2/(kN·m) 29.52 4.23 119.78 31.57 V/kN 26.47 3.79 266.61 70.27 N/kN 247.30 34.16 136.30 30.46 B M2/(kN·m) -19.05 -2.64 234.77 61.88 V/kN -16.93 -2.35 286.94 75.64 N/kN 245.80 46.36 791.60 47.03 表8.4 柱内力组合(续) 层号 组合类型 恒荷载控制 活荷载控制 风荷载 地震作用 MAX 6 0.00 0.00 9.17 67.61 9.17 39.24 37.90 41.15 74.62 39.24 258.44 247.18 235.69 235.84 258.44 0.00 0.00 13.85 101.93 13.85 -22.80 -22.01 -9.32 64.12 -22.80 284.19 275.06 262.96 280.10 284.19 5 30.70 29.38 46.88 138.42 46.88 30.70 29.38 43.40 118.01 43.40 331.35 311.99 306.59 338.61 331.35 -18.96 -18.12 12.53 157.40 -18.96 -18.96 -18.12 12.53 157.40 -18.96 343.40 328.94 326.90 435.76 343.40 4 30.70 29.38 54.82 172.08 54.82 30.70 29.38 52.73 160.84 52.73 331.35 311.99 315.11 382.29 331.35 -18.96 -18.12 27.12 222.38 27.12 -18.96 -18.12 27.12 222.38 27.12 343.40 328.94 340.45 603.33 343.40 3 30.70 29.38 62.37 195.36 62.37 30.70 29.38 62.37 195.36 62.37 331.35 311.99 323.96 420.38 331.35 -18.96 -18.12 41.72 271.49 41.72 -18.96 -18.12 41.72 271.49 41.72 343.40 328.94 352.31 817.31 352.31 2 30.70 29.38 70.96 214.90 70.96 30.70 29.38 70.96 214.90 70.96 331.35 311.99 333.47 449.89 333.47 -18.96 -18.12 56.33 304.69 56.33 -18.96 -18.12 56.33 304.69 56.33 343.40 328.94 370.86 1063.92 370.86 1 44.08 41.35 83.85 193.68 83.85 39.52 37.07 133.93 380.63 133.93 368.02 344.58 373.56 494.45 373.56 -28.36 -26.56 61.13 280.76 61.13 -25.21 -23.61 83.23 351.30 83.23 378.19 359.86 407.16 1351.86 407.16 9构件截面设计及配筋计算 混凝土采用C30:查表得α1=1.0,fc=14.3N/mm2,ft=1.71N/mm2; 纵筋采用HRB335钢筋fy=300 N/mm2; 箍筋采用HPB300钢筋fy=270 N/mm2; 主梁截面尺寸为: 边跨为300mm×700mm,中跨为200mm×600mm; 混凝土保护层厚度:a=a、=25mm ; 9.1梁截面设计 设计思路: 1、 顶层梁截面设计 ⑴边跨截面设计 以顶层边跨为例计算,按单筋T形梁截面进行配筋计算。 ①跨中截面设计: 翼缘计算宽度按计算跨度l0考虑:bf=l0/3=6.9/3=2.3m 截面有效高度:h0=h-as=700-25=675mm 计算内力:M=53.93kN·m 判断T形截面类型: M=53.93kN·m≤Mu=αfcbf、hf、(h0-hf、2) =1×14.3×2300×100×(675-100/2)=2055.6 kN·m 属于第I类T形截面。 截面抵抗矩系数:αs=Mα1fcbf、h02=53.93×1061.0×14.3×2300×6752=0.0036 相对受压区高度:ξ=1-1-2αs=1-1-2×0.0036=0.004<ξb=0.518 配筋面积:AS=α1fcξbf、h0fy=1.0×14.3×0.004×675×2300300=296.01mm2 下部配筋取:4∅10,AS=314mm2 配筋率验算:ρmin=max⁡(0.2%,0.45ft/fy)=0.26% 实际配筋率ρ=ASbh=314300×700=0.15%,不符合要求。 所以,按照构造配筋AS=546mm2 取:5∅12,AS=565.2mm2 ②梁支座按矩形截面计算: A端:h0=h-as=700-25=675mm αs=M-fy、As、(h0-a、)α1fcbh02=33.36×106-300×565.2×(675-25)1.0×14.3×300×6752=0.007 ξ=1-1-2αs=1-1-2×0.007=0.007<ξb=0.518 x=ξh0=0.007×675=4.725<2as=50mm 受压钢筋不屈服,AS近似取 AS=Mfy(h0-a、)=33.36×106300×650=171.08mm2 实配钢筋:4∅8,AS=200.96mm2 配筋率验算:ρmin=max⁡(0.25%,0.55ft/fy)=0.31% 实际配筋率,ρ=ASbh=201300×700=0.10%,不符合要求。 所以,按照构造配筋AS=651mm2 取:6∅12,AS=678.2mm2 B端:h0=h-as=700-25=675mm αs=M-fy、As、(h0-a、)α1fcbh02=66.69×106-300×565.2×(675-25)1.0×14.3×300×6752=0.022 ξ=1-1-2αs=1-1-2×0.022=0.022<ξb=0.518 x=ξh0=0.022×675=14.85<2as=50mm 受压钢筋不屈服,AS近似取 AS=Mfy(h0-a、)=66.69×106300×650=342mm2 实配钢筋:5∅10,AS=392.5mm2 配筋率验算:ρmin=max⁡(0.25%,0.55ft/fy)=0.31% 实际配筋率,ρ=ASbh=392.5300×700=0.18%,不符合要求。 所以,按照构造配筋AS=651mm2 取:6∅12,AS=678.2mm2 ③箍筋配置 梁AB:hw/b=700/300=2.3<4,所以该梁属于厚腹梁。 V=55.64kN<0.25βcfcbh0=0.25×1.0×14.3×300×700=750.75kN 截面尺寸符合要求。 Vcs=0.7ftbh0=0.7×1.71×300×700=251.37kN>55.64kN 箍筋设置满足要求。 ⑵中跨截面设计 以底层中跨为例计算。 ①梁正截面受弯承载力计算: 其中支座弯矩为: MB=102.62kN·m γREMB=0.75×102.62=76.97 kN·m 梁跨间按单筋T形截面进行配筋计算: 翼缘计算宽度按计算跨度l0考虑:bf=l0/3=2.1/3=0.7m 截面有效高度h0=h-as=600-25=575mm 计算内力:M=76.97kN·m 判断T形截面类型: M=76.97kN·m≤Mu=αfcbf、hf、(h0-hf、2) =1×14.3×700×100×(575-100/2)=525.5 kN·m 属于第I类T形截面。 截面抵抗矩系数:αs=Mα1fcbf、h02=76.97×1061.0×14.3×700×5752=0.023 相对受压区高度:ξ=1-1-2αs=1-1-2×0.023=0.023<ξb=0.518 配筋面积:AS=α1fcξbf、h0fy=1.0×14.3×0.023×575×700300=441.27mm2 下部配筋取:4∅12,AS=452.16mm2 配筋率验算:ρmin=max⁡(0.2%,0.45ft/fy)=0.26% 实际配筋率ρ=ASbh=452.16200×600=0.377%,符合要求。 ②梁支座按矩形截面计算: h0=h-as=600-25=575mm αs=M-fy、As、(h0-a、)α1fcbh02=76.97×106-300×452.16×(575-25)1.0×14.3×200×5752=0.001 ξ=1-1-2αs=1-1-2×0.001=0.001<ξb=0.518 x=ξh0=0.001×575=0.575<2as=50mm 受压钢筋不屈服,AS近似取 AS=Mfy(h0-a、)=76.97×106300×550=466.48mm2 实配钢筋:6∅10,AS=471mm2 配筋率验算:ρmin=max⁡(0.25%,0.55ft/fy)=0.31% 实际配筋率,ρ=ASbh=471200×600=0.39%,符合要求。 ③梁斜截面受剪承载力计算: 梁AB:hw/b=600/200=3<4,所以该梁属于厚腹梁。 γREV=0.85×102.63kN=87.24<0.25βcfcbh0 =0.25×1.0×14.3×200×575=411.125kN 截面尺寸符合要求。 ASVS=γREV-0.42ftbh0fyvh0=87.24×106-0.42×1.71×200×575270×575=2.99 取双肢箍筋A16@75,验算最小配筋率: ρsv=Asvbs>ρsv,min=0.24ftfyv=0.24×1.71270=0.152% 满足设计要求,全长采用双肢A16@75。 9.2柱截面设计 框架柱混凝土采用C30:查表得α1=1.0,fc=14.3N/mm2,ft=1.71N/mm2; 纵向钢筋采用HRB335钢筋:fy=300 N/mm2; 箍筋采用HPB300钢筋:fy=270 N/mm2; 柱截面尺寸为:500mm×500mm; 混凝土保护层厚度:a=a、=40mm ; 1、 柱正截面承载力计算: 大偏压对称钢筋计算公式: x=Nα1fcb,AS、=AS=Ne-α1fcbx(h0-0.5x)fy、(h0-as、) 小偏压对称钢筋计算公式: ξ=N-ξbα1fcbh0Ne-0.43α1fcbh02(β1-ξb)(h0-as)+α1fcbh0,AS、=AS=Ne-ξα1fcbch0(h0-0.5x)fy、(h0-as、) 以顶层为例计算(A柱): 现浇整体式楼盖、框架结构,底层柱计算长度为l0=1.0H,其余各层柱计算长度l0=1.25H,计算控制截面弯矩设计值M: h0=500-40=460mm Cm=0.7+0.3M1M2=0.7+0.3×22.839.24=0.89 ξc=0.5fcAN=0.5×14.3×5002258.44×103=6.92>1,取ξc=1 ηns=1+h01300M2N+ea(l0h)2ξc=1+4601300×(39.24×106258.44×103+20)×(1.25×3300500)2×1=1.1 为简化计算,Cm和ηns值均取1.0。 M=CmηnsM2=M2=39.24kN·m e0=MN=39.24×106258.44×103=151.83mm ea=max20,h30=20 ei=e0+ea=151.83+20=171.83mm Nb=ξbfcbh0=0.55×14.3×500×460=1808.95kN>258.44kN 属于大偏心受压构件。 e=ei+h/2-as=171.83+250-40=381.73mm x=Nα1fcb=258.44×1031.0×14.3×500=36.15mm AS、=AS=Ne-α1fcbxh0-0.5xfy、h0-as、 =258.44×103×381.73-1×14.3×500×36.15×(460-0.5×36.15)300×(460-40) =123.58mm2<Asmin=ρmin=0.2%bh=500mm2 所以,取As=Asmin=500mm2 实配钢筋:4∅16,AS=804mm2 2、 柱斜截面受剪计算: 以底层为例计算(A柱): 验算截面尺寸:内力V=133.93kN<0.25fcbh0=822.25kN,截面尺寸满足要求。 检验是否需要配筋:N=373.56kN<0.7fcbh=2502.5kN,因此,不会发生偏心破坏。 λ=H2h0=3.62×0.46=3.9>3,取λ=3; N=373.56kN<0.3fcbh=1072.5kN,取N=1072.5kN; V=133.93kN<1.75λ+1.0ftbh0+0.07N=1.753+1.0×1.71×500×460+0.07×1072.5×103 =247.14kN V=133.93kN<0.7ftbh0=275.3kN 根据抗震设计要求,取加密区箍筋为∅8@100,采用井字形箍筋,非加密区箍筋间距应满足不大于15d,故箍筋取∅8@100。 10楼梯设计 本框架每层设有2个楼梯,除长宽外,其余布置相同。 混凝土等级:C30,fc=14.3N/mm2,ft=1.71N/mm2 钢筋:纵筋选择HRB335钢筋:fy=300 N/mm2 标准层高:3.3m 尺寸:4.8m×6.9m 踏步尺寸:踏步高(d)×踏步宽(e)=150mm×270mm 楼梯均布活荷载:由《建筑结构荷载规范》知,宿舍楼楼梯荷载取2.5kN/m2,但考虑到该楼梯会充当消防疏散楼梯,所以活载取值为3.5kN/m2。 10.1楼梯板设计 由于本楼梯水平跨度>3m,应该采用梁板式楼梯,梁板式楼梯由踏步板、平台板和平台梁所组成。 斜板的水平投影净长:l=2700mm 斜板的斜向净长:l、=lcosα=2700270/1502+2702=3088.7mm 斜板厚度:t1=125~130l、=103~124mm,取t1=110mm 1、 荷载计算: 恒荷载: 栏杆 0.2kN/m 斜板自重γ2(d/2+t1/cosα)=25×(0.152+0.11/0.87)=5.03kN/m 30mm厚水磨石面层 25×0.03×0.15+0.27/0.27=1.17kN/m 板底20mm厚的抹灰粉刷16×0.02/0.87= 0.37kN/m 合计 6.77 kN/m 活荷载: 3.5 kN/m 恒荷载控制: qG=1.35×6.77+0.7×1.4×3.5=12.57 kN/m 活荷载控制: qQ=1.2×6.77+1.4×3.5=13.02 kN/m 因此,设计用荷载取: q=13.02 kN/m 2、 截面设计: 跨中弯矩设计值:M=ql210=13.02×2.7210=9.49kN·m 板的有效高度:h0=t1-20=90mm αs=Mα1fcbh02=9.49×1061.0×14.3×1000×902=0.08 γs=0.5(1+1-2αs)=0.5×(1+1-2×0.08)=0.96 AS=Mfyγsh0=9.49×106300×0.96×90=366.12mm2 选用受力钢筋,∅7@100,AS=385mm2 实际配筋率ρ=ASbh=3851000×90=0.42%>0.45ftfy·hh0=0.12%,且大于0.2%hh0=0.15%,因此,符合要求。 10.2平台板设计 初取平台板厚为100mm,取1m宽板带计算。 1、 荷载计算: 恒荷载: 平台板重 25×0.1×1=2.5kN/m 30mm厚水磨石面层 25×0.03×1=0.75kN/m 板底20mm厚的抹灰粉刷16×0.02×1= 0.32kN/m 合计 3.57 kN/m 活荷载: 3.5 kN/m 恒荷载控制: qG=1.35×3.57+0.7×1.4×3.5=8.25 kN/m 活荷载控制: qQ=1.2×3.57+1.4×3.5=9.18 kN/m 因此,设计用荷载取: q=9.18 kN/m 2、 截面配筋计算: 平台板截面设计: 跨中弯矩设计值:M=ql210=9.18×1.35210=1.67kN·m 板的有效高度:h0=t1-20=80mm αs=Mα1fcbh02=1.67×1061.0×14.3×1000×802=0.018 γs=0.5(1+1-2αs)=0.5×(1+1-2×0.018)=0.982 AS=Mfyγsh0=1.67×106300×0.98×80=71mm2 选用受力钢筋∅6@200,AS=141mm2,分布钢筋∅6@300。 10.3平台梁设计 平台梁尺寸为h×b=300×300mm,净跨l=2.7m。 1、 荷载计算: 恒荷载: 斜板传来荷载 6.77×2.7/2=9.14kN/m 平台板传来荷载 3.57×1.35/2=2.41kN/m 平台梁自重 25×0.3×0.3=2.25kN/m 20mm厚的抹灰粉刷16×0.02×1×0.2+2×(0.3-0.08)= 0.20kN/m 合计 14.00 kN/m 活荷载: 3.5×1×(3.62+1.35/2)= 8.7 kN/m 恒荷载控制: qG=1.35×14.0+0.7×1.4×8.7=27.43 kN/m 活荷载控制: qQ=1.2×14.0+1.4×8.7=28.98 kN/m 因此,设计用荷载取: q=28.98 kN/m 2、 截面配筋计算: 正截面设计: 跨中弯矩设计值:M=ql28=28.98×3.628=46.9kN·m; V=ql2=28.98×3.62=52.2kN 板的有效高度:h0=h-20=275mm αs=Mα1fcbh02=46.9×1061.0×14.3×250×2752=0.17 γs=0.5(1+1-2αs)=0.5×(1+1-2×0.17)=0.91 AS=Mfyγsh0=46.9×106300×0.91×275=224.7mm2 考虑平台梁两侧受力不均匀,故适宜增加钢筋数量,纵向受力钢筋选用∅7@100,AS=385mm2 实际配筋率ρ=ASbh=385300×300=0.43%>0.45ftfy·hh0=0.12%,且大于0.2%hh0=0.15%,因此,符合要求。 斜截面设计: Vc=0.7βcftbh0=0.7×1.0×1.71×300×275=98.75kN>V=52.2kN, 斜截面受剪承载力满足条件,故按构造配置箍筋∅6@200。 3、 构造: 考虑平台梁受扭,按一般梁设计配筋完成后,依照梁顶、梁底钢筋的大值,采用对称配筋。梯柱处箍筋全长加密,以保证计算时未考虑的扭矩。 11 独立基础设计 柱的截面尺寸均为500×500mm,采用柱下独立基础地层从上至下为:表层2.0-3.0m厚为人工堆积层(黏质粉土);以下为第四纪沉积土层;标高24.63-25.35m以下为卵石层,地基承载力特征值fck= 300kN/m2。场地类别属于II类,冻土深度为700mm。下面以A柱为例,对基础进行设计。 1、 承载力计算: 统计地基梁及墙传来的荷载: 地梁取200×350mm,F=2332.8kN A柱下基础: 基础埋深d=4.5m>0.5m,故计算时需要进行深度修正。基底采用C10,100mm 厚混凝土垫层,每边较基础宽100mm,保护层厚度为40mm,钢筋采用HPB300,fy=270 N/mm2。 承载力设计值: f=fk+ηbγ(b-3)+ηd γ(d-0.5)=300+1.6×18×0.5=314.4 kPa 基础自重计算高度:H=4.50+0.75/2=4.875m 按轴压比估计基底尺寸: A0≥F/(f-γd)=2332.8/(314.4-20×4.875)=10.76m2 考虑偏心荷载的影响,将A0扩大30%,即A=1.3A0=14.0m2 设长宽相等b=l,则A=b²=14.0m2,b=3.74 m 基底压力计算: F+G=2332.8+20×3.74²×4.875=3696.59kN M=83.85kN·m ρmax=(F+G)/A+M/W=3696.59/14.0+83.85/39.29=266.18<1.2fk=360 kPa ρmin=(F+G)/A-M/W=3696.59/14.0-83.85/39.29=261.91 P=1/2(ρmax+ρmin)=264.04<fk 故持力层强度满足要求。 2、 确定基础高度: 确定基础净反力Pj=Nbl=2332.814=166.63kPa 采用阶梯型基础,假设b>bc+2h0,则初步估基础底板有效高度为: C=(b+bc)(b-bc)1+0.7ftPjβhp=(3.74+0.5)×(3.74-0.5)1+0.7×1430166.63×1=1.96 其中,基础高度小于0.8m,βhp取1。 h0=-bc2+bc2+c2=-0.5/2+0.52+1.96/2=493mm 根据构造要求,取基础高度为h=600mm,基础做成台阶形,取两层台阶,每层阶高300mm。 3、柱底对基础抗冲切验算: 基础底部有垫层,则h0=h-40=410mm,h01=300-40=260mm,b=3m>bc+2h0=1.32与假定相符,取h=600mm。 上阶冲切验算: A1=l2-αc2-h0l2+αc2+h0=3.742-0.52-0.413.742+0.52+0.41=3.06m2 A2=bc+h0×h0=(0.5+0.41)×0.41=0.373m2 F1=A1Pj=3.06×166.63=509.89kN 0.7ftA2=0.7×1710×0.373=446.48kN 因此,上阶高度符合抗冲切要求。 下阶(两个台阶相交的位置)冲切验算: 上台阶两个边长均为1.7m,用相同的公式得 A1=l2-α12-h0l2+α12+h0=3.742-1.72-0.413.742+1.72+0.41=1.54m2 A2=bc+h0×h0=(1.7+0.26)×0.26=0.510m2 F1=A1Pj=1.54×166.63=256.61kN 下阶高度符合抗冲切要求。 4、底板配筋计算: I-I截面弯矩: M1=1481-ac2pj,max+Pj2b+bc =148×3-0.52×(266.18+166.63)×2×3+0.5 =366.31kN·m As1=M10.9fyh0=366.31×1060.9×300×410=3309.03mm2 II-II截面弯矩: M2=1241-a122b+b1Pj =124×3-1.72×2×3+1.7×166.63 =90.35kN·m As2=M20.9fyh0=90.34×1060.9×300×260=1286.89mm2 比较As1和As2大小,As1较大,所以,应按As1配筋,9∅22(As2=3421mm2),在另一个方向的配筋相同。 结 论 经过三个多月的努力奋斗,我终于将本次题目为“大连理工大学本科生宿舍楼设计”毕业设计的计算书书写完整,也算是完成了大学的最后一项任务。从本次毕业设计中,我复习了大学四年期间所学的所有专业知识,包括混凝土结构设计原理、高层建筑结构设计、结构力学、抗震设计以及基础工程等课程,并且学会查找相关知识以及国家规范等。了解了作为土木工程专业的学生应该具备的能力,以及自己以后工作所需要注意和学习的地方。同时,在本次毕业设计过程中,也发现了自身有许多的不足之处,比如:专业基础不扎实,软件使用不顺畅等,但是,我也通过自身的努力完成了设计,并培养出自己不懈努力的工作态度以及严谨的工作作风,可以说,这将给我今后的工作生活打下良好基础。 通过此次的毕业设计,我已经能够初步掌握了建筑设计的基本过程,并且了解了在土木工程设计中我们要遵守的国家规范。同时,我能够更加熟练的使用AutoCAD,天正建筑,PKPM等软件,并学会通过查找资料来补充自己。我会牢记在此次设计中的收获,并将这些运用到今后的工作当中,相信,此次毕业设计会成为我大学四年甚至是以后工作中最重要的一个经历,会帮助我完成更多的任务。 参 考 文 献 [1] 中华人民共和国国家标准,建筑抗震设计规范(GB 50011-2010)[S]。北京:中国中国建筑工业出版社,2010 [2] 中华人民共和国国家标准,高层建筑混凝土技术规程(JGJ3-2010)[S]。北京:中国中国建筑工业出版社,2010 [3] 中华人民共和国国家标准,建筑抗震设计规范(GB 50011-2010)[S]。北京:中国中国建筑工业出版社,2010 [4] 中华人民共和国国家标准,混凝土结构设计规范(GB50010-2010)[S]。北京:中国中国建筑工业出版社,2010 [5] 梁兴文,史庆轩.土木工程专业毕业设计指导[M].北京:科学出版社,2002. [6] 程文瀼,王铁成等.混凝土结构设计原理[M].北京:中国建筑工业出版社,2012. [7] 袁聚云,楼晓明,姚笑青等.基础工程设计原理 [M].北京:人民交通出版社,2011. [8] 徐秀丽,叶燕华等.混凝土框架结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2008. [9] 包世华,张铜生.高层建筑结构设计和计算[M].北京:清华大学出版社,2013. [10] 中华人民共和国住房和城乡建设部,建筑构造与详图[S].中国建筑工业出版社2009 [11] Wang Hongbing,Li Changfeng,Xu L. Exploration on Structure Framing in the High-rise Building Design[J].2011.03.85-85. [12] Crossing the Yangtze.Civil Engineering[J]. February 2002 致 谢 毕业设计即将结束,这也代表着我的大学生活即将结束,现在的我很感谢在这之中对我有过帮助的所有老师和同学。 首先,应感谢我的毕设老师--车轶老师,因为,本次设计是我在车老师的亲切关怀和悉心指导下完成的,有了车老师的耐心指导,我才能够在设计中不迷失方向,失去动力。车老师对待工作认真,教学严谨,对待学生耐心负责的态度都是我今后学习的榜样,感谢车老师给我的学习机会!同时,我也要为在毕业设计期间对老师造成的诸多不便表示歉意。 其次,我要感谢与我一同做毕业设计的同学,是他们的帮助与鼓励才使我能够顺利的完成毕业设计,感谢帮助过我的同学们。 最后,我要感谢学校给我这样一个机会用于检验自己四年来所学,同时学校图书馆以及教材的帮助也是十分主要的,本次设计让我初步具有了独立完成任务的能力,也让我了解了自学以及查资料的重要性,为今后的工作生活打下了良好基础。 感谢母校对我的栽培,感谢四年之中所有帮助过我的老师同学。祝愿母校发展日新月异,培养出更高层次的人才;祝愿老师们身体健康,工作顺利;祝愿同学们顺利发展,年轻有为。 本文档由香当网(https://www.xiangdang.net)用户上传

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    文档贡献者

    王***朝

    贡献于2020-11-10

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