土木工程结构工程毕业设计计算书.docx
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土木工程结构工程毕业设计计算书
本组毕业设计为多层教案楼,我的题目为《长春市盛鑫中学教案楼》。
在毕业设计前期,我温习了《结构力学》、《钢筋混凝土》、《建筑结构抗震设计》等知识,并借阅了《抗震规范》、《混凝土规范》、《荷载规范》等规范。
在毕业设计中期,我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计。
在毕业设计后期,主要进行设计手稿的电脑输入,并得到老师的审批和指正,使我圆满的完成了任务,在此表示衷心的感谢。
毕业设计的四个月里,在老师的帮助下,经过资料查阅、设计计算、论文撰写以及外文的翻译,加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。
巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。
在进行内力组合的计算时,进一步了解了Excel。
在绘图时熟练掌握了AutoCAD,结构设计时了解了PKPM,TSZ等软件的使用。
以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。
框架结构设计的计算工作量很大,在计算过程中以手算为主,辅以一些计算软件的校正。
由于自己水平有限,难免有不妥和疏忽之处,敬请各位老师批评指正。
二零一二年六月
内容摘要
本设计的题目为长春市盛鑫中学教案楼设计。
建筑主体为5层,总建筑面积为6043.1m2,建筑总高度为19.2m,抗震设防烈度为7度,抗震等级为三级。
结构采用钢筋混凝土框架形式及独立的钢筋混凝土柱下基础。
本设计主要进行了结构方案中横向框架A、B、C、D轴框架的抗震设计。
在确定框架布局之后,先进行了层间荷载代表值的计算,接着利用顶点位移法求出自震周期,进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小,进而求出在水平荷载作用下的结构内力(弯矩、剪力、轴力)。
接着计算竖向荷载(恒载及活荷载)作用下的结构内力,找出最不利的一组或几组内力组合,选取最安全的结果计算配筋并绘图。
此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计。
完成了梯段板,平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。
Abstract
ThedesignforthetopicofchangchuncityChengXinsecondaryschoolbuildingsdesign.Thearchitecturehasfivestoriesand.Itswholefloorageis6043.1m2,itstopis19.2mhigh.Theearthquakeintensityis7.Styleofthebuildingistotallyframestructureofreinforcedconcrete.Thefoundationofthebuildingisthesinglefootingstand.
Thepurposeofthedesignistodotheanti-seismicdesigninthelongitudinalframesofaxisA、B、C、D.Whenthedirectionsoftheframesisdetermined,firstlytheweightofeachflooriscalculated.Thenthevibratecycleiscalculatedbyutilizingthepeak-displacementmethod,thenmakingtheamountofthehorizontalseismicforcecanbegotbywayofthebottom-shearforcemethod.Theseismicforcecanbeassignedaccordingtotheshearingstiffnessoftheframesofthedifferentaxis.Thentheinternalforce(bendingmoment,shearingforceandaxialforce)inthestructureunderthehorizontalloadscanbeeasilycalculated.Afterthedeterminationoftheinternalforceunderthedeadandliveloads,thecombinationofinternalforcecanbemadebyusingtheExcelsoftware,whosepurposeistofindoneorseveralsetsofthemostadverseinternalforceofthewalllimbsandthecoterminousgirders,whichwillbethebasisofprotractingthereinforcingdrawingsofthecomponents.Thedesignofthestairsisalsobeapproachedbycalculatingtheinternalforceandreinforcingsuchcomponentsaslandingslab,stepboardandlandinggirderwhoseshopdrawingsarecompletedintheend.
第一部分建筑设计
第一章设计总说明
1.1工程名称:
长春市盛鑫中学教案楼
1.2工程简况:
本工程建筑面积:
6043.1m2。
使用年限为50年;建筑耐火等级二级,建筑抗震设防烈度为七度。
1.3标高位置:
本工程室外地面设计标高为-0.450,室内外高差0.450;
1.4结构形式及墙体材料:
结构形式:
本工程为框架结构
墙体材料:
1、砌体材料采用190厚炉渣空心砌块;
2、砂浆为M5.0水泥砂浆;
3、外墙采用190厚砌块加60厚保温层,(按310厚计算);
1.5门窗工程:
外窗为白色单框双玻璃塑钢窗。
1.6防水工程:
1.本工程防水等级为三级。
2.柔性防水选用高分子复合卷才SBS一层,女儿墙、雨
水口出屋面管道级其它阴阳角等重点防水部位附加卷才
一道,具体构造详见《DBJT201-91》。
1.7装饰工程:
1、外墙装饰见立面图。
2、所有室内木门刷清漆三遍,刷油前先做刮腻子,砂纸打平,刷底油等基层处理。
3、全部外露铁件均刷防锈漆一遍,达到二级耐火等级要求,所有木构件均刷防腐漆。
1.8其它:
1、凡本图未表明地方均遵照国家有关规范,规程施工;
2、对本图所提供的门窗类别、材料、室内外装修材料及做法,由其它原因变更时应由建设单位会同设计单位商定后进行调整;
3、本工程采用标准图无论采用局部或全部,施工中均应结合本工程协调处理;
4、本工程中排水、暖通、电气、通讯等各专业在施工过程中应协调且与土建专业预留孔洞沟槽,避免在墙体或者楼板上凿洞及出现明线或管线相互干扰现象,准确预埋管件;
5、外墙面施工前应先做出样板,待建设单位和设计单位同意后方可施工。
第二章设计内容
本部分设计包括建筑图纸7张
表1建筑成果
图纸名称
比例
图幅
图号
建筑总说明
见图
A1
6-1
首层平面图
1:
100
A1
6-2
标准层平面图
1:
100
A1
6-3
正立面图
1:
100
A1
6-4
剖面图及节点详图
1:
100
A1
6-5
楼梯详图
1:
100
A1
6-6
第二部分结构设计
第一章工程简况
1.1工程简况
建筑介绍:
长春市育才高层培训中心建筑面积约6043.1m2盖均采用现浇钢筋混凝土框架结构,楼板厚度取120mm,填充墙采用陶粒混凝土砌块。
主体为十层的钢筋混凝土框架结构,建筑平面为平面矩形。
局部突出屋面的楼梯间,层高为3.5。
柱网与层高:
本工程采用柱距为8.4m,1层层高3.9m,2~5层层高3.6m,示意图如下:
图1-1柱网布置图
承重方案的选择:
纵横向混合承重,纵横向都设主梁,两个方向刚度近似相等。
竖向荷载的传力途径:
楼板的均布活载和恒载经次梁间接或直接传至主梁,再由主梁传至框架柱,最后传至地基。
1.2设计条件:
气象条件:
基本风压:
0.65KN/m2,基本雪压:
0.35KN/m2。
抗震设防:
设计要求抗震设防烈度为7度。
工程地质条件:
见勘探地质报告
屋面及楼面作法:
屋面:
4厚SBS防水层,20厚1:
3水泥找平层,80厚阻燃聚乙烯泡沫塑料保温板,2厚SBS改性沥青隔气层,120厚钢筋混凝土屋面板,刮大白;
楼面:
10厚1:
1水泥砂浆,贴地面砖素水泥檫缝,20厚1:
3水泥砂浆找平层,120厚钢筋混凝土板,刮大白;
材料:
柱混凝土等级为C30,HRB400;梁混凝土等级为C30,HRB400;板混凝土等级为C30,HRB300,基础混凝土等级C30,HRB335,地梁钢筋HRB400,箍筋采用HPB300.
第二章构件尺寸确定及荷载汇集
、梁、柱截面及柱高的确定
本房屋主体结构为5层,一层3.9m,二到五层高均为3.6m。
填充墙采用190mm厚炉渣空心砌块。
楼盖及屋盖采用现浇钢筋混凝土结构,楼板厚为150mm。
梁截面高度按跨度的1/12~1/8估算,宽度按高度的1/2~1/3估算。
梁、柱采用混凝土的设计强度为C30(fc=14.3N/mm2,ft=1.43N/mm2)。
梁的截面尺寸如表1
表1梁的截面尺寸(mm)
混凝土强度
等级
横梁(b×h)
纵梁
(b×h)
次梁
(b×h)
AB跨、CD跨
BC跨
C30
350×600
350×600
350×600
300×400
柱的截面有公式
估算。
由该框架结构的抗震等级为二级,其轴压比限值[μ]=0.75,一~五层采用C30混凝土。
各层重力荷载代表值近似取15KN/m2。
由图1知可知边柱及中柱的负载面积分别为8.4×3.45m2和8.4×5.1m2。
故第一层柱的截面面积为
边柱Ac≥
=210763.6364mm2
中柱Ac≥
=299580.4196mm2
柱截面采用正方形,则边柱和中柱截面分别为557mm×557mm和650mm×650mm。
故柱采用正方形截面,一层柱截面为600mm×600mm
二~五层柱截面为550mm×550mm。
基础采用独立基础,基础埋深为1.70m。
取柱的形心线作为柱的轴线。
两轴线取至板底,2~5层柱的高度即为层高。
底层柱高度从基础顶面取至一层板底,即
H=3.9+0.45+1.7-1-0.1=4.95m。
2.3荷载计算:
一、屋面、楼面活荷载标准值
根据《荷载规范》GB5009-2001第4.1.1和第4.3.1条,屋面活荷载标准值取值如下:
教室、实验室、办公室2.0KN/m2
厕所2.0KN/m2
走廊、门厅、楼梯2.5KN/m2
不上人屋面0.5KN/m2
屋面雪荷载标准值SK=urS0=1.0×0.5=0.5KN/m2
二、屋面、楼面恒荷载标准值
1、屋面永久荷载标准值(不上人)
20厚混合砂浆抹面刮大白0.44KN/m2
150厚现浇钢混屋面板3.75KN/m2
20厚1:
3水泥沙浆找平层0.4KN/m2
120厚水泥膨胀珍珠岩保温层0.42KN/m2
APP卷材防水层0.4KN/m2
混合沙浆抹面20厚0.02×17=0.34KN/m2
合计5.75KN/m2
2、1-9层楼面永久荷载标准值
地面砖面层(水泥打底)0.55KN/m2
20厚1:
3水泥砂浆找平0.02×20=0.4KN/m2
150厚钢筋混凝土板25×0.15=3.75KN/m2
混合沙浆抹面20厚0.02×17=0.34KN/m2
合计5.04KN/m2
3、厕所自重均布荷载
瓷砖地面0.55KN/m2
20厚水泥砂浆防水保护层20×0.02=0.40KN/m2
地面防水层0.05KN/m2
100厚钢筋混凝土板25×0.1=2.5KN/m2
混合沙浆抹面20厚0.02×17=0.34KN/m2
合计3.94KN/m2
4.楼梯自重均布荷载
地面砖面层(水泥打底)0.01×20=0.2KN/m2
楼梯板重(按250厚钢筋混凝土板等效)0.25×25=6.25KN/m2
混合沙浆抹面20厚0.02×17=0.34KN/m2
合计6.90KN/m2
三、梁、柱自重
梁.柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷计算出单位长度上的重力荷载,抹灰近似按加大梁宽及柱宽考虑。
具体见下表:
梁、柱自重表2
层次
构件
计算宽度
计算长度
容重(KN/m3)
β
g(KN/m)
li(m)
n
Gi(KN)
∑Gi(KN)
1层
纵梁
0.35
0.6
25
1.05
5.51
8.4
28
985.29
1744.01
纵次梁
0.3
0.4
25
1.05
3.15
8.4
1
(2)
35.53
横梁
0.35
0.6
25
1.05
5.51
6.9
16(8)
483.84
横次梁
0.35
0.6
25
1.05
5.51
6.9
14
(1)
239.35
柱
0.6
0.6
25
1.10
9.9
4.75
32
1692.9
2-5层
纵梁
0.35
0.6
25
1.05
5.51
8.4
28
998.09
1774.14
纵次梁
0.3
0.4
25
1.05
3.15
8.4
1
(2)
35.53
横梁
0.35
0.6
25
1.05
5.51
6.9
16(8)
495.94
横次梁
0.35
0.6
25
1.05
5.51
6.9
14
(1)
244.58
柱
0.55
0.55
25
1.10
9.9
3.6
36
1283.04
四、墙体自重
墙体采用190厚陶粒空心砌块。
外墙贴面瓷砖,60厚SBS保温层,内墙均为20厚抹灰。
1.外墙自重:
瓷砖0.5KN/m2
60厚EPS保温板0.06×0.5=0.03KN/m2
20厚1:
2.5水泥砂浆找平层0.02×20=0.4KN/m2
190厚空心砌块7.86×0.19=1.49KN/m2
混合沙浆抹面20厚0.02×17=0.34KN/m2
合计2.76KN/m2
2.内墙自重:
190厚空心砌块7.86×0.19=1.49KN/m2
两侧混合沙浆抹面20厚2×0.02×17=0.68KN/m2
合计2.173KN/m2
3.女儿墙自重标准值
女儿墙采用100厚现浇钢筋混凝土,其高度为500mm和1500mm,
外贴瓷砖(0.5KN/m2),故女儿墙自重:
25×0.1×7.5×0.6×12+25×0.1×4.2×0.6×6+25×0.2×6×0.6×4=417.6KN
2.4重力荷载代表值:
顶层重力荷载代表值:
屋面及女儿墙自重+纵横梁自重+半层柱和墙体重量+50%屋面雪荷载。
其他各层重力荷载代表值:
屋面活荷载+楼板自重+纵横梁自重+楼面上、下半层的柱和墙体自重+50%楼面均布活荷载。
以第四层G3为例说明计算过程:
G3=0.5×693.45+0.5×1364.43+0.5×86.34+0.5×664.8+3997.834+0.5×1843.03+0.5×65.616+489.76+0.5×1587.15+1439.69+0.5×1140+0.5×950=10635.02KN
第三章水平荷载作用下侧移验算
3.1计算D值:
一、梁、柱的线刚度计算
计算梁的线刚度时,考虑到现浇楼板的作用,一边有楼板的梁截面惯性矩取
=1.5
0,两边有楼板的梁的惯性矩取
=2
0,I0为按矩形截面计算的梁截面惯性矩。
线刚度计算公式
=
,各梁、柱的线刚度计算结果如下表所示。
柱的线刚度ic计算表表3
层次
Ec(N/mm2)
b×h(mm×mm)
Hc(mm)
Ic=bh3/12
ic=EcIc/Hc
2~5
3.25×104
550*550
3600
1.08×1010
9.75×1010
1
3.25×104
600*600
5100
2.00×1010
12.76×1010
二、计算各柱抗侧移刚度
值
值是使柱上、下端产生单位相对位移所需施加的水平力,计算公式为
,各柱的抗侧移刚度见下表4
∑D1/∑D2=9.53/13.43=0.711>0.7故该框架为规则框架
3.2侧移验算:
一、结构自振周期计算
按顶点位移法计算,考虑轻质填充墙对刚度的影响,取基本周期调整系数α0=0.60,计算公式为
,式中
为顶点位移(单位为m),按D值法计算,见表5:
D值计算表4
层次
柱种类
各种柱根数
K
αc
D(N/mm)
∑D(N/mm)
四~五层
KZ1
6
0.30
0.35
5.51×10
22.69×105
KZ2
4
0.97
0.49
7.71×10
KZ3
10
0.40
0.38
5.98×10
KZ4
10
1.30
0.55
8.65×10
KZ5
2
1.20
0.53
8.34×10
二、三层
KZ1
6
0.36
0.36
3.25×10
13.43×105
KZ2
4
1.18
0.53
4.79×10
KZ3
10
0.48
0.40
3.61×10
KZ4
10
1.57
0.60
5.42×10
KZ5
2
1.45
0.57
5.15×10
一层
KZ1
6
0.44
0.39
2.30×10
9.53×105
KZ2
4
1.43
0.56
3.30×10
KZ3
10
0.58
0.42
2.47×10
KZ4
10
1.91
0.62
3.65×10
KZ5
2
1.76
0.60
3.53×10
表5
层次
5
10524.36
62652.23
22.69×10
27.61
303.81
4
10524.36
73176.59
22.69×10
32.25
276.20
3
10635.02
83811.61
13.43×10
62.42
243.95
2
10042.14
93853.75
13.43×10
69.90
181.53
1
12488.01
106341.76
9.53×10
111.63
111.63
=0.66s
二、水平地震作用及地震剪力计算:
该工程结构高度不超过40m,质量和刚度沿高度分布比较均匀,变形以剪切型为主,故可用底部剪力法计算水平地震作用。
结构总水平地震作用标准值计算如下:
Geq=0.85∑Gi=0.85×106341.76=90390.5KN
由水平地震影响系数
曲线来计算
:
α1=(Tg/T1)0.9αmax=(0.35/0.66)0.9×0.08=0.03
FEk=α1Geq=0.03×90390.5=2711.72KN
因为1.4Tg=1.4×0.35=0.49s<T1=0.66s,则应考虑顶部附加水平地震作用。
顶部附加水平地震作用系数δn查表得:
δn=0.08T1+0.01=0.08×0.66+0.01=0.0628
各质点横向水平地震作用按下式计算:
Fi=GiHiFEk(1-δn)/(∑GkHk)=2541.42×GiHi/(∑GkHk)
地震作用下各楼层水平地震层间剪力Vi:
Vi=∑Fk(i=1,2,…n)计算过程如下表:
表6
层次
Hi(m)
GiHi(KN.m)
GiHi/∑GjHj
Fi(KN)
Vi(KN)
5
18.3
192595.79
0.093
236.35
2165.3
4
15.3
161022.71
0.078
198.23
2363.53
3
12.3
130810.75
0.063
160.11
2523.64
2
8.7
87366.62
0.042
106.74
2630.38
1
5.1
63688.85
0.031
78.78
2709.16
三、水平地震作用下的位移验算:
水平地震作用下框架结构的层间位移(△u)i和顶点位移ui分别按下列公式计算:
(△u)i=Vi/∑Dij;ui=∑(△u)k。
各层的层间弹性位移角θe=(△u)i/hi,根据《抗震规范》,考虑砖填充墙抗侧力作用的框架,层间弹性位移角限值[θe]<1/550。
计算过程如下表:
地震作用下侧移验算表7
层次
Vi(KN)
∑Di(N/mm)
Δui(mm)
Ui(mm)
Hi(mm)
θc=Δui/Hi
5
2165.3
22.69×105
0.95
8.67
3000
1/3158
4
2365.53
22.69×105
1.04
7.72
3000
1/2885
3
2523.64
13.43×105
1.88
6.68
3600
1/1915
2
2630.38
13.43×105
1.96
4.80
3600
1/1837
1
2709.16
9.53×105
2.84
2.84
5100
1/1796
由此可见,最大层间弹性位移角发生在第1层,1/1796<1/550,满足规范要求。
第四章水平荷载作用下内力计算
4.1水平地震作用下内力计算:
取结构布置中的4轴线横向框架内力计算为例,说明计算方法,其余框架内力计算从略。
一、框架柱端剪力及弯矩
按下列公式计算:
Vij=DijVi/∑Dij
Mbij=Vij*yh
Muij=Vij(1-y)h
y=yn+y1+y2+y3
注:
为框架柱的标准反弯点高度比;(
是根据表:
倒三角形分布水平荷载下各层柱标准反弯点高度比
查得)
y1为上、下层梁线刚度变化时,反弯点高度比的修正值;
y2、y3为上下层层高变化时,反弯点高度比的修正值;
y框架柱的反弯点高度比。
底层柱需要考虑修正值y2,二层柱需要考虑修正值y3,三层柱需要考虑修正值y2,二层柱需要考虑修正值y3,其它各柱均
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