郑州大学远程教育毕业课程设计附自己设计CAD原图Word文档格式.doc
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3.5.4梁端剪力及柱轴力的计算 37
3.6风荷载作用下框架的内力分析 38
3.7内力组合 40
3.7.1框架梁内力组合 40
3.7.2框架柱内力组合 44
3.8截面设计 46
3.8.1承载力抗力调整系数 46
3.8.2横向框架梁截面设计 47
3.8.3柱截面设计 57
3.8.4框架梁柱节点核心节点设计 65
3.8.5构造要求 65
4现浇板设计 72
4.1设计荷载 72
4.2四边支承板的内力及截面配筋计算(按弹性理论) 72
4.2.1区格A 72
4.2.2区格B 74
4.2.3区格C 74
5楼梯设计 75
5.1楼梯段板设计 76
5.1.1板厚确定 76
5.1.2荷载计算 76
5.1.3内力计算 77
5.1.4截面承载力计算 77
5.2中间平台板计算 77
5.2.1平台板荷载 77
5.2.2内力计算 78
5.2.3截面承载力计算 78
5.3平台梁计算 78
5.3.1荷载计算 78
5.3.2截面设计 79
6基础设计 80
6.1A柱独立基础设计 80
6.1.1地基承载力设计值 80
6.1.2截面形式、尺寸数据 80
6.1.3地荷载数据 81
6.1.4轴心荷载作用下地基承载力验算 82
6.1.5偏心荷载作用下地基承载力验算 82
6.1.6基础抗冲切验算 82
6.1.7基础受压验算 83
6.1.8受弯计算结果 84
6.2B柱联合基础设计 85
6.2.1纵向配筋 86
6.2.2横向配筋 86
设计心得 87
参考文献 88
致谢 89
内容摘要
在当今工程实际中,框架结构是应用非常广泛的一种结构布置形式。
它的钢及水泥用量虽然比较大,造价也比混合结构的高,但具有梁柱承重,墙体只起分隔和围护的作用,房间布置比较灵活,门窗开置的大小、形状都较为自由的特点。
本文将对办公楼进行建筑设计,并对设计给予相应的说明,详诉本办公楼的结构布置,根据建筑设计和相关规范条款给出合理的柱网图;
在综合考虑了结构在各种恒载、活载、风荷载以及地震荷载作用下的情形后,详细的分析了结构在风荷载和地震荷载作用下的横向和纵向的各种性能,具体的计算了结构的梁、柱的弯矩、轴力、剪力,并进行了相应的内力组合,并由此进行了框架配筋部分,最后完成了柱下独立基础以及联合基础的有关计算。
从而比较完整地完成了该办公楼的各项设计工作。
关键词:
框架结构、办公楼、配筋、荷载,内力组合
绪言
本组毕业设计题目为《西岗文化办公楼框架结构设计》。
在毕设前期,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;
在毕设中期,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,本组在校成员齐心协力、分工合作,发挥了大家的团队精神;
在毕设后期,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。
毕业设计的三个月里,在指导老师的帮助下,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,以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。
在此次设计中,我的结构计算书主要包括以下几个部分:
结构选型、水平力地震作用下的框架结构计算、竖向荷载作用下的内力计算、横向框架内力组合、截面尺寸设计、板的设计、楼梯设计、基础设计等,设计主体是五层框架结构,选择一榀框架计算。
毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段,是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结,它培养我们综合素质,工程实践能力和创新能力都起到非常重要作用。
计算书主体部分
1设计任务书
1.1工程概况
建筑地点:
郑州市
建筑类型:
五层办公楼,框架填充墙结构
建筑介绍:
建筑面积约5563平方米,楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土框架结构,楼板厚度取100mm,填充墙采用加气混凝土砌块。
门窗使用:
大门采用钢门,其它为木门,门洞尺寸为1.2m×
2.4m,窗为铝合金窗,洞口尺寸:
南面2.1m×
1.8m,北面1.8m×
1.8m。
柱网与层高:
本办公楼采用柱距为7.2m的内廊式柱网,边跨为6.3m,中间跨为2.4m,层高底层取4.2m,其它层3.3m。
结构选材:
梁、板、柱混凝土采用C30,受力纵筋采用HRB335级,箍筋采用HPB235级,板和基础的受力筋采用HPB235级。
1.2设计的基本内容
结构设计包括结构布置,设计依据、步骤和主要计算过程及计算结果,计算简图等,具体如下内容:
结构设计依据与步骤(计算过程);
结构布置方案;
计算简图;
地震作用计算;
(5)框架内力分析,配筋计算(取一榀);
(6)基础设计计算;
(7)板、次梁、楼梯的设计计算。
其它构件计算视设计情况而定。
1.3设计资料
1.3.1气象条件
基本风压,主导风向为东南风,
基本雪压,此处按建筑结构荷载规范采用。
1.3.2地质条件与抗震设防
经地质勘察部门确定,此建筑场地为二类近震场地,设防烈度为7度,地基土承载力为fk=200KN/㎡。
1.3.3屋面及楼面的做法
屋面的做法:
30厚C20细石混凝土保护层
二毡三油防水层
冷底子油热玛蹄脂二道
20厚水泥沙浆找平层
150厚膨胀珍珠岩保温层
100厚现浇混凝土结构层
粉底
楼面的做法:
地板砖地面
2结构类型
2.1确定结构体系
本方案拟采用纵横向承重方案,采用现浇框架结构,建筑平面布置灵活,有较大空间。
因为现浇式楼板整体性好、刚度大、利于抗震、梁板布置灵活、能适应各种不规则形状和需留孔洞等特殊要求的建筑。
在现浇式钢筋混凝土楼板中选用现浇肋梁楼板,即梁板式楼板。
此种楼板有板、主梁、次梁组成。
混凝土强度等级为C30。
2.2框架结构承重方案的选择:
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。
根据以上楼盖的平面布置及竖向荷载的传力途径,本办公楼框架的承重方案为纵横向框架承重方案,梁、板、柱、楼面均采用现浇形式,计算图如下所示:
(注:
此处为了方便计算,对柱网布置做了适当调整,计算书轴线标注与图中不同,详见梁的计算跨度如图2-2所示)
2.3变形缝的作用、类型及要求
2.3.1伸缩缝:
当建筑物长度超过一定限度时(60米),为避免构件因温度变化而变形开裂,通常沿建筑物长度方向每隔一定距离预留缝隙,将建筑物断开。
缝宽一般为20~30mm,要求将墙体、楼层、屋顶等地面以上构件全部断开,基础不必断开。
2.3.2沉降缝:
为避免由于地基的不均匀沉降,结构内产生附加应力,使建筑物产生竖向错动而开裂设置变形缝,沉降缝应从基础开始全部断开,一般与伸缩缝合并设置,兼起伸缩缝的作用。
2.3.3防震缝:
在地震烈度7~9度的地区,为防止地震影响相互挤压、拉伸,造成变形破坏而设置。
一般多层砌体建筑的缝宽50~100mm,多层钢筋混凝土框架结构,高度在15m时,缝宽为70mm,超过15m,按烈度增大缝宽。
一般情况下,基础不设缝,如与沉降缝合并设置,基础也应设缝断开。
2.3.4沉降缝的设置条件
同一建筑物两相邻部分的高度相差较大、荷载相差悬殊或结构形式不同时;
建筑物建造在不同地基上,且难于保证均匀沉降;
建筑物相邻两部分的基础形式不同、宽度和埋深相差悬殊时;
建筑物体形比较复杂、连接部位又较薄弱时;
新建建筑物与原由建筑物相毗连。
该工程设计图长度大于60米,设置伸缩缝,缝宽一般为30mm,要求将墙体、楼层、屋顶等地面以上构件全部断开,基础不必断开。
3框架结构设计计算
3.1梁柱截面、梁跨度及柱高确定
3.1.1初估截面尺寸
(1)柱:
由于框架办公楼荷载较小,按13kN/㎡计算;
负荷面积按F=7.2×
(2.4+6.3)/2=31.32㎡考虑,取1。
设防烈度为7度,小于60m高的框架结构抗震等级为三级,因此取0.8,那么,
A=a2=×
=13×
31.32×
6/14.3/0.7/1000=0.244㎡
所以,a=0.494m
再有,底层柱高H=4200+500+600=5300mmb=(1/10~1/15)H=530mm~353mm
考虑到柱纵向间距较大,初步估计底层柱的尺寸的为:
550㎜×
550㎜,2-5层b×
h=450mm×
450mm,为计算简便,边柱中柱尺寸取相同。
(2)梁:
该工程定为纵横向承重,主要为横向承重,根据梁跨度初步确定:
L1:
b×
h=250mm×
600mmL2:
400mm
L3:
700mmL4:
650mm
L5:
如:
h=(1/14~1/8)l=(1/12~1/8)×
6300mm=525mm~787.5mm取h=600mm
b=(1/2~1/3.5)l=(1/2~1/3)×
600mm=300mm~200mm取b=250mm
梁的编号如图3-1所示:
3.1.2梁的计算跨度
框架梁的计算跨度以上柱形心线为准,而墙中心线是与轴线重合的,所以柱的形心与轴线发生偏移,造成计算跨度与轴线间距不同,如图2-2。
3.1.3柱的高度
底层柱高度:
底层层高4.2m,室内外高差0.6m,基础顶部至室外地面0.5m,故4.2+0.6+0.5=5.3m,其他各层为3.3m,因而得到=5.3m;
=3.3m。
由此得到框架的计算简图如图3-2所示:
图3-2框架的计算简图
3.2荷载的均布恒载
其按屋面的做法逐项计算均布荷载:
吊顶处不做粉底,无吊顶处做粉底,近似取吊顶来参与计算,粉底为相同重量,其屋面构造做法如图3-3所示,按图3-3来计算屋面恒载,其结果如下:
图3-3屋面构造做法
3.2.1屋面的恒载
30厚C20细石混凝土保护层0.03*20=0.6KN/m2
二毡三油防水层0.35KN/m2
冷底子油热玛蹄脂二道0.05KN/m2
20厚水泥沙浆找平层0.02*20=0.4KN/m2
150厚膨胀珍珠岩保温层0.15*10=1.5KN/m2
100厚现浇混凝土结构层0.1*25=2.5KN/m2
粉底0.5KN/m2
合计:
5.9KN/m2
而屋面的长边长:
7.2×
8+0.24=57.84m
而屋面的短边长:
6.3×
2+2.4+0.24=15.24m
那么屋面恒荷载标准值为:
(暂不考虑预留洞与楼梯及其它构造对荷载的影响)
57.84×
15.24×
5.9=5200.1KN
3.2.2屋面的活载
计算重力荷载代表值时,不必考虑活荷载,仅考虑屋面雪荷载作用:
0.45=396.7KN
3.2.3楼面的均布恒载
楼面的做法如图3-4所示,按图示各层进行组合来参与计算楼面恒载大小。
水磨石地面0.65KN/m2
合计:
4.05KN/m2
因而得到楼面均布恒载标准值:
57.84×
4.05=3570.0KN
图3-4楼面构造做法
3.2.4楼面均布活荷载
根据荷载规范,标准办公用房2.0KN/,走道,楼梯上面活载2.5KN/,这里统一偏安全地取2.5KN/参与计算:
2.5=2203.7.1KN
3.2.5梁柱的自重
3.2.5.1梁的自重
在此计算过程中,梁的长度按净跨长度,即把梁的计算跨度减掉柱的宽度来参与计算过程:
例:
:
长度=6.09-0.49=5.6m(扣除一个柱宽)
表3-1梁自重
层号
编号
截面()
长度(m)
根数
每根重量(KN)
总计(KN)
一层
~
五层
L1
0.25×
0.60
6.09-0.49=5.60
18
25.17
2158.4
L2
0.40
2.61-0.49=2.12
9
6.46
L3
0.70
7.20-0.49=6.71
16
35.02
L4
0.65
32.60
L5
6.09-0.29=5.80
32
17.67
注:
(1)上表中梁截面的确定,考虑到抹灰层有(每抹层均按20mm计算)
宽:
0.25+2×
0.02=-0.29m
高:
0.60+1×
0.02=0.62m
(2)此处抹层按近似与梁相同,按每立方25KN计算
(3)梁的长度都按净跨长度计算
3.2.5.2柱的自重
柱的自重如下表3-2所示,其计算与梁相似(考虑抹灰层在内计算)
表3-2柱的自重
层数
截面(m2)
长度(m)
根数
底层
0.55*0.55
5.3
36
0.59×
5.3×
25=46.12
1660.4
2~5层
0.45*0.45
3.3
0.49×
3.3×
25=19.81
713.1
注:
(1)柱因四面抹灰,与梁相同办法处理,边长=0.55+0.02×
2=0.59m
(2)抹层记入柱内,按每立方25KN计算
3.2.6墙体、门窗自重的计算
墙体为240厚,两面抹灰,近似按加厚墙体计算(考虑抹灰重量),依建筑结构荷载规范,砖自重为19,其计算如表3-3所示:
(此处考虑门窗洞口,平均重度按墙体的80%折算)
表3-3墙体自重
墙体位置
每片面积()
片数
每片重(KN)
折算重量(KN)
折算合计
(KN)
底层纵墙
(7.2-0.59)*(5.3-0.67)
325.6
260.48
6477.9
底层横墙
(5.99-0.59)*(5.3-0.67)
134.45
107.56
标准层纵墙
(7.2-0.49)*(3.3-0.67)
189.7
151.76
3764.1
标准层横墙
79.84
63.87
女儿墙
(7.2*16+6.3*4+2.4*2)*1
1
772.5
注:
(1)墙厚=240+20×
2=280mm(考虑抹灰层)
(2)单位面积重为1×
0.28×
19=5.32
(3)楼梯、门厅及以上纵墙统一按办公用房处墙体处理
3.2.7各层荷载组合
等效重力荷载代表值(标准值)的计算:
恒载---取100%雪载---取50%
楼面(屋面)---取等效均布活载50%-80%
一般民用建筑取50%
一般楼层取G=1.0恒+0.5活+1.0(柱、梁、墙)分层总计,上下各半,屋盖和楼盖重力代表值为:
屋盖层=屋面荷载+50%雪载+纵横梁自重+半层柱重+半层墙重(墙和门窗)+女儿墙重
楼盖层=楼面恒载+50%楼面活载+纵横梁自重+楼面上下各半层柱和各半层墙重
将上述各荷载相加,得到集中于各层楼面的重力荷载代表值如下:
五层:
G5=5200.1+0.5×
396.7+2158.4+1/2×
713.1+1/2×
3764.1+772.5=10568.0KN
四~二层:
G4~2=3570.0+0.5×
2203.7+2158.4+1/2×
(713.1+713.1)×
2+1/2×
(3764.1+3764.1)×
2=11307.5KN
底层:
=3570.0+0.5×
2203.7+2163.3+1/2×
(713.1+1660.4)+1/2(3764.1+6477.9)=13096.0KN
所以质点重力荷载代表值如图3-5所示
图3-5重力荷载代表值
3.3水平地震力作用下框架的侧移验算
3.3.1横梁的线刚度
混凝土采用C30(),在框架结构中,对现浇楼面,可以作为梁的有效翼缘,增大了梁的有效刚度,减小了框架的侧移,为了考虑这一有利作用,在计算梁的截面惯性矩时,对现浇楼面的边框架梁取I=1.5(为梁的截面惯性矩),对中框架梁取I=2来计算,横梁线刚度计算结果见表3-4所示:
表3-4横梁线刚度
梁号
截面
b×
h
()
跨度
l
(m)
惯性矩
边框架梁
中框架梁
0.6
6.09
0.00450
000540
26700
0.00900
35500
0.4
2.61
0.00133
0.00200
23000
0.00267
30700
0.7
7.2
0.00715
0.01073
44700
/
0.00572
0.01144
47700
注:
底层梁跨度与其它层不同,统一按计算简图2-2中跨度较大的计算
3.3.2横向框架柱的线刚度及侧移刚度D值
柱的线刚度见表3-5所示,横向框架柱侧移刚度D值见表3-6所示:
表3-5柱线刚度
柱号
Z
截面
柱高
h(m)
线刚度
0.55×
0.55
0.00763
43200
0.45×
0.45
0.00410
37300
表3-6横向框架柱侧移刚度D值的计算
位置
边框边柱
2.67/4.32=0.618
0.427
7880
4
边框中柱
(2.67+2.3)/4.32=1.150
0.524
9670
中框边柱
3.55/4.32=0.824
0.469
9154
14
中框中柱
(3.55+3.07)/4.32=1.534
0.576
10630
∑D
347176
2
︱
5
0.716
0.264
10851
1.332
0.400
16441
0.954
0.323
13276
1.999
0.500
20551
582750
3.3.3横向框架自震周期
横向自振周期的计算采用结构顶点的假想位移法。
基本自振周期T1(s)可按下式计算:
T1=1.7ψT(uT)1/2
uT假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值Gi作为水平荷载而算得的结构顶点位移。
ψT结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数,取0.6。
uT按以下公式计算:
VGi=∑Gk(△u)i=VGi/∑DijuT=∑(△u)k
∑Dij为第i层的层间侧移刚度。
(△u)i为第i层的层间侧移。
(△u)k为第k层的层间侧移。
s为同层内框架柱的总数。
结构顶点的假想侧移计算过程见下表:
表3-7横向框架顶点位移计算
层次
五层
10568.0
0.0181
0.3547
四层
11307.5
21875.5
0.0375
0.3366
三层
33183.0
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