范文一:土木工程结构设计手算书
本科毕业设计说明书(论文) 第 Ⅰ 页 共 II 页 目 录
1 绪论 ............................................................. 1 1.1 结构体系的选择 ................................................. 1 1.2 工程研究背景 ................................................... 2 1.3 工程研究现状 .................................................... 2
1.4 本设计主要的研究工作 ........................................... 3
2 图书馆建筑设计 ................................................... 5 2.1 建筑功能及其设计理念 ........................................... 5
2.2 工程做法 ....................................................... 7
3 计算机辅助设计(PKPM 设计) ...................................... 8 3.1 确定结构布置及构件的截面尺寸 ................................... 8 3.2 荷载计算 ....................................................... 9 3.3 PMCAD参数选取 ................................................ 11 3.4 SATWE参数选取 ................................................ 16 3.5 JCCAD参数选取 ................................................ 16
3.6 PKPM电算成果 ................................................. 17
4 零星构件设计 .................................................... 18 4.1 楼面板的计算 .................................................. 18 4.2 次梁的计算 .................................................... 19
4.3 楼梯的计算 .................................................... 23
5 单榀框架设计 .................................................... 28 5.1 确定框架计算简图 .............................................. 28 5.2 竖向荷载计算 .................................................. 29 5.3 竖向荷载作用下框架内力计算 .................................... 29 5.4 竖向荷载作用下的内力计算 ...................................... 33 5.5 风荷载计算 .................................................... 45 5.6 地震作用下的内力及位移计算 .................................... 51 5.7 梁的内力组合 .................................................. 59 5.8 梁的截面设计 .................................................. 65 5.9 柱的内力组合 .................................................. 70 5.10 柱的配筋计算 ................................................. 73
5.11 框架梁柱节点核芯区截面抗震验算 ............................... 79
6 基础的设计 ...................................................... 81 6.1 基础的设计 ................................................... 82
本科毕业设计说明书(论文) 第 II 页 共 II 页 6.2 独立基础设计 .................................................. 82 6.3 基础底板配筋验算 .............................................. 84 结束语 ............................................................. 86 致 谢 ............................................................. 87 参考文献 ........................................................... 88
1 绪论
毕业设计是学生完成教学计划规定全部课程后的学习, 必须进行的最后一个 重要的实践环节。本次毕业设计以河海大学江宁校区图书馆建筑结构设计为例, 研究了框架结构的建筑设计和结构设计等问题。
我们可以通过该毕业设计, 熟悉和掌握建筑的的结构的设计思路、 流程和框 架结构的受力特点,熟练运用 AUTOCAD 、 PKPM 、天正、探索者等软件,复习 了大学所学习的知识, 同时也提高了解决实际问题的能力, 为毕业后能适应复杂 的工作打下良好的基础。
1.1 结构体系的选择
结构体系应根据建筑物的平面布置、抗震设防类别、建筑高度、场地条件、 地基、结构材料和施工因素等,经技术、经济和使用条件综合比较后再确定。当 前结构体系主要有砌体结构、木结构、框架结构、剪力墙结构、筒体结构等。我 国现行的《建筑抗震规范》(GB50011— 2010)明确规定,结构体系应符合以下 各项要求:
(1)有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。
(2)应避免因部分结构和构件破坏而导致丧失抗震能力或对重力荷载的承 载能力。 这就要求结构设计成超静定结构体系, 即使在某些部位遭到破坏时也不 会导致整个结构的失效。
(3)应具备必要的抗震能力、良好的变形能力和消耗地震能量的能力。
(4)对可能出现的薄弱部位,应采取措施提高抗震能力。结构的薄弱部位 一般出现在刚度突变, 如转换层、 竖向有较大的内收和外突、 材料强度放生突变 部位,对这些部位都要采取措施进行加强。
建筑的高度是决定结构体系的又一重要因素。 一般情况下多层住宅建筑可采 用砌体结构。而大开间建筑,高层建筑等,多采用框架结构、剪力墙结构、框架 剪力墙结构和筒体结构。 综合考虑各方面因素本, 本图书馆建筑设计采用框架结 构,框架空间分隔灵活,自重轻,节省材料;可以较灵活地配合建筑平面布置的 优点,利于安排需要较大空间的建筑结构;框架结构施工工期短、内部空间大, 结构安全合理而被广泛采用,在结构设计中应用也越来越广泛。结构的整体性、
刚度较好, 设计处理好也能达到较好的抗震效果, 而且可以把梁或柱浇注成各种 需要的截面形状。 本图书馆设计只有五层且属于公共建筑, 要求空间大且布置灵 活。因此本设计采用现浇钢筋混凝土框架结构最合适。 1.2 工程研究背景
图书馆是人类智慧的结晶,它真实的记录了人类自从有文字以来改造自然, 改造社会的历史, 现状以及对未来的需求; 图书馆是人类知识的宝库, 对广大学 生来说,它是知识之源,是良师益友,是大学学习的重要场所之一。
河海大学一直致力于培养“艰苦朴素、实事求是、严格要求、勇于探索”的 综合性人才, 为了给莘莘学子提供一个舒适的学习环境, 河海大学有必要建立一 个属于自己的图书馆。
1.2.1 工程概况
工程名称:河海大学江宁校区图书馆。
建设地点:江苏省河海大学校园内。
建筑面积:27130m 。
建筑高度:23.7m 。
抗震设防烈度:7度(0.10g );抗震设防分类:丙类。
防火等级:II 级。
建筑结构安全等级:三级,设计使用年限:50年。
基本风压:200.4/kN m ω=。
基本雪压:200.65/S kN m = 。
1.3 工程研究现状
本设计采用框架结构作为结构体系, 框架结构是目前建筑工程界应用最为广 泛的一种结构体系, 由于框架结构施工工期短、 内部空间大, 结构安全合理而被 广泛采用,在结构设计中应用也越来越广泛。
1.3.1 结构设计原则
框架结构的设计主要应遵循以下几个原则:
(1)刚柔并济。结构太刚则变形能力差,强大的破坏力瞬间袭来时,需要 承受的力很大, 容易造成局部受损最后全部毁坏; 而太柔的结构虽然可以很好的
消减外力,但容易造成变形过大而无法使用甚至全体倾覆。
(2)多道防线。安全的结构是层层设防的,在荷载的作用下,所有抵抗外 力的结构通力合作。 本图书馆结构设计的柱与梁上下左右贯通, 以确保传力途径 的完整,避免地震及荷载作用下局部应力集中导致结构破坏。
(3)“强柱弱梁”。由于框架柱受轴向压力作用,其延性通常比梁的延性 小, 一旦框架柱先于框架梁出现塑性铰, 就会产生较大的层间位移, 甚至形成同 层各柱上下端同时出现塑性铰的 “柱铰结构” , 从而危及结构承受竖向荷载的能 力而造成结构的倒塌。
(4) “强剪弱弯”。为了防止梁塌,柱端在弯曲屈服前出现脆性剪切破坏, 则要使构件的受剪承载力大于构件弯曲时实际达到的剪力。
(5)“强节点弱构件”。由于对节点进行抗震结构设计,所有要求使框架 节点核心区不在梁柱之前破坏。
框架结构设计在工程实践中已取得丰富的实践经验, 因此在设计中要充分结 合实际工程经验。
1.3.2 相关的规范及标准
目前国内对于框架结构已经有一套相当成熟的理论体系, 同时也制定了多种 规范来约束施工行为,本次工程设计主要用到以下几本规范及标准:
《总图制图标准》 GB/T50103-2010
《房屋建筑制图统一标准》 GB/T50001-2010
《建筑结构制图标准》 GB/T50105-2010
《建筑设计防火规范》 GB50016-2014
《民用建筑设计通则》 GB50352-2005
《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》 GB50007-2010
《建筑抗震设计规范》 GB50011-2010
《建筑结构可靠度设计统一标准》 GB50068-2001
1.4 本设计主要的研究工作
毕业设计的研究工作可以概况为采用的技术路线及预期成果。
1.4.1 本设计采用的技术路线
本设计要求我们掌握框架结构计算的基本流程, 熟练掌握设计中需要用到的 各类建筑专业软件和办公软件。本设计主要采用的技术路线:
(1)前期准备:去图书馆查阅相关资料,翻译相关的文献资料,复习三大 力学知识,学习使用 PKPM 、 AutoCAD 、天正建筑等软件。
(2)根据地质资料和周边环境,建立 PKPM 模型,了解框架结构受力特点。
(3)结合 PKPM 生成结果和手算结果书写完整的计算书,通过对计算结果 的分析选择最优方案来进行计算。
(4)根据任务书的要求和计算结果,运用探索者软件画出完整的结构施工 图。
1.4.2 本设计的预期成果
本次毕业设计预期达到的成果主要有:设计说明计算书、建筑施工图、结构 施工图和 PKPM 建模文件。
2 图书馆建筑设计
建筑设计是设计师设计理念的集中体现 [2]。就本设计而言:图书馆的总体规 划上要因地制宜,结合具体的现状,使功能分区明确,布局合理,各分区联系要 方便,动静结合,并且互不干扰;功能上要求是多层次,灵活性,综合性,高效 性; 结构施工上要符合相关规范要求; 材料上应贯彻国家关于节能、 环保等方针 政策,并且符合国家现行有关要求,做到技术先进、经济合理、实用可靠。本设 计采用框架结构, 和砌体结构相比较现浇混凝土框架时整体性较好, 能达到较好 的抗震效果。
2.1 建筑功能及其设计理念
在建筑结构设计中, 除了选择合理的结构体系外, 还有恰当地设计和选择建 筑物的平面形状、 剖面和形体。 结构的总体布置要考虑结构的受力特点和经济合 理性,对于图书馆而言,要按照公共建筑的有关规范来进行设计 [3]。
2.1.1 平面设计
光线和通风条件是创造良好阅览环境和藏书环境的必要条件。 以自然采光通 风条件为主,充分利用自然资源,节约能源。因此本设计在进行建筑布局时,据 我国的自然条件, 图书馆采用坐北朝南, 并且设置大面积窗户来解决采光通风问 题。
柱网布置是平面布置的一部分, 应满足建筑使用要求, 同时考虑结构的合理 性与施工的可行性。 图书馆各空间柱网尺寸、 层高、 荷载设计应有较大的适应性 和使用的灵活性。根据《民用建筑设计规范》 (GB50352-2005)确定该建筑层高 均为 4.2米,层数为五层。底层是一个图书馆的主要部分,包括服务中心、目录 厅、藏书馆、复印室、采编室、办公室,二~五层以各种开架阅览为主体,设有 阅览室、 学生自习室、 报告厅、 电子阅览室等。 根据 《图书馆设计规范》 (GBJ 38-99) 中的安全疏散要求图书馆的安全出口不应少于两个, 并应分散设置。 平面体形上 采用 L 形。具体见建施 -02~建施 -07。
2.1.2 立面设计
建筑的设计的宗旨是满足使用功能需求的同时, 运用制图原理创造出给人以 美和感染力的建筑形象。 立面设计是建筑设计中很重要的部分, 立面的设计的内
容包括很多,有立面的个性,立面的轮廓,立面的材料和色彩,门窗的构成与组 织,立面上各部分的比例等等。
在寻求“知识”的环境中最重要的要素就是“光”。在针对这个巨大空间提 供自然采光和通风而建造舒适的阅览环境的问题上, 在立面上设置了大面积的玻 璃窗。具体见建施 -08~建施— 09。
2.1.3 剖面设计
建筑剖面设计主要是确定建筑物在垂直方向上的空间组合关系, 为了确定建 筑物内部的结构布置和主要构配件的尺寸 (如建筑层数、 门窗洞口的尺寸、 楼梯 的尺寸,梁板的投影关系等)。具体见建施 -10。
2.1.4 楼地面设计
楼地层包括楼板层和地平层, 是水平方向分隔房间空间的承重构件, 楼板分 割上下楼层的空间,地坪层分隔大地与底层的空间。楼板层的设计要求:
(1)具有足够的刚度和强度;
(2)满足隔声、防火、热工的要求;
(3)满足建筑经济的要求。
本设计的房间用途主要是阅览室和藏书室。 考虑书库和非书资料库内应防止 地面、墙身返潮,不得出现结露现象,因此采用水磨石地面,因为水磨石地面具 有良好的耐久性、 耐腐蚀、 耐污损、 防潮, 并具有质地美观、 表面光洁、 不起尘、 易清洗等优点, 而且经济性好。 为了防止卫生间的水溢出, 卫生间楼地面低于外 地面 30mm ,并进行找坡,坡度为 1%。
2.1.5 屋面设计
屋顶一般可以分为平屋顶和坡屋顶。屋顶的设计应该考虑满足功能、结构、 建筑三方面的要求。排水方式的选择应该满足下列要求:
(1)高度较低的建筑为了控制造价,宜采用无组织排水。
(2)积灰多的屋面应采用无组织排水。
(3)有腐蚀性介质的工业建筑也不宜采用有组织排水。
本设计为图书馆, 地处南京, 雨水量一般。 考虑到机房设备的检修所以屋面 采用上人屋面, 上人屋面的标准做法可见施工说明。 屋顶的排水采用有组织排水, 利用材料进行找坡,坡度为 2%。屋面采用刚性防水,防水效果好、耐久性好,
屋面同时设有抗裂措施。具体见建施— 07。
2.2 工程做法
本的工程做法主要依照中国建筑标准设计研究院组织编制的 《工程做法 (自 重计算)》 07G120[20],其主要包括屋面做法、楼面做法、外墙面做法、内墙面 做法、室外工程做法、墙体及防水防潮做法等。具体见建施 -01。
3 计算机辅助设计(PKPM 设计)
目前的结构计算程序主要有:PKPM 系列(TAT 、 SATWE )、 TBSA 系列 (TBSA 、 TBWE 、 TBSAP )、 BSCW 、 GSCAD 、 SAP 系列。其他一些结构计算 程序如 ETABS 等,虽然功能强大,且在国外也相当流行,但国内实际上使用的 不多。 本次结构设计采用 PKPM , PKPM 系列 CAD 软件, 历经多年的推广应用, 目前已经发展成为集建筑、结构、设备、概预算及施工为一体的集成系统。该软 件及时满足了我国建筑行业快速发展的需要, 显著提高了设计效率和质量, 为实 现建设部提出的“甩图板”目标做出了重要贡献。
3.1 确定结构布置及构件的截面尺寸
3.1.1 结构布置
首先确定 PKPM 的结构平面布置图,详见图 3.1。
图 3.1 结构平面布置图
3.1.2 确定梁柱板截面尺寸
(1)确定梁的截面尺寸
主梁的尺寸估算:
KL-1:8.4m
(1/8~1/12)(1/8~12)8400700~1050h l mm mm mm ==?=
(1/2~1/3) (1/2~1/3) 800266~400b h mm mm mm ==?= 取 350800b h mm mm ?=?
KL-2:6.6m
(1/8~1/12)(1/18~1/12)6600550~825h l mm mm mm ==?=
(1/2~1/3) (1/2~1/3) 600200~300b h mm mm mm ==?=
取 300600b h mm mm ?=?
次梁的尺寸估算:
(1/18~1/12)(1/18~1/12)6600366~550h l mm mm mm ==?=
(1/2~1/3) (1/2~1/3) 400133~200b h mm mm mm ==?=
取 200400b h mm mm ?=?
(2)确定柱的截面尺寸:
258.4(6.62.1) 214/2557.8k N n A q m m kN m kN =??=??+÷?=
K 1.251.2511.052557.83357.1C N C N kN kN β=???=???=
525.5mm ==≈ 取 mm mm h b 600600?=?
(3)确定楼板尺寸:
在一般荷载下,双向板板厚取板跨的 1/45,但一般板厚不得小于 100mm 。 综合考虑板跨、挠度要求以及管网布置对结构的削弱作用等,取板厚为 110mm 。
3.2 荷载计算
在 PKPM 建模时需要先进行荷载输入,荷载主要有屋面恒活载、楼面恒活 载、梁间恒载。
计算结果如下:
(1)屋面板计算:
20厚 C20细石混凝土保护层: 20.02200.4kN m ?= SBS 改性沥青防水卷材: 20.35kN m
20厚 1:25水泥砂浆找平层: 20.02200.4kN m ?= 100厚 1:6水泥焦渣找坡层: 20.1121.2kN m ?= 80厚苯板保温层: 20.01kN m
110厚钢筋混凝土板: 20.11252.75N m ?= 10厚板底抹灰: 20.01170.17kN m ?= 合计: 25.28kN m
(2)楼面荷载计算
10厚的水磨石面层: 20.65kN m 20厚水泥砂浆打底: 20.02200.4kN m ?= 15厚水泥浆一道: 20.015200.3kN m ?= 110厚钢筋混凝土板: 20.11252.75N m ?= 10厚板底抹灰: 20.01170.17kN m ?= 合计: 24.27kN m
(3)次梁荷载计算(LL-1:200400b h ?=?)
混凝土自重 ()0.20.40.11251.45kN m ?-?= 抹灰层 10厚混合砂浆: 0.01[(0.40.11) 20.2]170.133kN m ?-?+?= 合计: 1.58kN m
(4)横向框架梁计算(KL-1:350800b h ?=?)
混凝土自重 ()0.350.80.11256.04kN m ?-?=
抹灰层 10厚混合砂浆: 0.01[(0.80.11) 20.35]170.29kN m ?-?+?= 合计: 6.33kN m
其余荷载:卫生间 2/7. 4m kN ,楼面, C1窗所在墙线荷载 3. 1/kN m 、 C2窗所 在墙线荷载 5.06/kN m 、内墙 6.05/kN m 、女儿墙 4.96/kN m 。 活载:上人屋面、普通阅览室、会议室、办公室 2/0. 2m kN , 疏散楼梯
2/5. 3m kN , 电梯机房 2/0. 7m kN , 卫生间、 门厅 22.5/kN m , 考虑为可能出现人员密 集的公共建筑,走廊为 23.5/kN m ,专业期刊阅览室,电子阅览室 22.5/kN m ,报 告厅 23.0/kN m ,书库 2/0. 5m kN 。 [10]
3.3 PMCAD 参数选取
PMCAD 模块是后续模块 TAT 、 SATWE 、 JCCAD 的基础,因此其数据的准 确程度将直接影响到后续模块数据、 计算的准确度。 它的数据检查发现的问题应 消除,不应带入后续模块。这里需要定义的设计参数不多,也比较简单,主要包 括总信息、材料信息、地震信息、风荷载信息及钢筋参数。要在后续模块里检查 是否已准确的传入。
3.3.1 总信息参数
总信息参数主要包括结构主材、 结构体系、 地下室层数、 与基础相连构件的 最大底标高、 梁钢筋的混凝土保护层厚度、 框架梁端负弯矩调幅系数、 考虑结构 使用年限的活荷载调整系数等。
本设计采用框架结构,具体原因在 1.1节中已经阐述;对于使用年限为 50年 的结构构件, 0. 10=γ ;环境类别为一类的梁、柱钢筋的最小混凝土保护层厚度 为 20mm [8]
;在竖向荷载作用下,可考虑框架梁端塑性变形内力重分布对梁端负弯 矩乘以调幅系数进行调幅。 现浇框架梁端负弯矩调幅系数可取 0.8~0.9, 本工程 取 0.85。具体的总信息参数选取详见图 3.2。
图 3.2 总信息参数
3.3.2 材料信息
材料参数主要包括混凝土容重、钢容重、轻骨料混凝土容重、 砌体容重、 轻骨料混凝土密度等级、 轻骨料混凝土密度级、 墙水平分布筋类别、 梁柱箍筋级 别等。
其中对于混凝土容重一栏要考虑到抹灰荷载等的影响,因此取 2/27m kN 。 具体的材料信息参数选取详见图 3.3。
图 3.3 材料信息参数
3.3.3 地震信息
地震信息参数主要包括设计地震分组、 地震烈度、 场地类别、 混凝土框架抗 震等级、剪力墙抗震等级、剪力墙抗震等级、钢框架抗震等级、计算振型个数、 周期折减系数等参数。
本设计地址位于南京市, 设计地震分组为一组; 地震烈度 7度 (0.1g); 场地 类别为二类;框架等级为三级 [12]。
周期折减的目的是为了充分考虑框架结构和框架——剪力墙结构的填充墙 刚度对计算周期的影响。 对于框架结构, 周期折减系数可取 0.6~0.7, 本设计采 用 0.7. 具体的地震信息参数选取详见图 3.4。
图 3.4 地震信息参数
3.3.4 风荷载信息 风荷载信息参数主要包括修正后的基本风压、 地面粗糙度类别、 沿高度体型 分段数、各段最高层层高、各段体型系数。
根据《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)确定基本风压和地面粗糙度 分别为:20.4/kN m , C 类。
各段体型系数:根据 《建筑结构荷载规范》 (GB 50009-2012) 7.3.1条确定。 具体的风荷载信息参数选取详见图 3.5。
图 3.5 风荷载信息参数
3.3.5 钢筋信息
钢筋强度设计值:根据《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010) 4.2.3条确定。具体的钢筋信息参数选取详见图 3.6。
图 3.6 钢筋信息参数
以上 PMCAD 模块“设计参数”对话框中的各类设计参数,当用户执行“保 存”命令时,会自动存储到 .JWS 文件中,对后续各种结构计算模块均起控制作 用。
3.4 SATWE参数选取
一般结构设计有 TAT 和 SATWE 两种方案,在本次设计中采用 SATWE 方案, SATWE 的参数有设计信息、总信息、配筋信息、风荷载信息、地震信息、活荷 信息、调整信息以及荷载组合。由于与 PMCAD 参数有重合,因此在这里不单独 列举出来。
3.5 JCCAD参数选取
JCCAD 可完成柱下独立基础,砖混结构墙下独立基础及与桩有关的各种基 础的结构计算和施工图设计,这里主要用到了 JCCAD 中的基础人机交互输入和 基础平面施工图两项。具体的参数选取详见图 3.7、 3.8。
图 3.7 地基承载力计算参数
图 3.8 基础设计参数
3.6 PKPM电算成果
利用 PKPM 软件,可在结构计算完毕后,进行智能化地选择钢筋,确定构造 措施及节点大样, 全面地人工干预修改手段, 钢筋截面归并整理, 自动布图等以 系列操作,系统可自动完成框架、结构平面、各类基础等施工图绘制。具体结果 详见附图 2~4。
PKPM 电算得出梁、板、柱、基础、楼梯的结构施工图,通过 TCAD 工具将 PKPM 图转换成 CAD 图,最后再通过探索者软件进行优化出图。最终结果详见结 施— 2~结施— 7。
4 零星构件设计
零星构件的设计主要包括楼板的设计、 次梁的设计、 楼梯的设计。 它们是框 架结构的重要组成部分。 4.1 楼面板的计算
本次设计取一层⑥轴上 CD 跨间的一块板进行分析,板厚为 110mm ,由
00/1.752y x l l =≤, 所以按双向板进行设计,双向板一般按弹性理论进行设计 [6]。
所取的板计算简图详见图 4.1。
P P
图 4.1 板计算简图
4.1.1 板的荷载设计值
活载 22.5/k q kN m =,恒载 24.27/k g kN m =。
永久荷载起控制效应:21.351.40.78.2/GK QK p S S kN m =+?= 可变荷载起控制效应:21.21.48.6/GK QK p S S kN m =+=
取 28.6/p kN m =
板计算跨度:c o l l =,故 4.2ox l m =, 6.6oy l m =[7]。
4.1.2 板的弯矩设计值
由于板直接与梁整浇在一起, 因此板按四边固支来计算, 由 00/0.64x y l l =得:
0.035x m =, 0.009y m =, 0.077x m '=-,
0.057y m '=- 计算弯矩时考虑泊松比的影响,在计算中近似取 2. 0,则修正后的 m :
0.0350.20.00910.037v x x y m m vm =+=+?=
0.00910.20.0350.016v y y x m m vm =+=+?=
同理:0.088x m '=-,
0.073y m '=-,则 220.0378.64.25.13v X x ox M m pl kN m ==??=?
220.01618.64.22.23v y y ox M m pl kN m ==??=? ' ' 220.0888.64.212.2x x ox M m pl kN m ==-??=?
' ' 220.07258.64.210.05y y ox M m pl kN m ==??=?
4.1.3 板的截面设计
截面有效高度:0x l (短跨)方向跨中截面的 011102090h mm =-=, 0y l (长 跨)方向跨中截面的 021103080h mm =-=,支座截面处 0h 均为 90mm 。由公式
00.95s y
M
A h f =
计算 [9]。截面配筋计算结果及实际配筋见表 4.1,其余板配筋详见
结施 -05。
表 4.1 板配筋计算
位置 方向
(mm)o h
) (kNm M
) (2mm A s
配筋 ) (2mm A s
跨中
0x l
90 5.13 166 B 8@180 279 0y l
80 2.33 81.5 B 8@180 279 支座
0x l
90 -12.2 396 B 10@200 393 0y l
90
-10.05
341
B 10@200
393
4.2 次梁的计算 4.2.1 次梁的设计
本次设计以一层 AB 跨次梁进行计算,该次梁截面初估为 200400mm mm ?, 板厚为 mm 100。
(1)恒荷载标准值 :2234.27/4.2(120.320.32) 14.8/kN m m kN m ??-?+= (2)活荷载标准值 :2232.5/4.2(120.320.32) 8.68/kN m m kN m ??-?+= 当永久荷载起控制效应: 1. 351. 40. 9
29. 55
k k p g q kN m =+
?= 可变荷载起控制效应:
1.21.428.21/k k p g q kN m =+=,取 29.55/kN m 。 次梁的计算简图如图 4.2
29.55
图 4.2 次梁计算简图
(3)内力计算
在间距相同情况下, 等跨连续梁各跨跨中和支座截面的弯矩值 M 可按下式计
算:20m M pl α=,具体过程见表 4.2。
表 4.2 次梁弯矩值
位置 m α (kN/m)p
0(m)l
(kNm) M ?
端支座 A 1
24- 29.55 6.4 -49.65 AB 跨中 114 29.55 6.4 85.11 支座 B
11
1- 29.55
6.4
-108.32
在间距相等的情况下,等跨连续梁各跨跨中和支座截面的剪力值 V 均可按下 式计算:V n V pl α=,具体过程见表 4.3。
位置 V α
(kN/m)p
(m)n l
(kN)V
A 右 0.50 29.55 6.4 94.56 B 左
0.55
29.55
6.4
104.02
4.2.2 配筋计算
正截面承载力计算时, 跨中截面按 T 形截面计算。 对于 T 形截面受弯构件受 压翼缘计算宽度 f b '的取值,应考虑翼缘厚度、梁跨度和受力状况等因素,即翼 缘计算宽度:
按跨度考虑时:' 6600
210033
o f l b mm =
== 按梁净距考虑时:' 30039504150f n b b s mm =+=+= 按翼缘高度 '
f
h 考虑:' 110f
h mm =,
' 0
110
0.20.1505
f h h =
=>,所以不考虑。 综上所述,取 ' 2100f b mm =。 混凝土强度等级 C30,保护层厚度为 20mm 。
(2
21/43. 1, /3. 14, 0. 1m kN f m kN f t c ===α), 纵 向 受 力 钢 筋 采 用
' 2400(360/, 0.550) y y b HRB f f N mm ξ===, 箍筋采用 HRB335, 2/300mm N f yv =。
10' 110' ' 1.014.3210011035599085.1122f c f f h f b h h kN m kN m
α???
?-=????-=?>? ? ?????经判断属于第一类 T 形截面。 由于荷载左右对称所以取一半计算, 次梁配筋计算 见表 4.4。
弯矩设计值
A
AB
B
) (m kN M ?
49.56 85.11 108.32
2
10
s c M
f bh αα=
0.13 0.021
0.28
1ξ=0.14 0.021 0.28
10c s y
f bh A f αξ
=
405.96 639 985.9
min min s A bh ρ=
275 275 275
选配钢筋
2C 20 3C 20 4C 20
实配钢筋 ) (2
mm A s
603 942 1256
注:表中 b 在跨中处取 f b '。
斜截面受剪承载力计算 验算截面尺寸:
0' 365110255w f h h h =-=-= 因为
25514250
w h b ==<则按下式计算: 0max="" 0.250.25114.3250365260.9794.56c="" c="" f="" bh="" kn="" v="" kn="" β="????=">=截面尺寸满 足要求。
0max 0.70.71.4325036573.07394.56t f bh kN V kN =???=>=, 故计算配筋:
3
000.7(94.5673.073) 100.156300365
svl t y nA V f bh s f h --?===?
选配 B 8@200,
0.503svl
nA s
= %12. 0300
43
. 126. 026. 0%20. 0200250101min =?==>=?==
y t sv f f bs A ρρ
4.3 楼梯的计算
楼梯是多层建筑物竖向交通的主要构件, 也是多、 高层建筑遭遇火灾和其他 灾害时的主要疏散通道。 楼梯的结构形式有板式和梁式楼梯, 在一些公共建筑中 有时也用剪刀式和螺旋式楼梯。 经考虑本设计采用板式楼梯。 板式楼梯具有下表 面平整,施工支模较方便,外形比较轻巧的优点。其设计主要包括梯段板、平台 板以及平台梁的设计 [9]。 4.3.1 计算简图的确定
楼梯的标准层进行计算,计算简图见图 4.3和图 4.4。
图 4.3 楼梯结构平面布置
图 4.4 梯板计算简图
4.3.2 梯段板设计
板厚 ()1/301/254100130~156h mm =-?= 取板厚 mm h 130=
板倾斜角 5. 0300/150tan ==α, 89. 0cos =α,取 m 1宽板带计算。 (1)荷载计算 恒荷载
水磨石面层 kN/m98. 03. 0/65. 0) 15. 03. 0(=?+
三角形踏步 m kN /88. 13. 0/2515. 03. 05. 0=???
混凝土斜板 m kN /65. 389. 0/2513. 0=?
板底抹灰 m kN /39. 089. 0/1702. 0=?
合计: m kN /9. 6 活荷载 m kN /5. 315. 3=?
永久荷载起控制效应:m kN q g p k k /75. 127. 04. 135. 1=??+?= 可变荷载起控制效应:m kN q g p k k /18. 134. 12. 1=+= 因此 p =m kN /18. 13 (2)截面设计
板水平计算跨度: m l n 9. 3= 跨中弯矩: 21
13.184.120.0510
M kN m =
??=? 板的有效高度: mm h 110201300=-= 混凝土用 ) /mm3. 14(C302c N f =,钢筋采用 2y HRB335(300/mm)
f N =
116. 011010003. 140. 11005. 202
6
201=????==bh f M c s αα
938. 02
21=-+=
s
s αγ
6
2020.05106470.938110300
s S y M A mm h f γ?===??
选配 B ()2654120@10mm A s =, B 8@200分布筋。 4.3.3 平台板设计
平台板计算简图见图
4.5
图 4.5 休息平台板计算简图
设平台板厚 100h mm =。 (1)荷载计算 恒荷载
水磨石面层 kN/m65. 0
100厚混凝土板 m kN /5. 2251. 0=? 板底抹灰 m kN /34. 011702. 0=??
合计: m kN /49. 3 活荷载 m kN /5. 3 永久荷载起控制效应:
m kN q g p k k /14. 85. 37. 04. 149. 335. 17. 04. 135. 1=??+?=??+?= 可变荷载起控制效应:
1.21.41.23.491.43.59.26/k k p g q kN m =+=?+?=
平台板的计算跨度: 01. 60. 220. 221. 8
l m =+÷+÷= 弯矩设计:
2011
1.89.263.75810
pl kN m =??=? 6
s 22
1c 03.7510α=0.032αf bh 1.014.3100090
M ?==???
s γ0.98= 6
2s s 0y M 3.7510A =118mm γh f 0.9890300?==??
选 B 82@200(251mm ) s A =。 4.3.4 平台梁设计
设平台梁 TL 截面尺寸为 200×400mm 。 (1)荷载计算 恒荷载
梁自重 ()0. 2
0. 40. 11251. 45/k N m ?-?=
梁侧粉刷 (
)
0. 010. 4
0. 1120. 2170. 133/
k N m ?-?+?=????
平台板传来 3. 631. 6/22. 9k N m ?=
梯段板传来 m kN /455. 132/9. 39. 6=?
合计: 17. 9
3/k N m 活荷载 ()3. 53. 91. 6/29. 63/
k N m ?+= 永久荷载起控制效应:
1.351.40.71.3519.731.40.79.6333.64/k k p g q kN m =?+??=?+??= 可变荷载起控制效应:
1.21.41.217.931.49.6335.00/k k p g q kN m =+=?+?=
故平台梁的总荷载设计值为:35.00/p kN m = (2)截面设计
计算跨度 01.051.054.24.41n l l m ==?=
弯矩设计值 22011
35.004.4185.0988
M Pl kN m ==??=?
剪力设计值 11
354.4177.1522
n V pl kN ==??=
截面按倒 L 形计算 ' ' 52005110750f f b b h mm =+=+?=
梁的有效高度 mm h 360404000=-=
'
' ' 10max 1001.014.375010036035922f
f c f h
f b h h kN m M α???
? ?-=????-=?> ? ????
?
经判别属于第一类 T 形截面
6
22
1085.09100.061
1.014.3750360s c M f bh αα?===???
0.96s γ=
= 6
22
min 085.0910683.90.215%200400171.20.96360360
s S y M A mm bh mm h f ργ?===>=??=??
选配 3C 18()2
763S A mm =
配置 B 8@200箍筋,则斜截面受剪承载力
001010.70.714.3200360300360775.2677.15200
sv t yv
A f bh f h kN kN s +=???+??=>
满足要求。楼梯配筋具体见结施— 06。
5 单榀框架设计
为了简化计算通常取一榀具有代表性的框架进行设计。 一榀框架设计的主要 内容包括:确定计算简图、竖向荷载的计算、水平方向荷载计算、内力计算及组 合、梁柱配筋等 [8]。
5.1 确定框架计算简图
本次设计选取⑥轴的一品框架进行计算,设计中假定框架柱嵌固于基础顶 面, 框架梁与柱刚接, 由于各层柱的截面尺寸相同, 故每层梁的跨度等于柱截面 形心轴线之间的距离。 底层柱高从基础顶面算至二层楼面, 基顶标高根据地质条 件、室内外高差,定为 0.8m -,故此处可求得底层柱高为 5.0m ,其余各层柱高均 为 4.2m 。在框架梁柱线刚度计算时,对于中框架梁的惯性矩取 o 2I I =
梁柱的线刚度计算:
边跨横向框架梁:3331
20.30.6/6.61.6361012EI i E Em l -=
=???=? 中跨横向框架梁:3331
20.20.35/2.70.531012
EI i E Em l -==???=? 底层柱:3331016. 25/6. 06. 0121
Em E l EI i -?=???== 2~4层柱:3331057. 22. 4/6. 06. 012
1
Em E l EI i -?=???== 其余梁柱相对线刚度计算简图见图 5.1。
A
B C
D
0.63
0.2
0.63
1
1
1
1
0.84
0.84
0.840.84
1
1
1
1
0.2
0.2
0.2
0.2
0.63
0.63
0.63
0.63
0.63
0.63
0.63
0.63
1
1
1
1
1
1
1
1
图 5.1 ⑥ 轴框架相对线刚度计算简图
5.2 竖向荷载计算
恒载标准值和活荷载标准值计算见 3.2。
5.3 竖向荷载作用下框架内力计算
本次设计由于板长宽比均小于等于 2,因此都按双向板计算。具体的荷载传 递路线详见图 5.2。
图 5.2 荷载传递路线
5.3.1 荷载作用下的原始计算简图
(1) A 轴顶层柱纵向集中荷载计算
边跨 女儿墙自重:4.968.441.664kN
?=
纵向框架梁自重:6.33(8.40.6) 49.34kN
?-=
横向次梁自重:1.580.56.65.21kN
??=
板传荷载:5.28[2.14.2(26.64.2) 22.1]96.4kN
??+?-÷?=
合计:192.6kN
中跨 纵向框架梁自重:6.33(8.40.6) 49.34kN
?-=
横向次梁自重:1.580.56.65.21kN
??=
板传荷载: 5.28[2.14.2(26.64.2) 22.1 (28.42.7) 21.35]146.7kN ??+?-÷?+?-÷?=
合计:201.26kN
其余柱恒活荷载下的集中力见图 5.3,图 5.4。
图 5.3 恒荷载作用下的原始计算简图 ()kN m kN 、 ?
5.73
5.73
5.73
5.73
图 5.4 活荷载作用下的原始计算简图 ()
kN
m
kN 、
?
5.3.2 荷载作用下的计算简图
结构设计时 , 为了计算方便,一般采用等效均布荷载代替楼面上不连续分布 的实际荷载。
(1)以 A ~B 轴间顶层框架梁为例:
屋面板传荷载(板传至梁上的梯形荷载转换成均布荷载)
恒载:223
5.28/4.2(120.320.32) 18.36/
kN m m kN m
??-?+=
活载:223
2.0/4.2(120.320.32) 6.95/
kN m m kN m
??-?+=
其余框架梁间均布荷载见图 5.5和图 5.6。
图 5.5 恒荷载作用下的计算简图 ()kN m kN 、 ?
45.8
45.8
45.8
45.8
5.73
5.735.735.734.6
图 5.6 活荷载作用下的计算简图 ()kN m kN 、 ?
5.4 竖向荷载作用下的内力计算
因竖向荷载作用下的结构的侧移可以忽略,故可以采用弯矩分配法计算内 力。
内力的正负号采用如下规定:节点弯矩以逆时针为正, 杆端弯矩以以顺时针 为正;杆端剪力以顺时针为正;轴力以压力为正。 5.4.1 计算弯矩分配系数
由图 5.1可知梁、柱的相对线刚度,为了说明清晰对节点进行编号,节点 编号详见图 5.7。
A B
C
D
3
图 5.7 节点编号图
弯矩分配系数则按下式计算:
柱下 柱上 梁右 梁左 梁左 梁左 i i i i i +++=
μ 柱下
柱上 梁右 梁左 梁右
梁右 i i i i i +++=μ
柱下 柱上 梁右 梁左 柱上 柱上 i i i i i +++=
μ 柱下
柱上 梁右 梁左 柱下
柱下 i i i i i +++=μ
5.4.2 各层分配系数计算值
本次设计以 4节点为例 柱下
柱上 梁右 梁左 梁左 梁左 i i i i i +++=
μ0.63
0.310.6301.01.0==+++
0μ=梁右 0. 4μ=柱上 0. 34μ=柱下
其余弯矩分配系数详见表 5.1。
表 5.1 弯矩分配系数
节点编号
梁左 μ
梁右 μ
柱上 μ
柱下 μ
∑μ
1 0 0.26 0.4 0.34 1.0 2 0.24 0.08 0.37 0.31 1.0 3 0.08 0.24 0.37 0.31 1.0 4 0.26 0 0.4 0.34 1.0 5 0 0.24 0.38 0.38 1.0 6 0.23 0.07 0.35 0.35 1.0 7 0.07 0.23 0.35 0.35 1.0 8 0.24 0 0.38 0.38 1.0 9 0 0.24 0.38 0.38 1.0 10 0.23 0.07 0.35 0.35 1.0 11 0.07 0.23 0.35 0.35 1.0 12 0.24 0 0.38 0.38 1.0 13 0 0.24 0.38 0.38 1.0 14 0.23 0.07 0.35 0.35 1.0 15 0.07 0.23 0.35 0.35 1.0 16 0.24 0 0.38 0.38 1.0 17 0 0.39 0 0.61 1.0 18 0.34 0.11 0 0.55 1.0 19 0.11 0.34 0 0.55 1.0 20
0.39
0.61
1.0
5.4.3 荷载作用下框架梁固端弯矩的计算
(1)恒荷载作用下框架梁固端弯矩的计算 以底层 A-B 框架梁固端弯矩计算为例:
A 轴顶层:22
22.36.680.951212ql M kN m ?=-=-=-? A 轴顶层:2222.36.680.951212
ql M kN m ?===?
B 轴顶层右:22
14.92.79.11212
ql M kN m ?=-==-? 其余层各杆端恒荷载作用下的固端弯矩值计算略,计算结果详见表 5.2。
表 5.2 恒荷载作用下的杆端固端弯矩值 ()kN m ?
楼层 A 轴 B 轴左 B 轴右 C 轴左 C 轴右 D 轴 5层 -80.95 80.95 -9.1 9.1 -80.95 80.95 4层 -90.39 90.39 -7.47 7.47 -90.39 90.39 3层 -90.39 90.39 -7.47 7.47 -90.39 90.39 2层 -68.6 68.6 -7.47 7.47 -68.6 68.6 1层
-90.39
90.39
-7.47
7.47
-90.39
90.39
(2)活荷载作用下框架梁固端弯矩计算 以底层框架梁固端弯矩计算为例
A 轴底层:228.696.631.51212ql M kN m ?=-=-=-? B 轴底层左:22
8.696.631.51212ql M kN m ?===? B 轴顶层右:22
8.32.75.041212
ql M kN m ?=-=-=-? 其余层各杆端活荷载作用下的固端弯矩值计算略,计算结果详见表 5.3。
表 5.3 活荷载作用下杆端固端弯矩值 ()kN m ?
楼层 A 轴 B 轴左 B 轴右 C 轴左 C 轴右 D 轴 5层 -25.23 25.23 -2.72 2.72 -25.32 25.32 4层 -31.5 31.5 -5.04 5.04 -31.5 31.5 3层 -31.5 31.5 -5.04 5.04 -31.5 31.5 2层 -37.75 37.75 -4.33 4.33 -37.75 37.75 1层
-31.5
31.5
-5.04
5.04
-31.5
31.5
5.4.4 弯矩二次分配法求杆端弯矩
因为框架对称, 且恒活载为正对称荷载, 所以取半榀框架进行计算。 恒荷载
作用下弯矩过程详见图 5.8[9]
弯矩二次分配法计算活荷载作用下弯矩过程详见图 5.9[9]。 B
A
图 5.8恒荷载作用下弯矩二次分配法求杆端弯矩(kN m )
A
图 5.9活荷载作用下弯矩二次分配法求杆端弯矩(kN m )
5.4.5 荷载作用下跨中弯矩的计算
1本次设计计算跨中弯矩以 A ~B 轴为例:
(1)顶层恒载作用下跨中弯矩的计算,计算见图 5.10:
75.67
68.8
图 5.10 梁恒载计算简图 (/kN m )
∑=02M , 2
16.62.446.668.8322.13.36.675.6722s F +???
+??+=?+ ???
161.8S F kN =, 122.46.622.16.642S S F F +??
+=?+? ???
, 264.05S F kN =
∑=0A
M
22. 122.11468.8354.263.32. 11.21.222.10.60
232A M ????
-?+??++??++= ???
3.345.6M kN m =-?跨中
5.4.6 荷载作用下剪力计算
(1)恒载作用下梁的剪力计算
A~B 跨:161.8S F kN = 、 264.05S F kN = (2)恒载作用下柱的剪力计算 ①轴:顶层
44.7835.02
194.2
kN +=
其余恒、活载作用下的梁柱的剪力值详见图 5.12、图 5.15。 5.4.7 荷载作用下轴力计算
(1)恒载作用下的轴力计算
计算恒载作用下的柱子轴力,以①轴顶层柱为例: 顶层:柱上 192.661.8254.4kN =+=
柱下 254.40.60.64.225292.2kN =+???=
其余恒、活载作用下的轴力值详见图 5.13、图 5.16。
D
23.19
8.45
44.78
31.12
30.03
24.01
75.67
88.66
87.3
68.83
79.4
66.8883.8985.8223.19
11.59
8.45
44.78
31.12
30.03
24.01
75.67
87.3
7.96
10.09
6.67
8.59
9
68.83
图 5.11 恒载弯矩图 () kN m ?
B
C
61.8
64.05
11.4
73
76.85
76
73.9
53
74.3
75.6
53.95
11.419
15.5
12.7
14.4
6.9
5.67
11.7
10.38
12.5
15.4
9.6
9.6
9.6
9.6
9.6
76
53.95
61.8
73
73.9
53
74.3
64.05
76.85
75.6
19
15.5
12.7
14.4
6.9
5.67
10.38
12.515.4
图 5.12 恒载剪力图 () kN
234.4
292.2 521.9
559.7 790.34
828.14 1037.88
1075.68 1306.68
1344.48
314.5
650.35
985.35
1259.84
1594.4
292.2 559.7 828.14 1075.68 1344.48 314.5
650.35
985.35
1259.84
图 5.13 恒载轴力力图 ()
kN
B
7.38
3.692.5
15.56
12.45
14.55
23.02
31.72
31.61
36.63
30.970.97
21.28
3.69
15.56
12.45
23.02
36.63
5.1
5.65
3.74
3.57
5.95
21.28
图 5.14 活载弯矩图 () kN m
B
C
18.6
19.2
3.6
19.2
23.08
23.97
22.4424.81
28.04
23.16
24.09
28.66
24.09
28.66
22.44
5.5
5.5
3.623.97
6.4
18.6
23.08
24.81
28.04
23.16
6.69
5.23
6.34
6.98
2.21
1.5
4.97
4.58
3.45
5.17
6.69
5.23
6.34
6.98
2.21
1.5
4.97
4.58
3.45
5.17
6.4
6.4
6.4
6.4
6.4
图 5.15 活载剪力图 () kN
A B
C
D
55.1
133.48
204.13
278.01347.01
529.21417.72318.08213.6477.3
529.21
417.72318.08
213.64
77.3
55.1
133.48
204.13
278.01
347.01
图 5.16 活载轴力图 () kN
5.5 风荷载计算
框架结构的水平风荷载简化为作用在楼层位置的集中荷载。 此处仅以左风为 例计算。
风荷载标准值计算公式:0ωμμβωz s z k = 楼层位置的集中风荷载:k w h B F ω??=
s μ是风荷载体型系数,根据建筑物体形为矩形平面 1.3s μ=; 其中 0w 是基本风压,南京地区 200.40/kN m ω=
z β是风振系数,对于 30m 以下且高宽比小于 1.5的房屋建筑,可以不考虑
脉动风压影响,此时风振系数取 0. 1=z β
z μ是风压高度变化系数,工程在城市市区,地面粗糙度为 C 类;
B 是迎风面的宽度, 8.4B m =[11]。 计算过程见表 5.4。
表 5.4 水平风荷载的计算
层次
z β
s μ
) (m z
z μ
)
/(2m kN o ω
) (2m A
() K W kN
5 1.0 1.3 21.3 0.75 0.4 25.2 9.7 4 1.0 1.3 17.1 0.69 0.4 35.28 12.65 3 1.0 1.3 12.9 0.65 0.4 35.28 11.92 2 1.0 1.3 8.7 0.65 0.4 35.28 11.92 1
1.0
1.3
4.5
0.65
0.4
37.8
12.78
5.5.1 左风荷载作用下的位移验算
(1)计算简图
左风荷载计算简图见图 5.17:
9.7
图 5.17 左风荷载作用下结构计算简图 () kN
(2)梁、柱线刚度 梁、柱线刚度见图 5.1。
(3)柱的抗侧移刚度修正系数 K 及 c α的值 对于一般层有 c i i i i i K 24321+++=
, c 2K K
α=+
对于底层有 c i i i K 21+=
, 0.52c K
K
α+=+ 故 K 和 α结果见表 5.5。
表 5.5 框架柱的 K 和 c α值(m kN /)
楼层
1
2
3
4
K
c α
K
c α
K
c α
K
c α
2-5层 0.63 0.24 0.83 0.29 0.83 0.29 0.63 0.24 1层
0.75
0.45
0.99
0.5
1.38
0.5
0.75
0.45
抗侧刚度 212j
c c
j h i D α=[10]
,计算结果见表 5.6
表 5.6 框架柱 D 值(m kN /)
j D
1 2 3 4 j D ∑
2-5层 12588 15210 15210 12588 55596 1层
13996
15552
15552
13996
59097
5.5.2 风荷载作用下的内力计算
框架结构在计算水平荷载的内力时可采用反弯点法和 D 值法。 在本次设计中 为了更加精确地计算水平荷载作用下的内力,此处采用 D 值法。
D 值法计算步骤为:求各柱反弯点处的剪力值;求各柱反弯点的高度;求各 柱的杆端弯矩及梁端弯矩;求各柱的轴力和剪力 [9]。
(1)风荷载下框架柱剪力计算 :
j
Ai j
D D
μ=
∑
计算结果见表 5.7
表 5.7 风荷载下框架柱剪力 ()kN
轴号
1
2
3
4
楼层 i V
Ai μ
Ai V
Bi μ
Bi V
Ci μ
Ci V
Ci μ
Ci V
5 9.7 0.23 2.33 0.27 2.62 0.27 2.62 0.23 2.33 4 22.35 0.23 4.97 0.27 5.84 0.27 5.84 0.23 4.97 3 33.54 0.23 7.71 0.27 9.01 0.27 9.01 0.23 7.71 2 45.46 0.23 10.46 0.27 12.27 0.27 12.27 0.23 10.46 1
58.24
0.24
13.98
0.26
15.14
0.26
15.14
0.24
13.98
(2)框架柱反弯点位置 具体计算结果见表 5.8。
表 5.8 均布荷载作用下柱反弯点高度比计算
楼层
柱 K y 0 1α
y 1 2α
y 2 3α
y 3 y 5
1
0.63 0.3 1 0 - 0 1 0 0.3 2 0.83 0.315 1 0 - 0 1 0 0.315 3
0.83 0.315 1 0 - 0 1 0 0.315 4 0.63 0.3 1 0 - 0 1 0 0.3 4
0.63 0.32 1 0 1 0 1 0 0.32 0.83 0.4 1 0 1 0 1 0 0.4 0.83 0.4 1 0 1 0 1 0 0.4 0.63 0.32 1 0 1 0
1 0 0.32 3
1 0.63 0.45 1 0 1 0
1 0 0.45 2 0.83 0.45 1 0 1 0 1 0 0.45 3 0.83 0.45 1 0 1 0 1 0 0.45 4 0.63 0.45 1 0 1 0 1 0 0.45 2
1 0.63 0.5 1 0 1 0 1.07 0 0.5 2 0.83 0.5 1 0 1 0 1.07 0 0.5 3 0.83 0.5 1 0 1 0 1.07 0 0.5 4 0.63 0.5 1 0 1 0 1.07 0 0.5 1
1 0.75 0.675 - 0 0.93 0 - 0 0.675 2 0.99 0.65 - 0 0.93 0 - 0 0.65 3 0.99 0.65 - 0 0.93 0 - 0 0.65 4
0.75
0.675
-
0.93
-
0.675
范文二:土木工程结构设计
结 构 设 计
毕
题 目:
专 业:
学 号:
班 级:
姓 名: 业 设 计 某股份责任有限公司 办公楼一 土木工程 *** ***级本科 ***
2011年*月
目 录
第一章 工程资料 ........................................................................................................................... 3
第二章 结构布置 ........................................................................................................................... 3
第一节 框架布置要求 ................................................................................................................ 3
第二节 构件截面尺寸确定 ........................................................................................................ 4
第三章 荷载计算 ........................................................................................................................... 5
第一节 面荷载标准值 ................................................................................................................ 5
第二节 线荷载标准值 ................................................................................................................ 5
第三节 风荷载计算 .................................................................................................................... 7
第四节 地震荷载计算 ................................................................................................................ 7
第四章 PKPM设计 .................................................................................................................... 13
第一节 PMCAD框架计算结果简图 ....................................................................................... 13
第二节 LTCAD楼梯钢筋计算书 ............................................................................................ 13
第五章 基础设计 ......................................................................................................................... 16
第一节 常用的基础 .................................................................................................................. 17
第二节 基础选型 ...................................................................................................................... 17
第三节 基础计算 ...................................................................................................................... 17
附 录 ........................................................................................................................................... 22
参考文献 ....................................................................................................................................... 33
第一章 工程资料
按给定的办公楼建筑施工图进行结构设计和施工组织设计。拟建办公楼位于某市市郊,层楼四层,气象及自然条件如下:
1、主导风向:夏季东南风,冬季东北风;
2、最大基本风压:0.75kN/㎡;
3、温度:最热平均温度290C;
4、相对湿度:最热平均80%;
5、平均年总降水量1300mm。
第二章 结构布置
结构布置是结构设计的一个十分重要的步骤,其内容包括:结构体系的选择、框架布置、变形缝设计以及构件截面尺寸的确定等。
本建筑为办公楼,共4层,建筑造型简洁,本着“满足使用要求,受力合理,技术上可行,尽可能达到综合经济技术指标先进”的原则,结合地基环境,综合考虑技术经济条件和建筑艺术的要求,参考以上结构体系的优缺点,本建筑宜使用框架结构体系。
第一节 框架布置要求
框架结构是由梁和柱连接而成的。梁柱交接处的框架节点通常为刚接,有时也将部分节点做成铰接或半铰接。柱底一般为固定支座,必要时也设计成铰支座。为利于结构受力,框架梁宜拉通、对直,框架柱宜纵横对齐、上下对称,梁柱轴线宜在同一竖向平面内。
框架结构柱网布置应满足以下要求:
(1)满足生产工艺的要求。在多层办公楼设计中,生产工艺的要求是厂房平面设计的主要依据,建筑平面布置主要有内廊式、统间式、大宽式等几种。与此相应,柱网布置方式可以分为内廊式、等跨式、对称不等跨式等几种;
(2)满足建筑平面布置的要求。在旅馆、办公楼等民用建筑中,柱网布置应与建筑分隔墙布置相协调,一般常将柱子设在纵横建筑隔墙交叉点上,以尽量减少柱子对建筑使用功能的影响。柱网的尺寸还受梁跨度的限制,梁跨度一般在6~9米之间为宜;
(3)满足结构受力合理。多层框架主要承受竖向荷载。柱网布置时,应考虑到结构在竖向荷载作用下内力分布均匀合理,各构件材料强度均能充分利用;
(4)柱网布置应满足方便施工。建筑设计及结构布置时应该考虑到施工方便,以加快施工进度,降低工程造价。承重框架的布置:一般情况下柱在两个方向均应由梁拉结,亦即沿房屋纵横方向均应布置梁系。按楼面竖向荷载传递路线的不同,承重框架的布置方案有横向框架承重、纵向框架承重和纵横向框架混合承重等几种。
框架体系多层房屋结构的平面布置宜简单、规则、对称、尽量减少偏心。不能满足要求时,宁可划分成规整的小单元也不采用一个大块的复杂平面。
第二节 构件截面尺寸确定
一、柱截面估算确定
为方便设计及施工,柱采用矩形截面。截面尺寸按如下公式估算:
N
AC≥fc.?
式中AC——柱截面的有效面积;
fc——混凝土抗压强度设计值,本工程柱的混凝土为C30,fc=14.3MPa;
?——轴压比,取0.9;
N——底层柱的轴力; N=αΑ×(12~16)kN/m
由以上所述,柱的截面估算如下:
(1) KZ1(B轴柱)尺寸估算:
A=(1.8+7.6/2)×3.8=21.09㎡
N=1.5×21.09×4×16=2024.64 kN
N
3AC≥fc.? =2024.64×10/(14.3×0.9)=157314.68㎜2
偏安全取值,故取b×h=400×500=200000㎜2
(2) KZ2(C轴柱) 尺寸估算:
A=3.8×3.8=14.44㎡
N=1.5×14.44×4×16=1368 kN
N
3AC≥fc.? =1368×10/(14.3×0.9)=106293.71㎜2
取b×h=400×500=200000㎜2
二、梁截面的计算及确定
根据规范的要求,一般情况下:
(1)柱与柱之间设置框架梁
(2)有墙体的地方一般设置梁,当板的跨度太大时设置次梁(不超过5m)
(3)楼板有大洞的地方(洞口尺寸>800mm)要布置次梁,当洞口小于300
时可不做处理,当洞口在300mm<洞口尺寸<800mm时做构造配筋
(4)在二层结构布置图上洞口的尺寸为1200mm,大于800mm要布置次梁。
(5)梁截面尺寸估算如下:
① 框架梁:h=l0 /(12~8),b=h(1/3~1/2)
② 悬臂梁:h=l0/6,
③次梁:h=l0/(12~15),b =(1/2~1/3)h
结合本工程的设计取梁截面尺寸:
KL:h=l0 /(12~8)=7600/(12~8)=633~950㎜,取700㎜;
b=h(1/3~1/2)=700(1/3~1/2)= 233~350㎜;取300㎜;
LL:h=l0/(12~15)=3800/(12~15)= 450~360㎜;取500㎜;
b =(1/2~1/3)h=(1/2~1/3)×500= 250~133㎜;取250㎜;
三、楼板厚度
本工程楼板既有双向板,也有单向板。
民用建筑楼板厚,一般双向板hb=l板/40=3800/40=95㎜,单向板 hb=l板/45=2100/45=47
㎜,综合本设计情况,考虑到屋面含有防水层和保温层,荷载较大,同时为方便设计和施工,统一取板厚hb=100㎜。
第三章 荷载计算
第一节 面荷载标准值
一、恒载标准值计算:
(一)屋面恒载标准值
40厚细石混凝土保护层 22×0.04=0.88 KN/m2
三毡四油防水层 0.4 KN/m2
30厚水泥砂浆找平层 20×0.03=0.6 KN/m2
200厚水泥蛭石保温层 5×0.2=1.0KN/m2
100厚钢筋混凝土板 0.1×25=2.5 KN/m2
抹灰层 0.34 KN/m2
合计: 5.72kN/m2
(二)楼面的恒载标准值
10厚水磨石面层 0.65kN/m2
30厚水泥砂浆找平层 20×0.02=0.4 kN/m2 100厚钢筋混凝土板 0.1×25=2.5 KN/m2
10厚板底抹灰 17×0.01=0.17 kN/m2 合计: 3.92kN/m2
二、活荷载值:
1.除会议室、阅览室2.5KN/ m2、资料室、档案室为5.0KN/ m2,其余办公室均为2.0KN/m2;
2.厕所、走廊:均取2.5 KN/m2;
② 悬臂梁:h=l0/6,
③次梁:h=l0/(12~15),b =(1/2~1/3)h 结合本工程的设计取梁截面尺寸:
KL:h=l0 /(12~8)=7600/(12~8)=633~950㎜,取700㎜; b=h(1/3~1/2)=700(1/3~1/2)= 233~350㎜;取300㎜; LL:h=l0/(12~15)=3800/(12~15)= 450~360㎜;取500㎜; b =(1/2~1/3)h=(1/2~1/3)×500= 250~133㎜;取250㎜;
三、楼板厚度
本工程楼板既有双向板,也有单向板。
民用建筑楼板厚,一般双向板hb=l板/40=3800/40=95㎜,单向板 hb=l板/45=2100/45=47㎜,综合本设计情况,考虑到屋面含有防水层和保温层,荷载较大,同时为方便设计和施工,统一取板厚hb=100㎜。
第三章 荷载计算
第一节 面荷载标准值
一、恒载标准值计算:
(一)屋面恒载标准值
40厚细石混凝土保护层 22×0.04=0.88 KN/m2 三毡四油防水层 0.4 KN/m2 30厚水泥砂浆找平层 20×0.03=0.6 KN/m2 200厚水泥蛭石保温层 5×0.2=1.0KN/m2 100厚钢筋混凝土板 0.1×25=2.5 KN/m2 抹灰层 0.34 KN/m2 合计: 5.72kN/m2 (二)楼面的恒载标准值
10厚水磨石面层 0.65kN/m2
30厚水泥砂浆找平层 20×0.02=0.4 kN/m2 100厚钢筋混凝土板 0.1×25=2.5 KN/m2 10厚板底抹灰 17×0.01=0.17 kN/m2 合计: 3.92kN/m2
二、活荷载值:
1.除会议室、阅览室2.5KN/ m2、资料室、档案室为5.0KN/ m2,其余办公室均为2.0KN/m2; 2.厕所、走廊:均取2.5 KN/m2;
3.楼梯:考虑兼做消防用途,取3.5 KN/m2;
4.屋面:上人屋面取2.0 KN/m2,楼梯屋面取0.7 KN/m2。
第二节 线荷载标准值
(一)二~四层楼面线荷载标准值 A轴梁上均布线荷载(墙重+窗重) ○
{墙容重×[柱距×(层高-砼梁高)-窗洞宽×窗洞高]+ 窗容重×窗洞宽×窗洞高}/柱距=梁上均布线荷载
B轴梁上均布线荷载(墙重+窗重+门重) ○
{墙容重×[柱距×(层高-砼梁高)-窗洞宽×窗洞高—门洞宽×门洞高]+窗容重×窗洞宽×窗洞高+门容重×门洞宽×门洞高}/柱距
C轴梁上均布线荷载(墙重+窗重) ○
{墙容重×[柱距×(层高-砼梁高)-窗洞宽×窗洞高]+ 窗容重×窗洞宽×窗洞高}/
柱距
1轴梁上均布线荷载(墙重) ○
墙容重×(层高-砼梁高)
2~○15轴梁上均布线荷载(墙重) ○
B-C 3.6×(4.2-0.7) =11.52 KN/m (二)屋面线荷载标准值
A+○C+○1+○15轴梁上均布线荷载(女儿墙重) ○
墙容重×女儿墙高= 3.6×1.5=5.4 KN/m
第三节 风荷载计算
风压标准值计算公式为 ω=βz×μs×μz×ωo βz-z 高度处的风震系数; μs-风荷载体型系数; μz-风压高度变化系数; ωo-基本风压;
该建筑为教学楼,地处南宁,设计使用年限为50年。查《建筑结构荷载规范》2002-01-10得:基本风压:ω0=0.75kN/㎡。
因结构高度18.0m<30m,可取βz=1.0;对于矩形平面,μs=1.3;μz可查规范按柱顶标高确定。将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载,计算过程如下表所示,其中,A为一榀框架各层节点上的受风面积,计算结果如图3-4所示:
第四节 地震荷载计算
一、楼层集中质量计算
计算时假定楼层匀重,梁自重、活载以及上下半墙、柱自重之和集中于该楼层楼盖处。 (一)顶层荷载计算 顶层面积:S=990㎡
(1)柱自重: 0.4?0.5?1.8?25KN/m3?40?648KN 抹灰: 0.5?4?1.8?0.018?17KN/m3?40?52.88KN 小计: 700.88KN (2)外墙自重:
面积: 138.6?1.8?1.8?1.15?38?170.82m2 170.82?0.3?6KN/m3?307.48KN
抹灰: 170.82?0.018?17KN/m3?2?104.54KN 小计: 412.02kN (3)内墙自重:
?(6.6?0.6)?1.8?37?0.3?1.0?24?0.3?0.3?1.5?2?
面积:??
??(3.3?0.3)?1.8?2?0.3?1.0?2?402.06KN?
402.06?0.2?6KN/m3?482.47KN
抹灰: 402.06?0.018?17KN/m3?2?246.06KN 小计: 728.53 kN (4)梁自重:
KL1:0.70?0.3?6.0?56?25KN/m3?1638.3KN
抹灰:?(0.70?0.1)?2?0.3??6.0?56?0.018?17KN/m3?143.94KN
KL2:0.3?0.5?2.1?10?25KN/m3?78.75KN
抹灰:?(0.5?0.1)?2?0.3??2.1?10?0.018?17KN/m3?7.07KN
L1:0.45?0.3?6.3?18?25KN/m3?382.73KN
抹灰:?(0.45?0.1)?2?0.3??6.3?18?0.018?17KN/m3?34.70KN 小计: 2285.49 kN
???(59.4?0.6)?2?(15.9?0.6)?2??0.5?0.4
(5)女儿墙自重? 3
?25KN/m?191.00KN??[(59.4?0.6)?2?(15.9?0.6)?2]?0.5?0.018
抹灰:? 3
?17KN/m?2?23.38KN?小计: 214.38 kN (6)上半层门窗自重:
A轴线:1.15?1.8?0.45KN/m2?18?6.77KN
B轴线:0.3?1.0?0.2KN/m2?12?0.3?1.5?0.2KN/m2?1.62KN C轴线:0.3?1.0?0.2KN/m2?14?0.84KN
D轴线:1.15?1.8?0.45KN/m2?16?1.15?1.2?0.45KN/m2?2?16.15KN 小计: 35.38 kN
(7)屋面活载:0.25KN/m2?990.00?50%?123.75KN
.8KN (8)屋面恒载:3.52KN/m2?990.00?3484
顶层屋面荷载总计: (二)标准层荷载计算
(1)楼面荷载 3.51KN/m2?(990?6.6?3.3?4)?3148.05KN 楼梯间 6KN/m2?6.6?3.3?2?261.36KN 卫生间 3.48KN/m26.6?3.3?2?151.48KN 活载:
走廊 50%?2.5KN/m2?2.7?59.4?200.48KN 楼梯间 50%?2.5KN/m2?6.6?3.3?2?54.45KN
其它 50%?2KN/m2?(900?6.6?3.3?2?2.7?59.4)?778.42KN 小计: 4594.35 kN
(2)柱自重: 0.4?0.5?3.6?25KN/m3?40?1296KN 抹灰: 0.4?4?3.6?0.018?17KN/m3?40?105.75KN 小计: 1401.75 kN (3)梁自重:
KL1:0.70?0.3?6.0?56?25KN/m3?1638.3KN
抹灰:[(0.70?0.1)?2?0.3]?6.0?56?0.018?17KN/m3?143.94KN
KL2:0.2?0.5?2.1?10?25KN/m3?78.75KN
抹灰:[(0.5?0.1)?2?0.2]?2.1?10?0.018?17KN/m3?7.07KN L1: 0.45?0.3?6.3?18?25KN/m3?382.73KN
抹灰:[(0.50?0.1)?2?0.2]?6.3?18?0.018?17KN/m3?34.70KN 小计: 2285.49 kN (4)外墙自重:
面积:138.6?3.6?1.8?2.0?36?1.2?1.4?2?366m2 366?0.3?6KN/m3?658.8KN 抹灰:366?0.018?17KN/m3?2?224.00KN
小计: 882.8 kN
(5)内墙自重:
?(6.6?0.6)?3.6?3.7?2.1?1.0?24?2.1?1.5?2面积:?
??(3.3?0.2)?3.6?2?2.1?1.0?2?763.32KN
763.32?0.2?6KN/m3?915.98KN
抹灰:763.32?0.018?17KN/m3?2?467.15KN
小计: 1383.13 kN
(6)上半层门窗自重:
A轴线:2.0?1.8?0.45KN/m2?18?29.16KN
B轴线:2.1?1.0?0.2KN/m2?12?2.1?1.5?0.2KN/m2?2?6.3KN
1/B轴线:2.1?1.0?0.2KN/m2?14?5.88KN
C轴线:2.0?1.8?0.45KN/m2?16?2.0?1.2?0.45KN/m2?2?28.08KN
小计: 69.42 kN
标准层荷载总计: 10615.94KN
(三)底层荷载计算
(1)楼面荷载 3.51KN/m2?(990?6.6?3.3?4)?3148.05KN
楼梯间 6KN/m2?6.6?3.3?2?261.36KN
卫生间 3.48KN/m26.6?3.3?2?151.48KN
活载:
走廊 50%?2.5KN/m2?2.7?59.4?200.48KN
楼梯间 50%?2.5KN/m2?6.6?3.3?2?54.45KN
其它 50%?2KN/m2?(900?6.6?3.3?2?2.7?59.4)?778.42KN
小计: 4594.35 kN
(2)柱自重: 0.4?0.5?5.2?25KN/m3?40?18726KN
抹灰: 0.4?4?5.2?0.018?17KN/m3?40?152.76KN
小计: 2024.76 kN
(3)梁自重:
KL1:0.70?0.3?6.0?56?25KN/m3?1638.3KN
抹灰:[(0.70?0.1)?2?0.3]?6.0?56?0.018?17KN/m3?143.94KN
KL2:0.3?0.5?2.1?10?25KN/m3?78.75KN
抹灰:[(0.5?0.1)?2?0.3]?2.1?10?0.018?17KN/m3?7.07KN
L1: 0.50?0.2?6.3?18?25KN/m3?382.73KN
抹灰:[(0.50?0.1)?2?0.2]?6.3?18?0.018?17KN/m3?34.70KN
小计: 2285.49 kN
(4)外墙自重:
面积:
a上层:138.6?1.8?0.85?1.8?38?1.8?1.5?2?185.94m2
?138.6?2.6?1.95?2.5?6?1.5?6.0?1.5?3?1.1?1.5?b下层:? 21.95?1.8?24?1.2?1.4?2?228.21m?
(185.94?228.21)?6KN/m3?0.3?745.47KN
抹灰: (185.94?228.21)?0.018?17KN/m3?2?253.46KN
小计: 998.93 kN
(5)内墙自重:
面积:
?(6.6?0.6)?1.8?37?1.8?1.0?24?1.8?1.5?2a上层:? 2?(3.3?0.2)?1.8?2?1.8?1.0?2?358.56m?
?(6.6?0.6)?2.6?37?1.1?1.0?24?1.1?1.5?2b下层:?
??(3.3?0.2)?2.6?2?1.1?1.0?2?566.92KN
(358.56?566.92)?6KN/m3?0.2?1110.58KN
抹灰: (358.56?566.92)?0.018?17KN/m3?2?566.39KN
小计: 1676.97 kN
(6)上半层门窗自重:
外墙:a上层:(0.85?1.8?38?1.8?1.5?2)?0.45KN/m2?28.59KN
?1.95?2.5?6?0.45KN/m2?1.5?6.0?0.45KN/m2
?b下层:??1.5?3?0.2KN/m2?1.1?1.5?0.2KN/m2?1.95?1.8
??24?0.45KN/m2?1.2?1.4?0.45KN/m2?2?76.44KN?
?1.8?1.0?24?0.2KN/m2?1.8?1.5?2?0.2KN/m2
内墙:a 上层:? 2?1.8?1.0?2?0.2KN/m?10.44KN?
?1.1?1.0?19?0.2KN/m2?1.1?1.5?2?0.2KN/m2
b 下层:? 2?1.1?1.0?2?0.2KN/m?5.28KN?
小计: 120.75 kN
底层荷载总计:
11701.25KN
各层重力荷载代表值
二、横向框架自振周期
按顶点位移法计算框架的自振周期,顶点位移是求结构基频的一种近似方法。将结构按质量分布情况简化成无限质点的悬臂直杆,导出以直杆顶点位移表示的基频公式。这样,只要求出结构的顶点水平位移就可以按公式T1?1.7a0T,求得结构的基本周期。考虑填充墙使框架自振周期减小影响基本周期调整系数a0取0.8。
T1?1.7a0T?1.7?0.8?0.203?0.613S
三、地震作用下的层间剪力
在 Ⅱ类场地,7度区结构的特征周期Tg和地震影响系数amax。
Tg?0.35S amax?0.16
由于T1?0.613s?1.4Tg?1.4?0.35?0.49s
故应该考虑顶点附加地震作用为:
?n?0.08?0.613?0.07?0.119
结构底部剪力为:
FEK?Tg???T?15??0.35??a?0.85G????maxi?0.613??i?1?0.90.9?0.16?0.85?51512.43?4216.57KN
顶点附加地震作用力:
口Fn??nFEK?0.119?4216.57?501.77KN
各层地震作用及楼层地震剪力表
HFHiGi
i??HGFEK
层 GiGi
im Him GiKN GiHi i
?HG
i
(1??n)KN
4 4.2 18.5 7963.36 156081 0.255 946.20 3 4.2 14.3 10615.94 131638 0.215 797.78 2 4.2 10.1 10615.94 93420 0.153 567.72 1 5.9 5.9 11701.25 60846 0.099 371.55
(KN)
第四章 PKPM设计
第一节 PMCAD框架计算结果简图
略,详见附录。
第二节 LTCAD楼梯钢筋计算书
一、荷载和受力计算
楼梯计算简图如下:
ViKN 1447.97 3277.37 3845.02 4216.57
计算公式如下:
其中hh:楼梯梯板在不同受力段取不同的值,上图所示取楼梯梯板折算高度 在楼梯折板处取梯板厚度,在平台处取平台厚度,在楼板处取楼板厚度 荷载计算参数(单位kn/m):
装修荷载Qz=1.00;
活载Qh=2.00;
恒载分项系数1.2,1.35
活载分项系数1.4,1.4×0.7
梯板负筋折减系数(ZJXS)=0.8
各跑荷载及内力计算及示意图:
其中:Qb--梯板均布荷载;
Qbt--梯板弯折段均布荷载;
Qp--平台均布荷载;
Qw--楼面均布荷载; 单位(KN/m); 第1标准层第1跑
Qb=10.617 Qbt=7.600;
Qp=7.600 Qw=7.000;
第1标准层第2跑
Qb=10.617 Qbt=7.600;
Qp=7.600 Qw=7.000;
第2标准层第1跑
Qb=10.943 Qbt=7.600;
Qp=7.600 Qw=7.000;
第2标准层第2
跑
Qb=10.948 Qbt=7.600;
Qp=7.600 Qw=7.000;
二、配筋面积计算:
楼梯板底筋--Asbd(cm2):按照两端简支求出Mmax,按照Mmax配筋
楼梯板负筋--Asbf(cm2):梯板负筋弯矩取Mmax×ZJXS,按此弯矩照配筋 楼梯平台如果两边都有支承,按照四边简支板计算,采用分离式配筋
平台板底筋--Aspd(cm2)
平台板负筋--Aspf(cm2)
-------------------------------------------------------- 标准层号 跑数 Asbd Asbf Aspd Aspf -------------------------------------------------------- 1 1 15.23 11.63 0.00 0.00
1 2 11.05 8.57 0.00 0.00
2 1 11.02 8.55 0.00 0.00
2 2 6.67 5.25 0.00 0.00
三、配筋结果:
配筋措施:
楼梯梁保护层厚度:30mm
楼梯板及平台板保护层厚度:15mm
受力钢筋最小直径:
楼梯板受力钢筋>=8
休息平台受力钢筋>=6
楼梯梁受力钢筋>=14
受力钢筋最小间距:100 mm
非受力分布钢筋:
受力钢筋<>
受力钢筋=12或者14时,取6@250
受力钢筋>=14时,取8@250
楼梯板分布筋每踏步至少:16
各跑实际配筋结果:
梯板和平台配筋结果:
--------------------------------------------------------------------
标准层号 跑数 梯板底筋 梯板分布筋 梯板负筋 平台底筋 平台负筋
--------------------------------------------------------------------
1 1 12@100 8@200 12@130 8@150 8@200
1 2 12@100 8@200 12@130 无 无
2 1 12@100 8@200 12@130 8@150 8@200
2 2 10@100 8@200 10@130 无 无
梯梁配筋结果:
----------------------------------------------------------------------------------------- 标准层号 跑数 梯梁1顶纵筋 梯梁1底纵筋 梯梁1箍筋 梯梁2底纵筋 梯梁2顶纵筋 梯梁2箍筋
----------------------------------------------------------------------------------------- 1 1 222 222 8@200 无 无 无
1 2 220 220 8@200 无 无 无
2 1 222 222 8@200 无 无 无
2 2 220 220 8@200 无 无 无
第五章 基础设计
基础是整个建筑结构的重要组成部分,它关系到整个建筑结构的安全与经济。建筑基
础的结构布置,应根据上部结构形式、荷载特点、工程地质条件、施工因素等综合确定。
第一节 常用的基础
多层框架结构的基础,一般采用独立基础、条形基础、十字基础、片筏基础,必要时也可以采用箱形基础或桩基。
独立基础一般的常用形式是扩展基础,这种基础有阶梯形和锥形两类。它将上部结构传来的荷载通过基础传给地基。独立基础施工比较简便,而且成本比较低,但其承载力有限,一般用于多层建筑中。
条形基础成条状布置,截面一般作成倒T形其作用是把各柱传来的上部结构荷载较为均匀的传给地基,同时把上部各榀框架结构连成整体,以增强结构的整体性,减少不均匀沉降。
十字形基础布置成十字形,即沿柱网纵横方向均匀布置条形基础,既扩大了基底受荷面积,又可使上部结构在纵横方向上都有联系,具有较强的空间整体刚度。
若十字形基础的基地面积不能满足地基上的承载力与上部结构容许变形的要求时,则可以扩大基础底面积直至连成一片,即成片筏基础。
第二节 基础选型
基础选型的原则:
(1)当地基土质均匀、承载力高而沉降量小时,可以采用天然地基和竖向刚度较小的基础;反之,则采用人工地基或竖向刚度较大的基础。
(2)当高层建筑基础直接搁置在未风化或微风化的岩石上,或者层数较少的独立群房,可采用单独基础和条形基础;采用独立基础时应设置纵横向的拉梁。
(3)当采用桩基时,应尽量采用单根、单排大直径桩或扩底墩,使上部结构的荷载直接由柱或墙体传至桩顶,基础底板因此可以做得较表薄。
本工程的地基土质比较好,建筑为六层的框架结构,是一般的办公楼,结构上部传到基础的荷载不是很大,所以选用独立基础是比较经济合理的。
根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002中第3.0.2条规定:本工程属丙级地基基础设计等级。据表3.0.2知:faK=180Kpa, 层数小于7层的框架结构可不作地基变形验算。
第三节 基础计算
一、基础内力计算
1、基本资料
地基土为粘性土,地基承载力特征值fak=180KPa,基础埋深1.6m,基础高度H=1.0m,基础梁尺寸取250mm×500mm,基础底面以上土的平均重度rm?20KN/m3。
2、计算基础梁内力
梁上有内隔墙传来的荷载:
/gk?2.5?3.24?4.7?17.73KN/m qk?2?3.2?6.K4Nm
则有:
图20 地基梁计算简图
GHD?17.73?6.917.73?6.9?G墙1??5.0?5.6?3.2+2.77?3.2=147.89KN 22
QHD6.4?6.917.73?6.92??23.04KN,M??76.59KN?m HD?212
6.4?6.92
???MHD?27.65KN?m 12
3、内力组合
最大荷载的标准值组合:
框架柱传来的:
NK1=734.25+66.54+0.7×6.9=805.62kN
MK1=15.36+2.3+19.78×0.7=31.51KN?m
15.36?30.714.6?2.312.56?19.78++0.7×=15.76kN 4.84.84.8
地基梁传来的: VK1=
NK2=24.43kN
MK2=24.43×0.13=3.18KN?m
VK2=0kN
所以 Nk=830.05kN,Mk=34.69KN?m, Vk=15.76kN.
最大荷载的设计值组合:
框架柱传来的:
N1=1.35×734.25+0.7×66.54=1037.82kN
M1=1.2×15.36+0.9×1.4×(2.3+19.78)=46.25KN?m
V1=1.2×9.8+0.9×1.4×(1.47+13.79)=30.99kN
地基梁传来的:
N2=24.43×1.2=29.32kN
M2=-29.32×0.13=-3.81KN?m
V2=0kN
所以N=1067.14kN,M=42.44KN?m, V=30.99kN.
二、确定基础底面尺寸
①考虑基础埋深,修正后的地基承载力特征值为:
fa?fak??mAd?210?1.6?20?(1.6?0.5)?265.2KPa
②初步估算基础的尺寸:
A?NK830.05??3.65m2,按增大20℅-40℅取值, fa?rmd265.2?20?1.9
取l=2.8m,b=1.7m,
A=1.7×2.8=4.76m2,满足要求。
③地基承载力验算:
pk?830.05?20?4.76?1.6?206.38KPa?fa?265.2KPa 4.76
Mk?Vk?h
W
28.33?15.67?1.0?206.38??226.18KPa?1.2fa?318.24KPa1.7?2.82
6pkmax?pk?
所以,地基承载力满足要求。 又,emax?Mk?Vk?h28.33?15.76?1.2b2.8??0.048m???0.47m Nk?Gk830.05?152.3266
所以基底轴力作用在截面核心范围内,计底不会出现脱离地基的现象。 ④基础高度选择及抗冲切承载力验算:
由上面的计算可知,作用在基础顶面的最不利内力组合设计值: M=42.44KN·m
N=1067.14kN
V=30.99kN
基础及其上土自重:G=1.2×20×4.76×1.6=182.78kN
地基净反力的计算:
N?GM?V?h
?AW
1067.14?182.7842.44?30.99?1.0???262.59?33.07(KPa) 2
1.7?2.84.76
6
295.66Kpa?229.52Kpapmax,min?
295.66?229.52
?262.59KPa
2
受冲切承载力验算: pk?
基础平面、剖面见下图4-2。
图4-2基础平面、剖面简图
柱与基础交接处:
由于基础杯口壁的宽度为450mm,小于基础第二阶的高度500mm. 则基础上阶的冲切范围落在混凝土外边,不需验算其上阶冲切承载力。
基础变阶处:
短边方向:
bt?2?h01?1000?2?500?2000mm?b?1700mm长边方向:
lt?2?h01?1400?2?500?2400mm<>
?28001400?Al????450??1700?0.34m2
2?2?
Fl?pkA?262.59?0.34?89.28KN,
。 0.7?hpftbmh0?0.7?1.0?1100?1.4?0.45?485.1KN?Fl(可以)所以,基础高度满足抗切要求。
20
柱边 MI?
1122
?pI??b?hc??2l?bc???268.50??2.8?0.5???2?1.7?0.4??224.89KN?m2424
则:
MI2?2642. ASI???8mm70fyh0I.?9?0
基础变阶II-II截面处:
.
6
8
9
.
9
8
3
1
9
MII?
1122
?pn??b?hc??2l?bc???279.13??2.8?1.5???2?1.7?1.0??86.48KN?m2424
MI86.48?106
ASII???711.8mm2mm2
0.9fyh0II0.9?300?450
应按距离配筋,查表得配距离120mm,10/12,AS=798mm,根据基础长边长2800mm现配置Φ16@170,AS=905mm2
沿短边l方向: 柱边III-III截面:
MIII?
1122
?pn??l?bc??2b?hc???268.50??1.7?0.4???2?2.8?0.5??115.33KN?m2424
ASIII
MIII115.33?106
???454.4mm2,其中12为钢筋直径。 0.9fyh0III0.9?300?(950?10)基础变阶处:
MIV?
1122
?pn??l?bc??2b?hc???279.13??1.7?1.0???2?2.8?1.5??40.46KN?m2424
ASIV
MIV40.46?106
???333.0mm2?ASIII 0.9fyh0IV0.9?300?450
应按ASII配筋,查表得配间距170mm,直径12mm钢筋。现按构造配筋,又钢筋最小
21
直径为12mm,最大间距为200mm,选配Φ12@170 mm,AS=462mm2>454.4mm2。
基础梁的配筋按构造要求配置,上部配置4Φ14,下部配置4Φ16,箍筋为?8@200。
附 录
1) 框架立面图 2) 恒载图 3) 活载图 4) 左风载 5) 右风载 6) 配筋包络图 7) 恒载弯矩图 8) 恒载轴力图 9) 恒载剪力图 10) 活载弯矩包络图 11) 活载轴力包络图 12) 活载剪力包络图 13) 弯矩包络图 14) 轴力包络图 15) 剪力包络图 16) 右风载弯矩图 17) 左风载弯矩图 18) 左地震弯矩图 19) 右地震弯矩图
20) 楼盖恒活载图、梁恒活载图 21) 板配筋图、裂缝图、挠度图 22) 房屋空间计算图形文件
22
23
24
25
26
27
28
29
参考文献
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[7] 建筑工程施工组织设计实例应用手册. 北京:中国建筑工业出版社.
范文三:土木工程结构设计论文
探讨关于土木工程结构设计
摘要:随着建筑业的快速发展,土建工程的结构设计备受关注,结构的安全性与耐久性设计影响到建筑结构的安全性。本文结合土木结构设计中存在的问题,探讨了土木结构设计的具体措施。
一、土木工程结构设计中存在的问题
1 安全性不高。土木建筑工程结构是整个建筑过程中最重要的环节,关系着人们生命财产的安全和国家基础事业的发展。随着各种土木工程拔地而起,一些实用的建筑的安全性和耐久性存在问题,导致各种事故的发生,一旦发生事故,必然造成各种重大损失。首先,土木工程的设计结构没有较强的牢固性,牢固性问题是目前土木工程设计的最大欠缺,当建筑工程局部出现损坏时,就会导致整体的破坏,结构设计中的延性和冗余度的设计要结合地质情况和土质承载能力,而目前对土木工程的设计不够完善,从而造成的大范围的倒塌事故,伤亡较多 。其次是土木工程的安全规范存在漏洞,很多土木工程建筑使用不到十年,就出现墙壁开裂、变形等等现象,究其原因就是在土木工程设计中的构造柱和承重柱混淆,构造柱是砖混结构,能够防止墙壁的裂缝,可以提高房屋的抗震能力,如果设计人员将构造柱当成承重墙使用,构造柱不如承重柱的强度,无法抵抗地震的力量,从而导致房屋的倒塌。最后就是土木工程在设计结构上承重柱截面积设计过小,这样就会导致在有外力作用时,出现导致柱和梁开裂的现象,从而降低了建筑的使用寿命。
2 耐久性差。土木工程的设计往往忽略了环境因素对土木工程的
耐久性和安全性的影响。如湿度、温度、酸碱度等因素,这些因素是影响混凝土使用寿命的主要因素对土木工程的耐久性和安全性造成影响,存在重大安全隐患。土木工程的结构设计完稿后,缺少与施工企业的有效沟通,当施工中遇到难题,设计人员应该反复核对并修改设计。
3 脱离实际。建筑结构设计要加强对地基稳固度的重视程度,没有严格要求地下室设计成效,缺少对建筑材料性能的基础了解,建筑工程的施工忽视了设计图纸工作的重要性,在施工中缺少与设计人员的沟通。同时在建筑选址中缺乏合理性、科学性,影响到了建筑施工项目的安全系数,降低了建筑施工项目的质量。
二、土木工程结构的设计
1 提高土木工程结构设计安全性. 土木工程结构设计要完善各种标准和体制,所有土木工程的结构设计应结合实际需要,改进相关的管理体制。其次,要定期全面的对土木工程工进行全方位的安全检测,对土木工程应实施强而有力地监督和检测,定期进行安全检测,将安全隐患及时纠正。不断加强土木工程设计人员的专业素质,选择综合素质高的,设计经验比较丰富且有责任感的人员,加强设计人员的计算理论和方法的学习,更新知识体系,保证工程的施工质量。最后是要做好重点环节的设计(1)钢筋混凝土结构设计。钢筋混凝土结构是土木工程中各种受力构造组成的结构系统,在结构上会因建筑设计不同而存在差异,其内部的钢筋的具体数量和形状的大小都会最终影响工程的。土木工程建设中对于钢筋和混凝土具体的结构构成和
使用的搭配数量都是有一定的数量的。(2)钢结构设计,土木工程中的建筑钢材通常采用普通的低合金钢以及普通碳素钢等,虽然塑性低但是硬度强度比较高。柱子截面为 “十”字形截面,梁多数是“H”型钢梁,安装前要做焊接工艺的试验,梁与梁之间采取焊接连接或者高强螺栓连接。钢构件的堆放依照安装流水的顺序,采用装卸机械把其安置于回转半径内,起吊速度有足够的档次,臂杆的高差要足够,要保证臂杆与塔身不相碰撞。
2 提高土建结构设计的耐久性。采取防治冻融和盐害的综合措施,编写出相应的设计方案,混凝土耐久性反映了安全系数的可靠指标,结构整体要有足够承载能力,同时还要进行土建工程的检测和评估,健全相应的法规和标准,并在管理体制上严格规范,结合当地实际,充分考虑干湿、冻融等客观因素的环境影响。
3 加强沟通与交流 。土建结构设计师在开展结构设计工作之前,应该进行实地考察,考察当地的土质、气候、人文因素,做好与与承包商、投资商之间的沟通与交流,并通过交流了解到建筑工程的具体施工要求,同时对土建工程的施工现场进行整体把握,明确需要注意的地方。结合实际,对于后续施工中遇到的问题要及时修改,结构设计不是设计后就可以功成身退,施工中施工人员要与设计人员彼此互通消息,遇到出现的难题,设计人员应该及时修改设计方案,修改设计时要认真对待修改设计方案,确保土木工程结构设计的安全性。 土木工程结构越来越大型化、复杂化,结构设计中需要解决的根本问题是结构的安全性,使结构具有耐久性和牢固性,能够抵抗各种自然
或人为的作用力。
三、土木施工质量的控制工作
1.质量控制。现代施工质量控制研究的深入为施工企业质量管理体系的建立与完善奠定了基础,使得现代工程施工企业能够为基础促进自身质量控制体系的完善。土木施工企业需要结合工程实际情况进行质量控制的完善,使企业在施工时采取科学的质量管理制度,来促进土木工程施工质量控制,为保障土建工程施工质量奠定良好的基础。
2.施工规划控制。规划管理是现代土木工程施工质量控制与管理工作的重要内容,对土木工程施工前的技术交底需要进行合理安排,施工技术人员与质量管理人员要保障施工过程各项控制要点处于受控状态,同时通过监督施工人员的施工过程,使工程技术参数、施工工艺都满足技术要求。
3.成本控制。工程项目最主要的是控制管理好工程设计变更和签证,开工前要制定好设计变更及工程签证管理办法,提高成本管理水平。 在土木工程施工中掌控好成本的大小,做好定额管理,对编制计划和生产组织做好定额,不断的将国务院针对土木工程施工管理工作作出的相关的 《企业财务通则》落到实处,控制好管理的具体费用,避免出现账物不匹配、财产不合理等不利的素。
4.人员控制。加强现场施工技术人员与质量管理人员的巡检, 保障施工控制要点处于受控状态,利用严格的现场管理为保障工程施工质量奠定基础,不断满足工程施工要求。
参考文献:
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[2]王海波.浅谈土木工程结构设计中的安全性与经济性[J].江西建材,2014,02:25。
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[5]李海.袁琳.浅析土木建筑工程结构的安全性与耐久性设计[J].中国新技术新产品.2010.03.
[6]张林.土建结构工程的安全生与耐久性闭.[J].高新技术,2006.09.
范文四:土木工程建筑结构设计论文
土木工程建筑结构设计论文
摘要:建筑结构设计是建筑工程的开端,其需要设计师具有扎实理论功底和创新思维,以及严谨的设计工作态度。对于结构设计中出现的问题,设计师要积极采取相应的措施进行解决,保证建筑结构设计的合理性和科学性,以此来保证建筑结构的稳定性和建筑工程质量,推动建筑行业的不断向前发展。
前言
虽然我国建筑事业已经取得了不错的发展,建筑技术和设计方面水平都得到了不断提升,但建筑结构设计中还是存在一些问题需要设计师去注意并解决,只有不断纠正和解决结构设计中的问题才能保证建筑结构的稳定性,保证建筑工程质量。下面就结合工作实际中遇到的一些问题做如下探讨。
1 地基承载力深度修正的问题
设计不超过 20 层的高层、多层建筑时,我们经常直接选择桩基的基础形式,其实在非软弱土地区,应首先探讨采用天然地基的可行性,以利于降低基础造价,合理地确定地基承载力值就显得尤其重要,《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)规定:地基承载力特征值应按下式进行修正:fa=fak+ηb γ(b-3)+ηd γm (d-0.5),而在地基承载力值的组成中,深度修正部分占有较大的比重。这对于主裙楼一体结构,在进行主楼地基承载力计算时,因
范文五:土木工程结构设计论文
土木工程结构设计论文
【摘要】结构改计和结构施工是土建中两个最重要的环节,以上所述几点都是在结构施工图设计及施工中容易忽略和遗忘的地方,这些质量通病往往会对建筑的结构或者对建筑物的长久使用及维护造成一定的不良影响。希望本文所涉及的地方可以给结构设计及施工人员一定的帮助,能够提高工作效率。
一、 房屋结构设计问题
1.1 地基与基础方面
地基与基础设计应是合理的,安全的,设计师必须对地质调查资料的基础上,对基础和上部结构的设计类型因素统一调查。但有些设计单位没有掌握这方面的资料,凭经验进行设计。有些时候认为做了筏板,只要地基承载力满足要求即可,殊不知其实有时候基础沉降、整体倾覆验算,才是导致工程事故的主要原因;有的建筑物是坐落在软弱地基上的,为了减少房屋的沉降,应采用换土垫层进行软弱地基处理。有些设计师不进行换土垫层设计,只凭经验处置,而不对垫层宽度和厚度进行精确计算,将带来极大的安全隐患,而且也会造成一定程度的资源浪费。有些软弱基础,设计人员采用CFG桩采取加固处理,而没有清楚的认识到CFG桩的作用以及褥垫层厚度的关键性。CFG与普通的管桩等的受力作用有些相似但又不同,管桩是主要靠桩侧和桩底受力;CFG是对土加固加密的同时,必须与周边的土一起受力而不能单独受力,而一起受力的关键就是褥垫层。如果褥垫层厚了,整个基础的受力特性就接近纯土的天然地基,而褥垫层厚了,基础的受
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则按下式计算:>