交大希望职业教育学院实验楼设计.docx

1、目录绪论5第1章设计基本资料61.1.工程概况6第2章楼板、框架梁、柱、截面尺寸的初步估定72.1.楼板厚度h72.2.框架梁截面高度hb与宽度bb72.3.框架柱截面高度hc与宽度bc7第3章结构布置及计算简图93.1.柱网布置93.2框架结构计算简图10第4章横向框架侧移刚度的计算114.1.横梁线刚度的计算114.2.纵梁线刚度的计算114.3.柱线刚度的计算114.4.各层横向侧移刚度计算12第5章重力荷载代表值的计算165.1.屋面及楼面恒荷载计算165.2.墙，门，窗重力荷载计算175.2.1墙体荷载175.2.2门窗荷载175.3.梁柱自重计算175.3.1 梁柱平面布置图如图5

2、-1所示175.3.2单位长度梁，柱荷载（KN/m）175.3.3 门窗洞口面积及自重185.4 重力荷载代表值的计算19第6章横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算226.1横向自振周期计算226.1.1横向自振周期的计算。226.1.2假想层剪力计算226.1.3结构顶点的假想侧移计算226.1.4基本自振周期的计算236.2 水平地震作用及楼层剪力的计算236.2.1地震影响系数计算236.2.2等效重力荷载代表值计算246.2.3水平地震力的计算246.2.4顶部附加地震作用力计算246.2.5水平地震作用力及各楼层地震剪力计算246.3 水平地震作用下的位移验算256.4 水平地

3、震作用下的框架内力计算266.4.1 反弯点高度计算266.4.2 梁端弯矩计算276.4.3 梁端剪力及柱轴力计算27第7章竖向荷载下框架内力计算317.1 计算单元317.2 计算简图327.3 荷载计算337.3.1 恒荷载计算337.3.2 活荷载计算357.4 框架内力计算367.4.1 恒载作用下梁固端弯矩367.4.2 活载作用下内力计算377.4.3 弯矩二次分配法计算梁柱弯矩377.4.4 梁端剪力及柱轴力计算42第8章横向框架内力组合448.1 结构抗震等级448.2 框架梁内力组合448.2.1 梁跨中最大弯矩448.2.2 梁强剪弱弯调整458.2.3 框架柱内力组合5

4、6第9章截面设计699.1 框架梁699.1.1 梁正截面受弯承载力计算699.1.2 梁斜截面受剪承载力计算719.2 框架柱739.2.1 剪跨比和轴压比验算739.2.2 柱正截面承载力计算749.2.3 柱斜截面受剪承载力计算779.3 框架梁柱节点核芯区截面抗震验算78第10章基础设计8010.1 设计原始材料8010.2 基础计算8010.2.1 示意图8010.2.2 设计参数8110.2.3 计算过程8210.2.4 计算结果85第11章结构电算8711.1 使用软件及软件简介8711.2 结构计算及计算结果输出8711.2.1 PMCAD结构建模8711.2.2 SATWE计

5、算部分9111.2.3 分析结果图形和文本显示9511.3 绘制结构施工图97结论98绪论毕业设计是大学本科教育培养计划中最后一个主要环节，也是最重要的综合性实践环节。通过毕业设计，学生可以综合应用所学过的基础课，技术基础课及专业课知识和相应技能等。毕业设计是一次对大学期间所学知识的全面总结与巩固的过程，更是培养学生解决具体的土木工程设计问题所需的综合能力和创新能力的过程。实验楼是公共建筑，其规范要求比较严格，能体现处建筑和结构设计的很多重要的方面，选择实验楼建筑和结构设计，从而掌握实验楼设计的基本原理，妥善解决其功能关系，满足使用要求。框架结构的设计始于欧美，二十世纪厚得到了世界各地大范围的

6、使用，其结构建筑平面布置灵活，使用空间大。延性较好。其具有良好的抗震能力。对实验楼有重要建筑结构非常适用。能满足其较大的使用面积要求。框架结构的研究，对于建筑的荷载情况，分析其受力，采用不同的方法分别计算出各种荷载作用下的弯矩、剪力、轴力，然后进行内力组合，挑选出最不利的内力组合进行截面的承载力计算，保证结构有足够的强度和稳定性。本结构计算选用一榀框架为计算单元，采用手算的简化计算方法，其中计算框架在竖向荷载下的内力时使用的弯距二次分配法，不但使计算结果较为合理，而且计算量较小，是一种不错的手算方法。本设计主要通过工程实例来强化大学期间所学的知识，建立一个完整的设计知识体系，了解设计总过程，通

7、过查阅大量的相关设计资料，提高自己的动手能力。鉴于水平有限，设计书中还存在不少缺点甚至错误，敬请老师批评和指正。第1章设计基本资料1.1.工程概况1.1 根据该实验楼的使用功能及建筑设计要求，进行了平立面及剖面的建筑设计，主体结构为5层，层高均为3.9m，无附属结构。1.2地质、水文及气象资料：地形较为平坦，基本风压为0.35KN/m，未发现地下水，本工程地震设防烈度为7度，地震分组为第2组，场地类别为第二类。设计基本地震加速度0.10g，Tg=0.4s，max=0.08。地震粗糙度为B类，土的重度为19KN/m，孔隙比为0.8，地基承载力特征值160Kpa。查阅建筑抗震设计规范（GB5001

8、1-2010）表6.1.2得框架抗震等级为三级抗震。1.3填充墙采用200m厚的加气混凝土砌块，外墙一侧墙体外挂瓷砖，一侧为20mm厚抹灰。内墙两侧使用20mm厚抹灰，女儿墙做法为200厚加气混凝土砌块，外墙面干挂磨干花岗石石板，内墙采用20mm厚抹灰。门为实木门，门洞尺寸分别为1.0mx2.1m，1.2mx2.1m，1.5mx2.1m。窗为铝合金窗，洞口尺寸为2.95mx2.9m及2.1mx2.4m。1.4楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取100mm。1.5混凝土：梁柱板基础均使用C30混凝土。1.6钢筋：纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB335,其余采用热轧钢筋HPB300。第2章

9、楼板、框架梁、柱、截面尺寸的初步估定2.1.楼板厚度h根据混凝土结构设计规范（GB50010-2010），主体结构共5层，层高均为3.9m，内外墙的做法：采用200厚蒸压粉煤灰加气砼砌块（5.5KN/m3）,两侧均为20mm厚抹灰。，楼层屋盖均为现浇钢筋砼结构。楼板按连续双向板考虑。板厚取120 mm：，满足要求。2.2.框架梁截面高度hb与宽度bb主梁应满足：hb=（1/121/8）lb，lb为主梁的计算跨度；且hb不宜大于1/4主粱净跨。lb可近似取为轴线间距，即lb=6600mm。则AB跨横梁：hb=（1/121/8）lb =(7501125)mm，取梁高为800mm，梁宽b=300mm

10、。CE跨横梁：hb=（1/121/8）lb =(575862)mm，取梁高为600mm，梁宽b=300mm。BC跨横梁：取梁高为400mm，梁宽b=250mm。纵梁：hb=（1/121/8）lb =(550825)mm，取梁高为600mm，梁宽为300mm。2.3.框架柱截面高度hc与宽度bc柱的截面尺寸一般根据轴压比限值按下列公式估算：N=FgEn（2-1）Ac=N/N fc（2-2）式中：N柱组合的轴压力设计值；考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，边柱取1.3，不等跨内柱取1.25，等跨内柱取1.2；F按简支状态计算的柱负载面积；gE折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，框架结构可近似取1

11、214kN/m2；n欲确定柱截面以上楼层的层数；Ac欲确定柱截面的面积；N框架柱轴压比限值；根据建筑结构抗震规范GB50001-2010，一、二、三级抗震等级分别为0.6、0.7、0.8；fc混凝土轴心抗压强度设计值。柱边长，非抗震设计时不宜小于250mm，抗震设计时不宜小于300mm；圆柱截面直径不宜小于350mm；柱剪跨比宜大于2；柱截面高宽比不宜大于3。（1） 首层：F=6.69=59.4，gE取12kN/N=1.259.4124=3421.44kNAc=3421.44/（0.8516.7103）=0.241m2，则取柱边长bc取为600mm；（2） 二五层：F=6.69=59.4，gE

12、取12kN/N=1.259.4123=2566.08kNAc=2566.08/（0.8516.7103）=0.180m2，则取柱边长bc取为600mm；第3章结构布置及计算简图3.1.柱网布置经过对建筑功能、经济实用性、抗震要求等因素综合考虑后，采用框架结构形式。其中：楼、屋面结构：采用现浇钢筋混凝土肋形屋盖。楼梯结构：采用现浇钢筋混凝土板式楼梯。如图3-1所示图3-1 柱网布置图3.2框架结构计算简图框架结构计算简图如图3-2所示图3-2 框架结构计算简图第4章横向框架侧移刚度的计算4.1.横梁线刚度的计算表4-1横梁线刚度类别bxhEc1.52AB跨300x8009000CD跨300x60

13、06900BC跨250x40030004.2.纵梁线刚度的计算表4-2纵梁线刚度类别bxhEc所有300x60066004.3.柱线刚度的计算表4-3柱线刚度层次hcEcbxhIc152002-539004.4.各层横向侧移刚度计算其中：和h分别为柱的线刚度和高度，是考虑柱上下端节点弹性约束的修正系数。， 首层：A-1，A-12（2根），D-1，D-12（2根），B-1，B-12（2根），C-1，C-12（2根），A-2A-11（10根），B-2B-11（10根），C-2C-11（10根），D-2D-11（10根）， 二五层：A-1，A-12（2根），D-1，D-12（2根），B-1，B-12

14、（2根），C-1，C-12（2根），A-2A-11（10根），B-2B-11（10根），C-2C-11（10根），D-2D-11（10根），由建筑抗震设计规范（GB50011-2010）表3.4.2知该框架为横向侧向刚度规则。由以上计算可得，横向框架层间侧移刚度如表4-4所示表4-4横向框架层间侧移刚度层次12345664246853364853364853364853364第5章重力荷载代表值的计算本设计为五层实验楼建筑与结构设计，考虑到风荷载作用参与组合的内力与地震作用组合相比一般较小，对结构设计不起控制作用。故本设计水平荷载仅考虑水平地震作用，未计算风荷载。5.1.屋面及楼面恒荷载计算根

15、据建筑抗震设计规范（GB50011-2010）5.1.3条：计算地震作用时，建筑的重力荷载代表值应取结构和构件自重标准值和各可变荷载组合值之和。各可变荷载的组合值系数，应按表5.1.3采用。一屋面永久荷载标准值（不上人），参照建筑结构荷载规范30厚细石混凝土保护层 SBS改性沥青卷材防水 20厚水泥砂浆找平层 150厚水泥蛭石保温层 100厚钢筋混凝土板 V型轻钢龙骨吊顶 合计 二14层楼面水磨石地面（包括水泥粗砂打底） 100厚钢筋混凝土板 V型轻钢龙骨吊顶 合计 三屋面及楼面可变荷载标准值不上人屋面均布活荷载标准值 楼面活荷载标准值 5.2.墙，门，窗重力荷载计算5.2.1墙体荷载墙体均为

16、200厚加气混凝土砌块，外墙外挂瓷砖，内侧20mm抹灰，内墙两侧均为20mm，单位墙面重力荷载为：外墙面：内墙面：5.2.2门窗荷载木门单位面积重力荷载为，铝合金窗单位面积重力荷载5.3.梁柱自重计算5.3.1 梁柱平面布置图如图5-1所示图5-1 梁柱平面布置5.3.2单位长度梁，柱荷载（KN/m）梁：梁自重+梁侧面层做法自重 AB跨：梁高800mm，梁宽300mm，双面抹灰。梁单位长度荷载为： BC跨：梁高400mm，梁宽250mm，双面抹灰。梁单位长度荷载为： CD跨：梁高600mm，梁宽300mm，梁单位荷载为：柱：柱自重+柱四周面层做法自重 600mmx600mm柱：层次构件bhgL

17、nGG15边横梁0.30.8251.056.8719241484.143836.560.30.65.1536.9中横梁0.250.4251.052.911312104.796次梁0.30.5251.054.295911425.205251.056.911325.991纵梁0.30.6251.055.1536.6441496.431柱0.60.6251.110.7985.2482695.184716.5725柱0.60.6251.110.7983.9482021.39梁柱重力荷载计算见表5-1所示表5-1 梁柱重力荷载计算表5.3.3 门窗洞口面积及自重 1-5层外墙窗洞口面积： 1层外墙洞口面

18、积： 1-5层内墙窗洞口面积： 1层内墙窗洞口面积：2层内墙窗洞口面积：3-5层内墙窗洞口面积：铝合金窗0.4，普通木门及玻璃门均为0.25.4 重力荷载代表值的计算顶层重力荷载代表值女儿墙自重=单位长度重x总长度女儿墙为200厚加气混凝土砌块，外墙面干挂磨干花岗石板（0.7），内墙面为20mm抹灰：则女儿墙自重为：屋面恒载=单位面积重x总轴线面积=梁自重=3836.559KN半层高柱自重=1010.693KN半层高砌体外墙自重:半层高内墙自重:半层门窗自重：屋面活荷载：0.5x1353.88=676.94KN 3-4层重力荷载代表值计算楼面恒载：4603.92KN梁自重：3836.559KN

19、上半柱自重：1010.693KN下半柱自重：1010.693KN上下半层高内墙自重：上下各半层砌体外墙自重：231.792KN上下各半层门窗自重：169.632KN楼面活荷载：2.0x1353.88KN=2707.76KN 2层重力荷载代表值楼面恒载：3.4x1353.88KN=4603.19KN梁自重：3836.559KN上下半层柱自重：2021.386KN上下各半层砌体外墙自重：231.792KN上下各半层内墙自重：上下各半层门窗自重：169.632KN楼面活荷载标准值：2.0x1353.88KN=2707.76KN 1层重力荷载标准值楼面恒载：3.4x1353.88KN=4603.19K

20、N梁自重：3836.559KN上下半层柱自重：2358.284KN上下半层砌体外墙自重：上下各半层内墙自重：上下各半层门窗自重：169.632KN楼面活荷载标准值：2.0x1353.88KN=2707.76KN各层重力荷载代表值如下图：图5-1 各质点的重力荷载代表值第6章横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算6.1横向自振周期计算6.1.1横向自振周期的计算。将各层重力荷载代表值作为假想为集中力作用在本层位置，以此计算各层位移和顶点位移。6.1.2假想层剪力计算（6-1）6.1.3结构顶点的假想侧移计算（6-2）（6-3）具体过程详见表6-1表6-1结构顶点的假想侧移计算层次513347

21、.2513347.2585336415.6264.1413767.7127114.9685336431.8248.5313767.7140882.6785336447.9216.7213778.9254661.5985336464.1168.8114865.1569526.74664246104.7104.76.1.4基本自振周期的计算考虑填充墙对自震周期的影响，计算中取折减系数6.2 水平地震作用及楼层剪力的计算根据建筑抗震设计规范（GB50011-2010）5.1.2-1：高度不超过40m,以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法等简

22、化方法。6.2.1地震影响系数计算根据本工程地震分组为第2组，场地类别为第二类，可查得本建筑地震特征周期Tg=0.4s。(建筑抗震设计规范（GB50011-2010）表5.1.4-2)根据本建筑抗震设防烈度为7，可查得水平地震影响系数最大值。(建筑抗震设计规范（GB50011-2010）表5.1.4-1)由于，6.2.2等效重力荷载代表值计算6.2.3水平地震力的计算6.2.4顶部附加地震作用力计算因为。故需要考虑顶部附加地震作用力。，则查得顶部附加地震作用力系数为：(建筑抗震设计规范（GB50011-2010）表5.2.1)顶部附加地震作用力：6.2.5水平地震作用力及各楼层地震剪力计算，各

23、质点横向水平地震作用及楼层剪力计算见表6-2所示层次520.813347.25277622.80.311771.05771.05416.913767.71232674.30.261647.091418.1431313767.71178980.230.261498.331916.4729.113778.92125388.170.141349.582266.0515.214865.1577298.780.087215.72481.75表6-2 各质点横向水平地震作用计算各质点水平地震作用及楼层剪力沿房屋高度的分布见图6-1.图6-1横向水平地震作用及楼层地震剪力6.3 水平地震作用下的位移验算水平

24、地震作用下框架结构的层间位移和顶点位移以及层间弹性位移角分别按下式计算：，计算过程及结果见表6-3。层次5771.058533640.90411.20339001/431441418.148533641.66210.29939001/234731916.478533642.2468.63739001/173622266.058533642.6556.39139001/146912481.756642463.7363.73652001/1392表6-3 横向水平地震作用下的位移验算由表可见，最大层间弹性位移角发生在第一层，其值为1/13921/550，满足弹性层间位移角限值要求(建筑抗震设计规范

25、（GB50011-2010）表5.5.1)。6.4 水平地震作用下的框架内力计算框架柱端弯矩及剪力分别按下列公式计算：柱端弯矩：，柱端剪力：梁端弯矩：，柱轴力：，梁端剪力： 具体过程及结构见表6-46-66.4.1 反弯点高度计算式中：标准反弯点高度修正系数；上、下层梁梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值；上、下层层高变化时反弯点高度比的修正值。以第三层中柱为例：线刚度为8.308，m=5，n=3，则：，6.4.2 梁端弯矩计算以第五层AB梁为例进行内力计算，其他梁算法相同。6.4.3 梁端剪力及柱轴力计算以第五层AB梁和第三层边柱内力计算为例，其他梁柱算法相同。，水平地震作用下框架的弯矩图、梁

26、端剪力图及柱轴力图，如图6-2图6-3所示。层次边柱（AB跨）中柱（AB跨）yy53.9771.058533642193619.821.0060.3527.0550.242200419.881.010.3527.1450.443.91418.18533642193636.451.0060.456.8685.292200436.571.010.458.3787.5533.91916.58533642193649.261.0060.4586.45105.662200449.421.010.4586.73106.0123.92266.18533642193658.251.0060.5113.59113.592200458.431.010.5113.94