土木工程专业毕业设计完整计算书.doc

该工程为某大学实验楼，钢筋混凝土框架结构；建筑层数为8层，总建筑面积11305.82m2，宽度为39.95m,长度为60.56m；底层层高4.2m，其它层层高3.6m，室内外高差0.6m。该工程的梁、柱、板、楼梯、基础均采用现浇，因考虑抗震的要求，需要设置变形缝，宽度为130mm。1.1.1设计资料(1)气象条件该地区年平均气温为20 .冻土深度25cm，基本风压0.45kN/m2，基本雪压0.4 kN/m2，以西北风为主导方向，年降水量1000mm。(2)地质条件该工程场区地势平坦，土层分布比较规律。地基承载力特征值。(3)地震烈度7度。(4)抗震设防7度近震。1.1.2材料梁、柱、基础均采用C30；纵筋采用HRB335，箍筋采用HPB235；单向板和双向板均采用C30，受力筋和分布筋均为HPB235；楼梯采用C20，除平台梁中纵筋采用HRB335外，其余均采用HPB235。1.2工程特点本工程为8层，主体高度为29m左右，为高层建筑。其特点在于：建造高层建筑可以获得更多的建筑面积，缩小城市的平面规模，缩短城市道路和各种管线的长度，从而节省城市建设于管理的投资；其竖向交通一般由电梯来完成，这样就回增加建筑物的造价；从建筑防火的角度来看，高层建筑的防火要求要高于中低层建筑；以结构受力特性来看，侧向荷载（风荷载和地震作用）在高层建筑分析和设计中将起着重要的作用，因此无论从结构分析，还是结构设计来说，其过程都比较复杂。在框架结构体系中，高层建筑的结构平面布置应力求简单，结构的主要抗侧力构件应对称均匀布置，尽量使结构的刚心与质心重合，避免地震时引起结构扭转及局部突变，并尽可能降低建筑物的重心，以利于结构的整体稳定性；合理地设置变形缝，其缝的宽度视建筑物的高度和抗震设防而定。该工程的设计，根据工程地震勘探和所属地区的条件，要求有灵活的空间布置和较大的跨度，故采用钢筋混凝土框架结构体系。1.3本章小结本章主要论述了本次设计的工程简况和工程特点，特别对于高层建筑的优点和框架结构中高层建筑的布置原则作了详细阐述。2 结构设计2.1 框架设计2.1.1 工程简况该实验楼为八层钢筋混凝土框架结构体系，建筑面积11305.82m2，建筑平面为“U”型，受建筑场地限制，宽度40m，长度60m。建筑方案确定，中间部分房间开间3.3m,进深7.5m，走廊宽度2.4m；两侧部分房间开间、进深视具体情况而定。底层层高4.2 m，其它层层高为3.6 m，室内外高差0.45 m。框架平面柱网布置图2-1所示，（仅取中间部分作为设计对象） 图2-1 框架平面柱网布置2.1.2 设计资料(1)气象条件基本雪压=0.4kN/m2；基本风压=0.45 N/m2(2)抗震设防7度近震。(3)材料混凝土采用C30，纵筋级，箍筋级(4)屋面及楼面做法屋面做法（上人）：30厚细石混凝土保护层二毡三油防水层20厚水泥沙浆找平层150厚柱石保温层 100厚钢筋混凝土板15厚板底纸筋石灰楼面做法： 12mm厚大理石地面30mm厚细石混凝土100mm厚钢筋混凝土现浇板15厚板底纸筋石灰2.1.3设计内容：(1)初估截面尺寸a、框架柱子28层截面尺寸均为b=h=(1/81/12)H=(1/81/12)3.6m=0.450.3m1层: b=h=(1/81/12)H=(1/81/12)4.2m=0.520.35m 取bh=500mm500mmb、横向框架梁(L1)：h=(1/101/18)l=(1/101/18)7.5m=0.750.42m取h=600mmb=(1/21/3)h=(1/2(1/21/3)1/3)0.6=0.20.3m取b=250mmc、中间框架梁(L2)：由于跨度小，故取bh250mm400mmd、纵向框架梁(L3)： h=(1/101/18)l=(1/101/18)3.3m=0.330.18m取h=500mm b=(1/21/3)h=(1/21/3)0.5=0.250.17m取b=250mme、次梁(L4)： h=(1/101/18)l=(1/101/18)6.6m=0.660.37m取h=500mm b=(1/21/3)h=(1/21/3)0.5=0.250.17m取b=250mm(2)楼板厚度：（采用单向板） hl/40=l/403.3=0.82m 取h=100mm(3)梁的计算跨度 梁的跨度：取轴线间距，即边跨梁为7.2m,中间梁为2.4m， 图2-2 框架梁编号(4)柱高度底层柱子高h=4.2m+0.45m+0.50m=5.15m，其中4.2m为底层高，0.45m为室内外高差，0.50m为基础顶面至室外地坪的高度。其他层柱高等于层高即为3.6m。由此得框架计算简图，见图2-3。2.1.4 荷载计算(1) 屋面均布荷载：30厚细石混凝土保护层 0.03m24=0.72 kN/二毡三油防水层 0.35 kN/20厚水泥沙浆找平层 0.02m20=0.40 kN/150厚柱石保温层 0.15m5=0.75 kN/100厚钢筋混凝土板 0.1m25=2.5 kN/15厚板底纸筋石灰 0.015m16=0.24 kN/共计： 4.96 kN/屋面恒载标准值： （123.3+0.5）（7.52+2.4+0.5）4.96=3560KN图2-3横向框架计算简图及柱编号(2)楼面均布恒载（按楼面做法逐项计算）：12mm厚大理石地面 0.012m28=0.34 kN/30mm厚细石混凝土 0.03m24=0.72 kN/100mm厚钢筋混凝土现浇板 0.1m25=2.5 kN/15厚板底纸筋石灰 0.01516=0.24 kN/ 合计： 3.8kN/楼面恒载标准值：（123.3+0.5）（7.52+0.4+0.5）3.8=2727 kN/(3)屋面均布活载计算重力荷载代表值时，要考虑雪荷载和施工荷载。0.4（123.3+0.5）（7.52+2.4+0.5）=287 kN(4)楼面均布活载：对于实验楼取均布活荷载为2.0kN/，故楼面均布活载标准值为： （123.3+0.5）（7.52+2.4+0.5）2.0=1435 kN(5)梁柱自重（包括梁侧，梁底，柱抹灰重量）梁侧、梁底抹灰，柱四周抹灰，近似按加大梁宽及柱宽计算来考虑。表2-1 梁柱自重表梁（柱）编 号截面（）长度（）根数每根重量（kN）L10.250.67.0258=20030.45L20.250.41.90138=1045.51L30.250.52.80448=35210.15L40.250.55.90412+2=5037.54Z10.50.55.15(4712)+27=35026.24Z20.50.53.6028=1621.39注：每根重量为：0.290.6725=30.45 kN（考虑抹灰） 对于柱，则：0.40.45.1525=37.54 kN(6)墙体自重：墙体均为240mm厚墙。墙两面抹灰，近似按加厚墙体考虑抹灰重量。表2-2 墙体自重每片面积片数重量(kN)底层纵墙2.84.45 124-2=463049底层横墙7.04.3517275其他层纵墙2.83.1462124其他层横墙6.73.0171818注：单位面积上墙体的重量为：0.2819=5.32 kN/故：墙体自重为：5.322.84.4546=3049 kN，其他计算类同。(7)荷载分层总汇a、顶层重力荷载代表值包括顶层重力荷载代表值包括：屋面恒载+50%活载+梁自重（纵横梁）+半层柱自重+半层墙体自重。b、其他层重力荷载代表值包括：其他层重力荷载代表值包括：楼面恒载+50%活载+纵横梁自重+上下各半层的柱及纵横墙体自重（包括横墙）。将前述荷载相加，得集中于多层楼面的重力荷载代表值如下：第八层：7569KN 第七至二层： 9943KN第一层： 12013KN建筑物重力荷载代表值为=7569+99436+12013=79240kN质点重力荷载值见图2-4. 图2-4 质点重力荷载值2.1.5 水平地震力作用下框架侧移计算(1)横梁线刚度：采用混凝土C25， =3.0107kN/在框架结构中，有现浇楼面或预制板楼面。而现浇板的楼面，板可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧移。为考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架取=1.5（为梁的截面惯性矩），对中框架取=2.0。横梁线刚度计算结果见表2-3。表2-3 横梁线刚度计算梁号L截面bh跨度惯性矩边框架梁中框架梁L10.250.67.54.510-36.7510-32.701049.010-33.60104L20.250.42.41.310-31.9510-32.431042.610-33.25104L30.250.53.32.610-33.910-33.551045.210-34.73104L40.250.56.62.610-33.910-31.771045.210-32.36104(2)横向框架柱的侧移刚度D值柱线刚度列于表2-4，横向框架柱侧移刚度D值计算见表2-5。表2-4 柱线刚度柱号截面（）柱高度（m）惯性矩线刚度（m4）（kNm）0.50.55.152.2110-33.031040.50.53.65.2110-34.34104表2-5 横向框架柱侧移刚度D值计算层次工程柱类型根数底层边框架边柱0.48185204边框架中柱0.598119364中框架边柱0.52870218中框架中柱0.64990218376498二三四五六七八层边框架边柱0.243276954边框架中柱0.368564374中框架边柱0.301185528中框架中柱0.443313928700296(3)横向框架自振周期按顶点位移法计算框架的自振周期。顶点位移法是求结构基本频率的一种近似方法。将结构按质量分布情况简化为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，就可以按下式求得结构的基本周期： 式中 基本周期调整系数，考虑填充墙使框架自振周期减少的影响，取0.6；框架的顶点位移。在未求出框架的周期前，无法求出框架的地震力及位移；表2-6 横向框架顶点位移层次（kN）（kN）（kN/m）层间相对位移8756975697002960.01080.578979943175127002960.02500.553969943274557002960.03920.514759943373987002960.05320.481649943473417002960.06710.424539943572847002960.08320.351329943672277002960.09600.2753112013792403764980.20450.1903 =1.70.6=0.776（s）(4)横向地震作用计算在II类场地，7度设防区，设计地震分组为第二组情况下，结构的特征周期=0.35s，水平地震影响系数最大值=0.08由于=0.776=1.40.35=0.49（s），应考虑顶点附加地震作用。=0.08+0.01=0.080.773+0.01=0.072顶点附加水平地震作用：=0.0732616=191kN各层横向地震剪力计算见表3-7，表中：表2-7 各层横向地震作用及楼层地震剪力层次（m）（m）（kN）（kN）（kN）83.630.3575692308540.16960205602.5173.626.759943.2654750.193483.11085.663.623.1599432301800.169421.521507.1253.619.5599431943080.132352.761859.8843.615.929943.1582920.109292.582152.4633.612.3599431227960.088225.172377.6323.68.759943870010.061159.762537.3915.155.1512013618660.042120.332657.39注：表中第8层中加入了。横向框架各层水平地震作用和地震剪力见图2-5。602.51421.52352.76292.58225.172159.76120.33483.1.602.511085.601507.121859.882152.46.2377.632537.392657.72图2-5 横向框架各层水平地震作用和地震剪力(5)横向框架抗震变形验算详见表2-8。表2-8 横向变形验算层次层间剪力（kN）层间刚度（kN）层间位移（m）层高（m）层间相对弹性转角8602.407002960.000863.61/418771085.607002960.001543.61/232961507.127002960.002133.61/168551859.887002960.002633.61/132742152.467002960.003043.61/117932377.637002960.003363.61/106522537.397002960.003583.61/100312657.72764980.006825.151/758注：层间弹性相对转角均满足要求6。=1/450。(6)水平地震作用下，横向框架的内力分析本设计取中框架为例，柱端计算结果详见表2-9。地震作用下框架梁柱弯矩，梁端剪力及柱轴力分别见表2-10、图2-6，图2-7。 表2-9 柱端计算层次层高层间剪力层间刚度C轴柱（边柱）y83.6060370029612087110.820.3526.6914.2173.60108670029612087190.860.4042.0428.5763.60150770029612087260.860.4552.5544.1353.60185970029612087320.860.4565.6952.7643.60215270029612087370.860.5067.867.8133.60237770029612087410.860.5075.275.223.60253770029612087430.860.4588.2369.7715.1526583764987356501.240.6495.1172.3 续表2-9层次层高层间剪力层间刚度E轴柱（边柱）y83.660370029617946151.570.4232.9123.2873.6108670029617946271.570.4853.6549.3863.6150770029617946391.570.4872.1265.6653.6185970029617946471.570.4887.1381.2243.6215270029617946551.570.510110133.6237770029617946611.570.510910923.6253770029617946651.570.49117.5112.915.152658 3764988962621.570.55142.63172.78 注：表中：表2-10 框架梁柱弯矩，梁端剪力及柱轴力图2-6地震作用下框架弯矩图2-7地震力作用下框架梁端剪力及柱轴力2.1.6 竖向荷载作用下横向框架的内力分析仍以中框架为例进行计算。(1)荷载计算第8层梁的均布线荷载跨： 屋面均布恒载传给梁 4.963.3=16.37kN/m 横梁自重（包括抹灰） 0.290.625=4.35kN/m 恒载： 20.72kN/m跨： 屋面均布恒载传给梁 4.963.3=16.37kN/m 横梁自重（包括抹灰） 0.290.425=2.9kN/m 恒载： 16.27kN/m第8层活荷载： 2.03.3=6.6kN/m第71层梁均布线荷载跨： 楼面均布恒载传给梁 3.83.3=12.54kN/m 横梁自重 4.35kN/m 内横墙自重（含粉刷） 0.2819（3.6-0.6）=15.96kN/m 恒载： 32.85kN/m跨： 楼面均布恒载传给梁 3.83.3=12.54kN/m 横梁自重（包括抹灰） 2.9kN/m 恒载： 15.44kN/m第71层活荷载： 23.3=6.6kN/m第71层集中荷载：纵梁自重（包括抹灰）： 0.290.50253.3=38.61kN纵墙自重（包括抹灰）： 0.28193.9（3.6-0.50）=54.42kN柱自重（包括抹灰）： 0.540.543.325=24.06kN总计： 117.1kN(2)用弯矩分配法计算框架弯矩竖向荷载作用下框架的内力分析，除活荷载较大的工业厂房外，对一般的工业与民用建筑可以不考虑活荷载的不利布置。这样求得的框架内力，梁跨中弯矩较考虑活荷载不利布置法求得的弯矩偏低，但当活荷载在总荷载比例较大时，可在截面配筋时，将跨中弯矩乘1.11.2的放大系数予以调整。a、固端弯矩计算将框架视为两端固定梁，计算固端弯矩。计算结果见表2-11。b、分配系数计算 见图2-9；（a）恒载示意 （ b）活载示意图2-8 框架竖向荷载示意c、传递系数远端固定，传递系数为1/2；d、弯矩分配恒荷载作用下，框架的弯矩分配计算见表2-12，框架的弯矩图见图2-10；活荷载作用下，框架的弯矩分配计算见表2-13，框架的弯矩图见图2-11； 图2-9 分配系数示意竖向荷载作用下，考虑框架梁端的塑性内力重分布，取弯矩调幅系数为0.8，调幅后，恒荷载及活荷载弯矩见图2-10，图2-11中括号内数值。 表2-11 固端弯矩计算CE跨EF跨层 数固端弯矩层 数固端弯矩8层（恒）8层（恒）71层（恒）71层（恒）8层（活）8层（活）71层（活）30.94 kNm71层（活3.17 kNm表2-12 恒载弯矩分配图上柱下柱右梁八层左梁上柱下柱右梁0.5360.4640.3860.4770.167-97.1397.13-9.2552.06 45.06 -33.92 -41.92-14.67 26.85 -16.96 22.53 -22.63 -6.08 -4.58 0.10 0.20 0.10 -5.38 10.38 -2.16 2.31 -3.03 -2.63 -0.06 -0.08 -0.02 64.21 -64.21 83.49 -66.7 -24.26 0.3490.3490.302七层0.2670.3090.3090.115-153.91153.91 -7.41 49.53 49.53 42.85 -35.91 -41.56 -41.56 -15.47 23.9924.77 -17.96 21.43 -17.94 -20.78-10.75 -10.75 -9.30 4.62 5.34 5.34 1.99 -1.34 -6.392.31 -4.65 -0.04 2.68 1.89 1.89 1.64 0.54 0.62 0.620.23 64.77 61.47 -125.38 139.55-57.64-56.9-21.53 0.3490.3490.302六层0.2670.3090.3090.115-153.91153.91 -7.41 49.53 49.53 42.85 -35.91 -41.56 -41.56 -14.47 24.7729.77-17.96 21.43 -20.78-20.78-12.77 -12.77 -11.05 5.37 6.22 6.22 2.31 -5.38-7.27 2.69 -5.53 2.67 3.11 3.48 3.48 3.01 0.07 0.08 0.080.03 64.77 61.47 -125.38 139.55-57.64-56.9-21.530.3490.3490.302五层0.2670.31 0.3090.115-153.91153.91 -7.41 49.53 49.53 42.85 -35.91 -41.56 -41.56 -15.47 29.7729.77-17.92 21.43 -20.78 -20.78-14.53 -14.53 -12.57 5.37 6.22 6.22 2.31 -6.39-6.90 2.68 -6.29 3.11 2.98 2.77 2.77 2.39 0.05 0.06 0.060.04 64.77 61.47-125.38 139.55-57.64-56.9-21.53 0.3490.3490.302四层0.2670.31 0.3090.115-153.91153.91 -7.41 49.53 49.53 42.85 -35.91 -41.56 -41.56 -15.47 29.7727.67-17.92 21.43 -20.78 -22.93-13.79 -13.79 -11.94 5.95 6.88 6.88 2.56 -7.27-1.95 2.98 -5.97 3.11 -0.54 2.18 2.18 1.88 0.91 1.05 1.050.39 64.77 61.47 -125.38 139.55-57.64-56.9-21.540.3490.3490.302三层0.2670.31 0.3090.115-153.91153.91 -7.41 49.53 49.53 42.85 -35.91 -41.56 -41.56 -15.47 29.7727.67-17.92 21.43 -20.78 -22.93-13.79 -13.79 -11.94 5.95 6.88 6.88 2.56 -7.27-1.95 2.98 -5.97 3.11 -0.54 2.18 2.18 1.88 0.91 1.05 1.050.39 64.77 61.47 -125.38 139.55-57.64-56.9-21.540.3490.3490.302二层0.2670.31 0.3090.115-153.91153.91 -7.41 49.53 49.53 42.85 -35.91 -41.56 -41.56 -15.47 29.7727.67-17.92 21.43 -20.78 -22.93-13.79 -13.79 -11.94 5.95 6.88 6.88 2.56 -7.27-1.95 2.98 -5.97 3.11 -0.54 2.18 2.18 1.88 0.91 1.05 1.050.39 64.7761.47 -117.42 139.51-57.64-56.9-21.540.390.2730.337一层0.2670.31 0.3090.115-153.91153.91 -7.41 55.34 38.74 47.83 -35.91 -41.56 -41.56 -15.47 29.77-19.77 21.43 -20.78 -22.93-3.90 -2.73 -3.37 5.95 6.88 6.88 2.56 -6.9-0.47 -5.97 3.11 -0.54 2.87 2.01 2.48 0.91 1.05 1.050.39 83.32 41.29 -124.92 139.51-57.64-56.98-21.53表2-13 活载弯矩分配图上柱下柱右梁八层左梁上柱下柱右梁0.5360.4640.3860.4770.167-30.9430.94-3.1716.58 14.36 -11.94 -14.58-4.635.3 -5.3 7.162 -4.25 -0.05 -0.04 -1.25 -1.44 -0.54 -1.61 -0.63 -0.02 0.82 1.11 1.02 -0.32 -0.36 -0.1320.29 -20.29 26.16 -18.23 -8.260.3490.3490.302七层0.2670.3090.3090.115-30.9430.94 -3.17 10.79 10.79 9.34 -6.67 -7.83 -7.83 -2.91 7.644.98 -3.39 4.31 -5.67 -3.92-3.22 -3.22 -2.79 1.41 1.63 1.63 0.61 -0.03 -1.150.71 -1.10 -0.720.55 0.16 0.16 0.15 0.420.49 0.490.18 17.78 15.34 -33.5 26.71-10.39-9.52-7.21 0.3490.3490.302六层0.2670.3090.3090.115-30.9430.94 -3.17 10.79 10.79 9.34 -6.77 -7.83 -7.83 -2.91 4.984.98-3.39 4.31 -3.92-3.92-2.29 -2.29 -1.98 0.94 1.09 1.09 0.41 -1.61-1.15 0.47 -0.99 0.82 0.55 0.80 0.80 0.69 -0.1 -0.12 -0.12-0.04 17.78 15.34 -33.5 26.71-10.39-9.52-7.21 0.3490.3490.302五层0.2670.31 0.3090.115-30.9430.94 -3.17 10.79 10.79 9.34 -6.77 -7.83 -7.83 -2.91 4.984.98-3.39 4.31 -3.92 -3.92-2.29 -2.29 -1.98 0.94 1.09 1.09 0.41 -1.15-1.25 0.47 -0.98 0.55 0.62 0.67 0.67 0.58 -0.05 -0.06 -0.06-0.02 17.7