土木综合重点工程专业优质毕业设计六层框架结构教学楼.doc

1 绪 论1.1工程背景该项目为白银市职业中专教学楼六层钢筋混凝土框架结构体系，总建筑面积约为4278m2；每层层高为3.9m,本工程作为教学楼使用。室内地坪为0.000m，室外内高差0.45m。框架梁、柱、屋面板板均为现浇。1.1.1 设计资料1、气象资料冬季采暖室外空气计算温度为-13度，夏季通风室外计算温度为28度，室内计算温度：卫生间，大厅为16度，其它为18度，整年主导风向为偏东风，冬季平均风速0.7m/s，基础风压w= KN/m2。 2 ,地质条件 场地自上而下：填土层，黄土状粉土层，卵石层填土层：1.02.0m，褐黄色-淡黄色，成份以粉土为主，含有生活及建筑垃圾黄土粉状层：埋深2.04.5m，褐黄色，土质较均匀，含有II级自重湿陷性，Fak=200Kpa，压缩模量Es=3.5Mpa卵石层：埋深5.07.0米，杂色粒径610cm为主，含量为6070%，其中1015%为大于200cm漂石，卵石呈浑圆状，成份以花岗岩，石英岩，闪长岩为主潮湿，中密，此地基承载力Fak=550KPa,桩端极限阻力可按3000KPa考虑，es=60MPa3、 地震设防烈度 抗震设防烈度为7度，设计基础地震加速度值0.15g,第二组1.1.2 材料柱采取C30，纵筋采取HRB335，箍筋采取HPB235，梁采取C30，纵筋采取HRB335，箍筋采取HPB235。基础采取C30，纵筋采取HRB400，箍筋采取HPB235。1.2工程特点该工程为六层，主体高度为21.6米，属多层建筑。多层建筑采取结构可分为钢筋混凝土结构、钢结构、钢-钢筋混凝土组合结构等类型。依据不一样结构类型特点，正确选择材料，就成为经济合理地建造多层建筑一个关键方面。经过结构论证和设计任务书等实际情况，和本建筑本身特点，决定采取钢筋混凝土结构。在高层建筑中，抵御水平力成为确定和设计结构体系关键问题。高层建筑中常见结构体系有框架、剪力墙、框架-剪力墙、筒体和它们组合。高层建筑伴随层数和高度增加水平作用对高层建筑机构安全控制作用愈加显著，包含地震作用和风荷载，高层建筑承载能力、抗侧刚度、抗震性能、材料用量和造价高低，和其所采取机构体系又亲密相关。不一样结构体系，适适用于不一样层数、高度和功效。框架结构体系是由梁、柱构件经过节点连接组成，既承受竖向荷载，也承受水平荷载结构体系。这种体系适适用于多层建筑及高度不大高层建筑。本建筑采取是框架机构体系，框架结构优点是建筑平面部署灵活，框架结构可经过合理设计，使之含有良好抗震性能；框架结构构件类型少，易于标准化、定型化；能够采取预制构件，也易于采取定型模板而做成现浇结构，本建筑采取现浇结构。 因为此次设计是教学楼设计，要求有灵活空间部署，和较高抗震等级，故采取钢筋混凝土框架结构体系。1.3本章小结本章关键叙述了此次设计工程概况、相关设计资料、高层建筑部分特点和综合此次设计所确定结构体系类型。2 框架结构计算2.1工程概况该项目为六层钢筋混凝土框架结构体系，总建筑面积约为4278 m2；底层层高为3.9m。总层高21.6m。室内地坪为0.000m，室外内高差0.45m。本教学楼采取柱距为3.6m内廊式小柱网，边跨为6.3m，中间跨为2.7m。框架平面同柱网部署以下图 图2.1 框架平面柱网部署框架梁柱现浇，屋面及楼面采取100mm厚现浇钢筋混凝土。框架结构承重方案选择：竖向荷载传力路径：楼板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，最终传至地基。依据以上楼盖平面部署及竖向荷载传力路径，本办公楼框架承重方案为横向框架承重方案，这可使横向框架梁截面高度大，增加框架横向侧移刚度。2.1.1 设计资料1、气象条件:基础风荷载W。=0.4kN/ m2;基础雪荷载为0.4KN/ m2。2、楼、屋面使用荷载：教室1.5kN/ m2；走道、会议室、门厅等处：2.0kN/ m2；为安全考虑，均按2.0kN/ m2计算。3、 工程地质条件：建筑物场地地形平坦，地基土成因类型为冰水洪积层。自上而下叙述以下：新近沉积层（第一层），粉质粘土，厚度0.51.0米，岩性特点，团粒状大孔结构，欠压密。粉质粘土层（第二层），地质关键岩性为黄褐色分之粘土，硬塑状态，含有大孔结构，厚度约3.0米, 粉质粘土层（第三层），地质岩性为褐黄色粉质粘土，具微层理，含铁锰结核，可塑状态，厚度3.5米，粉质粘土层（第四层），岩性为褐黄色粉质粘土，具微层理，含铁锰结核，硬塑状态，厚度未揭露，不考虑地下水。场地位1类一组Tg（s）=0.25s （表3.8高层建筑结构）4、屋面及楼面做法：屋面做法：防水卷材20mm厚砂浆找平层炉渣混凝土找坡3%苯板60mm厚20mm厚砂浆找平层130mm厚钢筋混凝土楼板20mm厚混合砂浆楼面做法：130厚混凝土楼板 水泥砂浆抹灰（楼板上下各20mm厚）2.2梁柱截面、梁跨度及柱高度确实定初估截面尺寸：1、柱：bh=600mm600mm2、梁：梁编号以下图：L1: h=(1/121/8)7200=600900 取h=700mmb=(1/31/2)H=(1/31/2)700=233350 取b=300mmL2: h=(1/121/8)2100=175263 取h=250mmb=(1/31/2)H=(1/31/2)250=84125 取b=150mmL3: h=(1/121/8)4800=400600 取h=600mmb=(1/31/2)H=(1/31/2)600=200300 取b=250mmL4: h=(1/121/8)4500=375563 取h=500mmb=(1/31/2)H=(1/31/2)500=16725 0 取b=200mmL5: h=(1/121/8)3600=300450 取h=400mmb=(1/31/2)H=(1/31/2)400=133200 取b=200mL6:h=(1/121/8)5100=425637 取h=600m b=(1/31/2)H=(1/31/2)600=200300 取b=250mm3、梁计算跨度框架梁计算跨度以上柱形心为准，因为建筑轴线和柱轴线重合，故计算跨度以下：图2.3 梁计算跨度4、 柱高度底层柱 h=3.6+0.45=4.05m其它层柱 h=3.6m 图2.4 横向框架计算简图及柱编号2.3荷载计算 2.3.1 屋面均布恒载二毡三油防水层 0.35 kN/ m2冷底子有热玛蹄脂 0.05 kN/ m220mm厚1：2水泥砂浆找平 0.02 20=0.4 kN/ m240mm厚钢筋混泥土整浇层 0.04 25=1 kN/ 预应力混凝土多孔板 （1.88+1.922）/2=1.9 kN/ m2吊顶粉底 0.5 kN/ m2累计 5.5 kN/ m2屋面恒载标准值为：（55.8+0.24）.（7.2.2+2.1+0.24）.5.5=5160 kN2.3.2 楼面均布恒载按楼面做法逐项计算水磨石地面 0.65 kN/ m250mm厚、钢筋混凝土整浇层 0.0525=1.25 kN/ m2 预应力混凝土多孔板 1.9 kN/ m2吊顶粉底 0.5 kN/ m2累计 4.3 kN/ m2楼面恒载标准值为：（55.8+0.24）（7.22+2.1+0.24）4.3=4034 kN2.3.3 屋面均布活载计算重力荷载代表值时，仅考虑屋面雪荷载：雪荷载标准值为：0.2（55.8+0.24）（7.22+2.1+0.24）=188 kN2.3.4 楼面均布活荷载楼面均布活荷载标准值为：2.0（55.8+0.24+024）（7.22+2.1+2.4）=1884 kN2.4梁柱自重L1： bh=0.4m 0.8m 长度6.64 m 每根重量 0.83.025（0.022+0.25）=53.1 kN 根数 286=168根L2： bh=0.250.5 长度1.86 m 每根重量0.51.8625.（0.023）=5.81 kN 根数 146=84根L3： bh= 0.4 0.8 长度4.4 m 每根重量 0.454.42 5（0.022+0.25）=35.2 kN 根数 146=84根L4： bh=0.40.8 长度4.1 m 每根重量 0.74.125（0.022+0.3）=32.8kN 根数 286=168根L5： bh=0.4m0.8m 长度3.2 m 每根重量 3.2.0.825（0.022+0.4）=25.6 kN 根数 164=64根L6：bh=0.40.8 长度4.7 m每根重量0.84.725（0.022+0.4）=37.6 kN根数46=24根Z1： 截面 0.60.6 m2 长度4.7 m 每根重量 （0.6+0.022）4.725=42.3 kN 根数 144=56根Z2： 截面 0.60.6 m2 长度3.6m 每根重量 （0.6+0.022）3.625=36.86 kN 根数 1443=168根 Z3：截面0.50.5 m2 长度3.6 m 每根重量 （0.5+0.022）3.625=22.5 根数 1442=112根表2-1 梁柱自重梁（柱）编 号截面（m2）长度（m）根数每根重量（kN）L10.40.86.6416853.1L20.250.51.86845.81L30.40.84.42435.2L40.40.84.116832.8L50.40.83.26425.6L60.40.84.72437.6Z10.60.64.76442.3Z20.60.63.616832.4Z30.50.53.611222.5梁截面尺寸（mm）混凝土等级横梁（bh）纵梁（bh）AB跨、CD跨BC跨C307200450021004500600600柱截面尺寸（mm）层次混凝土等级bh1C306006002-6C306006002.5墙体自重外墙墙厚240mm，采取瓷砖贴面；内墙墙厚240mm，采取水泥砂浆抹面，内外墙均采取粉煤灰空心砌块砌筑。单位面积外墙体重量为：7.00.24=1.68 kN/ m2 单位面积外墙贴面重量为：0.5 kN/ m2单位面积内墙体重量为：7.00.24=1.68 kN/ m2单位面积内墙贴面重量为（双面抹面）：0.362=0.72 kN/ m2表2.2 墙体自重 墙体每片面积（m2）片数重量（KN）底层纵墙外墙2.854.054外墙墙体77.57296.67外墙墙面23.093.154.054外墙墙体85.73外墙墙面25.524.054.051外墙墙体27.56外墙墙面8.205.554.051外墙墙体37.76外墙墙面11.24内墙2.854.054内墙墙体77.57326.59内墙墙面33.243.154.054内墙墙体85.73内墙墙面 36.745.554.051内墙墙体37.76内墙墙面16.184.054.051内墙墙体27.56内墙墙面11.81底层横墙外墙6.754.052外墙墙体91.85233.98外墙墙面27.341.954.052外墙墙体26.54外墙墙面7.904.554.052外墙墙体61.92外墙墙面18.43内墙6.754.0512内墙墙体551.12787.32内墙墙面236.20外墙2.853.620外墙墙体344.74外墙墙面102.6其她层纵墙外墙3.153.604外墙墙体76.20703.34外墙墙面22.684.053.620外墙墙体391.91外墙墙面16.645.553.62外墙墙体67.13外墙墙面28.77内墙2.853.64内墙墙体68.95815.18内墙墙面29.553.153.64内墙墙体 76.20内墙墙面32.664.053.616内墙墙体391.91内墙墙面 167.965.553.61内墙墙体33.57内墙墙面 14.39其她层横墙外墙6.753.62外墙墙体81.65207.97外墙墙面24.31.953.62外墙墙体23.59外墙墙面7.024.553.62外墙墙体55.04外墙墙面16.38内墙6.753.628内墙墙体1143.071632.96内墙墙面 489.892.6荷载总汇顶层重力荷载代表值包含屋面恒载+50%屋面雪载+纵横梁自重+半层柱自重+半层墙体自重。顶层恒载：4182.56kN顶层活载：190.98kN顶层梁自重：+=1650.88+82.65+105.68+36.56+33.08+112.68+39.58=2061.11kN顶层柱自重：21.6152=1123.72kN顶层墙自重：703.34+851.18+207.97+1632.96=1677.7 kNG6=+1/2+1/2+1/2=9759.58 kN其它层重力荷载代表值包含楼面恒载+50%活载+纵横梁自重+楼面上下各半层柱及纵横墙体自重。G5=3093.05+1/22387.31+2061.11+1123.72+3359.452=7830.99 kNG4=G3=G2=7830.99kN =3093.05+1/22387.31+2061.11+1/21123.72+1/224.3162=10756.34kN门窗荷载计算M-1、M-2采取钢框门，单位面积钢框门重量为0.4kN/ m2M-3、M-4、M-5采取木门，单位面积木门重量为0.2 kN/ m2C-1、C-2、C-3、C-4、C-5、均采取钢框玻璃窗，单位面积钢框玻璃窗重量为0.45 kN/表2.3 门窗重量计算层号门窗号单位面积（m2）数量重量(kN)一至六层M-10.9 2.1492.23242.23M-23.62.715.78C-11.81.5463.75C-21.51.561.24C-31.21.5532.99C-41.21.5442.541、底层墙体实际重量：=10342.04 kN2、二至六层实际重量：G2=G3=G4=G5=G6=9721.5KN建筑物总重力荷载代表值=48607.5KN 3水平地震作用下框架侧向位移验算3.1横向线刚度混凝土 C30 kN/ m2在框架结构中，有现浇楼面或预制板楼面。而现浇板楼面，板能够作为梁有效翼缘，增大梁有效刚度，降低框架侧移。为考虑这一有利作用，在计算梁截面惯性矩时，对现浇楼面边框架取=1.5（为梁截面惯性矩）。对中框架取=2.0。若为装配楼板，现浇层楼面，则边框架梁取=1.2，对中框架取=1.5。 横向线刚度计算见表4.1。3.1.1 横向框架柱侧移刚度D值柱线刚度列于表3.1，横向框架柱侧移刚度D值计算见表3.2。3.1.2 横向框架自振周期按顶点位移法计算框架自振周期。顶点位移法是求结构基础频率一个近似方法。将结构按质量分布情况简化为无限质点悬臂直杆，导出以直杆顶点位移表示基础公式。表3.1 柱线刚度柱号截面（m2）柱高度（m）惯性矩线刚度（m4）（kNm）0.60.64.053.410-35.451040.60.63.63.410-38.02104表3.2 横向框架柱侧移刚度D值计算 项目柱类型层根数底层边框架边柱4.25/5.45=0.780.421157384边框架中柱2.44+4.25/5.45=1.2280.517186724中框架边柱5.24/5.45=0.9610.2761542328中框架中柱5.24+3.14/5.45=1.5380.61320961281109984二至六层边框架边柱4.25+4.25/27.2=0.590.203175424边框架中柱（4.25+2.44）2/14.4=0.9290.321247584续表3.2 项目柱类型层 根数二至六层中框架边柱（6.45+6.45）2/14.4=0.8960.2132314628中框架中柱（6.45+4.25）2/14.4=1.4860.28734571281567452这么，只要求出结构顶点水平位移，就能够按下式求得结构基础周期： 式中基础周期调整系数，考虑填充墙使框架自振周期降低影响，取0.6；框架顶点位移。在未求出框架周期前，无法求出框架地震力及位移；是将框架重力荷载视为水平作用力，求得假想框架顶点位移。然后由求出，再用求出框架结构底部剪力，进而求出框架各层剪力和结构真正位移。横向框架顶点位移计算见表3.3。表3.3 横向框架顶点位移层次（kN）（kN）（kN/m）层间相对位移69721.58891.8214616600.00760.286459721.513725.1314616600.01380.371549721.528438.1614616600.01460.256439721.532331.7214616600.02560.170229721.546145.0814616600.03270.1431110342.045824.0311099840.06780.0678=1.70.63.2横向地震作用计算在I类场地，6度设防区，设计地震分组为第二组情况下，结构特征周期=0.25s，水平地震影响系数最大值=0.16。因为=0.577=1.40.25=0.35（s），应考虑顶点附加地震作用。按底部剪力法求得基底剪力，若按分配给各层，则水平地震作用呈倒三角形分布。对通常层，这种分布基础符合实际。但对结构上部，水平作用小于按时程分析法和振型分解法求得结果，尤其对于周期比较长结构相差更大。地震宏观震害也表明，结构上部往往震害很严重。所以，即顶部附加地震作用系数考虑顶部地震力加大。考虑了结构周期和场地影响。且修正后剪力分布和实际愈加吻合。=0.08+0.01=0.080.577+0.01=0.0562结构横向总水平地震作用标准值：=（/ ）0.85=（0.25/0.850）0.90.160.8588844.15=5691.88kN顶点附加水平地震作用：=0.0685681.88=387.05kN各层横向地震剪力计算见表3.4，表中：横向框架各层水平地震作用和地震剪力。表3.4 各层横向地震作用及楼层地震剪力层次（m）（m）（kN）（kN）（kN）63.621.69721.5209984.40.1231045.343614.2553.618.09721.51749870.104614.624142.7343.614.49721.5139989.60.083553.244674.1433.610.89721.5104992.20.072462.165261.2723.67.29721.569994.80.053312.435517.3414.054.0510342.0441885.260.031181.565730.74注：表中第6层中加入了，其中 =387.05kN。3.3横向框架抗震变形验算详见表3.5。表3.5 横向框架抗震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63884.2314616600.002663.61/135354485.8914616600.003073.61/117344974.7414616600.00343.61/105835350.7814616600.003663.61/98325619.3814616600.003843.61/93815780.5411099840.005214.051/691注：层间弹性相对转角均满足要求。=1/450。（若考虑填充墙抗力作用为1/550）3.4水平地震作用下横向框架内力分析本设计取中框架为例，柱端计算结果详见表3.1。地震作用下框架梁柱弯矩，梁端剪力及柱轴力分别见表3.2。 图3.1地震中框架弯矩图（kN/m）图3.2 地震力作用下框架梁端剪力及柱轴力(kN)3.5竖向荷载作用下横向框架内力分析仍以中框架为例进行计算。3.5.1 荷载计算第6层梁均布线荷载 CD跨：屋面均布恒载传给梁 4.384.50.836=16.48kN/m横梁自重（包含抹灰） （0.4+0.022）0.825=8.8kN/m恒载： 25.28kN/mDE跨：屋面均布恒载传给梁 4.384.50.836=16.48kN/m横梁自重（包含抹灰） （0.25+0.022）0.4525=3.26kN/m 恒载： 19.74kN/m第25层梁均布线荷载CD跨： 楼面均布恒载传给梁 3.244.50.836=12.19kN/m横梁自重（包含抹灰） （0.4+0.022）0.825=8.8kN/m无横墙恒载： 20.99kN/mDE跨： 楼面均布恒载传 3.244.50.836=12.19kN/m 横梁自重（包含抹灰） （0.25+0.022）0.4525=3.26kN/m 恒载： 15.45kN/m第25层集中荷载：纵梁自重（包含抹灰）： （0.25+0.022）0.45254.5=14.67kN 外纵墙自重（包含抹灰）： （1.68+0.72）3.6（4.5-0.60）=33.70 kN内纵墙自重： （1.68+0.72）3.6（4.5-0.60）=33.70 kN柱自重（包含抹灰）： 0.490.493.625=21.609 kN 总计： 103.68 kN第1层梁均布线荷载跨恒载： 20.99kN/m跨恒载： 15.45kN/m第1层集中荷载：纵梁自重（包含抹灰）： 14.67 kN纵墙自重（包含抹灰）： 15.45kN柱自重（包含抹灰）： 24.31kN总计： 90.87 kN活荷载计算：屋面梁上线活荷载楼面梁上线活荷载边框架恒载及活荷载3.5.2 用弯矩分配法计算框架弯矩竖向荷载作用下框架内力分析，除活荷载较大工业厂房外，对通常工业和民用建筑能够不考虑活荷载不利部署。这么求得框架内力，梁跨中弯矩较考虑活荷载不利部署法求得弯矩偏低，但当活荷载在总荷载百分比较大时，可在截面配筋时，将跨中弯矩乘1.11.2放大系数给予调整。固端弯矩计算（1）恒荷载作用下内力计算将框架视为两端固定梁，计算固端弯矩。（2）活荷载作用下内力计算将框架视为两端固定梁，计算固端弯矩。表3.6 固端弯矩计算层数简图边跨框架梁顶层底层2、分配系数计算 考虑框架对称性，取半框架计算，半框架梁柱线刚度。各杆端分配系数见表3.7 表3.7各杆端分配系数层号节点C各杆端分配系数节点D各杆端分配系数顶层C9C80.58D9D80.51C9D90.42D9C90.37D9E90.12标准层C8C90.37C8C70.37D8D90.34D8D70.34C8D80.26D8C80.25D8E80.07底层C1C20.4C1C00.31D1D20.37D1D00.28C1D10.29D1C10.27D1E10.083、传输系数远端固定，传输系数为1/2；4、弯矩分配恒荷载作用下，框架弯矩分配计算3.4，框架弯矩图见图3.5；活荷载作用下，框架弯矩分配计算见图3.6，框架弯矩图见图3.7；竖向荷载作用下，考虑框架梁端塑性内力重分布，取弯矩调幅系数为0.8，调幅后，恒荷载及活荷载弯矩见图3.5，图3.7中括号内数值。图3.4 恒载作用下框架弯矩图0.200.200.15-0.05-0.07-0.07-0.0221.4318.5840.0240.99-17.05-16.31-7.630.370.370.266层0.250.340.340.07-44.7744.77-5.3616.5616.5611.65-9.85-13.40-13.40-2.768.288.28-4.935.83-6.7-6.7-4.30-4.30-3.031.892.572.570.53-2.15-2.160.95-1.521.231.281.241.240.87-0.25-0.34-0.34-0.0619.6319.62-39.2540.87-16.64-16.59-7.650.370.370.265层0.250.340.340.07-44.7744.77-5.3616.5616.5611.65-9.85-13.40-13.40-2.768.288.28-4.925.82-6.7-6.7-4.31-4.31-3.031.892.572.570.54-2.15-2.150.95-1.511.281.281.241.240.87-0.26-0.36-0.36-0.0719.6219.62-39.2540.86-16.61-16.61-7.650.370.370.264层0.250.340.340.07-44.7744.77-5.3616.5616.5611.65-9.85-13.40-13.40-2.768.288.28-4.935.83-6.7-6.7-4.31-4.31-3.031.892.572.570.54-2.15-2.150.95-1.521.281.281.241.240.88-1.26-0.35-0.35-0.0719.6219.62-39.2540.86-16.6-16.6-7.650.370.370.263层0.250.340.340.07-44.7744.77-5.3616.5616.5611.65-9.85-13.40-13.40-2.768.288.28-4.925.83-6.7-6.7-4.31-4.31-3.021.892.572.570.54-2.15-2.280.95-1.511.281.391.291.290.90-0.29-0.39-0.39-0.0819.6719.54-39.2140.84-16.64-16.53-7.660.370.370.262层0.250.340.340.07-44.7744.77-5.3616.5616.5611.65-9.85-13.40-13.40-2.768.288.96-4.935.82-6.7-7.29-4.55-4.55-3.202.042.782.780.57-2.150.64-0.590.641.020.44-1.600.071.280.100.040.100.0218.7821.02-39.7941.25-15.94-17.77-7.530.40.310.291层0.270.37 0.280.08-44.7744.77-5.3617.9113.8812.98-10.