10层框架结构综合教学楼毕业设计计算书.doc

1 建筑部分1.1 总平面设计在城市中高层建筑往往大量地出现，从现代化的社会与社团关系着眼，这些建筑物彼此应该是有机联系的。城市中高层建筑参差错落的高高耸起，形成了引人注目的目标。它们的侧影对城市轮廓线的形成有重大的影响。本次毕业设计任务书给的场地较大，拟在某市建造一栋高层综合教学楼，该楼主要是用于教学。在总平面设计中考虑到教学环境的安详和宁静，把主楼罩于区内较中央的位置，区内的街道与周围主要道路连接交通方便，出入自由。总的来说，场地较大，尽量布置得设施齐备，树木成荫，空气清新，环境幽雅，同时又和城市中的其它的建筑物融为一体，相互协调，美化拉城市环境犹如一体理想的“花园城”。1.2 平面设计对于刚度较小的框架结构体系，其高宽比一般宜小于4。本例的体型仍采用传统的矩形棱柱体，从几何观点来看对侧移颇为为敏感的，而由于它的几何形体所具有的固有强度，使结构更为有效或者造价更可能降低，而房屋又能建得更高，总之，它是较为经济的体型。平面布置采用核心式，对于高层综合教学楼来说是比较经济和功能合理的。左右基本对称，电梯间置于中心，洗手间置于旁边。高层办公建筑的主要垂直交通是电梯，对于电梯的选则及其在建筑物中的分布，将决定高层教学楼的合理使用，提高效率和降低造价。因此在平面设计中，主要考虑以下几个方面：一集中。电梯是出入建筑物的人经常使用的交通工具，所以设置在容易看到的地方，从运行效率，缩短候梯时间以及降低建筑费用来考虑，电梯应集中设置。二使用方便。根据电梯使用频率，将电梯布置在正对出入口并列设置。三分隔。主要通道和电梯布置分开，免去人流高峰时相互影响。将电梯厅避开主通道设置在凹处，并把电梯集中设置在建筑物中央，这也是较重要的。1.3 立面设计建筑师对所设计的高层建筑的“形”是很重视的这“形”的塑造到目前为止还受到力学结构，材料和施工的极大制约，本身的可塑性不大，但人们普遍对此有着较高的需求。那些体型简单单调，外墙采用各种材料幕墙的盒子建筑，缺乏变化和可识别性，因此在本次设计中希望有所改变，有所突破。本例的窗的材料采用白色玻璃窗，避免反光造成城市污染。窗框采用铝合金材料，能给人以现代科技成就的力量感。立面上外墙采用灰色涂料，给人以和谐感。楼顶做成有顶盖的空间，将各种机械装置放在里面，使“冕”与“体”组成一个完整的，上下结合的有机统一体。1.4 剖面设计 剖面中垂直交通中的电梯不分层配置，其他在平面设计中以说明较详细，不再说明。 楼面采用现浇钢筋混凝土梁板楼面，构造较为简单。楼中的中小型教室布置，满足要求。为拉适应垂直交通的电气及机械装置要求，空调冷却塔安装的要求。上下水的水箱，出气管等位置的要求。擦窗机械及修理机械的安置要求，以及其它各种设施的要求，在办公楼顶部往往要安放很多的机械设备和装置，应为设备层。 剖面设计表示建筑物在垂直方向房屋各部分的组合关系，主要分析建筑物各部分应有的高度、建筑层数，建筑空间的组合和利用，以及建筑剖面中的结构，构造关系等，它和房屋的使用，造价和节约用地等有密切关系，也反映建筑标准的一个方面其中一些问题需要平，剖面结合起来一起研究，才能具体确定下来。 采光，通风的设计也影响到剖面设计的效果，室内光线的强度和照度是否均匀，除和平面中窗户的亮度和位置有关外，还和窗户在剖面中的高低有关。房间里光线的照射有关。房间里光线的照射深度，主要是靠侧窗的高度解决，本例中大部分都是自然采光。1.5 防火设计本设计中每一层设计防火分区建筑物内的主要分隔墙，砌至梁板的底部，管道穿过隔墙。楼板时，应采用非燃烧材料将其周围的空隙紧紧填塞。附设在高层建筑中的固定灭火装置的设备室。通风，空调机房.等应采用耐火极限不低于3.00小时的隔墙和2.00小时的楼板与其它部位隔开。隔墙的门应采用甲级防火门。电梯井内严禁敷设可燃气体和易燃，可燃液体管道，也不应敷设与电梯无关的电缆，电线等。电梯井壁除开设电梯门洞和通气孔洞情爱，不应开设其它洞口，电梯门不应采用栅栏门。管道井等竖向管的井壁应为耐火等级限不应低于1.00小时的非燃体。井壁上的检查门应采用丙级防火门。用于疏散楼梯间的防火门，应采用单向弹簧门，并应向疏散放向开启。本例中前室面积不小于6平方米，通向前室和楼梯间的门均应设乙级防火门，应向疏散方向开启。消防电梯与客梯兼用，但符合消防电梯的要求。2 结构部分2.1工程概况 某市拟兴建十层综合教学，建筑面积11000平方米。建筑所在地势平坦，7度抗震，类场地。本教学楼是主体十层裙房二层的钢筋混凝土全现浇框架结构，建筑面积为11067.84。裙房与主体相距7.2m并通过走廊连接。首层为配电房、设备室等，二层为实验室，三层至七层为教室，八层为微机室，九层为语音室，十层为办公室。建筑方案确定，开间7.2m ,进深6.6m ，底层层高4.5m ,二层至十层层高3.9m 。局部突出屋面的塔楼为电梯机房和水箱房层高均为3.0m 。建筑设计使用年限为50年，乙级建筑，二级放火。2.2 设计资料2.2.1气象条件基本雪压0.25KN/,基本风压0.45/，地面粗糙度为C类。2.2.2 抗震设防烈度7度抗震，等级为二级2.2.3 工程地质条件场地地势较为平坦，自然地表下1m内为人工填土r=15KN/，填土以下为5m厚粉质粘土r=18.8KN/,地基承载力特征值=190KPa ,粉质粘土下为10m厚的粘土层r=18.5KN/。地震动参数=0.08，=0.34。2.3 设计标高 室内设计标高0.000，相对于绝对标高现场确定。室内外高差0.45m 。2.4 墙身做法墙身为陶粒砌块结构，外墙厚300mm ，所有内墙厚200mm 。外墙采用60mm厚聚苯板保温，内墙采用20mm厚混合沙浆抹面喷白。2.5 楼面做法面层：30mm厚水磨石地面（包括水泥粗砂打底）；结构层：150mm厚现浇水泥混凝土板；底层：20mm厚板底抹灰。2.6 屋面做法 30mm厚细石混凝土保护层；三毡四油防水层；20mm厚水泥沙浆找平层；150厚水泥蛭石保温层；150mm厚钢筋混凝土板；V型轻钢龙骨吊顶。2.7 门窗做法门厅处为铝合金门窗，其它均为钢门、钢窗。2.8 活荷载 楼面与走廊活荷载标准值为2.0KN /，屋面活荷载为2.0KN/ （按上人屋面荷载）电梯屋面活荷载为7.0KN/2.9 材料混凝土强度等级，C35（=16.7N/，=3.15），C40（=16.7N/， =3.15）。钢筋（热扎钢筋），HPB235（=210N/），HRB335（=300N/），HRB400（=360N/）。3 结构布置及计算简图 根据该楼的使用功能及建筑设计的要求，进行了建筑的平面，立面及剖面设计，其标准层建筑平面、结构平面和剖面示意图分别见图3.1、图3.2、图3.3。框架结构计算简图见图3.4图3.1 标准层平面图 图3.2 结构平面布置图图3.3 剖面图（a）横向框架 （b）纵向框架图3.4 框架结构计算简图3.1 拟定板厚 框架板厚按考虑塑性内力重分布法计算，考虑刚度要求，板厚取150mm 。3.2 拟定梁截面尺寸梁截面尺寸按其跨度的1/121/8计算，见表1 表格1 梁截面尺寸(mm)及各层混凝土强度等级层次混凝土强度等级横梁纵梁次梁AB跨,CD跨BC跨210C354007004006004008004006001C40500700500600500800400600 3.3 拟定柱截面尺寸由抗震规范可知该框架结构的抗震等级为级，其轴压比限值=0.8,各层的重力荷载代表值取14KN/m2,考虑到地震作用组合后柱轴压力的增大，其增大系数为边柱取1.3，不等跨内柱取1.25。由图3.2可知边柱和中柱负载面积为7.23.3=23.76m2和7.24.8=34.56m2， 由式得，第一层柱截面面积为： 边柱： 边柱：如取柱截面为正方形，则边柱和中柱截面高度分别为532mm和673mm，根据上述计算估算并综合考虑其他因素，本设计柱截面尺寸取值如下：1 层 800800 mm2 210层 700700mm2基础选用桩基础，基础埋深取2.0m。框架结构计算简图如图3.4所示，取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板底，210层柱的高度为3.9m，底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即h=4.5+0.45+2-1=5.95m4 重力荷载计算4.1 屋面及楼面的永久荷载标准值屋面（上人） 30mm厚细石砼的保护层 220.03=0.66 三毡四油防水层 0.4 20mm厚水泥砂浆找平层 200.02=0.4 150mm厚水泥蛭石保温层 50.15=0.75 150mm厚钢筋混凝土板 250.15=4.5 V形轻钢龙骨吊顶 0.25 合计 7.05110层楼面 30mm厚水磨石地面（包括水泥粗砂打底） 0.65 150mm厚钢筋混凝土板 250.15=4.5 20mm厚板底抹灰 170.02=0.34 合计 5.44.2 屋面及楼面可变荷载标准值上人屋面均布活荷载标准值 2.0楼面活荷载标准值 2.0屋面雪荷载标准值 Sr=0.254.3 梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算梁、柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷等，计算出单位长度的重力荷载，对墙、门、窗可计算出单位面积上的重力荷载。计算结果见表2墙体为300mm厚陶粒砌块，外墙面采用60mm厚聚笨板保温，内墙面为 20mm厚抹灰，则外墙单位墙面重力荷载为 0.02+5.00.3+170.02=1.86KN/m2内墙为200mm陶粒空心砌块，两侧均为20mm厚抹灰，则内墙单位面积重力荷载为0.25.0+170.022=1.68KN/m2钢铁门单位面积重力荷载为0.45KN/m2；铝合金窗单位面积重力荷载取0.4KN/m2。重力荷载代表值集中于各楼层标高处的重力荷载代表值，计算结果如图4.1表格 2 梁 、柱重力荷载标准值层次构件b（m）h（m）/(KN/m2)g/(KN/m)l/(m)nGi/KNGi/KN1边横梁0.50.7251.059.1885.7516845.2963425.566中横梁0.50.6251.057.8752.28138.6次 梁0.40.6251.056.36.3514560.07纵 梁0.50.8251.0510.56.4281881.6柱0.80.8251.117.65.95323351.04210边横梁0.40.7251.057.356.216729.122947.14中横梁0.40.6251.056.32.38115.92次 梁0.40.6251.056.36.514573.3纵 梁0.40.8251.058.46.5281528.8柱0.70.7251.113.4753.9321681.68图4.1 重力荷载代表值5 框架侧移刚度计算5.1 框架侧移刚度计算 梁的线刚度计算如表3表格 3 横梁线刚度ib计算表类别层次EcbhI0lEcI0/l1.5EcI0/l2.0EcI0/l边横梁13.251045007001.429101066007.037101010.56101014.0710102103.151044007001.413101066005.45510108.18101010.911010中横梁13.251045006009.010930009.75101014.63101019.510102103.151044006007.210930007.56101011.34101015.1210105.2 柱线刚度计算柱线刚度计算见表4 表格 4 柱线刚度ic计算表层次h(mm)Ec(N/mm2)bhIc/m4i=EcIc/hKN/m2159503.251048008003.413101018.6410102839003.151047007002.001101016.1610105.3 柱的侧移刚度柱的侧移刚度按11式(2.3)计算，根据梁、柱线刚度比不同，可分为中框中柱和边柱，边框架中柱和边柱以及楼梯，电梯间柱等。具体计算见表5、表6、表7。 表格 5 中框架柱侧移刚度D值(N/mm)层次边柱中柱DiKDi1KDi23100.6750.252321291.6110.4465686380092820.7730.279355711.8440.4806119887092110.7550.455287481.8010.60538225602757表格 6 边框架柱侧移刚度D值(N/mm)层次A.D-1.8B.C-1.8DiKDi1KDi23100.5060.202257541.2080.3774806614764020.580.225286861.3830.4095214516166210.5670.415262211.3510.55234876123074表格 7 楼,电梯间框架柱侧移刚度层次C-1.7C-4D-2.4.7DKDi1KDi2KDi33101.0390.342436011.2730.389495960.3380.1441840819202221.190.373475621.4580.422538030.3870.1622064421085911.620.526332341.4240.562354970.3780.36923315171910将上述不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，得框架各层间侧移刚度Di,见表8 表格 8 横向框架层间侧移刚度层次123456789-10Di89774112434421140590114059011405901140590114059011405901140590由表8可见，D1/D2=897741/1243442=0.7230.7,故该框架为规则框架。6 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算6.1 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算6.1.1 横向自震周期计算 按式将G11折算到主体结构的顶层；即 结构顶点的假想侧式下表计算，其中第10层的Gi为G10与Ge之和。表格 9 结构顶点的假想侧移计算层次Gi/KNVGi=/KNuiui1011622.4411622.44114059010.2517.2910005.21321627.653114059019.0507.0810038.51931666.172114059027.8488.0710053.8341720.002114059036.6460.2610069.14651789.148114059045.4423.6510069.14661858.294114059054.2378.2410069.14671927.44114059063.1324.0310069.14681996.586114059071.9260.9210099.14692065.732124344274.0189.0111135.395103201.127897741115.0115.0按式计算基本周期T1，其中的量纲为m，取 T=0.7则 =0.86(s)6.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算本设计中，为简化计算采用底部剪力法计算水平地震作用，结构总水平地震作用标准值按下式计算：=0.85103071.063=87610.404KN0.04 因1.4Tg=1.40.04=0.56T1=0.86S，所以应考虑顶部附加水平地震作用。顶部附加地震作用系数，=0.08T1+0.01=0.080.86+0.01=0.0788 各质点的水平地震作用按计算，具体计算过程见表10，各楼层地震作用剪力按11式（2.9）计算，计算结果列入表10表格 10 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次HiGiGiHiGiHi/GiHiFiVi44.051461.93664398.280.02684.384.31041.05100000.44410518.060.169825.2909.5937.1510005.213371693.660.153496.01405.5833.2510053.83333780.760.137444.21849.7729.3510069.146295079.910.121392.32242.0625.4510069.146256259.770.105340.42582.4521.5510069.146216990.100.089288.52870.9417.6510069.146177720.430.073236.73107.6313.7510069.146138450.760.057184.83292.429.8510099.14699476.590.041132.93425.315.9511135.39566255.600.02787.53512.8各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布如图6.1（a） 水平地震作用分布 （b）层间剪力分布图6.1 横向水平地震作用及楼层地震剪力6.1.3 水平地震作用下的位移验算： 水平地震作用下框架结构的层间位移和顶点位移分别按下式计算： 计算。计算结果见表11表格 11 横向水平地震作用下的位移验算层次ViDiuiuihie= ui/hi10909.511405900.8022.6739001/487591405.511405901.2321.8739001/317181849.711405901.6220.6439001/240772242.011405901.9719.0239001/198062582.411405902.2617.0539001/172652870.911405902.5214.7939001/154843107.611405902.7212.2739001/143433292.411405902.899.5539001/134923425.312434422.756.6639001/141813512.88977413.913.9159501/1522由表11可知，最大层间弹性位移角发生在第三层，其值为1/13491/550，满足的要求，其中，查表可得。6.1.4 水平地震作用下框架内力计算：以图3.2中轴线横向框架为计算单元，框架柱端剪力及弯矩分别按下式计算其中Dij取自表5，取自表8，层间剪力取自表11。各柱反弯点高度y按式y=y0+y1+y2+y3确定。其中yn由表可查得。在本设计中底层柱需考虑修正值y2，第2层柱需考虑修正值y2，其余各柱均无修正值，具体计算过程及结果见表12表格 12 各层柱端弯矩及剪力计算层次hiViDij边柱中柱Di1Vi1KyMi1Mi1Di2Vi2KyMi2Mi2103.9909.511405903212925.120.6750.3029.3968.585686345.341.6110.4884.8891.9593.91405.511405903212939.590.6750.4061.7692.645686370.071.6110.45122.98150.3083.91849.711405903212952.100.6750.4489.40113.795686392.211.6110.48172.62187.0073.92242.011405903212963.150.6750.45110.83135.4656863111.771.6110.5217.95217.9563.92582.411405903212972.740.6750.45127.66156.0356863128.741.6110.5251.04251.0453.92870.911405903212980.870.6750.45141.93173.4756863143.131.6110.5279.10279.1043.93107.611405903212987.540.6750.5170.70170.7056863154.931.6110.5302.11302.1133.93292.411405903212992.740.6750.5180.84180.8456863164.141.6110.5320.07320.0723.93425.312434423557197.990.7730.52198.72183.4461198168.581.8440.5328.73328.7315.953512.889774128748112.490.7550.65435.06234.2638225149.571.8010.61542.86347.08注：表中M量纲为KN.m,V量纲为KN梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按下式计算 其中梁线刚度取自表3。具体的计算过程见表13表格 13 梁端弯矩,剪力及轴力计算层次边梁走道梁柱轴力MbMblVbMbMblVb边柱N中柱N1068.5838.546.616.2353.4153.413.035.61-16.23-19.389122.0398.576.633.42136.61136.613.090.73-49.65-76.698175.55129.926.646.28180.06180.063.0120.04-95.93-150.457224.86163.706.658.87226.87226.873.0151.25-154.80-242.836266.86196.576.670.23272.42272.423.0181.61-225.03-354.215301.13222.206.679.29307.94307.943.0205.29-304.32-480.214312.63243.606.684.28337.61337.613.0225.07-388.60-621.003351.54260.786.692.78361.40361.403.0240.93-481.38-769.152364.28271.936.696.40376.87376.873.0251.25-577.78-924.001432.98283.306.6108.53392.51392.513.0261.67-686.31-1077.14注：1.柱轴力中的负号表示拉力。 2.表中M单位为KN.m，V单位为KN，L单位为m。水平地震作用下框架的弯矩图、梁端剪力图如图6.2（a） 框架弯矩图（KN.m） (b)梁端剪力及柱轴力图（KN）图6.2 左地震作用下框架弯矩图，梁端剪力及柱轴力图6.2 横向风荷载作用下框架结构内利和侧移计算6.2.1 风荷载标准值： 风荷载标准值按式，基本风压=0.45KN/m2。本建筑结构为综合建筑且为高层并处沿海，将基本风压提高10，即=0.495 KN/m2。由荷载规范查的（迎风面）和（背风面），C类场地，H/B=41.05/50.4=0.814。查表的=0.42、T1=0.86S， C区地区应乘以相应的影响系数0.62，即0.62由表查的风振系数 仍取图3.2中的轴线横向框架，其负载宽度为7.2m。由式得，沿房屋高度的分布风荷载标准值根据各楼层标高处的高度Hi由表查取，代入上式可得各楼层标高处的q(z)。见表14、q(z)沿高度的分布见图6.3。表格 14 沿房屋高度分布风荷载标准值层次HiHi/Huzzq1(z)/(KN/m)q2(z)/(KN/m)1041.051.001.141.6745.4413.401937.150.9051.091.6385.0913.182833.250.8101.041.5984.7412.963729.350.7150.991.5554.3892.743625.450.6200.931.5124.0092.506521.550.5250.861.4693.6022.251417.650.4300.791.4183.1941.996313.750.3350.741.3482.8441.77829.850.2400.741.2492.6351.64715.950.1450.741.1512.4281.518荷载规范规定，对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋结构，应采用风振系数来考虑分压脉动的影响，由于在本设计中房屋高度41.0530m，且H/B=41.05/16.2=2.51.5，由表14可见，沿房屋高度在1.1511.674范围内变化，即风压脉动的影响较大，因此该房屋应考虑风压脉动的影响。框架结构分析时，应按静力等效原理将图6.3（a）的分布风荷载转化为节点集中荷载如图6（b）所示，第5层的集中荷载F5的计算过程如下： （a） 风荷载沿房屋高度的分布 （b）等效节点集中风荷载 图6.3 框架上的风荷载6.2.2 风荷载作用下的水平位移验算 根据图6.3（b）所示的水平荷载，由式计算层间剪力Vi，然后依据表6，求出轴线框架的层间侧移刚度，再按式和计算各层的相对侧移和绝对侧移。计算结果见表15表格 15 风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算层次Fi(kN)Vi(kN)D/(N/mm)u/mmu/mmhiu/hi10