新校园学员_宿舍楼土木工程宿舍楼结构设计毕业设计.docx

图3.1梁的配筋四、框架的计算4.1框架计算简图的确定计算单元轴横线三跨的一榀框架作为计算单元。计算简图：本工程竖向四层，计算跨度以轴线距离为准（即形心线距离为准），梁轴线取至板底，24层柱高即为层高3.6m；一楼楼高4m，如下图横向框架计算简图4.1 4.2梁柱线刚度计算框架梁的截面尺寸宜符合下列各项要求：1.梁的截面宽度不宜小于200mm2.梁的截面高宽比不宜大于43.为了防止梁发生剪切脆性破坏，梁高不宜大于1/4，梁净跨。4.符合模数的要求，当梁高h800mm时，h为50mm的倍数，当h800mm时，h为100mm的倍数，在高烈度区，纵向框架的高度也不宜太小，一般取hL/12，且不宜小于500mm。4.2 .1主梁尺寸确定主梁设计： h=(1/81/12)L 其中L为梁的跨度，梁截面尺寸应满足承载力，刚度及延性要求纵框架梁6.6m跨: h=(1/121/8)x6600=(550825) 取h=700b=(1/21/3)x700=(233350) 取h=3003.6m跨: h=(1/121/8)x3600=(300450) 取h=700(考虑施工因素) b=(1/21/3)x700=(233350) 取h=300横框架梁7.5m跨: h=(1/121/8)x7500=(625937.5) 取h=700b=(1/21/3)x700=(233350) 取h=3002.6m跨: h=(1/121/8)x2600=(216.6325) 取h=450b=(1/21/3)x450=(225150) 取h=3004.2.2 次梁尺寸确定次梁设计： h=(1/121/18)L 其中L为梁的跨度，梁截面尺寸应满足承载力，刚度及延性要求进深: 7.5m跨: h=(1/121/18)x7500=(625416.6) 取h=600b=(1/21/3)x600=(200300) 取h=250表4.1梁截面尺寸及各层混凝土强度等级梁截面尺寸及各层混凝土强度等级层次砼强度等级主梁次梁走道梁24C30300x700250x600300x4501C30300x700250x600300x4504.2.3柱的尺寸选择根据建筑抗震设计规范第6.3.6和6.3.7，柱的截面尺寸宜符合下列要求：1.柱截面的宽度和高度均不宜小于300 mm；圆柱直径不宜小于350mm 2.剪跨比宜大于2；3.截面长边与短边的边长比不宜大于3；4.柱的轴压比不宜超过0.8。框架柱的截面尺寸一般根据柱的轴压比限值按下列公式估算： 其中 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； gE折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可根据实际计算，也可近似取1215 kN/m2； n验算截面以上楼层层数； F案简支状态计算的柱的负载面积； Ac柱截面面积；N框架柱轴压比限值，对一级、二级、三级抗震等级分别取0.7、0.8、0.9；f混凝土轴心抗压强度设计值；计算底层柱截面尺寸：本工程为三级抗震等级，轴压比限值N=0.7,各层重力荷载代表值近似取12.0 KN/m2，柱的混凝土强度等级不低于C30，本设计柱采用C30混凝土，fc=14.3N/mm2 ft=1.43 N/mm2。柱子负载面积如下图4.2.3：4.23.A 中柱负荷面积图 4.23.B 中柱负荷面积图中柱：截面分别为439mm和500mm 根据以上计算结果并考虑其它因素，本设计柱截面尺寸取值如下：每层： 600mm600mm （中、边柱）4.3荷载计算 4.0 荷载作用计算简 4.3.1 恒荷载计算（1）4层恒荷载计算代表横梁自重，为均布荷载形式=1.05（为考虑梁的粉刷自重）=0.30.7251.05=5.513为房间板传给横梁的线荷载=4.383.3=13.01、分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒荷载。它包括次梁自重、楼板重和内墙等的重力荷载。P1=（3.61.651/2）2+（2.6+7.5）/21.65 4.93+6.43 7.5+4.597.5/2=132.63KN.m P2=（3.61.651/2）2+（2.6+7.5）/21.65+3.61.22 4.93+6.437.5+4.597.5/2=175.23 KN.m集中力矩M1=P1e1=132.63(0.6-0.3)=19.89KN.mM2=P2e1=175.23(0.6-0.3)=26.28 KN.m（2）14荷载计算Q1横梁自重，均为线荷载形式。=5.51KN/M =5.51KN/M代表房间和走道梁传给横梁的梯形荷载=3.243.3=10.69KN/M =10.69KN/M、分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒荷载。它包括次梁自重、楼板重和内墙等的重力荷载。P1=（3.31.651/2）2.4+7.5）/21.654.38+5.517.5+4.387.5/2+3.11（7.53.3-2.41.52）=169.76 KNP2=（3.31.651/2）2+（2.6+7.5）/21.65+3.31.22 4.38+5.517.2+4.387.5/2+1.4（7.53.3-1.22）=198.48 KN集中力矩M1=P1e1=169.76（0.6-0.3）/2=25.46 KN/MM2=P2e2=198.498（0.6-0.3）/2=29.77 KN/M4.3.2 活荷载计算4.1 梁上活荷载作用计算简图1.四层：活载活载（取均布荷载标准值）（不考虑地震作用，活载取屋面活载和雪荷载中的最大值）不上人屋面0.5 雪荷载0.20、分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒荷载。它包括次梁自重、楼板重和内墙等的重力荷载。=3.30.5=1.65KN/m P1= （3.31.651/2）2+（2.6+7.5）/21.65 0.5=7.29 KN P2= （3.31.651/2）2+（2.6+7.5）/21.65+3.31.22 0.5=11.61 KNM1=P1e1=7.29（0.6-0.3）/2=1.09 KN.mM2=P2e2=11.61（0.6-0.3）/2=1.74 KN.m对于二四层楼板=2.03.3=6.6KN/M P1= （3.31.651/2）2+（2.6+7.5）/21.65 2=29.16 KNP2=（3.31.651/2）2+（2.6+7.5）/21.65 2+3.321.20.20=31.32 KN M1=P1e1=29.16（0.6-0.3）/2=4.374 KN.m M2=P2e2=31.32（0.6-0.3）/2=4.698 KN.m将以上恒荷载计算结果汇总见表7.1，活载见表7.2表4.1横向框架恒载汇总表层次()KN145.1510.69169.76198.49825.4629.77表4.2 横向框架活载汇总表层次KN146.629.1631.324.3744.698恒、活荷载计算简图见下图4.1，4.2 图4.1恒荷载作用下计算简图（集中荷载：KN 均布荷载：KN/m 力偶：KNm）图4.2活荷载作用下计算简图（集中荷载：KN 均布荷载：KN/m 力偶：KNm）4.4竖向恒载作用下框架受荷总图恒荷载计算简图见下图4.4图4.4恒荷载作用下计算简图（集中荷载：KN 均布荷载：KN/m 力偶：KNm）4.5框架梁柱内力计算梁端弯矩采用弯矩二次分配法计算梁端、柱端采用弯矩二次分配法计算，梁端剪力可根据梁上竖向荷载引起的剪力与梁端弯矩引起的剪力相叠加而得。柱轴力可由梁端剪力和节点集中力叠加而得，注意计算柱底轴力还需考虑柱的自重。内力计算：恒载计算：（恒载计算简图如下所示）4.5.1132.319 181.39 181.39 132.31917.589 17.589 4.2KN/m 4.2KN/m 4.2KN/m100.55 100.55 顶层 顶层140.71 180 180 140.7114.625 14.6254.2KN/m 4.2KN/m 4.2KN/m113.86 113.86二三层 二三层174.85 205.46 205.46 174.85146.25 146.254.2KN/m 4.2KN/m 4.2KN/m163.3 163.3底层 底层图4.5.1将梯形荷载简化成等效均布荷载：q1=(1-2a2+a3)q=1-2(3.6/2)2+(3.6/2)317.589(14.625)=13.68(10.98)KN/m计算线刚度及分配系数: 梁线刚度：i1=4.0491010N.mm i2=3.1691010N.mm 相对线刚度i2=1，i1=1.28底层柱线刚度：ic=8.421010N.mm ic底=2.59标准层线刚度：ic=13.51010N.mm ic标=4.19框架由于结构和荷载对称,故可取半刚架计算,中跨梁的相对线刚度仅为原结构的一半。 分配系数计算表4.5.1：表4.5.1节点相对线刚度i相对线刚度总和 i分配系数i/i左梁上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁A40.9*4.261.285.110.770.23A30.9*4.260.9*4.261.288.950.450.450.1A20.9*4.270.9*4.271.288.950.440.440.12A10.9*40262.661.287.770.50.320.19B41.280.9*4.260.55.610.230.660.09B31.280.9*4.260.9*4.290.59.440.140.420.390.04B22.280.9*4.260.9*4.290.59.440.140.420.420.03B11.280.9*4.262.660.58.270.150.480.30.07由结构力学可知：q LABMAB=-ql2/12 MBA=ql2/12 所以（14.245.42）/12=34.6 （11.845.42）/12=28.77 A B a=2.4 b=1.05 MAB=-Pl (2l-a)/2l MBA=-pa2/2l 两端为固定端其上作用均布荷载时的弯矩为：MAB=-ql2/12,MBA=ql2/12。一端为固定端，一端为滑动支座，其上作用一集中力时的弯矩为：MAB=-Pa(2l-a)/2l,MBA=-Pa2/2l。故可依此计算各梁端的弯矩。恒载由梯形均布荷载与集中力的组合+均布荷载的叠加。在梯形均布荷载下梁柱的弯矩值恒载（如下表4.5.2；图4.5.2）：表4.5.2上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁四层0.6660.3340.2800.5590.16118.28-44.9244.9217.95-50817.748.90-6.13-12.248.86-3.074.45-6.25-3.86-1.930.501.010.2922.74-41.0243.74-17.48-8.31二三层0.4000.4000.2000.1790.3590.3590.10317.91-62.2162.2123.52-3.8917.7217.728.86-6.23-12.49-12.49-3.588.868.86 -3.124.43-6.12-6.25-5.84-5.84-2.921.422.852.850.8220.7520.74-59.3961.83-15.76-15.89-6.65底层0.3710.4680.1610.1470.3400.4280.08525.76-63.8163.8133.6-4.1414.1117.816.13-3.83-8.86-11.15-2.218.67-1.923.07-5.94-2.50-3.16-1.090.420.981.230.2420.2814.65-60.6963.47-13.82-9.92-6.117.33-4.96图4.5.2活载分布弯矩作用简图4.5.3（表4.5.3）：表4.5.3上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁四层3.24-14.2514.255.04 -1.447.333.68-2.18-4.34 -1.252.20-1.091.84-1.40-0.74-0.37-0.12-0.25 -0.078.79-12.0313.79-5.99 -2.76 三二层3.89-14.2514.256.05 -1.444.404.401.55-0.93-2.642.64 -0.542.201.80-0.470.78-1.32-0.98-1.50-1.50-0.530.210.590.59 0.125.104.70-13.7014.31-3.37-3.03 -1.86一层4.54-14.257.06-1.443.604.541.56-0.85-1.96-2.46-0.492.20-0.430.78-1.32-0.66-0.83-0.280.080.180.230.055.143.71-13.4014.26-3.10-2.23-1.881.86-1.12活载分布弯矩作用简图4.5.3Y值计算表4.5.4：表4.5.4 层数边柱 中柱4n=9j=4k=0.235n=9j=4k=0.535y0=0.4675a=0y=0y0=0.4675y=0y=0.4675h h =1.54y=0.4675h=1.543n=9j=3k=0.235n=9j=3k=0.535y0=0.50a=0y=0y0=0.50y=0y=0.50hh=1.65y=0.50h=1.652n=9j=2k=0.235n=9j=2k=0.535y0=0.65y=-0.05y0=0.65y=-0.05y=0.6a3 h=1.98=y=0.5/h=1.651n=9j=1k=0.376.3=1 4 n=95j=1k=0.857y0=1.01y=-0.05y0=1.0y=-0.05y=0.95h=4.56=y=0.6785h=3.2568计算柱端弯矩 柱上端弯矩：M上=Vh(1-y) 柱下端弯矩：M下=Vhy4V1.8972113.806243.806241.897211Vh6.26079512.560612.56066.260795M上5.9321039.200639.200635.932103M下0.3286923.359963.359960.3286923V3.625467.27357.27353.62546Vh11.9640224.002624.002611.96402M上9.15247315.181615.18169.152473M下2.8115448.820948.820942.8115442V5.41141110.856510.85655.411411Vh17.8576635.826535.826517.85766M上12.1878520.86920.86912.18785M下5.66980614.957614.95765.6698061V6.94101813.925313.92536.941018Vh22.9053645.953445.953422.90536M上14.4876425.274425.274414.48764M下8.4177220.67920.6798.417724.6风荷载作用下的弯矩计算 设计资料：基本风压：W0=3.0KN/M2，房屋高度H=14.8m。4.6.1风荷载标准值的计算风荷载近似按阶梯形分布，首先应将其简化为作用在框架节点上的节点荷载。作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值： 式中 风荷载标准值（KN/m）； 高度z处的风振系数，结构高度H=14.8m30m，故取Z=1.0；风荷载体型系数，对于矩形截面=1.3； 风压高度变化系数（地面粗糙度类别为C类）； 基本风压（KN/m）；风压高度变化系数可查荷载规范取得。将风荷载换算成作用与框架每层节点上的集中荷载，计算过程如下表所示。表中z为框架节点至室外地面的高度，A为一榀框架各层节点的受风面积表4.6.1层次A(m2)PK(kN)=A41.01.30.300.840.3357.6m219.0131.01.30.300.740.2957.6m216.7021.01.30.300.740.2957.6m216.7011.01.30.300.740.296418.56A1 =4.016=64m2A2=3.616=57.6m2A3=3.616=57.6m2A4=3.616=57.6m2故风荷载下的计算简图4.6.1为： 图4.6.1 风荷载计算简图4.6.2风荷载作用下框架内力计算各柱剪力按刚度分配法计算公式为：Y=yn+y1+y2+y3式中，为该平面框架i层总剪力； 为i层第j根柱分配到的剪力； 为i层第j根柱的抗侧刚度； 为i层s根柱的抗侧刚度之和。各层柱的剪力分配和柱端弯距的计算第四层： V=19.01KNG柱：K=3.962/2/2.76=1.43 D=1.43/(2+1.43)19.0112/2.62=14.1KN/M H柱：K=(3.96+13.5)2/2/3.6=4.85 D=4.85/(2+4.85)3.612/2.62=4.52KN/MJ柱：K=(3.96+13.5)2/2/3.6=4.85 D=4.85/(2+4.85)3.612/2.62=4.52KN/ML柱：K=3.962/2/19.01=1.43 D=1.43/(2+1.43)19.0112/2.62=14.1KN/M 合计=14.1+4.52+4.52+14.1=37.24G柱剪力：14.1/37.2419.01=7.20KNH柱剪力：4.52/37.2419.01=2.31KN J柱剪力：4.52/37.2419.01=2.31KNL柱剪力：14.1/37.2419.01=7.20KN 第三层：V=19.01+16.70=35.71KN G柱：K=3.962/2/1.85=2.14 D=2.14/(2+2.14)35.7112/3.92=14.56KN/M H柱：K=(3.96+13.5)2/2/2.54=6.87 D=6.87/(2+6.87)2.5412/3.92=1.55KN/M J柱：K=(3.96+13.5)2/2/2.54=6.87 D=6.87/(2+6.87)2.5412/3.92=1.55KN/ML柱：K=3.962/2/1.85=2.14 D=2.14/(2+2.14)35.7112/3.92=14.56KN/M 合计=14.56+1.55+1.55+14.56=32.22G柱剪力：14.56/32.2235.71=16.14KNH柱剪力:1.55/32.2235.71=1.71KNJ柱剪力:1.55/32.2235.71=1.71KNL柱剪力:14.56/32.2235.71=16.14KN第二层： V=19.01+16.70+16.70=52.41G柱剪力：14.56/32.2252.41=23.68KN H柱剪力：1.55/32.2252.41=2.52KN J柱剪力：1.55/32.2252.41=2.52KN L柱剪力：14.56/32.2252.41=23.68KN第一层： V=19.01+16.70+16.70+18.56=70.97KNG 柱：K=3.96/1.73=2.29 D=(0.5+2.29)/(2+2.29)1.7312/3.62=1.04KN/MH 柱：K=(13.5+3.96)/2.38=7.34 D=(0.5+7.34)/(2+7.34)2.38=12/3.62=1.85KN/MJ 柱：K=(13.5+3.96)/2.38=7.34 D=(0.5+7.34)/(2+7.34)2.38=12/3.62=1.85KN/M L 柱：K=3.96/1.73=2.29 D=(0.5+2.29)/(2+2.29)1.7312/3.62=1.04KN/MKN/MG柱剪力：1.04/5.7870.97=12.77KN H柱剪力：1.85/5.7870.97=22.72KNJ柱剪力：1.85/5.7870.97=22.72KNL柱剪力：1.04/5.7870.97=12.77KN 近似取上部各层柱子的反弯点在柱子中点，因为底层柱的底端为固定端，底层反弯点设在处。根据各柱分配到的剪力及反弯点位置yh计算第i层第j个柱端弯矩上端弯矩： M=Vh（1-y） 下端弯矩： M= Vhy各柱柱端弯距见下表4.6.2：（单位：KNm） 表4.6.2层次端点G柱H柱J柱L柱4上7.201.8=12.962.311.8=4.162.311.8=4.167.201.8=12.96下7.201.8=12.962.311.8=4.162.311.8=4.167.201.8=12.963上16.141.8=29.051.711.8=3.081.711.8=3.0816.141.8=29.05下16.141.8=29.051.711.8=3.081.711.8=3.0816.141.8=29.052上23.681.8=42.622.521.8=4.542.521.8=4.5423.681.8=42.62下23.681.8=42.622.521.8=4.542.521.8=4.5423.681.8=42.621上12.771.2=15.3222.721.2=27.2622.721.2=27.2612.771.2=15.32下12.771.2=15.3222.721.2=27.2622.721.2=27.2612.771.2=15.32表4.6.3 梁端弯矩，剪力及柱轴力层Mui+1+MbijMlbMrbLVbMLbMrbLVb边柱N中柱N边中边梁走道梁柱轴力442.953.0442.939.62613.7513.9213.922.411.6-67.6810.94354.5568.0854.5550.38617.4917.717.72.414.75-53.938.79260.0374.9160.0355.43619.2419.4819.482.416.23-36.446.05154.8365.3654.8348.37617.216.9916.992.414.16-17.23.04当计算出了框架在水平力作用下的柱端弯矩值后，求梁端弯矩时，由柱端弯矩，并根据节点平衡来求。对于边跨梁端弯矩：M=M+M对于中跨，由于梁的端弯矩与梁底线刚度成正比，因此，M=（M+M） M=（M+M） 4.6.3水平风荷载作用下楼层层间位移验算表4.6.3层次419.0119.013724000.17036001/21176316.7035.71 3222000.26736001/13483216.7052.415241000.36336001/9917118.5670.97578000.50246001/9163最大层间弹性位移角=1/91631/550，满足规范要求。4.7水平地震作用计算（荷载的确定、地震作用计算、框架柱的内力组合）框架结构地震剪力在各层框架柱间的分配： 第i层第m柱分配到的剪力： 框架柱、梁、节点弯矩分配： ，边柱（A、D轴柱）： 中柱（B、C轴柱）： 柱的反弯点位置列表如下表4.7.1，表4.7.2表4.7.1 A轴框架柱的反弯点位置层号h(m)kyyh(m)43.601.0370.3520.000.000.000.3521.26733.601.0370.4500.000.000.000.4501.62023.601.0370.4520.000.000.000.4521.62714.551.310.5850.000.000.000.5852.662表4.7.2 B轴柱的反弯点位置层号h(m)kyyh(m)43.600.830.350.000.000.000.351.2633.600.870.400.000.000.000.401.4423.600.830.450.000.000.000.451.6214.552.0970.650.000.000.000.652.96柱端弯矩： 由此可得框架柱剪力和梁柱端弯矩，列于表4.7.3表4.7.3 水平地震作用下C轴框架柱剪力和梁柱端弯矩层号（KN）(KN)(KN)yh(KNm)(KNm)(KNm)（KNm）4151.2240329.449139.0280.22734.331.2680.3343.2677.2446.353274.640329.449139.0280.22762.331.44134.6289.76140.0184.062360.1940329.449139.0280.22781.761.6216