土建毕业设计.doc

2 结构设计2.1设计资料工程规模： 主体7层；结构类型： 框架结构；抗震设防烈度： 7度，第一组别，设计地震基本加速度值为0.1g；场地： 类；设计使用年限： 50年；框架抗震等级： 三级；结构重要性系数： 1.0；2.2结构布置及计算简图根据该房屋的使用功能及建筑设计的要求，进行了建筑平面、立面及剖面设计，填充墙采用200mm厚的加气混凝土空心砌块。楼盖采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取100mm。2.2.1选择承重方案该建筑为住宅楼，房间布局较为整齐规则，且住宅楼不需要考虑太大空间布置，所以采用横向框架承重方案，三柱两跨等跨的形式。柱网布置形式详见图2-2-1。2.2.2梁、柱截面尺寸估算梁高估算: 主梁高按跨度的1/81/12来估算，次梁高按跨度的1/121/15来估算。梁宽估算: 考虑抗震的要求，梁宽取梁高的1/21/3。各层梁截面尺寸及混凝土强度等级如表21所示。1）框架梁：横向框架梁，最大跨度l=4.8m，h=（1/81/12）l=600mm400mm，取h=400mmb=（1/21/3）h=200mm150mm，取b=250mm纵向框架梁，最大跨度l=5.82m，h=（1/121/13）l=447mm485mm，取h=500mmb=（1/21/3） h=166mm250mm，取b=250mm柱尺寸估算:该框架结构的抗震等级为三级，其轴压比限值为=0.9,各层重力荷载代表值近似取12kn/m2，由图可知，边柱及中柱的负荷面积分别为16.04 m2和16.54 m2，可得一层柱截面面积为:边柱: 中柱 :柱截面尺寸:取柱子截面为正方形，则边柱和中柱截面高度分别为368mm和367mm。根据上述结果，并综合考虑其它因素，本设计柱截面尺寸取值如下：1 层 450mm450mm27层 400mm400mm基础选用柱下条形基础，基础顶面距室外地面为175mm。表2.1 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bh纵梁1纵梁2ab跨bc跨17c30250400250400250x4002505002.2.3 结构布置及计算简图主体结构为7层，层高均为3m。填充墙采用200厚的泡沫混凝土砌块。楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度为100mm。选第11榀框架计算，见图图2.1 柱网结构布置图图2.2 框架计算简图2.3 横向框架侧移刚度计算2.3.1横梁及线刚度梁柱混凝土标号均为c30 ec=3.0104 对边框架梁取i=1.5io 对中框架梁取i=2.0io 表2.2 横梁尺寸及线刚度类别ec/(kn/mm2)bh/mmmmi0/mm4/mmeci0/ (n/mm)kb=2eci0/n/mm横梁13.01042004501.3310948008.331091.791010横梁23.0104200x3005.63x1023007.341091.481010横梁33.01042004501.3310935001.1410102.281010 2.3 柱尺寸及线刚度层次/mmec/(kn/mm2)bh/mmmmic/mm4kc=ecic/n/mm140003.01044504503.421092.5710102728003.01044004002.131092.1310102.3.2计算柱的侧移刚度柱的侧移刚度d计算公式： ，其中为柱侧移刚度修正系数，为梁柱线刚度比，不同情况下，、取值不同。柱的侧移刚度计算如下表 表2.4 横向框架侧移线刚度d计算层次层高h/mm柱根数kn/mdkn/m14000边柱20.390.371426230065中柱20.550.4115803273000边柱20.620.241363232140中柱20.890.3117608由上d1/d2=30065/31240=0.960.7 为规则框架 3 荷载及内力计算3.1计算单元取11轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为4m，楼面荷载通过纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架，作用于各节点上。见图3.1 图3.1 横向框架计算单元3.2 地震作用3.2.1重力荷载计算（一）屋面及楼面的永久荷载标准值屋面(上人)选用柔性防水屋面1、平瓦 0.5 kn/m22、2525挂瓦条,1030顺水条3、平行屋脊干铺油毡一层，搭接=100 0.05 kn/m24、15mm木望板 0.0154=0.06 kn/m2合计 0.61kn/m2顶层楼面1、15厚水泥砂浆压平 150.02=0.4 kn/m22、100厚现浇钢筋混凝土楼面250.1=2.5 kn/m23、20厚的抹灰（混合砂浆）170.02=0.34 kn/m2合计 3.14kn/m226层楼面(地砖楼面)1、小瓷砖地面（含水泥粗砂打底） 0.55 kn/m22、20厚1：4干硬性水泥砂浆 200.02=0.4 kn/m23、100厚现浇钢筋混凝土楼面 250.1=2.5 kn/m24、20厚的抹灰（混合砂浆） 170.02=0.34 kn/m2合计 3.79kn/m2卫生间做法：1、4-5厚马赛克，素水泥浆檫缝 0.2 kn/m22、3-4厚1：4水泥胶合层 0.0220=0.40 kn/m23、20厚1：3水泥砂浆找平层 0.00320=0.006 kn/m24、素水泥砂浆结合层一道 250.1=2.5 kn/m25、100厚现浇钢筋混凝土楼面 170.02=0.34 kn/ m26、20厚的抹灰（混合砂浆）合计 3.5kn/m2外墙：1、刷乳胶漆2、6mm1：2.5水泥砂浆 0.00620=0.012 kn/m23、12mm1：3水泥沙浆 0.01220=0.024 kn/m2合计 0.36kn/m2内墙1、刷乳胶漆2、5mm1：0.3：3水泥沙浆 0.00517= kn/m23、15mm1：1：6水泥沙浆打底 0.01517= kn/m2合计 0.34kn/m2阳台1、10mm水泥沙浆压平 0.0120=0.2 kn/m22、15mm水泥沙浆找平 0.01520=0.5 kn/m23、100mm现浇板 0.125=2.5 kn/m24、20mm石灰抹底 0.02 17=0.34 kn/m2合计 3.34 kn/m2（二）屋面及楼面可变荷载标准值1、不上人屋面均布活荷载标准值 0.5 kn/m22、楼面活载标准值 2.0 kn/m23、阳台活载标准值 2.5 kn/m24、屋面雪活载标准值 sk=urso=1.150.96=0.42 kn/m2 式中：r为屋面积雪分布系数，取r1.15（三）梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算墙体为200mm泡沫混凝土砌块，外墙乳胶漆（0.36 kn/m2 ）内墙20mm砂浆（0.34 kn/m2）,木门0.2 kn/m2,铝合金窗,钢铁门 0.4 kn/m2外墙重力荷载：0.36+5.50.25+170.02=2.08 内墙重力荷载： 5.50.20+170.022=1.78表3.1 梁柱重力荷载层次构件b(m)h(m)r(kn/m2)粉刷(kn/m)g(kn/m)li(m)ng(kn)gi(kn)屋面横梁0.20.325-1.755.68219.8830.61纵梁0.20.325-1.53.615.1柱0.30.425-2.252.515.632-6层横梁0.20.3252(0.45-0.1)0.0217=0.2382.4885.1225.3882.16纵梁0.20.3252(0.35-0.1) 0.0217=0.171.923.6320.74柱0.40.4250.420.36=0.294.292.8336.041层柱0.450.45250.4520.36=0.325.383.5356.4982.16-36.04+56.49=102.61（四）计算重力荷载代表值顶层重力荷载=g屋面自重+50%屋面活荷+g纵横梁+g半层柱+g半层墙+g楼面其余层重力荷载= g楼面+50%屋面活荷+g纵横梁+g上下各半层柱1、顶层重力荷载代表值g7: （1）女儿墙 0.2040.919=16.42kn（2）屋面板 0.61412.2=29.77kn（3）梁柱 81.44 kn （4）楼面 3.14412.2=153.23 kn（5）梁 19.72+16=35.72 kn（6）半层柱 36.040.5=18.02 kn（7）阳台 3.343.61.5+(1+0.72)1(2.8-0.3)/2+0.20.31.325+0.21.330.36+0.20.33.625+0.73.60.36+1.53.60.35/2 =29.67 kn（8）半层墙自重:外纵墙 （窗：24001500） 墙重： (3.6-0.4)(2.8-0.35) 1.7=13.33 kn 扣窗面积墙加窗重： -2.41.5(1.7-0.4)= -4.63 kn内纵墙 （门：900700） 墙重： (3.6-0.4) (2.8-0.35) 1.68=13.17 kn 扣门面积墙加门重：-(0.92.1+0.72.1)(1.68-0.2)= -4.97 kn外纵墙 （门：21002100） 墙重： (3.6-0.4)(2.8-0.35) 1.7=13.33 kn 扣门面积墙加门重： -2.12.1(1.7-0.4)= -5.73 kn纵墙合重 24.45 kn 横墙： 2(5.1-0.4)(2.8-0.45) 1.68=37.11 kn 半层墙重： 0.5(24.45+37.11)=30.78 kn（9）檐口 1.03.63.36=12.10 kn（10）50%雪载 0.50.423.65.682=10.22 k 合计 g6=317.77 kn2、中间层重力荷载代表值（g2，g3，g4，g5）:（1）楼面 3.795.13.62=139.17 kn（2）梁 46.12 kn（3）上下半柱 36.04 kn （4）上下半墙 24.45+37.11=61.56 kn（5）阳台 3.343.61.2+(50.2+0.362)1(2.8-0.3)+0.20.315+0.20.33.625+0.2130.36+0.73.60.36=26.75 kn（6）50%楼面活荷载: 20.5(5.12-0.8) 3.6+1.23.62.5/2=39.24 kn 合计 g2= g3=g4=g5=348.88 kn3、底层:（1）楼面 139.17 kn（2） 46.12 kn（3）上下半柱 0.5(36.04+56.49)=46.27 kn（4）上半层墙 30.78 kn（5）下半层墙 外纵墙：墙重 (3.6-0.4)(3.5-0.35)1.7=17.14 kn扣窗面积墙加窗重： -2.41.5(1.7-0.4)=-4.68 kn 内纵墙： 墙重 (3.6-0.4)(3.5-0.35)1.68=16.94 kn扣门面积墙加门重： -(0.92.1+0.72.1) (1.68-0.2)=-4.97 kn 外纵墙：墙重 (3.6-0.4)(3.5-0.35)1.7=17.14 kn扣窗面积墙加窗重 -2.12.1(1.7-0.4)=-5.73 kn纵墙合重： 35.84 kn横墙： 2(5.19-0.4) (3.5-0.45) 1.68=48.17 kn下半层 （35.84+48.17）/2=42.01 kn（6）阳台 26.75 kn（7） 50%楼面活荷载 39.24 kn 合计 g1=370.34 kn综上：g6=317.77 kng2= g3=g4=g5=348.88 kng1=370.34 kn则一品框架：g=317.77 +348.884 +370.34=2083.63 kn3.2.2横向水平地震作用下的框架结构的内力计算和侧移计算（一）横向自振周期的计算运用顶点位移法来计算，对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构，基本自振周期可按下式来计算：式中，计算结构基本自振周期用的结构顶点假想位移，即假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值作为水平荷载而算得的结构顶点位移；结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数，取0.6；故先计算结构顶点的假想侧移，计算过程如下表：表3.2 结构顶点的假想位移计算层次gi(kn)gi(kn)d(104kn/m)ii(m)7367.81367.813124011.77337.046371.57739.383124023.675371.571110.953124035.504371.571482.523124047.403371.571854.093124059.302371.572225.663124071.201427.982653.613006588.20由上表计算基本周期，（二）水平地震作用及楼层地震剪力计算该建筑结构高度远小于40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切为主，因此用底部剪力法来计算水平地震作用。首先计算总水平地震作用标准值即底部剪力。 式中， 相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数；结构等效总重力荷载，多质点取总重力荷载代表值的85；已知该建筑为第二组别，又场地类别为1类，查规范得特征周期tg=0.3s建筑结构阻尼比0.05，查表得，水平地震影响系数最大值由水平地震影响系数曲线来计算：式中， 衰减系数，0.05时，取0.9； 则： 因 t1=0.591.4tg=1.40.30.42s，所以应考虑顶部附加水平地震作用，顶部附加水平地震作用系数的计算公式，查规范得， 将、代入可得，具体计算过程如下表，各楼层的地震剪力按 来计算，一并列入表中，表3.3 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次722367.818091.820.2421.0321.03619371.577059.830.2118.4039.43516371.575945.120.1714.8954.32413371.574830.410.1412.2766.59310371.573715.700.119.6476.2327371.572600.990.0766.6582.2814427.981711.920.054.3887.26 （三）.水平地震作用下的位移验算用d值法来验算框架第层的层间剪力、层间位移及结构顶点位移分别按下式来计算：， 计算过程见表2-5-3，表中计算了各层的层间弹性位移角表3.4 横向水平地震作用下的位移验算层次721.03312400.6713.9730000.000223639.43312401.2613.3030000.000420554.32312401.7412.0430000.000580466.59312402.1310.3030000.000710376.23312402.448.1730000.000813282.88312402.835.7330000.000943187.26300652.902.9040000.000725最大层间弹性位移角发生在第二层，0.000943=100 0.05 kn/m215mm木望板 0.0154=0.06 kn/m2合计 0.61kn/m2（2）梁自重 横梁 0.200.35 25=1.75 kn/m 纵梁 0.200.30 25=1.50 kn/m （3）柱子自重0.300.30 25=2.25 kn/m2 顶层楼面15厚水泥砂浆压平 200.02=0.4 kn/m2100厚现浇钢筋混凝土楼面250.1=2.5 kn/m220厚的抹灰（混合砂浆）。170.02=0.34 kn/m2合计 3.14kn/m23框架梁自重 横向 0.200.4525+2 （0.45-0.10） 0.02 17=2.49 kn/m纵向 0.200.3525+2 （0.35-0.10） 0.02 17=1.92 kn/m4楼面15厚水泥砂浆压平 200.02=0.4kn/m2100厚现浇钢筋混凝土楼面250.1=2.5kn/m220厚的抹灰（混合砂浆）。170.02=0.34kn/m2合计 3.14kn/m25阳台板10mm水泥沙浆压平 0.0120=0.2 kn/m215mm水泥沙浆找平 0.01520=0.5 kn/m2100mm现浇板 0.125=2.5 kn/m2 20mm石灰抹底 0.02 17=0.34 kn/m2合计 3.34 kn/m26阳台挑梁 0.2 0.3 25+0.2 2 0.36=1.64 kn/m p1 q2 p2 q2 p3 p4 a q1 b q1 c d图3.11 第6层梁上作用的荷载因此，作用在各层框架梁上的线荷载计算（图3.11）在图中，、代表横梁自重，为均布荷载形式，对于第六层， =2.49 kn/m，1.64kn/m，而和分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载，由图所示的几何关系可得：=3.143.6=11.30 kn/m 3.341.55.02 kn/mp1、p2分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的荷载，它包括梁自重、楼板重和女儿墙等的自重荷载，节点集中荷载p1，计算过程如下：边纵梁传来的屋面板自重 2.25.68/26.25 kn边纵梁传来的屋面梁自重 1.755.68/24.97 kn边纵梁自重 1.923.66.91 kn边纵梁传来的楼板自重 3.143.61.8/2=10.17 kn合计： 28.30 kn节点集中荷载p2： 屋面板自重 2.25.6812.50 kn屋面梁自重 1.755.68+1.53.615.34 kn屋面柱自重 2.252.505.63 kn中纵梁自重 1.923.66.91 kn中纵梁传来的楼板自重 5.653.6=20.34 kn合计： 60.72 kn节点集中荷载p3： 边纵梁传来的屋面板自重 2.25.68/26.25 kn边纵梁传来的屋面梁自重 1.755.68/24.97 kn边纵梁自重 1.923.66.91 kn边纵梁传来的楼板自重 5.653.6/2=10.17 kn边纵梁传来的阳台板自重 3.34（3.6-1.5/2）1.5/2=7.16 kn合计： p3 35.46 kn节点集中荷载p4： 封口梁传来的阳台板自重 3.34（3.6-1.5/2）1.5/2=7.16 kn封口梁自重 0.20.3 3.6 25+ 0.7 3.60.36=6.31 kn合计： p4 13.47 kn节点集中弯矩m1：边纵梁产生的弯矩： 6.910.10.69 knm边纵梁传来的楼板自重产生的弯矩： 10.170.11.02 knm合计： m1 1.71 knm节点集中弯矩m2：中纵梁产生的弯矩： 6.910.10.69 knm中纵梁传来的楼板自重产生的弯矩： 20.340.12.04 knm合计： m2 2.73 knm节点集中弯矩m3：边纵梁产生的弯矩： -6.910.10.69 knm边纵梁传来的楼板自重产生的弯矩： -10.170.11.02 knm边纵梁传来的阳台楼板自重产生的弯矩： -7.160.10.72 knm合计： m3 -2.43 knm节点集中弯矩m4：封口梁传来的阳台板自重产生的弯矩： -7.160.1-0.72 knm封口梁自重产生的弯矩： 6.310.1-0.63 knm 合计： m4 -1.35 knm第1-5 层 1楼面小瓷砖地面（含水泥粗砂打底） 0.55 kn/m220厚1：4干硬性水泥砂浆 200.02=0.4 kn/m2100厚现浇钢筋混凝土楼面 250.1=2.5 kn/m220厚的抹灰（混合砂浆） 170.02=0.34 kn/m2合计 3.79 kn/m22框架梁自重 横向 0.200.4525+2（0.45-0.10）0.0217=2.49 kn/m纵向 0.200.3525+2（0.35-0.10）0.0217=1.92 kn/m3 柱子 0.40.425+0.420.36=4.29 kn/m4外墙粉刷：刷乳胶漆6mm1：2.5水泥砂浆 0.00620=0.012 kn/m212mm1：3水泥沙浆 0.01220=0.024 kn/m2合计 0.36 kn/m25内墙粉刷：刷乳胶漆5mm：0.3：3水泥沙浆 0.00517= 0.085 kn/m215mm：1：6水泥沙浆打底 0.01517= 0.255 kn/m2合计 0.34 kn/m26阳台板10mm水泥沙浆压平 15mm水泥沙浆找平 （0.01+0.015）20=0.5 kn/m2100mm现浇板 0.125=2.5 kn/m220mm石灰抹底 0.02 17=0.34 kn/m2合计 3.34 kn/m27阳台挑梁 0.2 0.3 25+0.2 2 0.36=1.64 kn/m对于15层，包括横梁自重和其上的横墙自重，为均布荷载，其他荷载计算方法同第六层，计算过程如下：= 2.49(2.8-0.45) (5 0.2 +0.36+0.34)6.44 kn/m 1.64+(2.8-0.30) (5 0.2 +0.36+0.36)=5.94kn/m=3.793.6=13.46 kn/m 3.341.24.00 kn/m节点集中荷载p1： 边纵梁自重： 1.923.66.91 kn边纵梁传来的墙自重 墙重： (3.6-0.4) (2.8-0.35)1.7=13.33 kn扣窗面积墙加窗重： -2.41.5(1.7-0.4)= -4.63 kn边纵梁传来的楼板自重 3.793.61.8/2=12.28 kn合计： 27.84 kn节点集中荷载p2： 中纵梁自重： 1.923.66.91 kn中纵梁传来的墙自重 墙重： (3.6-0.4)(2.8-0.35)1.68=13.17 kn扣门面积墙加门重： -(0.92.1+0.72.1)(1.68-0.2)= -4.97 kn中纵梁传来的楼板自重 3.793.61.8=24.56 kn合计： =39.67 kn节点集中荷载p3： 边纵梁自重： 1.923.66.91 kn边纵梁传来的墙自重 墙重： (3.6-0.4)