河南省职业技术学院3#教学楼设计

河南省职业技术学院 3#教学楼设计 I 南 阳 理 工 学 院 本科生毕业设计 学 院 :土木工程学院 专 业 :建筑工程专业 学 生 :苏海峰 指导教师 :尹晓清 完成日期 :2013 年 5 月 河南省职业技术学院 3#教学楼设计 阳 理 工 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 河南省职业技术学院 3#教学楼 设计 3计 :100 页 表格 ： 32 个 插图 ： 23 幅 河南省职业技术学院 3#教学楼设计 阳理工学院本科毕业设计 河南省职业技术学院 3#教学楼设计 3 院 : 土木工程 专 业 : 建筑工程 学生姓名 : 苏海峰 学 号 : 143109003 指导教师 : 尹晓清 评阅教师 : 张树珺 完成日期 : 2013 年 5 月 河南省职业技术学院 3#教学楼设计 南省职业技术学院 3#教学楼设计 建筑工程专业 苏海峰 摘 要 河南省工业职业技术学院拟建六层 3#综合教学楼，钢筋 混凝土 框架体系，建筑面积为 m 。本建筑物防火等级为二级，抗震设防烈度为 7 度，框架抗震等级为三级。 结构设计是建筑工程专业的重点，本设计的主要内容有：荷载计算 与内力计算 ，水平地震作用计算，框架梁柱设计及基础设计；竖向荷载内力计算采用弯矩分配法，水平荷载内力计算采用“ D 值法”；内力组合之后进行截面设 计，采用“ 行了电算，电算结果和手算结果基本吻合；本工程可用于实际工程施工。 关键词 内力组合；截面设计；基础设计 河南省职业技术学院 3#教学楼设计 V 3 A 3# be is m is is is is an of of as of of by of of D is is is be 河南省职业技术学院 3#教学楼设计 录 1 结构设计概况 . 1 本资料 . 1 构选型及结构材料 . 1 构体系选型 . 1 他结构选项 . 2 料 . 2 计依据 . 2 构的计算说明 . 3 构的设计内容 . 3 结构计算的特别说明 . 3 2 结构布置及计算单元的确定 . 4 网布置及结构平面布置图 . 4 构设计 . 4 构布置及计算简图的确定及选择柱网布置 . 4 料选择 . 4 架梁、柱截面尺寸初估 . 4 构计算简图 . 6 3 刚度计算 . 7 架梁、柱的线刚度计算 . 7 架梁的线刚度 . 7 架柱的线刚度 . 7 层柱横向侧移刚度计算 . 7 4 荷载及重力荷载代表值计算 . 9 面及楼面永久荷载标准值计算 . 9 面及楼面可变荷载标准值计算 . 10 梯梯段永久荷载标准值计算 . 10 、柱重力荷载代表值计算 . 10 体重力荷载代表值计算 . 11 体永久荷载标准值计算 . 11 楼层各类填充墙体长度、高度计算 . 11 楼层中门、窗、洞口等面积及门、窗重力荷载计算 . 12 充墙重力荷载计算 . 14 重力荷载代表值计算 . 14 5 横向水平地震作用及内力计算 . 16 向结构自振周期计算 . 16 向水平地震作用标准值及位移计算 . 16 向水平地震作用标准值计算 . 16 河南省职业技术学院 3#教学楼设计 横向水平地震作用下水平位移计算 . 17 6 横向风荷载作用下框架结构内力及侧移计算 . 19 荷载标准值计算 . 19 向风荷载作用下水平位移计算 . 21 向风荷载作用下框架内力计算 ( . 21 7 竖向荷载作用下横向框架结构内力计算 . 23 算单元的确定 . 23 载计算 . 23 载计算 . 23 架计算单元的活荷载计算 . 25 向荷载的内力计算 . 26 荷载作用 8轴线上这榀框架梁柱的内力计算 (分层法 ) . 26 算恒荷载作用下固端弯矩 . 28 弯矩二次分配法来计算恒载作用下的梁端、柱端弯矩 . 30 算恒载和活载作用下梁端剪力和柱轴力 . 31 算活荷载作用下固端弯矩 . 34 弯矩二次分配法来计算活荷载下的梁端、柱端弯矩 . 35 算活荷载作用下梁端剪力和柱轴力 . 37 8 框架内力组合 . 39 构抗震等级 . 39 架梁内力组合 . 39 用效应组合 . 39 载力抗震调整系数 . 39 矩调幅 . 39 内力组合 . 41 端剪力调整 . 42 架 柱内力组合 . 43 内力组合 . 43 表见附表 2、 3 . 43 端弯矩值设计值的调整 . 43 9 截面设计 . 46 架梁截面设计 . 46 架柱 . 51 截面尺寸验算 . 52 架柱的截面设计 . 52 础梁截面尺寸的选取 . 56 柱下基础的计算 . 56 柱下基础的计算 . 61 础梁的计算 . 65 河南省职业技术学院 3#教学楼设计 1 楼梯设计 . 68 段板的计算 . 68 台板的计算 . 69 台梁的计算 . 70 造措施 . 71 固长度 . 71 台梁构造 . 71 准层楼板计算 . 72 筋计算 . 75 顶楼板计算 . 76 . 76 筋计算 . 77 13 手算与电算对比 . 79 附表 . 80 参考文献： . 89 致谢： . 90 河南省职业技术学院 9#教学楼设计 1 1 结构设计概况 工程名称：河南省职业技术学院 3#教学楼 本资料 (1)基本风压 (南阳地区 kN/m (50年重现期 )；冬季主导风向：北偏东风；夏季主导风向：东南风； (2)抗震设防烈度： 7度 (一组 )；框架抗震等级为三级 (高度 s，则顶部附加地震作用系数 : 5层间水平地震作用值计算 层次 i 1Fi(6 向水平地震作用下水平位移计算 查规范知，钢筋混凝土框架弹性层间位移角限值 1/550=10中，6； 表 5横向水平地震作用下水平位移计算 i D ue(定点位移 hi ue/06 中u D 由表中可以看到，最大层间弹性位移角发生在第一层， 10 弯矩调幅 为了减小支座处负钢筋的数量，方便钢筋的绑扎与混凝土的浇捣；同时为了充分利用 钢筋，以达到节约钢筋的目的。在内力组合前将竖向荷载作用下支座处梁端负弯矩 (使梁上面受拉 )调幅，调幅系数 以顶层边跨梁在恒载作用下的梁端负弯矩为例： 河南省职业技术学院 9#教学楼设计 40 图 8弯矩调幅示意图 该梁在恒载作用下，梁端负弯矩分别为： 4 . 0 8 2 k N m， 2 . 1 7 1 k N m跨中正弯矩为0M 5 9 . 5 2 k N m(见图 ,现将其调幅： M 0 . 9 4 4 . 0 8 2 3 9 . 6 7 4 k N m M 0 . 9 5 2 . 1 7 1 4 6 . 9 5 4 k N m M 4 4 . 0 8 2 5 2 . 1 7 1M M 1 5 9 . 5 2 1 0 . 9 6 4 . 3 3 3 k N 验算： 0 c 0 M M 1 0 7 . 6 4 6 k N 0M M 4 4 . 0 8 2 5 2 . 1 7 1M M 5 9 . 5 2 1 0 7 . 6 4 6 k N 满足条件！ 其中， 每一根梁均按以上介绍的方法进行支座负弯矩与跨中正弯矩调幅，结果如表 8表 8恒载作用下梁端弯矩调 幅 梁类型 层号 梁端弯距 (m) 跨中弯距 (m) 调幅后梁端弯距 (m) 调幅后跨中弯距 (m) 左 右 左 右 边跨 6 南省职业技术学院 9#教学楼设计 41 续表 8恒载作用下梁端弯矩调幅 注：梁端弯距以顺时针为正，跨中弯距以使梁下表面受拉为正。 表 8活载作用下梁端弯矩调幅 梁类型 层号 轴线处梁端弯距(m) 跨中弯距 (m) 调幅后梁端弯距 (m) 调幅后跨中弯距 (m) 左 右 左 右 边跨 6 跨 6 ：梁端弯距以顺时针为正，跨中弯距以使梁下表面受拉为正。 内力组合 该框架内力组合共考虑了九种内力组合 (考虑左风、右风，左震和右震 )： G k Q . 2 S 1 . 4 S G k w . 2 S 1 . 4 S G k Q k w . 3 5 S 1 . 4 S S G k Q k w . 2 S 0 . 9 1 . 4 S S G k Q k E . 2 S 0 . 5 S 1 . 3 5 S 各层梁的内力组合结果见附表，其中竖向荷载作用下的梁端弯矩为经过调幅后的弯矩。 梁内力组合见附表 1。 中跨 6 南省职业技术学院 9#教学楼设计 42 端剪力调整 抗震设计中，梁端剪力设计值应按下式调整： b b b n G M / l V (8 力如图所示： 图 8受力图 梁上荷载设计值：1q 1 . 2 3 . 9 5 6 4 . 5 7 8 k N / m 2q 1 . 2 1 8 . 5 1 6 0 . 5 7 . 3 2 5 . 8 6 9 k N / m . 9 5 1V 4 . 7 5 8 6 . 6 5 2 5 . 8 6 9 6 . 6 5 2 7 6 . 0 1 4 k 2 震 : b b b n G b 1 3 . 1 7 9 1 1 7 . 7 4 1V M M / l V 1 . 1 7 6 . 0 1 4 9 3 . 8 4 6 k 4 5 右震 : b b b n G . 5 3 6 1 1 . 5 2 2V M M / l V 1 . 1 7 6 . 0 1 4 9 0 . 5 1 3 k 4 5 故取 V 力如图 8 图 8梁上荷载设计值：1q 1 . 2 2 . 6 2 5 2 . 8 1 k N / m 2q 1 . 2 1 3 . 8 0 5 0 . 5 6 . 2 5 1 9 . 6 9 1 k N / m 河南省职业技术学院 9#教学楼设计 43 . 7 5 1V 3 . 1 5 2 . 7 5 1 9 . 6 9 1 1 7 . 8 6 9 k 2 m左震 : b b b n G b 2 . 4 5 9V M M / l V 1 . 1 2 . 2 5 1 7 . 8 6 9 2 0 . 9 1 2 k 右震 : b b b n G M / l V 6 9 . 8 7 2 k N 故取 V q 1 . 2 3 . 9 6 5 4 . 7 5 8 k N / m 2q 1 . 2 1 2 . 1 9 1 0 . 5 7 . 3 1 8 . 2 7 9 k N / m 0 8 k Nq 1 . 2 2 . 6 2 5 3 . 1 5 k N / m 2q 1 . 2 8 . 3 5 0 0 . 5 2 . 2 5 1 1 . 1 4 5 k N / m 3 k N剪力调整方法同上，结果见附表 1各层梁的内力组合和梁端剪力调整。 架柱内力组合 内力组合 柱内力控制截面一般取柱上、下端截面，每个截面上有 M、 N、 V。 由于柱是偏心受力构件且一般采用对 称配筋，故应从上 述 组合中求出下列最不利内力： 表见附表 2、 3 端弯矩值设计值的调整 一、二、三级框架的梁柱节点处，除框架顶层和柱轴压比小于 及框支梁与框支柱的节点外，柱端组合的弯矩设计值应符合下式的要求： c c (8河南省职业技术学院 9#教学楼设计 44 式中 节点上下柱端截面顺时针或反时针方向组合的弯矩设计值之和，上下柱端的弯矩设计值可按弹性分析来分配 ； c 节点左右梁端截面反时针或顺时针方向组合的弯矩设计值之和 ； c 柱端弯矩增大系数；三级框架为 为了避免框架柱脚过早屈服，一、二、三级框架结构的底层柱下端机面的弯矩设计值，应分别乘以增大系数 层 是指无地下室的基础以上或地下室以上的首层。 以第一层中柱为例进行柱调整 : 查梁柱内力组合表附表 1、 2、 3，得： 第一层梁与 梁端弯矩： 左震： 2 8 . 7 9 6 k N m 0 3 . 2 3 1 k N m 3 2 . 0 2 7 k N m右震： 2 . 2 7 5 k N m 3 2 . 9 9 4 k N m 1 5 . 2 5 1 k N m 第一 层梁与 柱端弯矩： 左震： 0 2 . 7 7 2 k N m 3 7 . 1 9 3 k N m 3 9 . 9 6 5 k N m 右震： 1 9 . 3 2 7 k N m 0 . 2 4 5 k N m 0 9 . 5 7 2 k N m取左震： 3 2 . 0 2 7 k N m ， 3 9 . 9 6 5 k N m 知 ： c c 3 9 . 9 6 5 k N m M 3 6 9 . 8 8 6 k N m 故结点处应按照弹性弯矩对上下柱端弯矩进行调整： 0 2 . 7 7 2M 3 6 9 . 8 8 6 2 2 0 . 6 1 8 k N 9 . 9 6 5 3 7 . 1 9 3M 3 6 9 . 8 8 6 1 4 9 . 2 6 8 k N 9 . 9 6 5 . 8 5 2 2 0 . 6 1 8 1 8 7 . 5 2 5 k N m . 8 5 1 4 9 . 2 6 8 1 2 6 . 8 8 7 k N m 同理，右震时有：c c 0 9 . 5 7 2 k N m M 2 3 8 . 3 4 0 k N m 1 9 . 3 2 7M 2 3 8 . 3 4 1 3 5 . 7 0 7 k N 9 . 5 7 2 河南省职业技术学院 9#教学楼设计 45 0 . 2 4 5M 2 3 8 . 3 4 1 0 2 . 6 0 9 k N 9 . 5 7 2 . 8 5 1 3 4 . . 6 9 2 1 1 5 . 3 5 1 k N m . 8 5 1 0 3 . 6 4 8 8 7 . 2 1 7 k N m 表 8横向框架 A 柱柱端组合弯矩设计值调整表 柱号 层次层次 调后 调后 1层 左震 震 层 左震 震 层 左震 震 层 左震 震 层 左震 震 层 左震 0 震 0 8横向框架 B 柱柱端组合弯矩设计值调整表 柱号 层次层次 调后 调后 B 柱 6层 左震 0 震 0 层 左震 震 层 左震 震 层 左 震 震 层 左震 震 层 左震 震 南省职业技术学院 9#教学楼设计 46 9 截面设计 架梁截面设计 梁设计内力的选择 梁利用弯矩与剪力进行截面设计，具体来说，利用弯矩设计纵向钢筋，利用剪力设计箍筋。所以弯矩与剪力不需取同一组工况的内力。分别取最大值为设计内力即可。具体设计内力的选择见下文各个杆件截面设计。 设计思路： 对于边跨梁，首先利用跨中正弯矩设计值，以单筋 T 形截面来配置梁底纵筋 (因为跨中梁顶负筋一般配置较少，以单筋 截面设计带来的误差较小 )；然后根据“跨中梁底纵筋全部锚入支座”的原则确定支座的梁底纵筋，利用支座负弯矩设计值以双筋矩形截面来配置梁顶纵筋。纵筋的截断、锚固以构造要求确定。钢筋采用电渣压力焊接长，所以不考虑钢筋的搭接。然后按高规有关要求配置抗剪箍筋，验算梁抗剪承载力。 设计参数： 梁 混凝土 ： 22 1 . 9 N / m m , f 1 . 2 7 N / m m)； 纵筋： 2f 2 7 0 N / m m)； 箍筋： 2 7 0 N / m m)； 纵筋保护层厚： a a 3 5 m m 现以底层梁截面设计来说明其计算过程： (1)边跨 跨中截面设计 设计内力： . 8 5M 1 2 0 . 9 7 1 k N m 1 0 2 . 8 2 5 k N m 按 先确定截面几何参数： 0f n fm i , b s , b 1 2 h 3 (9其中： 0l 6900 2 3 0 0 m ； nb s 2 5 0 3 9 0 0 2 5 0 3 9 0 0 m m ； h 1 0 0 6 0 0 3 5 ) 0 . 1 8 0 . 1 ，不需考虑2h ； 所以： 2 3 0 0 m m。 0sh h a 6 0 0 3 5 5 6 5 m m 1 c f f 0 ff b h h h 2 1 . 0 1 4 . 3 2 3 0 0 1 0 0 5 6 5 1 0 0 2 1 4 0 9 . 5 5 5 k N m 1 0 2 . 8 2 5 k N m 河南省职业技术学院 9#教学楼设计 47 属于第类 6s 22s c f 0M 1 0 2 . 8 2 5 1 0 0 . 0 1 21 . 0 1 1 . 9 2 3 0 0 5 6 5f b h 2 1 1 2 0 . 0 1 2 0 . 0 1 2 0 . 5 5 (满足 )。 21 c f b h 0 . 0 1 2 1 . 0 1 1 . 9 2 3 0 0 4 6 5A 6 2 5 . 7 6 7 m 0 0 实配钢筋： 3 20 22 4 1 m m 6 2 5 . 7 6 7 m m(满足 )。 tm i 2 , 4 5 0 . 2 1 5 %f . 6 6 % 0 . 2 1 5 % (满足 ) 支座处正筋配置 设计内力： M 1 1 9 8 k N m 抗震调整 : 0 . 8 5 1 1 9 . 8 7 8 1 0 1 . 8 9 6 k N m 6s 22s c f 0M 1 0 1 . 8 9 6 1 0 0 . 0 1 21 . 0 1 1 . 9 2 3 0 0 5 6 5f b h 2 1 1 2 0 . 0 1 2 0 . 0 1 2 0 . 5 5 (满足 ) 221 c f b h 0 . 0 1 2 1 . 0 1 1 . 9 2 3 0 0 5 6 5A 6 3 0 . 7 7 9 m m 7 6 0 m 0 0 所以，将跨中处的 2 22 直通支座，满足要求！可知，可以直接取跨内弯矩最大值进行设计。 支座处负筋配置 设计内力： . 8 5M 2 3 1 . 5 7 9 k N m 1 9 6 . 8 4 2 k N m h a 6 0 0 3 5 5 6 5 m m 已知支座负弯矩作用下，受压钢筋为 2 20( 2 2 8 m m) 6y s 0 21 c oM f A ( h a ) 1 9 9 . 0 8 9 1 0 3 0 0 9 4 1 ( 5 6 5 3 5 ) 0 . 0 5 2f b h 1 . 0 1 1 . 9 2 5 0 5 6 5 2 1 1 2 0 . 0 5 2 0 . 0 5 3 0 . 1 2 4h 说明余，且达不到屈服，可近似取： 河南省职业技术学院 9#教学楼设计 48 6 2 9 6 . 8 4 2 1 0A 1