房屋建筑课程设计.doc

房屋建筑课程设计 吕鹏举（20110364）第1章 设计资料1.1设计任务1.1.1 工程概况某钢筋混凝土框架结构，功能为办公楼，共6层，层高3.3m，室内外高差为0.6m，基础顶面至室外地面距离0.5m。框架平面柱网布置见图1-1所示，本设计选择只第榀横向框架进行计算。框架梁、柱、屋面板、楼面板全部现浇。图1-1 建筑结构平面布置图（单位：mm)图1-2 第榀框架简图（单位:m)1.2 设计参数1.2.1 设计资料 1.气压条件基本雪压0.7(kN/m2)，基本风压0.3(kN/m2)，地面粗糙度类别为B类。不上人屋面。 2.抗震设防：抗震设防烈度为8度，分区：三组，场地：类。则抗震等级为一级。 3.主要建筑做法：l 构件尺寸根据相关要求确定：l 屋面做法：20mm厚板底抹灰，120mm水泥膨胀珍珠岩保温层找坡，20mm厚水泥砂浆找平层，4mm厚SBS卷材防水层。l 楼面做法：20mm厚板底抹灰，钢筋混凝土板厚120mm，30mm厚水磨石面层。梁柱表面采用20mm厚抹灰。 l 墙体做法：外墙用240mm普通砖砌体，内外层抹灰20mm。内墙用200mm混凝土空心砌块，两侧抹灰20mm。不考虑门窗开洞，内外墙均按满布考虑。 4.荷载取值：钢筋砼容重25，水泥膨胀珍珠岩砂浆15，水泥砂浆容重20，石灰砂浆17，SBS卷材防水层0.3，水磨石自重0.65。恒载分项系数为1.2，活荷载具体见分组，分项系数1.3。 5.材料：梁混凝土强度等级为C30，,，,，柱为C40级混凝土,，。受力钢筋采用HRB335，;箍筋采用HPB300，。1.2.2 构件截面尺寸估算1. 板厚由柱网布置图可知，本设计中的板为双向板，查混凝土结构设计规范（GB50010-2010），现浇钢筋混凝土双向板的最小板厚为80mm。考虑到本设计的荷载，以及模数要求，确定屋面钢筋混凝土板厚取为100mm，楼面取120mm。2. 梁截面尺寸估算 框架梁截面尺寸应考虑实际承受的荷载大小、跨度、抗震设防烈度、混凝土强度等级等因素，一般情况下，框架梁截面高度h可按计算跨度的选取，且不小于400mm，也不宜大于净跨。框架梁的宽度b一般为梁截面高度h的，且不应小于200mm。故本设计选取梁的截面为：1)边跨梁：截面高，取h=600mm，截面宽b=250mm。 2)中跨梁：截面高 ,则取h=400mm，截面宽b=250mm。 3)纵梁：截面高 ，取h=400mm，截面宽b=250mm。 3.柱截面设计框架柱的截面尺寸一般由最小构造、模数、剪跨比、轴压比要求决定。在本设计中剪跨比不起控制作用，可不考虑。查建筑抗震设计规范（GB50011-2010）6.3.5可知，柱截面的宽度和高度不宜小于400mm。截面长边与短边的边长比不宜大于3。查建筑抗震设计规范（GB50011-2010）6.3.6可知，柱轴压比限值为0.75。根据轴压比按下式估算截面尺寸： 式中 柱所需截面面积； 混凝土轴心抗压强度设计值； 框架柱轴压比限值。 柱组合的轴压力设计值： 式中 考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，取1.3； 按简支状态计算的柱的负载面积,本设计中A的值为； 折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近似取，本设计取 验算截面以上楼层层数； 本设计中起控制作用的是底层的中柱 截面尺寸：选取截面尺寸为。第二章 竖向荷载作用下的内力计算 你好2.1 竖向荷载标准值计算2.1.1 恒载标准值计算1. 屋面自重表2-1 屋面自重计算荷载种类重度kN/m3荷载标准值kN/m220mm板底抹灰17100mm钢筋混凝土板25120mm水泥膨胀珍珠岩保温找坡1520mm水泥砂浆找平层204mm SBS卷材防水层0.3小计5.342. 楼面自重表2-2 楼面自重计算荷载种类重度kN/m3荷载标准值kN/m220mm板底抹灰17120mm钢筋混凝土板2530mm水磨石面层0.65小计3.99 3. 墙体自重 表2-3 墙体自重计算层数层高m墙体位置荷载种类重度kN/m3荷载标准值kN/m总荷载标准值kN/m6至2层3.3外墙240mm普通砖砌体1917.292（取17.3）220mm抹灰17内墙200mm砼空心砌块11.810.032（取10.1）220mm抹灰171层4.4外墙240mm普通砖砌体1922.308（取22.4）220mm抹灰17内墙200mm砼空心砌块11.812.628（取12.7）220mm抹灰17 注：在设计过程中，内、外墙均按满布考虑，不考虑门窗以及其他洞口。 4.梁、柱自重表2-4 梁、柱自重计算荷载种类重度kN/m3荷载标准值kN/m柱（500mm500mm）25梁中跨(250mm400mm)边跨(250mm600mm) 2.1.2 活载标准值本设计中，屋面为上人屋面。依建筑结构荷载规范（GB50009-2012）均布活载标准值取；雪荷载标准值取,在计算时不予考虑。本建筑结构用作办公楼，依建筑结构荷载规范（GB50009-2012）均布活载标准值取；由于内部填充墙体可以灵活布置，所以取内部横墙每延米重度的1/3作为楼面活荷载附加值，即。2.2 竖向荷载标准值计算简图本设计中楼板均为双向板。当板上荷载沿双向传递时，从每个区格板的四个角点作45线将板划成4块，每个分快上的恒荷载和活荷载向与之相邻的支承结构上传递，如图2-1所示。图2-1 竖向荷载作用下框架结构双向板支承梁荷载分布 2.2.1 第榀框架恒载标准值计算简图 表2-5 梁上恒载 屋面边跨屋面恒载传到横梁上的均布荷载梁自重均布荷载中跨屋面恒载传到横梁上的均布荷载梁自重均布荷载楼面边跨楼面恒载传到横梁上的均布荷载梁自重均布荷载中跨楼面恒载传到横梁上的均布荷载梁自重均布荷载表2-6 柱节点处恒载屋面处屋面恒载传至柱顶的集中荷载33.65kN纵墙及纵梁传至柱顶的集中荷载屋面恒载传至柱顶的集中荷载52.03kN纵墙及纵梁传至柱顶的集中荷载楼面处楼面恒载传至柱顶的集中荷载118.85kN纵墙及纵梁传至柱顶的集中荷载上层柱自重楼面恒载传至柱顶的集中荷载104.51kN纵墙及纵梁传至柱顶的集中荷载上层柱自重 注：屋（楼）面恒载传至柱顶的集中荷载只包括经纵梁传递至柱顶的荷载 则由表2-5、表2-6的计算结果可得恒载的计算简图如图2-3所示。又图2-3a所示的分布荷载为三角形或者梯形，设计中，一般将三角形荷载和梯形荷载化成等效均布荷载，转化方法见图2-2所示，荷载转化后的等效均布荷载计算简图如图2-3b所示。图2-2 三角形和梯形荷载等效成均布荷载 a b图2-3 a)恒荷载计算简图 b)恒荷载等效荷载图2-3中框架内第一层至第五层受力情况相同。2.2.2 第榀框架活载标准值计算简图表2-5 屋面活载传到横梁上的均布荷载屋面边跨中跨楼面边跨中跨表2-6 屋面活载通过纵向梁载传至柱顶的集中荷载屋面边跨中跨楼面边跨中跨 按照绘制恒载计算简图的方法，绘制得到活载的计算见图如图2-4所示。且框架内第一层至第五层受力情况相同。你好a b图2-4 a)活载载计算简图 b)活荷载等效荷载 2.3 竖向荷载作用下内力计算内力计算时，恒载和活载的内力计算都运用SAP2000进行计算。2.3.1 第榀框架恒载作用下内力计算在运用SAP软件求得恒载作用下弯矩图以后，考虑的调幅系数对梁端弯矩进行处理，处理以后,得到的弯矩图如图2-5a所示,剪力图、轴力图分别如图2-5b、2-5c所示。由于结构对称，且恒载对称分布，则各图中内力关于中轴线左右对称分布。 a)弯矩图（kNm） b)剪力图（kN） c）轴力图（kN)图2-5 竖向恒载作用下内力图2.3.2 第榀框架活载作用下内力计算在运用SAP软件求得活载作用下弯矩图以后，考虑的调幅系数对梁端弯矩进行处理。由于活载是按满荷载分布考虑的，没有考虑不利分布，故在进行调幅处理以后，还需将梁端弯矩以及跨中弯矩乘以放大系数，本设计取放大系数为1.2。则处理以后,得到的弯矩图如图2-6a所示,剪力图、轴力图分别如图2-6b、2-6c所示。由于结构对称，且恒载对称分布，则各图中内力关于中轴线左右对称分布。 a)弯矩图（kNm） b)剪力图（kN） c）轴力图（kN)图2-6 竖向活载作用下内力图第3章 水平荷载作用下的内力计算本设计中水平荷载仅考虑水平地震作用，计算弯矩时采用D值法进行手算，轴力和剪力运用SAP软件计算。3.1 框架刚度计算 3.1.1 梁的刚度的计算计算梁线刚度时考虑楼板的作用，边框架梁取，中框架梁取（为矩形截面梁的截面惯性矩，为混凝土弹性模量）。梁的刚度计算过程见表2-1（本设计计算的第榀框架属于中框架）。表3-1 框架梁的刚度计算3.1.2 柱的刚度的计算在计算得到各柱的线刚度以后，求得每层楼的抗侧刚度，然后再根据结构的抗侧刚度计算每层楼的层间位移，继而求出结构各层的绝对位移，然后可根据公式估算结构的自振周期。此处先计算求得结构的抗侧刚度。 柱的截面； 柱的线刚度计算公式为； 对于底层柱，梁柱线刚度比，对于非底层柱则其梁柱线刚度比； 对于底层柱，考虑梁柱线刚度比值及柱端约束条件对柱抗侧刚度的影响系数，对于非底层柱； 每根柱的抗侧刚度； 则每层楼的抗侧刚度为本层各柱抗侧刚度之和. 结构的刚度计算如表2-2所示。 表3-2 框架柱的刚度计算层数层高柱号柱根数D楼层D6至23.3185.1310.9740.3281.1021.85248.953285.1311.5520.4371.1022.470345.1310.7310.2681.1021.513445.1311.1640.3681.1022.08014.4183.8481.2990.5450.6201.30132.696283.8482.0690.6310.6201.506343.8480.9740.4960.6201.182443.8481.5520.5780.6201.3783.2 各层重力荷载代表值的计算集中于质点的重力荷载代表值为结构和构件自重标准值和各可变荷载组合值之和，自重标准值为与该质点相邻楼层各取一半层高范围内所有构件自重标准值之和。表3-3 计算表荷载种类组合系数项目荷载标准值值kN合计kN恒载1.0梁4629.16板柱墙活载0.5-恒载1.0梁4101.27板柱墙活载0.5-恒载1.0梁2922.69板柱墙活载0.5雪荷载3.3 结构自振周期计算该建筑质量和刚度沿高度分布比较均匀，根据高规的规定，求假想的结构顶点水平位移，即假想把集中在各楼层处的重力荷载代表值作为该楼层水平荷载，求结构顶点的弹性水平位移。具体计算过程见表3-4。表3-4 各层位移计算层数629002900489.535.9240186.5634541007000489.5314.2994180.63934410011100489.5322.6748166.34003410015200489.5331.0502143.66512410019300489.5339.4256112.61501463023930326.9673.189473.1894 1.用顶点位移法计算自振周期求出顶点位移。为考虑非承重墙对结构自振周期的影响，取折减系数。故结构的基本自振周期为2.按能量法计算自振周期取。3.4 多遇水平地震作用标准值计算该建筑房屋总高度为20.9m，且其质量和刚度沿高度分布比较均匀，按建筑抗震设计规范规定，可以采用底部剪力法进行计算。该建筑不考虑竖向地震作用。 根据建筑抗震设计规范中地震影响系数的曲线，设防烈度为8度，设计地震分组为第三组，类场地时：，。由于，地震影响系数按下式计算： 式中曲线下降段的衰减指数，取0.9；阻尼比调整系数，取1；结构自振周期；特征周期；地震影响系数最大值。 由于,故可以不考虑顶点附加作用，即取。结构总水平地震作用效应标准值为:各楼层水平地震作用标准值计算公式为 式中质点的水平地震作用标准值； 集中于质点的重力荷载代表值； 质点的计算高度 顶点附加作用系数，本设计中。 图3-1 则各楼层水平地震作用标准值计算如表3-5中所示，计算结果如图3-1所示。各楼层计算剪力和楼层层间弹性位移计算过程见表3-5。表3-5 多遇地震下楼层剪力及楼层弹性位移计算层数（kN)(m）(m）（kN)（kN)(kN/mm）(mm）629003.320.9608.208608.208489.531.24240.0003765541003.317.6724.1091332.317489.532.72160.0008247441003.314.3588.3391920.656489.533.92350.0011889341003.311452.5682373.224489.534.84800.0014691241003.37.7316.7982690.022489.535.49510.0016652146304.44.4204.4282894.450326.967.85260.001785 根据建筑抗震设计规范的要求，验算框架层间位移，均满足小于的要求。3.5 水平地震作用下内力计算本设计取第榀框架进行计算。利用D值法计算梁端和柱端弯矩。3.5.1 计算反弯点高度比 根据框架总层数、所在楼层以及梁柱线刚度比查高层建筑结构设计原理表3.6、3.7查出。由于上下层梁线刚度相同，反弯点高度比修正值。 由于上下层层高可能变化，所以反弯点高度比修正值、通过、与值查高层建筑结构设计原理表3.9。其中：， 式中、上层、下层层高。 上层层高大于本层，向上移；反之，向下移。下层层高大于本层，向下移；反之，向上移。于是，框架各层柱经过修正后的反弯点高度可由下式计算得到：计算过程及结果见表3-6.表3-6 各层柱反弯点高度比计算层数边柱中间柱6543213.5.2 柱端弯矩计算柱下端弯矩值的计算公式为：；柱上端弯矩值的计算公式为： 式中柱反弯点高度比； 每层层高； 该柱上分配到的剪力，其计算公式为 式中该柱的抗侧刚度，取值见表3-2； 该层所有柱的抗侧刚度之和，取值见表3-2； 该柱所在层由水平地震作用引起的总剪力，取值见表3-5. 则该结构第二榀框架的弯矩计算见表3-7.表3-7 柱端弯矩计算层次(m)边柱Z1中柱Z2(kN)y(kNm)(kNm)(kN)y(kNm)(kNm)63.30.037823.0100.3526.5849.360.050530.6880.37537.9863.2953.30.037850.4040.4574.8591.480.050567.2240.4599.83122.0143.30.037872.6630.45107.90131.880.050596.9100.475151.91167.9033.30.037889.7840.50148.14148.140.0505119.7450.50197.58197.5823.30.0378101.7690.50167.92167.920.0505135.7290.50223.95223.9514.40.0398115.1720.644326.35180.410.0461133.3200.597350.21236.40 3.5.3 梁端弯矩计算边柱梁按节点平衡得到梁端弯矩；中间节点按线刚度比分配柱端弯矩。中柱梁外侧刚度比分配系数为：0.62798；中柱梁内侧刚度比分配系数为：0.37202。梁端弯矩计算过程见表3-8。 表3-7 梁端弯矩计算层次边跨梁中跨梁(kNm)分配系数(kNm)(kNm)分配系数(kNm)(kNm)分配系数(kNm)649.361.049.3663.290.6279839.7463.290.3720223.555118.061.0118.06159.990.62798100.47159.990.3720259.524206.731.0206.73267.720.62798168.12267.720.3720299.603256.051.0256.05349.480.62798219.47349.480.37202130.012316.061.0316.06421.530.62798264.71421.530.37202156.821348.331.0348.33460.360.62798289.10460.360.37202171.26水平地震作用下结构的轴力和剪力运用SAP软件进行计算。则各内力图如图3-2所示,该结构为对称结构，左右部分受到的弯矩、剪力、轴力（轴力左右大小相同，方向相反）对称分布。 a)弯矩图（kNm） b)剪力图（kN） c）轴力图（kN) 图3-2 水平地震作用下的内力图第4章 框架的内力组合与截面计算你好4.1 内力组合由于是钢筋混凝土全现浇框架结构，所示截面最大内力出现在底层。上部各层配筋与底层一致，本课程设计以第榀框架底层的梁、柱为例，进行抗震内力组合以及后面的截面计算。计算结构对称，现将第榀框架底层边柱编号为,中间柱编号为；将边跨梁编号为，中跨梁编号为(参考图1-2）。表4-1为底层横梁的内力组合计算表，表4-2为底层梁的内力组合计算表。按建筑抗震设计规范规定的承载力极限状态设计表达的一般形式，考虑水平地震作用与重力荷载代表值时,内力组合设计值S可写成,表4-1与4-2中抗震组合S取的是左震与右震中参与时其中绝对者的较大者。 无地震作用时取 （由可变荷载效应控制的组合）或者 （ 由永久荷载效应控制的组合），表4-1与4-2中数据由公式计算得到的值较大。表4-1 底层横梁的内力组合表杆件号截面A1跨中B1左B1跨中右B1内力种类MVMMVMVMMV恒载-26.65-41.7383.98-27.8742.33-5.91-11.9914-5.9111.99活载-35.19-45.78106.58-33.9843.11-7.24-12.3325.24-7.2412.33左震348.32111.660-289.12111.66171.2119.030-171.2-119.03右震-348.32-111.660289.12-111.66-171.2-119.030171.2119.03内力组合恒+活-81.2-114.2249.99-81.02112.09-17.23-31.6552.14-17.2331.65抗震组合左399.72267.614164.724-429.688222.756211.124132.95331.944-233.996-132.953右-505.910-222.702164.724322.024-67.560-233.996-176.52531.944211.124176.525注：“左”即左震参与组合，“右”即右震参与组合；单位:弯矩kNm;剪力kN.表4-2 底层柱的内力组合表杆件号内力种类M上M下NVM上M下NV恒载12.78-6.45-890.85-4.37-10.44.87-913.73.39活载14.02-7.9-348.28-4.8-10.244.95-498.723.45左震-264.83342.06433.19115.2-218.25360.1243.86133.29右震264.83-342.06-433.19-115.2218.25-360.12-43.86-133.29内力组合恒+活|Mmax|34.964-18.8-1556.612-11.964-26.81612.774-1794.6488.898Nmax34.964-18.8-1556.612-11.964-26.81612.774-1794.6488.898Nmin31.273-16.608-1550.928-10.700-24.2811.5245-1732.2158.0265抗震组合|Mmax|258.268-436.696-1841.135-157.884-326.048464.126-1338.654179.415Nmax258.268-436.696-1841.135-157.884288.8-446.498-1452.69-167.139Nmin-210.772411.736-714.841141.636-326.048464.126-1338.654179.415 单位:弯矩kNm;轴力kN;剪力kN.4.2 底层横梁截面计算 4.2.1 边跨梁配筋计算由表4-1可知，边跨梁左端弯矩，；边跨梁右端弯矩，；梁跨中（只有竖向荷载引起的弯矩）。截面尺寸为，C30混凝土，。受力钢筋采用HRB335，;箍筋采用HPB300，。可取，。1. 正截面受弯承载力：（1） 跨中截面： 则，有选取4B25，实配面积，则 最小配筋率为满足要求。受压区高度满足要求。（2） 梁左端支座截面： 梁左端，；将跨中截面两边的受力筋延（4B25，）伸至梁左端，按双筋梁计算受弯承载力 可满足承载梁左端截面弯矩的要求。 抵抗负弯矩，则 则，有选取5B25，实配面积，则 最小配筋率为则满足要求。满足要求。（3） 梁右端支座截面： 边跨梁右端弯矩，； 将跨中截面两边的受力筋延（4B25，）伸至梁左端，按双筋梁计算受弯承载力 可满足承载梁右端截面弯矩的要求。 抵抗负弯矩，则 则，有选取5B25，实配面积，则 最小配筋率为则满足要求。满足要求。2. 受剪承载力计算： 此梁的净跨 （1）重力荷载引起的剪力值： 重力荷载引起的梁内最大剪力为 地震荷载和重力荷载作用组合下跨中最大剪力V=222.76kN。（2）剪力设计值的确定： 顺时针方向 , ，则 逆时针方向 , ，则 顺时针方向的数值相对较大，则 则取。（3） 截面尺寸验算 （4） 梁端加密区箍筋计算 取箍筋为2肢A8钢筋，s=100mm，则 满足要求。（5） 梁非加密区箍筋计算 按重力荷载和地震作用组合剪力V=222.76kN计算：取2肢A8钢筋，。取s=100mm，则 满足要求。 4.2.2 中跨梁配筋计算由表4-1可知，边跨梁左端弯矩，；边跨梁右端弯矩，；梁跨中（仅有竖向荷载弯矩组合）。截面尺寸为，C30混凝土，。受力钢筋采用HRB335，;箍筋采用HPB300，。可取，。1.正截面受弯承载力： （1）跨中截面： 则，有选取2B20，实配面积，则 最小配筋率为满足要求。受压区高度满足要求。 （2）梁左端支座截面： 梁左端，； 将跨中截面两边的受力筋延（2B20，）伸至梁左端，并且加配4B20，则按双筋梁计算受弯承载力 可满足承载梁左端截面弯矩的要求。 抵抗负弯矩，则 则，有选取4B25，实配面积，则 最小配筋率为则满足要求。满足要求。 （3）梁右端支座截面： 边跨梁右端支座截面弯矩，与左端相同，故配筋与左端相同。 2.受剪承载力计算： 此梁的净跨 （1）重力荷载引起的剪力值： 重力荷载引起的梁内最大剪力为 地震荷载和重力荷载作用组合下跨中最大剪力V=176.53kN。（2）剪力设计值的确定： 顺时针方向 ，则 逆时针方向值与逆时针方向相同，则 则取。 （3）截面尺寸验算 （4）梁端加密区箍筋计算 取箍筋为2肢A8钢筋，s=50mm，则 满足要求。 （5）梁非加密区箍筋计算 按重力荷载和地震作用组合剪力V=176.53kN计算：取2肢A8箍筋，取s=100mm，则 满足要求。4.3 底层柱截面计算4.3.1 边柱截面计算（1） 轴压比验算 由表4-2可知，合格。（2） 正截面计算 抗震设计时，柱的配筋应满足强柱弱梁的要求，具体措施是要使同一节点处上、下截面弯矩设计值之和大于左、右梁端截面抗弯承载力。 对于柱顶： 及相应的N：（A） 由表4-2可知，此时N=1841kN. 及相应的M值：（B） 由表4-2可知，；此时 及相应的M值：（C） 由表4-2可知，；此时 对于柱底： 及相应的N：（D） 由表4-2可知，此时, N