大学图书馆钢筋混凝土全现浇框架结构体系设计方案.doc

大学图书馆钢筋混凝土全现浇框架结构体系设计方案1建筑设计部分1.1工程概况 本毕业设计题目是图书馆建筑结构设计，该图书馆的总建筑面积大约是5971.5平方米，共五层，建筑高度为20.500米。本建筑采用钢筋混凝土全现浇框架结构体系。基础采用柱下独立基础。1.2设计依据1.依据大连大学土木工程专业毕业设计任务书。2.建筑结构荷载规范3.混凝土结构设计规范4.建筑抗震设计规范5.建筑地基基础设计规范及有关授课教材、建筑设计资料集、建筑结构构造上资料集等相关资料。1.3标高及建筑细部作法(1) 屋面( 不上人屋面)SBS型改性防水卷材冷底子油一道30mm厚1:3水泥砂浆找平层煤渣找坡层2%（最薄处15mm厚）平均厚度81mm20mm厚1:3水泥砂浆找平层80mm厚苯板保温层20mm厚1:3水泥砂浆找平层120mm厚钢筋混凝土板20mm厚混合砂浆板下抹灰刮大白二遍(2) 楼面：大理石板15mm水泥砂浆找平层120mm厚钢筋混凝土板20mm厚石灰沙浆抹灰刮大白二遍(3) 建筑材料选用： 墙：普通粘土空心砖 窗:采用塑钢窗1.4建筑设计图纸（1）建筑设计说明（2）首层平面图（3）三四层平面图（4）顶层平面图（5）1-1剖面图、2-2剖面图、墙身节点详图（6）南立面图、节点详图（7）北立面图、东立面图（8）楼梯详图详见建筑施工图2结构设计部分2.1气象条件：雪荷载0.50KN/m2，基本风压：0.55KN/m2.2.2工程地质条件： 根据地质勘探结果,给定地质情况如下: 粉质粘土层中，该地区地层的承载力足够高,地下水位足够低, 地下水对一般建筑材料无侵蚀作用,不考虑土的液化。图2-1 地层分布2.3 基础型式及持力层：本工程采用柱下独立基础；基础持力层位于第2层粉质粘土，地基承载力特征值fak=196KPa。2.4 建筑场地类别：类场地土。2.5 材料情况： 非承重空心砖MU5；砂浆等级为M5；混凝土：C30（基础）、C30（梁、板、柱、楼梯）纵向受力钢筋：HRB400级；箍筋：HPB235级钢筋2.6 抗震设防要求：设防基本烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.10g。2.7 结构体系：现浇钢筋混凝土框架结构。2.8 施工：梁、板、柱均现浇。3结构计算3.1结构平面简图见图：3.2材料情况非承重空心砖MU5；砂浆等级为M5；混凝土：C30（基础）、C30（梁、板、柱、楼梯）：纵向受力钢筋：HRB400级；箍筋：HPB235级钢筋。3.3截面尺寸选取3.3.1 框架柱：根据轴压比公式初步估定柱截面尺寸：Nc/fcbh0.9（三级框架）（框架柱的负荷面积内每平米按14 KN/m2初估）选定柱截面尺寸： bc1hc1=600mm600mm3.3.2 框架梁： h =（1/8-1/14）L b =（1/2-1/3） h 主梁： L=7500mm， 取 h = 600mm b = 300mm主梁： L=6600mm， 取 h = 600mm b = 300mm次梁： L=6600mm， 取 h = 500mm b = 250mm3.3.3 连续板 ：h=l/401/45L（短跨方向）边 跨：h=100mm中 跨：h=100mm3.4荷载汇集3.4.1 屋面：（1） 恒载：SBS防水卷材 0.3 KN/m230mm水泥砂浆坐浆找平层 0.6 KN/m2煤渣混凝土找坡层2% 1.134 KN/m220mm厚1：3水泥砂浆找平 0.4 KN/m280mm厚苯板保温层 0.01 KN/m220mm厚1：3水泥砂浆找平 0.4 KN/m2120mm厚混凝土屋面板 3.0 KN/m220mm厚石灰沙浆抹灰 0.34 KN/m2 = 5.73 KN/m2（2）活载（不上人屋面）： 0.50 KN/m2 雪载： 0.50 KN/m2 3.4.2 楼面：（1）恒载：大理石板： 0.28 KN/m2 20mm厚水泥砂浆坐浆: 0.4 KN/m220mm厚水泥砂浆找平层： 0.4 KN/m2100mm厚钢筋混凝土板： 2.5 KN/m220mm厚水泥砂浆坐浆找平层： 0.4 KN/m2 刮大白二遍 ： 0.05 KN/m2 = 4.03 KN/m2活载： 走廊： 3.5 KN/m2 阅览室： 2.0 KN/m2楼梯： 3.5 KN/m2厕所： 2.5 KN/m2办公室： 2.5 KN/m2书库： 5.0 KN/m23.4.3 梁： 考虑梁上抹灰，取梁自重26 KN/m3 （1）b1h1=300mm600mm q1=260.60.3=4.68KN/m （2）b2h2=250mm500mm q2=260.50.25=3.25KN/m3.4.4 墙体： （砌体与抹灰之和）（1）外墙：10.30.37=3.81 KN/m2 （2）内墙：10.30.24=2.472 KN/m2（3）抹灰：外墙面外抹灰： 20mm厚水泥砂浆 0.4 KN/m2 外墙面内抹灰及内墙抹灰：20mm厚石灰砂浆 0.34 KN/m2墙总重：外墙： 3.81+0.4+0.34 =4.55 KN/m2 内墙： 2.472+0.342 =3.152 KN/m2 3.4.5 柱子： （考虑柱子抹灰，取柱子自重27 KN/m3）270.60.6 = 9.72 KN/m23.4.6 门、窗： 门：0.2 KN/m2 窗：0.45 KN/m23.5各层重力荷载代表值计算五层： 女儿墙: (7.54+6.64+3+0.6+0.6)2+6.3100.24118=795.74 KN 屋 面： (7.52+0.6)(6.63+3+0.6)2+（6.62+3+0.6）6.355.73=7215.68 KN 主 梁: （300600）：(1510+103+6.628+6.354) 4.68=2296.94 KN 次 梁（250500）：6.6203.25=429 KN 柱 子：3.99.7250=1895.4 KN 窗:( 2.12.412+2.32.412+2.42.428+2.41.72+1.52.417)0.45=155.96 KN 门：（1.52.213+32.22+0.92.22+12.22+0.82.22) 0.2=13.6 KN 外 墙: (22.82+302+6.62+63) (3.9-0.6)( 2.12.412+2.32.412+ 2.42.428+2.41.72)4.55=1380 KN 内 墙: (154+6.69+63)(3.9-0.6)+ 6.63.4129.23.15=1559.75 KN =15742.07 KN活载： 屋面活载：0.5 （15+0.6）（22.8+0.6）2+6.35 （16.2+0.6）=629.64 KN 楼面活载： 走廊： 61.5 （3-0.6）3.5 =516.6 KN 报告厅： 1513.22.0=396 KN 阅览室： 1513.22.0 + 56.36.62.0=811.8 KN 楼梯： 6.63.63.52=166.32 KN 厕 所： 6.63.92.52=128.7 KN 办公室： 32.76.62.0=431.64 KN 书库： 3.86.65.0=455.4 KN = 2906.46 KN四层 ： 楼 面： (7.52+0.6)(6.63+3+0.6)2+（6.62+3+0.6）6.354.03=5074.9 KN 主 梁: （300600）：(1510+103+6.628+6.354) 4.68=2296.94 KN 次 梁（250500）：6.6203.25=429 KN 柱 子：3.99.7250=1895.4 KN 窗:( 2.12.412+2.32.412+2.42.428+2.41.72+1.52.422)0.45=164.06 KN 门：（1.52.210+32.22+0.92.22+0.82.22) 0.2=10.74 KN 外 墙: (22.82+302+6.62+63) (3.9-0.6)( 2.12.412+2.32.412+ 2.42.428+2.41.72)4.55=1380 KN 内 墙: (154+6.66+63)(3.9-0.6) 132.93.15=1271.59 KN =12522.63 KN 楼面活载： 走廊： 61.5 （3-0.6）3.5 =516.6 KN 阅览室：( 1513.2 2+ 6.656.3)2.0=1207.8 KN 楼梯： 6.63.63.52=166.32 KN 厕所：6.63.92.52=128.7 KN 书库：(7.52 +56.3)6.6 5.0=1534.5 KN = 3553.92 KN二，三层 恒载 : 同四层 = 12522.63 KN二，三层 活载 : 同四层 = 3553.92 KN一层 ： 楼 面： (7.52+0.6)(6.63+3+0.6)2+（6.62+3+0.6）6.354.03=5074.9 KN 主 梁: （300600）：(1510+103+6.628+6.354) 4.68=2296.94 KN 次 梁：（250500）：6.6203.25=429 KN 柱 子：3.99.7250=1895.4 KN 窗:( 2.12.412+2.32.412+2.42.424)0.45=119.23 KN 门:(1.52.24+32.22+0.92.22+12.27+2.8534+2.51.82) 0.2=17.79 KN 外 墙: (60+22.82+6.62+63) (3.9-0.6) ( 119.23+2.51.82 +2.8532)4.55 =2068.48 KN 内 墙:(154+6.610+6.32)(3.9-0.6)+6.63.43（1.52.24+32.22+0.92.22 +12.27）3.15=1508.66 KN =13410.4 KN 楼面活载： 走廊： 6.36.6 7+ 61.5 （3-0.6）3.5 =1535.31 KN 阅览室： 3013.2 2.0=792 KN 楼梯： 6.63.63.52=166.32 KN 厕所： 6.63.92.52=128.7 KN 办公室： (156.6 +6.36.62)2.0=364.32 KN = 2986.65 KN结构重力荷载代表值: Gi= Gi+0.5Q G5 = 15742.07+0.52906.46= 17195.3 KN G4 = 12522.63+0.53553.92=14299.59 KN G3 = G4 = 14299.59 KN G2 = G3 = 14299.59 KN G1 =13410.4 +0.5 2986.65 =14903.73 KNG= G5+G4+G3+G2+G1= 74997.8 KN 4水平地震作用下的框架内力分析4.1梁线刚度 在计算梁线刚度时，考虑楼板对梁刚度的有利影响，即板作为翼缘工作。在工程上，为简化计算，通常梁均先按矩形截面计算某惯性矩I0，然后乘以增大系数。中框架梁I=2.0I0 边框架梁I=1.5I0梁采用C30混凝土，EC=3107 KN/m2 Ic=1/12bh（m4）表4-1 梁的线刚度bhm2LI0=bh3/1210-3 m4边框架梁中框架梁Ib=1.5I010-3 m4Kb=EI/L104KN.m4I=2.0I010-3m4Kb =EI/L104KN.m40.250.56.62.603.901.775.22.360.30.67.55.408.103.2410.804.320.30.66.35.408.103.8610.805.140.30.63.05.408.108.1010.8010.800.30.66.65.408.103.6810.804.914.2柱的线刚度 柱子采用C30混凝土 Ec=3.0107 kN/m 首层高度5.4m 2-5层高度3.9m 柱子截面采用： 600mm600mm一般层： = D=首层： = D=表4-2 柱的线刚度层数层高m 柱号根数bhmmKc=EcIc /H104KN.m12/h1/m DD楼层Di104KN/m 2-5 3.9Z160.60.68.310.4430.1810.791.1887.128111.41Z261.4170.4152.72416.344Z3161.8900.4863.19151.049Z4160.5910.2281.49723.952Z521.1820.3712.4364.872Z640.8860.3072.0158.0601 5.4Z160.60.6 6.00.6130.4260.411.0486.288 68.598Z261.9630.6211.5289.166Z3162.6180.6751.66126.568Z4160.8180.4681.15118.420Z521.6370.5881.4462.892Z641.2270.5351.3165.264图4-1 梁柱的线刚度4.3自振周期计算 采用能量法计算层数楼层重力荷载代表值Gi（KN）楼层剪力Vi=Gi（KN）侧移刚度Di（KN/m）层间侧移i=Vi/Di(m)楼层侧移i=i(m)GiiGii517195.30 17195.3011141000.0150.24742471049414299.5931494.8911141000.0280.2323318770314299.5945794.4811141000.0410.2042917595214299.5960094.0711141000.0540.1632331380114903.7374997.806859800.1090.109162517774997.80 144382971表4-3 侧移刚度4.3.1 计算T1及1:;T1=20.65=0.59(s)场地为类，设计地震分组第一组，查得Tg=0.35s，因为T11.4Tg=0.49 ,所以n=0.08T1+0.01=0.057而 =0.08（多遇地震）=0.50（罕遇地震） 又因为：Tg T1 5 Tg ，所以=（Tg/ T1)0.9 =（0.35/0.59）0.90.08=0.054.3.2 水平地震作用（底部剪力法）=0.8574997.8=63748.13 KN FEK=1Geq=0.0563748.13=3187.41 KNFi= FEK（1-n）（计算见下表）=2114904+17.114300+13.214300+9.314300+5.417195=972117 KN.m质点Hi(m)Gi(KN)FEK(KN)nFn(KN)Fi(KN)Vi(KN)521149043187.410.057181.681020.371020.37417.114300797.201817.57313.214300615.382432.9529.314300433.572866.5215.417195302.713169.23表4-4 水平地震剪力4.3.3 水平地震作用下的层间位移和顶点位移计算：（见下表）表4-5 水平地震作用下的层间位移和顶点位移层次Vi(KN)Hi(m)Di104(KN/m)uei=Vi/di10-4 (M)uei/ hi51020.3721111.419.161/2292641817.5717.1111.4116.311/1048432432.9513.2111.4121.841/604422866.529.3111.4125.731/361413169.235.468.59846.201/1169 满足规范规定的弹性要求。4.3.4 剪力图（KN） 图4-2 剪力图4.3.5 水平地震作用下框架柱剪力和柱端弯矩（D值法）反弯点到柱下端结点的距离，即反弯点高度。标准反弯点高度比。上下横粱线刚度比对标准反弯点高度比的修正系数。上层层高变化修正值。下层层高变化修正值。根据框架总层数，该柱所在层数和梁柱线刚度比查表得表4-6 中框架边柱层h(m)y0y1y2y3y53.90.590.30.0000.0000.0000.343.90.590.40.0000.0000.0000.433.90.590.450.0000.0000.0000.4523.90.590.500.0000.0000.0000.5015.40.820.650.0000.0000.0000.65表4-7 中框架中柱层h(m)y0y1y2y3y53.91.890.390.0000.0000.0000.3943.91.890.450.0000.0000.0000.4533.91.890.490.0000.0000.0000.4923.91.890.500.0000.0000.0000.5015.42.620.590.0000.0000.0000.59表4-8 中框架边柱层H(m)Di(KN/m)D(KN/m)D/DiVi(KN)Vik(KN)M下（KNm）M上(KNm)53.91114100149700.01341020.2313.670.315.9937.3243.91114100149700.01341817.5724.360.438.0057.0033.91114100149700.01342432.9532.600.4557.2169.9323.91114100149700.01342866.5238.410.574.9074.9015.4685980115100.01683169.2353.240.65186.87100.62表4-9 中框架中柱层H(m)Di(KN/m)D(KN/m)D/DiVi(KN)Vik(KN)M下（KNm）M上(KNm)53.91114100319100.02681020.2327.340.3941.5865.0443.91114100319100.02681817.5748.710.4585.49104.4833.91114100319100.02682432.9565.200.49124.60129.6823.91114100319100.02682866.5276.820.5149.80149.8015.4685980166100.02423169.2376.700.59244.37169.81注： 柱上端弯矩：MC上=Vij(1-y)h ； 柱下端弯矩：MC下= Vij y h ；4.3.6 水平地震作用下的梁端剪力和柱轴力标准值：层次6/E,6/B轴6/D,6/C轴MC上MC下MDEMC上MC下M537.3215.9937.3265.0441.5865.04457.0038.0072.99104.4885.49146.06369.9357.21107.93129.68124.60215.17274.9074.90132.11149.80149.80274.501100.62186.87175.52169.81244.37319.61表4-10 柱的弯矩层次6/E 6/D跨梁端剪力6/C 6/D跨梁端剪力6/C 6/B跨梁端剪力MEDMDEMDCMCDMCBMBC537.3220.338.7344.7144.7129.8120.3337.328.73472.9945.6517.98100.41100.4166.9445.6572.9917.983107.9367.2526.54147.92147.9298.6167.25107.9326.542132.1185.7933.02188.71188.71125.8185.79132.1133.021175.5299.8941.73219.72219.72146.4899.89175.5241.73表4-11 梁的弯矩4.3.7 水平地震作用下的框架内力图如下： 图4-3 水平地震作用下的框架内力5水平风载作用下的框架内力分析5.1水平风荷载的计算基本风压 0.55KN/m ；风载体形变化系数：按C类地区查表：表5-1 风载体形变化系数离地高度5101520z0.740.740.740.84 风震系数：由于房屋高度未超过30m，所以z=1.0层HszW0WkFWkVi5 20.00.8+0.50.840.550.6014.7414.74416.10.760.5413.2728.01312.20.740.5313.0241.0328.30.740.5313.0254.0514.40.740.5313.8667.91表5-2 风震系数图5-1 水平风载作用下的层间剪力5.2 水平风载作用下框架柱剪力和柱弯矩表5-3 边柱（中框）层次H(m)Di(KN/m)D(KN/m)D/DiVi(KN)Vik(KN)M下（KNm）M上(KNm)53.91114100149700.013414.740.1980.2950.230.5443.91114100149700.013428.010.3750.350.590.8833.91114100149700.013441.030.5500.4450.951.1923.91114100149700.013454.050.7240.51.411.4115.4685980115100.016867.911.1410.7054.341.82表5-4 中柱（中框）层次H(m)Di(KN/m)D(KN/m)D/DiVi(KN)Vik(KN)M下（KNm）M上(KNm)53.91114100319100.026814.740.3950.390.600.9443.91114100319100.026828.010.7510.451.321.6133.91114100319100.026841.031.1000.492.102.1923.91114100319100.026854.051.4490.52.832.8315.4685980166100.024267.911.6430.564.973.90注：（1） ;（2）;（3）5.3水平风载作用下梁端弯矩表5-5 水平风载作用下梁端弯矩层次6/B轴6/C轴MC上MC下MDEMC上MC下M50.540.230.540.940.600.9440.880.591.111.611.322.2131.190.951.782.192.103.5121.411.412.362.832.834.9311.824.343.233.904.976.735.4 水平风载作用下的梁端剪力和柱轴力标准值层次6/E 6/D跨梁端剪力6/C 6/D跨梁端剪力6/C 6/B跨梁端剪力MEDMDEMDCMCDMCBMBC50.540.290.130.650.650.430.290.540.1341.110.690.271.521.521.010.691.110.2731.781.100.442.412.411.611.101.780.4422.361.540.593.393.392.261.542.360.5913.232.100.814.634.633.092.103.230.81表5-6 水平风载作用下的梁端剪力和柱轴力5.5水平风载作用下的框架内力图如下：图5-2 水平风载作用下的框架内力图6框架在竖向荷载作用下的内力分析6.1框架计算简图图6-1 计算简图6.2竖向荷载计算6.2.1 恒载：（1） 屋面梁上线荷载标准值：梁自重： 边跨梁（300600）： 0. 60.326=4.68 KN/m屋面板荷载：屋面板边跨为3.15m6.6m，属于双向板。对所计算的框架梁传递三角形荷载。折算系数：边跨：1=3150/66000.5=0.239 1-22+3=0.9屋面梁上线荷载标准值为：边跨：gmax=4.68+5.733.15=22.73 KN/m gmin=4.68 KN/m G1 =18.050.9+ 4.68 =20.92 KN/m中跨：gmax=4.68+5.733.00=21.87 KN/m gmin=4.68 KN/m G2=17.190.625+ 4.68 =15.42 KN/m图6-2 恒荷载楼层布置（2） 楼面梁上线荷载标准值： 边跨：gmax=4.68+4.033.15=17.37 KN/m gmin=4.68 KN/m G1 =12.690.9+ 4.68=16.11 KN/m中跨：gmax=4.68+4.033.00=16.77 KN/m gmin=4.68 KN/m G2=12.090.625+ 4.68 =12.24 KN/m活载： 屋面：边跨：Q1=0.90.53.15=1.42 KN/m 中跨：Q2=0.6250.53.0=0.94KN/m 楼面：边跨：Q1=0.92.03.15=5.67 KN/m 中跨：Q2=0.6252.03.0=3.75 KN/m图6-3 活荷载楼层布置6.3梁固端弯矩均布荷载Mab=-1/12QL2 Mba=1/12QL2 荷载部位跨度m边跨荷载KN/m固端弯矩KN.m中跨荷载KN/m固端弯矩KN.m左右左右恒载56.620.92 -75.9475.9415.42-11.5711.571-46.616.11 -58.4858.4812.24-9,189,18活载56.61.42-5.155.150.94-0.710.711-46.65.67-20.5820.583.75-2.812.81表6-1 梁固端弯矩6.4内力分配系数计算 由于除底层柱是固定端外，其他各层柱都是相互弹性连接，为减少误差，除底层柱外，其他各层柱都乘以0.9的折减系数。表6-2 转动刚度S及相对转动刚度计算构件名称转动刚度S（KNm）相对转动刚度框架梁边跨1.000中跨 1.174框架柱25层2.0331层1.630 分配系数计算：表6-3 各杆件分配系数节点层次()()边节点52.033+1.000=3.0330.3300.67041.0+2.033+2.033=5.0660.1980.4010.40131.0+2.033+2.033=5.0660.1980.4010.40121.0+2.033+2.033=5.0660.1980.4010.40111+2.033+1.630=4.6630.2140.4360.350 中间节点51+1.174+2.033=4.2070.2380.2790.48341+1.174+2.033+2.033=6.2400.1600.1880.3260.32631+1.174+2.033+2.033=6.2400.1600.1880.3260.32621+1.174+2.033+2.033=6.2400.1600.1880.3260.32611+1.174+2.033+1.630=5.8370.1710.2010.3490.2796.5弯矩分配与传递图6-4 恒载作用下弯矩分配图6-5 活载作用下弯矩分配图6-6 恒载作用下弯矩图图6-7 活载作用下弯矩图图6-8 恒载作用下剪力图图6-9 活载作用下剪力图图6-10 恒载作用下轴力图图6-11 活载作用下轴力图6.5.1 恒载作用下的弯距：梁端M=0.9M 中部M=M+1/2(M左+M右)-(M左+M右)楼层E-D 跨左端中间右端MMMMMM557.0151.3149.7456.1671.3264.19450.4445.4034.5939.9055.8350.25350.4445.4034.5939.9055.8350.25250.4445.4034.5939.9055.8350.25149.7044.7335.0440.3155.6650.09楼层D-C 跨左端中间右端MMMMMM533.4530.1116.1019.4533.4530.11419.6317.675.867.8219.6317.67319.6317.675.867.8219.6317.67219.6317.675.867.8219.6317.67120.4518.416.688.7320.4518.41表6-4 恒载作用下的弯距注: 1、M为调幅后的弯距。2、弯矩符号顺时针为正6.5.2 活载作用下的弯距：楼层E-D跨左端中间右端MMMMMM53.783.403.393.824.824.34417.7816.0012.1914.0619.5817.62317.7816.0012.1914.0619.5817.62217.7816.0012.1914.0619.5817.62117.5215.7712.2214.0919.7817.80楼层D-C跨左端中间右端MMMMMM52.222.001.181.402.222.0046.565.902.343.006.565.9036.565.902.343.006.565.9026.565.902.343.006.565.9016.926.232.703.396.926.23表6-5 活载作用下的弯距注: 1、M为调幅后的弯距。2、弯矩符号顺时针为正6.6梁端剪力6.6.1 恒载作用下梁端剪力: 均布荷载下: 部位层次q(KN/m)L(m)M(KN.M)(KN)(KN)(KN)(KN)边跨520.926.614.3166.8771.2067.0870.99416.116.65.3952.3553.9852.4353.90316.116.65.3952.3553.9852.4353.90216.116.65.3952.3553.9852.4353.90116.116.65.9652.2654.0752.3553.98中跨515.423.0023.1323.1323.1323.13412.243.0018.3618.3618.3618.36312.243.0018.3618.3618