六层框架住宅小区结构计算书毕业论文.doc

湖北理工学院 毕业设计(论文）六层框架住宅小区结构计算书毕业论文窗体顶端1 毕业设计（论文）计算书窗体底端窗体顶端窗体底端1 结构设计总则1.1 工程概况 星洲湖畔住宅小区7号多层楼结构设计，该楼采用钢筋混凝土现浇框架结构体系，主体6层，层高3米。全现浇钢筋混凝土板钢筋混凝土板式楼梯。1.2 设计条件 1）气象条件基本风压为0.5KN/m，基本雪压为0.4 KN/m。年最大降雨量12000mm，日最大降雨量260mm。 2）抗震设防建筑物要求按7度设防，设计基本地震加速度为0.05m/ s。 3）工程地质条件建场地土类型中软场地土，类建筑场地，地面粗糙度为B类。 1.3 材料选用1)混凝土：梁、柱、板均使用C30（fc=14.3KN/m2，ft=14.3KN/m2）混凝土。2）钢筋：纵向受力钢筋采用HRB400（fy=fy=360N/mm2),其余均采用HPB300级钢筋(fy=270N/mm2)。3）墙体：内外墙均采用200厚蒸压粉煤灰加气砼砌块。外墙饰面做法见建筑设计总说明。4）窗：均为中空密闭铝合金窗（0.35 KN/m2)。5）门：楼梯入口大门为不锈钢防盗门，入户门为不锈钢电子防盗门，阳台处为塑钢推拉门，其他均为木质门(0.2KN/m2)。2结构布置及计算简图2.1 结构布置结构布置详见施工图，板按双向板计算，板厚取100mm，计算书取轴一榀框架进行计算。2.1.1 框架梁尺寸的确定351）梁截面尺寸的估算主要框架梁取L=3300mmh=(1/81/14)l=(1/81/14) 3300=413mm236mm,取400b=(1/21/3)h=(1/21/3) 400=200mm133mm，取200故框架主梁的截面尺寸为bh=200400 2.1.2 框架柱截面尺寸的确定框架柱截面尺寸根据柱的轴压比限制，柱组合的轴压比设计值按公式21计算： (21)式中：为考虑地震作用组合后柱轴力压力增大系数，本设计取1.3；: 为按照简支状态计算柱的负荷面积；：为折算后在单位面积上的重力荷载代表值，近似取14KN/;: 为验算截面以上楼层层数；表1查得该框架结构在24m以下，抗震等级为三级，其轴压比值UN=0.854 抗震等级分类 表2-1 结构类型烈 度6789框架结构高度/m24242424242424框架四三三二二一一剧场、体育等三二一一 轴压比限值 表2-2结构类型 抗 震 等 级一二三框架结构0.650.750.85边柱和中柱采用同一截面尺寸，柱截面尺寸按公式2-2确定：Ac 1.2N/0.85fc (22)该框架结构的柱的最大负荷面积分别为为3.0m3.3m，可得第1层柱截面面积 Ac 1.2N/0.85fc=1.2（1.33.03.3141036）/（0.8514.3） =106729mm2根据估算结果并综合考虑其他因素，本设计取柱截面的尺寸为300mm400mm ，满足要求。2.2 计算简图的确定、计算单元选取2.2.1 计算简图 取基础顶面到室外地面的距离为0.4m,则第1层的层高为4.0m，计算简图如21 图2-1 横向框架计算简图 图2-2 框架计算单元2.2.2 计算单元 选取中间框架进行计算。由于楼面荷载均匀分布，所以可取两轴线中线之间的长度为计算单元宽度，如图2-2所示。2.3 梁、柱线刚度计算框架梁线刚度 本设计中间框架梁线刚度按式（2-3）计算： (23) 其中IO为按bh的矩形截面梁计算所得的梁截面惯性矩，计算结果见表（2-3）柱线刚度按公式2-4计算： (24) 计算结果见表2-4 梁线刚度（Nmm） 表2-3类别Ec(N/mm2)bh(mm)I0(mm4)l(mm)BC跨梁3.001042004001.0710927002.381010CD跨梁3.001042004001.0710933001.9451010 柱线刚度（Nmm） 表2-4层次层高（mm）bh(mm)Ec(N/mm2)Ic(mm4)2630003004003.001041.6001091.6001010140003004003.001041.6001091.20010103 荷载计算（注：为了计算方便将坡屋顶简化为平屋顶计算）3.1重力荷载计算3.1.1恒载标准值计算 做法参照中南98ZJ001建筑构造用料做法图集 （1）屋面（不上人）（荷载为折算后的结果） 机制平瓦屋面 2025挂瓦条 1:1:4水泥砂浆坐灰 加强顺水条2030中距500用水泥钉固定 3厚SBS或APP改性沥青防水卷材 刷基层处理剂一遍 20厚1:2.5水泥砂浆找平层 干铺100厚水泥珍珠岩板 2.6KN/m2 结构层:100钢筋混凝土板 250.1=2.5KN/m2 顶2:10厚1:1粉刷石膏砂浆 2厚粉刷石膏砂浆 表面喷刷涂料 0.15KN/m2 5.25KN/m2 （2）15层楼面 楼6:12厚水泥石子磨光 素水泥浆结合层一遍 18厚1:3水泥砂浆找平层 素水泥浆结合层一遍 0.65KN/m2 结构层:100钢筋混凝土板 250.1=2.5KN/m2 顶2:10厚1:1粉刷石膏砂浆 2厚粉刷石膏砂浆 表面喷刷涂料 0.15KN/m2 3.3KN/m2（3）梁自重 bh=200mm500mm结构自重： 250.2（0.5-0.1）= 2kN/m两侧抹灰：20mm厚混合砂浆 170.02（0.6-0.1）=0.136kN/m 2.136kN/m bh=200mm400mm结构自重： 250.2（0.4-0.1）=2.5kN/m两侧抹灰：20mm厚混合砂浆 170.02（0.6-0.1）=0.136kN/m 1.636kN/m（4）柱自重 bh=300mm400mm 250.30.4=3kN/m（5）外墙自重 1层外墙： 200mm厚蒸压粉煤灰加气砼砌块 5.50.2=1.1kN/m2 外墙面贴瓷砖 0.5kN/m2 内墙面为20mm厚混合砂浆抹灰 170.02=0.34kN/m2 1.94kN/m2 26层外墙及女儿墙:200mm厚蒸压粉煤灰加气砼砌块 5.50.2=1.1kN/m2外墙面为涂料墙面（包括20mm厚水泥砂浆抹面） 0.45kN/m2内墙面为20mm厚混合砂浆抹灰 170.02=0.34kN/m2 1.89kN/m2（6） 内墙自重 200mm厚蒸压粉煤灰加气砼砌块 5.50.2=1.1kN/m2两侧墙面为20mm厚混合砂浆抹灰 170.022=0.68kN/m2 1.78kN/m23.1.2活载标准值计算（1）屋面活荷载 上人屋面均布活荷载标准值 0.5kN/m2 屋面雪荷载标准值 0.4kN/m2 取两者中较大值： 0.5kN/m2（2）楼面活荷载 楼面活荷载标准值 2.0kN/m23.2 风荷载计算 3.2.1风荷载标准值按式（3-1）计算： （3-1）式中：w0为基本风压，已知w0=0.5kN/m2； z为高度z处的风振系数，取z=1.0； s为风荷载体型系数，查表的s=0.8（迎风面），s=0.5（背风面）； z为风压高度变化系数，地面粗糙度为B类。沿房屋高度分布风荷载标准按式（3-2）计算 q(z)=3.3wk （3-2） 计算结果见表4-1，沿框架结构高度的分布见图3-1（a)。 沿房屋高度分布风荷载标准值 (KN/m2) 表3-1层次z (m)zz q1(z)q2(z)618.61.221.01.6101.007515.61.151.01.5180.949412.61.071.01.4120.88339.61.001.01.320.82526.61.001.01.320.82513.61.001.01.320.825 可按静力等效原理将分布风荷载转换为节点集中荷载，如图3-1（b）。每一层集中荷载Fi(每层层高范围内的水平荷载视为沿高度的均布荷载与三角形荷载)，计算结果如下： （a） (b) 图3-1 框架结构上的风荷载 F6=(1.518+0.949)3.31/2+(1.610-1.518)+(1.007-0.949)3.31/2 2/3 =4.236KN F5=(1.518+0.949+1.412+0.883)3.31/2+(1.610-1.518)+(1.007-0.949) 3.31/21/3+(1.518-1.412)+(1.949-0.883)3.31/22/3 =9.229 KN F4=(1.412+0.883+1.32+0.825)3.31/2+(1.518-1.412)+(0.949-0.883) 3.31/21/3+(1.412-1.32)+(0.883-0.825)3.31/22/3 =7.586 KN F3=(1.32+0.825)23.31/2+(1.412-1.32)+(0.883-0.825)3.31/2 1/3 =7.161 KN F2=F1=(1.32+0.825)23.31/2 =7.079 KN3.3 竖向荷载作用下框架结构荷载计算3.3.1竖向荷载作用下的框架计算简图 恒载作用下框架计算简图如图3-2（a）所示，活载作用下框架计算简图如图3-2 (b)所示，其中： q0为包括梁自重（扣除板自重）和填充墙自重；q1、q2为板自重传给横梁的三角形分布荷载峰值；P1、P2、P3为通过纵梁传给柱的集中荷载；本设计不考虑纵梁传递给柱的集中力矩 （a）横载作用下 （b) 活载作用下图3-2 竖向荷载作用下框架结构计算简图3.3.2 荷载计算 分别计算在恒载和活载作用下，各层梁上竖向荷载标准值，计算结果见表3-2和表3-3。其中q0，q1，q2的量纲为kN/m；P1，P2，P3的量纲为kN； 各层梁上竖向荷载标准值 表3-2层次恒载活载q0q1q2P1P2P3q1q2P1P2P361.6414.1817.3353.8031.3930.701.081.321.122.481.36156.268.9110.8948.4226.1825.585.406.604.469.905.45说明：该表中q1考虑该框架外其他楼板、梁以及墙传递过来的集中荷载3.3.3框架结构侧向刚度计算柱侧向刚度按公式3-3计算： （3-3）式中：ic为框架柱线刚度； h为框架计算高度； c为柱的侧向刚度修正系数。其中，c按表3-3所列公式计算。 柱侧向刚度修正系数c 表3-3位置一般层底层（固接）框架柱侧向刚度D值计算结果见表3-4 各层柱侧向刚度D值（N/mm） 表3-4层次B轴柱C轴柱D轴柱DiDi1Di2Di3261.4880.42791092.7030.575122671.2160.37880642944011.9830.62356073.6040.73265881.6210.5865274174693.2.3风荷载作用下框架结构弹性位移验算Fi由表3-3查得，Vi由公式计算可得。按公式3-4进行侧移验算，验算结果见表3-5。 （3-4）式中，表示层间位移角限值，对框架结构取1/550；h为层高。 风荷载作用下的侧移计算 表3-5层 次654321Fi (kN）4.2369.2297.5867.1617.0797.079Vi (kN)4.23613.46521.05128.21235.29142.37Di (N/mm)294402944029440294402944017469(u)i (mm)0.140.460.720.961.202.43(u)i/hi1/257141/65221/41671/31251/25001/1235由表3-5知各层间侧移角均小于1/550满足要求。3.4水平地震作用计算3.4.1 顶层重力荷载代表值计算（1） 女儿墙的自重标准值 G女儿墙=1.89(3.3+3)=11.91kN（2） 顶层屋面板结构层及构造层自重 G屋面板=5.256.03.3=103.95kN（3） 顶层梁自重标准值 G梁=2.1363.32+1.636（6+3.3）=29.80kN（4） 顶层柱自重标准值 G柱=3.033=27kN.（5） 顶层墙自重标准值 G墙=1.782.65.1+1.7832.6+1.892.5(2.92.5-1.21.52)+1.21.520.35+1.89（32.5-1.81.5）+1.81.50.35 =66.12KN（6） 屋顶雪荷载标准值 Q雪=0.50.4kN/6m3.3m=7.92kN（7） 顶层重力荷载代表值 G顶=11.91+103.95+29.80+27/2+66.12/2+7.92=200.14KN (8)标准层重力荷载代表值Q活=0.523.36=19.8KNG标=3.33.36+29.8+27+66.12+19.8=208.06KN (8)底层重力荷载代表值底层墙自重标准值：G墙=1.783.65.1+1.7833.6+1.942.5(2.9 3.5-1.21.52)+1.21.520.35+1.94（33.5-1.81.5）+1.8 1.50.35=112.64KN G底=3.33.36+29.80+19.8+66.12/2+36/2+112.64/2=222.32KN 各质点重力荷载代表值如图3-3所示 图3-3 质点重力荷载代表值该榀框架的总重力荷载代表值为 200.14+208.064+222.32=1254.7KN3.4.2横向自振周期计算用顶点位移法，按公式3-5计算框架的自振周期。 （3-5）式中：T为基本周期折减系数，考虑填充墙使框架自振周期减小的影响，取0.7； T为框架顶点位移。横向框架顶点位移结算结果见表3-7。其中，为层间相对位移，量纲为m。 横向框架顶点位移 表3-6层次Gi (KN)Gi (kN)Di (kN/m)i (m)6200.14200.14294400.00680.17665208.06408.74294400.01380.16984208.06616.8294400.02100.1563208.06825.4294400.02800.1352208.061033.46294400.03510.1071222.301255.76174690.07190.0719T1=1.70.7=0.50s3.4.3横向地震作用计算抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.05m/s2，类场地，设计地震分组为第一组Tg=0.35s，水平地震影响系数最大值max=0.08，采用底部剪力法计算。由于T1=0.50s1.4Tg=1.40.35=0.49s，因此应考虑顶点附加地震作用。n=0.08T1+0.07=0.080.5+0.07=0.11结构横向总水平地震作用标准值： =61.89kN顶部附加水平地震作用 Fn=nFEK=0.1161.89=6.81KN各质点水平地震作用按公式(3-6)计算。 （3-6）横向水平地震作用下框架层间剪力见表3-7。 横向水平地震作用下层间剪力 表3-7层次hi (m)Hi (m)Gi (kN)GiHiFi (kN)Vi (kN)63.019.0200.143802.660.266614.6821.4953.016.0208.063328.960.233412.8634.3543.013.0208.062704.780.189610.4444.7933.010.0208.062080.60.14598.0452.8323.07.0208.061456.420.10215.6258.4514.04.0222.30889.200.06233.4361.883.4.4水平地震作用下框架侧移验算层间相对弹性转角应满足公式(3-7)，各层横向变形验算见表3-8。 (3-7) 横向变形验算 表3-8层次Vi (kN)Di (kN/m)Vi/Di (m)hi (m)621.49294400.000733.01/4110534.35294400.001173.01/2564444.79294400.001523.01/1974352.83294400.001793.01/1676258.45294400.001993.01/1508161.88174690.003544.01/1130由表3-8可知，各层间弹性相对转角均小于1/550，满足要求。4框架结构内力计算4.1竖向荷载作用下框架内力计算用弯矩二次分配法计算杆端弯矩，首先要计算出杆端弯矩分配系数和杆件固端弯矩。以第一层三个框架节点的杆端弯矩分配系数计算为例，其他层计算结果见表4-1。SB=4(1.2+1.6+2.38)1010=20.721010Nmm/radSC=4(1.2+1.6+2.38+1.945)1010=28.51010Nmm/radSD=4(1.2+1.6+1.945)1010=18.981010Nmm/rad 杆端弯矩分配系数 表4-1层次B节点C节点D节点6/0.4020.5980.402/0.2700.3280.549/0.451250.2870.2870.4260.3160.2130.2130.2580.3780.3110.31110.3090.2320.4590.3340.2250.1680.2730.410.3370.253杆件固端弯矩以第一层BC跨梁和CD跨梁为例说明计算方法，其它层计算过程从略，计算结果见表4-2。恒载作用下BC跨梁的固端弯矩为 =KNmCD跨梁的固端弯矩为 =KNm活载作用下BC跨梁的固端弯矩为 =KNmCD跨梁的固端弯矩为 =KNm梁固端弯矩值 (kNm) 表4-2层次恒载作用下活载作用下BC跨梁CD跨梁BC跨梁CD跨梁66.3811.320.410.75157.1911.862.053.74 恒载作用下框架各节点的弯矩分配以及杆端分配弯矩的传递过程在图4-1中进行。活载作用下框架各节点的弯矩分配以及杆端分配弯矩的传递过程在图4-2中进行。考虑到塑性内力重分布，竖向荷载作用下的梁支座截面弯矩乘以0.85的弯矩调幅系数，对应的梁跨中截面弯矩按平衡条件相应增大，见表4-3。 恒载作用下梁端和跨中弯矩值表 4-3层次BC跨梁CD跨梁M左M中M右M左M中M右6-2.77（-2.35）3.44（4.44）-10.56（-8.98）-12.58（-10.69）8.42（9.85）-6.49（-5.52）5-4.68（-3.99）3.75（4.85）-10.05（-8.54）-13.0（-11.05）7.19（8.87）-9.43（-8.02）4-4.59（-3.90）3.77（4.87）-10.11（-8.59）-12.97（-11.02）7.34（9.00）-9.16（-7.79）3-4.59（-3.90）3.77（4.87）-10.11（-8.59）-12.97（-11.02）7.34（9.00）-9.16（-7.79）2-4.61（-3.92）3.76（4.86）-10.10（-8.59）-12.97（-11.02）7.31（8.98）-9.21（-7.83）1-3.94（-3.35）3.90（4.98）-10.49（-8.92）-12.93（-10.99）7.87（9.45）-8.13（-6.91）注：括号内为调幅后的弯矩值，以使梁的下边受拉为正反之为负。恒载作用下的框架弯矩图见图4-3。上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁左梁上柱下柱0.4020.5980.4020.270.3280.5490.451-6.38 6.38 -11.32 11.32 2.56 3.82 1.99 1.33 1.62 -6.21 -5.11 1.03 1.00 1.91 0.50 -3.11 0.81 -1.85 -0.82 -1.21 0.28 0.19 0.23 0.57 0.47 2.77 -2.77 10.56 2.02 -12.58 6.49 -6.49 0.2870.2870.4260.3160.2130.2130.2580.3780.3110.311-7.19 7.19 -11.86 11.86 2.06 2.06 3.06 1.48 0.99 0.99 1.21 -4.48 -3.69 -3.69 1.28 1.03 0.74 1.53 0.67 0.50 -2.24 0.61 -2.56 -1.85 -0.88 -0.88 -1.29 -0.15 -0.10 -0.10 -0.11 1.44 1.18 1.18 2.46 2.21 -4.68 10.05 1.56 1.39 -13.00 9.43 -5.07 -4.36 0.2870.2870.4260.3160.2130.2130.2580.3780.3110.311-7.19 7.19 -11.86 11.86 2.06 2.06 3.06 1.48 0.99 0.99 1.21 -4.48 -3.69 -3.69 1.03 1.03 0.74 1.53 0.50 0.50 -2.24 0.61 -1.85 -1.85 -0.80 -0.80 -1.20 -0.09 -0.06 -0.06 -0.08 1.17 0.96 0.96 2.29 2.29 -4.59 10.11 1.43 1.43 -12.97 9.16 -4.58 -4.58 0.2870.2870.4260.3160.2130.2130.2580.3780.3110.311-7.19 7.19 -11.86 11.86 2.06 2.06 3.06 1.48 0.99 0.99 1.21 -4.48 -3.69 -3.69 1.03 1.03 0.74 1.53 0.50 0.50 -2.24 0.61 -1.85 -1.85 -0.80 -0.80-1.20 -0.09 -0.06 -0.06 -0.08 1.17 0.96 0.96 2.29 2.29 -4.59 10.11 1.43 1.43 -12.97 9.16 -4.58 -4.58 0.2870.2870.4260.3160.2130.2130.2580.3780.3110.311-7.19 7.19 -11.86 11.86 2.06 2.06 3.06 1.48 0.99 0.99 1.21 -4.48 -3.69 -3.69 1.03 1.11 0.74 1.53 0.50 0.53 -2.24 0.61 -1.85 -2.00 -0.83 -0.83 -1.22 -0.10 -0.07 -0.07 -0.08 1.22 1.01 1.01 2.26 2.34 -4.61 10.10 1.42 1.45 -12.97 9.21 -4.53 -4.68 0.3090.2320.4590.3340.2250.1680.2730.410.3370.253-7.19 7.19 -11.86 11.86 2.22 1.67 3.30 1.56 1.05 0.78 1.28 -4.86 -4.00 -3.00 1.03 0.78 1.65 0.50 -2.43 0.64 -1.85 -0.56 -0.42 -0.83 0.09 0.06 0.05 0.08 0.49 0.41 0.31 2.69 1.25 -3.94 10.49 1.61 0.83 -12.93 8.13 -5.44 -2.69 +0.63 0.42 -1.35 图4-1 恒载作用下框架结构的弯矩二次分配 上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁左梁上柱下柱0.4020.5980.4020.270.3280.5490.451-0.41 0.41 -0.75 0.75 0.16 0.25 0.14 0.09 0.11 -0.41 -0.34 0.30 0.07 0.13 0.18 -0.21 0.06 -0.58 -0.15 -0.22 -0.04 -0.03 -0.03 0.29 0.23 0.31 -0.31 0.64 0.24 -0.88 0.69 -0.69 0.2870.2870.4260.3160.2130.2130.2580.3780.3110.311-2.05 2.05 -3.74 3.74 0.59 0.59 0.87 0.53 0.36 0.36 0.44 -1.42 -1.16 -1.16 0.08 0.30 0.27 0.44 0.05 0.18 -0.71 0.22 -0.17 -0.58 -0.19 -0.19 -0.27 0.01 0.01 0.01 0.01 0.21 0.16 0.16 0.48 0.70 -1.18 3.03 0.42 0.55 -4.00 2.75 -1.17 -1.58 0.2870.2870.4260.3160.2130.2130.2580.3780.3110.311-2.05 2.05 -3.74 3.74 0.59 0.59 0.87 0.53 0.36 0.36 0.44 -1.42 -1.16 -1.16 0.30 0.30 0.27 0.44 0.18 0.18 -0.71 0.22 -0.58 -0.58 -0.25 -0.25 -0.37 -0.03 -0.02 -0.02 -0.02 0.36 0.29 0.29 0.64 0.64 -1.28 2.99 0.52 0.52 -4.03 2.90 -1.45 -1.45 0.2870.2870.4260.3160.2130.2130.2580.3780.3110.311-2.05 2.05 -3.74 3.74 0.59 0.59 0.87 0.53 0.36 0.36 0.44 -1.42 -1.16 -1.16 0.30 0.30 0.27 0.44 0.18 0.18 -0.71 0.22 -0.58 -0.58 -0.25 -0.25 -0.37 -0.03 -0.02 -0.02 -0.02 0.36 0.29 0.29 0.64 0.64 -1.28 2.99 0.52 0.52 -4.03 2.90 -1.45 -1.45 0.2870.2870.4260.3160.2130.2130.2580.3780.3110.311-2.05 2.05 -3