江苏省镇江市某中学1号学生宿舍楼结构设计.doc

江苏省镇江市某中学1号学生宿舍楼结构设计1 工程概况1.1 工程总体概况建筑地点：江苏省镇江市建筑类型：四层宿舍楼，框架结构建筑介绍：建筑面积约3500m2，建筑总高为13.8m，主体结构体系为4层框架结构，主体结构的安全等级为二级，建筑耐久年限为50年。抗震设防烈度为7度。1.2 工程设计资料1.2.1 地质条件第层 素填土：该层分布于场地地表，层厚约0.5米。灰褐色，松散，稍湿，高压缩性。成分以细砂、砾石为主，承载力特征值为90kPa。第层 粘土： 该层分布广泛，层厚4.00米。灰白、灰黄、灰褐色，可塑，湿，中等韧性，无光泽，承载力特征值为180kPa。第层 粗砂混圆砾：层厚5.006.00米。灰褐色，中密，饱和，混圆砾，中等压缩性。圆砾含量约20-40%不等，分布不均，砾径多为1-3cm，局部较密集，砾间充填灰黄色粗砂。承载力特征值为200kPa。地下水：按照建筑场地的岩土工程勘察报告，建筑场地的地下水对混凝土结构无腐蚀性。1.2.2 气象条件风压：0.4kN/m2 雪压：0.35kN/ m2。1.2.3 地震资料所在地镇江，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第一组。抗震等级为三级。1.2.4 荷载条件参考建筑结构荷载规范GB50009-20121.3 材料使用混凝土：梁板柱均使用C30。墙体：a. 外纵墙采用200厚灰砂砖（18kN/m3），两侧墙体为20mm厚抹灰（17kN/ m3） b. 内墙采用200厚加气混凝土砌块（4.5kN/ m2），两侧均为20mm厚抹灰。c.卫生间隔墙采用200厚加气混凝土砌块（4.5kN/ m2），两侧均贴瓷砖（0.5kN/ m2）。 c. 女儿墙采用200mm厚加气混凝土砌块（4.5kN/ m2），两侧均为20mm厚抹灰，墙高1100mm。窗：均为铝合金窗（0.35kN/ m2）门：大门为玻璃门（0.45kN/ m2），其他均为木门（0.2kN/ m2）52 结构选型和布置2.1 确定结构体系、柱网与层高2.1.1 柱网与层高本教学楼采用7.2m的内廊式小柱网，边跨为5.4m，中间跨为2.4m，层高取3.3m。结构平面布置图见图2.1图2.1 结构平面布置图2.2 框架结构的计算简图室内外高差0.6m，基础顶面至室外地坪0.5m，h=0.6+0.5+3.3=4.4m图2.2 横向框架结构的计算简图2.3 梁、柱截面尺寸、板厚的初步确定主体结构共4层，层高均为3.3m，内外墙均为200mm厚，门窗详见门窗表，楼层屋盖均为现浇钢筋混凝土混凝土结构。板厚取120mm：h取120mm3600/40mm2.3.1 梁截面尺寸的估算2.3.1.1 横向框架梁高度h应满足： h AB、CD跨：L=5400mm，则450mm h 675mm，取h=600mmBC跨：L=2400mm，则200mm h 300mm，取h=300mm宽度b应满足： b AB、CD跨：200mm b 1.4Tg = 1.4 0.35 = 0.49 s上式中，对于民用建筑取=0.60.8，本设计取=0.7；对于类场地土近似取特征周期值Tg =0.35s 横向水平地震作用的计算根据建筑抗震设计规范（GB500112010）第5.1.2条规定，对于高度不超过40米，以剪切变形为主，且质量和刚度沿着高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可以采用底部剪力法等简化方法计算抗震作用。因此本框架采用底部剪力法计算抗震作用。在类场地，7度设防区，设计地震分组为第一组情况下，由建筑抗震设计规范（GB500112010）表5.1.41和表5.1.42可查得：结构的特征周期Tg和水平地震影响系数最大值为：Tg =0.45s，=0.08则，结构结构等效总重力荷载：。T1 1.4Tg = 1.4 0.35 = 0.49 s，故需考虑框架顶部附加集中力作用。对于多层钢筋混凝土房屋，顶部附加地震作用系数可以按照特征周期Tg及结构的基本周期T1来确定，当Tg=0.30.4s时，框架横向水平地震作用标准值为：结构底部：故附加的集中水平地震作用为：各楼层的地震作用和地震剪力标准值计算见表4.5表4.5 楼层地震作用和地震剪力标准值计算表层 次层 高(m)高 度(m)重 量 (kN)()剪力 Vi(kN)43.314.37054.41100878.06513.74697.8833.311.007743.8585182.35433.811131.6923.37.78010.0561677.39314.101445.7914.44.410871.4947834.56243.611689.404.2.2.2 水平地震荷载作用下的结构变形验算根据建筑抗震设计规范（GB500112010）的要求，本结构须进行多遇地震作用下的抗震变形验算，要对结构的变形加以限制，使其层间弹性位移以及结构顶点位移不超过一定的限值。对于砌体填充墙的框架结构，其层间弹性位移限值为，其顶点弹性位移变形限值。表4.6 结构变形计算表层 次层 高(m)剪力 Vi(kN)刚度(kN/m)层间位移=(m)43.3697.8810983280.000641/51560.0057033.31131.6910983280.001031/32040.0050623.31445.7910983280.001321/25000.0040314.41689.406231340.002711/16240.00271由上表可知，结构层间相对位移均小于，故其层间弹性位移满足要求。同时，最大位移发生在第一层，其楼层最大位移与楼层高之比：小于建筑抗震设计规范（GB500112010）第5.5.1条规定的位移极限值=1/550，故结构顶点位移也满足要求。横向框架上的地震作用简图，如下图4.2所示：图4.2 横向框架上的地震作用简图4.2.2.3 水平地震荷载作用下横向框架(KJ-2)内力计算由底部剪力法计算出来的每层的地震剪力，按照每榀框架的刚度比值分配到每榀框架上，而每榀框架的地震剪力按柱的刚度比值分配到每一根柱上，最后以反弯点法求结构的内力。其内力的计算如下： 地震剪力的分配在每层结构中，KJ-2的地震剪力分配系数为：非底层；底层故地震剪力分配如下表：表4.7 地震剪力分配计算表第四层 =697.88 kN0.0993=69.30 kNA柱B柱69.30 =19.6kN69.30 =15.05kN第三层 =1131.69 kN0.0993=112.38 kNA柱B柱112.38= 31.78kN112.38= 24.41kN第二层 =1445.79 kN0.0993=143.57 kNA柱B柱143.57=40.61kN143.57= 31.18kN第一层 =1689.40 kN0.0926=156.44 kNA柱B柱156.44=37.62kN156.44= 40.60kN注：在剪力分配时，D柱与A柱相同，C柱与B柱相同，故表中未列出D柱和C柱的剪力。 柱的反弯点高度计算表4.8 反弯点高度计算表位置系数ABCD第四层m=4n=4h=3.3m1.522.05同B柱同A柱0.3750.425110011001100y0.3750.4251.2381.403第三层m=4n=3h=3.3m1.522.05同B柱同A柱0.450.453110011001100y0.450.4531.4851.495第二层m=4n=2h=3.3m1.522.05同B柱同A柱0.4510.5110011001.331.33-0.0250y0.4260.501.4061.65第一层m=4n=1h=4.4m2.032.74同B柱同A柱0.550.55000.750.750000y0.550.552.422.42注：1、由m、n及查表得到。 2、由及查表得到，；当时，取倒数，即，并且值取负号“”。 3、由及查表得到，。 4、由及查表得到，。 5、；。 柱端弯矩及剪力计算框架第i层j柱分配到的剪力Vij以及该柱上、下端的弯矩和分别按下列各式计算：柱端剪力：柱端弯矩：下端 上端 式中：Dij为i层j柱的侧移刚度；h为该层柱的计算高度，y为框架的反弯点高度比。各层柱端弯矩及剪力计算过程见表4.9。柱端弯矩计算结果如图4.3所示：(C柱和B柱相同，D柱和A柱相同)图4.3 柱端弯矩图（） 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算根据节点平衡，分别按下式计算，计算过程及结果见表4.10和表4.11。；2323金陵科技学院学士学位论文 第4章 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算表4.9 各层柱端弯矩及剪力计算表 （M： V：kN N: kN）层次层间剪力总剪力柱别yh（kN）（kN）()()(kN)(m)4513.74697.88边柱23.241098.328-14.770.3753.3-18.28-30.46中柱30.27-19.230.425-26.97-36.493433.811131.69边柱23.241098.328-23.950.453.3-35.57-43.70中柱30.27-31.190.453-46.64-56.192314.101445.79边柱23.241098.328-30.590.4263.3-43.00-57.94中柱30.27-39.850.50-65.75-65.751243.611689.40边柱13.87623.134-37.600.554.4-90.99-74.49中柱14.97-40.590.55-98.23-80.37注：地震作用下按倒三角分布水平力考虑，根据对称只算A、B轴。金陵科技学院学士学位论文 第4章 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算24表4.10 地震作用下梁端弯矩 （M： V：kN N: kN）层次柱别 () ()节点左右梁线刚度边跨梁端弯矩 M()中跨梁端弯矩M ()地震作用下梁端剪力边跨梁跨中弯矩()左梁右梁左梁右梁4边柱-18.28-30.467200030.46-10.64-1.73中柱-26.97-36.49720002531327.009.49-10.64-7.913边柱-35.57-43.707200061.98-22.87-0.23中柱-46.64-56.19720002531361.5321.63-22.87-18.032边柱-43.00-57.947200093.51-32.72-5.18中柱-65.75-65.75720002531383.1629.23-32.72-24.361边柱-90.99-74.4972000117.49-41.78-9.38中柱-98.23-80.377200025313108.1138.01-41.78-31.68注：柱轴力中的负号表示拉力，当为地震作用的时候，两侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。金陵科技学院学士学位论文 第4章 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算表4.11 地震作用梁剪力、柱轴力计算表（M： V：kN N: kN）层次柱别 () ()地震作用下梁端剪力柱轴力4边柱-18.28-30.46-10.64-10.64中柱-26.97-36.49-10.64-7.912.733边柱-35.57-43.70-22.87-33.51中柱-46.64-56.19-22.87-18.0312.412边柱-43.00-57.94-32.72-66.23中柱-65.75-65.75-32.72-24.3620.771边柱-90.99-74.49-41.78-108.01中柱-98.23-80.37-41.78-31.6830.87 水平地震作用下的框架内力图(左向)框架的弯矩图由柱端弯矩和梁端弯矩可以直接做出，弯矩图画在构件的受拉边，不标正负号，如图4.4。框架的剪力图根据表4.10的计算结果，做出剪力图，如图4.5。框架轴力图即柱轴力图，根据表4.11的计算结果，即可做出柱的轴力图，轴力以柱受压为正，如图4.6。图 4.4 地震作用下框架弯矩图（）图 4.5 地震作用下框架剪力图（）图4.6 地震作用下框架轴力图（）4.3 横向水平风荷载作用下的内力和侧移计算4.3.1 风荷载标准值取平面图2轴线横向框架，其负载宽度为7.2m，则沿高度方向分布的风荷载标准值为：。由荷载规范查得，风载体型系数：迎风面为0.8；背风面为0.5，因结构高度H = 16.6 m30 m（从室外地面算起），取风振系数，本工程为中学宿舍，地面粗糙度属B类，根据各楼层标高处的高度H可以查得相应的风压高度变化系数，各层风荷载计算过程如表4.12所示：表4.12 风荷载标准值计算层次H (m)W0(kN/m2)Wk(kN/m2)A(m2)Pi(kN)41.01.313.21.090.400.56723.7613.7431.01.39.91.00.400.52023.7612.3621.01.36.61.00.400.52023.7612.3611.01.33.30.660.400.34323.768.154.3.2 风荷载作用下的水平位移验算4.3.2.1 框架侧移表4.13 风载作用下框架侧移层次层高hi(m)Pik (kN)Vik (kN)() (mm)总侧移 (mm)43.313.7413.74107.030.1281.16633.312.3626.10107.030.2441.03823.312.3638.46107.030.3590.79413.38.1546.6157.690.4350.4354.3.2.2