马鞍山市梅山公馆框架住宅楼建筑和结构设计毕业论文.doc

辽宁工程技术大学毕业设计马鞍山市梅山公馆框架住宅楼建筑和结构设计毕业论文1建筑设计1.1 设计资料 1) 工程名称：安徽马鞍山市梅山公馆一框架住宅楼 2) 水文地质资料地下水深：-1.5米，冻土深度：-0.9米。地区为一般粘性土层，下部为砂类土，水 质为无侵蚀性，承载力情况良好承载力待定。抗震设防为7度。 3) 气象资料冬季室外平均温度 3.3C绝对最高温度 41C绝对最低温度 -20.6C全年雨季 68月 年平均降雨量 995.4mm最大降雨量 42.1mm/10min1.2 建筑设计要求1.2.1 使用要求建筑面积:5168左右层数 :地上六层结构形式：框架结构建筑要求：a满足住宅楼的使用要求。b满足设计研发的要求。c考虑建筑与周围环境相适应。1.2.2 平面设计本设计中采用板式。但板式平面短边方向侧向刚度差，当建筑高度较大时，不仅在水平荷载作用侧向变形会加大，还会出现沿房屋长度平面各点变形不一致的情况，在地震作用下，长度大的楼板在楼板平面内既扭转有扭曲，为了避免楼板变形带来的复杂受力情况，建筑物长宽比L/B不宜超过4，本设计中抗震缝将结构分割成两部分，长度较大者L=39.6m，宽B=13.8m，长宽比L/B0.700,且底层刚度大于以上三层平均值的80%。5 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算35.1 横向水平地震作用地区抗震设防烈度7度，设计地震分组为组，设计基本地震加速度为0.10g，本地场地土分类为类，房屋抗震等级为三级。5.1.1横向自震周期计算采用顶点位移法进行估算在各层水平方向上施加与其重量相同的水平荷载，计算顶层侧移，框架结构可近似认为剪切变形，则T=1.7T层次Gi，KNVci,KNDi,N/mmuiui63967.573967.5711246735.28618.9754083.648051.2111246771.5944083.6412134.85112467107.9034083.6416219.49112467144.2224083.64203035314083.6424386.7730693679.45对于框架结构取T =0.7，则基本周期T=1.7*0.7* =0.936s (5-1)5.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算本设计中，结构主体高度不超过40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切型为主，故可用底部剪力法计算水平地震作用。Geq = 0.85Gi=0.85(3967.57+4083.64*5)=20727.9KN根据地震分组和场地类别，可得Tg=0.35s根据地震加速度为0.1g，可得多遇地震下水平地震影响系数最大值amax=0.08。Tg=0.35T1.4Tg，所以应考虑顶部附加水平地震作用。因Tg =0.35s，故n=0.08T0.01=0.080.936+0.01=0.0849F6=0.0849647.54=54.98KN各质点的水平地震作用按公式5-6 （5-6）计算。将上述n和FEK代入可得=592.56具体计算过程见表5-2。各楼层地震剪力按公式5-7Vi= （5-7）计算，结果列入表5-2表5-2 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表Tab 5-2 Cut the strength reckoner in every particle horizontal earthquake and floor earthquake层次Hi，mGi，KNGiHi，KNmGiHi/GiHiFi，KNVi，KN6183967.5771416.280.280165.92220.95154083.6461254.600.240142.21308.134124083.6449003.680.192113.77421.9394083.6436752.760.14485.33507.23264083.6424501.840.09656.89564.12134083.6412250.920.04828.44592.56255180.065.1.3 多遇水平地震作用下的位移验算表5-3 横向水平地震作用下的位移验算Tab 5-3 Displacement checking computations under horizontal earthquake 层次Vi，KNDi，N/mmui，mmui，mmhi，mme=6220.911246710.9030005308.131124679.9930004421.91124678.4730003507.231124676.4630002564.121124675.024.0830001/6001592.563069361.713000由表5-3可见，最大层间弹性位移角发生在第2层，其值为1/6001/550，满足要求。5.1.4 水平地震作用下框架内力计算以轴线横向框架内力计算为例，各柱剪力 Vij= (5-10) Mijb= Vijyh (5-11) Miju= Vij(1-y)h 计算，其中Dij取自表4-3，Dij取自表4-6，层间剪力取自表5-1。各柱反弯点高度比y按公式5-12。y=y0+y1+y2+y3 (5-12)确定。本例中底层柱需考虑修正值，第2层柱需考虑修正值y1和y3，其余柱均无修正。具体计算过程及结果见表5-4表5-5。表5-4 各层边柱端弯矩及剪力计算Tab 5-4 The square of post end of every side layer and strength calculated层次柱名himViKNDijN/mm柱端Di1Vi1KyMijbMiju1中框柱3000592.563069362366145.680.3950.80109.63027.408北边柱2009738.800.2570.90104.76011.640南边柱1946237.60.2220.93104.90464.350北角柱1898336.650.1930.98107.75176.310南角柱2120540.940.3600.82100.71251.740东西边中柱1845035.620.1671.10117.54662.8202中框柱3000564.121124671198060.100.2000.60108.18072.010北边柱682334.20.2570.5758.48244.118南边柱599030.050.2220.5953.19036.960北角柱527126.440.1930.6954.73024.590南角柱916545.970.3600.5373.09064.820东西边中柱461223.130.1670.6746.49129.843中框柱3000507.231124671198054.030.2000.4064.83697.254北边柱682330.770.2570.4036.92455.386南边柱599027.020.2220.4032.42448.636北角柱527123.770.1930.4028.52442.786南角柱916541.330.3600.4353.32070.670东西边中柱461220.80.1670.4024.96037.4404中框柱3000421.901124671198044.940.2000.3040.44693.374北边柱682325.60.2570.3224.57652.224南边柱599022.470.2220.3120.90046.510北角柱527119.770.1930.29172.00042.110南角柱916534.380.3600.3536.09967.041东西边中柱461217.300.1670.2714.01337.8875中框柱3000308.131124671198032.820.2000.2019.69278.768北边柱682318.690.2570.2212.33543.734南边柱599016.410.2220.2110.33838.891北角柱527114.440.1930.198.23035.090南角柱916525.110.3600.2821.10054.240东西边中柱461212.640.1670.176.45031.0476中框柱3000220.901124671198023.530.2000.000.00070.590北边柱682313.400.2570.062.41237.788南边柱599011.770.2220.020.70634.600北角柱527110.350.193-0.02-0.62131.671南角柱916518.000.3600.168.64045.360东西边中柱46129.060.167-0.03-0.82028.000注：表中M量纲为KNm，V量纲为KN。梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按下式计算Mbl= = (5-13)Mbr=Vb= (5-14)Ni= (5-15)计算。具体计算过程见表5-5。表5-5 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算Tab 5-8 Square of roof beam end , strength and axis of a cylinder calculated层次南边梁北边梁中梁结点柱轴力MblMbrlVbMblMbrlVbMblMbrlVb南柱中柱北柱634.606.610.1637.785.713.3238.1232.47-10.16-3.1613.32539.6011.4946.1415.5642.5336.23-21.65-7.2428.88456.8316.5764.5522.1361.6052.47-38.22-12.7951.01369.5320.1379.9627.0774.3663.34-58.35-19.7378.08269.3820.0681.0427.1873.9062.95-78.41-26.85105.26161.0818.7170.1225.1573.2262.37-97.12-33.29130.41注：1）柱轴力的负号表示拉力，当为左地震作用时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。 2）表中M单位为kNm ，V单位为KNm ，l单位为m。为利于后来的控制截面内力组合，现将地震作用下梁端柱边弯矩计算如下（及梁跨中弯矩）水平地震作用下框架的弯矩图、梁端剪力图及柱轴力图如图所示。图5-2 地震作用下的框架弯矩图Fig 5-2 The sqare of frame under earthquake图5- 3地震作用下的框架剪力图Fig 5-3The sqare of frame under earthquake为利于后来的控制截面内力组合，现将地震作用下梁端柱边弯矩图绘制如下：图5-4地震作用下的梁端柱边弯矩图Fig 5-4The sqare of frame under earthquake5.2 横向风荷载作用框架结构内力和侧移 5.2.1 风荷载标准值的计算qK= Zszw0H=18m60，w0取50年一遇w0=0.35KN/m2根据荷载规范s=0.8（迎），s=-0.5（背）z的选取和计算点离地面的高度和场地粗糙程度有关（B类）结构自振周期T1=0.936s,则有w0 T12=0.307，可查得脉动增大系数=1.256.H/B=18/26.4=0.68，B为迎风面的宽度，可得脉动影响系数v=0.41，所以=1+表5-10 沿房屋高度分布风荷载标准值Tab 5-10 Highly distribute the wind and load standard value along the house层 次HiHi/Hzzq1(z) ，KN/mq2(z)，KN/m618.01.001.2021.4273.2001.988515.00.8331.141.3762.8991.812412.00.6671.061.3252.5861.61639.00.5001.0012582.3251.45326.00.3331.001.1712.1641.35313.90.1671.001.0862.0071.254图5-5 风荷载沿房屋高度的分布(单位：KN/m)Fig 5-5 The distribution of wind loadings along each floor荷载规范3规定，对于高宽比大于1.5的房屋结构，应采用风振系Z来考虑风压脉动的影响。本结构房屋高度H=21.940m,且H/B=21.9/15.6=1.401.5,因此，该房屋不需要考虑风压脉动的影响。框架结构分析时，应按静力等效原理将分布风荷载转化为节点集中荷载。框架结构分析时，应按静力等效原理将图5-5的分布风荷载转化为节点集中荷载，如图5-5。例如，第4层的集中荷载F4的计算过程如下： 图 5-6等效节点集中风荷载(kN)Fig 5-6 The concentration wind loadings of equivalent nodeq4= 9.518 KN表 5-11 各层节点集中荷载Tab 5-11 Every layer node concentrates on loading层次123456集中荷载14.877.9178.6239.51810.577.4245.2.2 风荷载作用下水平位移验算根据图5-4所示的水平荷载，由公式5-10计算层间剪力Vi，然后求出轴线框架的层间侧移刚度，再式计算各层的相对侧移和绝对侧移。计算过程见下表5-12。表5-12 风荷载作用下框架层间剪力及侧移Tab 5-12 Cut strength and side move among the frame layer under the function of loading of wind层次Fi，kNVi，kNDi，N/mmui，mmHi，mmui，hi67.4247.42424793-3600-510.57618.0024793-3600-49.51827.51824793-3600-38.62336.1424793-3600-27.91744.06247931.77736001/2687114.8758.9351539-3900-风荷载作用下框架最大层间位移角为1/26871/550，满足规范要求。5.2.3 风荷载作用下框架结构内力计算表5-13 各层边柱端弯矩及剪力计算Tab 5-13 Curved square of post end of every side layer and strength calculated层次柱名himViKNDijN/mmDi1Vi1KyMijbMiju6中框柱3.07.42424793119803.590.2000.000.00010.770北框柱3.068232.040.2570.060.3675.750南框柱3.059901.790.2220.020.1085.2703中框柱3.036.141247931198017.460.2000.4020.95031.430北框柱3.068239.950.2570.4011.94017.910南框柱3.059908.730.2200.4010.48015.7141中框柱3.058.925632202366122.050.2000.8052.92013.230北框柱3.02009718.730.2570.9050.6005.619南框柱3.01946218.140.2200.9350.6003.800注：表中M量纲为KNm，V量纲为KN。梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按公式5-13公式5-15Mbl= (5-13)Mbr=Vb= lj1 (5-14)Ni= (5-15)计算。其中梁线刚度取自表5-1，具体计算过程见表5-17。表5-17 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算Tab 5-17 The square of roof beam end , strength and axis of cylinder calculated层次南边梁北边梁柱轴力MblMbrVbMblMbrVb南柱力N中柱力N北柱力N65.2706.61.805.7505.71.00-0.80-0.201.00510.3201.5612.2502.15-2.36-1.193.15416.5262.5018.3903.23-4.86-1.526.38321.9083.3225.1684.42-8.09-2.7110.80223.5803.5727.5704.84-11.66-3.9815.64122.6003.4226.3504.62-15.08-5.1820.26注：1）柱轴力的负号表示拉力，当为左地震作用时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。 2）表中M单位为kNm ，V单位为KNm ，l单位为m。风荷载作用下框架的弯矩图、梁端剪力图及柱轴力图如图所示。图5-6 风荷载作用下的框架弯矩图Fig 5-6 The sqare of frame under wind loadings图5-7 风荷载作用下的梁端剪力及柱轴力图Fig 5-7 The strengh of beam and axis of pillar under wind loadings6 竖向荷载作用下框架结构的内力计算6.1 横向框架内力计算6.1.1 计算单元取轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为6.6m，由于房间内布置有次梁，故直接传给该框架的楼面荷载如图中的斜线阴影线所示，计算单元范围内的其余楼面则通过次梁和纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架，作用于各节点上。由于纵向框架梁的中心线与柱的中心线重合，因此在框架节点上无集中力矩。6.1.2 荷载计算36.1.2.1 恒载计算 图6-1 各层梁上作用的恒荷载Fig 6-1 The dead load of each beamg1、g1代表横梁自重，为均布荷载形式。每层的恒荷载：g1=g1=2.625KN/m, g2=5.2083.3=17.19KN/m，g2=17.19KN/mG为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载，它包括梁自重、楼板重等重力荷载，计算如下：G6ab = (3.31.95)25.208+3.31.02.114=32.85 KNG6bc=32.85KN对25层，g1包括梁自重和其上横梁自重，为均匀荷载。其它荷载计算方法同第6层，结果为g1=g1=10.89 KN/mg2=g2=10.89 KN/mG2ab=G2bc = 40.06 KN对1层g1= g1=10.89 KN/mq2=3.33.9=12.87 KN/m q2=3.32.1=6.93 KN/mG1ab=G2ab= 20.68KN6.1.2.2 活荷载计算活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如下图6-3所示图6-2 各层梁上作用的活荷载Fig 6-2