星星幼儿园计算书.doc

结构设计说明书 NANCHANG UNIVERSITY 学 士 学 位 论 文 THESIS OF BACHELOR（20062010年）题 目 南昌市星星童年幼儿园结构设计 学 院： 建 工 学 院 系 土 木 工 程 专 业： 土 木 工 程 班 级： 土 木 064 班 学 号： 6002106132 姓 名： 油 文 彪 指导教师： 张维奇 雷斌 黄真 起讫日期： 2010.42010.5 目录 摘要一、工程概况.4二、 荷载计算 .6 1、确定单双向板及计算简图.7 2、楼面恒载计算.8 3、楼面活载计算.104、风荷载及其内力计算.11 5、恒载作用下的内力计算.206、活载作用下的内力计算. .29三、内力组合 1、梁内力组合.352、柱内力组合.403、框架梁设计.444、框架柱设计.48四、框架柱柱下基础设计.53 1、确定柱下基础形式.532、确定上部柱传来的荷载.543、确定基础底面尺寸.554、验算基础高度和配筋 .56 五、双向板设计.581、选板.592、按弹性理论设计.61六、现浇楼梯设计.63 1、踏步板设计.64 2、斜梁设计.65 3、平台板计算. 66 4、平台梁设计 67 结构设计说明书 (一)工程概况： 1、工程名称:南昌星星幼儿园。2、建筑地点:南昌地区, 建筑控制线范围66m36m，6度抗震设防；场地类别类. 3、建筑规模: 1) 建筑总面积: 2951.12 m2 2) 建筑层数: 整体四层，屋面为不上人屋面。 3) 结构类型: 钢筋混凝土框架结构 4) 层 高: 3.3m 4、建筑功能：幼儿园教室 9间 58.48 m2间幼儿园寝室（带卫生间） 9间 82.96m2/间音体室 一层高 152 m2/间主副餐饮 1间 96.34 m2/间办公室 5间 面积不等5、建筑技术条件(一)基本风压：0.45 KN/m2 ，50年一遇，地面粗糙度C类基本雪压：0.45 KN/m2 ，50年一遇。（二）工程地质条件（自上而下土层分布）1）、杂填土约0.5m，fk=80 kPa； 2）、粘土层约3.0m，fk=220 kPa； Il=0.5； 3）、中粗砂层约10m，fk=250 kPa；干作业成孔灌注桩桩端极限阻力标准值：qk=2000 kPa；桩侧极限阻力标准值可参照建筑桩基技术规范选用；4）、岩层， fk=450 kPa；采用桩基时，桩端极限阻力标准值：qk=4000 kPa；桩侧极限阻力标准值可参照建筑桩基技术规范选用；5）地下水位见于地表以下8m处。6、结构设计依据：1）任务书提供的气象条件和工程地质条件2）任务书提供的施工条件3）建筑使用要求和已完成的建筑施工图4）混凝土结构设计规范GB50010-20025）建筑结构荷载规范GB50009-20026）建筑地基基础设计规范GB50007-20027）混凝土结构设计原理、混凝土结构设计8）多层与高层建筑结构设计9）简明建筑结构静力设计手册7.结构类型分析及结构选型：1）结构型式包括：混合结构、框架结构、筒体结构、剪立樯结构 混合结构：优点：施工简单，就地取材，造价低，用钢量少。缺点：整体性能差，很难满足大空间的要求，高层比较困难。框架结构：优点：整体性能好，满足大空间要求，耐久性好。缺点：用钢量大，造价高。其中框架结构又包括：装配式框架、装配整体式及现浇式装配式框架结构： 优点：工期短，施工快。 缺点：对结点要求高（需焊接，用钢量大）装配整体式：优点：结点简单，焊接少，用钢量少，抗震整体性较好。缺点：工序多，工期长。现浇式：优点：整体性好，抗震性好。缺点：模板多，工期长。筒体结构：优点：抗侧、抗扭刚度及承载力大，建筑材料可得到充分利用。缺点：工程量大，用钢量多。剪立樯结构：优点：整体性好，承载力及侧向刚度大。缺点：剪力墙结构平面布置不灵活，空间局限结构自重大。经以上分析，该建筑物选用现浇式框架结构。2）框架承重方式选择： 承重方式有：横向框架承重，纵向框架承重，纵横向框架混合承重。横向框架往往跨数少，主梁沿横向布置有利于提高建筑物的横向抗侧刚度，构造要求布置较小的联系梁，有利于房屋室内的采光和通风。纵向承重框架的横向梁高度较小，有利于设备管线的穿行，当在房屋开间方向需要较大空间时，可获得较高的室内净高，并且可利用纵向框架的刚度来调整房间的不均匀沉降，缺点是房屋的横向抗侧刚度较差，进深尺寸受到限制。纵横向框架混合承重则具有较好的整体工作性能，对抗震有利。经以上分析，并结合建筑功能要求，该建筑物采用横向框架承重。8.其它结构选型A. 屋面结构采用现浇屋盖,屋面找坡为材料找坡。B. 楼面结构楼板、雨篷、楼梯均采用现浇。C. 雨篷结构雨篷结构为现浇，大厅采用悬梁式，其它采用悬臂板,均为有组织排水，坡度为1。D. 基础梁选用现浇式钢筋混凝土基础梁，尺寸估算：b=250mm h=600mm。.E. 基础从地质条件可以看出,基础的持力层不太深(在天然地面以下3m)地基承载力为220KN/m2故采用钢筋混凝土柱下独立基础。在轴之间设置伸缩缝由于建筑物总长为63.6m(55m),故需设置伸缩缝,因考虑到施工方便,同时还考虑到抗震设防,可将伸缩缝、沉降缝、抗震缝三缝合一, 缝宽设为60mm。9、结构布置 1)因本建筑楼面标高变化不大,只作结构平面布置 其一般原则:上一层结构平面放到下一层建筑 V平面图布置。 2)基础平面布置图 基础平面布置图上主要构件有:钢筋混凝土基础、基础梁。 3)楼面结构布置图 主要构件有: 框架、楼面板、楼面梁、楼梯踏步板、平台板和平台梁。 4)屋面结构布置图 主要构件有:框架、屋面梁、屋面板。 屋面板有组织的排水形式，坡度为2。 本建筑采用内天沟设计方案，采用有组织的排水形式，坡度为1。构件初估1柱截面初估由于框架办公楼荷载较小，按14kN/计算；负荷面积按F= 8.6(6.8+3.2)/2 = 43考虑，取1。设防烈度为7度，小于60m高的框架结构抗震等级为三级，因此取0.8A = a2 = = = 0.187 a = 0.432 m 初步估计柱的尺寸的为500500。为计算简便，边柱中柱尺寸取相同。2梁尺寸确定。 该工程定为纵横向承重，主要为横向承重，根据梁尺寸初步确定：主梁高h : (1/81/12)L = 567-850 取 h = 600 宽b : (1/31/2)h = 200-300 取 b=250连系梁高h : (1/10-1/15)L = 573-860 取h =600 宽b : (1/3-1/2)h = 200-300 取 b =250次梁高h : (1/12-1/18)L = 378-567 取 h = 500 宽b : (1/3-1/2)h = 167250 取 b =200 3初选楼板。楼板为现浇双向连续板，t (1/100)L =68 . 取 t = 100.单双向受力板的确定6800/4300=1.582 双向板4300/3200=1.342 双向板二、恒载计算（1） 屋面框架线荷载标准值 高分子卷材 0.4 KN/20mm厚1:2水泥砂浆找平 0.0220=0.4 KN/ 100140mm厚（2%找坡）膨胀珍珠岩 7=0.84 KN/ 100mm厚现浇钢筋混凝土楼板 0.125=2.5 KN/ 15mm厚纸筋石灰抹底 0.01516=0.24 KN/屋面恒载 4.38 KN/边跨（AB、CD跨）框架自重 0.250.625=3.75 KN/ 梁侧粉刷 2（0.6-0.1）0.0217=0.34 KN/ 4.09 KN/ 中跨（BC跨） 亦同 4.09 KN/因此，作用在顶层框架梁上的线荷载为： G4AB1=G4CD1=4.09 KN/ G4BC1=4.09 KN/ G4AB2=G4CD2=4.38()=18.834 KN/ G4BC2=4.383.2=14.016 KN/(2) 楼面框架梁线荷载标准值陶瓷砖锦砖地面 0.55 KN/20mm厚水泥砂浆找平 0.0220=0.4 KN/100mm厚现浇钢筋混凝土板 0.125=2.5 KN/15mm厚纸筋石灰抹底 0.01516=0.24 KN/楼面恒载 3.69 KN/边跨框架梁及梁侧粉刷 4.09 KN/边跨填充墙自重 0.24（3.3-0.6）16=10.368 KN/墙面粉刷 （3.3-0.6）0.02217=1.836 KN/ 12.204 KN/ 中跨框架梁及梁侧粉刷 4.09 KN/因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为： GAB1=GCD1=4.09+12.204=16.294 KN/ GBC1=3.397 KN/ GAB2=GCD2=3.69()=15.867 KN/ GIH2=3.693.2=11.808 KN/(3) 屋面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重 0.250.6 ()25=32.25 KN粉刷 0.02（0.6-0.1）2 ()17=2.924 KN1200mm高女儿墙自 1.2 8.60.2416=39.63 KN粉刷 1.20.0228.617=7.018 KN连系梁传来的屋面自重 24.34.34.38=40.493 KN 次梁传来的屋面自重 （6.8-4.3+6.8） 4.34.38=21.895 KN次梁传来的自重 0.200.5（6.8-0.5）25=3.938 KN次梁粉刷0.50.520.02（0.5-0.1）（6.8-0.5）17=0.428 KN顶层边节点集中荷载 G4A=G4D=148.576 KN中柱连系梁自重 32.25 KN 粉刷 2.924 KN 连系梁传来屋面自重 24.34.34.38+ (4.3+4.3-3.2)3.24.38=49.133 KN次梁传来的自重 3.938 KN 次梁粉刷 0.428 KN 次梁传来的屋面自重 21.895 KN 顶层中节点集中荷载 G4B=G4C=110.568 KN （4） 楼面框架节点集中荷载标准值 边柱连系梁自重 32.25 KN 粉刷 2.924 KN钢窗自重 231.80.45=4.86 KN墙体自重（8.6-0.5）0.24（3.3-0.6）16=83.981 KN 粉刷 0.02217（8.6-0.5）（3.3-0.6）=14.872 KN 扣除窗处墙及粉刷-231.80.2416=-41.472 KN-0.0221731.8=-3.672 KN框架柱自重 0.50.53.325=20.625 KN 粉刷 （0.54-0.243）3.3170.02=1.436 KN连系梁传来的楼面自重 24.34.33.69=34.114 KN次梁传来的自重 3.938 KN次梁粉刷 0.428 KN次梁传来的楼面自重 (6.8-4.3+6.8)1/24.33.69=36.891 KN中间层边节点集中荷载 GA=GD= 187.503 KN中柱连系梁自重 32.25 KN 粉刷 2.924 KN门自重 21.22.10.2=1.008 KN墙体自重 83.981 KN粉刷 14.872 KN 扣除门处墙体重及粉刷 -21.21.20.2416=-19.354 KN -22.11.20.02217=-3.427 KN框架柱自重 20.625 KN粉刷 1.436 KN连系梁传来的楼面自重 24.34.33.69=34.114 KN 3.22(4.3-3.2+4.3）3.69=31.882 KN 次梁传来的自重 3.938 KN 次梁粉刷 0.428 KN 次梁传来的楼面自重 36.891 KN 中间层节点集中荷载 GB=GC=241.568 KN(5) 恒载作用下的结构计算见图如图所示。3、楼面活载计算P4AB=P4CD=2（4.3+4.3）2=8.6 KN/mP4BC=23.2=6.4 KN/mP4A=P4D=2（6.8-4.3+6.8）4.3+4.34.32=38.485 KNP4B=P4C=4.34.322+（6.8-4.3+6.8）4.32+（4.3-3.2+4.3）3.22=55.765 KN 4、风荷载及其内力计算风荷载标准值（基本风压Wo: 0.45KN/m2 ）；地面粗糙类别为C类体型系数s: 1.3(迎风面取0.8，背风面取-0.5) ；风振系数z：取1.0（因为H30M）；风压高度变化系数z经查规范可知z1=z2=z3=z4=0.74 ； 风压标准值计算公式：；计算过程如下表1：=1.4HL顶层计算高度取女儿墙高+四层层高/2，以下各层取(上层层高+下层层高)/2。表中Z为框架节点至室外地面的高度，A为一榀框架各层节点受风面积，计算结果如图所示。 风荷载计算 表1层次zzZ (m)zWo ( kN/m2)A(m2) Wk( kN/m2) Pw (KN)411.313.60.740.4519.350.4311.65311.310.30.740.4528.380.4317.08211.37.00.740.4528.38 0.4317.08111.33.70.740.4530.10.4318.12框架在风荷载作用下（以左向右吹）的内力用D值法进行计算，其步骤如下：惯性矩及线刚度计算 考虑到现浇板的作用，中跨梁的截面惯性矩取I=2I，边跨取I=1.5I0。（I0为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）i=EI0/L I0=bh3 边跨梁：i=2E0.250.63/6.8=13.23510-3E中跨梁：i=2E0.250.63/3.2=28.12510-3E底层柱：i=E0.50.53/5.7=9.13710-3E上层各柱：i=E0.50.53/3.3=15.78310-3E令边梁的i=1，则其余杆的相对线刚度为： i,中梁=28.12510-3E/13.23510-3E=2.13i,底柱=9.13710-3E/13.23510-3E=0.69i,上柱=15.78310-3E/13.23510-3E=1.19框架梁柱相对线刚度如图所示，作为计算各节点杆端弯矩分配系数的依据。1)、风载作用下的内力计算计算风荷载作用下的内力：框架在风荷载作用下（以左向右吹）的内力用D值法进行计算，其步骤为：a) 计算各柱抗侧刚度D及总剪力在各柱间的剪力分配；b) 确定各柱反弯点高度系数y；c) 求各柱杆端弯矩及梁端弯矩：计算各柱抗侧刚度D及总剪力在各柱间的剪力分配层数层剪力kN边柱D值中柱D值D每根边柱剪力（KN）每根中柱剪力（KN）411.652.266328.732.266245.812.266163.930.68：确定各柱反弯点高度系数yn：为总层数 j：为所在层 k：为梁柱线刚度比yo：标准反弯点高度比（由n、j、k查表可得） 1：上下梁刚度变化时的刚度比 2=上层层高/所计算层层高 3=下层层高/本层层高由1、2、3可查得y1 、y2、y3按相对精确方法计算反弯点的位置，计算见表3 表3层数边柱中柱4n=4 j=4 k=0.840 yo=0.35 1=1 y1=0 y=yo=0.35 n=4 j=4 k=2.63 yo=0.45 1=1 y1=0 y=yo=0.45 3n=4 j=3 k=0.84 yo=0.45 1=1 y1=0 2=1 y2=0y=yo=0.45n=4 j=3 k=2.63 yo=0.50 1=1 y1=0 2=1.0 y2=0y=yo=0.502n=4 j=2 k=0.84 yo=0.5 2=1.0 y1=-0.05 y=yo+y3=0.5n=4 j=2 k=2.63 yo=0.5 3=1.0 y3=0 y=yo+y3=0.501n=4 j=1 k=1.449 yo=0.65 2=0.579 y2=0 y=yo+y2=0.65n=4 j=1 k=4.536 yo=0.55 2=0.579 y2=0 y=yo+y2=0.551:上下梁刚度变化时的刚度比；2：上层层高/所计算层层高；3：下层层高/本层层高。风荷载作用下的弯矩图、剪力图和轴力图分别见图8、图9。：求各柱杆端弯矩及梁端弯矩根据各柱分配到的剪力及反弯点位置yh计算i层第j个柱端弯矩 上端弯矩： Mtij=Vijh（1-y） 下端弯矩： Mbij=Vijhy由柱端弯矩，并根据节点平衡计算梁端弯矩对于边跨梁端弯矩：Mbi=Mtij+Mbi+1，j 对于中跨，由于梁端弯矩与梁的线刚度成正比，因此： Mlbi=（Mtij+Mbi+1，j） Mrbi=（Mtij+Mbi+1，j）经计算，层数边柱M (KNM)中柱M (KNM)4M上=1.9953.3（1-0.35）=4.279 M下=1.9953.30.435=2.304M右= M上=4.279M上=3.833.3（1-0.45）=6.951M下= 3.833.30.45=5.688M左=6.9511.0/（1.0+2.13）=2.221M右=6.951-2.221=4.7303M上=4.9193.3（1-0.45）=8.928M下=4.9193.30.45=7.305M右=8.928+7.305=11.232M上=9.4663.3（1-0.5）=15.619M下= M上=15.619M左=（15.619+5.688）1.0/（1.0+2.13）=6.807 M右=15.619+5.688-6.807=14.502M上=7.8443.3（1-0.5）=12.943M下= M上=12.943M右=16.648+7.305=20.248M上=15.0613.3（1-0.5）=24.851M下= M上=24.851M左=（24.851+15.619）1.0/（1.0+2.13）=12.930 M右=24.851+15.619-12.930=27.541M上=15.5383.3（1-0.65）=15.636M下= 15.5383.30.65=29.039M右=15.636+12.943=28.579M上=18.4273.3（1-0.55）=27.364M下= 18.4273.30.55=33.445M左=（27.364+24.851）1.0/（1.0+2.13）=16.682 M右=27.364+24.851-16.682=35.533其内力图如下： 5、 恒载作用下的内力计算（1）将梯形分布荷载及三角形分布荷载化为等效均布荷载计算公式： 三角形 Pe=P 梯形 Pe=（1-2a2+a3）P其中 al=2.15，l=6.8，所以a=0.316 （偏安全）顶层： g4边=g4AB1+（1-2a2+a3）g4AB2 =4.09+(1-20.3162+0.3163)18.834=19.76 KN/m g4中=g4BC1+ g4BC2 =4.09+14.016=12.85 KN/m中间层：g边=gAB1+(1-2a2+a3)gAB2 =16.294+(1-20.3162+0.3163)15.867=29.49 KN/m g中=gBC1+gBC2 =4.09+11.808=11.47 KN/m（2）对各节点编号，并计算各固端弯矩顶层： Mab=-Mba=-19.766.8=-76.14 KNm Mbc=-Mcb=-12.853.2=-10.97 KNm Mcd=-Mdc=-76.14 KNm中层： Mef=-Mfe=-29.496.8=-113. 63 KNm Mfg=-Mgf=-11.473.2=-9.79 KNm Mgh=-Mhg=- 113.63 KNm（3）用分层法计算各节点弯矩，见图11到图14a、 由于除底层柱是固定端外，其他各层均为相互间弹性连接，为减少误差，除底层柱外，其他各层柱的线刚度均乘以0.9的折减系数，相应的传递系数也改为1/3，底层柱仍为1/2；b、 折减后各柱、梁的相对刚度见图10；c、 分配系数的计算列于各弯矩计算点处；d、 利用结构的对称性取二分之一结构计算，因此： Mcb，=-12.851.6=-5.48 KNm Mgf，=-11.471.6=-4.89 KNm 横载利用分配法算梁端和柱端弯矩: 节点不平衡荷载再分配，不再传递。（4）求各梁跨中弯矩根据求得的支座弯矩和各跨的实际荷载分布所示荷载，按平衡条件计算，下图16是框架梁在实际分布荷载作用下按简支梁计算的跨中弯矩。顶层：边跨 M0=4.096.8+2.152.1518.834+（2.15+）18.834=117.87 KNm 中跨 M0= 4.093.2+ 1.61.614.016 =13.60 KNm中间层：边跨 M0 = 16.2946.82+ 2.152.1515.87+（2.15+ ）15.867=173.67 KNm 中跨 M0 = 4.093.2+ 1.61.611.808=11.71 KNm（5）由各层节点弯矩图和节点不平衡弯矩分配图画出框架在恒载作用下的弯矩图（图17）、梁剪力图和柱轴力图（图18）。（6）考虑梁端弯矩调幅，并将梁端节点弯矩换算到梁端柱边弯矩值，以备内力组合时用，如图所示。 经调幅后的弯矩 6、 活荷载作用下的内力计算（1）、将梯形分布荷载及三角形分布荷载化为等效均布荷载。 计算公式：三角形 Pe= P， 梯形 Pe=（1-2a2+a3）P, 因 a l =2.15 l=6.8 所以 a =0.316顶层：P4边=（1-2a2+a3）P4AB = (1-20.3162+0.3163)8.6=7.15 KN/m P4中= P4BC =6.4=4.0 KN/m其他层：P边= 7.15 KN/m P中 =4.0 KN/m（2）、计算各固端弯矩顶层： Mab=-Mba=-7.156.8=-27.55 KNm Mbc=-4.03.2=-3.41 KNm Mcd，=-4.01.6=-1.71 KNm其他层亦同（3）、三跨布满活载时框架内力计算求各梁的跨中弯矩（活载）边跨 M0=2.152.158.6+（2.15+）8.6=43.08 KNm 中跨 M0= 1.61.66.4 =5.46 KNm二、内力组合 1）、各种荷载情况下的框架内力求得后，根据最不利又是可能的原则进行内力组合，对于框架构件梁、柱的最不利内力组合为：、梁端支座截面：-Mmax, +Mmax和Vmax、梁端中截面： -Mmax, +Mmax、柱端截面：最大轴向力Nmax及相应的M、V； 最大弯矩|Mmax|及相应的V，N； 最小轴向力Nmin及相应的M，V；2）、.进行内力组合时考虑三种荷载组合效应: 、1.2恒载+1.4活载 、1.2恒载+1.4风载 、1.2恒载+0.91.4（风载+活载）3）、符号规定： 梁：弯矩下侧受拉为“+”反之为“-” 剪力以绕杆端顺时针为“+” 柱：弯矩M：以柱左侧受拉为“+”轴力N：以柱受压为“+”受拉为“-”3.内力组合见下页表格。4）、考虑活载最不利布置，采用满布荷载法：由于活载产生的内力远小于恒载及水平力所产生的内力，故采用满布荷载法。对梁跨中弯矩乘以1.2系数予以增大。：5）、内力组合见下页表格：7梁编号截面内力恒载活载左风右风+Mmax及相应的V-Mmax及相应的VVmax及相应的M组合项目组合值组合项目组合值组合项目组合值4L-AB左M-40.08-18.584.28-4.281.2+0.91.4(+)-76.901.2+0.91.4(+)-76.90V53.7718.91-0.96O.9689.5689.56中M68.7520.781.03-1.031.2+0.91.4(+)109.98V00-0.960.960右M-58.41-26.02-2.222.221.2+0.91.4(+)-105.671.2+0.91.4(+)-105.67V-59.58-21.09-0.960.96-91.34-91.344L-BC左M-32.98-13.464.73-4.731.2+0.91.4(+-62.49同左-62.49V16.745.12-2.962.9630.2730.27中M-19.38-8.0001.2+0.91.4(+)-34.46V00-2.962.960右M-32.98-13.46-4.734.731.2+0.91.4(+-62.47同左-62.47V-16.74-5.12-2.962.96-30.27-30.273L-AB左M-74.68-24.0711.23-11.231.2+0.91.4(+)-134.091.2+0.91.4(+)-134.09V87.1319.57-2.652.65133.52132.55中M95.5717.542.21-2.211.2+0.91.4(+)139.57V-2.652.650右M-81.52-27.01-6.816.811.2+0.91.4(+)-140.441.2+0.91.4(+)-140.44V-89.30-20.43-2.652.65-136.24-136.243L-BC左M-30.17-9.1814.50-14.501.2+1.4-66.041.2+1.4-66.04V11.925.12-9.069.0632.1732.17中M-18.46-3.72001.2+1.4-27.36V00-9.069.060右M-30.17-9.18-14.5014.501.2+1.4-66.041.2+1.4-66.04V-11.92-5.12-9.069.06-32.17-32.172L-AB左M-73.76-23.5720.25-20.251.2+0.91.