传统老行当博物馆结构设计毕业设计.doc

传统老行当博物馆结构设计毕业设计目 录1 建筑工程概况11.1 工程地质勘探资料11.2 气候条件11.3 地震烈度11.4 结构设计资料11.5 主要构件建筑做法12 结构设计22.1 建筑材料的选用32.2 框架结构计算简图及梁、柱线刚度42.3 竖向荷载计算52.3.1 竖向荷载总图52.3.1 竖向荷载作用下框架的内力计算112.3.3 活载作用下的内力计算182.4横向风荷载作用232.5水平地震作用302.6 横向框架内力组合382.6.1框架梁内力组合382.6.2框架柱内力组合432.7 截面配筋设计502.7.1框架梁502.7.2框架柱542.7.3楼板设计602.8 基础设计632.8.1 选择基础材料632.8.2 选择基础埋置度.642.8.3 求地基承载力特征值fa642.8.4 初步选择基底尺寸642.8.5 验算持力层地基承载力652.8.6 计算基底净反力662.8.7 基础高度662.8.8 变阶处抗冲切验算672.8.9 配筋计算68参考文献72致谢73II传统老行当博物馆结构设计1 建筑工程概况1.1 工程地质勘探资料地表填土为0.25m，填土下为1.3m厚的亚粘土层，承载力设计值为250KN/m2；再下层为1.5m中砂层，承载力设计值为320KN/m2；再往下为基岩，承载力设计值为400KN/m2。地下水位在中砂层顶面。冻土深度按照附表说明中实际建设区域的情况确定。1.2 气候条件浙江湖州基本风压为: W0=0.45kN/m1。基本雪压为: 0.5KN/1.3 地震烈度抗震设防烈度6度2。场地类别为类1.4 结构设计资料结构设计题目为混凝土框架结构设计，框架柱平面布置图如图1-1所示相关尺寸为:a=6600mm,b=2500mm,c=6600mm。此钢筋混凝土框架结构的建筑层数为6层，标准层高为3.6m,底层高4.2m，建筑总高度22.2m。1.5 主要构件建筑做法(1) 屋面做法刚性防水层:40厚C20防水细石混凝土;隔离层（干铺玻纤布或低强度等级砂浆）一道0.1厚; 防水层：a.1.2厚合成高分子防水卷材; 找平层:20厚1：3水泥砂浆找平; 保温层: 40厚（最薄处）1：8（重量比）水泥珍珠岩找坡层2%;钢筋混凝土屋面板(2) 楼面做法15厚水磨石面层;20厚1：3水泥砂浆找平层;1.5厚合成高分子防水涂料防水层;20厚1：3水泥砂浆抹平;60厚LC7.5轻骨料混凝土填充层并找坡; 现浇钢筋混凝土楼板 (3) 内墙做法内墙涂料：7厚1：2.5水泥砂浆压实赶光;7厚1：3水泥砂浆找平扫毛 ;7厚1：3水泥砂浆打底扫毛或划出纹道 ;砖墙(4) 外墙做法陶瓷锦砖（马赛克）：用5厚1：1水泥细砂浆粘贴，擦缝材料擦缝;刮水泥膏结合层;6厚1：2.5水泥砂浆找平;9厚1：3水泥砂浆打底扫毛或划出纹道;砖墙。图1-1 框架柱平面布置图812 结构设计2.1 建筑材料的选用 混凝土：梁、柱混凝土强度采用。钢筋：梁、柱纵向受力钢筋均采用HRB335，箍筋及其他用筋采用HPB235墙体：外墙和内墙采用普通砖墙，重度。窗户均采用铝合金窗，门采用钢门和木门。墙体厚度：外墙240mm；内墙和隔墙为180mm。楼面及屋面均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取150mm，梁截面高度按跨度的估算，尺寸见表2-1：表2-1 梁截面尺寸（mm）层次混凝土强度等级横梁纵梁柱截面尺寸可根据式2估算，因为抗震烈度为6度，总高度，博物馆属于乙类建筑，查GB50011-2010表6.1.6可知该框架结构的抗震等级为三级，查表GB50011-2010表6.3.6得其轴压比限值。柱组合的轴力设计值 ，F为简支状态下柱的负载面积，g为折算在单位面积上的重力荷载代表值，可以近似取，n为验算截面以上的楼层层数，为考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，边柱取1.3，中柱取1.25。由公式可得第一层柱截面面积为：边柱 中柱 取柱截面为正方形，根据上述计算结果并综合考虑其它因素，本设计框架柱截面尺寸取值均为。基础采用柱下独立基础，基础埋深标高-2.0m，室内外高差定为-0.45m。2.2 框架结构计算简图及梁、柱线刚度 梁的线刚度计算： 对于中框架梁：；对于边框架梁： AB(CD)跨梁： BC跨梁： 柱的线刚度计算： 底层柱： 标准层柱： 计算简图如图2-1所示： 图2-1 一榀框架（号轴线）结构计算简图2.3 竖向荷载计算2.3.1 竖向荷载总图 (1) 恒荷载标准值计算4 屋面（不上人） 找平层：40mm厚1:3水泥砂浆找平 防水层：（刚性）40厚C20细石混凝土 防水层：（柔性）1.2mm厚合成高分子防水卷 保温找坡层：40mm厚水泥珍珠盐找坡2% 结构层： 150mm厚现浇混凝土板 合计 标准层楼面楼面层：15mm厚水磨石面层 找平层：20mm厚1:3水泥砂浆 防水层：1.5mm厚合成高分子防水卷材 找平层：20mm厚1:3水泥砂浆 填充层：60mm厚轻骨料填充并找坡 结构层：150mm厚现浇混凝土板 合计 5.47 构件自重 横向框架梁 截面尺寸： 自重： 粉刷： 合计 4.653 纵向框架梁 截面尺寸： 自重： 粉刷： 合计 3.244 基础梁 截面尺寸： 自重： 合计 3.125 框架柱 截面尺寸： 自重： 粉刷： 合计 7.9365 外墙重：锦砖外墙（砖墙） 标准层： 墙身自重： 锦砖重： 内侧粉刷： 合计 14.62 底层： 墙身自重： 内侧粉刷： 锦砖重： 合计 17.53 内墙重：水泥砂浆抹面内墙（砖墙） 标准层： 墙身自重： 粉刷： 合计 11.28 标准层： 墙身自重： 粉刷： 合计 13.54(2) 屋面及楼面可变荷载标准值4 不上人屋面均布荷载标准值 0.5 楼面活荷载标准值 3.5 走廊活荷载标准值 3.5 雪荷载不考虑为 0.50 屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者取较大值 (3) 竖向荷载作用下框架受荷总图计算 屋面板传给梁的荷载5（板传梯形或至梁上的三角形荷载可等效为均布荷载）：本结构楼面荷载的传递示意图6如图2-2所示；各层梁上作用的恒荷载、活荷载示意图如图2-3所示：图2-2 板传荷载示意图 （a） （b）图2-3 （a）梁上作用的恒载示意图（b）梁上作用的活载示意图 （）轴间框架梁屋面板传给梁的荷载 恒载： 活载： 楼面板传给梁的荷载 恒载： 活载： 梁自重标准值： 4.65（）轴间框架梁均布荷载为：屋面梁：恒载=梁自重 + 板传荷载 = 4.65 + 24.63= 29.28 活载 = 板传活载 =2.06楼面梁：恒载=梁自重 + 板传荷载 = 4.65 + 22.56= 27.21 活载 = 板传活载 = 14.44 轴间框架梁屋面板传给梁的荷载 恒载 活载： 楼面板传给梁的荷载 恒载： 活载： 梁自重标准值： 4.65轴间框架梁均布荷载为：屋面梁：恒载=梁自重 + 板传荷载 = 4.65+9.33= 13.98 活载 = 板传活载 = 0.78楼面梁：恒载=梁自重 + 板传荷载 = 4.65+5.88=13.20 活载 = 板传活载 = 5.47 A（D）轴框架柱纵向集中荷载的计算顶层柱：女儿墙自重：（做法：墙高1000mm，100mm的混凝土压顶）顶层柱恒载 = 墙自重 +梁自重 + 板传恒载 = 顶层柱活载 = 板传活载 = 标准层柱恒载 =墙自重 + 梁自重 + 板传恒载 = 标准层柱活载 = 板传活载 = 基础顶面恒载 = 底层外纵墙自重 + 基础梁自重 +柱自重= B（C）轴框架柱纵向集中荷载的计算 顶层柱恒载 =梁自重 + 板传荷载 =顶层柱活载 = 板传活载 = 标准层柱恒载 = 梁自重 + 板传荷载 +墙自重+柱自重= 标准层柱活载 = 板传活载 = 基础顶面恒载 = 底层内纵墙自重 + 基础梁自重 + 柱自重 框架在竖向荷载作用下的受荷总图如下图2-4所示。（图中数据均为标准值，括号内为活载）：图2-4 竖向受荷总图2.3.2 竖向荷载作用下框架的内力计算（1）恒载作用下的内力计算 恒载为对称荷载，利用结构的对称性，取半榀框架进行计算，计算简图如图2-5所示，右端为定向支座。对于一端固定一端为定向支坐，在均布荷载作用下的杆端弯距为： 图2-5 有定向支坐杆端弯距 ， (2-1) (2-2)采用弯矩分配法计算，计算前对二层以上各柱线刚度乘以0.9的系数，荷载作用下的计算简图如图2-6所示：图2-6 半榀框架计算简图（2）节点分配系数的计算： A节点： B节点： 节点分配系数如下表2-2所示表2-2 节点分配系数计算节点AB层号上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁600.610.390.2900.450.26250.380.380.240.200.310.310.1810.380.370.250.200.320.300.18（3）恒载左右下弯矩剪力与轴力的计算各梁的固端弯矩： 顶层： 标准层： 二次弯矩分配7如下表2-3所示：表2-3 恒载作用下的弯矩分配法上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁0.610.390.290.450.26-106.29106.29-7.2864.8441.45-28.71-44.55-25.7418.77-14.3620.73-14.2512.87-2.69-1.72-5.61-8.71-5.0380.92-80.9292.69-67.51-25.180.380.380.240.20.310.310.18-98.8198.81-6.8837.5537.5523.71-18.39-28.50-28.50-16.5532.4218.77-9.1911.86-22.28-14.258.27-15.96-15.96-10.083.285.085.082.9554.0140.36-94.3795.56-45.69-37.66-12.200.380.380.240.20.310.310.18-98.8198.81-6.8837.5537.5523.71 -18.39-28.50-28.50-16.5518.7718.77-9.1911.86-14.25-14.258.27-10.77-10.77-6.811.672.592.591.5145.5545.55-91.0993.95-40.15-40.15-13.65续表2-240.380.380.240.20.310.310.18-98.8198.81-6.8837.5537.5523.71 -18.39-28.50-28.50-16.5518.7718.77-9.1911.86-14.25-14.258.27-10.77-10.77-6.811.672.592.591.5145.5545.55-91.0993.95-40.15-40.15-13.650.380.380.240.20.310.310.18-98.8198.81-6.8837.5537.5523.71 -18.39-28.50-28.50-16.5518.7718.77-9.1911.86-14.25-14.718.27-10.77-10.77-6.811.772.742.741.5945.5545.55-91.0994.05-40.01-40.47-13.560.380.370.250.20.320.30.18-98.8198.81-6.8837.5536.5624.70 -18.39-29.42-27.58-16.5518.77-9.1912.35-14.258.27-3.64-3.54-2.40-1.28-2.04-1.91-1.1552.6833.01-85.7091.50-45.71-29.49-16.3016.51-14.75 恒载作用下各层跨中弯矩8如下表2-4-表2-5所示表2-4 AB跨中弯矩计算表层q板传作用g梁自重algl/2u=(l-a)*q/2MAMBM/lV1=gl/2+u-M/lM=gl/2*l/4+u*1.05-MA-V1*l/2624.634.653.36.615.3540.64 -80.92 92.691.78 54.20 -29.95 续表2-4522.564.653.36.615.3537.22 -94.3795.560.18 52.39 -14.11 4222.564.653.36.615.3537.22 -91.0993.950.43 52.14 -16.55 122.564.653.36.615.3537.22 -85.791.50.88 51.69 -20.47 表2-5 BC跨中弯矩计算表层q板传作用g梁自重algl/2u=(l-a)*q/2MAMBM/lV1=gl/2+u-M/lM=gl/2*l/4+u*1.05-MA-V1*l/262.064.651.253.37.672.11 -25.18 25.1809.78 17.58 514.444.651.253.37.6714.80 -12.212.2022.47 -3.01 4214.444.651.253.37.6714.80 -13.6513.65022.47 -1.56 114.444.651.253.37.6714.80 -16.316.3022.47 1.09 恒载作用下的弯矩图如下图2-7所示：图2-7 恒荷载作用下的框架弯距图（单位KNM） 恒载引起的剪力和轴力的计算8： 剪力： 轴力：N=F+V (2-3) 其他各梁、柱的剪力和轴力同理计算，得到如下剪力与轴力表2-6所示： 表2-6 恒荷作用下梁端剪力及柱轴力（KN）层次荷载引起的剪力 柱 轴 力AB 跨BC 跨A柱顶A柱底B柱顶B柱底VAVBVBVCNNNN694.84-98.4117.48-17.48232.46261.04258.66 287.25 589.34-90.2416.50-16.50510.97539.56601.63 630.21 489.09-90.5016.50-16.50789.23817.82944.84 973.43 389.09-90.5016.50-16.501067.491096.081288.06 1316.64 289.09-90.5016.50-16.501345.751374.341631.27 1659.86 188.64-90.9416.50-16.501623.571656.921974.93 2008.28 柱端剪力8如下表2-7所示 柱端剪力计算公式： (2-4) 表2-7 柱端剪力计算表层数M上M下lVA680.9254.013.637.48 540.3645.553.623.86 445.5545.553.625.31 345.5545.553.625.31 245.5552.683.627.29 133.0116.514.211.79 B667.5137.673.629.22 545.6940.153.623.84 440.1540.153.622.31 续表2-7340.1540.153.622.31 240.1545.713.623.85 129.4914.754.210.53 恒载作用下的剪力和弯矩图如下图2-8所示 (a) (b) 图2-8 (a) 恒载作用下剪力图 (b) 恒载作用下柱轴力图 2.3.3 活载作用下的内力计算 活荷载作用下的框架内力计算方法同恒荷载作用的计算方法。 活载作用下各梁的固端弯矩5： 顶层： 标准层： 活载作用下的弯矩二次分配7如下表2-8所示：表2-8 活载作用下的弯矩分配上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁0.610.390.290.450.26-7.487.48-0.414.562.92-2.05-3.18-1.849.96-1.031.46-7.680.92-5.45-3.481.542.391.389.07-9.078.43-8.480.050.380.380.240.20.310.310.18-52.4252.42-2.8519.9219.9212.58-9.91-15.37-15.37-8.922.289.96-4.966.29-1.59-7.684.46-2.77-2.77-1.75-0.30-0.46-0.46-0.2719.4327.11-46.5448.50-17.42-23.51-7.580.380.380.240.20.310.310.18-52.4252.42-2.8519.9219.9212.58 -9.91-15.37-15.37-8.929.969.96-4.966.29-7.68-7.684.46-5.69-5.69-3.590.921.431.430.8324.1924.19-48.3949.72-21.62-21.62-6.480.380.380.240.20.310.310.18-52.4252.42-2.8519.9219.9212.58 -9.91-15.37-15.37-8.92续表2-89.969.96-4.966.29-7.68-7.684.46-5.69-5.69-3.590.921.431.430.8324.1924.19-48.3949.72-21.62-21.62-6.480.380.380.240.20.310.310.18-52.4252.42-2.8519.9219.9212.58 -9.91-15.37-15.37-8.929.969.96-4.966.29-7.68-7.934.46-5.69-5.69-3.590.921.511.510.8824.1924.19-48.3949.72-21.54-21.79-6.440.380.370.250.20.320.30.18-52.4252.42-2.8519.9219.4013.11 -9.91-15.86-14.87-8.929.96-4.966.55-7.684.46-1.90-1.85-1.25-0.67-1.07-1.00-0.6027.9817.54-45.5248.39-24.61-15.87-7.918.77-7.94 跨中弯矩8计算如下表2-9-表2-10所示：表2-9 AB跨中弯矩的计算层q板传作用alu=(l-a)q/2MAMBM/lV1=u-M/lM=u*1.05-MA-V1*l/260.53.36.60.83 -9.07 8.43-0.10 0.92 6.89 53.53.36.65.78 -46.5448.50.30 5.48 34.53 423.53.36.65.78 -48.3949.720.20 5.57 36.06 13.53.36.65.78 -46.5248.390.28 5.49 34.46 表2-10 BC跨中弯矩的计算层q板传作用alu=(l-a)*q/2MAMBM/lV1=u-M/lM=u*1.05-MA-V1*l/260.51.253.30.51 -0.05 0.0500.51 -0.26 53.51.253.33.59 -7.587.5803.59 5.43 423.51.253.33.59 -6.446.4403.59 4.29 13.51.253.33.59 -7.917.9103.59 5.76 活载作用下的弯矩图如下图2-9所示: 图2-9 活载弯矩图（kN.m） 活载引起的剪力和轴力的计算： 剪力： 轴力：N=F+V活载作用下引起的建立和轴力计算8结果如下表2-11-表2-12表2-11 活荷作用下梁端剪力及柱轴力（KN）层次荷载引起的剪力柱 轴 力AB 跨BC 跨A 柱B 柱VAVBVBVCNN66.85 -6.74 0.98 -0.98 13.29 14.66 547.21 -48.09 6.84 -6.84 105.56 140.67 447.31 -48.00 6.84 -6.84 197.91 266.58 347.31 -48.00 6.84 -6.84 290.27 392.49 247.31 -48.00 6.84 -6.84 382.63 518.41 147.07 -48.23 6.84 -6.84 474.75 644.56 柱端剪力计算公式： 表2-12 活载作用下的柱端剪力（KN）层数M上M下lVA69.0719.433.67.92 527.1124.193.614.25 424.1924.193.613.44 324.1924.193.613.44 224.1927.983.614.49 117.548.774.26.26 B68.4817.423.67.19 523.5121.623.612.54 421.6221.623.612.01 321.6221.623.612.01 221.6224.613.612.84 115.677.944.25.62 活载作用下的剪力和轴力图如下图2-10所示 （a） (b) 图2-10 (a) 活载剪力图（kN） (b) 活载轴力图（kN）2.4横向风荷载作用 （1）风荷载标准值的计算3 作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中荷载标准值： (2-5)基本风压： 风载体形系数：本建筑的高宽比,所以取1.3 风压高度系数：（根据C类地面）查表可知，离地面高度为5m、10m、15m、20m、30m处的分别为0.65.0.65.0.65.0.74.0.88。 风振系数：房屋高度23.3m30m高宽比。可以不考虑脉动风压的影响，此时风振系数。迎风面宽度：B=7.2m风荷载作用下结构计算简图如图2-11所示，各层楼面处集中风荷载标准值如表2-13所示。表2-13 各层楼面处集中风荷载标准值层次Z(m)(m)(m)B（m）61.01.322.20.770.453.62.27.27.2351.01.318.60.710.453.63.67.210.7741.01.315.00.650.453.63.67.29.8631.01.311.40.650.453.63.67.29.8621.01.37.80.650.453.63.67.29.8611.01.34.20.650.454.23.67.210.68图2-11 风荷载作用下结构计算简图(2）风荷载作用下的位移验算 侧移刚度5D的计算 计算结果见表2-14、2-15如下：（一榀框架）表2-14 横向26层D值的计算构件名称=A（D）轴柱0.2212935B（C）轴柱0.5733514表2-15 横向底层D值的计算 构件名称= =A（D）轴柱0.4416313B（C）轴柱0.7025952 风荷载作用下框架侧移计算5水平荷载作用下框架的层间侧移可按下面公式计算：框架在风荷载作用下侧移的计算如下表2-16：表2-16 风荷载作用下框架楼层层间位移与层高之比计算层次（KN）（KN）(KN/m)/m/h67.237.23928980.00011/36000 510.7718.00928980.00021/1800049.8627.72928980.00041/9000039.8637.58928980.00051/720029.8647.44928980.00061/6000110.6858.12845300.00081/5250侧移验算：风荷载作用下，框架结构楼层层间最大位移与层高之比的限值为：1/550。由上表2-16可见，本框架层间最大位移与层高之比在底层，为1/5250。满足：1/52501/550。满足规范要求。 （3）风荷载作用下框架结构内力计算选取6轴线一榀框架进行内力计算，框架柱端剪力及弯矩按下列公式进行计算： ； (2-6) ； 各柱反弯点高度比 ，本设计中底层柱需考虑修正值y2，第二层柱需考虑修正值y3，其余柱均无修正。由所求的查表可知： =0、=0。 由于结构对称，表中只算出A轴柱和B轴柱柱端剪力和弯距，弯距C轴柱同B大小相同，D轴柱同A大小相同。柱端剪力和弯距计算结果见表2-17。表2-17 各层 柱端弯矩及剪力计算层次/mNmA 轴 柱B 轴 柱yy63.67.392898129351.020.580.250.982.75335142.630.580.434.075.4053.618.0092898129352.510.580.353.165.87335146.490.580.4510.5112.8543.627.7292898129353.860.580.405.568.343351410.000.580.4817.2818.7233.637.5892898129355.230.580.458.4710.363351413.560.580.5024.41 24.4123.647.4492898129356.600.580.5011.8811.883351417.120.580.5030.8230.8214.258.12845301631311.222.620.7028.2712.122595215.382.620.5530.4524.92 梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按下式计算: 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算结果见表2-18： ； ； 表2-18 风荷作用梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次AB跨梁BC跨梁柱轴力 LVLVA柱B柱62.751.196.60.60-4.20-4.202.5-3.36-0.602.7656.853.726.61.60-13.20-13.202.5-10.56-2.2011.72411.506.436.62.72-22.80-22.802.5-18.24-4.7427.42315.929.176.63.80-32.52-32.522.5-26.02-8.5450.64220.3512.156.64.92-43.08-43.08 2.5-34.46-13.4679.48124.0012.266.64.49-43.48-43.482.5-34.78-17.95109.47注:1)柱轴力中的负号表示拉力。当为左地震时，左侧两柱为拉力,对应的右侧两根柱为压力。2） 表中单位为，V单位N，L的单位为m。3） C柱轴力与B大小相等方向相反，C柱轴力与B大小相等方向相反左风荷载作风下框架结构弯距、剪力及轴力图如图2-12所示（右风同理）：（a） （b） （c）图2-12 （a）框架弯矩图 （b）梁端剪力 （c）柱轴力图2.5水平地震作用 （1）重力荷载代表值的计算1 屋面处的重力荷载代表值 = 结构和构配件自重标准值 + 0.5雪荷载标准值 楼面处的重力荷载代表值 = 结构和构配件自重标准值 + 0.5楼面活荷载标准值其中结构和构配件自重取楼面上、下各半层层高范围内（屋面处取顶层一半）的结构和构配件自重屋面处的重力荷载代表值的计算： 其余各层楼面处的重力荷载代表值的计算： 底层楼面处的重力荷载代表值的计算： 屋顶活荷载标准值的计算： 楼面活荷载标准值的计算： 底层楼面处的重力荷载代表值的计算：（计算简图如图3.10所示） 屋面处：= 屋面处结构和构配件自重 + 0.5雪荷载标准值 = 20592.63 + 0.5516.65= 20850.96 标准层楼面处： = 楼面处结构和构配件自重 + 0.5活荷载标准值 = 30402.04 + 0.53616.52= 32012.3 底层楼面处： = 楼面处结构和