安市淮阴区教师进修学校培训楼结构设计.doc

安市淮阴区教师进修学校培训楼结构设计工程概况1.1工程名称 淮安市淮阴区教师进修学校1#培训楼设计1.2设计条件 （1）建筑设计功能要求：普通教室、教师休息等，上人屋面。结构形式：钢筋混凝土框架结构；抗震设防类别为丙类。 （2）5层，建筑面积约4406m2；层高为3.6米，建筑物总高度不超过20m。 （3）10冬季主导风向东北风，平均风速2.6m/s，夏季主导风向东南风，平均风速2.6m/s，最大风速23.7m/s。20常年地下水位低于-1.3m，水质对混凝土没有侵蚀作用，30最大积雪厚度0.32m，基本雪压S0=0.4KN/, 基本风压0=0.4KN/,土壤最大冻结深度0.09m，40抗震设计烈度：7度。 （4）经过人类活动改变后，原始地形地貌形态已经改变，现场地地形平坦。勘探资料提供。地基土自上而下分层情况见下表。序号岩土分类土层深度m厚度范围m地基承载力kPa1耕土1.31.3 2粘土1.3-3.82.52503粘土3.8-13.29.41101.3材料梁、柱的混凝土均选用C30，梁、柱主筋选用HRB335，箍筋选用HPB235，板受力钢筋选用HRB300，直径大于12mm时采用HRB335，板内分布钢筋采用HPB235。 2结构选型2.1结构形式 本建筑为5层，为方便布置房间和便于管理采用钢筋混凝土现浇框架结构体系。为使结构有较大的刚度本设计中楼面、屋面、楼梯等均采用现浇结构；其中，屋面是刚柔性相结合的屋面，屋面板厚120mm，楼面结构全部采用现浇钢筋混凝土肋形楼盖120mm厚，楼梯采用钢筋混凝土梁式楼梯。基础为浅基础。2.2结构平面布置 本设计中柱距为大部分为4.5m，其他3.3m，4.2m。根据结构布置，本建筑平面为双向板。 材料选用： 混凝土：C30 钢筋：纵向受力钢筋采用热扎钢筋HRB335；其余采用热扎钢筋HPB300。焊条：采用E43型及E50型抗震及抗风措施：填充墙在门口标高处设抗震带一道窗：铝合金窗，=0.95KN/m.门：木门 图2.1结构平面布置图 图2.2结构立面布置图 初步设计基础顶面离室外地面550mm，则底层层高为3.6+0.45+0.55=4.60m。2.3 框架梁柱截面尺寸初估2.3.1主梁(1) 梁截面高度一般取梁跨度的1/81/12h1=L=6000500750mm h2=L=2400=200300mm取h1=600mm ,h2=300 mm(2) 宽度为截面高度的1/21/3b=h=600200300mm 考虑地震区b250mm，故取b=300mm2.3.2纵向框架梁1. 截面高度h框架梁的高度可按照高跨比来确定，即梁高h=L。h1=L1=4500375563 取h1=400mm2. 截面宽度b1=h1=400133200mm考虑地震区b250mm，故取b3=b2= b1=250mm2.3.3次梁1. 截面高度 次梁高度取主梁间距的1/121/18h=L=6000333500mm 取h=450mm2. 截面宽度b=h=450150225mm 故取b=200mm表2.1梁截面尺寸表（mm）混凝土等级横梁（bh）纵向框架梁（bh）次梁（bh）C30300600 3003002504002004502.3.4框架柱截面初估根据轴压比公式初步估定截面尺寸1. 柱的轴压力设计值 N=FgE n。 注：考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，三级抗震取1.1；F按简支状态计算柱的负载面积；gE折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近似的取1215kN/m2， 这里取12KN/m2；n为验算截面以上的楼层层数。对于边柱：=1.33.04.5144=1228.50kN对于中柱：=1.254.27.2144=1653.75kN2. 柱截面 AcN/（nfc） 注：n为框架柱轴压比限值，本方案为三级抗震等级，查建筑抗震设计规范可知取为0.9。fc为混凝土轴心抗压强度设计值，C30混凝土为14.3N/mm2。即边柱：AA /=1228.501000/(0.914.3)=122181.82 mm2B=hAc=309 mm边柱截面初定为bh=400mm400mm中柱：AB /=2116.801000/(0.914.3)=164475.52 mm2B=hAc=359 mm中柱截面初定为bh=400mm400mm 2.3.5板板厚取跨度的1/40且大于等于80mm ，取板厚120毫米.1223框架计算简图及梁柱线刚度3.1确定框架计算简图 图3.1 框架计算简图 图3.2计算简图3.2计算框架梁柱的线刚度。本工程柱、梁的砼均采用C30，EC=3.0107kN/m2。3.2.1.梁和柱的线刚度计算（1）梁的线刚度计算 在计算框架梁的惯性矩时，考虑梁为矩形截面。框架梁截的折算惯性矩计算时，对于现浇整体式结构，中框架的折算系数为2，边框架的折算系数为1.5。1. 横梁的线刚度计算：表3.1横梁的线刚度 类别 EC KN/m2 bh ( m2) I0=bh3 LECI0 /l AB.CD跨 3.01070.30.65.410-3 6270004050054000BC跨3.01070.30.30.6710-3 2.4837512656167502. 纵梁的线刚度计算：表3.2纵梁的线刚度类别 EC KN/m2 bh ( m2) I0=bh3 LECI0 /l 1、2跨3.01070.250.41.3310-3 3.31209018135241806、7跨3.01070.250.41.3310-3 4.295001425019000其他跨3.01070.250.41.3310-3 4.5886713301177343. 柱的线刚度计算： 表3.3柱线刚度层 次层 高 (m)截面积 bh (m2) 截面惯性矩 IC= bh3线刚度iC底 层4.60.40.42.1310-313891其余层3.60.40.42.1310-3177504荷载计算图4.0板传荷载示意4.1 屋面横梁竖向线荷载标准值4.1.1恒载屋面恒载标准值： 40厚细石混凝土防水层 1.0 三毡四油上铺小石子 0.4 20厚水泥砂浆找平层 0.022 =0.4 70厚水泥防水珍珠块 0.07+0.235)/27 =1.07 20厚水泥砂浆找平 0.0220=0.4 120厚现浇钢筋混凝土屋面板 0.1225=3 20厚石灰打底 0.0217=0.34 屋面恒载标准值 合计：6.61kN/m 梁自重 边跨AB、CD跨： 0.3m0.6m25=4.5 梁侧粉刷 2（0.6-0.12）m0.0217=0.33 合计：4.83kN/m中跨BC跨： 0.3m0.3m25=2.25 梁侧粉刷： 2（0.3-0.1）0.0217=0.13 合计：2.38kN/m作用在顶层框架梁上的均布恒载标准值为：梁自重： g5AB=g5CD=4.83kN/m，g5BC=2.38kN/m板传荷载： g5AB=g5CD=6.61kN/m4.5m0.77=22.90kN/m g5BC=6.61kN/m12.25m0.625=9.3kN/m4.1.2活载 作用在顶层框架梁上的均布活荷载标准值为： q5AB=q5CD=24.5m0.77=6.93kN/m q5BC=22.5m0.625=3.12kN/m4.2 楼面横梁竖向线荷载标准值4.2.1恒载 面层 15厚1:2白水泥白石子 0.01516=0.24N/m2 找平层 20厚1:3水泥砂浆找平 0.0220=0.40kN/m2 结构层 120厚现浇钢筋砼楼板 0.1225=3kN/m2 粉刷层 10厚粉平顶 0.0117=0.17kN/m2 楼面板恒载标准值 合计 ：3.81kN/m2 边跨（AB、CD跨）框架梁自重： 4.83kN/m 中跨（BC跨）梁自重： 2.38kN/m 作用在楼面层框架梁上的线恒载标准值为： 梁自重： g4AB=g4CD=4.83kN/m，G4BC=2.38kN/m 楼面板传递的荷载： g4AB=g4CD=d0.77=13.20kN/m g4BC=3.81kN/m2 2.25m0.625=5.36kN/m4.2.2活载 楼面活载： q4AB=q4CD= 2.0kN/m2 4.5m0.77=6.93kN/m q4BC=2.5kN/m2 2.5m0.625=3.91kN/m 4.3 A轴柱纵向集中荷载计算4.3.1女儿墙自重（做法：墙高1100mm，100mm的混凝土压顶）： 25KN/m3 0.10.24m+（1.22+0.24）0.5kN/m2 + 0.24m1.1m18 =6.67kN/m4.3.2屋面框架节点集中荷载标准值 （1）边柱边柱纵向框架梁自重(含粉刷) 4.834.5=21.74kN1.1m高女儿墙自重(含粉刷) 6.674.5=30.02kN纵向框架梁传来的屋面板荷载 6.612.252.25/22=33.46kN 6.61(2.4+6)/22.25=62.46kN GA =GD=147.68KN （2）中柱中柱纵向框架梁自重(含粉刷) 2.384.5=10.71kN纵向框架梁传来的屋面板荷载 6.612.252.25/22=33.46kN 6.61(2.4+6)/21.125=31.23kN 6.61(4.8+4.5)/21.2=36.88kN GB=GC=112.28kN （3）顶层柱活载=板传活载 qA=qD=2kN/m22.25m0.6254.5=12.66KN qB=qC=0.54.50.54.52+ 0.5（4.5+4.5-3）30.52=8.06KN （4）基础顶面恒载=底层外众墙自重+基础梁自重 9.284.1m+2.54.1m=49.53KN4.3.3楼面框架节点集中荷载标准值 (1) 边柱 边柱纵向框架梁(含粉刷) 21.74kN 外纵墙和窗自重 10.08+（17.10.2418）/2 =47.02kN 纵向框架梁传来的楼面板荷载 3.812.252.25/22=19.29kN ， 3.81(2.4+6)/22.25=36kN gA=gD=124.05kN(2) 中柱 中柱纵向框架梁自重(含粉刷) 10.71kN 内纵墙和门自重 9.8(4.53.6-2.10.9)+ 2.10.90.2= 34.04KN 纵向框架梁传来的楼面板荷载 3.812.252.25/22=19.24kN 3.81(2.4+6.0)/22.25=35.91KN gB=gC=105.7KN（3）标准层柱活载=板传活载 qA=qD=2kN/m2 2.25m0.6254.5=12.66KN qB=qC=0.54.50.54.52.5+0.5（4.5+4.5-3）3 .52.5=23.9KN （4）基础顶面恒载=底层内众墙自重+基础梁自重 9.284.1m+2.54.1m=49.53KN4.4竖向荷载下框架受荷总图4.5风荷载计算已知基本风压=0.40kN/m，地面粗糙程度属B类。按照荷载规范。风载体形系数：迎风面为0.8，背风面为-0.5:；因结构高度H=14.7m1.4Tg=0.49s注：上式中，对于民用建筑取=0.60.8，本设计取=0.7；对于类场地土取特征周期值Tg=0.35(s)5.4水平地震作用及楼层地震剪力的计算1. 横向水平地震作用的计算本设计的建筑为7度，地震影响系数max=0.08，则相应于基本自振周期的1值为：1max()0.9=0.08()0.9=0.042所以结构总水平地震作用值为：FEk=1Geq=0.0420.8552666.25=1880.19kN因为T11.4 Tg，由于高振型影响，根据对大量结构的地震反应直接动力分析证明，计算时结构顶部的地震剪力偏小，故须进行调整。方法是将结构的总地震作用的一部分作为集中力，作用于结构顶部，再将余下的地震作用按倒三角形分配给各质点。对于多层钢筋砼房屋，顶部附加地震作用系数n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，n=0.08T1+0.07=0.080.72+0.07=0.13Fn=nFEk=0.131880.19=244.42kN则各质点分配的地震作用为： Fi=FEk (1-n) 表5.9各层剪力计算层 次层 高(m)高 度(m)重 量 (kN)Fi=FEk (1-n)剪力 Vi53.61910126.33192400.27708.77953.1943.615.410583.83162990.98600.431553.6333.611.810634.48125486.87462.272015.923.68.210634.4887202.74321.242337.1414.64.610687.1349160.80181.102518.2452666.25444041.665.5多遇水平地震作用下的位移验算根据建筑抗震设计规范GB500112010，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。本结构变形计算如下表所示：表5.10层间位移层次剪力 Vi刚度 Di层间位移 Ui=Ui5953.19 5347040.00180.000500.0053441553.635347040.00290.000810.0048432015.95347040.00380.001050.0040322337.145347040.00440.001220.0029812518.243113040.00810.001760.00176 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要求。5.6地震作用下框架的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。现以kJ-5为例，其内力的计算如下：5.6.1地震剪力的分配在每层结构中，地震剪力分配系数为：非底层Dim/D=(110122+99102)/534704=0.078底层Dim/D=（62232+58692）/311304=0.078故地震剪力分配为： 表5.11地震剪力分配第五层 =953.190.078=74.35kNA柱B柱V=Vim9910/（110122+99102） 74.35=17.61kN11012/（110122+99102） 74.35=19.57kN第四层 =1553.630.078=121.18kNA柱B柱V=Vim9910/（110122+99102） 121.18=28.72kN11012/（110122+99102） 121.18=31.87kN第三层 =2015.90.078=175.24kNA柱B柱V=Vim9910/（110122+99102） 175.24=41.53kN11012/（110122+99102） 175.24=42.09kN第二层 =2337.140.078=182.30kNA柱B柱V=Vim9910/（110122+99102） 182.30=43.21kN11012/（110122+99102） 182.30=47.94kN 第一层 =2518.240.078=196.42kNA柱B柱V=Vim5869/（62232+58692） 196.42=47.67kN6223/（62232+58692） 196.42=50.54kN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C柱和D柱的剪力。5.6.2柱的反弯点高度计算表5.12柱的反弯点位置系数ABCD第五层m=5n=5h=3.6m3.043.99同B柱同A柱y00.450.45111y1002y200311y3001.621.62位置系数ABCD第四层m=5n=4h=3.6m3.043.99同B柱同A柱y00.480.50111y100211y200311y3001.7281.8位置系数ABCD第三层m=5n=3h=3.6m3.043.99同B柱同A柱y00.50.5111y100211y200311y3001.81.8位置系数ABCD第二层m=5n=2h=3.6m3.043.99同B柱同A柱y00.350.37111y100211y20031.281.28y3001.261.332位置系数ABCD第一层m=5n=1h=4.6m3.895.09同B柱同A柱y00.550.551y10020.780.78y2003y3002.532.53 注：1. y0由m、n及查表得到。 2. y1由1及查表得到，1=；当i1+i2i3+i4时，1取倒数，即1= 并且y1值取负号“-”。 3. y2由2及查表得到，2=h上/h本。 4. y3由3及查表得到，3= h下/h本。5.=(y0+y1+y2+y3)h 5.6.3柱端弯矩计算（ 设地震荷载从左向右作用） 柱下端弯矩M下=V；柱上端弯矩M上=(h-)V 柱端弯矩计算结果如下图所示：(C柱和B柱相同，D柱和A柱相同)图5.1地震荷载作用下的柱端M图（单位：KNm）5.6.4梁端弯矩计算根据节点平衡来计算第五层：MAB=MDC=34.87kNm MBA=MCD=54000/(54000+16750)38.75=29.58KNm MBC=MCB=16750/(54000+16750)38.75=9.17KNm第四层：MAB=MDC=（53.76+28.53）KNm=82.29KNm MBA=MCD=54000/(54000+16750)89.07KNm=67.98KNm MBC=MCB=16750/(54000+16750)89.07KNm=21.09KNm第三层：MAB=MDC=（74.75+49.63）KNm=124.39KNm MBA=MCD=54000/(54000+16750)129.13KNm=98.56KNm MBC=MCB=16750/(54000+16750)129.13KNm=30.57KNm第二层：MAB=MDC=（74.75+101.11）KNm=175.86KNm MBA=MCD=54000/(54000+16750)184.49KNm=140.81KNm MCD=MDC=16750/(54000+16750)184.49KNm=43.68KNm第一层：MAB=MDC=（98.68+54.44）KNm=153.12KNm MBA=MCD=54000/(54000+16750)168.48KNm=128.59KNm MCD=MDC=16750/(54000+16750)168.48KNm=39.89KNm5.6.5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。框架的剪力图根据框架弯矩图，通过对梁或柱取脱离体，求某一点M=0，则可以求出梁端和柱端剪力，然后即可做出剪力图。框架轴力图即柱轴力图，根据框架剪力图，取节点脱离体，求Y=0，即可求出柱的轴力图，轴力以柱受压为正。 图5.2地震荷载作用下的M图（单位：kNm） 图5.3地震荷载作用下的Q图（单位：KN）5.4地震荷载作用下的N图（单位：KN）金陵科技学院学士学位论文 第6章 风荷载作用下的位移验算及内力计算6风荷载作用下的位移验算及内力计算6.1计算侧移刚度D，风荷载作用下框架侧移表6.1风荷载作用下框架侧移层次Fi(kN)层间剪力Vi(kN)层间刚度Di(kN/m)层间位移ui=Vi/Di(mm)层高hi(mm)ui/hi56.79 6.79 534704