山东省青岛市第一人民医院病房楼结构设计毕业论文.doc

结构设计山东省青岛市第一人民医院病房楼结构设计毕业论文目 录1 工程概况12 板的设计22.1 板的设计22.2 框架结构布置及计算简图72.2.1 梁柱的截面尺寸72.2.2 梁柱线刚度73 竖向荷载下的内力计算93.1 恒荷载的计算93.2 恒荷载作用下内力计算113.3 活荷载内力计算203.3.1 荷载标准值计算203.3.2 活荷载作用下内力计算214 水平荷载作用下框架内力分析284.1 层间侧刚度计算284.1.1 线刚度计算284.1.2 梁的线刚度计算284.1.3 柱的侧移刚度计算D304.2 地震作用下框架内力分析314.2.1 各层重力荷载代表值计算314.2.2 结构自振周期324.2.3 水平地震作用及框架侧移验算计算334.2.4 地震荷载作用下的内力计算354.2.5 水平地震荷载内力图454.3 风荷载计算475 框架结构的内力组合545.1 框架梁内力组合545.2 框架柱内力组合616 截面设计666.1 框架梁的截面设计666.2 框架柱的截面设计727 基础设计747.1 选择基础材料747.2 初步选择基底尺寸757.3 基础结构设计77致谢82附表1柱正截面配筋表83附表2柱斜截面配筋表851 工程概况设计题目：山东省青岛市第一人民医院病房楼结构设计设计标高：室内设计标高，屋面板顶面标高为14.00m，室内外高差为600mm，1.2m女儿墙高度。屋面做法：(1)刚性防水层:40厚C20防水细石混凝土;(2)隔离层（干铺玻纤布或低强度等级砂浆）一道0.1厚;(3)防水层：a.1.2厚合成高分子防水卷材;(4)找平层:20厚1：3水泥砂浆找平;(5)保温层: 40厚（最薄处）1：8（重量比）水泥珍珠岩找坡层2%;(6)钢筋混凝土屋面板楼面做法：(1)15厚水磨石面层;(2)20厚1：3水泥砂浆找平层;(3)1.5厚合成高分子防水涂料防水层;(4)20厚1：3水泥砂浆抹平;(5)60厚LC7.5轻骨料混凝土填充层并找坡; (6)现浇钢筋混凝土楼板活荷载：均布活荷载标准值0.5(不上人屋面)，楼面活荷载为2.0，雪荷载标准值为0.2。抗震要求：地震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g；设计地震分组为第二组，建筑场地类别为II类，场地地震周期为0.35s。设计材料：混凝土采用C30，钢筋混凝土框架梁、柱等主要结构构件的纵向受力钢筋采用HRB400，构造钢筋及箍筋可采用HPB335，对于钢筋混凝土板、墙等构件的受力钢筋及构造钢筋采用HPB335。基本风压：0.6 （地面粗糙度属于B类）门窗做法：门厅处为铝合金门窗，其余均为木门、钢窗。屋盖设计。2 板的设计2.1 板的设计1、板的设计屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者取较大值。（屋盖） 不上人屋面找平层：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 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 则屋面板的恒载 ， 活载 楼面的恒载 ， 活载 ， 板传荷载示意图及板分割示意图分别如下图所示。 弯矩计算楼面板和屋面板的计算过程见表2-1和表2-2。表2-1 屋面板弯矩值计算表AB3.852.47.03.850.550.62(0.039+0.20.006)6.053.85+(0.089+0.20.021) 0.353.85=4.09=3.988(0.036+0.20.008)6.052.4+(0.079+0.20.025) 0.352.4=1.48=1.459(0.006+0.20.039)6.053.85+(0.021+0.20.089) 0.353.85=1.20=1.375(0.008+0.20.036)6.052.4+(0.025+0.20.079) 0.352.4=0.56=0.616-0.0816.43.85 =-7.68-0.0786.42.4=-2.88-0.0576.43.85=-5.41-0.0576.42.4=-2.10 表2-2 楼面板弯矩值计算表AB3.852.47.03.850.550.62(0.039+0.20.006)5.823.85+(0.089+0.20.021) 1.43.85=5.40=3.988(0.036+0.20.008)5.822.4+(0.079+0.20.025) 1.42.4=1.94=1.459(0.006+0.20.039)5.823.85+(0.021+0.20.089) 1.43.85=2.0=1.375(0.008+0.20.036)5.822.4+(0.025+0.20.079) 1.42.4=0.84=0.616-0.0817.223.85 =-8.67-0.0787.222.4=-3.24-0.0577.223.85=-6.10-0.0577.222.4=-2.373、截面设有效高度截面：假设选定钢筋，保护层厚度，所以这个方向上跨中的截面高度为=100-15-5=80取；方向跨中截面的高度为=80-10=70，取；支座截面=80mm。最小配筋率：因为，故取=0.2%，则。设计截面时使用的弯矩设计值：中间跨的跨中截面和中间支座截面减小；边跨跨中截面及楼板边缘算起的第二个支座截面处，当/时减小，当/=1.52.0时减小；楼盖的角区格不折减1。为了便于计算，近似取则有A=M/(0.95hf) 表2-3 屋面板配筋表 项目 截面 配筋实际 跨 中A方向803.27119.598200251方向700.9640.18200251B方向801.1843.278200251方向700.4518.718200251支座A-A80-6.14224.568200251A-B80-4.33158.198200251B-B80-1.6861.408200251表2-4 楼面板配筋表项目截面配筋实际配筋跨中A方向804.32157.898200251方向701.666.838200251B方向801.5556.738200251方向700.6728.078200251支座A-A80-6.94253.518200251A-B70-4.88178.368200251B-B80-1.9069.3082002512.2 框架结构布置及计算简图2.2.1 梁柱的截面尺寸(1)梁柱尺寸估算及选取主体结构共四层，首层层高为5.0m，其余层层高为3.5m，内外墙均为240厚加气混凝土砌块，楼层屋盖均为现浇钢筋混凝土结构，板厚取100mm。(2)梁截面尺寸的估算框架结构的主梁截面高度及宽度可由下式确定： hb=(1/81/18)Lbbb=(1/21/3) hb且bb 200,其中横梁跨度，AB、CD跨L=7000mm ，BC跨L=2400mm,由此估算梁的截面尺寸如下：主框架梁AB跨，CD跨取：300mm600mm，BC跨取300mm400mm。纵向连系梁：300mm500mm(3)柱截面尺寸的估算柱截面尺寸可根据公式Ac确定。查表可知该框架的抗震等级为三级，其轴压比限值N，各层的重力荷载代表值近似取1214kN/。轴压比取0.8，由公式得柱截面面积为：考虑到建筑的要求，本设计所有主要边柱和中柱截面尺寸取h=b=500mm由构造要求确定为：500mm500mm。2.2.2梁柱线刚度室内外高差为0.6m，基础埋深为1.4m,基础高度0.5m,则底层柱高为3.5+0.6+1.4-0.5=5.0m，在计算梁、柱线刚度时，应考虑楼盖对框架梁的影响，在现浇楼盖中，中框架梁的抗弯矩取；边框架梁I=1.5I0，I0为框架梁按矩形截面计算的截面惯性矩。横梁、柱线刚度见表2-5。 表2-5 横梁、柱线刚度值 杆件截面尺寸Ec(kN/mm2)Ic(mm4)I(mm4)L(mm)(kN/mm2)相对刚度B（mm）H（mm）边跨框架梁300600305.41098.110970003.471071边跨框架梁300400301.61092.410924003.01070.864中跨框架梁300600305.410910.810970004.631081.334中跨框架梁300400301.61093.210924004.01071.152底层框架柱500500305.211095.2110950003.131070.90中层框架柱500500305.211095.2110935004.471071.287将梁柱线刚度标于计算简图中。 图2-4 框架结构计算简图3 竖向荷载下的内力计算3.1 恒荷载的计算图3-1 恒载计算简图1、荷载标准值计算(1)屋面框架梁荷载标准值梁自重边跨AB、CD跨 0.300.6025=4.50 kN/m 梁侧粉刷 2（0.60-0.10）0.0217=0.34 kN/m合计 4.84 kN/m中跨BC跨 0.300.4025=3.0 kN/m梁侧粉刷 2（0.4-0.1）0.0217=0.20 kN/m 合计 3.20 kN/m 作用在顶层框架梁上的线恒荷载标准值为：梁自重 = =4.84 kN/m =3.20 kN/m 板传来的荷载 =4.757.7/40.872=15.91 kN/m =4.752.4/25/82=7.12 kN/m（2）楼面框架梁荷载标准值边跨（AB、CD跨）框架梁自重 4.84 kN/m中跨（BC跨）梁自重 3.20 kN/m作用在楼面层框架梁上的线恒荷载标准值为：梁自重 =4.84 kN/m =3.20 kN/m板传来的荷载 g=g=3.687.7/40.872=12.33 kN/m =3.682.4/25/87.7/2=5.52kN/m墙传来的荷载 80.24(3.5-0.60)=5.568kN/m2、屋面框架节点集中荷载标准值恒载边框架连系梁自重 0.30.57.725=28.88kN粉刷 2（0.5-0.1）0.027.717=2.09kN1.2m高女儿墙（含粉刷） 1.27.73.6+1.220.027.717=39.55kN连系梁传来屋面自重 0.50.57.77.74.75=70.41kN顶层边节点集中荷载 G4A=G4D=140.93kN中柱连系梁自重 0.30.57.725=28.88kN粉刷 2（0.5-0.1）0.027.717=2.09kN中连系梁传来屋面自重 0.50.57.77.74.75=70.41kN0.5(7.7+7.7-2.4)2.4/24.75=37.05 kN 顶层中节点集中荷载 G4B= G4C=138.43kN活载Q4A= Q4D=1/27.71/27.70.5=7.41kNQ4B= Q4C=1/27.71/27.70.5+1/2(7.7+7.7-2.4) 2.4/20.5=11.33 kN3、楼面框架节点集中荷载标准值恒载边框架连系梁自重 0.30.57.725=28.88kN粉刷 2（0.5-0.1）0.027.717=2.09kN连系梁传来屋面自重 0.50.57.77.73.68=54.55kN中间层边节点集中荷载 GA= GD=85.52kN框架柱自重 GA= GD=0.50.53.525=21.88kN中柱连系梁自重 0.30.57.725=28.88kN粉刷 2（0.5-0.1）0.027.717=2.09kN连系梁传来楼面自重 0.50.57.77.73.68=54.55kN 0.5(7.7+7.7-2.4) 2.4/23.68=28.7kN中间层中节点集中荷载 GB= GC=114.22 kN柱传来集中荷载 GB= GC=21.88kN活载QA=QD=1/27.71/27.72=29.65kNQB= QC=1/27.71/27.72+1/2(7.7+7.7-2.4) 2.4/22=45.25kN3.2 恒荷载作用下内力计算1、弯矩分配系数 图3-2 恒载弯矩作用简图图3-3 弯矩分配系数简图 节点A1：SA1A0=4iA1A0=40.9=3.6 SA1B1=4A1B1=41.334=5.336 SA1A2=4A1A2=41.287=5.148节点B：SB1A1=4iB1A1=41.334=5.336 SB1B0=4iB1B0=40.9=3.6 SB1B2=4B1B2=41.287=5.148 SB1D1=2B1D1=21.152=2.304 节点A： 节点B： 节点A4：节点B4：A3,B3与相应的A2,B2相同 2、固端弯矩计算顶层边跨 顶层中跨 中间层边跨 中间层中跨 纵梁引起柱端附加弯矩顶层的外纵梁：楼层外纵梁： 3、弯矩二次分配计算弯矩节点A的不平衡弯矩： 节点A的不平衡弯矩：由于结构对称故采用对称性取二分之一结构计算表3-1 节点A、B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400.4910.5090.41700.4030.1800.3290.3290.3420.2980.2870.2870.12810.3650.2560.3790.3260.3140.2190.141表3-2 节点C、D分配系数计算节点DC层号上柱下柱左梁左梁上柱下柱右梁400.4910.5090.41700.4030.1800.3290.3290.3420.2980.2870.2870.12810.3650.2560.3790.3260.3140.2190.141恒载弯矩二次分配过程如图3-4所示。上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁0.4910.5090.4170.4030.18四层-70.6484.73-4.9534.6835.96-33.27-32.15-14.360410.13-16.6317.98-9.4603.23.31-3.55-3.43-1.533348.01-48.0165.89-45.04-20.84370.3290.3290.3420.2980.2870.2870.128三层-61.5670.11-4.1920.2520.2521.05-19.64-18.92-18.92-8.4417.3410.13-9.8210.53-16.08-9.46-5.81-5.81-6.044.474.314.311.9231.7924.57-56.3665.47-30.69-24.07-10.710.3290.3290.3420.2980.2870.2870.128二层-61.5670.11-4.1920.2520.2521.05-19.64-18.92-18.92-8.4410.1311.23-9.8210.53-9.46-10.35-3.8-3.8-3.952.772.662.661.1926.5827.69-54.2763.76-25.71-26.6-11.440.3650.2560.3790.3260.3140.2190.141一层-61.5670.11-4.1922.4715.7623.33-21.49-20.7-14.44-9.2910.130-10.7411.67-9.4600.230.160.23-0.72-0.69-0.48-0.3132.8215.92-48.7459.57-30.85-14.92-13.87.88-7.22图3-4 恒载弯矩二次分配计算89 4、跨中弯矩计算采用弯矩叠加法，结构的弯矩图可等效为分别在原均布荷载下的简支梁的弯矩和在固端弯矩作用下的简支梁的弯矩叠加。M4AB=M4BC=M3AB=M3BC=M2AB=M2BC=M1AB=M1BC=5、剪力计算及柱轴力的计算柱轴力可通过对梁端剪力、纵向梁传来剪力和柱自重叠加得到。假定纵向框架梁按简支支撑，即纵向框架梁传给柱的集中力可由其受荷面积得到。柱的轴力计算过程见下表。表3-3 恒荷作用下AB、CD梁端剪力 (kN)层L(m)q（）（kNm）（kNm）4720.75-48.0165.892.5570.08-75.183717.17-56.3665.471.3058.80-61.402717.17-54.2763.761.3658.74-61.461717.17-48.7459.571.5558.56-61.65表3-4 恒荷作用下AB、CD梁端剪力 (kN)层L(m)q（）（kNm）（kNm）42.410.32-20.8420.84 012.38-12.3832.48.72-10.7110.71010.46-10.4622.48.72-11.4411.44010.46-10.4612.48.72-13.8013.80010.46-10.46表3-5 恒载作用下柱的轴力计算表层边柱A、D轴中柱B、C轴横梁端部压力纵梁端部压力柱重柱轴力横梁端部压力纵梁端部压力柱重柱轴力4柱顶70.08140.9321.88211.0175.18+12.38=87.56138.4321.88225.99柱底232.89247.873柱顶58.8085.5221.88377.3161.40+10.46=71.86114.2221.88412.07柱底399.09433.952柱顶58.7485.5221.88543.3561.46+10.46=71.92114.2221.88620.09柱底565.23641.971柱顶58.5685.5231.25709.3161.65+10.46=72.11114.2231.25828.3柱底740.56859.55则恒荷载作用下的弯矩图、剪力图、轴力图如下图3-5、3-6、3-7所示。图3-5 恒荷载作用下的弯矩图() 图3-6 恒荷载作用下的剪力图(kN)图3-7 恒荷载作用下的轴力图(kN)3.3 活荷载内力计算3.3.1 荷载标准值计算图3-8 荷载等效后的计算简图1、屋面活载标准值作用在顶层框架梁上的线活荷载标准值为：=0.507.7/40.872=1.67 kN/m=0.502.4/25/82=0.75kN/m2、屋面活载标准值作用在楼面框架梁上的线活荷载标准值为：=27.7/40.872=6.28 kN/m=22.4/25/82=3.12 kN/m3.3.2 活荷载作用下内力计算图3-9 活载的布置1、固端弯矩计算计算半跨框架结构在活荷载作用下的各节点固端弯矩，计算过程及结果如下：顶层边跨 顶层中跨 中间层边跨 中间层中跨 顶层的外纵梁： 楼层外纵梁： 节点A的不平衡弯矩： 节点A的不平衡弯矩：2、活荷载作用下弯矩计算利用结构的对称性采用弯矩二次分配法计算活荷载作用下半框架结构的弯矩，计算过程如下图3-10所示。上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁0.4910.5090.4170.4030.18四层-6.086.82-0.362.99 3.09 -2.69 -2.60 -1.163.73 -1.35 1.55 -3.46 -1.17 -1.21 0.80 0.77 0.355.54 -5.54 6.47 -5.30 -1.180.3290.3290.3420.2980.2870.2870.128三层-22.6725.64-1.57.46 7.46 7.75 -7.19 -6.93 -6.93 -3.09 1.49 3.73 -3.60 3.88 -1.30 -3.46 -0.53 -0.53 -0.56 0.26 0.26 0.26 0.11 8.42 10.65 -19.07 22.59 -7.97 -10.14 -4.48 0.3290.3290.3420.2980.2870.2870.128二层0-22.67 25.64 0-1.50 7.46 7.46 7.75 -7.19-6.93-6.93-3.093.73 4.14 -3.60 3.88 -3.46 -3.79 -1.40 -1.40 -1.46 1.01 0.97 0.97 0.43 9.78 10.19 -19.97 23.33 -9.42 -9.75 -4.16 0.3650.2560.3790.3260.3140.2190.141一层-22.67 25.640-1.58.27 5.80 8.59 -7.87-7.58-5.29-3.403.73 0.00 -3.934824.30 -3.4640900.08 0.05 0.08 -0.27 -0.26 -0.18 -0.12 12.08 5.86 -17.93 21.80 -11.31 -5.47 -5.02 2.90-2.46图3-10 活载弯矩二次分配计算3、跨中弯矩计算采用弯矩叠加法，结构的弯矩图可等效为分别在原均布荷载下的简支梁的弯矩和在固端弯矩作用下的简支梁的弯矩叠加2。M4AB=M4BC=M3AB=M3BC=M2AB=M2BC=M1AB=M1BC=4、剪力计算表3-6 活荷作用下AB、CD梁端剪力(kN)层L(m)q（）（kNm）（kNm）471.67-5.546.47 0.135.72-5.98376.28-19.0722.590.5021.48-22.48276.28-19.9723.330.4821.5-22.46176.28-17.9321.800.5521.43-22.53表3-7 活荷载作用下BC跨梁端剪力(kN）层L(m)q（）（kNm）（kNm）42.40.75-1.18-1.1800.9-0.932.43.12-4.48-4.4803.74-3.7422.43.12-4.16-4.1603.74-3.7412.43.12-5.02-5.0203.74-3.745、轴力计算表3-8 活荷载作用下柱的轴力计算（kN）层边柱A、D轴中柱B、C轴横梁端部压力纵梁端部压力柱轴力横梁端部压力纵梁端部压力柱轴力45.727.4113.135.98+0.9=6.8811.3318.21321.4829.6564.2622.48+3.74=26.2245.2589.68221.529.65115.4122.46+3.74=26.245.25161.13121.4329.65166.4922.53+3.74=26.2745.25232.65活荷载作用下的弯矩图、剪力图、轴力图分别如3-9、3-10、3-11所示。 图3-11 活荷载作用下框架结构弯矩图(kN.m)图3-12 活荷载作用下框架结构剪力图()图3-13 活荷载作用下框架结构轴力图()4 水平荷载作用下框架内力分析4.1 层间侧刚度计算41.1线刚度计算在工程设计时，为了简化计算提高工作效率，通常梁先按矩形截面计算某惯性矩 ，然后乘以增大系数4，根据规范可知，对于现浇楼板梁的线刚度修正公式如下：中框架梁取I=2 边框架跨梁取I=1.5，梁采用C30混凝土，其中= 取结构图中4号轴线的一榀框架进行计算，如图4-1。 图4-1 一榀框架计算简图4.1.2梁的线刚度计算表4-1 横梁、柱线刚度计算表杆件截面尺寸Ec(kN/mm2)Ic(mm4)I(mm4)L(mm)(kN/mm2)相对刚度B（mm）H（mm）边跨框架梁300600305.41098.110970003.4711071边跨框架梁300400301.61092.410924003.01070.864中跨框架梁300600305.410910.810970004.6291071.334中跨框架梁300400301.61093.210924004.01071.152底层框架柱500500305.211095.2110950003.1261070.9中层框架柱500500305.211095.2110935004.4661071.287梁柱线刚度示意图如下。图4-2 梁柱线刚度示意图4.1.3柱的侧移刚度计算D一般层: = (4-1) (4-2) D= (4-3) 首层： = (4-4) (4-5) D= (4-6) 表4-2 框架柱横向侧移刚度D值项目 根数层柱类型及截面二至四层边框架边柱（500500）0.780.2812.254边框架中柱（500500）1.450.4218.374中框架边柱（500500）1.040.3414.8710中框架中柱（500500）1.930.4921.4410底层边框架边柱（500500）1.110.527.804边框架中柱（500500）2.070.639.454中框架边柱（500500）1.480.578.5510中框架中柱（500500）2.760.6810.2010底层：=10（8.55+10.20）+4（7.8+9.45）=256.5 kN/mm二四层：=10（14.87+21.44）+4（12.25+18.37）=485.58kN/mm4.2 地震作用下框架内力分析4.2.1 各层重力荷载代表值计算根据建筑抗震设计规范GB50011-2010 各楼层的重力荷载代表值：屋面处重力荷载代表值=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（屋面处取顶层的一半）的结构及构配件自重5。因为建筑物的总高度不超过30m，仅需考虑水平地震作用。质量和刚度沿高度均匀分布，故采用底部剪力法来计算水平地震作用5。1、集中于屋盖处的质点重力荷载代表值G4：50%雪载： 0.50.216.4(7.76)=78.54kN屋面恒载： 4.757.7672+4.757.762.4=3598.98kN横梁： ( 4.8472+3.202.4)13=980.72kN纵梁： （28.88+2.09）64=743.28kN女儿墙： 1.23.6（46.2+16.4）2=546.05kN柱重： 0.50.5253.5/2（74）=306.25kN横墙： 80.243.5/2(7122+2.42)=580.61kN纵墙 80.243.5/27.7/2124=620.93kN合计 G4=7455.36kN2、集中于三层、二层处的质点重力荷载代表值G3，G2：50%楼面活载： 0.52.016.446.2=785.4kN楼面恒载： 3.687.76(72+2.4）=2788.26kN横梁： 980.72kN纵梁： 743.28kN柱重： 306.252=612.5kN横墙： 580.612=1161.22kN纵墙： 620.932=1241.86kN合计 G3 =G2=8313.24kN3、集中于