武汉科技大学学生宿舍楼毕业设计计算书

1、武汉科技大学学生宿舍楼毕业设计计算书 目录1工程概况111 建设项目名称112 建设地点113 建筑规模1131 建筑面积1132 结构形式114 设计资料1141 地质水文资料1142 气象资料2143 抗震设防烈度2144 底层室内标高215 设计使用年限22 结构布置及计算简图221 结构平面布置222 计算简图223 主要构件选型及尺寸的初步估计3231 框架柱的截面尺寸3232 框架梁的截面尺寸4233 现浇楼板厚度424 框架梁柱的截面特征和线刚度计算4241 各构件的截面惯性矩5242 各构件的线刚度53 荷载标准值计算531 永久荷载5311 作用于框架梁上的分布荷载5313

2、作用于框架柱上的集中荷载632 活荷载计算9321 活荷载取值9322 框架梁上活荷载933 风荷载计算1034 地震荷载11341 重力代表值计算11342 抗侧移刚度d的计算14343 自振周期计算15344 计算底部剪力15345 计算横向地震作用154 框架侧移计算165 内力分析1751 恒载作用下的内力计算17511 固端弯矩计算17512 节点分配系数计算18513 弯矩分配传递18514 画内力图1852 活载作用下的内力计算19521 固端弯矩计算19522 节点分配系数计算19523 弯矩分配传递20524 画内力图2553 风载作用下的内力计算2854 地震载作用下的内力

3、计算2955 重力荷载代表值作用下的内力计算306 内力组合307 梁柱截面设计3871 框架梁截面设计38711 梁正截面承载力计算38712 梁斜截面受剪承载力计算4072 框架柱截面设计44721 选取最不利内力44722 轴压比验算44723 a柱正截面承载力计算 采用对称配筋 44724 a柱斜截面承载力计算468 楼板设计4881 楼面板设计489 基础设计49911 最不利内力确定49912 确定地基承载力特征值设计值49913 确定基础底面尺寸50914 附加荷载统计50915 基底尺寸验算50916 基础高度验算51917 基底配筋计算5292 b柱基础设计52921 最不利

4、内力确定52922 确定基础底面尺寸53923 附加荷载统计53924 基底尺寸验算53925 基础高度验算54926 基底配筋计算5510 楼梯设计55101 设计参数55102 梯段板tb计算561021 荷载计算561022 配筋计算56103 平台板设计571031 荷载计算571032 配筋计算57104 平台梁设计581041 荷载计算581042 配筋计算58结束语59参考资料60致谢611工程概况11 建设项目名称武汉科技大学学生宿舍楼12 建设地点武汉科技大学黄家湖校区13 建筑规模131 建筑面积957168132 结构形式框架结构14 设计资料141 地质水文资料根据工程

5、地质勘测报告拟建场地地势平坦土层分布比较规律-52m最高为-45m无侵蚀性对建筑物基础无影响各层土基础设计参数建议值如下层号地层名称状态fak kpa es mpa 素填土素填土松散粉质粘土可塑45075142 气象资料全年主导风向偏南风 夏季主导风向东南风 冬季主导风向北偏西风 常年降雨量为12485基本风压为035knb类场地基本雪压为050kn143 抗震设防烈度抗震设防7度 第一组场地加速度005g 144 底层室内标高主要地坪标高为0000相当于绝对标高286m15 设计使用年限50年2 结构布置及计算简图 21 结构平面布置根据建筑施工图及使用功能的要求采用全现浇钢筋混凝土框架结构

6、梁柱板混凝土强度等级为c30其结构平面布置如图21所示图21 结构平面图22 计算简图取号轴线为计算单元如图21所示室内外高差450mm预估室外地坪至基础底面高度为建筑高度的115即225m设基础高度为1m则底层柱高h 3300-304502250-1000 4970mm其它各层柱高均取为h 3200mm其中梁与柱柱与基础均为刚接框架计算简图如图22所示图22 框架计算简图23 主要构件选型及尺寸的初步估计231 框架柱的截面尺寸由建筑图可知边柱的负载面积为7233 2376中柱的负载面积为4572 324设为考虑地震作用组合后柱的轴压比增大系数并取 13g为折算后单位建筑面积上的重力荷载代表

7、值先近似取 14knm2n为验算截面以上的楼层层数 则边柱的组合轴压力设计值n fn 132376149 389189kn 中柱的组合轴压力设计值n fn 13324149 530712kn 边柱中柱取柱截面为正方形截面初步选定柱尺寸为700mm700mm柱底层最小刚度验算 满足最小刚度要求轴压比验算取每层楼总荷载为14kn中柱轴压比满足最大轴压比要求232 框架梁的截面尺寸梁截面高度按梁跨度的112181213取h 650mm横向框架梁截面宽b 取b 250mm纵向框架梁截面高h 取h 650mm纵向框架梁截面宽b 取b 250mm次梁截面高h 取h 600mm次梁截面宽b 取b 250mm

8、层间梁截面高h 取h 300mm层间梁截面宽b 取b 120mm233 现浇楼板厚度先按单双向板的刚度要求确定本工程大梁板跨度为36m为简化计算楼面板和屋面板均取100mm厚24 框架梁柱的截面特征和线刚度计算计算截面惯性矩时考虑现浇楼板的作用取i ii为不考虑梁翼缘作用的梁截面惯性矩241 各构件的截面惯性矩梁i i i 柱i 242 各构件的线刚度梁柱现令ab跨梁的的线刚度为1则其他梁柱的相对线刚度值可算出如图22所示3 荷载标准值计算31 永久荷载311 作用于框架梁上的分布荷载屋面恒载防水层及保温层按屋面材料分项计算累计 297 knm2现浇钢筋混凝土板 100mm 0125 25kn

9、m2板底抹灰 20mm 00217 034knm2合计581knm2 楼面恒载30厚细石混凝土面层 30mm 00324 072knm2现浇钢筋混凝土板 100mm 0125 25knm2板底抹灰 12mm 001217 020knm2 合计342knm2 梁自重含粉刷主要框架梁 025 065-01 252065-0100217 382knm 墙自重含粉刷与粱高为650mm相接的墙02532-0658232-06500217 683knm与粱高为600mm相接的墙02532-068232-0600217 697knm 作用在框架梁上的恒载作用在顶层框架梁上的分布荷载为 ab、cd跨均布荷载g

10、9ab1 g9cd1 382knm 梯形荷载峰值g9ab2 g9cd2 58136 2092knm bc跨均布荷载g8ab1 382knm 三角形荷载峰值g9bc2 58124 1394knm作用在81层框架梁上的分布荷载为ab、cd跨 图23 计算单元简图均布荷载 g8ab1 g1ab1 g8cd1 g1cd1 382683 1065knm梯形荷载峰值g8ab2 g1ab2 g8cd2 g1cd2 34236 1331knm bc跨均布荷载 g8bc1 g1bc1 382knm 三角形荷载峰值 g8bc2 g1bc2 34224 821knm313 作用于框架柱上的集中荷载a列柱 顶层18m

11、高女儿墙自重 02518872 2592kn 边框架梁自重 025065-012572 2475kn 次梁传来的恒载 次梁自重 02506-0125662 1031kn 次梁上结构层 5816633612 10040kn 通过边框架梁传来的结构层恒载 5813618052 3765kn 上截面恒载 259224751031100403765 19903kn对柱形心的偏心弯矩 199030175 3483knm 柱下截面恒载 1990307073225 23823kn 8层外墙自重未扣除窗洞 68372 4918kn 边框架梁自重 025065-012572 2475kn 次梁传来的恒载 次梁上

12、墙自重 69736 2509kn 次梁上结构层 3426633622012 5910kn 次梁自重 02506-0125662 1031kn 通过边框架梁传来的结构层恒载 3423618052 2216kn上截面恒载 49182475250959101031221623823 42882kn 对柱形心的偏心弯矩 190590175 3335knm 下截面恒载 4288207073225 46802kn 7层上柱截面恒载 4680219059 65861kn 下柱截面恒载 658613920 69781kn6层上柱截面恒载 6978119059 88840kn 下柱截面恒载 888403920

13、92760kn5层上柱截面恒载 9276019059 111819kn 下柱截面恒载 1118193920 115739kn4层上柱截面恒载 11573919059 134798kn 下柱截面恒载 1347983920 138718kn3层上柱截面恒载157777kn 下柱截面恒载 1577773920 161697kn2层上柱截面恒载 16169719059 180756kn 下柱截面恒载 1807563920 184676kn1层上柱截面恒载203705kn 下柱截面恒载 203705070749725 209793kn17层上节点对柱形

14、心的偏心弯矩190590175 3335knm3132 b列柱顶层主要纵向框架梁传来的恒载 主要纵向框架梁自重 025065-012572 2475kn 主要纵向框架梁结构层 581361822581 3612 1222 71116-0125 6624 1405kn 次梁上结构层 581663181258124122 5856kn 上截面恒载 2475711114055856 16847kn 对柱形心的偏心弯矩 168470175 2948 knm 下截面恒载 1684707073225 20767kn8层内墙自重未扣除窗洞 68372 4918kn 主要纵向框架梁传来的恒载主要纵向框架梁自重

15、 025065-012572 2475kn主要纵向框架梁结构层 342361822342 3612 1222 41869766 4600kn次梁上结构层 342663181234224122 3447kn 次梁自重 02506-0125 6624 2 1405kn 上截面恒载 49182475418646003447140520767 41798kn 对柱形心的偏心弯矩 210310175 3680knm 下截面恒载 4179807073225 45718kn7层上柱截面恒载 4571821031 66749kn 下柱截面恒载 667493920 70669kn6层上柱截面恒载 7066921

16、031 91700kn 下柱截面恒载 917003920 95620kn5层上柱截面恒载 9562021031 116651kn 下柱截面恒载 1166513920 120571kn4层上柱截面恒载 12057121031 141602kn 下柱截面恒载 1416023920 145522kn3层上柱截面恒载166553kn 下柱截面恒载 1665533920 170473kn2层上柱截面恒载 170473421031 191503kn 下柱截面恒载 1915033920 195423kn1层上柱截面恒载 19542321031 216454kn 下柱截面恒载 216

17、454070749725 222542kn71层上节点对柱形心的偏心弯矩 210310175 3680knm作用于梁、柱上的恒载如图31图31 恒荷载分布图32 活荷载计算321 活荷载取值查荷载规范上人屋面标准值20 kn宿舍活载标准值20 kn因为活载取值均小于40 kn故可采用活载满布计算322 框架梁上活荷载 框架梁上梯形分布荷载峰值 2036 72knm 集中荷载a列柱361820663018220 3024 kn b列柱 2066301822005241220236121222020536184464kn 集中力引起的弯矩a列柱19层 30240175 529knm b列柱19层

18、44640175 781knm楼面活载分布如图32所示图32 活荷载分布图33 风荷载计算 风荷载计算单元为72m宽沿竖向分布的单位面积荷载计算公式为 zsz0 其中0 035kn分迎风面和背风面计算分布荷载然后转化成节点荷载 查得脉动增大系数 1298脉动影响系数 048z 的计算式为z 1zz z 的计算见表31将风荷载换算于框架节点上的集中荷载计算过程见表格32风荷载计算简图见图33表31 z计算 层高度zhzzz9293510001000140914228261508910853135513927229507280646130013106197506730555124512785165

19、50564041711741221413350455029110941166310150346018110421108269502370090101056137501280031101019表32 风荷载计算 层zszmzkn0a91422132935140903511521200813921326151355035230422607131013229513000352304204061278131975124503523041906512211316551174035230417174116613133510940352304152831108131015104203523041383210

20、5613695100352304126511019133751003525021326 34 地震荷载341 重力代表值计算 所谓重力代表值是指的一个变形缝范围内楼层所有恒载与活载的组合值即恒载05活载具体计算结果如下 柱自重统计29层各层柱自重及抹灰07073225180707322511020825025053225407073225240500232171840400232172406002321711020250825206200232174 72461kn底层柱自重及抹灰 07074972529020825025054972540404497252407002497172940400

21、24971720202508252062002497174 185368kn 梁自重统计 abcd跨上的梁 29025065-013875252002065-01387517 42833kn bc跨上的梁 14025065-0145252002065-014517 24038kn 主要纵向框架梁 43613025-7205025065-01252002065-01413025-80517 75366kn 其他梁 2302506-011825200206-011817 11758 kn 01203-0158025-042282-04225200203-0158025-042282-04217 1

22、259kn 墙体门窗重29层外墙重a轴 025576025-705-04-20832312758 16083knd轴 025576025-805-043216524kn轴 025184025-204-30532-065-1042-1228 7443kn轴 0251840025-40432-065-10428 8280kn外墙抹灰h轴 2002576025-705-04-208323127517 5332kna轴 2002576025-805-0432-065-092252617 5688kn轴 2002184025

23、-204-30532-065-1042-12217 2530kn轴 2002184025-40432-065-104217 2815kn内墙重 250厚墙体 02566-032532-0652541332-032-102124405232-05-12218 121850kn内墙抹灰250厚墙体 200266-032532-052541332-0352-102124405232-05-122117 46243kn底层外墙重a轴 025576025-707-208-0453-07-24215-0923-1227-25628 39748knd轴 025576025-80553-07-63030-10

24、308 38142kn轴 025184025-204-30553-05-1042-1228 1624kn轴 025184025-40453-058 16368kn外墙抹灰h轴 2002576025-707-208-0453-07-24215-0923-1227-256217 14263 kna轴 2002576025-80553-07-63030-103017 13958kn轴 2002184025-204-30553-05-1042-12217 5032n轴 2002184025-40453-0517 4912kn内墙重 02516025-207-2055-056685-0545-05-12

25、214035-037553-035-102180-075-052525-052-312218 59723kn内墙抹灰 200216025-207-2055-056685-0545-05-12214-035-037553-035-102180-075-05252531579kn门窗自重 29层 门 1242152426082426152408362122404 6422kn 窗092121212212442418220122251204 1884kn 底层 窗182123092121212124224212241832416181204 8314kn门163621624

26、1024215242308242315240836204 6259kn 楼面屋面恒载 楼面恒载 34241302514450252858025-255212322752205 270144kn 屋面恒载 5814130251445025123228580251802555051445122188 484209kn 活荷载统计 屋面活载 57502518402520 215408kn 楼面活载 215408kn经统计g1 810568g2 g8 684217 kn g9 682417kn342 抗侧移刚度d的计算梁柱线刚度计算过程见表33d值计算见表34梁柱线刚度计算 表33构件截面跨度mekn

27、ibib梁065025723010711410-247500065025663010711410-25181806025663010727010-2122727065025243010711410-2142500柱070732301072010-21875000707497301072010-2120724343 自振周期计算 基本自振周期采用经验公式计算 t1 02505310-3h2 02505310-330572 045 s表34 柱d值计算 线刚度kk ib2ic一般层 k 2k d 12ic hj2knmk ibic底层 05k 2k 29层边柱0121426674中柱0341372

28、7201层边柱0475227870中柱0712641793344 计算底部剪力 经判别场地类别为类设计地震分组为第1组得tg 035 s本建筑按多遇地震7度设防设计设计地震基本加速度为010g水平地震影响系数最大值 008 因为tgt15tg 因此 总横向水平地震作用标准值 fek 1geq 00640858105687682417 3418 kn345 计算横向地震作用 因t1 045 s14tg 049 s 故n 0 水平地震作用计算公式 每一层的水平地震作用见表35地震水平作用于整个建筑物应将地震作用按柱刚度转化为计算单元的那一榀框架上轴线框架转化后地震作用下框架计算简图如图34所示4

29、框架侧移计算 层间弹性相对弹性转角验算过程见表42经验算层间弹性性队弹性转角 1500故满足要求说明所选框架柱数量及截面满足工程要求水平地震作用计算 表41层himgiknhi giknmfikn9305768241720861490190037649558273768241718677750170144581557241768241716494020150252513566209768241714310290130359445575177768241712126550110466377574145768241799428200905743095831137682417775908007068

30、1241592817682417557535005078817360149781056840285200366981254310977587层间弹性相对弹性转角验算 表42层vidiuehie964955178909200004321881481231101789092000073214650717446617890920001032132816219023178909200012321261452567801789092000143212230428773817890920001632119903311897178909200017321183623292571789092000183211

31、739134180012529340002749711822图41 风荷载计算简图5 内力分析作用于框架上的荷载总的分为两大类型即水平作用和竖向作用对竖向作用可不考虑框架的侧移故可采用弯矩二次分配法计算水平作用考虑框架节点转动采用d值法分析各种作用的内力计算分述如下51 恒载作用下的内力计算511 固端弯矩计算利用结构力学知识分别求出每层每根梁在不同荷载形式作用下梁两端的固端弯矩然后进行叠加总的固端弯矩标于图中例如 ab跨81层将作用于框架梁上的梯形分布荷载转化为均布荷载后得q 1-22 3g2 gi 1-20180002713311065 2192 knm mab mba ql2 12 kn

32、mcd跨第81层 将作用于框架梁上的梯形分布荷载和集中荷载都转化为均布荷载得 q 1-22 3g2 gi 1-20180002713311065 2192 knm mcd8 mdc8 ql2 12 knm512 节点分配系数计算以第9层a节点为例a9b9 021 a9b9 079其余分配系数见表51513 弯矩分配传递 具体计算可在表中进行计算过程和结果参见表51514 画内力图根据计算结果先画出各杆件弯矩图如图51a 所示括号里弯矩值为框架梁在活荷载作用下经过调幅调幅系数取085后的弯矩其中跨中弯矩是根据等效均布荷载作用下由平衡条件计算所得杆件弯矩求出后按力的平衡可求出剪力和轴力恒荷载作用下

33、的框架内力图如图51abc所示 52 活载作用下的内力计算楼面活荷载作用位置具有随机性因此内力计算时应该分析活荷载在不同位置作用下框架的内力然后进行内力组合得出活荷载最不利位置下框架各杆件的内力计算方法有两种活荷载逐层逐跨布置法和最不利位置法前已述及对于楼面活荷载不大 40kn 的情况下可采用满布的方法从而可以使计算过程得以大大简化同时也能满足工程精度要求521 固端弯矩计算利用结构力学知识分别求出每层每根梁在不同荷载形式作用下梁两端的固端弯矩然后进行叠加总的固端弯矩标于表52中例如ab跨将作用于框架梁上的梯形分布荷载转化为均布荷载后得 q 1-22 372 1-2032 03372 610

34、knmmfb mbf ql2 12 610662 12 2214knm522 节点分配系数计算以第9层a节点为例a9b9 021 a9b9 079其余分配系数见图523 弯矩分配传递 具体计算可在表中进行由于结构和荷载均对称故计算时可用半边框架弯矩计算如下图所示计算过程和结果参见表52 表51 恒载作用下内力计算 梁弯矩 柱弯矩注表格中方框里数据为节点弯矩图51a 恒载作用下的弯矩图单位knm 注括号里面数据为调幅后的弯矩值图51b 恒载作用下剪力图单位kn图51c恒载作用下轴力图单位kn表52 活载作用下内力计算 注表格中方框里数据为节点弯矩524 画内力图根据计算结果先画出各杆件弯矩图如图

35、52a 所示括号里弯矩值为框架梁在活荷载作用下经过调幅调幅系数取085后的弯矩其中跨中弯矩是根据等效均布荷载作用下由平衡条件计算所得杆件弯矩求出后按力的平衡可求出剪力和轴力活荷载作用下的框架内力图如图52abc所示以ab跨第九层为例 跨中弯矩mk q l2 8-mab mba2 610662 8-1772 1550 knm图52a 活载作用下的弯矩图单位knm 注括号里面数据为调幅后的弯矩值图52b 活载作用下剪力图单位kn图52c活载作用下轴力图单位kn53 风载作用下的内力计算风荷载节点荷载已经求出在节点弯矩荷载作用下内力的计算步骤如下内力的计算步骤如下计算层间剪力求剪力分配系数以及各柱反

36、弯点处剪力求反弯点高度计算柱端弯矩计算梁端弯矩画内力图风荷载内力计算见表53 风荷载作用下内力图见图53表53 风荷载作用下柱上下截面弯矩计算层hvi边柱ha中柱f1yddm上 1-yhi vijm下 yhi vijyddm上 1-yhi vijm下 yhi vij93212007013464035035037924497832346022013 112331704003724581639732550270131670618045037358229306327406032013209598604503748233946 5329123037013239114040450375941486143

37、210651040013265817720450376936567533212034045013275322530500377124712423213299045013304324900500377873787314971462506020 58158722055030981311993 弯矩图knm 梁剪力柱轴力kn图53 风荷载作用下框架内力图54 地震载作用下的内力计算地震荷载内力计算见表54地震荷载作用下内力图见图54表54 地震荷载作用下柱上下截面弯矩计算 层hvi边柱ha中柱fbyddm上 1-yhi vijm下 yhi vijyddm上 1-yhi vijm下 yhi vij93

38、2811900701331412360350376248336583215388022013499314080400371093272887322180802701366232449045037142011161963227378032013774536450450371782914587 5323209803701384124941045037209021710243235968040013897859850450372342219164332389880450138920729905003723081230812324115804501394177705050037243662436614

39、97427260602016988254820550302866735037弯矩图knm 梁剪力柱轴力kn图54 地震荷载作用下框架内力图55 重力荷载代表值作用下的内力计算前述重力荷载代表值为恒载和活载组合值属于竖向荷载作用计算内力同样采用弯矩二次分配法由于恒载和活载标准值作用下内力已经求出故在此不再重复计算具体数据见内力组合表6 内力组合 多种荷载作用在结构上须考虑荷载组合依据不同荷载内力计算结果取控制截面进行内力组合梁控制截面选取左右支座和跨中截面柱取上下截面一般列表进行组合过程详见表61和表62注意内力组合时竖向荷载作用下是用调幅后的弯矩水平荷载考虑左右两方向作用 按高层建筑混凝土结构

40、技术规程jgj-2002规定须有无震和有震两种组合无震组合 s 135恒0714活 以恒载为主 s 12恒14活06风以活载为主 s 12恒1407活风以活载为主有震组合 s 12重力荷载代表值13水平地震作用表61 梁内力组合表 层梁跨截面内力sgksqkswksgeseh06 1214 07 121313-九ab左m-515-16746-599 314-8589-8904-8461-1127-1908v598719711697 1461001310035926910262中m433155-511 -7365736667156132右m-549-19124-645

41、162-9283-9464-8796-9846-4344v-591-206107-694 146-9997-10066-9261-10226bc梁端m-186-7368-223 462-3226-3825-3899-86823776v630755767 38592413401628577中m-95-6200-126 00-1890-2008-1748-1512八ab左m-655-182116-746 803-10626-11382-11268-193912979v71920029819 27611667116721099413416中m528147-602 -8569839477777224右

42、m-677-18977-772 371-10992-11417-11054-14087-2879v-727-20329-829 276-11804-11810-11119-13536bc梁端m-162-46219-185 1058-2638-4428-5461-1597411904v6107518265 8828972366335412246中m-75-3600-93 00-1365-1404-1253-1116七ab左m-654-180199-744 803-10593-12040-12398-193672999v71820051818 39111653118441129014899中m52

43、7148-601 -8565839677747212右m-680-189138-775 559-11032-11965-11944-16567-483v-728-20351-830 391-11817-12006-11439-15043bc梁端m-171-51386-197 1590-2808-6008-7956-2303418700v6107532265 13258973542531418005中m-84-4000-104 00-1526-1568-1400-1248六ab左m-654-180271-744 1019-10593-12644-13406-221755807v71820072818 49111653120211158416199中m527148-601 -8565839677747212右m-680-189202-775 766-11032-12503-12840-192582208v-728-20372-830 491-11817-12183-11733-16343bc梁端m-171-51574-197 2179-2808-7588-10588-3069126357v6107547865 18068974852749824258中m-84-4000-104 00-1526-1568-140