土木工程毕业设计一榀框架计算书范例

1、1 结构设计说明1.1 工程概况*1.2 设计主要依据和资料1.2.1 设计依据a 国家及浙江省现行的有关结构设计规范、规程及规定。b 本工程各项批文及甲方单位要求。c 本工程的活载取值严格按建筑结构荷载规范(GB50009-2001执行。1.2.2 设计资料1 房屋建筑学武汉工业大学出版社2 混凝土结构(上、下武汉理工大学出版社3 基础工程同济大学出版社4 建筑结构设计东南大学出版社5 结构力学人民教育出版社6 地基与基础武汉工业大学出版社7 工程结构抗震中国建筑工业出版社8 简明建筑结构设计手册中国建筑工业出版社9 土木工程专业毕业设计指导科学出版社10 实用钢筋混凝土构造手册中国建筑工业

2、出版社11 房屋建筑制图统一标准(BG50001-2001中国建筑工业出版社12 建筑结构制图标准(BG50105-2001中国建筑工业出版社13 建筑设计防火规范(GBJ1687中国建筑工业出版社14 民用建筑设计规范(GBJI0I8-7中国建筑工业出版社15 综合医院建筑设计规范(JGJ49-88中国建筑工业出版社16 建筑楼梯模数协调标准(GBJI0I-87中国建筑工业出版社17 建筑结构荷载规范(GB5009-2001中国建筑工业出版社18 建筑结构可靠度设计统一标准(GB50068-2001中国建筑工业出版社19 混凝土结构设计规范(GB500102002中国建筑工业出版社20 地基

3、与基础设计规范(GB5007-2002中国建筑工业出版社21 建筑抗震设计规范(GB500112001中国建筑工业出版社22 砌体结构中国建筑工业出版社23 简明砌体结构设计施工资料集成中国电力出版社24 土木工程专业毕业设计指南中国水利水电出版社25 土建工程图与AutoCAD 科学出版社26 简明砌体结构设计手册机械工业出版社27 砌体结构设计手册中国建筑工业出版社28 砌体结构设计规范(GB500102002中国建筑工业出版社本工程采用框架结构体系,抗震等级为四级。本工程耐火等级为二级,其建筑构件的耐火极限及燃烧性能均按民用建筑设计规范(GBJI0I8-7执行.全部图纸尺寸除标高以米为单

4、位外均以毫米为单位。本工程结构图中所注标高均为结构标高。1.3 结构设计方案及布置钢筋混凝土框架结构是由梁,柱通过节点连接组成的承受竖向荷载和水平荷载的结构体系。墙体只给围护和隔断作用。框架结构具有建筑平面布置灵活,室内空间大等优点,广泛应用于电子、轻工、食品、化工等多层厂房和住宅、办公、商业、旅馆等民用建筑。因此这次设计的成集中学教学楼采用钢筋混凝土框架结构。按结构布置不同,框架结构可以分为横向承重,纵向承重和纵横向承重三种布置方案。本次设计的教学楼采用横向承重方案,竖向荷载主要由横向框架承担,楼板为预制板时应沿横向布置,楼板为现浇板时,一般需设置次梁将荷载传至横向框架。横向框架还要承受横向

5、的水平风载和地震荷载。在房屋的纵向则设置连系梁与横向框架连接,这些联系梁与柱实际上形成了纵向框架,承受平行于房屋纵向的水平风荷载和地震荷载。1.4变形缝的设置在结构总体布置中,为了降低地基沉降、温度变化和体型复杂对结构的不利影响,可以设置沉降缝、伸缩缝和防震缝将结构分成若干独立的单元。当房屋既需要设沉降缝,又需要设伸缩缝,沉降缝可以兼做伸缩缝,两缝合并设置。对有抗震设防要求的的房屋,其沉降缝和伸缩缝均应该符合防震缝的要求,并进可能做到三缝合一。1.5 构件初估1.5.1 柱截面尺寸的确定柱截面高度可以取(=-,H为层高;柱截面宽度可以取为1/151/20h H(=-。选定柱截面尺寸为500 m

6、m500mm12/3b h1.5.2 梁尺寸确定框架梁截面高度取梁跨度的l/8l/12。该工程框架为纵横向承重,根据梁跨度可初步确定框架梁300mm600mm、250mm500mm1.5.3 楼板厚度楼板为现浇双向板,根据经验板厚取130mm。1.6 基本假定与计算简图1.6.1 基本假定第一:平面结构假定:该工程平面为正交布置,可认为每一方向的水平力只由该方向的抗侧力结构承担,垂直于该方向的抗侧力结构不受力。第二:由于结构体型规整,结构在水平荷载作用下不计扭转影响。1.6.2 计算简图在横向水平力作用下,连梁梁对墙产生约束弯矩,因此将结构简化为刚结计算体系,计算简图如后面所述。1.7荷载计算

7、作用在框架结构上的荷载通常为恒载和活载。恒载包括结构自重、结构表面的粉灰重、土压力、预加应力等。活荷载包括楼面和屋面活荷载、风荷载、雪荷载、安装荷载等。高层建筑水平力是起控制作用的荷载,包括地震作用和风力。地震作用计算方法按建筑结构抗震设计规范进行,对高度不超过40m以剪切为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构,可采用底部剪力法。竖向荷载主要是结构自重(恒载和使用荷载(活载。结构自重可由构件截面尺寸直接计算,建筑材料单位体积重量按荷载规范取值。使用荷载(活荷载按荷载规范取值,楼面活荷载折减系数按荷载规范取用。1.8 侧移计算及控制框架结构的侧移由梁柱杆件弯曲变形和柱的轴向变形产生的。在层数不

8、多的框架中,柱轴向变形引起的侧移很小,可以忽略不计。在近似计算中,一般只需计算由杆件弯曲引起的变形。当一般装修标准时,框架结构在地震作用下层间位移和层高之比、顶点位移与总高之比分别为1:650,1:700。框架结构在正常使用条件下的变形验算要求各层的层间侧移值与该层的层高之比不宜超过1/550的限值。1.9 内力计算及组合1.9.1 竖向荷载下的内力计算竖向荷载下内力计算首先根据楼盖的结构平面布置,将竖向荷载传递给每榀框架。框架结构在竖向荷载下的内力计算采用分层法计算各敞口单元的内力,然后在将各敞口单元的内力进行叠加;连梁考虑塑性内力重分布而进行调幅,按两端固定进行计算。1.9.2 水平荷载下

9、的计算利用D值法计算出框架在水平荷载作用下的层间水平力,然后将作用在每一层上的水平力按照该榀框架各柱的刚度比进行分配,算出各柱的剪力,再求出柱端的弯矩,利用节点平衡求出梁端弯矩。1.9.3 内力组合第一:荷载组合。荷载组合简化如下:(1恒荷载+活荷载、(2恒荷载+风荷载、(3恒荷载+活荷载+风荷载第二:控制截面及不利内力。框架梁柱应进行组合的层一般为顶上二层,底层,混凝土强度、截面尺寸有改变层及体系反弯点所在层。框架梁控制截面及不利内力为:支座截面,-M max,V max,跨中截面,M max。框架柱控制截面为每层上、下截面,每截面组合:Mmax及相应的N、V,N max及相应M、V,N m

10、in及相应M、V。1.10 基础设计在荷载作用下,建筑物的地基、基础和上部结构3部分彼此联系、相互制约。设计时应根据地质资料,综合考虑地基基础上部结构的相互作用与施工条件,通过经济条件比较,选取安全可靠、经济合理、技术先进和施工简便的地基基础方案。根据上部结构、工程地质、施工等因素,优先选用受力情况较好的桩基础。1.11 施工材料第一:本工程中所采用的钢筋箍筋为级钢,fy=210N/m,主筋为级钢,fy=300N/m。第二:柱梁钢筋混凝土保护层为35mm,板为15mm。第三:钢筋的锚固和搭接按国家现行规范执行。第四:本工程所有混凝土强度等级均为C30。第五:墙体外墙及疏散楼梯间采用240厚蒸压

11、灰砂砖。第六:当门窗洞宽1000mm时,应采用钢筋砖过梁,两端伸入支座370并弯直钩;门窗洞宽1000mm时,设置钢筋混凝土过梁。1.12 施工要求及其他设计说明第一:本工程上部楼板设计时未考虑较大施工堆载(均布,当外荷载达到3.0Kn/m时,应采取可靠措施予以保护。第二:本工程女儿墙压顶圈梁为240mm120mm,内配48, 6250,构造柱为240mm240mm,内配410,6250,间隔不大于2000mm第三;施工缝接缝应认真处理,在混凝土浇筑前必须清除杂物,洗净湿润,在刷2度纯水泥浆后,用高一级的水泥沙浆接头,再浇筑混凝土。第四:未详尽说明处,按相关规范执行。2 设计计算书2.1 设计

12、原始资料(1.常年地下水位低于-1.0m,水质对混凝土没有侵蚀作用。(2.最大积雪厚度0.32m,基本雪压S O=0.45KN/M2,基本风压W O=0.45 KN/M2,(3.抗震设防烈度6度,设计地震分组第三组.2.2 结构布置及计算简图根据该房屋的使用功能及建筑设计的需求,进行了建筑平面、立面、及剖面设计其各层建筑平面剖面示意图如建筑设计图,主体结构4层,标准层层高为3.6m。填充墙面采用240 mm厚的灰砂砖砌筑,门为木门,窗为铝合金窗,门窗洞口尺寸见门窗表。楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构,楼板厚度取130mm,梁载面高度按梁跨度的1/121/8估算,由此估算的梁载面尺寸见表1,表

13、中还给出柱板的砱强度等级。C30(f c=14.3N/mm2,f t=1.43N/mm2表1 梁截面尺寸 柱载面尺寸可根据式N=Fg E n AcN/U Nfc估算表2查得该框架结构在30m 以下,抚震得级为三级,其轴压比值U N=0.9表2 抗震等级分类 表3 轴压比限值 b=(1-2/3h,并按下述方法进行初步估算。a框架柱承受竖向荷载为主时,可先按负荷面积估算出柱轴力,再按轴心受压柱验算。考虑到弯矩影响,适当将柱轴力乘以1.2-1.4的放大系数。b对于有抗震设防要求的框架结构,为保证柱有足够的延性,需要限制柱的轴压比,柱截面面积应满足下列要求。/A N fc c 框架柱截面高度不宜小于4

14、00mm,宽度不宜小于350mm 。为避免发生剪切破坏,柱净高与截面长边之比不宜大于4。根据上述规定并综合考虑其他因素,设计柱截面尺寸取值500500mm 。 基础采用桩基础,基础+距离室外地平0.5,室内外高差为0.6,框架结构计算简图如图所示,取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线,梁轴线取至板底,2-4层柱高度 2.3 荷载计算2.3.1 恒载标准值计算屋面:刚性防水屋面(有保温层 :40厚C20细石砼内配直径4间距150双向钢筋 0.8 kN/m220厚1:3水泥砂浆找平 0.02x20=0.4kN/m270厚水泥防水珍珠岩块或沥青珍珠岩保温层0.07x10=0.7 kN/m220厚1:3水

15、泥砂浆找平层 0.02x20=0.4 kN/m2 130 厚结构层 0.13x25=3.25 kN/m212厚板底抹灰 0.012x20=0.24 kN/m2合计 5.79kN/m2楼面:水磨石地面(10mm面层,20mm水泥砂浆打底,素水泥打底0.65kN/m2130厚钢筋砼板250.13=3.25 kN/m212厚水泥沙浆0.01220=0.25 kN/m2合计 4.14 kN/m2梁自重:边跨梁 bXh=300600mm梁自重 250.3(0.6-0.13=3.75kN/m抹灰层:12厚水泥砂浆20=0.312kN/m合计 4.062kN/m2中间跨梁 bXh=250500mm梁自重 2

16、50.25(0.5-0.13=3.00kN/m抹灰层:12厚水泥砂浆20=0.26kN/m合计 3.26kN/m2柱自重:bXh=500500mm柱自重 250.500.50=6.25kN/m抹灰层:12厚水泥砂浆 0.0120.50420=0.48kN/m合计 6.73kN/m外纵墙自重:标准层:纵墙(240灰砂砖18(3.6-0.5-1.80.24=5.62kN/m 铝合金门窗 0.351.8 =0.63kN/m水泥粉刷外墙面 0.36(3.30-1.80=0.54kN/m水泥粉刷内墙面 0.36(3.30-1.80=0.54kN/m合计 7.33kN/m2底层:纵墙(240灰砂砖18(5

17、.0-1.80-0.60-0.400.24=9.504kN/m 铝合金门窗 0.351.8=0.63kN/m 釉面砖外墙面 0.5(4.5-1.80-0.50=1.1kN/m水泥粉刷内墙面 0.54kN/m合计 11.77kN/m内纵墙自重:标准层:纵墙(240灰砂砖 18(3.60-0.500.24=13.392kN/m 水泥粉刷墙面0.36(3.60-0.52.00=2.232kN/m 合计 15.624kN/m底层:纵墙(240灰砂砖18(5.0-0.60-0.400.24=17.28kN/m水泥粉刷墙面 0.363.902=2.808kN/m合计 20.09kN/m 2.3.2 活荷载

18、标准值计算第一:面和楼屋面活荷载标准值根据荷载规范查得:上人屋面 2.02kNm 楼面:教室 2.02kNm 走道 2.52kNm 第二:雪荷载 0.452kNm 屋面活荷载与雪荷载不同时考虑,两者中取大值。2.3.3 竖向荷载下框架受荷总图本次设计的教学楼纵向柱距为4.50m,横梁跨度为8.40m,单区格板为4.50m8.40m。L1/L2=1.86200.200.20 1.014.3/300565484.77c c RE b f bh N m m m m m m K N r V =满足要求(0030.421.25206.04100.42 1.433005651.252105650.703R

19、E b t SV yv r V f bh A S f h -=-=梁端箍筋加密区取双肢箍8,取min (/4,8,150(100h d 柱根,S=100mm, 加密区的长度 max(1.5h,500mm,取900mmSV A S=非加密区箍筋配置 28100 验算可否按构造要求配箍101 1.430.336%0.260.260.177%300100210sv t sv yvA f bsf =框架梁斜截面受剪承载力配筋计算见 表26表26 框架梁斜截面强度计算 2.7.2框架柱配筋计算(1轴压比验算(D轴柱底层柱:max 2083.89N kN=轴压比:322083.8910/0.583 1.0

20、14.3500N C CN f A=,为小偏心;选用N 大M 小的组合, 最不利组合为2083.8952.88N kN M kN m=查表得,0.80RE r =,则0.82083.891667.1RE C r N kN = 柱计算长度 1.0 1.0 5.0 5.0H m =0l0500010500l h =603RE RE M e m mN=max 20,/30max 20,500/3016.7a e mm h mm mm = 所以 20a e m m =取025.382045.38i a e e e m m =+=+= 2110.50.514.3500 1.072 1.0, 1.0c R

21、E f A r N =取因为050001015500l h= , 所以2 1.0=取22120112i h e e a m m=+-=+-=310RE bC r Nf bh =(210032RE e C S S y s r N f bh A A f h a -=-=-=(4 斜截面受剪承载力计算 B 轴柱:一层:最不利内力组合:52.88M kN m =2083.89N kN =57.78V kN=因为剪跨比0 4.4/2 4.73,320.465n H h =所以因为2C 0.3f 0.314.35001072.5A kN N =,所以1072.5N kN =032.51031210465R

22、E t sv yv r V f bh N A s f h - +=-+=取复式箍48 (1112221250.344304301954304300.48%S S vn A l n A l s m ml l +=加密区箍筋最大间距(min 8,150100d 柱根,箍筋最小直径为6mm,所以加密区取复式箍48100。柱上端加密区的长度取(max ,/6,500n h H mm ,取700mm ,柱根取1400mm 。 非加密区取482002.8 楼板设计在肋形楼盖中,四边支承板的长边2l 与短边1l 之比21/2l l 时可按双向板设计。所以,B D 区格板按双向板计算,A ,C 区格板按单向板

23、计算。4.9.1 B ,D 区格板的计算 第一,设计荷载 恒载:水磨石地面 0.652/kN m130mm 厚结构层 3.252/kN m12厚水泥砂浆 0.242/kN m23.39/kN m合计活载:教室 22.0/kN m走道 22.5/kN m第二, 计算跨度0l 的求解内跨的计算跨度取净跨,边跨的计算跨度为净跨加上板厚的一半, 边跨 0/2n l l b =+ 内跨 (0c l l =轴线间距 第三,弯矩的求解跨中最大弯矩发生在活载为棋盘式布置时,它可以简化当内支座为固定的/2g q +作用下的跨中弯矩值与当内支座铰支时/2q 作用下的跨中弯矩值之和。支座最大负弯矩可近似按活载满布求

24、得,即内支座固定时,g q +作用支座弯矩,所有区格板可分为A 、B 类,计算弯矩时考虑泊松比影响,取0.2c =。板的区格划分见图24。 图24 板的区格划分一、构件编号: D二、示意图 三、依据规范建筑结构荷载规范 GB50009-2001混凝土结构设计规范 GB50010-2002四、计算信息1.几何参数计算跨度: Lx = 3900 mm; Ly = 8400 mm板厚: h = 130 mm2.材料信息混凝土等级: C20 fc=9.6N/mm2 ft=1.10N/mm2 ftk=1.54N/mm2 Ec=2.55104N/mm2钢筋种类: HRB335 fy = 300 N/mm2

25、 Es = 2.0105 N/mm2最小配筋率: = 0.200%纵向受拉钢筋合力点至近边距离: as = 20mm保护层厚度: c = 10mm3.荷载信息(均布荷载永久荷载分项系数: G = 1.200可变荷载分项系数: Q = 1.400准永久值系数: q = 1.000永久荷载标准值: q gk = 3.390kN/m2可变荷载标准值: q qk = 2.000kN/m24.计算方法:弹性板5.边界条件(上端/下端/左端/右端:固定/固定/固定/固定6.设计参数结构重要性系数: o = 1.00泊松比: = 0.200五、计算参数:1.计算板的跨度: Lo = 3900 mm2.计算板

26、的有效高度: ho = h-as=130-20=110 mm六、配筋计算(ly/lx=8400/3900=2.1542.000,所以选择多边支撑单向板计算:1.X向底板配筋1 确定X向底板弯距Mx = (G*q gk+Q*q qk*Lo2/24= (1.200*3.390+1.400*2.000*3.92/24= 4.353 kN*m2 确定计算系数s = o*Mx/(1*fc*b*ho*ho= 1.00*4.353106/(1.00*9.6*1000*110*110= 0.0373 计算相对受压区高度 = 1-sqrt(1-2*s = 1-sqrt(1-2*0.037 = 0.0384 计算

27、受拉钢筋面积As = 1*fc*b*ho*/fy = 1.000*9.6*1000*110*0.038/300= 134mm25 验算最小配筋率 = As/(b*h = 134/(1000*130 = 0.103%min = 0.200% 不满足最小配筋要求所以取面积为As = min*b*h = 0.200%*1000*130 = 260 mm26 计算纵跨分布钢筋面积不宜小于横跨板底钢筋面积的15%,所以面积为:As1 = As*0.015 = 260.00*0.15 = 39.00不宜小于该方向截面面积的0.15%,所以面积为:As1 = h*b*0.0015 = 130*1000*0.

28、0015 = 195.00取二者中较大值,所以分布钢筋面积As = 195采取方案d8100, 实配面积503 mm2Mx = (G*q gk+Q*q qk*Lo2/24= (1.200*3.390+1.400*2.000*3.92/24= 4.353 kN*m2.X向左端支座钢筋1 确定左端支座弯距Mox = (G*q gk+Q*q qk*Lo2/12= (1.200*3.390+1.400*2.000*3.92/12= 8.705 kN*m2 确定计算系数s = o*Mx/(1*fc*b*ho*ho= 1.00*8.705106/(1.00*9.6*1000*110*110= 0.0753 计算相对受压区高度 = 1-sqrt(1-2*s = 1-sqrt(1-2*0.075 = 0.0784 计算受拉钢筋面积As = 1*fc*