课程设计(房屋建筑学、钢筋混凝土结构、基础工程)

大作业：1.绘图说明散水的做法，注明材料层次和必要尺寸（散水宽度及坡度）。（10分）答：2.楼梯设计（建筑设计）1）在设计楼梯踏步宽度时，当楼梯间深度受到限制，致使踏面宽不足，该如何处理？文字配合绘图说明。（10分）答：为保证踏面有足够尺寸而又不增加总进深，可以采用挑踏口获将踢面向外倾斜的办法，使踏面实际宽度增加。一般踏口的出挑长为20~25毫米。以这两种形式来解决楼梯踏步的问题第一个倾斜的尺寸20~25mm挑檐的那个不能大于20mm，大于20mm后容易损坏第二个挑檐的那个不能大于20mm，大于20mm后容易损坏2）如建筑物底层中间休息平台下设有对外出入口，在底层楼梯处通常的处理方式有哪几种？文字配合绘图说明。（20分）答：当楼梯间的平台下要作为主要入口时，为了增加入口的高度，有以下几种处理方法：一、增加室内外高差；二、底层采用不等跑；三、既增加室内外高差又采用不等跑；四、底层采用单跑。最好的处理方法是第一种，因为增加室内外高差可以提高底层的防潮能力，增加底层住户的安全感，对于梯段的尺度只有一种，便于设计与施工。3.设计框架柱下独立基础，已知柱的截面尺寸为300mm*400mm，基础底面尺寸为1.6m*2.4m,距室外地面及柱底面分别为1.0m和0.6m。作用在柱底的荷载效应基本组合设计值为：F=950kN（轴力），M=108kN·m（弯矩）,V=18kN（剪力）。材料选用：C20混凝土，HPB235钢筋，并根据设计结果绘制基础配筋示意图（用直尺、铅笔手工绘图）。（40分）（参考资料：混凝土结构或基础工程教材中柱下独立基础设计部分的内容）解题思路和提示：1）计算基底净反力（即最大、最小净反力）2）确定基础高度，进行柱边基础截面抗冲切验算和变阶处抗冲切验算3）进行配筋计算。最后的基础配筋示意图如下所示（供参考）答：一、设计依据 《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)①； 《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)②二、示意图 三、计算信息 构件编号:JC-1 计算类型:验算截面尺寸 1.几何参数： 台阶数 n=2；矩形柱宽： bc=400mm； 矩形柱高 hc=300mm 基础高度 h1=350mm 基础高度 h2=250mm 一阶长度b1=600mm b2=400mm 一阶宽度a1=400mm a2=250mm 二阶长度b3=600mm b4=400mm 二阶宽度a3=400mm a4=250mm 2.材料信息 基础混凝土等级: C20 ft_b=1.10N/mm2 fc_b=9.6N/mm2 柱混凝土等级: C20 ft_c=1.10N/mm2 fc_c=9.6N/mm2 钢筋级别: HPB300 fy=270N/mm2 3.计算信息 结构重要性系数:γo=1.0；基础埋深: dh=1.300m； 纵筋合力点至近边距离:as=50mm； 基础及其上覆土的平均容重:γ=20.000kN/m3 最小配筋率:ρmin=0.100%4.作用在基础顶部荷载标准组合值F=950.000kN； Mx=0.000kN*m； My=108.000kN*m Vx=18.000kN； Vy=0.000kN；ks=1.35； Fk=F/ks=950.000/1.35=703.704kN； Mxk=Mx/ks=0.000/1.35=0.000kN*m； Myk=My/ks=108.000/1.35=80.000kN*m； Vxk=Vx/ks=18.000/1.35=13.333kN Vyk=Vy/ks=0.000/1.35=0.000kN 5.修正后的地基承载力特征值 fa=120.000kPa四、计算参数 1.基础总长Bx=b1+b2+b3+b4+bc=0.600+0.400+0.600+0.400+0.400=2.400m 2.基础总宽By=a1+a2+a3+a4+hc=0.400+0.250+0.400+0.250+0.300=1.600mA1=a1+a2+hc/2=0.400+0.250+0.300/2=0.800mA2=a3+a4+hc/2=0.400+0.250+0.300/2=0.800mB1=b1+b2+bc/2=0.600+0.400+0.400/2=1.200mB2=b3+b4+bc/2=0.600+0.400+0.400/2=1.200m3.基础总高H=h1+h2=0.350+0.250=0.600m4.底板配筋计算高度ho=h1+h2-as=0.350+0.250-0.050=0.550m5.基础底面积A=Bx*By=2.400*1.600=3.840m26.Gk=γ*Bx*By*dh=20.000*2.400*1.600*1.300=99.840kN G=1.35*Gk=1.35*99.840=134.784kN五、计算作用在基础底部弯矩值 Mdxk=Mxk-Vyk*H=0.000-0.000*0.600=0.000kN*m Mdyk=Myk+Vxk*H=80.000+13.333*0.600=88.000kN*m Mdx=Mx-Vy*H=0.000-0.000*0.600=0.000kN*m Mdy=My+Vx*H=108.000+18.000*0.600=118.800kN*m六、地基净反力 exk=Mdyk/(Fk+Gk)=88.000/(703.704+99.840)=0.110m 因|exk|≤Bx/6=0.400m x方向小偏心, 由公式【①5.2.2-2】和【①5.2.2-3】推导 Pkmax_x=(Fk+Gk)/A+6*|Mdyk|/(Bx2*By) =(703.704+99.840)/3.840+6*|88.000|/(2.4002*1.600)=266.548kPa Pkmin_x=(Fk+Gk)/A-6*|Mdyk|/(Bx2*By) =(703.704+99.840)/3.840-6*|88.000|/(2.4002*1.600)=151.965kPa七、基础冲切验算 1.计算基础底面反力设计值 1.1计算x方向基础底面反力设计值 ex=Mdy/(F+G)=118.800/(950.000+134.784)=0.110m 因ex≤Bx/6.0=0.400m x方向小偏心 Pmax_x=(F+G)/A+6*|Mdy|/(Bx2*By)=(950.000+134.784)/3.840+6*|118.800|/(2.4002*1.600)=359.840kPa Pmin_x=(F+G)/A-6*|Mdy|/(Bx2*By)=(950.000+134.784)/3.840-6*|118.800|/(2.4002*1.600)=205.152kPa 1.2计算y方向基础底面反力设计值 ey=Mdx/(F+G)=0.000/(950.000+134.784)=0.000m 因ey≤By/6=0.267 y方向小偏心 Pmax_y=(F+G)/A+6*|Mdx|/(By2*Bx) =(950.000+134.784)/3.840+6*|0.000|/(1.6002*2.400)=282.496kPa Pmin_y=(F+G)/A-6*|Mdx|/(By2*Bx) =(950.000+134.784)/3.840-6*|0.000|/(1.6002*2.400)=282.496kPa1.3因Mdx=0并且Mdy≠0 Pmax=Pmax_x=359.840kPa Pmin=Pmin_x=205.152kPa 1.4计算地基净反力极值 Pjmax=Pmax-G/A=359.840-134.784/3.840=324.740kPa2.验算柱边冲切 YH=h1+h2=0.600m,YB=bc=0.400m,YL=hc=0.300m YB1=B1=1.200m,YB2=B2=1.200m,YL1=A1=0.800m,YL2=A2=0.800m YHo=YH-as=0.550m 2.1因(YH≤800)βhp=1.0 2.2x方向柱对基础的冲切验算 x冲切位置斜截面上边长 bt=YB=0.400m x冲切位置斜截面下边长 bb=YB+2*YHo=1.500m x冲切不利位置 bm=(bt+bb)/2=(0.400+1.500)/2=0.950m x冲切面积Alx=max((YL1-YL/2-ho)*(YB+2*ho)+(YL1-YL/2-ho)2,(YL2-YL/2-ho)*(YB+2*ho)+(YL2-YL/2-ho)2=max((0.800-0.300/2-0.550)*(0.400+2*0.550)+(0.800-0.300/2-0.550)2,(0.800-0.300/2-0.550)*(0.400+2*0.550)+(0.800-0.300/2-0.550)2) =max(0.160,0.160)=0.160m2 x冲切截面上的地基净反力设计值 Flx=Alx*Pjmax=0.160*324.740=51.958kN γo*Flx=1.0*51.958=51.96kN γo*Flx≤0.7*βhp*ft_b*bm*YHo(6.5.5-1) =0.7*1.000*1.10*950*550=402.32kN x方向柱对基础的冲切满足规范要求 2.3y方向柱对基础的冲切验算 y冲切位置斜截面上边长 at=YL=0.300my冲切位置斜截面下边长 ab=YL+2*YHo=1.400m y冲切截面上的地基净反力设计值 Fly=Aly*Pjmax=0.000*324.740=0.000kNγo*Fly=1.0*0.000=0.00kN γo*Fly≤0.7*βhp*ft_b*am*YHo(6.5.5-1) =0.7*1.000*1.10*850*550=359.97kN y方向柱对基础的冲切满足规范要求 3.验算h2处冲切 YH=h2=0.250m； YB=bc+b2+b4=1.200m； YL=hc+a2+a4=0.800m YB1=B1=1.200m,YB2=B2=1.200m,YL1=A1=0.800m,YL2=A2=0.800m YHo=YH-as=0.200m 3.1因(YH≤800)βhp=1.0 3.2x方向变阶处对基础的冲切验算 因YL/2+ho>=YL1和YL/2+h0>=YL2 x方向基础底面外边缘位于冲切破坏锥体以内,不用计算x方向的柱对基础的冲切验算3.3y方向变阶处对基础的冲切验算 y冲切位置斜截面上边长 at=YL=0.800m y冲切位置斜截面下边长 ab=YL+2*YHo=1.200m y冲切面积Aly=max((YB1-YB/2-ho)*(YL1+YL2),(YB2-YB/2-ho)*(YL1+YL2))=max((1.200-1.200/2-0.550)*(0.800+0.800000),(1.200-1.200/2-0.550)*(0.800+0.800000)) =max(0.080,0.080) =0.080m2 y冲切截面上的地基净反力设计值 Fly=Aly*Pjmax=0.080*324.740=25.979kN γo*Fly=1.0*25.979=25.98kN γo*Fly≤0.7*βhp*ft_b*am*YHo(6.5.5-1) =0.7*1.000*1.10*1000*200=154.00kN y方向变阶处对基础的冲切满足规范要求九、基础受弯计算 因Mdx≠0Mdy=0并且ey<By/6=0.267my方向单向受压且小偏心 a=(By-bc)/2=(1.600-0.400)/2=0.600m P=((By-a)*(Pmax-Pmin)/By)+Pmin =((1.600-0.600)*(359.840-205.152)/1.600)+205.152=301.832kPa MI_1=1/48*(Bx-bc)2*(2*By+hc)*(Pmax+Pmin-2*G/A) =1/48*(2.400-0.400)2*(2*1.600+0.300)*(359.840+205.152-2*134.784/3.840) =144.31kN*m MII_1=1/12*a2*((2*Bx+bc)*(Pmax+P-2*G/A)+(Pmax-P)*Bx)=1/12*0.6002*((2*2.400+0.400)*(359.840+301.832-2*134.784/3.840)+(359.840-301.832)*2.400)=96.45kN*m a=(By-bc-a2-a4)/2=(1.600-0.400-0.250-0.250)/2=0.350m 因Mdx≠0Mdy=0并且ey<By/6=0.267my方向单向受压且小偏心 P=((By-a)*(Pmax-Pmin)/By)+Pmin =((1.600-0.350)*(359.840-205.152)/1.600)+205.152=326.002kPa MI_2=1/48*(Bx-bc-b2-b4)2*(2*By+hc+a2+a4)*(Pmax+Pmin-2*G/A)=1/48*(2.400-0.400-0.400-0.400)2*(2*1.600+0.300+0.250+0.250)*(359.840+205.152-2*134.784/3.840)=59.38kN*m MII_2=1/12*a2*((2*Bx+bc+b2+b4)*(Pmax+P-2*G/A)+(Pmax-P)*Bx)=1/12*0.3502*((2*2.400+0.400+0.400+0.400)*(359.840+326.002-2*134.784/3.840)+(359.840-326.002)*2.400)=38.54kN*m十、计算配筋 10.1计算Asx Asx_1=γo*MI_1/(0.9*(H-as)*fy) =1.0*144.31*106/(0.9*(600.000-50.000)*270)=1079.8mm2 Asx_2=γo*MI_2/(0.9*(H-h2-as)*fy) =1.0*59.38*106/(0.9*(600.000-250.000-50.000)*270)=814.5mm2 Asx1=max(Asx_1,Asx_2)=max(1079.8,814.5)=1079.8mm2 Asx=Asx1/By=1079.8/1.600=675mm2/m Asx=max(Asx,ρmin*H*1000)=max(675,0.100%*600*1000) =675mm2/m 选择钢筋12@160,实配面积为707mm2/m。 10.2计算Asy Asy_1=γo*MII_1/(0.9*(H-as)*fy)=1.0*96.45*106/(0.9*(600.000-50.000)*270) =721.6mm2Asy_2=γo*MII_2/(0.9*(H-h2-as)*fy) =1.0*38.54*106/(0.9*(600.000-250.000-50.000)*270) =634.4mm2 Asy1=max(Asy_1,Asy_2)=max(721.6,634.355)=721.6mm2Asy=Asy1/Bx=721.6