土木工程专业大学毕设论文文档格式.docx
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2、框架柱的截面尺寸根据柱的轴压比限值,按下列公式计算:
(1)柱组合的轴压力设计值N=βFgEn
β考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数。
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14KN/m2。
n为验算截面以上的楼层层数。
(2)Ac≥N/uNfc
注:
uN为框架柱轴压比限值,本方案为三级抗震等级,查《抗震规范》可知取为0.9。
3、计算过程:
对于边柱:
N=βFgEn=1.3×
6.6×
3.3×
12×
5=1699(KN)
Ac≥N/uNfc=1699×
103/0.9/14.3=132012(mm2)
取500mm×
500mm
对于内柱:
N=βFgEn=1.25×
4.2×
6=2494.8(KN)
Ac≥N/uNfc=2494.8*103/0.8/14.3=218076(mm2)
500mm(此处取相同的柱子)
梁截面尺寸(mm)
混凝土等级
横梁(b×
G)
纵梁(b×
C30
300×
500
柱截面尺寸(mm)
层次
b×
G
1-6
500×
第三部分:
荷载统计
查建筑结构荷载规范(GB50009-2001)得
一.可变荷载标准值选用(kN/㎡)
名称
荷载
走廊门厅
楼梯
办公室会议室
卫生间
上人屋面
不上
人屋面
2.5
2.0
0.5
本工程
选用
√
×
二.上部永久荷载标准值及构件计算
楼面荷载
楼面恒载
楼面1(楼21)用于除卫生间的房间(25厚)
20厚水磨石地面0.65kN/m2
120厚现浇钢筋混凝土板3.0kN/m2
16厚纸筋灰板底抹灰及顶棚0.194kN/m2
恒载合计2.18kN/m2
普通卫生间:
(防水楼面)60厚
10厚大面积防滑地砖10mm0.22kN/m2
30厚1:
2水泥砂浆结合30mm0.40kN/m2
20厚1:
2水泥砂浆找平20mm0.40kN/m2
现浇钢筋混凝土板100mm2.5kN/m2
板底抹灰及顶棚0.45kN/m2
恒载合计4.2kN/m2
屋面荷载(屋27)
25C20细石混凝土板0.4kN/m2
3厚沥青防水(2层)0.1kN/m2
3水泥砂浆结合0.4kN/m2
100厚憎水膨胀珍珠岩0.4kN/m2
2%找坡最薄200.39kN/m2
3水泥砂浆找平0.3kN/m2
120厚现浇钢筋混凝土板3kN/m2
板底抹灰及顶棚0.19kN/m2
恒载合计5.409kN/m2
外墙240厚
加气混凝土砌块1.8kN/m2
1:
3水泥砂浆找平0.24kN/m2
6水泥石膏砂浆0.42kN/m2
水泥砂浆找平0.28kN/m2
恒载3.78kN/m2
内墙200厚
加气混凝土砌块1.5kN/m2
3水泥砂浆找平0.12kN/m2
0.3:
3水泥石膏砂浆0.2kN/m2
恒载1.82kN/m2
女儿墙1.5m3.72kN/m2
风荷载:
基本风压取0.45kN/m2
查结构荷载规范得,风载体型系数为0.8+0.6=1.4,风压高度变化系数按B类粗糙度查
表,从室外地面算为22.05m,小于30m.βz=1.0,所选框架的负载宽度为6.6m,
层高
离地面高度(m)
风压高度变化系数
各层柱顶集中荷载标注值(kN)
5
18.45
1.25
13.3
4
14.85
1.14
14.8
3
11.25
2
7.65
1
4.05
16.6
计算过程如下:
以第五层为例
P=βzμsμzωoA=1*1.4*1.14*0.45*6.6*(1.8+1.5)=13kN
其中1.5m为女儿墙高度。
底层的取一二层的平均值。
雪荷载:
基本雪压为0.2kN/m2。
雪荷载比楼面活荷载小,只有在计算地震组合时考虑。
水平地震力:
(见后)
内力分析
屋面恒荷载:
屋面恒载传来:
5.41KM/M2
框架梁自重25*0.3*0.5=3.75KM/M
梁侧粉刷2*(0.5-0.12)*0.02*17=0.26KM/M
作用在顶层框架梁上的线荷载为
G51=4.01KM/M
G5DF2=5.41*6.6=33.32KM/M
G5GG2=5.41*4.8=26KM/M
楼面恒荷载:
楼面恒荷载传来:
3.84KM/M2
框架梁及梁侧粉刷:
4.05KM/M
内墙自重:
6.76KM/M
作用在中间层框架梁上的线荷载为:
G=4.05+6.76=10.8KM/M
GGF=4.01KM/M
GGG=3.84*4.8=18.43KM/M
GFD=3.84*6.6=25.34KM/M
屋面框架节点集中荷载标准值:
边柱联系梁自重:
0.3*0.5*6.1*25=22.87KN
粉刷:
0.02*(0.5-0.12)*2*6.1*17=1.58KN
1.5m高女儿墙自重:
1.5*6.6*0.24*7.5=17.82KN
1.5*0.02*2*6.6*17=6.732KN
联系梁传来的屋面自重:
G:
0.5*(6.6+1.8)*2.4*5.41=54.52KN
D:
0.5*6.6*0.5*6.6*5.41=58.9KN
顶层边节点集中荷载
103.52KN
107.9KN
中柱联系梁自重:
1.58KN
联系梁传来屋面自重:
F:
0.5*(6.6+6.6-4.8)*4.8/2*5.409=54.52KN
6.6*1.2*5.409=42.84KN
E:
0.5*6.6*0.5*6.6*5.409=58.9KN
顶层中节点集中荷载:
121.81KN
126.19KN
楼面框架节点集中荷载标准值:
22.87KN
粉刷:
1.58KN
边墙体自重:
0.24*(6.1*3.1-4.8*2.1)*(8+0.68)=16.5KN
窗自重:
4.8*2.1*0.45=4.54KN
框架柱自重:
0.5*0.5*3.6*25=22.5KN
2.15KN
联系梁传来楼面自重:
G:
0.5*(6.6+1.8)*2.4*3.84=38.71KN
D:
0.5*6.6*0.5*6.6*3.84=41.82KN
中间层边节点集中荷载:
108.85KN
111.96KN
中柱联系梁自重:
内墙纵自重:
21.17+4.8=25.97KN
门重:
0.4*2.4*2=1.92KN
1.25KN
0.5*(6.6+1.8)*4.8/2*3.84=33.7KN
6.6*1.2*3.84=30.4KN
6.6*1.2*3.84=30.41KN
中间层节点集中荷载:
140.19KN
E:
148.32KN
荷载分布如下图:
楼面活荷载计算:
上人屋面:
2.0KN/M
P5DE=2.0*6.6=13.2KN/M
P5FG=2.0*4.8=9.6KN/M
P5D=6.6/2*6.6/2*2.0=21.78KN
P5G=0.5*(6.6+1.8)*2.4*2.0=20.16KN
P5E=21.78+6.6*1.2*2.0=37.62KN
P5F=20.16+6.6*1.2*2.0=36KN
中间层
P5DE=13.2KN/M
P5FG=9.6KN/M
P5D=(6.6/2)2*2.0=21.78KN
P5G=20.16KN
P5E=21.78+6.6*1.2*2.5=41.58KN
P5F=20.16+6.6*1.2*2.5=39.96KN
活荷载下的计算简图:
荷载计算借用力学求解器,手算用弯矩二次分配法,固端弯矩取用时把三角形荷载转为
均布荷载,这里借用《结构静力计算手册》进行叠加,手算时,得到支座处弯矩后,(手算电算弯矩相差最大约10多,这里以电算结果为准)再把梁柱分别当成简支梁加上弯矩,运用实际的荷载分布,由受力平衡,得剪力,和跨中弯矩。
而梁的剪力就是产生于柱的轴力,中柱的轴力是两边的梁剪力的叠加。
电算结果如下:
恒载弯矩图
恒载剪力图
恒载轴力图
由于框架结构合理的破坏形式是梁端出现塑性铰,考虑到钢筋混凝土结构具有塑
性内力重分布的性质,在竖向荷载下可以适当降低梁端弯矩,进行调幅(调幅系数取
0.85),以减少负弯矩钢筋的拥挤现象,便利于浇捣
。
以五层的GF跨为例,说明调幅方法。
MA=-30.42*0.80=-24.34KN*M,MB=-32.29*0.80=-25.83KN*M,
由简支梁产生的跨中弯矩为30.23KN*M,
由梁端弯矩产生的跨中弯矩是0.2*(24.34+25.83)*10/8/2=6.27KN*M则叠加后的弯矩是
M中=30.23+6.27=36.5KN*M,
其他跨的调幅方法如上,现将调幅结果列入下表
梁
截面
位置
单位
G5~F5
梁左
M/kN•m
-24.34
Gm~F4
-36.49
A5
V/KN
40.53
A4
53.64
跨内
36.6
39.26
梁右
-24.23
-32.91
B5
-41.31
B4
-51.77
F5~E5
-16.77
F4~E4
-18.14
2.85
12
-15.29
-11.24
-20.54
-4.34
C5
-6.78
C4
2.38
E5~D5
-60.9
E4~D4
-64.92
68.69
75.03
83.02
79.47
-59.06
-77.72
-22.03
-79.88
G3~F3
-34.91
G2~F2
-35.4
A3
53.19
A2
53.31
33.98
39.72
-33.05
-33.08
B3
-52.22
B2
-52.1
F3~E3
-15.82
F2~E2
-13.92
7.84
6.57
-8.88
-8.99
-10
-10.58
C3
-1.78
C2
3.06
E3~D3
-66.18
E2~D2
-68.31
75.99
76.58
80.76
80.18
-73.89
-72.93
-78.91
-78.33
A1~B1
-32.86
A1
55.9
41.47
-32.11
B1
-52.11
B1~C1
-12.37
0.93
-12.13
-19.82
C1
-8.69
-70.5
78.19
82.25
-66.59
78.71
由于在算梁配筋时,我们需要将其转化到柱端,现以恒载为例,计算如下
以第五层梁GF为例,MA=-24.34KN*MVA=40.53KN
V1=V-g*b/2=40.53-40.53*0.5/2=30.4KN
M1=M-V1*b/2=-24.34+40.53*0.5/2=-14.21KN*M
其他荷载的转化方法如上,水平荷载时剪力不转化。
过程省略,转化后的结果直接记入
下面的梁内力组合表中,这里不再列出。
活载的计算,这里取满跨荷载时作为最不利荷载,(影响线借用力学求解器计算),梁支座处采用满布时的弯距,在这里不在考虑调幅,剪力,轴力的算法同恒载,内力图如下
活荷载弯矩图
活荷载剪力图
活荷载轴力图
考虑地震作用时,活荷载屋面应取雪荷载,但考虑到雪荷载值太小,保守的计算仍以活荷载作为地震时的重力代表值计算参数
则地震荷载代表值得计算:
恒载取1.0,活荷载取0.5
G5=518+0.5*(76+59+90+53)=657KN(其中76是外墙的重量,59是内墙体的重量,90是该层柱的重量,53是梁的重量)
同理的G4=G3=G2=714KN
G1=813KN(底层柱取4.7/2高)
下面计算刚度
横梁线刚度ib的计算:
类别
Ec
(N/mm2)
2EcI0/l(N·
mm)
GF跨
3.0×
104
3.9×
1010
FE跨
7.8×
ED跨
2.9×
柱线刚度ic的计算:
I=bG3/12
Gc(mm)
Ec(N/mm2)
(mm×
EcIc/Gc
(N·
4500
3.5×
2--5
3600
4.4×
梁柱弯曲变形引起的柱侧移刚度,忽略柱的轴向变形。
层
号
位
置
K=
D=
(kN/m)
1层
G柱
1.12
0.52
10700
F柱
3.36
0.72
14800
E柱
0.70
14400
D柱
0.82
0.47
9700
2~5层
0.90
0.31
12500
2.69
0.57
23200
2.45
0.55
22100
0.66
0.25
10000
对底层:
1=1000+22100+23200+12500=49600
2~5层:
2=9700+14400+14800+10700=67600
1/
2=0.73>
0.7为规则框架
G(m)
G(KN)
V(KN)
D
X(mm)
GX
GX*X
18.9
657
67600
0.01
6.3
0.06
15.3
719
1376
0.02
13.4
0.30
11.7
2095
0.03
18.3
0.80
8.1
2814
0.04
25.2
1.35
4.5
813
3627
49600
0.07
49.0
4.35
这里取第二类场地。
T=2(∑GiXi2/∑GiX)1/2=0.494s
本结构高度不超过40m,质量和刚度沿高度分布比较均匀,变形以剪切型为主,故可用底部剪力法计算水平地震作用,即:
计算水平地震影响系数а1
查表得二类场地近震特征周期值Tg=0.35s。
查表得设防烈度为7度的аmax=0.08
а1=(Tg/T1)0.9аmax
=(0.35/0.494)0.9×
0.08
=0.06
结构总的水平地震作用标准值FEk
FEk=а1Geq
=0.06*0.85*3627
=185KN
δn=0.08T1+0.07=0.109
则FEk(1-δn)=185*(1-0.109)=164.84KN
各质点横向水平地震作用按下式计算:
Fi=GiGiFEk、/(∑GkGk)
要满足抗震要求的最小剪力
地震作用下各楼层水平地震层间剪力Vi为
Vi=∑Fk(i=1,2,…n)
计算过程如下表:
各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表
Fi(KN)
Vi(KN)
49.55+20.17
69.72
43.89
113.61
33.57
147.18
23.24
170.4
14.60
185
水平荷载计算运用D值法,这里以第五层G柱为例计算风荷载说明计算过程
框架柱端剪力及弯矩分别按下列公式计算:
Vij=DijVi/∑Dij
Mbij=Vij*yGMuij=Vij(1-y)G
y=yn+y1+y2+y3
yn框架柱的标准反弯点高度比。
y1为上下层梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值。
y2、y3为上下层层高变化时反弯点高度比的修正值。
y框架柱的反弯点高度比。
底层柱需考虑修正值y2,第二层柱需考虑修正值y1和y3,其它柱均无修正。
D/∑D=0.18
.V=13.3*0.18=2.4KN
K=0.9查均布水平力作用时反弯点高度表,得
柱反弯点高度计算。
n=5,K=0.9,y1=0,y2=0,y3=0.05
y=0.4
Mt=0.4*3.6*2.4=3.36KN*M
Mb=(1-0.4)*3.6*2.4=5.28KN*M
得到柱的弯距后,在利用节点平衡,按刚度来分给梁、梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按以下公式计算:
Mlb=ilb(Mbi+1,j+Mui,j)/(ilb+irb)
Mrb=irb(Mbi+1,j+Mui,j)/(ilb+irb)
Vb=(Mlb+Mrb)/l
Ni=∑(Vlb-Vrb)k
这里将计算的内力图列在下面(由于经过计算发现左风与右风、左震与右震时的内力图除正负号相反外其他参数都一样,故以下只给出左风和左震的内力图)
风载弯矩图
风载剪力图
风载轴力图
地震弯矩图
地震剪力图
地震轴力图
水平力也化到梁端,结果列在下表
右风内力
-7.37
G4~F4
-15.6
G5
3.18
G4
6.28
-7.88
-14.47
F5
-3.18
F4
-6.28
F5~E5
-6.16
-9.15
-0.1
7.82
-0.08
-9.61
E5
E4
E5~D5
-7.46
-12.47
2.24
3.93
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