张家口某高校行政办公楼设计.docx
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张家口某高校行政办公楼设计.docx
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张家口某高校行政办公楼设计
2建筑设计概述
设计依据:
(1)依据土木工程专业11届毕业设计任务书
(2)《建筑结构荷载规范》
(3)《混凝土结构设计规范》
(4)《建筑抗震设计规范》
(5)《建筑地基基础设计规范》及有关讲课教材、建筑设计资料集、建筑结构构造上资料集等相关资料。
(6)遵循国家规定的现行各类设计规范、有关讲课教材、建筑设计资料集、建筑结构构造上资料集等相关资料。
设计规模:
(1)本次设计的题目为“张家口某高校行政办公楼设计”
(2)建筑面积:
4131,结构共5层,各层层高均为米.
(3)室内外高差,室外地面标高为。
各部份工程构造
(1)屋面:
防水层:
三毡四油防水层
找平层:
1:
3水泥沙浆20mm厚
保温层:
150mm水泥蛭石保温层
结构层:
120mm厚钢筋混凝土板
板底抹灰:
20mm厚板下混合砂浆抹灰
楼板:
120mm厚的钢筋混凝土板
(2)楼面:
瓷砖地面(包括水泥粗砂打底)
素水泥浆结合层一道
1:
3水泥砂浆找平18mm
120mm厚钢筋混凝土板
20mm厚板下抹灰
(3)墙体:
外墙370mm厚水泥空心砖墙,内墙为370mm厚水泥空心砖墙,楼梯间墙为370㎜厚水泥空心砖墙,茅厕均为370mm厚隔墙。
(4)门窗:
门厅处为铝合金门,其他均为木门。
双推拉塑钢窗,单层玻璃全封锁窗。
(5)基础:
独立基础。
3结构方案设计
设计资料
(1)本工程抗震设防烈度为7度,设计地分组为第一组
(2)自然条件:
雪荷载M²,大体风压:
M².
(3)地质条件:
地质勘探以±为基准面,地质散布具体情形见表1,Ⅱ类场地,7度设防建筑地址冰冻深度。
注:
①拟建场地地形平坦,地下稳固水位距地表-6m。
②建筑地址冰冻深度。
③建筑场地类别:
Ⅱ类场地土。
④地震设防大体烈度:
7度。
结构方案:
(1)本工程为钢筋混凝土现浇框架结构。
(2)楼板采用现浇钢筋混凝土板。
楼梯为现浇板式楼梯
(3)材料情形:
非重承水泥空心砖;砂浆品级为M5;混凝土:
C30(基础、梁、板)、C30(柱)。
纵向受力钢筋:
HRB335级(梁);HRB335级(柱);箍筋:
HPB235级钢筋,基础:
HPB235级钢筋
(4)施工:
梁、板、柱均现浇。
4荷载计算
初估梁柱截面:
(1)由轴压比限值条件N/fcA≤((三级框架)(框架柱的负荷面积内每平米按15kN/m2初估)
N=×(9××12×5)=
A≥N/=×1000/=180000mm2
∵A=bh∴b=h=初估:
柱截面:
b×h=500mm×500mm.
(2)梁截面
主梁:
h=(1/10─1/18)L=(500mm-900mm)边跨取h=500mm,
中跨取h=500mm.
b=(1/2─1/3)h且b不小于倍柱宽且不小于250mm
取b=300mm
边横梁b*h=300*600纵梁b*h=300*600次梁b*h=250*500
走道梁b*h=250*500
(3)楼板:
取h=120mm
梁柱线刚度:
在计算梁的线刚度时,考虑楼板对梁刚度有利影响,以为翼缘参加工作,为简化计算,先按矩形截面计算惯性矩,然后乘以一个增大系数。
现浇钢筋砼梁:
边框架梁=
中框架梁=2I0
柱采用C30混凝土梁采用C30混凝土,EC=×107kN/m²
I0=1/12×bh3(m4)
i单位:
KNm
框架梁线刚度计算
柱线刚度计算
荷载计算
(1)荷载聚集
一、恒载标准值
1)屋面荷载:
(为上人屋面)
30mm厚细石混凝土保护层24×=KN/M²
防水层:
三毡四油防水层KN/M²
找平层:
:
3水泥沙浆20mm厚20×=KN/M²
保温层:
150mm水泥蛭石保温层×5=KN/M²
结构层:
120mm厚钢筋混凝土现浇板×25=KN/M²
Gk=Σgk=KN/M²
2)楼面:
瓷砖地面(包括粗砂打底)KN/M²
找平层:
25mm1:
3水泥沙浆2×=KN/M²
120mm厚钢筋混凝土现浇板×25=KN/M²
10mm厚板底抹灰×17=KN/M²
Gk=Σgk=KN/M²
3)梁柱子重:
4)墙重、门、窗重
2、活荷载:
雪活载:
kN/m2
办公室:
kN/m2
走廊、楼梯:
kN/m2
上人屋面:
kN/m2
m2
其中屋面积雪散布系数取
3、各层楼层重量(各层重力荷载代表值计算
1)二层下半层和一层上半层:
首层板重:
××=m2
一层梁重:
首层柱重:
657Kn
二层柱重:
495Kn
首层墙重:
二层墙重:
活载:
[×6×8+××4+×4+××2]×2+[3×51+×9]=
G1=++(657+495)/2++/2+×=
2)三层下半层和二层上半层
二层板重:
m2二层墙重
二层柱重:
495Kn二层梁重:
三层墙重:
三层柱重:
495Kn
活载:
G2=++495++×=
3)三层上半层和四层下半层和四层上半层和五层下半层
G3=G4=
4)五层上半层
五层梁重:
五层墙重:
五层板重:
m2五层柱子:
495Kn
女儿墙:
活载:
××=215Kn
G5=+2++495/2+2+215×=
5框架在竖向荷载作用下的内力分析
计算方式和荷载传递线路
(1)计算方式
框架结构在竖向荷载作用下的内力计算采使劲矩分派法,因为框架结构对称,荷载对称;又属于奇数跨,故在对称轴上梁的截面只有竖向位移(沿对称轴方向)没有转角。
对称截面可取为滑动端。
弯矩二次分派法是一种近似计算方式,即将各节点的不平衡弯矩同时作分派和传递,并以两次分派为限。
(取一榀横向框架)
(2)荷载传递线路
对于边跨板,为×,由于<所以按双向板计算
对于中跨板,为×,由于<所以按双向板计算
竖向荷载计算
(1)A-B(C-D)轴间框架梁
板传至梁上的三角形或梯形荷载等效为均布荷载。
1)屋面板传载
恒载:
×2×(1-2×+×2=m
活载:
×2×(1-2×+×2=m
2)楼面板传荷载
恒载:
×2×(1-2×+×2=m
活载:
×2×(1-2×+×2=m
3)梁自重:
kN/m
A-B(C-D)轴间框架梁均布荷载为:
屋面梁:
恒载=梁自重+板传荷载=kN/m+m=kN/m
活载=板传荷载=kN/m
楼面梁:
恒载=梁自重+板传荷载=m+m=m
活载=板传荷载=m
(2)B-C轴间框架梁
1).屋面板传载
恒载:
×4×5/8×2=m
活载:
×4×5/8×2=m
2).楼面板传荷载
恒载:
×4×5/8×2=m
活载:
×4×5/8×2=m
3).梁自重:
m
B-C轴间框架梁均布荷载为:
屋面梁:
恒载=梁自重+板传荷载=m+m=16kN/m
活载=板传荷载=m
楼面梁:
恒载=梁自重+板传荷载=m+m=m
活载=板传荷载=m
梁固端弯矩
梁端弯矩以绕杆端顺时针为正,反之为负。
固端弯矩=(均布荷载×跨度²)/12=ql2/12
荷载
部位
边跨
中跨
跨度
均布
荷载
固端弯矩
跨度
均布
荷载
固端弯矩
左
右
左
右
恒荷载
顶层
3
16
-64
-64
其它层
3
活荷载
顶层
3
其它层
3
竖向荷载作用下框架梁的固端弯矩
框架弯矩图
框架弯矩图由结构力学求解器求得
结构力学求解器是由清华大学土木系结构力学求解器研制组研制,是一个方便好用的运算机辅助分析计算软件,其求解内容涵盖了结构力学的教材中所涉及的几乎所有问题,包括二维平面结构的集合组成、静定结构、超静定结构、位移、内力、影响线、自由振动、弹性稳固、极限荷载等。
恒荷载作用下的弯矩图
活荷载作用下的弯矩图
梁弯矩的调幅(由于钢筋混凝土结构具有塑性内力重散布性质,因此在重力荷载作用下对梁端弯矩进行调幅,调幅系数为;对跨中弯矩进行调幅,调幅系数.)
一、恒载作用下的弯距
楼层
AB跨
左端
中间
右端
M
M’
M
M’
M
M’
5
4
3
2
1
注:
1)M’为调幅后的弯距。
2)弯矩符号逆时针为正
楼层
BC跨
左端
中间
右端
M
M’
M
M’
M
M’
5
4
3
2
1
2、活载作用下的弯距
楼层
AB跨
左端
中间
右端
M
M’
M
M’
M
M’
5
-58,33
4
3
2
1
楼层
BC跨
左端
中间
右端
M
M’
M
M’
M
M’
5
4
3
2
1
注:
1)M’为调幅后的弯距。
2)弯矩符号逆时针为正
梁端剪力:
均布荷载下:
1、恒载作用下梁端剪力
楼层
q(kn/m)
L(m)
ql/2
ΣM/L
V左
V右
AB跨
梁端剪力
6
5
4
3
2
1
BC跨梁端
剪力
6
5
4
3
2
1
注:
M就采用调幅前的值
二、活载作用下梁端剪力
层次
Q(kn/m)
L(m)
Ql/2
ΣM/L
V左
V右
AB
跨
6
5
4
3
2
1
BC
跨
6
5
4
3
2
1
注:
M就采用调幅前的值
柱轴力和剪力
1.恒载作用下的柱轴力剪力
(1)边柱
层
截面
横梁剪力
(kN)
纵向荷载
(kN)
柱重
(kN)
(kN)
边柱轴力
(kN)
边柱剪力
(kN)
6
1—1
2—2
5
1—1
2—2
4
3—3
4—4
3
5—5
6—6
2
7—7
8—8
1
9—9
10—10
说明:
①假定外纵墙受力荷载完全由纵梁经受。
②
为本层荷载产生的轴力。
③柱重:
首层:
××26×=
顶层:
××26×=
其他层:
××26×=
④a顶层荷载:
女儿墙:
××10×=
连系梁:
×=
屋面荷载:
×××5/8×××2=
Σ=
b标准层荷载
楼面荷载:
×××5/8×××2=
连系梁:
×=
墙重:
××()=
窗:
3××=Σ=
(2)中柱:
层
截面
横梁剪力
横梁剪力
纵向荷载
柱重
(kN)
中柱轴力
中柱剪力
VH左
(kN)
VH右
(kN)
Fi
(kN)
(kN)
(kN)
(kN)
6
1—1
2—2
5
1—1
2—2
683
4
3—3
4—4
3
5—5
6—6
2
7—7
8—8
1
9—9
10—10
1.顶层荷载
屋面荷载:
α=1-2×2/4)2+2/3=
×××5/8×××2+×2××××2=
连系梁:
×=
Σ=
2.标准层荷载
楼面荷载
×××5/8×××2+×2××××2=
连系梁:
×=
Σ=
2.活载作用下的柱轴力剪力
边柱
中柱
层
截面
VA
(kN)
A柱
轴力
(kN)
A柱
剪力
(kN)
(kN)
B柱
轴力
(kN)
B柱
剪力(kN)
6
1—1
2—2
5
1—1
52
2—2
4
3—3
4—4
3
5—5
6—6
2
7—7
8—8
1
9—9
10—10
6水平荷载作用下的框架内力分析
框架柱侧移刚度计算
(1)柱线刚度:
柱采用C30混凝土,
,首层高度,2-6层;
柱截面:
各层600mm×600mm则
I0=1/12×bh3=×10-3m4;
KC=EI/h
2.柱的侧移刚度D:
一般层:
=
D=
首层:
=
D=
部位
截面
(m²)
层高
(m)
惯性矩I
(m4)
Kc=EI/h
(104)
边框架边柱C1
边框架中柱C2
K
α1
Dc1
K
α2
Dc2
6层
²
×10-3
9
15833
26667
5层
²
×10-3
9
15833
26667
4层
²
×10-3
9
15833
26667
3层
²
×10-3
9
15833
26667
2层
²
×10-3
9
15833
26667
1层
²
×10-3
27528
32772
部位
中框架边柱C1
中框架中柱C2
各层各柱刚度
层间刚度
K
α3
Dc3
K
α4
Dc4
ΣDc1
ΣDc2
ΣDc3
ΣDc4
6层
21666
32500
15833
×4
26666×4
21666
×28
32500×28
1593825
5层
21666
32500
15833
×4
26666
×4
21666
×28
32500×28
1593825
4层
21666
32500
15833
×4
26666
×4
21666
×28
32500×28
1593825
3层
21666
32500
15833
×4
26666
×4
21666×18
32500×28
1593825
2层
21666
32500
15833
×4
26666
×4
21666×18
32500
×28
1593825
1层
1
15201
36704
27528
×4
32772×4
30150×18
36704×28
2113112
层间侧移刚度的验算
∑D1/∑D2=2113112/1593852=﹥知足要求
水平地震作用分析(底部剪力法)
本框架结构符合底部剪力法的适用范围,故采用底部剪力法计算水平地震作用。
(1)框架自振周期计算:
用能量法计算。
用能量法计算
的数据进程及其结果见表
表5用能量法计算
的数据
层次
(KN)
(KN)
(KN/m)
(m)
6
1593852
2807
5
1593852
3912
4
1593852
3
1593852
2
1593852
1
2113112
978
1.考虑七度设防:
аmax=
考虑I组类别Ⅱ类场地土Tg=S
因为T1=>=S所以考虑顶部附加水平地震作用
底部剪力为:
а1=(Tg/T1)×аmax=×=
FEk=а1×Geq=××=kN
由公式Fi=(GiHi/ΣGjHj)×FEk×(1-δn)
δn=+=
横向框架极点位移计算
层数
Hi
Gi
GiHi
GiHi/ΣGjHj
Fi
Vi
6
1416
5
4
3
2
1
剪力散布图见下图。
验算框架层间弹性位移角
1.
层数
层间剪力
VI(kN)
层间度
Di
层间侧移
ui=Vi/Di
层hi
(m)
Ui/hi
[θe]
6
1416
1593852
×10-3
×10-4
<1/550
=
5
1593852
×10-3
×10-4
4
1593852
×10-3
3
1593852
×10-3
2
1593852
×10-3
1
2113112
×10-3
对于钢筋砼框架结构[Δθe]=1/550,Δθe<[Δθe]
所以知足规范规定的层间弹性位移的要求。
2.楼层地震剪力的验算
《抗震规范》要求:
因大体周期小于,查《抗震规范》表得
验算进程及其结果见表7.
表7楼层地震剪力验算
层次
(KN)
(KN)
(KN)
结论
6
1416
满足
5
满足
4
满足
3
满足
2
满足
1
满足
水平地震作用下框架柱剪力和弯矩计算(D值法:
取横向中框架计算)
1.柱剪力Vik=D/ΣD×Vi,
柱弯矩M下=Vik×Yi×hi,M上=Vik×(1-Yi)×hi
2.反弯点高度h’=(y0+y1+y2+y3)×h
y=y0+y1+y2+y3
h’——反弯点到柱下端质点的距离,即反弯点高度
y0——标准反弯点高度比
y1——为上、基层梁线刚度比转变修正值
y2——为上层层高转变修正值
y3——为基层层高修正值
按照框架总层数m,该柱所在层数n和梁柱线刚度比值K肯定,
并由内插法按照K值肯定。
边柱(中框)
层
h(m)
y0
y1
y2
y3
Y
6
0
0
0
5
0
0
0
4
0
0
0
3
0
0
0
2
0
0
0
1
0
0
0
中柱(中框)
层
h(m)
y0
Y1
y2
Y3
y
6
0
0
0
5
0
0
0
4
0
0
0
3
0
0
0
2
0
0
0
1
0
0
0
2.边柱弯矩计算
层
H
ΣD
D
D/ΣD
Vi
Vik
K
Y
M下
M上
6
1593852
21666
1416
5
1593852
21666
4
1593852
21666
3
1593852
21666
2
1593852
21666
1
2113112
30150
4.中柱弯矩计算:
层
H
ΣD
D
D/ΣD
Vi
Vik
k
Y
M下
M上
6
1593852
32500
1416
5
1593852
32500
4
1593852
32500
3
1593852
32500
2
1593852
32500
1
2113112
36704
计算进程
(1)
(2)
;
(3)
地震作用下框架梁端剪力和柱轴力标准植
计算进程:
按照节点平衡由柱端弯矩求得梁轴线处弯矩
ΣMc=M右+M左=M上+M下
;
M右(左梁)=μ1Mc
M左(右梁)=μ2Mc
求得边跨μ1=1μ2=1
中跨μ1=μ2=
楼
层
AB跨梁端剪力
BC跨梁端剪力
柱轴力
L
M左
M右
VE
L
M左
M右
VE
边柱
中柱
6
5
4
3
楼
层
AB跨梁端剪力
BC跨梁端剪力
柱轴力
L
M左
M右
VE
L
M左
M右
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