大学新校区教学楼结构设计.doc

1.引言毕业设计是为了考察学生对于大学期间所学的专业知识和一些基础知识的综合考察运用，也是为了能够在实际工程及现场运用专业知识技能解决实际问题，也是学生为了完成本科学业在学校的学习、走上实习岗位之前的较为重要的最后一个学习的环节。要求学生多多思考回顾总结之前各科专业知识的学习，熟练掌握，并且要把毕业设计题目以及相关的知识做到融会贯通，毕业课程设计中学习的很多设计原则、计算的一些方法，都是需要学生在毕业课程设计过程中一一对应体现的、多加理解更要学会应用于怎样在实际问题中求解。达到对于所学的专业知识的增强理解、记忆深刻、纵横贯通、熟能生巧、以及综合熟练掌握的目的。在做毕业设计过程中，学生即可以学习到一些新的知识、也可以拓展学生知识面的全面性、以及知识结构的一些完善、增强了学生对于自己本专业知识的认知理解和本专业领域的见解，也让学生能够对于实际问题很好主动地的了解学习培养起好的主动性，为了学生即将离开大学的校门、走向浩瀚的社会，以及在以后的工作学习中能够自主的不断向上学习新的知识和提高一定专业综合知识能力奠定了一个良好的基础。学生自己要在毕业的课程设计过程中慢慢摸索经过调研，能够掌握首份计算资料和计算数据，然后在通过一些统计、综合分析、最终计算，将一个构思用一些建筑材料和一些专业技术手段以施工图组织设计文件的形式表达出来。培养学生自己的动手能力，独立实习工作的一种良好方式，对于它的实践性和综合性是比较独特的，是一些其它的教学环节所不能取代的。 2 设计资料2.2 建筑概况1. 题目及要求（1）工程名称：。大学新校区教学楼（2）工程地点：。大学新校区内。（3）面积与层数：总建筑中5000m210%，层数5-6层，局部可为6-7层，层高3.33.6m，底层层高可为3.9-4.2m。（4）结构形式：框架结构。（5）功能要求： 底层布置教室、门厅、值班室、配电间等； 顶层布置150-200合班教室，其余为普通教室； 其他各层房间为普通多媒体教室； 各层均设男女卫生间，并设前室； 屋面为上人屋面； 电梯可根据情况自行设置。2. 建筑标准 建筑等级级； 防火等级级； 采光等级级； 建筑结构安全等级为二级； 抗震设防烈度为7度。 2.2 结构资料工程地质以及气象条件（1） 基本风压：0.30kN/，基本雪压：0.20kN/。（2）温度：夏季极端最高32，冬季极端最低-3。（3）20m范围内：场地地势平坦，在自然地表的0.5m以内是填土，填土以下的是属于砂质粘土，再往下属于是砾石层。砂质粘土的地基承载力特征值是fa=165kN/m2，砾石层的是390kN/m2 （4）土地往下的水位：地表往下的6.0m，属于无侵蚀性。（5）相邻的原有建筑基础为条形基础，其底面标高在室外地面下1.2m处，马路上排水暗沟3.0m。（6）抗震的设防烈度是7度，选取设计基本的地震加速度值是0.10g，选取设计的地震分组为第二组，场地的类别为类。3 结构设计3.1 结构的选型结构的选型：选取钢筋混凝土的现浇框架的结构体系。3.2 结构的布置此次的设计是双向的梁柱抗侧力体系，横向的柱距是7.2m。故而根据其结构的布置，设计板厚楼面板、屋面的板厚度都为100 mm。由上可得，平台的板取厚度80mm。结构的平面布置图，如图2-1所示。图2.1 结构平面布置图4 截面尺寸设计4.1 梁的截面尺寸框架梁的截面高度设计为h=(1/121/10)l，截面的宽度为b=(1/31/2)h，本结构中取：横向边跨梁：横向中跨梁： 纵向的框架梁取： 楼梯的平台梁取：4.2 柱的截面尺寸设计柱的截面尺寸可以根据的公式为，其中荷载的代表值近似取为，中柱的负荷面积取为 ，其层数取为5层，取砼C30 ，。所以 故而考虑到施工的设计、计算的简便、安全等因素，各部分柱的截面尺寸应该从底层至顶层都为。785 框架的计算简图及梁与柱线刚度的设计5.1 框架计算简图的确定框架的选取与一榀框架来进行计算的，其余的框架可以来参照这次来配筋。我们先假设框架柱嵌固在基础的顶面，可以看到框架梁和柱刚接，因为各层柱截面尺寸的不变，所以梁跨度就等于在其柱截面中形心轴线间距离，故而底层的柱高可以从基础的顶面来算至二层的楼面，基顶的标高可以根据其地质的条件和室内外的高差而定为-1.40 m，则底层的柱高5.00 m。接下来各层的柱高都为3.60 m。综上所述可以绘制出框架计算简图，如图5-1所示。5.2 框架梁、柱线刚度边跨框架梁：i=2E0.250.60/7.2=12.5 E中跨梁：i=2E0.250.50/2.7=19.29 E纵向框架梁：i=2E0.250.60/7.2=12.5 E上部各层柱：i=E0.500.50/3.6=14.47 E底层柱：i=E0.500.50/5.00=10.42 E框架结构的相对线刚度如图5.1所示,以此来作为计算的依据。图5.1框架梁柱的线刚度（单位）6 荷载的计算6.1 竖向作用下恒荷载标准值6.1.1 屋面的框架梁线荷载标准值屋面上的恒荷载标准值的计算屋面的荷载 结构层：其选用100厚的现浇钢筋混凝土板 选用其轻钢龙骨来进行吊顶（顶12） 0.150 kN/总计 6.260 kN/框架的梁自重（不粉刷）其边跨的框架梁的自重 总计 中跨梁的自重 总计 中跨线的荷载标准值:（自重，均布） （恒载传来，三角形） 边跨线中的荷载标准值为:（自重，均布） 3.12 kN/m(恒载传来，梯形) 6.1.2 楼面的框架梁线的荷载标准值计算楼面恒的荷载标准值:其结构层：其选用100厚的现浇钢筋混凝土板 选用其轻钢龙骨吊顶（顶12） 总计边跨的框架梁的自重边跨的框架梁上填充墙的自重粉刷 总计 中跨的框架梁及其粉刷的自重（均布） 楼面中的跨框架梁上的线荷载计算：（自重、均布） 2.50 kN/m（恒载传来，梯形） 3.812.7=10.287 kN/m楼面的边跨框架梁上的线荷载计算：（自重、均布） （恒载传来，梯形） 3.813.6=13.72 kN/m6.1.3 屋面集中荷载标准值计算顶层中节点集中荷载：中柱纵向框架梁自重 粉刷 3(0.5-0.24)+0.5(3.6-0.6) 0.0220=1.54 kN从次梁传来的屋面自重 计算 0.25（0.5-0.1）1.2250.52=3 KN从次梁自重及次梁传来的屋面自重纵向框架梁传来屋面自重总计 顶层的边节点的集中荷载：边柱的纵向框架梁的自重 梁外侧的花岗石的外墙面计算 女儿墙的自重计算 0.2 1.35.57.2=10.29 kN粉刷计算 女儿墙的外墙的花岗石计算 次梁自重计算 从次梁传来的屋面的自重计算 从纵向的框架梁传来屋面的自重计算 总计 6.1.4 楼面荷载标准值中间的层边节的点集中荷载计算：墙体内的粉刷计算 塑钢窗的自重的计算 外墙的花岗石的计算 墙体的自重 梁的外侧花岗石的外墙面 的技术 边柱的纵向框架梁的自重 的计算 其次梁的自重（不粉刷）的计算 9.0 kN其次梁传来的楼面的自重 计算 （7.2+3.6)1.80.53.81=37.0330 kN其框架柱的自重及粉刷 的计算 0.50.53.625= 22.50 kN粉刷 （0.5-0.2)30.02(3.6-0.6)20=1.080 kN其纵向的框架传来楼面的自重 的计算 20.53.61.83.81=24.6890 kN其外墙的花岗石 的计算 3.61.10.5=1.980 kN总计 其中间的层中节点的集中荷载：从中柱的纵向框架梁传来的楼面自重的计算其框架柱的自重及其粉刷的计算 其内纵墙的自重的计算其粉刷 中柱的纵向框架梁的自重及粉刷 其门的自重 其次梁的自重（不粉刷） 其从次梁传来的楼面自重 (3.6+7.2)1.80.5+2.71.350.53.81=43.9770 kN总计 6.2 竖向活荷载的标准值可以根据荷载的相关规范，其屋面（上人）的活荷载为2.0kN/，然后走廊的活荷载为2.5 0kN/，及楼面的活荷载为2.0 kN/， 活荷载作用下的计算简图见下图所示 图6.1 恒荷载作用下框简图 图6.2 活荷载作用下架简图6.3 地震的作用6.3.1 横向地震的作用其结构水平的地震的作用计算公式：。1 重力下荷载的标准值此建筑物的高度18.90m小于40m，其质量与刚度是比较均匀的，都差不多，所以才会用底部剪力法来计算其水平地震的作用。从屋面处传来的重力荷载代表值等于结构与其构配件的自重代表值为+0.5而雪荷载的标准值与楼面处传来的重力荷载的代表值等于结构与构配件的自重代表值为加0.5的活荷载标准值来进行计算。其经过一些详细的计算各层的重力之下的荷载代表值G为：琪顶层的重力之下荷载的代表值为:其屋面的自重计算 其女儿墙的自重及其粉刷计算其横向的框架中跨梁的自重计算其横向的框架边的跨梁的自重计算其纵向的框架梁的自重及其粉刷计算0其框架柱的自重及其粉刷计算 其次梁的自重计算。 其上半层、下半层的内墙的自重及其粉刷扣除门洞在加上门窗的自重的计算其上半层、下半层的外墙及其自重粉刷扣除门洞加上门窗的自重的计算其楼梯间计算： 其屋面的计算其柱计算 主梁的计算： 墙的计算： 板的计算： 其次梁的计算: 总计 从中间层的重力荷载的代表值：楼面的自重 计算 17.1543.81=3518.154 kN其横向的框架边跨梁的自重及其粉刷 260.754 其纵向的框架梁的自重及其粉刷的计算 其横向的框架中的跨梁自重及其粉刷 的计算 其框架柱的自重的计算 上半层、下半层的外墙自重及其粉刷扣除门洞加门窗的自重其上半层和下半层内墙的自重及其粉刷扣除门洞加门窗的自重的计算次梁的自重的计算 其楼面50%的活荷载的计算 。 楼梯间 83.607KN总计楼底层的重力荷载的代表值计算：其横向框的架边跨的梁自重及其粉刷计算 楼面的自重的计算 纵向框的架梁的自重及其粉刷的计算 器横向框的架中跨的梁自重及其粉刷的计算 墙的自重计算为 其楼梯间 为 其框架柱的自重为其次梁的自重的值 楼面50%的活荷载计算值为 总计结构的总重力的荷载代表公式：所以框架梁的侧移刚度的D值计算与结构自振的周期可以为a）其框架梁柱的线刚度与D值是柱抗侧移的刚度应该是可以按公为式D=来来进行安排计算，所以式中是节点的转动的一个影响系数，是这个梁柱的线刚度的比，故而不同的情况下，、的取值不同。则标准层： 则底层： 框架梁柱的砼是用C30的来进行计算，所以混凝土的弹性模量可以为E=3.0 N/。柱抗的侧移刚度为D值计算，表6.1。表6.1 框架梁柱线刚度表楼层中框架梁边框架梁边框架柱标准层5.7861043.74 1044.3410 1041层5.7861043.74 1043.1260 104表6.2 底层柱D值计算层次中柱边柱标准层2.1970.86390.86390.86390.52321022397932底层3.0510.711105481.20.5317968222192（b）其结的自振的周期为可以按照顶点的位移法来计算填充墙是对结构的影响，取其基本的周期来进行调整的系数为=0.7，顶点位移法是按照D值法来进行计算的下表 表6.3 横向框架顶点位移计算 层次=/D(m)55774.0035974.0033979320.01544762.31210736.3153979320.02734762.31215498.6273979320.03924762.31220260.9393979320.05115244.08225505.0212221920.115则 。其顶点的位移结果=其的结构自振的周期结果是=1.7 0.7 查找建筑抗震设计规范，得地震的影响系数为，所以考虑到结构顶部的附加的地震力作用，则=，在结构影响下总水平的地震的标准值：=在顶部的附加的地震作用下值为：楼层的水平地震下的作用其标准值为;。楼层水平的地震作用下的标准值及其各个层的剪力，表6-4。表6.4 和计算层次(kN)(m)(kNm)(kN)(kN)(kN/m)(m)55974.00319.4115896529.781141.843979320.00180944762.31215.875245344.571701.173979320.00267534762.31212.258100265.612143.973979320.00334324762.3128.640956186.642466.943979320.00381215244.0825.023812109.112633.382221920.007318其楼层的最大的位移与楼层的层高的比值结果为，可以满足规范。6.3.2 在水平地震作用影响下的内力计算表6.7 水平地震作用下框架柱剪力和柱端弯矩计算表构件层次(kN)(kN)Ky(kNm)(kNm)框架柱D5720.023979321213921.960.8640.3551.3927.6741064.593979321213932.480.8640.470.1646.7731330.203979321213940.580.8640.4580.3565.7421516.843979321213946.270.8640.5083.2983.2911625.95222192796858.311.20.65102.04189.51框架柱E5720.023979322102238.042.1970.4180.8056.1541064.593979322102256.242.1970.46109.3393.1331330.203979322102270.272.1970.50126.49126.4921516.843979322102280.132.1970.50144.23144.2311625.952221921054877.193.0510.55173.68212.27和其中柱的交接梁为 ，和其边柱的交接梁 为 其横向影响下的的水平的地震的作用下其中弯矩图，图6.3所。可以根据平衡的条件，可以得其横向影响下的水平地震的作用下的剪力图与轴力图，其如图6.4有。图6.3 地震的作用下框架的弯矩图（单位：）图6.4 水平的地震作用的下框的剪力与轴力图（单位：）7 内力的计算7.1 竖向荷载内力计算7.1.1 分配系数梁柱处的弯矩可以用弯矩的二次分配法进行计算，首先进行运算时，第一次分配应对各个节点的不平衡的弯矩分配，从远端的传递之(其传递的系数为50%)，接下来是对进行分配传递产生不平衡的弯矩，不会再传递，就会停止了。 所以依据结构的性质，可以知道以半边的结构来计算的图示。来自于各节点，和其节点之间连接的各杆件中均是固接，所以杆端的近端的转动其刚度为，是杆件的线刚度故而，所以分配的系数是，分配的系数就是计算的过程，如下：结构梁上的分布的荷载是矩形、梯形其部分的组成，所以计算固端弯矩的时候可以直接的依据图的荷载来计算的，然而亦可以看固端弯矩的相等原则。而后梯形可以分布的荷载以及在三角形荷载分布的荷载，可为等效的均布的荷载，等效的均布的荷载来计算的公式 其最顶层的梯形其荷载就是等效的均布荷载：故而其顶层的各杆的固端的弯矩是AB跨为：图7.1 在竖向的荷载作用下的框架计算的简图（梯形的等效） ，（三角形的荷载）图7.2 荷载等效BC跨：其标准层梯形的荷载就为等效的均布的荷载：同理可得，剩下各层各杆中固端的弯矩是：7.1.2 恒荷载弯矩（a）从纵向的梁和其往柱上的偏心距在这之上引起的框架梁的边结点为附加的偏心的弯矩其顶层为：其中柱为： 其边柱为： 其标准层为：其中柱为：其边柱为：（b）弯矩的分配计算我们可以用弯矩的分配法来计算其结构内力，而后可以利用结构的对称性来取50%的结构去计算。可以注意的到底层之外，修正系数90%乘以柱子的线刚度，并且除了底下层数以外其他的各层中的柱的弯矩为1/3传递的均去系数，1/2为底层，线刚度的柱和梁可以见表7.1表7.1 梁柱的转动刚度杆件的名称跨转动刚度s（）相对的转动刚度框架柱底层1.0800标准层1.5000框架梁边跨1.2960中跨1.00007.1.3 恒载的柱和梁端的弯矩7.1.4 计算在跨中的弯矩在求出在结构单元梁端的弯矩之后，可以求梁中跨中的弯矩来计算，所以不可以按照等效的分布的荷载来计算，可以依据求得支座的弯矩与各个跨实际的荷载与分布的按平衡的条件来计算。所以框架梁就在实际的分布荷载中作用之下的按简支梁的计算跨中的弯矩M0。叠加以后的框架跨中在可以弯矩的计算见表表7.2 各节点弯矩分配系数计算节点61.296+1.500=2.7960.4640.5365-31.296+1.5002=4.2960.3020.3490.34921.296+1.080+1.500=3.8760.3340.3870.279121.296+1.000+1.500=3.7960.3410.2630.39511-91.296+1.5002+1.000=5.2960.2480.1890.2830.28381.296+1.000+1.080+1.500=4.8760.2660.2050.3080.2210表7.3 恒荷载作用下的弯矩分配上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁0.53600.46400.34100.39500.263020.250-100.210100.210-23.220-31.75042.86037.10-15.430-17.870-11.9012.50-7.715018.550-6.5750-2.560-2.220-4.080-4.730-3.15052.80-73.045099.250-29.1750-46.800.34900.34900.30200.24800.28300.28300.189019.270-90.9090.90-22.740-21.7025.025.021.630-11.520-13.150-13.150-8.78021.43012.50-5.76010.8150-8.9350-6.5750-9.830-9.830-8.5101.1601.3301.3300.89036.6027.670-83.54091.3550-20.7550-18.3950-29.5900.34900.34900.30200.24800.28300.28300.189019.270-90.9090.90-22.740-21.7025.025.021.630-11.520-13.150-13.150-8.78012.5012.50-5.76010.8150-6.5750-6.5750-6.710-6.710-5.8100.5800.6600.6600.44030.79030.790-80.84090.7750-19.0650-19.0650-30.0400.34900.34900.30200.24800.28300.28300.189019.270-90.9090.90-22.740-21.7025.025.021.630-11.520-13.150-13.150-8.78012.5013.860-5.76010.8150-6.5750-7.1550-7.190-7.190-6.2200.7200.8200.8200.55030.31031.670-81.25090.9150-18.9050-19.4850-29.9300.38700.27900.33400.26600.30800.22010.205019.270-90.9090.90-22.740-21.7027.72019.98023.920-12.360-14.310-10.270-9.52012.50-6.18011.960-6.5750-2.450-1.760-2.110-1.430-1.660-1.190-1.0137.77018.220-75.27089.070-22.5450-11.460-32.320柱底9.110-5.730表7.4 叠加后框架梁跨中弯矩（kNm）位置层次q(KN/m)L(m)叠加后框架梁跨中弯矩左端弯矩右端弯矩跨中弯矩AB、CD梁523.1967.2-73.04599.25063.929421.0417.2-83.54091.35548.898321.0417.2-80.84090.07750.538221.0417.2-81.25090.91550.263121.0417.2-75.27089.07054.176BC梁513.0642.7-46.80046.800-34.89548.9292.7-29.59029.590-21.45338.9292.7-30.04030.040-21.90328.9292.7-29.93029.930-21.79318.9292.7-32.32032.320-24.183注：本设计考虑梁端弯矩调幅，根据混凝土结构设计规范混凝土框架结构的梁端弯矩调幅系数为0.80.9，故调幅系数取=0.8，跨中弯矩则根据平衡来调整。框架弯矩图如图6-3所示，括号内为调幅厚弯矩值。其各个杆的固端弯矩是：AB的跨：BC的跨：7.2 活荷载作用下的内力7.2.1 等效的均布荷载的计算荷载的等效的原理与恒载，具体的计算有：标准层为：，五层为：故五层的各个杆的固端的弯矩是BC的跨为：AB的跨为：7.2.2 计算活荷载的框架弯矩其附加的偏心弯矩值为其顶层 其中柱为： 其边柱为： 标准层 其中柱为： 其边柱为： 2 计算弯矩的分配值计算活荷载作用下的框架弯矩可以使用弯矩的二次的配法计算，弯矩的分配法为如表7.5，其框架的弯矩图可以如图为7.4，括号之内数值的调幅内弯矩值。图7.3 恒荷载的架弯矩图7.3 计算恒（活）载作用下的框架柱轴力从纵向的梁上传来其荷载中的包括由纵向的梁的自重与外纵中墙的自重的两部分，现在考虑在粉刷层上的系数1.其柱的自重：标准层柱为：首层的柱为： 表7.6 恒（活）载作用下框架梁剪力层数q(KN/m)L(m)qL/2 (KN)ABBCABBCABBCABBCABBCABBC523.20(6.41)13.06(4.22)7.22.783.52(23.08)17.63(5.70)2.91(0.94)080.61(22.14)17.63(5.70)86.43(24.02)17.63(5.70)421.04(6.41)8.93(4.22)7.22.775.74(23.08)12.06(5.70)0.89(0.43)074.85(22.65)12.06(5.70)76.63(23.51)12.06(5.70)321.04(6.41)8.93(4.22)7.22.775.74(23.08)12.06(5.70)1.10(0.49)074.64(22.61)12.06(5.70)76.84(23.57)12.06(5.70)221.04(6.41)8.93(4.22)7.22.775.74(23.08)12.06(5.70)1.08(0.48)074.66(22.60)12.06(5.70)76.82(23.56)12.06(5.70)121.04(6.41)8.93(4.22)7.22.775.74(23.08)12.06(5.70)1.53(0.66)074.21(22.42)12.06(5.70)77.27(23.74)12.06(5.