土木工程专业毕业设计：某教学楼框架结构优化设计.doc

某教学楼框架结构优化设计摘 要本篇毕业论文从土力学基本理论出发，结合相关设计规范及工程实际，对工程进行初步设计。在设计中采用计算边坡推力的方法进行边坡稳定性分析，并以滑坡推力的计算结果和地质勘测资料作为肋梁锚杆支护计算、设计的依据。除了理论上的计算之外，本文还论述了边坡治理的一些基本原则。根据这些基本原则和计算结果，给出了治理边坡的方案。关键词： 混凝土 结构优化建筑设计说明部分一、工程概况：工程位置：天津市；工程总面积：10326.24，主楼8层，高28.2m，一、二层层高4.2m,标准层层高3.3m；裙楼共两层，高8.4m，层高4.2m；结构形式：现浇整体框架。三、设计资料 （一）、自然条件1、工程地质条件：详见地质勘查报告。2、抗震设防： 7 度3、防火等级： 二级4、建筑物类型： 丙类5、基本风压： W0= 0.40 KN/m2，主导风向：西北风6、基本雪压： S0= 0.50 KN/m27、冻土深度： 0.7 m8、地下水位： 最低：1.7 m 最高：1.5 m9、气象条件： 年平均温度：12 oC 最高温度：39 oC 最低温度：21 oC 年总降雨量：541.5 mm 日最大降雨量：115.5 mm10、楼面活荷： 办公室：2.0 KN/m2；走道：2.0 KN/m2；餐厅：2.5 KN/m2。（二）、工程做法1、屋面做法高聚物改性沥青卷材防水4厚高聚物改性沥青卷材防水层（带砂、小片石，作为保护层）20厚1：3水泥砂浆层找平层1：6水泥焦渣找2%坡，最薄处30厚50厚聚苯乙烯泡沫塑料板保温层钢筋混凝土基层（三）、门窗门选用标准图集中的木门，窗选用塑钢窗。门窗表见表1。 门窗表 表1编号洞口尺寸开启方向材料樘数备注宽×高C12400×2650推拉窗塑钢52单槽双玻，开启扇带纱扇C21800×2650推拉窗塑钢40单槽双玻，开启扇带纱扇，卫生间窗装磨砂玻璃C31500×1750推拉窗塑钢4单槽双玻C41800×1750推拉窗塑钢220单槽双玻，开启扇带纱扇，卫生间窗装磨砂玻璃C51200×1750推拉窗塑钢4单槽双玻，开启扇带纱扇C61500×1750推拉窗塑钢12单槽双玻，开启扇带纱扇M14200×3600弹簧门玻璃门2M23000×3600弹簧门玻璃门1M31800×3600平开门夹板门2M4900×2100平开门夹板门240M51500×2100平开门夹板门4M6750×2100平开门夹板门22结构设计计算书结构布置及结构计算简图的确定结构布置（B区）结构平面布置如图1所示。38层500×500 300×65012层600×600250×550250×550250×400图1 结构平面布置图2、确定梁柱截面尺寸：主梁：h=(1/81/12)l=(1/81/12) ×6600=825mm550mm取h=650mm,b=300mm连系梁：边跨（HG、FE）梁 h=550mm,b=250mm 中跨（GF）梁 h=400mm,b=250mm次梁： h=550mm,b=250mm柱截面： 12层600mm×600mm 38层500 mm×500mm现浇楼板厚100mm，满足h/l01 1/503、计算简图的确定（见图2）根据地质资料，确定基础顶面离室外地面为700mm,由此求得底层层高为5.5m。各梁柱构件的线刚度经计算后列于图2，其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，边跨梁取I=1.5I0,中跨梁取I=2I0（I0为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。HG跨梁：GF跨梁：FE跨梁：38层柱：2层柱： 首层柱： 注：图中数字为线刚度，单位：×10-4Em3Ec=3.25×104N/mm2 Eb=3.00×104N/mm2图2：结构计算简图荷载计算恒载计算屋面框架梁线荷载标准值：4厚高聚物改性沥青卷材防水层（三毡四油上铺小石子） 0.4 KN/ m220厚1：3水泥砂浆层找平层 0.02×20=0.4 KN/ m21：6水泥焦渣找2%坡，最薄处30厚 KN/ m250厚聚苯乙烯泡沫塑料板保温层 0.05×0.5=0.025 KN/ m2钢筋混凝土基层 0.1×25=2.5 KN/ m2铝合金条板吊顶 0.12 KN/ m2屋面恒载: 4.81 KN/m2边跨(HG、FE跨)框架梁自重 0.25×0.55×25=3.44 KN/ m2中跨框架梁自重 0.25×0.4×25=2.5KN/ m2粉刷 2×（0.40.1）×0.02×17=0.2 KN/ m2因此，作用在顶层框架梁上的线荷载为：（图3）g8HG1= g8FE1=3.44KN/ mg8GF1= 2.5 KN/ mg8HG2= g8FE2=4.81×3.3=15.87 KN/ mg8FG2= 4.81×2.4=11.54KN/ m (2)楼面框架梁线荷载标准值30厚水磨石地面（10mm面层，20mm水泥砂浆打底） 0.65KN/m240厚C20细石混凝土垫层 0.04×25=1.0KN/ m2100厚钢筋混凝土楼板 0.1×25=2.5 KN/ m2铝合金条板吊顶 0.12 KN/ m2楼面恒载 4.27 KN/ m237层框架梁边跨(HG、FE跨)框架梁自重 0.25×0.55×25=3.44 KN/ m边跨填充墙自重 0.19×（3.30.65）×6.0=3.02 KN/ m墙面粉刷 （3.30.65）×0.02×2×17=1.80 KN/ m中跨框架梁自重 0.25×0.4×25=2.5KN/ m梁侧粉刷 2×(0.40.1)×0.02×17=0.2 KN/ m因此，作用在37层框架梁上的线荷载为（图3）：gHG1= gFE1=3.44+3.02+1.80=8.26 KN/ mgGF1= 2.5 +0.2=2.7KN/ mgHG2= gFE2=4.27×3.3=14.09KN/ mgFG2= 4.27×2.4=10.25KN/ m2层框架梁边跨填充墙自重 0.19×（4.20.65）×6.0=4.05 KN/ m2墙面粉刷 （4.20.65）×0.02×2×17=2.41KN/ m2因此，作用在2层框架梁上的线荷载为（图3）：gHG1= gFE1=3.44+4.05+2.41=9.90 KN/ mgGF1 =2.7 KN/ mgHG2= gFE2=14.09 KN/ mgGF1= 10.25 KN/ m（3）、屋面框架节点集中荷载标准值E轴框架梁自重 0.30×0.65×6.6×25=32.18KN粉刷 0.02×(0.650.10)×2×6.6×17=2.47KN600高女儿墙自重 0.6×6.6×0.19×6.0=4.51KN粉刷 0.6×0.02×2×6.6×17=2.69KN框架梁传来屋面自重 KN次梁自重 0.25×0.55×6.0×25=20.61KN作用在次梁上的屋面自重 KN框架梁传来次梁自重 KN顶层E轴节点集中荷载 G8E=32.18+2.47+4.51+2.69+26.19+44.83=112.87KNF轴框架梁自重及粉刷 32.18+2.47=34.65KN框架梁传来屋面自重KN框架梁传来次梁自重 44.83KN顶层F轴节点集中荷载 G8F=34.65+57.36+44.83=136.84KNG轴框架梁自重及粉刷 34.65KN框架梁传来屋面自重 57.36KN次梁自重 0.25×0.55×4.5×25=15.47KN作用在次梁上的屋面自重 KN框架梁传来次梁自重 KN顶层G轴节点集中荷载 G8G=34.65+57.36+30.36=122.37KNH轴框架梁自重及粉刷 34.65KN女儿墙自重及粉刷 7.20KN框架梁传来屋面自重 26.19KN框架梁传来次梁自重 30.36KN顶层H轴节点集中荷载 G8H=34.65+7.2+26.19+30.36=98.40KN（4）38层楼面框架节点集中荷载标准值E轴框架梁自重及粉刷 34.65KN塑钢窗自重 2×1.8×1.75×0.45=2.84KN窗下墙自重 0.29×0.9×（6.60.5）×6=9.55KN内粉刷 0.02×0.9×（6.60.5）×17=1.87 KN外贴面砖 0.08×0.9×6.1×19.8=8.70 KN窗边墙自重 0.29×（6.60.52×1.8）×(3.31.55)×6=7.61KN内粉刷 0.02（6.60.52×1.8）×(3.31.55)×17=1.49 KN外贴面砖 0.08×(3.31.55)×2.5×19.8=6.93 KN框架梁传来楼面自重 KN次梁自重 0.25×0.55×6.0×25=20.61KN作用在次梁上的墙自重 0.19×(3.30.55)×5.5×6=17.24 KN粉刷 2×0.02×(3.30.55)×5.5×17=10.29 KN作用在次梁上的楼面自重 KN框架梁传来次梁自重 KN框架柱自重 0.5×0.5×3.3×25=20.63 KN内粉刷 0.9×0.02×3.3×17=1.01 KN外贴面砖 0.08×0.5×3.3×19.8=2.61KN38层E轴节点集中荷载 GE=34.65+2.84+9.55+1.87+8.70+7.61+1.49+6.93+23.25+54.72+20.63+1.01+2.61=175.86KNF轴框架梁自重及粉刷 34.65KN内纵墙自重 6.1×（3.30.65）×0.19×6.0=18.43 KN粉刷 6.1×（3.30.65）×2×0.02×17=10.99KN扣除门洞重 2.1×0.9×（0.19×6.0+2×0.02×17）×2=6.88 KN门重 2.1×0.9×0.2×2=0.76 KN框架梁传来屋面自重KN次梁自重 20.61 KN作用在次梁上墙的自重及粉刷 17.24+10.29=27.53 KN作用在次梁上的楼面自重 61.30 KN框架梁传来次梁自重 KN框架柱自重 20.63 KN粉刷 1.6×0.02×3.3×17=1.80 KN38层F轴节点集中荷载 GF=34.65+18.43+10.996.88+0.76+50.92+54.72+20.63+1.80=186.02 KNG轴框架梁自重及粉刷 34.65KN内纵墙自重 18.43 KN粉刷 10.99KN扣除门洞重 6.88 KN门重 0.76 KN框架梁传来屋面自重 50.92KN次梁自重 15.47 KN作用在次梁上墙的自重及粉刷 0.19×(3.30.55)×4.0×6.0=12.54 KN 2×0.02×（3.30.55）×4.0×17=7.48 KN作用在次梁上的楼面自重 KN 框架梁传来次梁自重 KN框架柱自重 20.63KN粉刷 1.80 KN38层G轴节点集中荷载 GG=34.65+18.43+10.996.88+0.76+50.92+37.83+20.63+1.80=169.13KNH轴框架梁自重及粉刷 34.65KN墙体自重 38.99 KN框架梁传来楼面自重 23.25KN框架梁传来次梁自重 37.83KN框架柱自重 20.63 KN粉刷加面砖 1.01+2.61=3.62KN38层H轴节点集中荷载 GH=34.65+38.99+23.25+37.83+20.63+3.62=158.97KN（5）2层楼面框架节点集中荷载标准值E轴框架梁自重及粉刷 34.65KN塑钢窗自重 2×1.8×2.65×0.45=4.29KN窗下墙自重 0.29×0.9×（6.60.6）×6=9.40KN内粉刷 0.02×0.9×（6.60.6）×17=1.84 KN外贴面砖 0.08×0.9×6.0×19.8=8.55 KN窗边墙自重 0.29×（6.60.62×1.8）×(4.21.55) ×6=11.07KN内粉刷 0.02×（6.60.62×1.8）×(4.21.55) ×17=2.16 KN外贴面砖 0.08×(4.21.55)×2.3×19.8=9.65KN框架梁传来楼面自重 KN次梁自重 0.25×0.55×6.0×25=20.61KN作用在次梁上的墙自重 0.19×(4.20.55)×5.5×6=22.89 KN粉刷 2×0.02×(4.20.55)×5.5×17=13.65 KN作用在次梁上的楼面自重 61.30 KN框架梁传来次梁自重 KN框架柱自重 0.6×0.6×4.2×25=37.80 KN内粉刷 1.2×0.02×4.2×17=1.71 KN外贴面砖 0.08×0.6×4.2×19.8=3.99KN2层E轴节点集中荷载 GE=34.65+4.29+9.40+1.84+8.55+11.07+2.16+9.65+23.25+59.23+37.80+1.71+3.99=207.59KNF轴框架梁自重及粉刷 34.65KN内纵墙自重 6.0×（4.20.65）×0.19×6.0=24.28 KN粉刷 6.0×（4.20.65）×2×0.02×17=14.48KN扣除门洞重 6.88 KN门重 0.76KN框架梁传来屋面自重 50.92KN框架梁传来次梁自重 59.23KN框架柱自重 37.80KN粉刷 2×0.02×4.2×17=2.86 KN2层F轴节点集中荷载 GF=34.65+24.28+14.486.88+0.76+50.92+59.23+37.80+2.86=218.10 KNG轴框架梁自重及粉刷 34.65KN内纵墙自重 24.28KN粉刷 14.48KN扣除门洞重 6.88 KN门重 0.76 KN框架梁传来屋面自重 50.92KN次梁自重 15.47 KN作用在次梁上墙的自重及粉刷 0.19×(4.20.55)×3.8×6.0=15.81KN 2×0.02×（4.20.55）×3.8×17=9.43KN作用在次梁上的楼面自重 KN 框架梁传来次梁自重 KN框架柱自重 37.80KN粉刷 2.86 KN2层G轴节点集中荷载 GG=34.65+24.28+14.486.88+0.76+50.92+40.44+37.80+2.86=199.31 KNH轴框架梁自重及粉刷 34.65KN墙体自重 46.96 KN框架梁传来楼面自重 23.25KN框架梁传来次梁自重 40.44KN框架柱自重 37.80 KN粉刷及面砖 5.70 KN38层H轴节点集中荷载 G8H=34.65+46.96+23.25+40.44+37.80+5.70=188.80KN（6）恒载作用下结构计算简图（图3）2、楼面活荷载计算楼面活荷载作用下结构计算简图如图4所示。图中各荷载计算如下：（1）、屋面框架梁线荷载标准值p8HG= p8FE=0.5×3.3=1.65KN/ mp8GF=0.5×2.4=1.2 KN/ m（2）、楼面框架梁线荷载标准值pHG= pFE=2.0×3.3=6.6KN/ mpGF=2.0×2.4=4.8 KN/ m图4：活荷载作用下结构计算简图图3：恒载作用下结构计算简图（3）、屋面框架节点集中荷载标准值E轴：由框架梁传来的屋面荷载 由框架梁传来次梁荷载 P8E=2.72+3.59=6.31KNF轴：由框架梁传来的屋面荷载 由框架梁传来次梁荷载 3.59KNP8F=6.98+3.59=10.57KNG轴：由框架梁传来的屋面荷载 6.98KN由框架梁传来次梁荷载 P8G=6.98+2.35=9.33KNH轴：由框架梁传来的屋面荷载 2.72KN由框架梁传来次梁荷载 2.35KNP8H=2.72+2.35=5.07KN（4）、楼面框架节点集中荷载标准值E轴：由框架梁传来的屋面荷载 由框架梁传来次梁荷载 PE=10.88+14.35=25.23KNF轴：由框架梁传来的屋面荷载 由框架梁传来次梁荷载 14.35KNPF=27.93+14.35=42.28KNG轴：由框架梁传来的屋面荷载 27.93KN由框架梁传来次梁荷载 PG=27.93+9.41=37.34KNH轴：由框架梁传来的屋面荷载 10.88KN由框架梁传来次梁荷载 9.41KN PH=10.88+9.41=20.29KN3、风荷载计算风压标准值计算公式为 wk=zszw0因结构高度H=29.3m,B=12.9,H/B=2.3>1.5,z应按下式计算z=对于框架结构T=（0.080.1）n, T=0.640.8,取T=0.7则w0T2=0.40×0.72=0.2， 所以=1.25地面粗糙程度为C类 =0.63各层标高处z见表2对于矩形平面s=1.3；z可查荷载规范，当查得的z<1.0时，取z=1.0。将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如表2所示。表中A为一榀框架各层节点的受风面积，计算结果如图5所示。 横向风荷载计算 表2层次zsz(m)zw0(KN/ m2)A(m2)Pw(KN)81.791.328.81.00.4415.8416.22 71.701.325.51.00.4421.7821.1861.611.322.21.00.4421.7820.0651.521.318.91.00.4421.7818.9441.431.315.61.00.4421.7817.8231.341.312.31.00.4421.7816.6921.251.39.01.00.4424.7517.7011.131.34.81.00.4429.7019.204、风载下的位移计算（1）、计算简图，见图5。图5：风荷载作用下结构计算简图（2）、柱Kc值 柱Kc值计算 表3层数截面（m2）混凝土强度等级惯性矩Ic（m4）（m3）(KNm)380.5×0.5C405.21×10-31.58×10-351.35×10320.6×0.6C4010.8×10-32.57×10-383.57×10310.6×0.6C4010.8×10-31.96×10-363.82×103（3）、柱Kb值边跨（HG、FE）梁Ib=1.5中跨（GF）梁 Ib=24.5m梁：2.4m梁：6.0m梁：（4）、及的值38层H轴柱： G轴柱： F 轴柱： E轴柱： 2层H轴柱： G轴柱： F 轴柱： E轴柱： 底层H轴柱： G轴柱： F 轴柱： E轴柱： （5）值（见表4，）框架柱D值计算 表4H轴G轴F轴E轴38层14.37×10322.58×10320.77×10311.49×10369.21×1032层9.66×10316.37×10314.89×1037.62×10348.54×103底层10.35×10312.94×10312.35×1039.57×10345.21×103(6)、侧移由弯曲和剪切变形产生的位移8层：7层：6层：5层：4层：3层：2层：底层：由轴向变形产生的位移查表得故顶点位移 ，满足要求。三、非抗震内力计算1、竖向恒载作用下的内力计算竖向恒载作用下的内力计算采用分层法。（1）、荷载简化图3中梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成，在求固端弯矩时，将梯形分布荷载及三角形荷载化作等效均布荷载。顶层：HG跨（=1.65/4.5=0.367）GF跨FE跨（=1.65/6=0.275）37层：HG跨（=1.65/4.5=0.367）GF跨FE跨（=1.65/6=0.275）2层：HG跨（=1.65/4.5=0.367）GF跨FE跨（=1.65/6=0.275）（2）柱的线刚度调整由于取出中间一层分析，柱（除底层）的线刚度取框架柱实际线刚度的0.9倍。38层 1.58×10-3×0.9=1.422×10-32层 2.57×10-3×0.9=2.313×10-31层 1.96×10-3（3）、弯矩分配系数节点标号见图6（中间层省略）节点1： 节点2：图6：节点标号节点3： 节点4：节点5：节点6：节点7：节点8：节点9：节点10：节点11： 节点12： 节点13： 节点14： 节点15： 节点16： （4）、杆件固端弯矩(5)、分层法求内力具体过程见图7，求得杆端内力后，通过静力平衡条件，可求得相应的剪力和轴力，见图8，9，10。2、竖向活荷载作用下的内力计算（1）荷载简化 （2）杆件固端弯矩（3）分层法求内力 具体过程见图11，同理，可求得相应的剪力和轴力，见图12，13，14。3、雪荷载内力计算Sk=rS0屋面为平屋面，r=1.0S0=0.5KN/m2 Sk=0.5KN/m2杆件固端弯矩：