武汉科技大学学生宿舍楼毕业设计计算书.doc

武汉科技大学学生宿舍楼毕业设计计算书 目录1工程概况111 建设项目名称112 建设地点113 建筑规模1131 建筑面积1132 结构形式114 设计资料1141 地质水文资料1142 气象资料2143 抗震设防烈度2144 底层室内标高215 设计使用年限22 结构布置及计算简图221 结构平面布置222 计算简图223 主要构件选型及尺寸的初步估计3231 框架柱的截面尺寸3232 框架梁的截面尺寸4233 现浇楼板厚度424 框架梁柱的截面特征和线刚度计算4241 各构件的截面惯性矩5242 各构件的线刚度53 荷载标准值计算531 永久荷载5311 作用于框架梁上的分布荷载5313 作用于框架柱上的集中荷载632 活荷载计算9321 活荷载取值9322 框架梁上活荷载933 风荷载计算1034 地震荷载11341 重力代表值计算11342 抗侧移刚度D的计算14343 自振周期计算15344 计算底部剪力15345 计算横向地震作用154 框架侧移计算165 内力分析1751 恒载作用下的内力计算17511 固端弯矩计算17512 节点分配系数计算18513 弯矩分配传递18514 画内力图1852 活载作用下的内力计算19521 固端弯矩计算19522 节点分配系数计算19523 弯矩分配传递20524 画内力图2553 风载作用下的内力计算2854 地震载作用下的内力计算2955 重力荷载代表值作用下的内力计算306 内力组合307 梁柱截面设计3871 框架梁截面设计38711 梁正截面承载力计算38712 梁斜截面受剪承载力计算4072 框架柱截面设计44721 选取最不利内力44722 轴压比验算44723 A柱正截面承载力计算 采用对称配筋 44724 A柱斜截面承载力计算468 楼板设计4881 楼面板设计489 基础设计49911 最不利内力确定49912 确定地基承载力特征值设计值49913 确定基础底面尺寸50914 附加荷载统计50915 基底尺寸验算50916 基础高度验算51917 基底配筋计算5292 B柱基础设计52921 最不利内力确定52922 确定基础底面尺寸53923 附加荷载统计53924 基底尺寸验算53925 基础高度验算54926 基底配筋计算5510 楼梯设计55101 设计参数55102 梯段板TB计算561021 荷载计算561022 配筋计算56103 平台板设计571031 荷载计算571032 配筋计算57104 平台梁设计581041 荷载计算581042 配筋计算58结束语59参考资料60致谢611工程概况11 建设项目名称武汉科技大学学生宿舍楼12 建设地点武汉科技大学黄家湖校区13 建筑规模131 建筑面积957168132 结构形式框架结构14 设计资料141 地质水文资料根据工程地质勘测报告拟建场地地势平坦土层分布比较规律-52m最高为-45m无侵蚀性对建筑物基础无影响各层土基础设计参数建议值如下层号地层名称状态fak kpa Es Mpa 素填土素填土松散粉质粘土可塑45075142 气象资料全年主导风向偏南风 夏季主导风向东南风 冬季主导风向北偏西风 常年降雨量为12485基本风压为035kNB类场地基本雪压为050kN143 抗震设防烈度抗震设防7度 第一组场地加速度005g 144 底层室内标高主要地坪标高为±0000相当于绝对标高286m15 设计使用年限50年2 结构布置及计算简图 21 结构平面布置根据建筑施工图及使用功能的要求采用全现浇钢筋混凝土框架结构梁柱板混凝土强度等级为C30其结构平面布置如图21所示图21 结构平面图22 计算简图取号轴线为计算单元如图21所示室内外高差450mm预估室外地坪至基础底面高度为建筑高度的115即225m设基础高度为1m则底层柱高H 3300-304502250-1000 4970mm其它各层柱高均取为H 3200mm其中梁与柱柱与基础均为刚接框架计算简图如图22所示图22 框架计算简图23 主要构件选型及尺寸的初步估计231 框架柱的截面尺寸由建筑图可知边柱的负载面积为72×33 2376中柱的负载面积为45×72 324设为考虑地震作用组合后柱的轴压比增大系数并取 13g为折算后单位建筑面积上的重力荷载代表值先近似取 14KNm2n为验算截面以上的楼层层数 则边柱的组合轴压力设计值N Fn 13×2376×14×9 389189KN 中柱的组合轴压力设计值N Fn 13×324×14×9 530712KN 边柱中柱取柱截面为正方形截面初步选定柱尺寸为700mm×700mm柱底层最小刚度验算 满足最小刚度要求轴压比验算取每层楼总荷载为14kn中柱轴压比满足最大轴压比要求232 框架梁的截面尺寸梁截面高度按梁跨度的112181213取h 650mm横向框架梁截面宽b 取b 250mm纵向框架梁截面高h 取h 650mm纵向框架梁截面宽b 取b 250mm次梁截面高h 取h 600mm次梁截面宽b 取b 250mm层间梁截面高h 取h 300mm层间梁截面宽b 取b 120mm233 现浇楼板厚度先按单双向板的刚度要求确定本工程大梁板跨度为36m为简化计算楼面板和屋面板均取100mm厚24 框架梁柱的截面特征和线刚度计算计算截面惯性矩时考虑现浇楼板的作用取I II为不考虑梁翼缘作用的梁截面惯性矩241 各构件的截面惯性矩梁I I I 柱I 242 各构件的线刚度梁柱现令AB跨梁的的线刚度为1则其他梁柱的相对线刚度值可算出如图22所示3 荷载标准值计算31 永久荷载311 作用于框架梁上的分布荷载屋面恒载防水层及保温层按屋面材料分项计算累计 297 kNm2现浇钢筋混凝土板 100mm 01×25 25kNm2板底抹灰 20mm 002×17 034kNm2合计581kNm2 楼面恒载30厚细石混凝土面层 30mm 003×24 072kNm2现浇钢筋混凝土板 100mm 01×25 25kNm2板底抹灰 12mm 0012×17 020kNm2 合计342kNm2 梁自重含粉刷主要框架梁 025 065-01 252×065-01×002×17 382kNm 墙自重含粉刷与粱高为650mm相接的墙025×32-065×82×32-065×002×17 683kNm与粱高为600mm相接的墙025×32-06×82×32-06×002×17 697kNm 作用在框架梁上的恒载作用在顶层框架梁上的分布荷载为 AB、CD跨均布荷载g9AB1 g9CD1 382kNm 梯形荷载峰值g9AB2 g9CD2 581×36 2092kNm BC跨均布荷载g8AB1 382kNm 三角形荷载峰值g9BC2 581×24 1394kNm作用在81层框架梁上的分布荷载为AB、CD跨 图23 计算单元简图均布荷载 g8AB1 g1AB1 g8CD1 g1CD1 382683 1065kNm梯形荷载峰值g8AB2 g1AB2 g8CD2 g1CD2 342×36 1331kNm BC跨均布荷载 g8BC1 g1BC1 382kNm 三角形荷载峰值 g8BC2 g1BC2 342×24 821kNm313 作用于框架柱上的集中荷载A列柱 顶层18m高女儿墙自重 025×18×8×72 2592kN 边框架梁自重 025×065-01×25×72 2475kN 次梁传来的恒载 次梁自重 025×06-01×25×662 1031kN 次梁上结构层 581×663×36×12 10040kN 通过边框架梁传来的结构层恒载 581×36×18×05×2 3765kN 上截面恒载 259224751031100403765 19903kN对柱形心的偏心弯矩 19903×0175 3483kN·m 柱下截面恒载 1990307×07×32×25 23823kN 8层外墙自重未扣除窗洞 683×72 4918kN 边框架梁自重 025×065-01×25×72 2475kN 次梁传来的恒载 次梁上墙自重 697×36 2509kN 次梁上结构层 342×663×362×20×12 5910kN 次梁自重 025×06-01×25×662 1031kN 通过边框架梁传来的结构层恒载 342×36×18×05×2 2216kN上截面恒载 49182475250959101031221623823 42882kN 对柱形心的偏心弯矩 19059×0175 3335kN·m 下截面恒载 4288207×07×32×25 46802kN 7层上柱截面恒载 4680219059 65861kN 下柱截面恒载 658613920 69781kN6层上柱截面恒载 6978119059 88840kN 下柱截面恒载 888403920 92760kN5层上柱截面恒载 9276019059 111819kN 下柱截面恒载 1118193920 115739kN4层上柱截面恒载 11573919059 134798kN 下柱截面恒载 1347983920 138718kN3层上柱截面恒载 13871819059 157777kN 下柱截面恒载 1577773920 161697kN2层上柱截面恒载 16169719059 180756kN 下柱截面恒载 1807563920 184676kN1层上柱截面恒载 18467619059 203705kN 下柱截面恒载 20370507×07×497×25 209793kN17层上节点对柱形心的偏心弯矩19059×0175 3335kN·m3132 B列柱顶层主要纵向框架梁传来的恒载 主要纵向框架梁自重 025×065-01×25×72 2475kN 主要纵向框架梁结构层 581×36×182×2581× 3612 ×122×2 71116-01×25× 6624 1405kN 次梁上结构层 581×66318×12581×24×122 5856kN 上截面恒载 2475711114055856 16847kN 对柱形心的偏心弯矩 16847×0175 2948 kN·m 下截面恒载 1684707×07×32×25 20767kN8层内墙自重未扣除窗洞 683×72 4918kN 主要纵向框架梁传来的恒载主要纵向框架梁自重 025×065-01×25×72 2475kN主要纵向框架梁结构层 342×36×182×2342× 3612 ×122×2 418697×66 4600kN次梁上结构层 342×66318×12342×24×122 3447kN 次梁自重 025×06-01×25× 6624 2 1405kN 上截面恒载 49182475418646003447140520767 41798kN 对柱形心的偏心弯矩 21031×0175 3680kN·m 下截面恒载 4179807×07×32×25 45718kN7层上柱截面恒载 4571821031 66749kN 下柱截面恒载 667493920 70669kN6层上柱截面恒载 7066921031 91700kN 下柱截面恒载 917003920 95620kN5层上柱截面恒载 9562021031 116651kN 下柱截面恒载 1166513920 120571kN4层上柱截面恒载 12057121031 141602kN 下柱截面恒载 1416023920 145522kN3层上柱截面恒载 14552221031 166553kN 下柱截面恒载 1665533920 170473kN2层上柱截面恒载 170473421031 191503kN 下柱截面恒载 1915033920 195423kN1层上柱截面恒载 19542321031 216454kN 下柱截面恒载 21645407×07×497×25 222542kN71层上节点对柱形心的偏心弯矩 21031×0175 3680kN·m作用于梁、柱上的恒载如图31图31 恒荷载分布图32 活荷载计算321 活荷载取值查荷载规范上人屋面标准值20 kN宿舍活载标准值20 kN因为活载取值均小于40 kN故可采用活载满布计算322 框架梁上活荷载 框架梁上梯形分布荷载峰值 20×36 72kNm 集中荷载A列柱36×18×206630×182×20 3024 kN B列柱 20×6630×18220×05×24×1220×2×3612×12220×2×05×36×184464kN 集中力引起的弯矩A列柱19层 3024×0175 529kN·m B列柱19层 4464×0175 781kN·m楼面活载分布如图32所示图32 活荷载分布图33 风荷载计算 风荷载计算单元为72m宽沿竖向分布的单位面积荷载计算公式为 ZSZ0 其中0 035kN分迎风面和背风面计算分布荷载然后转化成节点荷载 查得脉动增大系数 1298脉动影响系数 048Z 的计算式为Z 1ZZ Z 的计算见表31将风荷载换算于框架节点上的集中荷载计算过程见表格32风荷载计算简图见图33表31 Z计算 层高度ZHZZZ929351000100014091422826150891085313551392722950728064613001310619750673055512451278516550564041711741221413350455029110941166310150346018110421108269502370090101056137501280031101019表32 风荷载计算 层ZSZmZkN0A914221329351409035115212008139213261513550352304226071310132295130003523042040612781319751245035230419065122113165511740352304171741166131335109403523041528311081310151042035230413832105613695100352304126511019133751003525021326 34 地震荷载341 重力代表值计算 所谓重力代表值是指的一个变形缝范围内楼层所有恒载与活载的组合值即恒载05活载具体计算结果如下 柱自重统计29层各层柱自重及抹灰07×07×32×25×1807×07×32×25×1102×0825025×05×32×25×407×07×32×25×24×05×002×32×17×184×04×002×32×17×24×06×002×32×17×11020250825×206×2×002×32×17×4 72461kN底层柱自重及抹灰 07×07×497×25×2902×0825025×05×497×25×404×04×497×25×24×07×002×497×17×294×04×002×497×17×2020250825×206×2×002×497×17×4 185368kN 梁自重统计 ABCD跨上的梁 29×025×065-01×3875×252×002×065-01×3875×17 42833kN BC跨上的梁 14×025×065-01×45×252×002×065-01×45×17 24038kN 主要纵向框架梁 4×36×13025-72×05×025×065-01×252×002×065-01×4×13025-8×05×17 75366kN 其他梁 23×025×06-01×18×252×002×06-01×18×17 11758 kN 012×03-01×58025-04×228×2-04×2×252×002×03-01×58025-04×228×2-04×2×17 1259kN 墙体门窗重29层外墙重A轴 025×576025-7×05-04-2×08×32-065-09×225×22-31×275×8 16083kND轴 025×576025-8×05-04×32-065-09×225×26×8 16524kN轴 025×184025-2×04-3×05×32-065-104×2-12×2×8 7443kN轴 025×1840025-4×04×32-065-104×2×8 8280kN外墙抹灰H轴 2×002×576025-7×05-04-2×08×32-065-09×225×22-31×275×17 5332kNA轴 2×002×576025-8×05-04×32-065-09×225×26×17 5688kN轴 2×002×184025-2×04-3×05×32-065-104×2-12×2×17 2530kN轴 2×002×184025-4×04×32-065-104×2×17 2815kN内墙重 250厚墙体 025×66-0325×32-065×254×13×32-03×2-10×21×244052×32-05-12×21×8 121850kN内墙抹灰250厚墙体 2×002×66-0325×32-05×254×13×32-035×2-10×21×244052×32-05-12×21×17 46243kN底层外墙重A轴 025×576025-7×07-2×08-04×53-07-24×21×5-09×23-12×27-256×2×8 39748kND轴 025×576025-8×05×53-07-6×30×30-10×30×8 38142kN轴 025×184025-2×04-3×05×53-05-104×2-12×2×8 1624kN轴 025×184025-4×04×53-05×8 16368kN外墙抹灰H轴 2×002×576025-7×07-2×08-04×53-07-24×21×5-09×23-12×27-256×2×17 14263 kNA轴 2×002×576025-8×05×53-07-6×30×30-10×30×17 13958kN轴 2×002×184025-2×04-3×05×53-05-104×2-12×2×17 5032N轴 2×002×184025-4×04×53-05×17 4912kN内墙重 025×16025-2×07-2×05×5-05×668×5-054×5-05-12×214×035-0375×53-035-10×2180-07×5-05×252×5-05×2-3×12×21×8 59723kN内墙抹灰 2×002×16025-2×07-2×05×5-05×668×5-054×5-05-12×214-035-0375×53-035-10×2180-07×5-05×252×5-05×2-3×12×21×17 31579kN门窗自重 29层 门 1×24×215×24×2608×24×2615×2408×36×212×24×04 6422kN 窗09×2121×21×221×24×424×18×220×12×225×12×04 1884kN 底层 窗18×21×2309×2121×2121×24×224×21×224×18×324×1618×12×04 8314kN门16×36×216×2410×24×215×24×2308×24×2315×2408×36×2×04 6259kN 楼面屋面恒载 楼面恒载 342×4×13025×144502528×58025-25×5212×3227×52×2×05 270144kN 屋面恒载 581×4×13025×144502512×3228×5802518×025×5505144512×2×18×8 484209kN 活荷载统计 屋面活载 575025×184025×20 215408kN 楼面活载 215408kN经统计G1 810568G2 G8 684217 kN G9 682417kN342 抗侧移刚度D的计算梁柱线刚度计算过程见表33D值计算见表34梁柱线刚度计算 表33构件截面跨度mEkNIbib梁065×0257230×107114×10-247500065×0256630×107114×10-25181806×0256630×107270×10-2122727065×0252430×107114×10-2142500柱07×073230×10720×10-218750007×0749730×10720×10-2120724343 自振周期计算 基本自振周期采用经验公式计算 T1 025053×10-3H2 025053×10-3×30572 045 s表34 柱D值计算 线刚度Kk ib2ic一般层 k 2k D 12ic hj2kNmk ibic底层 05k 2k 29层边柱0121426674中柱03413727201层边柱0475227870中柱0712641793344 计算底部剪力 经判别场地类别为类设计地震分组为第1组得Tg 035 s本建筑按多遇地震7度设防设计设计地震基本加速度为010g水平地震影响系数最大值 008 因为TgT15Tg 因此 总横向水平地震作用标准值 FEK 1Geq 0064×085×8105687682417 3418 kN345 计算横向地震作用 因T1 045 s14Tg 049 s 故n 0 水平地震作用计算公式 每一层的水平地震作用见表35地震水平作用于整个建筑物应将地震作用按柱刚度转化为计算单元的那一榀框架上轴线框架转化后地震作用下框架计算简图如图34所示4 框架侧移计算 层间弹性相对弹性转角验算过程见表42经验算层间弹性性队弹性转角 1500故满足要求说明所选框架柱数量及截面满足工程要求水平地震作用计算 表41层HimGikNHi GikN·mFikN93057682417208614901900376495582737682417186777501701445815572417682417164940201502525135662097682417143102901303594455751777682417121265501104663775741457682417994282009057430958311376824177759080070681241592817682417557535005078817360149781056840285200366981254310977587层间弹性相对弹性转角验算 表42层ViDiuehie964955178909200004321881481231101789092000073214650717446617890920001032132816219023178909200012321261452567801789092000143212230428773817890920001632119903311897178909200017321183623292571789092000183211739134180012529340002749711822图41 风荷载计算简图5 内力分析作用于框架上的荷载总的分为两大类型即水平作用和竖向作用对竖向作用可不考虑框架的侧移故可采用弯矩二次分配法计算水平作用考虑框架节点转动采用D值法分析各种作用的内力计算分述如下51 恒载作用下的内力计算511 固端弯矩计算利用结构力学知识分别求出每层每根梁在不同荷载形式作用下梁两端的固端弯矩然后进行叠加总的固端弯矩标于图中例如 AB跨81层将作用于框架梁上的梯形分布荷载转化为均布荷载后得q 1-22 3g2 gi 1-2×01800027×13311065 2192 kNm MAB MBA ql2 12 kN·mCD跨第81层 将作用于框架梁上的梯形分布荷载和集中荷载都转化为均布荷载得 q 1-22 3g2 gi 1-2×01800027×13311065 2192 kNm MCD8 MDC8 ql2 12 kN·m512 节点分配系数计算以第9层A节点为例A9B9 021 A9B9 079其余分配系数见表51513 弯矩分配传递 具体计算可在表中进行计算过程和结果参见表51514 画内力图根据计算结果先画出各杆件弯矩图如图51a 所示括号里弯矩值为框架梁在活荷载作用下经过调幅调幅系数取085后的弯矩其中跨中弯矩是根据等效均布荷载作用下由平衡条件计算所得杆件弯矩求出后按力的平衡可求出剪力和轴力恒荷载作用下的框架内力图如图51abc所示 52 活载作用下的内力计算楼面活荷载作用位置具有随机性因此内力计算时应该分析活荷载在不同位置作用下框架的内力然后进行内力组合得出活荷载最不利位置下框架各杆件的内力计算方法有两种活荷载逐层逐跨布置法和最不利位置法前已述及对于楼面活荷载不大 40kN 的情况下可采用满布的方法从而可以使计算过程得以大大简化同时也能满足工程精度要求521 固端弯矩计算利用结构力学知识分别求出每层每根梁在不同荷载形式作用下梁两端的固端弯矩然后进行叠加总的固端弯矩标于表52中例如AB跨将作用于框架梁上的梯形分布荷载转化为均布荷载后得 q 1-22 3×72 1-2×032 033×72 610 kNmMFB MBF ql2 12 610×662 12 2214kN·m522 节点分配系数计算以第9层A节点为例A9B9 021 A9B9 079其余分配系数见图523 弯矩分配传递 具体计算可在表中进行由于结构和荷载均对称故计算时可用半边框架弯矩计算如下图所示计算过程和结果参见表52 表51 恒载作用下内力计算 梁弯矩 柱弯矩注表格中方框里数据为节点弯矩图51a 恒载作用下的弯矩图单位kN·m 注括号里面数据为调幅后的弯矩值图51b 恒载作用下剪力图单位kN图51c恒载作用下轴力图单位kN表52 活载作用下内力计算 注表格中方框里数据为节点弯矩524 画内力图根据计算结果先画出各杆件弯矩图如图52a 所示括号里弯矩值为框架梁在活荷载作用下经过调幅调幅系数取085后的弯矩其中跨中弯矩是根据等效均布荷载作用下由平衡条件计算所得杆件弯矩求出后按力的平衡可求出剪力和轴力活荷载作用下的框架内力图如图52abc所示以AB跨第九层为例 跨中弯矩MK q l2 8-MAB MBA2 610×662 8-1772 1550 kN·m图52a 活载作用下的弯矩图单位kN·m 注括号里面数据为调幅后的弯矩值图52b 活载作用下剪力图单位kN图52c活载作用下轴力图单位kN53 风载作用下的内力计算风荷载节点荷载已经求出在节点弯矩荷载作用下内力的计算步骤如下内力的计算步骤如下计算层间剪力求剪力分配系数以及各柱反弯点处剪力求反弯点高度计算柱端弯矩计算梁端弯矩画内力图风荷载内力计算见表53 风荷载作用下内力图见图53表53 风荷载作用下柱上下截面弯矩计算层HVi边柱HA中柱F1yDDM上 1-yHi VijM下 yHi VijyDDM上 1-yHi VijM下 yHi Vij93212007013464035035037924497832346022013 112331704003724581639732550270131670618045037358229306327406032013209598604503748233946 5329123037013239114040450375941486143210651040013265817720450376936567533212034045013275322530500377124712423213299045013304324900500377873787314971462506020 58158722055030981311993 弯矩图kN·m 梁剪力柱轴力kN图53 风荷载作用下框架内力图54 地震载作用下的内力计算地震荷载内力计算见表54地震荷载作用下内力图见图54表54 地震荷载作用下柱上下截面弯矩计算