张家口某高校行政办公楼设计.doc

2 建筑设计概述2.1 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授课教材、建筑设计资料集、建筑结构构造上资料集等相关资料。(6) 遵照国家规定的现行各种设计规范、有关授课教材、建筑设计资料集、建筑结构构造上资料集等相关资料。2.2 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3.3米.(3) 室内外高差0.450m，室外地面标高为-0.450m。2.3 各部分工程构造(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18mm120mm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，厕所均为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，单层玻璃全封闭窗。(5) 基础：独立基础。 3 结构方案设计3.1 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0.3KN/M²，基本风压：0.35KN/M².(3) 地质条件：地质勘探以 ±0.000为基准面，地质分布具体情况见表1，类场地，7度设防建筑地点冰冻深度-1.2m。注： 拟建场地地形平坦，地下稳定水位距地表-6m。 建筑地点冰冻深度-1.2m。 建筑场地类别：类场地土。 地震设防基本烈度：7 度。3.2 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) 材料情况： 非重承水泥空心砖；砂浆等级为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4.1初估梁柱截面：（1） 由轴压比限值条件N/fcA0.9(（三级框架）（框架柱的负荷面积内每平米按15kN/m2初估）N=1.3×（9×3.3×12×5）=2316.6kNAN/0.9fc=2316.6×1000/0.9/14.3=180000mm2A=bh b=h =424.26mm 初估：柱截面：b×h=500mm×500mm.（2）梁截面 主梁: h=(1/101/18)L=（500mm-900mm） 边跨取h=500mm, 中跨取h=500mm. b=(1/21/3)h且b不小于0.5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 4.2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,认为翼缘参加工作,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=1.5I0 中框架梁=2I0柱采用30混凝土 梁采用30混凝土，C3.0×107 kN/m²I0=1/12×bh3(m4) i单位：KNm框架梁线刚度计算柱线刚度计算4.3 荷载计算（1） 荷载汇集 1、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 24×0.03=0.72 KN/M²防水层：三毡四油防水层 0.4 KN/M² 找平层：3 水泥沙浆20mm厚 20×0.02=0.4 KN/M² 保温层：150mm水泥蛭石保温层 0.15×5=0.75 KN/M² 结构层：120mm厚钢筋混凝土现浇板 0.12×25=3.00 KN/M² Gk=gk=5.27 KN/M² 2）楼面： 瓷砖地面（包括粗砂打底） 0.55 KN/M²找平层：25mm 1：3水泥沙浆 2×0.02=0.4 KN/M²120mm厚钢筋混凝土现浇板 0.12×25=3.00 KN/M²10mm厚板底抹灰 0.01×17= 0.17 KN/M² Gk=gk=4.12 KN/M² 3）梁柱子重： 4）墙重、门、窗重2、活荷载： 雪活载： 0.25 kN/m2 办公室： 2.00 kN/m2 走廊、楼梯： 2.50 kN/m2上人屋面： 2.00 kN/m2 6.75KN/m2 其中屋面积雪分布系数取1.03、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： 4.12×51.5×16.7=3543.41kn/m2一层梁重：1474.99Kn 首层柱重：657Kn 二层柱重：495Kn首层墙重：2067.98Kn 二层墙重：3448.62Kn活载：6.6×6×8+5.5×6.6×4+3.5×4+2.5×6.6×2×2+3×51+6.6×9x2.5=1705.80knG1=3543.41+1474.99+(657+495)/2+(2067.98+3448.62)/2+1705.80×0.5=9205.6Kn2)三层下半层和二层上半层二层板重：3543.41kn/m2 二层墙重3448.62Kn二层柱重:495Kn 二层梁重：1474.99Kn三层墙重：3448.62Kn 三层柱重：495Kn活载：1705.80knG2=3543.41+1474.99+495+3448.62+1705.80×0.5=9814.92Kn3)三层上半层和四层下半层以及四层上半层和五层下半层G3 =9814.92 G4=9814.92Kn4)五层上半层五层梁重:1474.99Kn 五层墙重：3250.04Kn五层板重：3543.41Kn/m2 五层柱子：495Kn女儿墙：634.8kn活载：51.5×16.7×0.25=215KnG5=3545.41+3250.04/2+1474.99+495/2+634.8/2+215×0.5=8942.84Kn5 框架在竖向荷载作用下的内力分析5.1计算方法和荷载传递路线（1）计算方法 框架结构在竖向荷载作用下的内力计算采用力矩分配法，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。弯矩二次分配法是一种近似计算方法，即将各节点的不平衡弯矩同时作分配和传递，并以两次分配为限。(取一榀横向框架)（2）荷载传递路线对于边跨板，为6.6m×3.5m,由于6.6/3.5<3.0 所以按双向板计算对于中跨板，为3.5m×3.0m,由于3.5/3.0<3.0 所以按双向板计算5.2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：5.27×6.6/2×(1-2×0.532+0.533)×2=20.52kN/m 活载：6.75×6.6/2×(1-2×0.532+0.533)×2=26.28kN/m 2）楼面板传荷载 恒载：4.12×6.6/2×(1-2×0.532+0.533)×2=16.04kN/m 活载：4.5×6.6/2×(1-2×0.532+0.533)×2=17.52kN/m 3）梁自重：5.10 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=5.10 kN/m+10.52kN/m=15.62 kN/m 活载=板传荷载=26.28 kN/m 楼面梁：恒载=梁自重+板传荷载=5.10kN/m+16.04N/m=21.14kN/m活载=板传荷载=17.52kN/m(2) B-C轴间框架梁 1).屋面板传载 恒载：5.27×6.6/4×5/8×2=10.9kN/m 活载：6.75×6.6/4×5/8×2=13.92kN/m 2).楼面板传荷载 恒载：4.12×6.6/4×5/8×2=8.5kN/m 活载：4.5×6.6/4×5/8×2=9.28kN/m 3).梁自重：5.1kN/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=5.1kN/m+10.9kN/m=16kN/m 活载=板传荷载=13.92kN/m 楼面梁：恒载=梁自重+板传荷载=5.1kN/m+8.5kN/m=13.6kN/m活载=板传荷载=9.28kN/m5.3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6.615.62-134.19150.57316-64-64其它层6.621.14-245.79-126.19313.6-46.24-46.24活荷载顶层6.626.28-379.85-12.08313.92-48.44-48.44其它层6.617.52-168.82-60.3639.28-21.53-21.53竖向荷载作用下框架梁的固端弯矩5.4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，是一个方便好用的计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、弹性稳定、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分布性质，因此在重力荷载作用下对梁端弯矩进行调幅,调幅系数为0.8;对跨中弯矩进行调幅,调幅系数1.2.）1、恒载作用下的弯距楼层AB跨左端中间右端MMMMMM5-44.89-35.91 35.4142.49-54.40-43.524-70.63-56.50 43.0751.68-73.44-58.753-69.29-55.4343.6452.37-73.64-58.912-70.06-56.4843.2551.9-73.65-58.921-67.85-54.2844.59 53.51-73.18-58.54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MMMMMM5-24.04-19.23-6.04-7.25-24.04-19.234-19.52-15.62-4.22-5.04-19.52-15.623-20.21-16.17-4.91-5.89-20.21-16.172-19.62-15.70-4.32-5.18 -19.62-15.701-21.94-17.55-6.64-7.97-21.94-17.552、 活载作用下的弯距楼层AB跨左端中间右端MMMMMM5-72.91-58,3362.2774.72-88.75-71.004-61.69-49.3533.9140.69-61.29-49.033-56.79-45.4336.6143.93-60.78-48.622-58.31-46.6735.8142.97-60.87-48.701-56.29-45.0337.0344.44-60.44-48.3529楼层BC跨左端中间右端MMMMMM5-36.68-29.34-5.25-4.12-4.94-29.344-11.74-9.39-1.30-2.33-2.80-9.393-16.09-12.87-5.65-2.57-3.08-12.872-14.84-11.87-4.40-3.61-4.33-11.871-16.95-13.566.516.43-7.71-13.56注: 1）M为调幅后的弯距。2）弯矩符号逆时针为正5.6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/2M/LV左V右AB跨梁端剪力627.548.1111.541.97109.57113.51523.088.193.476.6386.84100.1423.088.193.479.8483.63103.31323.088.193.479.6683.81103.13223.088.193.476.3887.0999.85123.088.193.474.0989.3897.56BC跨梁端剪力614.683.626.420.0026.4226.42512.53.622.50.0022.522.5412.53.622.50.0022.522.5312.53.622.50.0022.522.5212.53.622.50.0022.522.5112.53.622.50.0022.522.5注：就采用调幅前的值2、活载作用下梁端剪力层次Q(kn/m)L(m)Ql/2M/LV左V右A B跨62.218.18.95052.046.9110.99511.048.144.7122.4242.2947.13411.048.144.7122.5942.1247.30311.048.144.7122.6142.1047.32211.048.144.7121.6443.0746.35111.048.144.712-1.5046.2146.21跨61.083.61.9440.0001.9441.94455.393.69.7020.0009.7029.70245.393.69.7020.0009.7029.70235.393.69.7020.0009.7029.70225.393.69.7020.0009.7029.70215.393.69.7020.0009.7029.702注：就采用调幅前的值5.7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）611109.57140.833.7250.37250.3747.9922284.07284.0751186.84206.2533.7293.09577.1649.0422326.79610.8643383.63206.2533.7289.88900.7445.1744323.58934.4435583.81206.2533.7290.061224.541.6266323.761258.227787.09206.2533.7293.341551.5437.2988327.041585.2419989.38213.6136.5302.991888.2329.471010339.491924.73说明： 假定外纵墙受力荷载完全由纵梁承受。为本层荷载产生的轴力。柱重：首 层：0.6 ×0.6×26×3.9=36.5kN 顶 层：0.6×0.6×26×3.6=33.70kN其他层：0.6×0.6×26×3.6=33.70kN a 顶层荷载：女儿墙：0.9×0.24×10×6.9=14.90kN连系梁 ：8.19×6.9=56.51kN屋面荷载：5.0×0.5×6.9×5/8×0.5×6.9×2=73.39kN =140.8kN b 标准层荷载楼面荷载：3.99×0.5×6.9×5/8×0.5×6.9×2=59.36kN连系梁：8.19×6.9=56.51kN墙重：6.29×3.6×（6.9-3）=88.31kN 窗： 3×0.3×2.3=2.07kN =206.25kN (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）611113.5126.42154.9633.7294.89294.8930.5322328.59328.59511100.122.5198.1133.7320.71649.325.6722354.41683433103.3122.5198.1133.7323.921006.9215.6644357.621040.62355103.1322.5198.1133.7323.741364.3616.2866357.441398.0627799.8522.5198.1133.7320.461718.5220.2988354.161752.2219997.5622.5198.1136.5318.172070.3912.051010354.672106.89. 顶层荷载 屋面荷载：=12×(3.6/2/4)2+(3.6/2/4.5)3=0.7755.0×0.5×6.9×5/8×0.5×6.9×2+5.0×3.6/2×0.775×0.5×6.9×2=98.45kN 连系梁 ：8.19×6.9=56.51kN =154.96N. 标准层荷载楼面荷载3.99×0.5×6.9×5/8×0.5×6.9×2+3.99×7.7/2×0.775×0.5×6.9×2=141.5kN连系梁 ：8.19×6.9=56.51kN =198.11kN2. 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)61110.9910.99-12.608.858.855.062251147.1358.12-18.805260.859.662243347.63105.75-19.5851.49112.349.314435547.57153.32-18.8151.56163.99.726627746.92200.24-17.1852.21216.1110.458819946.22246.46-13.6152.92269.036.161010 6 水平荷载作用下的框架内力分析 6.1 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3.9m,2-6层3.6m；柱截面：各层600 mm×600mm 则 I0=1/12×bh3=10.8×10-3m4; 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C2K1Dc1K2Dc26层0.6²3.610.8×10-39 0.480.19158330.960.32266675层0.6²3.610.8×10-390.480.19158330.960.32266674层0.6²3.610.8×10-390.480.19158330.960.32266673层0.6²3.610.8×10-390.480.19158330.960.32266672层0.6²3.610.8×10-390.480.19158330.960.32266671层0.6²3.910.8×10-38.30760.570.42275281.040.5032772部位中框架边柱C1中框架中柱C2各层各柱刚度层间刚度K3Dc3K4Dc4Dc1Dc2Dc3Dc46层0.7 0.26216661.290.393250015833×426666×421666×2832500×2815938255层0.7 0.26216661.580.393250015833×426666×421666×2832500×2815938254层0.7 0.26216661.580.393250015833×426666×421666×2832500×2815938253层0.7 0.26216661.290.393250015833×426666×421666×1832500×2815938252层0.7 0.26216661.290.393250015833×426666×421666×1832500×2815938251层10.46152011.390.563670427528×432772×430150×1836704×282113112层间侧移刚度的验算D1/D2 =2113112/1593852=1.30.7 满足要求 6.2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过程及其结果见表表5 用能量法计算的数据层次（KN）(KN)（KN/m）(m) 613367.6613367.6615938520.0080.212807589.5519367.5932735.2515938520.020.2023912790.28419367.5952102.8415938520.030.1823524.9641.53319367.5971470.4315938520.0450.1522943.9447.47219367.5990838.0215938520.0570.1072072.33221.74119502.31110340.3321131120.050.0597848.911. 考虑七度设防：max=0.08 考虑I组类别 类场地土 Tg=0.35 S因为T1=0.58>1.4Tg=0.49 S 所以考虑顶部附加水平地震作用底部剪力为：1=(Tg/T1)0.9×max=(0.35/0.50)0.9×0.08=0.056FEk=1×Geq=0.056×0.85×63209.48=3008.77 kN 由公式 Fi=(GiHi/GjHj) ×FEk×(1-n) n=0.08T1+0.07=0.1164横向框架顶点位移计算层数HiGiGiHi GiHi/GjHjFiVi621.913367.66292751.750.21870.161416518.519367.59354426.900.261077.342293.35414.719367.59284703.570.21870.163363.5311.119367.59214980.250.16662.984026.4927.519367.59145256.930.11455.804482.2913.919502.3176059.010.06248.624730.9剪力分布图见下图。6.3验算框架层间弹性位移角1.层数层间剪力I(kN)层间度i层间侧移ui=Vi/Di层 hi(m)Ui/hie6141615938520.888×10-321.90.406×10-4<1/550=0.001852293.3515938521.439×10-318.30.0786×10-443363.515938522.110×10-314.70.0001434026.4915938522.526×10-310.10.0002524482.2915938522.812×10-37.50.0003714730.921131122.239×10-33.90.00057对于钢筋砼框架结构e=1/550, e <e 所以满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： 因基本周期小于3.5s，查抗震规范表得验算过程及其结果见表7.表7 楼层地震剪力验算层次（KN）(KN)(KN)结 论613367.6613367.660.016213.881416满 足519678.5932735.250.016523.762293.35满 足419367.5952102.840.016833.653363.5满 足319367.5971470.430.0161143.534026.49满 足219367.5990838.020.0161453.414482.29满 足119502.31110340.330.0161765.454730.9满 足6.4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/D ×Vi ， 柱弯矩 M下=Vik×Yi×hi ，M上=Vik×（1-Yi）×hi2.反弯点高度h=(y0+y1+y2+y3) ×h y=y0+y1+y2+y3h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、下层梁线刚度比变化修正值y2为上层层高变化修正值y3为下层层高修正值根据框架总层数m,该柱所在层数n和梁柱线刚度比值K确定，并由内插法根据K值确定。边柱（中框）层h(m)y0y1y2y3Y63.60.70.30000.353.60.70.40000.443.60.70.450000.4533.60.70.450000.4523.60.70.50000.513.90.760.650000.65中柱（中框）层h(m)y0Y1y2Y3y63.61.290.3650000.36553.61.290.4150000.41543.61.290.4650000.46533.61.290.4650000.46523.61.290.50000.513.91.390.6650000.6652.边柱弯矩计算层HDDD/DViVikKYM下M上63.61593852216660.014141619.820.700.3021.4149.9653.61593852216660.0142293.3532.100.700.4046.2369.3543.61593852216660.0143363.547.10.700.4576.2893.2433.61593852216660.0144026.4956.370.700.4591.32111.6123.61593852216660.014