《一建筑結(jié)構(gòu)的荷載計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計》

一建筑結(jié)構(gòu)的荷載計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要 4 51.1設(shè)計目的 5 5建筑設(shè)計 5結(jié)構(gòu)設(shè)計 5 72.1結(jié)構(gòu)方案與布置 結(jié)構(gòu)類型選擇 7構(gòu)件截面尺寸估算 72.2框架線剛度計算 9框架柱線剛度計算 框架梁線剛度計算 3.1恒載標準值計算 3.2活荷載標準值計算 3.3豎向荷載計算 恒載標準值計算 活載計算 3.4風荷載計算 風荷載標準值 20風荷載位移計算 3.5地震作用標準值 重力荷載代表值 框架自振周期 水平地震作用 地震作用變形計算 4.1恒載計算 彎矩計算 恒載內(nèi)力計算 4.2活載計算 活載梁端彎矩計算 4.3雪荷載計算 4.4風荷載內(nèi)力計算 4.5地震作用內(nèi)力計算 5.1塑性彎矩調(diào)幅 5.2柱內(nèi)力組合 5.3梁內(nèi)力組合 6.1梁截面設(shè)計 梁正截面設(shè)計 斜截面設(shè)計 強柱弱梁調(diào)整 正截面配筋設(shè)計 6.3梁柱節(jié)點核芯區(qū)抗震驗算 7.1設(shè)計參數(shù) 7.2邊跨基礎(chǔ)設(shè)計 內(nèi)力信息 基礎(chǔ)尺寸估算 基礎(chǔ)沖切計算 配筋計算 85內(nèi)力信息 基礎(chǔ)尺寸估算 基礎(chǔ)沖切計算 基礎(chǔ)配筋計算 結(jié)論 參考文獻 第1章前言畢業(yè)設(shè)計是為了將之前所學知識的知識進行參數(shù)名稱參數(shù)名稱設(shè)防烈度7度地震加速度0.1g場地類別2類地面粗糙類別構(gòu)件名稱混凝土等級主筋等級箍筋等級樓梯基礎(chǔ)第2章結(jié)構(gòu)布置2.1結(jié)構(gòu)方案與布置根據(jù)建筑功能進行梁、柱布置，選取具有代表性的一榀框架進行結(jié)構(gòu)計算?；炷猎O(shè)計規(guī)范要求，單向板的跨厚比小于30,雙向板小于40跨厚比要求，板塊跨度為4500mm,計算板厚=4500/40=112.50mm。取板厚h=120mm;對于頂層，考慮溫差以及防水，取板厚h=120mm。2.框架梁截面尺寸框架梁的高度和寬度一般根據(jù)梁跨度L按下式進行計算，按規(guī)范要求，框架梁寬度一般不小于200mm,當梁跨度較小時，一般按照經(jīng)驗進行取值；對于次梁，其跨高比可適當增大。以橫向框架梁邊跨AB為例，計算框架梁高度和寬度，過程如下：以此類推，計算各跨和縱向框架梁尺寸，匯總結(jié)果見下表：跨度計算高度實際取值計算寬度實際取值縱向梁4)柱截面尺寸確定以B軸柱為例，按照軸壓比控制方式對截面進行估算，柱受荷面積S為柱周邊板塊中線圍繞形成的面積，具體計算過程如下：上述計算中，γ為內(nèi)力放大系數(shù)，取1.2;q為單層荷載，對于框架結(jié)構(gòu)，取值范圍為11~15kN/m2,本式中取13kN/m2;μ為限制軸壓比，本框架結(jié)構(gòu)抗震等級為3級，按照規(guī)范，限制軸壓比取值為0.85;S為計算受壓面積。本設(shè)計中，框架柱為方形柱，根據(jù)計算面積結(jié)果，即得出框架柱計算邊長hc=343.25mm,根據(jù)規(guī)范，框架柱最小截面尺寸不宜小于400mm,取柱邊長hc=500mm。下面，對一榀框架的簡圖進行繪制，底層柱計算高度應(yīng)該自基礎(chǔ)頂面算起，一般情況下底層高的計算高度我所采用的是室外高差與基礎(chǔ)頂面的高度和層高相加從而得到，其它層柱計算高度為層高，梁計算跨度為軸線間距離。根據(jù)建筑圖，室內(nèi)外高差為0.45m,假定基礎(chǔ)頂標至室外地面距離為0.50m,底層2.2框架線剛度計算首先計算線剛度，在以首層為基礎(chǔ)，計算其他層的相對線剛度(即其它層線剛度/首層線剛度其它層計算方法同理，如下所示：高度寸截面慣性矩Ic線剛度ib跨度L(m)線剛度11234框架梁線剛度計算公式同理，用剛度除以跨度即可，因為混凝土框架結(jié)構(gòu)為梁板一同澆筑，根據(jù)規(guī)范，樓板可以作為框架梁翼緣對剛度起到放大作用，公式如下：其它層線剛度如下：截面慣性矩Ic線剛度ib跨度L(m)311第3章荷載計算厚度容重SBS改性瀝青防水卷材屋面隔離層+防水層水泥砂漿找平水泥砂漿找坡水泥砂漿粉底厚度容重10厚水磨石地面水泥砂漿找平素水泥漿一道水泥砂漿粉底標準值見下表大小屋面荷載(不走廊根據(jù)建設(shè)地點，查荷載規(guī)范6.1.1,雪荷載取值：按規(guī)范，當活荷載與雪荷載并存時，取最大值。根據(jù)選擇的一品框架，畫出一榀框架平面板塊荷載傳遞圖，具體如下：4500按照板塊邊界情況，樓板共劃分為單向板和雙向板兩種情況。樓板向梁傳遞荷載形狀共分為四種，對于雙向板，一種為雙向板短邊梁，樓板傳遞荷載形式為三角形；另一種為雙向板長邊梁，樓板傳遞荷載形式為梯形。對于單向板，因為板塊長寬比較大，短邊梁不承受樓板傳遞荷載；對于長邊梁，樓板傳遞荷載形式為矩形，即樓板荷載均分至兩端長梁上。針對荷載傳遞的不同情況，根據(jù)彎矩平衡，可以將三角形荷載和梯形荷載等代轉(zhuǎn)換為矩形荷載，具體計算方法如下：對于三角形荷載：對于梯形荷載：上式中，b為板塊短邊，1為板塊長邊，q為板塊均布面荷載，α為梯形荷載分布系數(shù)，取0.5b/l。恒載標準值計算對于一榀框架梁荷載標準值進行計算，主要考慮樓板傳遞荷載、梁自重(含抹灰)。1.A~B軸梁荷載計算9板=2×(1-2×0.312+0.313)×5.91×2.25=22.276kN/m9梁=20×(0.60-0.12)×0.02+0.30×(0.60-0.12)×25.0=3.792kN/m框架梁線荷載=3.792+22.276=26.068kN/m2)樓面層9板=2×(1-2×0.312+0.313)×4.15×2.25=15.642kN/m9梁=20×(0.60-0.12)×0.02+0.30×(0.60-0.12)×25.0=3.792kN/m9墻=0.20×(3.90-0.60)×11.80+2×0.02×17×(3.90-0.60)=10.03kN/m框架梁線荷載=3.792+15.642+7.79+2.24=29.464kN/m9梁=20×(0.50-0.12)×0.02+0.30×(0.50-0.12)×25.0=3.002kN/m框架梁線荷載=3.002+11.081=14.083kN/m9梁=20×(0.50-0.12)×0.02+0.30×(0.50-0.12)×25.0=3.002kN/m框架梁線荷載=3.002+7.781=10.783kN/m9板=2×(1-2×0.312+0.313)×5.91×2.25=22.276kN/m9梁=20×(0.60-0.12)×0.02+0.30×(0.60-0.12)×25.0=3.792kN/m框架梁線荷載=3.792+22.276=26.068kN/m9梁=20×(0.60-0.12)×0.02+0.30×(0.60-0.12)×25.0=3.792kN/m9墻=0.20×(3.90-0.60)×11.80+2×0.02×17×(3.90-0.60)=10.03kN/m框架梁線荷載=3.792+15.642+7.79+2.24=29.464kN/mG外縱墻=3.11+3.01+35.75+8.98=50.85kNG內(nèi)縱墻=4.64+0.42+32.21=37.27kN5)A軸柱豎向集中荷載計算A軸柱集中荷載=19.08+17.66+37.4+1.09=75.23kNA軸柱集中荷載=50.85+17.66+26.26+1.09=95.86kN6.B軸柱豎向集中荷載計算B軸柱集中荷載=70.04+21.22+1.09=92.35kN2)標準層B軸柱集中荷載=p?+p?+p?+p?=49.18+21.22+7.C軸柱豎向集中荷載計算根據(jù)框架平面布置，對于本設(shè)計一榀框架，其為左右對稱形式，故C軸與B軸柱集中荷載是一樣的，結(jié)果一樣。8.D軸柱豎向集中荷載計算本設(shè)計一榀框架，其為左右對稱形式，結(jié)果同上?；钶d計算3.4風荷載計算風荷載標準值風荷載屬于水平方向荷載，作用方向垂直于墻面，按照荷載規(guī)范，可以用作用在框架節(jié)點外的集中荷載等效替代為風荷載，作用在墻面風荷載計算公式如下：作用墻面的等效集中荷載計算公式如下：上式中，ω為風壓，h為上下層層高，L為柱網(wǎng)左右側(cè)跨度，體型系數(shù)取1.3;基本風壓取0.45;風壓高度系數(shù)按表8.2.1進行插值計算；風振系數(shù)取1.0。以首層為例，計算風荷載標準值，風荷載作用范圍底部從室外地面算起，頂部為女兒墻頂。首層高度自室外地面算起，為4.35m,每層作用范圍為上下一半，過程如下：F=Wk×A=μs×μz×βz×wo×A=1.0×1.3×18.56×0.45×18.μzo。4321采用標準組合工況進行位移計算側(cè)向剛度計算，由于嵌固情況，有一定的區(qū)別，底層：表3-5側(cè)向剛度計算表1234一榀框架側(cè)向剛度：1層2層3層4層4321根據(jù)上述計算結(jié)果，可知，層間位移角最大為0.00012,滿足規(guī)范層間位移角要求。3.5地震作用標準值本設(shè)計中，框架結(jié)構(gòu)質(zhì)量和剛度較為均勻，且層高不超過抗震規(guī)范要求。故用底部剪力法進行地震計算。重力荷載代表值女兒墻線荷載第三章中已計算，根據(jù)計算知：G墻=2×4.5×4.24×1=38.16G活=0.5×78.3×0.45=17.62kN第4層重力荷載代表值：G?=152.27+462.75+90.83+38.16+47.25+17.同理，對標準層重力荷載代表值進行計算：G板=78.3×4.15=324.945kNG活=0.5×2.50×78.3=97.87kNG柱=0.5×(94.5+94.5)×1=94.5kNG柱=0.5×(94.5+94.5)×1=94.5kNG在=0.5×(118.25+94.5)×1=106.38kN按照計算結(jié)果，繪出一榀框架層間質(zhì)點圖：圖3-5重力荷載代表值質(zhì)點圖框架自振周期按規(guī)范和教材，采取底部剪力法方式計算地震作用力：;;表3-8框架假想位移計算表層號432考慮隔墻影響的折減α0取值0.65。計算自振周期：T?=α?×(Ht)?.5×1.7=0.65×(0.1737)水平地震作用結(jié)合任務(wù)書和抗震規(guī)范，設(shè)防烈度為7度，2類場地，第1組，查抗規(guī)：總水平地震剪力作用標準值：頂部附加水平地震作用：△Fn=δn×Fek=0×各質(zhì)點水平地震作用計算公式：對各層地震剪力進行計算，如下：層號4321層號4321第4章荷載內(nèi)力分析計算節(jié)點分配系數(shù)59678圖4-1一榀框架節(jié)點圖同理，其他節(jié)點處彎矩分配系數(shù)，結(jié)果如下：彎矩計算框架梁的固端彎矩計算公式如下：以頂層為例，按上式計算梁固端彎矩：其它層計算同理，得出各層固端彎矩見下表：表4-1梁端彎矩表4321恒載內(nèi)力計算根據(jù)前面計算固端彎矩，使用Excel表進行彎矩二次分配計算，過程如下：下柱上柱00均布荷載下梁柱端剪力計算公式：計算結(jié)果見下圖：32.81圖4-4恒載作用下剪力圖Nc=Vb+P上式中，P為傳至柱上的集中力，V為柱節(jié)點兩側(cè)的剪力差，且考慮柱自重，結(jié)果見下圖活荷載彎矩二次分配法計算：活載計算計算結(jié)果如下：上柱上柱上柱下柱0016.616.612.8119.7319.73DD活載柱端剪力與梁端剪力計算公式：計算結(jié)果如下：軸力計算公式：4.3雪荷載計算根據(jù)荷載設(shè)計規(guī)范及建設(shè)地點，雪荷載標準值Sk=0.45kN/mm2雪荷載為活荷載，僅作用于屋面即頂層，梁端彎矩計算如下：風荷載內(nèi)力計算采用D值法(改進的反彎點法),柱水平力分配按照柱側(cè)向剛度與總側(cè)向剛度比值系數(shù)進行分配，即：一榀框架各層柱反彎點計算如下：表4-5第A軸柱反彎點計算表Ky4321表4-6第B軸柱反彎點計算表層號Ky432表4-7第C軸柱反彎點計算表Ky4321表4-8第D軸柱反彎點計算表Ky4321對梁、柱彎矩進行計算，計算過程見下表中柱：邊柱：表4.9第A軸梁柱節(jié)點彎矩(風荷載):層號D432表4-10第B軸梁柱節(jié)點彎矩(風荷載):層號)))))4321表4-11第C軸梁柱節(jié)點彎矩(風荷載):)))))49392918表4-12第D軸梁柱節(jié)點彎矩(風荷載):層號D43216.p99圖4-9風荷載作用下彎矩圖水平荷載作用下公式如下：5662249942地震作用為水平方向作用，采用D值法進行計算，計算方式同風荷載，彎矩計算層號Vi(kN)432層號D4321層號D4321432127第5章內(nèi)力組合計算內(nèi)力組合形式如下：5.1塑性彎矩調(diào)幅根據(jù)混凝土設(shè)計規(guī)范，對一榀框架豎向荷載進行彎矩調(diào)幅，調(diào)幅系數(shù)β取0.9,計算公式如下：梁兩端調(diào)幅公式：跨中彎矩不小于同荷載條件下簡支梁跨中彎矩的一半。對一榀框架進行調(diào)幅表5-1恒載作用下彎矩調(diào)幅表樓層梁跨梁左跨中梁左跨中4321樓層梁跨梁左跨中梁左跨中1115層數(shù)截面內(nèi)力Sw左Sw右SE左SE右1.2S重±1.3SEMM左風右風左風右風左震右震柱頂MN44柱底MN柱頂MN33柱底MN柱頂MN22柱底MN柱頂MN柱底MN層數(shù)截面內(nèi)力左風Sw左Sw右左震SE左右震SE右1.2S重±1.3SEMM4MN柱底MNMN3柱底MN柱頂MN22柱底MN柱頂MN柱底MN層數(shù)截面內(nèi)力SSw左SE左1.2S重±1.3SEMM柱頂MN4柱底MN3MN柱底MN柱頂MN2柱底MN柱頂MN1柱底MN根據(jù)彎矩計算剪力使用下面公式：以A軸底層為例，計算一榀框架柱剪力，并進行匯總：A軸：柱號層數(shù)1.2S重+1.3SE左風左震43A2143BB2143CC2143DD21表5-8第4層梁內(nèi)力組合表梁跨截面左震SE左右震SE右1.2S重±1.3SE左端MVAB右端MV左端MV右端MV左端MV右端MV跨中MMM表5-9第3層梁內(nèi)力組合表梁跨截面SE左1.2S重±1.3SE左端MV右端MV左端MVBC右端MV左端MVCD右端MV跨中MMM表5-10第2層梁內(nèi)力組合表梁跨截面內(nèi)力Sw左右風Sw右SE左右震SE右1.2S重±1.3SE左風左風左震右震左端MVAB右端MV左端MV右端MV左端MV右端MV跨中MMM梁跨截面內(nèi)力活載Sw左SE左1.2S重±1.3SE左端MVAB右端MV左端MV右端MVMVCD右端MV跨中MMM第6章截面設(shè)計6.1梁截面設(shè)計對框架梁進行截面設(shè)計時，在梁柱節(jié)點需要考慮剛性節(jié)點影響，即設(shè)計時取柱邊緣處的彎矩進行設(shè)計，邊緣彎矩計算如下：以第4層左跨為例，對梁端彎矩計算示意：同理，對一榀框架進行計算，匯總見下表：層數(shù)支座M剪力v444203731621292181654433332727711114424423317229216189梁正截面設(shè)計梁屬于正截面受彎構(gòu)件，對于正截面計算時，結(jié)合其受力特性，按照兩端和跨中分別進行計算頂部和底部配筋，計算方式相同，以首層為例進行計算：第4層：實配鋼筋2C20,實配鋼筋面積628mm2?？缰袕澗豈=128.92kN.m,實配鋼筋3C20,實配鋼筋面積943mm2。右端彎矩M=-104.62kN.m。實配鋼筋2C20,實配鋼筋面積628mm2。梁BC,左端彎矩M=-76.69kN.m。實配鋼筋2C20,實配鋼筋面積628mm2?？缰袕澗豈=11.09kN.m,實配鋼筋2C20,實配鋼筋面積628mm2。右端彎矩M=-76.69kN.m。實配鋼筋2C20,實配鋼筋面積628mm2。梁CD,左端彎矩M=-104.62kN.m。實配鋼筋2C20,實配鋼筋面積628mm2。跨中彎矩M=128.92kN.m,實配鋼筋3C20,實配鋼筋面積943mm2。右端彎矩M=-92.71kN.m。實配鋼筋2C20,實配鋼筋面積628mm2?？缰锌缰锌缰杏嬎忝娣eAs實配鋼筋實配面積配筋率p(%)跨中跨中跨中3層計算面積As實配鋼筋實配面積配筋率p(%)左端跨中右端左端跨中右端左端跨中右端2層計算面積As實配鋼筋實配面積配筋率p(%)跨中跨中跨中1層ξ計算面積As實配鋼筋實配面積配筋率p(%)本工程為抗震設(shè)計，框架梁需考慮強剪弱彎設(shè)計，根據(jù)抗震規(guī)范，按照3級抗震進行強剪弱彎調(diào)整，以頂層為例，計算過程如下：根據(jù)梁內(nèi)力計算斜截面配筋，計算如下：左端計算：加密區(qū)實配8@100(2),非加密區(qū)8@200(2)加密區(qū)實配8@100(2),非加密區(qū)8@200(2)一榀框架梁斜截面配筋見下：6.2框架柱配筋設(shè)計軸壓比計算432432143214321強柱弱梁調(diào)整以A軸為例對強柱弱梁進行調(diào)整第4層不調(diào)整。公式如下上部彎矩為160.71kN.m,下部彎矩為-158.3kN.m,右端彎矩為-305.58kN.m:對3層以下進行調(diào)整nc取1.3。NczMb=1.3×305.58=397.25kN.mΣMc=319.01kN.m<ηczMb=397調(diào)整結(jié)果匯總見下表：表6-8強柱弱梁調(diào)整表調(diào)后調(diào)后調(diào)后調(diào)后4層3層2層1層正截面配筋設(shè)計以A軸柱為例，對框架柱進行正截面配筋計算：第A軸第4層最不利內(nèi)力：M=132.04kN.m,N=213.49kN,軸壓比為：μ小于0.15,取抗震調(diào)整系數(shù)為0.75x=22.39mm<0.55×465=255.75mm,大偏心受壓按規(guī)范考慮撓曲效應(yīng)，計算過程如下：M=Cm×M?×ηns=132.04×1.03×0.98=13對框架柱采用對稱配筋，按規(guī)范計算面積：實配鋼筋12C18,實配面積As=3054mm2,p(%)=1.22%。μ大于0.15,取抗震調(diào)整系數(shù)為0.8x=59.76mm<0.55×465=255.75mm,大偏心受壓按規(guī)范考慮撓曲效應(yīng)，計算過程如下：M=Cm×M?×ηns=169.63×1.06×0.98=17對框架柱采用對稱配筋，按規(guī)范計算面積：實配鋼筋12C18,實配面積As=3054mm2,p(%)=1.22%。第2層最不利內(nèi)力：M=200.13kN.m,N=895.43kN,軸壓比為：μ大于0.15,取抗震調(diào)整系數(shù)為0.8x=100.19mm<0.55×465=255.75mm,大偏心受壓按規(guī)范考慮撓曲效應(yīng)，計算過程如下：M=Cm×M?×ηns=200.13×1.09×1.00=21對框架柱采用對稱配筋，按規(guī)范計算面積：實配鋼筋12C18,實配面積As=3054mm2,p(%)=1.22%。μ大于0.15,取抗震調(diào)整系數(shù)為0.8x=139.05mm<0.55×465=255.75mm,大偏心受壓按規(guī)范考慮撓曲效應(yīng)，計算過程如下：M=Cm×M?×ηns=230.854×1.26×0.96=27對框架柱采用對稱配筋，按規(guī)范計算面積：柱編號cMe實配鋼筋配筋率(%)111111111111111111柱斜截面配筋設(shè)計.本工程為3級抗震設(shè)計，以頂層邊柱為例，強剪弱彎調(diào)整如下：以頂層邊柱為例，計算柱斜截面配筋：A軸彎矩為121.92kN.m,軸力為242.73kN,剪力為92.34909kN。剪跨比范圍為1~3,取2.839157N≤0.3×A×f=16.7×500×500=1072.50kN加密區(qū)8@100(4),非加密區(qū)8@200(4)3級抗震，軸壓比μ=0.07,查混規(guī)表11.4.17,配箍特征值λv=0.06最小體積配箍率為0.40%,滿足要求。軸號MNVλ加密區(qū)配筋非加密區(qū)配筋Asy/s(實配)A4321B4321C4321D43216.3梁柱節(jié)點核芯區(qū)抗震驗算按照抗規(guī)附錄D對梁柱核芯區(qū)截面抗震驗算，以B軸首層梁柱節(jié)點為例，計算如根據(jù)第三章，首層反彎點高度2.67m,二層高度1.95m,即：Hc=(4.85+1.95-2.67)×1000梁寬b大于0.5柱寬h,bj=500mmN=896.96<A×f×0.5=16.7×5002×0.5=2087.5kNN取896.96kN第7章基礎(chǔ)設(shè)計7.1設(shè)計參數(shù)混凝土采用C30,縱筋HRB400,柱尺寸500mm×500mm,地基承載力特征值取180kPa。7.2邊跨基礎(chǔ)設(shè)計基礎(chǔ)：軸力1372.19kN,彎矩43.9kN.m,按地基規(guī)范，綜合分項系數(shù)按規(guī)范取1.35,求解標準值，可知彎矩為32.52kN.m,軸力為1016.44kN。假設(shè)基礎(chǔ)寬度尺寸小于3m,基底埋深為地面以下1.5m,對地基承載力特征值進行修正，修正系數(shù)ηbfa=fak+na×Ym×(d-0.5)=180+18×1.6×(1.5將基礎(chǔ)底面積初步增大20%:邊長b不小于2.61m。基礎(chǔ)尺寸取2700mm×2700mm?；A(chǔ)尺寸滿足假定即b<3m,無需二次調(diào)整，先按軸壓計算：G=A×γ×d=2.702×20×(1.5-0.按偏心受壓計算：Pmax=170.34<1.2×Sa×fa=1.2×1.3×208.8=325.73kPa承載力滿足要求?；A(chǔ)沖切計算上臺階沖切計算：取基礎(chǔ)高度h=600mm,下臺階h1=300mm,上臺階h2=300mm。上臺階邊長為h?=h-40=600-40=560mm,βp=1,ft=1.43MPa,bt=aF=p;×A?=201.61×1.17=235.88kN<0.7×am×=0.7×