太原青羊中学教学楼设计

 摘要

按照中小学教学楼设计规范和其它的国家相关技术标准,以及在毕业设计小组中所要满足的的有关条件,然后考虑现浇框架结构的未来发展趋势,来设计本框架结构教学楼。 按先建后构筑物,先整体布置后局部..

节点的设计工艺设计:建筑和结构施工的平面,立面,剖面以及有关的详图,还有其它的一些相关的必要说明;五层框架结构的荷载、内力的计算以及内力的组合,裂缝的存在改变了混凝土和钢的应力分布。混凝土中钢筋的表观屈服应力低于裸钢筋的屈服应力。在研究中发现,平均应力和平均应变之间的关系更符合实验数据,楼面和屋面的截面和配筋设计、楼梯的截面验算和钢筋的选取与配置。

 关键词:中学教学楼,现浇钢筋混凝土,框架结构,内力组合,建筑与结构设计

  绪论

光阴荏苒,转眼间,我们就要毕业了,现在,我们应该认真的按照相关规范和标准以及平时所学到的基础知识,来进行本次的毕业设计。同时,这也是一个学习和提升自我的机会,在整个过程中,我们应该认认真真,做到一个土木人因该有的严谨态度。

我们毕业小组的组题为:中小学教学楼设计。而我自己的题目是:太原青阳中学教学楼设计。在前期的准备阶段,我按照老师的要求,看了一遍《中小学校设计规范》和设计中小学有关的规范图集,并重温了一下以前学过的有关知识,为后面的建筑设计和结构设计做准备。尽量满足“安全,合理,技术,经济,美观”的有关要求。在后期阶段,根据学校和老师的要求,将前面手写的计算书和手绘的建筑图誊写或誊绘在电脑上,成为电子版,方便老师进行远程检查和指导,在老师的指导和帮助下,我认真地进行了修改,以便能够按时完成各阶段的任务。

在这段特殊的时期里,由于受到突然爆发的疫情的影响,我们不能够按时开学,在学校里进行毕业设计。所以,我们大部分时间要在家里独立面对和解决可能遇到的难题,在这个特殊时期,很大程度上,我还依靠了网络的优势,在网上查询了相关的只知识,可是由于网上的内容鱼龙混杂,真真假假,导致我出现了很多的错误,这让我感到很是惭愧。不过,与此同时,我也更加得熟悉了office应用和CAD绘图软件,掌握了一些技巧,对规范的要求也更加明了。

在本次的现浇框架结构设计中,有很多的计算过程,数据也很繁多,而且这些计算过程和数据都是前后有联系的,一旦哪里出现错误,将会影响后面运算的准确性,所以,我们需要更加认真地进行计算,并且能够及时地验算算过的式子,以免因为前面的一点小错,而导致了后面严重的错误。

 1 建筑设计理念及设计依据

  1.1 设计理念

在我们的国家,中小学教学楼是青少年进行义务教育的场所,基本上每个人都要在这样的场所里进行学习。所以,中小学教学楼的设计应该满足各方面的硬标准。在整个教学楼设计的历史上,都体现着一定的时代要求和特征。当然,教学楼和其他类型的建筑也有很多的共同的特点。在不同的时代,对建筑物的要求也有所区别,教学楼的功能和形式都在随着时间的推移不断地丰富着。于是,我做了一项研究,想在设计过程中的细节和设计教学楼的工程中,体现以下的一些特点:安全、合理、技术、经济和美观。在本设计中,教学楼的主体结构采用现浇钢筋混凝土的方法,混凝土结构在土木工程中广泛应用,是因为它有很多优点。

 1.2 工程概况

本设计进行教学楼位于中国太原,红线工作范围为100mx70m。在设计过程中,体现出一种和谐的气氛,并且满足教学楼与周围交通之间的联系。

墙壁做法:200的加气混凝土块的壁厚。

室内外高差为1200mm..

屋面做法:不上人屋面

楼面做法:水磨石地面,20厚抹灰。

门窗做法:塑钢窗和木门。

地质资料:工程地质和水文地质

自然条件:基本风压:0.40kN/㎡

二类场地,

基本雪压:0.35 kN/㎡

抗震设防烈度8度;

教室楼面活荷载:2.5 kN/㎡

走廊和楼梯的活荷载:3.5 kN/㎡,

卫生间的活载:2.5 kN/㎡,

 1.3设计依据

(1)山西大学土木工程中小学教学楼毕业设计(论文)任务书

(2)山西大学土木工程中小学教学楼毕业论文开题报告

(3)相关建筑设计规范

 2建筑设计

  2.1平面设计

该教学楼的尺寸:48.2m×16.4m,总建筑面3952.4m,满足设计任务书的要求。该结构共有五层,框架结构的主体部分为现浇钢筋砼

太原青羊中学教学楼设计

 2.1.1使用部分的平面设计

各房间面积的大小是由其类别和功能要求来确定的,要同时满足使用人数的要求以及设备放置的要求,本着以人为本的思想,同时也要为教师提供一个适宜的教学环境。本次设计的教学楼中,教室的数量占了绝大多数,同时也配有其他的一些满足教学要求的房间,尽量能够满足学生德、智、体、美、劳全面发展的要求,本次教学楼设计的各种类型的空间的具体设置如下表所示:

表2-1 房间设置表

序号 房间名称 数量 单个面积
1 普通教室 18 59.4
2 音乐教室,科技活动室,心理咨询师,美术教室,史地教室,语言教师,学生阅览室,教师阅览室,计算机教室,休息活动室,教务办公室 11(各1个) 59.4
3 器材室,展览室,档案室,实验准备室(一\二),学生会办公室,图书室,会议室 8(各1个) 39.6
4 厕所 5(每层1个) 39.6
5 校长办公室,党支部办公室 2(各1个) 29.7
6 教师办公室(共9个),总务办公室,体育器材室,体育办公室,公会办公室 13 19.8
7 传达室,乐器室,开水房,广播室 4(各1个) 16.5

 2.1.2门的宽度、数量和开启方式

门洞是一个房间惟一安全的疏散口,所以,门洞的设置最重要的是满足疏散安全的要求。门洞的尺寸大小应该按照进出人数的多少以及搬进器具和设备的大小来决定。根据《中小学校设计规范》,教室应该在前后设置两个门,以确保安全疏散,建筑物的出入口为人员更为密集的疏散口,应设置开口较大的双扇门以及采用较为灵活的开启方式。为了方便人流的疏通以及满足应对紧急情况急速有序撤离的要求,室内的门扇均应向内开,而走廊两侧和门厅的出入口,均应开向外侧。

在本设计中,教室和其他大面积的空间均在前后设置两扇1000宽的门,门厅的大门采用两套单扇宽为0.9m的双扇门,在走廊两端的出入口,设置单扇为0.9m宽的双扇门。

 2.1.3窗的大小和位置

窗户是房间照明和通风的重要手段,所以窗户的设计应该同时满足采光和通风的有关要求。一方面,室内照明的效果直接受到窗户的高低和大小的影响,不同教室的照明要求是由其室内使用功能的要求来确定的。比如,心理咨询室需要为学生提供一个较为隐秘的环境,因此其采光要求较低;而对于普通教室来说,为了教学的要求,其采光要求较高。另一方面,窗户会直接影响通风。不过,为了达到建筑物整体美观的要求,应尽量将窗户设置为统一的形式,并且能够对称布置。

教室采光面积比按规范要求,应该在此范围内:1/6-1/8,走廊和楼梯间的则应大于1/10。

本次设计中的教室采光面积比为1.8×1.8×2/(6×3.6)=0.3,在范围之内。

楼梯间:1.8×1.8×2/(3×3.6)=0.3

 2.1.4辅助房间的平面设计

本次设计的教学楼,大约有400人左右,加上教师及其他的执勤人员,按规范规定:

男生大便厕位数=学校总人数×15%/40

男生小便侧位数=学校总人数×15%/20

女生厕位数=学校总人数×15%/13

男卫生间:设小便槽通长和5具大便器。

女卫生间:大便器设10具

洗水盆:各设3具

 2.1.5交通部分的平面设计

楼梯是一个建筑物中最重要的疏散通道,也是各层人流的必经道路,所以楼梯的设计是整个设计中的较为重要的一部分。楼梯设计主要是为了确定平台,并根据要求和流动通道静止工作台的宽度,所以宽度通常不小于两股人流1200毫米,而且为600mm的倍数,可以适当增加摆幅的宽度。

2.2立面设计

立面的设计是满足建筑物美观要求的一个重要的环节,因为立面的形式给人以一种直接的建筑物整体的外形的感受。建筑结构构件或窗户门面行动规则重复和变型中,可以得到类似于在视觉诗在音乐节奏的变化的效果的感觉。在本设计中,立面窗户的对称一致,可以保证教学楼外形的协调统一,给人以整齐的感觉。

建筑物的立面形式在一定程度上,也能够体现建筑物内部空间的一些特征,立面形式直接代表了一个建筑物的外部形象。所以说,立面的设计与建筑物美观的要求有着密切的联系。同时,周围环境特征和有关的气候条件,会直接影响窗户的尺寸,进而也会影响到建筑物的立面形式。

 2.3建筑剖面设计

本教学楼一共有五层,层高均为3.6m,五层屋面的做法为600mm高的女儿墙,室内外高差为1200mm。

 2.4其他部分详细做法和说明

  ‌2.4.1墙基的防潮层:

在标高为-1.200以下的基础两侧,用防水油毡进行处理,并涂抹防水砂浆用以保护。

 2.4.2地面:

人造大理石板地面

20厚1:2水泥砂浆找平层

120厚C30混凝土

100厚素土夯实

 2.4.3楼面:

人造大理石板地面

20厚1:2水泥砂浆找平层

120厚钢筋混凝土楼板

20厚地板抹灰

 2.4.4踢脚台面做法:

釉面瓷砖踢脚台面

5厚1:1水泥细砂结合层

12厚1:3水泥砂浆打底

水泥砂浆粉面,喷(涂)内墙涂料

10厚1:2水泥砂浆磨抹面

15厚1:3水泥砂浆打底

 2.4.6外墙面:

用15厚1:3水泥砂浆找平

200×60高级无釉质瓷砖饰面

 2.4.7顶层屋面的做法:

高聚物改性沥青防水层

1:8水泥砂浆找平层

20后1:2水泥砂浆找平层

150厚水泥蛭石保温层

20厚底板抹灰

 2.4.8水泥台阶:

花岗岩面层

水泥沙浆抹光

素水泥浆一道

70厚C20混凝土台阶面

200厚碎石或碎砖石灌M2.5号混合砂浆

素土夯实

2.4.9散水做法:

20厚1:2水泥砂浆抹面压实抹光

60厚c15混凝土

素土夯实,向外坡5%

 2.4.10现浇钢筋混凝土结构

在本设计中,最大的难度就是对框架的计算,这个过程中包含着很多的数据运算,而且计算过程环环相扣,牵一发而动全身,一旦哪里出了纰漏或是错误,将会造成严重的错误,所以说,我们应该更加谨慎小心一些。

 3 截面尺寸初步估计

  3.1柱截面尺寸

本教学楼的主筋和箍筋都采用HRB400级钢筋,用强度等级为C30的混凝土。

λ=N/FcA (3-1)

式中,入取0.65,

Fc为14.3×10³KN/㎡,

N=15×A(15为面荷载)

从而得到:N=15×6×(6.6/2+3/2)=441 kN

可得:

A=nN/λFc=441×5/(0.65×14.3×103)=237000mm2

b=h=√A=487mm,

取b=h=500mm

 3.2梁的截面设计

截面宽度:

框架梁:b取300mm,

楼面连系梁:b取为200mm。

截面高度:

取值范围:h=(1/8-1/12) L

主梁:AB,CD跨:取h=700mm,

BC跨:h=400mm.

连系梁:取h=500mm

综上可知,各梁的截面如下:

框架梁:bxh=300mm×700mm

连系梁:bxh=200mm×500mm

4 刚度的计算

框架侧移刚度的计算

边框架梁I=1.5I。中框架梁I=2I。

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4.1 横梁线刚度的计算

表4-1 横梁线刚度的计算

类别 Ec

(N/mm²)

B

(N/mm²)

H

(N/mm²)

I0

(mm4)

L

(mm)

EcI0/L

(kN·m)

1.5EcI0/L

(kN·m)

2EcI0、L

(kN·m)

AB,CD跨3.0×1043007008.6×10966003.9×10105.85×1010
BC跨3.0×1043004001.6×10930001.6×10103.20×1010

 4.2 柱线刚度的计算

表4-2 柱线刚度的计算

层次 Ec

(N/mm²)

B

(N/mm²)

H

(N/mm²)

Hc

(mm)

Ic

(mm4)

EcI0/L

(kN·m)

13.0×10450050045005.2×1093.47×1010
2-53.0×10450050033005.2×1094.33×1010

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 4.3 横向侧移刚度

  4.3.1底层

AD柱,i=1.35,αc=(0.5+i)/(2+i)=0.55

D11=αcx12×ic/h²=0.55x12x4.33×1010/3600²=22051

BC柱:i=(5.85+3.2)/4.33=2.09,αc=(0.5+i)/(2+i)=0.63

=2.09

D12=αcx12×ic/h²=0.63x12x4.33×1010/3600²=25258

4.3.2第二层

1.4号柱:i=5.85×2/(4.33×2)=1.35,αc=i/(2+i)=0.40

D21=αcx12×ic/h²=0.40x12x4.33×1010/3600²=16037

2.3号柱 i=(5.85×2+3.2×2)/(4.33×2)=2.09, αc=i/(2+i)=0.51

D22=αcx12×ic/h²=0.51x12x4.33×1010/3600²=20447

4.3.3其结果与二层的计算结果相同

D31=D34=16037 D32=D33=20447

Dn=D44=16037 D22=D43=20447

D51=D54=16037

D52=D53=27447

横向侧移刚度统计表:

第一层94618×9=851562

第二层72968×9=65671

第三层2656712 第四层656712 第五层656712

ΣD1/ΣD2=851562/656712>0.7,满足要求

设计框架合理,为规则框架

  5 坚向荷载及其内力计算

  5.1 计算单元的选择确定

取一榀框架计算

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5.2 坚向荷载统计

  5.2.1屋面及楼面荷载(恒载)

屋面:小瓷砖层:0.55kN/m²

高聚物改性沥青防水层:0.5kN/m²

20厚水泥浆砂浆找平:0.02×20=0.4kN/m²

1:8水泥砂浆找坡层:1.44 kN/m²

120厚现浇钢筋混凝土:0.12×25=3kN/m²

150厚水泥虹石保温层:0.15×5=0.75kN/m²

20厚底板抹灰:

0.02×17=0.34KN/㎡

Σ=6.48kN/m²

楼面:50厚水磨石石面层 0.05×28=1.4KN/m

100厚砼板:0.10×25=2.5kN/m²

20厚板底抹灰:0.34kN/m²

Σ=3.567 kN/m²

5.2.2屋面及楼面活裁

楼面活载:

教室:2.5kN/m²

厕所:2.5kN/m²

走廊、门厅、楼梯:3.5kN/m²

不上人屋面活载:Sk=1.0×0.35=0.35kN/m²,为雪荷载

 5.2.3梁荷载标准值

框架梁

Bxh=300×700mm

梁自重

0.3x(0.7-0.1)x25=4.5kN/m

10厚水泥砂浆:0.01X(0.7-0.1)×2×14=0.168kN/m

Σ= 4.668kN/m

纵向连系梁

b2xh2=200×500mm2

梁自重

0.2×(0.5-0.1)×25=2.0kN/m²

10厚水泥砂浆:0.01×(0.4-0.1)×2×14=0.084kN/m

5.2.4墙荷载计算

200mm厚加气混凝土砌块0.20×7=1.40kN/m²

20厚底板抹灰:0.02×17=0.34kN/m²

6厚外墙贴面砖:0.006×19.8=0.1188kN/m²

Σ=1.89kw/m2

内:200mm厚加气混凝土砌块:0.20×7=1.40kN/m²

20厚底板抹灰:0.02×17=0.34kN/m²

20厚水泥:0.02×17=0.34kN/m²

Σ=2.08k//m2

女儿墙:6厚水泥砂浆罩面:

0.006×20=0.12kN/m²

12厚水泥砂浆:0.012×20=0.24kN/m²

240厚粘土空心砖:0.24×11=2.64kN/m²

6厚外墙贴砖:0.006×19.8=0.119kN/m²

Σ=3.119 kN/m²

门窗及楼梯间荷载

门窗荷载标准值:

塑钢玻璃窗:0.4kN/m²,

木门:0.2kN/m²

塑钢玻璃门:0.4kN/m²

楼梯荷裁标准值:

楼梯底板:h=100mm,

平台梁:b×h=200mm×400mm

楼梯板自重:

0.5×(0.074+0.15+0.074)X0.3X25÷0.3=3.73kN/m²

水磨石面层:

(0.3+0.15)×0.336÷0.3=0.504kN/m²

20厚抹灰:

0.02×0.34×12÷0.3=0.504kN/m²

Σ=4.593kN/m²

平台梁计算长度:l=6300-300=6000mm

G=0.3×0.2×6.0×25=9kN

 5.3 坚向荷载内力计算

  5.3.1恒荷载作用下的荷载分布图

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对于第5层,q1为均布荷载形式,

q1=4.67kN/m

q2为梯形荷载和三角形荷载

q2=6.48×6.0=38.88kN/m.

P1=(3x3x1/2)×2×3.567+1.58×6.0+3.119×6.0×0.6=52.81kN

P2=(3×3/2+3×1.5/2)x2x3.567+1.58×6.0=34.53kN

集中力矩:M1=Pe=52.81×(0.5-0,.25)/2=6.60kN·m

M2=P。e。=34.53×10.5-a251/2=4.32kN·m

1~4层的荷载分布:

q1=4.67K/m

q2与q1的区别在于,q2是楼板传给横梁的三角形和梯形形式的荷载,其计算方法与q1自然有所不同。

q2=3.567×6.0=21.40kN/m

外纵墙线密度:(3.3×5.9-2X1.8×1.8)×1.89+2×1.8×1.8×0.4/6.0=4.52kN/m

内纵墙线密度:3.3×5.9×2.08/6.0=6.75kN/m

P1=P4=(3×3/2)x2x3.567+1.58×6.0+4.52×6.0=68.70KN

P2=P3=(3×3/2+3×1.5/2)×2×3.567+1.58×6.0+6.75×6.0=98.13KN

集中力矩 M1=Pe=68.70x (0.5-0.25)/2=8.59kN·m

M2=P。e。=98.13x(0.5-0.25)/2=12.27KN·m

 5.3.2恒荷载作用下梁的固端弯矩计算

梯形:q=(1-2α²+α³)q2, AB.CD跨:α=3/6.6=0.45 q=0.69q2

三角形:q=0.625q2

对于第5层,AB.CD跨梁:q=0.69×38.88+4.67=31.50kN/m

BC跨:q=0.625×38.88+4.67=28.97kN/m

AB.CD跨:-Mab=Mba=ql²/12=31.50×6.6²=114.35kN/m

BC:-Mbc=Mcb=ql²/12=28.97×3.0²=21.73kN/m

对于第1~4层,

AB.CD跨梁:q=0.69×21.40+4.67=19.44kN/m

BC跨:q=0.625×21.40+4.67=18.05kN/m

AB.CD跨:-Mab=Mba=ql²/12=19.44×6.6²=70.57kN/m

BC跨:-Mbc=Mcb=ql²/12=18.05×3.0²=13.54kN/m

分配系数的计算:μ=Si/ΣSi

2-4层柱的线刚度乘以0.9,其传递系数的大小为0.33。

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5.3.4活载作用下柱的内力计算

在活荷载作用下,各层框架梁上所作用的荷载分布形式,如下图示,

对于第5层,q1=0.5×6.0=3.0KN/m

P1=(3×3/2)x2x0.5+1.58×6.0=13.98kN

P2=(3×3/2+1.5×3/2)x2x0.5+1.58×6.0=16.23kN

集中力矩 M1=M4=Pe=13.98×(0.5-0.25)/2=1.75kN·m

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M2=M3=Pe=16.23x(0.5-0.25)/2=2.03kN·m

考虑雪荷载:q1=0.35×6.0=2.1kN·m

P1=(3×2/2)x2x0.35+1.58×6.0=12.63kN

P2=(3×3/2+3×1.5/2)x2x0.35+1.58×6.0=14.21kN

集中力矩 M1=Pe=12.63×(0.5-0.25)/2=1.58kN·m

M2=pe=14.21×(0.5-0.25)/2=1.78kN

对于1~4层,q1=2.0×6.0=12.0kN/m

q2=2.5×6.0=15.0kN/m

P1=(3×3/2)×2×2.0+1.58×6.0=27.48KN

P2=(3×3/2)×2×2.0+(3×1.5/2)×2×2.5+1.58×6.0=38.73kN

集中力矩 M1=Pe=27.48×(0.5-0.25)/2=3.435kN·m

M2=pe=38.73×(0.5-0.25)/2=4.84kN·m

表5-1 横向框架恒载汇总表

层次 q1

(kN/m)

q2

(kN/m)

P1,P4

(kN)

P2,P3

(kN)

M1,M4(kN·m)M2,M3(kN·m)
54.6738.8852.8134.536.604.32
1-4层4.6721.4068.7098.138.5912.27

表5-2 活载汇总表

层次 q1

(kN/m)

q2

(kN/m)

P1,P4

(kN)

P2,P3

(kN)

M1,M4(kN·m)M2,M3(kN·m)
53.03.013.9816.231.752.03
1-46.07.527.4838.733.444.84

 5.3.5活荷载下计算

对于第5层,

AB、CD跨梁:q=0.69×3.0=2.07kN/m

BC跨梁:q=0.625×3.0=1.88kN/m

AB.CD跨梁端弯短:

-Mab=Mba=ql²/12=2.07×6.6²/12=7.51kN·m

BC跨:-Mbc=Mcb=ql²/12=1.88×3.0²/12=1.41kN·m

1~4层,

AB、CD跨梁:q=0.69×6.0=4.14KN/m

BC跨梁:0.625×7.5=4.69kN/m

AB、CD跨梁端弯矩:

-Mab=Mba=ql²/12=4.14×6.6²/12=15.03kN·m

BC跨:-Mbc=Mcb=ql²/12=14.69×3.0²/12=3.52kN·m

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 5.3.6跨中弯矩计算

在恒载作用下,中跨弯矩在实际负载下,使用在与弯曲力矩两端简单地支撑计算。以下结果为弯矩调幅后的结果

5层:

Mab中=M。-(M左+M右)×0.8/2=109.47kN·m

Mbc中=M。-(M左+M右)×0.8/2=-8.24kN·m

4层:

Mab中=M。-(M左+M右)×0.8/2=55.86kN·m

Mbc中=M。-(M左+M右)×0.8/2=2.51kN·m

3层:

Mab中=M。-(M左+M右)×0.8/2=58.09kN·m

Mbc中=M。-(M左+M右)×0.8/2=-1.68kN·m

2层:

Mab中=M。-(M左+M右)×0.8/2=58.09kN·m

Mbc中=M。-(M左+M右)×0.8/2=-1.68kN·m

1层:

Mab中=M。-(M左+M右)×0.8/2=59.58kN·m

Mbc中=M。-(M左+M右)×0.8/2=1.17kN·m

梁端弯矩调幅系数表示为梁端弯矩进行调幅:M’=βM,β取0.8.

跨中:

M’中=M中-(M’1+M’2)/2

5层:

Mab中=M。-(M左+M右)×0.8/2=6.50kN·m

Mbc中=M。-(M左+M右)×0.8/2=-0.61kN·m

4层:

Mab中=M。-(M左+M右)×0.8/2=12.08kN·m

Mbc中=M。-(M左+M右)×0.8/2=1.20kN·m

3层:

Mab中=M。-(M左+M右)×0.8/2=12.01kN·m

Mbc中=M。-(M左+M右)×0.8/2=1.22kN·m

2层:

Mab中=M。-(M左+M右)×0.8/2=12.01kN·m

Mbc中=M。-(M左+M右)×0.8/2=1.22kN·m

1层:

Mab中=M。-(M左+M右)×0.8/2=12.27kN·m

Mbc中=M。-(M左+M右)×0.8/2=1.14kN·m

跨中弯矩乘以1.1进行调整,所得结果如下:

对于5层:Mab中=6.50×1.1=7.15kN·m Mbc中=-0.61×1.1=-0.67kN·m

对于4层:Mab中=12.08×1.1=13.29kN·m Mbc中=1.20×1.1=1.32kN·m

对于3、2层:Mab中=12.01×1.1=13.21kN·m Mbc中=1.22×1.1=1.34kN·m

对于1层:Mab中=12.27×1.1=13.50kN·m Mbc中=1.14×1.1=1.25kN·m

 5.3.7梁端剪力和柱轴力的计算

表5-3 恒载作用下梁端剪力及轴力

层号 荷载剪力 弯矩剪力 汇总 柱轴力
AB跨 BC跨 AB跨 BC跨 AB跨 BC跨 A柱 B柱
VA=VB VB=VC VA=-VB VB=VC VA VB VB=VC Nu Nb Nu Nb
5 94.5 43.46 -4.96 0 89.54 99.46 43.46 142.35 164.17 177.45 199.27
4 58.32 27.08 -1.62 0 56.7 59.94 27.08 289.57 311.39 384.42 406.24
3 58.32 27.08 -1.89 0 56.43 60.21 27.08 436.52 458.34 591.66 613.48
2 58.32 27.08 -1.89 0 56.43 60.21 27.08 583.47 605.29 798.9 820.72
1 58.32 27.08 -2.10 0 56.43 60.21 27.08 730.21 752.03 1006.35 1028.17

表5-4 活载作用下梁端剪力及轴力

层号 荷载剪力 弯矩剪力 汇总 柱轴力
AB跨 BC跨 AB跨 BC跨 AB跨 BC跨 A柱 B柱
VA=VB VB=VC VA=-VB VB=VC VA VB VB=VC Nu Nb Nu Nb
5 6.83 2.82 -0.27 0 6.56 7.1 2.82 20.54 42.34 26.15 47.95
4 13.66 7.04 -0.47 0 13.19 14.13 7.04 83.01 104.81 107.85 129.65
3 13.66 7.04 -0.46 0 13.2 14.12 7.04 145.49 167.29 189.54 211.34
2 13.66 7.04 -0.46 0 13.2 14.12 7.04 207.97 220.77 271.23 293.03
1层 13.63 7.02 -0.50 0 13.16 14.16 7.02 261.41 283.41 352.96 374.75

 5.4 重力荷载代表值计算及荷载汇总

①第一层重力荷载代表值计算及荷载汇总

表5-5 梁重力统计

种类 L(mm) b×h(mm) 荷载(kN/m3) 根数 单重(kN) 总重(kN)
横梁 6600 300×700 4.67 18 30.82 554.76
3000 300×700 4.67 9 14.01 126.09
纵向连系梁 6000 200×500 2.08 32 12.84 399.36
合计 1080.21

表5-6 柱重力统计

种类 L(mm) b×h(mm) 密度(kN/m3) 体积(m3) 根数 单重(kN) 总重(kN)
3200 500×500 25 0.8 36 21.875 787.5

表5-7 内外填充墙的计算

种类 L(m) 高H(m) 厚h(m) 荷载标准值(kN/m3) 总重(kN)
外墙 32.8 2.9 0.2 7 133.17
96.4 3.1 0.2 7 418.38
内墙 39.6 2.9 0.2 7 160.78
80.5 3.1 0.2 7 349.37
39.6 3.5 0.2 7 194.04
合计 1255.74

楼板恒载、活载计算,在这里,楼梯间荷载:适当扩大,楼板荷载乘以1.2:

楼板面积:48.2×16.4-6.×6.6-3.5×6.6=727.78(m²)

楼梯面积:6×6.6+3.5×6.6=62.7(m²)

恒载=楼梯恒载+楼板恒载:62.7×3.567×1.2+727.78×3.567=2864.37KN

活载:2.5×(6×6.6+3.5×6.6)×1.2+2.0×727.78=1612.31KN

从上面的过程可以得出:

G1=G恒+0.5×G活=787.5×1.05+1080.21+1255.74+2864.37+0.5X1612.31

6833.35KN

②第二-四层

计算过程与步骤同上,不过,相差了几面内墙的重力。所以,注意到这点差异,可以轻易地得出:

G2=6859.39KN,G3=6859.39KN, G4=6827.05KN;

③第五层

梁重力荷载(同一层):1080.21KN

柱重力荷载(同一层):787.5KN

内外填充墙及女儿墙的计算:

表5-8 强重力统计

种类 L(m) 高H(m) 厚h(m) 荷载标准值(kN/m3) 总重(kN)
女儿墙 129.2 0.6 0.24 11 204.65
外墙 32.8 2.9 0.2 7 133.17
96.4 3.1 0.2 7 418.38
内墙 72.6 2.9 0.2 7 294.76
86.5 3.1 0.2 7 375.41
72.6 3.5 0.2 7 355.74
合计 1782.11

恒载:

62.7×3567×1.2+727.78×648=4984.40kN

雪载:48.2×16.4×0.35=276.67KN

五层重力奇载代表值为:

G5=G恒+0.5×G话=787.5×0.5+1080.21+1255.74+4984.40+0.5×1612.31=8953.38KN

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 6水平荷载计算

  6.1风荷载计算

垂直作用在建筑物表面的风荷载

按下式计算:

Wk=βz μs μz W。 (6-1)

式中相应系数含义:

βz-高度z处的风振系数;

μs一风荷载体型系数;

μz -风压高度变化系数;

任务书中W。=0.4kN/㎡

横向风荷载的标准值Wk为:

Wk= βz μs μz W。

表6-1 Wk值计算表

高H μz Bs μs Wo hi hj Wk
16.50 0.77 1.75 1.3 0.40 3.30 2.80 6.41
13.20 0.74 1.62 1.3 0.40 3.30 3.30 6.19
9.90 0.74 1.47 1.3 0.40 3.30 3.30 5.59
6.60 0.74 1.31 1.3 0.40 3.30 3.30 5.00
3.30 0.74 1.16 1.3 0.40 3.30 3.30 4.40

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表6-2 侧移值计算表

Wk Vj ΣDij Δu Δu/h
6.41 6.41 72968.00 0.00013 0.000008
6.19 12.60 72968.00 0.00025 0.000019
5.59 18.19 72968.00 0.00036 0.000036
5.00 23.19 72968.00 0.00046 0.000069
4.40 27.59 94618.00 0.00045 0.000135

柱端剪力及弯矩公式如下:

Vij=DijVi/ΣDij(6-3)

Mij=Vijxyh (6-4)

Mij=Vij(1-y)h (6-5)

y=yn+y1+y2+y3(6-6)

一层两个边柱反弯点高度为:

查表得yo=0.55 y1=0 y2=0 y3=0

所以y=0.55

用同样的方法,可以得出以下结果:

表6-3 A、D柱弯矩计算表

层号 高H K V ΣDij Di Di/ΣDij Vi y yh Mc上 Mc下 Mb总
5 3.3 1.35 6.41 72968 16037 0.220 1.43 0.42 1.39 2.74 1.98 14.78
4 3.3 1.35 12.60 72968 16037 0.220 2.81 0.45 1.49 5.10 4.17 7.09
3 3.3 1.35 18.19 72968 16037 0.220 4.06 0.50 1.65 6.70 6.70 10.87
2 3.3 1.35 23.19 72968 16037 0.220 5.17 0.50 1.65 8.54 8.54 15.23
1 3.3 1.35 27.59 94618 22051 0.233 6.15 0.55 1.82 9.14 11.17 17.67

表6-4 B、C柱弯矩计算表

层号 高H K V ΣDij Di Di/ΣDij Vi y yh Mc上 Mc下 Mb总
5 3.3 2.09 6.41 72968 20447 0.280 1.77 0.45 1.49 3.22 2.64 3.22
4 3.3 2.09 12.60 72968 20447 0.280 2.90 0.50 1.65 4.78 4.78 7.41
3 3.3 2.09 18.19 72968 20447 0.280 4.02 0.50 1.65 6.63 6.63 11.41
2 3.3 2.09 23.19 72968 20447 0.280 5.14 0.50 1.65 8.48 8.48 15.11
1 3.3 2.09 27.59 94618 25258 0.267 6.85 0.55 1.82 10.18 12.44 18.66

表6-5 风荷载作用下柱端剪力和轴力计算图

层号 AB,CD跨 BC跨 柱轴力计算
M1 M2 L VA,D M3 M4 L VB,C A,D柱轴力 B,C柱轴力
5 2.74 1.88 6.6 0.7 1.34 1.34 3 0.89 -0.7 -0.19
4 7.09 4.33 6.6 1.73 3.08 3.08 3 2.06 -2.43 -0.52
3 10.87 6.66 6.6 2.66 4.75 4.75 3 3.16 -5.09 -1.02
2 15.23 8.82 6.6 3.64 6.29 6.29 3 4.19 -8.73 -1.57
1 17.67 10.90 6.6 4.34 7.76 7.76 3 5.18 -13.07 -2.41

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6.2地震荷载计算

  6.2.1横向自振周期的计算

横向固有振动周期使用虚拟顶点位移法的结构算出。

基本自振周期T1(s)的计算:

T1=1.7ΨT(UT)1/2(6-7)

注:UT虚拟位移的结构的浓缩在代表楼层的重力负载值在Gi和计算的水平载荷的顶点。

ΨT为考虑到非承重砖墙影响的影响,而折减的系数,取0.6。

UT按以下公式计算:

VGi=ΣGk(6-8)

(Δu)i=VGi/ΣDij(6-9)

UT=Σ(Δu)k (6-10)

注:ΣDij表示层之间的第i层的横向刚度。

(△u)i、(△u)k分别表示第i层和第k层的层间侧移。

s为同层内框架柱的总数。

表6-6 顶点侧移计算

层次 Gi(kN) ΣDi(N/mm) Δui(m) ui(m)
5 8953.38 759990 12.28×10-3 47.44×10-3
4 6827.05 759990 9.22×10-3 35.16×10-3
3 6859.39 759990 9.22×10-3 25.94×10-3
2 6859.39 759990 9.22×10-3 16.72×10-3
1 6833.35 929580 7.50×10-3 7.50×10-3

T1=1.7ΨT(UT)1/2

=1.7×0.6×(47.44×10)1/2

=0.222(s)

 6.2.2.地震作用计算

在本设计中,教学楼总高为18.3m<40m,按底部剪力法计算:

结构等效总重力荷载代表值Geq

Geq=0.85ΣGi

=0.85x(8953.38+6859.39×2+6827.05+6833.35)

=30882.68(KN)

计算水平地震影响系数a1

查表可得到,对于二类场地:Tg=0.35s。

查表得设防烈度为8度的amax=0.16

结构总的水平地震作用标准值Fek

Fek=a1Geq

=0.16×30882.68

=4941.23(KN)

1.4Tg=1.4×0.35=0.49>T1=0.222s,

将各层的重量集中为质点,则各层的横向水平地震作用为:

Fi=GiHiBFek(1-δn)/(ΣGkHk) (6-11)

地震作用下各楼层水平地震层间剪力Vi为

Vi=ΣFk(i=1,2,…n) (6-12)

计算过程如下表:

表6-6 地震作用及地震剪力计算

层号 高H(m) G(kN) GiHi(kN·m) GiHi/ΣGjHj Fi(kN) Vi(kN)
5 16.5 8953.38 147730.77 0.404 1996.26 1996.26
4 13.2 6827.05 90117.06 0.242 1195.78 3192.04
3 9.9 6859.39 67907.96 0.182 899.30 4091.34
2 6.6 6859.39 45271.97 0.121 597.89 4689.23
1 3.3 6833.35 22550.06 0.060 296.47 4985.7
Σ 373577.82

水平地震剪力作用分布简图如下:

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 6.3.3多遇水平地震作用下的位移验算

(△u)i和Ui的计算:

(△u)i=Vi/ΣDij (6-13)

ui=Σ(△u)k (6-14)

弹性夹层位移角度计算公式:

θe=(Δu)i/hi,

由《抗震规范》,考虑到填充墙的侧向力,中间层位移角的弹性极限[θe]不得超过1/550。

计算过程如下表:

表6.8位移验算

层次 Vi(kN) ΣDi(N/mm) Δui(m) ui(m) hi(m) θe=(Δui)/hi
5 1996.26 759990 0.00135 0.01221 3.3 1/2446
4 3192.04 759990 0.00216 0.01086 3.3 1/1528
3 4091.34 759990 0.00277 0.00870 3.3 1/1193
2 4689.23 759990 0.00317 0.00593 3.3 1/1040
1 4985.7 929580 0.00276 0.00276 3.3 1/1197

由上表可以得到,[θe]<1/550,满足要求。

 6.3.4水平地震作用下框架内力计算

选取整体框架结构的一榀框架来计算框架的内力:

表6.9 弯矩及剪力计算/A、D柱

层号 高H(m) Vi(kN) ΣDij(N/mm) Di1(N/mm) Vi1(kN) k y(m) M上(kN·m) M下(kN·m)
5 3.6 1996.26 759990 16037 28.83 1.35 0.42 43.79 31.37
4 3.6 3192.04 759990 16037 50.52 1.35 0.45 66.45 54.38
3 3.6 4091.34 759990 16037 66.79 1.35 0.50 77.42 77.42
2 3.6 4689.23 759990 16037 77.63 1.35 0.50 88.74 88.74
1 3.6 4965.7 929550 22031 82.96 1.35 0.55 84.69 104.74

表6.10 弯矩及剪力计算/B、C柱

层号 高H(m) Vi(kN) ΣDij(N/mm) Di1(N/mm) Vi1(kN) k y(m) M上(kN·m) M下(kN·m)
5 3.6 1996.26 759990 20447 28.40 2.09 0.45 51.53 42.17
4 3.6 3192.04 759990 20447 45.44 2.09 0.50 74.97 74.97
3 3.6 4091.34 759990 20447 58.22 2.09 0.50 96.06 96.06
2 3.6 4689.23 759990 20447 66.74 2.09 0.50 110.12 110.12
1 3.6 4985.7 929580 25258 71.03 2.09 0.55 105.47 128.90

在梁端的弯矩、剪力及柱轴力计算公式如下:

Mlb=ilb(Mbi+1,j+Mui,j)/(ilb+irb)

Mrb=irb(Mbi+1,j+Mui,j)/(ilb+irb)

Vb=(Mlb+Mrb)/1

Ni-Σ(Vlb-Vrb)k

具体计算过程见下表:

表6.11 内力的计算

层次 AB,CD梁 BC梁 柱轴力
M1b M2b L Vb M3b M4b L Vb 边柱N 中柱N
5 43.79 30.09 6.6 11.19 21.44 21.44 3 14.30 -10.26 -4.04
4 98.16 68.40 6.6 25.24 48.72 48.72 3 32.48 -33.39 -13.38
3 131.78 99.87 6.6 35.10 71.15 71.15 3 47.43 -65.57 -28.64
2 166.16 120.41 6.6 43.42 85.77 85.77 3 57.18 -105.38 -46.01
1 173.63 125.90 6.6 45.38 89.69 89.69 3 59.79 -146.97 -64.2

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 7框架的内力组合

  7.1 梁柱内力组合

结构抗震等级为三级。

框架梁内力组合:

本方案考虑了七种内力组合,即

1.2SGk+1.4SQk,1.2SGk+1.4SWk,1.2SGk+1.4*0.9*(SQK+Swk),

1.2SGk+1.3SEK,1.35SGk+1.4*(0.7*SQk+0.6*Swk)

在计算过程中,我们取调幅系数为0.8进行调幅。

恒载作用下:

一层AB跨:A端

Mb=M-V·b/2=-53.23+23.31´0.25=-44.85KN·m

Vb=V-q01·b/2-(q1a/l1)·a/2

=33.21-10.71´0.25-1/2´10.65´0.25/1.5´0.25=30.21KN·m

AB跨:B端

Mb=M-V·b/2=58.24-34.88´0.25=48.63KN·m

Vb=V-q01·b/2-(q1a/l1)·a/2

=-34.78+10.72´0.25+1/2´10.65´0.25/1.5´0.25=-31.88KN·m

BC跨:B/C端

Mb=M-V·b/2=-11.19+8.253´0.25=-9.02KN·m

Vb=V-q01·b/2-(q1a/l1)·a/2

=8.573-2.634´0.35-1/2´8.52´0.25/1.2´0.25=7.49KN·m

二层AB跨:A端

Mb=M-V·b/2=-56.63+33.31´0.35=-43.21KN·m

Vb=V-q01·b/2-(q1a/l1)·a/2

=33.31-10.74´0.35-1/2´10.75´0.35/1.5´0.35=29.12KN·m

B端

Mb=M-V·b/2=59.11-34.57´0.3=48.60KN·m

Vb=V-q01·b/2-(q1a/l1)·a/2

=-32.67+10.72´0.3+1/2´10.75´0.3/1.5´0.3=-30.23KN·m

BC跨:B/C端

Mb=M-V·b/2=-8.81+8.274´0.3=-6.44KN·m

Vb=V-q01·b/2-(q1a/l1)·a/2

=8.173-2.624´0.3-1/2´8.51´0.3/1.2´0.3=7.164KN·m

三层AB跨:A端

Mb=M-V·b/2=-31.52+41.29´0.25=-21.34KN·m

Vb=V-q01·b/2-(q1a/l1)·a/2

=42.49-3.336´0.25-1/2´15.82´0.25/1.5´0.25=41.33KN·m

AB跨:B端

Mb=M-V·b/2=55.78-49.62´0.25=43.38KN·m

Vb=V-q01·b/2-(q1a/l1)·a/2

=-49.62+3.336´0.25+1/2´15.82´0.25/1.5´0.25=-48.35KN·m

BC跨梁B支座

Mb=M-V·b/2=-24.25+11.74´0.25=-21.27KN·m

Vb=V-q01·b/2-(q1a/l1)·a/2

=10.74-2.624´0.25-1/2´12.61´0.25/1.2´0.25=9.74KN·m

四.五层AB跨:A端

Mb=M-V·b/2=-54.64+33.28´0.25=-46.32KN·m

Vb=V-q01·b/2-(q1a/l1)·a/2

=33.18-10.72´0.25-1/2´10.64´0.25/1.5´0.25=30.28KN·m

AB跨:B端

Mb=M-V·b/2=58.63-34.64´0.25=49.97KN·m

Vb=V-q01·b/2-(q1a/l1)·a/2

=-34.61+10.70´0.25+1/2´10.63´0.25/1.5´0.25=-32.74KN·m

BC跨:B/C端

Mb=M-V·b/2=-10.74+8.72´0.25=-8.52KN·m

Vb=V-q01·b/2-(q1a/l1)·a/2

=8.72-2.631´0.25-1/2´8.52´0.25/1.2´0.25=7.83KN·m

活载作用下:

一层AB跨:A端

Mb=M-V·b/2=-14.19+13.242´0.15=-10.78KN·m

Vb=V-(q1a/l1)·a/2=13.252-1/2´6´0.25/1.5´0.25=13.127KN

AB跨:B端

Mb=M-V·b/2=15.48-13.758´0.25=12.243KN·m

Vb=V-(q1a/l1)·a/2=-13.758+1/2´6´0.25/1.5´0.25=-13.633KN

BC跨:B/C端

Mb=M-V·b/2=-3.78+3.6´0.25=-2.88KN·m

Vb=V-(q2a/l2)·a/2=3.4-1/2´6´0.25/1.2´0.25=3.54KN

二层AB跨:A端

Mb=M-V·b/2=-13.92+13.212´0.35=9.32KN·m

Vb=V-(q1a/l1)·a/2=13.242-1/2´6´0.35/1.5´0.35=13.8KN

AB跨:B端

Mb=M-V·b/2=15.71-13.698´0.3=11.68KN·m

Vb=V-(q1a/l1)·a/2=-13.799-1/2´6´0.3/1.5´0.3=-13.638KN

BC跨:B/C端

Mb=M-V·b/2=-3.17+3.6´0.3=-2.09KN·m

Vb=V-(q2a/l2)·a/2=3.5-1/2´6´0.3/1.2´0.3=-3.365KN

三层AB跨:A端

Mb=M-V·b/2=-1.8+3.122´0.25=-1.14KN·m

Vb=V-(q1a/l1)·a/2=3.122-1/2´1.5´0.25/1.5´0.25=2.89KN

AB跨:B端

Mb=M-V·b/2=3.93-3.738´0.25=2.89KN·m

Vb=V-(q1a/l1)·a/2=-3.718+1/2´1.5´0.25/1.5´0.25=-3.71KN

BC跨:B/C端

Mb=M-V·b/2=-1.69+0.71´0.25=-1.52KN·m

Vb=V-(q2a/l2)·a/2=0.69-1/2´1.2´0.25/1.2´0.25=0.71KN

四.五层AB跨:A端

Mb=M-V·b/2=15.43-13.794´0.25=11.98KN·m

Vb=V-(q1a/l1)·a/2=-13.796+1/2´6´0.25/1.5´0.25=-13.64KN

AB跨:B端

Mb=M-V·b/2=-12.65+13.215´0.25=-10.45KN·m

Vb=V-(q1a/l1)·a/2=13.215-1/2´6´0.25/1.5´0.25=13.18KN

BC跨:B/C端

Mb=M-V·b/2=-3.98+3.6´0.25=-2.99KN·m

Vb=V-(q2a/l2)·a/2=3.5-1/2´6´0.25/1.2´0.25=3.46KN

地震作用下

一层AB跨:A端

Mb=M-V·b/2=251.25-70.61´0.25=233.52KN·m

Vb=V=-70.62KN

AB跨:B端

Mb=M-V·b/2=172.57-70.61´0.25=154.83KN·m

Vb=V=-70.62KN

BC跨:B/C端

Mb=M-V·b/2=249.37-207.72´0.25=197.24KN·m

Vb=V=-217.73KN

二层AB跨:A端

Mb=M-V·b/2=324.53-86.82´0.35=285.14KN·m

Vb=V=-86.82KN

AB跨:B端

Mb=M-V·b/2=216.39-86.83´0.3=181.34KN·m

Vb=V=-86.82KN

BC跨:B/C端

Mb=M-V·b/2=297.12-248.53´0.3=223.69KN·m

Vb=V=-248.53KN

三层AB跨:A端

Mb=M-V·b/2=81.23-21.96´0.25=74.75KN·m

Vb=V=-21.97KN

AB跨:B端

Mb=M-V·b/2=172.68-70.63´0.25=46.17KN·m

Vb=V=-21.97KN

BC跨:B/C端

Mb=M-V·b/2=74.58-62.07´0.25=58.86KN·m

Vb=V=-67.17KN

四.五层AB跨:A端

Mb=M-V·b/2=181.17-49.8´0.25=167.73KN·m

Vb=V=-49.8KN

AB跨:B端

Mb=M-V·b/2=118.63-49.9´0.25=106.28KN·m

Vb=V=-49.9KN

BC跨:B/C端

Mb=M-V·b/2=171.46-142.8´0.25=135.68KN·m

Vb=V=-143.8KN

风荷载作用下:

一层AB跨:A端

Mb=M-V·b/2=19.713-4.637´0.25=18.56KN·m

Vb=V=-4.617KN

AB跨:B端

Mb=M-V·b/2=8.06-4.637´0.25=6.91KN·m

Vb=V=-4.637KN

BC跨:B/C端

Mb=M-V·b/2=18.038-15.132´0.25=14.38KN·m

Vb=V=-15.132KN

二层AB跨:A端

Mb=M-V·b/2=24.367-5.967´0.35=24.28KN·m

Vb=V=-5.967KN

AB跨:B端

Mb=M-V·b/2=10.367-5.947´0.3=8.39KN·m

Vb=V=-5.967KN

BC跨:B/C端

Mb=M-V·b/2=27.988-23.325´0.3=20.97KN·m

Vb=V=-23.325KN

三层AB跨:A端

Mb=M-V·b/2=4.823-1.131´0.25=4.54KN·m

Vb=V=-1.23KN

AB跨:B端

Mb=M-V·b/2=1.969-1.230´0.25=1.59KN·m

Vb=V=-1.03KN

BC跨:B/C端

Mb=M-V·b/2=3.816-3.172´0.25=3.02KN·m

Vb=V=-3.170KN

四、五层AB跨:A端

Mb=M-V·b/2=11.24-2.626´0.25=11.49KN·m

Vb=V=-2.616KN

AB跨:B端

Mb=M-V·b/2=4.567-2.626´0.25=3.91KN·m

Vb=V=-2.616KN

BC跨:B/C端

Mb=M-V·b/2=10.494-8.745´0.25=8.33KN·m

Vb=V=-8.734KN

表7-1梁的内力组合

层号 位置 弯矩和剪力 SGk SQk SEK(1) SEK(2) Swk(1) Swk(2) 1.2SGk

+1.4SQk

1.2SGk

+1.4SWk

1.2SGk+

1.4*0.9*(SQK+Swk)

1.2SGk+1.3SEK1.35SGk+

1.4*(0.7*SQk+0.6*Swk)

Mmax及相应VMmin及相应VVmax及相应M
5AB左M-48.94-4.0643.79-43.7914.78-14.78-64.41-38.04-79.42-45.22-82.47-1.80-115.66-82.46-1.8-115.66-82.46
V89.546.56-10.2610.26-2.312.31116.63104.21110.68112.80118.6294.11120.79129.2594.11120.79129.25
AB中M109.477.15141.37141.37
AB右M-75.41-5.4930.09-30.091.88-1.88-98.18-87.86-93.12-95.04-99.78-51.38-129.61-108.76-51.38-129.61-108.76
V99.467.10-10.2610.26-2.312.31129.29116.12122.59125.39131.21106.01132.69143.17106.01132.69143.17
BC左M-40.83-2.1921.44-21.441.34-1.34-52.06-47.12-50.87-50.07-53.44-21.12-76.87-58.39-21.12-76.87-76.87
V43.462.82-14.3014.3-0.890.8956.1050.9153.4054.5856.8333.5670.7462.1833.5670.7470.74
BC中M-8.24-0.67-10.83-10.83
4AB左M-45.71-9.2298.16-98.167.09-7.09-67.76-44.93-64.78-57.54-75.4072.76-182.46-76.7072.76-182.46-182.46
V56.7013.19-23.1323.13-1.591.5986.5165.8170.2782.6686.6637.9798.1190.8137.9798.1198.11
AB中M55.8613.2985.6485.64
AB右M-54.27-11.7168.40-68.44.33-4.33-81.52-59.06-71.19-74.42-85.3323.80-154.04-88.3823.8-154.04-154.04
V59.9414.13-23.1323.13-1.591.5991.7169.7074.1587.7391.7441.86102.0096.1041.86102102
BC左M-17.79-4.0748.72-48.723.08-3.08-27.05-17.04-25.66-22.60-30.3641.99-84.68-30.5941.99-84.68-84.68
V27.087.04-32.4832.48-2.062.0642.3529.6135.3838.7743.96-9.7374.7245.19-9.7374.7274.72
BC中M2.511.324.864.86
3AB左M-42.76-9.33131.78-131.7810.87-10.87-64.37-36.09-66.53-49.37-76.76120.00-222.63-76.00120-222.63-222.63
V56.4313.20-32.1832.18-2.442.4486.2064.3071.1381.2787.4225.88109.5591.1725.88109.55109.55
AB中M58.0913.2188.2088.2
AB右M-52.76-11.7499.87-99.876.66-6.66-79.75-53.99-72.64-69.71-86.5066.52-193.14-88.3366.52-193.14-193.14
V60.2114.12-32.1832.18-2.442.4492.0268.8475.6786.9793.1230.42114.0997.1730.42114.09114.09
BC左M-21.98-4.0671.15-71.154.75-4.75-32.06-19.73-33.03-25.51-37.4866.12-118.87-37.6466.12-118.87-118.87
V27.087.04-47.4347.43-3.163.1642.3528.0736.9237.3845.35-29.1694.1646.11-29.1694.1694.16
BC中M-1.681.34-0.14-0.14
2AB左M-42.76-9.33166.16-166.1615.23-15.23-64.37-29.99-72.63-43.88-82.26164.70-267.32-79.66164.7-267.32-267.32
V56.4313.20-39.8139.81-3.343.3486.2063.0472.3980.1488.5615.96119.4791.9215.96119.47119.47
AB中M58.0913.2188.2088.2
AB右M-52.76-11.74120.41-120.418.82-8.82-79.75-50.96-75.66-66.99-89.2293.22-219.85-90.1493.22-219.85-219.85
V60.2114.12-39.8139.81-3.343.3492.0267.5876.9385.8394.2520.50124.0197.9320.5124.01124.01
BC左M-21.98-4.0685.77-85.776.29-6.29-32.06-17.57-35.18-23.57-39.4285.13-137.88-38.9485.13-137.88-137.88
V27.087.04-57.1857.18-4.194.1942.3526.6338.3636.0946.65-41.84106.8346.98-41.84106.83106.83
BC中M-1.681.34-0.14-0.14
1AB左M-40.74-8.95173.63-173.6317.67-17.67-61.42-24.15-73.63-37.90-82.43176.83-274.61-78.61176.83-274.61-274.61
V56.2213.16-41.5941.59-3.973.9785.8961.9173.0279.0489.0513.40121.5392.1313.4121.53121.53
AB中M59.5813.5090.4090.4
AB右M-51.80-11.60125.90-125.910.90-10.9-78.40-46.90-77.42-63.04-90.51101.51-225.83-90.45101.51-225.83-225.83
V60.4214.16-41.5941.59-3.973.9792.3366.9578.0685.3495.3518.44126.5798.7818.44126.57126.57
BC左M-19.14-4.1489.69-89.697.76-7.76-28.76-12.10-33.83-18.41-37.9693.63-139.57-36.4193.63-139.57-139.57
V27.087.04-59.7959.79-5.185.1842.3525.2439.7534.8447.89-45.23110.2247.81-45.23110.22110.22
BC中M1.171.253.153.15

图7-2 A,D柱的内力组合

层号 位置 弯矩和剪力 SGk SQk SEK(1) SEK(2) Swk(1) Swk(2) 1.2SGk

+1.4SQk

1.2SGk

+1.4SWk

1.2SGk+

1.4*0.9*(SQK+Swk)

1.2SGk+1.3SEK1.35SGk+

1.4*(0.7*SQk+0.6*Swk)

Mmax及相应V,NNmax及相应V,MNmin及相应V,M
5柱顶M61.185.08-43.7943.79-2.742.7480.5369.5877.2576.3683.2716.49130.3489.87130.3489.8716.49
N142.3520.54-10.2610.26-2.312.31199.58167.59174.05193.79199.61157.48184.16214.24184.16214.24157.48
V18.685.4915.25-15.251.43-1.4330.1024.4220.4131.1427.5342.242.5929.402.5929.442.24
柱底M-28.47-3.8732.16-32.161.98-1.98-39.58-31.39-36.94-36.55-41.547.64-75.97-43.897.64-43.897.64
N164.1742.34-10.2610.26-2.312.31256.28193.77200.24247.44253.26183.67210.34265.06183.67265.06183.67
V18.685.4915.25-15.251.43-1.4330.1024.4220.4131.1427.5342.242.5929.4042.2429.442.24
4柱顶M28.577.64-6666-5.15.1044.9827.1441.4237.4850.34-51.52120.0850.34120.0850.34-51.52
N289.5783.01-33.3933.39-3.93.90463.70342.02352.94447.16456.99304.08390.89475.55390.89475.55304.08
V10.784.5124.41-24.412.81-2.8119.2516.879.0022.1615.0844.67-18.8016.61-18.816.6144.67
柱底M-22.42-4.1154.38-54.384.17-4.17-32.66-21.07-32.74-26.83-37.3443.79-97.60-37.8043.79-37.843.79
N311.39104.81-33.3933.39-3.93.90520.40368.21379.13500.81510.64330.26417.08526.37330.26526.37330.26
V10.784.5124.41-24.412.81-2.8119.2516.879.0022.1615.0844.67-18.8016.6144.6716.6144.67
3柱顶M30.017.55-77.477.4-6.76.7046.5826.6345.3937.0853.97-64.61136.6353.54136.6353.54-64.61
N436.52145.49-65.5765.57-6.336.33727.51514.96532.69699.17715.12438.58609.07737.20609.07737.2438.58
V11.284.5631.28-31.284.06-4.0619.9219.227.8524.4014.1754.20-27.1316.29-27.1316.2954.2
柱底M-22.42-4.1177.42-77.426.7-6.70-32.66-17.52-36.28-23.64-40.5273.74-127.55-39.9273.74-39.9273.74
N458.34167.29-65.5765.57-6.336.33784.21541.15558.87752.82768.77464.77635.25788.02464.77788.02464.77
V11.284.5631.28-31.284.06-4.0619.9219.227.8524.4014.1754.20-27.1316.2954.216.2954.2
2柱顶M31.017.55-88.7488.74-8.548.5447.7825.2649.1735.9657.49-78.15152.5756.44152.5756.44-78.15
N583.47207.97-105.38105.38-9.689.68991.32686.61713.72950.01974.40563.17837.16999.63837.16999.63563.17
V11.744.7435.85-35.855.17-5.1720.7221.336.8526.5713.5560.69-32.5216.15-32.5216.1560.69
柱底M-24.1-4.4288.74-88.74-9.149.14-35.11-41.72-16.12-46.01-22.9786.44-144.28-29.1986.44-29.1986.44
N605.29220.77-105.38105.38-13.6413.641035.43707.25745.44987.331021.70589.35863.341044.95589.351044.95589.35
V11.744.7435.85-35.856.15-6.1520.7222.705.4827.8112.3160.69-32.5215.3360.6915.3360.69
1柱顶M26.816.76-84.8984.8911.17-11.1741.6447.8116.5354.7626.62-78.19142.5333.44142.5333.44-78.19
N730.21261.41-146.97146.97-13.6413.641242.23857.16895.351188.441222.82685.191067.311253.421067.311253.42685.19
V6.182.3538.11-38.116.15-6.1510.7116.03-1.1918.132.6356.96-42.135.48-42.135.4856.96
柱底M-13.41-3.38103.74-103.7411.17-11.17-20.82-0.45-31.73-6.28-34.43118.77-150.95-30.80118.77-30.8118.77
N752.03283.21-146.97146.97-13.6413.641298.93883.34921.531242.091276.47711.381093.501304.24711.381304.24711.38
V6.182.3538.11-38.116.15-6.1510.7116.03-1.1918.132.6356.96-42.135.4856.965.4856.96

图7-3 B,C柱的内力组合

层号 位置 弯矩和剪力 SGk SQk SEK(1) SEK(2) Swk(1) Swk(2) 1.2SGk

+1.4SQk

1.2SGk

+1.4SWk

1.2SGk+

1.4*0.9*(SQK+Swk)

1.2SGk+1.3SEK1.35SGk+

1.4*(0.7*SQk+0.6*Swk)

Mmax及相应V,NNmax及相应V,MNmin及相应V,M
5柱顶M-42.91-4.13-51.5351.53-3.223.22-57.27-56.00-46.98-60.75-52.64-118.4815.50-59.2715.5-59.27-118.48
N177.4526.15-4.044.04-1.421.42249.55210.95214.93244.10247.68207.69218.19266.38218.19266.38207.69
V12.463.7418.93-18.931.77-1.7720.1917.4312.4721.8917.4339.56-9.6619.00-9.661939.56
柱底M19.362.3042.17-42.172.64-2.6426.4526.9319.5429.4622.8078.05-31.5926.1778.0526.1778.05
N199.2747.95-4.044.04-1.421.42306.25237.14241.11297.75301.33233.87244.38317.20233.87317.2233.87
V12.463.7418.93-18.931.77-1.7720.1917.4312.4721.8917.4339.56-9.6619.0039.561939.56
4柱顶M-26.23-7.24-74.9574.95-4.784.78-41.61-38.17-24.78-46.62-34.58-128.9165.96-38.4965.96-38.49-128.91
N384.42107.85-13.3813.38-00.95612.29459.97462.63596.00598.39443.91478.70625.46478.7625.46443.91
V7.863.2030.29-30.292.90-2.9013.9113.495.3717.129.8148.81-29.9511.31-29.9511.3148.81
柱底M15.202.3874.95-74.954.78-4.7821.5724.9311.5527.2615.22115.68-79.2018.84115.6818.84115.68
N406.24129.65-13.3813.38-0.950.95669.00486.16488.82649.65652.04470.09504.88676.28470.09676.28470.09
V7.863.2030.29-30.292.90-2.9013.9113.495.3717.129.8148.81-29.9511.3148.8111.3148.81
3柱顶M-23.27-7.22-96.0796.07-6.636.63-38.03-37.21-18.64-45.38-28.67-152.8296.97-32.9296.97-32.92-152.82
N591.66189.54-28.6428.64-0.220.22975.35709.68710.30948.54949.09672.76747.22984.68747.22984.68672.76
V8.043.2238.81-38.814.02-4.0214.1615.284.0218.778.6460.10-40.8110.63-40.8110.6360.1
柱底M15.202.3896.07-96.076.63-6.6321.5727.528.9629.5912.89143.13-106.6517.28143.1317.28143.13
N613.48211.34-28.6428.64-0.220.221032.05735.87736.481002.191002.74698.94773.411035.50698.941035.5698.94
V8.043.2238.81-38.814.02-4.0214.1615.284.0218.778.6460.10-40.8110.6360.110.6360.1
2柱顶M-23.27-7.22-110.11110.11-8.488.48-38.03-39.80-16.05-47.71-26.34-171.07115.22-31.37115.22-31.37-171.07
N798.9271.34-46.0146.010.63-0.631338.56959.56957.801301.361299.77898.871018.491343.901018.491343.9898.87
V8.253.3044.49-44.495.14-5.1414.5217.102.7020.537.5867.74-47.9410.05-47.9410.0567.74
柱底M15.992.50110.11-110.118.48-8.4822.6931.067.3233.0211.65162.33-123.9616.91162.3316.91162.33
N820.72293.03-46.0146.010.63-0.631395.11985.75983.981354.881353.29925.051044.681394.61925.051394.61925.05
V8.253.3044.49-44.495.14-5.1414.5217.102.7020.537.5867.74-47.9410.0567.7410.0567.74
1柱顶M-24.83-6.83-105.48105.48-10.1810.18-39.36-44.05-15.54-51.23-25.58-166.92107.33-31.66107.33-31.66-166.92
N1006.35352.96-64.2064.21.83-1.831701.761210.181205.061654.661650.041124.161291.081702.941291.081702.941124.16
V4.521.8147.35-47.356.85-6.857.9615.01-4.1716.34-0.9366.98-56.132.12-56.132.1266.98
柱底M12.423.42128.90-128.912.44-12.4419.6932.32-2.5134.893.54182.47-152.679.67182.479.67182.47
N1028.17374.76-64.2064.21.83-1.831758.471236.371231.241708.311703.701150.341317.261753.761150.341753.761150.34
V4.521.8147.35-47.356.85-6.857.9615.01-4.1716.34-0.9366.98-56.132.1266.982.1266.98

7.2柱端弯矩设计值的调整

7.2.1A、D柱弯矩值调整

第5层不需要进行调整。

第4层,柱顶轴压比:

[uN]=N/Acfc=546.98×103/(14.3×5002)

=0.153>0.15

1、2、3、4层应该满足:

ΣMc=ηcΣMb

表7-4A、D柱调整弯矩值调整

层次 4 3 2 1
截面 柱顶 柱底 柱顶 柱底 柱顶 柱底 柱顶 柱底
ηcM 132.37 -107.36 150.29 -140.31 167.83 -158.71 156.78 -166.05
N 475.55 526.37 737.20 788.02 999.63 1044.95 1253.42 1304.24

7.2.2B、C柱弯矩值调整

第5层,

[uN]=N/Acfc=625.46×103/(14.3×5002)

=0.175>0.15

1、2、3、4层应满足:

ΣMc=ηcΣMb

表7-5B、C柱弯矩值调整

层次 4 3 2 1
截面 柱顶 柱底 柱顶 柱底 柱顶 柱底 柱顶 柱底
ηcM -141.80 127.25 -168.10 157.44 -188.18 178.56 -183.61 200.72
N 625.46 676.28 984.68 1035.50 1343.90 1395.11 1702.94 1758.47

8截面设计

8.1框架梁截面设计

以第5层AB跨框架梁的计算为例

梁的最不利内力:

由以上计算可知,梁的最不利内力如下

跨间:Mmax=141.37KN.m

支座A:Mmax=-115.66KN.m

支座B:Mmax=-129.61KN.m

8.1.1梁正截面受弯承载力计算

考虑跨间最大弯矩处:

T形截面:bf’=L/3=6.6/3=2.2m=2200mm,保险起见,梁内所使用的钢筋统一选用HRB400,此时fy=fy’=360N/mm2,ho=h-a=700-35=665mm,

14.3×2200×100×(665-100/2)=1934.79KN·m>141.37KN·m

αs=M/(fcmbf’ho2)=141.37×106/(14.3×2200×6652)=0.01

ξ=1-(1-2as)1/2=0.014

As=ξfcmbf’ho/fy=0.014×14.3×2200×665/300=976.31 m㎡

实配钢筋4C18,As =1018mm2

ρ=1018/(300×665)=0.51%,满足要求。

ξ<ξb,满足要求。

考虑两支座处:

αs=-M/(fcmbf’ho2)=92.53×106/(14.3×300×6652)=0.049

ξ=1-(1-2as)1/2=0.051

可近似取

As=ξfcmbf’ho/fy=0.050×14.3×300×665/300=482.41mm

实配钢筋2C18,As=509mm2。

支座B上部,

as=-M/(fcmbf’ho2)=103.69×106/(14.3×300×6652)=0.055

ξ=1-(1-2as)1/2=0.057

可近似取

As=ξfcmbf’ho/fy=0.057×14.3×300×665/300=542.04mm²

选用的钢筋:3C16,面积As=603mm2。

ρ=603/300/665=0.302%>ρmin=0.215%,

8.1.2梁斜截面受剪承载力计算

验算截面尺寸:

hw=ho=665mm

hw/b=665/300=2.22<4,属厚腹梁。

0.25fcmbho=0.25×14.3×300×665

=713.21KN>V=143.17KN

可知,截面尺寸符合条件。

验算是否需要计算配置箍筋:

0.07fcmbho=0.07×14.3×300×665

=199.70N>V=143.17KN

可知,需按构造配箍。

8.1.3箍筋选择

箍筋也选用HRB400加密区和非加密区分别用箍筋双肢C8@100和C10@150,

表8-1梁的配筋计算

层次 截面 M或γREM as ξ As’(mm2) As(mm2) Amin(mm2) 实配As(mm2)
5 支座A -92.53 0.049 0.051 482.41 429 3C18(763)
支座B -103.69 0.055 0.057 542.35 429 3C18(763)
AB,CD跨间 141.37 0.076 0.079 747.74 429 3C18(763)
支座B,C -61.50 0.033 0.033 317.81 429 3C18(763)
BC跨间 -10.83 0.006 0.006 55.19 429 3C18(509)
4 支座A -145.97 0.078 0.081 773.15 429 2C22+2C20

(1389)

支座B-123.230.0660.068648.264293C22(1140)
AB,CD跨间85.640.0460.047445.604293C20(942)
支座B,C-67.740.0360.037350.674293C20(942)
BC跨间4.860.0030.00324.734293C18(763)
3支座A-178.100.0950.100952.704293C20+2C22

(1703)

支座B-154.510.0830.086820.514293C20+2C22

(1703)

AB,CD跨间88.200.0470.048459.264294C18(1018)
支座B,C-95.100.0510.052496.184294C20(1257)
BC跨间-0.140.0000.0000.714293C18(763)
2支座A-213.860.1140.1221157.084295C22(1901)
支座B-175.880.0940.099940.184295C22(1901)
AB,CD跨间88.200.0470.048459.264293C20+2C22

(1702)

支座B,C-110.300.0590.061578.044292C22+2C22

(1389)

BC跨间-0.140.0000.0000.714293C22(1140)
1支座A-219.690.1170.1251190.884294C22

(1521)

支座B-180.660.0970.102967.174294C22

(1521)

AB,CD跨间90.400.0480.050471.014293C20+2C22

(1702)

支座B,C-111.660.0600.062585.404292C22+2C22

(1389)

BC跨间3.150.0020.00216.024293C22(1140)

在梁的全长顶面,除负弯矩筋以外,可以配置2C22、2C20、2C18等的钢筋。

8.2框架柱截面设计

8.2.1剪跨比和轴压比计算

表8-2柱的剪跨比和轴压比验算

柱子 层号 宽(mm) 有效高度(mm) fc(N/mm2) M V N M/Vh0 N/fcbh
A 5 500 460 14.3 130.34 42.24 265.06 6.71>2 0.08<0.8
4 500 460 14.3 120.08 44.67 526.37 5.84>2 0.16<0.8
3 500 460 14.3 136.63 54.20 788.02 5.48>2 0.24<0.8
2 500 460 14.3 152.57 60.69 1044.96 5.47>2 0.32<0.8
1 500 460 14.3 142.53 56.96 1304.24 5.44>2 0.40<0.8
B 5 500 460 14.3 78.05 39.56 317.20 4.29>2 0.10<0.8
4 500 460 14.3 115.68 48.81 676.28 5.15>2 0.21<0.8
3 500 460 14.3 143.13 60.10 1036.50 5.18>2 0.32<0.8
2 500 460 14.3 162.33 67.74 1395.11 5.21>2 0.42<0.8
1 500 460 14.3 182.47 66.98 1758.47 5.92>2 0.53<0.8

例:第5层A、D号柱

柱截面宽度:b=500mm

柱截面有效高度:ho=500-40=460mm

混凝土轴心抗压强度设计值:fcm=14.3N/mm2

M=130.34×0.8=104.27(KN·m)

柱端剪力计算值:VC=42.24KN

柱轴力:N=265.06KN

剪跨比:M/Vho=130.34×103/42.24/460=6.71>2

轴压比:N/fcmbho=265.06×103/14.3/500/460=0.08<0.8

8.2.2柱正截面承载力计算

先以第5层A、D号柱为例,

最不利组合一(调整后):

Mmax=104.27KN·m,N=147.33KN,

轴向力对截面重心的偏心矩

e0=M/N=104.27×106/(147.33×103)=707.73mm,

附加偏心矩ea:取max(20,L/30),L/30=500/30=16.7mm,故ea=20mm。

计算长度:10=1.0H=3.6m,

于是:ei=eo+ea=707.73+20=727.73mm,

ξi=0.5fcmA/N=0.5×14.3×5002/(147.33×103)=12.13>1.0,

取ξi=1.0,又lo/h<15,取ξ2=1.0,

得η=1+1/(1400ei/ho)×(l/h)2ξ1ξ2=1+1/(1400×707.73/460)×(3.3/0.5)2=1.02

e=ηei+h/2-as

=1.02×707.73+500/2-40

=931.88mm

对称配筋:

ξ=N/fcmbho

ξ=147.33×103/(14.3×500×460)=0.045<0.55

为大偏心受压情况。

As=As“=(Ne-a1fcbh02ξ(1-0.5ξ))/fy`(ho-ao`)

As=As`=(147.33×103×931.88-1×14.3×500×4602×0.045×(1-0.5×0.045))/300×(460-40)

=561.46(mm)

最不利组合二:

Nmax=265.06KN,M=-43.89KN.m

此组内力是非地震组合情况,故不必进行调整。轴向力对截面重心的偏心矩

e0=M/N=43.89×106/(265.06×103)=165.59mm,

附加偏心矩ea:取max(20,L/30),L/30=500/30=16.7mm,故ea=20mm。

计算长度:10=1.0H=3.6m,

ei=eo+ea=165.59+20=185.59mm,

ξi=0.5fcmA/N

ξi=0.5×14.3×5002/(265.06×103)=6.74>1.0,

取ξi=1.0,又lo/h<15,取ξ2=1.0,

得η=1+1/(1400ei/ho)×(l0/h)2ξ1ξ2

η=1+1/(1400×185.59/460)×(3.3/0.5)2=1.08

e=ηei+h/2-as

=1.08×185.59+500/2-40

=410.76mm

对称配筋:

ξ=N/fcmbho

ξ=265.06×103/(14.3×500×460)=0.08<0.55

为大偏心受压情况。

As=As“=(Ne-a1fcbh02ξ(1-0.5ξ))/fy`(ho-ao`)

As=As`=(265.06×103×410.76-1×14.3×500×4602×0.08×(1-0.5×0.08))/300×(460-40)

=57.19 (mm)

选用钢筋:4C18,As=1017mm2。

ρ=2×1017/500/460=0.70%>ρmin=0.6%,

截面抗震验算:

hb=(600+500)/2=550mm,hb0=(555+455)/2=505mm

一层中节点:Hc=(1-0.5)´3.5+0.467´3.6=3.51m

åMb=191.23/0.74+186.23/0.75=512.88KN·m

Vj=(1.5´502.98´103/460)´(1-460/2971)=1386.85KN

bb<bc/2=250mm,bj<hc/2=500mm, hj=500mm,hj=1.5

1/γRE(0.3hjfcbjhj)=1/0.84´(0.3´1.5´14.3´500´500)=1893.64KN>1384.35

N=352.76KN 0.5fcA=0.5´14.3´500´500=1786.5KN,则N=353.76KN

Asvj/s=(γREVj-1.1hjftbjhj-0.05hjNbj/bc)/ fyv(hb0-as’)

=(0.85´1384.85´103-1.1´1.5´1.43´500´500-0.05´1.5´352.75´103)

/360´460 =3.41

节点区配置:4C10@100箍筋,Asvj/s=3.14

一层边节点:Hc=(1-0.5)´3.6+0.35´3.6=3.43m

åMb=197.51/0.75=264.36KN·m

Vj=(1.5´264.36´103/460)´(1-460/2871)=721.24KN

bb<bc/2=250mm,bj<hc/2=500mm, hj=500mm,hj=1.5

1/γRE(0.3hjfcbjhj)=1/0.84´(0.3´1.5´14.3´500´500)=1893.65KN>723.1KN

N=401.4KN 0.5fcA=0.5´14.3´500´500=1786.5KN,则N=401.4KN

Asvj/s=(γREVj-1.1hjftbjhj-0.05hjNbj/bc)/ fyv(hb0-as’)

=(0.85´723.14´103-1.2´1.5´1.43´500´500-0.05´1.5´500.4´103)

/360´460<0所以按照构造进行配筋

节点区配置:4C10@100箍筋,Asvj/s=3.14

二层中节点:Hc=(1-0.593)´4.6+0.5´3.6=3.65m

åMb=225/0.75+210.96/0.75=576.9KN·m

Vj=(1.5´577.9´103/460)´(1-460/3120)=1588.78KN

bb<bc/2=300mm,bj<hc/2=600mm, hj=600mm,hj=1.5

1/γRE(0.3hjfcbjhj)=1/0.85´(0.3´1.5´14.3´500´500)=2715.4KN>1568KN

N=471.33KN 0.5fcA=0.5´14.3´500´500=2574KN,则N=470.33KN

Asvj/s=(γREVj-1.1hjftbjhj-0.05hjNbj/bc)/ fyv(hb0-as’)

=(0.85´1578.78´103-1.1´1.5´1.43´500´500-0.05´1.5´472.33´103)

/360´460 =2.51

节点区配置:4C10@100箍筋,Asvj/s=3.49

二层边节点:Hc=(1-0.664)´4.6+0.5´3.6=3.29m

åMb=248/0.73=331.67KN·m

Vj=(1.5´331.57´103/460)´(1-460/2841)=913.8KN

bb<bc/2=300mm,bj<hc/2=600mm, hj=600mm,hj=1.5

1/γRE(0.3hjfcbjhj)=1/0.85´(0.3´1.5´14.3´600´600)=2715.4KN>901.6KN

N=559.42KN 0.5fcA=0.5´14.3´600´600=2374KN,则N=549KN

Asvj/s=(γREVj-1.1hjftbjhj-0.05hjNbj/bc)/ fyv(hb0-as’)

=(0.85´913.6´103-1.1´1.5´1.43´600´600-0.05´1.5´549´103)

/360´460<0所以按照构造进行配筋

节点区配置:4C10@100箍筋,Asvj/s=3.14

三层中节点:Hc=(1-0.426)=2.16m

åMb=77.4/0.75+40.13/0.75=156.54KN·m

Vj=(1.5´156.45´103/460)´(1-461/1510)=355.73KN

bb<bc/2=250mm,bj=hc/2=500mm, hj=500mm,hj=1.5

1/γRE(0.3hjfcbjhj)=1/0.85´(0.3´1.5´14.3´500´500)=1894.65KN>355.73

N=0KN

Asvj/s=(γREVj-1.1hjftbjhj-0.05hjNbj/bc)/ fyv(hb0-as’)

=(0.85´352.73´103-1.1´1.5´1.43´500´500)/360´460<0

按构造配筋,节点区配置:4C10@100箍筋,Asvj/s=3.14

三层边节点:Hc=(1-0.44)´3.6+0.412´3.6=3.42m

åMb=131.63/0.75=182.27KN·m

Vj=(1.5´182.17´103/460)´(1-461/2880)=499KN

bb<bc/2=250mm,bj<hc/2=500mm, hj=500mm,hj=1.5

1/γRE(0.3hjfcbjhj)=1/0.85´(0.3´1.5´14.3´500´500)=1893.65KN>489KN

N=214.23KN 0.5fcA=0.5´14.3´500´500=1788.5KN,则N=214.23KN

Asvj/s=(γREVj-1.1hjftbjhj-0.05hjNbj/bc)/ fyv(hb0-as’)

=(0.85´498´103-1.1´1.5´1.43´500´500-0.05´1.5´224.13´103)

/360´460<0所以按照构造进行配筋

节点区配置:4C10@100箍筋,Asvj/s=3.14

四、五层中节点:Hc=(1-0.467)´3.6+0.417´3.6=3.43m

åMb=141.81/0.75+126.34/0.75=361KN·m

Vj=(1.5´360´103/460)´(1-460/2872)=986.76KN

bb<bc/2=250mm,bj<hc/2=500mm, hj=500mm,hj=1.5

1/γRE(0.3hjfcbjhj)=1/0.85´(0.3´1.5´14.3´500´500)=1891.65KN>983.76

N=176.91KN 0.5fcA=0.5´14.3´500´500=1786.5KN,则N=175.92KN

Asvj/s=(γREVj-1.1hjftbjhj-0.05hjNbj/bc)/ fyv(hb0-as’)

=(0.85´986.76´103-1.1´1.5´1.43´500´500-0.05´1.5´176.91´103)

/360´460 =1.41

节点区配置:4C10@100箍筋,Asvj/s=3.14

四、五层边节点:Hc=(1-0.412)´3.6=2.25m

åMb=59.78/0.75=79.85KN·m

Vj=(1.5´79.85´103/460)´(1-460/1600)=185.6KN

bb<bc/2=250mm,bj<hc/2=500mm, hj=500mm,hj=1.5

1/γRE(0.3hjfcbjhj)=1/0.85´(0.3´1.5´14.3´500´500)=1891.65KN>185.6KN

N=0KN

Asvj/s=(γREVj-1.1hjftbjhj-0.05hjNbj/bc)/ fyv(hb0-as’)

=(0.85´186.5´103-1.1´1.5´1.43´500´500)/360´460<0

所以按照构造进行配筋

节点区配置:4C10@100箍筋,Asvj/s=3.14

表8-3 柱的配筋计算表

柱号 层次 M

(kN·m)

N

(kN)

H

(m)

h(mm)e0=M/N

(mm)

ea

(mm)

ei=eo+e

(mm)a

ΨuΨlL0ξ1ξ2ηeξAs=As`Amin(mm2)实配As(mm2)
AD5104.27147.333.3500707.7320727.733.301.001.001.01942.070.04591.026904C18(1017)
43.89265.063.3500165.5920185.593.301.001.001.02399.930.08-59.86690
16.49157.483.3500104.7120124.713.301.001.001.03339.050.05-121.05690
496.06312.713.3500307.1920327.194.131.001.001.02542.620.10313.566904C20(1256)
37.8526.373.350071.812091.814.131.001.001.06307.240.16-393.05690
51.52304.083.3500169.4320189.434.131.001.001.03404.860.09-29.00690
3109.30487.263.3500224.3220244.320.840.844.131.001.001.02459.750.15215.336904C20(1256)
39.92788.023.350050.662070.664.131.001.001.08286.090.24-606.30690
64.61438.583.3500147.3220167.324.131.001.001.03382.750.13-86.05690
2122.06669.733.3500182.2520202.250.840.844.131.001.001.03417.680.20140.216904C22(1520)
29.191044.953.350027.932047.934.131.001.001.11263.360.32-843.43690
78.15563.173.3500138.7720158.774.131.001.001.03374.200.17-109.77690
1114.02853.853.3500133.5420153.540.840.003.721.001.001.03368.430.26-99.026904C25(1963)
30.81304.243.350023.622043.624.131.001.001.12259.050.40-909.74690
78.19685.193.3500114.1120134.114.131.001.001.04349.540.21-221.21690
BC594.78166.153.3500570.4520590.454.131.001.001.01805.880.05500.246904C18(1017)
26.17317.23.350082.5020102.504.131.001.001.05317.930.10-246.77690
118.48207.693.3500570.4720590.474.131.001.001.01805.900.06630.13690
4103.13355.133.3500290.4020310.400.490.493.791.001.001.02525.380.11305.016904C20(1256)
18.84676.283.350027.862047.864.131.001.001.11263.290.21-684.64690
128.91443.913.3500290.4020310.404.131.001.001.02525.830.13418.30690
3122.26538.213.3500227.1620247.160.490.493.791.001.001.02462.140.16246.816904C22(1520)
17.281035.53.350016.692036.694.131.001.001.15252.120.31-933.67690
152.82672.763.3500227.1520247.154.131.001.001.02462.580.20381.72690
2138.86719.103.3500193.1020213.100.490.493.791.001.001.02428.080.22207.586904C25(1936)
16.911394.613.350012.132032.134.131.001.001.17247.560.42-1030.00690
171.07898.873.3500190.3220210.324.131.001.001.03425.750.27360.02690
1133.54899.333.3500148.4920168.490.490.003.541.001.001.03383.140.2710.206904C25(1936)
9.671753.763.35005.512025.514.131.001.001.21240.940.53-1037.70690
166.921124.163.3500148.4820168.484.131.001.001.03383.910.34217.59690

8.2.3斜截面承载力

以第5层AD号柱为例,

剪力设计值:Vc=42.24KN

剪跨比λ=6.71>3,取λ=3

N=157.48KN<0.3fcmbh=0.3×14.3×5002/103=1072.5KN

故取N=157.48KN

V = 1.75ftbh0/(λ+1.0)+ 0.07N

=1.75×1.43×500×460/(3+1.0)+0.07×157.48×103

=154.92KN

故该层柱应按构造配置箍筋。

箍筋配置:加密区双肢C8@100,长度取为1200mm,非加密区双肢C8@200,

查表可得,λv=0.06,于是可得最小配筋率:ρmin=λvfcm/fyv=0.06×14.3/270=0.32%

柱箍筋的体积配筋率:ρv=ΣAsvili/Acors

ρv==50.3×500×8/(100×500×500)=0.8%>0.6%,满足要求。

其它各层柱的配筋计算见下表:

表8-4柱的配筋计算表

柱号 层次 γREV 0.25fcβcbh0 N

(kN)

0.3fcA

(kN)

N

实际取值

VAsv/S

(mm)

λvfcm/fyv

(%)

加密区

@100

非加密区@200
AD542.24822.3157.481072.5157.48154.92<00.324C84C8
444.67822.3304.081072.5304.08165.18<00.324C84C8
354.20822.3438.581072.5438.58174.59<00.324C84C8
260.69822.3563.171072.5563.17183.32<00.324C84C8
156.96822.3685.191072.5685.19191.86<00.324C84C8
BC539.56822.3207.691072.5207.69158.43<00.324C84C8
448.81822.3443.911072.5443.91174.97<00.324C84C8
360.10822.3672.761072.5672.76190.99<00.324C84C8
267.74822.3898.871072.5898.87206.81<00.324C84C8
166.98822.31124.161072.51124.16222.58<00.324C84C8

8.3楼板设计

8.3.1楼板类型及设计方法的选择

在本方案中,lo2/lo1=1.1,故属于双向板。设计时按塑性较线法设计。

 8.3.2设计荷载

1-4层:

活载:卫生间的活载:2.5 kN/㎡,走廊q=3.5KN/㎡,教室的活载:2.5 kN/㎡,

恒载:g=3.567KN/m

5层屋面:

活载:q=2.0KN/㎡

恒载:g=6.48KN/㎡

计算跨度:

内跨:lo=le-b

边跨:10=1c-250+50-b/2

,混凝土用C30,钢筋为HRB400,楼板厚120mm

8.3.3 弯矩计算

取m2=am1,a=1/n²=1/1=1(其中n为长短跨比值)

β的值取为=2,

2Mx+2My+Mx1+Mx2+My1+My2=Pulo12(31y-1x)/12

对于1-5层楼面,

A区板格:

Lox=3000-300

=2700mm

Loy=3000-200×2+100

=2700mm

a=1/n²=1.00

Mx=Mx(loy-lox/4)

=Mx(2.7-2.7/4)

=2.03Mx

My=3amxlox/4=3x1x5.7mx/4

=2.03mx

Mx1=Mx2=βmxloy=2mx2.7=5.4mx

My1=My2=βmxlox=2mx2.7=5.4mx

将以上数据代入公式

2Mlu+2M2u+M11+M1u1+M2u1+M2u1=Pu1o12(3102-101)/12

得2×4.375mx+2×4.375mx+2×12.4mx+2×12.4mx

=0.8×6.067×5.72×(3×2.7-2.7)/12

mx=0.75KN.m

my=1.00×0.75=0.75KN.m/m

Mx1=Mx2=2×0.75=1.50KN.m/m

My1=My2=2×0.75=1.50KN.m/m

其它区格板计算结果列于下表:

表8-51-4层楼面的弯矩表(KN.m)

标准层 Lox Loy α Mx My Mx1 Mx2 My1 My2 p mx my Mx` My`
区隔板A 2.70 2.70 1.00 2.03 2.03 5.40 5.40 5.40 5.40 4.85 0.56 0.56 1.12 1.12
区隔板B 2.85 2.70 1.11 1.99 2.38 0.00 5.40 5.70 5.70 6.07 0.95 1.05 1.90 2.10
区隔板C 5.7 6.6 0.75 6.53 0.28 11.40 11.40 0.00 13.20 5.57 1.41 1.43 2.82 2.86
区隔板D 5.85 6.6 0.79 6.49 0.33 0.00 11.70 0.00 13.20 5.57 2.64 2.66 5.28 5.32

表8-6 层屋面按的弯矩表(KN.m)

标准层 Lox Loy α Mx My Mx1 Mx2 My1 My2 p mx my Mx` My`
区隔板A 2.70 2.70 1.00 2.03 2.03 5.40 5.40 5.40 5.40 6.79 0.75 0.75 1.50 1.50
区隔板B 2.85 2.70 1.11 1.99 2.38 0.00 5.40 5.70 5.70 8.52 1.33 1.47 2.66 2.94
区隔板C 5.7 6.6 0.75 6.53 0.28 11.40 11.40 0.00 13.20 8.52 2.23 2.43 4.46 4.86
区隔板D 5.85 6.6 0.79 6.49 0.33 0.00 11.70 0.00 13.20 8.52 3.29 3.30 6.58 6.60

 8.3.4 板的截面设计

受拉钢筋的截面面积:

As=m/(rshofy),rs取为0.95。

ho1=h-20=120-20=100mm,

As=m/(rshofy)

As==0.54×106/0.95/270/100=26.32mm2,选配的钢筋为:C10@200,截面面积为As=251mm2

各层楼面和屋面的截面计算与配筋表:

表8-71-4层的截面计算与配筋表

截面 m h0 As 实际配筋
跨中 A区格 L0x方向 0.56 100 27.29 C10@200
L0y方向 0.56 90 31.19 C10@200
B区格 L0x方向 0.95 100 46.30 C10@200
L0y方向 1.05 90 58.48 C10@200
C区格 L0x方向 1.41 100 68.71 C10@200
L0y方向 1.43 90 79.64 C10@200
D区格 L0x方向 2.64 100 128.65 C10@200
L0y方向 2.66 90 148.15 C10@200
支座 A-B 1.12 100 54.58 C10@150
A-C 1.12 100 54.58 C10@150
B-D 2.10 100 102.34 C10@150
C-D 2.82 100 137.43 C10@150
截面 m h0 As 实际配筋
跨中 A区格 L0x方向 0.75 100 36.55 C10@200
L0y方向 0.75 90 41.77 C10@200
B区格 L0x方向 1.33 100 64.81 C10@200
L0y方向 1.47 90 81.87 C10@200
C区格 L0x方向 2.23 100 108.67 C10@200
L0y方向 2.43 90 135.34 C10@200
D区格 L0x方向 3.29 100 160.33 C10@200
L0y方向 3.30 90 183.79 C10@200
支座 A-B 1.50 100 73.10 C10@150
A-C 1.50 100 73.10 C10@150
B-D 2.94 100 143.27 C10@150
C-D 4.46 100 217.35 C10@150

表8-85层屋面的截面计算与配筋表

 9楼梯计算

  9.1示意图

太原青羊中学教学楼设计

太原青羊中学教学楼设计

图9-1楼梯示意图

 9.2荷载计算

根据中小学设计规范,楼梯的踏步尺寸取为:b×h=300mm×150mm,

则其跨度为:L0=L1+b1/2

L0-b=3.00+0.20/2-0.30=2.80m,则cosα=0.894

荷载计算

梯段板:

面层:gkm=(B+B·h/b)qm

gkm=(1+1×0.15/0.30)×1.70=2.55kN/m

重量:gkt=RcBc/cosa+h/2)

gkt=25×1×(0.10/0.89+0.15/2)=4.67kN/m

抹灰:gks=RsB.c/cosa=20×1×0.02/0.89=0.45kN/m

恒荷标准值:Pk=gkm+gk+gks+qr

Pk=2.55+4.67+0.45+0.20=7.87kN/m

恒荷控制:Pn(G)=1.35gk+1.4·0.7·B·q

Pn(G)=1.35×7.87+1.4×0.7×1×2.50=13.07kN/m

活荷控制:Pn(L)=1.2gk+1.4·B·q

Pn(L)=1.2×7.87+1.4×1×2.50=12.94kN/m

荷载设计值:Pn=max{Pn(G),Pn(L)}=13.07kN/m

正截面受弯承载力计算:

左端支座反力:R1=18.30kN

右端支座反力:Rr=18.30kN

最大弯矩截面距左支座的距离:Lmax=1.40m

最大弯矩截面距左支座的距离:x=1.40m

Mmax=RILmax-Pnx2/2

=18.30×1.40-13.07×1.402/2

=12.81kN.m

ξ=0.151429

p=0.010312

纵筋的计算面积:As=724.93mm2

支座负筋的计算面积:As`=αAs=0.25×824.93=206.23mm2

跨中的纵向钢筋计算面积为:As=724.93mm2

采用方案:C12@150

实配面积:753.98mm2

2/3号钢筋计算结果(支座)

计算面积As`:206.23mm2

采用方案:C10@150

实配面积:523.60mm2

4号钢筋计算结果

采用方案:C10@150

实配面积:523.60mm2

参考文献

[1]现行建筑设计规范大全.北京:中国建筑工业出版社,2001.

[2]建筑结构荷载规范(GB50009-2012)

[3]混凝土结构设计规范(GB50010-2010)北京:中国建筑工业出版社,2015.

[4]建筑抗震设计规范(GB50011-2010)北京:中国建筑工业出版社,2016.

[5]龙驭球、包世华.结构力学教程.北京:高等教育出版社,2001.

[6]刘立新.砌体结构.武汉:武汉理工大学出版社,2001.

[7]赵明华.基础工程武汉:武汉理工大学出版社,2000.

[8]沈蒲生.混凝土结构设计.北京:高等教育出版社,2005.

[9]李必瑜.房屋建筑学.武汉:武汉理工大学出版社,2000.

[10]龙炳煌.建筑抗震减震原理.武汉:湖北科学技术出版社,2000.

[11]中小学校设计规范(GB50099-2011)

致谢

转眼间,四年的大学生活就要结束,毕业设计也要接近终点了,意味着我的四年大学生活将要结束了,借此机会我对在这段时间里给过我帮助和关心的人表示感谢。首先要感谢的是四年以来那些为我们辛劳付出的老师们,因为你们给我们创造了这样一个学习和上进的氛围,让我在这里茁壮成长。另外还要感谢我的同窗好友以及师兄师姐学弟学妹们,四年里是你们的陪伴,让我慢慢成长,逐渐长大。

由于今年因疫情的特殊影响,这次毕业设计过程中和以往不太一样,指导老师要通过线上的方式进行纠错和指导,而我们自己也要克服很多困难,来面临这次的挑战。在此老师的指导和帮助表示诚恳的感谢,她对我的这次毕业设计提出了很多宝贵的意见。在设计过程中,我犯了很多的错误,甚至有些本不应该犯的低级错误,在老师的耐心指导下,我一一进行了修改。正是在陈老师的认真帮助我的毕业设计才能够顺利进行。

在本次设计的编写过程中,我虽然尽力想要达到计算和表达的准确,但由于水平有限,设计中难免有不妥之处,恳请各位老师批评指正。

太原青羊中学教学楼设计

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价格 ¥9.90 发布时间 2023年5月7日
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