镇江市某高校综合服务楼设计本科生土木工程框架结构毕业设计.docx
《镇江市某高校综合服务楼设计本科生土木工程框架结构毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《镇江市某高校综合服务楼设计本科生土木工程框架结构毕业设计.docx（126页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
镇江市某高校综合服务楼设计本科生土木工程框架结构毕业设计
镇江市某高校综合服务楼设计
附录PKPM框架计算数据图
第一章结构选型与布置
1.1工程概况
本毕业设计“镇江市某高校综合服务楼设计”为有实际工程应用需求的课题。
其工程地点位于江苏省镇江市，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第一组。
建筑场地长宽约54m×17m，建筑面积约5832m2，为三跨六层钢筋混凝土规则框架。
根据勘察报告，工程场地Ⅱ类，采用柱下独立基础，建筑设计宜考虑电梯间。
标准层平面及剖面简图见图1-1，1-2。
1.2工程地质资料
（1）经勘察查明，根据地层的沉积特点和物理力学特性自上而下共可划分为3层，各土层描述如下：
①层：
素填土，灰褐色，主要成分为粉质粘土。
该层土场地普遍分布，约0.5m厚。
②层：
中密卵石。
该层土场地普遍分布，约5.2m厚。
③层：
密卵石，该层土本次钻探未钻穿。
（2）基础型式及持力层：
本工程采用独立基础；基础持力层位于第3层密卵石，地基承载力特征值Fak=260KPa
（3）本工程地下水埋深为10米左右，地下水对钢筋混凝土结构不具侵蚀性。
（4）建筑场地类别:
Ⅱ类（特征周期0.45s）。
1.3荷载资料
办公楼办公室楼面活荷载标准值：
2.0kN/m2
走廊楼面活荷载标准值：
2.5kN/m2
楼梯间活荷载标准值：
3.5kN/m2
不上人屋面活荷载标准值：
0.7kN/m2
雪荷载标准值：
3.5kN/m2
本工程不考虑风荷载影响。
1.4建筑构造
屋面：
35厚490×490的C20预制钢筋混凝土架空板、防水层、20厚1:
3水泥砂浆找平层，现浇钢筋混凝土屋面板、12厚纸筋石灰粉平顶；
楼面：
10厚1:
2水泥砂浆面层压实抹光、15厚1:
3水泥砂浆找平层、现浇钢筋混凝土楼面板、12厚纸筋石灰粉平顶；
围护墙：
采用200厚混凝土空心小砌块（容重2.36kN/m2），M5混合砂浆砌筑，双面粉刷（容重3.6kN/m2），每开间采用1500×1800通长塑钢窗。
图1-1剖面简图
计算单元
第二章确定计算简图
2.1确定计算简图
本工程横向计算单元取5号轴线一榀框架，计算简图如图。
本工程采用独立基础，基底底标高设为-1.5m，初步假设承台高度0.6m，则底层柱高为h1=3.3+1.5-0.6=4.2m，二到四层柱高为h2-h4=3m。
柱节点刚接，横梁计算跨度取柱中心间距，三跨分别为l=6900、3000、6900。
计算简图见图2-1。
2.2梁柱截面尺寸
柱统一定为400×500，横梁统一250×600，纵向连续梁250×500。
图2-1计算简图
2.3材料强度等级
混凝土：
均采用C30级
受力钢筋采用HRB400钢筋，箍筋采用HPB300钢筋。
2.4荷载计算
以③轴线横向框架为计算分析对象，计算简图见图2-2：
图2-2荷载计算简图
2.4.1屋面横梁竖向线荷载标准值
（1）恒载
屋面恒载标准值：
35厚架隔热板0.035×25=0.875kN/m2
防水层0.4kN/m2
20厚1:
3水泥砂浆找平层0.02×20=0.4kN/m2
120厚钢筋混凝土现浇板0.12×25=2.5kN/m2
12厚纸筋石灰粉平顶0.012×16=0.192kN/m2
屋面恒载标准值：
4.87kN/m2
梁自重：
边跨AB，CD跨：
0.25×0.6×25=3.75kN/m
粉刷层：
2×（0.6-0.12）×0.02×17=0.33kN/m
中跨BC跨：
0.25×0.4×25=2.5kN/m
粉刷层：
2×（0.4-0.12）×0.02×17=0.19kN/m
梁自重：
6.77kN/m
作用在顶层框架梁上的线恒荷载标准值为：
梁自重：
g6AB1=g6CD1=4.08kN/m，g6BC1=2.69kN/m
板传来的荷载：
g6AB2=g6CD2=4.87×4.2=20.45kN/m，g6BC2=4.87×3==14.61kN/m
（2）活载
q6AB=q6CD=0.7×4.2=2.94kN/m，q6BC=0.7×3=2.1kN/m
2.4.2楼面横梁竖向线荷载标准值
（1）恒载
25厚水泥砂浆面层0.025×20=0.50kN/m2
120厚钢筋混凝土现浇楼板0.12×25=3kN/m2
12厚板底粉刷0.012×16=0.192kN/m2
楼面恒载标准值：
3.692kN/m2
梁自重：
边跨4.08kN/m，中跨2.69kN/m
板传来荷载：
gAB2=gCD2=3.692×4.2=15.5kN/m，gBC2=3.692×3=11.08kN/m
（2）活载
qAB=qCD=2.0×4.2=8.7kN/m，qBC=2.5×3=7.5kN/m
2.4.3屋面框架节点集中荷载标准值
（1）恒载
顶层边节点集中荷载：
边跨连续梁自重0.25×0.50×4.2×25=13.13kN
粉刷2×（0.5-0.12）×0.02×4.2×17=1.08kN
0.9m女儿墙0.9×4.2×2.36=8.92kN
粉刷0.9×2×0.02×4.2×17=2.57kN
连续梁传来屋面自重：
0.5×4.2×0.5×4.2×4.87=21.48kN
顶层边节点集中荷载g6A=g6B=47.18kN/m
顶层中节点集中荷载：
中柱连续梁自重0.25×0.5×4.2×25=13.13kN
粉刷（0.5-0.12）×2×0.02×4.2×17=1.09kN
连续梁传来屋面自重0.5×4.2×0.5×4.2×4.87=21.45kN
0.5×（4.2+4.2-3）×3/2×4.37=17.70kN
顶层中节点集中荷载G4B=G4C=53.37kN
（2）活载
q6A=q6D=0.5×4.2×0.5×4.2×0.7=3.09kN
q4B=q4C=0.5×4.2×0.5×4.2×0.7+0.5×（4.2+4.2-3）×3/2×0.7=7.25kN
2.4.4楼面框架节点荷载标准值
（1）恒载：
中间层边节点集中荷载：
边柱连系梁自重13.13kN
粉刷1.08kN
钢窗自重1.8×1.5×0.4=1.08kN
窗下墙体自重（4.2-0.4）×（3.3-0.8-1.5）×2.36=8.97kN
粉刷2×3.8×1×0.02×17=2.58kN
窗边墙体自重1.5×（3.8-1.8）×2.36=7.14kN
粉刷2×1.5×1×0.02×17=1.02kN
连系梁传来楼面自重0.5×4.2×0.5×4.2×3.692=16.28kN
中间层边节点集中荷载：
GA=GD=51.3kN
框架柱自重0.4×0.5×3.3×25=13.2kN
中间层中节点集中荷载：
中柱连系梁自重：
13.13kN粉刷1.09kN
内墙自重（忽略门窗）：
（4.2-0.4）×（3.3-0.6）×2.36=23.3kN
粉刷2×3.8×3×0.02×17=7.75kN
连续梁传来楼面自重0.5×0.5×4.2×4.2×3.692=16.28kN
0.5×（4.2+4.2-3）×3/2×3.692=14.95
中间层中节点集中荷载GB=GC=76.5kN，柱传来集中荷载GB’=GC’=13.2kN
（2）活载
QA=QD=0.5×4.2×0.5×4.2×2.0=8.82kN
QB=QC=0.5×4.2×0.5×4.2×2.0+0.5×（4.2+4.2-3）×3/2×2.5=18.95kN
2.4.5地震作用
（1）建筑物总重力荷载代表值Gi的计算
集中于屋盖处的质点重力荷载代表值G6：
50%雪荷载：
0.5×0.35×52.8×12.8=118.27kN
层面恒载：
4.87×52.8×12.8=3291.34kN
横梁：
（4.08×6.9×2+2.69×3）×14=901.24kN
纵梁：
（13.13+1.08）×13×2+（13.13+1.09）×13×2=739.18kN
女儿墙：
0.9×2.36×（52.8+12.8）×2=278.67kN
柱重：
0.4×0.5×25×1.5×56=420kN
横墙：
2.36×（25×6.9×1.5+（3×1.5-1.8×1.5/2）×2）=625.52kN
纵墙：
（4.2×1.5-1.8×1.5/2）×2.36×26+4.2×1.5×2.36×25=675.43kN
钢窗：
24×1.8×1.5×0.5×0.4=12.96kN
G6=7092.6kN
集中于3-6层质点重力荷载代表值G5-G2：
50%楼面活荷载：
0.5×（52.8×3×2.5+2×3.6×6.9×3.5+（52.8×2-3.6×3）×6.9×2.0）=939.06kN
楼面恒载：
3.692×52.8×6.9×2+3.192×52.8×3=3195.75kN
横梁：
901.24kN
纵梁：
739.18kN
柱重：
420×2=840kN
横墙：
625.52×2=1251.04kN
纵墙：
675.43×2=1350.86kN
钢窗：
12.96×2=25.92kN
G2~G5=9243.1kN
集中于2层处质点重力荷载代表值G1：
50%楼面活荷载939.06kN
楼面恒载3195.75kN
横梁901.24kN
纵梁739.18kN
柱重0.4×0.5×25×（1.5+2.1）×56=1008kN
横墙625.52+625.52×2.1/1.5=1501.24kN
纵墙675.43+675.43×2.1/1.5=1621.1kN
钢窗25.92kN
G1=9931.49kN
（2）地震作用计算
①框架柱的抗侧移刚度：
在计算梁柱线刚度时，考虑楼板对框架梁的影响，在现浇楼盖中，中框架梁的抗弯惯性矩取I=2I0，边框架梁取I=1.5I0。
梁柱线刚度见表，每层框架柱总抗侧刚度见表2-1，2-2
表2-1横梁、柱线刚度
杆件
截面尺寸
Ec
（kN/mm2）
I0
（mm4）
I
（mm4）
L
（mm）
i
（kN·mm）
相对刚度
边框架梁
250×600
25.5
4.5×109
6.75×109
6900
2.49E+07
1.00
边框架梁
250×600
25.5
4.5×109
6.75×109
3000
5.74E+07
2.31
中框架梁
250×600
25.5
4.5×109
9.00×109
6900
3.33E+07
1.33
中框架梁
250×600
25.5
4.5×109
9.00×109
3000
7.65E+07
3.07
底层框架柱
400×500
25.5
4.16×109
4.16×109
4200
2.53E+07
1.01
中层框架柱
400×500
25.5
4.16×109
4.16×109
3000
3.54E+07
1.42
表2-2框架柱横向侧移刚度D值
层
柱类型
K
α
D（kN/mm）
根数
二到六层
边框边架柱
0.7
0.26
12.22
4
边框架中柱
2.33
0.54
25.37
4
中框架边柱
0.94
0.32
15.07
24
中框架中柱
3.1
0.61
28.66
24
底层
边框边架柱
0.99
0.50
8.56
4
边框架中柱
3.28
0.72
12.30
4
中框架边柱
1.31
0.55
9.40
24
中框架中柱
4.35
0.76
13.12
24
底层：
ΣD=4×（8.56+12.30）+24×（9.4+13.12）=623.92kN/mm
二~六层：
ΣD=4×（12.22+25.37）+24×（15.06+28.66）=1199.63kN/mm
②框架自振周期计算
表2-3框架顶点假象水平位移Δ计算表
层
Gi（kN）
ΣGi（kN）
ΣD（kN/mm）
δ
Δ（mm）
Σ20Gi/hi
Di>=Σ20Gi/hi
6
7092.6
7092.6
1199.63
5.91
193.16
47.284
满足
5
9243.1
16335.7
1199.63
13.62
187.24
108.9047
满足
4
9243.1
25578.8
1199.63
21.32
173.63
170.5253
满足
3
9243.1
34821.9
1199.63
29.03
152.30
232.146
满足
2
9243.1
44065
1199.63
36.73
123.28
293.7667
满足
1
9931.5
53996.5
623.92
86.54
86.54
257.1262
满足
则自振周期为：
T1=1.70α0
=0.448s
其中α0为考虑结构非承重砖墙影响的折减系数，对于框架取0.6，Δ为框架框架顶点假象水平位移，计算见表2-3。
③地震作用计算
根据本工程地震设防烈度7，II类场地，设计地震分组为第一组，查规范得Tg=0.35s，αmax=0.08。
结构等效总重力荷载Geq=0.85×GL=0.85×53996.5=45897.025kN
因为T1<1.4Tg，故不考虑框架顶部集中力。
框架横向水平地震作用标准值为：
结构底部：
FEK=α1Geq==0.064×45897=2937.4kN
各楼层的地震作用标准值由表2-4计算列出
表2-4楼层地震作用和地震剪力标准值计算表
层
Hi（mm）
Gi（kN）
GiHi
Fi
Vi（kN）
6
19.2
7092.6
136177.9
655.25
655.25
5
16.2
9243.1
149738.2
720.50
1375.75
4
13.2
9243.1
122008.9
587.07
1962.82
3
10.2
9243.1
94279.62
453.65
2416.47
2
7.2
9243.1
66550.32
320.22
2736.69
1
4.2
9931.5
41712.3
200.71
2937.40
本工程计算多遇地震作用下横向框架弹性侧移，见表2-5，对于钢筋混凝土框架，[θe]=1/550。
表2-5层间弹性侧移验算
层
h（m）
Vi
ΣDi
Δμe
[θe]hi
6
3000
655.2505
1199.63
0.55
5.45
5
3000
1375.749
1199.63
1.15
5.45
4
3000
1962.823
1199.63
1.64
5.45
3
3000
2416.47
1199.63
2.01
5.45
2
3000
2736.692
1199.63
2.28
5.45
1
3300
2937.4
623.92
4.71
6.00
通过以上计算结果看出，各层层间弹性位移均满足要求，即Δμe≤[θe]h。
第三章框架内力计算
3.1恒载作用下的框架内力
1、弯矩分配系数
由于该框架为对称框架，取一半框架进行简化计算，如图3-1
3.54
D6
B6
A6
60.03
-64.19
60.03
-64.19
60.03
-64.19
60.03
-64.19
-64.19
60.03
74.92
-81.04
1500
B
4200
11.08
4.08
4.08
4.08
4.08
4.08
4.08
1500
C
6900
B5
A5
D5
B4
A4
D4
D3
B3
A3
D2
B2
A2
D1
B1
A1
图3-1横向框架承担的恒载和节点不平衡弯矩
各节点弯矩分配系数如下表3-1
表3-1弯矩分配系数
节点
S上
S下
S左
S右
ΣS
μ上
μ下
μ左
μ右
A1
5.68
4.04
0
5.32
15.04
0.38
0.27
0.00
0.35
A2-A5
5.68
5.68
0
5.32
16.68
0.34
0.34
0.00
0.32
A6
0
5.68
0
5.32
11
0.00
0.52
0.00
0.48
B1
5.68
4.04
5.32
6.14
21.18
0.27
0.19
0.25
0.29
B2-B5
5.68
5.68
5.32
6.14
22.82
0.25
0.25
0.23
0.27
B6
0
5.68
5.32
6.14
17.14
0.00
0.33
0.31
0.36
2、杆端弯矩计算（单位：
kN·m）
（1）顶层横梁
自重：
MA6B6=-M6B6A=-1/12ql2=-1/12×4.08×6.92=-16.19
MB6D6=-1/3ql2=-1/3×3.75×1.52=-2.81
MD6B6=1/2M6B6D=-1.41
板传来的恒载：
MA6B6=-MB6A6=-1/12ql2（1-2a2/l2+a3/l3）=-1/12×20.45×6.92×（1-2×2.12/6.92-2.13/6.93）=-68.39
MB6D6=-5/96ql2=-5/96×14.61×32=-6.85
MD6B6=-1/32ql2=-1/32×14.61×32=-4.11
（2）中间层横梁
自重：
MAiBi=-MBiAi=-1/12ql2=-1/12×4.08×6.92=-16.19
MBiDi=-1/3ql2=-1/3×3.75×1.52=-2.81
MDiBi=1/2MBiDi=-1.41
板传来的恒载：
MAiBi=-MBiAi=-1/12ql2（1-2a2/l2+a3/l3）=-1/12×15.5×6.92×（1-2×2.12/6.92+2.13/6.93）=-51.84
MBiDi=-5/96ql2=-5/96×11.08×32=-5.19
MDiBi=-1/32ql2=-1/32×11.08×32=-3.11
（3）纵梁引起的柱端附加弯矩
顶层外纵梁：
47.18×0.075=3.54
楼层外纵梁51.3×0.075=3.84
3、不平衡弯矩
MA6=-16.19-68.39+3.54=-81.04kN·m
MB6=-2.81+16.19+68.39-6.85=74.92kN·m
MA1,2,3,4,5=-16.19-51.84+3.84=-64.19kN·m
MB1,2,3,4,5=16.19+51.84-2.81-5.19=60.03kN·m
4、内力计算
根据对称原则，只计算AB、BC跨。
恒载作用下，弯矩分配过程如下图3-2所示，弯矩、梁剪力轴力见图3-3。
-81.04
74.92
顶层
0.52
0.52
0.48
0.31
0.36
0.33
↑
↓
→
↑
←
→
↓
-84.58
84.58
-9.66
-5.52
42.14
38.90
19.45
-7.50
6.65
-13.46
-26.93
-31.27
-28.67
31.27
3.54
3.27
1.64
1.87
52.33
-55.87
-1.09
-1.26
-1.16
1.26
77.65
-42.19
-35.45
27.01
-64.19
60.03
六层
0.34
0.34
0.32
0.25
0.23
0.27
0.25
-68.03
68.03
-8.00
-4.52
21.07
10.91
-6.90
-15.01
-13.81
-16.21
-15.01
16.21
13.30
13.30
12.52
-14.33
6.26
-6.91
1.77
-1.47
1.72
3.75
3.45
4.05
3.75
-4.05
-0.69
-0.69
-0.65
-25.59
63.93
-20.16
-18.17
7.64
35.45
22.05
-61.34
-64.19
60.03
五层
0.34
0.34
0.32
0.25
0.23
0.27
0.25
-68.03
68.03
-8.00
-4.52
21.82
21.82
20.54
-7.50
10.27
-7.50
6.65
8.38
-6.36
-13.82
-12.72
-14.93
-13.82
14.93
-2.95
-2.95
-2.77
1.87
-1.39
0.73
25.53
27.25
-56.62
-0.30
-0.28
-0.33
-0.30
0.33
-19.76
63.92
-23.26
-20.90
10.74
-64.19
60.03
四层
0.34
0.34
0.32
0.25
0.23
0.27
0.
升级会员 