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结构设计论文
市江津区小镇1号楼
西南大学专业名称:
建筑工程学生:
胡海
指导教师:
艾大利
摘要:
本工程名称为市江津区小镇1号楼,结构为全现浇混凝土框架结构,6层。
工程所在地区为市江津区,抗震设防等级为6度,需要进行抗震设计。
设计过程遵循先建筑后结构再施工的顺序进行。
抗震结构在地震作用下,为了有良好的耗能能力以及在强震下结构不倒塌,其构件应有足够的延性。
要设计延性框架结构,需满足“强柱弱梁,强剪弱弯,强节点弱构件”的要求,并进行相应的力调整,然后由调整后的力值进行配筋计算。
本工程采用钢筋混凝土框架结构体系(横向承重),因此选择了有代表性的一榀框架进行计算。
设计计算整个过程中综合考虑了技术经济指标和施工工业化的要求。
关键词:
抗震设计框架结构配筋计算技术经济指标
一、编制依据及说明
本工程施工组织设计,主要依据目前国家对建设工程质量、工期、安全生产、文明施工、降低噪声、保护环境等一系列的具体化要求,依照《中华人民国建筑法》、《建设工程质量管理条例》、《国家现行建筑工程施工与验收技术规》、《建筑安装工程质量检验评定标准》、《住宅楼招标文件》、《施工招标评定标办法》,《答疑会纪要》以及根据政府建设行政主管部门制定的现行工程等有关配套文件,结合本工程实际,进行了全面而细致的编制。
1、工程施工组织设计编制的依据
国家标准《工程测量规》GBJ50026-2006
国家标准《建筑地基基础工程施工质量验收规》GB50202-2002
国家标准《混凝土质量控制标准》GBJ50205-2002
国家标准《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001
国家标准《混凝土强度评定标准》GB/T50107-2010
国家标准《建设工程项目管理规》GB/T50326-2001
行业标准《建筑地基处理技术规》JGJ79-2001
行业标准《混凝土泵送施工技术规程》JG/1T0-2005
行业标准《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规》JGJ130-2001
二、工程概况
1、建筑设计特点
本工程位于市江津区,尺寸为38.140×17.700米,建筑面积为3573.7平方米,为六层框架结构,全部民用住宅楼,全部层高3.000米,建筑物高度21.000米,室外高差为0.45米。
抗震设防烈度为6度。
工程做法:
外墙饰面:
一层室标高以上为白色仿石漆,一层室标高以下为石岛红理石(600x900mm)。
墙饰面:
卫生间采用200×300瓷片,其它为石灰砂粉刷。
楼地面:
全部楼地面为均为瓷铺地砖。
顶面:
抹水泥石膏砂浆,刷106涂料。
屋面:
全部为上人屋面。
2、结构设计特点
地基处理:
地基采用强夯,2.3米以下用3:
7灰土夯实0.5米厚
基础形式:
基础采用独立柱基础。
砌体材料:
-0.45以下,用MU10普通机制粘土砖,M10水泥沙浆砌筑,全部均采用用MU10普通机制空心砖,M10混合砂浆砌筑。
结构:
受力钢筋主筋保护层厚度:
基础为35mm,梁柱为25mm,板为15mm。
板全部采用混凝土现浇板,砼强度等级:
基础砼垫层为C20,其它砼C30。
三、设计资料
1、冬季采暖室外空气计算温度3℃,夏季通风室外空气计算温度33℃,冬季采暖室空气计算温度18℃;
2、市基本风压0.40kN/m2;
3、常年地下水位较高,水质对混凝土有一定的侵蚀作用;
4、地基承载力特征值为280kN/m2,Ⅱ类场地;
5、建筑结构设计使用年限50年,安全等级二级。
6、建筑抗震设防类别为丙类,设防烈度6度,设计基本地震加速度值0.05g,设计地震分组为第二组,Ⅱ类场地设计特征周期0.3s
7、结构形式为框架结构,框架抗震等级为三级。
四、柱网布置
1、柱网布置图
本住宅楼全部层高均为3.0m。
主体结构布置图如下图1所示:
图1主体结构柱网布置图
2、框架结构承重方案的选择
竖向荷载的传力途径:
楼板的均布荷载和恒载经次梁间接或直接传至主梁,再由主梁传至框架柱,最后传至地基。
根据以上楼盖的平面布置及竖向荷载的传力途径,本办公楼框架的承重方案为横向框架承重方案,这可使横向框架梁的截面高度大,增加框架的横向侧移刚度。
五、梁、柱截面尺寸的初步确定
1、梁截面尺寸的初步确定
梁截面高度一般取跨度的1/12--1/8进行计算。
本方案中,边横梁高h=(1/12--1/8)l=1/12×6000--1/8×6000=500mm--875mm,取h=800mm,截面宽度h=1/2h=300mm,取400mm。
同理计算其他跨的梁截面,见表1。
表1梁截面尺寸表(mm)
混凝土等级
横梁(b×h)
次梁(b×h)
C30
250×500
250×400
2、柱的截面尺寸估算
根据柱的轴压比限值按下列公式计算:
(1)柱组合的轴压力设计值N=βFgEn
注:
β--考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数,边柱取1.3,不等跨柱取1.25,等跨柱取1.2。
F--按简支状态计算柱的负载面积。
gE--折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值,可近似的取12~15kN/m2。
n--验算截面以上的楼层层数。
(2)Ac≥N/uNfc
注:
uN--框架柱轴压比限值,对一级,二级,三级抗震等级,分别取0.7,0.8,0.9。
本方案为三级抗震等级,故取0.9。
fc--为混凝土轴心抗压强度设计值,对C30,查得fc=14.3N/mm2,ft=1.43N/mm2。
(3)计算过程:
对于边柱:
N=βFgEn=1.3×3.0×6.6×12×5=1544.4kN
Ac=N/uNfc=1544.4×103/0.9×14.3=120000.0mm2
对于中柱:
N=βFgEn=1.25×19.8×12×5=1485.00kN
Ac=N/uNfc=1485.00×103/0.9×14.3=115384.62mm2
综合以上计算结果,取柱截面为正方形√(120000)=346.41mm,为安全起见,全部楼层均取b×h=400mm×400mm。
六、楼板计算
本工程楼板计算书,计算方法一样,故只取其中具有代表性的房间
次房间
(1)计算
(1)、基本资料
1、房间编号:
37
2、边界条件(左端/下端/右端/上端):
固定/固定/固定/固定/
3、荷载:
永久荷载标准值:
g=5.00+3.00(板自重)=8.00kN/m2
可变荷载标准值:
q=2.00kN/m2
计算跨度 Lx=4200mm ;计算跨度 Ly=4200mm
板厚 H=120mm;砼强度等级:
C30;钢筋强度等级:
HPB300
4、计算方法:
弹性算法。
5、泊松比:
μ=1/5.
6、考虑活荷载不利组合。
7、程序自动计算楼板自重。
(2)、计算结果
Mx=(0.01760+0.01760/5)*(1.35*8.00+0.98*1.00)*4.2^2=4.39kN·m
考虑活载不利布置跨中X向应增加的弯矩:
Mxa=(0.03680+0.03680/5)*(1.4*0.70)*4.2^2=0.76kN·m
Mx=4.39+0.76=5.15kN·m
Asx=286.58mm2,实配φ8150(As=372.mm2)
ρmin=0.239%,ρ=0.310%
My=(0.01760+0.01760/5)*(1.35*8.00+0.98*1.00)*4.2^2=4.39kN·m
考虑活载不利布置跨中Y向应增加的弯矩:
Mya=(0.03680+0.03680/5)*(1.4*0.70)*4.2^2=0.76kN·m
My=4.39+0.76=5.15kN·m
Asy=286.58mm2,实配φ8150(As=372.mm2)
ρmin=0.239%,ρ=0.310%
Mx'=0.05130*(1.35*8.00+0.98*2.00)*4.2^2=11.55kN·m
Asx'=472.05mm2,实配φ8100(As=559.mm2,可能与邻跨有关系)
ρmin=0.239%,ρ=0.465%
My'=0.05130*(1.35*8.00+0.98*2.00)*4.2^2=11.55kN·m
Asy'=472.29mm2,实配φ8100(As=559.mm2,可能与邻跨有关系)
ρmin=0.239%,ρ=0.465%
(3)、跨中挠度验算
Mq--------按荷载效应的准永久组合计算的弯矩值
(1)、挠度和裂缝验算参数:
Mq=(0.01760+0.01760/5)*(1.0*8.00+0.5*2.00)*4.2^2=3.35kN·m
Es=210000.N/mm2Ec=29791.N/mm2
Ftk=2.01N/mm2Fy=270.N/mm2
(2)、在荷载效应的准永久组合作用下,受弯构件的短期刚度Bs:
①、裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数ψ,按下列公式计算:
ψ=1.1-0.65*ftk/(ρte*σsq)(混凝土规式7.1.2-2)
σsq=Mq/(0.87*ho*As)(混凝土规式7.1.4-3)
σsq=3.35/(0.87*96.*372.)=107.822N/mm2
矩形截面,Ate=0.5*b*h=0.5*1000*120.=60000.mm2
ρte=As/Ate(混凝土规式7.1.2-4)
ρte=372./60000.=0.00621
ψ=1.1-0.65*2.01/(0.00621*107.82)=-0.849
当ψ<0.2时,取ψ=0.2
②、钢筋弹性模量与混凝土模量的比值αE:
αE=Es/Ec=210000.0/29791.5=7.049
③、受压翼缘面积与腹板有效面积的比值γf':
矩形截面,γf'=0
④、纵向受拉钢筋配筋率ρ=As/b/ho=372./1000/96.=0.00388
⑤、钢筋混凝土受弯构件的Bs按公式(混凝土规式7.2.3-1)计算:
Bs=Es*As*ho^2/[1.15ψ+0.2+6*αE*ρ/(1+3.5γf')]
Bs=210000.*372.*96.^2/[1.15*0.200+0.2+6*7.049*0.00388/(1+3.5*0.00)]=1122.76kN·m2
(3)、考虑荷载长期效应组合对挠度影响增大影响系数θ:
按混凝土规第7.2.5条,当ρ'=0时,θ=2.0
(4)、受弯构件的长期刚度B,可按下列公式计算:
B=Bs/θ(混凝土规式7.2.2)
B=1122.76/2=561.381kN·m2
(5)、挠度f=κ*Qq*L^4/B
f=0.00127*9.0*4.20^4/561.381=6.336mm
f/L=6.336/4200.=1/663.,满足规要求!
(4)、裂缝宽度验算
①、X方向板带跨中裂缝:
裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数ψ,按下列公式计算:
ψ=1.1-0.65*ftk/(ρte*σsq)(混凝土规式7.1.2-2)
σsq=Mq/(0.87*ho*As)(混凝土规式7.1.4-3)
σsq=3.35*10^6/(0.87*96.*335.)=119.803N/mm2
矩形截面,Ate=0.5*b*h=0.5*1000*120.=60000.mm2
ρte=As/Ate(混凝土规式7.1.2-4)
ρte=335./60000.=0.006
当ρte<0.01时,取ρte=0.01
ψ=1.1-0.65*2.01/(0.01*119.80)=0.012
当ψ<0.2时,取ψ=0.2
ωmax=αcr*ψ*σsq/Es*(1.9c+0.08*Deq/ρte)(混凝土规式7.1.2-1)
ωmax=1.9*0.200*119.803/210000.*(1.9*20.+0.08*11.43/0.01000)=0.028mm,满足规要求!
②、Y方向板带跨中裂缝:
裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数ψ,按下列公式计算:
ψ=1.1-0.65*ftk/(ρte*σsq)(混凝土规式7.1.2-2)
σsq=Mq/(0.87*ho*As)(混凝土规式7.1.4-3)
σsq=3.35*10^6/(0.87*88.*335.)=130.694N/mm2
矩形截面,Ate=0.5*b*h=0.5*1000*120.=60000.mm2
ρte=As/Ate(混凝土规式7.1.2-4)
ρte=335./60000.=0.006
当ρte<0.01时,取ρte=0.01
ψ=1.1-0.65*2.01/(0.01*130.69)=0.102
当ψ<0.2时,取ψ=0.2
ωmax=αcr*ψ*σsq/Es*(1.9c+0.08*Deq/ρte)(混凝土规式7.1.2-1)
ωmax=1.9*0.200*130.694/210000.*(1.9*20.+0.08*11.43/0.01000)=0.031mm,满足规要求!
③、左端支座跨中裂缝:
裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数ψ,按下列公式计算:
ψ=1.1-0.65*ftk/(ρte*σsq)(混凝土规式7.1.2-2)
σsq=Mq/(0.87*ho*As)(混凝土规式7.1.4-3)
σsq=8.14*10^6/(0.87*96.*503.)=193.998N/mm2
矩形截面,Ate=0.5*b*h=0.5*1000*120.=60000.mm2
ρte=As/Ate(混凝土规式7.1.2-4)
ρte=503./60000.=0.008
当ρte<0.01时,取ρte=0.01
ψ=1.1-0.65*2.01/(0.01*194.00)=0.428
ωmax=αcr*ψ*σsq/Es*(1.9c+0.08*Deq/ρte)(混凝土规式7.1.2-1)
ωmax=1.9*0.428*193.998/210000.*(1.9*20.+0.08*11.43/0.01000)=0.097mm,满足规要求!
④、下端支座跨中裂缝:
裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数ψ,按下列公式计算:
ψ=1.1-0.65*ftk/(ρte*σsq)(混凝土规式7.1.2-2)
σsq=Mq/(0.87*ho*As)(混凝土规式7.1.4-3)
σsq=8.14*10^6/(0.87*96.*503.)=193.998N/mm2
矩形截面,Ate=0.5*b*h=0.5*1000*120.=60000.mm2
ρte=As/Ate(混凝土规式7.1.2-4)
ρte=503./60000.=0.008
当ρte<0.01时,取ρte=0.01
ψ=1.1-0.65*2.01/(0.01*194.00)=0.428
ωmax=αcr*ψ*σsq/Es*(1.9c+0.08*Deq/ρte)(混凝土规式7.1.2-1)
ωmax=1.9*0.428*193.998/210000.*(1.9*20.+0.08*11.43/0.01000)=0.097mm,满足规要求!
⑤、右端支座跨中裂缝:
裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数ψ,按下列公式计算:
ψ=1.1-0.65*ftk/(ρte*σsq)(混凝土规式7.1.2-2)
σsq=Mq/(0.87*ho*As)(混凝土规式7.1.4-3)
σsq=8.14*10^6/(0.87*96.*503.)=193.998N/mm2
矩形截面,Ate=0.5*b*h=0.5*1000*120.=60000.mm2
ρte=As/Ate(混凝土规式7.1.2-4)
ρte=503./60000.=0.008
当ρte<0.01时,取ρte=0.01
ψ=1.1-0.65*2.01/(0.01*194.00)=0.428
ωmax=αcr*ψ*σsq/Es*(1.9c+0.08*Deq/ρte)(混凝土规式7.1.2-1)
ωmax=1.9*0.428*193.998/210000.*(1.9*20.+0.08*11.43/0.01000)=0.097mm,满足规要求!
⑥、上端支座跨中裂缝:
裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数ψ,按下列公式计算:
ψ=1.1-0.65*ftk/(ρte*σsq)(混凝土规式7.1.2-2)
σsq=Mq/(0.87*ho*As)(混凝土规式7.1.4-3)
σsq=8.14*10^6/(0.87*96.*503.)=193.998N/mm2
矩形截面,Ate=0.5*b*h=0.5*1000*120.=60000.mm2
ρte=As/Ate(混凝土规式7.1.2-4)
ρte=503./60000.=0.008
当ρte<0.01时,取ρte=0.01
ψ=1.1-0.65*2.01/(0.01*194.00)=0.428
ωmax=αcr*ψ*σsq/Es*(1.9c+0.08*Deq/ρte)(混凝土规式7.1.2-1)
ωmax=1.9*0.428*193.998/210000.*(1.9*20.+0.08*11.43/0.01000)=0.097mm,满足规要求!
次房间
(2)计算:
(1)、基本资料
1、房间编号:
9
2、边界条件(左端/下端/右端/上端):
固定/固定/固定/固定/
3、荷载:
永久荷载标准值:
g=5.00+3.00(板自重)=8.00kN/m2
可变荷载标准值:
q=2.00kN/m2
计算跨度 Lx=4200mm ;计算跨度 Ly=3300mm
板厚 H=120mm;砼强度等级:
C30;钢筋强度等级:
HPB300
4、计算方法:
弹性算法。
5、泊松比:
μ=1/5.
(6)、考虑活荷载不利组合。
(7)、程序自动计算楼板自重。
(2)、计算结果
Mx=(0.01402+0.02778/5)*(1.35*8.00+0.98*1.00)*3.3^2=2.51kN·m
考虑活载不利布置跨中X向应增加的弯矩:
Mxa=(0.03294+0.05771/5)*(1.4*0.70)*3.3^2=0.47kN·m
Mx=2.51+0.47=2.99kN·m
Asx=286.58mm2,实配φ8150(As=372.mm2)
ρmin=0.239%,ρ=0.310%
My=(0.02778+0.01402/5)*(1.35*8.00+0.98*1.00)*3.3^2=3.92kN·m
考虑活载不利布置跨中Y向应增加的弯矩:
Mya=(0.05771+0.03294/5)*(1.4*0.70)*3.3^2=0.69kN·m
My=3.92+0.69=4.61kN·m
Asy=286.58mm2,实配φ8150(As=372.mm2)
ρmin=0.239%,ρ=0.310%
Mx'=0.05606*(1.35*8.00+0.98*2.00)*3.3^2=7.79kN·m
Asx'=313.46mm2,实配φ10100(As=873.mm2,可能与邻跨有关系)
ρmin=0.239%,ρ=0.727%
My'=0.06741*(1.35*8.00+0.98*2.00)*3.3^2=9.37kN·m
Asy'=379.46mm2,实配φ8100(As=559.mm2,可能与邻跨有关系)
ρmin=0.239%,ρ=0.465%
(3)、跨中挠度验算
Mq--------按荷载效应的准永久组合计算的弯矩值
(1)、挠度和裂缝验算参数:
Mq=(0.01402+0.02778/5)*(1.0*8.00+0.5*2.00)*3.3^2=1.92kN·m
Es=210000.N/mm2Ec=29791.N/mm2
Ftk=2.01N/mm2Fy=270.N/mm2
(2)、在荷载效应的准永久组合作用下,受弯构件的短期刚度Bs:
①、裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数ψ,按下列公式计算:
ψ=1.1-0.65*ftk/(ρte*σsq)(混凝土规式7.1.2-2)
σsq=Mq/(0.87*ho*As)(混凝土规式7.1.4-3)
σsq=1.92/(0.87*88.*372.)=67.301N/mm2
矩形截面,Ate=0.5*b*h=0.5*1000*120.=60000.mm2
ρte=As/Ate(混凝土规式7.1.2-4)
ρte=372./60000.=0.00621
ψ=1.1-0.65*2.01/(0.00621*67.30)=-2.022
当ψ<0.2时,取ψ=0.2
②、钢筋弹性模量与混凝土模量的比值αE:
αE=Es/Ec=210000.0/29791.5=7.049
③、受压翼缘面积与腹板有效面积的比值γf':
矩形截面,γf'=0
④、纵向受拉钢筋配筋率ρ=As/b/ho=372./1000/88.=0.00423
⑤、钢筋混凝土受弯构件的Bs按公式(混凝土规式7.2.3-1)计算:
Bs=Es*As*ho^2/[1.15ψ+0.2+6*αE*ρ/(1+3.5γf')]
Bs=210000.*372.*88.^2/[1.15*0.200+0.2+6*7.049*0.00423/(1+3.5*0.00)]=922.01kN·m2
(3)、考虑荷载长期效应组合对挠度影响增大影响系数θ:
按混凝土规第7.2.5条,当ρ'=0时,θ=2.0
(4)、受弯构件的长期刚度B,可按下列公式计算:
B=Bs/θ(混凝土规式7.2.2)
B=922.01/2=461.005kN·m2
(5)、挠度f=κ*Qq*L^4/B
f=0.00186*9.0*3.30^4/461.005=4.308mm
f