菏泽市展览馆结构设计土木工程设计.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流菏泽市展览馆结构设计土木工程设计.精品文档.青 岛 工 学 院毕 业 论 文（设 计）菏泽市展览馆结构设计 学生姓名 宋成建 学号 201007105408 指导教师 陶维峰 学 院 建筑工程学院 专 业 土木工程 年级 2010级 答辩日期 2014 年 6 月 7 日 青 岛 工 学 院菏泽市展览馆结构设计 完成日期： 指导教师签字： 评阅教师签字： 答辩小组组长签字： 答辩小组成员签字： 摘 要本工程位于山东省菏泽市，为现浇钢筋混凝土框架结构，总建筑面积为5000。本工程共四层，首层层高4.2m，其他层高3.9m，建筑总高度为15m。根据设计要求，设防烈度为7度，耐火等级为二级，抗震等级为三级，设计中要考虑抗震设计。结构设计由框架设计，梁柱设计，板设计和基础设计等组成。本工程选择中间一榀横向框架进行计算设计，内力计算时考虑竖向荷载、水平风荷载以及地震作用，对于竖向荷载作用采用的是二次弯矩分配法，水平荷载采用D值法，地震作用采用底部剪力法。基础采用钢筋混凝土独立基础。设计计算过程中综合考虑了抗震要求、技术经济指标和施工工业化的要求。本工程采用现浇钢筋混凝土楼盖，围护结构为普通粘土砖，内墙抹灰，外墙水刷石贴面砖及涂料。关键词：框架结构；现浇混凝土；结构设计；独立基础AbstractThe project is located in Heze city, Shandong Province. And it is the construction of cast-in-situ reinforced concrete frame structure.The whole architecture area is 5000m². The engineering has four floors.The first layer is 4.2m and the other layer is 3.6m.The total building height is 15m.According to the design requirements, fortification intensity of 7 degrees, fire resistance rating for the secondary, earthquake resistant level for level 3, want to consider in the design of seismic design.Structural design is consisted by design of frame, beam and column design,board design and the foundation design etc.This project choose the middle one common horizontal framework for design calculation.The internal force calculation should consider vertical load, horizontal wind load and seismic action.Vertical load function adopts quadratic moment distribution method, level load function adopts D value method, and seismic load function adopts equivalent base shear method. Basis use reinforced concrete independent foundation.During the design process, earthquake resistant, technical economy index and construction industrialized requests are synthetically considered.This project adopts the cast-in-place reinforced concrete floor, retaining structure for the common clay brick, wall plaster, wall exposed aggregate furring brick and coating.Key words:frame structure;cast-in-situ concrete;structure design;independentfoundation 目 录1 结构选型与布置1 1.1 设计资料1 1.1.1 设计题目1 1.1.2 建筑规模1 1.1.3 自然条件1 1.1.4 材料强度等级及做法2 1.2 结构布置32 计算简图42.1 确定计算简图42.2 梁、柱、板的截面尺寸估算42.2.1 梁截面尺寸估算42.2.2 柱截面尺寸52.2.3 板截面尺寸52.3 框架梁、柱的线刚度计算62.3.1 梁的线刚度计算62.3.2 柱的线刚度计算63 竖向荷载计算73.1 恒荷载标准值计算73.2 活荷载标准值83.3 框架荷载计算93.3.1 竖向荷载作用93.3.2 框架梁纵向集中荷载104 现浇混凝土楼板设计134.1 设计参数134.2 内力计算144.3 截面设计155 框架内力计算185.1 竖向荷载作用下框架内力计算185.1.1 弯矩分配系数185.1.2 梁固端弯矩205.1.3 跨中弯矩计算235.2 剪力轴力计算255.2.1 剪力计算255.2.2 柱轴力276 横向地震作用下的侧移验算及内力计算296.1 横向地震侧移验算296.2 水平地震作用下框架内力计算327 水平风载作用下的框架侧移验算及内力计算367.1 水平风载作用框架侧移验算367.2 水平风荷载下框架内力计算378 框架内力组合418.1 竖向荷载调幅418.2 框架梁、柱内力组合429 梁、柱截面设计489.1 框架梁截面设计489.1.1 设计依据489.1.2 正截面受弯承载力计算489.1.3 斜截面受剪承载力计算509.2 框架柱截面设计519.2.1 设计依据519.2.2 柱正截面承载力计算529.2.3 框架柱斜截面承载力计算5810 基础设计6310.1 基础截面尺寸确定6410.1.1 确定基础埋深6410.1.2 基础截面计算6410.2 基础抗冲切能力验算6510.2.1 计算地基净反力6510.2.2 基础高度6610.3 基础配筋计算68参考文献70致谢711 结构选型与布置1.1 设计资料1.1.1 设计题目本工程建在菏泽市，结合菏泽市的风土人情及经济发展状况。将本工程设计名称为“菏泽市展览馆结构设计”。1.1.2 建筑规模总建筑面积5000，总占地面积12000，建筑密度13.4%，容积率0.8，绿化率12%。层数：4层。层高：首层4.2m，标准层3.6m。结构形式为多层现浇钢筋混凝土框架结构。1.1.3 自然条件1、工程地质勘探资料工程地质条件剖面图如下所示： 图1-1 工程地质条件不考虑地下水位的影响。2、气候条件基本雪压0.30，基本风压0.40；地面粗糙类别为C类1。3、地震烈度地震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g；设计地震分组为第一组，建筑场地类别为II类，场地地震周期为0.35s2。1.1.4 材料强度等级及做法1、材料强度混凝土采用C30，钢筋混凝土框架梁、柱等主要结构构件的纵向受力钢筋采用HRB400，构造钢筋及箍筋可采用HPB300，对于钢筋混凝土板、墙等构件的受力钢筋及构造钢筋采用HPB3003。2、屋面做法(1)25厚1：2.5水泥砂浆抹平压光1×1m分格，密封胶嵌缝 (2)隔离层（干铺玻纤布或低强度等级砂浆）一道 (3)防水层：1.2厚合成高分子防水卷材 (4)刷基层处理剂一道 (5)20厚1：3水泥砂浆找平 (6)保温层：120厚硬质聚氨酯泡沫板 (7)防水层：1.5厚合成高分子防水涂料 (8)刷基层处理剂一道 (9)20厚1：3水泥砂浆找平 (10)40厚（最薄处）1：8（重量比）水泥珍珠岩找坡层2% (11)钢筋混凝土屋面板3、楼面做法(1)20厚磨光花岗石（大理石）板，板背面刮水泥浆粘贴，稀水泥浆（或彩色水泥浆）擦缝 (2)30厚1：3干硬性水泥砂浆结合层 (3)素水泥浆一道 (4)60厚LC7.5轻骨料混凝土填充层 (5)现浇钢筋混凝土楼板4、内墙做法(1)内墙涂料 (2)5厚1：2.5水泥砂浆压实赶光 (3)6厚1：3水泥砂浆找平扫毛 (4)9厚1：1：6水泥石灰膏砂浆打底扫毛或划出纹道 (5)刷界面剂一道 (6)加气混凝土砌块墙5、外墙做法(1)外墙弹性涂料 (2)刷弹性底涂，刮柔性腻子 (3)35厚抗裂砂浆复合耐碱玻纤网格布 (4)10厚粘结型胶粉聚苯颗粒找平层 (5)贴砌横向梯形槽聚苯板保温层，120厚 (6)15厚粘结型胶粉聚苯颗粒 (7)刷界面砂浆一道 (8)加气混凝土砌块墙6、地面做法(1)20厚磨光花岗石（大理石）板，板背面刮水泥浆粘贴，稀水泥浆（或彩色水泥浆）擦缝 (2)30厚1：3干硬性水泥砂浆结合层 (3)1厚合成高分子防水涂料 (4)刷基层处理剂一道 (5)20厚1：3水泥砂浆抹平 (6)素水泥一道 (7)60厚C15混凝土垫层并找坡 (8)300厚3：7灰土夯实或150厚小毛石灌M5水泥砂浆 (9)素土夯实，压实系数大于等于0.91.2 结构布置本平面为横向4跨，纵向7跨；横向AB、DE跨为6.0m，BC、CD跨为5.7m。结构平面布置图如图1-2所示：图1-2 结构平面布置图2 计算简图2.1 确定计算简图图2-1 计算简图取号轴上的一榀框架计算。假定框架柱嵌固于基础顶面。由于各层柱的截面尺寸不变，故梁跨等于柱截面形心轴线之间的距离。底层柱高从基础顶面算至二层楼面，基底标高到室外地坪为0.7m,室外地坪标高为-0.40,层高为4.2m，基础高度假定为0.9m，故底层柱标高为，取4。其余各层柱标高从楼面算至上一层楼面，故24层柱标高为3.6m。2.2 梁、柱、板的截面尺寸估算2.2.1 梁截面尺寸估算1、横向框架梁截面尺寸估算AB、DE跨：，取h=600mm，取b=300mmBC、CD跨：，取h=600mm，取b=300mm则横向框架梁取通长2、纵向框架梁的截面尺寸（连系梁），取h=500mm，取b=250mm2.2.2 柱截面尺寸柱截面尺寸按照柱的轴压比按下列公式估算： （2-1） （2-2）式中：N-柱组合轴压设计值；F-简支状态计算的柱的负载面积；ge-折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可根据实际荷载计算，也可近似取1215kN/m；-考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，边柱取1.3，不等跨内柱取1.25，等跨内柱取1.2；n-验算截面以上楼层层数；-柱截面面积；-混凝土轴心抗压强度设计值；-框架柱轴压比限值，此处可近似取，即对一级、二级和三级抗震等级，分别取0.7，0.8和0.9。该框架结构的抗震等级为三级，其轴压比限值=0.9；各层的重力荷载代表值近似取12kN/m25。第一层柱截面面积为：边柱A、E 中柱B、D 中柱C 根据上述计算结果并综合考虑其它因数，故本设计柱截面尺寸取值如下：14层：500mm×500mm2.2.3 板截面尺寸经计算各跨度楼板均为双向板，取板厚h=150mm6。2.3框架梁、柱的线刚度计算2.3.1 梁的线刚度计算对中框架梁取I=2 框边跨梁取I=1.5AB、DE跨梁：BC、CD跨梁：2.3.2 柱的线刚度计算底层柱：一般层：则梁、柱线刚度为：图2-2 梁、柱线刚度3 竖向荷载计算选取号轴线对应的横向4跨框架结构进行计算。3.1 恒荷载标准值计算1、不上人屋面25厚1：2.5水泥砂浆抹平压光1×1m分格 1.2厚合成高分子防水卷材 20厚1：3水泥砂浆找平 120厚硬质聚氨酯泡沫板 1.5厚合成高分子防水涂料 20厚1：3水泥砂浆找平 40厚1：8水泥珍珠岩找坡层2% 150厚钢筋混凝土屋面板 合计 2、楼面 20厚磨光花岗石（大理石）板 30厚1：3干硬性水泥砂浆结合层 150厚现浇混凝土板 合计 4.893、框架梁荷载标准值（1）主梁 自重 粉刷 合计 （2）连系梁 自重 粉刷 合计 4、柱重 自重 粉刷 合计 5、墙重（1）外墙自重 铝合金窗 35厚抗裂砂浆复合耐碱玻纤网格布 10厚粘结型胶粉聚苯颗粒找平层 120厚贴砌横向梯形槽聚苯板保温层 15厚粘结型胶粉聚苯颗粒 合计 （2）内墙200厚加气混凝土砌块墙 5厚1：2.5水泥砂浆压实赶光 6厚1：3水泥砂浆找平扫毛 9厚1：1：6水泥石灰膏砂浆打底扫毛或划出纹道 合计 3.2 活荷载标准值1、屋面和楼面活荷载不上人屋面：楼面1。2、雪荷载屋面活荷载与雪荷载取最大值，即7。3.3 框架荷载计算3.3.1 竖向荷载作用图3-1 第轴线板传荷载图1、A-B轴间框架梁（1）屋面板传荷载板传至梁上的荷载等效为均布荷载，荷载的传递如图3-1所示。恒载：活载：（2）楼面板传荷载恒载： 活载：（3）梁自重：4.81N/m（4）A-B轴间框架梁等效均布荷载为：屋面梁：恒载=梁自重+板传荷载 =4.81kN/m+25.97kN/m=30.78kN/m 活载=板传荷载=1.78kN/m楼面梁：恒载=梁自重+板传荷载 =4.81kN/m+17.42kN/m=22.23kN/m 活载=板传荷载=7.13kN/m2、B-C轴间框架梁（1）屋面板传荷载板传至梁上的荷载等效为均布荷载，荷载的传递如图3-1所示。恒载：活载：（2）楼面板传荷载恒载： 活载：（3）梁自重：4.81kN/m（4）B-C轴间框架梁等效均布荷载为：屋面梁：恒载=梁自重+板传荷载 =4.81kN/m+24.6kN/m=29.41kN/m 活载=板传荷载=1.69KN/m楼面梁：恒载=梁自重+板传荷载 =4.81kN/m+16.5kN/m=21.31kN/m 活载=板传荷载=6.75kN/m3.3.2 框架梁纵向集中荷载1、A轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱女儿墙自重：（做法：墙高900mm）0.20m×0.9m×25kN/m3+20kN/m3×0.02m×0.9m=4.86kN/m恒载=女儿墙自重+连系梁自重+连系梁板传荷+主梁自重+主梁板传荷 活载=板传次梁活载标准层柱恒载=梁自重+梁板传荷载+墙自重+框架柱自重活载=板传活载基础顶面恒载=底层外纵墙自重+框架柱自重+基础梁自重2、B轴柱纵向集中荷载顶层柱恒载=连系梁自重+连系梁板传荷+主梁自重+主梁板传荷 活载=板传次梁活载标准层柱恒载=梁自重+梁板传荷载+框架柱自重活载=板传活载基础顶面恒载=框架柱自重+基础梁自重 3、C轴柱纵向集中荷载顶层柱恒载=连系梁自重+连系梁板传荷+主梁自重+主梁板传荷 活载=板传次梁活载标准层柱恒载=梁自重+梁板传荷载+框架柱自重活载=板传活载基础顶面恒载=框架柱自重+基础梁自重竖向受荷如图3-2：图3-2 竖向受荷图4 现浇混凝土楼板设计图4-1 板布置图4.1 设计参数计算跨度：A区格 B区格 C区格 D区格 楼板采用C30混凝土，板中钢筋采用I级钢筋，板厚150mm。=150/6000=1/401/50，符合构造要求5。屋面荷载 g=1.2×7.29=8.75 ，q=1.4×0.5=0.7 q/2=0.35，g+q/2=9.1，g+q=9.45楼面荷载 g=1.2×4.89=5.87 ，q=1.4×2=2.8 q/2=1.4，g+q/2=7.27，g+q=8.674.2 内力计算表4-1 屋面板弯矩计算表ABCD5.75.7667.867.860.730.950.771表4-2 楼面板弯矩计算表ABCD5.75.7667.867.860.730.950.7714.3 截面设计对于四边都与梁整结的板，中间跨的跨中截面及中间支座处截面，其弯矩设计值减小20%8。钢筋的配置：符合内力计算的假定，全板均匀布置。截面有效高度：假定选用10钢筋，保护层厚度15mm，则方向跨中截面的=150-15-10/2130mm；方向跨中截面的=150-15-10-10/2120mm；支座截面=130mm。最小配筋率：因为，故取=0.24%，则=0.24%×1000×150=360。受拉钢筋的截面积按公式，其中取0.95,计算过程见下表表4-3 楼面板配筋计算表配筋实有跨中Al011300.811.02=8.8227910200393l021200.86.34=5.0717410200393Bl011300.87.68=6.1419410200393l021200.87.03=5.6219310200393Cl011300.811.53=9.2229210200393l021200.87.29=5.8320010200393Dl011300.87.75=6.2019610200393l021200.87.75=6.2021310200393支座A-A1300.820.14=16.1151010150523A-B1300.815.97=12.7840510150523A-C1300.821.41=17.1354210150523B-B1300.815.49=12.3939210150523B-D1300.816.01=12.8140610150523D-D1300.816.01=12.8140610150523表4-4 屋面板配筋计算配筋实有跨中Al011300.810.58=8.4626810200393l021200.85.94=4.7516310200393Bl011300.87.42=5.9418810200393l021200.86.76=5.4118610200393Cl011300.811.09=8.8728110200393l021200.86.89=5.85118910200393Dl011300.87.48=5.9818910200393l021200.87.48=5.9818910200393支座A-A1300.81.95=17.5655610150523A-B1300.817.41=13.9344110150523A-C1300.823.34=18.6759110150523B-B1300.816.89=13.5142810150523B-D1300.817.45=13.9644210150523D-D1300.817.45=13.96442101505235 框架内力计算5.1 竖向荷载作用下框架内力计算5.1.1 弯矩分配系数该框架为对称结构，取一半进行简化计算5。图5-1 一半框架结构节点：节点：节点：节点：节点：节点：节点：节点：5.1.2 梁固端弯矩1、恒载：(1)屋面(2)楼面2、活载：(1)屋面(2)楼面上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁左梁0 0.5170.4830.28800.3080.404-92.3492.34-79.6379.6347.7444.622.3-5.04-10.08-10.78-14.15-7.072.612.431.22-0.35-0.38-0.49-0.2550.35-50.35105.43-11.16-94.2772.310.3410.3410.3180.2200.2360.2360.309-66.6966.69-57.757.722.7422.7421.2110.61-2.16-4.31-4.63-4.63-6.05-3.030.740.740.690.35-0.08-0.08-0.08-0.11-0.0623.4823.48-46.9573.26-4.71-4.71-63.8654.610.3410.3410.3180.2200.2360.2360.309-66.6966.69-57.757.722.7422.7421.2110.61-2.16-4.31-4.63-4.63-6.05-3.030.740.740.690.35-0.08-0.08-0.08-0.11-0.0623.4823.48-46.9573.26-4.71-4.71-63.8654.610.3640.2970.3390.2300.2470.2010.322-66.6966.69-57.757.724.2819.8122.6111.31-2.34-4.67-5.01-4.08-6.53-3.270.850.690.790.4-0.09-0.1-0.1-0.13-0.0625.1320.5-45.6373.64-5.11-4.18-64.3654.3710.25-2.1图5-2 恒载弯矩二次分配上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁左梁0 0.5170.4830.28800.3080.404-5.345.34-4.584.582.762.581.29-0.3-0.59-0.63-0.83-0.420.150.150.08-0.02-0.03-0.03-0.022.91-2.916.1-0.66-5.444.140.3410.3410.3180.2200.2360.2360.309-21.3921.39-18.2818.287.297.296.83.4-0.72-1.43-1.54-1.54-2.01-1.00.240.240.230.12-0.025-0.03-0.03-0.04-0.027.547.54-15.0823.45-1.57-1.57-20.3317.260.3410.3410.3180.2200.2360.2360.309-21.3921.39-18.2818.287.297.296.83.4-0.72-1.43-1.54-1.54-2.01-1.00.240.240.230.12-0.025-0.03-0.03-0.04-0.027.547.54-15.0823.45-1.57-1.57-20.3317.260.3640.2970.3390.2300.2470.2010.322-21.3921.39-18.2818.287.796.357.253.63-0.78-1.55-1.66-1.35-2.17-1.090.280.230.260.13-0.03-0.03-0.03-0.04-0.028.076.58-14.6623.57-1.69-1.38-20.4917.173.3-0.7图5-3 活荷载弯矩二次分配5.1.3 跨中弯矩计算1、恒载作用2、活载作用图5-4 恒载弯矩图（kN·m）图5-5活载弯矩图（kN·m）5.2 剪力轴力计算5.2.1 剪力计算1、恒载作用表5-1 DE、AB跨梁端剪力（KN）（恒载）层L(m)q（）（KNm）（KNm）4630.78-50.35105.439.1883.16-101.523622.23-46.9573.264.3962.3-71.082622.23-46.9573.264.3962.3-71.081622.23-45.6373.644.6762.02-71.36表5-2 CD、BC跨梁端剪力（KN）（恒载）层L(m)q（）（KNm）（KNm）45.729.41-94.2772.31-3.8587.67-79.9735.721.31-63.8654.61-1.6262.35-59.1125.721.31-63.8654.61-1.6262.35-59.1115.721.31-64.3654.61-1.7162.44-59.02表5-3 柱剪力（KN）（恒载）层柱端弯矩（KN·m）剪力值（KN）EDC上柱下柱上柱下柱上柱下柱EDC450.3523.48-11.16-4.710020.5-4.410323.4823.48-11.16-4.710013.04-4.410223.4825.13-4.71-5.110013.5-2.730120.510.25-4.18-2.1006.99-1.4302、活载作用表5-4 DE、AB跨梁端剪力（KN）（活载）层L(m)q（）（kNm）（kNm）461.78-2.916.10.534.81-5.87367.13-15.0823.451.4019.99-22.79267.13-15.0823.451.4019.99-22.79167.13-14.6623.571.4919.9-22.88表5-5 CD、BC跨梁端剪力（KN）（活载）层L(m)q（）（kNm）（kNm）45.71.69-5.444.14-0.235.05-4.59