《混凝土结构设计》课程设计任务书大作业解析(共12页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上混凝土结构设计课程设计 某酒店设计计算书学 院 班 级 组 名 组 长 指导老师 刘良林 贾燕翔 龚 昕 时 间 2015-12-212016-2-24 混凝土结构设计课程设计任务书1. 设计目的1）巩固、运用所学的混凝土结构课程有关知识；2）培养独立工作、分析和解决问题的能力；3）为将来的毕业设计做准备。2. 工程概况某酒店为6层钢筋混凝土框架结构，底层层高为3.6m，其余层高为3.0m。基本雪压为0.4kN/m2，基本风压为0.7 kN/m2，地面粗糙度为B类。设计使用年限为50年。柱网的布置图如下：3.设计规定1）混凝土强度等级为C20C30，框架柱、梁的受力钢筋为HRB400，箍筋为HPB300；2）不考虑风荷载的顺风向风振效应，即；3）不考虑抗震设防；4）楼板的厚度取120mm；5）屋面为不上人屋面，且永久荷载标准值为5.5kN/m2，楼面永久荷载标准值为4.5 kN/m2，二者均包括了楼屋面装饰层、功能层及板自重。4.设计要求1）分组进行，每组不得超过6人；2）每组推举组长，实行组长负责制；3）设计周期：两周，务必于2016年2月24日下午五点前提交。5.成果要求 1）提交计算书一份。=2）计算书的内容包括梁柱截面估计和计算简图、荷载计算、内力分析、荷载组合（可以任取一层进行分析）四大部分。6.参考资料l 混凝土结构基本原理 梁兴文 史庆轩 中国建筑工业出版社l 混凝土结构设计梁兴文 史庆轩 中国建筑工业出版社l 混凝土结构设计规范（GB50010-2010） 中国建筑工业出版社l 建筑结构荷载规范（GB50009-2012） 中国建筑工业出版社1.梁柱截面尺寸及计算简图 梁截面高度按梁跨度的1/18-1/10估算，梁截面宽度按梁高度的1/3-1/2估算，混凝土强度等级C30（fc=14.3KN/M2, ft=1.43KN/M2）,C25（fc=11.9KN/M2, ft=1.27KN/M2）.楼板厚120mm.梁截面尺寸（mm）及各层混凝土强度等级 表1-1层次混凝土等级横梁（b*h）纵梁（b*h）AB,CDBC1,2C30200*420200*470200*4203,4,5,6C25200*420200*470200*420柱截面尺寸可按Ac>=(1.1-1.2)N/fc估算。各层重力荷载标准值可取14KN/M2.由图可知，边柱负载面积3.0*1.5M，中柱负载面积3.0*3.3。N=1.25N由式可得，第一层柱截面面积：如取第一层截面为正方形，边柱为200mm，中柱为296mm，根据上述条件并综合其他因素，本设计柱截面：一层400*400mm，第二三四五层350*350mm，第六层300*300mm. 基础选用条形基柱，基础埋深取1.8m（自室外地坪算起），肋梁高度取1m，室内外地坪高差0.5m 取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，各层柱轴线重合；梁轴线取板底处，2-6层柱计算高度取层高，3.0m；底层柱计算高从基础梁顶面取至一层楼板，即h1=3.6+0.5+1.8-1.0-0.12=4.78m2重力荷载和水平荷载计算.1不上人屋面永久荷载标准值： 5.5KN/m2 楼面永久荷载标准值： 4.5KN/m2.2屋面不上人均布活荷载标准值： 0.5 KN/m2 楼面活荷载标准值（房间，走廊）： 2.0 KN/m2 屋面雪载标准值： 0.35 KN/m2.3梁柱墙门窗等重力荷载计算：.1梁柱可根据截面尺寸，材料重度等计算出单位长度的重力荷载，因计算楼面屋面永久荷载时已经考虑了板的自重，故在计算梁自重时，应从梁截面尺寸扣去板厚度。.2内墙为250mm厚水泥空心砖（9.6 KN/m3），两侧均为20mm厚抹灰，则墙面单位面积重力荷载为9.6*0.25+17*0.02*2=3.08 KN/m2.3外墙为250mm厚水泥空心砖，外墙贴瓷砖（0.5 KN/m2），内墙为0.2mm厚抹灰（0.34 KN/m2），则外墙墙面单位面积重力荷载为：9.6*0.25+17*0.02+0.5=3.24 KN/m2.4外窗尺寸1.5m*1.8m。单位面积重0.14 KN/m2.4风荷载计算w。=0.7 KN/m2，因为H=19.78,<30m故不需要考虑风振系数的影响，Bz=1.0查附录5，风载体型系数Us=0.8（迎风面），Us=-0.5（背风面）q（z）=Wk*h=1.0*Uz*Us*0.7*h(计算结果如下表)沿房屋高度风荷载标准值（KN/m） 表2-1层次Z（m）Uzq（z）迎风q（z）背风619.781.2262.061.287516.781.1661.961.224413.781.0981.841.153310.781.0201.711.07127.781.0001.681.0514.781.0002.0161.26计算结果，沿框架结构高度的分布图，内力及侧移计算时，可按静力等效原理将分布风荷载转换为节点集中荷载。第五层的集中荷载F5（每层层高范围内的水平荷载视为沿高度的均布荷载与三角形荷载之和）。F5=（1.96+1.84+1.224+1.153）*3*1/2+（2.06-1.96+1.287-1.224）*3*1/2*1/3+（1.224-1.153+1.96-1.84）*3*2/3*1/2=9.539KN3竖向荷载作用下框架结构内力分析.1计算简图及计算单元仍取中间框架进行计算，由于楼面荷载为均布，可取两轴线中间的长度为计算单元宽度。因梁板为整体现浇，且各区板为双向板，故直接传给横梁的楼面荷载分为三角形分布荷载（边梁）或梯形分布荷载（走道梁），计算单元范围内的其余荷载通过纵梁以集中荷载的形式传给框架柱，框架横梁的自重以及直接作用在横梁上的填充墙自重则按均布荷载考虑。.2荷载计算下面以2-5层的恒载计算为例，说明荷载计算方法.1：q。及q。包括梁自重（扣除板自重）和填充墙自重，由上可知房间：q。=3.08*（3.0-0.42）+25*（0.42-0.12）*0.2=9.45KN/m走廊：q。=25*（0.47-0.12）*0.2=1.75 KN/m.2:q1,q2为板自重传给横梁的梯形和三角形分布荷载峰值 q1=4.5*3.0=13.5 KN/m q2=4.5*3.0=13.5 KN/m.3:M1,P1,M2,P2分别为通过纵梁传给柱的板自重，纵梁自重，外挑阳台，纵墙自重所产生的集中力矩和集中荷载。外纵梁外侧与柱外侧平齐，内纵梁一侧与柱的走道平齐。同理：可得下表各层梁上的竖向荷载标准值 表3-1层次横载活载q。q。q1q2P1P2M1M2q1q2P1P2M1M261.51.7516.516.538.87753.7358.192.6781.51.518.2152.2515.6080.1132-59.451.7513.513.536.20948.8178.6943.6616610.495.7480.675111.291.7513.513.550.78663.39410.8796.3396612.4897.7680.9注：表中q。，q。，q1，q2量纲为KN/M，P1 P2的量纲为KN，M1M2量纲为KN·M。.3梁柱线刚度计算 框架梁线刚度ib=EIb/L，因取中框架计算，故ib=2EcIo/L,其中Io为按b*h得矩形截面梁计算所得的梁截面惯性矩。柱线刚度ic=EcIc/hc计算结果如下表：梁线刚度（N·mm） 表3-2类别层次Ec（N/mm2）b*h(mm)Io(mm4)L(mm)ib=2EcIo/L(1010)边梁3-62.8*104200*4201.235*10930002.3061,23.0*104200*4201.235*10930002.47走道梁3-62.8*104200*4701.73*10936002.6921,23.0*104200*4701.73*10936002.884柱线刚度（N·mm） 表3-3层次层高（mm）b*h(mm)Ec(N/mm2)Ic(mm4)ic=EcIc/hc(1010)63000300*3002.8*1046.78*1080.633453000350*3502.8*1041.251*1091.16823000350*3503.0*1041.251*1091.25114780400*4003.0*1042.133*1091.338.4竖向荷载作用下框架内力计算.1结构对称，荷载对称，故取对称轴一侧的框架为计算对象，且中间跨梁为竖向滑动支座。另外，除底层和顶层的荷载数值略有不同外，其余层荷载的分布和数值相同。故为简化计算，沿竖向取5层框架计算，分为1层，2层，3,4层，5层，6层五个部分层。.2杆端弯矩分配系数由于计算简图中的中间跨梁长为原跨长的一半，故计算线刚度取表中2倍。.3计算杆件固端弯矩略恒载作用下框架各节点的弯矩分配以及杆端分配弯矩的传递过程如图4-1，最后所得的杆端弯矩应为固端弯矩，分配弯矩和传递弯矩的代数和。梁跨中最大弯矩根据梁两端的杆端弯矩及作用于梁上的荷载，用平衡所得。根据作用于梁上的荷载及梁端弯矩，用平衡条件可得梁端剪力及跨中截面弯矩。将柱两侧的梁端剪力，节点集中力及柱轴力叠加，即可得柱轴力。 梁端剪力及柱轴力的计算如下表。竖向荷载作用下梁端剪力及柱轴力（KN） 表3-4层次恒载内力活载内力梁端剪力A柱轴力B柱轴力梁端剪力柱轴力VAVB左VB右NA上NA下NB上NB下VAVB左VB右NANB613.0613.949.31551.9463.9476.9988.9915.6318.880.9233.85-5.71516.8417.67.74116.99126.18163.15172.3415.0811.925.6759.3320.98416.8917.557.74179.28188.47246.45225.6415.2611.755.6784.9947.4316.8917.557.74241.57250.76329.75338.9415.2611.755.67110.6573.82217.0617.387.74304.03313.22412.88422.0714.8112.195.67135.86100.68116.917.547.74380.91391.67510.74521.517.499.515.67165.63124.86a恒载作用下的框架弯矩图（单位KN·m）b活载作用下的框架弯矩图（单位KN·m）.5风荷载作用下框架结构分析.1框架结构侧向刚度计算柱侧向刚度按式（4-20）计算，其中ac按课本表4-4公式计算。计算结果如下：各层柱侧向刚度D值（N/mm） 表3-5层次边柱中柱总和线刚度比acDi1线刚度比acDi25-63.660.64754327.9330.79967092428241.9740.49777364.2790.681106133669832.0450.50678804.4320.689107313722221.9740.49782904.280.682113763933211.8460.61108824.0010.751338048524.2侧移二阶效应的考虑首先需按式Di20Gi/hi(j=1,s)验算是否考虑侧移二阶效应的影响，Gj(j=1,n)可根据各层柱下端的轴力计算，转化为设计值。各层重力荷载设计值计算表 3-6层次层高恒载轴力标准值活载轴力标准值GiGi/hiA柱B柱A柱B柱6363.9488.9933.85-5.71445.82148.6153126.18172.3459.3320.98941.32313.7743188.47255.6284.9947.41436.51478.8433250.76338.94110.6573.821931.796643.9323313.22422.07135.86100.682427.008809.0014.78391.67521.5165.83124.863005.54628.77结果：满足课本式（4-44）的要求，即框架结构不需要考虑侧移二阶效应的影响。.3框架结构侧移验算：根据前图所示的水平荷载，由式Vi=Fk（i=1,m）计算层间剪力，然后根据前表所列的层间侧向刚度，按式（u）i=Vi/Dij(j=1,s)计算各层的相对侧移，计算如下表。由于该房屋的高宽比（H/B=19.78/9.6=2.06）较小，所以不考虑柱轴向变形产生的侧移。层间剪力及侧移计算 表3-7层次654321Fi(KN)4.9369.5399.3468.4248.48912.471Vi(KN)4.93614.47523.82132.24540.73453.205sumD(N/mm)242822428236698372223933248524（u）i(mm)0.200.600.650.871.041.1（u）i/hi1/150001/50001/46151/34481/28851/4345可见各层的层间侧移角均小于1/550，满足要求。.4框架结构内力计算按式（4-18）计算各柱的分配剪力，然后按式（4-30）计算柱端弯矩。由于结构对称，故只需计算一根边柱，一根中柱的内力。表中的反弯点高度比y按式y=yn+y1+y2+y3确定，yn标准反弯点高度比查附表7-1，第三层柱考虑修正值y1，第二层柱考虑y3，底层柱考虑y2，其余层柱均无修正。风荷载作用下各层框架结构柱端弯矩计算 表3-8层次层高ViDi边柱中柱Di1Vi1KYMi1bMi1uDi2Vi2KYMi2bMi2u634.9362428254321.1043.660.451.491.82267091.3647.9330.451.8412.2515314.4752428254323.2383.660.4834.6925.00267093.9997.9330.55.9995.9994323.8213669877365.0221.9740.456.788.286106136.8894.2790.510.33410.3343332.2453722278806.8262.0450.510.23910.239107319.2964.4320.513.94413.9442340.7343933282908.5851.9740.49912.85212.9031137611.7824.280.517.67317.67314.7853.205485241088211.9321.8460.56532.22524.811338014.6714.0010.5538.5732.557由上表根据式（4-31）计算梁端弯矩，由平衡的梁端剪力，柱轴力。风荷载作用下梁端弯矩，剪力及柱轴力计算 表3-9 层次边梁走道梁柱轴力Mb左Mb右LVbMb左Mb右LVb边柱中柱61.8221.03830.9531.2131.2133.60.674-0.953-0.27956.4923.60633.3664.2344.2343.62.352-4.319-1.293412.9787.5336.8368.8038.8033.64.891-11.155-3.238317.01911.21839.41213.11513.1153.67.286-20.567-5.364223.14214.575312.57217.04217.0423.69.468-33.139-8.468137.66222.695320.11926.53526.5353.613.075-53.258-15.512由上表数据可得下图，在风荷载作用下，框架左侧的边柱轴力和中柱轴力均为拉力，右侧的两根柱轴力应为压力，总拉力与总压力数值相等，符号相反。4荷载组合（选第一层）.1梁控制截面内力标准值下表是第一层梁在恒载，活载，风荷载标准值的作用下，柱轴线出及柱边缘处（控制截面）的梁端弯矩值和剪力值。第一层梁端控制截面内力标准值 表4-1截面恒载内力活载内力风载内力柱轴线处柱边缘处柱轴线处柱边缘处柱轴线处柱边缘处MVMVMVMVMVMVA15.24216.911.8614.644.14617.490.6516.2937.66220.11933.6420.119Bl16.20917.5412.717.190.1559.511.758.3122.69520.11918.6720.119Br6.3027.744.757.40.035.671.14.4726.53513.07523.9213.075.2梁控制截面内力组合值组合时，竖向荷载作用下的梁支座截面负弯矩乘系数0.8，以考虑塑性内力重分布，跨中截面弯矩相应增大，当风荷载作用下支座截面为正弯矩且永久组合，乘系数1.0。第一层梁控制截面组合的内力设计值 表4-2截面荷载组合的效应设计值荷载组合的效应设计值恒载+活载左风右风左风右风MVMVMVMVMV支座A36.959.37-57.0165.4317.8620.14-38.6653.9416.6535.73Bl-39.2267.9712.5711.91-30.3257.21.0423.418.8631.35Br28.83-39.07-38.1545.7314.75-29.02-25.4336.647.4914.37跨中AB40.1517.2428.0810.9244.64BC28.8328.8314.7514.75-12.99.3柱控制截面内力组合值 柱控制截面为其上下端截面，表中的柱端弯矩，以绕柱端截面反时针方向旋转为正；柱端剪力以绕柱端截面顺时针旋转为正。Nmin34.68468.8616.6845.09479.6216.6845.35611.1218.8544.76611.1218.85Nmax-20.51735.19-9.92-26.91746.9-9.92-25.17800.72-10.66-25.84813.63-10.66丨M丨max-35.15694.17-16.57-45.32707.08-16.5745.35611.1218.8544.76611.1218.85右风-20.51735.19-9.92-26.91746.9-9.92-25.17800.72-10.66-25.84813.63-10.66左风21.52568.3410.2327.37579.110.2345.23672.5111.4227.03683.2711.42右风-35.15694.17-16.57-45.32707.08-16.57-42.72756.97-18.02-43.44769.88-18.02左风34.68468.8616.6845.09479.6216.6845.35611.1218.8544.76611.1218.851.35S恒载+0.7*1.4S活载-0.68676.74-0.22-2.05691.27-0.221.68811.860.530.84826.390.53S风载24.8153.25811.9332.22553.25811.9331.55115.51213.231.55715.51213.2S活载1.748165.830.550.874165.830.55-0.295124.86-0.09-0.147124.86-0.09S恒载-1.771380.91-0.56-0.885391.67-0.561.459510.740.460.729521.50.46截面/分类MNVMNVMNVMNV上端下端上端下端AB5梁截面设计.1梁截面设计 材料强度：C30（fc=14.3KN/M2, ft=1.43KN/M2）；HRB400级钢筋（fy=360N/mm2）；HPB300级钢筋（fy=270N/mm2）. 从表4-2中，找出第一层梁的跨中及支座截面的最不利内力，即 AB跨 跨中截面：M=44.64KN·m 支座截面： MA=-57.01KN·m MB=-39.22 KN·m Val=65.43KN VBl=67.97KN BC跨 跨中截面：M=28.83 KN·m M=-12.99 KN·m 支座截面：M=-38.15 KN·m V=45.73KN.1梁正截面受弯承载力计算AB跨梁：先计算跨中截面，因梁板现浇，故跨中按T形截面计算。Hf=120mm。h。=420-40=380mm.hf/h。=0.3>0.1,故bf不受此限制。b+Sn=3000mm,L。/3=1000mm,故bf=1000mm实配钢筋：两根16mm（As=402mm2）将跨中截面两根16mm全部伸入支座，作为支座负弯矩的受压钢筋（As=402mm2）支座A：M=-57.01KN·M As=402mm2BC梁同理。.3梁斜截面受剪承载力计算：AB跨，按V=67.97KN确定箍筋，hw/b=380/200=1.95<4,故0.25·bc·fc·b·h。=0.25*1.0*14.3*200*380=271.7KN<V,满足尺寸要求0.7·ft·b·h。=0.7*1.43*200*380=76.076KN>V故可按构造要求配置箍筋8200.BC跨，经计算，也按构造配置箍筋8200.专心-专注-专业