西南交通大学房屋建筑工程课程设计.doc

43房屋结构课程设计第一章 概述第一节 设计参考1 中华人民共和国国家标准建筑结构荷载规范（GB50009-2001）2 中华人民共和国国家标准混凝土结构设计规范（GB50010-2002）3 中华人民共和国国家标准建筑抗震设计规范（GB50011-2010）4 高层建筑结构设计原理（第二版），西南交通大学出版社。第二节 房屋结构概况某七层办公楼为钢筋混凝土全现浇框架结构，其平面柱网布置如图1-1，轴线对应的框架立面如图1-2。图1-1 柱网布置图图1-2 框架立面图第三节 设计参数1 结构层高如图1-2所示，H1=5.7m,H2=3.3m，H3=3.3m。2 荷载楼面恒载：，屋面恒载：，楼面活载：走廊活载：，屋面活载：二三层横墙荷载：四至七层横墙荷载：二至七层外纵墙荷载：屋面以上外纵墙荷载：二至七层内纵墙荷载：注：1）楼面层恒载中已计入楼屋面面层，结构层即楼屋面板及顶棚抹灰或吊顶重，但未计入梁自重。2）内外纵墙荷载已计及门、窗及相关装饰、粉刷、贴面，且忽略结构层高差别的影响。3）屋面以上外纵墙荷载为屋面女儿墙荷载。4）一层墙对框架结构内力无影响，未列入。查建筑结构荷载规范表A.1钢筋混凝土自重取。3 钢筋种类梁、柱纵筋：（C）HRB400， 其他钢筋：(A)HPB300，4 混凝土强度等级混凝土强度等级为C30，。混凝土弹性模量。5 抗震设防烈度本设计抗震设防烈度设定为7度（0.1g）。6 设计地震分组本设计设计地震分组为第一组。7 建筑场地类别本设计选定场地类别为：类。8 其他由于本设计是抗震设防烈度为7度，高度为25.5m>24m的框架结构,查建筑抗震设计规范（GB50011-2010）表6.1.2可知，本设计的抗震等级为二级。本设计将轴横向框架作为典型框架。第二章 截面设计第一节 构件截面尺寸1 板厚由柱网布置图可知，本设计中的板为双向板，查混凝土结构设计规范（GB50010-2002）表9.1.2，现浇钢筋混凝土双向板的最小板厚为80mm。考虑到本设计的荷载，以及模数要求，板厚取为100mm。2 梁截面设计 框架梁截面高度h可按计算跨度的选取，且不小于400mm，也不宜大于净跨。框架梁的宽度b一般为梁截面高度h的，且不应小于200mm。考虑到实际承受的荷载大小、跨度、抗震设防烈度、混凝土强度等级等因素，本设计选取梁的截面为：纵 梁：横梁边跨梁：横梁中跨梁：3 柱截面设计框架柱的截面尺寸一般由最小构造、模数、剪跨比、轴压比要求决定。在本设计中剪跨比不起控制作用，可不考虑。查建筑抗震设计规范（GB50011-2010）6.3.5可知，柱截面的宽度和高度不宜小于400mm。截面长边与短边的边长比不宜大于3。查建筑抗震设计规范（GB50011-2010）6.3.6可知，柱轴压比限值为0.65。根据轴压比按下式估算截面尺寸：式中 柱所需截面面积；柱组合的轴压力设计值； 式中 考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，取1.3； 按简支状态计算的柱的负载面积，本设计中为； 折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近似取，本设计取 验算截面以上楼层层数； 混凝土轴心抗压强度设计值； 框架柱轴压比限值。本设计中起控制作用的是底层的中柱截面尺寸：选取柱截面尺寸为。第二节 刚度计算1 梁的刚度计算计算梁的截面惯性矩时，对于两侧有板的中间框架，横梁截面惯性矩可取梁矩形截面（包括板厚在内）惯性矩的2倍，对于仅有一侧有板的横梁，则取。梁的计算过程见表2.1。表2.1 梁的刚度部位断面跨度截面惯性矩边框架梁中框架梁边跨梁0.25×0.56.32.603.919.55.226中跨梁0.2×0.43.61.071.6114.092.1418.732 柱的刚度计算按D值法计算柱的刚度的计算过程见表2.2。Ic=0.55×0.553÷12=0.00763m4表2.2 柱的线刚度层数层高（m）Ec15.73150042.1662至63.33150072.83273.33150072.832第三章 重力荷载作用下的内力计算第一节 重力荷载计算1荷载参数计算图3-1 用分层法计算各层荷载，荷载传递简图如图3-1所示，按单向板计算（实为双向板），结果：表3-1计算说明：（1）楼板荷载按单向板（老师要求）传递，左右各取板重的一半加到号横梁上（2）梁上均布荷载 边跨=楼面传递荷载+横梁荷载+横墙荷载 中跨=楼面传递荷载+横梁荷载（3）柱节点处集中荷载 柱节点上集中荷载=柱子自重（节点上下柱各取一半长之和）+外（内）纵墙+纵梁（4） 竖向活载计算 边跨均布活载=楼屋面均布荷载按单向板传递到梁上 中跨均布荷载=走廊面均布荷载按单向板传递到梁上（屋面无走廊）（5） 重力荷载代表值=恒载+0.5×活载 屋面重力荷载代表值=恒载+0×活载2 框架上的恒载简图框架上的恒载由上述所算出的各参数组合而成，分为二层、三层、四至七层、屋面四种情况，分别如图3-2、3-3、3-4、3-5所示。整个框架的受力简图如图3-6所示。 图3-2 二层框架恒载受力简图 图3-3 三层框架恒载受力简图图3-4 四至七层框架恒载受力简图图3-5 屋面层框架恒载受力简图图3-6 整个框架的恒载受力简图3 框架上的活载简图框架上的活载只有均布荷载，分为楼面 、屋面两种情况，分别如图3-7、3-8所示。整个框架的受力简图如图3-9所示。 图3-7楼面的活载受力简图 图3-8屋面的活载受力简图图3-9 整个框架的活载受力简图4 框架上的重力荷载代表值简图框架上的重力荷载=100%的恒荷载+50%的活荷载（屋面0%活载）。叠加框架上的恒载及活载的一半得整个框架的重力荷载，如图3-10所示。 图3-10 整个框架的重力荷载代表值受力简图第二节 竖向荷载作用下框架梁内力计算 受力分析运用sap2000分析得到，首先输入框架模型，定义截面，边框架梁绕3轴惯性矩调整系数为1.5，中框架梁绕3轴系数为2，柱子绕3轴系数为1,定义荷载工况，指定荷载：恒载、活载、重力荷载代表值，分别选择平面运行得出分析结果数据，选择数据如下：1 恒载作用下框架梁弯矩（及调幅）与剪力（表和图）说明：恒载作用下，弯矩需要调幅（活载不用），端弯矩调幅系数可取0.8，跨中弯矩调幅系数取1.2。结构对称，数据只取左边一半，用于计算配筋。表3-2 恒载作用下框架梁内力及弯矩调幅图3-11 恒载作用框架梁弯矩图（）图3-12 恒载作用下框架梁剪力图（）2 活载作用下框架梁弯矩与剪力（表和图）表3-3 活载作用下框架梁内力 图3-13 活载作用框架梁弯矩图（）图3-14 活载作用框架梁剪力图（）3 重力荷载代表值作用下梁弯矩与剪力（表和图）表3-4 重力荷载代表值梁内力 图3-15 重力荷载代表值作用框架梁弯矩图（） 图3-16 重力荷载代表值作用框架剪力图（）第四章 水平地震荷载作用下的梁内力计算第一节 水平地震作用标准值计算1 楼层重力荷载代表值各楼层的重力荷载代表值采用：恒载+0.5×活载，屋面为：恒载+0×活载。换算为等效串联质点系，如左图4-1，具体计算资料见表4-1。表4-1 重力荷载代表值计算2 自振周期计算基本自振周期采用模型计算法（MODEL），输入恒活载（已用于定义质量源）运用×平面分析×运行，得到周期T1= 1.289s ，精算周期折减（系数0.6-0.7）后得结构自振周期T1=0.773s-0.902s，取周期为0.773s。 将各层楼面处重力荷载代表值Gi作为水平荷载加载结构上（LAFOR_1工况）得到顶点最大位移为T=0.5072m。估算得到周期为： 估算周期接近sap2000精算周期。所以周期取T=0.773s。3 地震影响系数根据建筑抗震设计规范中地震影响系数的曲线，设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，I类场地时：，。由于，地震影响系数按下式计算：式中曲线下降段的衰减指数，取0.9；阻尼比调整系数，取1；结构自振周期；特征周期；地震影响系数最大值。 经计算，地震反应谱如图4-2所示：图4-2 地震反应谱由于,需计算附加顶部集中力：4 结构水平地震作用标准值结构总水平地震作用效应标准值为:附加顶部集中力为：各层水平地震作用标准值： 屋面：楼面： 第二节 用sap2000计算水平地震作用下的内力及位移1 水平地震作用下框架梁弯矩及剪力表4-2 水平地震荷载作用（左震）梁内力 图4-3 水平地震作用（左震）框架梁弯矩图（） 图4-4 水平地震荷载作用（左震）框架梁剪力图（）表4-3 水平地震作用（右震）梁内力 图4-5 水平地震作用（右震）框架梁弯矩图（）图4-6 水平地震荷载作用（右震）框架梁剪力图（）第五章 荷载作用下柱的内力计算由于是钢筋混凝土全现浇框架结构，所示截面最大内力会出现在底层。以上各层配筋与底层一致，下面以底层的梁、柱为例，进行抗震内力组合与截面计算。首先，进行侧向位移计算。在sap2000中运行水平地震作用，结果中找到层间位移。验算公式：（层间位移，h层高）表5-1 各层层间位移及侧移验算由验算可知，层间位移均符合规范要求。第一节 框架柱弯矩、剪力及轴力计算 根据sap2000很容易作出柱的弯矩图、剪力图和轴力图。柱子的内力由重力荷载代表值与水平地震作用组合控制，运行得出结果。1. 重力荷载代表值作用下柱子的内力 表5-2 重力荷载代表值作用下柱内力 图5-1 重力荷载代表值作用下柱轴力图（） 图5-2 重力荷载代表值作用下柱剪力图（） 图5-3 重力荷载代表值作用下柱弯矩图（）2水平地震荷载作用下柱子的内力 表5-3 水平地震作用下柱内力（左震） 图5-4 水平地震作用下柱轴力图（左震）（） 图5-5 水平地震作用下柱剪力图（左震）（） 图5-6 水平地震作用下柱弯矩图（左震）（）结构完全对称，水平地震作用为右震时轴力与左震正负相反，剪力与左震正负相反，弯矩与左震正负相反，内力图略，计算数据表5-4。表5-4 水平地震作用下柱内力（右震）第六章 荷载作用下梁、柱的内力组合 根据内力组合配筋，由前面数据可以得出，在荷载作用下框架梁、柱内力最大处为底层杆件，进行底层截面配筋用于整个框架即可满足设计要求，所以后面将组合底层内力。 第一节 柱内力组合1底层柱内力组合： 柱子内力包括轴力、剪力、弯矩，经比较发现柱子的内力组合由重力荷载代表值与水平地震作用的组合控制，组合底层柱及二层柱内力，组合如下：1.2×重力荷载代表值效应+1.3×水平地震作用效应表6-1底层柱内力组合（左震/右震）2二层柱内力组合： 表6-2 二层柱内力组合（左震/右震） 第二节 底层梁内力组合1 底层梁内力组合：梁内力主要包括剪力、弯矩，经比较发现梁的内力组合由（无地震时）恒载和活载组合及（有地震时）重力荷载代表值与水平地震作用的组合共同控制。组合底层梁内力，在恒载与活载组合时候，因为恒载远远大于活载，所以起控制作用的是恒载，组合如下，恒载和活载组合=1.35×恒载+0.7×1.4×活载；重力荷载代表值与水平地震作用组合=1.2×重力荷载代表值+1.3×水平地震作用表6-3 底层梁内力组合注：表6-3中V1表示边跨右端剪力，V2表示中跨左端剪力 第七章 框架配筋计算第一节 梁配筋计算1 底层梁截面配纵筋设计 查表知道该抗震设计为7度，为二级抗震 截面尺寸:边跨 跨高比 中跨 跨高比钢筋种类梁、柱纵筋：HRB400 其他钢筋：HPB300 混凝土强度等级 :混凝土强度等级为C30，。混凝土弹性模量。根据规范,混泥土采用C30<C50时，。 （1）边跨跨中抗弯钢筋，从内力组合中选择较大的组合内力，即无地震作用（）的组合，纵向受拉钢筋计算 所以 下部钢筋选钢筋2C22 HRB400，。 （2）边跨梁左端抗弯钢筋，由内力组合中选择较大的组合内力，即有地震作用的组合（），纵向受拉钢筋计算 抵抗正弯矩：边跨左支座的正弯矩，直接用2C22 HRB400钢拉通可满足要求。抵抗负弯矩，按双筋截面计算，已知 左支座上部钢筋选4C24钢筋HRB400， 验算是否满足二级抗震要求 满足抗震要求。（3）边跨梁右端抗弯钢筋取有地震是组合（） 下部钢筋2C22钢筋HRB400，。 上部钢筋4C24钢筋HRB400，。验算抵抗正弯矩验算抵抗负弯矩 （4）中跨左端抗弯钢筋取有地震作用组合（） 抵抗正弯矩下部钢筋需要 下部钢筋4C14钢筋HRB400，抵抗负弯矩，上部钢筋需要 得 上部钢筋6C16钢筋HRB400，（5）中跨跨中抗弯钢筋因为跨中弯矩很小用4C14拉通即可2 边跨梁抗剪及箍筋配置 剪力组合由有地震作用控制（） （1）按二级抗震要求，按以下公式计算剪力设计值：其中： 重力均布荷载代表值为37.53kN/m。 验算截面尺寸：箍筋加密长度： 中较大值，取750mm箍筋最大间距配箍计算：选用构造配箍最小配双肢HPB300钢筋加密区取A8100，有 满足受剪承载能力。（2）边跨非加密区钢筋，边跨非加密区最小配箍率：按组合剪力计算，按以下公式：配箍计算： 选用HPB300钢筋，双肢A8，有可得间距： ，选双肢HPB300即A8150。配箍率 满足构造要求。3 中跨梁抗剪及箍筋配置 剪力组合由有地震作用控制（） （1）按二级抗震要求，按以下公式计算中跨剪力设计值：其中： 中跨重力荷载代表值为23.85kN/m剪压比验算：箍筋加密长度： 中较大值，取600mm箍筋最大间距配箍计算： 选用构造配箍最小配双肢HPB300钢筋，加密区取A8100，有 满足受剪承载能力。（2）中跨非加密区箍筋，中跨跨中非加密区最小配箍率： 按组合剪力计算，按以下公式： 选用HPB300钢筋，双肢A8，有 可得间距， 构造当 规定，所以选HPB300钢筋双肢A8200。配箍率 满足规范要求。第二节 柱配筋计算底层B轴柱（控制作用）设计截面尺寸 柱净高 材料混泥土 组合内力:B轴底层柱 （1）轴压比验算满足要求（2）柱底截面纵向配筋（使用的是|M|较大，N较小的组合） 对柱底及柱顶截面分别进行配筋。二级抗震时柱底截面弯矩应乘以1.5增大系数 柱计算长度配筋计算：，取，取。，取。对称配筋按大偏压计算：按最小配筋率单侧：柱底采用HRB400钢筋，4C18， 两边旁各2C18HRB400用于构造钢筋 四边总配筋12C18，总配筋率满足二级 抗震总最小配筋率要求。 (3)柱顶截面纵向配筋 柱顶截面配筋设计应满足强柱弱梁要求 节点左右梁弯矩之和 节点上下柱弯矩之和 > 不满足要求。因此增大柱顶弯矩设计值 取： 过程同底，取:，取，取。，取。对称配筋按大偏压计算： 配筋采用构造要求最小配筋率：为方便施工，钢筋拉通。柱顶依然采用HRB400钢筋，4C18， 两边旁各2 C18HRB400用于构造钢筋 四边总配筋12C18，总配筋率满足二级 抗震总最小配筋率要求。（4） 箍筋配置 计算剪力设计值为 验算截面尺寸：箍筋加密长度： 中较大值，取900mm箍筋最大间距由抗剪承载力计算箍筋：剪跨比 取箍筋按照轴压比及构造要求确定。（见高层书p203）轴压比为0.40时普通箍筋的配箍特征值为0.09，因此体积配箍率 二级抗震是体积配箍率不小于0.557.最小箍筋直径为8mm按照构造要求箍筋至少配置HPB300钢筋，四肢箍，A8100 满足轴压比体积配筋率要求非加密区剪力设计值,可判断只需要构造箍筋，取加密区箍筋的50%，四肢A8200,HPB300钢筋。（5）节点区配筋剪力设计值计算：节点区截面尺寸验算： 满足要求。 计算节点箍筋： 上层传来的轴力按照构造要求配筋，方便施工，与柱端加密区相同，取HPB300钢筋，四肢箍，A8100附：一至二层施工图