合肥大学大学学生宿舍楼设计.pdf

1题目及原始资料本工程名称为合肥大学大学学生宿舍楼，位于合肥市。该建筑为层钢筋混凝土框架结构体系，建筑面积约5870m2,建筑平面为矩形，宽 度 为15.6m,长度为42.9m,建筑高度为30.7m,18层 高3.3m。建筑方案确定，房间开间为3.9m,进深为6.6m,走廊宽度2.4m,室内外高差0.30m。框架梁柱及板均为现浇。该工程拟建场地平坦，土质量好；地表自上而下土层分布情况为：第一层：杂填土，黄褐色，有粉质粘土夹少量碎石，层 厚1.5米；第二层：粉质粘土，黄色及褐色，硬塑，低压缩性，地基承载力特征值fak=380kPa,层 厚3米。地基承载力特征值fak=420kPao场地类别为II类。底层室内主要地坪标高为士 0.000,相当于绝对标高37.00m。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g,设计地震分组均为第二组。建筑防火等级为二级，面防水等级为三级，建筑装饰等级为中级。2结构选型及平面布置采用钢筋混凝土结构，其能提供大空间，且结构承载力强，楼(屋)采用现浇。框架梁一般取梁跨度的1/121/8,当梁的负载面积较大或荷载较大时，宜取上限值，为防止梁产生剪切脆性破坏，梁的净跨与截面高度之比不宜小于4,梁的截面宽度 可 取1/31/2梁高，同时不宜小于1/2柱宽，且不应小于200mm。横向框架梁AB跨跨度L=6.6m/i=()Z =82 5mm 550 mm 取 h=600mm8 12b=()1=330加？2 2 0 mm 取 b=250mm2 3初选截面尺寸为：bX h=250mmX 600mmBC跨跨度L=2.4mh=(-)/=3 0 0 mm 2 0 0 mm 取 h=400mm8 12。；)力=2 0 0 mm 1 3 3 m m 取 b=250mm初选截面尺寸为：b X h=250mm X400mm框架柱框架柱的截面尺寸一般根据柱的轴压比限值按下列公式计算:Np=式（2.1）N=nAg 式（2.2）其中，n 为验算截面以上楼层层数，g 为折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，A 为按简支状态计算的柱的负荷面。设防烈度为7 度，小于55m高的框架结构建筑抗震等级为三级，其轴压比限值 口 N=0.8,经计算选取柱截面如下：13层截面军用450*45048层截面采用400*400则结构平面布置图3.1所示图 2.2 结构平面布置图混凝土等级柱：13 层采用C30混凝土，48层采用C25混凝土。梁：采用C30混凝土。框架结构计算简图计算单元取框架为计算单元，如图中虚线部分图 3.1 计算单元 3900各层柱高如图3.2可知，根据土质状况选择第二层土做为持力层，贝 门 层等于基础顶部距2 层距离为3.3+1.5=4.8m。图 3.2 地基示意图-0.350-rXoo寸士 0.000/，ooLO28层等于层高3.3m梁的跨度1 3 层边跨：6.6-2*(0.225-0.12)=6.39中跨：2.4+2*0.105=2.6148 层 边跨：6.6-2*(0.2-0.12)=6.44中跨:2.4+2*0.8=2.56为计算方便，边跨均取为6.3 9,中跨为2.61。梁柱线刚度查表得：C25 混凝土 fc=l1.9N/mm2；Ec=2.Sx1 04 N /m m2 0C30 混凝土 fc=1 4.3 N/mm2；Ec=3.0 x1 0,N/m m）梁线刚度有效翼缘的有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，边框架取1=1.51。（I。为梁的截面惯性矩），中框架取I=2.OIo,横梁线刚度计算结果见下：A B梁：0.2 5x0 6x2一 知12E J,Li3.0X104X9X1Q96.39xl03=4.23x101N 加 加BC梁:Ib0.25X0.43X212=2.67xl09/nm4h,E(.lh _ 3.0 x104x2.67x1092.61X1033.07xl0-m/n柱线刚度1层：0.45x0.45312=3.42x109 n l/.E 3 3.0X104X3.42X109.1NL0i.=-2-；-=2.14x10 mm,%4.8 xlO323 层:1.=045x0453=3 42*i()9m m,c 12%3.0X104X3.42X1Q93.3x103=3AM0N-mm48 层：0.4x0.4312=2.13x109/2.8X104X2.13X1093.3xl03=1.807xl()iN-flim梁柱相对线刚度将各件相对线刚度标注于下图中，如下图：图3.3 构件相对线刚度G G C C GGCIC“1C 2.3 5)(1.71)(2.3 5)cuurcc1)C 2.35)C.71)C 2.35CuuCC TC 2.35)L.71)2.3 5wue1)L.71)Wu1.73)C 2.3 5)(L.71)2.3 517 3)C 2.35)L.71)2.3 5)C 1.1 9)C 2.35)L.71)C 2.35)三柱侧刚度D 值横向框架柱侧移刚度D值计算见表：表 3.1框架层数柱号KaD边框架1A1.480.570.35B2.550.670.422-3A1.020.340.65B1.760.170.94-8A1.760.470.52B3.040.60.66中框架1A1.980.620.38B3.40.720.452-3A1.360.40.76B2.350.541.0294-8A2.350.540.6B4.060.670.744荷载恒载计算楼面恒载4 0厚佐110厚碎板15厚纸筋抹灰底总计：屋面恒载4 0厚碎架空板砖蹲三毡四油防火层30厚水泥砂浆找平层焦渣找平110砖板20kN/m3 x 0.04=0.8ZN/nr25kN/m3 xO.l=2J5kN/m217kN/x 0.15=0.255kN/m2=3.8 W/m225kN/mixO.Q4=kN/m219/7M3X0.12X0.12X0.18/0.16=W/?H20A5kN/m220kN/m i 0.03=0.6kN/in?3kN/mixOA2=1.56kN/m225kN/mix0A l=0.6kN/m215厚纸筋抹灰底17雨/疝 x。15=0.255AN/m2总计：=6.925A N/m2墙重(240厚加气碎砖块)墙 7.5Z N/，3X0.24=L 8 Z N/，2粉刷2 0 kN/m3 x0.0 5=lkN/m?总计=2.SkN/m2梁、柱的线荷载可根据截面的尺寸、材料容重及粉刷等计算出单位长度上的重力荷载；钢门面积重力荷载为0.4kN/m z；钢窗单位面积重力荷载为0.45kN/m 均布荷载：g,=25*0.25*(0.6-0.1 5)+20*0.02*0.9=3.49kN/m2g2=3.81*3.9=1 4.9/m2g3=25*0.25*(0.45-0,1 5)+20*0.02*0.6=2.1 1 5 /m2g4=3.81*2.4=9.1 4/m2g5=25*0.25*(0.6-0.1 5)+20*0.02*0.9=3.49/7M2g6=6.925*3.9=2 7.0 W/TM2=25*0.25*(0.45-0.1 5)+20*0.02*0.6 =2 A1 5kN/m2g 8=6.925*2.4=1 6.6kN/将其中梯形荷载，三角荷载转换成均布荷载：g；=1 49*(1 2*0.32+0.33)=1 2.62J W/一g6=27.01 *(1 -2*0.32+0.33)=22.89J t 2V /m2g；=2*9.1 4=5.71 3 攵 N/85)g；=*3.3*25=1 9.84-8 层(0.4+0.02*2*3.3*25=1 5.97K 每层有 50 跟柱子,则 1 层 28.81*50=1 441 K n,2-3 层 1 9.81*50=990.5K n,4-8层 1 5.97*50=798.5K n.4.4.1.2 梁横梁 L 1 (250*600)：0.6*6.6*25*(0.02*2+0.25)=28.71 K nL 2(250*450)：0.45*2.4*25*(0.02*2+0.25)=7.83K n纵梁 L 3(250*450):0.45*3.9*25*(0.02*2+0.25)=1 2.72K n综上,L I：28.71*1 2*2=689K n L 2:7.83*1 3=1 01.8K n L 3:1 5.97*1 1*4=702.7K n4.4.1.3 墙钢门面积重力荷载为0.4kN/m2；钢窗单位面积重力荷载为0.45kN/m 2;墙体自重 2.8kN/m,门窗尺寸数量(括号内位门窗具体数量)：C 1 (23)：1 800*1 500 M l(l)：3000*2000 M 2(1 5)：2000*1 000 M 3(l)：2000*1 5001 层墙重：(3.9-0.45)*(3.3-0.45)*2.8*1 1*4-(1.8*1.5*2.8-1.8*1.5*0.45)*21-(1.26*2*2.8+2.1*2*2.8*2+1.6*2*2.8)-(1*2*2.8-2*1*0.4)*1 5+2.8*(2.4-0.45)*(3.3-0.45)*3-2.8*1.5*1.8+1.5*1.8*0.45+2.8*(6.6-0.45)*3-0.450*1 2*2-1.2*1*2.8*1.5*2+0.45*1.5*2-2.8*1.5*2=960+40.34+1 1 56=21 56kn同理可得：2-3 层墙重：943.2+1 1 71+46.68=21 60.9kn4-8 层重：961.2+1 1 81+47.88=21 90.I kn4.4.1.4 板重楼板：3.81*6.6*3.9*1 1*2+(3.9*1 0+1.5)*2.4*3.81=2528kn屋面板:6.925*6.6*3.9*1 1*2+(3.9*1 0+1.5)*2.4*6.925=4595kn综上，由 G i=恒载+0.5*活载,可得：G 8=1 1 459kn,G 7-G 4=1 0983kn,G 3=1 0872kn,G 2=1 0953kn,G l=1 1 1 76kn。框架自震周期的计算采用能量法，按小(4.2)=2(PT与计算，该式分子分母项计算过程见表，i=l表4.1户区数G j(K N)(kn/m)n毕(K N)YG,A w.=(%=Ei=(GjU.(kn m)GM 2i(kn m)81 1 4595696001 1 4590.020.70480675679.371 0983569600224420.0390.684751 251 38161 0983569600334250.0590.6457084456951 0983569600444080.0780.58664363771JjJ41 0983569600553910.0980.5085579283431 0872758580662630.1 1 70.4144571 82721 09537585807721 60.1 360.2933209940.311 1 1 76355260883920.1 570.1 571 755275.54409925033取 9r =0.5 T =2 9T且由抗震设防烈度7：得：Tg-635，=m a x =S O1 t -n s*21川，f 2 5 0 3 3 _八(4.3)/=1级，场地类别夕84 4 0 99 一设计地震分组为第二组。0.9上上*0.0 8 =0.0 4 (4.4)0.7 5；5“=0.0 8 7；+0.0 7 =0.0 8 *0.7 5 +0.0 1 =0.1 3(4.5)Fek=0.0 4*0.8 5*8 8 3 92 =3 0 0 5.3(4.6)F“=万F.=0.1 3*3 0 0 5.3 =3 90.7K N ,计算各层的水平地震作用(4.7)具体计算见表5.2：表4.2各层地震作用及楼层地震剪力层数H：GG,1-8,.翁%(f)匕%82 7.91 1 4 5 93 1 97 1 00.936 1 66 1 65 6 96 0 00.0 0 172 4.61 0 98 32 7 0 1 8 00.935 2 11 1 3 75 6 96 0 00.0 0 262 1.31 0 98 32 3 3 94 00.934 5 11 5 8 85 6 96 0 00.0 0 2 751 8.1 0 98 31 97 6 900.933 8 11 96 95 6 96 0 00.0 0 3 541 4.71 0 98 31 6 1 4 5 00.933 1 12 2 8 05 6 96 0 00.0 0 431 1.41 0 8 7 21 2 3 94 00.932 3 82 5 1 87 5 8 5 8 00.0 0 3 328.11 0 95 38 8 7 1 90.931 7 12 6 8 97 5 8 5 8 00.0 0 3 514.81 1 1 7 65 3 6 4 50.931 0 3.42 7 923 5 5 2 6 00.0 0 7 9顶层附加地震作用4)=2I|*3 0 0 5*(1-0.1 3)=3.5 K 乙G j H jj=i(4.8)=3*(3.5 +2 1 0)=6 4 0 K N验算框架层间弹性位移首层：也=竺=1.6 4 *1 0-3 2.2 2 *1 0-3=_L(满足)h 4.8 4 5 04 层：也=”=1.2*1 0-3 2.2 2*1 0-3 =_L(满足)h 3.3 4 5 0框架内力分析恒载作用下内力分析梁固端弯矩计算符号规定以绕杆顺时针为正，反之为负。将框架梁看成两端固接的梁计算固端弯矩顶层：MSAB=12：=*37.7*66：12=-136.9KN 加加880=二8cB;=-*15.5*6.62：12=-1AAKN-m17 层：MAB.=MBA=-1 o/2-T28AO*27.43*6.6212=-99.51 KN mM BC:=-MC B=1,：*15.9*2.42=12 763KN分配系数的计算分配系数根据梁、柱相对线刚度（见 上 图3.2）计算，现以顶层框架的分配系数为例，计算如下：1 八、=-=0.3乂 1 +2.35uKK=-=0.161 +2.35+1.711.71 uRC=-0.38c 1 +2.35+1.712.35-7NAB=、O 1 +2.352.35 A%=-=0.461 +2.35+1.71其它各层的分配系数同理可得，详见下表5.1。弯矩分配因框架为对称结构，则采用对称方法分配内力。恒载作用下的整个结构弯矩分配与传递按图6.1所示的方法进行。首先将各节点的分配系数填在相应方框内；将梁的固端弯矩填写在框架横梁相应位置上。然后将节点放松，吧各节点不平衡弯矩同时进行分配。假定远端固定在进行传递：右左梁分配弯矩向左右梁传递；上下柱分配弯矩向下上柱传递（传递系数均为0.5）。第一次分配弯矩传递后，再进行第二次弯矩分配，然后不再传递。实际上，弯矩二次分配法，只将不平衡弯矩分配两次，将分配弯矩传递一次。表5.1弯矩分配上柱 下柱 右梁 左梁 上柱 下柱 右梁00.30.70.4600.160.38-136.9136.9-7.4441.195.8-59.6-20.7-49.511.45-29.847.9-9.194.615.512.85-17.81-6.2-14.7158.05-58.05107.4-71.64-36.040.230.230.540.350.20.20.25-99.5799.57-7.6322.922.953.77-32.18-18.39-18.3922.9920.5511.45-16.0926.89-10.35-9.19-3.66-3.66-8.6-2.6-1.47-1.47-1.8439.7930.69-70.4991.68-30.21-29.05-32.460.230.230.540.350.20.20.25-99.599.57-7.6322.922.953.77-32.18-18.39-18.3922.9911.4511.45-16.0926.89-9.19-9.19-1.57-1.57-3.72.981.71.72.1332.7832.78-65.5997.26-25.9-27.58-28.990.230.230.540.350.20.20.25-99.5799.57-7.6322.922.953.77-32.18-18.39-18.3922.9911.4511.45-16.0926.89-9.19-9.19-1.57-1.57-3.72.961.71.72.1332.7832.78-65.5997.26-25.9-27.58-28.990.230.230.540.350.20.20.25-99.5799.57-7.6322.922.953.77-32.18-18.39-18.3922.9911.4518.92-16.0926.89.a-3/io.e s/10,/，1。J u 4 n,9.3 3 /1i o.a e。/3 O9.-3 S /1 N O 2 /1 C 3.3 e7 /F a 3 2/1 3口2/1 Q/3 S /1 5.9 7/1 5.9-7/禽.9 7/1597/0.9 7/1 8.6.1 8.6 /1 8.6./re.e1 8.6/1 8.6*/1 8.6J8.y/2 3 2 4/a q/Z21.2 4/3 1.e a/a Z e a31.S3/38./e.i 73b aDd图 5.8 梁剪力图及柱轴风荷载作用下内力分析剪力分配由4.3节可得：W5=W6=W7=WS=8.0 8&Wj =W2=W,=W4=6.3 8%则横向框架结构各层受到得剪力如下：匕=8.0 8切，匕=1 6.1 6而，匕=2 4.2 4 ,匕=3 2.3 2 4 匕=3 8.7初，匕=4 5.0 8版，匕=5 1.4 6初，=5 7.8 4也按各层柱子抗侧移刚度D值分配剪力，由于各层柱子的抗侧移刚度均相同，则平均分配得到：匕=2.0 2也，匕=4.0 4kn,V6=6.0 6 kn,V5=8.0 8的匕=9.6 8妨,匕=1 1.2 7版,匕=1 2.8 7%，=1 4.4 6也风荷载作用下框架柱剪力，柱段弯矩,梁端剪力及柱轴力标准值计算如下表5.6 柱剪力和柱段弯矩计算层柱Vi(kn)K%明“上柱Vi(kn)K%明叫8中柱2.024.060.4533.7边柱2.022.350.41752.783.8874.044.060.56.676.674.042.350.46756.237.166.064.060.510106.062.350.46759.3510.758.084.060.513.313.38.082.350.513.313.349.684.060.516169.682.350.51616311.32.350.518.618.611.31.360.518.618.6212.92.350.521.221.212.91.360.521.221.2114.53.40.5538.231.214.51.980.5538.231.2表5.7梁端剪力和柱轴力计算AB跨梁端剪力BC跨梁端剪力柱轴力M E左/右%l(m)M E在加 七 右%边柱NE中柱心86.63.882.130.92.41.541.541.30.90.476.69.885.62.342.44.064.063.42.341.0666.616.889.674.022.4775.84.021.7856.622.6813.545.492.49.89.88.175.492.6846.629.3177.022.412.312.310.257.023.2336.634.5620.68.362.414.514.5128.363.6426.639.8323.19.532.416.7316.7313.949.53416.652.4730.4312.562.422.0322.0318.3612.565.8各梁、柱弯矩图、剪力图、轴力图图5.9剪力图