某高校教学楼计算设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流某高校教学楼计算设计.精品文档.华中科技大学土木工程2001级毕业设计某高校教学楼计 算 书（下册）设计： 指导教师 华中科技大学土木工程与力学学院4 第轴横向框架内力组合及配筋计算864.1 内力组合错误！未定义书签。4.2 截面设计915 部分板设计1535.1 七层板设计错误！未定义书签。5.2 底层板设计错误！未定义书签。6 1号楼梯设计1606.1 梯段板设计1606.2 平台板设计1616.3 平台梁设计1626.4 构造措施1647 主楼电算1647.1 PKPM电算错误！未定义书签。7.2 电算、手算结果比较与分析错误！未定义

2、书签。7.3 基础设计荷载错误！未定义书签。7.4 BIS隔震设计分析错误！未定义书签。8 部分基础设计1648.1 基础隔震设计错误！未定义书签。8.2 条形基础设计1659 全文总结17610 致谢17811 参考文献1795 第轴横向框架内力组合及配筋计算上一章计算了第轴横向框架分别在恒载、活载、风载与地震作用下的内力，但是，并不能直接利用这些内力来进行截面设计，因为，结构在实际工作状态下可同时受几种不同的荷载的作用，所以应该将第四章计算的单项内力按照基于概率论的可靠度设计原理加以组合。组合前，应将第三章计算得的单项内力加以调整。5.1 内力调整以上各章节计算与调幅的内力均是针对计算简图

3、（图2.2）而言，所求的杆端内力也就是柱中与梁中交点处（如图4.2中C处）的内力。但是，实际结构并不是如计算简图那样无尺寸的框架，各个构件是有尺寸的，所以，用于设计构件的内力应该是梁边或柱端处（如图4.2中的，）的内力。因此，我们需要将计算简图上的杆端内力调整为实际构件的端内力。针对毕业设计而言，不需对每一根柱与每一根梁均进行内力调整与内力组合，在此，我们选取一层、六层与顶层的边柱中柱各一根；一层、四层与顶层梁，进行内力调整和内力组合。图4.2 内力调整截面示意图1） 调整方法采用力、力矩平衡的方法将C处的内力调整至梁端、柱端。（1）梁内力调整a、竖向荷载内力调整（以恒载内力为例） 节点2详图

4、见图5.2.1，其左梁受恒载作用下的右端弯矩，剪力。同时受均布荷载（自重）与梯形分布荷载（板重）作用。取半柱宽梁段为隔离体，计算简图如下：图4.3 节点2左梁右弯矩内力调整示意1对该隔离体列出平衡方程如下：求解出： （5.1） （5.2）其中，；代入得：同理可将该节点右梁左内力调整，同理可将活载作用下内力调整。b、水平荷载内力调整水平风荷载作用下，剪力图如图3.31所示，剪力延梁不变，所以不需调整；弯矩图如图3.30所示，延梁呈线性变化，所以可利用线性关系调整。计算简图如下：图4.4 节点2左梁右弯矩内力调整示意2对右侧三角形运用相似三角形定理，可得：其中，代入，可解出：同理，可将节点右梁左端

5、内力调整，可将水平地震作用内力调整。（2）柱内力调整a、竖向荷载内力调整（以恒载为例）恒载作用下柱的剪力图如图3.22所示，延柱不变，所以不需调整；弯矩图如图3.20所示，为线性变化，可利用线性关系调整。计算简图如下。图4.5 节点2下柱内力调整示意对上三角形利用相似三角形定理，可得：其中，代入可得：同理可将节点2上柱内力调整，同理可将节点2受活载内力调整。b、水平荷载内力调整因为水平荷载作用下，柱内力形式同竖向荷载作用时相同，所以可采用相同的方法。5.2 内力组合1） 内力组合 因为在内力组合过程中采用EXCEL表格进行，只需要进行公式粘贴，而所需要的数据可以从前面的计算表得到。所以，将各层

6、框架梁和B、C、D、F四根柱的各层内力进行组合。根据高层规范5.6，本教学楼第榀横向框架内力组合有以下几种组合形式：（1）无地震作用效应组合： （5.3）（2）有地震作用效应组合 （5.4）以上各个符号意义详见高层规范5.6。由此，具体可分为以下14种内力组合形式：（左风）（左风）（右风）（右风）（左风）（左风）（右风）（右风）（左震）（左震）（右震）（右震）内力组合见表见本章附录。2） 内力调整本节内力调整针对与地震作用参与的组合，按照“强柱弱梁，强剪弱弯“的原则将梁端剪力，柱端弯矩，柱端剪力进行抗震调整。调整原则详见高规6.2节。内力调整结果附于内力组合表中。根据高规5.2.3，“截面设计

7、时，框架梁跨中截面正弯矩设计值不应小于竖向荷载作用下按简支梁计算的跨中弯矩设计值”。以下以一层中跨梁为例，验算以上条款。一层中跨梁在恒载作用下以简支梁计算，计算简图如图3.1.4。跨中正弯矩为：一层中跨梁在活载作用下以简支梁计算，计算简图如图3.2.4。跨中正弯矩为：所以，竖向荷载作用下按简支梁计算的跨中弯矩设计值为：-6.2（组合值）所以，一层中跨梁跨中正弯矩设计值取6.85。同理，验算各个梁的跨中正弯矩，见下表：表4.11 跨中设计弯矩梁类型简支梁跨中弯矩的一半（kNm）组合跨中弯矩（kNm）设计用跨中弯矩（kNm）一层边跨120.681125.478125.478中跨6.850-6.20

8、06.800四层边跨120.681119.972120.680中跨6.850-4.0976.850七层边跨116.721131.656131.656中跨9.323-9.1499.3235.3 截面设计5.3.1 设计内力1） 梁设计内力的选择梁利用弯矩与剪力进行截面设计，具体来说，利用弯矩设计纵向钢筋，利用剪力设计箍筋。所以弯矩与剪力不需取同一组工况的内力。分别取最大值为设计内力即可。具体设计内力的选择见下文各个杆件截面设计。框架梁弯矩设计值BC跨中CB7 8.59 -83.48 100.29 55.01 -9.17 5 34.99 -108.71 100.09 125.71 -61.12 3

9、 59.32 -133.04 101.91 156.94 -92.35 1 81.67 -151.05 122.02 177.85 -122.02 CD跨中DC8 5.80 -38.89 30.79 29.46 -30.79 7 25.08 -41.62 25.08 37.83 -14.71 5 34.81 -52.05 34.96 51.88 -34.96 3 49.94 -67.18 50.08 67.01 -50.08 1 61.12 -81.62 61.43 81.24 -61.43 DF跨中FD +Max -Max +Max +Max -Max8 29.24 -77.18 102.8

10、9 73.41 -2.34 7 32.34 -99.56 96.51 92.32 -17.41 5 61.12 -125.71 100.09 108.71 -34.99 3 92.35 -156.94 101.91 133.04 -59.32 1 122.02 -177.85 122.02 151.05 -81.67 剪力设计值左跨右跨Vmax静力组合地震组合静力组合地震组合787.00 79.78 75.92 73.03 87.00 593.23 94.52 90.23 92.20 94.52 3101.56 107.43 98.56 105.12 107.43 1111.06 118.70

11、 106.61 115.27 118.70 832.92 55.68 12.29 34.40 55.68 722.68 45.98 27.02 50.41 50.41 538.05 65.29 39.56 65.07 65.29 350.04 83.99 51.56 83.78 83.99 163.94 99.77 63.02 99.30 99.77 877.57 76.19 #REF!82.06 82.06 784.11 79.55 0.00 83.96 84.11 590.23 85.63 #REF!94.52 94.52 398.56 92.89 0.00 107.43 107.43 1

12、106.61 97.75 #REF!118.70 118.70 2） 柱设计内力的选择柱利用弯矩与轴力设计，两者是耦合的，不可孤立的选择，所以，两者必须来自于同一种组合。为了不遗漏最不利内力，并考虑简化计算，分别计算地震组合与非地震组合的配筋，最后选取最大值。其中，对于非地震组合，选Mmax,N与Nmax,M两种组合，而对于地震组合则考虑Mmax,N。因为，柱端弯矩是要根据梁端弯矩进行调整（即满足强柱弱梁）而得到的，而实际梁的配筋是按各种组合的最大弯矩来进行配筋，所以，柱的配筋也应按和梁向对应组合（Mmax）进行配筋（这样，才能真正达到强柱弱梁的目的）；实际上，根据柱节点弯矩平衡，梁达到最大弯

13、矩时，柱也是达到最大弯矩值，所以，对于地震组合，只用考虑Mmax,N这组合。很明显，在进行柱的弯矩调整时，只需对地震组合中的Mmax进行调整。剪力用于设计箍筋，可以取自不同于弯矩和轴力的工况（取最大值）。具体设计内力的选择见下文各个杆件截面设计。5.3.2 梁截面设计设计思路：对于边跨梁，首先利用跨中正弯矩设计值，以单筋T形截面来配置梁底纵筋（因为跨中梁顶负筋一般配置较少，以单筋截面设计带来的误差较小）；然后根据“跨中梁底纵筋全部锚入支座”的原则确定支座的梁底纵筋，利用支座负弯矩设计值以双筋矩形截面来配置梁顶纵筋。纵筋的截断、锚固以构造要求确定。钢筋采用电渣压力焊接长，所以不考虑钢筋的搭接。然

14、后按高规有关要求配置抗剪箍筋，验算梁抗剪承载力；对于中跨梁，因其跨中正弯矩较小，所以利用支座正弯矩设计值，以单筋T形截面来配置梁底纵筋即可。其余操作同边跨梁。设计参数：梁砼：C25（）；纵筋：HRB335（）；箍筋：HPB235（）；纵筋保护层厚：。1） 一层梁截面设计（1）边跨截面设计：a、跨中截面设计设计内力：；按T形单筋截面设计，首先确定截面几何参数： （5.5）其中：； ，不需考虑；所以，属于第类T形截面。 （满足）实配钢筋： （满足） （满足）c、支座处负筋配置设计内力：已知支座负弯矩作用下，受压钢筋为（） （无法屈服，可认为砼不起作用）所以，近似令配筋：支座处最小配筋率为实配： 其

15、中，以上三根钢筋中，通长，于跨中处充当负筋（架立筋）见图6.2.1； 于梁跨1/3处截断。 （满足）验算纵筋间距：（满足）d、箍筋配置支座剪力根据高规6.2.6 验算受剪截面截面满足要求！根据高规6.3.2 配置箍筋：加密区（梁两端各900mm） 非加密区 （满足） （5.6a） （满足） （5.6b） （满足）（2）中跨梁截面设计：a、跨中截面设计设计内力：；按T形单筋截面设计，首先确定截面几何参数：其中：； ，不需考虑；所以，很明显，弯矩太小，应按最小配筋率配筋：跨中截面实配正钢筋： 支座截面按构造配负钢筋： （满足） 显然，配筋率既满足最小配筋率要求，也满足最大配筋率要求。底部受拉钢筋通

16、长布置，支座正筋的一半在梁1/3处截断。 （满足）验算纵筋间距：（满足）c、箍筋配置支座剪力根据高规6.2.6 验算受剪截面截面满足要求！根据高规6.3.2 配置箍筋：加密区（梁两端各500mm） 非加密区 （满足） （满足） （满足）2）、一层梁截面设计（1）边跨截面设计：a、跨中截面设计设计内力：；按T形单筋截面设计，截面几何参数同一层梁边跨。属于第类T形截面。 （满足）实配钢筋： （满足） （满足）c、支座处负筋配置设计内力：已知支座负弯矩作用下，受压钢筋为（） （无法屈服）所以，近似令配筋：实配： （满足）其中，以上四根钢筋中，通长，于跨中处充当负筋（架立筋）；于梁跨1/3处截断。 （

17、满足）验算纵筋间距：（满足）d、箍筋配置支座剪力据高规6.2.6 验算受剪截面截面满足要求！根据高规6.3.2 配置箍筋：加密区（梁两端各500mm） 非加密区 （满足） （5.7a） （满足） （5.7b）所以， （满足）（2）中跨梁截面设计：a、跨中截面设计设计内力：；按T形单筋截面设计，截面几何参数同一层中跨梁跨中截面：属于第类T形截面。 （满足）跨中截面实配正钢筋： c、支座处负筋配置设计内力：已知支座负弯矩作用下，受压钢筋为（） （无法屈服）所以，近似令配筋：实配： 其中，以上四根钢筋中，通长，于跨中处充当负筋（架立筋）见图6.2.7；于梁跨1/3处截断。 （满足） （满足）验算纵筋

18、间距：（满足）d、箍筋配置支座剪力根据高规6.2.6 验算受剪截面截面满足要求！根据高规6.3.2 配置箍筋：加密区（梁两端各500mm） 非加密区 （满足） （5.8a） （满足） （5.8b）所以， （满足）其余层框架梁配筋见框架梁正截面配筋与斜截面配筋计算表。5.3.3 柱截面设计设计思路：柱按偏心受压构件设计。首先根据设计内力判断是属于“大偏心受压柱”还是“小偏心受压柱”，然后分别采用不同的方法进行截面设计。设计参数：砼：C25 （）；纵筋：HRB335 （）；箍筋：HPB235 （）；钢筋保护层厚： 。现以第八层F柱的抗震设计与非抗震设计为例分别进行计算柱配筋。1）八层F柱（5005

19、00）（1）抗震设计（） 取1.0。采用对称配筋：（大偏心）又 ，所以受压钢筋不屈服。实配： （满足）因为以上只计算了该柱横向受力时所需钢筋，未计算纵向受力时所需钢筋，为了简便，取柱纵向受力时所需钢筋也为。由此， （满足）验算纵筋间距： （满足）（2）箍筋设计为了方便起见，所有柱的箍筋均按最大剪力配筋，Vmax=84.94KN。首先按高规6.4.3配置箍筋： 加密区 非加密区 （5.9） （5.10）所以，取 （5.11）按构造配置即可满足要求！柱端加密区采用4肢。验算加密区箍筋配筋率：，柱端加密区采用4肢满足构造要求，非加密区要求，故取为4肢。a、确定加密区范围一层外柱为底层柱，所以柱头加密

20、区范围根据高规6.4.6： （5.12）柱底加密区范围根据高规6.4.6： （5.13）b、计算配箍率查混凝土结构计算图表得：c、最小配箍率 （满足）（3）验算平面外轴心受压承载力满足条件！2）一层D柱（500500）非抗震设计 ,两者中取较小值。 ， 取0.347。采用对称配筋：（小偏心）这说明砼的受压就足以抵抗轴力，而不需要钢筋来受压，只需要按构造配筋。而对地震组合而言，利用EXCEL表计算得到As=799,实配： （满足）因为以上只计算了该柱横向受力时所需钢筋，未计算纵向受力时所需钢筋，为了简便，取柱纵向受力时所需钢筋也为。由此， （满足）为了简洁，其余柱的配筋见柱正截面配筋计算表。6

21、部分板设计设计对象：因为轴线之间的板为单独的一个楼盖，其大小比较适合计算，且边界条件也比较明确，故取二层轴线之间的板为计算对象设计资料：砼：C25（）； 钢筋：HPB235（）； 板厚：120mm 6.1 荷载计算恒载： 98ZJ001中楼11 1.16 120厚钢筋混凝土楼板 顶棚自重 0.15 小计 4.31活载： 所以，荷载设计值：永久荷载控制的组合： （走廊）（教室）可变荷载控制的组合： （走廊）（教室） 由可变荷载控制，设计荷载 （走廊）（走廊）采用弹性理论设计板，计算跨度取轴线间距。以下以B23的设计为例，计算内力与配筋：6.2 内力计算该板：长跨（）4650mm；短跨（）4200

22、mm，按双向板设计。计算方法：板跨中弯矩要考虑活荷载不利布置，按荷载对称与反对称进行计算并叠加。支座弯矩弯矩可以忽略活荷载不利布置，按满跨考虑。支座边界条件作相应调整，对跨中弯矩，支座在g+q/2时按四边固支，在其q/2时按靠跨内按简支，不与板相邻时按固支。计算支座弯矩时，按g+q满布，各块板支座均按四边固支。，按四边固支查表得 按两邻边简支，另两边固支查表得 6.3 配筋计算1）方向的板底正筋：设计内力：3.773。实配 （满足）2）方向的板底正筋：设计内力：3.12。实配 （满足）3）方向的板顶负筋：设计内力：-8.267 。实配 （满足）4）方向的板顶负筋：设计内力：7.606。实配 （

23、满足）同理，其它板配筋见板配筋表；相邻支座配筋取大值。板弯矩计算ABCDEFG（m）4.24.24.24.22.22.22.2（m）4.654.654.654.654.24.24.2n0.900.900.900.900.520.520.52g（kN/m）5.175.175.175.175.175.175.17q（kN/m）2.82.82.82.83.53.53.5（kNm/m）0.02210.02210.02210.02210.03940.03940.0394（kNm/m）0.01650.01650.01650.01650.00450.00450.0045（kNm/m）-0.0588-0.05

24、88-0.0588-0.0588-0.0823-0.0823-0.0823（kNm/m）-0.0541-0.0541-0.0541-0.0541-0.057-0.057-0.057（）（kNm/m）0.02910.03720.03280.04560.02190.09360.0575（）（kNm/m）0.02240.02190.03470.03580.07970.01880.0068m1（kNm/m）3.7733.9713.9254.2471.6702.1741.848m2（kNm/m）3.1213.1493.4433.5341.1270.7320.570-8.267-8.267-8.267-8

25、.267-3.454-3.454-3.454-7.606-7.606-7.606-7.606-2.392-2.392-2.392表5.1 板内力计算B7-20B7-5B7-12B7-13B7-6l014.255 4.255 2.200 2.200 4.550 l026.320 6.320 4.255 4.550 6.320 n1.49 1.49 1.93 2.07 1.39 0.45 0.45 0.27 0.23 0.52 M1u44.62 36.15 7.32 11.61 38.93 M2u13.62 11.03 1.01 1.31 14.53 M1u0.00 72.30 14.64 0.0

26、0 77.86 M1u89.24 72.30 14.64 23.22 77.86 M2u0.00 0.00 2.02 2.63 0.00 M2u27.23 22.06 2.02 2.63 29.05 m1u7.06 5.72 1.72 2.55 6.16 m2u3.20 2.59 0.46 0.60 3.19 m1u0.00 11.44 3.44 0.00 12.32 m1u14.12 11.44 3.44 5.10 12.32 m2u0.00 0.00 0.92 1.19 0.00 m2u6.40 5.19 0.92 1.19 6.39 板截面配筋L01mS实际S实际AsA3.7730.03

27、170.03221831502758200252B3.9710.03340.03391921502628200252C3.9250.03300.03351901502658200252D4.2470.03570.03632061502448200252E1.6700.01400.0141801506288200252F2.1740.01830.01841051504818200252G1.8480.01550.0157891505678200252L02mS实际S实际AsA3.1210.03240.03291681503008200251.5B3.1490.03270.033216915029

28、78200251.5C3.4430.03570.03641861502718200251.5D3.5340.03670.03741911502648200251.5E1.1270.01170.0118601508398200251.5F0.7320.00760.00763915012938200251.5G0.5700.00590.00593015016648200251.5支座mS实际S实际AsA-L027.6060.07890.08234201501208120419A-L018.2670.06950.07214081501238110457A-B7.6060.06390.06613751

29、501348120419A-C8.2670.06950.07214081501238110457B-E7.6060.06390.06613751501348120419B-D8.2670.06950.07214081501238110457D-C7.6060.06390.06613751501348120419D-F7.6060.06390.06613751501348120419C-L027.6060.06390.06613751501348120419E-F2.3920.02010.02031151504378200252E-L022.3920.02010.0203115150437820

30、02527 主楼梯楼梯设计本章以教学楼主楼梯为例进行设计。设计资料：砼：C25（）；钢筋：板采用HPB235 （）；梁采用HRB335（）层高：4200mm；踏步尺寸：150mm300mm；楼梯均布活荷载：活载取2.5。7.1 梯段板设计取板厚120mm，板倾斜角： ， 。取1m宽板带计算。7.1.1 荷载计算恒载： 陶瓷地砖面层 0.65（0.3+0.15）/0.30.98 三角形踏步 0.50.30.1525/0.31.88 混凝土斜板 0.1325/0.8943.64 板底抹灰 0.0217/0.8940.38 小计 6.88 活载： 2.5 总荷载设计值：7.1.2 截面设计楼梯板水平

31、计算跨度 弯矩设计值： （6.1）板的有效高度： 1） 板底配筋：选配： 实配872 （满足）2） 板顶配筋：板顶钢筋和板底相同，选配 （满足）根据规范，延梯段板横向需配置构造钢筋：，每级踏步一根。7.2 平台板设计初取平台板厚100mm，取1m宽板带计算。7.2.1 荷载计算恒载： 陶瓷地砖地面 0.7 100mm厚混凝土板 0.10252.5 板底抹灰 0.02170.34 小计 3.54 活载： 2.5总荷载设计值 7.2.2 截面设计平台板计算跨度 弯矩设计值：板的有效高度：板底配筋：选配： （满足）板顶配筋：板顶钢筋和板底相同， 选配： （满足）7.3 平台梁设计初设平台梁尺寸 7.

32、3.1 荷载计算恒载： 梁自重 0.25（0.40.10）251.88 梁侧粉刷 0.02（0.400.10）2170.204 平台板传力 3.542.1250.53.76 楼梯板传力 6.883.90.513.42 小计 18.78活载（由板上传来）： 总荷载设计值 7.3.2 截面设计平台梁计算跨度：内力设计值：截面按倒L形受弯计算：属于第一类L形截面。选配： （满足）（满足）7.4 构造措施7.4.1 锚固长度1） 板： 取270mm；2） 梁： 取730mm。7.4.2 平台梁构造考虑平台梁受扭，按一般梁设计配筋完成后，依照梁顶、梁底钢筋的大值，采用对称配筋。且箍筋全长加密，以保证计算

33、时未考虑的扭矩。8 主楼电算9 部分基础设计设计任务：针对主楼条形基础进行结构布置；然后具体对第轴和第轴柱下条形基础进行配筋设计。9.1 条形基础设计9.1.1 条形基础截面确定1） 基底宽度地基承载力设计值 基础底面宽度取为1200mm，底板翼缘厚度为250mm，基础梁宽为700mm。图8.1 基础截面2） 截面参数确定形心C的位置：由此：3） 基床反力系数k利用文科尔地基模型设计基础梁时，需要用到基床反力系数k。其物理意义是：“地基土发生单位压缩量时，产生的地基反力值”。一般由地质勘测资料确定。首先计算沉降量基底中点沉降取其中按,查表为0.15049 故平均沉降 基床反力系数 柔度指数 ，

34、属中长梁。9.1.2 用文科尔地基模型计算基础设计荷载1） 计算轴力分配柱下轴力作用与十字交叉条形基础的交点区，需要按“力的协调条件与变形协调条件”将轴力近似分配给横向与纵向条形基础。而对于剪力与弯矩，则不考虑基础的联续性，按“各个方向内力由该方向条基承受”的原则确定。根据工民建专业毕业设计指南，轴力分配公式如下：（1） 边柱节点： （8.5） （8.6）（2） 中柱节点 （8.5） （8.8）图8.2 节点示意图因为纵向梁和横向梁得截面尺寸完全相同，故轴力各分配一半。9.1.3 计算条形基础内力1） 计算原理按文科尔地基上梁的方法计算梁的弯矩与剪力。采用“有限长梁在文科尔地基上的解答”，以下

35、仅仅对计算过程简要说明：（1） 按无限长梁的解答计算由于设计荷载而在边界引起的弯矩与剪力；（2） 根据以上求取的弯矩、剪力计算梁端边界条件力；（3） 再按无限长梁的解答计算由于设计荷载和梁端边界条件力共同作用下，x点处的内力值。该内力即条形基础设计内力。2）内力计算以下以第轴柱下条形基础为例，演示计算过程：已知设计内力如下图所示：图8.4 第轴内力示意（1） 根据无限长梁解答计算条形基础两端（A，B）由外荷引起的弯矩与剪力，如下表：表中：弯矩单位：kNm剪力单位：kN 长度单位：mH1边界力外荷载距H1点x(m)*xMH1(KN.m)VH1(KN)PB(KN)303.36 2.000 0.234 380.04 116.76 MB(KN.m)-186.49 2.000 0.234 71.78 10.40 PC(KN)893.44 8.325 0.974 -191.14 94.78 MC(KN.m)176.51 8.325 0.974 -18.73 -5.42 PD(KN)928.81 11.025 1.290 -373.50 35.44