成都市双流公共服务楼结构设计.docx
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1、成都市双流公共服务楼结构设计 成都市双流公共服务楼结构设计 摘要 本设计为拟建的成都市双流公共服务楼,其中包括结构设计。首先确定计算简图,依据设计要求估算梁板柱的截面尺寸,选取一榀典型框架进行荷载计算,计算出框架承受的恒荷载活荷载、屋和楼面荷载以及在荷载作用下的弯矩、剪力、轴力并绘画出内力图,再计算出建筑在地震荷载及风荷载作用下的内力图,然后把荷载计算结果进行内力转换和组合,紧接着进行框架梁、柱、板的配筋计算和基础的截面尺寸估算和配筋计算,最终绘制出建筑设计图和施工图。 关键词:框架;结构设计;内力计算;配筋计算 Abstract This design is the proposed Shu
2、angliu public service building in Chengdu, including structural design. First, we determine the calculation diagram, estimate the cross section size of beam, slab and column according to the design requirements, select a typical frame for load calculation, calculate the constant load live load, hous
3、e and floor load and under the seismic action of the building, then the internal force conversion and combination of the load calculation results, finally draw the building design drawings and construction drawings. Keywords: Frame Building, Structure Design, Calculation of Internal Force, Calculati
4、on of Reinforcement 目 录 1 结构方案设计论述 1 2 结构方案设计 1 2.1设计总说明设计依据 1 2.1.1设计依据 1 2.1.2设计概述 1 2.1.3结构设计概述 1 2.1.4各部分工程构造 1 2.1.5建筑材料选用 2 2.2结构方案设计 2 2.2.1设计规模 2 2.2.2结构概况 3 2.3一榀框架选择 4 3荷载汇合及截面尺寸的选取 4 3.1截面尺寸选取 4 3.1.1框架柱 4 3.1.2框架梁 5 3.2荷载计算 5 3.2.1恒荷载标准值的计算 5 3.2.1.1屋面 5 3.2.1.2标准层楼面 6 3.2.1.3卫生间 6 3.2.1
5、.4梁自重 6 3.2.1.5柱自重 7 3.2.1.6外纵墙自重 8 3.2.1.7内墙自重 8 3.2.2活荷载标准值的计算 9 3.2.2.1屋面和楼面活荷载标准值 9 3.2.2.2雪荷载 9 3.2.3竖向荷载作用下框架荷载计算 9 3.2.3.1 A-B 轴间框架梁 9 3.2.3.2 B-C 轴间框架梁 11 3.2.3.3 C-D 轴间框架梁 12 3.2.3.4 A轴柱纵向集中荷载的计算 12 3.2.3.5 B轴柱纵向集中荷载的计算 13 3.2.3.6 C轴柱纵向集中荷载的计算 14 3.2.3.7 D轴柱纵向集中荷载的计算 15 3.2.4 风荷载标准值计算 16 3.
6、2.5 地震作用 16 3.2.5.1 重力荷载代表值 16 3.2.5.2 计算方法 17 3.2.5.3 自振周期的计算(采纳能量法计算自振周期) 18 3.2.5.4 水平地震作用标准值的计算 20 3.2.5.5 抗震变形验算 21 4 框架内力计算 21 4.1恒荷载标准值作用下的内力计算 21 4.2活荷载标准值作用下的内力计算 23 4.3风荷载作用下框架内力计算 25 4.4地震作用下框架内力计算 28 4.5侧移计算 29 5内力组合 30 6框架梁柱的设计与配筋计算 42 6.1框架梁截面设计(以其次层为例) 42 6.1.1正截面受弯承载力计算 42 6.1.1.1梁AB
7、跨中正弯矩作用下的配筋计算 42 6.1.1.2 A轴支座正弯矩作用下的配筋计算 43 6.1.1.3 A轴支座负弯矩作用下的配筋计算 43 6.1.1.4 CD梁跨中负弯矩作用下的配筋计算 43 6.1.1.5 CD梁跨中正弯矩作用下的配筋计算 44 6.1.2斜截面受弯承载力计算 47 6.1.2.1框架梁受剪截面的验算 47 6.1.2.2梁端箍筋加密区长度 48 6.1.2.3箍筋最大间距 48 6.1.2.3非加密区箍筋的间距 49 6.1.3框架梁纵筋的锚固长度 49 6.2框架柱截面设计 49 6.2.1轴压比验算 49 6.2.2柱端弯矩的调整 50 6.2.3框架柱正截面承载
8、力计算 50 6.2.4框架柱斜截面承载力计算 59 6.2.4.1框架柱最不利剪力计算 59 6.2.4.2截面尺寸的验算 59 6.2.4.3斜截面承载力计算 59 6.3构件裂缝宽度验算 61 6.3.1框架梁(其次层) 61 6.3.2框架柱(其次层) 63 7 板的设计和计算 63 7.1荷载计算 64 7.2截面设计 65 7.2.1弯矩计算 65 7.2.2配筋计算 67 8地基基础的设计和计算 68 8.1地质概况 68 8.2基础设计 68 8.3确定基础底面积 68 8.4基底最大压力计算 69 8.5基础冲切力验算 70 8.6配筋计算 70 参考文献 72 致 谢 73
9、 附录 74 1 结构方案设计论述 本公共服务楼结构设计的内容包括:确定结构方案、依据建筑所在地的气象、自然条件选用合适的结构体系,布置柱网,估算梁柱的尺寸、计算荷载、内力和侧移、内力组合和梁板柱配筋、设计地基基础、绘制施工图。 2 结构方案设计 2.1设计总说明设计依据 2.1.1设计依据 (1) (2) 2.1.2设计概述 (1)目为; (2)建筑面积:618,本服务楼共二层,首层层高为3.6m,标准层层高为3.3m。 2.1.3结构设计概述 (1) 50年计使年限; (2) 环为一类; (3) 抗设防度7度,设计基本地震加速度值0.1g; (4)设计震分组一组; (5)建场地类别:类;
10、(6)地粗糙类别:B类; (7)服务楼为现钢筋混土框架结构。内墙均用240mm厚加气混土砌块填充。 2.1.5建筑材料选用 (1)外墙:加气混凝土砌块 (2)窗:塑钢窗 2.2结构方案设计 2.2.1设计规模 该公共服务楼位于成都,是永久建筑,共两层,总建筑面积:618。建筑场地面积:4050,柱网尺寸见图2.1。 图2.1柱寸 2.2.2结构概况 (1) 自然条件:基本压0.55kN/,风载体型系数为1.3,冬季室外温度-10C,夏季室外温度36C,常年降水量611mm,小时最大降雨量51mm; (2) 地质条件:服务楼场地地形平坦,如表2.1所示。 表 2.1 场地地质条件 (3) 材料状
11、况:梁、柱主筋选用 HRB400,箍筋选 HPB300,板受力钢筋选用 HRB400; (4) 结体系:现浇钢筋混凝土框架结构; (5) 基础:独立基础。 2.3一榀框架选择 轴号2 3荷载汇合及截面尺寸的选取 3.1截面尺寸选取 3.1.1框架柱 (1)依据轴比估算框柱截面尺寸 三级抗震等级的框架结构,柱的轴比限值为0.85。 中柱: 。边柱: (2)按构造要求来的框架柱截面尺寸 依据规范,框架柱尺寸不宜小于400mm。综上所述,柱截面尺寸选定为: 3.1.2框架梁 AB、CD跨: ,取 ,取 BC跨: ,取 ,取 纵向框架梁: ,取 ,取 次梁: ,取 ,取 3.2荷载计算 3.2.1恒荷
12、载标准值的计算 3.2.1.1屋面 屋4 保层:C20预制混凝土板,缝宽58mm,1:1水泥砂浆填缝 垫层:粗砂 隔层:干铺无纺聚酯纤维布一层 保层:挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板 防水层:高聚物改性沥青防水卷材 找平层:20mm厚1:3水泥砂浆 找坡层:1:8水泥膨胀珍宝岩找2%坡 100厚现浇钢筋混凝土屋面板 15厚水泥砂浆顶棚 合计 : 3.2.1.2标准层楼面 11 楼面:20厚大理石板铺实拍平,水泥浆擦缝 30厚1:4干性水泥浆 自重 100厚现浇钢筋混凝土屋面板 15厚水泥砂浆顶棚 合计: 3.2.1.3卫生间 05YJ1 楼11 防水层 100厚现浇钢筋混凝土屋面板 15厚水泥砂浆顶棚
13、合计: 3.2.1.4梁自重 梁尺寸 梁自重 20厚水泥砂浆抹灰层 合计: 梁尺寸 梁自重 20厚水泥砂浆抹灰层 合计: 梁尺寸 梁自重 20厚水泥砂浆抹灰层 合计: 3.2.1.5柱自重 柱尺寸 柱自重 20厚水泥砂浆抹灰层 合计: 3.2.1.6外纵墙自重 标准层 纵墙 塑钢窗 面砖外墙面(外纵墙装修间层重)包括20厚水泥抹灰层 水泥砂浆内墙面 保温层 合计: 3.2.1.7内墙自重 标准层 内墙 合计: 3.2.2活荷载标准值的计算 3.2.2.1屋面和楼面活荷载标准值 由规范查得: 不上人屋面 会议室、办公室楼面 走廊、门厅 卫生间 3.2.2.2雪荷载 依据规范:雪荷载标准值: 雪荷
14、载标准值: 3.2.3竖向荷载作用下框架荷载计算 3.2.3.1 A-B 轴间框架梁 荷的传递如图3.1 所示 屋面板传荷: 恒荷载: 活荷载: 楼面板传荷载: 恒荷载: 活荷载: 梁自重: A-B 轴间框架梁均布荷载为: 屋面梁: 恒荷载= 活荷载= 楼面梁: 恒荷载= 活荷载= 图3.1框计算单元及板荷载传递 3.2.3.2 B-C 轴间框架梁 屋面板传载: 恒荷载: 活荷载: 楼面板传荷载: 恒荷载: 活荷载: 梁自重: A-B 轴间框架梁均布荷载为: 屋面梁: 恒荷载= 活荷载= 楼面梁: 恒荷载= 活荷载= 3.2.3.3 C-D 轴间框架梁 屋面板传载: 恒载: 活荷载: 楼面板传
15、荷载: 恒荷载: 活荷载: 梁自重: A-B 轴间框架梁均布荷载为: 屋面梁: 恒荷载= 活荷载= 楼面梁: 恒荷载= 活荷载= 3.2.3.4 A轴柱纵向集中荷载的计算 女墙做法为:1400mm 高蒸压煤灰加气混土砌块女儿墙,100mm 的混土压顶。女儿墙自重= 顶层柱: 恒荷载= 活荷载= 标准层柱: 恒荷载= 活荷载=楼面板传活荷载(楼面板传三角形荷载和梯形荷载) = 3.2.3.5 B轴柱纵向集中荷载的计算 顶层柱: 恒荷载= 活荷载= 标准层柱: 恒荷载= 活荷载= 3.2.3.6 C轴柱纵向集中荷载的计算 顶层柱: 恒荷载= 活荷载= 标准层柱: 恒荷载= 活荷载= 3.2.3.7
16、 D轴柱纵向集中荷载的计算 顶层柱: 恒荷载= 活荷载= 标准层柱: 恒荷载= 活荷载= 框架的受荷总图如图 3.2 所示。 图3.2竖向载标准值 3.2.4 风荷载标准值计算 集中风载标准值为: 由规范得知, 办公楼高度为6.9米,本办公楼的 集中风载标准值计算过程见表 3.1 表3.1 集中风荷载计算 3.2.5 地震作用 3.2.5.1 重力荷载代表值 (1)集中到顶处的质点重力载代表值 屋面荷载: 50%雪荷载: 梁自重: 半层柱自重: 半层墙自重: 女儿墙全重: 合计: (2)集中究竟层处的质点重力荷载代表值 屋面荷载: 50%雪荷载: 梁自重: 上下各半层柱自重: 上下各半层墙自重
17、: 合计: 3.2.5.2 计算方法 本办公楼的水平地震作用力计算采纳底力法。 3.2.5.3 自振周期的计算(采纳能量法计算自振周期) (1)框架柱的抗侧移度计算见表3.2、表3.3和表3.4。 表 3.2 横梁、框架柱线刚度计算 表 3.3 2层框架柱横向侧移刚度D值的计算 表 3.4 底层框架柱横向侧移刚度D值的计算 (2) 计算楼层想位移。假定各质点重力载代表值水平作用在相应质点上,各质点的高度:H1=3.6m,H2=6.9m。楼层想位移计算结果见表 3.5。 表 3.5 楼层想位移计算 (3) 基本自振周期。 3.2.5.4 水平地震作用标准值的计算 查抗震设计规范得到场地特征周期=
18、0.35s,水平地震影响系数最大值为=0.08,则相应于机结构基本自振周期的水平地震影响系数为: 顶部附加地震作用: ,计算结果见表3.6。 表3.6 水平地震(左向)作用下框架侧移计算 横向框架水平震作用计简图及层间震剪力如图 3.3 所示(单位:kN)。 图3.3 水平地震作用及层间地震剪力 3.2.5.5 抗震变形验算 由表 3.6 可知,多遇地作用产生的最大性层间位移与计算楼层层高之比均小于,满意房屋抗变形的要求。 4 框架内力计算 4.1恒荷载标准值作用下的内力计算 采纳弯矩二次安排法计算恒载标准值作用下的内力。框架梁固端弯矩及节点弯矩安排系数和安排过程如图 4.1所示。恒载标准值作
19、用下框架弯矩图如图4.2所示。 恒载标准值作用下框架剪力图如图4.3所示,框架轴力图如图4.4所示。 图4.1 恒荷载标准值作用下弯矩安排图(kNm) 图4.2恒荷载标准值作用下框架弯矩图 图4.3恒荷载标准值作用下框架梁剪力图(kN) 图4.4恒荷载标准值作用下框架柱轴力图(kN) 4.2活荷载标准值作用下的内力计算 框架梁固端弯矩及节点弯矩安排系数和安排过程如图 4.5所示。恒载标准值作用下框架矩图如图4.6所示。恒载标准值作用下框架力图如图4.7所示,框架轴力图如图4.8所示。 图4.5 活荷载标准值作用下弯矩安排图(kNm) 图4.6 活荷载标准值作用下框架弯矩图(kNm) 图4.7
20、活荷载标准值作用下框架柱剪力图(kN) 图4.8 活荷载标准值作用下框架柱轴力图(kN) 4.3风荷载作用下框架内力计算 框柱反点位置,计算结果如图表4.1和表 4.2所示。 表 4.1边柱(中框)反弯点计算(A轴、D轴) 表 4.2 边柱(中框)反弯点计算(B轴、C轴) 框架各柱端弯矩、梁端弯矩如表4.3和表4.4所示。 表4.3 边柱(中框)剪力和弯矩计算(A轴、D轴) 表4.4 边柱(中框)剪力和弯矩计算(B轴、C轴) 梁左端弯矩: 2层:5.56kNm 1层:10.42kNm 梁右端弯矩: 2层:3.44kNm 1层:6.46kNm 在左风载作用之下,框架弯矩图、力及轴力图如图 4.9
21、 和图 4.10 所示。 在右风载作用之下,各力大小不变,只变更符号即可。 图4.9 风荷载(左向)作用下框架弯矩图(kNm) 图4.10风荷载(左向)作用下框架梁剪力及柱轴力图(kN) 4.4地震作用下框架内力计算 地作用(左向)下,框架柱剪力和梁柱端矩计算结果如表4.5和表4.6所示。 表4.5水平地(左向)作用下A、D轴框架柱剪力和梁柱端矩计算 表4.6水平地震(左向)作用下B、C轴框架柱剪力和梁柱端矩计算 梁左端弯矩: 2层:12.56kNm 1层:25.48kNm 梁右端弯矩: 2层:7.78kNm 1层:15.80kNm 在左向震作用之下,框架矩图、剪力及轴力图如图 4.11 和图
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