建筑中的结构设计及建筑材料(土木工程毕业论文) .doc

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1、XXXX大学本科毕业设计(论文)Structure in Design of ArchitectureAnd Structural Material建筑中的结构设计及建筑材料摘 要本次毕业设计是一幢行政办公楼,主要进行的是结构设计部分。结构设计简而言之就是用结构语言来表达工程师所要表达的东西。结构语言就是结构师从建筑及其它专业图纸中所提炼简化出来的结构元素,包括基础、墙、柱、梁、板、楼梯、大样细部图等等。然后用这些结构元素来构成建筑物或构筑物的结构体系,包括竖向和水平的承重及抗力体系,再把各种情况产生的荷载以最简洁的方式传递至基础。结构设计的阶段大体可以分为三个阶段:一 结构方案阶段:根据建筑

2、的重要性,建筑所在地的抗震设防烈度,工程地质勘查报告,建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式,本工程采用的是框架结构;二 结构计算阶段:包括荷载计算、内力计算和构件计算;三 施工图设计阶段:根据上述计算结果,来最终确定构件布置和构件配筋以及根据规范的要求来确定结构构件的构造措施。关键词: 结构设计;荷载计算;节点验算;ABSTRACTThis graduation project is an administration building , it was some of structural design that mainly carried on. The structur

3、al design expresses the thing that the engineer will express in structural language in brief. The structural language is structural elements simplified out refined from the building and other specialized drawings of structural engineer, including foundation, wall, column, roof beam, board, stair, fu

4、ll-page proof detail picture, etc. Then come to form the structural systems of the building or structures with these structural elements, including verticality and bearing and resist strength system of level, and then various load that situation produce in a most succinct way from transmission to fo

5、undation. The stage of the structural design can be divided into three stages on the whole: 1. Structural scheme stage: According to the importance of the building, providing fortification against earthquakes in the earthquake intensity, the geologic prospect report of the project of the building si

6、te, classification and height and storey of the building of the building field are counted to confirm the structural form of architecture, what this project is adopted is frame structure; 2. Calculate stage in structure: Including loading and calculating, the internal force is calculated and calcula

7、ted with the component; 3. Construction drawings design phase: According to described above result of calculation, come, confirm component assign with component mixing muscling and coming, confirming structural structure measuring of component according to the request of norm finally. Keyword: Struc

8、tural design; Load and calculate; Nodal checking computations.目 录1 绪 论.11.1 工程背景.11.1.1 设计资料.21.1.2 材料 .21.2 工程特点.21.3 本章小结.32 结构设计.42.1 框架结构设计计算.42.1.1工程概况.42.1.2设计资料.42.1.3 梁柱截面、梁跨度及柱高度的确定52.1.4荷载计算.72.1.5水平地震作用下框架的侧向位移验算132.1.6水平地震作用下横向框架的内力分析182.1.5竖向荷载作用下横向框架的内力分析232.1.8内力组合.362.1.9截面设计.462.2 板

9、的计算.692.2.1 设计资料.692.2.2 楼面板.692.2.3 屋面板.742.3 楼梯设计.792.3.1计算简图及截面尺寸.792.3.2 设计资料.802.3.3 梯段板计算.802.3.4 平台板计算.812.3.5 平台梁计算.822.4 基础设计.832.4.1 设计资料.832.4.2基础截面确定.832.4.3基础梁内力计算.842.5本章小结.883. 结 论.89致 谢.90参考文献.911.绪 论1.1 工程背景本项目为9层钢筋混凝土框架结构体系,占地面积约为960.96 m2,总建筑面积约为8811.84 m2;层高3.6m,平面尺寸为18.3m52.0m。采

10、用桩基础,室内地坪为0.000m,室外内高差0.6m。框架梁、柱、楼面、屋面板板均为现浇。1.1.1 设计资料1.1.1.1 气象资料夏季最高气温,冬季室外气温最低。冻土深度25cm,基本风荷载W。=0.35kN/ m2;基本雪荷载为0.2 kN/ m2。年降水量680mm。1.1.1.2 地质条件建筑场地地形平坦,地基土成因类型为冰水洪积层。自上而下叙述如下:新近沉积层(第一层),粉质粘土,厚度0.51.0米,岩性特点,团粒状大孔结构,欠压密。粉质粘土层(第二层),地质主要岩性为黄褐色分之粘土,硬塑状态,具有大孔结构,厚度约3.0米, qsk=3540kPa。粉质粘土层(第三层),地质岩性为

11、褐黄色粉质粘土,具微层理,含铁锰结核,可塑状态,厚度3.5米, qsk=3035kPa。粉质粘土层(第四层),岩性为褐黄色粉质粘土,具微层理,含铁锰结核,硬塑状态,厚度未揭露,qsk=4060kPa,qpk=15002000kPa。不考虑地下水。1.1.1.3 地基土指标自然容重1.90g/cm2,液限25.5,塑性指数9.1,空隙比0.683,计算强度150kp/m2。1.1.1.4 地震设防烈度7度1.1.1.5 抗震等级三级1.1.1.6 设计地震分组场地为1类一组Tg(s)=0.25s (表3.8高层建筑结构)1.1.2 材料柱采用C30,纵筋采用HRB335,箍筋采用HPB235,梁

12、采用C30,纵筋采用HRB335,箍筋采用HPB235。基础采用C30,纵筋采用HRB400,箍筋采用HPB235。1.2 工程特点本工程为九层,主体高度为32.4米,属高层建筑。高层建筑采用的结构可分为钢筋混凝土结构、钢结构、钢-钢筋混凝土组合结构等类型。根据不同结构类型的特点,正确选用材料,就成为经济合理地建造高层建筑的一个重要方面。经过结构论证以及设计任务书等实际情况,以及本建筑自身的特点,决定采用钢筋混凝土结构。在高层建筑中,抵抗水平力成为确定和设计结构体系的关键问题。高层建筑中常用的结构体系有框架、剪力墙、框架-剪力墙、筒体以及它们的组合。高层建筑随着层数和高度的增加水平作用对高层建

13、筑机构安全的控制作用更加显著,包括地震作用和风荷载,高层建筑的承载能力、抗侧刚度、抗震性能、材料用量和造价高低,与其所采用的机构体系又密切的相关。不同的结构体系,适用于不同的层数、高度和功能。框架结构体系是由梁、柱构件通过节点连接构成,既承受竖向荷载,也承受水平荷载的结构体系。这种体系适用于多层建筑及高度不大的高层建筑。本建筑采用的是框架机构体系,框架结构的优点是建筑平面布置灵活,框架结构可通过合理的设计,使之具有良好的抗震性能;框架结构构件类型少,易于标准化、定型化;可以采用预制构件,也易于采用定型模板而做成现浇结构,本建筑采用的现浇结构。 由于本次设计是办公楼设计,要求有灵活的空间布置,和

14、较高的抗震等级,故采用钢筋混凝土框架结构体系。1.3 本章小结本章主要论述了本次设计的工程概况、相关的设计资料、高层建筑的一些特点以及综合本次设计所确定的结构体系类型。2.结构设计2.1框架结构设计计算2.1.1 工程概况本项目为9层钢筋混凝土框架结构体系,占地面积约为960.96 m2,总建筑面积约为8811.84 m2;层高3.6m平面尺寸为18.3m52.0m。采用桩基础,室内地坪为0.000m,室外内高差0.6m。框架平面同柱网布置如下图:图2-1 框架平面柱网布置框架梁柱现浇,屋面及楼面采用100mm厚现浇钢筋混凝土。2.1.2 设计资料2.1.2.1气象条件:基本风荷载W。=0.3

15、5kN/ m2;基本雪荷载为0.2 KN/ m2。2.1.2.2楼、屋面使用荷载:走道:2.5kN/ m2;消防楼梯2.5kN/ m2;办公室2.0kN/ m2;机房8.0kN/ m2,为安全考虑,均按2.5kN/ m2计算。2.1.2.3 工程地质条件:建筑物场地地形平坦,地基土成因类型为冰水洪积层。自上而下叙述如下:新近沉积层(第一层),粉质粘土,厚度0.51.0米,岩性特点,团粒状大孔结构,欠压密。粉质粘土层(第二层),地质主要岩性为黄褐色分之粘土,硬塑状态,具有大孔结构,厚度约3.0米, 粉质粘土层(第三层),地质岩性为褐黄色粉质粘土,具微层理,含铁锰结核,可塑状态,厚度3.5米,粉质

16、粘土层(第四层),岩性为褐黄色粉质粘土,具微层理,含铁锰结核,硬塑状态,厚度未揭露,不考虑地下水。场地位1类一组Tg(s)=0.25s (表3.8高层建筑结构)2.1.2.4 屋面及楼面做法:屋面做法:20mm厚1:2水泥砂浆找平;100140mm厚(2%找坡)膨胀珍珠岩;100mm厚现浇钢筋混凝土楼板;15mm厚纸筋石灰抹灰。楼面做饭:25mm厚水泥砂浆面层; 100mm厚现浇钢筋混凝土楼板 15mm纸筋石灰抹灰 2.1.3 梁柱截面、梁跨度及柱高度的确定2.1.3.1 初估截面尺寸(1)柱:bh=600mm600mm(2)梁:梁编号如下图:L1: h=(1/121/8)7800=65097

17、5 取h=700mmb=(1/31/2)H=(1/31/2)700=233350 取b=300mmL2: h=(1/121/8)2700=225338 取h=450mmb=(1/31/2)H=(1/31/2)450=130225 取b=250mmL3: h=(1/121/8)4000=333500 取h=450mmb=(1/31/2)H=(1/31/2)450=150225 取b=250mmL4: h=(1/121/8)3600=300450 取h=400mmb=(1/31/2)H=(1/31/2)400=133200 取b=250mmL5: h=(1/121/8)2400=200300 取h

18、=400mmb=(1/31/2)H=(1/31/2)400=133200 取b=250mmL6: h=(1/121/8)8000=6671000 取h=700mmb=(1/31/2)H=(1/31/2)700=233350 取b=300mm图2-2 框架梁编号2.1.3.2 梁的计算跨度框架梁的计算跨度以上柱形心为准,由于建筑轴线与柱轴线重合,故计算跨度如下:图2-3 梁的计算跨度2.1.3.3 柱高度底层柱 h=3.6+0.6+0.5=4.7m其他层 h=3.6m图2-4 横向框架计算简图及柱编号2.1.4 荷载计算2.1.4.1 屋面均布恒载二毡三油防水层 0.35 kN/ m2冷底子有热

19、玛蹄脂 0.05 kN/ m220mm厚1:2水泥砂浆找平 0.02 20=0.4 kN/ m2100140厚(2%坡度)膨胀珍珠岩 (0.1+0.14)7/2=0.84 kN/ m2100mm厚现浇钢筋混凝土楼板 0.125=2.5 kN/ m215mm厚纸筋石灰抹底 0.01516=0.24 kN/ m2共计 4.38 kN/ m2屋面恒载标准值为:(52+0.24)(7.82+2.7+0.24)4.38=4242.16 kN2.1.4.2 楼面均布恒载按楼面做法逐项计算25厚水泥砂浆找平 0.02520=0.05 kN/ m2100厚现浇钢筋混凝土楼板 0.125=2.5 kN/ m21

20、5厚纸筋石灰抹灰 0.01516=0.24 kN/ m2共计 3.24 kN/ m2楼面恒载标准值为:(52+0.24)(7.82+2.7+0.24)3.24=3180.04 kN2.1.4.3 屋面均布活载计算重力荷载代表值时,仅考虑屋面雪荷载:0.2(52+0.24)(7.82+2.7+0.24)=197.71 kN2.1.4.4 楼面均布活荷载楼面均布活荷载对于办公楼一般房间为22.0KN/ m2,走道、消防楼梯为2.5 kN/ m2,为计算方便,偏安全的统一取均布活荷为2.5 kN/ m2。楼面均布活荷载标准值为:2.5(52+0.24)(7.82+2.7+0.24)=2421.32

21、kN2.1.4.5 梁柱自重(包括梁侧、梁底、柱的抹灰重量)L1: bh=0.3m0.7m 长度7.2m 每根重量 0.77.225(0.022+0.3)=42.84 kN 根数 1529=270根L2: bh=0.25m0.45m 长度2.1m 每根重量 0.452.125(0.022+0.25)=6.85 kN 根数 159=135根L3: bh=0.25m0.45m 长度3.4m 每根重量 0.453.425(0.022+0.25)=11.09 kN 根数 1629=288根L4: bh=0.25m0.4m 长度3.0m 每根重量 0.4325(0.022+0.25)=8.7 kN 根数

22、 89=72根L5: bh=0.25m0.4m 长度1.8m 每根重量 0.41.825(0.022+0.25)=5.22 kN 根数 89=72根L6: bh=0.3m0.7m 长度7.4m 每根重量 0.77.425(0.022+0.3)=44.03 kN 根数 49=36根Z1: 截面 0.60.6 m2 长度4.7m 每根重量 (0.6+0.022)4.725=48.13 kN 根数 144=56根Z2: 截面 0.60.6 m2 长度3.6m 每根重量 (0.6+0.022)3.625=36.86 kN 根数 1448=448根表2-1 梁柱自重梁(柱)编 号截面(m2)长度(m)根

23、数每根重量(kN)L10.30.77.2027042.84L20.250.452.11356.85L30.250.453.428811.09L40.250.43.0728.70L50.250.41.8725.22L60.30.77.403644.03Z10.60.64.75648.13Z20.60.63.644836.862.1.4.6 墙体自重外墙墙厚240mm,采用瓷砖贴面;内墙墙厚120mm,采用水泥砂浆抹面,内外墙均采用粉煤灰空心砌块砌筑。单位面积外墙体重量为:7.00.24=1.68 kN/ m2 单位面积外墙贴面重量为:0.5 kN/ m2单位面积内墙体重量为:7.00.12=0.

24、84 kN/ m2单位面积内墙贴面重量为(双面抹面):0.362=0.72 kN/ m2表2-2 墙体自重墙体每片面积(m2)片数重量(KN)底层纵墙外墙3.44.2516外墙墙体388.41881.46外墙墙面115.63.04.304外墙墙体86.69外墙墙面25.81.84.304外墙墙体52.01外墙墙面15.487.44.002外墙墙体99.56外墙墙面29.6内墙3.44.2516内墙墙体194.21400.92内墙墙面166.463.04.302内墙墙体21.67内墙墙面18.78底层横墙外墙7.24.04外墙墙体96.77207.56外墙墙面82.942.14.252外墙墙体1

25、5.0外墙墙面12.85内墙7.24.016内墙墙体387.07718.85内墙墙面331.78外墙3.43.1516外墙墙体287.89外墙墙面85.68续表2-2墙体每片面积()片数重量(kN)其他层纵墙外墙3.03.204外墙墙体64.51601.08外墙墙面19.21.803.204外墙墙体38.71外墙墙面11.527.42.902外墙墙体72.11外墙墙面21.46内墙3.43.1516内墙墙体143.94351.69内墙墙面123.383.03.202内墙墙体16.13内墙墙面13.821.83.202内墙墙体9.68内墙墙面8.297.42.901内墙墙体18.03内墙墙面15

26、.45其他层横墙外墙7.22.904外墙墙体140.37210.48外墙墙面41.762.13.152外墙墙体22.23外墙墙面6.12内墙7.22.9016内墙墙体280.62514.48内墙墙面233.862.1.4.7 荷载总汇顶层重力荷载代表值包括屋面恒载+50%屋面雪载+纵横梁自重+半层柱自重+半层墙体自重。顶层恒载:4242.16kN顶层活载:193.71kN顶层梁自重:+=42.8430+6.8515+11.0932+8.78+5.228+44.034=2030.31kN顶层柱自重:36.8656=2064.16kN顶层墙自重:601.08+351.69+210.48+514.4

27、8=1677.73 kN=+1/2+1/2+1/2=9759.58 kN其他层重力荷载代表值包括楼面恒载+50%活载+纵横梁自重+楼面上下各半层的柱及纵横墙体自重。=3138.04+1/22421.32+42.8430+6.8515+11.0932+8.78+5.228+44.034+36.8656+1677.73=10120.9 kN10120.9 kN =3138.04+1/22421.32+42.8430+6.8515+11.0932+8.78+5.228+44.034+1/236.8656+1/248.1356=10967.52kN门窗荷载计算M-1、M-2采用钢框门,单位面积钢框门重

28、量为0.4kN/ m2M-3、M-4采用木门,单位面积木门重量为0.2 kN/ m2C-1、C-2、C-3、C-4、C-5、C-6均采用钢框玻璃窗,单位面积钢框玻璃窗重量为0.45 kN/表2-3 门窗重量计算层号门窗号单位面积(m2)数量重量(kN)底层M-11.52.734.8664.35M-21.52.122.52M-30.92.4135.62C-10.91.821.46C-21.01.843.24C-42.41.81834.99C-51.81.8811.66M-30.92.4146.05续表2-3层号门窗号单位面积(m2)数量重量(kN)二至九层M-41.52.464.3267.55C

29、-21.01.843.24C-31.51.822.43C-42.41.81834.99C-51.81.8811.66C-63.01.824.86(1)底层墙体实际重量:=10699.07 kN(2)二至九层实际重量:kN kN建筑物总重力荷载代表值kN2.1.5 水平地震作用下框架的侧向位移验算2.1.5.1 横向线刚度混凝土 C30 kN/ m2在框架结构中,有现浇楼面或预制板楼面。而现浇板的楼面,板可以作为梁的有效翼缘,增大梁的有效刚度,减少框架侧移。为考虑这一有利作用,在计算梁的截面惯性矩时,对现浇楼面的边框架取=1.5(为梁的截面惯性矩)。对中框架取=2.0。若为装配楼板,现浇层的楼

30、图2-5 质点重力荷载值面,则边框架梁取=1.2,对中框架取=1.5。 横向线刚度计算见表2-4。2.1.5.2 横向框架柱的侧移刚度D值柱线刚度列于表2-5,横向框架柱侧移刚度D值计算见表2-6。2.1.5.3 横向框架自振周期按顶点位移法计算框架的自振周期。顶点位移法是求结构基本频率的一种近似方法。将结构按质量分布情况简化为无限质点的悬臂直杆,导出以直杆顶点位移表示的基本公式。表2-4 横向刚度计算表2-5 柱线刚度柱号截面(m2)柱高度(m)惯性矩线刚度(m4)(kNm)0.60.64.710.810-36.891040.60.63.610.810-39.00104表2-6横向框架柱侧移

31、刚度D值计算 项目柱类型层根数底层边框架边柱0.448167684边框架中柱0.528197624中框架边柱0.4931845224中框架中柱0.58021709241109984二至九层边框架边柱0.216180004边框架中柱0.311259174续表2-6 项目柱类型层 根数二至九层中框架边柱0.2682233324中框架中柱0.37531250241461660这样,只要求出结构的顶点水平位移,就可以按下式求得结构的基本周期: 式中基本周期调整系数,考虑填充墙使框架自振周期减少的影响,取0.6;框架的顶点位移。在未求出框架的周期前,无法求出框架的地震力及位移;是将框架的重力荷载视为水平

32、作用力,求得的假想框架顶点位移。然后由求出,再用求出框架结构的底部剪力,进而求出框架各层剪力和结构真正的位移。横向框架顶点位移计算见表2-7。表2-7 横向框架顶点位移层次(kN)(kN)(kN/m)层间相对位移99451.989451.9814616600.00650.319689813.319265.2814616600.01320.313179813.329078.5814616600.01990.299969813.338891.8814616600.02660.2859813.348705.1814616600.03330.253449813.358518.4814616600.04

33、000.220139813.368331.7814616600.04670.180129813.378145.0814616600.05340.1334110699.0788844.1511099840.08000.0800=1.70.62.1.5.4 横向地震作用计算在I类场地,6度设防区,设计地震分组为第二组情况下,结构的特征周期=0.25s,水平地震影响系数最大值=0.16。由于=0.577=1.40.25=0.35(s),应考虑顶点附加地震作用。按底部剪力法求得的基底剪力,若按分配给各层,则水平地震作用呈倒三角形分布。对一般层,这种分布基本符合实际。但对结构上部,水平作用小于按时程分析

34、法和振型分解法求得的结果,特别对于周期比较长的结构相差更大。地震的宏观震害也表明,结构上部往往震害很严重。因此,即顶部附加地震作用系数考虑顶部地震力的加大。考虑了结构周期和场地的影响。且修正后的剪力分布与实际更加吻合。=0.08+0.01=0.080.577+0.01=0.0562结构横向总水平地震作用标准值:=(/ )0.85=(0.25/0.850)0.90.160.8588844.15=5691.88kN顶点附加水平地震作用:=0.0685681.88=387.05kN各层横向地震剪力计算见表2-8,表中:横向框架各层水平地震作用和地震剪力见图2-6。表2-8 各层横向地震作用及楼层地震

35、剪力层次(m)(m)(kN)(kN)(kN)93.633.59451.983166410.1891402.8361402.3683.629.99813.32934180.175940.12342.4673.626.39813.32580900.154827.293169.7563.622.79813.32227620.133714.483884.2353.619.19813.31874340.112601.664485.8943.615.59813.31521060.091488.854974.7433.611.99813.31167780.070376.045350.7823.68.3981

36、3.3814500.050268.65619.3816.54.710669.07501450.030161.165780.54注:表中第9层中加入了,其中 =387.05kN。图2-6 横向框架各层水平地震作用和地震剪力2.1.5.5 横向框架抗震变形验算详见表2-9。表2-9 横向框架抗震变形验算层次层间剪力(kN)层间刚度(kN)层间位移(m)层高(m)层间相对弹性转角91402.3614616600.000963.61/375082342.461461660000163.61/225073169.7514616600.002173.61/165963884.2314616600.0026

37、63.61/135354485.8914616600.003073.61/117344974.7414616600.00343.61/105835350.7814616600.003663.61/98325619.3814616600.003843.61/93815780.5411099840.005214.71/691注:层间弹性相对转角均满足要求。=1/450。(若考虑填充墙抗力作用为1/550)2.1.6 水平地震作用下横向框架的内力分析本设计取中框架为例,柱端计算结果详见表2-10。地震作用下框架梁柱弯矩,梁端剪力及柱轴力分别见表2-11、图2-7,图2-8。表2-10 C轴柱(边柱)柱端弯矩计算层次层高h层间剪力层间刚度y(m)93.61402.36146166022333210.7330.352.9222.6883.62342.46146166022333360.7330.477.7651.8473.63169.75146166022333480.7330.4595.0477.7663.63884.23146166022333590.7330.45116.8295.58续表2-10

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