土木毕业设计计算书(DOC 108页)

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1、安徽工程大学毕业设计第1章 绪 论1.1 结构绪论该计算书主要包括六个部分:毕业设计任务书、框架结构计算部分、横向水平荷载作用下的框架结构的内力和侧移计算、竖向荷载作用下框架结构的内力计算、截面尺寸设计。设计主体是六层框架结构，选择一榀框架计算，框架结构的计算部分包括：梁板柱尺寸的初步确定、重力荷载标准值的计算。横向框架侧移刚度的计算、水平地震力作用下的内力计算与侧移计算和水平风荷载作用下的侧移验算，竖向荷载作用下的框架内力计算，主要包括恒荷载和活荷载作用下的内力计算，内力组合主要是水平地震作用、恒荷载作用、活荷载作用、雪荷载作用、风荷载作用之间的组合，截面设计包括梁的截面设计和柱的截面设计，

2、梁的截面设计包括正截面验算和斜截面验算，柱的截面设计包括轴压比的验算和正截面验算和斜截面验算和结点设计。板的设计采用的是双向板。基础设计包括荷载计算，基础承载力计算，冲剪验算，基础配筋计算。楼梯设计包括梯段设计、平台梁设计、平台板设计、楼梯的配筋计算。1.2基本概况经上级主管部门批准，拟按一般标准建造一栋六层框架结构某高校土木综合楼设计。该工程为钢筋混凝土框架结构，横向框架不少于三跨，总建筑面积不小于5000m2。设计使用年限为50年，结构安全等级为二级，环境类别为一类。抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.2g，第一组。建筑室内外高差600mm，室外标高即为现有自然地面标高，室外标高

3、即为现有自然地面标高。1.3结构选型本设计为某高校土木综合楼设计，六层，为现浇混凝土框架，抗震设防烈度为8级。1.4结构布置布置的主要工作是合理的确定梁、柱的位置及跨度。本结构形状简单、规则，均匀对称，主要形状为矩形。高宽比小于4 。统一柱网和标高。内廊式布置，跨度为3 。主梁跨度8.4和7.2 。次梁跨度为8.4/3和7.2/3 。本建筑设计方案采用框架结构，梁、板、柱、楼面均采用现浇形式。1.5设计题目已知条件题目：某某高校土木综合楼设计根据建筑方案图，本结构为六层钢筋混凝土框架，建筑面积约5686m2 其他条件：1. 气象资料（1） 基本风压：0=0.40kN/m2（2） 基雪压值：s0

4、=0.50kN/m22. 水文地质资料场地条件：场地平整，图层分布为：自然地表以下1m内为杂填土，重度=17kN/m3；杂填土下为3m厚可塑性粘土，重度为=18kN/m3，液性指数IL=0.62,含水率=23.1%，天然孔隙比e=0.8，ES=10MPa，ck=20kpa，k=12度；再下为砾石土层，重度为=20kN/m3，液性指数IL=0.50,含水率=15.2%，天然孔隙比e=0.8，ES=20MPa，ck=15kpa，k=18度。未修正前粘土承载力特征值为180kN/m2，砾石土层承载力特征值为300kN/m2。场地土类别为II类，地基基础设计等级为丙级。3. 抗震设防烈度：7度4. 荷

5、载资料（1） 根据建筑荷载规范，确定楼面活荷载为2.0 kN/m2（2） 不上人屋面：活载标准值为0.7 kN/m2（3） 屋面构造：防水层、水泥砂浆找平层、现浇钢筋混凝土屋面板、石灰平顶（4） 楼面构造：10mm厚1：2水泥砂浆面层压实抹光、20mm厚1：3水泥砂浆层现浇钢筋混凝土楼面板、15mm厚石灰平顶。5. 工程地质条件基础埋深范围内无地下水。6. 主体结构工程和装饰工程采用现浇混凝土框架结构，肋梁楼盖。混凝土强度等级为C25，钢筋采用HPB300级（箍筋、楼板钢筋）和HRB400级钢筋（梁、柱纵向受力钢筋）。内外墙均采用小型混凝土空心砌块，厚度200mm，重量参见最新结构荷载设计规范

6、。需根据建筑设计和结构承重、抗震方面的要求及场地地质条件，合理地进行结构选型和结构整体布置，统一构件编号及各种结构构件的定位尺寸，绘制出结构布置图。第2章 建筑结构布置和荷载计算2.1确定计算简图取工程横向框架号轴线为一品框架计算单元，框架的计算简图假定底层住下端固定于基础，按工程地质资料提供的数据，场地土类别为类，初步确定工程基础采用柱下独立基础，挖去所有杂土，基础置于第二层可塑性黏土层上，基地标高为-2.100m（初步假定基础高度为0.6m），柱子的高度底层为h1=3.6+2.1-0.6=5.1m，二六层柱高为3.6m。主节点刚接横梁的计算跨度取柱中心间距离，三跨分别为l=7200、300

7、0、7200。计算简图见图2-1 2.2梁柱截面尺寸（1） 框架柱：边柱A、D轴线柱定为600mm600mm，中柱B、C轴线柱定为500mm500mm，其余的如梯柱等为400mm400mm。（2） 梁：横向框架梁AB跨、CD跨：300mm650mm，BC跨300mm600mm，纵向连系梁：300mm500m图2-1 计算简图2.3材料强度等级 混凝土：均为C25级钢筋：纵向受力筋均为HRB400 ，板筋及箍筋采用HPB3002.4荷载计算以轴线横向框架为计算分析对象。1. 屋面横梁竖向线荷载标准值（1） 恒载（图2.2a）图2.2a 荷载计算简图（a）恒载作用下结构计算简图；（b）活载作用下结

8、构计算简图屋面恒载标准值：50厚架空隔热板 0.0525=0.625kN/m2两毡三油防水层 0.4 kN/m220厚1：3水泥砂浆找平层 0.0220=0.4 kN/m2120（100）厚混凝土现浇板 0.1225=3 kN/m2（AB、CD跨板厚取120；BC跨取100） （0.1025=2.5 kN/m2）15厚石灰粉平顶 0.01516=0.24 kN/m2屋面恒载标准值： 4.665kN/m2 (4.165kN/m2)梁自重：边跨AB、CD跨 0.30.6525=4.88 kN/m梁侧粉刷 2(0.65-0.12)0.0217=0.36 kN/m 5.24 kN/m中跨BC跨 0.3

9、0.625=4.5 kN/m梁侧粉刷 2(0.6-0.1)0.0217=0.34 kN/m 4.84kN/m作用在顶层框架梁上的线恒荷载标准值为：梁自重： g6AB1=g6CD1=5.24 kN/m，g6BC1=4.84 kN/m 板传来的荷载 g6AB2=g6CD2=4.6658.4=39.18kN/m g6BC2=4.1658.4=34.99 kN/m（2） 活载（图2-2b）作用在顶层框架梁上的线活荷载标准值为：q6AB=q6CD= 0.78.4=5.88 kN/m q6BC=0.73=2.1 kN/m2. 楼面横梁竖向线荷载标准值（1） 恒载25厚水泥砂浆面层 0.02520=0.5

10、kN/m2120（100）厚混凝土现浇板 0.1225=3 kN/m2 （0.1025=2.5 kN/m2）15厚板底粉刷 0.01516=0.24 kN/m2楼面恒载标准值 3.74kN/m2 （3.24 kN/m2）边跨（AB、CD跨）框架梁自重 5.24 kN/m中跨（BC跨）框架梁自重 4.84 kN/m作用在楼面层框架梁上的线荷载标准值为：梁自重 gAB1 =gCD1=5.24 kN/m gBC1=4.84 kN/m板传来荷载 gAB2= gCD2=3.748.4=31.42 kN/m gBC2=3.248.4=27.22 kN/m（2） 活载楼面活载 qAB =qCD=28.4=1

11、6.8 kN/m qBC=23=6 kN/m23. 屋面框架节点集中荷载标准值（图2-3）图2-3 恒载顶层集中力（1）恒载边跨连系梁自重 0.30.58.425=31.5 kN粉刷 2(0.5-0.12)0.028.417=2.17kN1m高女儿墙 18.43.6=30.24kN粉刷 120.028.417=5.71 kN连系梁传来屋面（含次梁）自重 0.58.40.58.44.665=70.53 kN 顶层边节点集中荷载： G6A = G6D=140.15 kN中跨连系梁自重 0.30.58.425=31.50 kN粉刷 (0.5-0.12)+(0.5-0.10)0.028.417=2.2

12、3kN 连系梁传来屋面（含次梁）自重 0.58.40.5 8.44.665=70.54 kN 0.5(8.4+8.4-3)3/24.165=43.21kN顶层中节点集中荷载： G6B =G6C=147.37 kN(2) 活载 Q6A=Q6D=0.58.40.58.40.7=12.348 kN Q6B=Q6C=0.58.40.58.40.7+0.5(8.4+8.4-3)3/20.7=19.59 kN4. 楼面框架节点集中荷载标准值（图2-4）图2-4 恒载中间层节点集中力（1）恒载（未考虑填充墙重量）边柱连系梁自重+粉刷 31.5+2.17=33.67 kN 连系梁传来楼面自重 0.58.40.

13、57.23.74=56.54 kN 90.21kN中间层边节点集中荷载 GA=GD=90.21kN 框架柱自重：GA1=GA1=0.60.63.625=32.4 kN中柱连系梁自重 31.50 kN粉刷 2.23 kN连系梁传来楼面自重 0.58.40.57.23.74=56.64kN 0.5(8.4+8.4-3)3/23.24=33.53 kN 123.8 kN中间层中节点集中荷载 GB=GC=123.8 kN柱传来集中荷载GB1=GC1=0.50.53.625=22.5 kN（3） 活载 QA=QD=0.58.40.58.42=35.28 kNQB=QC=0.58.40.58.42+0.5

14、(8.4+8.4-3)3/22=55.98 kN5. 风荷载 已知基本风压=0.4 kN/m2，本工程为市区综合楼，地面粗燥度为C类，那荷载规范k=z风载体型系数：迎风面为0.8，背风面为-0.5；因结构高度H=23.4m1.4 Tg故需考虑框架顶部附加集中力作用n=0.08 T1+0.07=0.080.632+0.07=0.12 框架横向水平地震作用标准值为： 结构底部：FEK=1Geq=0.04648213.87=2217.8 kNFn=nFEK=0.122217.8=266.14kN GiHi=778083.8 kN各楼层的地震作用和地震剪力标准值见上表，图示见下图2-6图2-6 横向框

15、架上的地震作用第3章 横向框架内力计算3.1恒载作用下的框架内力1.弯矩分配系数首先计算出本工程横向框架的杆端弯矩分配系数，由于该框架为对称结构，去框架的一般进行简化计算，如下图3-1 图3-1 横向框架承担的荷载及不平衡的弯矩 （a）恒载； （b）恒载产生的不平衡弯矩节点A1： SA1A0=4iA1A0=41.46=5.84 SA1B1=4iA1B1=41.32=5.28 SA1A2=4iA1A2=42.08=8.32 节点B1： SB1D1= iB1D1 =22.68=5.36节点A2: 节点B2： 节点A3 B3 A4 B4 A5 B5 与 A2 B2相同节点A6: 节点B6:2.杆件固

16、端弯矩（顺时针方向为正计算）下图3-2图3-2 杆端节点弯矩正方向（1）横梁固端弯矩1)顶层横梁：自重作用： 板传来的恒载作用：2）二六层横梁：自重作用： 板传来的恒载作用：（2）纵梁引起的柱端附加弯矩 （边框架纵梁偏向外侧，中框架纵梁偏向内侧）顶层外纵梁 MA6= MD6=140.150.15=21.02 kNm （逆时针为正）楼层外纵梁 MA1= MD1=90.210.15=13.53 kNm顶层中纵梁 MB6= MC6= -147.370.1= 14.74 kNm楼层中纵梁 MB1=MC1= -121.050.1= 12.38 kNm3.节点不平衡弯矩 （逆时针方向为正）节点A6的不平衡

17、弯矩：MA6B6+MA6纵梁= 22.64157.69+21.02= 159.31 kNm节点A1的不平衡弯矩： MA1B1+MA1纵梁= 22.64126.47+13.53= 135.58 kNm节点B6的不平衡弯矩: MB6A6+MB6D6+MB6纵梁=22.643.63+157.6916.414.73=145.57 kNm节点B1的不平衡弯矩 MB1A1+MB1D1+MB1纵梁=22.643.63+126.4712.6712.38=120.34 kNm具体见图3-14.内力计算根据对称原则，只计算AB、BC跨。在进行弯矩分配时，应将节点不平衡弯矩反号后再进行杆件弯矩分配。节点弯矩使相交于

18、该节点杆件的近端产生弯矩，同时也使个杆件的远端产生弯矩，近端产生的弯矩通过节点弯矩分配确定，远端产生的弯矩由传递系数C（近端弯矩与远端弯矩的比值）确定。传递系数与杆件远端的约束形式有关。恒载弯矩分配过程见图3-3，恒载作用下弯矩见图3-4，梁剪力、柱轴力见图3-5。节点分配顺序：（A6 .B5 .A4 .B3.A2. B1) (B6 .A5.B4. A3.B1)图3-3 恒载弯矩分配过程根据所求出的两端弯矩，再通过平衡条件，即可求出恒载作用下梁剪力、柱轴力，结果见表3-13-4。 AB跨梁端剪力（kN） 表3-1 层q(kN/m)(自重作用)g(kN/m)(自重作用)a(m)l(m)gl/2u

19、=(l-a)q/2MAB(kNm)MBA(kNm)Mik/lVA=gl/2+u-Mik/lVB=-(gl/2+u+Mik/l)639.195.241.47.210.86113.65-95.55125.644.18120.36-128.72531.425.241.47.510.8691.12-143.74133.89-1.37103.35-100.61431.425.241.47.510.8691.12-132.67133.680.14101.84-102.12331.425.241.47.510.8691.12-140.14129.47-1.48103.46-100.35231.425.241

20、.47.510.8691.12-130.17142.771.75100.23-103.73131.425.241.47.510.8691.12-134.26129.22-0.7102.68-101.28 BC跨梁端剪力（kN） 表3-2层q(kN/m)(板传来荷载作用)g(kN/m)(自重作用)l(m)gl/2lq/4VB= gl/2+ lq/4VC=-( gl/2+ lq/4)634.995.2437.2626.2433.5-33.5527.224.8437.2620.4227.68-27.68427.224.8437.2620.4227.68-27.68327.224.8437.2620.

21、4227.68-27.68227.224.8437.2620.4227.68-27.68127.224.8437.2620.4227.68-27.68 AB跨跨中弯矩（kNm） 表3-3层q(kN/m)(板传来作用)g(kN/m)(自重作用)a(m)l(m)gl/2u=(l-a)q/2MAB(kNm)Mik/lVA=gl/2+u-Mik/lM=gl/2l/4+u1.05-MAB-VAL/2639.195.241.47.210.86113.65-95.554.18120.36-198.88531.425.241.47.210.8691.12-143.74-1.37103.35-113.09431

22、.425.241.47.210.8691.12-132.670.14101.84-118.27331.425.241.47.210.8691.12-140.14-1.48103.46-117.09231.425.241.47.210.8691.12-130.171.75100.23-115.43131.425.241.47.210.8691.12-134.26-0.7102.68-120.16柱轴力（kN） 表3-4层边柱A轴、D轴中柱B轴、C轴横梁端部压力纵梁端部压力柱重柱轴力横梁端部压力纵梁端部压力柱重柱轴力6柱顶120.36140.1532.4260.51162.22147.3722.5

23、309.59柱底292.91332.095柱顶103.3590.2132.4486.47128.29123.822.5584.18柱底518.87606.684柱顶101.8490.2132.4710.92129.8123.822.5860.28柱底743.32882.783柱顶103.4690.2132.4936.99128.18123.822.51134.76柱底969.391157.262柱顶100.2390.2132.41159.83128.41123.822.51409.47柱底1192.231431.971柱顶102.6890.2145.91385.12128.96123.831.

24、881684.73柱底1431.021716.613.2活载作用下的框架内力1.梁固端弯矩（1）顶层 （2）二四层横梁2纵梁偏心引起柱端附加弯矩（边框架纵梁偏向外侧，中框架纵梁偏向内侧）顶层外纵梁 MA6=MD6=12.3480.15=1.85 kNm （逆时针为正）楼层外纵梁 MA1=MD1=35.280.15=5.29 kNm顶层中纵梁 MB6=MC6=19.530.1=1.95 kNm MB6=MC6=7.250.1=0.72 kNm （仅BC作用活载）楼层中纵梁 MB1=MC1=55.980.1=5.6 kNm MB1=MC1=20.70.1=2.07 kNm （仅BC作用活载）3.本

25、工程考虑如下四种最不利组合（1）顶层边跨梁跨中弯矩最大，见图3-6（2）顶层边柱柱顶左侧及柱底右侧受拉最大弯矩，见图3-7（3）顶层边跨梁梁端最大负弯矩，见图3-8（4）活载满跨布置，见图3-94.各节点不平衡弯矩当AB跨布置活载时： 当BC跨布置活载时： 当AB跨河BC跨均布置活载时： 5内力计算：采用“迭代法”计算，迭代计算次序同恒载，如图3-10、图3-13、图3-16、图3-19。活载（a）作用下梁弯矩、剪力、轴力如图3-11、图3-12 。活载（b）作用下梁弯矩、剪力、轴力如图3-14、图3-15 。活载（c）作用下梁弯矩、剪力、轴力如图3-17、图3-18 。活载（d）作用下梁弯矩

26、、剪力、轴力如图3-20、图3-21 。根据做求出的两端弯矩，在通过平衡条件，即可求出荷载作用下的梁剪力、柱轴力，结果见表3-5表3-20 活载（a）作用下AB跨梁端剪力 表3-5层q(kN/m)a(m)u=(7.5-a)q/2MAB(kNm)MBA(kNm)Mik/lVA= u-Mik/lVB=-(u+Mik/l)65.881.417.05-17.0519.230.316.75-17.35501.40.00-1.113.530.34-0.34-0.34416.881.448.95-57.8355.86-0.2749.22-48.68301.40.00-4.583.6-0.140.140.14

27、216.881.448.95-58.5255.75-0.3849.33-48.57101.40.00-2.542.61-0.01-0.01-0.01 活载（a）作用下BC跨梁端剪力 表3-6层q(kN/m)l(m)gl/4VB=ql/4VC=-ql/46030005634.54.5-4.54030003634.5 4.5-4.52030001634.54.5-4.5 活载（a）作用下AB跨跨中弯矩（kNm） 表3-7层q(kN/m)(板传来荷载)a(m)l(m)u=(l-a)q/2MAB(kNm)Mik/lVA= u-Mik/lM= u1.05-MAB-VAl/265.881.47.217.0

28、5-17.050.316.75-25.35501.47.20.00-1.110.34-0.342.33416.881.47.248.95-57.83-0.2749.22-67.96301.47.20.00-4.58-0.140.144.08216.881.47.248.95-58.52-0.3849.33-67.67101.47.20.00-2.540.01-0.012.58 活载（a）作用下柱轴力 表3-8层边柱（A轴）中柱（B轴）横梁纵梁柱轴力(kN)横梁纵梁柱轴力(kN)端部剪力端部剪力端部剪力端部剪力616.7512.3529.117.3519.5936.945-0.3435.2864

29、.044.8455.9897.76449.2235.28148.5448.6855.98202.4230.1435.28183.964.6455.98263.04249.3335.28268.5748.5755.98367.591-0.0135.28303.844.5155.98428.08 活载（b）作用下AB跨梁端剪力 表3-9层q(kN/m)a(m)u=(7.5-a)q/2MAB(kNm)MBA(kNm)Mik/lVA= u-Mik/lVB=-(u+Mik/l)65.881.417.05-21.8521.54-0.0417.09-17.01516.881.448.95-59.32 56.

30、34-0.4149.36-48.54401.40-4.213.28-0.130.130.13316.881.448.95-57.9955.15-0.3949.34-48.56201.40-4.93.37-0.210.210.21116.881.448.95-57.2454.94-0.3249.27-48.63 活载（b）作用下BC跨梁端剪力 表3-10层q(kN/m)l(m)gl/4VB=ql/4VC=-ql/46030005030004634.54.5-4.53030002634.54.5-4.5103000 活载（b）作用下AB跨跨中弯矩（kNm） 表3-11层q(kN/m)(板传来荷载)

31、a(m)l(m)u=(l-a)q/2MAB(kNm)Mik/lVA= u-Mik/lM= u1.05-MAB-VAl/265.881.47.217.05-21.85-0.0417.09-21.77516.881.47.248.95-59.32-0.4149.36-66.98401.47.20-4.21-0.130.133.74316.881.47.248.95-57.99-0.3949.34-68.27201.47.20-4.9-0.210.214.14116.881.47.248.95-57.24-0.3249.27-68.73活载（b）作用下柱轴力 表3-12层边柱（A轴）中柱（B轴）横梁

32、纵梁柱轴力(kN)横梁纵梁柱轴力(kN)端部剪力端部剪力端部剪力端部剪力617.0912.3529.4417.0119.5936.6549.3635.28114.0848.5455.98141.1240.1335.28149.494.3755.98201.47349.3435.28234.1148.5655.98306.0120.2135.28269.64.2955.98366.28149.2735.28354.1548.6355.98470.89活载（c）作用下AB跨梁端剪力 表3-13层q(kN/m)a(m)u=(7.5-a)q/2MAB(kNm)MBA(kNm)Mik/lVA= u-Mik/lVB=-(u+Mik/l)65.881.417.05-21.5121.650.0217.03-17.07516.881.448.95-59.5756.18-0.4749.42-48.48401.40-4.23.44-0.110.110.11316.881.448.95-57.9755.06-0.449.35-48.55201.40-4.913.37-0.210.210.21116.881.448.95-57.2354.94-0.3249.27-48.63