《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計》課程設(shè)計任務(wù)書大作業(yè)解析

1、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計課程設(shè)計某酒店設(shè)計計算書學(xué)院班級組名組長指導(dǎo)老師劉良林 賈燕翔龔 昕時間 2015-12-212016-2-24混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書1.設(shè)計目的1）鞏固、運用所學(xué)的混凝土結(jié)構(gòu)課程有關(guān)知識；2）培養(yǎng)獨立工作、分析和解決問題的能力；3）為將來的畢業(yè)設(shè)計做準備。2.工程概況某酒店為 6 層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，底層層高為3.6m，其余層高為 3.0m?；狙簽?0.4kN/m2，基本風(fēng)壓為 0.7 kN/m2，地面粗糙度為 B 類。設(shè)計使用年限為50 年。柱網(wǎng)的布置圖如下：3. 設(shè)計規(guī)定1）混凝土強度等級為C20C30，框架柱、梁的受力鋼筋為HRB400，箍筋為 HPB300；

2、2）不考慮風(fēng)荷載的順風(fēng)向風(fēng)振效應(yīng)，即z 1.0 ；3）不考慮抗震設(shè)防；4）樓板的厚度取120mm；5）屋面為不上人屋面，且永久荷載標準值為 5.5kN/m2，樓面永久荷載標準值為 4.5 kN/m 2，二者均包括了樓屋面裝飾層、功能層及板自重。4. 設(shè)計要求1）分組進行，每組不得超過6 人；2）每組推舉組長，實行組長負責(zé)制；3）設(shè)計周期：兩周，務(wù)必于2016 年 2 月 24 日下午五點前提交。5. 成果要求1）提交計算書一份。 =2）計算書的內(nèi)容包括梁柱截面估計和計算簡圖、荷載計算、內(nèi)力分析、荷載組合（可以任取一層進行分析）四大部分。6. 參考資料混凝土結(jié)構(gòu)基本原理梁興文 史慶軒中國建筑工業(yè)

3、出版社混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計梁興文史慶軒中國建筑工業(yè)出版社混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 （ GB50010-2010） 中國建筑工業(yè)出版社建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2012） 中國建筑工業(yè)出版社1. 梁柱截面尺寸及計算簡圖梁截面高度按梁跨度的 1/18-1/10 估算，梁截面寬度按梁高度的 1/3-1/2 估算，混凝土強度等級 C30（fc=14.3KN/M2, ft=1.43KN/M2 ） ,C25（ fc=11.9KN/M2, ft=1.27KN/M2 ）. 樓板厚 120mm.梁截面尺寸（ mm）及各層混凝土強度等級表 1-1層次混凝土等級橫梁（ b*h ）縱梁（ b*h ）AB,CDBC1,2C

4、30200*420200*470200*4203,4,5,6C25200*420200*470200*420柱截面尺寸可按 Ac>=(1.1-1.2)N/fc 估算。各層重力荷載標準值可取 14KN/M2. 由圖可知，邊柱負載面積 3.0*1.5M ，中柱負載面積 3.0*3.3 。 N=1.25N由式可得，第一層柱截面面積：如取第一層截面為正方形，邊柱為 200mm，中柱為 296mm，根據(jù)上述條件并綜合其他因素，本設(shè)計柱截面：一層 400*400mm，第二三四五層 350*350mm，第六層300*300mm.基礎(chǔ)選用條形基柱，基礎(chǔ)埋深取 1.8m（自室外地坪算起），肋梁高度取 1m

5、，室內(nèi)外地坪高差 0.5m取頂層柱的形心線作為框架柱的軸線， 各層柱軸線重合； 梁軸線取板底處， 2-6 層柱計算高度取層高， 3.0m；底層柱計算高從基礎(chǔ)梁頂面取至一層樓板，即h1=3.6+0.5+1.8-1.0-0.12=4.78m2 重力荷載和水平荷載計算.1不上人屋面永久荷載標準值：5.5KN/m2樓面永久荷載標準值：4.5KN/m2.2屋面不上人均布活荷載標準值：0.5 KN/m2樓面活荷載標準值（房間，走廊） ： 2.0 KN/m2屋面雪載標準值：0.35 KN/m2.3梁柱墻門窗等重力荷載計算：.1梁柱可根據(jù)截面尺寸，材料重度等計算出單位長度的重力荷載，因計算樓面屋面永久荷載時已

6、經(jīng)考慮了板的自重， 故在計算梁自重時， 應(yīng)從梁截面尺寸扣去板厚度。.2 內(nèi)墻為 250mm厚水泥空心磚（ 9.6 KN/m3），兩側(cè)均為 20mm厚抹灰，則墻面單位面積重力荷載為 9.6*0.25+17*0.02*2=3.08 KN/m2.3 外墻為 250mm厚水泥空心磚，外墻貼瓷磚（ 0.5 KN/m2 ），內(nèi)墻為 0.2mm厚抹灰（ 0.34 KN/m2 ），則外墻墻面單位面積重力荷載為：9.6*0.25+17*0.02+0.5=3.24 KN/m2.4外窗尺寸 1.5m*1.8m。單位面積重 0.14 KN/m2.4 風(fēng)荷載計算 w。=0.7 KN/m2，因為 H=19.78,<

7、30m 故不需要考慮風(fēng)振系數(shù)的影響， Bz=1.0查附錄 5，風(fēng)載體型系數(shù)Us=0.8（迎風(fēng)面），Us=-0.5 （背風(fēng)面）q（z）=Wk*h=1.0*Uz*Us*0.7*h( 計算結(jié)果如下表 )沿房屋高度風(fēng)荷載標準值（KN/m）表 2-1層次Z（ m）Uzq（z）迎風(fēng)q（z）背風(fēng)619.781.2262.061.287516.781.1661.961.224413.781.0981.841.153310.781.0201.711.07127.781.0001.681.0514.781.0002.0161.26計算結(jié)果，沿框架結(jié)構(gòu)高度的分布圖， 內(nèi)力及側(cè)移計算時， 可按靜力等效原理將分布風(fēng)荷載

8、轉(zhuǎn)換為節(jié)點集中荷載。第五層的集中荷載F5（每層層高范圍內(nèi)的水平荷載視為沿高度的均布荷載與三角形荷載之和）。F5=（1.96+1.84+1.224+1.153 ）*3*1/2+ （ 2.06-1.96+1.287-1.224）*3*1/2*1/3+（ 1.224-1.153+1.96-1.84 ） *3*2/3*1/2=9.539KN3 豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析.1 計算簡圖及計算單元仍取中間框架進行計算， 由于樓面荷載為均布， 可取兩軸線中間的長度為計算單元寬度。因梁板為整體現(xiàn)澆， 且各區(qū)板為雙向板， 故直接傳給橫梁的樓面荷載分為三角形分布荷載（邊梁）或梯形分布荷載（走道梁） ，計算單元

9、范圍內(nèi)的其余荷載通過縱梁以集中荷載的形式傳給框架柱， 框架橫梁的自重以及直接作用在橫梁上的填充墻自重則按均布荷載考慮。.2 荷載計算下面以 2-5 層的恒載計算為例，說明荷載計算方法.1 ： q。及 q。 包括梁自重（扣除板自重）和填充墻自重，由上可知房間： q。=3.08* （3.0-0.42）+25*（0.42-0.12）*0.2=9.45KN/m走廊： q。=25* （0.47-0.12）*0.2=1.75 KN/m.2:q1,q2為板自重傳給橫梁的梯形和三角形分布荷載峰值q1=4.5*3.0=13.5 KN/m q2=4.5*3.0=13.5 KN/m.3:M1,P1,M2,P2分別為

10、通過縱梁傳給柱的板自重，縱梁自重，外挑陽臺，縱墻自重所產(chǎn)生的集中力矩和集中荷載。 外縱梁外側(cè)與柱外側(cè)平齊， 內(nèi)縱梁一側(cè)與柱的走道平齊。同理：可得下表各層梁上的豎向荷載標準值表 3-1層橫載活載次q。q。q1q2P1P2M1M2q1q2P1P2M1M261.51.7516.516.538.87753.7358.192.6781.51.518.2152.2515.6080.1132-59.451.7513.513.536.20948.8178.6943.6616610.495.7480.675111.291.7513.513.550.78663.39410.8796.3396612.4897.76

11、80.9注：表中 q。，q。 ，q1，q2 量綱為 KN/M，P1 P2 的量綱為 KN，M1M2量綱為 KN·M。.3 梁柱線剛度計算框架梁線剛度 ib=EIb/L ，因取中框架計算，故 ib=2EcIo/L, 其中 Io 為按 b*h 得矩形截面梁計算所得的梁截面慣性矩。柱線剛度 ic=EcIc/hc計算結(jié)果如下表：梁線剛度（ N· mm）表 3-2類別層次Ec（N/mm2）b*h(mm)Io(mm4)L(mm)ib=2EcIo/L(1010)邊梁3-62.8*104200*4201.235*10930002.3061,23.0*104200*4201.235*1093

12、0002.47走道梁3-62.8*104200*4701.73*10936002.6921,23.0*104200*4701.73*10936002.884柱線剛度（ N·mm）表 3-3層次層高（ mm）b*h(mm)Ec(N/mm2)Ic(mm4)ic=EcIc/hc(1010)63000300*3002.8*1046.78*1080.633453000350*3502.8*1041.251*1091.16823000350*3503.0*1041.251*1091.25114780400*4003.0*1042.133*1091.338.4 豎向荷載作用下框架內(nèi)力計算.1結(jié)構(gòu)對

13、稱，荷載對稱，故取對稱軸一側(cè)的框架為計算對象，且中間跨梁為豎向滑動支座。 另外，除底層和頂層的荷載數(shù)值略有不同外， 其余層荷載的分布和數(shù)值相同。故為簡化計算，沿豎向取 5 層框架計算，分為 1 層， 2 層，3,4 層， 5 層， 6 層五個部分層。.2桿端彎矩分配系數(shù)由于計算簡圖中的中間跨梁長為原跨長的一半，故計算線剛度取表中2 倍。.3計算桿件固端彎矩略恒載作用下框架各節(jié)點的彎矩分配以及桿端分配彎矩的傳遞過程如圖 4-1 ，最后所得的桿端彎矩應(yīng)為固端彎矩， 分配彎矩和傳遞彎矩的代數(shù)和。 梁跨中最大彎矩根據(jù)梁兩端的桿端彎矩及作用于梁上的荷載，用平衡所得。根據(jù)作用于梁上的荷載及梁端彎矩，用平衡

14、條件可得梁端剪力及跨中截面彎矩。將柱兩側(cè)的梁端剪力，節(jié)點集中力及柱軸力疊加，即可得柱軸力。梁端剪力及柱軸力的計算如下表。豎向荷載作用下梁端剪力及柱軸力 （KN）表 3-4恒載內(nèi)力活載內(nèi)力層梁端剪力A 柱軸力B 柱軸力梁端剪力柱軸力次VAVB左VB右NA上NA下NB上NB下VAVB左VBNANB右613.0613.949.31551.9463.9476.9988.9915.6318.880.9233.85-5.71516.8417.67.74116.99126.18163.15172.3415.0811.925.6759.3320.98416.8917.557.74179.28188.47246

15、.45225.6415.2611.755.6784.9947.4316.8917.557.74241.57250.76329.75338.9415.2611.755.67110.6573.82217.0617.387.74304.03313.22412.88422.0714.8112.195.67135.86100.68116.917.547.74380.91391.67510.74521.517.499.515.67165.63124.86a 恒載作用下的框架彎矩圖 （單位 KN·m）b 活載作用下的框架彎矩圖 （單位 KN·m）.5風(fēng)荷載作用下框架結(jié)構(gòu)分析.1框架結(jié)構(gòu)側(cè)

16、向剛度計算柱側(cè)向剛度按式（ 4-20 ）計算，其中 ac 按課本表 4-4 公式計算。計算結(jié)果如下：各層柱側(cè)向剛度 D 值（ N/mm）表 3-5層次邊柱中柱總和線剛度比acDi1線剛度比acDi25-63.660.64754327.9330.79967092428241.9740.49777364.2790.681106133669832.0450.50678804.4320.689107313722221.9740.49782904.280.682113763933211.8460.61108824.0010.751338048524.2側(cè)移二階效應(yīng)的考慮首先需按式 Di 20Gi/hi(

17、j=1,s) 驗算是否考慮側(cè)移二階效應(yīng)的影響， Gj(j=1,n) 可根據(jù)各層柱下端的軸力計算，轉(zhuǎn)化為設(shè)計值。各層重力荷載設(shè)計值計算表3-6層次層高恒載軸力標準值活載軸力標準值GiGi/hiA 柱B 柱A 柱B 柱6363.9488.9933.85-5.71445.82148.6153126.18172.3459.3320.98941.32313.7743188.47255.6284.9947.41436.51478.8433250.76338.94110.6573.821931.796643.9323313.22422.07135.86100.682427.008809.0014.78391

18、.67521.5165.83124.863005.54628.77結(jié)果：滿足課本式（ 4-44）的要求，即框架結(jié)構(gòu)不需要考慮側(cè)移二階效應(yīng)的影響。.3框架結(jié)構(gòu)側(cè)移驗算：根據(jù)前圖所示的水平荷載，由式Vi=Fk （i=1,m ）計算層間剪力，然后根據(jù)前表所列的層間側(cè)向剛度，按式（ u）i=Vi/Dij(j=1,s) 計算各層的相對側(cè)移，計算如下表。由于該房屋的高寬比（ H/B=19.78/9.6=2.06 ）較小，所以不考慮柱軸向變形產(chǎn)生的側(cè)移。層間剪力及側(cè)移計算表 3-7層次654321Fi(KN)4.9369.5399.3468.4248.48912.471Vi(KN)4.93614.47523

19、.82132.24540.73453.205sumD(N/mm)242822428236698372223933248524（ u）i(mm)0.200.600.650.871.041.1（ u）i/hi1/150001/50001/46151/34481/28851/4345可見各層的層間側(cè)移角均小于1/550 ，滿足要求。.4框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算按式（ 4-18 ）計算各柱的分配剪力，然后按式（4-30 ）計算柱端彎矩。由于結(jié)構(gòu)對稱，故只需計算一根邊柱，一根中柱的內(nèi)力。表中的反彎點高度比 y 按式 y=yn+y1+y2+y3 確定，yn 標準反彎點高度比查附表 7-1 ，第三層柱考慮修正值 y

20、1，第二層柱考慮 y3，底層柱考慮 y2，其余層柱均無修正。風(fēng)荷載作用下各層框架結(jié)構(gòu)柱端彎矩計算表 3-8層層高ViDi邊柱中柱次Di1Vi1KYMi1bMi1uDi2Vi2KYMi2bMi2u634.9362428254321.1043.660.451.491.82267091.3647.9330.451.8412.2515314.4752428254323.2383.660.4834.6925.00267093.9997.9330.55.9995.9994323.8213669877365.0221.9740.456.788.286106136.8894.2790.510.33410.33

21、43332.2453722278806.8262.0450.510.23910.239107319.2964.4320.513.94413.9442340.7343933282908.5851.9740.49912.85212.9031137611.7824.280.517.67317.67314.7853.205485241088211.9321.8460.56532.22524.811338014.6714.0010.5538.5732.557由上表根據(jù)式（ 4-31 ）計算梁端彎矩，由平衡的梁端剪力，柱軸力。風(fēng)荷載作用下梁端彎矩，剪力及柱軸力計算表 3-9層次邊梁走道梁柱軸力Mb左Mb右

22、LVbMb左Mb右LVb邊柱中柱61.8221.03830.9531.2131.2133.60.674-0.953-0.27956.4923.60633.3664.2344.2343.62.352-4.319-1.293412.9787.5336.8368.8038.8033.64.891-11.155-3.238317.01911.21839.41213.11513.1153.67.286-20.567-5.364223.14214.575312.57217.04217.0423.69.468-33.139-8.468137.66222.695320.11926.53526.5353.613

23、.075-53.258-15.512由上表數(shù)據(jù)可得下圖， 在風(fēng)荷載作用下， 框架左側(cè)的邊柱軸力和中柱軸力均為拉力，右側(cè)的兩根柱軸力應(yīng)為壓力，總拉力與總壓力數(shù)值相等，符號相反。4 荷載組合（選第一層）.1 梁控制截面內(nèi)力標準值下表是第一層梁在恒載， 活載，風(fēng)荷載標準值的作用下， 柱軸線出及柱邊緣處（控制截面）的梁端彎矩值和剪力值。第一層梁端控制截面內(nèi)力標準值表 4-1截恒載內(nèi)力活載內(nèi)力風(fēng)載內(nèi)力柱軸線處柱邊緣處柱軸線處柱邊緣處柱軸線處柱邊緣處面MVMVMVMVMVMVA15.24216.911.8614.644.14617.490.6516.2937.66220.11933.6420.119Bl1

24、6.20917.5412.717.190.1559.511.758.3122.69520.11918.6720.119Br6.3027.744.757.40.035.671.14.4726.53513.07523.9213.075.2 梁控制截面內(nèi)力組合值組合時，豎向荷載作用下的梁支座截面負彎矩乘系數(shù)0.8 ，以考慮塑性內(nèi)力重分布，跨中截面彎矩相應(yīng)增大， 當風(fēng)荷載作用下支座截面為正彎矩且永久組合，乘系數(shù) 1.0 。第一層梁控制截面組合的內(nèi)力設(shè)計值表 4-2荷載組合的效應(yīng)設(shè)計值荷載組合的效應(yīng)設(shè)計值恒載 +活載截面左風(fēng)右風(fēng)左風(fēng)右風(fēng)MVMVMVMVMVA36.959.37-57.0165.4317.

25、8620.14-38.6653.9416.6535.73支座Bl-39.2267.9712.5711.91-30.3257.21.0423.418.8631.35Br28.83-39.07-38.1545.7314.75-29.02-25.4336.647.4914.37AB40.1517.2428.0810.9244.64跨中28.8328.8314.7514.75-12.99BC.3 柱控制截面內(nèi)力組合值柱控制截面為其上下端截面， 表中的柱端彎矩， 以繞柱端截面反時針方向旋轉(zhuǎn)為正；柱端剪力以繞柱端截面順時針旋轉(zhuǎn)為正。S53.1n8i6m.N43x15a.m0N2-丨x51Ma.m5丨3-1

26、5風(fēng).右02-2風(fēng)5.左125風(fēng)1.右53-8風(fēng)6.左43*S87載6載 .4.恒0.活0+1-載18風(fēng).4S2載84活7.S1載177恒.1S-M類6898.608.66541492119.9.5.63927-772153.4659146-92119.9.5.63927-437323.8076512772153.4659146-6898.608.665414425720.6027-68355922.2.31251335487.585.601016598.580.8003-NVM26.9749.64780.7079.6471.97580.70726.97472.196852.3538.5617

27、6.193N86.6129.9-75.61-29.9-32.0175.61-86.6122.0-39.1155.065.0-V53.5471.52-53.5471.52-32.5427.24-53.5486.1155.13592.0-954.1M21.11627.00821.11627.00815.27679.65721.11668.118215.5168.42147.015N58.8166.01-58.8166.01-24.1120.81-58.8135.02.3190.0-64.0V67.4448.52-67.4448.52-30.7244.34-67.4448.0755.13741.0-927.0M21.11636.31821.11636.31