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论文在线分享-和熙酒店结构设计

2021-05-22 11:00:24

  钢筋混凝土框架结构设计是土木工程专业毕业设计的主要内容,也是从事建筑结构设计工作的设计人员经常遇到的工作,钢筋混凝土框架结构设计主要包括建筑设计阶段和结构设计阶段。建筑设计,是根据任务书给定的功能和基础资料,确定建筑物的基本平面布局和平面的布置,再结合建筑使用风格确定建筑的外立面以及造型。

  结构设计,是按照建筑施工图中的平面功能布置以及外立面,结合地质情况,对整个建筑进行深层分析和概念设计、结构选型与结构布置、结构荷载统计与计算、结构内力计算与组合、结构构件设计和验算等,设计出满足建筑结构安全、适用、经济性和耐久性要求的建筑结构的过程。结合建筑功能,本工程选择框架结构体系,平面采用梁板式结构,选取规则位置的一榀框架进行内力分析。按照结构布置,估算梁板柱尺寸,并计算梁和板的刚度;然后对竖向荷载进行计算,根据楼面做法以及墙体做法,计算出恒荷载和活荷载的标准值;在对水平荷载记性计算,计算风荷载和地震荷载作用下的标准值。利用一品框架的相对线刚度,对竖向荷载使用弯矩二次分配法计算一榀框架的内力,对水平荷载采用D值法计算一品框架的构件内力。按照现行荷载规范以及可靠度设计规范,将计算的各种工况下的内力标准值进行组合,并按规范进行塑性内力重分布调整,求解出构件计算的内力设计值,再对柱进行压弯构件箍筋和纵向受力钢筋计算,对梁进行受弯构件的箍筋和纵向受力钢筋计算。在构件设计部分,本设计对楼梯的平台板、梯段板和平台梁进行计算设计;对楼板进行了配筋设计;对基础进行承载力验算、冲切验算以及配筋设计。

  在设计过程中,采用AutoCad和PKPM软件进行辅助设计,设计依据采用任务书指定的规范以及现行国家的其他相关规范,最终实现了框架结构的设计计算。

  毕业设计课程是学校专业的最后一个教学环节,也是最为重要的一个综合性实践教学环节,旨在通过这一教学环节,加深对各门基础课和专业课的基本理论、基本知识和基本技巧的理解,培养和锻炼学生建筑制图、理论分析、结构设计、计算机应用和查阅文献资料等各方面的综合能力。毕业设计的目的是通过训练,达到提高学生分析问题、解决问题、独立工作、组织管理和社交的能力,同时,培养学生踏实认真的工作态度,增强学生的事业心和责任感,为其走向工作岗位打下良好的基础。

  1.2设计内容

  1.2.1建筑设计

  建筑设计是结合任务书,通过调查研究,收集与熟悉设计资料以及使用要求,确定建筑方案,继而完成建筑设计的平面图、立面图和剖面图,以及细部构造详图绘制。建筑施工图的设计,需要借助于AutoCad设计软件进行。

  1.2.2结构设计

  结构设计

  结构设计是按照建筑确定的方案,进行结构选型,初选截面尺寸,计算结构所承受的荷载,对结构进行内力分析和水平位移的计算,依据内力分析结果进行截面设计(包括截面尺寸的设计,配筋计算和构造要求等),在进行结构施工图的绘制。结构整体设计计算需要使用PKPM或者盈建科等软件进行三维计算。

  1.3设计依据

  主要设计依据:

  (1)《民用建筑设计通则》GB50352—2019

  (2)《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068-2018

  (3)《建筑设计防火规范》GB50016-2014(2018年版)

  (4)《建筑结构荷载规范》GB50009-2012

  (5)《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010(2015年版)

  (6)《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010(2016年版)

  (7)《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011

  第2章结构布置

  2.1结构方案与布置

  2.1.1结构类型选择

  结构选型是一个综合性问题,应该选择合理的结构形式,根据结构受力特点,充分了解各类结构形式的优缺点,应用范围和结构布置原则等,根据建筑物的高度及使用需求,结合建设条件综合分析,本设计选择框架结构设计,框架结构由梁板柱通过节点连接形成的骨架结构,框架结构传力体系较为明确,由梁、柱承受竖向荷载和水平荷载,整体性较好,且空间布置较为灵活,有较大的可使用空间。

  2.1.2构件截面尺寸估算

  结合结构平面布置形式,综合考虑结构内力等因素,按照混凝土设计规范的要求,要先行对梁、板、柱的尺寸进行估算,按照估算尺寸进行结构计算,验证估算尺寸的有效性,若不符合要求,尚需重新调整计算。

  1.楼板厚度

  现浇混凝土楼板的厚度应根据使用环境、受理情形、跨度等条件综合确定,混凝土规范在考虑结构安全度和舒适度要求的基础上提出了楼板的跨厚比,并从构造角度提出了现浇楼板的最小厚度,本设计板跨为4500mm,规范要求双向板跨厚比不大于40,单向板跨厚比不大于30,L=4500/40=112.50mm。

  根据构造要求,楼板的最小厚度为80mm,故本设计标准层板厚取h=120mm;对于屋面层,受热胀冷缩影响较大,且考虑防水因素,屋面板厚度取h=120mm。

  2.框架梁截面尺寸

  框架梁的截面尺寸应该考虑承受荷载、跨度、抗震等因素进行综合确定,必要时尚且应该验算其挠度和裂缝,规范中对框架梁的高宽比、跨高比以及框架梁自身宽度有要求。框架梁宽度不宜小于200mm,截面的净宽与高度之比不小于4,梁高宽比不大于4,且为便于施做,梁宽宜取50mm的倍数。

  1)横向框架梁

  横向跨度L=7500mm,梁高:

  取h=600mm;

  梁宽:

  取b=300mm。

  2)纵向框架梁

  纵向跨度L=4500mm,梁高:

  取h=500mm;

  梁宽:

  取b=250mm。

  4)框架柱截面尺寸计算。

  本设计中框架柱采取矩形柱,根据规范,框架柱的边长小于300mm,按照框架柱传力范围内的荷载,先行估算其所受轴力,再按照轴心受压构件对框架柱尺寸进行估算,以B轴柱为例,计算过程如下:

  上式中,n为建筑楼层数;S为框架柱的传力范围;q为按经验取值的每层荷载,q=11~15kN/m2;μ为估算采取轴压比,取0.85;N为估算的轴力;A为框架柱的面积;按照

  本设计采用方形柱,即计算边长hc=483.39mm

  按抗震规范,本设计抗震烈度为6度。取柱边长hc=500mm。

  5.设计参数

  1)混凝土强度等级:

  按照混凝土规范以及耐久性规范,梁采用C35混凝土,柱采用C35混凝土,基础采用C30混凝土,垫层采用C15混凝土。

  2)钢筋强度:

  根据经验及施工便利性,钢筋选择HRB400。

  一榀框架尺寸简图如下:

  图2-1一榀框架尺寸简图

  2.2框架线刚度计算

  在前面一品框架计算简图中,底层柱长度取基础顶面至二层楼板顶面(对现浇楼板)的高度,即底层柱=层高+室内外高差+基础顶面至室外地面的高度;框架梁的计算跨度取柱轴线之间的距离,对于现浇混凝土结构,梁柱节点均假定为刚接,基础与柱的连接亦假定为刚接。

  计算简图中底层柱是从基础顶面算起,因此基础顶面的确定至关重要,根据地勘报告的内容,应该先选定持力层,同时要满足规范中要求的基础地面进入持力层的深度不小于0.5m,且基础顶面不应该漏出室外地面,最终确定基础的埋深。根据建筑图,室外地面标高为-0.60m,取基础顶标高至室外地面高度为0.400m,即基础顶至室内标高距离为1.00m,底层层高为4.20m,底层柱计算高度为5.20m。

  混凝土规范中要求,对于现浇楼盖,还应考虑楼板作为翼缘对梁刚度的影响,本设计中采取梁刚度增大系数法进行近似考虑,对于框架梁两侧均有楼板的,取增大系数为2,对于框架梁单侧楼板的,增大系数取1.5。

  2.2.1框架柱线刚度计算

  以底层柱为例,计算柱线刚度比(即柱刚度EI与高度H的比值):

  以此类推,计算出各层柱线刚度,详见下表:

  表2-1柱线刚度表

  层数截面尺寸

  (b×h)高度

  (m)Ec

  (N/mm2)截面惯性矩Ic

  (×109mm4)线刚度ib

  (kN·m)相对

  线刚度

  1 500×500 5.2 31500.00095 5.21 31550.48 1

  2 500×500 3.8 31500.00095 5.21 43174.34 1.37

  3 500×500 3.8 31500.00095 5.21 43174.34 1.37

  4 500×500 3.8 31500.00095 5.21 43174.34 1.37

  5 500×500 3.8 31500.00095 5.21 43174.34 1.37

  6 500×500 3.8 31500.00095 5.21 43174.34 1.37

  7 500×500 3.8 31500.00095 5.21 43174.34 1.37

  8 500×500 3.8 31500.00095 5.21 43174.34 1.37

  9 500×500 3.8 31500.00095 5.21 43174.34 1.37

  2.2.2框架梁线刚度计算

  框架梁线刚度计算与框架柱类似,为刚度除以跨度,但框架梁尚且应该考虑楼板作用下的翼缘放大系数,以中间跨为例,对梁线刚度进行计算:

  以此类推,计算其他各层梁线刚度,详见下表:

  表2-2梁线刚度表

  跨数截面尺寸

  (b×h)跨度L

  (m)Ec

  (N/mm2)截面惯性矩Ic

  (×109mm4)线刚度ib

  (kN·m)相对

  线刚度

  AB300×600 7.5 31500.00095 5.4 45400 1.44

  BC300×500 3 31500.00095 3.13 65600 2.08

  CD300×600 7.5 31500.00095 5.4 45400 1.44

  图2-2一榀框架计算简图

  第3章荷载计算

  3.1恒载标准值计算

  表3-1屋面做法表

  做法厚度容重荷载

  40厚素混凝土40 22 0.88 kN/m2

  隔离层+防水层0.70 kN/m2

  水泥砂浆找平20 20 0.40 kN/m2

  水泥砂浆找坡20 20 0.40 kN/m2

  硬质聚氨酯泡沫板0.17 kN/m2

  钢筋混凝土楼板120 25 3.00 kN/m2

  水泥砂浆粉底10 20 0.20 kN/m2

  合计5.75 kN/m2

  表3-2楼面做法表

  做法厚度容重荷载

  15厚水磨石地面15 28 0.42 kN/m2

  水泥砂浆找平10 20 0.20 kN/m2

  素水泥浆一道0.19 kN/m2

  钢筋混凝土楼板120 25 3.00 kN/m2

  水泥砂浆粉底10 20 0.20 kN/m2

  合计4.01 kN/m2

  3.2活荷载标准值计算

  荷载规范中已对活荷载各种情况取值做出规定,标准值见下表

  表3-3活荷载标准值表

  荷载分类大小单位

  屋面荷载(上人)2.00 kN/m2

  普通楼面2.00 kN/m2

  走廊2.50 kN/m2

  根据建设地点,查荷载规范6.1.1,雪荷载取值:

  按规范,当活荷载与雪荷载并存时,取两者中最大值参与计算即可。

  3.3墙体自重荷载计算

  3.3.1外纵墙自重计算

  根外纵墙的计算高度为楼板以上至框架梁底,同时扣除墙体中窗户的面积。墙体荷载包含外保温、粉刷层、墙体自身重量,窗户荷载按照规范中规定进行取值计算。

  窗户自重

  窗外墙体自重

  外保温层自重

  粉刷层自重

  G=21.07+3.17+8.04+3.12=35.4kN

  3.3.2内纵墙自重计算

  门自重

  内纵墙自重(不含门)

  墙体两侧粉刷自重

  内纵墙自重即为墙体、窗户、墙体两侧粉刷的重量之和:

  G=27.54+0.42+4.34=32.3kN

  3.4竖向荷载计算

  对于框架结构,荷载传递的过程为:首先荷载作用在楼板上,楼板根据单双向板等形式通过不同的方式传到梁上,通过梁传递至柱,在通过柱传递至基础上。首先对楼板上竖向荷载的传递进行计算,根据规范,长宽比大于3的视为单向板,长宽比小于3的可以按照双向板进行计算,对于单向板,荷载为对边传递,即传递至两侧长边上;对于双向板,其荷载传递为自角点引45度线作为荷载传递的分界线,形成板块的荷载传递范围图,本设计简图如下:

  3.4.1恒载标准值计算。

  本设计对框架梁进行计算,求解恒载标准值。

  1.A~B轴间框架梁

  1)屋面层

  板传荷载:

  梁自重:

  恒荷载=梁+板=

  2)楼面层

  板传荷载:

  梁自重:

  隔墙自重:

  恒载=板+梁+墙

  2.B~C轴间框架梁

  1)屋面层

  板传荷载:

  梁自重:

  恒荷载=梁+板=

  2)楼面层

  板传荷载:

  梁自重:

  恒载=板+梁=

  3.C~D轴间框架梁

  1)屋面层

  板传荷载:

  梁自重:

  恒荷载=梁+板=

  2)楼面层

  板传荷载:

  梁自重:

  隔墙自重:

  恒载=板+梁+墙

  柱竖直方向集中荷载计算如下:

  4.A轴柱竖向集中荷载计算

  1)顶层

  女儿墙自重:

  板传荷载:

  梁自重:

  抹灰层自重(10mm):

  女儿墙自重:

  A轴柱集中荷载

  2)标准层

  板传荷载:

  梁自重:

  抹灰层自重(10mm):

  外纵墙自重:

  A轴柱集中荷载

  1)顶层

  板传荷载:

  梁自重:

  粉刷自重:

  B轴柱集中荷载=

  2)标准层

  板传荷载:

  梁自重:

  粉刷自重:

  内纵墙自重:

  B轴柱集中荷载

  一榀框架两侧对称,故C轴与B轴柱集中荷载相同,计算过程及结果如上。

  7.D轴柱竖向集中荷载计算:

  因为一榀框架两端对称,可知两端柱荷载相同,计算过程及结果同上。

  图3-2恒载作用下荷载简图

  3.4.2活载计算

  顶层:

  标准层:

  顶层:

  标准层:

  顶层:

  标准层:

  顶层:

  标准层:

  5)B轴、C轴集中荷载计算,因为一榀框架对称,计算过程相同:

  顶层:

  标准层:

  因为一榀框架为中心对称,故D轴荷载与A轴相同。

  图3-3活载作用下荷载简图

  3.5风荷载计算

  3.5.1风荷载标准值计算

  主体结构计算时,垂直于建筑物表面的风荷载的大小按下式计算:

  上式中,根据荷载规范,基本风压取0.4;风荷载体型系数取1.3;风压高度变化系数按表8.2.1插值;因满足不考虑风压脉动系数影响,风振系数取1.0。

  以首层为例,对风荷载标准值进行计算:

  可知,首层的风荷载计算高度为4.80m,查荷载规范表8.2.1,风压高度变化系数取1.0,基本风压取0.4,风压作用面积取楼层上下范围的一半,过程如下:

  表3-4风荷载计算表

  层数βzμs z(m)μzω0(kN/m2)A(m2)W(kN)

  9 1.00 1.30 35.20 1.46 0.40 13.95 10.59

  8 1.00 1.30 31.40 1.40 0.40 17.10 12.45

  7 1.00 1.30 27.60 1.34 0.40 17.10 11.92

  6 1.00 1.30 23.80 1.27 0.40 17.10 11.29

  5 1.00 1.30 20.00 1.21 0.40 17.10 10.76

  4 1.00 1.30 16.20 1.13 0.40 17.10 10.05

  3 1.00 1.30 12.40 1.04 0.40 17.10 9.25

  2 1.00 1.30 8.60 1.00 0.40 17.10 8.89

  1 1.00 1.30 4.80 1.00 0.40 19.35 10.06

  图3-4风荷载内力图

  3.5.2风荷载位移验算

  (1).一榀框架侧移刚度D

  侧向刚度计算,根据嵌固情况,略有区别,对于底层:

  对于一般层:

  对各楼层侧向刚度进行计算,汇总见下表:

  表3-5侧向刚度计算表

  层数KAαA KBαB KCαC KDαD

  1 1.44 0.56 3.52 0.73 3.52 0.73 1.44 0.56

  2 1.05 0.34 2.57 0.56 2.57 0.56 1.05 0.34

  3 1.05 0.34 2.57 0.56 2.57 0.56 1.05 0.34

  4 1.05 0.34 2.57 0.56 2.57 0.56 1.05 0.34

  5 1.05 0.34 2.57 0.56 2.57 0.56 1.05 0.34

  6 1.05 0.34 2.57 0.56 2.57 0.56 1.05 0.34

  7 1.05 0.34 2.57 0.56 2.57 0.56 1.05 0.34

  8 1.05 0.34 2.57 0.56 2.57 0.56 1.05 0.34

  9 1.05 0.34 2.57 0.56 2.57 0.56 1.05 0.34

  根据教材,侧向刚度计算公式为:

  按照上述表格计算结果求解,得出计算结果见下表:

  表3-6一榀框架侧向刚度表

  Dj第A轴第B轴第C轴第D轴∑Dj

  1层7841 10221 10221 7841 36124

  2层12199 20092 20092 12199 64582

  3层12199 20092 20092 12199 64582

  4层12199 20092 20092 12199 64582

  5层12199 20092 20092 12199 64582

  6层12199 20092 20092 12199 64582

  7层12199 20092 20092 12199 64582

  8层12199 20092 20092 12199 64582

  9层12199 20092 20092 12199 64582

  表3-7一榀框架水平位移表

  楼层Wk.(kN)Vj(kN)∑D(kN/m)△uj(m)△uj/h

  9 10.59 10.59 64582 0.00020 0.00004

  8 12.45 23.04 64582 0.00040 0.00011

  7 11.92 34.96 64582 0.00050 0.00013

  6 11.29 46.25 64582 0.00070 0.00018

  5 10.76 57.01 64582 0.00090 0.00024

  4 10.05 67.06 64582 0.00100 0.00026

  3 9.25 76.31 64582 0.00120 0.00032

  2 8.89 85.20 64582 0.00130 0.00034

  1 10.06 95.26 36124 0.00260 0.00068

  本工程最大层间位移角为0.00068,满足变形要求,故框架抗侧刚度满足规范要求。

  3.6地震荷载标准值计算

  根据任务书以及规范要求,本设计需要进行抗震计算。由于框架结构属于规则框架,且高度并未超过40m,结构质量和刚度较为均匀,可采用底部剪力法进行计算,首先对重力荷载代表值以及地震作用下的荷载进行计算。