公寓楼设计计算书

'摘要毕业设计是我们专业课学习的最后一个综合实践性教学环节。本文主要介绍了成集中学教学楼的设计。在设计中,认真贯彻了“适用、安全、经济、美观”的设计原则，进一步掌握了建筑与结构设计全过程、基本方法和步骤。本设计主要包括建筑设计和结构设计两部分。建筑设计，包括平面定位图设计、平面设计、立面设计、剖面设计。结构设计，框架结构设计主要包括：结构选型，梁、柱、墙等构件尺寸的确定，重力荷载计算、横向水平作用下框架结构的内力和侧移计算、纵向地震作用计算、水平地震作用下横向框架内力分析、竖向荷载作用下横向框架的内力分析、内力组合、截面设计、基础设计。其中,基础设计又包括基础选型、基础平面布置、地基计算等。在设计的过程中我严格按照最新规范及有关规定进行设计，其中采用的计算方法均参照有关书籍。关键词教学楼设计框架结构结构计算42 AbstractThedesignprojectionforgraduationisthelastpracticeteachingsegmentofstudyofourspecializedcourses.Inthispaperaselectschemeinbidfortheplanningdesignofamiddleschool.Thisdesignmainlyincludesthearchitecturaldesignandstructuraldesign.Thearchitecturaldesignincludestheplanefixedpositiondrawingdesign,theplanedrawingdesignandsigntofacethedesign,sectiondesign.Thestructuredesign,themissionoftheframestructuraldesignmainlyhave:thetypeselection,thesizeofbeams、pillars、wallsetc.,thegravityloadcalculation,thecalculationofinternalforceandlateralmovinginthefunctionofthehorizontalforce,lengthwaysearthquakefunctioncalculation,theinternalforceanalysisofthecrosswiseframeinthefunctionofthehorizontalearthquakes,theinternalforceanalysisofthecrosswiseframeinthefunctionoftheverticalloadandalsoincludesthedintcombine、sectiondesign、foundationdesign.Foundationdesignalsoconcludesfootinglayoutselection,footingplanedisposition,andfoundationcalculation.Hadseriouslycarriedoutthecodeofdesign:“fitting、safety、economical、beautifuloutlook”andthebasicmeasureandprocedureinthewholedesignofarchitectureandstructure.Keywords:Teaching-buildingFramestructureStructuralcalculation42 目录第1章绪论11.1课题研究目的意义11.2国内外研究现状11.3论文研究内容及创新点1第2章建筑结构方案的确定22.1建筑方案的确定22.1.1建筑特点22.1.2建筑方案的设计及功能分析22.1.3总体平面布局22.1.4工程做法22.2结构方案的确定42.2.1确定结构方案42.2.2进行结构计算5第3结构设计63.1变形验算63.1.1结构布置及计算简图63.1.2初估截面尺寸63.1.3荷载计算73.1.4变形验算133.2结构计算183.2.1框架内力计算及配筋18第4章结束语54参考文献55致谢56附录A57附录B6542 石家庄铁道学院四方学院毕业设计第1章绪论1.1课题研究目的意义通过毕业设计这一时间较长的专门环节，能够培养我综合应用所学基础课、技术基础课及专业课知识和相应技能，解决具体的土木工程设计问题所需的综合能力和创新能力。在完成毕业设计的过程中，我更加确切地掌握了理论力学、材料力学、结构力学、钢筋混凝土房屋设计、钢结构房屋设计、房屋建筑施工、房屋建筑学以及CAD等课程的相关知识，更能熟练运用所学知识进行结构的具体分析及具体设计。毕业设计的英文翻译不仅让我温习了英语课程，还使我在查阅英文资料、撰写英文翻译的同时了解到更多的土木工程专业的新词汇、新技术及新理念。1.2国内外研究现状综合性建筑就是把几种不同的建筑功能有机的结合在一起。各种功能除了有自己的特点外一般都要求有使用的独立性，同时，彼此之间又相互影响、相互补充、相互联系。综合性建筑往往受到房地产开发商的青睐，其原因主要在于各种功能部分能独立出售或出租，利于回收投资。同时，在一些综合部门，由于部门内各机构要求能独立管理，机构间也存在一定的联系，综合性建筑也常得到厚爱。1.3论文研究内容及创新点本设计主要是对此栋综合楼进行建筑和结构的设计、计算等。建筑部分：本建筑位于某大学校园中，因场地为矩形，为充分利用空间，满足各种使用要求设计成矩形，因长度超过50m，所以中间用沉降缝分割，是一个整体五层的综合教学楼。主要包括几种教室和服务部分（复印打字、休息室等）；中间设门便于两部分之间的通行，满足教学要求。结构部分：先确定结构方案，然后进行结构计算（截面假定及荷载计算，内力计算，地震作用及内力计算，风荷载作用及内力计算，内力组合及截面配筋，现浇板等配筋计算）。42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计第2章建筑结构方案的确定2.1建筑方案的确定2.1.1建筑特点本题目所设计的建筑类型为综合性建筑。所谓综合性建筑，就是把几种不同的建筑功能有机的组合在一起。框架结构具有建筑平面布置灵活，室内空间大等优点，因此这次设计的综合教学楼采用钢筋混凝土框架结构。2.1.2建筑方案的设计及功能分析①80人普通教室20间②120人教室10间③200人教室2间④阅览室2间⑤展览厅1间⑥教室管理室1间⑦杂物室每层各1间⑦配电室每层各1间⑧楼梯共2个⑨男女卫生间每层各2间⑩茶炉间每层各1间这样建筑物总体简单，能满足各方面需求。2.1.3总体平面布局考虑到给定的场地和条件和周围的环境，做成矩形，使空间更能充分利用。建筑物的主要入口设于主干道附近，建筑物内侧做好绿化，另设操场，使功能更完备。2.1.4工程做法2.1.4.1设计标高室内设计标高±0.000，室内外高差为450mm。42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计2.1.4.2屋面做法（沥青卷材防水屋面）1.玛谛脂粘贴绿豆沙保护层2.冷底子油一遍三毡四油防水层一道3.20厚1：3水泥砂浆找平层4.1：6水泥焦渣找2%坡度，最薄处30厚或结构找坡5.180厚水泥石板6.钢筋混凝土基层2.1.4.3外墙面做法1．20厚1：3水泥砂浆2．10厚1：1（重量比）水泥专用胶粘剂刮于板背面3．50厚聚苯板加压粘牢，版面打磨成细麻面4．1.5厚专用胶贴加强网于需加强部位5．1.5厚专用胶粘标准网于整个墙面，并用抹刀将网压入胶泥中6．一底二涂高弹丙烯酸涂料2.1.4.4内墙做法1.刷内墙涂料2.5厚1：2.5水泥砂浆抹面，压实赶光3.5厚1：1：6水泥石灰膏砂浆扫毛4.6厚1：0.5：4水泥石灰膏砂浆打底扫毛5.刷加气混凝土界面处理剂一道2.1.4.5楼面做法（无水楼面）1.8mm~10mm厚铺地砖楼面，干水泥擦缝2.撒素水泥面（撒适量清水）3.20厚1：4干硬性水泥砂浆结合层4.20厚1：3水泥砂浆找平层2.1.4.6墙裙做法（油漆、乳胶漆、墙裙）1.刷无光漆2.6厚1：2.5水泥砂浆抹面，压实抹光3.12厚1：1：6水泥石灰膏砂浆打底（两边成活）4.刷加气混凝土界面处理剂一道42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计2.1.4.7地面做法1.混凝土地面（1）100厚C15混凝土随打随抹上撒1：1水泥沙子，压光抹光（2）垫底AC100厚碎石灌M2.5混合砂浆（3）素土夯实2.水泥砂浆地面（厨、卫）（1）20厚1：2水泥砂浆压光抹光（2）刷素水泥浆结合层一道（3）60厚C20细石混凝土向地漏赵坡，最薄处不小于30厚（4）垫底AC100厚碎石灌M2.5混合砂浆（5）素土夯实2.1.4.8顶层做法1.刷涂料2.2厚纸筋灰罩面3.6厚1：1：6水泥石灰砂浆4.1：0.3：3水泥石灰砂浆挤入底灰中（无厚度）5.3厚1：2：1水泥石灰膏砂浆（挤麻刀）打底（挤入网孔及板条缝内）2.2结构方案的确定2.2.1确定结构方案钢筋混凝土框架结构是由梁，柱通过节点连接组成的承受竖向荷载和水平荷载的结构体系。墙体只起围护和隔断作用。框架结构具有建筑平面布置灵活，室内空间大等优点，广泛应用于电子、轻工、食品、化工等多层厂房和教室、住宅、办公、商业、旅馆等民用建筑。因此这次设计的成集中学教学楼采用钢筋混凝土框架结构。按结构布置不同，框架结构可以分为横向承重，纵向承重和纵横向承重三种布置方案。42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计本次设计的教学楼采用横向承重方案，竖向荷载主要由横向框架承担，楼板为预制板时应沿横向布置，楼板为现浇板时，一般需设置次梁将荷载传至横向框架。横向框架还要承受横向的水平风载和地震荷载。在房屋的纵向则设置连系梁与横向框架连接，这些联系梁与柱实际上形成了纵向框架，承受平行于房屋纵向的水平风荷载和地震荷载。2.2.2进行结构计算1.构件截面假定及荷载计算；2.变形验算;3.竖向荷载作用下的内力计算；4.风荷载作用下的框架内力计算；5.地震作用计算；6.地震作用下的框架内力计算；7.内力组合及截面配筋计算；8.现浇板、次梁配筋计算。42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计第3章结构设计3.1变形验算3.1.1结构布置及计算简图图3-1结构布置及计算简图3.1.2初估截面尺寸3.1.2.1梁的截面尺寸主梁：l1=7200mm截面尺寸：h1=(1/8～1/12)l1=（600～900）mm，取h1=800mmb1=(1/2.5～1/1.5)h1=（320～533）mm，取b1=320mml2=6900mm截面尺寸：h1=(1/8～1/12)l1=（575～863）mm，取h1=600mmb1=(1/2.5～1/1.5)h1=（240～400）mm，取b1=300mm次梁：l3=7200mm截面尺寸：h3=(1/15～1/10)l2=（480～720）mm，取h3=600mmb3=(1/2.5～1/1.5)h2=（240～400）mm，取b3=300mm中间梁：l4=3000mm42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计截面尺寸：h4=600mmb4=300mm3.1.2.2柱的截面尺寸房屋高度＜30m，由抗震规范可知，抗震等级为三级，按轴压比为0.9进行截面估算。各层重力荷载代表值近似取12kN/m2，由结构平面布置可知，中柱的负载面积为，则竖向荷载产生的轴力估计值水平荷载下轴力的增大系数按1.1估计即N=1.1=Ac≥==为安全起见，取底层柱截面尺寸为，其他层为3.1.2.3板的截面尺寸,按单向板计算,板厚取为100mm,满足,为短跨跨长,即。3.1.3荷载计算3.1.3.1恒荷载计算（1）屋面框架梁线荷载标准值20厚水泥混凝土找平40～120厚（1%找坡）膨胀珍珠岩四层作法防水层100mm厚钢筋混凝土楼20mm厚石灰砂浆抹梁的自重梁侧粉刷2×0.02×(0.8-0.1)×17=0.48kN/m中跨梁自重梁侧粉刷2×0.03×(0.6-0.1)×17=0.34kN/m4.84kN/m42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计因此作用在顶层框架梁上的线荷载为：g5AB1=g5CD1=6.48kN/mg5BC1=4.84kN/mg5AB2=4.08×3.9=15.91kN/mg5BC2=4.08×3=12.24kN/m(2)楼面框架梁线荷载标准值20厚1:2水泥砂浆压实抹光20×0.02=0.4kN/m2100厚现浇钢筋混凝土楼板25×0.1=2.5kN/m220mm厚石灰砂浆抹底0.02×17=0.34kN/m2水磨石面层0.65kN/m2楼面恒载3.89kN/m2边跨框架梁及梁侧粉刷6.48kN/m边跨填充墙自重0.24×3.6×18=15.55kN/m墙面粉刷2×0.02×2×17=2.45kN/m因此作用在中间框架梁上的线荷载gAB1=6.48+15.55+2.45=24.48kN/mgBC1=4.85kN/mgAB2=3.89×3.9=15.17kN/mgBC2=3.89×3=11.67kN/m（3）屋面框架节点集中荷载标准值纵向框架梁自重0.3×0.8×6.9×25=46.8kN纵向框架梁粉刷2×(0.8-0.1)×0.02×6.9×17=3.71kN纵向框架梁传来的屋面恒荷载2×(3.45/2)2×4.08=31.02kN次梁自重及粉刷0.6×0.2×25×7.2/2+2×0.02×(0.6-0.1)×7.2/2=10.87kN次梁传来的屋面恒荷载(1-2×0.272+0.273)×4.08×3.9×7.2/2=50.06kN1m高女儿墙自重及粉刷1×7.8×0.24×18+2×1×6.9×0.02×17=39kN则顶层边节点集中荷载为：G5A=181.46kN纵向框架梁自重及粉刷46.8+3.71=50.51kN纵向框架梁传来的屋面恒荷载31.02+(1-2×0.192+0.193)×4.08×6.9×3/2=75.64kN次梁自重、粉刷及传来的屋面恒荷载10.87+50.06=60.93kN则顶层中节点集中荷载为：G5B=187.08kN（4）楼面框架节点集中荷载标准值纵向框架梁自重及粉刷51.51kN纵向框架梁传来的楼面恒荷载2×(3.45/2)2×3.89=29.44kN42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计次梁自重及粉刷10.87kN次梁传来的楼面恒荷载(1-2×0.272+0.273)×3.89×3.45×7.2/2=47.73kN钢窗自重2×2.3×1.8×0.4=3.31kN墙体自重(3.6×6.9-2×2.3×1.8)×0.24×18=85.54kN墙面粉刷2×(3.6×6.9-2×2.3×1.8)×0.02×1.7=13.46kN框架柱自重0.602×3.6×25=32.4kN柱面粉刷4×0.6×0.02×17=0.82kN中间层边柱节点集中荷载为：GA=274.08kN纵向框架梁自重及粉刷50.51kN纵向框架梁传来的楼面恒荷载29.44+(1-2×0.192+0.1923)×3.89×6.9×3/2=71.98kN次梁粉刷、自重及传来的楼面恒荷载10.87+47.73=58.6kN木门自重2×1.0×2.6×0.2=1.04kN墙体自重(3.6×6.9-2×1.0×2.6)×0.24×18=98.84kN墙面粉刷2×0.02×()×17=15.56kN框架主自重及粉刷32.4+0.82=33.22kN中间层中柱节点集中荷载为：GB=329.75kN(5)恒荷载作用下的机构计算简图图3-2恒荷载作用下结构计算简图单位（kN）42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计3.1.3.2活荷载计算（1）屋面活荷载雪荷载标准值为0.3kN/m2，按上人的承重钢筋混凝土屋面活荷载标准值为2kN/m2，取较大值（2）楼面活荷载楼面活荷载标准值取1.5kN/m2，=1.53=4.5kN/m屋面框架梁线荷载标准值p5AB=0.65×3.45=2.54kN/mp5BC=0.65×3.0=1.95kN/m（3）活荷载作用下的结构简图图3-3活载作用下的结构计算简图单位（kN）3.1.3.3风荷载计算（基本风压=0.3kN/m2）风压标准值计算公式ωk=βzμsμzω0，因结构高度19.8m<30m，可取1.0，对于矩形规则平面1.3,42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计查荷载规范，将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如表3-1所示表3-1框架每层节点上换算集中风荷载层次βzμsZ（m）μzωo(kN/m2)A(m2)Pw(kN)五层1.01.318.61.230.321.8413.98四层1.01.315.01.150.328.0816.85三层1.01.311.41.060.328.0815.44二层1.01.37.81.00.328.0814.60一层1.01.34.21.00.332.7617.04注：Z为框架节点至室外地面的高度。A为一榀框架各层节点受风面积。图3-4风荷载作用下的计算简图3.1.3.4地震作用计算(1)重力荷载代表值计算42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计1．屋面雪荷载标准值Qsk=0.65×[6.9×6×(7.2×2+3.0)+3.45×(3.0+7.2)+6.9×7.2×2+10.1×3.45+3.45×7.2]=0.65×1034=787kN2．楼面活荷载标准值Q1k=Q2k=2.5×[3.0×6.9×6+3.45×(3.0+7.2)+3.45×(7.2×3+10.1)+3.45×7.2]+2.0×(6.9×7.2×12+3.45×7.2+6.9×10.1)=2.5×332+2.0×781=2397kNQ3k=Q4k=2.5×332+2.0×(6.9×7.2×12+3.45×7.2)=2.5×332+2.0×702=2239kN3．屋盖、楼盖自重G5k=25×{1034×0.1+0.2×(0.6-0.1)×(7.2×12+3.9×2)+0.3×(0.8-0.1)×[3.45+(3.45×3+6.9×6)×2+(6.9×6+3.45)×2+3.45×3)+(7.2×5+10.1×2+(7.2×2+3.0)×7+3.0+7.2)]}+(20×0.02+7×(0.08+0.16)/2+17×0.02)×1034=25×201.48+1.58×1034=6666kNG4k=25×201.48+(20×0.02+17×0.02+0.65)×1034=6470kNG1k=G2k=25×{(332+781)×0.1+0.2×(0.6-0.1)×(7.2×12+3.45×2+6.9×2)+0.3×(0.8-0.1)×[(3.45+(3.45×3+6.9×6)×2+(6.9×6+3.45)×2+3.45×3)+(7.2×5+10.1×2+(7.2×2+3.0)×7+3.0+7.2)+10.1+6.9]}+(20×0.02+17×0.02+0.65)×(332+781)=25×214.70+1.39×1113=6871kN4．女儿墙自重G’=1.0×[(3.45×3+6.9×6+3.45)×2+(10.1+7.2+3.0+7.2)×2]×(18×0.24+17×0.02×2)=179.8×4.66=835kN5．三～五层墙柱等自重柱自重(0.6×0.6×3.6×25+4×0.6×3.6×0.02×17)×39=1378kN门面积2.6×1.0×25=65m2窗面积2.3×1.8×24+10.1×1.8×2=136m2门窗自重65×0.2+136×0.4=67kN墙体自重{3.6×[6.9×24+7.2×14+3.45×2+8.7+3.45×2+(6.9+7.2)×2+3.45×2+4.2×2+10.1×2]-(136+65)}×0.24×18=(3.6×378.4-201)×4.32=5017kN小计6462kN6．二层墙柱等自重柱自重(0.6×0.6×3.6×25+4×0.6×3.6×0.02×17)×40=1413kN门面积65m2窗面积136m2门窗自重67kN42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计墙自重[3.6×(378.4+10.1)-201]×4.32=5174kN小计6654kN7．底层墙柱等自重柱自重(0.65×0.65×4.2×25+4×0.65×4.2×0.02×17)×40=1923kN门面积2.6×1.0×7+2.6×1.5×14=72.8m2窗面积1.8×6.2×11=122.76m2门窗自重72.8×0.2+122.76×0.4=64kN墙自重[4.2×(6.9×24+7.2×14+10.1×2)-122.76-72.8]×0.24×18=4747kN小计6734kN各层重力荷载代表值汇总如下：建筑物总重力荷载代表值68622kN3.1.4变形验算3.1.4.1框架刚度计算(1)框架布置图图3-5框架布置图42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计(2)梁的刚度表3-2考虑现浇板影响的梁的刚度计算结果部位断面跨度矩形截面惯性矩边框架梁中框架梁b×h(mxm)(m)(x)（x）(x)（x）(x)屋顶梁0.4x0.87.217.125.658.5534.211.4楼层梁0.3x0.66.95.48.13.8610.85.14走道梁0.3x0.63.01.32.02.502.63.25注：E=3.0×104N/mm2(3)柱的刚度2-5层i=E××0.64/3.6=3.00×1041层i=E××0.654/5.3=2.81×104表3-3柱的刚度计算结果层次层高m柱号柱根数()∑D楼层D2~5层3.61103.550.643x0.791.6213.9643.372104.560.701.7814.24342.660.571.456.8443.440.631.607.3915.31103.820.742.81x0.681.5012.944.152104.910.781.5812.64342.870.691.405.6443.540.731.485.923.1.4.2自震周期的计算42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计表3-4自重周期计算结果层次(kN)(kN)()511126111261.45680.0160.225414052251781.45680.0310.209314052392301.45680.0460.178214628538581.50180.0610.142114767686250.86530.0810.081按顶点位移法计算结构的基本计算周期，考虑非承重墙的影响，框架取s3.1.4.3横向水平地震作用及楼层剪力计算(1)设防烈度为7度，近震，Ⅱ类场地，特征周期，，，，不需要考虑顶部附加水平地震作用(2)结构总水平地震作用标准值(3)各楼层水平地震作用各楼层地震剪力按:计算：各质点横向水平地震作用，各楼层地震剪力及楼层间位移计算表表3－5各质点横向水平地震作用，各楼层地震剪力层数(kN)()51112619.7219182.2829507.8924.73924.7341405216.1226237.2829507.8954.51879.2331405212.5175650829507.8741.072620.32146288.9130189.2829507.8549.273169.571147645.378249.2829507.8330.133499.73.1.4.4地震作用效应在各柱中的分配5层：Z1V51=D51/D5=(1.62/43.37)×800.10=29.89kN;Z2V52=D52/D5=32.84kNZ3V53=D53/D5=26.75kN;Z4V54=D54/D5=29.52kN42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计同理，4层Z1V41=52.79kN;Z2V42=58.00kN;Z3V43=47.25kNZ4V44=52.14kN3层Z1V31=70.08kN;Z2V32=77.00kN;Z3V33=62.72kNZ4V34=69.21kN2层Z1V21=81.74kN;Z2V22=89.82kN;Z3V23=73.17kNZ4V24=80.73kN1层Z1V11=86.80kN;Z2V12=95.37kN;Z3V13=77.69kNZ4V14=85.73kN3.1.4.5框架在地震作用下的内力计算结果见图3-6图3-6地震作用下框架内力单位（kN·m）42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计3.1.4.6地震作用下的侧向变形验算表3-6地震作用下框架的侧向变形验算层次mm(kN)(kN)(kN)53.619.711126924.73924.731.45680.000630.0001843.616.114052954.51879.231.45680.001290.0003633.612.514052741.072620.31.45680.001800.0005023.68.914628549.273169.571.50180.002100.0005815.35.314764330.133499.70.86530.004040.00076弹性顶点位移：3.1.4.7风荷载作用下的框架侧向变形验算表３-7风荷载作用下的框架侧向变形验算层次mm(kN)(kN)53.618.4615.46615.4643.371.23843.614.8471.671087.1343.372.87533.611.4355.981443.1143.374.5123.67.8240.291683.443.376.14914.24.2136.251819.6544.157．715弹性顶点位移42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计3.2结构计算3.2.1框架内力计算及配筋3.2.1.1恒载作用下的内力计算恒载(竖向荷载)作用下的内力计算采用分层法。结构内力可用弯矩分配法计算并利用结构对称性取1/2结构计算下表为节点分配系数计算，上层柱的线刚度x0.9修正后再计算各节点的分配系数，且上层柱的分配传递系数为1/3，图2-7为顶层框架弯矩计算：表3-8节点分配系数表层次相对线刚度相对线刚度总和分配系数左梁右梁上柱下柱左梁右梁上柱下柱顶层11.42.8914.390.7980.20211.43.252.8917.540.4420.1850.0000.165中间层11.42.892.8917.180.6640.1680.16811.43.252.892.8920.430.3310.1590.1410.141底层11.42.892.9817.270.3070.6600.1670.17311.43.252.892.9820.520.3280.1580.1410.14542 石家庄铁道学院四方学院毕业设计图3-7顶层框架弯矩计算单位（kN·m）图3-8中间层框架弯矩计算单位（kN·m）42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计图3-9底层结构在恒载作用下的弯矩计算单位（kN·m）图3-10恒载作用下顶层弯矩图单位（kN·m）42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计图3-11恒载作用下中间层弯矩计算结果图单位（kN·m）图3-12恒载作用下底层弯矩计算结果图单位（kN·m）42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计图3-13框架在恒载作用下的弯矩图单位（kN·m）42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计图3-14框架在恒载作用下的剪力、轴力图(KN)将梁端弯矩进行调幅，并将梁端节点弯矩换算成梁端柱边弯矩值，以备内力组合42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计图3-15框架在恒载作用下经调幅并算至柱边截面弯矩单位（kN·m）3.2.1.2活载荷载作用下的内力计算活载作用下的内力计算采用满布荷载法，把活荷载同时作用于所有活荷载作用下顶层弯矩计算：，42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计图3-16活载作用下顶层弯矩计算单位（kN·m），42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计图3-17活载作用下中间层弯矩计算单位（kN·m）42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计图3-18活载作用下底层弯矩计算单位（kN·m）图3-19活载作用下顶层弯矩图单位（kN·m）42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计图3-20活载作用下中间层弯矩图单位（kN·m）图3-21活载作用下底层弯矩图单位（kN·m）42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计图3-22框架在活载作用下弯矩图单位（kN·m）图3-23框架在活载作用下轴力、剪力单位（kN）42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计图3-24框架在活载作用下经调幅并算至柱边截面弯矩单位（kN·m）3.2.1.3风荷载作用下内力计算风荷载作用下的结构计算简图如图2-4，内力计算采用D值法，计算过程见图2-26所示，其中由建筑结构抗震中附表6-9，6-10查的，即，由以前计算可知，风荷载分布较接近均布荷载，从而得出下列计算过程和图42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计图3-25剪力在各柱间的分配(kN)图3-26各柱反弯点及柱端弯矩()表3-9梁端弯矩M5AB=6.53M5BA=4.31M5BC=4.36M4AB=16.98M4BA=12.62M4BC=12.77M3AB=27.54M3BA=19.65M3BC=19.88M2AB=37.7M2BA=28.45M2BC=28.77M1AB=57.23M1BA=41.69M1BC=42.1642 石家庄铁道学院四方学院毕业设计图3-27风荷载作用下框架弯矩图单位（kN·m）图3-28风荷载作用下框架剪力、轴力图单位（kN）42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计3.2.1.4地震作用下的内力计算地震作用的框架弯矩设计值计算过程及弯矩图如图3-6所示，其框架剪力、轴力如图3-29所示图3-29地震作用下框架剪力、轴力单位（kN）3.2.1.5重力荷载代表值引起各层的梁柱内力计算一榀框架上重力荷载代表值计算如下顶层：二三四层：底层：42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计顶层结构重力荷载代表值作用下的内力计算(取1/2结构计算)图3-30顶层结构在重力荷载代表值作用下的内力计算单位（kN·m）二三四层结构在重力荷载代表值作用下的弯矩计算42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计图3-31中间层结构在重力荷载代表值作用下的内力计算单位（kN·m）图3-32底层结构在重力荷载代表值作用下的内力计算单位（kN·m）由结构具有对称性，故只画出二分之一结构的弯矩图42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计图3-33顶层结构在重力荷载代表值作用下的弯矩图单位（kN·m）图3-34中间层结构在重力荷载代表值作用下的弯矩图单位（kN·m）42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计图3-35底层结构在重力荷载代表值作用下的弯矩图单位（kN·m）图3-36框架在重力荷载代表值图3-37框架在重力荷载作用下的剪力图()轴力图(kN)42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计图3-38框架梁在重力荷载代表值作用下经调幅并算至柱边截面弯矩图()3.2.1.6框架的内力组合(1)梁的内力组合根据上述计算结果，即可进行框架各梁柱各控制截面上的内力组合，其中梁的控制截面为梁端柱边及跨中。由于对称性，每层有5各控制截面，即图3-39所示，梁中的1，2，3，4，5截面。柱分为边柱和中柱（即A柱B柱）每个柱每层有2个控制界面，如下图所示的柱中的1，2，3，4，5，6，7，8，9，10号截面42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计图3-39框架中的控制截面梁柱的内力组合见下表42 石家庄铁道学院四方学院毕业设计表3-10梁的内力计算截面恒载活载风荷载地震作用重力荷载代表值作用MVMVMVMVMV五层12345-32.5875.53-46.9-21.82-14.2360.19-65.37-13.55-4.467.43-5.53-2.14-1.46.41-6.811.41±9.51±30.07±14.72±7.63±4.46±19.36±21.23±4.32±41.86±7.65±26.57±24.010±10.37±10.37±20-37.83123.34-61.54-39.96-37.6885.35-95.344.17四层12345-76.42125.89-88.81-26.76-20.17118.02-122.5-14.02-13.625.44-16.58-5.45-2.6619.76-20.835.41±14.8±23.88±17.39±5.05±2.2±19.83±20.76±5.41±96.48±12.74±71.01±63.610±25.38±25.38±53.01-58.14106.05-65.04-24.68-22.40-86.67-85.434.17三层12345-77.56124.52-89.64-26.23-19.61118.07-122.4514.02-14.1924.67-16.98-5.25-2.4319.76-20.85.41±14.19±24.67±16.98±5.250±19.76±20.8±5.41±159.63±25.32±109±98.060±40.7±40.7±81.72-55.63108.04-63.58-25.92-23.6485.43-88.074.17二层12345-77.67124.52-89.53-26.28-19.67118.11-122.4114.02-14.2124.67-16.97-5.26-2.4419.8-20.795.41±14.21±24.67±16.97±5.26±2.44±19.8±20.79±5.41±193.69±25.76±142.17±127.360±50.89±50.89±106.1355.45108.12-65.45-25.92-23.6485.24-88.564.17一层12345-71.44130.74-81.37-27.55-21.32117.77-121.39-13.84-13.1124.66-15.54-5.4-2.7519.83-20.75.37±13.11±24.66±15.54±5.4±2.75±19.83±20.7±5.37±243.73±41.09±161.56±145.610±61.41±61.41±121.34-49.49112.00-61.80-28.25-25.9784.45-88.894.1742 石家庄铁道学院四方学院毕业设计表3-11梁的内力组合截面1.2x恒标值+1.4x活标值1.2x重力代表值+1.3x地震标值1.2x恒标值+0.9x（1.4活+1.4风）五层1-52.4199.3312.6562.59-53.30100.232132.7385.15131.433-76.89-108.17-94.14-96.01-77.74-109.054-36.8722.313.75-8.89-36.9322.535-23.32-17.92-23.58四层1-112.42169.3925.56120.49-117.67178.762184.50182.89193.353-130.92-176.06-208.83-192.49-136.94-185.724-39.1824.4047.31-48.84-41.0824.235-27.28-25.80-29.39三层1-112.94169.35105.93100.63-118.61144.792183.96197.14192.283-131.34-176.06-259.46-212.33-137.65-185.694-38.8324.4092.85-86.17-40.5624.235-26.93-24.99-28.85二层1-113.10169.45150.0787.46-118.78147.242183.96197.71192.283-131.19-176.00-302.44-225.52-137.50-185.634-38.9024.40130.88-117.9-40.6324.235-27.02-25.07-28.95一层1-104.08169.09223.2673.39-109.29178.422191.41225.10200.673-119.40-174.65-317.00-237.92-125.08-184.164-40.6224.13152.99-137.91-42.4823.955-29.43-27.23-31.4842 石家庄铁道学院四方学院毕业设计表3-12柱的内力计算结果截面恒载活载风荷载地震作用重力荷载代表值作用12345MVMVMVNMVNMV五层A1059.5243.97.519.3±6.5±0.8±1.5±44.9±19.2±10.351.0270.7柱964.0277.110.6±3.6±25.448.6292.4B10-47.8271.2-5.828.3±8.6±0.9±1.4±49.6±24.0±9.6-18.4205.2柱9-53.6304.4-8.5±6.2±43.1-39.8205.2四层A867.4643.712.379.0±7.9±2.4±5.6±78.6±52.0±35.738.2512.9柱766.4676.911.8±5.8±64.346.2540.6B8-57.3746.9-9.9122.0±11.8±3.6±5.8±115.0±50.1±37.2-32.5426.5柱7-56.4780.1-9.6±14.4±98.1-35.2439.7三层A666.41043.511.8138.8±13.6±6.2±12.1±107.4±90.6±76.438.4810.2柱566.31076.811.8±8.6±91.446.6820.6B6-56.41222.5-9.6215.7±15.6±8.2±12.5±145.6±84.3±78.2-35.4634.4柱5-56.41255.8-9.6±22.0±145.6-36.4692.7二层A466.61443.411.8198.5±20.3±8.6±21.3±117.0±169.2±127.338.01072.4柱373.11476.913.0±11.2±117.048.91102.7B4-56.11698.2-9.5309.4±25.8±17.2±22.4±170.9±157.4±133.5-36.5878.8柱3-59.31731.4-10.1±24.6±170.9-16.8901.2一层A255.81843.69.9258.3±20.9±11.2±35.1±145.1±206.9±188.731.71420.9柱131.01900.55.5±30.1±270.624.01435.7B2-45.12173.4-7.6403.1±26.8±24.0±36.8±191.0±201.4±193.4-9.21136.9柱1-24.62230.3-4.2±22.1±325.5-16.11143.542 石家庄铁道大学四方学院毕业设计表3-13柱的内力组合荷载截面1.2恒+1.4活1.2重+1.3地1.2恒+0.9x（1.4活+1.4风）荷载截面1.2恒+1.4活1.2重+1.3地1.2恒+0.9x（1.4活+1.4风）五层A柱M1096.7217.5498.09B柱M1077.38138.4978.54M995.2950.2299.39M979.27125.5482.83N10375.76290.91387.45N10448.06329.96451.97N9415.62330.77423.30N9487.93369.83496.81V29.891.08V32.841.23四层A柱M8226.0013.87192.62B柱M8168.62224.34147.30M7223.223.19190.15M7176.30201.02152.19N8939.17773.47985.73N81149.98921.131185.92N7979.03813.341030.58N71189.85961.001230.77V52.793.10V58.004.62三层A柱M696.2352.87101.32B柱M681.18262.8985.61M596.1932.16101.18M581.21262.9085.63N61502.591236.21584.04N61851.951494.821919.89N51542.451276.071628.89N51891.821534.681964.74V70.087.89V77.0010.38二层A柱M496.6664.94101.67B柱M480.75295.3385.15M3106.0756.45111.58M385.34299.4989.99N42066.061685.742182.41N42553.862049.962653.79N32105.931725.602227.26N32593.862089.832698.64V81.7410.89V89.8221.75一层A柱M281.03115.6585.22B柱M264.88307.0968.42M130.03324.8231.59M123.64444.6124.92N22630.032122.052781.31N23255.282598.573387.18N12698.282190.292858.08N13323.532666.813463.95V86.8014V95.3730.3565 石家庄铁道大学四方学院毕业设计3.2.1.7框架的截面配筋（一）梁截面设计1．正截面受弯承载力计算1）已知条件混凝土强度等级选用C30，fc=14.3N/mm2，ft=1.43N/mm2。纵向受力钢筋选用HRB335（fy=f’y=300N/mm2），箍筋选用HRB235（fy=f’y=210N/mm2）。梁的截面尺寸为320×800，300×600两种，则h01=800-35=765mm，h02=600-35=565mm。2）构造要求（1）承载力抗震调整系数γRE=0.75（2）三级抗震设防要求，框架梁的混凝土受压区高度x≤0.35h0则x1≤0.35h01=0.35×765=267.75mmx2≤0.35h02=0.35×565=197.75mm（3）梁的纵筋最小配筋率：支座：0.25%×300×765=573.75mm2>(55×1.43/300)%×300×765=417.83mm20.25%×300×565=423.75mm2>(55×1.43/300)%×300×565=256.09mm2所以：As1min=573.75mm2As2min=423.75mm2跨中：0.2%×300×765=459mm2>(45×1.43/300)%×300×765=341.86mm20.2%×300×565=339mm2>(45×1.43/300)%×300×565=252.48mm2所以：As1min=459mm2As2min=339mm2（4）箍筋的配箍率箍筋的配筋率ρsvmin=0.24×ft/fyv=0.24×1.43/210=0.16%4）配筋计算因结构、荷载均对称，故整个框架采用左右对称配筋。当梁下部受拉时，按T形截面控制。当梁上部受拉时，按矩形截面设计。以第五层AB跨梁为例，给出计算方法和过程，其他各梁的配筋计算见表格。（1）跨中下部受拉，按T形截面设计。翼缘计算宽度按跨度考虑时，b’f=l/3=7.2/3=2.4m=2400mm；当按梁间间距考虑时，b’f=b+Sn65 石家庄铁道大学四方学院毕业设计=300+(3900-150-100)=3050mm；当按按翼缘厚度考虑时，h0=765mm,h’f/h0=100/765=0.131>0.1,此种情况不起控制作用。综上，取b’f=2400mm。考虑抗震承载力调整系数γRE=0.75，弯矩设计值为0.75×132.73=99.55kN•m。因为，故属第一类截面。，而Asmin=459mm2，故配筋218，As=509mm2（2）支座（以左支座为例）将下部截面的218钢筋深入支座，作为支座负弯矩作用下的受压钢筋（A’s=509mm2）,再计算相应的受拉钢筋As。考虑抗震承载力调整系数，弯矩设计值为0.75×96.19=72.14kN•m。，说明A’s富余，且达不到屈服，可以近似取而Asmin=573.75mm2，故配筋220，As=628mm2全部梁的正截面配筋计算过程与结果见下表。65 石家庄铁道大学四方学院毕业设计表3-14梁正截面配筋计算表楼层截面M(kN•m)ξA’s(mm2)As(mm2)实配As(mm2)A’s/As五1-72.14<0509329318,7630.67299.550.005435218,5093-70.61<0509322318,7630.674-44.01<0509201218,5091.052.810.00117218,509四1-168.970.001760772320,9420.812145.020.007634222,7603-156.63<0760715320,9420.814-88.56<0509404218,5091.0535.480.008210218,509三1-231.830.0267601059420,12560.612147.860.007647222,7603-194.590.011760889420,12560.614-121.580.007509555220,6280.81569.640.015414218,509二1-265.150.0397601211420,12560.612148.290.007649222,7603-226.830.0247601036420,12560.614-150.20.009628686320,9420.67598.160.022586220,628一1-307.830.0567601405422,15200.612168.830.008739222,7603-237.750.0287601086422,15200.614-169.20.009760773320,9420.645114.20.025682222,7600.812．斜截面受弯承载力计算承载力抗震调整系数γRE=0.85。以第五层AB,BC跨梁为例，给出计算方法和过程，其他各梁的配筋计算见表格。AB跨梁故截面尺寸满足要求。65 石家庄铁道大学四方学院毕业设计梁端箍筋加密区取2肢Φ8@100，箍筋用HPB235级钢筋（fyv=210N/mm2），则:箍筋加密区长度取1.2m，非加密区取2肢Φ8@150设置满足要求。BC跨梁故截面尺寸满足要求。梁端箍筋加密区取2肢Φ8@100，箍筋用HPB235级钢筋，则:由于非加密区长度较小，故全跨可按加密区配置。全部梁的斜截面配筋计算结果与结果见下表。65 石家庄铁道大学四方学院毕业设计表3-15梁斜截面配筋计算表楼层梁γREV(kN)0.2βcfcbh0(kN)Asv/s加密区实配(Asv/s)非加密区实配ρ(%)五AB92.69656.37-0.22双肢Φ8@100(1.01)双肢Φ8@150(0.224)BC40.04484.77-0.42双肢Φ8@100(1.01)双肢Φ8@100(0.337)四AB171.84656.370.17双肢Φ8@100(1.01)双肢Φ8@150(0.224)BC79.08484.77-0.15双肢Φ8@100(1.01)双肢Φ8@100(0.337)三AB190.28656.370.26双肢Φ8@100(1.01)双肢Φ8@150(0.224)BC113.97484.770.08双肢Φ8@100(1.01)双肢Φ8@100(0.337)二AB202.62656.370.32双肢Φ8@100(1.01)双肢Φ8@150(0.224)BC143.65484.770.28双肢Φ8@100(1.01)双肢Φ8@100(0.337)一AB215.05656.370.38双肢Φ8@100(1.01)双肢Φ8@150(0.224)BC162.14484.770.41双肢Φ8@100(1.01)双肢Φ8@100(0.337)（二）柱截面设计1．已知条件混凝土采用C30，fc=14.3N/mm2，ft=1.43N/mm2，纵向受力钢筋选用HRB400（fy=f’y=360N/mm2），箍筋选用HRB235（fy=f’y=210N/mm2）。柱的截面尺寸：底层为650×650；其他层为600×600。则h01=650-40=610mm，h0=600-40=560mm。2．构造要求1）抗震调整系数γRE=0.802）三级抗震设防要求，框架柱纵筋最小配筋百分率应满足：0.7%则As1min=0.007×650×610=2276mm2，Asmin=0.007×600×560=2352mm265 石家庄铁道大学四方学院毕业设计3．剪跨比和轴压比验算剪跨比宜大于2，三级框架轴压比应小于0.8，从下表中可见均满足要求。表3-16柱剪跨比和轴压比计算表楼层柱b(mm)h0(mm)Mc(kN•m)Vc(kN)N(kN)Mc/Vch0N/fcbh0五边600560134.4698.52432.32.440.089973中600560138.49103.73496.812.380.103399四边600560226176.481030.582.290.21449中600560224.34167.11230.772.400.256154三边600560226.58169.81628.892.380.339013中600560262.9206.561964.742.270.408912二边600560247.75191.322227.262.310.463549中600560299.49233.682698.642.290.561655一边650610378.98156.622858.083.970.504075中650610444.61183.753463.953.970.6109314．柱正截面承载力计算计算要点：①，，当ξ＜ξb时为大偏心受压柱；当ξ＞ξb时为小偏心受压柱。②ea取20mm和h/30两者中的较大值。③当ei/h0≥0.3时，ζ1=1.0；当ei/h0＜0.3时，ζ1=0.2+2.7ei/h0且≤1.0。④柱计算长度l0=0.7l。⑤l0/h≤15时，ζ2=1.0；l0/h>15时，ζ2=1.15-0.01l0/h且≤1.0。⑥，取Cm=1.0⑦ξ≤2αS/h0，；，具体计算与配筋过程见下列两表。65 石家庄铁道大学四方学院毕业设计表3-17边柱正截面配筋计算表层次五层四层三层二层一层400560400560400560400560400560107.57180.80181.26198.20303.18N(kN)286.18783.231179.871645.352144.835720572057205720572043.0767.17101.01132.64160.62298.67298.67298.67298.67298.67偏心类型大偏心大偏心大偏心大偏心大偏心375.88250.84411.51357.91245.112020202020447.99446.83430.51377.91265.118.1258.1258.1258.1258.12511111111111.0571.0901.0081.0091.012395.88189.96173.95121.308.29计算As=As’（mm2）1038480480480480实配Asy(mm)420ρy＝0.42%420ρy＝0.42%420ρy＝0.42%420ρy＝0.42%420ρy＝0.42%65 石家庄铁道大学四方学院毕业设计表3-18中柱正截面配筋计算表层次五层四层三层二层一层400560400560400560400560400560110.79179.47210.32239.59355.69N(kN)295.86768.81227.861671.862133.455720572057205720572043.0767.17101.01132.64160.62298.67298.67298.67298.67298.67偏心类型大偏心大偏心大偏心大偏心大偏心427.99426.83411.51357.91245.112020202020394.47446.83430.51377.91265.114.24.24.24.24.211111111111.0571.0891.1181.1361.1554221.34189.96173.95121.308.29计算As=As’（mm2）480480480480480实配Asy(mm)420ρy＝0.42%420ρy＝0.42%420ρy＝0.42%420ρy＝0.42%420ρy＝0.42%65 石家庄铁道大学四方学院毕业设计5．柱斜截面承载力计算计算要点：①框架柱斜截面计算时的抗震调整系数为γRE=0.85。②当λ＜1时，取λ=1；当λ＞3时，取λ=3。③时截面满足要求。④当N≤0.3fcA时取实际值计算；当N＞0.3fcbh时取0.3fcbh计算。⑤时按构造配箍，否则按计算配箍。⑥箍筋加密区长度底层柱根部取2000mm，其他端部取为1000mm。具体计算与配筋过程见下列两表表3-18边柱斜截面配筋计算表边柱五层四层三层二层一层Hn(m)3.53.53.53.55.2λ=Hn/(2h0)3.133.133.133.134.26γREVC(kN)83.74150.01144.33162.62133.130.2fcbh0(kN)960.96960.96960.96960.961133.99截面是否满足要求满足满足满足满足满足126.13126.13126.13126.13148.840.3fcbh(kN)1544.401544.401544.401544.401812.53N(kN)345.84824.461303.111781.812286.460.056N19.3746.1772.9799.78128.04+145.49172.30199.10225.91276.88(ASV)/s<0<0<0<0<0λvfc/fyv(%)0.4090.4090.4090.5450.613实配箍筋加密区4Ф10@100(1.05)4Ф10@100(1.05)4Ф10@100(1.05)4Ф10@100(1.05)4Ф12@100(1.39)非加密区4Ф10@150(0.70)4Ф10@150(0.70)4Ф10@150(0.70)4Ф10@150(0.70)4Ф12@150(0.93)65 石家庄铁道大学四方学院毕业设计表3-19中柱斜截面配筋计算表中柱五层四层三层二层一层Hn(m)3.53.53.53.55.2λ=Hn/(2h0)3.133.133.133.134.26γREVC(kN)88.17142.04175.57198.63156.190.2fcbh0(kN)960.96960.96960.96960.961133.99截面是否满足要求满足满足满足满足满足122.30122.30122.30122.30113.130.3fcbh(kN)1544.401544.401544.401544.401812.53N(kN)397.45984.621571.792158.912771.1622.2655.1488.02120.90155.18+144.56177.44210.32243.20268.32(ASV)/S<0<0<0<0<0λVfC/fyV(%)0.4090.4090.4090.5450.613实配箍筋加密区4Ф10@100(1.05)4Ф10@100(1.05)4Ф10@100(1.05)4Ф10@100(1.05)4Ф12@100(1.39)非加密区4Ф10@150(0.70)4Ф10@150(0.70)4Ф10@150(0.70)4Ф10@150(0.70)4Ф12@150(0.93)65 石家庄铁道大学四方学院毕业设计第4章结束语毕业设计是教学计划的一个重要的组成部分,它培养了我们综合运用所学基础和专业知识,提高了我们实践能力,是最后一个重要教学环节。通过几个月来紧张而有序的设计，提高了我分析和解决实际问题的能力，总结与提高了几年来所学知识的，在理论上联合了实际。我的毕业设计课题是设计综合教学楼,其中包括建筑设计,结构设计两部分。通过这两部分的设计使我对大学以来所学的各门课程有了一个系统而全面的了解，加深了各专业课程知识的融会贯通。建筑设计是对拟建建筑物预先进行设想和规划，根据建筑物的用途和要求确定其各部分的形状和尺寸，并将各部分有机地组织到一起，创造出优美协调的建筑空间环境。从中，我进一步理解民用建筑设计原理和构造的基础知识，掌握建筑施工图的设计方法和步骤，提高绘制和识别建筑施工图的基本技能。我根据教学楼的特点，确定了其结构形式为钢筋混凝土框架结构。在结构设计中，根据《荷载规范》，正确计算作用框架上的荷载值；掌握了框架结构的内力分析方法，学会了内力组合；根据控制截面的不利内力值和截面的尺寸进行配筋和节点构造设计。同时通过PKPM结构计算软件的应用，明白计算机结构计算出图与到工程应用还有较大的距离，必须通过必要的修改才能运用。通过毕业设计的锻炼也使我明白处理不同难题的方法，在遇到难题时不能避而远之，应该通过大量地查找资料、虚心向别人请教来解决。这一点不仅是对现在，而且对我以后的工作都有很大的指导意义。在此再次感谢在这次毕业设计中支持和帮助我的老师和同学。由于自身所学知识的局限性以及第一次独立的完成设计，设计中难免存在问题。在此，请各位老师，专家给予批评指正。65 石家庄铁道大学四方学院毕业设计参考文献[1]徐占发.土建专业实训指导与示例[M].北京：中国建材出版社,2006.[2]彭少民.混凝土结构(上册)[M].武汉：武汉工业大学出版社,2002.[3]梁兴文,王社良,李晓文.混凝土结构设计原理.第3版[M].北京：科学出版社出版社,2005.[4]梁兴文,史庆轩.混凝土结构设计原理.第2版[M].北京：科学出版社出版社,2005.[5]周克荣,顾祥林,苏小卒.混凝土结构设计.第1版[M].上海：同济大学出版社,2002.[6]吕西林,桂国庆.高层建筑结构.第2版[M].武汉：武汉工业大学出版社,2005.[7]莫海鸿,杨小平.基础工程.第一版[M].北京：中国建设工业出版社,2003.[8]程文壤.楼梯和阳台雨蓬设计（第2版）[M].长沙：东南大学出版社,2003.[9]单健，吕令毅.结构力学[M]长沙：东南大学出版社，2004.[10]丘洪兴，建筑结构设计[M]长沙：东南大学出版社，2002.[11]石名磊，龚维明.基础工程[M].长沙：东南大学出版社，2002.[12]郭正兴，李金根.建筑施工[M].长沙：东南大学出版社，2003.[13]曹双寅，工程结构设计原理[M].长沙：东南大学出版社，2002.[14]龙驭球，包世华.结构力学教程[M].北京：高等教育出版社，2003.[15]李爱群，高振世.工程结构抗震与防灾[M].长沙：东南大学出版社，2003.[16]BrownBricksRH.Predictionofbrickmasonryprismtestssymp[J].MasonryPastandPresentStrengthfromReducedConstraint,1974.[17]LothHR,ShingB.Interfacemodelappliedtofractureofmasonrystructures[J].JournalofStructureEngineering,1994.65 石家庄铁道大学四方学院毕业设计致谢学习的过程中给我留下了许多美好的回忆，但是使我印象最深的还是这段大家同甘共苦一起做毕业设计的时光。在这段忙碌又充实的日子里，我学到了很多以前没有学到的知识，也遇到了许多以往所没经历的事情，使我受益良多。本次设计从始至终得到了我们土木工程系领导、教师的关心和支持。各位老师在繁忙的工作中抽出大量宝贵的时间对我的设计进行指导，为我提供大量资料参考，在我遇到疑难问题时及时给予解答,使我的设计能够顺利进行。65 石家庄铁道大学四方学院毕业设计附录AMethodsforProgressiveCollapseAnalysisofBuilding StructuresUnderBlastandImpactLoadsProgressivecollapseisdefinedas“thespreadofaninitiallocalfailurefromelementtoelementresultinginthecollapseofanentirestructureoradisproportionatelylargepartofit”.Itreferstothefailureofoneoragroupofkeystructuralload—carryingmembersthatgiverisetoamorewidespreadfailureofthesurroundingmembersandpartialorcompletestructuralcollapse．Progressivecollapseofbuildingstructuresmightbeinducedbyaseriesofaccidentalandintentionaleventssuchasfalseconstructionorder，localfailureduetoaccidentaloverload，damageofcriticalcomponentbyexplosionandearthquake．Thispaperonlyfocusesonprogressivecollapseanalysisofbuildingstructuresinducedbyabnormalloads，suchasblastandimpact．WiththerecentprogressivecollapseofAlfredP．MurrahFederalBuildingandworldTradeCenter(WTC))researchesaremorefocusedthaneveronconstructingbuildingssaferfromprogressivecollapseinducedbyblastandimpactloads．Progressivecollapseanalysisisessentialforaneconomicandsafedesignofbuildingstructuresagainstprogressivecollapsetoblastandimpactloads．Becauseofthecatastrophicnatureofprogressivecollapseandthepotentiallyhighcostofconstructingorretrofittingbuildingstoresistit，itisimperativethattheprogressivecollapseanalysismethodsbereliable．Forengineers，theirmethodologytocarryoutprogressivecollapseuationneednotonlytobeaccurateandconcise，butalsobeeasilyusedandworksfast．Thus，manyresearchershavebeenspendinglotsofeffortindevelopingreliable，efficientandstraightforwardprogressivecollapseanalysismethodsrecently． Thecurrentavailablemethodsinanalyzingstructuralprogressivecollapsecouldbeclassifiedintotwomajorcategories，namelythedirectsimulationmethod，inwhichtheblastloadingeffectsonstructuraldamageandbuildingcollapsearedirectlysimulated，anduncoupledalternativeloadpathmethodwithanalysisofthestructurebysimulatingvariouslevelsofdamagebytheremovalofkeyload—carryingmembers．Inthepresentpaper，the65 石家庄铁道大学四方学院毕业设计availableprogressivecollapseanalysismethodsintheliteraturearereviewedaccordingtotheircategories．Bothadvantagesanddisadvantagesofeachmethodarelisted．Theirsuitability，applicabilityandreliabilityarealsodiscussed．Ourrecentlyproposednewmethodforprogressivecollapseanalysisofreinforcedconcreteframesunderblast1oadsisalsointroduced．1.Progressivecollapseanalysismethodsforbuildingstructures. Inthissection，thecurrentmethodsforanalyzingstructuralprogressivecollapseavailableintheliteraturearepresentedintwomajorcategories，namelythedirectsimulationmethodandthealternativeloadpathmethod．1.1DirectsimulationmethodForthedirectsimulationmethod，thebuildingstructures，air，andexplosiveareallmodeledindetail．Explosion，blastwavepropagationanditsinteractionwithstructuresallneedtobesimulated，ifnot，blastandimpactloadsactingonthebuildingstructureshouldbederivedanddirectlyappliedtostructuralcomponents．Thematerialnonlinearbehavioranddynamiceffectsanddamageduetoblastorimpactaremostlyincludedinthesimulation．Thissectionwilllisttypicalapplicationsofdirectsimulationmethodinprogressivecollapseanalysisofbuildingstructuresrecently，eachwithitsowncharacteristic.1.1.1ofbuildingcollapseunderblastloads Luccionietalcarriedoutananalysisofstructuralcollapseofanactualbuilding，theAMIA(Israel’sMutualSocietyofArgentina)building，whichhadsufferedaterroristattackandcollapsed．Intheanalysis，thebuildingwasmodeledusing3一dimensionalsolidelements，includingthereinforcedconcretecolumns，beamsandmasonrywalls. Theanalysisofthestructuralcollapseofthebuildingwasperformedintwostages．Thefirstpartoftheanalysisconsistedofthesimulationoftheexplosionitselffromthedetonationinstantandthesecondpartconsistedoftheanalysisoftheeffectandinteractionwiththebuildingoftheblastwavegeneratedbytheexplosion．Onlytheloadproducedbytheairblastwavewasconsideredintheanalysis．Thegroundmotiongeneratedbytheexplosionwasnottakenintoaccount．ig．2showsthenumericalresultsofthecollapsedbuilding．Thecomparisonofnumericalresultswithphotographstakenaftertheterroristattackshowedthatthenumericalanalysisaccuratelyreproducedthecollapseofthebuildingundertheblastload．Thegoodagreementbetweenactualdamageandthatonenumericallyobtainedprovesthatthedetailedsimulationofthe65 石家庄铁道大学四方学院毕业设计structure，materialsandblasteffectsareneededforthistypeofanalysisandnowadaysrepresenttheonlywaytosuccessfullyrunacompletecollapseanalysisofanentirebuilding． Thiscaserepresentsagoodexampleofusingdirectsimulationmethodtocarryouttheprogressivecollapseanalysisofstructures．Thatis，themethodcouldsuccessfullypredicttheprogressivecollapseprocessofthestructureunderblastandimpactloads．However，thisaccuracyisachievedatgreatcost．Inordertoderivetheaccuratematerialparameters，experimentsshouldbecarriedoutfirst．Thebuildingstructures，air，and，explosiveshouldbemodeledindetail，whichneedthousandsofelements．Specialalgorithmsandsoftwarewerealsoneededtocalculatetheblastwave-structureinteractionandtocatchthedamageandcollapsebehaviorofthebuildingstructure．Therefore，itisextremelytimeconsuming，andrequiresaprofoundknowledgeofstructuraldynamics，damagemechanics，dynamicmaterialpropertiesandcomputationalskills．1．1．2CollapseanalysisoftheWorldTradeCenter QuanandBrinbaumcarriedouta3-dimensiona1computersimulationofimpactandcollapseoftheWTCNorthTowerusingAUT0DYN3DcomputerprogramtonumericallyreproducetheentireeventofimpactandcollapseoftheNorthTowerofWTConSeptemberl1.TheirmodelincludedtheentirebuildingoftheWTCNorthTowerandaBoeing767passengerjet．Thethree—dimensionalfiniteelementmodelusedinthesimulationcontainedatotalof270000beamandshellelements．Allthecolumnsontheperimeterwallaswellasinsidethecentralcoreweresimplified，beingmodeledbybeamelementsinsteadofusingsolidelementsorshellelements．FloorsandroofweremodeledbytheAUTODYNshellsolver．TheBoeing767airplanewasalsomodeledindetailusingAUTODYNshellsolverandLagrangesolver. Thecompletesimulationconsistsoffourstages：staticequilibriumcalculationtogettheinitialstressesandstrainsfromgravity；simulationofaBoeing767airplaneimpactingthetower；thereductionofthestrengthandstiffnessofthetowerresultingfromthepost-impactfuelfire；andfinally，theprogressivecollapseoftheTowerdrivenbygravity．Fig．4givesoneofthetypicalresults，whichpresentsthemateriallocationofthetowerat6．5saftertheimpact．Ascanbeseen，thebuildinghadalreadycollapsedtohalfofitsheight．ThenumericalresultsshowedthatascientificallysubstantiatedplausiblescenariofortheimpactandcollapseeventoftheNorthTowercouldbeobtainedthroughthenumericalsimulation．Intheprogressiveanalysis，areasonablesimplificationinthe65 石家庄铁道大学四方学院毕业设计modelingsuchasusingsimpleelementstorepresentcomplexbehaviorofstructuralmemberswillnotaffecttheaccuracyoftheresults，whilethismightdramaticallyreducethesizeofthemode1．Thiscouldsavelotsofcomputermemoriesandcomputingtime，especiallyforthecomplexstructures，suchastallbuildings．Ofcourse，certainfiniteelementsarestillneededtobedeveloped.1.1.3DYNmethodinprogressiveanalysisofRCflame HaoetaiproposedaDYNmethodbasedonthecontinuumdamagemechanicstheory．Themaindifferencebetweenthismethodandotherdirectsimulationmethodsisthattheexplosioninitializationandblastwavepropagationwerenotdirectlymodeled．Instead，blastloadsactingonthestructurewerecalculatedfirstUsingtheformulaegiveninTM5—1300andRef.．Thentheyaredirectlyappliedonfront，side，roofandrearofthebuildingstructure．Thismethodwasusedtoanalyzestructuralprogressivecollapseofathree-storeyandtwo-spanreinforcedconcrete（RC）framestructure．ComputersoftwareLS．DYNAwithuser—definedsubroutineswasusedtoperformtheanalyses．Fig．5givestheconfigurationoftheRCframeandtheexplosivelocation．Intheanalysis，theblastwasassumedtobedetonatedongroundsurface．Theblastweightwaschosentobe1000kgequivalentofTNT，whilethescaleddistanceusedwas1．7m／kg，atwhichonlythefirstfloormiddlecolumnwouldcollapseduetoblasteffects．ThefigshowsthenumericalresultsofthestructuralprogressivecollapseobtainedfromDYNmethodanalysis．Ascanbeseen，DYNmethodgivesreasonablepredictionoftheRCframecollapseundercriticalblastload．Intheirstudy，comparisonswerealsomadebetweenresultsfromDYNmethod，GSAandDoDguidelinesbasedalternativeloadpathmethods．ItwasfoundboththeGSAandDoDbasedalternativeloadpathmethodsmaynotgivereliablepredictionofstructuralprogressivecollapseandusuallyunderestimatethestressandstrainresponseatthesupportingjointabovetheblastdamagedcolumns.Asmentionedabove，thegreatimprovementoftheDYNmethodisthat，interactionbetweentheblastwaveandbuildingstructure，blastinitialandblastwavePropagationarenotneededtobedirectlysimulated．Itusestheprofoundknowledgeofblastloaddistributiontodefinetheblastloadsandthendirectlyapplythemtothestructure．Thiscoulddramaticallydecreasethesizeoffiniteelementmodelandincreasetheefficiencyofthesimulation．Tosumup，thedirectsimulationmethodcanyieldreliablepredictionsofstructural65 石家庄铁道大学四方学院毕业设计collapsetoblastandimpactloads，butitisextremelytimeconsuming，andrequiresaprofoundknowledgeofstructuraldynamics，damagemechanics，dynamicmaterialpropertiesandcomputationalskills．Itisthereforenotpracticalforcommonengineeringapplication．Thepracticabilityofthiscategoryofmethodscouldbeimprovedinthefollowingway：1)Developingnewfiniteelement，whichisnotonlysimpletobeestablishedandcalculated，butalsocanrepresentthecomplexbehaviorofstructuralcomponentssuchasnonlinearanddynamiceffects；2)Proposingnewmethodofaccuratelypredictingblastloadsaroundthebuildingstructuresindifferentblastscenarios．Withthedevelopmentofcomputerscience，withtheimprovementofthefiniteelementmodelandtheprogressoftheloadapplicationmethod，thedirectsimulationmethodmightbecomeanaccurateandefficientwayindoingprogressivecollapseanalysisofstructuralbuildingunderblastandimpactloads.65 石家庄铁道大学四方学院毕业设计建筑结构在冲击负载作用下连续倒塌分析方法连续倒塌被定义为“由于一个基本的局部构件失效在构件之间扩散最终造成整个结构或者是不成比例的一大部分倒塌”。其含义为一个或者一组关键承重构件的失效造成周围构件的失效和部分或者是整个结构的倒塌。建筑结构的连续倒塌可能由一系列的意外和人为的因素造成，比如：错误的建造顺序，偶然过载造成的局部失效，爆炸和地震造成的关键组件的损坏。这篇论文仅仅研究了特殊荷载（如：爆炸和冲击），造成的建筑结构连续倒塌的分析。随着最近AlfredP．Murrah联邦大楼和世界贸易中心（WTC）的倒塌，许多的研究更多的关注如何建造抵抗由于爆炸和冲击荷载造成连续倒塌的建筑。对于一个经济的，安全的，能够抵抗冲击负载作用下连续倒塌的建筑结构设计，连续倒塌分析是必不可少的。因为连续倒塌的灾难性特点，和为了抵抗它而潜在的建造和改造建筑物的高额费用，所以连续倒塌分析方法是绝对必要且可信的。对于工程师们而言，他们估算连续倒塌的方法不仅仅要求精确和简要，而且容易上手，立竿见影。因而，最近许多研究者都在发展可靠有效和直接的连续倒塌分析方法上花费了很多的精力。目前可行的结构连续倒塌分析方法可以被大致分为两类：直接模拟法，这种方法直接模拟了使结构破坏和建筑物倒塌的爆炸荷载效应，和非耦合交替荷载路径法，这种方法通过模拟由于移除关键承重构件造成的不同水平的损坏来对结构进行分析。在最近的干物上，当前在文献资料中找得到的关于连续倒塌的分析方法被重新审阅。这些文献既有优点又有不足之处。人们广泛讨论它们的适宜性、适用性和可靠性。我们最近也提出了刚刚完成的关于钢筋混凝土框架在爆破荷载下的连续倒塌新的分析方法。1、建筑结构连续倒塌分析方法在这个部分，现今在文献中可以找到的结构连续倒塌分析方法分为两类，直接模拟法和交替荷载路径法。1.1直接模拟法65 石家庄铁道大学四方学院毕业设计在直接模拟法中，建筑结构，气流和爆炸都被细致的建立到模型中去。对于爆炸产生的冲击波的传播方式和其与结构之间的相互作用都需要模拟，或者，需要导出作用在建筑结构上的爆炸和冲击荷载并使它们直接作用在结构构件上。大多数爆炸和冲击造成的材料非线性反应和动力效应还有损坏都被包括在这种模拟当中。在这个部分，我们会列出直接模拟法在建筑结构连续倒塌分析方法中的几种典型的应用，每种都有各自的特点。1.1.1爆炸荷载下的建筑倒塌的直接模拟Luccionietal曾经对一座真实的建筑物进行了结构倒塌分析。这座建筑叫做“AMIA”，属于阿根廷犹太人互济会，被恐怖分子袭击并倒塌。在这项分析当中，用3维固体构件（包括钢筋混凝土柱，梁和砌体墙）组装成这座建筑物的模型。这座建筑的结构倒塌分析分为两个阶段。分析的第一个阶段，包括模拟即时引爆的爆炸本身。第二阶段包括建筑与爆炸产生的冲击波之间的效应和相互作用。分析考虑了冲击波激起的气流产生的唯一的荷载。爆炸所产生的地面运动，没有考虑。倒塌的建筑物的数值结果如图2所示。数值结果和恐怖袭击之后拍摄的照片比较可以看出：数值分析准确的重现了在爆炸荷载作用下建筑的倒塌过程。实际损坏和数值模拟的结果的很好的一致性，证明了细致化的结构、材料和爆炸效应模拟对于这种分析是必需的，并且是现今唯一能够成功的进行的对整个建筑的完整倒塌分析的方式。这是利用直接模拟方法分析结构连续倒塌的一个很好的例子。这种方法能够成功的预测由于爆炸和冲击荷载造成的连续倒塌的过程。可是，要达到这种准确度是要花费很大的代价的。为了导出准确的材料参数，需要先做很多的实验。建筑结构、空气和爆炸都需要细致的建模，这样就需要成千上万的基本单元。特定的算法和软件也同样需要用来计算“冲击波—结构”相互作用，同时得到结构的损坏和倒塌特性。因此，这是非常费时，而且需要有渊博知识结构动力学，损伤力学，动态材料性能和计算技能。   1.1.2世界贸易中心倒塌分析Quan和Brinbaum用AUT0DYN3D计算机程序对世界贸易中心北塔进行了冲击和倒塌的计算机三维模拟，用数值的方式重现了9月11日世界贸易中心北塔整个受冲击和倒塌的过程。他们的模型包括整个世界贸易中心北塔的建筑和波音767客机。模拟中运用的三维有限单元模型包括了总共270000根梁和壳单元。所有围墙上以及中央核心中的柱都被简化，以梁单元来模拟，而非使用固体元素或壳单元。楼板和屋顶用AUTODYN壳求解器来建模。波音767客机也用AUTODYN壳求解器和拉格朗日求解器来建模。完整的模拟包括四个部分：静力平衡计算得到初步压力和重力引起的应变;对波音767客机撞击北塔的模拟；撞击泄漏的燃料燃烧造成的北塔强度和刚度的衰减；最后，重力作用引起的北塔连续倒塌。图4给出了一个典型的结果，它表示了材料在塔遭受撞击之后6.565 石家庄铁道大学四方学院毕业设计秒的位置。可以看到，建筑高度的一半已经倒塌了。计算结果表明，对北塔遭受撞击和倒塌的科学合理的、真实的、可行的方案可以通过数值模拟得到。在连续性分析中，一个在建模过程中合理的简化，比如用简单的单元来代表复杂的结构构件性能，不会影响到结果的准确性，同时可能会显著的减少模型大小。这样能够节省大量的计算内存和计算时间，特别是对复杂的结构，如高层建筑。当然，特定的有限的单元仍然需要形成。1.1.3DYN法分析钢筋混凝土框架连续倒塌Haoetai提出了基于连续损伤力学理论的DYN方法。这种方法与其他直接模拟方法的主要区别是爆炸的初值和冲击波的传播不是直接建模的。取而代之的是，作用在结构上的冲击荷载是首先用TM5-1300和Ref.中给出的公式计算出，然后它们被直接作用于建筑结构的正面、侧面、屋顶和背面。这个方法被用来分析三层两跨的钢筋混凝土框架结构。分析利用的是用户自定义副程式的LS．DYNA计算机程序。图5给出了钢筋混凝土结构的布置和爆炸位置。在这个分析当中，爆炸被假定在地表引发。这次爆炸相当于1000公斤TNT当量，换算距离为1.7m/kg,这样只有第一层的中柱会由于爆炸的影响而倒塌。图中显示了DYN分析方法得到的结构连续倒塌的数值结果。从中可以看出，DYN方法给出了合理的钢筋混凝土框架在临界冲击荷载作用下倒塌预测值。在他们的研究中，同样比较了DYN方法、GSA和基于交替荷载路径法的DoD指导方针得出的结果。基于交替荷载路径法的GSA和DoD被发现可能给不出可靠的结构连续倒塌预测并且常常低估爆炸破坏的柱子顶部支撑节点的应力和应变。上面提到DYN方法最为巨大的改进是冲击波和建筑结构之间的相互作用，最初的爆炸和冲击波传播并不需要直接模拟。它运用深厚的爆炸荷载分布理论来定义爆炸荷载然后把它们直接作用在结构上。这能够可观的减少有限单元模型的尺寸，同时增加模拟的效率。总得来说，直接模拟法能够产生可信的结构在爆炸和冲击荷载作用下倒塌的预测结果，但是那是以大量的时间投入，渊博的结构动力学、损伤力学、动态材料特性和计算技巧为基础的。因此，它不适用于实际工程应用。这类方法的可行性可以按照以下的方法进行改：1）开发新的有限单元，不仅仅要易于建立和计算，并且能够描述复杂的结构构件特性，如非线性和动力特性；2）提出新的方法，准确预测负荷爆炸周围建筑结构的不同的爆炸情景。随着计算机科学的发展，与改善有限元模型和荷载运用方法的进步，直接模拟方法有可能成为进行爆炸和冲击荷载作用下结构连续倒塌分析的一种准确有效的方法。65 石家庄铁道大学四方学院毕业设计附录B附图清单图纸类型图名图号建筑施工图立面图建施1#楼梯剖面图建施2#底层平面图建施3#标准层平面图建施4#结构施工图柱平面布置图结施1#梁配筋图结施2#一榀框架结施3#65'