横向水平地震作用下的位移和内力计算毕业设计说明.docx
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横向水平地震作用下的位移和内力计算毕业设计说明
横向水平地震作用下的位移和内力计算毕业设计
建筑设计
1绪论
一.工程概况:
某办公楼设计,主体六层,钢筋混凝土框架结构。
梁板柱均为现浇,建筑面积约为6645m2,建筑物平面为━形,宽17.1m,长为65.4m,建筑方案确定,房间开间3.6m,进深6.6m,走廊宽3.3m,层高3.0m,室内外高差为0.6m,设防烈度8度,一类场地。
地震参数区划的特征周期分区为二区,抗震等级二级。
2建筑设计说明
2.1建筑平面的设计
建筑平面是表示建筑物在水平方向房屋个部分的组合关系。
在平面设计中,始终需要从建筑整体空间组合的效应来考虑,紧密联系建筑剖面和立面,分析剖面、立面的的可能性和合理性;也就是说,我们从平面设计入手,但是要着眼于建筑空间的组合。
交通联系部分是指建筑物中各个房间之间、楼层之间和房间内外之间联系通行的面积,即各类建筑物中的走廊、门厅、过道、楼梯、电梯等占的面积。
2.1.1使用部分的平面设计
建筑平面中各个使用房间和辅助用房,是建筑平面组合的基本单元。
(1)使用房间的设计
一般说来,办公室要求安静,少干扰。
使用房间平面的设计的要求:
①房间的面积、形状和尺寸要满足室内使用活动和家具设备合理布置的要求。
②门窗的大小和位置,应考虑房间的出入方便,疏散安全,采光通风较好。
③房间的构成应使结构构造布置合理,施工方便,也要有利于房间的组合,所有材料要符合相应的建筑面积。
④室内空间以及顶棚、地面、各个墙面和构件细部,要考虑人们的使用和审美要求。
2.2建筑体型和立面设计
建筑物在满足使用要求的同时,它的体型、立面,以及内外空间组合等,还会给人们在精神上以某种感受。
建筑物的美观问题,既在房屋外部形象和内部空间处理中表现出来,又涉及到建筑群体的布局,它还和建筑细部设计有关。
建筑物的体型和立面,即房屋的外部形象,必须受内部使用功能和技术经济条件所约束,并受基地群体规划等外界因素的影响。
建筑物的外部形象,并不等于房屋内部空间组合的直接表现,建筑体型和立面设计,必须符合建筑造型和立面构图方面的规律性,把适用、经济、美观三者有机地结合起来。
2.4建筑空间的组合和利用
建筑平面设计中,我们已经初步分析了建筑空间在水平方向的组合关系以及结构布置等有关内容,剖面设计院中将着重从垂直方向考虑各种高度房间的空间组合,楼梯在剖面的位置,以及建筑空间的利用等问题。
2.4.1建筑空间的组合
(1)高度相同或接近的房间组合
高度相同、使用性质接近的房间可以组合在一起。
(2)高度相差较大房间的组合
在多层和高层房屋的剖面中,高度相差较大的房间可以根据不同高度房间的多少和使用性质,在房屋垂直方向上进行分层组合。
在办公楼建筑中通常把房间高度较高的餐厅、会客、会议等部分组织在楼下的一、二层或顶层。
高层建筑中通常还把高度较低的设备房间组织在同一层,成为设备层。
(3)楼梯在剖面中的位置
楼样在剖面中的位置,是和楼梯在建筑平面中的位置以及建筑平面的组合关系密切联系在一起的。
2.4.2建筑体型的组合
建筑物内部空间的组合方式,是确定外部体型的主要依据。
建筑体型反映建筑物总的体量大小,组合方式和比例尺度等,它对房屋外型的总体效应具有重要影响。
建筑体型的组合要求,主要有以下几点:
(1)整体均衡、比例恰当
建筑体型的组合,首先要求完整均衡,这对较为简单的几何形体和对称的体型,通常比较容易达到。
对于较为复杂的不对称体型,为了达到完整均衡的要求,需要注意各组成部分体量的大小比例关系,使各部分的组合协调一致,有机联系,在不对称中取得均衡。
(2)主次分明,交接明确
建筑体型的组合,还需要处理好各组成部分的连接关系,尽可能做到主次分明,交接明确。
建筑物有几个形体组合时,应突出主要形体,通常可以由各部分体量之间的大小、高低、宽窄,形状的对比,平面位置的前后,以及突出入口等手法来强调主体部分。
交接明确,不仅是建筑造型的要求,同样也是房屋结构构造上的要求。
(3)体型简洁、环境协调
简洁的建筑体型易于取得完整统一的造型效果,同时在结构布置和构造施工方面也比较经济合理。
建筑物的体型还需要与周围建筑,道路相呼应配合,考虑和地形、绿化当。
等基地环境的协调一致,使建筑物在基地环境中显得完整统一、本置得
2.5办公楼设计的基本要求
办公建筑应根据使用性质、建设规模与标准的不同,确定各类用房。
一般由办公用房、公共用房、服务用房等组成。
。
2.5.1总则
(1)根据规范,办公建筑设计应符合适用、安全、卫生等基本要求。
(2)规范适用于新建、改建和迁建的全国城镇的机关、团体、企事业单位设计。
其它办公类建筑设计可参照执行。
(3)办公建筑按高度由高到低分为超高层办公建筑、高层办公建筑、低层或多层办公建筑3个等级。
(4)办公建筑设计也应符合现行的«民用建筑设计通则»以及国家现行的有关标准、规范。
2.5.2总平面设计要点
(1)总平面宜进行环境及绿化设计。
(2)在同一基地内办公楼与其它建筑共建,或建造以办公用房为主的综合性建筑,应根据使用功能不同,做到分区明确、布局合理、互不干扰。
(3)建筑基地内应设机动车和自行车停车场(库)。
条件不允许时,可由有关部门就近统筹建设停车空间。
停车场地面积由当地规划部门确定。
(4)总平面布置应合理安排好设备机房、附属设施和地下建筑物。
如设有锅炉房、食堂的宜设运送燃料、货物和清除垃圾等的单独出入口。
采用原煤作燃料的锅炉房,应留有堆放场地。
2.5.3总平面设计
(1)办公建筑应根据使用要求,结合基地面积、结构选型等情况按建筑模数选择开间和进深,合理确定建筑平面,并为今后改造和灵活分隔创造条件。
(2)窗
①底层及半地下室外窗宜采取防范措施。
②设采暖空调的办公建筑,外窗面积在满足采光要求的前提下,应尽量减少;空调办公建筑外窗应有良好的密闭性和隔热性,全空调办公建筑外窗应设部分可开启窗扇。
(3)门
①办公室门洞口宽度不应小于1m,高度不应小于2m。
②机要办公室、财务办公室、重要档案库和贵重仪表间的门应采取防盗措施,室内宜设防盗报警装置。
(4)门厅
①门厅一般可设传达室、收发室、会客室。
根据使用需要也可设门廊、警卫室、衣帽间和电话间等。
②门厅应与楼梯、过厅、电梯厅邻近。
③严寒和寒冷地区的门厅,应设门斗或其它防寒设施。
(5)走道
①走道最小净宽不应小于下表的规定:
走道长度(m)
走道净宽(m)
单面布房
双面布房
≤40
1.3
1.4
>40
1.5
1.8
②走道地面有高差,当高差不足二级踏步时,不得设置台阶,应设坡道,其坡度不宜大于1∶8。
(6)采光
①办公室、研究工作室、接待室、打字室、陈列室和复印机室等房间窗地比不应小于1∶6。
②设计绘图室、阅览室等房间窗地比不应小于1∶5。
(7)隔声
①办公用房、会议室、接待室等允许噪声级不应大于55dB(A声级),电话总机房、计算机房、打字室、图书阅览室等允许噪声级不应大于50dB(A声级)。
②电梯井道及产生噪声的设备机房,不宜与办公用房、会议室贴邻,否则应采取消声、隔声、减振等措施。
(8)净高
①办公室的室内净高不得低于2.60m,设空调的可不低于2.40m;走道净高不得低于2.10m,贮藏间净高不得低于2.00m。
2.5.4标准层
(1)标准层设计的一般规定
1)办公用房
①办公用房包括普通办公室和专用办公室。
专用办公室包括设计绘图室与研究工作室等。
②办公用房宜有良好的朝向和自然通风,并不宜布置在地下室。
2)公共用房
①公共用房一般包括会议室、接待室、陈列室、厕所、开水间等。
3)服务用房
①服务用房包括一般性服务用房和技术性服务用房。
一般性服务用房为:
打字室、档案室、资料室、图书阅览室、贮藏间、汽车停车库、自行车停车库、卫生管理设施间等;技术性服务用房为:
电话总机房、计算机房、电传室、复印室、晒图室、设备机房等。
(2)标准层设计要求
1)普通办公室
①普通办公室宜设计成单间式和大空间式,特殊需要可设计成单元式或公寓式。
②大空间式办公室在布置吊顶上的通风口、照明、防火设施等时,应尽可能为自行分隔或装修创造条件,有条件的工程宜设计成模块式吊顶。
③机要部门办公室应相对集中,与其它部门宜适当分隔。
④值班办公室可根据使用需要设置,重要办公建筑设有夜间总值班室时,可设置专用卫生间。
⑤普通办公室每人使用面积不应小于3㎡,单间办公室净面积不宜小于10㎡。
2)专用办公室
①设计绘图室宜采用大房间或大空间,或用灵活隔断、家具等把大空间进行分隔;研究工作室(不含实验室)宜采用单间式,自然科学研究工作室宜靠近相关的实验室。
②应避免西晒和眩光。
③应利用室内空间或隔墙设置橱柜。
④设计绘图室,每人使用面积不应小于5㎡。
研究工作室,每人使用面积不应小于4㎡。
3)会议室
①会议室根据需要可分设大、中、小会议室。
②中、小会议室可分散布置。
小会议室使用面积宜为30㎡左右,中会议室使用面积宜为60㎡左右;中、小会议室每人使用面积:
有会议桌的不应小于1.80㎡,无会议桌的不应小于0.80㎡。
③大会议室应根据使用人数和桌椅设置情况确定使用面积。
会议厅所在层数和安全出口的设置等应符合防火规范的要求,并应根据语言清晰度要求进行设计。
④作多功能使用的会议室(厅)宜有电声、放映、遮光等设施。
有电话、电视会议要求的会议室,应有隔声、吸音和遮光措施。
4)接待室
①接待室根据使用要求设置,专用接待室应靠近使用部门,行政办公建筑的群众来访接待室宜靠近主要出入口。
②高级接待室可设置专用茶具间、卫生间和贮藏间等。
5)厕所
①厕所距离最远的工作点不应大于50m。
②厕所应设前室,前室内宜设置洗手盆。
③厕所应有天然采光和不向邻室对流的直接自然通风,条件不许可时,应设机械排风装置。
④卫生洁具数量应符合下列规定:
1男厕所每40人设大便器一具,每30人设小便器一具(小便槽按每0.60m长度相当一具小便器计算);
2女厕所每20人设大便器一具;
3洗手盆每40人设一具。
注:
①每间厕所大便器三具以上者,其中一具宜设坐式大便器。
②设有大会议室的楼层应相应增加厕位。
③专用卫生间可只设坐式大便器、洗手盆和面镜。
6)打字室
①人员多的打字室可分设收发校样间、打字间、油印间、装订间等。
②打字间应光线充足,通风良好、避免西晒。
③设多台打字机的打字间宜考虑隔声措施。
7)档案室、资料室、图书阅览室
①可根据规模大小和工作需要分设若干不同用途的房间(如库房、管理间、查阅间或阅览间)。
②档案、资料库和书库应采取防火、防潮、防尘、防蛀、防紫外线等措施。
地面应用不起尘、易清洁的面层,并设机械排风装置。
③档案、资料查阅间和图书阅览室应光线充足、通风良好、避免阳光直射及眩光。
结构设计
一.设计数据
1.工程名称:
某银行办公大楼
2.建设地点:
太原市内北侧
3.工程概况:
建筑总高为18.6m,共六层,低层前厅层高4.2m,主楼一层及以上每层层高3.3m,室内外高差0.60m。
4.基本风压:
0.4KPa。
5.地面粗糙类型:
B类。
6.温度:
冬季取暖室外计算温度-150C,夏季通风室外计算温度310C。
7.主导风向:
全年主导风向为东北风,夏季主导风向为南风。
8.雨雪条件:
年降雨量680mm,基本雪压0.35KN/m。
9.抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度为0.20g,设计地震分组第一组。
10.室外地面至地面以下8米范围内为轻亚粘土,属于I类场地土,地基承载力特征值:
160KPa。
土壤冻结深度:
0.8米。
11.材料选用:
混凝土:
框架柱采用C30;梁采用C25,楼板采用C20。
钢筋:
纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB335,其余采用热轧钢HPB235
墙体:
内外墙采用空心小砌块390*190*190,自重8.5KN/m3。
窗:
钢塑门窗,γ=0.35KN/m2。
门:
木门,γ=0.2KN/m2。
12.柱的平面布置如图1-1所示,框架计算单元如图1-2所示。
二.结构选型
1.结构体型选型:
采用钢筋混凝土现浇框架结构体系。
2.屋面结构:
采用现浇钢筋混凝楼盖,,屋面板厚110mm。
3.楼面结构:
全部采用现浇钢筋混凝土楼盖,板厚100mm。
4.楼梯结构:
采用钢筋混凝土板式楼梯。
5.天沟:
采用现浇天沟。
三.框架计算简图及梁柱线刚度
1.确定框架计算简图
框架的计算单元如图1-2所示,取
轴上的一榀框架计算。
假定
框架柱嵌固于基础顶面,框架梁与柱刚接。
由于各层柱的截面尺寸不变,故梁跨等于柱截面形心轴线之间的距离。
底层柱高从基础顶面算至二层楼面,基础顶面标高根据地质条件、室内外高差,定为-1.20m,二层楼面标高为3.00m,故底层柱高为4.20m,其余各层柱高从楼面算至上一层楼面,故均为3.00m。
由此可绘出框架的计算简图如图1-4所示.
图1-1
图1-2
图1-4
2.初估梁柱截面尺寸
(1)梁的截面尺寸
因为梁的跨度较接近,可取跨度较大者进行计算。
l=6600mm.h=(1/8~1/12)l=825~550mm,取550mm。
b=(1/2~1/3)h=275~185mm,取300mm。
故框架梁边梁初选截面尺寸为b×h=300mm×550mm。
其惯性矩为:
I=bh3/12=300×5503/12=4.16×109mm4
由于中跨梁的跨度较小,其初选截面尺寸为b×h=300mm×450mm
(2)柱的截面尺寸
按层高确定柱的截面尺寸,取底层H=4200mm
b=(1/15~1/20)H=280~210mm
初选柱截面尺寸为b×h=600mm×600mm
其惯性矩为:
I=bh3/12=600×6003/12=10.8×109mm4
(3)框架梁柱的线刚度计算
对于中框架梁取I=2I0,边框架梁取1.5I0
左边跨梁:
i左边梁=EI/l=2.8×107KN/m2×1.5×1/12×0.3m×
(0.55m)3/6.6m
=2.6×104KN۰m
走道梁:
i中跨梁=EI/l=2.8×107KN/m2×2×1/12×0.3m×
(0.45m)3/3.3m
=3.8×104KN۰m
右边跨梁:
i右边梁=i左边梁=2.6×104KN۰m
底层柱:
i底柱=EI/h=3×107KN/m2×1/12×(0.6m)4/4.2m
=7.71×104KN۰m
其余各层柱:
i余柱=EI/h=2.8×107KN/m2×1/12×(0.6m)4/3.0m
=10.08×104KN۰m
令i余柱=1.0,则其余各杆件的相对线刚度为:
i'左边梁=2.6×104KN۰m/10.08×104KN۰m=0.25
i'走道梁=3.8×104KN۰m/10.08×104KN۰m=0.38
i'右边梁=i'左边梁=0.25
i'底柱=7.71×104KN۰m/10.08×104KN۰m=0.59
四.荷载计算
4.1屋面及楼面永久荷载标准值
外墙采用300厚粉煤灰砌块,外墙面贴瓷砖0.5KN/M2内墙面用20厚石灰砂浆抹面。
外墙单位面积重力荷载0.5+8.5×0.3+17×0.02=3.39KN/m2
内墙为两侧抹灰单位面积重力荷8.5×0.2+17×0.02×2=2.38KN/m2
木门单位面积重力荷载取0.2KN/m2,钢框玻璃窗单位面积重力荷载取0.45KN/m2
屋面及楼面的永久荷载标准值:
防水层(刚性)30厚C20细石混凝土防水0.75KN/m2
防水层(柔性)三毡四油铺小石子0.4KN/m2
找平层:
20厚水泥砂浆0.02×20KN/m3=0.40KN/m2
找坡层:
40厚水泥石灰焦渣砂浆30‰找平
0.04×14KN/m3=0.56KN/m2
保温层:
90聚本板0.4KN/m2
结构层:
110厚现浇钢筋混凝土板0.11×25KN/m3=2.75KN/m2
抹灰层:
10厚混合砂浆0.01×17KN/m3=0.17KN/m2
合计:
5.43KN/m2
1~6层楼面荷载值
10mm面层大理石地面0.35KN/m2
20mm水泥砂浆打底0.40KN/m2
素水泥浆结合层一道
结构层:
100厚现浇钢筋混凝土板0.10×25KN/m3=2.5KN/m2
抹灰层:
10厚混合砂浆0.02×17KN/m3=0.34KN/m2
合计:
3.59KN/m2
4.2屋面和楼面均布活荷载标准值
根据«荷载规范»查得:
不上人屋面0.5KN/m2
楼面:
办公室2.0KN/m2
走廊2.5KN/m2
雪荷载SK=1.0m×0.35KN/m2=0.35KN/m2
基本风压0.4KN/m2
屋面活荷载与雪荷载不同时考虑,两者中取大值。
4.3梁、柱、墙、窗、门重力荷载计
钢框玻璃窗0.45KN/m2,木门0.2KN/m2
梁柱重力荷载标准值
层数
类别
B/m
H/m
γ
в
G(KN/M)
L/m
Gj/KN
∑Gj
1
纵梁
0.3
0.6
25
1.05
4.725
280.8
1326.67
4073
横梁
0.3
0.55
25
1.05
4.331
165
714.62
次梁
0.25
0.5
25
1.05
3.281
112.2
368.13
柱
0.6
0.6
25
1.1
9.90
168
1663.2
2-6
纵梁
0.3
0.6
25
1.05
4.725
280.8
1326.67
3597
横梁
0.3
0.55
25
1.05
4.331
165
714.62
次梁
0.25
0.5
25
1.05
3.281
112.2
368.13
柱
0.6
0.6
25
1.1
9.90
120
1188
表4-1
重力荷载代表值
各重力荷载
一层
二层
三层
四层
五层
六层
楼面永久荷载标准值
3838.43
3838.43
3838.43
3838.43
3838.43
5805.76
楼面可变荷载标准值
1924.56
1924.56
1924.56
1924.56
1924.56
534.6
梁柱重力荷载计算值
4073
3597
3597
3597
3597
3597
墙体自重荷载计算值
2785.50
2526.28
2526.28
2526.28
2526.28
2526.28
门窗自重荷载计算值
102.9
75.24
75.24
75.24
75.24
75.24
楼梯自重荷载计算值
506.48
506.48
506.48
506.48
506.48
506.48
各层的重力荷载代表值
13230.8
12467.9
12467.9
12467.9
12467.9
13027.4
五.横向水平地震作用下的位移和内力计算
5.1水平地震作用下框架的侧移计算
1.水平地震作用下框架的侧移验算
⑴横梁线刚度
为了简化计算,框架梁截面惯性矩增大系数均取1.2
DE跨梁Kb=2.6×104KN·M
EF跨梁Kb=3.8×104KN·M
FG跨梁Kb=2.6×104KN·M
⑵柱的线刚度
柱:
底层Kc=7.71×104KN·M
其它层Kc=10.08×104KN·M
⑶框架柱的侧移刚度D值(见表5-1和表5-2)
2-6层D值的计算(表5-1)
构件名称
K=
∑Kb/2Kc
αc=K^/(2+K^)
D=αcKc12/h2
(KN/m)
D
0.2
0.099
13305
E
0.4
0.167
22445
F
0.4
0.167
22445
G
0.2
0.099
13305
∑D=715000KN/m
底层D值的计算(表5-2)
构件名称
K^=∑ib/ic
αc=I^/2+I^
D=αcic12/h2
(KN/m)
D
2.6×104KN۰m/7.71×104KN۰m=0.34
0.145
9605
E
2.6×104KN۰m+3.8×104KN۰m/7.71×104KN۰m=0.83
0.293
18367
F
0.83
0.293
18367
G
0.34
0.145
9605
∑D=559440KN/m
5.2水平地震作用及楼层地震剪力计算及位移验算
设计办公楼的高度不超过40米,质量和比刚度分布较均匀,变形以剪切变形为主,故可采用底部剪力法计算水平地震作用。
Geq=0.85∑Ge
=0.85×(13230.8+12467.9×4+13027.4)
=64710.33KN
太原抗震设防烈度为8度,设计基本加速度值为0.20g,αmax=0.16,设计分组第一组,场地类别为Ⅰ类,Tg=0.25s。
对结构的质量和刚度分布比较均匀的框架结构,基本周期为
T1=1.7ψTμT=1.7×0.7×0.2345=0.576s其中μT以m为单位。
由于Tg<T1<5Tg,因此采用下降曲线计算α
α1=[Tg/T1]0.9αmax=[0.25/0.576]0.9×0.16=0.063
FEK=α1Geq=0.063×64710.33=4076.75KN
因为1.4Tg=1.4×0.25=0.35s<T1=0.576s
所以应考虑顶部附加水平地震作用,顶部附加作用系数ζ,
ζn=0.08×0.576+0.07=0.1161
△F6=ζnFEK=0.1161×4076.75=473.3KN
各质点的水平地震作用按下面的公式计算:
=
(1-ζn)(i=1.2…..n)
各层水平地震作用标准值,楼层地震剪力及楼层层间位移见表5-3
底层:
△μe/h=0.0065/4.2=1/646〈1/550(满足)
2层:
△μe/h=0.0048/3.0=1/625〈1/550(满足)
横向框架各层水平地震作用和地震剪力如图5-1,5-2所示
,
,△μe的计算(表5-3)
层
Gi(KN)
Hi(m)
GiHi
Fi
Vi
(KN/m)
△μe
顶部
2374.8
222.8
54145.4
206
206
715000
0.0003
6
13027.4
219.2
250126.1
955.5
1161.5
715000
0.0016
5
12467.9
16.2
210913.2
805.7
1967.2
715000
0.0028
4
12467.9
13.2
164576.3
628.7
2595.9
715000
0.0036
3
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