摘要:该办公楼位于西安市某区.住宅类型:四层砌体结构.办公楼总长27.20m,宽13.22m,总高度15m,其高宽比为H/B=15/13.22=1.18<2.所以采用砖混结构能基本符合规范要求。墙是砖混结构的围护构件和承重构件。承受建筑物有屋顶或楼板传来的荷载,并将这些荷载再传给基础。本工程采用粘土砖作为承重材料,外墙贴白色瓷片,采用现浇钢筋混凝土板式楼梯,踏步宽300mm踏步高150mm。栏杆采用钢管,扶手采用木扶手.建筑立面规整,除正门为玻璃门外,其余均采用实木门,窗为铝合金窗。
关键词:建筑设计;结构计算;结构布置;内力计算;配筋计
算;砌体结构
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西京学院学士学位论文 A court building design
Abstract: the office is located in xian city residential type:
good. The four layers of masonry structure. 27.20 m, width office chief 13.22 m, total height 15m, the ratio of high to width H/B = 15/13.22 = 1.16 < 2. So using masonry-concrete structures can conform to the standard. Wall brick and concrete structure is the retaining structures and bearing component. Under buildings with a roof or floor, and from these the load to load. Again, The project adopts clay as bearing material, wall of white ceramic stick, cast-in-situ reinforced concrete board type stair footfall, wide 300mm footfall 150mm high. By using steel tube, armrest baluster wood armrest. The building elevation neat, except for the front door, glass door, window are using solid for aluminum alloy Windows.
Keywords: architectural design, Structural calculation, Structural layout, Internal force calculation, Calculation, Masonry structure
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西京学院学士学位论文 目录
1.结构方案............................................................................................. - 5 -
1.1主体结构设计方案 ...................................................................................................- 5 - 1.2 墙体方案及布置图 ................................................................................................- 5 -
1.2.1变形缝 ................................................... - 5 - 1.2.2 墙体布置 ................................................ - 5 - 1.2.3 墙厚 .................................................... - 5 - 1.3 多层砖混房屋的构造措施 ......................................................................................- 5 -
1.3.1 构造柱的设置 ............................................ - 5 - 1.3.2 圈梁设置 ................................................ - 5 - 1.4 楼盖的结构布置 ......................................................................................................- 6 - 1.5屋盖结构布置 ...........................................................................................................- 6 -
1.6 基础方案 ..................................................................................................................- 6 -
2.结构计算............................................................................................. - 7 -
2.1板的设计 ...................................................................................................................- 7 -
2.1.1设计资料 ................................................. - 7 - 2.1.2结构布置 ................................................. - 7 - 2.1.3 双向板计算 ............................................. - 9 - 2.1.4 现浇板的配筋(见结构施工图) .......................... - 13 - 2.2.1计算单元及梁载面尺寸的确定 .............................. - 13 - 2.2.2荷载计算 ................................................ - 14 - 2.2.3内力计算 ................................................ - 14 - 2.2.4载面配筋计算 ............................................ - 14 - 2.2.5斜截面抗剪能力计算 ...................................... - 15 - 2.3墙体验算 .................................................................................................................- 15 -
2.3.1墙体高厚比验算 .......................................... - 15 - 2.3.2 D轴纵墙梁L-1处墙的强度计算 ......................... - 17 -
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西京学院学士学位论文 2.3.3 内力分析 ............................................... - 19 - 2.3.4横墙控制截面内力计算 .................................... - 21 - 2.3.5 截面承载力计算 ......................................... - 24 - 2.4基础设计 .................................................................................................................- 25 -
2.4.1横墙基础设计 ............................................ - 26 - 2.4.2纵墙基础设计 ............................................ - 27 - 2.4.3地基的变形验算 .......................................... - 28 -
3.抗震验算........................................................................................... - 29 -
3.2建筑总重量的计算 .................................................................................................- 29 - 3.5地震作用对纵向墙体强度验算 .............................................................................- 34 -
4、楼梯设计 ....................................................................................... - 36 -
4.1建筑设计 .................................................................................................................- 36 - 4.2结构设计采用板式楼梯 .........................................................................................- 36 -
5、雨篷设计 ....................................................................................... - 39 - 6、过梁设计 ....................................................................................... - 44 - 主 要 符 号 表 ................................................................................. - 45 - 致 谢 .................................................................................................. - 47 - 参考文献 .............................................................................................. - 47 -
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西京学院学士学位论文 1.结构方案
1.1主体结构设计方案
该建筑物层数为4层,总高度为15.000m,首层层高3.3m[符合《抗震规范》7.1.3];房屋的高宽比15/13.2=1.18<2.5[符合《抗震规范》7.1.4];体型简单,室内要求空间小,多为办公室,横墙较多,所以采用砖混结构,能基本符合规范要求。
1.2 墙体方案及布置图(见建结施1)
1.2.1变形缝:(由建筑设计知道该建筑物的总长度27.200m<60.0m,可不设计伸缩缝。根据提供的设计资料表明:场地土质比较均匀,临近无建筑物,没有较大差异的荷载等,可不设沉降缝;根据《建筑抗震设计规范》以后简称《抗震规范》可以不设防震缝。 1.2.2 墙体布置:
应当优先考虑横墙承重方案,以增强结构的横向刚度。大房间梁支承在内外纵墙上,为纵墙承重。纵横墙布置较为均匀对称,平面上前后左右拉通;竖向上下连续对齐,减少偏心;同一轴线上的窗间墙都比较均匀。横墙最大间距3.6m[符合《抗震规范》7.1.5],房屋的局部尺寸均基本符合抗震要求[符合《抗震规范》7.1.6]。 1.2.3 墙厚(初拟外墙厚为370mm,其余墙厚为240mm。)
1.3 多层砖混房屋的构造措施
1.3.1 构造柱的设置:
根据[符合《抗震规范》7.3.1]的要求,构造柱设置见下图。构造柱的截面
尺寸及配筋图见下图。除此之外,要在柱内每隔500mm高外伸2ф6
的钢筋与墙体拉结,每边伸入墙内的钢筋长度7度地震区≥1000mm。构造 柱的根部与地圈梁连结,不再设基础。在柱的上下端500mm范围内加密箍筋为ф6@100。构造柱的做法为:将墙先砌成大马牙槎,(五皮设一槎),后浇筑构造柱混凝土。混凝土强度等级为C20。 1.3.2 圈梁设置:
圈梁的数量:各层、屋面、基础上面均设置圈梁。圈梁截面如建结施4所示。 横墙圈梁设在板底,纵墙圈梁下表面与横墙圈梁底表面齐平,上表面与板面齐平或与横墙圈梁表面齐平。当圈梁遇窗洞口时,可兼过梁,但须另设置过梁所需要的钢筋。
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西京学院学士学位论文 1.4 楼盖的结构布置
结构布置图表示了:①梁板的平面位置及板的平面形状;②板的型号、编号、数量以及排列方式;③梁的编号及位置;④梁、板与墙柱的支承关系等。下图中的梁L1、L2的截面尺寸及配筋、现浇板B1的配筋及预制板的选型,都需经过计算后方可确定。
1.5屋盖结构布置。
类同楼盖,从略。
1.6 基础方案
由于上部结构为墙承重体系,宜采用条形基础;结构上部荷载较小,地基承载力较高,所以采用条形砖砌浅埋基础。即可满足强度、刚度和耐久性的要求,又利用了地方性材料,造价低、施工简便。
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西京学院学士学位论文 2.结构计算
2.1板的设计
2.1.1设计资料
本办公楼楼盖结构采用现浇钢筋混凝土楼盖,楼面面层为30mm厚水磨石,100mm厚钢筋混凝土板,底面用20mm厚石灰砂浆抹平,楼盖采用C20混凝土(fc=9.6N/mm2),钢筋采用HPB235级(fy=210 N/mm2)。梁中纵向受力钢筋采用HRB335级钢筋,其它采用HPB235级钢筋。 2.1.2结构布置
选二~三层结构平面进行设计,楼盖梁板结构布置及构件编号和尺寸见结施图,楼面板的布置如图所示(图中尺寸单位为mm):
1)楼面板[100mm(120mm)厚]
瓷砖地面(包括水泥粗砂打底)
2
0.55 kN/m
100mm(120mm)厚钢筋混凝土板 0.1m×25kN/m3=2.5kN/m2
(0.12) (3kN/m2)
V型轻钢龙骨吊顶 0.25kN/m2
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西京学院学士学位论文 小计 3.3kN/m
(3.8)
2
恒载标准值: gk=3.3kN/m2(3.8)
活载标准值: qk=2.00kN/m
荷载设计值:
p=1.2×3.3+1.4×2.00=6.76kN/m2
(3.8) (7.36)
2)走廊楼面板(80mm)厚
瓷砖地面(包括水泥粗砂打底) 0.55 kN/m2
80mm厚钢筋混凝土板 0.08m×25kN/m=2kN/mV型轻钢龙骨吊顶 0.25kN/m2 小计 2.8kN/m
恒载标准值: gk=2.8kN/m2
活载标准值: qk=2.50kN/m2
荷载设计值: p=1.2×2.8+1.4×2.50=6.86kN/m
3)卫生间板(100mm)厚
瓷砖地面(包括水泥粗砂打底) 0.55 kN/m2
100mm厚钢筋混凝土板 0.1m×25kN/m=2.5kN/m 500mm厚焦渣混凝土 0.5m×12kN/m3=6kN/m2 V型轻钢龙骨吊顶 0.25kN/m2 小计
2
9.3kN/m
恒载标准值: gk=9.3kN/m
活载标准值: qk=2.50kN/m2
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2
3
2
2
2
3
2
2
西京学院学士学位论文 荷载设计值: p=1.2×9.3+1.4×2.50=14.66kN/m
2
2.1.3 双向板计算 2.1.3.1按弹性理论设计: 1)设计荷载
楼面板荷载:
q=2.00×1.4=2.80 KN/m2
g=3.3(3.8)×1.2=3.96(3.66)KN/m2 g+q/2=3.96+2.80/2=3.38 KN/m2 (3.66) (3.68)
q/2=2.80/2=1.4 KN/m2
g+q=3.96(3.66)+2.8=6.76(7.36) KN/m2
走廊楼面板荷载
q=2.5×1.4=3.50 KN/m2 g=2.8×1.2=3.36 KN/m2
g+q/2=3.36+3.50/2=5.11 KN/m2 q/2=3.50/2=1.75 KN/m2
g+q=3.36+3.5=6.86 KN/m2
卫生间板荷载
q=2.5×1.4=3.50 KN/mg=9.3×1.2=11.16 KN/m2
g+q/2=11.16+3.50/2=12.91 KN/m2 q/2=3.50/2=1.75 KN/m2
g+q=11.16+3.5=14.66 KN/m2
2)计算跨度,当采用弹性方法计算内力时,由于支座宽度较小,近似取轴线距离为跨度。
内跨lo=lc(轴线距离)
边跨lo=lc(轴线距离)
3)荷载布置方式:求某板跨中最大弯距时,在该跨布活荷载,然后棋盘式布置活荷载。
4)内力计算
a.边界条件:无论什么荷载作用边支座按实际情况取。边支座为墙或刚度较小梁时为铰支,为刚度较大梁时为固结。内支座:当支座四边为对称荷载时取固结,支座四边为反对称时取铰支。因此,在求双向板跨中最大弯矩时,根据荷载分布情况,将荷载分解成对称荷载g+q/2和反对称荷载±q/2,按上述原则确定支座。计算内力时考虑波桑比的影响(μ=0.2)。在求支座最大负弯矩时,其荷载分布是
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2
西京学院学士学位论文 满布g+q为对称荷载,将板的所有中间支均可视为固定支座,对于边区格和角区格板的外边界支承条件按实际情况确定。mxb.边界确定后计算各块板内力。
B1区格板(两相邻边连续,其余两简支):
考虑泊桑比影响。lx/ly=4240mm/7040mm=0.603查表得:
mx=(0.0559+0.2×0.0079)×(g+q/2)lx2+(0.0965+0.2×0.0174)×q/2×ly2
=(0.0559+0.2×0.0079)×3.38×3.62+(0.0965+0.2×0.0174)×1.4×3.62 =1.749+1.260=3.609KN·m
my=(0.0079+0.2×0.0559)×(g+q/2)lx2+(0.0174+0.2×0.0965)×q/2×ly2
=(0.0079+0.2×0.0559)×3.38×3.62+(0.0174+0.2×0.0965)×1.4×3.62 =0.580+0.462=1.042KN·m
mx/= -0.0829×6.76×3.62=-5.04KN·m my/=-0. 0570×6.76×3.62=-3.47KN·m
对各区格板分别算得的弯矩值,列于表5.1.1中。
表5.1.1 双向板内力计算表(KN·m)
区 格 lx/ly B1 3.6m/5.7m=0.603 B2 3.6m/5.7m=0.603 (μ)
=mx+μmy , my
(μ)
=my+μmx 。
计算简 跨 中 mx (0.044+0.2×0.0163)×3.38×3.6+(0.0892+0.2× 0.0210) ×1.4×3.62=6.13 (0.0163+0.2×0.053)×3 my .38×3.6+(0.0210+0.2×0.0892)×1.4×3.62=5.13 22图 (0.0348+0.2×0.0932×3.38× 3.62+(0.082+0.2×0.0242) ×1.4×3.6=6.13 2(0.0093+0.2×0.0498) ×3.38×3.62+(0.0242+0.2×0.082) ×1.4×3.62=2.423 - 10 -
西京学院学士学位论文 计 支 座 m′y 区 格 lx/ly -0.0785×6.76×4. 24=-6.79 B3 1.8m/3.6m=0.5 2算简图 m′x -0.1140×6.76×3.6=-9.85 2-0.1095×6.76×3.62= -9.59 -0.0782×6.76×3.6= -6.85 B4 1.8m/3.6m=0.5 2计算简图 跨 中 (0.0159+0.2×0.0448)× my 3.38×4..0+(0.0286+0.2×0.0713)×1.4×4.2=5.21 2 (0.0268+0.2×0.0159)× mx 3.3×4.2 (0.0361+0.2×0.0123)×3.38×3.042+(0.0713+0.2×0.0286) ×1.4×3.042=2.320 +(0.0713+0.2×0.0159)×1.4×4.=2.36 2 (0.0123+0.2×0.036) ×3.38×3.04+(0.0286+0.2×0.0713) ×1.4×3.042=2.55 2 - 11 -
西京学院学士学位论文 计 支 座 m′y -0.0773×6.76×3.62=-10.58 -0.0572×6.76×3.042= -7.8 m′x -0.1013×6.76×4.=-15.68 2算简图 -0.0783×6.76×3.04= -13.56 2
5) 截面设计
截面有效高度: lx方向跨中截面的hox=h-20=100-20=80mm;loy方向跨中截面的hoy=h-30=100-30=70mm;支座截面的hox=80mm。
中间区格板周边均为现浇梁,考虑板的内拱作用,将区格B7的跨中弯矩及B5-B7、B6-B7支座弯矩减少20%,其余均不折减。为了便于计算,均近似取r=0.95,
AsM0.95h0fy。截面配筋计算结果及实际配筋,列于表5.1.2中。
表1.2按弹性理论计算双向板截面计算与配筋
截 面 项 h0 (mm) lx ly lx 80 70 80 70 80 70 80 M (KN·m) 6.78 5.13 6.78 2.430 2.36 5.21 2.320 As (mm2) 501 262 363 149 158 335 179 配 筋 8@100 8@180 10@200 8@200 8@200 8@150 8@200 实 用 As(mm2) 503 279 393 251 251 335 251 跨 B1 B2 ly lx ly B3 B4 lx - 12 -
西京学院学士学位论文 中 ly 70 2.55 183 8@200 251 支 座 B1-B2 B1-B5 B2-B5 B2-B2 B3-B4 B5-B4 80 80 80 80 80 80 Asbh0-19.86 -10.36 -9.86 -10.36 -9.86 -6.20 743 719 493 719 493 269 )
16@200 12@150 8@100 12@150 8@100 8@180 1058 754 503 754 503 278 验算表中板的配筋率minmax(0.2%,45ft/fyAsmin=max(0.2%bh0或45ft/fy%bh0)
=max[0.2%×1000×80或(45×1.1/210)%×1000×80]=max(160或192)
上表中所有As> 192,因此满足要求. 2.1.4 现浇板的配筋(见结构施工图) 2.2梁L-1的计算
材料选用:混凝土采用C20,由附表2查ƒcm=11 N/mm2
ƒc=10N/mm
钢材:受力钢筋采用Ⅱ级钢,由附表5查,ƒy=310N/mm2。其它钢筋采用Ⅰ级钢。由附表5ƒy=210 N/mm2 2.2.1计算单元及梁载面尺寸的确定
h=(1/8~1/12)l=(1/8~1/12)×6000=750~500mm 取h=500mm
b=(1/2~1/3)h=250~167mm
取b=200mm
如图所示(见下页)。为增加房间的净空高度,该梁采用花兰梁。此时,梁两侧所选用3600mm的空心板,其长度缩短100mm即3500mm才能使用。在绘制施工图时必须加以说明
计算单元选取L-1两侧开间中----中之间的距离。
2
计算简图的确定
计算跨度:
l=l0+a=(2260-240)+240) =1800mm
l=1.05l0=1.05×(6000-240)=1800mm
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西京学院学士学位论文 取小值l=2260mm
2.2.2荷载计算
板传来恒载标准值:2.76 kN/mm2 板传来活载标准值:2.00 kN/mm
梁自重标准值:
2
[1/2×0.38×0.2+(0.5×0.2)]×25+2×(0.015×0.5) ×17=3.71kN/m
板传来恒载标准值: 2.76×1.2=3.31 kN/mm2 板传来活载标准值: 2.00×1.4=2.80 kN/mm2 梁自重设计值: 3.71×1.2=4.45 kN/m
则作用于梁上的总荷载设计值为: (3.31+2.80)×3.6+4.45=26.45kN/m
2.2.3内力计算
Mmax=1/8(p+q)l2=1/8×26.45×62=119.03kN.m Vmax=1/2 (p+q) l0=1/2×26.45×5.76=76.18kN
2.2.4载面配筋计算
h0=h-as =500-35=465mm 结构重要性系数:r0=1.0
as=r0Mmax/ƒcmbh02=1.0×119.03×106/11×200×4652=0.250
1/2 1/2
ξ=1-(1-2as)=1-(1-2×0.250)=0.293<ξb=0.544(或查附表12得ξ)
As=ξh0ƒcm/ƒy=0.293×200×465×11/310=966.9mm2
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西京学院学士学位论文 查附表13,钢筋面积选用3Ф20(As=941 mm2),基本可以满足要求。 ρ=As/bh0=941/200×465=1.01%>ρmin=0.15%(附表8) 满足《规范》规定的最小配筋率要求。 2.2.5斜截面抗剪能力计算
① 复核截面尺寸
hw/b=465/200=2.325<4.0
0.25ƒcbh0=0.25×10×200×465=232.5kN>75.51 kN
截面尺寸满足要求。
② 判断是否需按计算配置腹筋
0.07ƒcbh0=0.07×10×200×465=65.10kN>75.51 kN
需要按计算配置腹筋(当仅配箍筋时)
nAsv1 =Vmax-0.07ƒcbh0/1.5 ƒyvh0=75.51×103-65.10×
103/1.5×210×465=0.071
选用ф6双肢箍筋,则nAsvl=2×28.3=56.6 mm2
s=nAsv1/nAsv1/s=56.6/0.071=797.2mm>Smax=200mm
故采用ф6@200双肢箍,沿梁全长均匀布置。
Ρsv=nAsv1 /bs=56.6/200 200=0.14%>Ρsvmin满足要求 Ρsvmin=0.02ƒc/ƒyv=0.02×10/210=0.095%
变形与裂缝计算从略。其他梁的计算方法与L—1同,此处从略。
2.3墙体验算
该楼,小房间采用横墙承重,大房间为纵横墙承重。梁在墙上的支承长度为240mm,底层墙厚370mm,其余各层墙厚240mm。均为两面粉刷,砖强度等级为MU10,用混合砂浆砌筑:一、二层用M7.5,三、四各层用M5。
2.3.1墙体高厚比验算
① 计算单元:纵墙、横墙的计算单元如图所示(见下页)
② 静力计算方案:因横墙的间距S=2×3.6=8.48m,楼(屋)盖为装 配式钢筋混凝土楼(屋)盖,故房屋的静力计算方案为刚性方案。
③ 纵墙高厚比验算
墙的计算高度,底层:H0=3.6-0.5+0.45+0.5 =4.05m,
H0底=3.6m(见下页)。底层墙厚0.37m。其它楼层,墙计算高度H0=3.0m,
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西京学院学士学位论文
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西京学院学士学位论文 墙厚0.24m,承重墙取μ1=1.0。
有窗户的墙允许高厚比
μ2=1-0.4bs/s=1-0.4×1.8/3.6=0.8
[β]允许高厚比,查《砌体结构设计规范》(以后简称《砌体规范》)
表5.1.1[3-13]
M7.5时, [β]=26
M5时[β]=24
1) 底层纵墙允许高厚比验算:
β=4.05/0.37=10.95<μ1μ2[β]=1×0.8×26=20.8(满足)
2) 二层纵墙允许高度比验算
β=3.6/0.24=15<μ1μ2[β]=1×0.8×24=19.2(满足) ④ 横墙高厚比验算从略,底层墙的计算高度
H 0=3.6-0.12+0.5=3.98m
2.3.2 D轴纵墙梁L-1处墙的强度计算
取纵墙最危险一段,即计算单元为D轴梁下一段纵墙进行强度验算。
①荷载计算
屋面:屋面恒载标准值
4mmAPP防水卷材防水和保护层 0.35 kN/m2 20mm厚1:3水泥砂浆找来 0.02×20=0.40 kN/m 100mm厚水泥、石灰、炉渣保护层 0.1×14=1.40 kN/m2 120mm厚预应力空心板(查标准图集) 2.10 kN/m2
15mm厚顶棚抹灰 0.015×17=0.26kN/m2 ∑4.51kN/m2 屋面梁一半自重(包括粉刷层)
2×0.5×25+1/2×0.08×0.38×25×2 0.26×0.38×2)× 6/2=10.37kN
屋面及屋面梁传到纵墙上的荷载标准值: 4.51×3.6×6/2+10.37=59.08kN NrG=59.08kN
屋面活荷载标准值:0.7 kN/m
屋面活荷载传到纵墙上的荷载标准值: NrQ=0.7×3.6×6/2=7.56kN
楼面1)楼面恒载标准值:
20mm厚1:3水泥砂浆面层 0.02×20=0.40kN/m2 120mm厚预应力空心板材 2.10kN/m2
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2
2
西京学院学士学位论文 15mm厚顶棚抹灰 0.015×17=0.26kN/m2 ∑2.76 kN/m2 楼面梁一半自重:10.37kN
楼面梁L-1传到纵墙上的荷载标准值: NfG=2.76×3.6×6/2+10.37=40.18kN 2)楼面活荷载标准值
根据《建筑结构荷规范》以后称《荷载规范》 楼面梁L-1传到纵墙上的活载标准值: NfQ=2.0×3.6×6/2=21.6kN 墙体: 墙体自重标准值:
240mm厚墙自重(查“荷载规范”) 0.24×19=4.56 kN/m 双面抹灰 2×0.36=0.72 kN/m2
∑ 5.28 kN/m2 370mm厚墙自重 0.37×19=7.03 kN/m
双面抹灰 2×0.36=0.72 kN/m2 ∑ 7.75 kN/m
木窗自重 0.30 kN/m
计算单元内纵墙自重标准值(墙内的混凝土近似按墙体自重计算)(见下页)。
2 22
N 1:包括檐囗板重。檐口挑出1.0m,厚0.1m
5.28×0.3×3.6×+25×3.6×0.1×1.0=14.70kN N 2:5.28×0.2×1.8=1.90kN
N 3:5.28×2.2×1.8+0.3×2.4×1.8=22.20kN N 4:5.28×1.2×3.6=22.81kN N 5:5.28×0.9×3.6=17.11kN N 6:墙厚改变处370mm墙自重
7.75×0.3×3.6=8.37kN
N 7:7.75×0.2×1.8=2.79kN N 8:7.75×2.2×1.8=30.69kN
N 9:7.75×(0.9+0.45+0.50)×1.8=25.81kN 计算单元内(图P9)横墙上自重标准值:
每层横墙自重标准值(取1m宽墙): (240mm墙) N w:5.28×3.6×1=19.00kN
(240mm墙) N w:5.28×4.4×1=23.23kN
屋面传到横墙上的恒载标准值(取1mm宽墙为计算单元)为
NrG=4.51×3.6×1=16.24kN 屋面传到横墙上的活载标准值:
NrQ=0.7×3.6×1.0=2.52kN
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西京学院学士学位论文 楼面1m板宽传到横墙上的恒载标准值:
NfG=2.76×3.6×1=9.94kN 楼面1m板宽传到横墙上的活载标准值:
NfQ=2.0×3.6×1=7.20kN 2.3.3 内力分析
该建筑物的静力计算方案为刚性方案,因此静力计算可以不考虑风荷载的影响,仅考虑竖向荷载。其计算简图为各层墙体按简支的竖向构件计算,(见下页)。 在进行墙体强度验算时,应该对危险截面进行计算,即内力较大的载面:断面削弱的截面:材料强度改变的截面。所以应对荷载最大的底层墙体进行验算(370mm墙);二层荷载虽比底层小,但截面变小(240mm墙);三层与二层比较,荷载更小,但砌体强度较小(一、二层用M7.5砂浆,三层用M5砂浆砌筑);四、五层的荷载均比三层小,截面及砌体强度与三层相同。所以应对一、二、三层的墙体进行强度验算。
对于每层墙体,纵墙壁应取墙顶(梁底截面)I-1截面以及墙底(梁底截面偏上部位)进行强度验算。 1)纵墙截面强度验算
屋面及楼面梁的有效支承长度a0 =10(b/ƒ)1/2
一层、二层:a0=10×(500/1.79)=168mm
1/2
=167.13mm<240mm(梁的支承长度)取a0三层: a0=10×(500/1.58) 1/2 =177.89mm<240mm
取
a0=178mm
轴力设计值: N 31=γG(NrG+2NƒG+N 1+3N 2+2N 3+2N 4)+γQ(NrG+2NƒQ)
=1.2×(59.08+40.18×2+14.76+3×1.9+2×22.20+2×
22.81)+1.4×(7.56+2×21.60)
=299.83+71.60=370.89kN 轴力标准值: N 31K=249.86+50.76=300.62kN
大梁反力偏心距:el=h/2-0.4a0=240/2-0.4×178=49mm 四层梁对三层墙顶部产年的弯矩标准值:
M31k=(NƒG+NƒQ).el=(40.18+21.60)×0.049=3.03kN·m 三层纵墙Ⅱ-Ⅱ截面内力(M=0,按轴压计算)
轴力标准值:
N 3ⅡK=N31K+N 3+N 4+N 2=300.62+22.20+22.81+1.9=347.53kN 轴力设计值:
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西京学院学士学位论文 N3Ⅱ=N31+γG (N 3+N 4+N 2)=370.89+1.2×(22.20+22.81+1.9)=427.18kN
弯矩标准值 M 3ⅡK=0 轴力标准值:
N 2IK=N 3ⅡK+NƒG+NƒQ
=347.57+40.18+21.6=409.31kN N 2I=N 3Ⅱ+1.2NƒG+1.4NƒQ
=427.18+1.2×40.18+1.4×21.60=505.64kN 三层梁作用在纵墙顶的反力偏心矩
eL=h/2-0.4a0=240/2-0.4×168=53mm 三层梁对二层纵墙顶截面产生弯矩标准值
M21k=(NƒG+NƒQ).el=(40.18+21.60)×0.053=3.27kN.m 二层Ⅱ-Ⅱ截面处纵墙内力(墙厚改变,取在二层楼面) 轴力标准值:
N 2ⅡK=N21K+N 3+N 5=409.31+20.22+17.11=448.62kN 轴力标准值:
N2Ⅱ=N2I+γG (N 3+N 5)=505.64+1.2×(22.20+17.11)
=552.81kN
弯矩标准值: M 2ⅡK=0
轴力标准值:
N 1IK=N 2ⅡK+NƒG+1.4NƒQ+N 6+N 7
=448.62+40.18+21.60+8.37+2.79=521.56kN
轴力标准值:
N 1I=N 2Ⅱ+γGNƒG+γQNƒQ+γG(N6+N7)
=552.81+1.2×40.18+1.4×21.60+1.2×(8.37+2.79)=
644.66kN
二层梁L-1对一层纵墙顶截面产生的弯矩标准值: 大梁反力偏心距:
el=h/2-0.4a0=370/2-0.4×168=117.8mm≈118mm
上层墙壁对下层墙形心的偏心距: ew=370/2-240/2=65mm
弯矩标准值:
M1Ik=(NƒG+NƒQ).el+N2ⅡK·ew=(40.18+21.60)×0.118-448.62×0.065=-21.87kN.m 一层纵墙Ⅱ-Ⅱ截面内力:
轴力标准值:
N 1ⅡK=N 1IK+N 8+N9
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西京学院学士学位论文 =521.56+30.69+25.81=578.06kN
轴力标准值:
N 1Ⅱ=N 1I+γG(N8+N9)
=644.66+1.2×(30.69+25.81)=712.46kN
弯矩标准值: M 1ⅡK=0 2.3.4横墙控制截面内力计算
由于楼面活荷载较小,横墙的计算不考虑一侧无活荷载时的偏心受力情况,
按两侧均匀布置活荷载的轴心受压构件取1m宽横墙进行承载力验算.
三层Ⅱ-Ⅱ截面内力:
轴力设计值:N 3Ⅱ=γG(NrG+2NƒG+3Nw)+γQ(NrQ+2NƒQ)
=1.2×(16.24+2×9.94+3×19)+1.4×(2.52+2×7.20)
=135.43kN
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西京学院学士学位论文 墙体控制截面 类别 370.89 I-I 三 层 Ⅱ-Ⅱ (347.53) 505.64 I-I 纵 二墙 层 Ⅱ-Ⅱ (448.62) MU10 644.64 I-I 一层 Ⅱ-Ⅱ (578.06) 三Ⅱ-Ⅱ 横 层 16.58 Ⅱ-Ⅱ 层 230.12 0 0 3.98 (24墙) MU10 M7.5 135.43 0 0 3.6 15 MU10 M5 (521.56) 712.46 0 0 4.05 (37墙) -21.87 41.93 4.05 (37墙) 10.95 10.95 M7.5 (409.31) 552.81 0 0 3.6 15 3.27 7.99 3.6 15 (300.62) 427.18 0 0 3.6 15 3.03 10.08 3.6 15 MU10 M5 (kN) (kN·m) (mm) (m) N(Nk) Mk e=Mk/Nk H0 β=H0/h 砖 砂浆 墙 一
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西京学院学士学位论文 纵横墙截面受压承载力验算面 表3-1
墙体类别 控制截面 砌体Nu=φ强度截面面积e/h φ ƒ(Mpa) 1.8×0.24×(A)( mm) 2Aƒ(kN) 验算结果 N<φAƒ(kN)I-I 三 层 N<φAƒ(kN)Ⅱ-Ⅱ 0 0.75 1.58 0.432×10 60.042 0.65 1.58 10=0.432×10 66443.7 满足 φ=1/1+0.0015 ×152=0.75 511.9 满足 N<φAƒ(kN)I-I 纵 墙 二层 Ⅱ-Ⅱ 0.33 0.68 1.79 0.432×16 525.8 满足 N<φAƒ(kN)0 0.75 1.79 0.432×1 1.8×0.37××10.952=0.85 I-I 0.133 0.61 1.79 106=0.666×106 727.2 N<φAƒ(kN) 6580.0 满足 φ=1/1+0.0015一层 1013.Ⅱ-Ⅱ 三Ⅱ-Ⅱ 层 横墙 一Ⅱ-Ⅱ 层 0 0.71 1.79 0.240×106 305 满足 N<φAƒ(kN)×16.582=0.71 0 0.75 1.58 =0.240×10 6N<φAƒ(kN)满足 N<φAƒ(kN)0 0.85 1.79 0.666×10 3 1×0.24×106284.4 满足 φ=1/1+0.00156 - 23 -
西京学院学士学位论文 续表3-1
注:1.表中括号内为轴力标准值,纵墙一层墙计算高度H0=3.6-0.5+0.45
+0.5=4.05m
2.φ也可查附表43,ƒ查附表33,横墙一层墙计算高度H0 =3.3-0.12
=0.5=3.98mm
一层Ⅱ-Ⅱ截面轴力最大:
N1Ⅱ:=N 3Ⅱ+γG(2NƒG+Nw+Nw 1)+γQ×2NƒQ
=135.43+1.2×(2×9.94+19+23.23) +1.4×2×7.2=230.12kN 2.3.5 截面承载力计算
1)纵墙及横墙承载力计算见(表3-1)。经验算,可以保证纵、横墙的安全可靠。 在计算中,如果有的截面不能满咬承载力要求,则可采用:①减小截面偏心距e ;②提高砌体强度;③加大砌体截面尺寸等措施加以解决。
2)纵墙梁L-1下砌体局部承载能力验算。 屋面梁支座反力标准值:
NLk=NrG+NrQ=59.08+7.56=66.64kN 屋面梁支座反力设计值:
NL=γGNrG+γQNrQ=1.2×59.08+1.4×7.56=81.48kN 楼面梁支座反力标准值:
NLk=NƒG+NƒQ=40.18+21.60=61.78kN
楼面梁支座反力设计值:
NL=γGNƒG+γQNƒQ=1.2×40.18+1.4×21.60=78.46kN
一、二、三、四层楼面梁L-1上部都有墙传来的荷截影响,由于三层Nι较大,故验算梁下局部受压承载力(见下图)
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西京学院学士学位论文 局部受压区面积:AL=ba0=0.2×0.178=0.0356 m2
影响砌体局部抗压强度的计算面积,按《砌体结构设计规范》图4.2.2计算. A0=(b+2h)h=(0.2+2×0.24)×0.24=0.1632m2
A0/AL=0.1632/0.0356=4.58>3,所以φ=0,即可以不考虑上部荷载的影响。
砌体局部抗压强度提高系数:
γ=1+0.35(A0/AL-1)1/2=1+0.35(4.58-1) =1.66<2.0 压应力图形完整系数:η=0.7
ηγALƒ=0.7×1.66×0.0356×1.58×106=65.4kN<78.46kN
局部受压承载力不满足,需加梁垫,如采用b·h·c=0.24×0.50×0.18m的预制梁垫,则梁垫块面积
Ab=0.24×0.50=0.12m2
A0=(b+2h)h=(0.50+2×0.24)×0.24=0.24m2 上部荷载在垫块上产生的轴向力:
N0k=Nuk=σok·Ab=N3Ik-NLk/A·Ab=(300.62-61.78)/(0.24×1.8) ×0.12=66.34kN
N0=Nu=σo·Ab=N3I-NL/A·Ab=(370.89-78.46)/(0.24×1.8) ×0.12=81.23kN
作用于垫块上的总轴力设计值: N 0+N L=81.23+78.46=159.69kN 作用于垫块上的总轴力标准值:N 0k+N Lk=66.34+61.78=128.12kN 有利影响系数γ1=0.8γ=0.8×[1+0.35(A0/AL-1)1/2]=0.8×[1+0.35(0.24/0.12)-1] =1.08
eL=h/2-0.4a0=240/2-0.4×178=48.8mm≈49mm
e0=NeL·eL/Nok+NLk=61.78×49/128.12=23.63mm β<3,e0/h=23.63/240=0.098 查《砌体规范》附表5-1有ф=0.90,则
фγ1Abƒ=0.90×1.08×0.12×1.58×106=184.29kN>No+N L=159.69kN满足要求。
同理可以验算一、二层纵墙梁下局部承压强度,如不满足,再加设预制梁垫或与梁整浇成整体的垫块。
经验算一、二层梁下墙加设与三层相同的预制梁垫,砌体可以满足局部承载能力的要求。
1/2
2.4基础设计
根据地赞质资料,将基础埋在粘土I2土层中,地基承载力f=160 kN/m2,e=0.673 I L=0.3
砖混结构的墙体分为承重墙、非承重墙和隔墙,该幢楼房承重墙有两种情况:一为横墙,其传力过程为:荷载→楼(屋)面板→地基;另一为大房间下纵墙(内、
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西京学院学士学位论文 外纵横),其传力过程为:荷载→楼(屋)面板大梁→
纵墙→基础→地基。现对③轴线A-B轴线间横墙基础;④轴线与D轴线相交处梁下纵墙基础进行设计。因为此二处横、纵墙上受荷载较大,为基础设计的控制位置。
该幢楼房的非承重墙是除大房间以外,A-D轴线外纵墙,其下基础可以单独设计;也可将纵墙基础拉通,作成相同大小的基础,以利施工和减少基础不均匀沉降。
基础方案:该幢楼房下基础采用刚性的条形基础,其上部传下来的荷载分布在刚性角以内。当房屋开间较小时,上部传下来的荷载按均匀分布在一个开间的长度范围内计算。 2.4.1横墙基础设计
① 荷载计算
横墙基础顶面以上墙体传下来的荷载(算至±0.000位置,取1m长度的基
础计算)为:
N横:=γG(NrQ+4NƒG+4Nw+N底)+γQ(4NrQ×4NƒQ)
=1.2×[16.24+4×9.94+4×19+5.28×(3.6-0.12) ×1]
+1.4×(2.52+4×7.2) =224.30kN/m
基础埋深的确定:将基础埋设在承载力较高的土层;尽量取在地下水位以上;冰冻线以下100~200mm处;耕作层以下;如埋设地下管线时,埋在地下。所以初拟基础埋深为1.85m(从室内地坪算起),以下作三步灰土(夯实后为450mm厚)。要求灰土干容重大于或等于15kN/m3。压实系数≥0.95 地基承载能力设计值
ƒ=ƒk+ηbr(b-3)+ηdr0(d-0.5) ƒk=160kN/m3
因为e、IL<0.85,所以ηb=0.3, ηd=1.6 假定基础宽度b<3m,取b=3m
r0=20 kN/m3
f=160+1.6×20×(1.85-0.5)=203.2kN/m2 ②求灰土垫层宽度b
b=N/(ƒ-γ´Gγ1d)=224.3/(203.2-1.2×20×1.85) =1.41m 取灰土垫层宽度为1.5m。 ③求砖墙大放脚底部宽度b1
砖基础埋深为1.85-0.45=1.40m,取灰土承载力为280kN/m
b1=224.3/(280-1.2×20×1.4) =0.91m取b1=0.96m,符合砖模数(见下图)。
2
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西京学院学士学位论文 ④是否满足刚性角要求
砖大放脚部分:
6×60/(120+60+120+60+120+120)=1/1.67<1/1.5 灰土垫层部分:
270/450=1/1.67<1/1.5
满足《建筑地基基础设计规范》的要求。 2.4.2纵墙基础设计
以D轴线与④轴线相交处的纵墙为计算对象。
从室外地坪算起:基础埋深为1.40m,基础底面与横墙基础底面取同一标高。
ƒ=ƒk+ηbr(b-3)+ηdr0(d-0.5)
=160+1.6×20×(1.40-0.5)=188.80 kN/m2
① 荷载计算
N纵梁下=γG(NrG+4NƒG+N1+N2+4N3+3N4+N5+N6+N7+N8+N9´)+γQ(Nra×4NƒQ)
=1.2×{59.08+4×40.18+14.7+4×1.9+4×22.0+3×22.81+17.11+8.37+2.79+30.69+[7.75×(0.9+0.45)×3.6+1.8×2.4×0.3]}+1.4×(7.56+4×21.6) =728.25kN
按1m长基础设计
N=Ni纵梁下/3.6=728.25/3.6=202.29kN/m ②求灰土垫层宽度b
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西京学院学士学位论文 基础实际埋深距室外度的距离为(1.85地坪为1.40m,因室内外高差,为450mm ,故d取室内外平均高度至埋置深+1.4)/2=1.625m
b=N/(ƒ-γ´Gγ´d )=202.29/(188.8-1.2×20×1.625) =1.35m
③求砖墙大放脚底部宽度
三步灰土高度取为450mm,故d=1.625-0.45=1.175m
b=N/(ƒ-γ´Gγ´d )=202.29/(280-1.2×20×1.175) =0.80m 取b=850mm(见下图)。
④验算基础是否满足刚性角要求砖基础大放脚
4×60/(120+60+120+120)= 1/1.75<1/1.5 灰土垫层部分
275/450=1/1.64<1/1.5均可满足《建筑地基基础设计规范》的要求。 2.4.3地基的变形验算
根据《建筑地基基础设计规范》,该建筑物的地基可不作变形计算。
其它墙下基础设计方法与上述方法相同。应当注意的是:设计中不可能对所有墙下基础进行计算,选择一些控制位置的墙下基础作计算。为施工方便,和尽量减少基础的规格,往往将一些非控制部位的基础也作成与控制部位基础相同的规格,尽管多用了一些材料,但对建筑多增加了一些安全储备,方便了施工。当然,基础尺寸相差过大,就应区别设置基础,使设计更为经济。
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西京学院学士学位论文 3.抗震验算
本建筑安全等级为二级,见《砌体规范》表3.1.30,该地区地震烈度为8度。 场地情况:根据勘察报告的建议该持力层为粘土(中软场地土),土不产生液化,工程所在地属I类场地类别。
该建筑物为多层砌体结构,采用底部剪力法进行抗震验算。自承重墙的承载力抗震调整系数,可采用0.75,验算沿纵横两主轴方向进行,仅考虑水平地震作用下墙体的抗震能力。
3.1抗震验算的计算简图
3.2建筑总重量的计算
楼面及屋面重力荷载代表值取结构和构配件自重标准值和活荷载(屋面仅考
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西京学院学士学位论文 虑雪荷载,活荷载不考虑)的50%及墙重。见计算简图,G4为四层上半层以上集中在屋盖(G4);四层下半层+三层上半层集中在三层楼盖处(G3),依次类推。
房屋重量G5的计算:
A轴纵向外墙重量计算
[51.01×3.0/2-(4.2×1.8+4×1.2)×(1.8-0.3)]×5.28+[(4.2×1.8+4×1.2)×(1.8-0.3)]×0.3=193.68kN
F轴纵向外墙重
[51.01×1.8-(7×1.8+2×1.2)×(1.8-0.3)]×5.28+[(7×1.8+2×1.2)×(1.8-0.3)]×0.3=193.16kN
C轴纵向内墙重
(51.01×1.8-9×0.9×0.9)×5.28+(9×0.9×0.9)×0.3=273.91kN D轴纵向内墙重
(51.01×1.8-8×0.9×0.9-3.6×1.8)×5.28+8×0.9×0.9×0.3=243.73kN
①-13轴线的山墙重量
2×{[14.64×1.8-1.8×(1.8-0.3)]×5.28+[1.8×(1.8-0.3)]×0.3}=251.36kN
B、E轴线横墙重
(6-0.24)×1.8×5.28×14=766.40kN 屋盖重量
(51.01×14.64×4.51)×[(51.01+2)+14.64]×1×0.1×25+2×2×10.37=2319.78kN
屋面活荷载仅考虑雪载的50%,求考虑其它活载
(51.01+2)×(14.64+2)×0.3×0.5=86.46kN ∴G4=4333.48kN A轴外墙重量
[51.01×3.6-(1.8×2.4×6+1.2×2.4×4)]×5.28+[(1.8×2.4×6+1.2×2.4×4)×0.3=433.95kN
E轴外纵墙重量
[51.01×3.6-(1.8×2.4×7+1.2×2.4×4)]×5.28+[(1.8×2.4×7+1.2×2.4×2)×0.3=441.14kN
C轴线内纵墙重量
51.01×3.6-(0.9×2.7×9)×5.28+0.9×2.7×9×0.3=511.49kN D轴线内纵墙重量
[(51.01-3.6)×3.6-0.9×2.7×8]×5.28+(0.9×2.7×8)×0.3=455.18kN
①-⑩轴线的山墙重量
2×[(14.64×3.6-1.8×2.4)×5.28+1.8×2.4×0.3]=513.52kN
- 30 -
西京学院学士学位论文 ②-⑨轴线横墙重
(6-0.24)×3.6×5.28×14=1532.81kN 四层楼盖重量(楼梯重近似按楼盖重考虑)
[(6-0.24)×(3.6-0.24)×18+(2.4-0.24)×(51.01-2×0.24)]×2.76+2×2×10.37=1194.69kN
四层楼面活载取50%
[(6-0.24)×(3.6-0.24)×18+(2.4-0.24)×(51.01-2×0.24)]×2.0×0.15=417.83kN
∴G3=5500.61kN
A轴墙重
(51.01×1.8-0.9×1.8×6-0.9×1.2×4)×5.28+(0.9×1.8×6+0.9×1.2×4)×0.3+(51.01×1.8-1.5×1.8×6-1.5×1.2×4)×7.75+(1.5×1.8×6+1.5×1.2×4)×0.3=521.29kN E轴墙重
2×(14.64×1.8-0.9×1.8)×5.28+2×0.9×1.8×0.3+2×(14.64×1.8-1.5×1.8)×7.75+2×1.5×1.8×0.3=630.37kN C轴、D轴、横墙及楼盖重同2-2~3-3间自重
C轴 511.49kN, D轴 455.16kN 横墙重 1532.81kN, 楼盖重 1194.69kN 活载 417.83kN ∴G1=5794.30kN
各质点的质量分别为:
G4=4333.48kN,G3=5500.61kN G2=5500.61kN,G1=5794.30kN 建筑物以上的总重量:
GE=∑Gj=26629.61kN (n,j=1) 3.3 地震荷载的计算
房屋底部总水平地震作用
a1=0.16(8度,多层砌体房屋)
Geq=0.85GE
FE=a1·Geq=0.16×0.85×26629.61×103=3621.63×103N各楼层的水平地震作用及地震剪力:
Fi=[(Gi×Hi)/(∑GjHj)]×FEK(1-δn) J=1 Δn=0以下列表进行计算:
- 31 -
西京学院学士学位论文 表3-2
Fi=[(Gi×Hi)/(∑GjH×FEK(1-δn) 4 3 2 1 ∑ Gi×103N Hi(m) GiHi GiHi/∑GjHj 4333.48 5500.61 5500.61 5794.30 26629.61 18.45 14.85 7.65 4.05 79952.71 81684.06 42079.67 23466.92 289065.0.276 0.283 0.146 0.081 999.57 1024.92 528.76 293.35 3621.63 22 楼层水平地震力可能出现在各个方向,一般计算时,选沿房屋的横向或纵向两个主轴方向发生,集中在各楼层墙体顶部的水平地震剪力Vi,由本层所能抵抗水平地震作用的墙体共同承担,剪力Vi在各层墙体间的分配大小,主要取决于楼盖的水平刚度,和各墙体的抗剪、抗弯刚度。
3.4 横向水平地震剪力Vi全部由各个横墙承受。因为楼(屋)盖是装配式楼盖,既具有一定的刚性,也具有一定的柔性,属中等刚性楼盖,所以地震剪力的分配应按刚性与柔性两种情况的平均值分配剪力,即考虑各横墙的地震剪力,按抗剪刚度分配,又考虑按其荷载从属面积的比例分配。
各横墙的第I层第M道横墙所受的地震前力: Vim=1/2(Aim/Ai+Iim/Ii)Vi
由建筑平面可知,在横向水平地震力作用下③轴线受载面积最大。 Zim=(3.6/2+3.6) ×(2.26+0.12+2.4/2)=39.53m2(见下图)
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西京学院学士学位论文 ⑧轴线横墙与之相同,两端山墙受载面积最小,总建筑面积Zi=51.01×16.34=477.85m
③轴240mm横墙净面积
Aim=(2.26+0.24)×0.24=1.50 m2 370mm墙净面积
Aim=6.24×0.37=2.31 m2 所有24横墙的净面积之和
Ai=(2.26+0.24)×0.24×14+(14.64-1.8)×0.24×2=27.13 m37墙只有底屋山墙
Ai=6.24×0.24×14+(14.64-1.8)×0.37×2=30.47 m2 底层横墙的净面积(外墙为37墙,内墙为24墙) Ai=6.24×0.24×14+(14.64-1.8)×0.37×2=30.47 m2 四层(i=4)③轴横墙的抗震强度验算 Vim=V53=Vi/2(Aim/Ai+Zim/Zi)
V53=999.57/2×(1.5/27.13+39.53/477.85)=999.57/2×0.138=68.98kN
根据《建筑抗震规范》5.2.5条 Vim≤ƒvEA/γRE
取γRE=1.0 A=im=1.50 m2
ƒVE=δNƒv
ƒv=0.12(0.15)(0.15是砂浆为M7.5的砌体抗剪强度)δN正应力影响系数。 (δ0为屋面重力荷载代表值作用下,横墙验算截面的平均压变力,该验算截面选在顶层横墙墙顶δ0=NrG/(墙厚×1000)=16.24×10/(240×10) =0.068))
δ0/ƒv=0.068/0.12=0.57,δN=0.914
ƒvE=0.914×0.12=0.11N/mm2
- 33 -
3
32
2
西京学院学士学位论文 ƒvEAim/γRE=0.11×1.5×106/1.0=165×103N=165kN>68.95kN 满足要求。
故五层其它横墙均能满足抗震要求。 对1~4层的抗震强度计算列表3-3。
3.5地震作用对纵向墙体强度验算
纵向地震作用力应由内外纵墙承担。本结构主要采用了横墙承重方案,只有大房间为纵横墙承重,纵墙主要承受挑檐及本身的自重。每段纵墙承受的地震剪力Vim按纵墙墙体的刚度分配。因同一层墙体Gi和Hi相同,所以,地震剪力分配仅与Aim/Ai有头,可取任一窗间墙或门间墙进行强度
验算,但墙段的抗震强度还与计算截面的δ0有头,δ0小的,抗震强度小。从这两点出发,选A轴及D轴纵墙(除大房间的窗间纵墙)压应力δ0
较小的窗间墙作为计算对象,例如取A轴与③轴相交处的窗间墙。只要该部位的墙满足抗震要求,其它部位的墙无需验算。
纵向水平地震力F1,F2,F3,F4,与横向水平地震力相同,但Aim、Ai、δ0不同。
横向水平地震力作用下墙体抗震强度验算 表3-3 层数i Aim(mm) Vi(kN) Vim=Vi/2(Ai四层(i=5) 三层(i=4) 二层(i=2) 一层(i=1) 1.5×106 999.57 1.5×106 2024.49 1.5×106 3328.28 1.5×106 3621.63 999.57/2×02024.49/2×03328.28/2×03621.63/2×0m/Ai+.138=68.98 .138=139.70 .138=229.65 .138=239.03 Zim/Zi)(kN) δ0(N/mm) ƒv(N/mm2) δ0/ƒv δN(查表) ƒVE=δNƒV γRE ƒVEAim/γRE 结论
216.24/103/(240×103) 0.12(M5) 0.068/0.12=0.567 0.914 0.11 1.0 165>68.98 满足要求 0.068+0.12=0.188 0.12(M5) 0.188/0.12=1.567 1.08 0.13 1.0 195>139.70 满足要求 - 34 -
0.308+0.12=00.428+0.12=0.428 0.15 (M7.5) .548 0.15(M7.5) 0.428/0.15=20.548/0.15=3.853 .653 1.26 0.19 1.0 285>229.65 满足要求 1.35 0.20 1.0 300>239.03 满足要求
西京学院学士学位论文 注:NƒG/(墙厚×103)+5.28×3.6×103/(墙厚×103)=9.94×103/(240×103)+5.28×3.6×10/(240×10)=0.041+0.079=0.12
窗间墙净面积Aim=A5A轴~③=1.8×0.24=0.432㎡
以下各层抗震验算以表3-4进行计算。
验算结果表明,纵、横墙均能满足抗震强度的要求。但要较多全面的保证
结构在地震力作用下不产生破坏,必须按《抗震规范》对房屋采用一系列的抗震措施。
横向水平地震力作用下墙体抗震强度验算 表3-4
层数i Aim(mm) Vi(kN) Vim=Vim/Ai×Vi(kN) 四层(i=5) 0.432×106 999.57 [0.432×106/(19.512×106)]×999.57=22.13 14.6/103/(240δ0(N/mm2) ×18×10)=0.034 ƒv(N/mm) δ0/ƒv δN ƒVE=δNƒV (mm) γRE ƒVEAim/γRE 结论
① 指传给被验算窗间墙段Aim上,外纵墙墙体自重所产生的平均应力N2+N3+N4/
(240×1.8×103)=(1.9+22.2+20.81)×103/(240×1.8×103)=0.109 ② 指底层窗间墙顶以上所产生的平均压应力N2+N3+N5+N6/(370×1.8×103)
33
=(1.9+22.2+17.11+8.37)×10/(370×1.8×10)=0.074
2233
3
三层(i=4) 二层(i=2) 0.432×106 0.432×106 2024.49 3328.28 一层(i=1) 0.37×1.8×106=0.666×106 3621.63 [0.666/(81.3×44.82 73.69 0.37)]×3621.63=80.18 0.361+0.074=0.435 0.15(M7.5) 2.9 1.27 0.191 1.0 127.2>80.18 满足要求 0.034+0.100.252+0.109=0.143 9=0.361 0.12(M5) 1.19 1.03 0.124 1.0 2 满足要求 0.15 (M7.5) 2.41 1.20 0.18 1.0 9 满足要求 0.12(M5) 0.28 0.86 0.103 1.0 44.5>22.13 满足要求 53.57>44.877.76>73.6 - 35 -
西京学院学士学位论文 4、楼梯设计
4.1建筑设计
(1)楼梯间建筑平面见图3-24,开间4.2m进深7.20m。
(2)楼梯形式尺度:采用双跑楼梯。层高3.0m,踏步尺寸采用150×300mm,每层共需3.0/0.15=20步,如图3-24所示。
4.2结构设计采用板式楼梯
(1)楼梯梯段板的计算
混凝土采用C20,当d≤10mm时,采用I级钢筋;当d≥12mm时,采用Ⅱ级钢筋。材料强度查《混凝土结构设计规范》或附表2和附表5。 ① 假定板厚h=(1/30)L=4240/30=125mm;取h=120mm ② 荷载计算(取1m板宽计算) 楼梯斜板的倾角
α=tg-1(150/300)=tg-10.5=26о34′ cosα=0.8944
恒载计算
踏步重:1.0/0.3×1/2×0.3×0.15×25=1.875kN/m 斜板重:1.0/0.8944×0.12×25=3.35kN/m 20mm厚面层粉刷层重:
[(3.0+0.15)/0.3]×1.0×0.02×20=0.6kN/m 15mm厚板底抹灰:
(1.0/0.8944)×0.015×17=0.29kN/m
恒载标准值 ∑gk=1.875+3.35+0.6+0.29=6.12kN/m 恒载设计值 gd=1.2×6.12=7.34kN/m 活荷载标准值:pk=2.5×1.0=2.5kN/m 设计值:pd=1.4×2.5=3.5kN/m 总荷载设计值:
qd=gd+pd=7.34+3.5=10.84kN/m
③内力计算
跨中弯矩:M=1/10qdl2=1/10×10.84×3.32=11.80kN/m ④配筋计算(结构重要性系数γ0=1.0)
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西京学院学士学位论文 h0=h-20=120-20=100mm
аs=r0m/ƒcmbh0=(1.0×1.80×10)/(11×1000×100)=0.1073 δ=1-(1-2as)1/2=1-(1-2×0.1073)1/2=0.1137(或查附表12)
As=ƒcmbδh0/ƒy=(11×1000×0.1137×100)/210=595.57mm2(查附表14)
受力筋选用ф10@300,(As=604 mm)。分布钢筋选用ф6@300,配筋图(见建结施5) (2)平台板的计算(图3-26) ① 荷载计算(取1m板宽计算)
假定板厚为70mm,平台梁TL-1载面尺寸为:200×300mm,TL-2载面尺寸为150×200mm。
恒载:平台板自重0.07×1×25=1.75kN/m
20mm厚抹面0.02×1×20=0.40kN/m
15mm厚底面抹灰0.015×1×17=0.255kN/m 恒载标准值:∑gk=2.41kN/m
恒载设计值:gd=1.2×2.41=2.89kN/m 活载标准值(查荷载规范)
pk=2.5×1=2.5kN/m
活载设计值:pd=1.4×2.5=3.5kN/m 总荷载设计值:qd=2.89+3.5=6.39kN/m
②内力计算
计算跨度 L=L0+h/2=(1.6-0.2-0.15)+0.07/2=1.29m 板跨中弯矩:M=1/8qdl2=1/8×6.39×1.292=1.35kN/m
③配筋计算
аs=r0m/ƒcmbh02=(1.0×1.33×106)/[11×1000×(70-15)2 ]=0.04 δ=1-(1-2as)1/2=1-(1-2×0.04)1/2=0.41(或查表)
As=ƒcmbδh0/ƒy=(11×1000×0.041×55)/210=118.12mm2(查表)
受力筋选用ф10@200,(As=141mm2),分布钢筋选用ф6@300,配筋(见建结施5)
2
2
6
2
4.3平台梁TL-1计算(见下页)
① 荷载计算
梯段板传来:10.84×3.3/2=17.89kN/m
平台板传来:6.39×[(1.6-0.2-0.15)/2+0.2]=5.27kN/m 梁自重(b×h=200×300mm)
1.2×[0.2×(0.3-0.07)×25+0.02×(0.3-0.07)×17]=1.47kN/m
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西京学院学士学位论文
总荷载设计值∑qd=24.63kN/m ② 内力计算
L=L0+α=3.36+0.24=3.6m L=1.05L0=1.05×3.36=3.53m ∴取L=3.53m
Mmax=1/8qdl2=1/8×24.63×3.532=38.36kN·m Vmax=1/2qd0=1/2×24.63×3.36=41.38kN ③配筋计算
1) 纵向钢筋计算(按倒L形载面计算)
翼缘计算宽算:bƒ′=L/6=3.53×10/6=588mm bƒ′=b+s0/2=200+1250/2=825mm
取小值bƒ′=588mm 判别载面类型(h0=300-35=265mm,hƒ′=70mm)
ƒcmbƒ′hƒ′(h0-hƒ′/2)=11×588×70×(265-70/2)=104.1kN·m>38.36kN·m属第二类型载面。
аs=r0Mmax/ƒcmbƒ′h02=(1.0×38.36×106)/(11×588×2652) =0.084 δ=1-(1-2as)1/2=1-(1-2×0.084)1/2=0.088(或查表)
As=ƒcmbƒ′δh0/ƒy=(11×588×0.088×265)/310=486.56mm2(查附表) 选用2Ф14+1Ф16(As=308+201.1=509.1mm2)。 2) 腹筋计算
截面校核:0.25ƒCbh0=0.25×10×200×265 =132.5kN>41.38kN 截面尺寸满足要求:
判别是否需按计算配置腹筋。
0. 07ƒCbh0=0.07×10×200×265=37.1kN<41.38kN 需按计算配置箍筋。
Asv/s=Vmax-0.07ƒcbh0/1.5ƒyho=
41380-0.07×10×200×265/(1.5×210×265)=0.051
假定选用Ф6的双肢箍,Asv/(Asv/s)=57/0.051=1111.70mm>Smax=150mm 选用Ф6@150的双肢箍,(配筋见下页)
- 38 -
3
西京学院学士学位论文 5、雨篷设计
雨篷设计计算的主要内容有: 雨篷板的抗弯计算; 雨篷梁的设计;
雨篷整体的抗倾覆计算。
1.雨篷的模板尺寸(见建筑图)
2.雨篷板的抗弯强度计算(取1m板宽为计算单元) (1)恒载
20mm厚防水砂浆: 0. 02×1.0×20=0.4kN/m 钢筋混凝土板:
(0.1+0.05)/2×1.0×25=1.88kN/m 板底抹灰
0.015×1.0×17=0.26kN/m 恒载标准值 ∑gk=2.54kN/m
恒载设计值 gd=1.2×2.54=3.05kN/m 活荷载设计值 gd=1.2×2.54=3.05kN/m 活荷载标准值(查《荷载规范》)Pdk=0.75kN/m
设计值 Pd=1.4×0.75=1.05kN/m 施工或检修荷载标准值(查《荷载规范》)Pk=1.0kN(集中荷载) 设计值:Pd=1.4×1.0=1.4kN (2)计算简图
(3)内力计算:
情况1内力最大值发生的固定端。
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西京学院学士学位论文 Mmax=1/2(gd+pd)×l2=1/2×(3.05+1.05)×1.22=2.95kN.m 情况2内力最大值发生在固定端。
Mmax=1/2gdl2+pdl=1/2×3.05×1.22+1.4×1.2=3.88kN.m 两者取大值计算:取情况2:Mmax=3.88kN.m 4.配筋计算(混凝土采用C20,钢筋采用I级钢) ho=h-15=100-15=85mm
аs=r0m/ƒcmbh02=(1.0×3.88×106)/[11×1000×852 ]=0.049 δ=1-(1-2as)1/2=1-(1-2×0.049)1/2=0.05(或查表)
As=ƒcmbδh0/ƒy=(11×1000×0.05×85)/210=222.62mm2(查表) 选用ф8@200,(As=251mm2)(见图3-31)。 分布钢筋选用ф6@300。 3雨篷梁的计算 (1)雨篷梁的抗弯计算 ① 荷载计算
雨篷梁上的墙体高度1.5-0.3=1.2>Ln/3=1.8/3=0.6m
所以取0.6m高度的墙体自重作为作用在梁上的荷载值(0.6m高度范围的墙厚不同)。
墙体自重:0.30×7.75+0.3×5.28=3.91kN/m
梁自重:0.30×0.37×25+2×0.02×1.0×19=3.54kN/m 雨篷板传来的恒载: 2.54×1.2=3.05kN/m
恒载标准值:∑gk=10.5kN/m
设计值:gd=1.2×10.5=12.6kN/m 雨篷板传来的活载标准值:
Pk=0.75×1.2=0.9kN/m 活载设计值:Pd=1.4×0.9=1.26kN/m 集中活载标准值:Pk=1.0kN 设计值:Pd=1.4kN ②内力计算:
L=1.05Lo=1.05×1.8=1.89m L=Lo+a=1.8+0.5=2.3m ∴取L=1.89m
MGmax=1/8gdl=1/8×12.6×1.89=5.63kN·m MQmax=1/8pdl2=1/8×12.6×1.892=0.56kN·m MQp=1/4pdl=1/4×1.4×1.89=0.66kN·m
取大值MQP=0.66kN.m
式中 MQP ——— 活荷载为一集中力作用下的弯矩;
MQq ——— 活荷载为均布力作用下的弯矩。
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2
2
西京学院学士学位论文 梁跨中最大弯矩:
Mmax=MG+MQP=5.63+0.66=6.29kN.m
(说明:考虑雨篷梁的最大受力情况,计算Mmax时,假定集中荷载作用在跨中;计算梁中剪力时,假定集中荷载作用在梁的支座边缘。)
Vmax=1/2gdl0+1/2pdl0=1/2×12.6×1.8+1/2×1.26×1.8=12.47kN
或Vmax=1/2gdl0+Pd集中=1/2×12.6×1.8+1.4=12.47kN(取最大值)
③配筋计算
ho=300-35=265mm
аs=r0m/ƒcmbh02=(1.0×6.29×106)/[11×370×2652 ]=0.022
δ=1-(1-2as)1/2=1-(1-2×0.022)1/2=0.022(或查表)
As=ƒcmbδh0/ƒy=(11×370×0.022×265)/210=112.99mm2 (2)雨篷梁的抗剪、抗扭计算 ① 内力计算
剪力Vmax=12.74kN
作用于梁截面上对称轴上的力矩:
雨篷板上的恒载产生的力矩:
Mg=3.05×1.2×(1.2/2+0.37/2)=2.87kN.m/m 雨篷板上的活载产生的力矩:
Mg=1.05×1.2×(1.2/2+0.37/2)=0.99kN.m/m MP=1.4×(1.2+0.37/2)=1.94kN.m/m 作用在雨篷梁上的最大扭矩发生在梁端,则
T=1/2(MR+Mpq)lo=1/2(2.87+0.99)×1.8=3.47kN.m 或:T=1/2Mglo+Mpq=1/2×2.87×1.8+1.94=4.52kN.m 取大值T=4.52kN.m。
②验算截面尺寸及受扭钢筋是否需按计算配置: hw/b=265/370=0.72<6
V/bho+T/wt=12.74×103/(370×265)+4.52×106/3702×(3×300-370)/6 =0.5 N/mm2{ <0.25ƒc=2.5 N/mm2截面满足要求 { <0.7ƒt=0.7×1.1=0.77 N/mm2
只需按构造配置抗扭钢筋。
箍筋配筋率ρsvmin=0.02αƒc/ƒyv=0.02×2.75×10/210=0.0026 其中α=1+1.75(2β-1)=1+1.75(2×1.0-1)=2.75
βt=1.5/(1+0.5v/Tbho)=1.5/[1+(0.5×12.74×10×370×(3×300-370))/6]/4.52×106×370×265=1.28 取βt=1.0
ρsvmin=Asv/bs=0.0026
选箍筋为φ10双肢箍(Asv=157 mm2)。
∴s=Asv/ρsvmin=157/(0.0026×370)=163.2mm
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3
2
西京学院学士学位论文 取s=150mm=Smax
箍筋选用封闭式,弯钩做成135º,平直段长度取100mm。 抗扭纵筋:
ρt,min=0.08(2βt-1)ƒc/ƒyv=0.08(2×1.0-1)10/210=0.8/210=0.0038 ρt,min=As/bho
As=0.0038×370×265=372.59 mm2 配置在梁截面上部的纵筋,因
Ast/2=372.59/2=186.30mm,查附表13, 选用2Φ12(Ast=226mm2)。
配置在梁下部的纵筋为受弯与受扭纵筋之和:As+Ast/2=112.99+186.3=299.29 mm2,查附表13,选用3Φ12(As=339 mm2),如下图所 示,
2
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西京学院学士学位论文 4.雨篷的抗倾覆计算
要求Mr≥Mor(即抗倾覆力矩大于或等于倾覆力矩),在计算抗倾覆力矩时,仅考虑能与抗倾覆的恒载标准值之和。
(1)抗倾覆力矩:Mr=0.8Gt(L2-Xo)
压在雨篷梁上的恒载为梁以上的墙自重和屋檐重量(为简化计算,梁以上墙体厚度按24墙计算。这样也偏于安全)
Gt={(1.8+2×1.5+2×0.9)×[(3.6-3.0)+4×3.6]-(1.8×2.4×4)}×5.28+1.8×2.4×4×0.3-0.90×0.9×5.28+(1.8+2×0.5+2×0.9)×1.0×0.1×25=285.48kN L2=L1/2=370/2=185mm(见图3-28)
Χo=0.13L1=0.13×370=48.1mm
Mr=0.8Gr(L2-Xo)=0.8×285.48×103(185-48.1)=31.27kN.m (2)倾覆力矩计算
挑板荷载设计值对计算倾覆点产生的倾覆力矩:
Mor=1.2GkuvLGor+1.4pl,orL1or+∑1.4φipiLior 恒载产生的倾覆力矩
MGr=12×2.54×1.2×(1.8+0.5+0.5)×(1.2/2+0.048) 均布活荷载产生的倾覆力矩:
MQqv=1.4×1.05×1.2×(1.8+2×0.50)×(1.2/2+0.0481) =3.20kN.m
取大值3.20kN.m
集中活荷载产生的倾覆力矩:
MQpw=1.4×1×(1.2+0.0481)=1.75kN.m
Mor=MGv+MQpv=6.64+3.2=9.84kN.m (3)结论
Mr>Mor(雨篷抗倾覆能力满足要求)
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西京学院学士学位论文 6、过梁设计
该幢楼房的门窗过梁有1.2m、1.8m跨度。现以1.8m窗上过梁为例说明它的计算。 (1)过梁上荷载
A、D轴纵墙上窗过梁之上无梁,板传下来的荷载仅有过梁以上墙的荷载。 过梁上墙体高度:hw=0.9m>Ln/3=0.6m 作用于过梁上墙体的均匀自重:
glk=5.28×Ln/2=5.28×0.6=3.168kN/m 过梁自重(b×h=240×300mm)
g2k=0.24×0.3×25+2×0.02×0.3×17=2.0kN/m ∴gk=g1k+g2k=3.168+2.0=5.17kN/m ··过梁上设计荷载
g=γGgk=1.2×5.17=6.2kN/m (2)内力计算
L=Ln+a=1.8+0.24=2.04m
M=1/8gL2=1/8×6.2×2.042=3.23kN.m V=1/2gLn=1/2×6.2×1.8=5.58kN (3)配筋计算(用I级钢筋) 抗弯计算:
as=γoM/ƒcmbho=1.0×3.23×10/(11×240×265)=0.017 δ=1-(1-2as)1/2=1-(1-2×0.017)1/2=0.017(或查表)
As=ƒcmbδh0/ƒy=(11×240×0.017×265)/210=56.6mm2(查表,采用8(As=101mm2)。 抗剪计算:
0. 07ƒcbho=0.07×10×240×265=44.52kN>V=5.58kN 箍筋按构造配置,取Φ6@200。
本幢房子纵墙窗过梁用圈梁代,只要在圈梁内附加2Φ8Ⅰ级钢筋,两端伸入支座内240mm即可。
2Φ
2
6
2
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西京学院学士学位论文 主 要 符 号 表
`S` 荷载效应组合设计值; `R` 结构构件抗力的设计值; `S_A` `S_C` `T` `H` `B` `S_K` `S_0` `Ω_K` `Ω_0` `Υ_(CR)` `Α` `Β_Z` `Β_G` `Γ_0` `Γ_G` 顺风向风荷载效应; 横风向风荷载效应; 结构自振周期; 结构顶部高度; 结构迎风面宽度; 雪荷载标准值; 基本雪压; 风荷载标准值; 基本风压;
横风向共振的临界风速; 坡度角;
高度Z 处的风振系数; 阵风系数; 结构重要性系数; 永久荷载的分项系数;
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西京学院学士学位论文 `Μ_Z` 风压高度变化系数; `Μ_S` 风荷载体型系数; `Η` 风荷载地形地貌修正系数; `Ξ` 风荷载脉动增大系数; 、《`Ν` `Ζ`— 土木工程风荷载脉动影响系数;结构阻尼比。
专业毕业设计指导》- 46 - 科学
版社2
15出 西京学院学士学位论文 致 谢
经过半年的忙碌和工作,本次毕业设计已经接近尾声,作为一个本科生的毕业设计,由于经验的匮乏,难免有许多考虑不周全的地方,如果没有导师的督促指导,以及一起工作的同学们的支持,想要完成这个设计是难以想象的。 在这里首先要感谢作者的导师蔡大文老师。蔡老师平日里工作繁多,但在作者做毕业设计的每个阶段,从查阅资料到设计草案的确定和修改,中期检查,后期详细设计,装配草图等整个过程中都给予了作者悉心的指导。作者的设计较为复杂烦琐,但是蔡老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩蔡老师的专业水平外,他的治学严谨和科学研究的精神也是作者永远学习的榜样,并将积极影响作者今后的学习和工作。 其次要感谢作者的同学对我无私的帮助,特别是在软件的使用方面,正因为如此我才能顺利的完成设计,作者要感谢我的母校——西京学院,是母校给作者们提供了的学习环境优良;另外,作者还要感谢那些曾给作者授过课的每一位老师,是你们教会作者专业知识。在此,作者衷心的再说一次谢谢!谢谢大家!
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西京学院学士学位论文 参考文献
1、《房屋建筑制图统一标准》GB-T 50001-2001 2、《建筑制图标准》GB-T 50104-2001 3、《建筑设计防火规范》GBJ16-2001 4、《建筑结构制图标准》GB/T 50105-2001 5、《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001 6、《混凝土结构设计规范》GB 50010-2002 7、《砌体结构设计规范》GB 50003-2001
8、《建筑抗震设计规范(2008版)》GB 50011-2001 9、《地基基础设计规范》GB 50007-2002
10、《钢筋混凝土房屋结构设计实例》上海科学技术出版社 1994 11、《房屋结构设计》重庆大学出版社 2001 12、《03G101-1》图集
13、《建筑结构抗震设计(第三版)》中国建筑工业出版社 14、《砌体结构》
15、《土木工程专业毕业设计指导》科学出版社2005
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