徐州工程学院综合楼毕业设计计算书

'目录1.建筑设计11.1工程概况11.1.1具体工程概况：11.1.2设计资料：11.2建筑设计说明31.2.1设计任务及要求31.2.2总平面说明31.2.3剖面设计61.2.4立面设计71.2.5其他建筑设计说明71.3建筑构造作法81.3.1地面81.3.2楼面91.3.3踢脚、台度101.3.4内墙面101.3.5外墙面111.3.6屋面111.3.7平顶111.3.8油漆111.3.9台阶121.3.10散水122.结构设计132.1结构设计资料132.2结构方案选取132.2.1竖向承重体系选取132.2.2水平方向承重体系选取142.2.3基础形式选取142.2.4其他结构形式选取152.2.5框架结构平面布置图及框架计算简图152.3梁、柱截面尺寸估算19 2.3.1．材料选取192.3.2梁截面尺寸估算依据192.3.3柱截面尺寸估算202.3.4框架梁柱截面特征202.4竖向荷载计算212.4.1恒载标准值计算212.4.2.活载标准值计算242.5竖向荷载作用下框架结构的内力计算242.5.1计算单元242.5.2荷载计算262.5.3内力计算322.6水平地震作用计算及内力、位移分析432.6.1框架侧移刚度计算442.6.2重力荷载标准值计算452.6.3重力荷载代表值计算462.6.4横向水平荷载作用下的框架结构的内力和侧移计算472.7风荷载作用下的位移验算及内力计算572.7.1风荷载标准值572.7.2风荷载作用下的框架结构的内力和侧移计算592.8横向框架内力组合632.8.1结构抗震等级632.8.2框架梁内力组合642.8.3框架柱内力组合682.8.4梁柱弯矩设计值调整692.9框架截面设计712.9.1框架梁712.9.2框架柱742.10楼板设计822.11楼梯设计842.11.1楼梯梯段板设计842.11.2平台板设计852.11.3平台梁设计862.12基础设计89参考文献100 附录1023.翻译部分106中文译文106英文原文119专题研究132致谢140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计1.建筑设计1.1工程概况1.1.1具体工程概况：本工程为徐州工程学院综合楼，根据建筑物功能使用、经济性能要求及该地区建筑行业的发展水平，该综合教学楼采用钢筋混凝土框架结构，共五层，建筑面积共3623.4平方米，建筑总高度19.8m，建筑物平面为长方形。1.1.2设计资料：（一）气象资料徐州市自然条件及气候条件：年平均温度14.2℃最热月平均气温31.6℃最高气温40.6℃最冷月平均气温-4.1℃最低气温-22.6℃土壤冻结最大深度24mm年平均降雨量869.9mm日最大降雨量213.0mm相对湿度平均71%（冬季61%，夏季70%）主导风向全年主导风向为偏东风平均风速3m/s最大风速19.3m/s基本风压值0.35kN/m2夏季平均风速折算成距地面2m处数值：2.1m/s积雪最大厚度24cm140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计基本雪压0.35kN/m2（二）地质资料(1)地形地貌及土体工程地质特征场地属废黄河冲积平原高漫滩地貌，场地较为平坦。根据土体的成固时代，物理力学指标等差异，共划为两个工程地质层：①层：素填土黄灰色～灰色，很湿，以粉土、粉质粘土为主夹植物根系，局部夹较多碎石、碎砖，层厚0.5米左右，该层非均质，低强度。②层：粘土黄色、坚硬、厚度大于4米，该层中低压缩性，中高强度，地基承载力特征值为200Kpa。(2)水文地质资料场地地下水为孔隙潜水，勘察期间地下水位埋深为1.8米，受降水影响明显，据附近已建建筑报告地下水质为HCO3-Ca.Mg型水，对混凝土无侵蚀性。场地浅部土体①层属弱透水等级，②层为粘性土，属不透水等级。（3）其它资料抗震设防烈度7度，第一组，设计地震基本加速度值为0.1g。建筑类别乙类设计使用年限50年框架安全等级Ⅱ级结构重要性系数1.0环境类别地面以上Ⅰ类地面粗糙度C类设计依据徐州市规划局建筑红线图及规划设计要点建筑范围内的工程地质勘察报告《建筑结构荷载规范》（GB50009—2010）《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计1.2建筑设计说明1.2.1设计任务及要求根据原始资料，完成以下设计内容：1．建筑设计底层平面图、标准层平面图、顶层平面图、南立面图、剖面图。2．结构设计结构平面布置图一榀框架结构的配筋计算及其配筋图一部楼梯及一个雨篷的内力分析配筋计算及其配筋图基础设计1.2.2总平面说明本工程是教学综合楼建筑，根据建筑使用性质、建设规模与标准的不同，确定各类用房。由办公用房、公共用房和服务用房等组成。教学楼内各种房间的具体设置、层次和位置，根据使用要求和具体条件确定。建筑的外形应考虑到符合抗震规范规定，不允许出现质心与刚心的较大偏离。根据不同的形式都有相应的高宽比的限值。同时，抗震的设防烈度，对总平面有很大的影响。设计建筑面积3623.4m2基本符合要求。从总平面布局可以看出建筑的形状规则、用地宽敞。本节设计内容包括使用部分的平面设计和交通联系部分的平面设计。本建筑平面设计中为了有机地组合内部使用空间，合理划分使用分区，考虑各功能空间使用要求的不同以及它们之间的相互关系合理布置各房间，以方便各房间的交通联系同时满足各功能空间的合理使用。（一）、建筑物的间距和朝向等的确定应考虑以下因素：1．建筑物室外的使用要求；2．日照通风等卫生要求；3．防火安全要求；4．根据建筑物的使用性质和规模，以及周围的绿化等要求；5．方便拟建建筑的施工。140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计此外，还应考虑主导风向等因素，综合考虑如下：A、朝向因地段条件限制，本建筑布置应朝南或者朝北，考虑周围的原有建筑以及采光的要求，故本建筑选择正立面朝南。B、通风计算机房采用空调系统进行通风，其余都选用自然通风。C、采光均采用自然采光。（二）、主要房间的设置房间的平面设计主要有四个方面的要求：1．房间的面积、尺寸和形状满足使用要求；2．门窗大小、位置应考虑房间的出入方便，疏散安全，采光通风良好；3．房间组成应使结构构造布置合理，施工方便；4．室内空间及顶棚地面，各个墙面和构件细部要同时考虑人们的使用和审美要求。综合考虑以上要求，根据实际，主体教学楼采用内廊式，走廊宽3.6m，走廊宽度符合规范要求。柱网尺寸为7.8m×7.2m。其中，边框架柱与外墙面平齐，使外墙面平整美观。内框架柱与走廊墙面平齐，使走廊墙面平整美观。（三）辅助房间设计卫生间的设计在满足设备布置及人体活动要求的前提下，力求布置紧凑，节约面积，公共建筑中的卫生间应有天然采光和自然通风，同时为了节约管道，方便施工，布置应上下对齐。厕所内的布置应为每层设男女厕，对男厕，1具大便器/40人，一具小便器/30人；女厕，1具大便器/20人。同时。前室的洗手盆1具/40人，但对于大会议室，考虑到人数多，应适当增加厕位。每个厕单间尺寸900×1200mm，小便池3000×400mm，厕所一般应设高窗。（四）窗的大小及位置的确定房间中窗的大小和位置的确定，主要是考虑到室内采光和通风的要求，考虑《民用建筑节能设计标准》JGJ26-95要求窗地面积比≥1：6，本设计中的楼梯间窗地比----1/12。本设计中窗地比均满足教学建筑的使用要求。140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计本设计中，窗户分为推拉式开启塑钢窗和塑钢高窗两种，窗的大小和位置不仅满足室内采光和通风的要求，同时考虑建筑立面的效果和结构构件的布置，窗户顶面均与梁底部齐平，避免布置过梁。考虑卫生间的使用要求：卫生间窗高2400mm，并采用毛玻璃，同时配置机械通风设备。为满足内廊的采光要求，内廊两侧的部分墙体设高窗。（五）交通联系部分设计1．一般要求交通联系部分是建筑物中人流通行和集散必不可少的部分，主要包括走廊、楼梯、门厅等，在设计中要满足以下要求：1)交通路线简捷明确，联系通行方便；2)人流通畅，紧急疏散时迅速安全；3)满足一定的采光通风要求；4)力求节省交通面积，同时考虑空间处理等造型问题。2．走廊走廊是联络各个房间楼梯和门厅等各部分，以解决房间中水平联系和疏散问题。走廊的宽度应符合人流通畅和建筑防火要求。由于本工程采用的是内廊式走道，按《规范》要求，走廊不应小于，故走道宽度为。通常，单股人流的通行宽度为550～600mm，公共建筑门开向走廊时，其宽度不小于1500mm。实验楼内走廊的宽度一般取1800～2400mm，本设计走廊净宽3000mm。走廊要求有良好的采光，本设计采用内廊式，为了保证走廊充分采光，可采用下列措施：1)走廊尽端开窗；2)走廊两侧的门间接采光；3)利用门厅和楼梯的采光；4)人工采光。3．楼梯楼梯是房间各层间的垂直交通联系部分，是楼层人流必经的通路。楼梯设计主要是根据使用要求和人流通行的情况确定梯段和休息平台的宽度，选择适当的楼梯形式。考虑建筑的楼梯数量，以及楼梯间的平面位置和空间组成。楼梯的宽度依据通行人数的多少和建筑防火要求决定。考虑两人相对通行，通常不小于1100～1700mm。楼梯平台的宽度除考虑人流通向外，还考虑搬运桌椅等，平台宽度不应小于梯段宽度。楼梯平台宽度1500mm，满足要求。底层踏步高165mm，宽400mm；标准层踏步高153mm，宽400mm。140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计楼梯的形式的选择，主要以房间的使用要求为依据，两跑楼梯由于面积紧凑，使用方便，是一般民用建筑中常采用的形式。当建筑物层高较高或其他情况，可根据实际情况调整。本设计采用两跑楼梯。楼梯数量主要根据层数、人数的多少和建筑防火要求确定，同时考虑抗震的要求。本设计在主体部分布置了3部楼梯，而且，楼梯的距离满足防火要求，位置满足抗震要求。为了发生火灾时人能安全撤离，专门设置了防火安全门。4．门厅门厅是建筑物主要出入处的内外过渡，人流集散的交通枢纽。和所有交通联系部分的设计一样，疏散出入安全也是门厅设计的一个重要内容。门厅对外出入口的总宽度应不小于通向该门厅的走廊、楼梯宽度的总和。人流比较集中的公共建筑，门厅对外出入口的宽度，一般按每100人0.6m估算，外门的开启方向应向外开或采用弹簧门扇。门厅的面积的大小，主要根据建筑物的使用性质和规模确定。门厅的设计还应具有明确的导向性，以避免交通路线过多的交叉和干扰，此外，还要组织好各个方向的交通路线，尽可能减少来往人流的交叉和干扰。1.2.3剖面设计剖面图旨在反映建筑物在垂直方向上各部分的组合关系，其主要任务是确定建筑物各部分应有的高度，建筑层数及建筑空间的组合关系。1．房屋高度的确定房屋高度确定时主要考虑以下几个因素：1)室内使用性质和活动特点的要求；2)采光通风的要求；3)结构类型的要求；4)设备设置的要求；5)室内空间比例的要求。综合考虑以上因素和规范规定，确定在本设计中底层高取4.2m，其他层为3.9m。层数为5层。2．室内外高差的确定为了防止室外雨水流入室内，方便施工，室内外设台阶，150mm高，300mm宽。3．楼梯踏步数及休息平台高度的确定140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计根据《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95，首先楼梯的布置及大小要满足发生火灾时人流紧急疏散的要求。底层高4.2m，双跑楼梯，故每跑楼梯13个踏步高，12个踏步宽，休息平台标高2.1m。1.2.4立面设计建筑立面是表示房屋四周的外部形象。立面设计的任务是恰当确定立面中各组成部分和构件的比例和尺度，运用节奏韵律、虚实对比等规律，设计出体型完整、形式与内容统一的建筑立面。1．立面选型根据该建筑物的性质，以及场地和周围的环境，恰当地确定立面图中构件的比例和尺寸，运用节奏韵律，虚实对比等规律，设计出体形完整、形式与内容统一的建筑立面。2．门窗尺寸的确定门和窗是房屋建筑中两个围护部件。门的主要功能是提供交通出入，分隔联系建筑空间，兼起通风采光作用。窗的主要功能的采光、通风、观察和递物。同时，门窗还具有保温、隔热、防火、防水、防尘及防盗等功能。所以门窗的大小、位置、数量要满足总的要求：坚固、耐用、开启方便、关闭紧密、功能合理、便于维护。本设计采用了塑钢门窗及木门等。1.2.5其他建筑设计说明1．装修1)室内装修普通房间墙面及顶棚采用混合砂浆抹面，外刷涂料。大厅内悬挂花岗岩板，可增加大厅气氛，卫生间贴白色釉面砖，具有表面光滑，容易擦洗、耐用、吸水率低等特点，其余均为仿瓷涂料。2)室外装修外墙面装修的主要作用在于，除保护墙体不受外界侵袭以外，主要是通过饰面的质感，线型及色彩以增强建筑物的艺术效果，因本建筑不同于商店等商业性建筑，不需要用来招揽顾客的华丽的外表，介于本建筑的性质，外装饰主要是色彩涂料，主要入口处，室外台阶为防滑大理石台阶。140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计3)楼、地面各层楼、地面均采用水磨石地面。4)墙裙为便于清洁，离地面1.0m内的墙面作墙裙。5)墙体材料墙体采用加气混凝土砌块。2．防火处理每层设有消火栓，正立面开一个大门，侧立面设两个小门，楼内设一部主要楼梯，两部次要楼梯，能够满足人流的疏散要求。3．房间采暖处理本建筑处于我国北方地区，冬季采暖是个值得注意的问题。保暖措施：建筑物外墙均采用200墙，窗均采用塑钢窗。4．管道处理管线敷设在满足各工程管线的本身技术要求外，各系统的管线还应尽可能集中布置，力求避免交叉，并使线路更短，弯头更少，在满足施工要求的同时，应考虑今后管线改装、维修等各种要求，采用暗线布置更应注意这一点，各种不同管线应涂以不同颜色区分，便于使用和安全。5．基础防潮本建筑地下常水位低于基础的埋深，故地下水不会直接侵入基础，基础的地板只受到土层中潮气的影响，只需做防潮处理即可，即在基础外墙面设置防潮层，具体做法为：在外墙外侧先抹20mm厚1：2.5水泥砂浆(高出散水300mm以上)，然后涂冷底子油一道和热沥青两道(至散水底)，最后在外侧回填。隔水层，因为在北方，隔水尽量用2：8灰土，其宽度不少于500mm。1.3建筑构造作法1.3.1地面《江苏省建筑配件标准图集施工说明》（苏J01-2005）（一）门厅、过道、楼梯及防烟前室采用水磨石地面1.15厚1：2水泥白石子（或掺有色石子）磨光打蜡140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计2．素水泥浆结合层一道3.20厚1：3水泥砂浆找平层4.60厚C15混凝土5.100厚碎石或碎砖夯实6.素土夯实(二)卫生间采用地砖地面（有防水层）1.8～10厚地面砖，干水泥擦逢2.撒素水泥面（洒适量清水）3.20厚1：2干硬性水泥砂浆（或建筑胶水砂浆）粘结层4.素水泥浆（或界面剂一道）5.40厚C20细石混凝土6.防水层B.聚氨醋三遍涂膜防水层，厚187.60厚C15混凝土，随捣随抹平8.100厚碎石或碎砖夯实9.素土夯实（三）各房间采用大理石地面1.20厚石材铺面，水泥浆擦缝2.撒素水泥面（洒适量清水）3.30厚1：2干硬性水泥砂浆结合层4.刷素水泥浆一道5.60厚C15混凝土6.150厚碎石或或碎砖夯实7.素土夯实1.3.2楼面《江苏省建筑配件标准图集施工说明》（苏J01-2005）（一）走廊、防烟前室及楼梯采用水磨石1.15厚1：2白水泥白石子（或掺白色石子）2.刷素水泥浆结合层一道3.20厚1：3水泥砂浆找平层4.现浇钢筋混凝土楼面（二）卫生间采用地砖楼面1.10厚地砖楼面，干水泥擦缝140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计2.素水泥面（洒适量清水）3.20厚1：2干硬性水泥砂浆结合层4.刷素水泥浆（或界面剂）一道5.现浇钢筋混凝土（三）各房间采用大理石楼面1.20厚石材楼面，水泥浆擦缝2.8厚1：1水泥细砂浆结合层3.20厚1：3水泥砂浆找平层4.现浇钢筋混凝土楼面1.3.3踢脚、台度(一)水磨石踢脚（用于走廊、防烟前室、楼梯）1.10厚1：2水泥白石子（或掺有色石子）2.12厚1：3水泥砂浆打底3.刷界面处理剂一道（二）地砖勒脚（用于卫生间）1.8厚地砖素水泥擦缝2.5厚1：1水泥细砂结合层3.12厚1：3水泥砂浆打底4.刷界处理剂一道（三）各房间采用大理石踢脚1.稀水泥浆擦缝2.10～20厚石材板3.20厚1：2水泥砂浆灌缝4.刷界面处理剂一道1.3.4内墙面（一）普通内墙面采用乳胶漆墙面1.刷乳胶漆2.5厚1：0，3：3水泥石灰膏砂浆粉面3．12厚1：1：6水泥石膏砂浆打底4.刷界面处理剂一道140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计（二）卫生间采用釉面砖墙面1.5厚釉面砖白水泥擦缝2.6厚1：0，1：2.5水泥石灰膏砂浆结合层3.12厚1：3水泥砂浆打底4.刷界面处理剂一道1.3.5外墙面外墙面采用白水泥粉刷墙面1.10厚1：2.5白水泥石英砂浆粉面2.10厚1:3水泥砂浆打底3.界面处理剂一道1.3.6屋面《江苏省建筑配件标准图集施工说明》（苏J01-2005）房屋采用刚性防水屋面（注：刚性防水屋面需设分隔缝）1．40厚C20细石混凝土，内配Ф4＠150双向配筋2．隔离层3．20厚1：3水泥砂浆找平层4．现浇钢筋混凝土板屋面1.3.7平顶平顶采用白色乳胶漆顶棚1．刷乳胶漆2．6厚1：0.3：3水泥石灰膏砂浆粉面3．6厚1：0.3：3水泥石灰膏砂浆打底扫毛4．刷素水泥浆一道（内掺建筑胶）5．现浇钢筋混凝土1.3.8油漆（一）调和漆（适用金属基层）140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计1.调和漆二度2.刮腻子3.防锈漆或红丹一度（一）耐酸漆（适用于金属结构）1.耐酸漆二度2.防锈漆一度1.3.9台阶采用花岗岩做台阶1.20厚石材，水泥浆擦缝2．撒素水泥面（洒适量清水）3．30厚1：3干硬性水泥砂浆结合层4．素水泥浆一道5．100厚C15现浇混凝土Ф6双向钢筋间距150（厚度不包括踏步三角部分）台阶面向外坡1%6．150厚碎石或碎砖垫层7．素土夯实8．台阶横向两端M2.5砂浆砖砌240厚地垄墙，横向总长度大于3m时，每隔3m加一道240厚地垄墙，地垄墙埋深在冰冻线以下，C10混凝土基础垫层600宽，300高1.3.10散水散水采用混凝土水泥砂浆面1.20厚1：2水泥砂浆抹面2.60厚C15混凝土，上撒1：1水泥石子压实抹光3.120厚碎石或碎砖垫层4.素土夯实，向外坡4%140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计2.结构设计2.1结构设计资料工程名称：徐州市工程学院教学一楼工程规模：主体5层；结构类型：框架结构；工程环境：本工程位于江苏省徐州市区。本地区抗震设防等级为7度，第二组别，设计基本地震加速度值为0.10g；场地土类别：Ⅰ类；建筑类别：乙类;防火等级：二级地面粗糙度：C类现浇钢筋混凝土框架抗震等级：三级结构重要性系数：1.0环境类别：地面以上Ⅰ类，基础为二（a）设计使用年限：50年2.2结构方案选取2.2.1竖向承重体系选取选择合理的抗侧力结构体系，进行合理的结构或构件布置，使之具有较大的抗侧刚度和良好的抗风、抗震性能，是结构设计的关键。同时还须综合考虑建筑物高度、用途、经济及施工条件等因素。常见的竖向承重体系包括砖混结构体系、框架结构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系及筒体结构体系等。本综教学楼的建筑高度为19.8m，共计五层，一层楼层高度4.2m，其它楼层高度3.9m，在楼层高度及建筑物高度均比较小的情况下，其结构的抗侧刚度及抗震性都较容易满足。根据教学楼的功能使用性，要求建筑平面布置比较灵活，可以形成较大的使用空间。经各方案比较筛选，我选用框架结构作为该教学楼的竖向承重体系。140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计2.2.2水平方向承重体系选取常见的横向承重体系包括：现浇楼盖、叠合楼盖、预制板楼盖、组合楼盖等。现浇楼盖结构：可分为肋梁楼盖、密肋楼盖、平板式楼盖和无粘结预应力现浇平板楼盖等。肋梁楼盖结构具有良好的技术经济指标，可以最大限度地节省混凝土和钢筋的用量，能充分发挥材料的作用，结构整体性好，抗震性能好，且结构平面布置灵活，易于满足楼面不规则布置、开洞等要求，容易适用各种复杂的结构平面及各种复杂的楼面荷载。其余结构不详加说明。叠合楼盖：在预制钢筋混凝土薄板上，再现浇一层钢筋混凝土并使之共同工作的楼盖结构。其优点是整体性好，刚度大，施工方便，节省模板。预制板楼盖：可分为预制预应力大楼板和预制预应力多孔板，其施工方便，工业化程度高，但刚度较小，整体性较差，抗震性弱，在抗震区使用较少。组合楼盖：由底部的压型钢板和上部的混凝土现浇层所组成。其优点是自重轻、楼板厚度小、节省模板、施工方便、施工周期较短；缺点是用钢量大，造价高。经各方案比较筛选，我选用现浇楼盖结构中的肋梁楼盖为该教学楼的水平向承重体系。2.2.3基础形式选取根据现行《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002和地基损坏造成建筑物破坏后果的严重性，将基础分为三个安全等级：甲级、乙级、丙级。本设计基础的安全等级为乙级，对应于破坏后产生严重的后果，建筑类型为一般工业与民用建筑。基础按刚度分可分为：刚性基础和柔性基础；按构造分类可分为：独立基础、条形基础、筏板基础、箱形基础和壳体基础。140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计在保证建筑物基础安全稳定，耐久使用的前提下，应尽量浅埋，以便节省投资，方便施工。某些建筑物需要具备一定的使用功能或宜采用某种基础形式，这些要求常成为其基础埋深的先决条件。结构物荷载大小和性质不同，对地基的要求也不同，因而会影响基础埋置深度的选择。为了保护基础不受人类和生物活动的影响，基础宜埋置在地表以下，其最小埋深为，且基础顶面宜低于室外设计地面，同时有要便于周围排水沟的布置。由《建筑地基基础设计规范》第5.1.1条，基础的埋置深度，应按下列条件确定：①建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，基础的形式和构造；②作用在地基上的荷载大小和性质；③工程地质和水文地质条件；④相邻建筑物的基础埋深；⑤地基土冻胀和融陷的影响。因该地区工程地质条件较好，地基承载力较高，能满足一般建筑物的要求。加上建筑物柱网布置均匀，平面布置比较对称，故采用独立基础。2.2.4其他结构形式选取楼梯结构形式选取：因楼梯间的开间较小，选取施工支模方便，外观轻巧的板式楼梯。2.2.5框架结构平面布置图及框架计算简图(1)结构布置原则①结构平面形状和立面体形宜简单、规则，是各部分刚度均匀对称，减少结构产生扭转的可能性；②控制结构高宽比，以减少水平荷载下的侧移；③尽量统一柱网及层高，以减少构件种类规格，便于设计和施工；④房屋的总长度宜控制在最大温度伸缩缝间距内，当房屋长度超过规定值时，可设伸缩缝将房屋分成若干温度区段。本教学楼根据上述结构布置原则，结构平面采取单一的“一”字形平面，立面上也采取平整的立面，避免凹进或凸出。平面上各房间尽量布置对称，楼梯的布置也是对称的，使各部分的刚度均匀，减少结构产生扭转的可能性。(2)柱网布置140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计在本教学楼结构的柱网布置上，根据建筑平面设计和结构布置的原则，采用内廊式的建筑平面，中间为走廊，两侧为教室。因此，横向为四排柱三跨对称布置的框架，其跨度分别为7.8m、3.6m、7.8m；横向框架之间的跨度均为7.2m，柱网布置如图2.1所示。假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。由于各层柱截面尺寸不变，故梁跨度等于柱截面形心轴线之间的距离。梁轴线取至板底，2~5层柱高度即为层高，取4.2m；底层柱高度从基础顶面取至一层板顶，140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计图2.1柱网布置图(3)承重框架的布置140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计柱网确定后，沿房屋的纵横向两个方向均应布置梁系，因此，实际的框架结构是一个空间受力体系。但是为了计算方便起见，可以把实际空间框架结构看成纵横两个方向的平面的平面框架，这种简化仅限于方形或矩形的规则平面。沿建筑物长向的称为纵向框架，沿建筑物短向的称为横向框架。它们分别承受各自方向上的水平力，而楼面竖向荷载则依楼盖结构布置方式不同而按不同的方式传递。按楼面竖向荷载传递路线的不同，承重框架的布置方案可以有横向框架承重、纵向框架承重和纵横向框架混合承重三种方案。横向框架承重体系有利于提高建筑物的横向抗侧刚度，纵向框架有利于房屋内的采光与通风，而混合框架整体性好，受力均匀，有利于抗震，由于本教学楼考虑抗震，采用双向框架承重方案和现浇楼面的屋楼盖体系。(4)选取第三榀框架进行设计计算，一榀框架结构的计算简图如图2.2所示。图2.2框架结构计算简图140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计2.3梁、柱截面尺寸估算2.3.1．材料选取根据本设计房屋的类型、抗震设防烈度和房屋的高度查表得，本建筑的抗震等级为三级。楼盖、房屋均采用现浇混凝土结构，楼板厚度取为100mm，各层梁、柱的混凝土等级均为C40(Ec=3.25×104N/mm2，fc=19.1N/mm2，ft=1.71N/mm2)，纵向受力钢筋采用HRB335级钢筋(fy=300N/mm2)，其余钢筋用HPB300级钢筋(fy=210N/mm2)。基础垫层采用C10混凝土。2.3.2梁截面尺寸估算依据框架结构的主梁截面高度及宽度可由下确定：（1）横梁截面高度：根据《规范》要求，梁截面高度为梁跨度的（为满足承载力、刚度及延性要求），《规范》要求，框架梁的截面宽度不宜小于，且不宜大于4。截面宽度：可取梁高，同时不宜小于柱宽，且不应小于。（2）纵梁截面高度：根据《规范》要求，梁截面高度为梁跨度的（为满足承载力、刚度及延性要求）根据《规范》要求，框架梁的截面宽度不宜小于，且不宜大于4。截面宽度：可取梁高，同时不宜小于柱宽，且不应小于。=(～),=（）且，其中横梁跨度：，纵梁。由此估算的梁截面尺寸如下：横梁主框架梁：140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计纵向主框架梁：次梁：2.3.3柱截面尺寸估算柱的轴压比应小于轴压比限值的要求:（2-1）式中：N---柱组合的轴压力设计值；F---按简支状态计算的柱的负载面积；---为折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可依据实际荷载计算，也可近似取12～15；---考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，边柱取1.3，不等跨内柱取1.25,等跨内柱取1.2；n---验算截面以上楼层层数；---柱截面面积;---混凝土柱轴压比强度设计值；框架柱轴压比限值，此处可近似取，即对一级、二级和三级抗震等级，分别取0.65，0.7和0.85；即求得取柱截面为正方形，则柱截面边长为491mm,结合实际情况，并综合考虑其他因素，本设计柱截面尺寸为。2.3.4框架梁柱截面特征由构件的几何尺寸、截面尺寸和材料强度，利用结构力学有关截面惯性矩及线刚度的概念计算梁柱截面的特征。框架梁柱的线刚度计算1．柱子计算140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计首层柱子：二至五层柱子：2．梁计算：第3轴梁为中框架梁，,各层梁截面相同，AB跨、CD跨梁为BC跨梁为2.4竖向荷载计算2.4.1恒载标准值计算1.不上人屋面恒载40厚细石混凝土隔离层20厚1：3水泥砂浆找平层=0.4100厚现浇钢筋混凝土板屋面=2.5合计4.842140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计2．楼面恒载(1)走廊、防烟前室及楼梯采用水磨石楼面15厚1：2白水泥百石子（或掺有色石子）磨光打蜡刷素水泥浆结合层一道20厚1：3水泥砂浆找平层现浇钢筋混凝土楼面100mm合计2.91(2)卫生间10厚地砖楼面，干水泥浆擦缝撒素水泥面（洒适量清水）20厚1：2干硬性水泥砂浆结合层刷素水泥浆一道现浇钢筋混凝土楼面100mm合计2.91(3)各房间楼面（大理石）20厚大理石楼面，水泥浆擦缝8厚1：1水泥细砂浆结合层20厚1：3水泥砂浆找平层现浇钢筋混凝土楼面100mm合计3.623．梁自重140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计主梁：次梁：主梁自重：主梁构造层抹面：20厚抹面次梁自重：4.柱自重KZ1:KZ1柱自重:抹灰层：10厚混合砂浆合计9.515.墙自重(1)外纵墙自重底层和标准层：纵墙（200厚混凝土空心砌块）外墙面水泥粉刷墙面内墙面20厚抹灰合计6.866（2）内纵墙自重及内横墙自重底层和标准层:纵墙（横墙）200厚抹灰厚20mm(两侧)合计6.866（3）女儿墙自重140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计墙重及压顶重外用水泥粉刷墙面水泥粉刷内面合计1.5922.4.2.活载标准值计算1.屋面及楼面活载标准值由表查得：教学楼楼面为2.5；卫生间2.0；消防疏散楼梯3.5；不上人屋面0.5不上人屋面均部活荷载标准值0.5楼面活荷载标准值2.52.屋面雪荷载标准值（2-2）式中：---屋面积雪分布系数，屋面坡度时，取1.0---基本雪压，系以当地一般空旷平坦地面上统计所得50年一遇最大积雪的自重确定，取0.35屋面雪荷载与均布活载不同时考虑，两者取大值。2.5竖向荷载作用下框架结构的内力计算2.5.1计算单元取第3轴横向框架进行计算，计算单元宽度为7.2m，如下图所示：140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计图2.3横向框架计算单元如图所示2.3由于房间内布置有次梁，故直接传给该框架的楼面荷载如图中水平阴影线所示，计算单元范围内的其余楼面荷载则通过次梁和纵向框架以集中力的形式传给横向框架，作用于各节点上。由于纵向框架梁的中心线不重合，因此在框架梁节点上还作用有集中力矩。140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计2.5.2荷载计算1．永久荷载计算：永久荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图所示。图中，、为梁自重；、分别为楼、屋面板和走道板传给横梁的梯形荷载和三角荷载；、分别为由边框架纵梁、中框架纵梁直接传给柱的永久荷载，它包括：纵梁自重、楼板重、次梁荷载和女儿墙的重力荷载等；、是由于纵框架梁对柱的偏心而由、对柱计算轴线产生的弯矩。图2.4竖向永久荷载作用下的计算简图（1）顶层横载计算梁：板：为了计算方便，对于梯形荷载和三角形荷载，可以根据支座弯矩相同的条件，将其化成等效均布荷载和。=10.8kN/m合计：边跨=11.698+4.192=15.89kN/m中跨=10.8+4.192=14.992kN/m140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计集中荷载：、(、分别为由边纵梁，中纵梁直接传给柱的恒载，它包括梁自重，其余部分板重和女儿墙等的重力荷载)1）传给边柱A、D上的集中力：屋面板→次梁→柱次梁自重→柱纵向框架梁自重女儿墙自重合计2）传给中柱B、C上的集中力：屋面板→次梁→柱次梁自重→柱纵向框架梁自重合计（2）标准层横载计算梁：：板：为了计算方便，对于梯形荷载和三角形荷载，可以根据支座弯矩相同的条件，将其化成等效均布荷载和。=8.14kN/m合计：边跨4.192+8.76=12.95kN/m140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计中跨4.192+8.14=12.33kN/m集中荷载：、(、分别为由边纵梁，中纵梁直接传给柱的恒载，它包括梁自重，其余部分板重和女儿墙等的重力荷载)1）传给边柱A、D上的集中力：屋面板→次梁→柱次梁自重→柱纵向框架梁自重外纵墙自重（包括窗自重）柱自重合计2）传给中柱B、C上的集中力：屋面板→次梁→柱次梁自重→柱纵向框架梁自重柱自重合计2．各层集中荷载作用下的集中力矩的计算顶层/m/m标准层/m/m由上面的荷载传递得到竖向恒载下的框架计算简图，如图2.5140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计图2.5框架恒载下的计算简图（M单位：）2．活荷载计算：活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图2.6所示。图中，、为分别为楼、屋面板和走道板传给横梁的梯形可变荷载和三角形可变荷载；、分别为由边框架纵梁、中框架纵梁直接传给柱的可变荷载；、是由于纵框架梁对柱的偏心而由、对柱计算轴线产生的弯矩。140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计图2.6竖向可变荷载作用下的计算简图（1）顶层活载计算板：为了计算方便，对于梯形荷载和三角形荷载，可以根据支座弯矩相同的条件，将其化成等效均布荷载和。=1.125集中荷载：、1）传给边柱A、D上的集中力：屋面活载→次梁→柱2）传给中柱B、C上的集中力：屋面活载→次梁→柱（2）标准层活载计算板：为了计算方便，对于梯形荷载和三角形荷载140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计，可以根据支座弯矩相同的条件，将其化成等效均布荷载和。=5.63集中荷载：、1）传给边柱A、D上的集中力：屋面活载→次梁→柱2）传给中柱B、C上的集中力：屋面活载→次梁→柱2．各层集中荷载作用下的集中力矩的计算顶层/m/m标准层/m/m由上面的荷载传递得到竖向恒载下的框架计算简图，如图2.7140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计图2.7框架活载下的计算简图（M单位：）2.5.3内力计算梁端、柱端弯矩采用弯矩二次分配法计算。由于结构和荷载均对称，故计算时可用半框架。弯矩计算过程如图2.8,所得弯矩图如图2.8a。梁端剪力可根据梁上竖向荷载引起的剪力与梁端弯矩引起的剪力相叠加而得到。计算柱底轴力还需考虑柱的自重。1．恒载内力计算(1)弯矩二次分配法计算弯矩140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计计算步骤如下：①因框架结构和作用荷载均对称，仅取半跨进行分析，这时中框梁的相对线刚度应乘以修正系数2，根据各杆件的线刚度计算各结点杆端弯矩分配系数。②计算竖向荷载作用下的各框架梁的固端弯矩，并将各节点的不平衡弯矩进行第一次分配。顶层：；标准层：；①利用弯矩二次分配法得到下面横向框架的弯矩传递过程，如图2.8140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计图2.8弯矩二次分配法计算竖向永久荷载作用下框架弯矩140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计②恒荷载作用下的框架弯矩图如图2.8a所示图2.8a恒载作用下弯矩图（M单位：）（2）恒载作用下梁的剪力以及柱的轴力计算。①梁端剪力由两部分组成A.荷载引起的剪力，计算公式为：；分别为均布荷载（2-3）B.弯矩引起的剪力，计算原理是杆件弯矩平衡即AB跨（2-4）②柱的轴力计算140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计顶层柱顶轴力由节点剪力和节点集中力叠加得到，底层轴力为柱顶轴力加上柱的自重，其余轴力计算同顶层，但需要考虑该层上部柱的轴力的传递。计算过程见表2.1；内力图如图2.9，图2.9a所示。表2.1恒载作用下的梁端剪力及柱轴力层次荷载引起剪力弯矩b引起剪力总剪力柱轴力AB跨BC跨AB跨BC跨AB跨BC跨A柱B柱VA=VBVB=VCVA=-VBVB=-VCVAVBN顶N顶568.6323.240.44069.0723.24136.53116.06455.4416.980.33055.7716.98316.21251.62355.4416.980.85056.2916.98497.21387.2255.4416.980.84056.2816.98677.80522.8155.4416.980.85056.2816.98858.39658.32注：N底=N顶+柱自重标准层柱自重底层柱自重（3）由柱轴力计算柱的剪力（2-5）式中：分别为经弯矩分配后柱的上下端弯矩，L为柱长度。表2.2恒载作用下的端剪力层数边柱AD中柱BCVV557.1229.8322.337.8516.0313.82434.7321.5714.428.8312.4910.59340.2221.1515.730.2812.3910.94240.8527.0917.430.5114.5911.56132.1016.059.3525.3412.617.37140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计图2.9恒载作用下的剪力图（V单位：）140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计图2.9a恒载作用下柱的轴力图（N单位：）2．活载内力计算(1)弯矩二次分配法计算弯矩顶层：；标准层：；140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计①利用弯矩二次分配法得到下面横向框架的弯矩传递过程，如图2.10所示图2.10弯矩二次分配法计算竖向活荷载作用下框架弯矩140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计②活荷载作用下的框架弯矩图如图2.10a所示图2.10a活载作用下弯矩图（M单位：）（2）活载作用下梁的剪力以及柱的轴力计算。①梁端剪力由两部分组成A.荷载引起的剪力，计算公式为：；分别为均布荷载（2-6）B.弯矩引起的剪力，计算原理是杆件弯矩平衡即AB跨（2-7）②柱的轴力计算140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计顶层柱顶轴力由节点剪力和节点集中力叠加得到，底层轴力为柱顶轴力加上柱的自重，其余轴力计算同顶层，但需要考虑该层上部柱的轴力的传递。计算过程见表2.3；内力图如图2.11，图2.11a所示。表2.3活载作用下的梁端剪力及柱轴力层次荷载引起剪力弯矩b引起剪力总剪力柱轴力AB跨BC跨AB跨BC跨AB跨BC跨A柱B柱VA=VBVB=VCVA=-VBVB=-VCVAVBN顶N顶519.445.830.065019.515.8321.878.02472.929.20.57073.4729.16107.1439.37372.929.20.49073.3929.16192.3370.72272.929.20.47073.3729.16277.50102.07172.929.20.72073.6229.16362.92133.42（3）由柱轴力计算柱的剪力（2-8）式中：分别为经弯矩分配后柱的上下端弯矩，L为柱长度。表2.4活载作用下的端剪力层数边柱AD中柱BCVV57.4316.16.035.358.653.59424.7320.211.5216.5812.667.50322.019.810.7315.0212.577.07222.5725.412.2915.2714.777.70114.47.204.199.995.002.90140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计图2.11活载作用下的剪力图（V单位：）140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计图2.11a活载作用下柱的轴力图（N单位：）2.6水平地震作用计算及内力、位移分析根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第5.3.1条得可变荷载的组合值系数。顶层重力荷载代表值包括：屋面及女儿墙自重、50%屋面雪荷载、纵横梁自重、半层柱自重、半层墙体自重。其他层重力荷载代表值包括：楼面恒载、50%楼面均布活荷载、纵横梁自重、楼面上、下个半层的柱高及墙体自重。水平地震作用在房屋的纵向和横向，本例以横向水平地震作用的计算。对于高度不超过40m140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计，以剪切变形为主，且以质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，可采用底部剪力法的简化方法计算水平地震作用。该方法将结构简化为作用于各楼层位置的多质点葫芦串，结构底部剪力与地震影响系数及各质点的重力荷载代表值有关。为计算各质点的重力荷载代表值，先分别计算各楼层梁、柱、板、柱的重量；各楼层墙体的重量，然后按以楼层为中心上下各半各楼层的重量集中于该层的原则计算各质点的重力荷载代表值。2.6.1框架侧移刚度计算1．横向框架线刚度的计算下表为横向框架线刚度的计算表，表中Ec为混凝土弹性模量。为矩形梁截面惯性矩，为考虑翼缘影响，乘以惯性矩增大系数增大系数的梁截面惯性矩，对于中框架梁和边框架梁增大系数分别取2.0和1.5.表2.5横向框架梁线刚度的计算表截面（mmmm）部位跨度（M）Ec()300600边7.85.40.01083.255.60中3.65.40.010812.02．横向框架柱的侧移刚度计算：采用值法对各横向框架柱进行了侧移刚度计算，计算过程见表表2.6边柱AD侧移刚度计算表层数截面层高混凝土惯性矩线刚度（一般层）（一般层）（kN/m）(m×m)（m）（kN/m2）（m4）kN·m（底层）（底层）2-50.60×0.603.93.2510.8×1108000.5050.20217658140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计10.60×0.605.153.2510.8×839000.6670.43816627表2.7中柱BC侧移刚度计算表层数截面层高混凝土惯性矩线刚度(一般层)（一般层）（kN/m）(m×m)（m）（kN/m2）（m4）（kN·m）（底层）（底层）2-50.60×0.603.93.2510.8×1108001.5880.4433872510.60×0.605.153.2510.8×839002.0980.63424067横向框架2~5层D值之和：（38725+17658）=112766横向框架首层D值之和：=（24067+16627）=81388=81388/112766=0.72>0.7，故该框架为规则框架。2.6.2重力荷载标准值计算1.各层梁、柱、板自重标准值柱重力荷载代表值：标准层：底层：板重力荷载代表值：屋面：楼面：梁重力荷载代表值：140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计主梁：次梁：合计2.各层墙（外墙）自重标准值计算（1）女儿墙重女儿墙长墙重（2）内墙自重墙重（3）外墙自重墙重3.各层（各质点）自重标准值计算（1）首层（墙+梁+板+柱）（2）二～四层（墙+梁+板+柱）（3）五层（墙+梁+板+柱）2.6.3重力荷载代表值计算重力荷载代表值G取结构和构件自重标准值和可变荷载组合值之和，各可变荷载组合值系数取为:①雪荷载：0.5，②屋面活载：0.0（不计入）,③按等效均布荷载计算的楼面活载：0.5即重力荷载代表值=恒载+组合值系数活载（1）首层：140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计（2）二～四层：（3）五层:则集中于各楼层标高处的重力荷载代表值计算如图2.12所示图2.12各质点的重力荷载代表值2.6.4横向水平荷载作用下的框架结构的内力和侧移计算1．横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算（1）横向自振周期计算结构顶点的假想侧移由下面公式计算。140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计楼层剪力的计算（2-9）层间相对位移（2-10）结构定点位移（2-11）式中：---集中在k层楼面处的重力荷载代表值；---为把集中在各层楼面处的重力荷载代表值视为水平荷载而得的第i层的层间剪力；---第i层的层间侧移刚度；、---分别为第i、k层的层间侧移；为同层内框架柱的总数。表2.8结构顶点的假想侧移计算见下表层次（mm）（mm）51277.371277.3711276611.3208.541437.22714.5711276624.1197.231437.24157.7711276636.9173.121437.25588.9711276649.6136.211461.07049.978138886.686.6结构基本自振周期计算，对于质量和刚度分布比较均匀的框架结构等，其基本自振周期可按下式计算：（2-12）式中—考虑非结构墙体刚度影响的周期折减系数，取0.7。140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计—假想集中在各层楼面处的重力荷载代表值为水平荷载，按弹性方法所求的的结构顶点假想位移（m）。则0.75s（2）水平地震作用及楼层地震剪力计算根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第5.1.2条规定，高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀，以及近似于单质点体系的结构，可用底部剪力法计算水平地震作用。1）结构总水平地震作用标准值（结构等效总重力荷载），按下式计算：（2-13）式中：---集中于质点i的重力荷载代表值；---等效系数；其大小与结构的基本周期与场地条件有关，当结构基本周期小于0.75s时，此系数可近似取0.85。即2）本设计抗震设防烈度7度，设计地震分组为第二组，场地类别为地面以上Ⅰ类场地，设计地震基本加速度值为0.1g。地震影响系数（2-14）式中：---地震影响系数；---地震影响系数最大值，由抗震设防烈度查表得在多遇地震情况下取0.08（查表得）---特征周期（s）,查表取0.30---曲线下降段的衰减指数，按下式确定T---结构自振周期（s）---阻尼调整系数，按下式确定140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计则3）结构总水平地震作用标准值因根据对分析结果的统计，这个附加的集中水平地震作用可表示为（2-15）式中：---顶部附加地震作用系数，查表可知，当时，---顶部附加水平地震作用---结构总水平地震作用标准值；则各质点水平地震作用的标准值（=1,2,3,4,5）（2-16）各楼层地震剪力按下式计算：式中：---框架地i层的层间剪力---作用在k层楼面处的水平荷载具体计算过程见下表140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计表2.9各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次520.751277.3726505.40.29573.773.7416.851437.224216.80.27067.4141.1312.951437.218611.70.20751.7192.829.051437.213006.70.14536.2229.015.151437.27401.60.08220.5249.51461.089742.21.000各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度分布图见图2.13（a）重力荷载代表值(b)水平地震作用分布图(c)层间剪力分布图图2.13各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度分布图140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计（3）水平地震作用下的位移计算为防止框架抗震墙的框架—抗震墙等结构中的非结构构件在多遇地震作用下，按弹性方法计算的楼层层间最大位移应符合下式要求：（2-17）式中：---为多遇地震作用标准值产生的楼层内最大的层间弹性位移；h---为计算楼层高；---为弹性层间位移角限值，钢筋混凝土框架为；由《建筑抗震设计规范》GB50011—2010第5.5.1条规定的位移角限值。由于建筑总高度小于50m,故不用考虑结构的顶点位移与总高度之比，因此顶点位移满足要求。水平地震作用下框架结构的层间位移及结构顶点位移分别按下列各式计算，计算过程见下表。表中还算出了各层的层间弹性位移角（2-18）式中：---层间位移；---结构顶点位移表2.10横向地震作用下的位移验算层次573.71127660.658.7139001.674141.11127661.258.0639003.213192.81127661.716.8139004.382229.01127662.035.1039005.211249.5813883.073.0751505.96由表可见，最大层间弹性位移角发生在第一层，其值为140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计，满足弹性层间位移角限值的规定，其中，由规范查得。（4）水平地震作用下的框架内力计算计算水平荷载作用下的内力一般有两种方法。一种是反弯点法，另一种是D值法。对第三轴线横向框架内力进行计算。反弯点法在考虑柱侧移刚度d时，假设节点转角为，亦即恒梁的线刚度假设为无穷大。对于层数较多的框架，由于柱轴力大，柱截面也随着增大，梁柱相对线刚度比较接近，甚至有时柱的线刚度反而比梁大，这样，上述假设将产生较大误差误。D值法对框架柱的侧移刚度和调整反弯点高度做了修正。D值法的改进之处：柱的侧移刚度不仅与柱本身线刚度和层高有关，而且还与梁的线刚度有关。当横梁刚度与柱子线刚度的比不是很大时，柱子两端相差较多，尤其在最上和最下层，其反弯点并不在柱的中央。显然，影响柱子两端节点转角的主要因素有以下三项：梁柱线刚度比；该柱所在楼层的位置；上下梁相对线刚度的比值；上下层层高的变化。修正后的柱侧移刚度用D表示，此法又称“D值法”，它是对反弯点法求多层框架内力的一种改进。1）计算依据由求得框架第i层的层间剪力后，层柱分配的剪力及该柱上、下端的弯矩、分别按下列各式计算：柱端剪力：（2-19）下端弯矩：（2-20）上端弯矩：（2-21）（2-22）式中,—层柱的侧移刚度；—为该层柱的计算高度；—框架柱的反弯点高度比；—框架柱的标准反弯点高度比，根据上下梁的平均线刚度和柱的相对线刚度的比值，总层数，该层位置140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计，由表查出。—上下层梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值，根据上下梁相对线刚度比值及查得，对于最下层可不考虑。—上下层层高变化时反弯点高度比的修正值。由上层层高对该层层高的比值及查得，对于最上层可不考虑。—上下层层高变化时反弯点高度比的修正值。由下层层高对该层层高的比值及查的，对于最下层可不考虑。其中，、、、查附录中的表可得。其中是根据表：倒三角形分布水平荷载下各层柱标准反弯点高度比查得。本设计中底层柱需考虑，第2层柱需考虑修正值，其余柱均无需修正。具体计算过程及结果见下表，表2.11地震作用下各层柱端弯矩及剪力计算柱型层次边柱AD53.973.71127661765811.540.5050.3013.531.543.9141.11127661765822.10.5050.434.551.733.9192.81127661765830.20.5050.4553.064.823.9229.01127661765835.90.5050.5172.068.115.15249.5813881662751.00.6670.69181.081.7柱型层次边柱BC53.973.71127663872525.31.590.3837.461.243.9141.11127663872548.51.590.4585.1104.033.9192.81127663872566.21.590.5129.1129.123.9229.01127663872578.61.590.5153.3153.315.15249.5813882406773.82.100.56226.1125.8140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计注：表中M单位为，V单位为.2）梁端弯矩、剪力及柱轴力别按下式计算。其中梁线刚度取自表2.5，具体计算过程见表2.12。梁端弯矩、剪力以及柱轴力分别按下列各式计算：（2-23）式中:、---分别表示节点左右梁的线刚度；、---分别表示节点左右梁的弯矩；---为柱在层的轴力，以受压为正。表2.12地震作用下梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层数A柱端弯矩AB跨B柱端弯矩BC跨C柱端弯矩CD跨ABBCCD531.531.519.4661.241.7441.7461.219.4631.5465.265.244.97141.496.4396.43141.444.9765.2399.399.368.12214.2146.1146.1214.268.1299.32121.1121.189.80282.4192.6192.6282.489.80121.11153.7153.797.72307.3209.6209.6307.397.72153.7层次边梁走道梁柱轴力边柱中柱531.519.467.86.5341.7441.743.623.19-6.53-16.66465.244.977.814.1296.4396.433.653.57-20.65-56.11140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计399.368.127.821.46146.1146.13.681.16-42.11-115.82121.189.807.827.04192.6192.63.6107.0-69.15-195.81153.797.727.832.23209.6209.63.6116.43-101.4-280.0注：1）柱轴力中的负号表示拉力。当为左地震作用时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。2）表中量纲为，量纲为，量纲为。（5）水平地震作用下框架的内力图图2.14水平地震作用下框架弯矩图（M单位：）140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计图2.14a水平地震作用下框架剪力轴力图（V单位：）2.7风荷载作用下的位移验算及内力计算2.7.1风荷载标准值风荷载标准值按下式计算（）（2-24）式中：---基本风压；按由《建筑结构荷载规范》（GB50009-2010）全国基本风压分布图，给出的年一遇的风压采用，徐州地区为；140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计---风荷载体型系数；应按《荷载规范》规定采用，迎风面0.8，被风面-0.5；---风压高度变化系数；查表得出，按地面粗糙度C类，为有密集建筑群的城市市区；---高度z处的风振系数。《荷载规范》规定，对于高度大于30且高宽比大于1.5的房屋结构，应采用风振系数来考虑风压脉动的影响。本设计房屋高度H=20.75m<30m,且,则不考虑，取1.0仍取轴线横向框架，其负载宽度为7.2m,则沿房屋高度的分布风荷载标准值（），由《荷载规范》根据各楼层标高处的高度用插入法求得。风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载。其中榀框架各层节点的受风面积，取上层的一半和下层的一半之和，顶层取到女儿墙顶，底层的计算高度应从室外地面算起。具体计算过程见下表表2.13风荷载标准值计算表层次女儿墙顶21.551.0001.30.8520.750.9631.30.850.350.3872.7860.82.757.66416.850.7821.30.780.350.3552.563.93.99.98312.950.6011.30.740.350.3371.823.93.97.1029.050.4201.30.740.350.3371.823.93.97.1015.150.2391.30.740.350.3371.824.24.057.37140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计1）左风荷载计算简图如图2-15所示：图2．15等效节点集中左风荷载计算简图（F单位：）2.7.2风荷载作用下的框架结构的内力和侧移计算（1）风荷载作用下的框架结构的内力和侧移计算过程与地震载作用下的框架结构的内力和侧移计算相同，在此略。表2.14风荷载作用下的位移验算层次57.661127660.0681.20739000.17417.641127660.1561.13939000.40324.741127660.2190.98339000.56231.841127660.2820.76439000.72139.21813880.4820.48251500.94140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计由表可见，最大层间弹性位移角发生在第一层，其值为，满足弹性层间位移角限值的规定，其中，由规范查得。表2.15风载作用下各层柱端弯矩及剪力计算柱型层次边柱AD53.97.66112766176581.200.5050.301.403.2843.917.6112766176582.760.5050.44.316.4633.924.7112766176583.870.5050.456.798.3023.931.8112766176584.990.5050.5110.09.4615.1539.281388176588.510.6670.6930.213.6柱型层次边柱BC53.97.66112766387252.63.1.590.383.906.3643.917.6112766387256.061.590.4510.613.033.924.7112766387258.501.590.516.616.623.931.81127663872510.91.590.521.321.313.939.2813882406711.62.100.6035.524.2注：表中M单位为，V单位为.140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计表2.16风载作用下梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层数A柱端弯矩AB跨B柱端弯矩BC跨C柱端弯矩CD跨ABBCCD53.283.282.026.364.344.346.362.023.2847.867.865.3716.911.511.516.95.377.86312.612.68.6627.218.618.627.28.6612.6216.316.312.137.926.826.837.912.116.3123.623.614.545.531.031.045.514.523.6层次边梁走道梁柱轴力边柱中柱53.282.127.80.684.344.343.62.41-0.68-1.7347.865.377.81.7011.511.53.66.41-2.38-6.44312.68.667.82.7318.618.63.610.3-5.11-14.0216.312.17.83.6325.825.83.614.4-8.74-24.8123.614.57.84.8831.031.03.617.2-13.6-37.1注：1）柱轴力中的负号表示拉力。当为左风作用时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。2）表中量纲为，量纲为，量纲为。（2）风荷载作用下框架的内力图140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计图2.16风荷载作用下的框架弯矩图（M单位：）140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计图2.16a风荷载作用下的框架剪力轴力图（V/F单位：）2.8横向框架内力组合本设计中内力组合的具体设计内容，通过设计任务的调整，利用PKPM设计软件完成。2.8.1结构抗震等级钢筋混凝土房屋应根据烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级。本结构为高19.8m的钢筋混凝土房屋，设防烈度7度，根据《抗震规范》可知，抗震等级为三级。140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计2.8.2框架梁内力组合荷载组合时，为使框架结构的水平构件先于竖向构件屈服，即强减弱弯，形成粱铰破坏机制，同时避免粱支座处负筋拥挤现象，竖向荷载内力，两端取0.85的放大系数。相应的跨中弯矩也增大。按照框架活载全部作用于框架梁上求得的跨中弯矩乘以1.2的放大系数。本工程考虑了三种内力组合，即：非抗震：1.2恒+1.4活1.35恒+0.7×1.4活1.2恒+0.9×1.4(活+风)抗震：1.2×(恒＋0.5活)＋1.3地震对于本工程来说，[(1.2恒+1.4风)]和[1.2恒+0.9×1.4(活+风)]这两种内力组合，与考虑地震作用的组合相比较小，对结构设计不起控制作用，故不考虑。本工程在计算时，对竖向荷载作用下的梁支座弯矩没有进行调幅。对于框架梁，一般只组合支座截面-和以及跨中截面的。柱的最不利内力有下列三种形式：①及相应的N、V。②及相应的、V。③及相应的、V。选底层边柱1和底层边梁1进行电算组合结果如下：PKPM软件进行计算以及内力组合时考虑了活荷载的不利布置，对各种布置下的活载内力计算形成内力包络图如下图所示。140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计图2.17剪力包络图140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计图2.18弯矩包络图140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计图2.19轴力包络图PKPM计算（见附表1，附表2）给出了每根梁的56种组合情况下弯矩、轴力、剪力数值大小，并从该56种组合中选取不同截面的控制组合对梁进行配筋。本节中选取部分和梁的控制组合结果摘录如下：表2.17梁1（底层边梁）控制组合结果V=124.39NO.53Vr=113.23NO.15Asv/s=0.44Asmin=470.37Umaxb=0.0033Umaxt=0.006(B=0.30,H=0.60,L=7.80Rc=40)续表140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计梁下部截面1234567M-75.41-0.24-27.11-64.28-93.37-114.70-111.1As(1)4701137329483597578As(2)470000000梁上部截面1234567M266.91187.79115.2262.9718.5400As(1)10727394462417000As(2)1072000000梁下部截面8910111213M-109.19-109.2-107.32-94.56-869.8-77.31As(1)567477414364334470As(2)00000470梁上部截面8910111213M00026.8383.01223.75As(1)00013.6428889As(2)00000889PKPM给出了梁、柱56种组合情况。从该56中组合中选取4种控制组合对柱的配筋及轴压比验算。在梁的配筋设计中则对梁选择13个截面，分别选择这些截面的上部和下部控制组合下的内力对不同截面进行配筋。具体分析如下：以梁1为例（见附表2），从56种组合中选择对梁13个截面的控制弯矩大小进行上下截面的配筋。另外选择组合15和组合53，分别为梁左支座和梁右支座处剪力最大所对应的组合用于梁箍筋的配置。2.8.3框架柱内力组合框架柱的控制截面为柱上、下端截面。其中，框架柱控制截面最不利内力组合一般有以下几种：①︱M︱max及相应的N和V；②Nmax140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计及相应的M和V；③Nmin及相应的M和V；④︱V︱max及相应的N。这四组内力组合的前三组来计算柱在正截面受压承载力，以确定纵向受力钢筋数量，第四组用以计算斜截面受剪力以确定箍筋数量。PKPM计算给出了每根柱的56种组合情况下弯矩、轴力、剪力数值大小，并从该56种组合中得到4种控制组合用于柱配筋及验算。另外，PKPM给出了底层4根柱的柱底标准组合用于基础结构设计，其中每根柱考虑26种组合。本节中选取部分柱控制组合及配筋结果摘录如下（选取具代表性的两根边柱和两根中柱，柱编号见图2.15）：表2.18柱1（底层边柱）控制组合结果(B=0.600,H=0.600,Lx=5.15,Ly=5.15Rc=40)柱底柱顶组合号弯矩轴力剪力弯矩轴力剪力156.882230.6413.77-14.03-2175.02-13.7713-21.532838.87-10.11-30.56-2776.3010.11.51-276.922528.67-80.19-137.48-2394.6480.1753-275.412751.50-79.20-133.38-2515.88-79.20No.1Vc=13.77N=2175.02No.53N=2515.88轴压比=0.366PKPM给出了梁、柱56种组合情况。从该56中组合中选取4种控制组合对柱的配筋及轴压比验算。在梁的配筋设计中则对梁选择13个截面，分别选择这些截面的上部和下部控制组合下的内力对不同截面进行配筋。具体分析如下：以柱1为例（见附表1），从56种组合中选择的控制组合为以下四种：NO.1、NO.13、NO.51、NO.53。另外，组合56情况下，其柱顶弯矩较大而轴力最小，用于控制柱顶截面的受力主筋配置；组合51情况下，其剪力最大且轴力较大，用于控制柱箍筋的配置；组合53情况下，柱底轴力最大用于验算轴压比，显然轴压比0.366满足要求。2.8.4梁柱弯矩设计值调整承载力抗震调整系数140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计从理论上，抗震设计中采用的材料强度设计值应高于非抗震设计时的材料强度设计值。但实际上在抗震设计中仍采用非抗震设计时的材料强度设计值，而是通过引入承载力抗震调整系数来提高其承载力。对于轴压比小于0.15的偏心受压柱，因柱的变形能力与梁接近，故其承载力抗震调整系数与梁相同。表2.19承载力抗震调整系数受弯梁偏压柱受剪轴压比〈0.15轴压比〉0.150.750.750.800.85考虑地震作用时，横向框架梁的截面设计采用下面的表达式：（2-25）式中：—框架梁内力组合设计值，包括组合的弯矩和剪力的设计值；—框架梁承载力设计值；—承载力抗震调整系数，由《建筑抗震设计规范》GB50011-2001表5.4.2查得。因此，框架梁截面设计时，组合表中与地震作用组合的内力均应乘以后，进行框架梁截面配筋。为了避免框架柱脚过早屈服，一、二、三级框架的梁柱节点处，除框架顶层和柱轴压比小于0.15者及框支梁与框支柱的节点处，柱端组合弯矩设计值应符合下式要求：（2-26）式中：——节点上下柱端截面弯矩设计值之和，上下柱端的弯矩设计值可按弹性分析分配；——节点左右梁端截面组合的弯矩设计值之和；——柱端弯矩增大系数，一级框架取1.7，二级框架取1.5，三级框架取1.3。抗震设计时，三级框架柱的柱端部的剪力设计值应按下式调整：（2-27）式中：V——为柱端截面组合的剪力设计值；140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计——为柱的静高；——分别为柱的上下端顺时针或反时针方向截面组合的弯矩设计值，应符合上述柱端弯矩设计值调整的要求；——为柱端剪力增大系数，一级框架取1.3，二级框架取1.2，三级框架取1.1。2.9框架截面设计2.9.1框架梁以第一层AB框架梁的计算为例,说明计算方法和步骤。1、梁的最不利内力经以上计算可知，梁的最不利内力如下：跨间：=114.7×1.2=137.6kN·m支座A：=137.5KN·m支座B：=112.3KN·m调整后剪力：V=310.87kN2、梁的正截面受弯承载力计算抗震设计中，对于楼面现浇的框架结构，梁支座负弯矩按矩形截面计算纵筋数量，跨中正弯矩按T形截面计算纵筋数量，跨中截面的计算弯矩，应取该跨的跨间最大弯矩或支座弯矩与1/2简支梁弯矩之中的较大者，依据上述理论，得：1)考虑跨间最大弯矩处按T形截面设计，翼缘计算宽度按跨度考虑，取==2.9m=2900mm；按梁间距考虑时,=b＋Sn=300＋7200=7500mm；按翼缘厚度考虑时，h0=600-25=575mm,/h0=100/575=0.174＞0.1,此种情况不起控制作用,故取:=2900mm。梁采用混凝土强度等级为C40,，梁内纵向钢筋选Ⅲ级热轧钢筋（==360N/mm2）因为：（-）=1.0×19.1×2900×100×（575-）=2908.0kN·m＞137.6kN·m140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计属第一类T形截面。下部跨间截面按单筋T形截面计算：===0.0075=1-=0.0075=0.996=实配钢筋416，=804mm2==max=0.21％，满足要求。梁端截面受压区相对高度：==＜=0.35满足抗震设计要求。2)考虑两支座处由《抗震结构设计》第五章第5.4.1（2）提高梁延性的措施知，在计算粱端该截面受压区高度时，由于受压钢筋在梁铰形成时呈现不同程度的压曲失效，一般可按受压钢筋面积的60%且不大于同截面受拉钢筋的30%考虑。将下部跨间截面的416钢筋伸入支座，作为支座负弯矩作用下的受压钢筋，=804mm2，再计算相应的受拉钢筋，即：支座A上部：==可近似取:140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计==实配钢筋：416，=804mm2支座Bl上部：==实配钢筋：216＋216，=804mm2==max=0.21％，满足要求。/=1＞0.3，满足梁的抗震构造要求。3、梁斜截面受剪承载力计算1)验算截面尺寸==575mm/b=575/300=1.92＜4，属于厚腹梁；=0.25×1.0×19.1×300×575=824kN＞310.87kN可知，截面符合条件。2)验算是否需要计算配置箍筋=0.7×1.71×360×575=247.8kN＜V=310.87kN故：需要按构造配置箍筋3)箍筋选择及梁斜截面受剪承载力计算梁端加密区箍筋根据《建筑抗震设计规范》表6.3.3的要求，跨中非加密区箍筋选用双肢箍筋8@200,加密区箍筋选用双肢8@100，加密区长度取1.5h=1.5×600=0.95m，箍筋采用Ⅰ级HPB300热轧钢筋，＝270N/mm满足构造要求。配筋图（跨中）如图2.17所示：140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计图2.20梁配筋图（跨中）2.9.2框架柱1、柱截面尺寸验算根据《抗震规范》，对于三级抗震等级，剪跨比宜大于2，轴压比小于0.9，在框架结构设计中，为了体现“强柱弱梁”的原则，《建筑抗震设计规范》第6.2.2条规定，一、二、三级框架的梁柱节点处，除框架顶层和柱轴压比小于0.15者外，柱端组合的弯矩设计值应符合下式要求：（2-28）式中—节点上下柱端截面顺时针或逆时针方向组合的弯矩设计值之和，上下柱端的弯矩设计值，可按弹性分析分配；140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计—节点左右梁端截面逆时针或顺时针方向组合的弯矩设计值之和；—柱端弯矩增大系数，一级取1.7，二级取1.5，三级取1.3。除排架结构柱外，其他偏心受压构件考虑轴向压力在挠曲杆件中产生的二阶效应后控制截面的弯矩设计值为：（2-29）（2-30）（2-31）（2-32）下表给出了框架柱各层剪跨比和轴压比计算结果。注意：表中的Mc、Vc和N都不应考虑抗震调整系数，由表可见，柱的剪跨比和轴压比均满足规范要求。表2.20边柱的剪跨比和轴压比验算柱号层次b(mm)(mm)(N/mm2)(kN/m)N(kN)(kN)/N/bA560057519.1133.929014.516.1＞20.044＜0.9460057519.1166.253656.85.1＞20.081＜0.9360057519.1216.075978.24.8＞20.115＜0.9260057519.1248.896087.94.9＞20.146＜0.9160057519.1310.9132098.25.5＞20.200＜0.9表2.21中柱的剪跨比和轴压比验算柱号层次B(mm)(mm)(N/mm2)(kN/m)N(kN)(kN)/N/bB560057519.1132.2230.010.621.7＞20.035＜0.9460057519.1107.5618.022.98.16＞20.094＜0.9360057519.1128.2997.029.57.56＞20.15＜0.9260057519.1132.5137030.67.53＞20.21＜0.9160057519.1276.9175267.87.10＞20.27＜0.9140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计2、柱正截面承载力计算以首层A柱底为例说明，根据A柱内力组合表，近似取支座中心处弯矩，并与柱端组合弯矩比较后，选出最不利内力进行配筋。1)最不利组合一：=310.9kN·m×1.15=357.5kN·m，N=1320.0kN附加偏心距取20mm和偏心方向截面尺寸的1/30两者中的较大值，即：600/30=16mm，故取20mm轴向力对截面重心的偏心距=M/N=357.5×106/（1320.0×103）=271mm柱的计算长度，根据《抗震设计规范》，对于现浇楼盖的底层柱初始偏心距：=+=271+20=291mm根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010中6.2.3条规定，弯矩作用平面内截面对称的偏心受压构件，当同一主轴方向的杆端弯矩比不大于0.9且轴压比不大于0.9时，若构件的长细比满足下式的要求，可不考虑轴向压力在该方向挠曲杆件中产生的附加弯矩影响；否则应按截面的两个主轴方向分别考虑轴向压力在挠曲杆件中产生的附加弯矩影响。（2-33）式中：、—分别为已考虑侧移影响的偏心受压构件梁端截面按结构弹性分析确定的对同一主轴的组合弯矩设计值，绝对值较大端为，绝对值较小端为，当构件按单曲率弯曲时，取正值，否则取负值；—构件的计算长度，可近似取偏心受压构件相应主轴方向上下支撑点之间的距离；—偏心方向的截面回转半径。140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计，初步判别为大偏心。轴向力作用点至受拉钢筋合力点之间的距离：对称配筋：=/h0=N/=1320.0×103/(19.1×600×575)=0.201＜=0.518为大偏压情况。==[N-(1-0.5)]//(-)==313.5mm21)最不利组合二：=305.04kN·m×1.15=350.8kN·m，=1320.5kN附加偏心距取20mm和偏心方向截面尺寸的1/30两者中的较大值，即：600/30=20mm，故取20mm轴向力对截面重心的偏心距=M/N=350.8×106/（1320.5×103）=265.7mm柱的计算长度，根据《抗震设计规范》，对于现浇楼盖的底层柱初始偏心距：=+=265.7+20=285.7mm，初步判别为大偏心。轴向力作用点至受拉钢筋合力点之间的距离：对称配筋：=/h0=N/=350.8×103/(19.1×600×575)=0.053＜=0.518为大偏压情况。140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计==[N-(1-0.5)]//(-)==275.2mm21)最不利组合三：=2589.3kN,=3.31kN·m×1.15=3.81kN·m附加偏心距取20mm轴向力对截面重心的偏心距：=M/N=3.81×106/（2589.3×103）=1.47mm初始偏心距：=+=1.47+20=21.47mm=21.47mm＜0.3=0.3×575=172.5mm故为小偏心受压轴向力作用点至受拉钢筋合力点之间的距离：=+/2-=21.47+600/2-25=296.5mm=+（2-34）按上式计算时，应满足N＞及Ne＞0.43；因为N=2589.3kN＜=0.518×19.1×600×575=3413.4kN,故可按构造配筋，且应满足=0.7％，单侧配筋率＞0.2％，故:==bh=0.2％×600×600=720mm2选420（==1256mm2）总配筋率=3×1256/（600×600）=1.047％＞0.7％（柱截面纵向钢筋的最小配筋率）3、柱斜截面受剪承载力计算以第一层柱为例进行计算，由前可知，上柱柱端弯矩设计值：140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计=248,8kN·m=310.9kN·m根据《建筑抗震设计规范》（GB50010-2010）第11.4.3规定，一、二、三级的框架柱组合的剪力设计值应按下式调整：（2-35）式中、—分别为柱上、下端顺时针或逆时针方向截面组合的弯矩设计值；—柱的净高度；—柱剪力增大系数，一级取1.2，二级取1.3，三级取1.2。则框架柱的剪力设计值：V==1.1×（248.8+310.9）/（5.15-0.1）=121.91kN根据《混凝土结构设计规范》第11.4.7条，框架柱斜截面受剪承载力应符合下列公式：（2-36）式中—框架柱的剪跨比，可取，此处，为柱净高；当<1.0时，取=1.0；当>3.0时，取=3.0；—当考虑地震作用组合的框架柱轴向压力设计值，当。==0.016＜0.2(截面符合要求)=310.9×103/(121.91×575)=4.4＞3(取=3.0)其中：取柱上下端的较大值，与相应的轴力：140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计N=1320.0kN<0.3=0.3×19.1×600×575=1976.9kN故取N=1320.0kN=＜0故只需按照构造配置箍筋，根据《混凝土结构设计规范》表11.4.12-2规定，加密区长度取截面高度、和（底层为）三者中的最大值，故柱底加密区的长度取。根据构造要求，三级抗震等级的框架柱箍筋加密区的最大间距为，中的较小值，柱根取，为柱纵向钢筋的直径。故柱端加密区箍筋选用48@100。经计算得第一层中柱的轴压比，根据《混凝土结构设计规范》查得柱箍筋加密区的箍筋的最小配筋特征值，则最小体积配筋率为：柱箍筋的体积配筋率：，满足要求。非加密区还应满足，故柱非加密区箍筋配置为48@200，柱端箍筋配置为48@100。柱的配筋图如图2.18所示：140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计图2.21柱配筋图（柱底）140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计2.10楼板设计图2.22楼板布置图以标准层的楼板为例进行说明。现浇钢筋混凝土楼板的厚度为,混凝土强度等级采用C35级，钢筋采用HPB300级。按双向板计算以图中③～④轴线间的A区格计算为例。（1）荷载计算：恒载标准值计算：活载标准值计算：荷载设计值：（2）计算跨度：中跨，为轴线间距；边跨，为边梁宽。因为该区格为边跨，故，。（3）内力计算：取宽的板计算板跨中弯矩及支座最大负弯矩，由：（为短跨方向，140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计为长跨方向）查《实用建筑结构设计手册》得：kN·m/mkN·m/mkN·m/mkN·m/m（4）截面设计截面有效高度计算：跨中截面，短跨方向；长跨方向；支座截面近似取，由于该板与梁整体现浇，故跨中截面与支座截面弯矩设计值应折减20%。计算配筋时，取内力臂系数，则，具体计算结果表2.22所示以方向为例计算。，实配钢筋为10@180（）。表2.22板A的配筋计算结果截面折减后配筋实有跨中方向804.704171.910@180436方向701.68861.7010@200393支座方向808.48309.910@125628方向805.67207.28@100503140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计2.11楼梯设计本节所设计的是建筑物的中部楼梯，其建筑布置图如图2.27所示。底层高，楼梯踏步尺寸：。采用板式楼梯，混凝土强度等级为C35，梯段板与平台梁采用HRB400钢筋，平台板采用HPB300钢筋，楼梯上均布荷载标准值。图2.23楼梯平面布置图2.11.1楼梯梯段板设计板倾斜度，，梯段板板厚为梯段斜板板长l/30，故，取宽板带计算。（1）荷载计算恒载计算水磨石面层三角形踏步140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计150厚混凝土斜板20厚板底抹灰楼梯扶手重恒荷载标准值合计活荷载标准值荷载分项系数：总荷载设计值：（2）截面设计板水平计算跨度，取板的保护层厚度为，则板有效高度，考虑斜板两端与平台梁整体相连的嵌固作用，则弯矩设计值kN·m则则配筋率：满足要求。实配钢筋：10@150（），分布钢筋为8@200。2.11.2平台板设计平台板的板厚取，取宽板带计算，钢筋选用HRB400,混凝土强度等级为C35。140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计（1）荷载计算磨光水磨石面层100厚混凝土斜板20厚板底抹灰恒荷载标准值合计活荷载标准值荷载分项系数：总荷载设计值：（2）截面设计板的计算跨度：，板的有效高度：，则弯矩设计值kN·m则选配8@200,AS＝251mm2则配筋率：满足要求2.11.3平台梁设计平台梁截面：，钢筋选用HRB400，混凝土强度等级为C35。（1）荷载计算梁自重20厚梁侧粉刷140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计平台板传来的恒载梯段板传来的恒载恒荷载标准值合计活荷载标准值荷载分项系数：总荷载设计值：（2）截面设计梁的跨度，计算跨度，按简支梁计算跨中弯矩和梁端剪力：kN·m截面按倒L形梁计算：①梁正截面承载力计算：翼缘宽度，翼缘厚度，梁的有效高度，则，故按第一类T形截面计算。实配钢筋选用216（），梁上部钢筋选用216，则配筋率：140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计满足要求。②梁斜截面受剪承载力计算：截面校核：，属厚腹梁，混凝土强度等级为C35,不超过C50，则，按式验算，则截面尺寸满足要求。判断是否按计算配置箍筋：故无需计算配置箍筋，按构造配置箍筋。140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计2.12基础设计设计基础的荷载包括：①框架柱传来的弯矩、轴力和剪力（可取设计底层柱的相应控制内力），②基础自重，回填土的重量。基础类型的选取：由于本建筑柱距较大为7800mm，因而采用柱下独立基础。本节设计内容以轴线3～3对应框架边柱为例，具体计算如下：该榀框架四根柱子柱距分别为7800mm，3600mm，7800mm.基础梁截面尺寸选取本设计为三级抗震框架，独立基础间应设置基础梁，基础梁尺寸：，取，取1、荷载选取：《建筑抗震设计规范》规定：不超过8层且高度在24m以下的一般民用框架房屋可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算。本设计为高度19.8m的5层综合教学楼，所以不需要进行天然地基及基础的抗震承载力验算。（1）基础冲切验算及配筋计算采用荷载基本组合柱底内力基本组合具体数据摘录如下表。表2.23柱底内力基本组合表荷载类别276.922528.67-80.19-21.532838.87-10.11（2）计算基础面积以及地基承载力验算时用荷载标准组合柱底内力标准组合具体数据摘录如下表。表2.24柱底内力标准组合荷载类别214.192098.92-62.26140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计-47.692198.47-16.83基础梁顶的机制砖墙砌到室内地面标高处。基础梁重G=0.25m0.4m(7.8-0.6)0.525=9.0kN基础梁上墙荷载重:则基础梁传给基础的荷载为：该工程框架层数不多，地基土较均匀且柱距较大，所以选择独立基础，根据地质报告，基础埋深在粘土以下，取基础砼强度等级为C35，，钢筋采用HRB400，，HPB300，，垫层厚，素砼，每边比基础宽出。2.、基础尺寸及埋置深度初步确定基础的计算：（1）、选择基础埋深,按《建筑地基基础设计规范》要求，当采用独立基础时，基础埋深指基础底面到室内地面的距离，至少取建筑物高度的1/15，取基础高度h＝0.75m，则基础埋深d＝1.50m（2）、地基承载力的深度修正当基础宽度大于3m或埋深大于0.5m时地基承载力按下式修正（2-37）式中，ηb、ηd——基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，根据粘土的物理性质，查地基承载力修正系数表ηb＝0.3、ηd＝1.6b——基础底面宽度（m），当b<3m按3m取，b>6m按6m取，先暂取3mγ－基础底面以上土的重度，取20kN/m2γm－基础底面以下土的加权平均重度，取20kN/m2综上，＝200+0.3×20×（3-3）+1.6×20×（1.50-0.5）=232kN/m2140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计（3）、基础底面尺寸轴心受压时，假定基础地面的基底压力为均布分布，设计时应满足下式：（2-38）式中：——相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力，；——上部结构传至基础顶面的竖向力设计值，kN;——基础自重设计值和基础上的土自重，kN。对一般实体基础，可近似取（为基础自重和其上土重的平均重度，可取=20）——修正后的地基承载力特征值将表达式代入上式，并满足，可得但考虑到偏心荷载作用应力分布不均匀，故将计算出的基底面积增大20%~40%，当采用正方形基础底面形式时，b=l=3.2m=3200mm>3000mm则需对进行再次修正，故则，则取。4、地基承载力验算根据规范，地基承载力验算公式140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计①②第一组内力组合：组合下地基承载力验算：=214.19，=62.26KNW=1/6b==10.67显然，，，，满足要求。第二组内力组合：组合下地基承载力验算：=47.69kN/，=2198.47kN,V=16.83140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计显然，，，综上所述，地基承载力满足要求。5、基础高度验算独立基础除应满足构造要求外，还应根据柱与基础交接处混凝土抗冲切承载力要求确定。此外，还应满足抗剪承载力的要求。本设计中需验算柱与基础交接处的受冲切承载力（1）对柱基础截面进行抗冲切验算，采用下列公式计算：①（2-39）②（2-40）按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）第8.2.7条，当时,取。当时,取，其间按线性内插法取用。式中：—受冲切承载力的截面高度影响系数。—冲切破坏锥体最不利一侧的计算长度，。—冲切破坏锥体最不利一侧斜截面上边长，计算柱与基础交接处的受冲切承载力时取柱宽,=0.5m；—冲切破坏锥体最不利一侧斜截面下边长，取柱宽加俩倍基础有效高度；—冲切验算取用的部分基底面；。即为：取=50mm,采用C35级混凝土：=+2=0.6+2=2.0m=(0.6+2.0)/2=1.3140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计=—按荷载效应基本组合计算并考虑结构重要性系数的基础地面基反力设计值（扣除基础自重及其上的土自重），当为偏心受力可取用最大的地基反力设计值；组合下冲切验算：=276.92，=2528.67,=80.19kN组合下冲切验算：=21.53，=2838.87,=10.11kN综上所述，基础冲切验算满足要求6、基础底板配筋计算140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计基础底板在地基压力的作用下，两个方向均存在弯矩，需对底板两个方向都配置受力钢筋，控制截面取在柱与基础的交接处，计算时地基基础视作固定在柱边的四面挑出的悬臂板①︱M︱max组合下配筋计算：=276.92，=2528.67,=80.19kN则截面矩:截面弯矩:－截面I－I至基底边缘最大反力处的距离，则,则实配钢筋:16@200（）。140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计实配钢筋:16@200（）。②Nmax组合下配筋计算：=21.53kN/，=2838.87kN,V=10.11则截面矩:截面弯矩:－截面I－I至基底边缘最大反力处的距离，则,则140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计实配钢筋:16@200（）。实配钢筋:16@200（）。经比较两组荷载知，组合下配筋起控制作用，则基础的最终配筋为：长边方向（）：16@200；短边方向（）：16@200。140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计140 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中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计附录附录1.混凝土柱1截面类型=1;布置角度=0;计算长度：Lx=5.15,Ly=5.15构件长度=5.15;计算长度系数:Ux=1.00Uy=1.00抗震等级:三级截面参数:B=600,H=600设计规范:砼规范GB50010-2010柱下端柱上端组合号MNVMNV156.882230.6413.7714.03-2175.02-13.77258.851853.7914.6716.68-1807.44-14.673-80.532291.64-24.53-45.81-2236.0224.534-78.561914.79-23.63-43.16-1868.4423.635-5.892354.68-2.53-5.95-2482.022.596-3.921977.82-1.63-3.31-2114.431.697-9.152609.26-4.06-10.92-2674.764.108-27.112582.77-13.49-43.59-2344.2013.449-25.132205.92-12.60-40.94-1976.6112.5410-24.002768.93-11.73-37.27-2578.2811.6911-23.572682.70-11.18-34.01-2627.0811.1812-21.602305.84-10.28-31.36-2259.4910.2813-21.532838.87-10.11-30.56-2776.3010.1114-9.422254.76-4.85-15.53-2199.144.8515-7.451877.90-3.95-12.89-1831.553.9516-11.622539.32-5.68-17.63-2476.745.681735.342336.388.9612.00-2463.72-8.901837.311959.529.8614.65-2096.13-9.8019-47.112372.98-14.02-23.91-2500.3214.0820-45.141996.12-13.12-21.26-2132.7313.182114.122564.47-2.00-25.64-2325.901.952216.092187.62-1.11-22.99-1958.311.0523-68.332601.07-24.99-61.54-2362.5024.9324-66.362224.22-24.09-58.89-1994.9124.032517.652664.400.31-16.06-2608.78-0.312619.622287.541.21-13.41-2241.19-1.2127-64.792701.00-22.67-51.96-2645.3822.6728-62.822324.14-21.77-49.31-2277.7921.772931.802236.466.642.42-2180.84-6.643033.771859.607.545.07-1813.25-7.5431-50.642273.06-16.34-33.49-2217.4416.34140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计32-48.671896.20-15.44-30.84-1849.8515.443361.042296.1215.7620.99-2368.57-15.723463.011919.2616.6623.63-2000.98-16.6235-76.372357.12-22.54-38.86-2429.5722.5836-74.401980.26-21.64-36.21-2061.9821.683746.182455.798.09-5.36-2272.09-8.133848.152078.938.99-2.71-1904.51-9.0339-91.222516.79-30.21-65.20-2333.0930.1740-89.252139.93-29.31-62.55-1965.5129.274148.662525.739.711.35-2470.11-9.714250.632148.8710.614.00-2102.52-10.6143-88.752586.73-28.59-58.49-2531.1128.5944-86.782209.87-27.69-55.85-2163.5227.694558.562226.1714.1414.28-2170.55-14.144660.531849.3215.0416.93-1802.97-15.0447-78.852287.17-24.16-45.56-2231.5524.1648-76.871910.32-23.26-42.91-1863.9723.2649249.272171.5467.1798.09-2194.33-67.1550250.821788.0067.87100.03-1807.00-67.8551-276.922528.67-80.19-137.48-2394.6480.1752-273.862128.84-78.72-132.85-2017.1578.7053-275.412571.50-79.20-133.38-2515.8879.2054-272.602164.53-77.89-129.43-2118.1877.8955247.762128.7266.1893.98-2073.10-66.1856249.551752.3267.0496.60-1705.97-67.04柱下端最大配筋对应组合号:1,M=56.88,N=2230.64柱下端单侧计算配筋As=0.柱上端最大配筋对应组合号:1,M=14.03,N=-2175.02柱上端单侧计算配筋As=0.柱单侧构造配筋As=1170.柱抗剪最大配箍对应组合号:1,V=13.77,N=2175.02柱抗剪计算配箍(按100mm间距输出)：Asv=0.柱抗剪构造配箍：Asvmin=152.抗震最大轴压比对应组合号：53,N=2515.88轴压比=0.366附录2.混凝土梁1截面类型=1;布置角度=0;长度:L=7.80抗震等级:三级截面参数:B=300,H=600设计规范:砼规范GB50010-2010组合号MNVMNV140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计142.130.8258.29-118.12-0.8277.64228.142.0146.89-104.63-2.0166.393125.77-15.1078.56-43.6915.1057.384111.78-13.9167.16-30.2113.9146.125134.35-16.91107.49-73.816.0965.746120.36-15.7296.09-60.334.9054.497129.73-14.87104.33-86.057.3074.71879.53-5.5867.08-134.0716.40107.15965.54-4.3955.68-120.5915.2195.901091.35-6.9476.04-128.2414.51103.7011109.26-12.13101.42-96.141.3271.821295.27-10.9490.01-82.660.1360.5713159.45-21.68113.57-51.4910.8659.6614145.45-20.49102.17-38.009.6748.411554.44-0.8161.01-156.4011.62113.231640.440.3849.60-142.9110.43101.9817104.62-10.3573.16-111.7421.17101.071890.63-9.1661.76-98.2619.9889.821977.41-6.0285.64-113.15-1.5576.402063.42-4.8374.24-99.67-2.7465.1521161.05-21.93105.91-38.7314.3656.1422147.06-20.7494.50-25.2413.1744.892339.031.9157.36-155.335.66105.392425.043.1045.95-141.854.4794.1425122.68-14.0077.62-80.9121.5885.1326108.68-12.8166.22-67.4320.3973.8827-57.82-31.8445.52-223.7527.20106.4028-75.41-29.9531.33-210.7726.0895.2729245.4214.04107.5042.19-9.4044.8530231.7515.1296.1959.47-11.2530.7731129.66-5.91106.50-124.815.91105.0432115.67-4.7295.10-111.334.7293.7833126.44-7.17103.63-121.757.17102.223484.88-16.5868.08-84.1416.5867.863570.89-15.3956.68-70.6515.3956.603695.10-14.6476.74-93.2814.6476.1937104.57-1.13100.42-147.141.13111.123890.580.0689.02-133.65-0.0699.8639154.76-10.68112.58-102.4810.6898.9640140.76-9.49101.18-89.009.4987.704159.79-11.8162.00-106.4711.8173.944245.80-10.6250.60-92.9810.6262.6843109.97-21.3574.16-61.8121.3561.784495.98-20.1662.75-48.3320.1650.534574.131.6884.95-148.85-1.68103.914660.142.8773.54-135.37-2.8792.6647157.77-14.23105.21-74.4314.2383.6548143.78-13.0493.81-60.9413.0472.394942.78-5.7958.05-120.385.7977.88140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计5028.79-4.6046.65-106.904.6066.6351126.42-21.7078.32-45.9621.7057.6252112.43-20.5166.91-32.4720.5146.3753266.9113.90124.3946.16-13.9043.9454249.6515.00110.2762.78-15.0030.0155247.729.32107.9363.59-9.3228.0156233.6611.1996.5577.31-11.1916.73---梁的弯矩包络---梁下部受拉:截面12345678910111213弯矩-75.41-0.24-27.11-64.28-93.37-111.14-114.70-109.19-109.15-107.32-94.56-86.93-77.31单排筋470.1.137.329.483.578.597.567.477.414.364.334.470.双排筋470.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.470.受压筋0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.梁上部受拉:截面12345678910111213弯矩266.91187.79115.2262.9718.540.000.000.000.000.0026.8383.01223.75单排筋1072.739.446.241.70.0.0.0.0.0.136.428.889.双排筋1072.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.889.受压筋0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.梁构造配筋Asmin=470.37梁主筋最大计算配筋率:下部Umaxb=0.0033,上部Umaxt=0.0060梁左端最大剪力对应组合号:53,剪力V=124.39梁右端最大剪力对应组合号:15,剪力V=113.23箍筋Asv/S=0.44140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计1.翻译部分中文译文格构式输电线塔分析超越简单桁架模型L.肯普纳JR，WH穆勒三世，S.济慈保莱，F.阿尔贝马尼，德梅内塞斯，J.贝莱德达席尔瓦介绍在输电线塔设计的头几年，传输工程师用图形分析方法来开发应用三维空间桁架塔。先进的输电线路铁塔的分析方法，与使用这些图形的程序、引进的计算机、大型计算机分析能力以及使用结构的矩阵算法相关。双酚A塔的计算机程序是输电线路格构式结构专门开发的原始方案之一。塔分析计算机程序的可用性与个人电脑分析能力相关，现在有很多这种类型，如双酚A塔，采用偏最小二乘法的GT塔等。标准分析格构式输电线路铁塔的做法是建立一个立体桁架来进行分析。对个别塔的张力和压缩变形分析是基于结构性质上的计算机模型。这些塔分析程序是基于线弹性结构的性能，据此被假定为轴向加载并且固定连接。从计算机模型来确定各部分的性质，允许受力大小。在特殊情况下，一个立体的框架模型，可能需要提供必要的信息，包括弯矩等。输电塔工程专业和个人电脑分析解决方案的能力的进步与成熟，使传输工程师现在可以解决超越简单桁架模型的部分问题。简单的桁架模型的用途仍然是传输工程师的主要分析工具，但目前正在利用先进的工具，评估空间桁架塔，包括使简单桁架模型分析的其他影响。本文提出了三种先进的用于输电塔分析的计算机程序。AK塔计划AK塔是采用几何和材料非线性分析模拟格构式输电塔（Albermani140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计1992）的最终结构行为的有限元计算机程序。该方案已经过校核，具有良好的精度以及在负载破坏和故障破坏情况下的全面的塔测试结果。它能够准确地预测由塔静态负载情况下，逐步检测屈曲的各部分结构，直到屈服。该软件已在澳大利亚和其他国家的电力公司使用，用以验证新塔的设计，减少或消除进行全面塔的测试。它也被用来评估现有塔的能力，升级旧的和老化的塔。在AK塔中，结构为一般薄壁梁柱，桁架，电缆非线性元件的装配。线性方法，几何和变形刚度矩阵法是用来描述这些元素的几何非线性行为在一个更新的拉格朗日框架下的方法。这种方法大大减少了所需要的精确建模的非线性结构相应（Albermani1990）的元素的数量。一个集中的可塑性的方法，再加上力在空间中屈服面的概念，采用模拟非线性材料（Albermani1990年a）。formex代数方法则是用于分析（Albermani1992年）所必需的数据并且可以自动生成。在塔模拟分析时，包括辅助支撑（redundants）和横向支撑。该技术为几何和非线性材料。荷载增加影响元素的结构刚度。负载应用程序可以检测构件的屈曲。非线性材料，受元素的横截面塑化结合应力的影响。用于此（Albermani1990年a），并由此产生的应力屈服面和集中的可塑性方法。分析还可以用在其他方面，如螺栓打滑（Kitipornchai1994），以及不同的序列和负载应用的非线性效应。在分析过程中采用增量迭代法来预测校正解决方案。负载适用于小的增量。每个载荷增量多次迭代执行，以满足平衡和结构的几何形状不断更新。解决的方法需要使任何屈曲或不稳定时的预测，以及荷载-挠度下非线性路径跟踪数值。所描述的数值模拟技术被用来分析指定的负载条件下的自我维持和拉线塔（Albermani1997）为模型的塔，随后该测试结果为失败。预测的破坏荷载和失效模式与那些从测试中获得的东西有关系。该案例研究表明，预测最终结构响应的AK塔能力如在澳大利亚一个330千伏双回路悬挂塔的设计和测试破坏情况。AK座分析被用来验证设计和测试序列前的全部测试。塔在FTX41.641.6英尺（12.68米×12.68米）的基础上，和175.2英尺（53.4米）的高度。塔的自重为29.7基普（132千牛）。加载指定的条件、负荷因子、指定特定负载的情况下设计荷载的塔的反应。以该塔为蓝本，使用1557元素和790结点。这给了共4740度的自由塔来建模。最终负荷因子负荷介于1.10至1.78的，这表明，塔通过全面的测试有一定难度。非线性分析的结果为，假设用屈服应力表示，塔的故障模式，是由于负载条件下的可塑性影响。当为整个规模的测试情况时，在非线性以100％的最终设计荷载使用的测试序列，并预计将通过所有负载条件下的考验。140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计图1：预测破坏模式和330千伏直流悬挂塔的实际测试破坏模式一个负载的情况（负载为8A：微爆风全塔，而内衬横向导体地线负载递增破坏时保持在100％设计荷载）被选为装卸条件下测试失败的塔。预测这种情况的最终负载系数为1.20，由于塑性铰的影响。对塔各部分进行了拉伸试验，假定屈服应力高出至少10％的塔，然后重新分析负载为8A下，承担更高的屈服应力。非线性分析预测，该塔将无法在压缩屈曲载荷系数1.307（参见图l（a）项）的力。塔测试破坏，破坏率为1.30时塔的压缩面屈曲（参见图l（b）），这是与之几乎相同的预测。这表明，非线性分析，能够准确预测破坏荷载和塔的破坏模式。莫雷纳计划莫雷纳-模块化的可靠性分析-140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计是一种计算机程序，可以用来研究输电线路铁塔的强度变化。主要功能模块的程序是：统计数据分析：执行标准的统计分析，包括分布拟合及相关评估;随机抽样生成：生成随机抽样，按照既定的分布，包括相关的变量集;计算破坏的概率估计、破坏的概率显式或隐式极限状态，使用先进的蒙特卡罗模拟程序;有限元分析：隐式极限状态函数，如结构响应的情况下，执行传统的有限元分析（FEM），包括标准的线性或完全非线性分析（几何和材料非线性）下的破坏。莫雷纳管理信息存储在数组中，并允许用户通过输入文件和写入命令来调用模块的特定目的。用户用特殊的命令来执行“循环”，“跳跃”和测试。它可以推断在这个概念中，有限元分析仅仅是第一步，应在获得了可靠性分析的极限状态函数的响应才行。因此，这样一个步骤的复杂性是用户，并在一个模块化的概念，它可以尽可能起到改善的作用。塔个别部分的实验室测试（梅内塞斯1990年），在全面的横向载荷下（梅内塞斯1988年，里埃拉等人，1990年）的输电线路铁塔和输电线路在南场地区的表现，广泛的实验测试巴西中部（梅内塞斯1988）的输电线路铁塔的强度变化数据。此信息许可类型为：（一）非线性结构分析的数值程序的能力评价，预测水平荷载作用下钢塔的承载能力;（二）可靠性模型的能力评估，以确定输电线路的破坏概率;及（c）计算领域的经验，破坏的概率下的比较。角钢材料性能可以作为测试编造塔角的钢标本。费雷拉·达席尔瓦等（1988）提供了两个钢种（ASTMA36ASTMA572）为以前的工作（梅内塞斯1990年）作为统计学分析的原始数据。数据包含的测试结果，按照标准工艺，随机调查了门德斯初级工业公司，巴西库存公司的屈服应力，拉伸应力和扯断伸长率。ASTMA36ASTMA572钢的屈服应力和极限拉伸应力之间的相关系数分别为0.53和0.74。表1总结了这两个钢种的统计特性。一个钢铁数据统计分析表明，使用8个不同模式（正常，正常登录，冈贝尔的Frechet，Weibull分布，伽玛，指数和均匀）会导致以下结论：-Sstress的产量，不同类型的钢材，必须使用不同的分布类型：ASTMA36和ASTMA572用于正常的Frechet建模;-极限拉伸应力的分布类型，导数和冈贝尔是可接受的模式;-模型没有适合伸长的特性;-有一个材料的性能，增加厚度并使平均值减少。从塔的全面测试的方面分析（1988年，PachenCIRGE140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计1990年）。有两种类型的测试程序，采用非破坏性和破坏性试验。在非破坏性试验中，如果不发生破坏，设计则被认为符合要求。否则，修改模型，并再次测试钢筋塔并达到100％的最终设计荷载。后者，在此阶段后，进一步增加负载会出现破坏。有一个报告说，钢铁传输线路铁塔在严重负荷下表现出脆性类型材料的性质。他们从安全到失稳时的过渡是非常突然，会产生很大位移，在不被发现前就将倒塌损坏。最常观察到的破坏模式为屈曲。为了重现这种情况，在概率意义上，在力学模型下观察原试验的破坏载荷，则必须考虑典型塔的随机属性。从这个角度来看，使塔破坏的负载反应为原型试验破坏下的载荷分布。里埃拉等（1990）的一篇研究报告表明在普通塔的基础上，111塔测试结果。得出的结论是该塔的表现充分与数据呈正态分布，平均为105％，标准偏差为8.5％，均称为设计（最终）风压。“真正的破坏负荷比例，从以上数据的概率分布，实际破坏负荷/预测破坏负荷”，由标准定性分析预测，使用标准的有限元分析，它是图2中的实线。140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计图2：模式化的破坏荷载和随样测试荷载屈曲失效模式主要未被考虑。此外，在原型设计荷载试验的位移读数显示为绝对值，如约1.97英尺（0.6米），131英尺（40米）高的塔。考虑到上述条件，研究将被用于展示莫雷纳单一回路230千伏输电塔的应用。塔的尺寸如图3所示。230千伏单回路塔是仿照使用大位移分析3-D型梁元素。使用这样的元素是有道理的，可以获取大量的屈曲状态。失败负荷计算采用增量迭代法，定义破坏载荷为水平负荷，为使其奇异的第一点。弹性假设下的大排量FE的制定，如前面提到的，无弹性也自然不会屈曲，它可以发生这些情况时的角度有很大的不同。非弹性屈曲角度通常是屈服应力和杨氏模量的函数的关系。非弹性屈曲可采用增量迭代非线性方法解决，通过更正的切线刚度矩阵和恢复力的载体。尽管它的程序简单，瓦格纳和穆勒（1985）也采用高模拟情况下的真实数据，以及角钢的行为。应当指出，以前的弹性方法保持不变，并采用该方法，可以减少破坏次数。140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计图3-230kV单回路确定塔破坏负载时，应显示材料性质的变化（梅内塞斯1992年，Ghannoum1983）。杨氏模量和屈服应力，可以清楚地显示变化，因此必须考虑这一特点。采取从上述数据来描述ASTMA36和A572钢的屈服应力的概率。此外，杨氏模量通常被认为为30.5×106psi（2.1×1011牛顿/米2）的平均值和6％，变异系数采用由Galambos和Ravindra（1978）的研究成果与分布关系。140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计为了模拟真正的破坏荷载在随机试验中的情形并可以观察到基本随机变量时的相关性模型，即杨氏模量和屈服应力，应根据生产过程中情况随时改变。本文通过一个简单的相关性模型来描述杨氏模量和屈服应力分别为随机变量的结果。相同截面积的角度，均被认为完全相关。这意味着不仅有相同的角度，而且具有相同横截面，并假设有相同的材料特性。角度不同截面的特性被认为是独立的。被研究的塔有16个随机变量的杨氏模量和16个屈服应力。杨氏模量和屈服应力之间没有关联。230千伏塔使用莫雷纳计划，分析步骤可归纳如下：1。材料性能数据统计分析：屈服极限应力，断裂伸长率，-结果：每一个最适的概率密度函数的材料属性的概率模型。2。随机测试数据统计分析：“最终观察到，随机测试/设计荷载加载”-结果：最好的符合概率密度函数的原结果的概率模型。3。生成随机样本：是随机生成的样本数，等于所需的模拟数量对材料性能的屈服应力和杨氏模量，根据一个给定的分布，按照上述步骤中获得的数据。此外，随机抽样，必须按照既定的相关模型抽样。4。有限元分析：对具备每个样品材料性能的塔是通过迭代和非线性有限元增量的塔作破坏模式分析。作为塔破坏的比例为“模型破坏负荷/设计荷载”进行数值模拟，然后存储破坏时所产生的荷载。这一步进行“n”次，其中“n”是所需的模拟数。5。数值模拟塔破坏的统计分析：一个“N”值的比例数值模拟塔破坏的统计分析为“模型破坏负荷/设计负荷”。-结果：塔最好的拟合概率密度函数的数值为模拟失败的结果的概率模型。评价塔的性能，为256模拟，即为256完全非线性有限元分析计算破坏荷载，均采用莫雷纳计划。结果，如图2虚线所示，可以概括和比较原型结果的拟合分布。根据分布的比较，表现出一定的差异，这表明该模型尚不完善。据预计，继续研究和统计数据的评估，类似莫雷纳方案的概率分析能力将提高和改善输电线路设计工程。莫雷纳计划只用于研究和学术目的，且尚未投放市场。限制程序140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计博纳维尔电力管理局（BPA）和波特兰州立大学（PSU）开发出一种计算机程序称为极限。极限分析是为屈曲格构式钢铁输电塔的性能执行成一阶非线性分析的程序。直接迭代法，割线法（肯普纳1990），该程序采用线性方法分析。可用于分析的结果，以确定破坏时的“崩溃”负载。极限分析使用的是个别部分的后屈曲性能曲线跟踪部分负载后达到并超过了其计算的压缩能力。两个选项是用来模拟后屈曲的部分的表现：双线性和归曲线（经验）。从实际角钢成员的测试（Bathon1990年，亨特利1991）部分性能曲线。限制程序有29个归曲线，可以用来表示角钢（平等，不平等，双角）的后屈曲性能。以及双线性和规范化曲线假设线性关系成员的抗压能力，如图4。图4。部分性能曲线限制程序提供了三个后屈曲分析方法：确定性，概率及能力的变化分析。确定性分析，简称为限，提供了一个崩溃时的负载能力，根据个别组成部分的最小屈服强度，实际成员屈服强度，和/或观察部分的行为决定能力。基于概率的分析，可以提供设计工具，这可能会影响组成部分的能力，如屈服强度，连接偏心，及工程师的判断等，概率的分析方法生成一组随机分布的变量，在参数变化的范围。极限提供了简化的概率分析：极限/PBA和LIMIT/容量分析。限价/140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计PBA，基于概率的分析，选择不同部分的能力，根据选定的屈服强度来分布。极限/容量分析，能力的变化分析，选项不同成员的能力-根据用户选择/有关计算“基础”部分的变化的百分比。PBA的和CVA都使用蒙地卡罗法来随机模拟不同部分的能力。重复使用随机部分的变化以获得塔倒塌时负荷分布的一阶非线性后屈曲分析结果。给出了两个例子：一个230千伏单回路输电塔（肯普纳1990年）和其他微波塔（执行1993年），图5的分析表明了这两个塔的全面测试结果。图5塔例例如塔230千伏塔高75.1英尺（22.9米），基脚之间的距离是17.1英尺（5.2米），塔桥横跨78.1英尺（23.8米）。测试负载的是一个简单的横向负载交叉较低的塔桥的弦。破坏载荷为25.4kip的6英寸（15.24厘米）的横向偏转（113千牛）。破坏发生在塔腰部位及以上的塔身。弹性分析，使用最小屈服强度和ASCE手册52（1971）的成员能力造成的破坏荷载为16.31kip（72.5千牛）和2.14英寸（5.44厘米）时的偏转。使用相同的力，但后屈曲性能的极限分析破坏载荷为18.0kip（80.1千牛）和2.53英寸（6.43厘米）。从实际测试中获得的经验的基础上进行了调整了各部分的能力。弹性分析破坏负载提高到20.6kip（91.6千牛）和2.7英寸（6.86厘米），并限制结果上升到24.3kip（108.1千牛）和4.22英寸（10.72厘米140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计）。这个极限分析预测实际是塔测试破坏的机制。一个更详细的极限分析在应变测试数据的基础上，对破坏的部分的能力进行了调整。分析了破坏载荷为25.2kip（112.1千牛）和4.22英寸（10.72厘米）。破坏的机制仍然类似于实际的测试塔的破坏模式。微波塔分别是102.16英尺（31.14米）和19.48英尺（5.84米）的基宽与高。塔破坏中250后屈曲分析的解决方案，是使用随机选取的部分的能力分析负荷分配给破坏负载因素（破坏负载/第一屈服载荷）从1.26到1.39不等。满刻度下塔测试的失败概率为1.54。确定的极限分析预测为1.31的失败率和PBA的预测失败的负荷因子为1.38。这两个例子说明1后屈曲性能能更好地界定出超出格构式钢塔的第一种失败限制容量的变化。这种先进的开发的输电塔结构的评价程序，是用来帮助设计工程师进行全规模的测试，评估现有的设计，并使用图形分析，为输电线路作故障调查。结论传输电塔及传输线分析工具的开发，让设计师的可以充分的发挥能力用以更好地界定输电线路铁塔的结构性能。这些先进的工具，可以用来确定一个输电塔的破坏机理及各部分负载。这些计算机程序是尝试模拟非线性条件下的行为，后屈曲性能下输电铁塔结构体系的变化。本文提出的功能，可在生产和研究中的应用。这些先进的方案已用于输电塔的故障调查，评估解决方案和弹性分析间的差异，进行设计参数的概率研究，作为替代方案，来用以全面测试。参考文献References:AKTOWERAlbermani,F.G.A.,Kitipomchai,S.,1992,"Non-linearAnalysisofTransmissionTowers",Eng.Struct.,14,3,139-151.Albermani,F.G.A.,Kitipomchai,S.,1990,"Non-linearAnalysisofThin-WalledStructuresUsingLeastElement/Member",J.Struct.Engng,ASCE,116,1,215-234.Albermani,F.G.A.,Kitipornchai,S.,1990A,"Elasto-PlasticLargeDeformationAnalysisofThin-WalledStructures",Eng.Struct.,12,1,28-36.Albermani,F.G.A.,Kitipornchai,S.,Chan,S.L.,1992,"FormexFormulationofTransmissionTowerStructures",Int.J.SpaceStruct.,7,1,1-10.Albermani,F.G.A.,1997,"DesignVerificationofGuyedTransmissionTowerUsingNon-linearAnalysis",Int.J.SpaceStruct.,12,1,43-50.Kitipomchai,S.,Albermani,F.G.A.,Peyrot,A.H.,1994,"EffectofBoltSlippage140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计ontheUltimateStrengthofLatticedStructures",J.Struct.Engng,ASCE,120,8,2281-2287.Reference:MORENACIGRECommitteeReport22-90,WorkingGroup08,1990,"Anexperimenttomeasurethevariationinlatticetowerdesign",InternationalConferenceonLargeHighVoltageElectricSystems.FerreiradaSilva,J.B.G.,Xavier,R.A.,Silva,A.G.,1988,"MechanicalpropertiesofsteelusedinBrazilianangles",MendesJuniorIndustrialCompany,SpecialReport,CIGRE/Brazil,22-08(WG08)25,BeloHorizonte,Brazil.Galambos,T.V.,Ravindra,M.K.,1978,"PropertiesofSteelforUseinLRFD",JournaloftheStructuralDivision,ASCE,Vol.104,NumberT9,pp.1459-1468.Ghannoum,E.,1983,"ProbabilisticDesignofTransmissionLines,PartI:ProbabilityCalculationsandStructuralReliability",IEEE-PESWinterMeeting,NewYork,N.Y.,paper83,pp.152-156.Pachen,R.,Pezard,J.,Zago,P.,1988,"ProbabilisticEvaluationonTestResultsofTransmissionLineTowers",CIGRE-InternationalConferenceonLargeHighVoltageElectricSystems,Paris,Report22-13.RamosdeMenezes,R.C.,1988,"ReliabilityStudiesofTransmissionLinesSubjectedtoWindAction",M.Sc.Thesis,UniversityofRioGrandedoSul,Brazil,(inPortuguese).RamosdeMenezes,R.C.,1990,"StatisticalDataofTestsinBrazilianSteelAnglesforTransmissionLinesTowers",Vol.IIIoftheseriesStatisticalAnalysisforObservedMaterialandStructuralData,InstitutftirMechanik,UniversitatInnsbruck.RamosdeMenezes,R.C.,1992,"Failure-Data-BasedReliabilityAssessmentConsideringMechanicalModelUncertainties",Ph.D.Thesis,InstitutftirMechanik,UniversitatInnsbruck.Riera,J.D.,RamosdeMenezes,R.C.,Silva,V.R.,FerreiradaSilva,J.B.G.,1990,"EvaluationoftheProbabilityDistributionoftheStrengthofTransmissionLineSteelTowersBasedonTowerTestResults",CIGRE-InternationalConferenceonLargeHighVoltageElectricalSystems,Paris,Report22-13.Wagner,A.L.,,Mueller,W.H.III,1985,"PlasticBehaviorofSteelColumns,"PortlandStateUniversityResearchReport.ReferencesLIMIT140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计Bathon,L.A.,Mueller,W.H.,Kempner,L.Jr.,1990,"Post-BucklingBehaviorofSingleSteelAngles,"PortlandStateUniversityResearchReport.Do,T.T.,Miller,M.D.,Kempner,L.Jr.,WendelinH.Mueller,III,1993,"CollapseLoadCalculatedbyProbabilityBasedAnalysisComparedtoFullScaleTowerTestResults,"FirstJointASCE-EMD,ASCE-AMD,SESConference,Charlottesville,Virginia,June.Huntley,K.,Mueller,W.H.III,Kempner,L.,Jr.,1991,"Post-BucklingBehaviorofDoubleAngles,LappandButtJointsandCrossBracedMembers,"PortlandStateUniversityResearchReport.Kempner,L.Jr.,Klinger,M.,Mueller,W.H.III,1990,"TowerStrengthUsingPost-BucklingMemberBehaviorCorelatedtoFullScaleTowerTests,"CIGREPaper22-03.Manual52,1971,GuideforDesignofSteelTransmissionTowers,ASCEManualsandReportsonEngineeringPractice,Reston,Virginia.140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计英文原文140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计专题研究浅析钢纤维混凝土摘要：分析了钢纤维混凝土对提高结构抗拉、抗剪、抗扭、抗裂、耐磨等性的特点和钢纤维混凝土增强机理的复合力学理论和纤维间距理论。并分析了钢纤维掺量对混凝土力学性能的影响。关键词：钢纤维混凝土；复合力学理论；纤维间距；钢纤维掺量1.前言混凝土是当代应用最广泛的建筑材料，它具有易成型，能耗低，耐久性好，价格便宜以及与钢材结合可制成各种承重结构的优点。但混凝土的自重大、脆性大、抗拉强度低等弱点限制了它的扩大应用。因此，人们致力于使混凝土向轻质、高强、改变脆性等方向发展，并致力于开发和改进顶应力结构、组合结构和其他新型结构以扩大其使用范围。采用纤维增强混凝土是混凝土改性的一个重要手段，它可使混凝土的抗拉强度、变形能力、耐动荷能力大大提高。最近几十年来，钢纤维混凝土的发展很快，在建筑、文通、水利、矿山、冶金、军事、耐火材料工业等方面都在研究应用。本文就就钢纤维混凝土进行分析。2．钢纤维混凝土的特点1910年美国H·F·Porter提出了钢纤维增强混凝土的概念,钢纤维增强混凝土是一种把钢纤维掺入普通混凝土结构中的复合建筑材料,钢纤维在混凝土中均匀、乱向分布,阻滞混凝土基体裂缝的开展,有效改善了结构的抗拉、抗剪、抗扭、抗裂、耐磨等性能,大大提高混凝土结构的断裂韧性和抗冲击性能,显著增强结构的疲劳性能和耐久性能。钢纤维混凝土比普通混凝土力学性能指标提高程度:极限抗压强度1.1-1.25,极限抗剪强度2,极限劈拉强度2.1-2.2,极限抗折强度1.5-2.5,抗弯初裂强度1.5-2.0,断裂韧性弯曲1.8-2.0,冲击抗力5-10,冲击韧性13-17倍。3．钢纤维混凝土增强机理140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计现有钢纤维混凝土的基本理论，是在纤维增强塑料、纤维增强金属的基础上运用与发展起来的。由于纲纤维混凝土的组成与结构的多相、多组分和非勾质性，加以钢纤维的“乱向”与“短”的特征，它比纤维增强塑料或增强金属要复杂得多，如何使增强机理能充分体现其自身特性，仍在不断争论、完善和发展之中。对钢纤维混凝土酌增强机理，有一种是运用复合力学理论(混合率法则)。另一种是建立在断裂力学基础上的纤维间距理论。最先将复合力学理论用于钢纤维混凝土的有：英国的R．N．Swamy、P．5．Ma。g则，美国的A．Ｅ．Naaman、D．C．Hann8nt；纤维间距理论的主要代表有：J．P．Romualdi、J．B．Batson和J．A．Mandel。所有其他理论均可认为是以这两个理论为基础经综合完善而发展起来的。当今的研究，又进一步深化到界面细观结构和由此面产生的界面效应、钢纤维混凝土微观结构与宏观行为的关系等。钢纤维与水泥基体间界面层的形成、强化、消失和消失之后的再强化过程，将直接影响界面效应，即钢纤维对混凝土的增强、增韧和阻裂能力。3.1复合力学理论(混合率法则)的基本假定和一般概念将这一理论用于分桥纤维增强或其他复合材料时大多是将复合材料视为多相体系；对ＳＦＲＣ的简化是纤维为一相，以混凝土为一相的两相复合材料，如图2—l所示。复合材料的性能为各相性能的加和值。其基本假定是：(1)纤维连续均匀平行排列，并受力方向一致。(2)纤维与基体粘结完好，即两者产生相同应变，无相对滑动。(3)纤维与基体均呈弹性变形，横向变形相等。根据基本假定，当沿纤维方向施加外力时，可用下式计算顺向连续纤维复合材料的平均应力和弹性模量。140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计复合材料的弹性模量Ｅｃ是由于故式中：ｆc＼Ec为复合材料的平均应力、弹性模量；ｆｍ＼Eｍ　为基体的应力、弹性模量；ｆf＼Ef　为纤维的应力、弹性模量；上式表明，在弹性范围内，由于复合材料中纤维与基体的变形是相同的，故不论材料性质如何，当纤维排列方向与受力方向一致时，复合材料的应力(或弹性模量)为基体和纤维应力(或基体和纤维弹性模量)分别与其体积率乘积的加和值。换句话说，复合材料的应力或弹性模量与各组成材料(各相)的应力或弹性模量及其体积率密切相关。3.2纤维间距理论纤维间距理论是在l963年由J．P．Romualdi和J．B．Batson140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计提出的。该理论建立在线弹性断裂力学的基础上，认为混凝土内部有尺度不同的微裂缓、孔隙和缺陷，在施加外力时，孔、缝部位产生大的应力集中，引起裂经的扩展，最终导致结构破坏。因此，提高像混凝土一类脆性材料的抗拉强度、减少与缩小其裂缓源的尺度和数量，缓和裂缝尖端应力集中程度，提高抑制裂缝引伸与发展的能力关重要的。因此，在脆性基体中掺人钢纤维后，在复合材料结构形成和受力破坏的过程中，有效地提高了复合材料受力前后阻止裂缝引发与扩展的能力，达到纤维对混凝土增强与蹭韧的目的。Romualdi提出，对顺向连续纤维增强混凝土，假定纤维沿拉力方向以棋盘状均匀分布于基体中，如图2—13所示。纤维间距为s、裂缝半宽为a发生在四根纤维所围成的区域中心。在拉力作用下，临接于裂缝的纤维周围将产生如图2—13(d)所示的粘结力分布图形。粘结力对裂缝尖端产生一个反向的应力场，从而降低裂缝尖端的应力集中程度，纤维强度因子，总应力强度因子降低为或式中KT——复合材料实际应力强度因子；Kf——外力作用下无纤维时应力强度因子Klc——临界应力强度因子，a——裂缝半宽；ffc一一沿纤维方向施加的均匀拉应力；P——纤维对混凝土裂后附加应变的阻力在纤维与基体界面上产生的最大剪应力。140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计当KT》=Klc时，材料则发生断裂破坏。根据这一理论，Romualdi等提出纤维间距s对混凝上抗拉强度有显著影响的观点。若设2a＝s√2，则钢纤维混凝土抗拉强度计算公式式中Klc——钢纤维混凝土临界应力强度因；Y——与裂缝形状有关的常数；K——与尺h、y有关的常数；s——定向长纤维平均间距。RomuaM对定向钢纤维泥凝土试件进行了抗折与劈拉试验,进一步提出钢纤维混凝土强度只由纤维的平均间距控制的观点。4.纲纤维掺量对混凝土性能的影响　4.1对抗压及抗折强度的影响钢纤维对不同强度等级混凝土抗压强度的提高幅度仅10%左右；而对抗折强度的提高非常明显，在定体积分数范围内（<2%），随掺量的提高,其抗折强度逐渐增加，当钢纤维体积分数增加至1%时，抗折强度已达素混凝土的２倍.这是由于在弯曲荷载作用下钢纤维混凝土受拉区开裂，中和轴上移，受拉区钢纤维与基体的粘结力承受拉力,韧性增加,从而提高了混凝土的抗折强度。4.2对劈拉及抗剪强度的影响钢纤维掺量对各种强度等级的钢纤维混凝土的劈拉强度和抗剪强度均随钢纤维掺量的增加而提高,而且混凝土的强度等级越高,其抗剪强度增长幅度越大。随钢纤维掺量的增加，抗剪强度的提高幅度高于劈拉强度，如当钢纤维掺量从0增加到80kg／ｍ3时，CF30，CF50，CF70混凝土的劈拉强度分别提高74%,89%，92%,抗剪强度分别提高90%，91%和92%；这是由于钢纤维混凝土的受剪破坏与普通混凝土完全不同，普通混凝土受剪后分三段破坏，而钢纤维混凝土在受剪破坏时，其中的钢纤维阻止了它的剪切变形和裂缝的发展，使其仍保持整体性，因而抗剪强度得以提高。4.3对初裂抗弯强度和阻裂系数的影响初裂抗弯强度反映了钢纤维混凝土抵御初期裂纹荷载的能力。钢纤维混凝土的初裂抗弯强度与基体的强度等级关系不大，而与钢纤维的掺量有着密切的关系随着钢纤维掺量的提高，钢纤维混凝土140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计的初裂抗弯强度也随之增加。当纤维掺量从0增加至160kg／ｍ３时，钢纤维混凝土的初裂抗弯强度提高了1倍左右。　阻裂系数为混凝土极限抗弯强度和初裂抗弯强度的比值，表示钢纤维混凝土初裂后阻止裂纹开展的能力。普通混凝土的阻裂系数为1，即普通混凝土一旦开裂即破坏；而钢纤维掺量在40～120kg／ｍ３时，钢纤维混凝土的阻裂系数为1.25～1.5，极限抗弯强度比初裂抗弯强度提高25%～50%，且阻裂能力随钢纤维掺量的增大而提高。但钢纤维混凝土的强度等级对阻裂系数影响不明显。　4.4对脆性系数和弯曲韧性的影响　脆性系数为混凝土抗压强度与极限抗弯强度之比值，用于表示混凝土脆性的大小。随强度等级提高，混凝土脆性系数增大，材料变脆；随钢纤维掺量的增加，脆性系数明显降低，钢纤维掺量在0～120kg／ｍ３时，脆性系数降低幅度较大，而钢纤维掺量大于120kg／ｍ3时，降低幅度减小。　韧性一般定义为材料或结构在荷载作用下达到破坏或失效时吸收能量的能力，常用荷载一挠度曲线下的面积来表征。混凝土的韧性随钢纤维掺量的提高而呈数量级的增加。这是由于钢纤维的掺入提高了混凝土的极限应变，在混凝土开裂后，钢纤维桥接在裂缝之间，随着荷载的不断增加，基体中的钢纤维被缓慢拔出，裂缝开展过程变得缓慢，因而在宏观上反映出钢纤维混凝土塑性变形增加，韧性增大。4.5钢纤维掺量对混凝土收缩的影响混凝土干燥失水造成收缩是引起混凝土结构开裂而直接影响结构服役寿命的主要原因之一。钢纤维能够有效地抑制混凝土收缩，掺有体积分数1.5%钢纤维的钢纤维混凝土，其7，28，和90ｄ收缩率分别比普通混凝土减少历24.5％，22.7%和16.8%。钢纤维抑制混凝土收缩的原因主要有以下２点：一是钢纤维在基体中能够形成均匀分布的、间距较小的纤维网络，所以当基体因失水收缩而引起收缩应力时，纤维网络起到了抑制收缩的作用，大大提高了钢纤维混凝土的限缩能力，同时也避免了收缩裂缝的产生；二是在钢纤维混凝土中，由于钢纤维的阻裂效应可以减少混凝土结构形成过程中原生裂缝的引发和次生裂缝的扩展，所以在一定程度上也减小了因毛细管压力而产生的收缩。钢纤维对混凝土的阻裂限缩作用将有利于混凝土耐久性的改善。　5.结语140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计近年来钢纤维混凝土的运用越来越广泛，对其的研究也越来越多，但钢纤维混凝土的力学机理比较复杂，需要大量的试验.另外,现行的理论中,复合理论忽略了纤维复合带来的耦合效应,纤维间距理论忽略了纤维自身的耦合作用,都有应用局限性,需待进一步的研究和探讨。而钢纤维掺量对混凝土力学性能的影响也需要更多的试验去研究与总结，使得钢纤维混凝土的良好性能在工程中发挥更大的作用。参考文献:[1]　高丹盈，赵军,汤寄予.钢纤维高强混凝土劈拉强度尺寸效应试验研究［Ｊ］.建筑材料学报,2004[2]　秦鸿根，王修田，庞超明等.钢纤维特征参数对混凝土增强增韧阻裂作用的影响［Ｊ］.混凝土与水泥制品2000[3]　ByungHwanOh.Flexuralanalysisofreinforcedcon-cretebeamscontainingsteelfibers[J].JournalofStruc-turalEngineering,1992,118(10).[4]　DarwinD.Reinforcedconcreteproceedingsofthein-ternationalworkshoponfiniteelementanalysisofre-inforcedconcretestructuresII.ASCE,1993.203~232[5]王成启，吴科如.钢纤维和碳纤维的力学性能研究.[J]建筑材料学报,2003[6]周　友,徐礼华,鲍　华.钢纤维混凝土梁非线性分析在ANSYS中的实现[J]武汉大学学报2003[7]孙伟,严云．钢纤维高强水泥基复合材料的界面效应及其疲劳特性的研究［Ｊ］．硅酸盐学报，1994[8]李继良，任天贵，高谦，等．研制基于神经网络隐式材料本构模型的智能有限元的问题探讨[Ｊ］,河北理工大学学报,2000[9]黄政宇,秦联伟，肖岩,等．级配钢纤维活性粉末混凝土的动态拉伸性能的试验研［Ｊ］铁道科学与工程学报,2007[10]肖诗云，林皋，王哲,等．应变率对混凝土抗拉特性的影响［Ｊ］．大连理工大学学报，2001[11]章文刚,程铁生,张儒汴.钢纤维混凝土的主要力学性能及工艺[Ｊ].混凝土与加筋混凝土,1984[12]G..Teng,J.M..Rotter.GeometricallyandMateriallyNonlinearAnalysisofReinforceedConcreteShellsofRevolution.Computer&Strucutres,1992[13]Padmsrajaia,AnathRamaswaswy.AFiniteElementAssessmentofFlexualStrengthofPre-stressedConcreteBesmswithFiberReinforcement.Ceent&Concretecomposites.2002140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计[14]TedescoJ.W,StallingJ.M..FiniteElementMethodAnalysisofaConcreteBridgeRepairedwithFiberReinforcedPlasticLaminates.ComputersandStructures,1999[15]刘本玉，叶燎原。钢筋混凝土非线性分析的几个问题.云南工业大学学报，1999[16]刘群,钢筋混凝土连续梁非线性有限元分析.淮海工学院学报（自然科学版），1998[17]陆新征，谭壮，叶列平，江见鲸.FRP布-混凝土界面粘结性能有限元分析.工程力学，2003[18]刘建起，霍粤蓟，丁乃庆，刘富强.碳纤维加固混凝土梁有关问题的探讨.中国港湾建设，2004.[19]AnilKurian.AnalyticalModelingofGluedLaminatedGirderBridgesUsingANSYS.TransportationScholarConference，2000[20]董哲仁.钢筋混凝土非线性分析研究进展.水利水电技术,1998[21]翟阳,吴佩剐,姜永波,等.钢纤维高强混凝土的抗折强度,［Ｊ］．烟台大学学报,1995[22]焦楚杰,孙伟,高培正等.钢纤维高强混凝土力学性能研究　［Ｊ］．混凝土与水泥制品,2005[23]曾滨,金芷生.钢纤维混凝土纤维增强作用.北京科技大学学报,1995[24]戴建国,黄承逵.钢纤维自应力混凝土力学性能试验研究.建筑材料学报,2001[25]朱海堂,高丹盈,汤寄予.纤维高强混凝土抗剪性能影响因素的研究,水力发电学报,2004[26]钟世云,王亚妹,高汉青.纤维对自密实活性粉末混凝土强度的影响.建筑材料学报,2008[27]符冠华，陈荣生.混凝土路面板极限承载力计算方法及其在钢纤维混凝土路面厚度设计中的应用.中国公路学报,1990[28]朱海堂.纤维高强混凝土力学性能研究.郑州大学,2004　[29]赵顺波,孙晓燕,黄承逵.钢纤维高强混凝土基本力学性能试验研究．水利学报,2002[30]彭　刚,刘德富,戴会超.钢纤维混凝土动态压缩性能及全曲线模型研究.振动工程　学报,2009140 中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计致谢本设计在确定初步方案及设计过程中得到舒前进老师的悉心指导。老师多次询问设计进程，并为我指点迷津，帮助我开拓设计思路，精心点拨、热忱鼓励。舒老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，给以终生受益无穷之道。对舒老师的感激之情是无法用言语表达的。同时还要感谢建工系所有老师对我的教育培养。他们细心指导我的学习与设计，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。在此，我还要感谢在一起愉快的度过设计时间的各位同学，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。在设计即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们！140'