昆明某中学教学楼建筑结构设计 毕业设计计算书

'目录摘要5前言7第1章建筑设计说明91.1平面设计91.1.1使用部分平面设计91.1.2交通联系部分设计101.1.3平面组合设计101.2剖面设计101.3立面设计101.4基础和地基111.5交通联系部分的设计111.5.1楼梯设计111.5.2门厅的设计121.5.3门和窗的设计12第2章结构设计说明142.1材料要求142.2填充墙要求142.3截面尺寸要求142.4结构布置要求14125第页 2.5计算过程142.5.1地震作用计算152.5.2在水平荷载作用下采用D值法162.5.3正截面和斜截面的设计16第3章工程概况173.1建筑部分173.2结构部分173.3工程地质条件17第4章荷载计算184.1结构选型184.2初选构件尺寸184.2.1构件截面尺寸184.3荷载统计204.3.1荷载汇集204.3.2活荷载标准值计算224.3.4标准层234.3.5活荷载标准值计算254.4能量法求周期264.5水平地震作用计算374.5.1水平地震作用下框架受力计算394.5.2弯矩、剪力、轴力43第5章内力计算48125第页 5.1计算简图485.2理荷载计算（恒载）495.3屋面荷载535.4活载计算605.4.1屋面605.5弯矩调幅735.5.1恒载作用下梁端弯矩调幅735.5.2活载作用下梁端弯矩调幅：74第6章内力组合76第7章框架梁、柱配筋997.1框架梁截面设计997.1.1框架梁正截面配筋997.1.2框架梁斜截面配筋1027.1.3框架中T型、L型梁截面配筋1057.2框架柱截面设计106第8章基础计算1088.1基础类型及计算形式1088.2基础配筋图113结论114总结与体会115谢辞116参考文献117125第页 附录外文翻译118125第页 昆明某中学教学楼建筑结构设计摘要本设计主要进行了建筑设计和结构设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算,接着求出自震周期，按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力。是找最不利的一组或几组内力组合。选取最安全的结果计算配筋并绘图。在设计中，选择了一品框架作为计算单元，分别计算梁、柱并配筋。在建筑设计的过程中，本着适用、美观、经济的原则，参考国家标准规范和相关资料，严格遵循相关建筑设计规范的要求，对设计的各个环节进行综合全面的科学性考虑。主要设计内容包括建筑平面设计、立面设计、剖面设计及楼面、楼梯设计等关键词：建筑设计，结构设计，设计规范，平面设计ThedesignofarchitectureandstructureforKunminga125第页 MiddleSchoolteachingbuildingAbstractThedesignofthemainbuildingdesignandstructuredesign.Indeterminingthedistributionframework,thefirstlayerofthecalculationofrepresentativevalueoftheload,thenthedemandfromtheearthquakecycle,calculatingthesizeofhorizontalearthquakeloadsaccordingtothebottomshearmethod,thencalculatetheinternalforceofthestructureunderthehorizontalloads(bendingmoment,shear,axialforce).Thencalculateverticalload(constantloadandliveload)undertheinternalforces.Isagrouporseveralgroupsofinternalforcecombinationtofindthemostunfavorable.Selectthebestsafetyresultsofthereinforcementanddrawing.Inthedesign,selectionofagoodsframeasthecalculatingunit,respectivelytocalculatethebeam,columnandreinforced.Intheprocessofarchitecturaldesign,theapplication,beautifulappearance,economyprinciple,standardreferencestateandrelatedinformation,tostrictlyfollowtherelevantarchitecturaldesignrequirements,conductedacomprehensivescientificconsiderationsonallaspectsofthedesign.Themaindesigncontentincludesarchitecturalplanedesign,elevationdesign,profiledesignandfloor,staircasedesignetc.Keywords：Architecturaldesign，Configurationdesign，Designcode，Graphicartistdesigner前言125第页 该毕业设计对于一名即将毕业的土木工程专业的学生来说，是一个十分重要的实践性环节，可以充分的发挥我们所学的知识。在整个毕业设计过程中，我们将以前所学的公共基础课、专业基础课，专业课程和实践紧密联系在一起进行综合性应用。通过毕业设计，我们对结构设计的基本流程有了进一步提升。为毕业后从事工程领域的设计，施工，管理等方面的工作在理论与实践的前提下奠定了更为坚实的基础。本设计为云南省昆明市某高级中学教学楼设计，为现浇钢筋混凝土框架结构，总建筑面积在6000平方米左右，层数为六层。其结构的建筑平面布置灵活，使用空间大，延性较好，且符合云南昆明的抗震等级要求。本结构计算选用一榀框架为计算单元，采用手算的简化计算方法，其中计算框架在竖向荷载下的内力时使用的弯距二次分配法。本设计主要通过工程实例来强化大学期间所学的知识，建立一个完整的设计知识体系，了解设计总过程，通过查阅大量的相关设计资料，提高自己的动手能力。在整个设计过程之中，经过了三个明确的阶段，即：毕业设计准备阶段，方案设计阶段，毕业设计施工图阶段。按照学校的要求，着重理解在结构方案选择，荷载组合，抗震，内力组合等。并在毕业设计的基础等部分上，使用计算机作了一些辅助设计。在设计的计算过程中，参考了一些设计资料及教材文献，并在此过程中，得到了指导教师的悉心指导，在此谨向各位老师表示感谢。鉴于水平有限，经验不足，设计书中肯定存在不少缺点和不足，敬请老师批评和指正。以便得到更进一步得提高。母昌远2013年5月20日125第页 第1章建筑设计说明这次毕业设计的课题为昆明市某中学教学楼设计,本着设计富有朝气和时代气息的原则,设计一座现代化气息的教学楼,125第页 建筑设计在现有的自然环境与总体规划的前提下，根据设计任务书的要求，综合考虑使用功能、结构施工、材料设备、经济艺术等问题，着重解决建筑内部使用功能和使用空间的合理安排，内部和外表的艺术效果，各个细部的构造方式等，创造出既符合科学性，又具有艺术效果的工作环境。建筑设计应考虑建筑与结构等相关的技术的综合协调，以及如何以更少的材料、劳动力、投资和时间来实现各种要求，使建筑物做到适用、经济、坚固、美观。本方案采用框架结构，在满足功能要求的基础上，该建筑要体现现代化特色，适应现代化的教学需求。满足消防、抗震等安全要求。框架结构是多层、高层建筑的一种主要结构形式。这种结构体系的优点是建筑平面布置灵活，能获得较大的使用空间，建筑立面容易处理，可以适应不同的房屋造型。同时，在结构性能方面，框架结构属于柔性结构，自振周期较长，地震反应较小，经过合理的结构设计可以具有较好的延性性能。1.1平面设计建筑平面是表示建筑物在水平方向房屋各部分的组合关系。由于建筑平面通常较为集中反映建筑功能方面的问题，一些剖面关系比较简单的民用建筑，它们的平面布置基本上能够反映空间组合的主要内容，因此，首先从建筑平面设计入手。但是在平面设计中，我始终从建筑整体空间组合的效果来考虑，紧密联系建筑剖面和立面，分析剖面、立面的可能性和合理性，不断调整修改平面，反复深入。。建筑平面设计是组合布置建筑物在水平方向房屋各部分的组合关系，它包括使用部分设计和交通联系部分设计。1.1.1使用部分平面设计建筑平面中各个使用房间和辅助房间，是建筑平面组合的基本单元。本设计在使用平面设计中充分考虑了以下几点：注意了房间的面积、形状和尺寸满足室内使用活动和设备合理布置的要求；门窗的大小和位置考虑了房间的出入方便，疏散安全，采风通风良好；房间的构成注意使结构布置合理，施工方便，也要有利于房间之间的组合，所用材料应符合相应的建筑标准；室内空间，以及地面、各个墙面和构件细部，应考虑人们的使用和审美要求。对于辅助房间的平面设计，通常根据建筑物的使用特点和使用人数的多少，先确定所需设备的个数，根据计算所得的设备数量，考虑在整幢建筑中辅助房间的分布情况，最后在建筑平面组合中，根据教学楼的使用要求适当调整并确定这些辅助房间的面积、平面形式和尺寸。1.1.2交通联系部分设计125第页 交通联系部分是把各个房间以及室内交通合理协调起来，同时又要考虑到使用房间和辅助房间的用途，减少交通干扰。楼梯是垂直交通联系部分，是各个楼层疏散的必经之路，同时又要考虑到建筑防火要求。本设计中交通联系部分设计能满足下列要求：交通线路简捷明确，联系通行方便；人流通畅，紧急疏散时迅速安全；满足一定的通风采光要求。1.1.3平面组合设计建筑平面的组合设计，一方面，是在熟悉平面各组成部分的基础上，进一步从建筑整体的使用功能、技术经济和建筑艺术等方面，来分析对平面组合的要求；另一方面，还必须考虑总体规划、基地环境对建筑单体平面组合的要求。即建筑平面组合设计须要综合分解建筑本身提出的、经及总体环境对单体建筑提出的内外两方面的要求。1.2剖面设计建筑剖面图是表示建筑物在垂直方向房屋各部分的组合关系，剖面设计主要表现为建筑物内部结构构造关系，以及建筑高度、层高、建筑空间的组合与利用。它和房屋的使用、造价和节约用地有着密切关系，也反映了建筑标准的一个方面。其中一些问题需要平、剖面结合在一起研究，才具体确定下来。本工程为昆明某中学教学楼设计，层高底层为3.9m,其余为3.6m。垂直交通采用楼梯，没有设计电梯，因为考虑到教学楼楼层数较少，仅有六层。门的高度根据人体尺寸来确定，窗高要满足通风采光要求。1.3立面设计立面设计是为了满足使用功能和美化环境的需要而进行的。同时，还可起到改善环境条件、保护结构和装饰美化建筑物的作用。并且要考虑它的耐久性、经济性；正确处理与施工技术的关系。建筑立面可以看成是由许多构部件所组成：它们有墙体、梁柱、墙墩等构成房屋的结构构件，有门窗、阳台、外廊等和内部使用空间直接连通的部件，以及台基、勒脚、檐口等主要起到保护外墙作用的组成部分。恰当地确定立面中这些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，是立面设计的主要任务。125第页 完整的立面设计，并不只是美观问题，它和平、剖面的设计一样，同样也有使用要求、结构构造等功能和技术方面的问题，但是从房屋的平、立、剖面来看，立面设计中涉及的造型和构图问题，通常较为突出。1.4基础和地基基础和地基具有不可分割的关系，但又是不同的概念，基础是建筑物与土层直接接触的部分，它承受建筑物的全部荷载，并把他们传给地基，基础是建筑物的一个组成部分，而地基是基础下面的土层，承受由基础传来的整个建筑物的荷载。地基不是建筑物的组成部分。地基分两种：一是天然土层具有足够的承载能力，不需人工处理就能承受建筑物全部荷载的叫天然地基。一是当上部荷载叫大或土层承载能力较弱，缺乏足够的坚固性和稳定性，必须经人工处理后才能承受建筑物全部荷载的叫人工地基。根据地基土质好坏，荷载大小及冰冻深度，常把基础埋在地表以下适当深度处，这个深度成为埋置深度（简称埋深）。一般基础的埋深应大于冰冻线的深度，从经济和施工角度分析，基础的埋深，在满足要求的情况下越浅越好，该工程选用柱下独立基础，满足以上条件，同时又能起到节省材料的作用。1.5交通联系部分的设计1.5.1楼梯设计　楼梯是建筑物中的重要组成部分，它是主要的垂直交通设施之一，楼梯的主要功能是通行和疏散。楼梯位置的布设楼梯的位置与防火疏散、出入口位置、建筑物平面关系和艺术要求有关。主要楼梯安排在主要出入口附近，将要楼梯安排在建筑物的尽端。1.5.2门厅的设计门厅设置在建筑物主要出入口处，次要出入口不设门厅。面积主要由建筑物的使用性质和规模决定的。门厅的布置可以是各种各样的，介是在设计时必须注意以下几点：a必须把人流组织好，交通线路要简捷畅通，防止交叉拥挤。b适当安排与分配休息、等候等其它功能要求的面积，防止堵塞交通。c门厅要有较好的天然采光，并保证必须的层高。d门厅应注意防雨、防风、防寒等要求。1.5.3门和窗的设计125第页 门的设计与布置：对门的设计主要考虑了以下几点：(1)根据功能确定门的大小(2)根据使用具体要求确定门的数量(3)窗的设计和布置房间中窗子的大小、形式和位置，对室内采光、通风、日照和使用等功能要求，对建筑物的装门面构图，都有很大关系，在设计时应根据各方面要求综合考虑。(4)窗的大小教室的窗面积与地面面积应为1/4—1/6。窗子的大小、数量，还应考虑经济条件和当地的气候条件，(5)窗的位置在设计窗的位置时，考虑了下列问题a窗的位置应很好地考虑房间内部的使用情况。b窗子大都兼有通风的作用，因此房间的窗子位置应与门的位置一起考虑，最好把窗开在门对面的墙上或离门较远的地方，以使房间尽可能得到穿堂风。c窗子的位置还考虑了立面的要求，使立面构图整齐谐调，不致杂乱无章，影响立面的效果。(6)窗的形式窗的形式不仅考虑了采光、通风的要求，而且还考虑比例造型的美观，因为窗是建筑外形和室内艺术造型的重要内容。125第页 第2章结构设计说明为了使建筑物设计符合技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的要求，建筑结构方案设计，包括结构选型设计占有重要地位。建筑结构方案设计和选型的构思是一项很细致的工作，只有充分考虑各种影响因素并进行全面综合分析，才能选出优化的方案。框架结构体系是由竖向构件的柱子与水平构件的梁通过节点连接而组成，即承担竖向荷载，又承担水平荷载（风、地震）。框架结构体系的优点是建筑平面布置灵活，可以提供较大的建筑空间，也可以构成丰富多变的立面造型。2.1材料要求梁、柱混凝土强度等级相差不宜大于5Mpa，如超过时，梁、柱节点区施工时应作专门处理，使节点区混凝土强度等级与柱相同。2.2填充墙要求(1)125第页 框架结构的填充墙应优先选用预制轻质砌块或墙板，填充墙应按规范的构造要求与框架可靠拉结。(2)框架结构的填充墙宜与框架梁、柱轴线位于同一垂直平面内。2.3截面尺寸要求梁的截面尺寸为h=(1/8—1/12)L;b=(1/2—1/3)h柱为h=(1/6—1/15)H;b=(1—2/3)h2.4结构布置要求(1)抗震框架结构的平面布置应力求简单、规则、均匀、对称，使刚度中心与质量中心尽量减小偏差，并尽量使框架结构的纵向、横向具有相近的自振特性。(2)框架结构应布置并设计为双向抗侧力体系，主体结构的梁柱间不应采用铰接，也不应采用横向为刚接，纵向也铰接的结构体系。2.5计算过程框架结构在竖向荷载作用下的内力计算可近似地采用分层法。通常，多层多跨框架在竖向荷载作用下的侧移是不大的，可近似的按无侧移框架进行分析，而且当某层梁上有竖向荷载时，在该层梁及相邻柱子中产生较大内力，而在其他楼层的梁、柱子所产生内力，在经过柱子传递和节点分配以后，其值将随着传递和分配次数的增加而衰减，且梁的线刚度越大，衰减越快。因此，在进行竖向荷载作用下的内力分析时，可假定作用在某一层框架梁上的竖向荷载只对本层楼的梁以及与本层梁相连的框架柱产生弯矩和剪力，而对其他楼层框架和隔层的框架柱都不产生弯矩和剪力。其中一般我们常用的方法有两种:D值法和二次弯距分配法.荷载计算包括恒载计算和活载计算，其中活载计算时应考虑最不利的组合。2.5.1地震作用计算在此仅考虑水平地震作用即可，并可采用基底剪力法计算水平地震作用力。为求基底剪力，先要计算结构各层的总重力荷载代表值，在此为简化计算，仅取一榀框架的重力荷载代表值进行计算。顶层重力荷载代表值包括：屋面恒载，50%屋面活荷载，纵、横梁自重，半层柱自重，半层墙体自重以及女儿墙自重。其它层重力荷载代表值包括：楼面恒载，50%楼面活荷载，纵、横梁自重，楼面梁自重，楼面上、下各半层的柱及纵、横墙自重。125第页 控制框架结构侧移要计算两部分内容：一是计算顶层最大侧移，因周期过大，将影响使用；二是计算层间相对侧移，其值过大，将会使填充墙出现裂缝。引起框架的侧移，主要是水平荷载作用。在竖向荷载作用下要考虑的力包括板,墙,梁等的自重,然后用力矩分配法算用弯矩分配法计算框架弯矩。竖向荷载作用下框架的内力分析，除活荷载较大的工业厂房外，对一般的工业与民用建筑可不考虑活载的不利布置，此法求得的弯矩偏低，但当活荷载占总荷载比例较小时，其影响很小，若活荷载占总荷载比例较大，可在截面配筋时，将跨中弯矩乘1.1～1.2的放大系数予以调整。固端弯距:梁上的分布荷载含有矩形或三角形荷载，在求固端弯矩时可直接根据图示荷载计算，也可根据固端相等的原则，先将梯形分布荷载及三角形荷载化为等放均布荷载，在此采用后一方法。2.5.2在水平荷载作用下采用D值法在框架内力组合时通过框架内力分析，获得了在不同荷载作用下产生的构件内力标准值。进行结构设计时，应根据可能出现的最不利情况确定构件内力设计值。本设计采用了二种类型的组合：(应为没考虑风荷载)⑴竖向荷载效应，包括全部恒载和活载的组合；(2)地震作用效应与重力荷载代表值效应的组合。取上述而种荷载组合中最不利情况作为截面设计时用的内力设计值。2.5.3正截面和斜截面的设计受弯构件在设计是都要进行抗弯和抗剪设计,钢筋混凝土受弯构件的破坏主要有三种形式.即适筋截面的破坏,特点是手拉钢筋先屈服,而后受压区混凝土被压碎,超筋破坏和少筋破坏是脆性破坏是工程中不允许出现的,我们在截面设计是不能出现后面的两种情况。受弯构件在弯距和剪力共同作用的区段往往会产生斜裂缝,并可能延斜截面发生破坏,斜截面破坏带有脆性破坏的性质,所以在设计中要加以控制,在截面设计时,不仅要对截面尺寸加以控制,同时还要对对斜截面进行计算,配置一定数量的箍筋。125第页 第3章工程概况拟建一栋多层钢筋混凝土教学楼，要求使用方便、功能合理、造型新颖，该楼建筑用地1500m2，总建筑面积6000m2左右，长度不得超过50m,宽度不超过20m，总高控制不超过24m。3.1建筑部分教学楼内房间以教室为主，每班容纳学生40~50人；设置适量的办公室；每层设置教师休息室，学生休息厅各一处；每层均设置男女卫生间。要求考虑平面功能的同时，外观和立面效果具有时代风格，交通流向简洁通畅。3.2结构部分结构形式为钢筋混凝土框架结构。结构设计内容包括：结构体系选择及平面布置；荷载计算及框架内力计算；框架结构的侧移计算；框架设计（梁、柱界截面设计）；框架抗震构造措施；楼梯设计计算；基础设计计算（基础形式选择与计算）；设计过程采用计算软件与手算方法完成分析、设计。绘制部分上部结构与基础的施工图。3.3工程地质条件根据地质勘察单位提供的地基勘察报告以及学生毕业设计的具体情况拟提出下列工程地质条件：125第页 1、建筑场地地势平缓，地层自上而下分为如下四层：表层：人工填土层，层厚0.50m-1.50m，不均匀；第二层：粘土层，含少量角砾，层厚5.30m-17.00m，土的天然容重γ=18kN/m3，承载力标准值fk=300kpa，压缩模量Es=8.0Mpa，内聚力C=70kpa，内摩擦角φ=14；第三层：粘土，层厚5.00m-12.80m；第四层：粉质粘土，本层揭露厚度0.80m-7.40m。2、水稳定深度介于地面下2.80m-5.30m。3、场地覆盖层厚度dov=9m-80m，场地土属中软场地土，场地为Ⅱ类场地。第4章荷载计算4.1结构选型1．结构体系选型：采用钢筋混凝土现浇框架结构体系2.屋面结构：采用钢筋现浇混凝土屋盖，板厚100mm3．楼梯结构：采用钢筋混凝土板式楼梯结构布置图如下：（计算时，取出KJ—②作为计算单元）2.52.62.72.8125第页 图4.1标准层结构平面布置图4.2初选构件尺寸采用中走廊双开间柱网，根据使用要求，梁格、柱网尺寸见图3－1。4.2.1构件截面尺寸梁、板、柱混凝土均采用C30（1）梁截面设计：纵向框架梁：L＝7500mm，h＝（1/10～1/15）L＝750～500mm，取h＝650mm横向框架梁：L＝6600mm，h＝（1/10～1/15）L＝660～550mm，取h＝650mmL＝4500mm，h＝（1/10～1/15）L＝450～300mm，取h＝500mm图4.2柱梁的平面布置梁宽均取b＝200mm次梁：L＝7500mm，h＝（1/12～1/18）L＝625～417mm，取h＝500mm，b＝200mm板：L＝4500mm，h≥（1/45）L＝100mm，取h＝100mm125第页 （2）柱截面设计：　1.粗估柱子截面尺寸由于轴压比限制条件为：N/fcA≤0.75（框架结构），框架柱负荷面积没平方按15kN/m2粗估。=2因为A=bh所以b=h=435.25(粗估)初步确定柱截面尺寸为：650mm×650mm。由于底下俩层柱受力较大且对整体框架延性起控制作用。取截面尺寸为：700mm×700mm底层柱高为：h＝3.6m＋0.45m+1m＝5.05m其中3.9m为底层层高，0.45m为室内外高差，1.00m为基础顶面至室外地面高度。其它层柱高等于层高。由此得框架计算简图（图3.2）4.3荷载统计4.3.1荷载汇集1）屋面荷载（上人屋面）防水层:（刚性）30厚C20细石砼防水1.0kN/m2防水层:（柔性）三毡四油铺小石子0.4kN/m2找平层:15厚水泥砂浆0.015mm×20kN/m3=0.3kN/m2找坡层:40厚水泥石灰焦渣砂浆3％找坡0.04×14kN/m3=0.56kN/m2保温层:80厚矿渣水泥0.08×14.520kN/m3=1.16kN/m2结构层:100厚现浇钢筋砼板0.10×25kN/m3=2.5kN/m2抹灰层:20厚混合砂浆0.02×17kN/m3=0.34kN/m2合计：6.26KN/m22）标准面3.7kN/m23）梁重（取梁的自重为25kN/m3）KL1（600×650）1.1×25×0.2×0.65=3.58kN/m125第页 KL2（200×500）1.1×25×1.2×0.5=2.75kN/m4）柱的自重（取柱砼自重为25kN/m3）KZ（650×650）1.1×25×0.65×0.65=11.62kN/m5）墙自重外墙200厚每平方自重：1×1×0.2×5.5=1.1kN/m外贴瓷砖每平方自重：1×1×0.6=0.6kN/m2内粉刷面每平方自重：1×1×0.34=0.34kN/m2合计：2.04kN/m2内墙200厚每平方自重：1×1×0.2×5.5=1.1kN/m2双面粉刷面每平方自重：2×1×1×0.34=0.68kN/m2合计：1.78kN/m2125第页 6）钢塑窗1×1×0.35=0.35kN/m27）女儿墙自重（高为400mm,厚为200mm）上面安装900mm高的栏杆轻质砌块自重：0.4×0.2×5.5=4.4kN/m外贴瓷砖自重：0.4×1×0.6=0.24kN/m内侧10厚水泥砂浆防水层：0.4×0.01×20=0.08kN/m900mm高栏杆（钢管）：0.5kN/m合计：1.26kN/m4.3.2活荷载标准值计算依据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012查得：上人屋面2.0kN/m2教室2.0kN/m2走廊2.5kN/m2厕所2.0kN/m2楼梯3.5kN/m24.3.3屋面处重力荷载标准值计算125第页 4.3.4标准层1）、墙重3-5层Gq=[2.15+2.45+6.6-0.65+4.5+3-0.65+4.5+3-0.65-0.325+4.5+3-0.65+﹙9-1.2-0.325-1.2-0.325-0.65﹚×4+4.5+3.3+1.8+0.765+3.95+﹙3.3+1.8﹚×2]×3.6+[1.2×2+1.13+18+18-2.6]×0.9×5.5=2239.73kN2层Gq=26×0.7×0.7×25×3.6×1.1=1146.6kN2）、柱子125第页 3-5层Gq=27×0.65×0.65×25×3.6×1.1=1129.34kN2层Gq=26×0.65×0.65×25×3.6×1.1=1087.51kN3）、门Gq=﹙1.2×2.1×12﹚1.25=4.54kN4）、窗Gq=[2.05×1.2×2+1.13×2.05+18×2.2+﹙4.5-0.65﹚×2.2×4]0.35=28.25kN5）、楼板Gq=﹛0.1×[6.925×﹙3.9+3.6+0.65﹚+﹙4.5×4+0.65÷2﹚×18.5+4.5×﹙7.5+0.65﹚]-0.652×25×0.1﹜2×25=1060.78kN6）、KL1.1×25×[0.2×0.4×﹙4.5-0.65﹚×20+0.2×0.55×﹙7.5-0.65﹚×11+0.2×0.55×﹙7.5-1.3﹚+0.2×0.4×﹙3-0.65﹚×6+0.2×0.4×2×﹙7.5+0.65-0.4﹚+0.2×0.35×﹙5.1-0.2-0.2﹚+0.2×0.35×0.3×3+﹙1.8-0.65﹚×0.2×0.1]=492.62kN7）、楼梯踏步：﹙0.6×0.3×﹚×22×25=12.38kN/m梯梁：﹙0.1×0.5﹚×25×2=5kN/m休息平台：2.35×0.1×25=5.88kN/m楼梯板：3.6×0.8×25=72kN/m栏杆：3.76×2×0.5=3.76kNG=4.5×﹙5.88+12.38+5+72﹚+3.76=432.43kN踏步：﹙0.15×0.3×﹚×22×25=12.38kN/m梯梁：﹙0.2×0.5﹚×3×25=7.5kN/m休息平台：1.8×0.1×25=25kN/m楼梯板：3.6×0.8×25=72kN/m栏杆：3.76×2×0.5=3.76kNG=3×﹙12.38+7.5+4.5+72﹚+3.76=292.9kN凸出部分：﹙6.6-0.65﹚×2×1.1×3+1.1×26×0.02×4.8×﹙3+1.8×2﹚=59.18kN4.3.5活荷载标准值计算查《建筑结构荷载规范》（GB50009——2012)：•楼面均布活荷载标准值为2.0KN/㎡；•上人屋面均布活荷载标准值为2.0KN/㎡；125第页 •走廊及走廊均布活荷载标准值为2.5KN/㎡；另根据《建筑抗震设计规范》5.1.3条，计算屋面重力荷载代表值时不计算屋面活荷载，只计算雪荷载。楼面活荷载Q=2×9×7.5×4+2.5×﹙6.6×7.5+22.5×3+4.52﹚+3.5×﹙7.5×4.5+3×8.4﹚=1089.45kN则自重有3-5层∑G=2239.73+1129.34+4.54+1060.78+492.62+432.43+292.9+59.18=5697.44kN2层∑G=5757.66kN重力荷载代表值3-5层G=5697.44+1089.45×0.5=6242.67kN2层G=6302.39kN4.4能量法求周期边框1D值（2跨3柱）A柱基本信息层数柱宽柱高柱长icKαDA单位：mmmmmKN·mKN/m第6层6506503.601.24E+050.240.111.24E+04125第页 第5层6506503.601.24E+050.240.111.24E+04第4层6506503.601.24E+050.240.111.24E+04第3层6506503.601.24E+050.240.111.25E+04第2层7007003.601.67E+050.180.081.29E+04第1层7007003.901.54E+050.200.323.85E+04边框1D值续表B柱基本信息层数柱宽柱高柱长icKαDB单位：mmmmmKN·mKN/m第6层6506503.601.24E+050.560.222.53E+04第5层6506503.601.24E+050.560.222.53E+04第4层6506503.601.24E+050.560.222.53E+04第3层6506503.601.24E+050.570.222.54E+04第2层7007003.601.67E+050.430.182.71E+04第1层7007003.901.54E+050.460.394.74E+04边框1D值续表C柱基本信息层数柱宽柱高净高icKαDC单位：mmmmmKN·m第6层6506503.601.24E+050.320.141.59E+04第5层6506503.601.24E+050.320.141.59E+04125第页 第4层6506503.601.24E+050.320.141.59E+04第3层6506503.601.24E+050.330.141.61E+04第2层7007003.601.67E+050.240.111.68E+04第1层7007003.901.54E+050.260.344.10E+04B--C梁基本信息位置梁宽梁高跨度ib(1.5I0)mmmmmKN·m屋面2005002.353.99E+04楼面2005002.353.99E+042005002.35楼面2005002.353.99E+042005002.35楼面2005002.353.99E+042005002.35楼面2005002.34.08E+042005002.3楼面2005002.34.08E+042005002.3边框1D值续表A--B梁基本信息层数位置梁宽梁高跨度ib(1.5I0)单位：mmmmmKN·m第6层屋面2006506.853.01E+04第5层楼面2006506.853.01E+042006506.85第4层楼面2006506.853.01E+042006506.85第3层楼面2006506.853.01E+042006506.85第2层楼面2006506.83.03E+042006506.8第1层楼面2006506.83.03E+042006506.8边框1D值续表层数单榀ΣD边框榀数Gi单位：KN/m2KN/m第6层5.36E+041.07E+057.9E+01第5层5.36E+041.07E+051.35E+02第4层5.36E+041.07E+051.35E+02第3层5.39E+041.08E+051.35E+02第2层5.68E+041.14E+051.44E+02第1层1.27E+052.54E+051.58E+02125第页 边框2D值（3跨4柱）A柱基本信息层数柱宽柱高柱长icKαDA单位：mmmmmKN·mKN/m第6层6506503.601.24E+050.240.111.24E+04第5层6506503.601.24E+050.240.111.24E+04第4层6506503.601.24E+050.240.111.24E+04第3层6506503.601.24E+050.240.111.25E+04第2层7007003.601.67E+050.180.081.29E+04第1层7007003.901.54E+050.200.323.85E+04边框2D值续表B柱基本信息层数柱宽柱高柱长icKαDB单位：mmmmmKN·mKN/m第6层6506503.601.24E+050.560.222.53E+04第5层6506503.601.24E+050.560.222.53E+04第4层6506503.601.24E+050.560.222.53E+04第3层6506503.601.24E+050.570.222.54E+047007003.601.67E+050.430.182.71E+04125第页 第2层第1层7007003.901.54E+050.460.394.74E+04边框2D值续表C柱基本信息层数柱宽柱高净高icKαDC单位：mmmmmKN·m第6层6506503.601.24E+050.560.222.53E+04第5层6506503.601.24E+050.560.222.53E+04第4层6506503.601.24E+050.560.222.53E+04第3层6506503.601.24E+050.570.222.54E+04第2层7007003.601.67E+050.430.182.71E+04第1层7007003.901.54E+050.460.394.74E+04A--B梁基本信息层数位置梁宽梁高跨度ib(1.5I0)单位：mmmmmKN·m第6层屋面2006506.853.01E+04第5层楼面2006506.853.01E+042006506.85第4层楼面2006506.853.01E+042006506.85楼面2006506.853.01E+04125第页 第3层2006506.85第2层楼面2006506.83.03E+042006506.8第1层楼面2006506.83.03E+042006506.8B--C梁基本信息梁宽梁高跨度ib(1.5I0)mmmmmKN·m2005002.353.99E+042005002.353.99E+042005002.352005002.353.99E+042005002.352005002.353.99E+042005002.352005002.34.08E+042005002.32005002.34.08E+042005002.3边框2D值续表C--D梁基本信息层数位置梁宽梁高跨度ib(1.5I0)单位：mmmmmKN·m第6层屋面2006506.853.01E+04第5层楼面2006506.853.01E+042006506.85第4层楼面2006506.853.01E+042006506.85第3层楼面2006506.853.01E+042006506.85第2层楼面2006506.83.03E+042006506.8第1层楼面2006506.83.03E+042006506.8边框2D值续表D柱基本信息层数柱宽柱高净高icKαDC单榀ΣD单位：mmmmmKN·mKN/m第6层6506503.601.24E+050.240.111.24E+047.54E+04第5层6506503.601.24E+050.240.111.24E+047.54E+04第4层6506503.601.24E+050.240.111.24E+047.54E+04第3层6506503.601.24E+050.240.111.25E+047.57E+04第2层7007003.601.67E+050.180.081.29E+047.99E+04第1层7007003.901.54E+050.200.323.85E+041.72E+05125第页 边框3D值（2跨3柱）A柱基本信息层数柱宽柱高柱长icKαDA单位：mmmmmKN·mKN/m第6层6506503.601.24E+050.240.111.24E+04第5层6506503.601.24E+050.240.111.24E+04第4层6506503.601.24E+050.240.111.24E+04第3层6506503.601.24E+050.240.111.25E+04第2层7007003.601.67E+050.180.081.29E+04第1层7007003.901.54E+050.200.323.85E+04边框3D值续表B柱基本信息层数柱宽柱高柱长icKαDB单位：mmmmmKN·mKN/m第6层6506503.601.24E+050.490.202.24E+04第5层6506503.601.24E+050.490.202.24E+04第4层6506503.601.24E+050.490.202.24E+04第3层6506503.601.24E+050.490.202.25E+04第2层7007003.601.67E+050.360.152.37E+04第1层7007003.901.54E+050.390.374.53E+04125第页 边框3D值续表B--C梁基本信息梁宽梁高跨度ib(1.5I0)mmmmmKN·m2006506.853.01E+042006506.853.01E+042006506.852006506.853.01E+042006506.852006506.853.01E+042006506.852006506.83.03E+042006506.82006506.83.03E+042006506.8A--B梁基本信息层数位置梁宽梁高跨度ib(1.5I0)单位：mmmmmKN·m第6层屋面2006506.853.01E+04第5层楼面2006506.853.01E+042006506.85第4层楼面2006506.853.01E+042006506.85第3层楼面2006506.853.01E+042006506.85第2层楼面2006506.83.03E+042006506.8第1层楼面2006506.83.03E+042006506.8边框3D值续表C柱基本信息梁柱的层数柱宽柱高净高icKαDC单榀ΣD边框榀数Gi单位：mmmmmKN·mKN/m2KN/m第6层6506503.601.24E+050.240.111.24E+044.72E+049.45E+049.28E+011.49E+02第5层6506503.601.24E+050.240.111.24E+044.72E+049.45E+041.49E+02第4层6506503.601.24E+050.240.111.24E+044.72E+049.45E+041.49E+02第3层6506503.601.24E+050.240.111.25E+044.74E+049.48E+041.57E+02第2层7007003.601.67E+050.180.081.29E+044.94E+049.89E+041.72E+02第1层7007003.901.54E+050.200.323.85E+041.22E+052.45E+05中框4榀框架D值125第页 A柱基本信息层数柱宽柱高柱长icKαDA单位：mmmmmKN·mKN/m第6层6506503.601.24E+050.320.141.60E+04第5层6506503.601.24E+050.320.141.60E+04第4层6506503.601.24E+050.320.141.60E+04第3层6506503.601.24E+050.320.141.60E+04第2层7007003.601.67E+050.240.111.67E+04第1层7007003.901.54E+050.260.344.09E+04中框4榀框架D值续表B柱基本信息层数柱宽柱高柱长icKαDB单位：mmmmmKN·mKN/m第6层6506503.601.24E+050.750.273.14E+04第5层6506503.601.24E+050.750.273.14E+04第4层6506503.601.24E+050.750.273.14E+04第3层6506503.601.24E+050.760.273.16E+04第2层7007003.601.67E+050.570.223.42E+04第1层7007003.901.54E+050.620.435.18E+04中框4榀框架D值续表C柱基本信息层数柱宽柱高柱长icKαDC125第页 单位：mmmmmKN·mKN/m第6层6506503.601.24E+050.750.273.14E+04第5层6506503.601.24E+050.750.273.14E+04第4层6506503.601.24E+050.750.273.14E+04第3层6506503.601.24E+050.760.273.16E+04第2层7007003.601.67E+050.570.223.42E+04第1层7007003.901.54E+050.620.435.18E+04中框4榀框架D值续表A--B梁基本信息B--C梁基本信息层数梁宽梁高跨度ib(2I0)梁宽梁高跨度ib(2I0)单位mmmmmKN·mmmmmmKN·m屋面2006506.854.01E+042005002.355.32E+046楼2006506.854.01E+042005002.355.32E+042006502005002.355楼2006506.854.01E+042005002.355.32E+042006502005002.354楼2006506.854.01E+042005002.355.32E+042006502005002.353楼2006506.84.04E+042005002.35.43E+042006502005002.32楼2006506.84.04E+042005002.35.43E+042006502005002.3中框4榀框架D值续表C--D梁基本信息层数梁宽梁高跨度ib(2I0)mmmmmKN·m屋面2006506.854.01E+04楼面2006506.854.01E+04125第页 200650楼面2006506.854.01E+04200650楼面2006506.854.01E+04200650楼面2006506.84.04E+04200650楼面2006506.84.04E+04200650中框4榀框架D值续表D柱基本信息层数柱宽柱高柱长icKαDC单榀ΣD中框榀数单位：mmmmmKN·mKN/mKN/m4第6层6506503.601.24E+050.320.141.60E+049.47E+043.79E+05第5层6506503.601.24E+050.320.141.60E+049.47E+043.79E+05第4层6506503.601.24E+050.320.141.60E+049.47E+043.79E+05第3层6506503.601.24E+050.320.141.60E+049.52E+043.81E+05第2层7007003.601.67E+050.240.111.67E+041.02E+054.07E+05第1层7007003.901.54E+050.260.344.09E+041.85E+057.42E+05125第页 4.5水平地震作用计算结构等效总重力荷载=0.85×（7080＋6300＋6240×3＋5150）=31662.5kN特征周期=0.45水平地震影响系数最大值=0.16相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数值：=周期折减系数取0.8，则折减后的周期=0.77×0.8=0.616==×0.16=0.1206底部剪力法计算结构总水平地震作用标准值：=0.1206×315662.5=3818.9(kN)因为T=0.616s<1.4=1.4×0.45=0.63s，所以不需要考虑顶部附加水平地震作用，即=0。=3.9＋3.6×5=21.9m=3.9＋3.6×4=18.3m=3.9＋3.6×3=14.7m=3.9＋3.6×2=11.1m=3.9＋3.6=4.5m=3.9m125第页 =5150×21.9＋6240×(18.3＋14.7＋11.1)＋6300×7.5＋7080×3.9=462861kNm地震作用力：所以=930.6kN=942.2kN756.9kN571.5kN389.9kN227.8kN各层层间剪力：930.6kN＋=1872.8kN＋+2629.7kN＋+=3201.2kN＋++3591.1kN++3818.9kN层间相对弹性转角各层水平地震作用的标准值、楼层剪力以及楼层间位移计算层数Gi(KN)Hi(m)GiHiΣGiHi(kN·m)Fi(kN)Vi(kN)ΣD(kN/m)θ6515021.9112785462831930.6930.65552001/20005624018.3114192942.21872.85552001/11114624014.791728756.92629.75552001/7693624011.169264571.53201.25580001/625263007.547250389.93591.15931001/588170803.927612227.83818.911630001/1250最大层间位移=<，满足《建筑抗震设计规范》（GB50011--2010)弹性层间位移限值的要求。上述地震力分配到②轴的水平地震作用和地震剪力如下图所示。125第页 (a)水平地震作用(b)地震剪力KJ-2框架各层水平地震作用和地震剪力4.5.1水平地震作用下框架受力计算框架尺寸及其截面尺寸图如下：125第页 各层各柱剪力如下表所示：125第页 DADBDCDD∑DViViAViBViCViD六层12400253002530012400555000930.620.7942.4242.4220.79五层124002530025300124005550001872.841.8485.3785.3741.84四层124002530025300124005550002629.758.75119.88119.8858.75三层125002540025400125005580003201.271.71145.72145.7271.71二层129002710027100129005930003591.178.12164.11164.1178.12一层3850047400474003850011600003818.9126.75156.05156.05126.75各层各柱反弯点位置及其柱端弯矩如下表所示：hyA、D柱yB、C柱MA上MA下MB上MB下MC上MC下MD上MD下六层3.60.181.0871.113.74106.9045.82106.9045.8271.113.74五层3.60.91.44112.9837.66184.40122.94184.40122.94112.9837.66四层3.61.261.62137.4874.03237.36194.20237.36194.20137.4874.03三层3.61.81.62129.08129.08288.52236.06288.52236.06129.08129.08二层3.62.341.9898.43182.80265.86324.94265.86324.9498.43182.80一层3.93.92.9250.00494.32152.15456.44152.15456.440.00494.32计算柱端弯矩由柱剪力和反弯点高度，按下式求得：上端下端计算轴力N：边柱轴力为各层梁端剪力按层叠加，中柱轴力为柱两侧梁端剪力之差，亦按层叠加。柱轴力为：各层各柱轴力如下表所示：AB梁BC梁VCD梁VA柱轴力B柱轴力C柱轴力D柱轴力125第页 V六层17.0951.8617.0917.0934.7734.7717.09五层31.49111.6831.4948.58114.96114.9648.58四层48.19174.7848.1996.77241.55241.5596.77三层59.95234.1759.95156.72415.77415.77156.72二层64.91250.4664.91221.63601.31601.31221.63一层56.78238.0656.78278.42782.60782.60278.42计算梁端弯矩梁端弯矩按节点弯矩平衡条件，将节点上、下柱端弯矩之和按左、右梁的线刚度比例分配，按下式计算：1点左M1点右M2点左M2点右M3点M4点左M4点右M5点左M5点右M6点M六层45.9760.9360.9345.97116.7298.99131.23131.2398.99116.72五层175.14154.93205.37205.37154.93175.14四层203.11207.57275.15275.15207.57203.11三层227.51213.90288.02288.02213.90227.51二层182.80203.32273.77273.77203.32182.80一层494.32494.32各层梁端剪力：计算梁端剪力根据梁的两端弯矩，按下式计算梁的线刚度见下表：AB梁线刚度BC梁线刚度CD梁线刚度AB加BCBC加CD六层3.01E+043.99E+043.01E+047.00E+047.00E+04125第页 五层3.01E+043.99E+043.01E+047.00E+047.00E+04四层3.01E+043.99E+043.01E+047.00E+047.00E+04三层3.01E+043.99E+043.01E+047.00E+047.00E+04二层3.03E+044.08E+043.03E+047.11E+047.11E+04一层3.03E+044.08E+043.03E+047.11E+047.11E+044.5.2弯矩、剪力、轴力KJ-②水平地震作用下的弯矩、剪力、轴力图如下：125第页 125第页 125第页 125第页 125第页 第5章内力计算5.1计算简图选取第②轴框架作为计算单元，梁柱尺寸如图所示。由于楼板长短边之比均小于3，故按双向板计算和传递荷载125第页 结构计算单元5.2理荷载计算（恒载）125第页 板传荷载示意图（1-5层）墙使用200厚加气混凝土，容重分别为：屋面板：6.26kN/m2门：0.15kN/m2窗：0.35kN/m2标准层：3.7kN/m2梁柱：25kN/m3墙：5.5kN/m3据板传荷载示意图：有二级次梁L1受梯形板传来的荷载：(1.77+5.3)×1.8×3.7=23.5kN（1.77+5.3）×1.95×3.7=25.5kN二级次梁L1上墙传来的荷载：=5.5×(3.6-0.5)×0.2=3.4kN/m(标准层)=5.5×3.6×0.2=3.96kN/m（五层顶）125第页 梁L1自重：G=25×0.2×0.5×5.1=12.75kN二级次梁上的集中力G=61.75kN对二级次梁进行平衡求解得F2=(标准层)同理F2=33.4kN(五层顶)一级次梁L2受三角形板传来的荷载：×（3.6×1.77）×3.7+（3.9×1.77）×3.7=24.6kN一级次梁L2自重;25×0.2×0.65×7.5=24.4kN一级次梁L2上墙传来的荷载：Q1=5.5×0.2×(3.6-0.65-2.1)+2×0.15×2.1×1.2÷1.2=1.57kN/m(标准层)=5.5×0.2×(3.6-1×2.1)+2×0.15×2.1=2.28kN/m(5层顶)求一级次梁L2上的集中力：分别对次梁两端取矩得：F2=42kN(标准层)125第页 F2=45.8kN(顶层)同理得：F1=38.8kN(标准层)F1=41.8kN(顶层)Qs5=1.3×7.5=9.75kN/m一级次梁L2传在主梁上的荷载计算：KL3的自重：第1、2层：0.2×0.65×（6.6-0.2-0.7）×25=18.53kN其余层：02×0.65×(6.6-0.2-0.65)×25=18.69kNKL2与KL3相同直接取KL3自重为18.53kN计算则有板传在KL3上的荷载G=23.5kN即线荷载为4.4kN/m墙传在KL3上的荷载q=3.25kN/m窗传在KL3上的荷载q=（3.6-0.65-0.9）×0.35=2.64kN/m求KL3上的集中力：同理F5顶=67.6KnKL2自重为18.53kN板传在KL2上的荷载：墙传在KL2上的荷载：q=3.25kN/m则KL2上的集中力：=76.7kN（1-4层顶）（第5层顶）KL1自重:取18.53kN墙传的荷载：q=3.25kN/m125第页 板传的荷载：q=3.7kN/m则梁端的荷载为（第1-5层顶）5.3屋面荷载125第页 KL3梁受女儿墙荷载：自重：板传荷载：则通过KL3传到柱子A上的荷载：AB梁自重：梯形板传的荷载：则通过AB梁传给A柱的荷载为：F=77.4kN通过AB梁传给B柱的荷载为：F=77.4kNKL4自重：女儿墙传的荷载：kN板传来的荷载：则：FA3=通过KL4传到柱子A的荷载F=20.65Kn则顶层A柱上的恒载对KL2：125第页 自重：板传来的荷载：则通过KL2传给柱子B的荷载：KL5：自重为：G1=9.6kN板传荷载：G2=6.26则通过KL5传给柱子B的荷载为对BC梁：自重：（3-0.65）0.50.225==5.9Kn板传荷载:31.526.26=28.17kN则通过BC量传给柱子B的荷载：则顶层B柱集中力：对于C柱：BC梁传给C柱的荷载：FC1=17kNKL1自重：（6.6-0.65）0.650.225==19.3kN梯形板传来荷载：（6.6+3.3）1.56.26=46.48kN女儿墙传的荷载：6.60.20.95.5=6.5kN则KL1传给柱子C的荷载为：FC2=（19.3+46.48+6.5）=36.14kN通过KL6传给柱子C的荷载：FC3=FB3=34.7kN125第页 对CD梁：自重：24.38kN女儿墙传荷载：板传来的荷载：即通过CD梁传到柱子C上的荷载:则顶层柱子C上的集中力对D柱：CD梁传给D柱的荷载：通过KL7传荷载为20.65kN顶层D柱上的荷载：71.75kN即对于屋面有：第5层：通过KL3传在柱子A上的荷载：FA1=67.6kN通过KL2传在柱子B上的荷载：FB1=80.1kN通过KL1传在柱子C上的荷载：FC1=29.9kN单向板传在梁AB上的荷载：1.3×7.5×3.7=36.08kNAB自重：24.38kN梯形板传给AB梁的荷载：G=（7.5+2.5）×2.25×3.7=41.6kN则板传给AB梁荷载：71.68kN墙传给AB梁荷载22.22kN125第页 即通过AB梁传给A柱的荷载FA2=11.11kN通过AB梁传给B柱的荷载FB2=11.11kNKL4自重;9.6kN梁上墙重：3.9kN窗传荷载：（3.6-0.9-0.5）×（4.5-0.65）×0.35=3kN板传给KL4的荷载：（4.5-0.65）×2.25×3.7=16.4kN通过KL4传给柱子A的力：即第5层A柱的集中力第1-4层的集中力对柱子BFB1=80.1kNFB2=11.11kNFB3=×36.08=18.04kN对KL5：自重：9.6kN板传荷载：门，墙传荷载：（4.5-0.65）0.25.5（3.6-0.5）-1.21.20.25.5+1.22.10.15=10.7kN通过KL5传给B柱的荷载：BC梁传给B柱的荷载：125第页 则有：对C柱：FC1=29.9kN通过BC传给C柱的力为FC2=17kN通过KL6传给C柱的力与B柱的力相等FC3=27.8kNCD梁：自重：24.38kN墙传荷载：0.25.5（7.5-0.65）（3.6-0.65）=22.55kN板传荷载：即通过CD传给柱子C的荷载为：则对D柱：CD梁传的荷载：KL7传的荷载与KL4传的荷载相等为16.45kN125第页 下面把1-6层各柱子上的恒载集中力总结如下表：单位：kN柱子层数ABCD6118.7185.35138.9471.755113.215411960.624110.6150.6511960.623110.6150.6511960.622110.6150.6511960.621110.6150.6511960.62柱子层数ABCD6118.7185.35138.9471.755113.215411960.624110.6150.6511960.623110.6150.6511960.622110.6150.6511960.621110.6150.6511960.62梁受梯形、墙、三角形传荷载分布见下表：单位：kN/m位置梁梁上、左、右分布第1-5层第6层AB左边4.8111.25上部3.19右边9.49.4BC左边4.694.69上部右边4.694.69CD左边125第页 上部3.19右边9.49.45.4活载计算5.4.1屋面A柱受集中力为：kNAB梁受左右梯形荷载：左：q=23.3=6.6kN/m右：q=22.25=4.5kN/mB柱受集中力为：125第页 BC梁受三角形荷载：左：右：C柱受集中力：CD梁受梯形板传的荷载：右：q=22.25=4.5kN/mD柱受集中力为：5层以下：125第页 二级次梁上L1受板传来的活荷载：则传在一级次梁上的集中力为：33.14=16.57kN一级次梁L2受板传来的荷载：根据弯矩平衡方程可以知道：L2两端传给KL2的集中力分别为：16.32kN和16.9kN板传给KL3的荷载为：板传给KL2的荷载为：则KL3传给柱子A的集中力为：KL2传给柱子B的集中力为：则有A柱集中力为：20+AB梁受板传活载：左：右：则B柱受集中力：C柱受集中力：kNBC梁左:右：D柱受集中力：KL6传荷载：22.25=4.5CD梁右：125第页 下面将各个柱子受活荷载的集中力见下表：单位：kN柱子层数ABCD614.92717.25.0652537.220.255.0642537.220.255.0632537.220.255.0622537.220.255.0612537.220.255.06梁活载分布见下表：单位梁层数ABBCCD左右左右左右66.6梯形4.5梯形3三角形3三角形04.5梯形53.254.5梯形3.753.7504.5梯形43.254.5梯形3.753.7504.5梯形33.254.5梯形3.753.7504.5梯形23.254.5梯形3.753.7504.5梯形13.254.5梯形3.753.7504.5梯形由于梁是偏心，因此对柱子产生弯矩：恒载作用下因为梁偏心产生的各柱子的弯矩值计算如下：M=F偏心距下面详细以1-6层柱子A计算，M6A=118.70.225=26.71kN.mM5A=113.20.225=25.47kN.mM3、4A=110.60.225=24.89kN.mM1、2A=110.60.25=27.65kN.m其余各柱子见下表：单位集中力：kNM：kN.m125第页 层数偏心距B柱集中力MC柱集中力MD柱集中力M60.225185.3541.70138.9431.2671.7516.1450.22515434.6511926.7860.6213.6440.225150.6533.9011926.7860.6213.6430.225150.6533.9011926.7860.6213.6420.25150.6537.6611929.7560.6215.1610.25150.6537.6611929.7560.6215.16活载作用下因为梁偏心产生的各柱子的弯矩值：计算方法同恒载的，具体结果见下表：单位集中力：kNM：kN.m层数偏心距A柱集中力MB柱集中力MC柱集中力MD柱集中力M60.22514.93.35276.0817.23.875.061.1450.225255.6337.28.3720.254.565.061.1440.225255.6337.28.3720.254.565.061.1430.225255.6337.28.3720.254.565.061.1420.25256.2537.29.3020.255.065.061.2710.25256.2537.29.3020.255.065.061.27恒载作用下计算简图如下：125第页 ②恒载作用下计算简图恒载作用下的弯矩图如下：yx19.4813.0723.5028.3325.9926.6827.0228.3525.8428.4751.6230.0214.80-5.1017.74-17.3118.35-15.1619.27-17.9015.40-17.0830.04-21.690.022.17-0.404.04-0.701.84-1.202.65-0.120.881.120.5311.08-3.7211.37-9.8611.99-9.7111.44-10.6111.56-11.2718.07-11.26-75.4620.5320.5322.0840.88-71.60-1.830.640.65-3.94-37.7110.3611.0021.26-36.11-77.8319.3919.3922.5740.56-69.880.680.911.49-5.91-37.8910.1910.8521.10-36.24-79.2318.9418.9423.3940.74-68.122.020.732.10-7.59-37.7210.3110.9021.18-36.24-80.3818.4818.4823.8540.74-66.963.290.74-8.84-37.7010.2910.8321.14-36.35-81.3317.9117.9123.7840.42-66.655.080.95-10.23-37.6710.2810.7721.10-36.45-78.3322.0941.7846.9622.0922.0925.8246.94-69.002.730.38-9.00-39.149.9211.8921.48-34.21125第页 ②恒载作用下弯矩图125第页 ②恒载作用下剪力图125第页 ②恒载作用下轴力图125第页 ②活载作用下计算简图125第页 ②活载作用下弯矩图125第页 ②活载作用下剪力图125第页 ②活载作用下轴力图5.5弯矩调幅5.5.1恒载作用下梁端弯矩调幅由于钢筋混凝土结构具有塑性内力重分布性质，在竖向荷载下可以考虑适当降低梁端弯矩，进行调幅，以减少负弯矩钢筋的拥挤现象。对于现浇框架调幅系数β可以取0.8~0.9间，本设计取调幅系数0.85。调幅后的柱边梁端弯矩如下：（1）屋面AB梁：A端弯矩：=-52.44BC梁：B端弯矩：=2.2B端弯矩：=-45.2C端弯矩：=-5.62CD梁：C端弯矩：=-26.29D端弯矩：=-22.47（2）5层125第页 AB梁：A端弯矩：=-53.86BC梁：B端弯矩：=3.87B端弯矩：=-42.5C端弯矩：=-6.32CD梁：C端弯矩：=-25.18D端弯矩：=-24.2（3）4层AB梁：A端弯矩：=-53.11BC梁：B端弯矩：=2.64B端弯矩：=-42.69C端弯矩：=-5.44CD梁：C端弯矩：=-25.2D端弯矩：=-24（4）3层AB梁：A端弯矩：=-52.21BC梁：B端弯矩：=1.79B端弯矩：=-43.59C端弯矩：=-4.6CD梁：C端弯矩：=-25.2D端弯矩：=-24（5）2层AB梁：A端弯矩：=-51.14BC梁：B端弯矩：=0.94B端弯矩：=-45C端弯矩：=-3.46CD梁：C端弯矩：=-25.36D端弯矩：=-24（6）1层AB梁：A端弯矩：=-49.27BC梁：B端弯矩：=-0.79B端弯矩：=-46.27C端弯矩：=-2.19CD梁：C端弯矩：=-25.2D端弯矩：=-245.5.2活载作用下梁端弯矩调幅：（1）屋面AB梁：A端弯矩：=-26.35BC梁：B端弯矩：=-1.36B端弯矩：=-24.17C端弯矩：=-3.45125第页 CD梁：C端弯矩：=-11.88D端弯矩：=-10.22（2）5层AB梁：A端弯矩：=-23.54BC梁：B端弯矩：=0.91B端弯矩：=-19.36C端弯矩：=-3.99CD梁：C端弯矩：=-12.03D端弯矩：=-11.54（3）4层AB梁：A端弯矩：=-23.11B端弯矩：=-19.11BC梁：B端弯矩：=0.03C端弯矩：=-3.7CD梁：C端弯矩：=-11.87D端弯矩：=-11.49（4）3层AB梁：A端弯矩：=-22.74B端弯矩：=-19.54BC梁：B端弯矩：=-0.25C端弯矩：=-3.33CD梁：C端弯矩：=-11.96D端弯矩：=-11.42（5）2层AB梁：A端弯矩：=-22.3B端弯矩：=-20.1BC梁：B端弯矩：=-0.63C端弯矩：=-2.86CD梁：C端弯矩：=-11.99D端弯矩：=-11.42125第页 （6）1层AB梁：A端弯矩：=-21.51B端弯矩：=-20.55BC梁：B端弯矩：=-1.44C端弯矩：=-2.35CD梁：C端弯矩：=-11.87D端弯矩：=-11.34第6章内力组合第6章125第页 125第页 125第页 125第页 125第页 125第页 框架②A柱恒载与活载组合设计值见下表：125第页 框架②A柱重力荷载代表值与左震作用组合设计值见下表：框架②A柱重力荷载代表值与右震作用组合设计值见下表：125第页 125第页 框架A柱各种作用组合设计值见下表框架A柱各种作用组合设计值续表125第页 框架②B柱恒载与活载组合设计值见下表：125第页 框架②B柱重力荷载代表值与左震作用组合设计值见下表125第页 框架②B柱重力荷载代表值与右震作用组合设计值见下表125第页 框架B柱各种作用组合设计值见下表125第页 框架B柱各种作用组合设计值续表框架②C柱恒载与活载组合设计值见下表：125第页 框架②C柱重力荷载代表值与左震作用组合设计值见下表125第页 框架②C柱重力荷载代表值与右震作用组合设计值见下表125第页 框架C柱各种作用组合设计值见下表125第页 框架C柱各种作用组合设计值续表框架②D柱恒载与活载组合设计值见下表：125第页 框架②D柱重力荷载代表值与左震作用组合设计值见下表：125第页 框架②D柱重力荷载代表值与右震作用组合设计值见下表125第页 框架D柱各种作用组合设计值见下表：125第页 框架D柱各种作用组合设计值续表125第页 第7章框架梁、柱配筋7.1框架梁截面设计7.1.1框架梁正截面配筋as=70mmas＇=40mmfc=14.3N/mm2α1=1.0fy=360N/mm2ξb=0.53asb=ξb(1-0.5ξb)=0.39配筋见下表：125第页 125第页 梁配筋续表梁配筋续表梁配筋续表125第页 梁配筋续表梁配筋续表125第页 7.1.2框架梁斜截面配筋框架梁斜截面配筋续表125第页 框架梁斜截面配筋续表框架梁斜截面配筋续表125第页 7.1.3框架中T型、L型梁截面配筋125第页 框架中T型、L型梁截面配筋续表125第页 7.2框架柱截面设计125第页 125第页 第8章基础计算8.1基础类型及计算形式基础类型：锥型柱基二、依据规范《建筑地基基础设计规范》（GB50007--2002）《混凝土结构设计规范》（GB50010--2002）三、几何数据及材料特性自动计算所得尺寸：B1=1950mm,W1=1950mmH1=200mm,H2=850mmB=650mm,H=650mm基础沿x方向的长度l=2B1=3.90m基础沿y方向的长度b=2W1=3.90m埋深d=1000mmas=40mm材料特性：混凝土：C35钢筋：HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)考虑最小配筋率四、荷载数据125第页 1．作用在基础顶部的基本组合荷载竖向荷载F=1085.17kN基础自重和基础上的土重为:G=1.35×γm×l×b×d=1.35×20.0×3.90×3.90×1.00=410.67kNMx=0.00kN·mMy=621.09kN·mVx=319.04kNVy=0.00kN2．作用在基础底部的弯矩设计值绕X轴弯矩:M0x=Mx-Vy×(H1+H2)=0.00-0.00×(0.20+0.85)=0.00kN·m绕Y轴弯矩:M0y=My+Vx×(H1+H2)=621.09+319.04×(0.20+0.85)=956.08kN·m3．折减系数Ks=1.00五、修正地基承载力计算公式：《建筑地基基础设计规范》（GB50007--2002）(5.2.4)fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)(式5.2.4)式中:fak=300.00kPaηb=0.00，ηd=1.00γ=18.60kN/m3γm=18.60kN/m3b=3.90m,d=1.00m如果b＜3m，按b=3m;如果b>6m，按b=6m如果d＜0.5m,按d=0.5mfa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)=300.00+0.00×18.60×(3.90-3.00)+1.00×18.60×(1.00-0.50)=309.30kPa修正后的地基承载力特征值fa=309.30kPa六、轴心荷载作用下地基承载力验算pk=(Fk＋Gk)/A其中：A=3.90×3.90=15.21m2Fk=F/Ks=1085.17/1.00=1085.17kN125第页 Gk=G/1.35=410.67/1.35=304.20kNpk=91.35kPa≤fa,满足要求七、偏心荷载作用下地基承载力验算荷载仅在X方向存在偏心Myk=My/Ks=956.08/1.00=956.08kN·mx方向的偏心距为:ex=0.688m>l/6=0.650m按《建筑地基基础设计规范》(GB50007--2002）(5.2.2-4)=188.21kPa≤1.2fa=371.16kPa满足要求八、基础抗冲切验算计算公式：按《建筑地基基础设计规范》（GB50007--2002）下列公式验算：Fl≤0.7bhpftamh0(8.2.7-1)am=(at＋ab)/2(8.2.7-2)Fl=pjAl(8.2.7-3)1．基底最大净反力基底平均净反力pc=71.35kPa基底最大净反力pj=pjx+pjy-pc=168.05+71.35-71.35=168.05kPa125第页 2．柱子对基础的冲切验算：X方向：Alx=2.0203m2Flx=pj×Alx=168.05×2.0203=339.51kNab=Min{bc+2×h0,b}=Min{0.65+2×1.01,3.90}=2.67mamx=(at+ab)/2=(0.65+2.67)/2=1.66mFlx≤0.7×βhp×ft×amx×h0=0.7×0.98×1.57×1.66×1.01×1000=1804.20kN,满足要求Y方向：Aly=2.0203m2Fly=pj×Aly=168.05×2.0203=339.51kNab=Min{ac+2×h0,a}=Min{0.65+2×1.01,3.90}=2.67mamy=(at+ab)/2=(0.65+2.67)/2=1.66mFly≤0.7×βhp×ft×amy×h0=0.7×0.98×1.57×1.66×1.01×1000=1804.20kN,满足要求九、基础局部受压验算计算公式：《混凝土结构设计规范》（A.5.1-1）Fl≤w×βl×fcc×Aln局部荷载设计值：Fl=1085.17kN混凝土局部受压面积：Aln=bc×hc=0.65×0.65=0.42m2混凝土受压时计算底面积：Ab=0.56m2混凝土受压时强度提高系数：w×bl×fcc×Aln=0.75×1.15×14195.00×0.42=5190.05kN>Fl=1085.17kN满足要求！十、受弯计算结果125第页 柱根部受弯计算：X方向受弯截面基底反力设计值：pnx=pminx+(pmaxx-pminx)×(l/2.0＋l0/2.0)/l=1.64+(195.05-1.64)×(3.90/2+0.65/2)/3.90=114.46kPaⅠ-Ⅰ截面处弯矩设计值：a1=3.90/2-0.65/2=1.63=544.28kN·mX方向计算面积：1663.23mm2根据《混凝土结构设计规范》第9.5.2条，取最小配筋率为0.15％,X方向构造配筋面积：4134.38mm2Ⅱ-Ⅱ截面处弯矩设计值：=265.33kN·mY方向计算面积：810.80mm2根据《混凝土结构设计规范》第9.5.2条，取最小配筋率为0.15％,Y方向构造配筋面积：4134.38mm2X方向弯矩计算结果:计算面积：4134.38mm2125第页 采用方案：C18@200X方向钢筋总根数为:21实配面积：5343.85mm2Y方向弯矩计算结果:计算面积：4134.38mm2采用方案：C20@200Y方向钢筋总根数为:21实配面积：6597.34mm28.2基础配筋图125第页 结论本次设计是比较完整的教学楼建筑结构设计，所以对于一直处于学习理论知识的我来说有一定的难度，但是尽管很难，但是在三个月的时间里，我一直扎扎实实的以解决设计中遇到的问题为本，终于按时完成了本设计。虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐，但是我的收获丰富，包括建筑设计中柱网的布置、教室的规范条件、楼梯的设计要求、卫生间的设计规范、教学楼的整体布局等，在老师的指导下，我随着设计的不断深入而对设计的了解不断加深，对建筑设计有了更深的体会，此外，对教学楼的结构设计，承重结构的选择，框架梁柱截面尺寸的确定，工程做法的选择，教学楼竖向荷载的计算，一榀框架在恒载，活载，地震作用下的内力分析与组合，梁柱的配筋计算，基础的设计等，我随着结构设计的不断深入，对建筑物荷载的传递和受力分析，有了明确和深入的了解。总而言之，本次毕业设计锻炼了我综合运用所学的专业知识解决实际工程问题的能力，同时提高了我查阅文献资料，设计手册，规范及电脑制图，PKPM等软件的专业能力水平为我即将走上工作岗位打下了扎实的能力基础，给了我自己很大的信心。125第页 总结与体会通过三个月的时间，并在指导老师的指导与帮助下，终于顺利的将整个毕业设计完成了，通过此次毕业设计，加上之前在工地进行的土木工程生产实习，对知识的综合运用，新知识的学习，解决工程实际问题和本次设计所进行的基本训练，在精神和品质方面得到了很大的锻炼与提高。对工程与社会、经济、文化、环境等有了更进一步的认识。毕业设计是三年专业知识的综合运用的结晶，是三年的扩充和深化，也是理论与实践相结合的一次锻炼，通过毕业设计，我学习和领会到了建筑结构设计的一些新思路。通过此次毕业设计，发现了团队合作带来的效益是不可估量的，对即将走上工作岗位的自己起到了不可估量的作用，在未来自己一定要谨记实践出真知的道理，同时通过毕业设计，自己也有了充足的信心去面对未来的挑战。谢辞本设计是在田毅125第页 老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他平易近人的为人师范，严谨的治学精神，精益求精的工作作风深深感染和激励着我，非常感谢老师给予我的一切帮助。在此，我还要感谢我们组里的每一个成员，正是每个组员的相互帮助，我们一起克服了一个个设计中的困难和难题，使得我们的设计顺利完成。在论文即将完成之际，我也面临毕业，即将离开自己学习成长了四年的大学校园，我很感谢陪我一路的老师，同学们！参考文献[1]《基础工程》钱德玲主编北京--中国建筑工业出版社，2009[2]《混凝土结构设计》沈蒲生主编--4版.--北京高等教育出版社，2012.2[3]《混凝土结构设计原理》沈蒲生主编--3版，--北京；高等教育出版社，2007.11[4]《土力学》张克恭，刘松玉主编.--3版.--北京：中国建筑工业出版设，2010.8125第页 [5]《结构力学Ⅰ》孙俊，张长领主编.--重庆：重庆大学出版社，2001.9[6]《荷载与结构设计方法》白国良主编.--2版.--北京：高等教育出版社，2010.1[7]《房屋建筑学课程设计及习题集》金少蓉主编，--重庆：重庆大学出版社，2005.12[8]《抗震结构设计》王社良主编.--4版.--武汉：武汉大学出版社，2010.7[9]《工程地质学》孔宪立，石振明主编.--北京：中国建筑工业出版社，2001[10]《房屋建筑学》同济大学等合编.--4版.--北京：中国建筑工业出版社，2005[11]《PKPM软件混凝土结构设计入门》刘林金新阳--1版.--北京：中国建筑工业出版社，2009.10[12]《PKPM软件地基基础设计入门》袁泉朱春明编著--1版.--北京：中国建筑工业出版社，2009.12[13]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010[14]《建筑结构荷载规范》GB50009-2012附录外文翻译Somequestionsonthecorrosionofsteelinconcrete.Corrosionmechanismandmonitoring,servicelifepredictionandprotectionmethodsABSTRACT：Thissecondpartaddressessomeimportantissuesthatremaincontroversialdespitethevastamountsofworkdevotedtoinvestigatingcorrosioninconcrete-embeddedsteel.Specifically,thesereferto:1)therelativesignificanceofgalvanicmacrocouplesandcorrosionmicrocellsinreinforcedconcretestructures;2)themechanismbywhichreinforcementscorrodeinanactivestate;3)thebestprotectivemethodsforpreventingorstoppingreinforcementcorrosion;4)thepossibilityofareliablepredictionoftheservicelifeofareinforcedconcretestructure;and5)thebestcorrosionmeasurementandcontrolmethods.Theresponsesprovidedaresupportedbyexperimentalresults,mostofwhichwereobtainedbytheauthorsthemselves.1.INTRODUCTIONConcrete-embeddedsteelisknowntoremaininapassivestateundernormalconditionsasaresultofthehighlyalkalinepHofconcrete.Thepassivityofreinforcementsensures125第页 unlimiteddurabilityofreinforcedconcrete(1KC)structures.However,therearesomeexceptionalconditionsthatdisruptsteelpassivityandcausereinforcementstobecorrodedinanactivestate.Thishasraisedcontroversialinterpretations,someofwhichwerediscussedinPartIofthisseries[1].ThisPartIIanalysesthoughfarfromexhaustively,other-totheauthorsmindsatleast-equallyinterestingissuesonwhichnogeneralconsensushasbeenreached.2.MATERIALSANDMETHODSThereaderisreferredtoPartIforadetaileddescriptionofthematerialsandmethodsusedinthiswork.Mostoftheexperimentalresultsdiscussedhereinwereobtainedwiththesametypesofspecimensandslabs.Galvaniccouplesweredeterminedonspeciallydesignedspecimens,suchasthoseshowninFigs.1and2.Near-realconditionsweresimulatedbyusingabeamthatwas160cmlongand7x10cmincross-section.Thebeamwasmadefrom350kgcement/m3,halfofwhichcontainednoadditives,whiletheotherhalfincluded3%CaC12bycementweight[2],(Fig.1).InordertostudytheeffectoftheSanod/Scathoaratioongalvanicmacrocouples,theyweremodelledbysurroundingasmallcarbonsteelanodewithastainlesssteel(AISI304)cathodeandviceversa(Fig.2).Inthisway,theratio"sconsistensywasassured.Inaddition,thepotentialandicorrofstainlessstealandthoseofthepassivestructureswereverysimilar.Fig.1-BeamusedtomeasureicoTrandEcorrinFig.2-Schemeofgalvanicmacrocouplesembeddedconcretewithandwithoutchloridesandtoinchloride-containingmortarusedtostudytheillustratethesignificanceofpassivesteel/activeeffectoftheSanod/Scathodratioandtheirrelativesteelmacrocouples.significancetocorrosionmicrocells.3.RESULTSANDDISCUSSION125第页 3.1WhatistherelativesignificanceofgalvanicmacrocouplesandcorrosionmicrocellsinRCstructures?Accordingtoseveralauthors[3,5],thepolarizationresistancemethodprovidesaneffectivemeansforestimatingthecorrosionrateofsteelinP,C;themethodisquiterapid,convenient,non-destructive,quantitativeandreasonablyprecise.However,itisuncertainwhetheritmaygiverisetoseriouserrorswithhighly-polarizedelectrodesbytheeffectofpassive/activeareagalvanicmacrocouplesinthereinforcements[6].Basedontheauthors"ownexperiencewiththebehaviourofgalvanicmacrocouplesinPC,thecontributionofthesemacrocouplestooverallcorrosionisverymodestrehtivetothatofthecorrosionmicrocellsformedintheactiveareasofreinforcementsinthepresenceofsufficientoxygenandmoisture[2,7,8].Thus,ithasbeenexperimentallycheckedthat:(a)Galvanicmacrocoupleshaveaslightpolarizingeffectonanodicareasinwetconcrete,whosepotentialistherebyinfluencedinonlyafewmillivolts.(b)Ontheotherhand,macrocoupleshaveastrongpolarizingeffectonpassiveareasdespitethelowgalvaniccurrentsinvolvedrelativetotheoverallcorrosioncurrent.(c)Asaresult,galvaniccurrentscanresultingrosslyunderestimatedicorrvaluesfortheactiveareassincetheyareoftensmallerthan10%oftheico=valuesestimatedfrompolarizationresistancemeasurements.(d)ThecorrosiveeffectofcoplanarmacrocouplesonRCstructuresonlyprovesdangerouswithinasmalldistancefromtheboundaryofactiveandpassiveareas.Fig.3comparestheestimatedicorrandigvalues,inmortarcontaining3o~ACaC12,peranodesurfaceunitforanumberofanode/cathodesurfaceratiosforAISI304stainlesssteel/carbonsteelmacrocouplesinsupportoftheaboveconclusions[9].3.2Bywhatmechanismdoreinforcementscorrodeinanactivestate?Whenthepassivestateislost,therateofreinforcementcorrosionininverselyproportionaltotheresistivityofconcreteoverawideresistivityrange[10].Because125第页 Fig.3-RelativesignificanceofcorrosionmicrocellsFig.4-Trendsinico.andEcorrfor(icorr)andgalvanicmacrocouples(i.)incorrosionspecimensexposedtoanoxygen-freeofsteelembeddedinmortarcontainingnochloride.environment.BothcurrentswerecalculatedrelativetoSanod(carbonsteelinthemacrocouplesofFig.2).theenvironment"srelativehumidityandionicadditivesofconcretedetermineconcreteresistivity,thesefactors,togetherwithoxygenavailabilityatreinforcementsurfaces,controlthecorrosionrate[11].Theelectricresistivityofwater-saturatedconcretestructuresisrelativelyverylow,andthecorrosionrateisbelievedtobeessentiallycontrolledbythediffusionofdissolvedoxygenthroughtheconcretecoveruptoreinforcements.Thisisconsistentwiththewidespreadbeliefthatthesolepossiblecathodicreactioninneutralandalkalinesolutionsisoxygenreduction.Thesignificanceascribedtotheroleofoxygenjustifiestheeffortstodetermineitsdiffusioncoefficientinconcrete[12,13].Thevarietyofmethodsandexperimentalconditionsusedforthispurposehaveledtoawiderangeofdiffusivityvalues(from10-12to10-8m2/s)foroxygenincementpaste[14].Sincethediffusioncoefficientofoxygeninaqueoussolutions(1)O2=10-5cm2/s-1),issaturationconcentration(CO2=2.1x10-7mol/cm3)andtheapproximatethicknessofdiffusionlayersinstagnantsolutions(8=0.01cm)arewellknown,thelimitingdiffusioncurrentcanbecalculatedas:125第页 ilo2=-zFD02C02/r=8x10-4A/cm2(80pA/cm2)wherezisthenumberofequivalentspermole(4)andFtheFaraday(96,500A.s/eq).For1-cmthickmortarcoversofaverageporosity15%(seeFig.1inPartI)[1]andadiffusiojalayerthicknessofthesameorderasthecoverthickness,11o2=0.12laA/cm2,whichisquiteconsistentwiththeicorrvaluesestimatedunderporesaturationconditionsattheendofthecuringprocess,bothformortarscontainingnochlorideionsandforthoseincluding2,4or6%C1-[16].Ontheotherhand,icorrvaluesofca.10liA/cm2(seeFig.9inPartI)[4]havebeenobtainedbyseveralauthorsformortarswithchloridesorcarbonatedmortarswhichareincompatiblewiththeratesallowedbythelimitingdiffusioncurrentofoxygen.Therefore,insomecircumstances,alternativecathodicprocessesallowingforfasterkineticsmustthereforebeinvolved.Inrecentwork,theconcurrenceofcrevices,chlorideionsanddissolvedoxygenatthesteel/concreteinterfacewasclaimedtoprovidethethermodynamicconditionsrequiredforprotonstobereducedandthealternativemechanismtooccur[11,17].Thereareanumberoffactsthatrefuteoxygenreductionasbeingthesolecorrosionrate-determiningstep,namely:-Undersomecircumstances,oncecorrosioninanactivestatehasstarted,itdevelopsatthesamerateeventhoughoxygenisbeingremovedfromthemedium(Fig.4)[11].-Assaturationofconcreteporesdecrease,concreteresistivitycontrolsico~roverawideresistivityrange;therefore,thecorrosionrateseemstodecreaseinproportiontotheeasewithwhichoxygenpenetratesintothestructure(Fig.5)[10].Ontheotherhand,thereareseveralargumentsinfavourofprotonreductioninCa(OH)2-saturatedsolutionsorcementmortars[11]:-ThepHdecreasesfrom12.6toca.5withincrevicesatthesteel/electrolyteinterfaceuponexposureofthesteeltoaCa(OH)2-saturatedsolutionwithC1-additionsandwellaerated.Ifsufficientoxygenisavailable,thepHcandropaslowas1-2.-TheemergenceofacidexudatesofpH1-5fromcracksandmacroporesin125第页 chloride-containingmortarspecimensunderwetatmospheresathighcorrosionrates(5-10pA/cm2).-Theformationofgasbubblesoverironhydroxidemembrane-coatedpitswhenthestealispolarizedanodicallyinaCa(OH)2-saturated,chloride-contaminatedsolutionatpotentialsbelowthoserequiredforoxygenrelease.EverythingpointstopitswithalowenoughpHfortheanodiccurrentappliedtooverlapwithacorrosionprocessinvolvingprotonreductionasacathodichalf-reaction.Whenconcrete-embeddedsteeliscorrodedinanactivestate,itscorrosionkineticsriseexponentiallywithincreasingporesaturation(Fig.6),similarlytoatmosphericcorrosioninbaresteelastheenvironment"srelativehumidityincreases[18].Atsomepointsinthereinfor-cements,acatalyticcyclemaytakeplace,e.g.,thoseputforwardbySchikorrforatmosphericcorrosionofsteel[19],withchlorideionratherthanSO2-asthecatalyst(Fig.6).Fig.5-RelationshipbetweenmortarresistivityFig.6-Influenceofthedegreeofporesaturationandthecorrosionrateofreinforcements.onthecorrosionrateofreinforcements.125第页 中文翻译混凝土中钢腐蚀的有关问题腐蚀机理和监督、使用年限的预测和保护方法摘要:第二部分阐述几个仍然存在争议的重要问题，尽管已经在混凝土中钢腐蚀的调查研究投入了大量的工作。特别是这几方面：1)在钢筋混凝土结构中的大电偶和腐蚀微电池对的相对重要性；2)激活状态的钢筋腐蚀机理；3)阻止或停止钢筋腐蚀最好的保护方法；4)一个钢筋混凝土结构使用年限的可靠预测的可能性探索；5)最好的防腐措施和控制方法。这些回答需要试验得出，大部分都由作者们得出。1.前言正常条件下强碱混凝土中的钢仍然处于钝化状态。钢筋的钝性能保证钢筋混凝土结构无限的耐久性。然而，有一些能破坏钢的钝性和引起钢筋腐蚀的实验条件。在第Ⅰ部分中讨论到的一些实验结构已经引起了很多争论[1]。第Ⅱ部分的分析虽然没有竭尽全力，但至少是作者的意思，就像有趣的问题有不同的意见一样。2.材料和方法读者指出在第Ⅰ部分详细描述了用于这项工作的材料和方法。这里所讨论的大部分实验结果都是从一样的试块和平板中得到的。电偶是由特殊设计的试块确定的，如图1和2所示。用一根长16m，70mm×100mm横截面的梁模拟近真实条件。梁是由每立方米350kg水泥制成，梁的一半含有添加剂，另一半含有水泥的重量的3%的CaCl2[2]，(图1)。为了了解S正极/S负极的比值对大电偶的影响，用在一个小的碳素钢正极环绕一个不锈钢负极并夹紧来模拟。这样，比值的连贯性是可靠的。此外，与钝化结果的电位和不锈钢的icorr是非常相似的。125第页 图1.梁用来分别测量混凝土中含有和不含有氯化物图2.用电耦合牢牢嵌入含有氯化物的砂浆里来研究的icorr和Ecorr来说明钝化钢/活跃钢耦合的意义。S正极/S负极的作用和腐蚀微电池对的相对意义的方案。3.结果和讨论3.1什么是在钢筋混凝土结构中大电偶和腐蚀微电池对的相对重要性？根据一些作者[3,5]，极化电阻作用为估计钢筋混凝土中腐蚀速度提供了一个有效的方法；这个方法是非常快、方便、非破坏性、适量和相当精确的。然而，它不确定是否会对高度极化的电极产生严重的错误，通过在钢筋中的大电偶的钝化面积与激活面积的比值的影响。在作者自己对钢筋混凝土中大电偶性质的实验基础上，这些大电偶对所有的腐蚀是非常适度的，与存在充分的氧气和水分条件下腐蚀微电池对形成激活状态的钢筋比较[2,7,8]。因此，它已被实验验证：(a)大电偶对潮湿混凝土中的阳极部分由一个轻微的极化作用，只要几毫伏就可以影响它的电位。(b)在另一方面，大电偶对钝化部分有一个很强的极化作用，尽管低电流的运用相对于所有腐蚀流。(c)因此，电流可能会导致，非常低估在激活部分的icorr的值，因为它们通常比极化电阻值估算的icorr值的10%还小。(d)腐蚀剂会引起钢筋混凝土结构上共面的电偶，只能证明从激活面积到钝化面积边缘的一个很短的距离存在危险。图3是估算的icorr与ig值的比较，在砂浆中含有3%的CaCl2，每个正极表面单元体为许多正极/负极表面比值作为美国钢铁学会304不锈钢/碳素钢电偶的一部分支持以上结论。125第页 图3.腐蚀微电池对(icorr)和电耦合(ig)在包裹在图4.暴露在自由氧环境下试块的icorr和Ecorr不含有氯化物砂浆里的钢腐蚀中的相对意义。的变化趋势。电流都是相对于S负极而计算得到的(在图2的电耦合中的碳素钢)。3.2钢筋腐蚀的机理是什么？当钝化状态消失，钢筋的腐蚀速度与混凝土的电阻率成反比例，在一个很宽的电阻率范围内[10]。因为环境中的相对湿度和混凝土的离子型外加剂确定混凝土的电阻率，这些因素与氧气一起在钢筋的表面控制着腐蚀速度[11]。饱和水混凝土结构的电阻率是相对非常低的，而且腐蚀速度实际上是溶解氧的扩散控制的，通过混凝土包住钢筋实现。这与在中性和强碱条件下唯一可能的负极反应是氧气的还原作业这个理念是一致的。这个重要性归因于氧气的循环作业，它证明这些作用对确定它在混凝土中的扩散率是正确的[12,13]。各种方法和实验条件用于这个目的，已得出了一定范围的水泥浆中的氧气的扩散率(从10-12到10-8m2/s)[14]。因为水溶液(CO2=10-5cm2/s-1)中氧气的扩散率是饱和浓度(CO2=2.1×10-7mol/cm3)，不流动环境中(d=0.001cm)扩散层的近似密度，都是众所周知的，这个有限扩散流可以这样计算：其中z是等价的每摩尔(4)的数值，而F就是法拉第(96,500A×s/eq)。平均孔隙率为15%的1cm厚的砂浆保护层厚度与扩散层厚度一样，与在养护期的最后空隙饱和条件下估算得的icorr值是非常一致的，这些砂浆不含氯化物离子而都含有2,4或6%的Cl-[16]。125第页 另一方面，ca.10mA/cm2的icorr(见第Ⅰ部分图9)[4]已经由一些作者从含氯化物的砂浆或碳酸盐砂浆与氧气有限的扩散流所允许的速度是不协调的。因此，在一些环境下，替代负极的过程必须有更快的动力。在最近的工作中，裂缝、氯化物例子和溶解氧并存在钢与混凝土的交界面，可以为质子的还原和替换机理的发生提供热动力条件[11,17]。有很多论据反驳氧气的还原作用作为底面腐蚀的定速步骤，即：—在一些环境下，腐蚀一旦开始，它发展到同一个速度尽管氧气正在从媒介中排除(图4)[11]。—当混凝土空隙饱和作用降低，混凝土的电阻率控制icorr在一个宽泛的电阻率范围内；因此，腐蚀速度的减小好像与氧气进入结构的难易成反比例(图5)[10]。在另一方面，有一些论点支持在饱和Ca(OH)2中或水泥砂浆中的质子还原反应[11]：—PH值由12.6减小到ca.5在暴露的含有Cl-的饱和Ca(OH)2中的钢与电解质溶液的交界面上。如果提供充足的氧气，PH值可以降低到1-2。—从在潮湿的空气中含有氯化物的砂浆试块的裂缝和大空隙中暴露的PH值1-5的酸性分泌物，腐蚀速度很快(5-10mA/cm2)。—在蚀坑处涂上氢氧化铁膜的钢在含有氯化物的饱和Ca(OH)2中极化成阳极时会产生气泡，因为电位的降低需要释放氧气。每一个蚀坑点有一个足够低的PH，因参与质子还原反应就像阴极半反应，它们的腐蚀过程与阳极流互相重叠。当包裹在混凝土中的钢处于腐蚀状态，它的腐蚀动力指数随着空隙饱和作用的上升而升高(图6)，就像裸露在大气中的钢的腐蚀，随着环境的相对湿度的上升而增加一样[18]。在钢筋上的一些点，催化循环可能被取代等，这些是由Schikorr提出的钢的大气腐蚀[19]，是氯化铁而不是SO42-作为催化剂(图6)。图5.砂浆电阻与钢筋腐蚀速度的相互关系。图6.孔隙饱和度对钢筋腐蚀速度的影响。125第页 125第页'