xxx框架结构设计毕业设计计算书.doc

第一部分 结构设计部分前 言毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教授与学习的一个非常重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。毕业设计课题为：某办公楼底框结构设计。在毕设前期，我回顾了结构力学、钢筋混凝土、建筑结构抗震设计、基础工程、砌体结构等知识，并借阅了抗震规范、混凝土规范、荷载规范等规范。在毕设中期，我们综合所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计。在毕设后期，主要进行设计手稿的电脑输入，并得到老师的审批和指正，使我圆满的完成了任务，在此表示衷心的感谢。毕业设计的三个月里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、论文撰写以及外文的翻译，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。在进行内力组合的计算时，进一步了解了Excel。在绘图时熟练掌握了AutoCAD，以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。在计算过程中以手算为主，以一些计算软件为辅组校正。由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。 20 年6月摘 要 本工程为xxx，采用框架结构，主体为6层，地本地区抗震设防烈度为7度，近震，场地类别为II类场地。主导风向为西南，基本风压0.65KN/M，基本雪压0.35 KN/M。楼屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构。本设计贯彻“实用、安全、经济、美观”的设计原则。按照建筑设计规范，认真考虑影响设计的各项因素。根据结构与建筑的总体与细部的关系。本设计主要进行了结构方案中横向框架第7轴抗震设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算,接着利用顶点位移法求出自震周期，进而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。是找出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。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计。完成了平台板，梯段板，平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。对楼板进行了配筋计算，本设计采用独立基础。整个结构在设计过程中，严格遵循相关的专业规范的要求，参考相关资料和有关最新的国家标准规范，对设计的各个环节进行综合全面的科学性考虑。总之，适用、安全、经济、使用方便是本设计的原则。设计合理可行的建筑结构方案是现场施工的重要依据。 关键词： 框架结构，抗震设计，荷载计算，内力计算，计算配筋 一、工程概况1.1 工程名称：xxx1.2 工程位置：xx市1.3 建筑占地面积：1366.681.4 工程总面积：7501.441.5 结构形式：框架结构1.6 项目简介：本工程位于xxx，为多层培训中心。1.7 设计条件1.7.1 自然条件 （1）地势平坦 （2）主导风向：西南风，基本风压：0.65 KN/ （3）土壤冻结深度：-1.7米 （4）地震设防烈度：7度 （5）防火等级：二级 （6）基本雪压：0.35 KN/1.7.2 设备条件电力、供水、排水，供热均由城市系统引入。二、结构计算2.1 结构布置及设计简图根据该房屋的使用功能及建筑设计要求，进行了建筑平面、立面及剖面设计，其标准层建筑平面图见图一。主体结构共6层，一层层高3.9 m，二至四层层高3.6m，五，六层层高3.3m。局部突出屋面的塔楼为电梯机房，层高为3.0m。外墙采用290厚陶粒混凝土砌块，内墙采用190厚陶粒混凝土砌块。门为木门，窗为铝合金窗，洞口尺寸见建筑图门窗表。楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取120mm。结构平面布置图2.1.1梁截面尺寸确定主梁截面高度h按梁跨度的1/81/12进行估算，截面宽度b按梁高的1/21/2.5进行估算。层次混凝土强度等级横梁（bxh）纵梁次梁AB跨BC跨3-6C30300x550300x400300x550300x4501-2C35300x550300x400300x550300x450梁截面尺寸（mm）2.1.2柱截面尺寸确定柱截面尺寸可根据轴压比确定，该框架结构的抗震等级为二级，其轴压比限值=0.8，各层的重力荷载代表值=12kg/。由图可知边柱及中柱的负载面积分别为7.2x3.75，7.2x5.25。第一层柱截面面积：边柱 中柱 则边柱和中柱截面边长分别为435mm和495mm根据上述计算结果并综合考虑其他因素，本设计柱截面尺寸取值及混凝土等级如下： 一层 600mmx600mm C35 二层 500mmx500mm C35 三六层 500mmx500mm C302.1.3计算简图的确定2.2 重力荷载计算2.2.1屋面永久荷载标准值 屋面（上人）永久荷载标准值： 4厚SBS改性沥青防水层（二毡三油） 0.05 KN·m-2 20厚1:3水泥砂浆找平层 22×0.02=0.44 KN·m-2 1:10水泥砂浆珍珠岩找坡层（找坡2%） 22×0.02=0.44 KN·m-2 100厚阻燃聚苯乙烯泡沫塑料保温板 0.17×0.1=0.02 KN·m-2 2厚SBS改性沥青隔气层 0.05 KN·m-2 20厚1:3水泥砂浆找平层 22×0.02=0.44 KN·m-2 120厚钢筋混凝土屋面板结构层 25×0.12=3 KN·m-2 20厚混合砂浆抹面刮大白 17×0.02=0.34 kN·m-2、 合计 4.78 KN·m-2 一至五层楼面永久荷载标准值： 10厚1:1水泥细砂浆，贴地面砖 0.05 KN·m-2 30厚1:3水泥砂浆找平层 20×0.03=0.6 KN·m-2 120厚现浇钢筋混凝土楼板 25×0.12=3 KN·m-2 20厚混合砂浆抹面刮大白 17×0.02=0.34 KN·m-2 合计 3.99 KN·m-22.2.2屋面及楼面可变荷载标准值： 上人屋面均布活荷载标准值 2.0 KN·m-2 楼面活荷载标准值 2.0 KN·m-2 屋面雪荷载标准值 0.2 KN·m-2 2.2.3梁、柱、墙、门、窗重力荷载计算自重：梁、柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷等计算出单位长度上的重力荷载；对墙、门、窗等可以计算出单位面积上的重力荷载。计算结果见下表：梁、柱重力荷载标准值层次构件b/mh/mg/(KN/m3)bg/(KN/m)li/mnGi/kNGi/kN1-6横梁（AB、CD）0.30.55251.054.336.6257.16146.22横梁（BC）0.30.4251.053.152.4322.68纵梁0.30.55251.056.196.85142.3次梁0.30.45251.053.546.84124.241柱0.60.6251.109.93.94154.442-4柱0.50.5251.106.883.6499.075-6柱0.50.5251.106.883.3490.82注：1）表中为考虑梁、柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数；g表示单位长度构件重力，n为构件数量。2） 梁长取净长，柱长取层高。 外墙墙体为190mm厚陶粒混凝土空心砌块，外贴80厚聚苯乙烯泡沫保温板且贴瓷砖（0.5N/），20厚1:2.5水泥砂浆找平层；内墙面为20mm厚混合砂浆刮大白。 则外墙计算单元内单位墙体重力荷载： 0.515x0.19+17x0.02=3.49KN/ 内墙为190mm厚陶粒混凝土空心砌块，墙面两侧均为20mm厚抹灰。 则内墙计算单元内单位面积重力荷载为： 15x0.19+17x0.02×2=2.85 KN/ 木门单位面积重力荷载为0.4 KN/，塑钢窗单位面积重力荷载为0.4 KN/； 玻璃门：0.45 KN/。2.2.4重力荷载代表值的计算重力荷载代表值取结构和构配件自重标准值和可变荷载标准值之和，各层的重力荷载代表值Gi取各楼层的一半。重力荷载代表值为：G1=1359.48 KN G2=1224.51 KNG3=1224.51 KNG4=1208.74 KNG5=1203.08 KNG6=1128.98 KNG7=678.07KN质点重力荷载值见下图：2.3 框架侧移刚度计算梁线刚度计算梁柱混凝土标号为C30，Ec= N/，混凝土标号为C35，Ec= N/。在框架结构中，现浇楼面可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧移。考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架梁取，对中框架梁取。 2.3.1横向框架侧移刚度计算横向框架侧移刚度计算表类别层次EC/（N/mm2）截面b×h（）I0/（mm4）L/(mm)ECI0/l/（N.Mm）1.5ECI0/l/（N.Mm）2.0ECI0/l/（N.Mm）边横梁（AB CD）1、2300×55066003-6300×5506600走道梁（BC）1、2300×40024003-6300×4002400柱线刚度计算表层次截面b×h（m）柱高Hc(mm)EC/（N/mm2）IC/（mm4）ECI0/l/（N.Mm）1600×60052002500×50036003、4500×50036005、6500×50033002.3.2计算柱的侧移刚度层次层高h(m)柱根数5、63.3边柱20.7970.28514891.9976888.2中柱21.640.4523552.243.6边柱20.880.30712137.8761991.5中柱21.820.47718857.8633.6边柱20.9090.31212335.5662856.6中柱21.870.48219092.7423.6边柱20.8730.30412835.6065360.1中柱21.790.4719844.415.6边柱20.6080.42512334.7566208.54中柱21.260.5415672.78 2.4 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算2.4.1横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算 1.横向自振周期计算对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构，其基本自振周期可按下式计算： （1）计算层间剪力： 结构顶点的假想侧移的计算层次61128.981128.9876888.214.68400.751203.082332.0676888.230.3386.0241208.743540.8061991.4657.12355.7231224.514765.3162856.675.8298.621224.515989.8265350.0991.6222.811359.487349.3056014.96131.2131.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次622.61128.9825514.950.21589.37126.53519.31203.0823236.810.19649.54176.07416.01208.7419339.840.16341.20217.27312.41224.5115183.920.12832.35249.6228.81224.5110775.690.09123.00272.6215.21359.487069.30.0615.25287.88 各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布图横向框架各层水平地震作用和地震剪力2. 水平地震作用下的位移计算横向水平地震作用下的位移验算层次Di/N·mm-16126.5376888.201.6520.7333001/20005176.0776888.202.2919.0833001/14414217.2761991.463.5116.7936001/10263249.6262856.603.9713.2836001/9072272.6265360.094.179.3136001/8631287.8856014.965.145.1452001/1012水平地震作用下框架内力计算 在水平地震作用下的框架内力计算采用反弯点法和D值法。若梁、柱线刚度比大于3时，在柱的1/2高度处截面弯矩为零，且此处称为反弯点，柱的反弯点确定后，如果在求得柱的剪力后，即可绘出框架的弯矩图；若梁、柱线刚度比小于3时，柱的侧移刚度和反弯点位置都将随框架节点转角大小而改变，故此时采用改进反弯点法，又称D值法。横向框架KJ-7柱端弯矩及剪力计算层数6543213.33.33.63.63.65.2126.53176.07217.27249.62272.62287.8876888.276888.261991.4662856.665360.0956014.96边柱14891.9914891.9912137.87612335.5612835.612334.724.5134.1042.5448.9953.5463.390.7970.7970.880.910.8730.6080.30.40.450.450.350.6924.2645.0168.9179.2267.46227.4456.6267.5284.2396.82125.28102.18中柱23552.223552.218857.8619092.7419844.415672.7838.7653.9366.0975.8282.7780.551.641.641.821.871.791.260.380.430.450.490.450.6348.6176.53107.07133.75134.09263.8879.3101.44130.86139.21163.88154.98 注：表中M量纲为KN·m，V的量纲为KN。 横向框架KJ-7梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力边柱N中柱N656.6238.537.512.6940.7740.77327.18-12.69-14.49591.7872.97.521.9677.1577.15351.67-34.65-44.24129.24100.767.530.67106.63106.63371.09-65.32-84.623165.73119.667.5838.05126.62126.62384.41-103.37-130.982204.5144.817.546.57152.81152.813101.87-149.94-186.281169.64140.657.541.37148.42148.42398.95-191.31-243.86注: 1)柱轴力中的负号表示拉力。当为左地震时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。表中M的单位为KN·m，V的单位为KN，l单位为m.二 横向风荷载作用下框架结构内力和侧移的计算 1. 风荷载标准值 沿房屋高度分布的风荷载标准值层次/mz/ kN·m-1/ kN·m-1622.611.2944.8453.028519.30.8541.2424.6502.906416.00.7081.1624.352.719312.40.5491.0673.9952.49728.80.3891.03.7442.3415.20.231.03.7442.34 2.风荷载作用下水平位移的验算其计算方法和水平地震作用下的侧移计算相同，见下表 风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算层次Di/N·mm-1625.8125.8176888.20.347.9433001/9705525.9451.7576888.20.677.633001/4925425.3877.1361991.461.246.9336001/2903323.47100.662856.61.605.6936001/2250211.2111.865360.091.714.0936001/2105121.3133.156014.962.382.3852001/2185 由上表可知：风荷载作用下框架最大层间位移角为1/21051/550，满足要求横向框架柱端弯矩及剪力计算层数6543213.33.33.63.63.65.225.8151.7577.13100.6111.8133.176888.276888.261991.4662856.665360.0956014.96边柱14890.9914890.9912137.8712335.5612835.612334.75.010.0215.119.7422.029.310.7970.7970.880.9090.8730.6080.30.40.450.450.350.694.9513.2324.4631.9827.72105.1611.5519.8429.9039.0951.4847.25中柱23552.223552.218857.8619092.7419844.4415672.787.9115.8523.4630.5633.9437.241.641.641.821.871.791.260.380.430.450.490.450.639.9222.4938.0053.9154.98122.016.1829.8146.4556.1167.2071.65注：表中M量纲为KN·m，V的量纲为KN。横向框架梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力边柱N中柱N611.557.867.52.588.328.3235.55-2.85-2.92524.7919.307.55.8820.4320.43313.62-8.46待添加的隐藏文字内容1-10.66443.1333.507.510.2235.4435.44323.63-18.68-24.07363.5545.727.514.5748.3948.39332.26-32.25-41.76283.4659.937.519.1262.1862.18341.45-52.37-74.09174.9761.677.518.2264.9664.96343.31-70.59-99.18注: 1)柱轴力中的负号表示拉力。当为左地震时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。 2)表中M的单位为KN·m，V的单位为KN，N的单位为KN,l单位为m。 2.5 竖向荷载作用下框架结构的内力计算2.5.1 横向框架内力计算2.5.1.1计算单元：取7轴线横向框架进行计算，计算单元宽7.2m,如下图所示。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的水平阴影线所示，计算单元范围内的其余楼面荷载则通过次梁和纵向框架梁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与柱的中心线不重合，因此在框架节点上还有集中力矩。横向框架计算单元2.5.1.2荷载计算1.恒载计算 q1，q/1代表横梁自重，为均布荷载形式，对于第6层： q1=4.33KN/m ; q/1=3.15KN/mq2.q/2分别为房间与走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载q2=4.78X3.6=17.2KN/m q/2=4.78X3.0=214.3P1 、P2分别为边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载，它包括梁自重，楼板重和女儿墙等的重力荷载，计算如下：P1=（3.6×1.8×0.5）×2+（1.8+7.5）/2×1.8×4.78+3.544×7.5/2+3.49×7.2×0.9=151.44KNP2=（3.6×1.8×0.5）×2+（1.8+7.5）/2×1.8+（3.6+3）/2×1.5×2×4.78+6.188×7.2+3.544×7.5/2=176.15KN集中力矩： M1=P1e1=151.44×(0.5-0.3)/2=15.14 KN·M M2=P2e2=176.15×0/2=0 KN·M对于5层:q1包括梁自重和其上横墙自重，为均布荷载;q1=4.33+3.49×(3.3-0.55)=15.85 KN·M； q1=3.150 KN·Mq2=3.99×3.6=14.36 KN·M； q2=3.99×3=11.97 KN·MP1=（3.6×1.8×2）×3.99+6.188×7.2+3.544×7.5/2+3.49×(6.7×7.5/2-1.8×1.6×2)+0.4×1.8×1.6×2=179.44KNP2=3.6×1.8×2+（7.2-3/2）×1.5)×3.99+6.188×7.2+3.544×7.5/2+2.85×7.5/2×（7.2-0.55）=214.74 KN集中力矩：M1=179.44×（0.5-0.3）/2=17.94 KN·M M2=214.74×0/2=0 KN·M对于2-4层:q1包括梁自重和其上横墙自重，为均布荷载;q1=4.33+3.49×(3.6-0.6)=16.89 KN·M； q1=3.150 KN·Mq2=3.99×3.6=14.36 KN·M； q2=3.99×3=611.97 KN·MP1=（3.6×1.8×2）×3.99+6.188×7.2+3.544×7.5/2+3.49×(6.7×7.5/2-1.8×1.6×2)+0.4×1.8×1.8×2=177.22 KNP2=3.6×1.8×2+（7.2-3/2）×1.5)×3.99+6.188×7.2+3.544×7.5/2+2.85×7.5/2×（7.2-0.55）=214.74KN集中力矩：M1=177.22×（0.5-0.3）/2=17.72 KN·M M2=214.74×0/2=0 KN·M对于第1层：q1=21.45 KN/m ； q1=3.150 KN/mq2=14.36 KN/m ； q2=11.97 KN/mP1=191.01 KN ； P2=231.33 KN M1 =28.65 KN·M， M2=0 KN·M2.活荷载计算活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图：对于第6层： q2=3.6×2=7.2 KN/m ； q2=3×2=6KN/m P1=（3.6×1.8×2）×2=25.92 KN P2=（3.6×1.8×2+5.7×1.5）×2=43.02 KN M1=25.92×（0.25-0.15）=2.59 KN·M M2=43.02×0=0 KN·M同理在屋面雪荷载作用下： q2=0.72 KN/m ； q2=0.6KN/m P1=2.59 KN； P2=4.3 KN M1=0.26 KN·M； M2=0 KN·M对于第2-5层： q2=7.2 KN/m ； q2=6KN/m P1=25.92 KN； P2=43.02 KN M1=2.59 KN·M； M2=0 KN·M对于第1层： q2=7.2 KN/m ； q2=6KN/m P1=25.92 KN； P2=43.02 KN M1=25.92×0.15=3.89 KN·M； M2=0 KN·M 将以上计算结果汇总，见下表。横向框架恒荷载汇总表层次q1（KN/m）q1（KN/m）q2（KN/m）q2（KN/m）P1/KNP2/KNM1/ KN·MM2/ KN·M64.333.15017.214.34151.44176.1515.140515.853.15014.3611.97179.44214.7417.9402-416.893.15014.3611.97177.22214.7417.710121.453.15014.3611.97191.01214.7428.650横向框架活荷载汇总表层次q2（KN/m）q2（KN/m）P1/KNP2/KNM1/ KN·MM2/ KN·M67.2（0.72）6（0.6）25.92（2.59）43.02（4.3）2.59（2.6）0（0）2-57.2625.9243.022.59017.2625.9243.023.890 注：表中括号内数值对应于屋面雪荷载作用情况 2.5.3内力计算 竖向荷载作用下内力可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。恒载作用下横向框架弯矩的二次分配法计算过程见下图上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁0.6930.307 0.284 0.641 0.075 15.14-92.8692.86 0-9.08 53.8623.86-23.79 -53.70 -6.28 23.97-11.9011.93 -24.75 -8.36-3.713.64 -8.220.96 0.00 69.47 -84.61 84.64 -37.17 -14.4 0.410 0.410 0.180 0.17 0.390.390.05 17.94-134.86 139.730-7.9747.94 47.94 21.05-22.40-51.39-51.39-6.5926.93 25.01-10.79 10.9824.75-25.70-16.87 -16.87 -7.416.7115.3915.391.975856.08-123.01 135.02-60.75-61.7-12.590.410 0.410 0.180 0.17 0.39 0.39 0.0517.72-139.72139.730-7.9750.0250.0221.96-22.40-51.39-51.39 -6.5923.9725.01-11.2010.98-24.75-25.70-15.49-15.45-6.86.7115.3915.391.9758.559.54-135.77135.02-60.75-61.7-12.590.410 0.410 0.180 0.170.390.390.0517.72-139.73139.730-7.9750.0250.0221.96-22.40-51.39-51.39 -6.59