多层框架结构毕业设计计算书

'××大学学士学位论文××大学教学楼设计摘要本设计为××大学校园内的多层教学楼，设计为50年的基准期，二级安全等级，抗震设防烈度为7度。该教学楼名为教学楼，教学楼采用钢筋混凝土框架结构，楼（屋）面、梁、板、柱全都是现浇混凝土，基础所用的是独立基础。过程分为建筑还有结构设计两个过程。建筑设计以“功能适用、经济合理、造型美观、环境相宜”的理念，而且还要考虑到防火、水、温度、用电方面和甲方方面的需要，尽可能最大限度的利用建筑内的空地及框架结构的优势来设计，结构方面有空间内力分析及其计算，其计算结果较为准确，梁柱施工图运用的是平面表示法。手动计算框架内容为荷载汇集、内力及内力组合计算、配筋计算。结构设计以“安全、经济、适用、耐久”的理念，进行了竖向荷载汇集，内力计算，内力组合，风荷载地震作用验证与计算，板、梁、柱、楼梯等结构构件的设计。设计中应用了大学里所学的知识，查询设计规范与标准，应用专业计算软件。本设计依据了国家相应规范和标准，完成了毕业设计任务书所要求的建筑设计和结构设计。关键词　多层教学楼；框架结构；建筑设计；结构设计；抗震设计-II- ××大学学士学位论文ZhixingTeachingBuildingDesign××UniversityAbstractThedesignforthemulticampusteachingbuildingof××,designedfor50yearbaseperiod,asecondarylevelofsecurity,seismicintensityof7degrees.Theteachingbuildingnamedknowingandteachingbuilding,knowingandteachingbuildingofreinforcedconcreteframestructure,building(house)plane,beams,platesandcolumnsareallconcrete,thefoundationusedisindependentbasis.Therearestructuraldesignprocessisdividedintotwoprocessesbuilding.Architecturaldesignwith"featureisavailable,economical,attractiveappearance,environmentallysound"concept,butalsotakeintoaccounttheneedsoffire,water,temperature,electricalaspectsandaspectsoftheParty,asfaraspossibletomaximizetheuseofspacewithinthebuildingandbenefitsframeworktodesign,structureandspaceanalysisofinternalforcecalculation,theresultsaremoreaccurate,beamsconstructionplanstousetheplanerepresentation.Manuallycalculatetheframecontentisloadingcollection,internalforceandinternalforcecalculationReinforcement. Structuredesignedto"safe,economicalandsuitable,durable"concept,werepooledverticalload,calculatetheinternalforces,internalforcewindloadearthquakeverificationandcalculation,plate,beams,columns,stairsandotherstructuralelementsofthedesign.Thedesignoftheapplicationofknowledge,querydesigncodesandstandardstheuniversitylearned,applicationofprofessionalcalculationsoftware.Thedesignbasisofthecorrespondingnationalnormsandstandards,completedthearchitecturalandstructuraldesigngraduatedesignassignmentrequires.Keywords:　Multi-storeyschoolbuilding,framestructure,architectural-II- ××大学学士学位论文design,structuraldesign,seismicdesign-II- ××大学学士学位论文目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1课题背景11.2研究意义1第2章××大学教学楼设计22.1项目简介22.2设计条件22.3设计内容22.4参考资料目录4第3章建筑设计53.1平面设计53.1.1使用部分的平面设计53.1.2辅助房间的平面设计53.1.3建筑内交通部分的设计53.2剖面设计53.2.1层数与层高53.2.2体型和立面设计63.3相关技术设计63.3.1防火疏散设计63.3.2构造设计6第4章结构设计74.1工程概况74.2结构选型及布置74.3截面尺寸的选择84.4基本假设和计算简图94.4.1主体结构柱网布置94.4.2主体结构计算简图94.5计算模型的简化94.6荷载汇集104.6.1竖向荷载104.6.2活荷载114.6.3水平荷载114.7风荷载作用下框架内力计算124.7.1计算各梁柱的线刚度12-V- ××大学学士学位论文4.7.2计算各柱抗侧移刚度134.7.3各柱剪力计算144.7.4确定反弯点高度比154.7.5计算柱端弯矩154.7.6计算梁端弯矩164.7.7计算梁支座剪力及柱轴力174.8水平地震作用下框架结构内力计算174.8.1水平地震作用基本公式174.8.2计算重力荷载代表值和结构的基本自震周期184.8.3水平地震作用计算204.8.4水平地震作用下框架内力计算214.9竖向荷载作用下框架梁上荷载计算214.9.1各层框架上荷载计算224.9.2竖向荷载作用下框架计算简图254.9.3竖向荷载作用下框架梁固端弯矩264.10竖向荷载作用下结构内力计算274.10.1框架梁弯矩计算274.10.2框架梁剪力计算274.10.3框架柱弯矩计算274.10.4框架柱轴力计算274.11梁内力组合与配筋计算274.11.1组合原理274.11.2内力组合284.11.3梁正截面承载力计算344.11.4梁斜截面承载力计算364.12框架柱内力组合与配筋计算374.12.1内力组合374.12.2配筋计算384.13楼板配筋计算404.13.1楼板配筋设计方法404.13.2区格板配筋计算404.14次梁设计计算414.14.1次梁截面设计414.14.2内力计算414.15基础设计434.15.1设计依据434.15.2计算信息434.15.3计算参数45-V- ××大学学士学位论文4.15.4计算作用在基础底部弯矩值454.15.5验算地基承载力454.15.6基础冲切验算454.15.7基础受剪承载力验算464.15.8柱下基础的局部受压验算474.15.9基础受弯计算474.15.10计算配筋474.16楼梯设计474.16.1楼梯设计计算474.16.2楼梯斜板设计484.16.3平台板设计504.16.4平台梁设计51结论53致谢54参考文献55附录A英文文献56附录B英文文献翻译63附录C67-V- ××大学学士学位论文第1章绪论1.1课题背景多层框架结构由于该结构比其他结构有较大的承载能力、它的重量也不重、具有较好的抗震性能、工业化程度高的一些优点，而且适用于不同类型的工艺需求，对于现在我们国家来说比较实用，而且很常见，它的实用性也被大家所认可。既然比较普遍，而且被多用，所以更值得我们去研究，并且在实践过程中要严谨，实际的设计过程中，必须根据当地相关的规范要求进行设计，当然在设计过程中肯定会遇到各种问题，这些问题对结构设计人员进行探讨、分析和研究是有意义的。 1.2研究意义根据指导老师杨老师布置的任务。此次毕业任务为多层教学楼。我拟在××大学校园内的一幢教学楼，命名为教学楼建筑面积约为6327，5层框架结构，主体材料采用钢筋混凝土，外墙采用砌块外贴保温苯板。了解多层框架结构在实际生活中的使用用途，设计过程，设计要求，回顾自己大学所学课程，知识点，学会结合各科运用到实际中，并且独立思考，解决问题，还有学习的能力，增强自己画图，设计，识图的能力，对CAD软件的熟悉操作，对建筑设计的深层认识，对结构设计过程更加深刻理解，增强自己手算能力与准确性，学会理论与实践相结合的过程，对PKPM软件的学习，通过点算与手算的对比，认识自己的不足，端正学习态度，增强自我认知力。-68- ××大学学士学位论文第1章××大学教学楼设计1.1项目简介　　项目名称：多层高校教学楼;项目地点：××该工程是位于××大学校园内的一多层教学楼，因学校的扩招计划，满足教学要求，方便学生有一个更舒适的学习环境，在校园内的一空地，建一5层钢筋混凝土框架结构教学楼，建筑总面积为6327，内设有阶梯教室，多媒体教室，办公室，会议室，制图教室等。1.2设计条件1.总体要求建筑总面积6000—7000m2±5%，4-6层，建筑等级Ⅱ级，耐火等级不低于Ⅱ级。2.建筑及结构设计基本条件1)主导风向：夏季为南、西南；2)冬季室外采暖计算温度-26℃；3)标准冻结土深度-2.0m；4)场地平坦、地下无障碍物；5)地质资料另附；6)基本风压与基本雪压按《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001）取用；7)抗震设防烈度按7度设计，场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第二组，用于设计基本地震加速度为0.15g。3.房间组成及要求为便于管理，同类型用房应适当集中（同层或竖向集中），连接体之间可采用错层等布局型式，层间交错屋顶可用为上层课间休息及防火疏散用场地。1.3设计内容（一）时间安排毕业设计共十四周，按工作量划分，建筑设计4/14，结构设计8/14，施工或地基设计2/14。（二）内容要求1．毕业设计论文摘要（中、外文各一页）-68- ××大学学士学位论文2．目录3．建筑设计内容1)总平面图1：1000—1：5000（位置及环境设计适当）2)平面图（有关各层）1：100—1：200（应注明房间名称及单元局部放大）3)立面图2个1：100—1：2004)剖面图2个1：1005)建筑详图≥3个1：10—1：206)建筑说明书若干项（包括总体布局说明）通过上述建筑施工图将有关建筑构造等表述清楚。4．结构设计内容结构体系为钢筋混凝土框架结构考虑风载及地震作用，电算完成框架结构的内力分析，用手算定性校核其计算结果的正确性，完成一榀框架结构的配筋计算和其配筋图绘制。完成一部楼梯及一个雨蓬（主要雨蓬）的内力分析以及配筋计算和配筋图。结构设计说明和结构设计计算书。框架结构内力分析及配筋计算以电算为主，手算校核为辅。5．图纸数量要求：建筑施工图和结构施工图不少于6～8张6．地基基础设计确定基础型式(1)若采用桩基础要求完成：①合理确定桩的类型，桩长及截面尺寸，确定承台底面标高。②计算单桩承载力③确定桩的数量及其布置，计算群桩承载力及验算群桩地基强度与变形。④进行单桩荷载验算及单桩结构设计。⑤预估承台尺寸，进行承台抗剪、抗冲切验算及配筋验算。⑥绘制图纸1～2张，包括以下内容ⅰ基础平面图，包括群房基础方案布置图。ⅱ桩及承台配筋及构造详图。ⅲ编写施工说明。(2)若采用筏板基础要求完成：①合理确定基础的底面积及筏板截面尺寸②用简化弹性地基梁法或弹性板法及其它数值分析方法计算基底反力和筏板内力与变形。③进行软弱下卧层验算及地基变形验算-68- ××大学学士学位论文④进行筏板抗剪、抗冲切验算及配筋计算⑤绘制图纸1～2张，包括以下内容ⅰ基础平面布置图，包括裙房基础方案布置图和沉降缝构造方案图。ⅱ配筋及剖面构造详图。ⅲ编写施工说明(1)若采用柱下条型基础及交叉梁基础要求完成：①合理确定基础的底面积②用简化分析法或弹性地基梁的分析方法分析基础的内力，进行基础的纵、横向配筋，对基础进行剖面设计。③进行软弱下卧层强度验算④计算相邻柱中心点的沉降差⑤绘制图纸1～2张，包括以下内容ⅰ基础平面图，如有相邻裙房，应考虑主体基础与相邻群房基础间的关系，基础梁布置图。ⅱ绘制基础的纵向、横向剖面图。ⅲ编写施工说明。1.1参考资料目录1．《房屋建筑学》2．《建筑设计资料集》（一）（二）（三）集或新编有关分册3．有关建筑、结构及基础构造图集4．《建筑施工制图标准》5．《建筑钢筋混凝土及砌体结构》6．《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）7．《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）8．《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）9．《砌体结构设计规范》（GB50003-2011）10．《施工手册》中国建筑工业出版社11．《建筑施工》中国建筑工业出版社12．《建筑施工技术》13．《模板计算手册》14．《高层建筑施工手册》中国建筑工业出版社15．《建筑结构抗震设计规范》（GB50011—2010）16．《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2010）17．《混凝土密肋及井式楼盖设计手册》中国建筑工业出版社-68- ××大学学士学位论文第1章建筑设计1.1平面设计1.1.1使用部分的平面设计满足毕业设计任务书的要求的同时，更大限度的满足学校的教学要求，专门设计多媒体教室，会议室，合理的按照平面设计要求完成，人性化设计各个房间的规格。对各个教室设计的要求:1.房间的规格要满足教室的使用用途，教学设备布置合理；2.门窗的设计满足采光及防火要求，门开方向设计主要是利于防火疏散；3.设计时要考虑施工是否方便，房间之间组合是否合理，设计使用材料是否符合建筑要求的标准；4.在满足使用要求的设计同时，最大限度的节省开支。5.虑到结构的各项受力性能合理性。1.1.2辅助房间的平面设计该教学楼辅助部分有员工休息室、男女卫生间、办公室和仓库。卫生间根据教学楼使用人数设计房间大小，再根据房间使用面积大小设计房间内设施根据使用用途，还在每层设计了员工休息室，教师办公室。考虑使用的方便性在教学楼首层设计了仓库1.1.3建筑内交通部分的设计交通联系部分包括：走廊、过道、楼梯、门厅、过厅等。设计主要考虑防火疏散的安全使用问题，其次是使用的实用性。1.2剖面设计剖面设计主要考虑各层之间的结合，建筑的整体性。1.2.1层数与层高根据任务书和使用要求，层数为五层，层高均为4.2m，女儿墙高1m，总高为22m。室内外高差取0.3m。-68- ××大学学士学位论文1.1.1体型和立面设计1.1.1.1体型设计总体为长方形平面，这样不但可以保证空间使用，还能体现结构的使用特性。1.1.1.2立面设计在考虑美观的方面，即在视觉上让人舒适也让人觉得得体大方，同时考虑结构方面[3]。1.2相关技术设计1.2.1防火疏散设计该建筑为二类建筑，二级耐火等级。防烟楼梯为本建筑疏散的主要楼梯。1.楼梯施工采用现浇钢筋混凝土板式楼梯。2.楼梯踏步高为150mm，宽为270mm。3.梯面装修选用了水磨石地面面层。1.2.2构造设计全部按照相关的规定、规范以及规程进行设计。墙体的构造有：1.内墙采用200mm厚页蒸压粉煤灰加气混凝土砌块。2.外墙采用400mm厚页蒸压粉煤灰加气混凝土砌块。楼板构造采用单向板布置。屋顶构造1.排水构造：屋面排水采用材料找坡，坡度取3%，设计为内排水。2.防水构造：采用刚性和柔性防水结合。3.保温构造：采用80厚矿渣水泥。-68- ××大学学士学位论文第1章结构设计1.1工程概况1.工程名称：××大学教学楼2.设计地点：××市3.工程概况：平面尺寸为66.6m×21m，5层，总面积约为6327m2，每层层高均为4.2m，室内外高差0.3m。设计年限为50年。4.基本风压：W0=0.55kN/m2，地面粗糙程度为B类。5.基本雪压：S0=0.45kN/m2，r=1.0。6.抗震设防要求按7度考虑，场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第二组。1.2结构选型及布置1.结构选型本建筑有五层，且为高校教学楼，考虑到使用特点及结构的各项受力性能合理，整个框架结构选用了大跨度的柱距，既可以保证整个空间的光照条件，也可以满足使用上的高度自由布置。使建筑和结构上保持了一致，达到了和谐统一。为了使结构的整体刚度较好，楼面、屋面、楼梯、天沟等均采用现浇结构。基础为柱下独立基础。2.结构布置框架结构应设计成双向梁柱抗测力体系，框架梁、柱中心线宜重合。当梁、柱偏心距大于该方向柱宽的1/4，宜采取增设梁的水平加腋等措施。结合建筑平面、里面、和剖面布置情况，本教学楼的结构平面和剖面布置分布分别如图所示。框架结构房屋中，柱距一般为5~10m，本建筑的柱网为6m×7.4m。根据结构布置，本建筑平面建筑均为单向板。本建筑由于楼面活荷载不大，为减轻结构自重和节省材料以及在板中布设管线等因素起见，根据经验楼面板和屋面板的厚度的均为100mm。本建筑的材料选用如下：混凝土：采用C30；钢筋：纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB400，其余采用热轧钢筋HPB300；墙体：蒸压粉煤灰加气混凝土砌块重度=5.5kN/m2；-68- ××大学学士学位论文1.1截面尺寸的选择梁、柱截面尺寸估算（1）框架横梁截面尺寸主梁截面高度一般取h=（1/8~1/10）l，l为主梁的跨度，主梁的截面宽度取b=（1/2~1/3）h；且，主梁宽不宜小于柱宽的1/2且不应小于250mm。次梁的截面高度一般取h=（1/12~1/15）l，l为次梁的跨度，次梁的截面高度取b=（1/2~1/3）h，则：主梁纵向h=（1/8~1/10）×7400=925mm~740mm，取h=750mm，b=（1/2~1/3）×750=375mm~250mm，取b=350，次梁h=（1/12~1/15）×6000=500mm~400mm，取h=500mm，b=（1/2~1/3）×500=250mm~133mm，取b=250mm；由此初步确定为梁的截面尺寸详见下表4-1。表4-1梁的截面尺寸楼层类别尺寸b×h，mm×mm混凝土1~5主梁350×750C301~5次梁250×500C30（1）框架柱的截面尺寸框架柱的截面尺寸根据柱的轴压比限值，按下列公式计算：根据柱的轴压比限值确定，按下列公式计算：Nv=柱支撑的楼板面积×楼层数×（12~14）×1.25=7.4×6×5×（12~14）×1.25=3330NN=（1.05~1.15）Nv=1.1×3330=3663kN(4-1)式中为框架柱轴压比限值，本方案抗震等级为三级，查《抗震规范》可知取0.9；为混凝土轴心抗压强度设计值；对C30，查得=14.3N/mm2。≥284615mm2a=533.5mm，初步定为柱均取600mm×600mm-68- ××大学学士学位论文1.1基本假设和计算简图1.1.1主体结构柱网布置主体柱网结构布置如图4-1图4-1主体柱网结构布置图1.1.2主体结构计算简图图4-2主体结构计算简图1.2计算模型的简化-68- ××大学学士学位论文为方便计算，假定框架梁和柱间节点为刚性节点，框架柱在基础顶面按固定端考虑，在计算模型中，各杆的截面惯性矩：柱按实际截面确定，框架梁则应考虑楼板的作用。当采用现浇楼板时，现浇板可作为框架梁的翼缘，故框架梁应按T形截面确定其惯性矩，工程中为简化计算，允许按下式计算框架梁的惯性矩，一边有楼板的梁截面惯性矩取，两边有楼板的梁面惯性矩取（其中，I0为按矩形截面计算的梁截面惯性矩）。1.1荷载汇集1.1.1竖向荷载考虑粉刷层重量，混凝土容重取基本雪压1．花岗岩楼面荷载20mm厚花岗岩铺面28mm厚水泥砂浆抹灰120mm厚现浇板12mm顶棚抹灰吊顶恒载合计2．卫生间楼面荷载10mm厚地砖20mm厚水泥砂浆40mm厚细石砼20mm厚水泥砂浆110mm厚现浇板12mm厚顶棚抹灰吊顶恒载合计3．上人屋面荷载（有保温隔热层）50mm厚混凝土预制板20mm厚水泥砂浆20mm厚水泥砂浆膨胀蛭石找坡层120mm厚现浇板12mm厚顶棚抹灰吊顶恒载合计-68- ××大学学士学位论文4．框架梁自重梁自重10mm厚混合砂浆抹灰合计5．次梁自重梁自重10mm厚混合砂浆抹灰合计6．柱自重柱自重10mm厚混合砂浆合计1.1.1活荷载活荷载如表4-1：表4-1活荷载设计值主体部分楼面活荷载上人屋面走道卫生间楼梯（消防）荷载2.523.52.53.51.1.2水平荷载根据《建筑结构荷载规范》查得××地区的风压为0.55kN/m2。垂直于建筑物表面上的荷载标准值，式中，为风荷载体型系数，本设计取=1.4；为风压高变系数。本工程位于市中心，地面粗糙度类别为C类，值根据规范确定为风振系数，，本例中取=1。各层风荷载标准值计算结果见下表4-2：表4-2风荷载标准值计算结果距地面高度,m2211.421.40.551.0152111.421.40.551.015-68- ××大学学士学位论文16.811.251.40.550.89412.611.141.40.550.8158.4111.40.550.7154.2111.40.550.7151.1风荷载作用下框架内力计算计算风荷载作用下各楼层节点上集中力时，假定风荷载在层间为均匀分布，并假定上下相邻各半层层高范围内的风荷载按集中力作用本层楼面上。5层顶处风荷载作用下楼层节点集中力为F5=（1.015×4.2/2+1.015×0.9）×7.4=22.53KN4层顶处风荷载作用下楼层节点集中力为F4=（0.894×4.2/2+1.015×4.2/2）×7.4=29.67KN3层顶处风荷载作用下楼层节点集中力为F3=（0.815×4.2/2+0.894×4.2/2）×7.4=26.56KN2层顶处风荷载作用下楼层节点集中力为F2=（0.715×4.2/2+0.815×4.2/2）×7.4=23.78KN1层顶处风荷载作用下楼层节点集中力为F4=（0.715×4.2/2+0.715×4.2/2）×7.4=22.22KN各层风荷载引起的节点集中力及各层剪力计算结果见表4-3：1.1.1计算各梁柱的线刚度计算梁的线刚度时，考虑到现浇楼板的作用，一边有楼板的梁截面惯性矩I=1.5，两边有楼板的梁截面惯性矩取I=2.0。为按矩形截面计算的梁截面惯性矩[5]。表4-3集中力及各层剪力计算结果层号层高Hm风荷载标准值各层集中力,各层剪力女儿墙11.01554.21.01522.5322.5344.20.89429.6752.5-68- ××大学学士学位论文34.20.81526.5678.7624.20.71523.78102.5414.20.71522.22124.76线刚度计算公式。各梁柱线刚度计算结果见下表4-4。表4-4线刚度计算结果梁60003000柱42001.1.1计算各柱抗侧移刚度D值为使柱上下端产生单位相对位移所需施加的水平力，计算公式为（4-2）柱侧移刚度修正系数如表4-5：表4-5柱侧移刚度修正系数楼层简图Kα一般柱-68- ××大学学士学位论文底层柱1.1.1各柱剪力计算设第i层第j根柱的D值为，该层柱总数为m，该柱的剪力为（4-3）水平荷载作用下柱抗侧移刚度D计算见下表4-6表4-6水平荷载作用下柱抗侧移刚度D计算结果层/hi柱列轴号icibKαcDi∑Di5/5A0.8362.461.4710.4240.2411.14B0.8367.384.4140.6880.329C0.8367.354.4140.6880.329D0.8362.461.4710.4240.2414/4A0.8362.461.4710.4240.2411.14B0.8367.384.4140.6880.329C0.8367.354.4140.6880.329D0.8362.461.4710.4240.2413/4A0.8362.461.4710.4240.2411.14B0.8367.384.4140.6880.329C0.8367.354.4140.6880.329D0.8362.461.4710.4240.2412/4A0.8362.461.4710.4240.2411.14B0.8367.384.4140.6880.329C0.8367.354.4140.6880.329D0.8362.461.4710.4240.2411/4A0.8361.231.4710.5680.3231.518B0.8363.694.4140.7660.436C0.8363.694.4140.7660.436D0.8361.231.4710.5680.3231.1.2确定反弯点高度比（4-4）-68- ××大学学士学位论文式中，为标准反弯点高度系数，根据结构总层数m及该柱所在层n及值由表差得；为上下层梁线刚度比对的修正值；，为上下层层高变化对的修正值。反弯点距下端距离为。1.1.1计算柱端弯矩根据各柱分配到的剪力及反弯点位置yh计算第i层第j根柱端弯矩。上端弯矩为：=（4-5）下端弯矩为：（4-6）计算结果见下表4-7。表4-7风荷载作用下柱端弯矩计算结果层/hi柱列序号Di∑DiViVijKy5/5A0.2411.1422.534.761.4710.370.3711.87.40B0.3296.54.4140.450.4515.0212.29C0.3296.54.4140.450.4515.0212.29D0.2414.761.4710.370.3712.597.404/4A0.2411.1452.511.11.4710.420.4227.0419.58B0.32915.154.4140.50.531.8231.82C0.32915.154.4140.50.531.8231.82D0.24111.11.4710.420.4227.0419.583/4A0.2411.1478.7616.651.4710.470.4737.0632.87B0.32922.734.4140.50.547.7347.73C0.32922.734.4140.470.4750.6044.87D0.24116.651.4710.50.534.9734.97-68- ××大学学士学位论文2/4A0.2411.14102.5421.681.4710.500.5045.5345.53B0.32929.64.4140.500.5062.1662.16C0.32929.64.4140.500.5062.1662.16续表4-7层/hi柱列序号Di∑DiViVijKy1/4A0.3231.518124.7626.551.4710.60.644.6066.91B0.43635.834.4140.550.5567.7282.77C0.43635.834.4140.550.5567.7282.77D0.32326.551.4710.60.644.6066.911.1.1计算梁端弯矩由柱端弯矩，并根据节点平衡计算两端弯矩。边跨外边缘处的梁端弯矩为（4-7）中间支座处的梁端弯矩为（4-8）（4-9）框架在风荷载作用下弯矩见下图4-3。1.1.2计算梁支座剪力及柱轴力根据力平衡原理，由梁端弯矩和作用在梁上的竖向荷载可求出梁支座剪力；柱轴力可由计算截面之上的梁端剪力之和求得。框架在风荷载作用下梁剪力及柱轴力见下图4-4风荷载作用下梁剪力及柱轴力图[6]。-68- ××大学学士学位论文1.1水平地震作用下框架结构内力计算1.1.1水平地震作用基本公式本工程建于7度抗震设防地区的Ⅱ类场地上，设计地震分组为第二组，用于设计基本地震加速度为0.15g。计算地震作用时，建筑结构的重力荷载代表值取永久荷载标准和。可变荷载组合值系数按下列规定采用：1．雪荷载取0.452．楼面活荷载按等效均布活荷载计算的一般民用建筑取2，屋面活荷载不计入。图4-3风荷载作用下弯矩图在实际地震作用下各柱剪力时，是计算出建筑物整体的重力荷载值，从而计算出建筑物各层的总剪力。各层的总剪力再按刚度分配给每一根柱子。为计算方便仅取6轴一榀框架负荷载的重力荷载代表值，计算出剪力后，在该榀框架上进行剪力分配。这样算得的剪力值大于按建筑物整体计算所得的结果。-68- ××大学学士学位论文1.1.1计算重力荷载代表值和结构的基本自震周期1.1.1.1计算重力荷载代表值框架梁自重6.56次梁自重3.125各层楼板自重及抹灰4.5200mm内墙（4.2m高）7.5400mm外墙（4.2m高，开洞率18.62%）11.5柱自重（4m高）37.8屋面板自重及保温防水5.79图4-4风荷载作用下梁剪力及柱轴力图负荷面宽取为7.4m，各层内隔横墙长6m+6m=12m,内隔纵墙长14.8m,外维护纵墙长14.8m,各层取上下半层的柱子自重计入本层。各层楼面活荷载作用屋面雪荷载作用女儿墙（为1m高，0.3m厚混凝土，两面抹灰各厚0.02m）-68- ××大学学士学位论文楼面板作用楼面梁作用2~4层墙作用7.526.8m+11.5614.8m=286.544KN各楼层处重力荷载代表值计算结果1.1.1.1结构自振周期计算结构自振周期为=（0.08~0.1）n=0.5s地震影响系数:(4-10)式中，为水平地震影响系数的最大值，7度区多遇地震取0.08;为特征周期，设计地震分组为第二组，类场地土为0.35；T为结构自振周期，取0.5；r为衰减指数，为阻尼调整系数，当阻尼比=0.05时，取r=0.9，=1则==1.1.2水平地震作用计算计算结果见下表4-8表4-8水平地震力计算结果层数Hi/mGi/KNGiHiFi/KNVi/KN5211120.923538.9107.23107.23416.81299.921838.3277.51184.74-68- ××大学学士学位论文312.61299.916378.7458.13242.8728.41299.910919.1638.76281.6314.21299.95459.5819.38301.01∑6320.578134.7用底部剪力计算结构水平地震作用==6320.5kN=0.85=5372.4kN==311.6kN本工程中=0.5s>1.4=1.40.35=0.49s，考虑顶部附加。计算结果见下表4-9表4-9水平地震作用下柱端弯矩计算结果层/hi柱列序号DiDi之和ViVijKy5/5A0.2411.14107.2322.671.4710.370.2159.9835.23B0.32930.954.4140.450.3871.4958.5C0.32930.954.4140.450.3871.4958.5D0.24122.671.4710.370.2159.9835.234/4A0.2411.14184.7439.051.4710.420.2695.1368.88B0.32953.324.4140.500.41111.97111.97C0.32953.324.4140.500.41111.97111.97D0.24139.051.4710.420.2695.1368.883/4A0.2411.14242.8751.341.4710.470.40114.28101.35B0.32970.094.4140.500.46147.19147.19C0.32970.094.4140.500.46147.19147.19D0.24151.341.4710.470.40114.28101.352/4A0.2411.14281.6359.541.4710.500.50125.04125.04B0.32981.284.4140.500.50170.69170.69-68- ××大学学士学位论文C0.32981.284.4140.500.50170.69170.69D0.24159.541.4710.500.50125.04125.041/4A0.3231.518301.0164.051.4710.600.78107.61161.41B0.43686.464.4140.550.64163.41199.72C0.43686.464.4140.550.64163.41199.72D0.32364.051.4710.600.78107.61161.411.1.1水平地震作用下框架内力计算框架在水平地震力作用下的弯矩计算结果见下图4-5,框架在水平地震力作用下的梁剪力及柱轴力见下图4-61.2竖向荷载作用下框架梁上荷载计算本工程结构及荷载分布比较均匀，可以选择典型平面框架进行计算，这里仅给轴线A、B、C、D框架的内力计算，纵向框架的计算方法与横向框架计算方法相同，这里不再给出。多层多跨框架在竖向荷载作用下的内力近似按分层法计算。除底层外，上层各柱线刚度均乘以0.9进行修正，这些柱的传递系数取1/3，底层柱的传递系数取1/2。弯矩分配系数计算公式。框架节点弯矩分配系数计算结果见下表4-10。-68- ××大学学士学位论文图4-5框架在水平地震力作用下的弯矩图1.1.1各层框架上荷载计算1.1.1.1屋面梁均布荷载（1）边跨均布永久荷载板传来框架梁自重合计-68- ××大学学士学位论文图4-6框架在水平地震力作用下的梁剪力及柱轴力（2）中间跨均布永久荷载梁自重板传来合计（3）均布可变荷载标准值取上人屋面活荷载与雪荷载二者中较大的值，即表4-10框架节点弯矩分配系数计算结果-68- ××大学学士学位论文层A轴B轴C轴D轴下柱上柱梁下柱上柱梁右梁左下柱上柱梁左梁右下柱上柱梁50.400.60.1900.540.270.1900.540.270.400.640.290.290.420.150.150.460.240.150.150.460.240.290.290.4230.290.290.420.150.150.460.240.150.150.460.240.290.290.4220.290.290.420.150.150.460.240.150.150.460.240.290.290.4210.290.290.420.150.150.460.240.150.150.460.240.290.290.421.1.1.11-5层梁均布荷载（1）边跨均布永久荷载板传来框架梁自重墙自重合计（2）中间跨均布永久荷载梁自重板传来合计（3）均布可变荷载标准值1.1.2竖向荷载作用下框架计算简图-68- ××大学学士学位论文综合上面的荷载计算，各层框架梁上计算得的荷载值，布置在框架梁上，框架梁上的分布荷载如下图4-7恒荷载作用简图，图4-8活荷载作用简图所示，其为分别在竖向恒荷载作用下框架梁的荷载计算简图和竖向活荷作用下框架梁的荷载计算简图。图4-7恒荷载作用简图图4-8活荷载作用简图-68- ××大学学士学位论文1.1.1竖向荷载作用下框架梁固端弯矩（1）永久荷载作用下AB跨5层顶1-4层CD跨5层顶1-4层BC跨5层顶1-4层（2）可变荷载作用下AB跨CD跨BC跨1.2竖向荷载作用下结构内力计算1.2.1框架梁弯矩计算框架梁的设计弯矩，把同一开口所求得的梁端弯矩进行内力组合就得到框架梁端的设计弯矩。-68- ××大学学士学位论文1.1.1框架梁剪力计算框架梁的剪力可取该梁为脱离体进行计算，均布荷载可按下式计算　　　　　　　　　(4-11)，分别为两支座的弯矩。1.1.2框架柱弯矩计算将各开口框架所求得的同一控制截面弯矩进行拼合得框架柱的最终弯矩。1.1.3框架柱轴力计算根据各节点的弯矩分配系数及框架梁固端弯矩值，进行内力计算。具体计算结果见下列表4-9至4-12。1.2梁内力组合与配筋计算1.2.1组合原理框架结构设计要满足“强柱弱梁，强剪弱弯，更强节点”的延性设计要求，故对框架梁剪力设计值及框架柱弯矩进行调整[9]。1.2.2内力组合通过以上计算，已求得5轴框架在各情况的内力，现在以2层A~B轴之间梁为例，计算内力组合，各截面梁内力见表4-13。各截面内力组合有以下4项：组合一：①1.2+②1.4+③1.40.6组合二：①1.2+②1.40.7+③1.4组合三：①1.35+②1.40.7组合四：[(①+0.5②)1.2+④1.3]0.75注：组合四的系数0.75为承载力抗震力抗震调整系数表4-13各截面梁内力荷载永久荷载①可变荷载②风荷载③地震作用④截面M，kNm101.5730.4278.40266.38V，kN137.3229.3419.7055.39跨中M，kNm59.1218.35——-68- ××大学学士学位论文M，kNm130.1338.9836.63105.96V，kN146.8430.0819.1755.39抗震设计时，框架梁端部截面组合的剪力设计值，其中按简支梁分析的梁端截面剪力设计值为=（55.39+6.940.5）6m/21.2=211.90逆时针弯矩设计值为：=[(101.57+30.420.5)1.2+226.381.3]0.75=279.74=[(-130.13-38.980.5)1.2+105.961.3]0.75=-31.38顺时针弯矩设计值为：=[(-101.57-30.420.5)1.2+226.381.3]0.75=-115.62=[(130.13+38.980.5)1.2+105.961.3]0.75=237.97框架梁左端截面组合的剪力设计值为V==1.1(279.74-31.38)/6+211.90=253.29框架梁右端截面组合剪力设计值为-68- ××大学学士学位论文节点A轴分配方向B轴分配方向C轴分配方向D轴上柱下柱右梁上柱左梁下柱右梁上柱左梁下柱右梁左梁下柱上柱分配系数0.400.600.270.190.540.540.190.270.600.40固端弯矩-148.23148.23-37.0637.06-148.23148.23分配过程59.2988.94→44.47-44.47←-88.94-59.29-26.01←-52.03-29.57-84.05→-42.0210.4115.61→7.8053.37←106.7437.5653.37→26.68-8.26←-16.52-11.62-33.03→-16.52-8.01←-16.01-10.673.304.96→2.486.62←13.244.666.62→3.31-2.46-1.73-4.91→-2.46-0.99←-1.99-1.321.860.660.93最后弯矩73.00-73.00131.98-42.92-99.0697.9142.87-140.7871.29-71.29表4-9顶层永久荷载内力计算表4-10顶层可变荷载内力计算-68- ××大学学士学位论文节点A轴分配方向B轴分配方向C轴分配方向D轴上柱下柱右梁上柱左梁下柱右梁上柱左梁下柱右梁左梁下柱上柱分配系数0.400.600.270.190.540.540.190.270.600.40固端弯矩-44.4044.40-11.1011.10-44.4044.40分配过程17.7626.64→13.32-13.32←-26.64-17.76-7.79←-15.58-8.86-25.17→-12.593.124.68→2.3415.99←31.9711.2515.99→7.99-2.47←-4.95-3.48-9.89→-4.95-2.40←-4.80-3.200.991.48→0.741.98←3.971.401.98→0.99-0.74-0.52-1.47→-0.74-0.30←-0.59-0.400.560.200.28最后弯矩21.87-21.8739.53-12.86-29.6729.3312.84-42.1721.35-21.35表4-11（1-4）层永久荷载内力计算-68- ××大学学士学位论文节点A轴分配方向B轴分配方向C轴分配方向D轴上柱下柱右梁上柱左梁下柱右梁上柱左梁下柱右梁左梁下柱上柱分配系数0.290.290.420.150.240.150.460.150.460.150.240.420.290.29固端弯矩-148.23148.23-37.0637.06-148.23148.23分配过程42.9942.9962.26→31.13-31.13←-62.26-42.99-42.99-21.52←-21.34-43.05-21.34-65.46→-32.736.246.249.04→4.5240.26←26.2580.5126.2542.01→21.00-5.37←-6.72-10.75-6.72-20.60→-10.30-4.41←-8.82-6.09-6.091.561.562.26→1.133.38←2.216.772.213.53→1.77-0.68-1.08-0.68-2.08→-1.04-0.37←-0.74-0.51-0.510.210.650.210.34最后弯矩50.7950.79-101.57-28.74130.13-28.74-81.5528.6780.9228.67-138.2699.18-49.59-49.59表4-12（1-4）层可变荷载内力计算-68- ××大学学士学位论文节点A轴分配方向B轴分配方向C轴分配方向D轴上柱下柱右梁上柱左梁下柱右梁上柱左梁下柱右梁左梁下柱上柱分配系数0.290.290.420.150.240.150.460.150.460.150.240.420.290.29固端弯矩-44.4044.40-11.1011.10-44.4044.40分配过程12.8812.8818.65→9.32-9.32←-18.65-12.88-12.88-6.45←-6.39-12.89-6.39-19.61→-9.801.871.872.71→1.3512.06←7.8624.127.8612.58→6.29-1.61←-2.01-3.22-2.01-6.17→-3.08-1.32←-2.64-1.82-1.820.470.470.68→0.341.01←0.662.030.661.06→0.53-0.20-0.32-0.20-0.62→-0.31-0.11←-0.22-0.15-0.150.060.190.060.10最后弯矩15.2115.21-30.42-8.6138.98-8.61-24.438.5924.248.59-41.4129.71-14.85-14.85-68- ××大学学士学位论文图4-9竖向永久荷载作用下弯矩图V=　　=1.1(-115.62+237.96)/6+211.90=232.29各截面梁内力组合见下表4-141.1.1梁正截面承载力计算1.1.1.1基本公式本工程所有主梁采用350mm750mm的矩形梁，次梁采250mm500mm的矩形梁，取其各层内力最大值进行配筋计算。梁中钢筋采用HRB335，箍筋采用HPB235，混凝土等级为C30。-68- ××大学学士学位论文图4-10竖向可变荷载作用下弯矩图　表4-14各截面梁内力组合荷载组合一组合二组合三组合四截面左支座M，KNm230.33261.46166.93325.82V，KN174.04174.04161.17155.49跨中M，KNm96.6388.9397.8061.47右支座M，KNm241.50245.64213.88237.97V，KN179.98178.08166.46158.86-68- ××大学学士学位论文图4-11竖向永久荷载作用下柱轴力及梁剪力图梁钢筋按单筋矩形截面受弯构件正截面受弯承载力计算，，联立上述三个公式可求出:(4-12)为内力矩的力臂系数，为截面抵抗矩系数，相当于均质弹性体矩形截面梁抵抗矩W中的系数。配筋率越大，越小，而越大。在界面设计中，求出内力臂系数后，就可方便地算出纵向受拉钢筋截面面积(4-13)-68- ××大学学士学位论文图4-12竖向可变荷载作用下柱轴力及梁剪力图1.1.1.1梁支座处截面承载力计算计算支座配筋：=选用7161407=min（0.002bh，0.45）=（0.002350750，0.45350750）=（525mm2，482mm2）>,满足要求1.1.1.2梁跨中截面承载力计算-68- ××大学学士学位论文同支座处配筋，计算从略。选用320876>,满足要求。1.1.1梁斜截面承载力计算截面控制内力组合=179.98kN截面校核=0.25114.3350mm720mm=900.90KN>V=179.98KN,截面满足要求。斜截面受剪承载力为=取双肢>0.39mm加密长度为1000mm，箍筋的配筋率>0.0016满足要求。本设计中梁的箍筋均取为：加密区箍筋取非加密区箍筋取。1.2框架柱内力组合与配筋计算1.2.1内力组合1.2.1.1基本原理控制截面配筋计算时应考虑以下三种不利组合①及相应的N②及相应M③及相应M-68- ××大学学士学位论文并从中选出最不利值计算配筋。为减小轴压比（保证柱子的延性）并减少钢筋用量，应对活荷载作用下柱子的轴力进行折减具体折减系数如下表4-15：表4-15折减系数表墙、柱、基础计算截面以上的层数12~34~56~89~20＞20计算截面以上的各楼层活荷载总和的折减系数1.00（0.90）0.850.700.650.600.55注：当楼面梁的从属面积超过时，应采用括号内系数。1.1.1.1柱的内力组合现在以2层A轴柱为例，计算内力组合，各截面柱内力见下表4-16。表4-16各截面柱内力值荷载永久荷载①可变荷载②风荷载③地震作用④截面柱上端M，KNm50.7915.2145.52125.03N，KN-420.54-87.1227.7587.94柱下端M，KNm50.7915.2145.52125.03N，KN-565.36-116.4643.92143.33设计柱时，活荷载应折减，取折减系数为0.65。各截面内力组合有以下七项：组合一：①1.2+②1.40.65+③1.40.6组合二：①1.2+②1.40.65-③1.40.6组合三：①1.2+②1.40.70.65+③1.4组合四：①1.2+②1.40.70.65-③1.4组合五：①1.35+②1.40.70.65组合六：[(①+0.5②)1.2+④1.3]0.8组合七：[(①+0.5②)1.2-④1.3]0.8注：组合六、七的系数0.8为承载力抗震调整系数。各截面柱内力组合见下表4-17。1.1.2配筋计算取7轴一榀框架中的边柱为例，H=600mm,b=600mm=19.1,=300,=300,相对界限受压区高度=0.55，纵筋的混凝土保护层厚度为35mm-68- ××大学学士学位论文，全部纵筋最小配筋率=0.7%，柱计算长度=1.254200mm=5250mm荷载组合一组合二组合三组合四组合五组合六组合七截面柱上端M，kNm156.4688.34136.8595.45125.74245.67-56.74N，kN-725.89-676.75-621.78-638.86-694.65-709.92-363.57柱下端M，kNm189.3679.65153.5865.57127.75264-65.75N，kN-924.53-875.46-846.28-859.37-953.74-882.14-537.47表4-17各截面柱内力组合值最大弯矩M=245.67（N=709.92kN）轴压比=<0.9附加偏心矩max{20mm,19mm}=20mm初始偏心距346.05mm+20mm=366.05mm偏心增大系数=4.84>1取，取轴向压力作用点至纵向受拉钢筋的合力的距离混凝土受压区高度由下式求得采用对称配筋，令=，带入上式=，属大偏心受压构件。-68- ××大学学士学位论文确定及。最大轴力N=976.1kN，M=116.38kNm，配筋计算结果按最小配筋率确定，轴压比验算满足要求，具体计算从略。根据规定，框架柱纵向钢筋最小配筋百分率对角柱全部纵筋不小于0.9%，对于中柱边柱全部纵筋不小于0.7%；另外，单边纵向受压钢筋配筋率不应小于0.2%，即=570mm600mm0.2%=684柱每边实配420615,柱周边共配1220，全部纵筋配筋率为1.9%>0.7%柱箍筋采用4肢，柱端部箍筋加密区采用。计算从略。1.1楼板配筋计算1.1.1楼板配筋设计方法本工程柱网规则，楼板为单向楼板，计算时按板块极限平衡法计算各楼板的内力，计算各区格楼板的跨中和支座处最大弯矩，进行配筋计算。图4-19平面布置图，图4-20计算见图所示[10]。图4-13平面布置图-68- ××大学学士学位论文图4-14计算简图1.1.1区格板配筋计算1.配筋计算荷载设计值2.次梁截面为，现浇板在墙上的支撑长度不小于100mm，去板在墙上的支撑长度为120mm。按塑性内力重分布设计，板得计算跨度：l0边=l0中=3.查表得板得弯矩系数分别为：边支座-1/16，边跨中1/11，中跨中1/16,中间支座-1/14故：MA=(g+q)l012/11=M1=-(g+q)l012/11=MB=(g+q)l012/16=MC=(g+q)l012/16=这是对端区单向板而言，对于中间区隔的单向板，Mc和M2应乘以0.8分别为-2.02和1.77C=15mm板厚120mm，h0=120-20=100mm板厚b=1000mmC25混凝土fc=11.9，fy=300计算结果如下表4-18表4-18配筋计算结果截面A1Bc弯矩设计值-2.623.81-2.992.500.0150.0210.0170.0140.020.020.0170.016计算配筋119.2119.2101.383.4-68- ××大学学士学位论文续表4-18截面A1Bc实际配筋A=262A=262A=196A=196满足要求1.1次梁设计计算1.1.1次梁截面设计荷载标准值恒荷载标准值由板传来次梁自重小计活荷载标准值由板传来荷载总设计值梁计算跨度。1.1.2内力计算弯矩设计值剪力设计值承载力计算正截面受弯承载力正截面受弯承载力计算时，跨内按T形截面计算，翼缘宽度取，经判别属于第一种类型T形截面。计算结果如下表4-19支座内力计算结果。-68- ××大学学士学位论文表4-19支座内力计算结果截面左支座跨中右支座弯矩设计值-42.448.46-42.4或0.1240.0390.1246871042687选配钢筋斜截面受剪承载力计算验算截面尺寸：，因截面按下式验算满足要求。故各截面应按构造配置箍筋。采用双肢箍配箍率满足。1.1基础设计1.1.1设计依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)①《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)②《简明高层钢筋混凝土结构设计手册》李国胜1.1.2计算信息构件编号:JC-1计算类型:自动计算截面尺寸-68- ××大学学士学位论文1.几何参数矩形柱宽bc=600mm矩形柱高hc=600mm，基础端部高度h1(自动计算)=450mm，基础根部高度h2(自动计算)=450mm，基础长宽比1.000，基础长度B1(自动计算)=1550mmB2(自动计算)=1550mm，基础宽度A1(自动计算)=1550mmA2(自动计算)=1550mm2.材料信息基础混凝土等级:C30，柱混凝土等级:C30，钢筋级别:HRB4003.计算信息结构重要性系数:，基础埋深:，纵筋合力点至近边距离:，基础及其上覆土的平均容重:，最小配筋率:4.作用在基础顶部荷载标准值永久荷载分项系数，可变荷载分项系数永久荷载分项系数，可变荷载分项系数-68- ××大学学士学位论文永久荷载分项系数，可变荷载分项系数，基础埋深:5.修正后的地基承载力特征值1.1.1计算参数1.基础总长2.基础总宽3.基础总高4.底板配筋计算高度5.基础底面积6.1.1.2计算作用在基础底部弯矩值-68- ××大学学士学位论文1.1.1验算地基承载力1.验算轴心荷载作用下地基承载力因轴心荷载作用下地基承载力满足要求因1.1.2基础冲切验算1.计算基础底面反力设计值因Mdx=0并且Mdy=02.柱对基础的冲切验算因800