框架结构设计实例之2.docx

郑州市帝豪烟厂办公楼框架结构设计前 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、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。本组毕业设计题目为某办公楼设计。在毕设前期，我温习了结构力学、钢筋混凝土、建筑结构抗震设计等知识，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，我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计。在毕设完成过程中，我主要主要进行手绘设计的优化，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。框架结构设计的计算工作量很大，在计算过程中以手算为主，辅以一些计算软件的校正。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。 二零一一年九月二五日 内容摘要本设计主要进行了结构方案中横向框架2、3、7、8轴框架的抗震设计。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。关键词： 框架 结构设计 抗震设计 Abstract The purpose of the design is to do the anti-seismic design in the longitudinal frames of axis 2、3、7、8. When the directions of the frames is determined, firstly the weight of each floor is calculated .Then the vibrate cycle is calculated by utilizing the peak-displacement method, then making the amount of the horizontal seismic force can be got by way of the bottom-shear force method. The seismic force can be assigned according to the shearing stiffness of the frames of the different axis. Then the internal force (bending moment, shearing force and axial force ) in the structure under the horizontal loads can be easily calculated. After the determination of the internal force under the dead and live loads, the combination of internal force can be made by using the Excel software, whose purpose is to find one or several sets of the most adverse internal force of the wall limbs and the coterminous girders, which will be the basis of protracting the reinforcing drawings of the components. The design of the stairs is also be approached by calculating the internal force and reinforcing such components as landing slab, step board and landing girder whose shop drawings are completed in the end.Keywords : frames, structural design, anti-seismic design目 录第一部分：毕业设计任务书第二部分：工程概况第三部分：框架侧移刚度的计算第四部分：重力荷载代表值的计算第五 部分：横向水平荷载作用下框架 结构的内力和侧移计算第六部分：竖向荷载作用下框架结构的内力计算（横向框架内力计算）第七部分：截面设计第八部分：楼板设计第九部分：楼梯设计第十部分：设计心得 参考资料高等教育自学考试建筑工程专业（本科）实践环节毕业设计任务书题 目：* * * 办公楼郑州大学土木工程学院二一年六月第一部分工程概况一 建筑概况1、工程名称：* * * 办公楼。2、建设地点：郑州市高新开发区文化大道北，场地平面示意图见附图。3、建筑规模：本工程本工程地上五层，建筑面积5600m2，基底面积1100m2；地上五层为办公室，每层高为3.9m，室内外高差0.6m。4、结构形式：框架结构。5、建筑结构安全等级为二级，建筑耐火等级为二级，屋面防水等级为二级。6、功能布置：a.底层布置门厅、接待室、值班室、配电间、消防控制室。b.二、三层每层各设100 m2会议室1间，60 m2间办公室2间。c.顶层布置200 m2活动室，其余为普通办公室。d.其它各层房间为普通办公室。e.各层均布置男女卫生间，并设前室。f.屋面为上人屋面。7、建筑设备：本办公楼采用集中空调，水、电由市政提供。8、建筑装修及材料：a.外墙面：外墙涂料。b.内墙面：内墙涂料。卫生间及前室内墙面选用面砖。c.顶棚：吊顶部分用轻钢龙骨矿棉吸音板吊顶，其余采用内墙涂料。d.楼、地面：地板砖。9、墙体材料：外墙采用250厚加气混凝土砌块，内墙采用200厚加气混凝土砌块，标高-1.450以下墙体为250厚钢筋混凝土墙。10、门窗：a.建筑外窗抗风压性能为3级、气密性能为4级、水密性能3级、保温性能为3级、 隔声性能为3级。b.门窗制作安装应遵照全国通用建筑标准设计92SJ704。二 建筑参考资料房屋建筑制图统一标准GB/T 50001-2001、建筑工程设计文件编制深度规定（2003版）、民用建筑设计通则GB 50352-2005、办公建筑设计防火规范GB 50016-2006、05系列工程建设标准设计图集（05YJ）、建筑结构制图标准GB/T 50105-2001等。第二部分结构设计要求一结构方案的选择1、确定结构体系；2、确定结构楼屋盖的类型及基本形式；3、根据工程地质条件及上部结构形式确定基础类型及埋深；4、确定变形缝的设置及划分；5、确定结构其它承重构件的类型。二结构平面布置1、确定柱网尺寸及梁、板的平面布置；2、确定基础平面布置；三结构计算1、框架计算：（1）确定框架结构计算简图；（2）初步确定结构构件的截面尺寸；（3）荷载计算：注意传力途径，防止少算和漏算；（4）竖向荷载作用下的内力计算；（5）水平风荷载作用下的内力计算；（6）内力组合，确定各构件控制截面上的控制内力；2、基础设计计算3、自选构件的设计计算四绘制结构施工图1、基础平面布置图及基础配筋详图；2、结构平面布置图；3、框架梁、柱配筋图；4、自选构件配筋详图五结构设计计算书书写整理六结构设计部分参考资料（1）现行国家规范、规程，主要有：建筑结构可靠度设计统一标准GB 50068-2001、建筑抗震设防分类标准GB 50223-2004、建筑地基基础设计规范GB50007-2002、混凝土结构设计规范GB50010-2002、建筑结构荷载规范GB 50009-2001(2006年版)、建筑抗震设计规范GB 50011-2001、02系列结构标准设计图集DBJT19-01-2002、钢筋混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图03G101-1修订版等。（2）建筑结构综合设计手册，中国建筑工业出版社。（3）各种教材及参考书。七建设场地工程地质概况1、 地形、地貌：拟建场地地貌属山前冲洪积平原。2、 地质构成：根据岩土工程勘察报告，按地层的成因、时代及物理力学性质差异，勘探深度范围内从上到下场地地质构成如下：1）耕土，层厚0.400.70m； 2）粉质粘土，层厚3.203.70m，承载力标准值kPa；3）粉质粘土，层厚02.50m，承载力标准值kPa；4）粉质粘土，层厚3.604.60m，承载力标准值kPa。3、 水文概况：场地地下水类型为孔隙潜水，勘察期间测得地下水位埋深4.50m，场地水位年变幅1.01.5m。4、 岩土工程评价根据地质勘察结果，场地地形平坦，由于场区地基土层层面坡度均小于10，地基土的物理力学性能差异不大，因此地基属均匀性地基。郑州地区属非自重湿陷性黄土地区。八建设场地附图15m注：毕业设计题目要求一人一题，题目自命。第一部分：工程概况建筑地点：郑州市建筑类型：五层办公楼，框架结构。建筑介绍：建筑底面积约1030平方米，建筑总面积5150平方米，楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土框架结构，楼板厚度取120mm，填充墙采用空心砖粉和加气混凝土砌块。门窗使用：大门采用钢门，门洞尺寸为3.4m2.7m，窗为塑钢窗，洞口尺寸为2.1m2.1m。地质条件：根据地质勘察结果，场地地形平坦，厂区地基土层层面坡度均小于10%地基土的物理力学性能差异不大，地基属于均匀性地基。设防烈度为度。柱网与层高：本办公楼采用柱距为6.6m的柱网，边跨为6.3m，中间跨为2.4m，层高取3.9m，如下图所示： 柱网布置图 框架结构承重方案的选择：竖向荷载的传力途径：楼板的均布活载和恒载经次梁间接或直接传至主梁，再由主梁传至框架柱，最后传至地基。根据以上楼盖的平面布置及竖向荷载的传力途径，本办公楼框架的承重方案为横向框架承重方案，这可使横向框架梁的截面高度大，增加框架的横向侧移刚度。框架结构的计算简图： 框架结构的计算简图 纵向框架组成的空间结构 横向框架组成的空间结构本方案中，需近似的按纵横两个方向的平面框架分别计算。 梁、柱截面尺寸的初步确定：1、梁截面高度一般取梁跨度的1/12至1/8。本方案取1/127200=600mm，截面宽度取6002/3=300mm，可得梁的截面初步定为bh=400*600。2、框架柱的截面尺寸根据柱的轴压比限值，按下列公式计算： （1）柱组合的轴压力设计值N=Fg E n注：考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数。F按简支状态计算柱的负载面积。g E 折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近似的取14KN/m2。n为验算截面以上的楼层层数。 （2）AcN/uNfc 注：uN 为框架柱轴压比限值，本方案为二级抗震等级，查抗震规范可知取为0.8。 fc 为混凝土轴心抗压强度设计值，对C30，查得14.3N/mm2。3、计算过程：对于边柱：N=Fg E n=1.325.92146=2830.464（KN） AcN/uNfc=2830.464103/0.8/14.3=247418.18（mm2） 取700mm700mm 对于内柱：N=Fg E n=1.2534.56146=3628.8（KN） AcN/uNfc=3628.8*103/0.8/14.3=317202.80（mm2） 取700mm700mm梁截面尺寸（mm）混凝土等级横梁（bh）纵梁（bh）AB跨、CD跨C30600600400600柱截面尺寸（mm）层次混凝土等级bh1C304006002-5C30400600第二部分：框架侧移刚度的计算一、 横梁线刚度i b的计算：类别Ec（N/mm2）bh（mmmm）I0（mm4）l（mm）EcI0/l（Nmm）1.5EcI0/l（Nmm）2EcI0/l（Nmm）AB跨、BC、CD跨3.01046006005.4010972002.2510103.3810104.501010二、 纵梁线刚度i b的计算：类别Ec（N/mm2）bh（mmmm）I0（mm4）l（mm）EcI0/l（Nmm）1.5EcI0/l（Nmm）2EcI0/l（Nmm）跨3.01044006005.410942003.8610105.7910107.711010三、 柱线刚度i c的计算：I=bh3/12层次hc（mm）Ec（N/mm2）bh（mmmm）Ic（mm4）EcIc/hc（Nmm）1-547003.01046006002.001101012.771010四、各层横向侧移刚度计算： (D值法)1、底层、A-2、A-3、A-7、A-8、D-2、D-3、D-4、D-7、D-8（9根）K=0.352c=(0.5+K)/(2+K)=0.362Di1=c12ic/h2=0.3621212.771010/47002=25112、A-1、A-4、A-6、A-9、D-1、D-5、D-6、D-9 （8根）K=3.38/12.77=0.266c=(0.5+K)/(2+K)=0.338Di2=c12ic/h2 =0.3381212.771010/47002 =23447、B-1、C-1、B-9、C-9 （4根）K=（2.5+3.38）/12.77=0.460c=(0.5+K)/(2+K)=0.390Di3=c12ic/h2 =0.3901212.771010/47002 =27055、B-2、C-2、B-3、C-3、C-4、B-7、C-7、B-8、C-8 （9根）K=（3.34+4.5）/12.77=0.614c=(0.5+K)/(2+K)=0.426Di4=c12ic/h2 =0.4261212.771010/47002 =29552、B-4、B-6、C-5、C-6 （4根）K=（3.34+3.38）/12.77=0.526c=(0.5+K)/(2+K)=0.406Di5=c12ic/h2 =0.4061212.771010/47002 =28165、B-5 （1根）K=3.34/12.77=0.262c=(0.5+K)/(2+K)=0.337Di6=c12ic/h2 =0.3371212.771010/47002 =23378D1=251129+234478+270554+295529+281654+23378 =9238102、第二层：、A-2、A-3、A-7、A-8、D-2、D-3、D-4、D-7、D-8 （9根）K=4.52/（12.42）=0.363c=K/(2+K)=0.154Di1=c12ic/h2 =0.1541212.41010/36002 =17681、A-1、A-9、D-1、D-5、D-6、D-9 （6根）K=3.382/（12.42）=0.273c=K/(2+K)=0.120Di2=c12ic/h2 =0.1201212.41010/36002 =13778、A-5 （1根）K=4.5/7.233=0.622c=（0.5+K）/(2+K)=0.428Di3=c12ic/h2 =0.428127.2331010/83002 =5392、A-4、A-6 （2根）K=（4.5+3.8）/（12.4*2）=0.318c=K/(2+K)=0.137Di4=c12ic/h2 =0.1371212.41010/36002 =15730、B-1、C-1、B-9、C-9 （4根）K=（2.5+3.38）2/（12.42）=0.474c=K/(2+K)=0.192Di5=c12ic/h2 =0.1921212.41010/36002 =22044、B-2、B-3、C-2、C-3、C-4、B-7、B-8、 C-7、 C-8 （9根）K=（3.34+4.5）2/（12.42）=0.632c=K/(2+K)=0.240Di6=c12ic/h2 =0.240*12*12.4*1010/36002 =27556、B-4、B-6 （2根）K=（3.342+4.5+3.38）/（12.42）=0.587c=K/(2+K)=0.227Di7=c12ic/h2 =0.2271212.41010/36002 =26063、C-5、C-6 （2根）K=（3.34+3.38）2/（12.42）=0.542c=K/(2+K)=0.213Di8=c12ic/h2 =0.2131212.41010/36002 =24456、B-5 （1根）K=3.342/（12.42）=0.269c=K/(2+K)=0.119Di9=c12ic/h2 =0.1191212.41010/36002 =13663D2=176819+137786+5392+157302+220444+275569+260632+244562+13663=7295303、第三层至第六层：、A-2、A-3、A-4、A-5、A-6、A-7、A-8、D-2、D-3、D-4、D-7、D-8 （12根）Di1=17681、A-1、A-9、D-1、D-9、D-5、D-6 （6根）Di2=13778、B-1、C-1、B-9、C-9 （4根）Di3=22044、B-2、B-3、B-4、B-5、C-2、C-3、C-4、B-6、B-7、B-8、C-7、C-8 （12根）Di4=27556、C-5、C-6 （2根）Di5=24456D3-6=1768112+137786+220444+2755612+244562 =7626004、顶层：、D-5、D-6 （2根）K=3.382/（12.42）=0.273c=K/(2+K)=0.120Di1=c12ic/h2 =0.1201212.41010/36002 =13778 、C-5、C-6 （2根）K=（3.382+3.34）/（12.42）=0.407c=K/(2+K)=0.169Di2=c12ic/h2 =0.1691212.41010/36002 =19404D顶=137782+194042=66364由此可知，横向框架梁的层间侧移刚度为：层次12345顶Di（N/mm）92381072953076260076260076260066364D1/D2=923810/7295300.7，故该框架为规则框架。五、各层纵向侧移刚度计算：同理，纵向框架层间侧移刚度为：层次12345顶层Di（N/mm）1035634935623942398942398942398103102D1/D2=1035634/9356230.7，故该框架为规则框架。第三部分：重力荷载代表值的计算一、资料准备：查荷载规范可取：、 屋面永久荷载标准值（上人）30厚细石混凝土保护层 220.03=0.66KN/m2 三毡四油防水层 0.4 KN/m220厚矿渣水泥找平层 14.50.02=0.29 KN/m2150厚水泥蛭石保温层 50.15=0.75 KN/m2120厚钢筋混凝土板 250.12=3.0 KN/m2V型轻钢龙骨吊顶 0.25 KN/m2（二层9mm纸面石膏板、有厚50mm的岩棉板保温层） 合计 5.35 KN/m2、1-5层楼面：木块地面（加防腐油膏铺砌厚76mm） 0.7 KN/m2120厚钢筋混凝土板 250.12=3.0 KN/m2V型轻钢龙骨吊顶 0.25 KN/m2 合计 3.95 KN/m2、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/m2楼面活荷载标准值 2.0 KN/m2屋面雪荷载标准值 SK=urS0=1.00.2=0.2 KN/m2 （式中ur为屋面积雪分布系数）、梁柱密度25 KN/m2蒸压粉煤灰加气混凝土砌块 5.5KN/m3二、重力荷载代表值的计算：1、第一层：（1）、梁、柱：类别净 跨（mm）截 面（mm）密 度（KN/m3）体 积（m3）数 量(根)单 重（KN）总 重（KN）横梁3600600600251.17429.25497.25纵梁6600400600251.172029.25819.006300400600250.63415.7563.00类别计算高度（mm）截 面（mm）密 度（KN/m3）体 积（m3）数 量（根）单 重（KN）总 重（KN）柱3600700700251.7643644.11587.6（2）、内外填充墙重的计算： 横墙： AB跨、CD跨墙：墙厚240mm，计算长度6500mm，计算高度3600-600=3000mm。 单跨体积：0.246.53=4.68m3 单跨重量：4.685.5=25.74KN 数量：17 总重：25.7417=437.58KN BC跨墙：墙厚240mm，计算长度1700mm，计算高度3600-600=3000mm。 单跨体积：（1.73-1.5*2.4）0.24=0.36m3 单跨重量：0.365.5=1.98KN 数量：2 总重：1.982=3.96KN 厕所横墙：墙厚240mm，计算长度7200-2400=4800mm，计算高度3600-120=3480mm。 体积：0.244.83.48=4.009m3 重量：4.0095.5=22.0495KN 横墙总重：437.58+3.96+22.0495=463.5895KN 纵墙： 跨外墙：单个体积：（6.53.0）-（1.82.12） 0.24=2.8656 m3数量：12总重：2.8656125.5=189.1296KN 厕所外纵墙：体积：6.53.0-1.82.1=15.72 m3总重：15.725.5=86.46KN 楼梯间外纵墙：体积：3.53.0-1.82.1=6.72 m3总重：6.725.5=36.96KN 门卫外纵墙：体积：3.53.0-1.22.4=7.62m3总重：7.625.5=41.91KN 内纵墙：单个体积：(6.53.0-1.22.4*2) 0.24=13.74m3 单个重量：13.745.5=75.57KN数量：12总重：75.5712=906.84KN 厕所纵墙：单个体积：0.24（3.6-0.12）4.93=4.1175m3 单个重量：4.11755.5=22.6463KN数量：2总重：22.64632=45.2926KN 正门纵墙：总重：（1.86.5-1.82.1）0.245.5=10.4544KN 纵墙总重：189.1296+86.46+36.96+41.91+906.84+45.2926+10.4544=1317.0466KN（3）、窗户计算（钢框玻璃窗）： 走廊窗户：尺寸：1800mm2100mm 自重：0.4KN/m2 数量：26 重量：1.82.10.426=39.312KN 办公室窗户：尺寸：1500mm2100mm 自重：0.4KN/m2 数量：2重量：1.52.10.42=2.52KN 总重：39.312+2.52=41.832KN（4）、门重计算： 木门：尺寸：1200mm2400mm 自重：0.15KN/m2 数量：26.25 重量：1.22.40.1526.25=11.34KN 铁门：尺寸：6500mm3000mm 自重：0.4KN/m2 数量：0.5重量：6.53*0.40.5=3.9KN 总重：11.34+3.9=15.24KN（5）、楼板恒载、活载计算（楼梯间按楼板计算）： 面积：48.441613+117.4176+30.24=777.3984（m2） 恒载：3.95777.3984=3070.7237KN 活载：2.0777.3984=1554.7968KN由以上计算可知，一层重力荷载代表值为G1=G 恒+0.5G活=（497.25+38.25）1.05+（819+63）1.05+1587.61.05+463.5895+1317.0466+41.832 +15.24+（3070.7237+1554.7968）0.5 =9618.5836KN注：梁柱剩上粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数1.05。2、第二层：（1）、梁、柱横梁：AB跨：300mm600mm 29.25KN18根=526.5KNBC跨：250mm400mm 4.25KN9根=38.25KN 纵梁：819+63=882KN 柱： 类别计算高度（mm）截 面（mm）密 度（KN/m3）体积（m3）数 量（根）单 重（KN）总 重（KN）柱3600400600251.5213638.0251368.9（2）、内外填充墙重的计算：横墙总重：463.5895KN纵墙： 比较第二层纵墙与第一层的区别有： 大厅：一层有铁门 二层A、B、B跨有内墙。 比较异同后，可得第二层纵墙总重为： 1317.0466+（3.06.55-21.82.1）0.245.5-3.9+（1.56.55-1.51.2）0.245.5+（1.53.55-1.51.2）0.245.5 =1317.0466+15.9588-3.9+10.593+4.653 =1344.3514KN（3）、窗户计算（钢框玻璃窗）： 第一类：尺寸：1800mm2100mm 自重：0.4KN/m2 数量：29 重量：1.82.10.429=43.848KN 第二类：尺寸：1500mm2100mm 自重：0.4KN/m2 数量：2重量：1.52.10.42=2.52KN 总重：43.848+2.52=46.368KN（4）、门重计算： 木门：尺寸：1200mm2400mm 自重：0.15KN/m2 数量：27.25 重量：1.22.40.1527.25=11.772KN（5）、楼板恒载、活载计算（楼梯间按楼板计算）： 面积：777.3984+11.166.96=855.072（m2） 恒载：3.95855.072=3377.5344KN 活载：2.0855.072=1710.144KN由以上计算可知，二层重力荷载代表值为G2=G 恒+0.5G活=（526.5+38.25）1.05+8821.05+1368.91.05+463.5895+1344.3514+46.368 +11.772+（3377.5344+1710.144）0.5 =9910.1918KN注：梁柱剩上粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数1.05。3、第三层至第五层：比较其与第三层的异同，只有B、B不同，可得三到五重力荷载代表值为：G3-5=9910.1918-10.593-4.653+（3.010.1-21.22.4）0.245.5=9927.3386KN 屋面恒载、活载计算： 恒载：855.0725.35=4574.6352KN 活载：855.0722.0=1710.144KN 雪载：855.0720.2=171.0144KN由以上计算可知，五层重力荷载代表值为G6=G 恒+0.5G活=（564.75+882+798.525）1.05+231.7948+680.7491+23.184+4.4145+4574.6352 +（1710.144+171.0144）0.5 =9753.4748KN注：梁柱剩上粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数