横向框架bcde轴框架的设计.doc

武汉科技大学高职毕业设计目 录目 录1摘录31设计题目及原始资料41.1 设计题目41.2 原始资料41.2.1 室内外高差41.2.2 墙身做法41.2.3 楼面做法41.2.4 屋面做法41.2.5 门窗做法41.2.6 地质资料41.2.7 气象资料51.2.8 建筑标准51.2.9 活载情况51.2.10 建筑规模51.2.11 参考资料52 结构选型及平面布置（钢筋混凝土框架结构）52.1 结构平面布置52.2 梁截面尺寸的确定62.3 柱截面尺寸的确定62.4 梁跨度计算73 框架计算简图73.1 杆件线刚度的计算74 恒载及内力分析84.1 恒载计算84.2 内力分析114.2.1 将三角形荷载和梯形荷载等效为均布荷载：114.2.2 杆件固端弯矩的计算124.2.3 节点弯矩分配系数的计算125 楼(屋)面活载及内力分析175.1 荷载计算185.2 内力分析（采用满布荷载法）196 风荷载及内力分析236.1 荷载计算236.2 内力分析257 风载的侧移验算298 梁柱内力组合309 梁柱截面设计319.1 梁截面设计319.1.1 梁正截面受压承载力的计算319.1.2 梁斜截面受剪承载力计算329.2 柱截面设计339.2.1 柱正截面受压承载力的计算339.2.2 柱斜截面受剪承载力计算3410 基础设计3511 楼板设计3711.1 楼面板的设计3711.1.1 荷载设计值3811.1.2 计算跨度3811.1.3 弯矩计算3911.1.4 截面设计4012 楼梯设计4112.1 楼梯板设计4212.1.2 截面设计4312.2 平台板设计4312.2.2 截面设计4412.3 平台梁设计4412.3.1 荷载计算4412.3.2 截面设计45致 谢46附表A47附表B50附表C53附表D54摘录本设计主要进行了结构方案中横向框架B，C，D,E轴框架的设计。在确定框架布局之后，先计算了恒载，活载，风载的等效荷载以及各杆端的内力，然后用分层法进行内力分配，然后各层叠加，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。接着内力组合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。还进行地基设计。此外还进行了结构方案中的楼梯的设计。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 内力组合 Abstract The purpose of the design is to do the anti-seismic design in the longitudinal frames of axis B，C，D，E. 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 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, Combine inside the dint1设计题目及原始资料： 1.1 设计题目：武汉科技大学1号学生宿舍楼 1.2 原始资料： 1.2.1 室内外高差：600mm 1.2.2 墙身做法：墙身材料用蒸压加气砼砌块作为填充墙，用M5混合砂浆砌筑，墙厚240mm；内粉刷为17mm厚1：2石灰砂浆（加单筋）打底，3mm厚纸筋灰粉面，总厚为20mm，多彩内墙涂料两度；外粉刷为20mm厚1：3水泥砂浆打底，咖啡色玻璃锦砖贴面。 1.2.3 楼面做法：楼板顶面为20mm厚水泥砂浆找平，50mm厚水泥贴地砖，楼板底面为15mm厚纸筋石灰抹底，涂料两度。1.2.4 屋面做法：现浇楼板上铺100140mm厚渣砼找坡，20mm厚1：2水泥砂浆找平，二毡三油防水层，400mm砼架空板，120120120砖墩，三毡四油防水层，板底抹灰15mm 1.2.5 门窗做法：均为铝合金门窗。1.2.6 地质资料： 本场地土层分布情况如下：第层，杂填土，层厚1.3m，第层，淤泥质粘土，层厚1.5m，fak=55kPa，Es=3.0Mpa，qsia=10kPa(人工挖孔桩)；第层，粉质粘土，层厚4.5m，fak=100kPa，Es=5.0Mpa，qsia=17kPa；第层，粘土，层厚3.0m，fak=200kPa，Es=9.0Mpa，qsia=25kPa；第层，粉质粘土，层厚2.0m，fak=330kPa，Es=11.5Mpa，qsia=34kPa，qpa=550kPa；第层，粉质粘土，层厚8.5m ，fak=420kPa，Es=16.0Mpa，qsia=40kPa，qpa=600kPa。场地土类别为II类。常年地下水的稳定水位埋深为0.71.1m，地下水对钢材、混凝土无腐蚀性。1.2.7 气象资料:全年主导风向为东北风，夏季平均风速为19m/s，冬季为22m/s，雪压不考虑，基本风压为0.35kN/m。1.2.8 建筑标准: 底层室内主要地坪标高为0.000，相当于绝对标高36.00m，地震设防烈度为6度，建筑防火等级为二级，屋面防水等级为三级，建筑装修等级为中级1.2.9 活载情况: 上人.屋面活荷载为2.0 kN/m2，宿舍、阳台楼面活荷载为2.5 kN/m2，走廊、楼梯活荷载为3.5 kN/m2，洗衣间及卫生间楼面活荷载为2.0 kN/m2。1.2.10 建筑规模: 建筑地点为武汉市工程总面积为3680m2 ,层数为五层，层高为3.6m，占地面积为736m2。1.2.11 参考资料 1)建筑设计资料集 1、5、7、8、9 册;（中国建筑工业出版社） 2)房屋建筑学;（高等学校使用教材） 3)屋面工程技术规范 GB50207-94; 4)建筑设计防火规范 GBJ16-87（2001年版）; 5)房屋建筑制图统一标准 GBJ1-86; 6)建筑装饰工程施工及验收规范 JGJ73-91; 7)中南地区通用建筑标准设计建筑配件图集 合订本; 8)高层民用建筑设计防火规范 GBJ50045-95 （2001年版）;2 结构选型及平面布置（钢筋混凝土框架结构）2.1 结构平面布置：结构平面布置图如下，各层梁、班、柱的混凝土均为C30级混凝土（，）图2.1结构平面布置图2.2 梁截面尺寸的确定 边跨梁（BC、DE跨）：取h=500mm，b=（）h=167250mm，故取b=250mm中跨梁（CD跨）：取h=400mm， b=250mm，同理可得纵向框架梁h=400mm，b=250mm2.3 柱截面尺寸的确定由结构平面布置图可知柱的从属面积S=（）（）=16m，且该框架结构为5层建筑物，故初估计柱轴压值Sn=1.316165=1664KN，由柱轴压比=0.8知柱有效面积=145455，故=381.4mm，故取柱截面尺寸bh=400mm400mm 由地质资料可确定基础顶面离室外地面为500mm，室内外高差为600mm，故底层层高h=3.6+0.5+0.6=4.7m，现浇板厚h=100mm2.4 梁跨度计算边梁的跨度L=6000-（400/2-250/2）-（400/2-250/2）=5850mm中梁的跨度L=2000+（400/2-250/2）+（400/2-250/2）=2150mm3 框架计算简图选取轴线框架进行计算3.1 杆件线刚度的计算考虑到现浇板的作用故取梁截面惯性矩I=2（为不考虑楼板翼缘作用的梁的截面惯性矩）。故边跨梁：i=2=8.68(m) 中跨梁：i=2=13.33(m) 上部各层柱：i=5.93(m)底层柱：i=4.54(m)故相对线刚度：边跨梁i=1.91,中跨梁i=2.94，上部各层柱i=1.31，底层柱i=1.00，故各杆件相对线刚度如下图 图3.1框架相对线刚度4 恒载及内力分析4.1 恒载计算楼面恒载：水泥砂浆贴地砖（50mm） 200.050=1.00100mm厚现浇板 250.100=2.50板底抹灰15mm 200.015=0.30 合计 3.80屋面恒载：400mm砼架空板 250.04=1.00120120120砖墩 19=0.21 三毡四油防水层 0.4520mm厚水泥砂浆找平层 200.02=0.4100140mm厚渣砼找坡 15=1.8板底抹灰15mm 0.01520=0.30100厚现浇板 250.100=2.50 合计 6.66框架填充墙为240mm厚加气砼砌块，重度为7.5，恒载计算简图如下 图4.1恒载计算简图g：标准层边梁自重、砖墙重梁自重 250.250.5=3.13梁粉刷 20（0.5-0.1）0.0152=0.24砖墙重 7.5（3.6-0.5）0.24=5.58 墙粉刷 20（3.6-0.5）0.022=2.48 合计 g=11.43g：标准层边跨楼板传来的重度g=3.84=15.2g：标准层中梁自重梁自重 250.250.4=2.50梁粉刷 20（0.4-0.1）0.0152=0.18 合计 g=2.68g：标准层中跨楼板传来的重度g=3.82=7.6g：顶层边梁自重g=3.13+0.24=3.37g：顶层边跨楼板传来的重度g=6.664=26.64g：顶层中梁自重g= g=2.68g：顶层中跨楼板传来的重度g=6.662=13.32 G：底层边跨纵梁传来的梁重、墙重、门重 墙重：7.54(3.6-0.5)-1.82.4 0.24=14.54KN 墙粉刷：204(3.6-0.5)-1.82.4 0.02=3.23KN 门重：0.21.82.4=0.86KN 梁自重：250.250.54=12.5 梁粉刷：200.02（0.5-0.1）42=1.28KN 梁传来楼板重度：0.540.543.8=15.2KN 合计 G=47.61 G：底层中跨纵梁传来的梁重、墙重 墙重：7.54(3.6-0.4) 0.24=23.04KN 墙粉刷：204(3.6-0.4) 0.02=5.12KN 梁自重：250.250.44=10 梁粉刷：200.02（0.4-0.1）42=0.96KN 梁传来楼板重度：0.540.543.8+0.53.8（4+4-2）1=26.6KN 合计 G=65.72 G：顶层边跨纵梁传来的梁重、墙重 1.4m女儿墙墙重：7.541.4 0.24=10.08KN 墙粉刷：2041.4 0.02=2.24KN 梁自重：250.250.54=12.5 梁粉刷：200.02（0.5-0.1）42=1.28KN 梁传来楼板重度：0.540.546.66=26.64KN 合计 G=52.74 G：顶层中跨纵梁传来的梁重 梁自重：250.250.44=10 梁粉刷：200.02（0.4-0.1）42=0.96KN 梁传来楼板重度：0.540.546.66+0.56.66（4+4-2）1=46.62KN 合计 G=65.72G：标准层及顶层柱自重 G=250.40.43.6=14.4G：底层柱自重 G=250.40.44.7=18.84.2 内力分析4.2.1 将三角形荷载和梯形荷载等效为均布荷载：梯形荷载 g=(1-2+) g=1-2(2000/6000) + (2000/6000) 15.2=12.39三角形荷载 g=5/8 g=5/8 7.6=4.75梯形荷载 g=(1-2+) g=1-2() + () 26.64=21.71三角形荷载 g=5/8 g=5/8 13.32=8.334.2.2 杆件固端弯矩的计算 底层及标准层 g= g+ g=11.43+12.39=23.82 g= g+ g=2.68+4.75=7.43 顶层 g= g+ g=3.37+21.71=25.08 g= g+ g=2.68+8.33=11.01 故标准层 M= M=-1/12 gL=-1/1223.826=-71.46KNm M= 2M=-1/12 gL=-1/127.432=-2.48KNm M= M=1/12 gL=1/1223.826=71.46KNm顶层 M= M=-1/12 gL=-1/1225.086=-75.24KNm M= 2M=-1/12 gL=-1/1211.012=-3.67KNm M= M=1/12 gL=1/1225.086=75.24KNm4.2.3 节点弯矩分配系数的计算 底层：=0.24 =0.29 =0.47同理可得=0.18，=0.34，=0.26，=0.22标准层：=0.28，=0.44，=0.33，=0.21 =0.25顶层：=0.38，=0.62，=0.26，=0.42，=0.32 图4.2分层法计算简图故采用分层法，计算过程及结果如下 图4.3弯矩分配过程及结果将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得整个框架结构在恒载作用下的弯矩图。叠加后框架内各层节点弯矩不一定能达到平衡，故为提高精度，可将不平衡弯矩再分配一次进行修正，故修正后恒载作用下的内力图如下 图4.4弯矩图跨中弯矩按简支梁计算则顶层边跨：图4.5顶层边跨恒载图M=1/83.376+1/326.64（4/2）+26.64（6-4）/2(6-4)/4+4/2=105.30KNm顶层中跨：图4.6顶层中跨恒载图M=1/82.682+1/313.32（2/2）=5.78 KNm标准层及底层边跨： 图4.7标准层边跨恒载图M=1/811.426+1/315.2（4/2）+15.2（6-4）/2(6-4)/4+4/2=102.82KNm标准层及底层中跨： 图4.8标准层中跨恒载图M=1/82.682+1/37.6（2/2）=3.87 KNm 图4.9梁轴力、柱剪力5 楼(屋)面活载及内力分析5.1 荷载计算计算简图如下 图5.1活载计算简图 Q：楼面边跨集中活荷载标准值Q=2.54/24/2=10KNQ：楼面中跨集中活荷载标准值Q=2.54/24/2+3.52/2 （4+4-2）/2=20.5KNQ：屋面边跨集中活荷载标准值Q=2.04/24/2=8KNQ：屋面中跨集中活荷载标准值 Q=2.04/24/2+2.02/2 （4+4-2）/2=14KNq：楼面边跨线活荷载标准值 q=2.54=10KN/mq：楼面中跨线活荷载标准值 q=3.52=7KN/mq：屋面边跨线活荷载标准值 q=2.04=8KN/mq：屋面中跨线活荷载标准值 q=2.02=4KN/m5.2 内力分析（采用满布荷载法）将不均匀荷载化为等效荷载则底层边跨 q=1-2(2000/6000) + (2000/6000) 10=8.15 底层中跨 q=5/8 q=5/8 7=4.38顶层边跨 q=1-2(2000/6000) + (2000/6000) 8=6.52顶层中跨 q=5/8 q=5/8 4=2.50故楼面： M= M=-1/128.156=-24.45KNm M= 2M=-1/124.382=-1.46KNm M= M=1/128.156=24.45KNm屋面： M= M=-1/126.526=-19.56KNm M= 2M=-1/122.502=-0.83KNm M= M=1/126.526=19.56KNm故弯矩分配计算过程如下 图5.2弯矩分配过程及结果跨中弯矩按简支梁计算则顶层边跨： 图5.3顶层边跨恒载图M=1/38(4/2)+8（6-4）/2(6-4)/4+4/2 1.15=35.27KNm顶层中跨：图5.4顶层中跨恒载图M=1/34（2/2）=1.33 KNm标准层及底层边跨：图5.5标准层边跨恒载图M=1/310（4/2）+10（6-4）/2(6-4)/4+4/2=44.08KNm标准层及底层中跨：图5.6标准层边跨恒载图M=1/37（2/2）=2.33 KNm故内力图如下 图5.7内力图6 风荷载及内力分析6.1 荷载计算因结构高度H=3.65+0.6=18.6m，三层高度H=3.63+0.6=11.4m，故有教材中表10-4可得风压高度变化系数=1.22，=,1.04，由于H=18.6m30m故风振系数=1.0，z为框架节点至室外地面的高度，A为一榀框架各层节点的受力面积，F为将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，且风压标准值=，F=（h+h）/2B，B为开间宽度，风荷载体型系数=0.8-（-0.5）=1.3，故计算过程如下表表1层次zsz(m)z0（kN/m2）A(m2)Fw(kN)51.01.318.61.220.3512.87.1141.01.315.01.220.3514.47.9931.01.311.41.040.3514.46.8121.01.37.81.040.3514.46.8111.01.34.21.040.3515.67.38故计算简图如下 图6.1风载计算简图 6.2 内力分析 采用D值法 图6.2 D值法计算过程故内力图如下 图6.3内力图右风下的内力图与左风下的内力图方向相反、大小相等。7 风载的侧移验算底层柱：i=0.85=0 .85=11.5710 KNmD=0.62=3.9010 KN/mD=0.62=4.9010 KN/m故=2 D+ 2D=17.6010 KN/m，故层间侧移 u=2.05mm，故u/h=（2.0510）/4.7=4.36101/550，故在风载作用下框架的层间位移值远小于限值，故满足规范要求。8 梁柱内力组合梁弯矩方向以上受拉为负，下受拉为正梁剪力以使杆件顺时针转动为正，逆时针为负柱弯矩以右拉为正，左拉为负柱剪力以顺时针为正，逆时针为负柱轴力以压为正，拉为负荷载效应组合公式如下：一种活载 S=+ （可变荷载控制）=1.2，=1.4两种活载及两种以上 S=+0.9 （可变荷载控制）=1.2，=1.4S=+ （永久荷载控制）=1.2，=1.4由建筑荷载规范可知风载的组合系数=0.6，活载的组合系数为0.7故内力组合表见附表A、附表B。489 梁柱截面设计9.1 梁截面设计以第五层边跨梁的计算为例，边跨梁BC截面为250500mm，从内力组合表中选取最大值，梁的最不利内力如下 左支座截面:M=-47.82KNm，V=107.08KN 跨中截面：M=91.97KNm 右支座截面:M=-94.82KNm，V=-119.67KN9.1.1 梁正截面受压承载力的计算 左支座截面弯矩为负弯矩，按单筋矩形截面设计。混凝土强度等级为C30，梁内纵向钢筋为HRB335级钢筋，=，h=h-a=500-38=462mm，由教材表3-6知=0.550，且故截面抵抗弯矩系数=0.063受压区高度=1-=0.065=0.550，满足内力矩的内力臂系数=0.967故纵向受拉钢筋A=357.9mm配筋率 A/(bh)=357.9/(250465)=0.31最小配筋率=Max0.20,0.45= Max0.20,0.21=0.21故最小配筋率=0.21=0.23，故选取216，A=402mm 跨中截面按T形截面设计。故h=h-a=500-38=462mm，h=100mm翼缘宽度b=MinL/3，b+ S=Min5850/3，250+（4000-2500）=1950mm，故 bh（h-0.5h）=1.014.31950100(462-0.5100)=1148.9KNm91.97 KNm，故属于第一类截面，以b代替b，可得=0.015受压区高度=1-=0.015=0.550，满足内力矩的内力臂系数=0.992故纵向受拉钢筋A=668.9mm配筋率 A/( bh)=668.9/(250462)=0.58最小配筋率=Max0.20,0.45= Max0.20,0.21=0.21故最小配筋率=0.21=0.23，故选取220，A=628mm同理可得右支座截面的配筋为222，A=760mm9.1.2 梁斜截面受剪承载力计算箍筋采用HPB300，则=验算截面尺寸： h= h=462mm，h/b=462/250=1.854，故为厚腹梁 ，由于混凝土等级为C30，=3050，故取=1，则0.25=0.2514.3250462=412.9KNV=119.67KN，符合要求。验算是否需要按计算配置箍筋：0.7=0.71.43250462=115.67KNV=119.67KN，故需要按计算配筋只配箍筋，则=0.033mm/mm梁端采用8100，实有=1.006 mm/mm0.033mm/mm，满足配筋率=0.40=0.24=0.24=0.13，满足要求，故梁端采用8100。梁端箍筋加密长度为1.5h=1.5500=750mm非加密区的斜截面受剪承载力：V=0.7+h=0.71.43250462+270462=178.36KNV=119.67KN，满足要求。故梁端加密区箍筋取8100，加密区长度为750mm，非加密区箍筋取8200，故各梁的配筋计算见附表C。9.2 柱截面设计 以第一层边跨柱的计算为例，边跨柱BB截面为400400mm，从内力组合表中选取最大值，住的最不利内力如下柱上、下端弯矩为-57.90KNm，柱轴力为1005.20KN，柱剪力为9.66KN由新规范可知当箍筋采用8时钢筋保护层厚度为38mm，纵筋采用HRB335级钢筋，箍筋采用HPB300，故柱的有效高度h=400-38=362mm9.2.1 柱正截面受压承载力的计算 采用矩形截面偏心受压构件对称配筋，由于采用C30混凝土故第一种内力组合（时）=1005.20KN，M=38.89KNm底层柱的计算长度L=1.0H=1.04.7=4.7m，轴向力对截面重心的偏心距为e=39mm，由于=20故附加偏心距e=20mm，则初始偏心距e= e+ e=59mm由于=1.141，故取=1（为偏心受压构件截面曲率修正系数）=11.7515，故偏心受压构件长细比对截面曲率的影响系数=1.0由于考虑二阶弯矩影响的轴向力偏心距增大系数=1+（）=1+11.751.01.0=1.61则e=1.6159=95mm0.3h=109mm，轴向力作用点至A合力点间的距离为e=e+h/2- a=95+400/2-38=257mmx=176mmx=0.55362=199mm，故属于大偏心受压x=176mm2 a=76mm，满足条件A= A=-180.10故取A= A=bh=0.002400400=320mm故其他几种内力组合同理可得第二种内力组合（时）=676.06KN，M=-3.77KNm，同理可得A= A=bh=320mm第三种内力组合（-时）=-57.90 KNm，N=946.76KN，同理可得A= A=bh=320mm第四种内力组合（+时）=-47.14 KNm，N=905.86KN，同理可得A= A=bh=320mm故综上所述可知，每边各配置214，A= A=308mm9.2.2 柱斜截面受剪承载力计算V=9.66KN，N=698.62KN，由于混凝土强度等级为C30， ，箍筋采用HPB300钢筋，则=，故剪跨比=5.83，故取=3，而0.3=0.314.340040010=686.40KNN=698.62KN，故取N=686.40KNV=+0.07N=+0.07686.40=138.64KNV=9.66KN，故斜截面受剪承载力满足要求，只需按构造配筋。箍筋加密区采用8100，非加密区采用8200，采用双向四字箍验算柱加密区体积配箍率：因为混凝土等级小于C35故按C35计算，则=1.010.4=0.44，故由抗震规范可得最小配箍特征值=0.064，故最小配箍率=0.06416.7/270=0.40=1.01，同理可得住非加密区的最小配箍率=0.50=0.40，满足要求，故其他柱的配筋计算如附表D。10 基础设计由地质资料可知，该基础采用人工挖孔桩，桩总长20m；由构造要求可知，挖孔桩内径为1000mm，护壁厚度为120mm，采用C30混凝土，扩大头的直径为1600mm，桩的简图如下： 图10.1 桩简图由建筑地基基础设计规范规定，初步设计时单桩竖向承载力特征值可按下式计算： 式中单桩竖向承载力特征值（KN） 桩侧阻力、桩端阻力特征值（Kpa） 桩底端横截面面积（） 桩身周长（m） 第i层岩土的厚度（m）故=1.0(101.5+174.5+253.0+342.0+407.4)+1.60. 340+600=2933.3KN桩身强度验算：N=1.3=1.32933.3=3813.3KN=0.614.3=6738.7KN。故满足条件，按构造配筋（），故可选取为8三向钢筋笼