本科毕业论文---景区酒店一榀框架结构计算书.doc

毕业设计

题 目 一榀框架计算书

专 业 建筑结构工程

班 级 2011级 2班

学生姓名 王培可

指导老师 王旭

2015.5

摘要
本建筑位于某旅游城市郊区，基地平坦，基地总面积12000m2。主体七层，结构形式采用多层现浇钢筋混凝土框架结构体系，梁板柱均为现浇，建筑面积约为5000m2，宽17.1米，长为41.7米，建筑方案确定。建筑分类为乙类公共类建筑，二类场地，抗震设防烈度为8度，场地设计基本地震加速度值为0.2g。基础底面持力层为强风化泥岩，地基承载力特征值为410Kpa。

.

目录
第一章 框架结构设计任务书 1
1.1工程概况 1
1.2设计资料 2
1.3设计内容 2
第二章 框架结构布置及结构计算图确定 2
2.1梁柱界面确定 2
2.2结构计算简图 2
第三章 荷载计算 5
3.1恒荷载计算： 5
3.1.1屋面框架梁线荷载标准值 5
3.1.2楼面框架梁线荷载标准值 5
3.1.3屋面框架节点集中荷载标准值 6
3.1.4楼面框架节点集中荷载标准值 7
3.1.5恒荷载作用下结构计算简图 8
3.2活荷载标准值计算 9
3.2.1屋面框架梁线荷载标准值 9
3.2.2楼面框架梁线荷载标准值 9
3.2.3屋面框架节点集中荷载标准值 9
3.2.4楼面框架节点集中荷载标准值 10
3.2.5活荷载作用下的结构计算简图 10
3.3风荷载计算 11
第四章 结构内力计算 15
4.1恒荷载作用下的内力计算 15
4.2活荷载作用下的内力计算 25
4.3风荷载作用下内力计算 33
第五章 内力组合 34
5.1 框架横梁内力组合 38
5.2 柱内力组合 46
第六章 配筋计算 60
6.1 梁配筋计算 60
6.2 柱配筋计算 75
6.3 楼梯配筋计算 80
6.4 基础配筋计算 84
第七章 电算结果 80
7.1 结构电算步骤 86
7.2 结构电算结果 87
参考文献 112

一 框架结构设计任务书
1.1 工程概况：
本建筑位于某旅游城市郊区，基地平坦，基地总面积12000m2。主体七层，结构形式采用多层现浇钢筋混凝土框架结构体系，梁板柱均为现浇，建筑面积为5000m2，宽17.1米，长为41.7米，建筑方案确定。建筑分类为乙类公共类建筑，
二类场地，抗震设防烈度为8度。

图1 柱网布置
1.2 设计资料
1）气象条件：
基本风压0.40KN/m2
2）抗震设防：
设防烈度8度，场地设计基本地震加速度0.2g
3）屋面做法：
30mm厚细石混凝土保护层
三毡四油防水层
20mm厚泥沙浆找平层
150mm水泥蛭石保温层
120厚现浇钢筋混凝土板
V形轻钢龙骨吊顶

4）楼面做法：
瓷砖地面
100厚钢筋砼楼板
V形轻钢龙骨吊顶
凝土强度等级为C30，钢筋2级。

1.3设计内容
1)确定梁柱截面尺寸及框架计算简图
2)荷载计算
3)框架纵横向侧移计算；
4)框架在水平及竖向力作用下的内力分析；
5)内力组合及截面设计；
6)节点验算。

二 框架结构布置及结构计算简图确定

2.1 梁柱截面的确定
柱：b×h=500mm×500mm
梁（AB、CD跨）=L/10=7200/10=720mm 取h=700mm，b=350mm
梁（BC跨） 取h=500mm，b=350mm
纵梁 取h=600mm，b=300mm
现浇板厚取h=100mm
各层梁、柱和板的混凝土强度设计值均为C30（fc=14.3kN/㎡, f t=kN/㎡）
梁截面尺寸（mm）及各层混凝土强度等级
层次
混凝土强度等级
横梁（b*h）
纵梁（b*h）
AB跨、CD跨
BC跨
1~6
C30
350*700
350*500
300*600

柱截面尺寸可根据式Ac1.2N/fc估算。各层的重力荷载可近似取14kN/㎡，由图1可知边柱及中柱的负载面积分别为3.9m3.6m和3.9m4.95m。可得柱截面面积为
边柱
中柱

取柱截面为正方形，则边柱和中柱截面尺寸分别为380mm和445mm。

根据上述估算结果并综合考虑其它因素，本设计柱截面尺寸取值为：
。

2.2 结构计算简图
基础顶面离室外地面为450mm，由此可知底层标高为4.05m。
本设计仅取一榀横向框架进行计算，计算简图如下图所示。横向框架取轴号为‚的一榀横向框架。

图2 横向框架计算简图

三 荷载计算
3.1 重力荷载计算
（1）屋面永久荷载标准值
 屋面（上人）框架梁线荷载标准值：
30mm厚细石混凝土保护层 24×0.03=0.72KN/M2
三毡四油防水层 0.40KN/M2
20mm厚水泥砂浆找平层 20×0.02=0.40KN/M2
150mm水泥蛭石保温层 5×0.15=0.75KN/M2
100mm厚钢筋混凝土板 25×0.10=2.50KN/M2
V形轻钢龙骨吊顶 0.20KN/M2
4.97KN/M2
屋面恒载设计值 4.97×1.2=5.964KN/M2
边跨（AB、CD）框架梁自重： 0.35×0.7×25=6.125KN/M
6.125KN/M

中跨（BC）框架梁自重： 0.35×0.5×25=4.375KN/M
4.375KN/M
因此作用在顶层框架梁上的线荷载为：
g6AB1= g6CD1=6.125KN/M
g6BC1=4.375KN/M
g6EF2= g6CF2= g6BC2=4.97×3.9=19.383KN/M

‚ 1~5层楼面：
瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 0.55KN/M2
100mm厚钢筋混凝土板 25×0.10=2.50KN/M2
V形轻钢龙骨吊顶 0.20KN/M2
3.25KN/M2

楼面恒载设计值 3.25×1.2=3.9KN/M2
边跨（AB、CD）框架梁自重： 0.35×0.7×25=6.125KN/M
6.125KN/M

中跨（BC）框架梁自重： 0.35×0.5×25=4.375KN/M
4.375KN/M
因此作用在顶层框架梁上的线荷载为：
g6AB1= g6CD1=6.125KN/M
g6BC1=4.375KN/M
g6EF2= g6CF2= g6BC2=3.25×3.9=12.675KN/M
、

（2）屋面及楼面的可变荷载标准值
上人屋面均布荷载标准值 2.0KN/M2
楼面活荷载标准值（房间） 2.0KN/M2
楼面活荷载标准值（走廊） 2.5KN/M2

（3） 梁、柱、墙、门、窗等重力荷载计算
梁、柱可根据截面尺寸、材料密度等计算出单位长度的重力荷载。
内墙为250mm厚水泥空心砖（9.6KN/M3）,两侧均为20mm厚抹灰，则墙面单位面积重力荷载为

外墙亦为250mm水泥空心砖，外墙面贴瓷砖（0.5kN/m2）,内墙面为20mm厚抹灰（0.34kN/m2），则外墙墙面单位面积重力荷载为

外墙窗尺寸为1.8m×1.5m，单位面积自重为0.4kN/m2

3.2 风荷载计算
风压标准值计算公式为 wk=βzμsμzw0
wk——风荷载标准值
w0——基本风压
μs——风荷载体型系数
μz——风荷载变化系数
βz——Z高度处的风振系数
w0=0.4，因结构高度H〈30m，可取βz=1.0；对于矩形平面μS=1.3。
地面粗糙度类别B类，μz 按下表取用:

风压高度变化系数μz
层数
1
2
3
4
5
6
μz
1.00
1.00
1.00
1.10
1.18
1.25

将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载。A为一榀框架各层节点的受风面积，计算过程如下表所示。

横向风荷载计算

层次
βz
μs
z(m)
μz
w0(kN/ m2)
A(m2)
Pw(kN)
6
1.0
1.3
20.55
1.25
0.40
8.775
5.70
5
1.0
1.3
17.25
1.18
0.40
12.87
7.90
4
1.0
1.3
13.95
1.10
0.40
12.87
7.36
3
1.0
1.3
10.65
1.00
0.40
12.87
6.69
2
1.0
1.3
7.35
1.00
0.40
12.87
6.69
1
1.0
1.3
4.05
1.00
0.40
14.33
7.45

68

3.3 地震作用计算
（1） 重力荷载代表值计算
作用于屋面梁及各层楼面梁处的重力荷载代表值为：
屋面梁处：
楼面梁处：
其中结构和构件自重取楼面上下1/2层高范围内（屋面梁处取顶层一半）的结构和构件自重，各质点人的重力荷载代表值及质点高度如下图所示。

质点重力荷载代表值及质点高度

各层荷载为：

同理得：

G5=G4=G3=G2=8790.60kN
G1=9007.69kN

(2) 结构基本周期的计算。
框架总高度H=20.55M，宽度B=17.1M。
框架结构横向自振周期为

（3） 多遇水平地震作用标准值计算
8度第一组地震和Ⅱ类场地，

所以不考虑顶部附加水平地震作用，结构的总重力荷载为51837.56kN，所以底部剪力为

各楼层水平地震作用标准值按下式计算

楼层的地震作用标准值和地震剪力标准值的计算见下表

层次
Gi(kN)
Hi(m)
GiHi
Fi(kN)
Vi(kN)
6
7667.47
20.65
158333.26
1811
1811
5
8790.60
17.35
152516.91
1744
3555
4
8790.60
14.05
123507.93
1413
4968
3
8790.60
10.75
94498.95
1081
6049
2
8790.60
7.45
65489.97
749
6798
1
9007.69
4.15
37381.91
428
7226

51837.6
--
631728.9
7226
--

四、 竖向荷载作用下框架结构内力分析。
1、 计算单元及计算简图
由于楼面荷载均匀分布，所以可取两轴线中线之间的长度为计算单元长度，如左图所示。
因梁板为整体现浇，且各区格为双向板，故直接传给横梁的楼面荷载为梯形分布荷载（边梁）和三角形分布荷载（走道梁），计算单元范围内的其余荷载通过纵梁以集中荷载的形式传给框架柱。另外。本例中纵梁轴线与柱轴线不重合，以及悬臂构件在柱轴线上产生力矩等，所以作用在框架上的荷载还有集中力矩。框架横梁自重以及直接作用在横梁上的填充墙体自重则按均布荷载考虑。竖向荷载作用下框架结构计算简图如下图所示。

框架的计算单元

2、 恒荷载计算。
下图a中，及包括梁自重（扣除板自重）和填充墙自重。
6层(无填充墙)：

1~5层：

、为板自重传给横梁的梯形和三角形分布荷载峰值，由上图计算单元可得
6层：
1~5层：

1）屋面框架结点集中荷载标准值
顶层边节点集中荷载
边柱连系梁自重： 0.3×0.6×3.9×25=17.55KN
边柱连系梁粉刷： 0.02×（0.6-0.1）×2×3.9×17=1.33KN
0.6M女儿墙自重： 0.6×3.9×0.2×14=6.55KN
女儿墙粉刷： 2×0.6×3.9×0.02×17=1.59KN
框架梁传来屋面自重： 0.5×3.9×0.5×3.9×4.97=18.90KN
顶层边节点集中荷载： P1=45.92KN
弯矩
‚顶层中节点集中荷载
中柱纵向框架梁自重： 0.3×0.6×3.9×25=17.55KN
中柱纵向框架梁粉刷： 0.02×（0.6-0.1）×2×3.9×17=1.33KN
框架梁传来屋面自重： 0.5×（3.9+3.9-2.7）×2.7/2×4.97=17.11KN
0.5×3.9×0.5×3.9×4.97=18.90KN
顶层中节点集中荷载： P2=44.89KN
弯矩
2） 楼面框架节点集中荷载标准值
中间层边节点集中荷载：
边柱纵向框架梁自重 17.55KN
边柱纵向框架梁粉刷 1.33KN
墙体自重及粉刷 3.24×（3.9-0.5）×（3.3—0.6）= 29.74KN
框架柱子自重： 0.5×0.5×3.3×25=20.63KN
粉刷： （0.5×4—0.25×3）×（3.3—0.6）×0.02×17=1.15KN
边柱纵向框架梁传来楼面自重 3.25×3.9×0.5×3.9×0.5=12.36KN
1~5层边结点集中荷载： P1=82.76KN
弯矩

中间层中节点集中荷载：
中柱纵向框架梁自重 17.55KN
中柱纵向框架梁粉刷 1.33KN
内纵墙自重及粉刷 3.08×（3.9-0.5）×（3.3-0.6）=28.27KN
框架柱自重 20.63KN
框架柱粉刷 （0.5-0.25）×4 ×（3.3-0.6）×0.02×17 =0.92KN
框架梁传来楼面自重 0.5×（3.9+3.9-2.7）×2.7/2×3.25=11.19KN
0.5×3.9×0.5×3.9×3.25=12.36KN
1~5层中节点集中荷载： P2=92.25KN
弯矩

（a）恒载作用下计算简图 （b）活荷载作用下计算简图

3、活荷载标准值计算
6层：
1~5层：
1） 屋面框架节点集中荷载标准值

2） 楼面框架节点集中荷载标准值

4、梁、柱线刚度计算
框架梁线刚度，因取中框架计算，故，其中I0为按b×h的矩形截面梁计算所得的梁截面惯性矩，计算结果见下表。
梁线刚度（N·mm）
类别
层次
Ec(N/mm2)
b×h(mm)
I0(mm4)
l(mm)

边梁
1~6
3.0×104
350×700
10.004×109
7200
8.337×1010
走道梁
1~6
3.0×104
350×500
3.646×109
2700
8.102×1010

柱线刚度，计算结果见下表。

柱线刚度（N·mm）
层次
层高（mm）
b×h(mm)
Ec(N/mm2)
Ic(mm4)

2~6
3300
500×500
3.0×104
5.208×109
4.735×1010
1
4050
500×500
3.0×104
5.208×109
3.858×1010

五、内力计算
1、竖向恒载作用下框架内力分析
因结构和荷载均对称，故取对称轴一侧的框架为计算对象，且中间跨梁取为竖向滑动支座。另外，除底层和顶层的荷载值略有不同外，其余各层荷载的分布和数值相同。为简化计算，沿竖向取3层框架计算，其中1层代表原结构底层，第2层代表原结构2~5层，3层代表原结构顶层。
用弯矩二次分配法计算杆断弯矩。首先计算杆端弯矩分配系数。由于计算简图中的中间跨梁跨长为原跨长的一半，故其线刚度应取表中所列值的2倍。下面以第一层两个框架节点的杆端弯矩分配系数计算为例，说明计算方法，其中SA、SB分别表示边节点和中节点各杆端的转动刚度只和。

，

，
，

其余各节点的杆端弯矩分配系数计算过程从略，计算结果见下图。
其次计算杆件固端弯矩。仍以在恒载作用下第一层的边跨梁和中间跨梁为例说明计算方法。边跨梁的固端弯矩为

中间跨梁的固端弯矩为

恒载作用下框架结构的弯矩二次分配

恒载作用下框架各节点的弯矩分配以及杆端分配弯矩的传递过程在上图中进行，最后所得的杆端弯矩应为固端弯矩、分配弯矩和传递弯矩的代数和，不得计入节点力矩（因为节点力矩是外部作用，不是截面内力）。梁跨间最大弯矩根据梁两端的杆端弯矩及作用于梁上的荷载，用平衡条件求得。
下面计算在活荷载作用下各层的边跨梁和中间跨梁的固端弯矩。
1~5层：边跨梁的固端弯矩：

中间跨梁的固端弯矩为：

6层：边跨梁的固端弯矩为：

中间跨梁的固端弯矩为：

活荷载作用下框架结构的弯矩二次分配

恒载作用下框架各节点的弯矩分配以及杆端分配弯矩的传递过程在上图中进行，最后所得的杆端弯矩应为固端弯矩、分配弯矩和传递弯矩的代数和，不得计入节点力矩（因为节点力矩是外部作用，不是截面内力）。梁跨间最大弯矩根据梁两端的杆端弯矩及作用于梁上的荷载，用平衡条件求得。下图（a）是恒载作用下的框架弯矩图，下图(b）是活荷载作用下的弯矩框架图。

（a）恒载作用下框架弯矩图（单位kN·m）

（b）活载作用下框架弯矩图（单位kN·m）

根据作用于梁上的荷载及梁端弯矩，用平衡条件可求得梁端剪力及梁跨中截面弯矩。将柱两侧的梁端剪力、节点集中力及柱轴力叠加，既得柱轴力。
梁端剪力及柱轴力的计算结果见下表。

恒载作用下梁端剪力及柱轴力（kN）

层次
恒载内力
梁端剪力
A柱轴力
B柱轴力

6
66.81
72.73
13.78
112.73
133.36
131.41
152.03
5
79.19
82.85
10.65
295.31
315.93
337.79
358.41
4
79.19
82.85
10.65
477.88
498.50
544.17
564.79
3
79.19
82.85
10.65
660.45
681.08
750.55
771.17
2
79.19
82.85
10.65
843.02
863.65
956.93
977.55
1
79.00
83.04
10.65
1025.41
1047.91
1163.50
1186.00

活载作用下梁端剪力及柱轴力（kN）

层次
活载内力
梁端剪力
柱轴力

6
19.51
21.44
3.65
27.12
39.58
5
19.85
21.10
4.56
54.58
81.44
4
19.85
21.10
4.56
82.04
123.31
3
19.85
21.10
4.56
109.50
165.17
2
19.85
21.10
4.56
136.96
207.04
1
19.78
21.17
4.56
164.35
248.97

5.2 风荷载作用下框架结构分析
1.框架结构侧向刚度计算。
柱侧向刚度按式计算，下面计算各层的边柱和中柱的侧向刚度如下所示：
2~6层：

1层：

各层计算结果绘于下表：

各层柱侧向刚度D值（N/mm）
层次
边柱
中柱

6
1.761
0.468
24418
3.472
0.634
33080
114996
5
1.761
0.468
24418
3.472
0.634
33080
114996
4
1.761
0.468
24418
3.472
0.634
33080
114996
3
1.761
0.468
24418
3.472
0.634
33080
114996
2
1.761
0.468
24418
3.472
0.634
33080
114996
1
2.161
0.64
18064
4.261
0.76
21451
79030

2. 侧移二阶效应的考虑
首先需按式验算是否须考虑侧移二阶效应的影响，式中可根据梁端剪力及柱轴力表中各层柱下端截面的轴力计算，且应转换为设计值，计算结果见下表。
各楼层重力荷载设计值计算
层次
层高
恒载轴力标准值
活载轴力标准值

A柱
B柱
A柱
B柱
6
3.3
133.36
152.03
27.12
39.58
435.84
132.07
5
3.3
315.93
358.41
54.58
81.44
999.64
302.92
4
3.3
498.50
564.79
82.04
123.31
1563.44
473.77
3
3.3
681.08
771.17
109.50
165.17
2127.24
644.62
2
3.3
863.65
977.55
136.96
207.04
2691.04
815.47
1
4.05
1047.91
1186.00
164.35
248.97
3259.34
804.78

比较上表与D值表相应数值可见，各层均满足式的要求，即本例的框架结构不需要考虑二阶效应的影响。
3. 框架结构侧移验算。
根据风荷载作用下的结构计算简图中所示的水平荷载，由式计算层间剪力，然后依据各层的层间侧向刚度，按式计算各层的相对位移，计算过程见下表。由于该酒店的高宽比（H/B=20.55/17.1=1.20）较小，故可以不考虑柱轴向变形产生的侧移。
按式进行侧移验算，验算结果见下表。

层间剪力及侧移计算
层次
6
5
4
3
2
1

5.7
7.9
7.36
6.69
6.69
7.45

5.7
13.6
20.96
27.65
34.34
41.79

114996
114996
114996
114996
114996
79030

0.050
0.118
0.182
0.240
0.299
0.529

1/66532
1/27895
1/18102
1/13727
1/11052
1/7659

4、 框架结构内力计算
按式计算各柱的分配剪力，然后按式和式计算柱端弯矩。由于结构对称，故只需计算一根边柱和一根中柱的内力，计算过程见下表。表中的反弯点高度比y是按式确定的，其中标准反弯点高度比查均布荷载作用下的相应值。
风荷载作用下各层边柱端弯矩计算
层次
层高
（m）

(kN)

(N/mm)
边柱

y

6
3.3
5.7
114996
24418
1.21
1.761
0.45
1.80
2.20
5
3.3
13.6
114996
24418
2.89
1.761
0.5
4.76
4.76
4
3.3
20.96
114996
24418
4.45
1.761
0.5
7.34
7.34
3
3.3
27.65
114996
24418
5.87
1.761
0.5
9.69
9.69
2
3.3
34.34
114996
24418
7.29
1.761
0.5
12.03
12.03
1
4.05
41.79
79030
18064
9.55
2.161
0.59
22.82
15.86
风荷载作用下各层中柱端弯矩计算
层次
层高
(m)

(kN)

(N/mm)
中柱

y

6
3.3
5.7
114996
33080
1.64
3.472
0.5
2.71
2.71
5
3.3
13.6
114996
33080
3.91
3.472
0.5
6.46
6.46
4
3.3
20.96
114996
33080
6.03
3.472
0.5
9.95
9.95
3
3.3
27.65
114996
33080
7.95
3.472
0.5
13.12
13.12
2
3.3
34.34
114996
33080
9.88
3.472
0.5
16.30
16.30
1
4.05
41.79
79030
21451
11.34
4.261
0.55
25.27
20.67

计算梁端弯矩，然后由平衡条件求出梁端剪力及柱轴力，计算结果见下表。

风荷载作用下梁端弯矩、剪力及柱轴力计算

层次
边梁
走道梁
柱轴力

边柱
中柱
6
2.2
1.374
7.2
0.496
1.336
1.336
2.7
0.989
-0.496
-0.493
5
6.56
4.651
7.2
1.557
4.519
4.519
2.7
3.348
-2.053
-2.284
4
12.1
8.322
7.2
2.836
8.088
8.088
2.7
5.991
-4.890
-5.438
3
17.03
11.700
7.2
3.990
11.370
11.370
2.7
8.422
-8.880
-9.870
2
21.72
14.920
7.2
5.089
14.500
14.500
2.7
10.741
-13.969
-15.522
1
27.89
18.749
7.2
6.478
18.221
18.221
2.7
13.497
-20.447
-22.541

框架弯矩图见下图。

框架柱弯矩图

框架梁弯矩图
5.3 水平地震作用下的内力分析
1.框架结构侧移验算。

层间剪力及侧移计算
层次
6
5
4
3
2
1

1811
1744
1413
1081
749
428

1811
3555
4968
6049
6798
7226

1379952
1379952
1379952
1379952
1379952
948360

1.312
2.576
3.600
4.383
4.926
6.619

1/2515
1/1281
1/917
1/753
1/670
1/612

由上表的验算结果可知，各层的层间位移角均小于1/500，满足要求。
2.框架结构内力计算。
一般情况下，只按楼层地震剪力标准值分析求得梁的柱内力标准值即可，但也可以采用楼层剪力标准值直接分析求出内力标准值，供以后内力组合之用，先采用后一方法。
以一榀中框架计算，将楼层地震剪力标准值按各柱的D值分配求得各柱的剪力标准值，近似按各楼层水平地震作用为倒三角分布情形确定各柱的反弯点，计算柱端的弯矩标准值。根据节点平衡条件，将节点处逐段弯矩之和按节点两侧凉的线刚度按比例分配，求得梁端标准值。然后计算梁端的地震剪力标准值，并由节点两侧梁端剪力标准值之差求得柱的地震轴向力标准值，结果列于下表。以左震为例计算，右震符号相反。

地震荷载作用下各层边柱端弯矩计算
层次
层高

（N/mm）
边柱

y

6
3.3
1811
1379952
24418
32.05
1.761
0.45
47.59
58.16
5
3.3
3555
1379952
24418
62.91
1.761
0.5
103.79
103.79
4
3.3
4968
1379952
24418
87.91
1.761
0.5
145.05
145.05
3
3.3
6049
1379952
24418
107.04
1.761
0.5
176.61
176.61
2
3.3
6798
1379952
24418
120.29
1.761