层五现浇框架结构计算书--本科毕业设计.doc

水利土木工程学院土木工程专业毕业设计 盛大公司办公楼
目 录
1.设计资料 6
2. 主要承重构件截面尺寸的确定 6
3. 荷载标准值的计算 8
3.1恒载计算 8
3.2 活荷载计算 11
3.3 风荷载计算 11
3.4 地震荷载计算 12
4. 内力计算 14
4.1 恒载作用下的内力计算 14
4、2活载作用下的内力计算 17
4.3风荷载作用下的内力计算 19
4.4 地震作用内力计算 21
5. 内力组合 23
5.1 一层梁的内力组合 24
5.2 第三层梁的内力组合 26
5.3 第五层梁的内力组合： 28
5.4 第一层柱的内力组合 30
5.5 第三层柱的内力组合 32
5.6 第五层柱的内力组合 34
6．框架梁柱的配筋计算 36
6.1 框架梁的配筋计算 36
6.2 框架柱的配筋 40
7.纵向连系梁的配筋计算 43
8.楼梯配筋的计算 45
9.板的配筋计算 48
10.基础设计 50
参考文献 55
致谢词 56
附件： 57
`

CONTENTS
1. Design data…………………………………………………………………… ………………6
2. The inch of beam and column ………………………………………… ………………6
3 .Load calculation………………………………………………………………………8
3.1 Permanent load calculation……………………………………………………………8
3.2 The calculation of floor live load……………………………………………………11
3.3 Wind load calculation……………………………………………………………11
3.4 Seism load calculation……………………………………………………………… 12
4 . Force calculation………………………………………………………………………14
4.1 Force calculation for permanent load …………………………………………………14
4.2 Force calculation for alive load………………………………………………………17
4.3 Force calculation for wind load ……………………………………………………19
4.4 Force calculation for seism load……………………………………………………21
5 .Force combination……………………………………………………………………23
5.1 Force combination of beam1…………………………………………………………24
5.2 Force combination of beam2…………………………………………………………26
5.3 Force combination of beam3…………………………………………………………28
5.4 Force combination of column1………………………………………………………30
5.4 Force combination of column2………………………………………………………32
5.4 Force combination of column3………………………………………………………34
6. The disposition of steel reinforcing bar……………………………………………36
6.1 Steel reinforcing bar in frame beam…………………………………………………36
6.2 The computation of the beam’s section………………………………………………40
7. The computation of the beam’s section………………………………………… 43
8. Steel reinforcing bar in stair . ……………………………………………………45
9. Contact beam lengthways …………………………………………………………48
10. Foundation design…………………………………………………………………… 50
Reference………………………………………………………………………………55
Thanks…………………………………………………………………………………56
Appendix………………………………………………………………………………57

设计内容简介： 本工程为山东省泰安市盛大公司办公楼设计方案，建筑面4700平方米，结构形式为框架结构. 在设计过程中首先要对功能分区进行合理的安排,该楼为5层.在结构计算书中，主要对主楼的框架进行了计算。通过荷载计算及内力计算，在考虑地震的情况下，对梁、柱进行了内力组合，并进一步计算了框架柱、框架梁、楼梯及楼盖的配筋，最后根据地质情况设计出了工程的基础布置及其配筋。

关键词： 荷载 内力 钢筋 框架 内力组合

The introduction of the design: This building is designed for sheng da of Shan Dong and is to be used for offices. construction area is 4500 square meters .The construction form is frame, building nature is the school comprehensive function building of one body for gathering catering , entertainment ,fitness ,official business , teaching ,experiment and accommodation.
In the design process .First , we will carry out reasonable arrangement for function building zone . The three section will have relative independence , and must convenience . The building is consist of major building and affiliated building . Major building is five floors.
In structural calculated description, the frame for the major building is calculated , passes through load calculation with force calculation ,in consider seism factor have gone on for beam and column force combination. Calculated steel reinforcing bar in frame column ,frame beam, stairs and building board .Finally base quality condition devise the foundation of the project arranged and the steel reinforcing bar in it.

Key words: load force steel reinforcing bar frame force combination

1.设计资料
某市盛大公司5层办公楼，采用现浇框架结构。其柱网布置如例图1示。
1.1 根据设计，层高为3.6米，室内外高差0.45米，计算简图如例图2所示。
1.2 墙身做法:墙身为机制砖填充,用M5混合砂浆砌筑,内粉刷为混合砂浆底,纸筋灰面厚20毫米,刮瓷两遍.
1.3 屋面做法:现浇混凝土板上铺珍珠岩保温层(檐口处厚100毫米,2%自两侧檐口处向中间找坡),1:2水泥砂浆找平,SDC120复合卷材防水层.
1.4 楼面做法:楼板顶面20毫米厚水泥砂浆找平,5毫米厚1:2水泥砂浆加107胶水着色面层,楼板底15毫米纸筋面石灰抹底,涂料2度.
1.5 自然条件:主导风向为东南向,基本风压W=0.35KN/㎡,基本雪压S=0.2KN/㎡.
1.6 地震设防烈度:7度.
1.7 活荷载:屋面活荷载1.5 KN/㎡,楼面活荷载1.5 KN/㎡,走廊楼面活荷载1.5 KN/㎡.
2. 主要承重构件截面尺寸的确定
边跨（BD、EG跨）梁：h=L/12=1/12×7200=600㎜ 取h=700㎜ b=300㎜
中跨（DE跨）：取h=400㎜ b=250㎜
连系梁：取h=700㎜ b=300㎜
柱截面均为b×h=400×400㎜，现浇楼板厚100㎜

表一： 主要承重构件截面尺寸一览表
名称
边跨梁
中跨梁
连系梁
柱截面
现浇楼板厚
b×h㎜
300×700
250×400
300×700
500×500
100

图1：结构布置图
根据地质资料，确定基础顶面离室外地面为450㎜，由此求的底层层高为4.55m。
则各梁柱截面线刚度为
AB CD跨梁：
i=1.5E×1/12×0.3×0.73 /7.2=2.08×10-4 E ( m 3)
DE跨梁：
i=2E×1/12×0.35×0.43 /2.1=1.78×10-4 E ( m 3)
上部各层柱：
i=E×1/12×0.5×0.53 /3.6=1.45×10-4 E ( m3 )
底层柱：i=E×1/12×0.5×0.53 /4.7=1.11×10-4 E ( m 3)
结构计算简图如图二所示
图2：结构计算简图
3. 荷载标准值的计算
3.1恒载计算
3.1.1屋面框架梁线荷载标准值
SDC120复合卷材防水层 0.15 KN/㎡
20㎜厚1﹕2水泥砂浆找平 0.02×20=0.4 KN/㎡
300㎜厚（2%找坡）膨胀珍珠岩 0.3×4=1.2 KN/㎡
100㎜厚现浇钢筋混凝土楼板 0.10×25=2.5 KN/㎡
15㎜厚纸筋石灰抹底 0.015×16=0.24 KN/㎡
屋面恒荷载 4.49 KN/㎡
边跨(AB、CD跨)框架梁自重 0.3×0.7×25=5.25KN/m
中跨（DE跨）框架梁自重 0.25×0.40×25=2.5 KN/m
因此，作用在顶层框架梁上的线荷载为：（见图三）
g51=5.25KN/m
g52=2.5 KN/m
g4BD2=4.49×7.2＝32.33 KN/m

3.1.2 楼面框架梁线荷载标准值
25㎜厚水泥砂浆面层 0.025×20=0.50 KN/㎡
100㎜厚现浇钢筋混凝土楼板 0.10×25=2.5 KN/㎡
15㎜厚纸筋石灰抹底 0.015×16=0.24 KN/㎡
楼面恒荷载 3.24 KN/㎡
边跨框架梁自重 0.30×0.70×25= 5.25 KN/m
中跨框架梁自重 0.25×0.40×25=2.5 KN/m
因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为：（见图三）
g1=5.25 KN/m
g2=2.5 KN/m
g3=3.24×7.2=23.33KN/m
3.1.3 屋面框架节点集中荷载标准值
边柱连系梁自重 0.30×0.70×7.2×25=37.8 KN
粉刷 0.02×(0.70-0.10) ×2×7.2×17=2.94 KN
1.2米高女儿墙自重 1.2×7.2×0.24×19=39.39 KN
粉刷 1.2×0.02×2×7.2×17=5.88 KN
连系梁传来屋面自重 0.50×7.2×0.50×7.2×4.49=58.19 KN
顶层边节点集中荷载 G5A=G5D=144.2 KN

中柱连系梁自重 0.30×0.70×7.2×25=37.8KN
粉刷 0.02×（0.70-0.10）×2×7.2×17=2.94 KN
连系梁传来屋面自重 2×0.50×7.2×0.5×7.2×4.49=116.38 KN

顶层中节点集中荷载 G5B=G5C=157.12 KN
3.1.4 楼面框架节点集中荷载标准值
边柱连系梁自重 37.8 KN
粉刷 2.94KN
钢窗自重 2.1×2.1×0.45=1.98 KN
窗下墙体自重 0.24×0.9×2.1×19=8.62 KN
粉刷 2×0.02×0.9×2.1×17=1.29KN
框架柱自重 0.40×0.40×3.6×25=14.4 KN
粉刷 3×0.4×0.02×3.6×17=1.57 KN
连系梁传来楼面自重 0.50×7.2×0.50×7.2×3.24=41.99 KN
中间层边节点集中荷载 GA=GD=110.49 KN
中柱连系梁自重 37.8 KN
粉刷 2.94 KN
框架柱自重 14.4 KN
连系梁传来楼面自重 2×0.50×7.2 ×0.5×7.2×3.24=83.98KN

中间层中节点集中荷载 GB=GC=139.12 KN
恒荷载作用下结构的计算间图如例图3所示

图3：恒载作用下的结构计算简图 图4：楼面活载作用下的结构计算简图
3.2 活荷载计算
楼活荷载作用下的结构计算简图如图四所示。图中各荷载计算如下：
q5AB=q4CD=1.5×7.2=10.8 KN/m
q5BC=10.8 KN/m
P5A=P5D=PA=PD=0.5×7.2×0.5×7.2×1.5=19.44 KN
P5B=P5C=PB=PC=2×0.5×7.2×0.5×7.2×1.5=38.88KN
qAB=qCD=1.5×7.2=10.8 KN/m
qBC=10.8 KN/m
3.3 风荷载计算
风荷载计算标准值计算公式为
ω=βZμSμZω0
因结构高度H <30.0m,取βZ=1.0，对于矩形平面μS=1.3
可查荷载规范，查的μZ〈1.0时取μZ=1.0，将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如表1所示，表中A表示一榀框架各层节点的受风面积，计算结果如图6所示：
例表1 风荷载计算
层
βZ
μS
Z（m）
μZ
ω0(KN/㎡)
A(㎡)
Pw(KN)
5
1.0
1.3
18.6
0.812
0.35
11.76
4.34
4
1.0
1.3
15
0.74
0.35
15.12
5.09
3
1.0
1.3
11.4
0.74
0.35
15.12
5.09
2
1.0
1.3
7.8
0.74
0.35
15.12
5.09
1
1.0
1.3
4.2
0.74
0.35
16.38
5.52

风荷载作用下的结构计算简图如图五所示
图5：风荷载作用下的结构计算简图
3.4 地震荷载计算
由地震作用的计算原则可知只需考虑水平作用，并采用底部剪力法计算水平地震作用力
结构各层的总重力荷载代表值为
顶层：G5=8106KN
其他层：G1=G2=G3=G4=9757K
结构的基本自震周期采用经验公式
T1=S
设防烈度为7度，则水平地震影响系数最大值max=0.08,由近震情况下的类建筑场地条件，得特征周期Tg=0.40S
则地震影响系数1为
1=
结构总的重力荷载代表值为GE=46520KN
则由底部剪力法计算公式为2107.4KN
每榀框架所承受的总水平地震力为FEK1=162.1KN
每榀框架所承受的地震力可按下式计算至各层节点处

计算过程见例表2，计算结果见例图6
表2
层
Hi(m)
Gi(KN)
GiHi
Fi(KN)
5
19.8
8106
16.05×104
44.70
4
16.2
9757
15.81×104
44.03
3
12.6
9757
12.29×104
34.23
2
9.0
9757
8.78×104
24.45
1
5.4
9757
5.27×104
14.68
图6 地震作用下的结构计算简图
4. 内力计算
4.1 恒载作用下的内力计算
恒载（竖向荷载）作用下的内力计算采用弯矩二次分配法。
首先将梯形分布荷载及三角形分布荷载化为等效的均布荷载。如图七所示。

图7：等效均布荷载

其他层：
边跨
中跨
顶层：
边跨
中跨
此时恒荷载作用下的框架结构计算简图如图8示。因为框架对称、荷载对称，中跨中点无转角，故仅需计算一般即可。框架个杆件的相对线刚度比如图9所示。此时中跨梁的相对线刚度须乘以系数0.5。
梁端弯矩计算过程如下
顶层
边跨
中跨
其他层
边跨
中跨

例图8框架结构计算简图 例图9相对线刚度比
弯距二次分配法的计算过程如图10。

图10：弯距二次分配法的计算过程
计算过程见图11、12、13所示

图11：弯距图：

图12梁拄剪力、轴力图 图13框架梁在恒载作用下经弯距调幅后的弯矩图
4、2活载作用下的内力计算
活荷载采用满跨布置法，并用弯矩二次分配法计算，把所得的梁端弯矩加以调幅，并将梁端节点弯矩换算成梁端柱边弯矩，计算过程如下
梁端弯矩
顶层：
边跨 MF=10.8×7.22/12=46.66KN·m
中跨 MF=10.8×1.82/12=2.92KN·m
其他层：
边跨 MF=10.8×7.22/12=46.66 KN·m
中跨 MF=10.8×1.82/12=0.97 KN·m
弯矩二次分配法的计算过程如图14，活荷载作用下弯矩图、剪力轴力和调幅后弯矩图如图15、16、17所示

图14矩二次分配法的计算过程
图15 活荷载作用下弯矩图

图16活荷载作用下框架剪力、轴力 图17 调幅后弯矩图
4.3风荷载作用下的内力计算
风荷载作用下的内力计算采用D值法，其计算简图见例图5。计算过程如下：
4.3.1各柱剪力V

例表3 2-5层剪力

系数
5层
PW=4.34KN
4层
PW=9.43KN
3层
PW=14.52KN
2层
PW=19.61KN

A
B
A
B
A
B
A
B

3.01
5.51
3.01
5.51
3.01
5.51
3.01
5.51

0.6
0.734
0.6
0.734
0.6
0.734
0.6
0.734

2.668

A B

1.064
1.106
2.312
2.403
3.560
3.700
4.808
4.997

例表4 底层剪力
系数
PW=25.13KN

边柱B
中柱C

3.81
6.97

0.74
0.83

3.14

6.224
6.341

4.3.2 求反弯点高度. 有计算简图知风荷载的分布较接近于均布荷载，故y0可查的。又本例各层梁的线刚度相同，层高除底层外均相同，则y1=y2=y3=0
因此柱底至反弯点的高度yh= y0h.计算过程见例表5。

例表5 反弯点高度
层数
柱号
K
yo
Y= yoh(m)

5(h=3.60m)
B
3.497
0.45
1.62
C
3.892
0.45
1.62

4(h=3.60m)
B
3.497
0.45
1.62
C
3.892
0.50
1.80

3(h=3.60m)
B
3.497
0.50
1.80
C
3.892
0.50
1.80

2(h=3.60m)
B
3.497
0.50
1.80
C
3.892
0.50
1.80

1(h=4.55m)
B
5.236
0.55
2.5
C
6.97
0.55
2.5

4.3.3风荷载作用下的框架内力计算过程
求得各柱的反弯点高度和杆端剪力后，即可求得各杆端弯矩。再根据节点平衡条件求得梁端弯矩(图18)并进而求出梁端剪力和各柱的轴力(图19)
作出风荷载作用下的弯矩图、剪力、轴力图，如图所示。

例图18风荷载作用下梁端弯矩 例图19风荷载作用下梁柱的剪力、轴力
4.4 地震作用内力计算
地震作用下内力计算采用D值法，计算简图见例图6，计算过程如下
4.4.1 各柱剪力V
如例表6 2-5层剪力

系数
5层
PW=44.70KN
4层
PW=88.73KN
3层
PW=122.96KN
2层
PW=147.41KN

B
C
B
C
B
C
B
C

3.974

3.892

3.497

3.892

3.497

3.892

3.497

3.892

0.636
0.661
0.636
0.661
0.636
0.661
0.636
0.661

2.594

B C

10.96
11.39
21.75
22.61
30.15
31.33
36.14
37.56

例表7 底层剪力V
系数
PW=162.09KN

边柱B
中柱C

5.236
5.827

0.793
0.808

3.202

40.14
40.90

4.4.2 求反弯点高度y. 由计算简图知地震荷载的分布较接近于倒三角形荷载，故y0可查的。又本例各层梁的线刚度相同，层高除底层外均相同，则y1=y2=y3=0。因此柱底至反弯点的高度yh= y0h.计算过程见例表8。

例表8 反弯点高度
层数
柱号
K
yo
Y= yoh(m)

5(h=3.60m)
B
3.497
0.45
1.62
C
3.892
0.45
1.62

4(h=3.60m)
B
3.497
0.50
1.80
C
3.892
0.50
1.80

3(h=3.60m)
B
3.497
0.50
1.80
C
3.892
0.50
1.80

2(h=3.60m)
B
3.497
0.50
1.80
C
3.892
0.50
1.80

1(h=4.55m)
B
5.236
0.55
2.5
C
5.827
0.55
2.5
4.4.3地震荷载作用下的框架内力计算过程
求得各柱的反弯点高度和杆端剪力后，即可求得各杆端弯矩。再根据节点平衡条件求得梁端弯矩(图20), 并进而求出梁端剪力和各柱的轴力(图21).
作出地震荷载作用下的弯矩图、剪力、轴力图，如下图
例图20地震作用下框架弯矩图 例图21 地震作用下梁柱的剪力、轴力图
5. 内力组合
根据以上内力计算结果，即可进行框架各梁柱各控制截面的内力组合。梁的控制截面为梁端柱边及跨中。由于对称性，每层有五个控制截面。柱分为边柱和中柱，每个柱每层有两个控制截面。

5.1 一层梁的内力组合
表8： 一层梁内力
截
面
号
恒载
活载
风 载
地 震 作 用
①
②
③
④
M
V
M
V
M
V
M
V
1
-37.44
71.59
-10.61
35.43
±23.7
±6.33
±162.5
±43.31
2
85.85
-
48.95
-
±1.93
±6.33
±13.18
±43.31
3
-53.01
-91.13
-16.8
-42.33
±19.9
±6.33
±136.2
±43.31
4
-23.01
31.25
-9.1
16.35
±4.50
±3.75
±30.78
±25.65
5
-21.66
-
-7.55
-
0
±3.75
0
±25.65

表9 内力组合（一）
截面号
1.2×恒载+1.4×活载 ⑤
1.2×恒载+1.4×风载 ⑥
Mmax
Mmin
︱V︱max
Mmax
Mmin
︱V︱max
组合项
结果
组合项
结果
组合项
结果
组合项
结果
组合项
结果
组合项
结果
1
-
-
①②
-59.78
①②
135.51
-
-
①③
-78.1
①③
94.73
2
①②
171.55
-
-
-
-
①③
105.72
-
-
-
-
3
-
-
①②
-87.13
①②
-168.62
-
-
①③
-91.47
①③
-118.2
4
-
-
①②
-40.35
①②
60.39
-
-
①③
-33.91
①③
42.75
5
-
-
①②
-36.56
-
-
-
-
①③
-26
-
-

表10: 内力组合（二）
截面号
1.2×恒载+1.4×0.85×(活载+风载) ⑦
1.2×(恒载+0.5×活载)+1.3×地震作用 ⑧
Mmax
Mmin
︱V︱max
Mmax
Mmin
︱V︱max
组合项
结果
组合项
结果
组合项
结果
组合项
结果
组合项
结果
组合项
结果
1
-
-
①②③
-88.12
①②③
138.53
①②④
160
① ②
④
-262.54
①②④
163.47
2
①②③
167.13

-
-
-
①②④
149.52
-
-
-
-
3
-
-
①②③
-109.85
①②③
-170.66
①②④
107.37
① ②
④
-250.72
①②④
-191.06
4
-
-
①②③
-44.75
①②③
62.83
①②④
6.94
① ②
④

-73.1
①②④
80.66
5
-
-
①②③
-35.5
-
-
-
-
①② ④
-30.52
-
-

5.2 第三层梁的内力组合
表11： 三层梁内力
截
面
号
恒载
活载
风 载
地 震 作 用
①
②
③
④
M
V
M
V
M
V
M
V
1
-46.42
70.9
-12.03
35.32
±10.4
±2.79
±93.42
±25.02
2
78.9
-
47.83
-
±0.72
±2.79
±7.11
±25.02
3
-57.88
-91.82
-17.6
-42.44
±8.92
±2.79
±79.19
±25.02
4
-20.8
29.87
-8.85
16.2
±2.02
±1.84
±17.90
±14.92
5
-19.18
-
-7.28
-
0
±1.84
0
±14.92

表12： 内力组合（一）
截面号
1.2×恒载+1.4×活载 ⑤
1.2×恒载+1.4×风载 ⑥
Mmax
Mmin
︱V︱max
Mmax
Mmin
︱V︱max
组合项
结果
组合项
结果
组合项
结果
组合项
结果
组合项
结果
组合项
结果
1
-
-
①②
-72.55
①②
134.53
-
-
①③
-70.26
①③
88.99
2
①②
161.6
-
-
-
-
①③
95.69
-
-
-
-
3
-
-
①②
-94.1
①②
-169.6
-
-
①③
-81.94
①③
-114.09
4
-
-
①②
-37.35
①②
58.52
-
-
①③
-27.79
①③
38.42
5
-
-
①②
-33.21
-
-
-
-
①③
-23.02
-
-

表13: 内力组合（二）
截面号
1.2×恒载+1.4×0.85×(活载+风载) ⑩
1.2×(恒载+0.5×活载)+1.3×地震作用 ⑾
Mmax
Mmin
︱V︱max
Mmax
Mmin
︱V︱max
组合项
结果
组合项
结果
组合项
结果
组合项
结果
组合项
结果
组合项
结果
1
-
-
① ②③
-83.97
① ②
③
133.1
① ②
④
58.52
① ②
④
-184.37
① ②
④
138.8
2
① ②
③
155.85

-
-
-
① ②
④
132.62
-
-
-
-