某高校砼框架实验楼的结构设计.doc

精选资料某高校砼框架实验楼的结构设计摘 要毕业设计是对大学学习的综合实践性教学环节，是对大学四年来所学内容的考察和巩固。本次毕业设计主要包括建筑设计和结构设计，毕业设计说明针对设计过程的每一步都进行了详细的介绍。建筑设计说明介绍了平面选型的确定，平面组合的选择，材料的选择及主体结构每部分的具体作法；作图是有手绘及电绘（CAD），用PKPM软件进行电算。结构设计说明中介绍了结构的类型和布置方式，截面尺寸的初估，施工材料的选择；结构计算书中，选取了柱网中的一榀框架进行了详细计算。在竖向荷载作用的计算采用弯矩二次分配法；水平荷载作用下的计算采用D值法。此外还包括有梁、柱、楼梯、基础及楼盖的截面配筋计算。关键词：建筑设计；结构设计；结构内力计算；CAD绘图，PKPM电算An University Lab Building Concrete Framework Structure DesignAbstract Graduation design is the comprehensive practical teaching link of university learning, is the university four years study the content and consolidation. This graduation design mainly includes the architectural design and structural design, graduation design aiming at every step of the design are described in detail. Architectural design is introduced to determine the plane plane selection, portfolio selection, concrete practice of each part of the selection and the main structure material; mapping is a hand-drawn and electrical drawing (CAD), was developed by PKPM software. Structural design introduces the structure type and layout, section size of the initial estimate, construction material selection and construction requirements; structure calculation, select one pin frame column in a detailed calculation. Under vertical loading, the approximate computation.calculated using the moment two methods of distribution; calculation under horizontal load by using D value method. In addition to calculation of reinforcement beams, columns, stairs, foundation and floor.keywords: architectural design; structure design; structure internal force calculation; CAD drawing, PKPM computing.目 录引 言.1第1章 结构选型与布置21.1 基本概况21.2 工程地质条件2 1.3 主体结构工程和装饰工程2 1.4 气象资料2 1.5 抗震设防烈度21.6 荷载资料21.7毕业设计（论文）任务内容 3 第2章 荷载计算42.1 确定计算简图42.2 梁柱截面尺寸42.3 材料强度等级42.4 荷载计算4第3章 横向框架内力计算.113.1 恒载作用下的框架内力113.2 活载作用下的框架内力183.3风荷载作用下的位移、内力计算343.4 地震作用下横向框架的计算.38第4章 横向框架内力组合.46第5章 横向框架梁柱截面设计57第6章 楼梯结构设计.726.1梯段板设计736.2休息平台版设计.736.3梯段梁计算.74第7章 基础结构设计757.1荷载计算757.2 确定基础底面积757.3 基础结构设计77结论与展望83致 谢84参考文献85附 录.86附录A：毕业设计图纸清单.86附录B：专业外文文献及其译文.87附录C：主要参考文献的题录及摘要.93插图清单图2-1 计算见图2图2-2 荷载计算简图a4图2-2 荷载计算简图b.6图2-3 恒载顶层集中力.7图2-4 恒载中间层节点集中力8图2-5 横向框架上的风荷载9图2-6 横向框架上的地震作用13图3-1 横向框架承担的恒载产生的节点不平衡弯矩14图3-2 杆端及节点弯矩正方向15图3-3 恒载弯矩分配过程17图3-4 恒载作用下弯矩图18图3-5 恒载作用下梁剪力、柱轴力18图3-6 活载不利布置a21图3-7 活载不利布置b21图3-8 活载不利布置c22图3-9 活载不利布置d22图3-10 活载a迭代过程23图3-11 活载b弯矩图24图3-12 活载a剪力、轴力24图3-13 活载b迭代过程25图3-14 活载b弯矩图26图3-15 活载b剪力、轴力26图3-16 活载c迭代过程27图3-17 活载c弯矩图28图3-18 活载c剪力、轴力28图3-19 满跨活载迭代过程29图3-20 满跨活载弯矩30图3-21 满跨活载剪力、轴力30图3-22 水平风载作用下框架层间剪力30图3-23 风载作用框架弯矩38图3-24 风载作用下框架梁剪力、柱轴力38图3-25 固端弯矩39图3-26 0.5（雪+活）作用下迭代过程41图3-27 0.5（雪+活）作用下杆端弯矩42图3-28 0.5（雪+活）作用下柱轴、梁剪力42图3-29 地震作用框架梁剪力、柱轴力42图6-1 楼梯平面布置72图6-2 踏步详图72图6-3 计算简图73图7-1 图层分布及埋深76图7-2 B、C柱联合基础埋深76图7-3 基础剖面尺寸示意图77图7-4 弯矩和剪力计算结果.78插表清单表1-1 建筑地层一览表2表2-1 风荷载计算9表2-2 横梁、柱线刚度11表2-3 框架柱横向侧移刚度D值11表2-4 框架定点假想水平位移计算表12表2-5 楼层地震作用和地震剪力标准值计算表12表3-1 AB跨梁端剪力19表3-2 BC跨梁端剪力19表3-3 AB跨跨中弯矩19表3-4 柱轴力19表3-5 活载a作用下AB跨梁端剪力31表3-6 活载a作用下BC跨梁端剪力31表3-7 活载a作用下AB跨跨中弯矩31表3-8 活载a作用下柱轴力31表3-9 活载b作用下AB跨梁端剪力32表3-10 活载b作用下BC跨梁端剪力32表3-11 活载b作用下AB跨跨中弯矩32表3-12 活载b作用下柱轴力32表3-13 活载c作用下AB跨梁端剪力33表3-14 活载c作用下BC跨梁端剪力33表3-15 活载c作用下AB跨跨中弯矩33表3-16 活载c作用下柱轴力33表3-17 活载d作用下AB跨梁端剪力34表3-18 活载d作用下BC跨梁端剪力34表3-19 活载d作用下AB跨跨中弯矩34表3-20 活载d作用下柱轴力34表3-21 风载作用下框架侧移35表3-22 各层柱反弯点位置36表3-23 风载作用下框架柱剪力及柱端弯矩36表3-24 风载作用下梁端跨中弯矩、剪力37表3-25 风载作用下柱轴力37表3-26 0.5（雪+活）作用下AB跨梁端弯矩43表3-27 0.5（雪+活）作用下BC跨梁端剪力43表3-28 0.5（雪+活）作用下AB跨跨中弯矩43表3-29 0.5（雪+活）作用下柱轴力43表3-30地震作用下横向框架柱剪力及柱端弯矩44表3-31地震作用下梁端弯矩44表3-32地震作用下梁剪力、柱轴力45表4-1弯矩条幅计算47表4-2横向框架梁内力组合（一般组合）49可修改编辑表4-3横向框架梁内力组合（考虑地震组合）52表4-4横向框架柱内力组合（一般组合）54表4-5横向框架柱内力组合（考虑地震组合）56表5-1 横梁AB、BC跨正截面受弯承载力计算57表5-2 横梁AB、BC跨正截面抗弯验算58表5-3 横梁AB、BC跨斜截面受剪承载力计算59表5-4 横梁AB、BC跨斜截面受剪抗震验算59表5-5 框架柱正截面弯矩60表5-6 框架柱正截面弯矩63表5-7 框架柱正截面压弯65表5-8 框架柱正截面压弯67表5-9 框架柱正截面压弯68表5-10 框架柱正截面压弯73表7-1 附加应力计算74表7-2 B、C柱沉降计算77引 言 本次我们的高校实验楼采用砼框架的结构设计。框架结构的结构类型在建筑结构中具有代表性；框架结构是由梁、柱构件通过节点连接形成的骨架结构。框架结构的特点是由梁、柱承受竖向和水平荷载，墙体起维护作用，其整体性和抗震性均好于混合结构，且平面布置灵活，可提供较大的使用空间，也可构成丰富多变的立面造型。砼框架结构空间分隔灵活，自重轻，节省材料；具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构；采用现浇混凝土框架时，结构的整体性、刚度较好，设计处理好也能达到较好的抗震效果，而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状。因此我们本次的实验楼采用砼框架。第1章 绪论1.1 工程概况1.1.1 基本概况经上级主管部门批准，拟按一般标准建造一栋六层高校砼框架实验楼。该工程为钢筋混凝土框架结构，横向框架不少于三跨，总建筑面积不小于5000m2。设计使用年限为50年，结构安全等级为二级，环境类别为一类。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.1g，第一组。建筑室内外高差600mm，室外标高即为现有自然地面标高。1.1.2 工程地质条件 工程地质条件自然地表以下1m内为杂填土，重度=17kN/m3；杂填土下为3m厚可塑性粘土，重度为=18kN/m3，液性指数IL=0.62,含水率=23.1%，天然孔隙比e=0.8，ES=10MPa，Ck=20kpa，k=12度；再下为砾石土层，重度为=20kN/m3，液性指数IL=0.50,含水率=15.2%，天然孔隙比e=0.8，ES=20MPa，Ck=15kpa，k=18度。未修正前粘土承载力特征值为180kN/，砾石土层承载力特征值为300kN/。场地土类别为类，地基基础设计等级为丙级。基础埋深范围内无地下水。1.1.3 主体结构工程和装饰工程主体采用现浇混凝土框架结构，肋梁楼盖。混凝土强度等级为C30，钢筋采用HPB300级（箍筋、楼板钢筋）和HRB400级钢筋（梁、柱纵向受力钢筋）。内外墙均采用小型混凝土空心砌块，厚度200mm，重度11.8kN/。1.1.4 气象资料（1）基本风荷载：W0=0.35kN/（2）基本雪荷载：S0=0.60kN/1.1.5 荷载资料（1）实验楼楼面荷载，查建筑结构荷载规范（GB50009-2012），确定楼面活荷载标准值为2.5kN/,走廊活荷载标准值为2.5kN/；（2）不上人屋面:活荷载标准值为0.5kN/；（3）内外墙均采用小型混凝土空心砌块，厚度200mm，重度11.8kN/。1.2 建筑与基础设计型式（1）建筑设计型式：本次试验楼建筑采用砼框架结构，框架结构的结构类型在建筑结构中具有代表性；框架结构是由梁、柱构件通过节点连接形成的骨架结构。（2）基础的设计型式：基础采用柱下独立基础，柱下独立基础能够满足此实验楼的承载要求。1.3 框架计算方法竖向荷载作用下横向框架内力计算（采用弯矩二次分配法），水平荷载作用下横向框架内力计算及侧移计算（采用D值法）。1.4主要进程安排（1）外文翻译、调研、复习相关课程、毕业设计开题寒假、第1周；（2）建筑设计，绘制建筑施工图第56周；（3）建筑结构布置和荷载计算第7周；（4）竖向荷载作用下横向框架内力计算（采用弯矩二次分配法）第8周；（5）水平荷载作用下横向框架内力计算及侧移计算（采用D值法）第910周；（6）横向框架梁柱内力组合、PK电算比较和截面设计第1112周；（7）主楼梯结构设计第13周；（8）基础结构设计第14周；（9）绘制横向框架、主楼梯、基础的结构施工图第1214周；（10）用PKPM软件对整栋框架结构进行SATWE电算并绘制出标准层结构平面图（板配筋图）和梁配筋平面图第1516周；（11）电子版毕业设计文件的输入、打印和装订第816周；（12）指导教师审核，评阅教师审核，毕业设计答辩第17周。第2章 建筑结构布置和荷载计算2.1建筑结构布置2.1.1 平面布置本工程选用砼框架结构，本实验楼为六层建筑，建筑高度较小，考虑建筑设计方案和抗震设防要求等因素，本工程平面选用矩形布置，采用横向框架承重方案，见图2-1。2.1.2 立面布置 本工程共6层，各层均为3.6米，共计21.6米，女儿墙高0.6米。室内地坪标高为+0.000，室内外高差为0.600米。2.1.3 柱网布置及次梁设置本工程柱网布置为：横向三跨，跨度分别为6.9米、3.0米、6.9米；纵向12跨，跨度分别为3.3米，3.6米、6米。根据建筑设计要求，为满足房间分隔要求以及合理设置楼板的经济跨度，本工程楼面需设置次梁。本工程的平面布置图如下（图2-1）：验算的内容：（1）结构最大高度：H=63.6m=21.6m55m；（2）最大高宽比: H/B=21.6m/18.8m=1.1494；（3）长宽比: L/B=51.6m/18.8m=2.7456；（4）最大长度:L=51.6m55m；（5）总建筑面积:S=(51.616.8+23.62)6=5287.685000；（6）横向框架不少于三跨。2.1.4 缝的设置本工程地质条件良好，地质均匀，所以本工程可以不设沉降缝。本工程共长51.6米，约等于现浇钢筋混凝土框架结构应设置伸缩缝的最大间距，故可不设置伸缩缝。本结构平面为矩形，房屋沿高度方向无错层，房屋各部分的刚度、高度和重量相差不大，故不设抗震缝。2.1.5 基础方案本工程建设场地和地基条件较好，荷载分布均匀，建筑层数小于7层，根据建筑地基基础设计规范规定，该建筑的地基属于丙级地基，本工程采用柱下独立基础。2.1.6 楼梯方案根据建筑设计方案以及结构的经济性，本工程采用现浇板式平行双跑楼梯。图2-1 平面柱网布置图2.2 荷载计算2.2.1 确定计算简图本工程横向框架计算单元取图2-1中号轴线处，框架的计算简图假定底层柱下端固定于基础。按工程地质资料提供的数据，该场地为类场地土，地质条件较好，初步确定本工程采用柱下独立基础，挖去所有杂填土，基础置于第二层可塑性粘土上，基底标高为设计相对标高1.1m。柱子的高度底层为：h1=3.6+0.6+0.5=4.7m（初步假设基础高度0.5m），二至六层柱高为。柱节点刚接，横梁的计算跨度取柱中心至中心间距离，三跨分别为：L=6900、3000、6900，见图2-2。图2-2 计算简图2.2.2 梁柱截面尺寸(柱截面尺寸初估)框架柱截面尺寸应根据公式估算。式中：，负荷面积（1214）kN/ m2层数，为轴压比，=0.75 。本结构中，边柱、中柱负荷面积分别为（6.03.45）m2 ，（6.04.95）层数为6层，其轴压比限值=0.75，C30混凝土=14.3N/mm2。边柱：Nc=1.26.03.45146=2086.56kN=194551.049mm2中柱：Nc=1.16.04.95146=2744.28 kN=255876.9231mm2取柱截面为正方形，考虑到施工、计算简便以及安全因素，取柱子尺寸为： 550mm550mm。2.2.3 梁截面尺寸初估横向框架梁：取h=(1/10 1/18)l，b=(1/2 1/3)h纵向框架梁：取h=(1/101/18)l,b=(1/2 1/3)h见表2-1。表2-1 框架梁截面尺寸层次横向框架梁纵向框架梁AB跨、CD跨BC跨A、B、C、D轴162506002504002506002.2.4 楼板厚度初估本工程采用全现浇结构，连续双向板；hl/50，h80；板厚取120mm。2.2.5 材料强度等级混凝土：均采用C30级。钢筋：采用HPB300级（箍筋、楼板钢筋）和HRB400级钢筋（梁、柱纵向受力钢筋）。2.3 荷载计算2.3.1 屋面横梁竖向线荷载标准值（1）恒载屋面横载标准值：35厚架空隔热板 0.03525=0.875kN/防水层 0.4kN/20厚1 : 3水泥砂浆找平层 0.0220=0.4kN/120（100）厚钢混凝土现浇板 0.1225=3kN/（AB,CD跨板取120；BC跨取100） （ 0.1025=2.5kN/）12厚纸筋石灰粉平顶 0.01216=0.192kN/屋面恒载标准值 4.87kN/ （4.37kN/）梁自重 边跨AB.CD跨 0.300.7025-0.30.1225=4.35kN/梁侧粉刷 2（0.70-0.12）0.0217=0.40kN/ 4.75kN/中跨BC跨 0.30.3525-0.30.1225=1.73kN/梁侧粉刷 2（0.35-0.1）0.0217=0.17kN/ 1.9kN/作用在顶层框架梁上的线橫载标准值为:梁自重 G6AB1=G6CD1=4.75kN/ G6BC1=1.9kN/板传来的荷载 G6AB2=G6CD2=4.876=29.22kN/ G6BC2=4.873=14.61k/（2）雪载作用在顶层框架梁上的线活载标准值为: G6AB=G6CD=0.54.5+0.64.5=4.95kN/ G6BC=0.52.4+0.62.4=2.64kN/2.3.2 楼面横梁竖向线荷载标准值（1）恒载25厚水泥砂浆面层 0.02520=0.50kN/120(100)厚钢混泥土现浇板 0.1225=3kN/(0.1025=2.5kN/)12厚板底粉刷 0.1216=0.192kN/楼面恒载标准值 3.692kN/ （3.192kN/）边跨（AB.CD跨）框架自重 4.75kN/中跨（BC跨）梁自重 1.9kN/作用在楼面层框架梁上的线恒载标准值为:.梁自重: GAB1=GCD1=4.75kN/ G5bc1=1.9kN/板传来的荷载 GAB2=GCD2=3.6926=22.15kN/ GBC2=3.1923=11.76kN/（2）活载楼面活载： QAB=QCD =2.54.5=11.25kN/ QBC=2.52.4=6kN/2.3.3 屋面框架节点集中荷载标准值（1）恒载边跨柱连系梁自重 0.30.45625-0.1225=17.25kN/粉刷 2（0.45-0.12）0.02617=1.35kN/0.6m高女儿墙 0.662.36=8.50kN/粉刷 0.620.02617=2.45kN/连系梁传来屋面自重 0.560.564.87=43.83kN/顶层边节点集中荷载 G6A=G6D=73.38kN/中柱连系梁自重 0.30.45625-0.1225=17.25kN/粉刷 （0.45-0.12）+（0.45-0.10）0.02617=1.39kN/连系梁传来屋面自重 0.560.564.87=43.83kN/ 0.5（6+63）3/24.37=29.50kN/顶层中节点集中荷载 G6B=G6C=91.97kN/（2）活载 Q6A=Q6D=1/261/260.7=6.30kN/ Q6B=Q6C=1/261/260.7+1/2（6+6-3）3/20.7=11.03kN/2.3.4 楼面框架节点集中荷载标准值（图2-3）1.恒载边柱连系梁自重 17.25kN/粉刷 1.35kN/连系梁传来楼面自重 1/261/263.692=33.23kN/ 51.83kN/中间层边节点集中荷载 GA=GD=51.83kN/框架柱自重 GA=GD=0.550.553.625=27.23kN/中柱连系梁自重 20.25kN/粉刷 1.39kN/连系梁传来楼面自重 1/261/263.692=33.23kN/ 1/2（6+63）3/23.192=21.55kN/ 76.42kN/中间层中节点集中荷载 GB=GC=76.42kN/柱传来集中荷载 GB=GC=27.23kN/（2）活载 QA=QD=1/261/262=18.0kN/ QB=QC=1/261/262+1/2（6+63）3/22=31.5kN/2.3.5 风荷载已知基本风压0=0.35kN/，地面粗糙度属B类，荷载规范 ，风载体型系数 ，迎风面0.8，背风面为-0.5；因结构高度H=22.2m30m，取风振系数z=1.0，见表2-2。表2-2 风荷载计算层次zZ(m)0(kN/m2)A（m2）Pi（kN）611.322.21.290.3518.610.92511.318.61.220.3521.611.99411.3151.140.3521.611.20311.311.41.040.3521.610.22211.37.81.000.3521.69.83111.34.21.000.3524.311.06例如：底层：=11.31.000.3524.3=11.062.3.6 地震作用（1）建筑物总重力荷载代表值Gi的计算1）集中于屋盖处的质点重力荷载代表值G6：50%雪载 0.50.6(51.616.8)=260.06kN屋面恒载 4.8751.66.92+4.3751.63=4144.30kN 横梁 （5.656.92+2.83)13=1122.81kN纵梁 （20.25+1.35）122+（20.25+1.39）122=1037.76kN女儿墙 0.63.6（51.6+16.8）2=295.49kN柱重 0.550.55251.852=707.85kN横墙 2.36216.91.8+（31.8-2.12.1/2）2=630.62kN纵墙 （3.61.8-2.12.1/2）2.36+4.51.82.3620=623kN(忽略内纵墙的门窗按墙重量算)钢窗 223.32.1/20.4=30.49kN G6=8852.38kN2）集中于三、四、五、六层处的质点重力荷载代表值G5G250%楼面活载 0.52.016.851.6=866.88kN楼面恒载 3.69251.66.92+3.19251.63=3123.12kN横梁 1122.81kN纵梁 1037.76kN柱重 707.852=1415.7kN横墙 630.622=1261.24kN纵墙 6232=1246kN窗