西界娱乐城框架设计-土木工程专业本科学位论文.doc

***************毕业设计(论文)
摘 要
随着中国经济的不断高速发展，全国人民的生活质量不断的提高，为满足顾客的需求，缓解生活压力，需新建一批星级酒店和娱乐城，该娱乐城为其中之一。它位于繁华的武汉光谷，拥有得天独厚的地理位置。
本娱乐城设计包括建筑设计和结构设计两个部分，设计采用框架结构，共五层，建筑场地类别为Ⅱ类，基本风压为0.35KN/㎡，抗震设防烈度为7度，建筑场地土类型为中软场地土。
通过此次毕业设计，复习和巩固了以前所学知识；本次毕业设计培养了我进行独立设计的基本能力，为毕业后的工作打下了一定的基础，为以后工作的良好开端。同时，在设计中，一方面要把以前所学的知识运用进去，熟悉国家有关规范、条例和规程，同时，要学会使用甚至熟练掌握CAD、天正和PKPM结构计算软件；另一方面，由于现代化建筑一般都具有密度大，功能多，设备复杂，防火要求和管理自动化水平高，并且要求考虑节能和无障碍设计。因此，通过这次毕业设计，也拓宽了我的非本专业知识面。
关键词：建筑设计、结构设计、框架结构

Abstract
With the rapid development of economic in China, the standard of living has gradually improved. For the demand of consumers and improvement of living presures, we need to establish a group of star-hotels and entertainment centers. this entertainment center I designed is one of them. It stand at Guanggu. Guanggu is a prosperous place in Wuhan. It enjoys exceptional advantages in geographical position
The design of the hotel consists of architectural design and structural design.The design adopts frame construction ,including six layers. The category  of building yard belongs to II ,fundamental wind pressure is 0.35KN/㎡, and seismic fortification intensity is 7. The category of the soil of building yard is medium-soft site soil.
Though this graduation project, we can review and refocus what we have learned. The graducation project also can improve my primary ability of conducting design by myself and lay the root for my future career after graduation. It can be a good beginning for my first job. Meanwhile , in the process of design, I applied what i have learned to the design and I had acquaintance with ralevant specification, regulations and procedures in my country. What 's more, I must be on the top of some computer softwares, such as CAD, TENGEN and PKPM. In addition, since modern architectures generally have the characteristics of great density, multifunction, sophisticated device , fireproofing and high level of automated management and they demand desigers to take energy conservation and barrier free in to consideration, this graducation project broadens my scope of non-professional knowledge .

Key Words: architectural design    structural design   frame construction

目 录

第一部分 建筑设计 1
第一章 建筑概况 1
第二章 地质资料 1
第三章 建筑材料 2
第二部分 结构设计 3
第一章 结构计算简图及主要构件尺寸的确定 3
第二章 结构荷载计算 7
2.1 恒荷载计算 7
2.2 活荷载计算 11
2.3 风荷载计算 12
2.4 地震荷载计算 14
第三章 结构内力计算 19
3.1 恒荷载下框架的内力计算 19
3.2活荷载下框架的内力计算 27
3.3风荷载下框架的内力计算 32
3.4水平地震作用下框架的内力计算 38
第四章 内力组合 43
4．1内力组合方式 43
4．2框架梁内力组合 44
第五章 截面设计 49
5.1 框架梁截面设计 49
5.2 框架柱截面设计 54
致 谢 59
参考文献 60

III

第一部分 建筑设计
第一章 建筑概况
本工程为武汉西界娱乐城,建筑地点为武汉光谷,场地面积为:100m×75m。房屋总层数为六层,首层层高4.2m，其余各层层高3.6m,女儿墙高1.4m，主体结构高度为25.4m。
该娱乐城建筑主要由以下用房组成：大厅、中餐厅、西餐厅、娱乐室、商务中心、干洗店、会议室、健身房、服务用房、标准间和套间、储藏室、配电房等。
娱乐城为现浇钢筋混凝土框架结构，无地下室, 为利于结构抗震和施工的方便，左右对称。主楼长66m，宽34m。该娱乐城所在地区抗震设防烈度为7度，抗震等级为三级，设计地震分组为第一组,拟建场地土类型中软场地土,Ⅱ类建筑场地。场地平坦,周围无相邻建筑物。基础采用柱下独立基础，高取1.2m，基础埋深2m，则基础顶面到地面设计标高距离2-1.2=0.8m，室内外高差为0.3m，所以底层柱高3.9+0.5+0.3=4.7m。
考虑到武汉的天气情况,最高气温39℃,最低气温-4℃,主导风向夏季为东南风,冬季为西北风。基本风压0.35KN／㎡,基本雪压0.5 KN／㎡,最大降雨量60㎜／h。
本工程建筑功能为公共建筑，使用年限为50年；本工程耐火等级为二级。
第二章 地质资料
地质水文条件：场地平坦，周围无相邻建筑物。自上而下土层分布情况为：
①、填土，褐黄色，松散，湿，以粘土为主，局部含块石和植物根系，层厚1m，不宜作为拟建建筑物的基础持力层。

②、粉质黏土，褐黄色，可塑，湿，含褐色铁锰氧化物结核，层厚1.5m，fak=200Kpa,Es=7.7Mpa。
③、粉质黏土，褐黄色，硬塑，湿，含褐色铁锰氧化物结核，该层未穿透，fak=200Kpa,Es=7.7Mpa。场地土15m深度范围内无液化土层。

第三章 建筑材料
1. 混凝土：梁、板、柱均使用C30混凝土。
2. 钢筋：钢筋采用热轧钢筋HPB235、HRB335和HRB400。
3. 墙体：
a. 外墙采用300mm厚加气混凝土砌块，外侧做法为灰白色仿麻石面砖,内侧为20㎜厚抹灰；
b. 内隔墙采用200mm厚加气混凝土砌块,两侧均为20mm厚抹灰；
c. 卫生间隔墙采用100mm厚加气混凝土砌块，两侧贴瓷砖；
d. 女儿墙采用300mm厚灰砂砖墙两侧均为20mm厚抹灰，墙高1400mm。
4. 楼面、地面：均采用地砖。
5. 屋面：采用SBS防水卷材；中间局部采用网架结构。
6. 窗：均为铝合金窗。
7. 门：除大门外，其余房间均为木门。

第二部分 结构设计
第一章 结构计算简图及主要构件尺寸的确定
1、计算简图的确定
根据建筑功能要求及建筑施工布置图，本工程采用全现浇框架结构。结构平面布置图见下图，取-轴的一榀框架进行计算。设计内容包括框架计算单元、计算简图的确定，框架受到的各种荷载计算，各种荷载作用下框架的内力计算、内力组合及截面配筋计算。

结构平面布置图
2、主要构件尺寸的初步确定
（1）主梁：
框架梁跨度为8000mm,9000mm取跨度较大的进行计算：
取
取
框架梁截面尺寸为：
次梁：
次梁跨度取9000mm
取
取
次梁截面尺寸为：

（2）框架柱：
框架柱采用C30混凝土，截面尺寸的选定，是通过其轴压比限值实现的，相关公式如下：
≥

其中，n为验算截面以上楼层层数，G为折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，框架结构近似取13kN/m2，A为按简支状态计算柱的负载面积，为考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，通常边柱取1.3，不等跨内柱取1.25，等跨内柱取1.2。抗震等级三级的框架结构轴压比μ=0.85，主体结构边柱负荷面积是8000mm×9000mm

边柱、中柱均取700mm×700mm。
（3）板厚度确定
楼盖及屋盖采用C30现浇混凝土板，h ==90 mm，取100 mm。
3、框架结构计算简图：
框架结构计算简图，取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板顶，室内外高差为0.9m，底层柱高从基础顶取至一层板板顶，即4.2+0.5+0.9=5.6m。二至五层即为层高3.6m。考虑现浇板对梁的有利作用，边跨梁取Ib=1.5I0 ，中跨梁取Ib=2.0I0（I0为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。C30的混凝土Ec=
由于CD、DE跨梁均属边跨梁：
2~6层柱：
底层柱：

框架结构计算简图

第二章 结构荷载计算
计算单元如下图示

计算单元
2.1 恒荷载计算
恒荷载计算：
1、屋面框架梁面荷载标准值：
20mm厚小瓷砖层： 25×0.02=0.50 KN/㎡ 三毡四油屋面防水层 0.40 KN/㎡
20mm厚1:3水泥砂浆找平层： 20×0.02=0.40 KN/㎡
60mm厚水泥蛭石板保温层 5×0.06=0.30 KN/㎡
80mm厚水泥炉渣找坡： 12×0.08=0.96 KN/㎡
20mm厚1:3水泥砂浆找平层： 20×0.02=0.40 KN/㎡
100mm厚现浇钢筋混凝土板 25×0.10=2.50 KN/㎡
15mm厚纸筋石灰抹底 16×0.015=0.24 KN/㎡
合计 5.70 KN/㎡

2、楼面框架面荷载标准值：
10mm厚水磨石地面 28×0.01=0.28KN/㎡
20mm厚1:3水泥砂浆找平层 20×0.02=0.40KN/㎡
100mm厚现浇钢筋混凝土板： 25×0.10=2.50 KN/㎡
15mm厚纸筋石灰抹底： 16×0.015=0.24 KN/㎡
合计 3.42KN/㎡

3、作用在顶层框架梁的恒荷载（线荷载）
CD、DE边跨梁
梁自重 0.3×0.8×25=6.00KN/m
粉刷（两面）
总重 6.48KN/m

作用在顶层框架边跨梁上的线荷载： 5.70KN/m²×9m=51.30KN/m；作用在中间层框架边跨梁上的线荷载： 3.42KN/m²×9m=30.78KN/m；
4、 、作用在中间层框架梁上的线荷载:
AB、DE梁自重以及梁侧粉刷： 6.48KN/m
边跨填充墙的自重：
墙面粉刷：
合计 18.29 KN/m

5、 屋面框架节点集中荷载标准值
边柱连系梁自重：
梁侧粉刷：
女儿墙自重：
女儿墙粉刷：
连系梁传来屋面自重：
顶层边节点集中荷载合计：
顶层中节点集中荷载合计：

6、 楼面框架节点集中荷载标准值
边柱连系梁自重： 48KN
梁侧粉刷： 3.47KN
窗下墙体自重：
粉刷：
铝合金窗自重：
窗边墙体自重
粉刷：
连系梁传来的楼面自重：
中间层边结点集中荷载合计： 197.65KN
中间层中结点集中荷载：

顶层等高梁传给主梁的集中荷载为：
中间层等高梁传给主梁的集中荷载为：

恒荷载作用下计算简图(单位:集中力KN,线荷载KN/m)

计算时需要进行荷载等效处理：
等效公式为：，式中
则有
则：

等效恒荷载作用下结构计算简图(单位:集中力KN,线荷载KN/m)
2.2 活荷载计算
由《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）查得楼面和屋面活荷载见下表：（《建筑结构荷载规范》规定当楼面的从属面积（楼面梁所承担的楼面荷载范围的面积）超过一定值（根据使用功能分别取25㎡或50㎡），计算楼面梁内力时应该乘以系数0.9，在这里取偏安全考虑，就没有取乘以系数0.9。）
活荷载标准值

类别
荷载标准值（KN/㎡）
楼面
储藏室活荷载
5.0
厕所活荷载
2.0
客房活荷载
2.0
健身房、厨房、会议室
4.0
楼梯、走廊、门厅、餐厅活荷载
2.5
屋面
不上人屋面活荷载
0.5
屋面框架梁线荷载标准值：边跨梁：
楼面框架梁线荷载标准值：边跨：
屋面框架节点集中荷载标准值：
边节点：；中间结点：
楼面框架节点集中荷载标准值：
边节点：；中间节点：
顶层传给主梁的集中荷载：
中间层传给主梁的集中荷载：
等效处理：；；

等效活荷载下结构计算简图(单位:集中力KN,线荷载KN/m)

2.3 风荷载计算
房屋总高度25.4米，小于30米。房屋宽度为66米，高宽比，不需要考虑风振的影响,即βz=1.0。基本风压ω0=0.35kN/m2， B 类场地，风荷载体型系数 μs=1.3。风压高度变化系数μz 见下表
风压高度变化系数表
离地面高度/m

5
0.74
10
0.74
15
0.74
20
0.84
25
0.92
30
1.00
的具体值用内插法求出

各层风载见下表：
层数

()
A（m2）
W（KN）
6
1.0
1.3
0.898
0.35
28.8
11.77
5
1.0
1.3
0.84
0.35
32.4
12.38
4
1.0
1.3
0.768
0.35
32.4
11.32
3
1.0
1.3
0.74
0.35
32.4
10.91
2
1.0
1.3
0.74
0.35
32.4
10.91
1
1.0
1.3
0.74
0.35
41.4
13.94

风荷载作用下结构计算简图如图所示：

风荷载作用下计算简图(单位:KN)

2.4 地震荷载计算
1、重力荷载代表值计算
计算地震作用时，建筑结构的重力荷载代表值应取永久荷载和可变荷载组合值之和，屋面活荷载不考虑其组合值，楼面活荷载组合值系数取0.5。（计算填充墙时，取梁截面高度均值600mm参与计算）

女儿墙重： 25×0.3×1.4+17×2×0.02×1.4=11.452KN/m
外填充墙重： 11.8×0.3+2×0.02×17=4.22KN/m
内填充墙重： 11.8×0.2+2×0.02×17=3.04KN/m
300×800梁重：
700×700柱重： 0.7×0.7×25=12.25KN/m

第六层重力荷载代表值：
屋面重： （9×9×4+8×9×8×2+8×8×4）×5.70=9872.4KN
梁重： 5.73×（34×10+18×7+66×5+34×4）=5340.36KN
女儿墙重： 11.452×（66+34-0.6+9.4×2+8×2-0.6+8×2+7.7×2+31.6）=2251.46KN
柱子重： 12.25×3.6×39=1719.9KN
铝合金窗重： 0.5×(2.4×2.7×41+1.8×2.4×10+1.2×2.4×2)=314.64KN
活载： （9×9×4+8×9×8×2+8×8×4）×0.5=866KN
填充墙： 4.22×[(66.4-0.7×9-2.4×17)+(34.4-5×0.7-2.4×6-1.8×3-1.5)×2+(9.4-0.7×2-2.4×2 -1.2)×2+(8-0.7)×4+(8-0.7-1.8×2)×2+(31.6-0.7×3-2.4×8)]+3.04×[(65.8-0.9×12-1.5-0.6×5)+(65.0-0.7×7-1.4×2-7.3-0.9)+6.8×11+6.4×11+(24.8-0.9×5-0.6×2)×2+7.3×2]=1281.97KN
重力荷载代表值： 21646.73KN

第五层重力荷载代表值：（二至四层同第五层）
屋面重： 1732×5.70=9872.4KN
梁重： 5340.36KN
柱子重： 1719.9KN
铝合金窗重： 314.64KN
活载： 1732×2.5=4330KN
填充墙： 1281.97 KN
重力荷载代表值： 22859.27KN

第一层重力荷载代表值：
屋面重： 1732×5.7=9872.4KN
柱子重： 12.25×5.6×39=2675.4KN
梁重： 5340.36KN
铝合金窗重： 314.64KN
填充墙： 1281.97KN
活载： 4330KN
重力荷载代表值： 23814.77KN

结构等效总重力荷载代表值

2、 自震周期计算
此建筑物为一般建筑物，场地土壤属Ⅱ类场地。设计地震分组为第一组。其抗震设防烈度为7度。抗震等级为三级。横向地震作用内力极端可采用底部剪力法。
自震周期按顶点位移计算，考虑填充墙对框架刚度的影响，取基本周期调整系数а0=0.7。计算公式为T1=，式中△i为顶点位移（单位为米），按D值法计算：
一般层（线刚度为16.67×104KN·m）：
，，
底层：（线刚度为10.72×104KN·m）：
，，
从而得知：
一般层：；
底层：；
横向框架顶点位移计算
层次
Gi（KN）
ΣGi（KN）
Di
ΣGi/Di（m）
△i（m）
6
21646.73
21646.73
1667462.94
0.013
0.363
5
22859.27
44506.00
1667462.94
0.027
0.350
4
22859.27
67365.27
1667462.94
0.040
0.323
3
22859.27
90224.54
1667462.94
0.054
0.283
2
22859.27
113083.81
1667462.94
0.068
0.229
1
23814.77
136898.58
847891.84
0.161
0.161

3、横向地震作用计算
此建筑物为一般建筑物，场地土壤属Ⅱ类场地，设计地震分组为第一组，其抗震设防烈度为7度，根据框架结构的高度h=24.5m〈30m。对于高度不超过40m ，质量和刚度沿高度分布较均匀的框架结构，可以采用底部剪力法。
根据场地类别和设计地震分组可以知道，特征周期值Tg=0.35s
аmax=0.08。由于T1=0.72s>Tg=0.35，所以顶部附加地震作用系数δn=0.08T1+0.01=0.068，因Tg<T1=0.72<5Tg=1.75,所以地震影响系数=。
结构总水平地震作用标准值为：
FEk=а1Geq=0.042×116363.79=4887.28KN
主体结构顶层附加水平地震作用标准值为：
△Fn=δnFEk=0.068×4887.28=332.34KN
质点i 的水平地震作用为:Fi=；

第三章 结构内力计算
3.1 恒荷载下框架的内力计算
3.1.1二次弯矩分配法计算杆端弯矩
二次弯矩分配法计算恒荷载作用下的框架结构内力,由于框架结构对称,荷载对称,故可取半边结构计算。

构计算简图

具体计算步骤：
（1）首先计算框架各杆件的线刚度及分配系数。
（2）计算框架各层梁端在竖向荷载作用下的固端弯矩。
（3）计算框架各节点处的不平衡弯矩，并将每一节点处的不平衡弯矩同时进行分配并向远端传递，传递系数为1/2。
（4）进行两次分配后结束（仅传递一次，但分配两次）。

梁、柱转动刚度及相对转动刚度
构件名称
固转动刚度S
相对转动刚度S'
框架梁
边跨

1.000
框架柱
底层

1.675
二至六层

2.605

顶层各杆的固端弯矩为：

中间层各杆的固端弯矩为：

采用二次弯矩分配法计算恒荷载作用下的框架结构内力，右（左）梁分配弯矩向左（右）梁传递，上（下）柱分配弯矩向下（上）柱传递，传递系数均为。第一次分配弯矩传递后，在进行第二次弯矩分配，各节点杆件分配系数见下表：
节
点

6
1+2.065=3.065
--
0.277
--
0.723
5

--
0.162

4

--
0.162

3

--
0.162

2

--
0.162

1
1+1.675+2.605=5.280
--
0.189

12
1+1+2.065=4.065
0.217
0.217
--
0.566
11
1×2+2.605×2=7.210
0.139
0.139
0.361
0.361
10
1×2+2.605×2=7.210
0.139
0.139
0.361
0.361
9
1×2+2.605×2=7.210
0.139
0.139
0.361
0.361
8
1×2+2.605×2=7.210
0.139
0.139
0.361
0.361
7
1×2+2.605+1.675=6.280
0.159
0.159
0.415
0.267
18
1+2.605=3.605
0.277
--
--
0.723
17
1+2.605×2=6.210
0.162
--
0.419
0.419
16
1+2.605×2=6.210
0.162
--
0.419
0.419
15
1+2.605×2=6.210
0.162
--
0.419
0.419
14
1+2.605×2=6.210
0.162
--
0.419
0.419
13
1+2.605+1.675=5.280
0.189
--
0.493
0.317

弯矩分配与传递见下图所示。首先将各节点的分配系数填在相应的方框内，将梁的固端弯矩填写在框架横梁相应位置上，然后将节点放松，把各节点不平衡弯矩“同时”进行分配。假定：远端固定进行传递（不向滑动端传递）；右（左）梁分配弯矩向左（右）梁传递；上（下）柱分配弯矩向下（上）柱传递（传递系数均为1/2）；第一次分配弯矩传递后，再进行第二次弯矩分配，然后不再传递。
上柱
下柱
右梁

左梁
上柱
下柱
右梁

左梁
上柱
下柱

0.723
0.277

0.217

0.566
0.217

0.277

0.723

-285.46

285.46

-285.46

285.46

206.39
79.07

0.00

0.00
0.00

-79.07

-206.39

84.40
0.00

39.54

0.00
-39.54

0.00

-84.40

-61.02
-23.38

0.00

0.00
0.00

23.38

61.02

229.77
-229.77

325.00

0.00
-325.00

229.77

-229.77

0.419
0.419
0.162

0.139
0.361
0.361
0.139

0.162
0.419
0.419

-402.84

402.84

-402.84

402.84

168.79
168.79
65.26

0.00
0.00
0.00
0.00

-65.26
-168.79
-168.79
103.20
84.40
0.00

32.63
0.00
0.00
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