钢筋混凝土框架结构毕业设计.doc

毕 业 设 计

目 录
摘要（中文）
摘要（英文）
第一部分 设计任务书-------------------------------------------------------------------------------------1
1 设计题目--------------------------------------------------------------------------------------------1
2 设计目的及要求-------------------------------------------------------------------------------------------1
3 建筑功能及要求-------------------------------------------------------------------------------------------1
3.1建筑功能要求------------------------------------------------------------------------ 1
3.2建筑等级----------------------------------------------------------------------------------------------- 1
3.3规划及设计思路------------------------------------------------------------------------------------- -1
4 设计内容图纸及归档要求--------------------------------------------------------2
4.1建筑部分---------------------------------------------------------------------------------------- -------2
4.2结构部分---------------------------------------------------------------------------------------- -------2
4.3图面要求-------------------------------------------------2
第二部分 结构设计说明-------------------------------------------------------------------------------- --3
1 设计的条件及基本内容--------------------------------------------------------------------------------- -3
1.1 设计基本条件------------------------------------------3
1.1.1 气象条件--------------------------------------------------------------------------------------- 3
1.1.2 抗震设防--------------------------------------------------------------------------------------- 3
1.1.3地基土承载力------------------ -3
1.1.4 其它条件----------------------------------------------------------------------------------------3
1.1.5 钢筋混凝土-------------------------------------------------------------------------------------3
1.2 建筑结构设计的基本内容---3
2 结构类型------------------------------------------------------------------------------------------------------4
2.1 设计方案-------------------------------------------------------------------------------------------------4
2.2柱网布置图----------------------------------------------------------------------------------------------5
3 框架结构内力计算------------------------------------------------------------------------------------------6
3.1 梁柱截面，梁跨度及柱高确定----------------------------------------------------------------------6
3.1.1初估截面尺寸-------------------------------------------------------------------------------------6
3.2 荷载计算-------------------------------------------------------------------------------------------------9
3.2.1 屋面及楼面的永久荷载标准值---------------------------------------------------------------9
3.2.2 屋面及楼面的可变荷载标准值-------------------------------- ------------------------------9
3.3 梁柱自重计算------------------------------------------------------------------------------------------9
3.4 计算重力荷载代表值--------------------------------------------------------------------------------10
3.4.1 顶层的重力荷载代表值----------------------------------------------------------------------10
3.4.2 其它层的重力荷载代表值-------------------------------------------------------------------11
3.5 横向框架侧翼刚度计算-----------------------------------------------------------------------------11
3.5.1 计算梁 柱的线刚度---------------------------------------------------------------------------11
3.6 横向水平地震作用下的框架结构的内力计算和侧移计算-----------------------------------14
3.6.1 横向自震周期的计算-------------------------------------------------------------------------14
3.6.2 水平地震作用下及楼层地震剪力的计算-------------------------------15
3.6.3 水平地震作用下的位移验算----------------------------------------------------------------16
3.6.4 水平地震作用下框架结构内力和侧移计算----------------------------------------------17
3.7 竖向荷载作用下横向框架结构的内力计算------------------------------ ---------------------23
3.7.1 计算单元的选择和确定---------------------- --- ----------------------------------23
3.7.2 荷载计算----------------------------------------------------------------------------------------24
3.7.3 恒载内力计算----------------------------------------------------------------------------------27
3.7.4 活载内力计算-----------------------------------27
3.7.5分层法计算竖向荷载作用下的框架内力------------------------------------- ------------28
3.7.6梁端剪力和柱轴力计算------------------------------------------- ---------------------------35
3.7.7框架梁跨中弯矩计算---------------------------------------------------------------------38
4 框架内力组合------------------------------ --------------------------------------------------------------40
4.1 结构抗震等级-----------------------------------------------------------------------------------------40
4.2 框架梁内力组合----------------------------------------------------------------------40
4.3 框架柱内力组合--------------------------------------------------------------------------------------41
梁内力组合表-----------------------------------------------------------------------------------------42
柱内力组合表---------------------------------------------------------------48
5 框架梁、柱截面设计-------------------------------------------------------------------------------------53
5.1 梁截面设计---------------------------------------------------------------------------------------------53
5.1.1梁正截面受弯承载力计算-------------------------------------------- -----------------53
5.1.2梁斜截面受剪承载力计算-----------------------------------------------------------------------56
5.2 柱截面的设计-------------------------------------------------------------------------------- ----------56
5.2.1 柱正截面受弯承载力计算----------------------------------------------------56
5.2.2 柱斜截面受剪承载力计算----------------------------------------------------------------------59
5.3 节点设计------------------------------------------------------------------------------------------------61
6 现浇板设计-----------------------------------------------------------------------61
7 楼梯设计----------------------------------------------------------------------------------------------------63
7.1 楼梯梯段板设计---------------------------------------------------------------------------------------64
7.1.1 荷载计算-----------------------------------------------64
7.1.2 平台设计-------------------------------------------------------------------------------------------66
7.1.3 平台梁计算----------------------------------------------------------------------------------------66
7.2 荷载计算-----------------------------------66
8 基础设计---------------------------------------------------------------------------------------------------68
8.1 基础选型及埋深------------------------- --------------------------------------------------------------68
8.2 选取内力（取一层边柱）-----68
8.3 地基承载力验算 69
8.3.1 基础底边应力验算-------------------------------------------------------------------------------69
8.4 基础抗冲切验算（取设计值） 69
8.5 柱与基础交接处受冲切承载力验算 69
8.6 基础底面配筋计算 ---------------------------------------------------- 71

毕 业 设 计中 文 摘 要

摘要

本设计为某大学公共教学楼设计。本建筑为六层，建筑层高为3.6m。
采用全现浇钢筋混凝土框架结构，基础场地类别为Ⅲ类，按七度设防进行结构抗震设计。
“建筑设计”，主要针对设计初期的几个建筑方案从各个方面对他们进行比较，并最终选择方案，确定了其具体建筑构造，做法和材料。
结构设计密切联系建筑设计，以现行的有关规范为依据，主要包括结构选型及结构布置、确定计算简图及计算单元、荷载计算、侧移控制、内力组合、构件设计、楼梯设计、楼梯设计、基础设计等内容。本工程采用钢筋混凝土结构框架结构体系（横向承重），选择了有代表性的一榀框架进行计算。对于竖向荷载作用采用分层力矩分配法，水平荷载作用采用D值法。设计计算整个过程中综合考虑了技术经济指标和施工工业化的要求。

关键词：结构设计 荷载设计

毕 业 设 计中 文 摘 要

ABSTRACT

The design for teaching building of This building is six floors, the building height is 3.6m.

The cast-in-place reinforced concrete frame structure, foundation site for the class III, for seismic design of fortification by seven degrees.

"Architectural design", mainly for several architectural scheme design stage from the aspects of their comparison, and the program was selected, the concrete building structure is determined, practices and materials.

Structure design of close ties with the architectural design, which is based on current relevant codes, including the structure selection and structural arrangement, calculation diagram and calculating unit, load calculation, lateral control, internal force combination, component design, stair design, stair design, foundation design etc.. Reinforced concrete frame was adopted in the project (transverse bearing), select a representative frame is calculated. Vertical load function adopts hierarchical moment distribution method, horizontal load with the D value method. Design and calculation of the whole process considering the technical and economic indexes and construction industrialization requirements.

Keywords: Structural design Load calculation

第一部分 设计任务书
1 设计题目
设计题目：《某大学公共教学楼设计》
2设计目的及要求
设计目的：（1）巩固、加深已学过的基础和专业知识，提高综合运用基础和专业知识的能力；（2）熟悉土木工程专业钢筋混凝土结构设计的程序和方法、了解我国有关土木工程建筑的方针和政策，了解工程建设的基本程序；（3）熟悉土木工程专业的有关规范和标准；（4）针对要解决的问题，学习和熟悉如何搜集国内、外资料，了解国内外的现状和水平，吸取先进的设计方法；（5）学习调查研究的方法，深入实际了解已有的设计所存在的问题，在设计中克服这些不足，改进设计方案；（6）了解工程的常用做法，增强工程意识，提高工程实践能力。
具体要求：坚持“适用、安全、经济、美观”的设计原则
培养绘图施工的能力，图纸不仅达到数量要求，而且要确保质量、建筑功能及要求。
3建筑功能及要求
拟建某大学公共教学楼为永久建筑，建筑层数6层，工程总面积5400㎡，高21.6m，结构形式采用钢筋混凝土框架结构。
3.1建筑功能要求
指导思想：坚持以人为本，在功能和结构上分区合理，依据教学楼规模、类型、等级标准，根据基地的环境条件及功能要求，进行平面组合、空间设计。在整个设计中突出教学楼的特色，体现均质、优美、简单、有序的建筑特点。
3.2建筑等级
耐久等级II级，耐火等级2级。
3.3规划及设计思路
在分析、研究所给设计任务特点的基础上，结合其实际功能，完成建筑施工图设计。要求合理确定平面柱网尺寸、布置房间、确定楼梯数量、位置及形式；满足室内采光通风要求；确定合理层高，楼（地）面、屋面、墙身工程做法；建筑风格、造型应富有创意，有时代感。绘制建筑物的平面图、立面图、剖面图、楼梯施工图和其他部分结构详图。
4设计内容图纸及归档要求
4.1建筑部分
按照建施1、建施2……排序，设计的建筑施工图有：
总平面图 1:200
建筑平面图（包括首层、标准层、顶层）1:100
立面图（2～4个）1:100
剖面图（通过门窗或较复杂部位剖切）1:100
设计说明书（材料做法表、门窗数量表）
4.2结构部分
按照:结施1、结施2……排序，设计的结构施工图有：
基础平面、剖面图
平面结构布置图
梁板配筋图
柱配筋图
43图面要求
图纸可用计算机绘制，也要有手工绘制。
布局匀称、图面整洁、线条圆滑、符号正确、符合《建筑制图标准》、尺寸完善。
计算正确、说明清楚、词语简练、用词恰当、字迹工整。

第二部分 结构设计说明
1 设计的基本条件和内容
1.1设计基本条件
本次设计的任务是在石家庄河北科技大学建设公共教学楼。
建筑地点：石家庄市
建筑面积：4500～5500㎡
层 数：6层
办公室建筑：（1）电脑机房2间，配电室1间，资料室1间；（2）小会议室2间，40㎡，办公室若干间60㎡，实验室4间，100㎡；（3）小教室若干间约60㎡，电教室若干间，100㎡，阶梯大教室2间，约150㎡；（4）每层设男女卫生间各1间，教师休息室1间，20㎡，储藏室1间，20—30㎡；（5）其他房间可根据情况自行设计。
1.1.1气象条件
1、年平均最低温度7.8℃。
2、常年主导风向：东北-西南风；基本风压0.35kN/㎡，基本雪压0.3kN/㎡。
3、最大冻土深度：0.55m。
1.1.2抗震设防
按7级抗震，第一组，设计基本地震加速度为0.10g;场地类型为Ⅱ类场地。
1.1.3地基土承载力
基本不考虑地基土变形验算，建筑场地持力层属粉质粘土，地基承载力特征值130kN/㎡。建筑场地的主导风向所在地气象资料得到。稳定地下水埋深15.5m，属潜水类型，对混凝土结构不具腐蚀性。地基处理及基础方案：根据场地岩土工程和建筑荷载特点，建议本工程采用天然地基。
1.1.4钢筋混凝土
梁板混凝土采用C35混凝土，纵筋采用Ⅲ级钢筋，箍筋采用Ⅰ级钢筋。
1.2建筑结构设计的基本内容
结构计算书包括结构布置，设计依据及步骤和主要计算的过程及计算结果，计算简图，即如下内容：
（1）地震作用计算； （2）框架内力分析，箍筋计算（取一榀）；
（3）基础设计计算； （4）板、楼梯的设计计算。
其他构件计算视设计情况而定。
2 结构类型
2.1设计方案
本建筑设计方案采用框架结构。
梁、板、柱、楼面均采用现浇型混凝土。

2.2柱网布置及一榀框架图
柱网布置图

3框架结构内力计算
3.1梁柱截面，梁跨度及柱高确定
3.1.1初估截面尺寸
a. 边跨横梁 L=8000mm
为满足承载力、刚度及延性要求截面高度取1/15～1/10的跨度，即：
h=8000×(1/15～1/10)=533～800mm 取600mm
梁截面宽度一般取1/3 ～1/2梁高，同时不宜小于250mm
b=600×(1/3～1/2)=200～300 取50的模数，可取300mm
b. 中跨横梁 l=3000mm
为满足承载力、刚度及延性要求界面高度取1/15～1/10的跨度，即：
h=3000×(1/15～1/10)=200～300mm 为了使梁的洁面尺寸尽量一致，取h=600mm
梁截面宽度一般取1/3～1/2梁高，同时不宜小于250mm
b=600×(1/3～1/2)=200～300mm
可以看出，按1/3～1/2梁高取值时，中跨横梁的宽度太小。由于主柱的面尺寸一般在600左右，则梁宽取300mm。
c. 纵梁 对于l=10000mm的纵梁
为满足承载力、刚度及延性要求截面高度取1/15～1/10的跨度，即：
h=10000×(1/15～1/10)=667～1000mm 取，800mm
梁截面宽度一般取1/3～1/2梁高，同时不宜小于250mm
b=800×(1/3～1/2)=267～400mm 取300mm。
d. 次梁 l=8000mm
为满足承载力、刚度及延性要求界面高度取1/15～1/10的跨度，即：
h=8000×(1/15～1/10)=533～800mm 取h=600mm
梁截面宽度一般取1/3 ～1/2梁高，同时不宜小于250mm
b=600×(1/3～1/2)=267～400mm 取50的模数，可取300m
由此估算出的截面尺寸见下表。

梁截面尺寸（mm）及各层混凝土强度等级
层次
混凝土强度
横梁（b×h）
纵梁(b×h)
次梁（b×h）
AB跨
BC跨
CD跨
1~6
C35
300×600
300×600
300×600
300×800
300×600

e. 柱的截面尺寸的初步确定
框架柱的截面尺寸一般根据柱的轴压比值按下列公式估算：

式中N— 为柱的组合轴压比的设计值
F— 为按简支状态计算的负载面积
—为折算在单位建筑面积的重力荷载代表值，可根据实际计算，也可近似取12至15，本设计取14kN/㎡
β—为考虑地震作用组合后柱轴力增大系数，边柱取1.3，不等跨内柱取1.25，等跨内柱取1.2
n— 为验算截面以上楼层层数
—为柱截面面积
—为混凝土轴心抗压强度设计值
—为框架轴压比限制，《建筑抗震规范》中规定一级、二级和三级抗震等级，分别取0.7、0.8、0.9。
由于是六层框架结构，抗震等级为三级，所以n=6和=0.9。
边柱及中柱的负载面积分别为100.0×4.0㎡和10.0×5.5㎡得
边柱 =290619

中柱 =364232
如果取柱截面为正方形，则边柱和中柱的截面高度分别为539×539和588×588。柱截面高度不宜小于400，宽度不宜小于350。根据上述计算结果并综合其它如侧移、承载力、经济等因素，本设计柱截面取值如下：
1～6层 600×600
f. 板的截面尺寸初步设计
板厚 mm
根据实际情况和设计要求 板厚取：120（1%）
柱、板的混凝土强度等级与梁相同为C35混凝土。
框架结构计算简图如图。取墙的形心作为框架柱的轴线，同时要求边跨柱的外边面平齐，而中跨柱上下层形心对齐，梁轴线取到板底，一般层柱高度即为层高，取3.6m,由于底层层高为3.6m，内外高差为0.45和基础顶部至室外地面0.6m,所以底层为h=3600+450+600=4650mm。

3.2 荷载计算
3.2.1屋面及楼面的永久荷载标准值

屋面（不上人）
30mm厚的C20细石混凝土保护层 22×0.03=0.66kN/㎡
SBS防水层（改性沥青防水卷材：三毡四油上铺小石子） 0.4kN/㎡
20mm厚的1:2水泥砂浆找平层 20×0.02=0.4kN/㎡
100～180mm厚（1%）找坡膨胀珍珠 4×（1+0.18）/2=0.56kN/㎡
120mm厚的钢筋混凝土板 25×0.12=3kN/㎡
V型轻钢龙骨吊顶 0.25kN/㎡
合计 5.27kN/㎡

1～5层边跨及过道楼面：
瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 0.55kN/㎡
现浇120厚的钢筋混凝土楼板 25×0.12=3kN/
V型轻钢龙骨吊顶 0.25kN/㎡
合计 380kN/㎡

3.2.2屋面及楼面可变荷载标准值
上人屋面均布活荷载标准值 2.0kN/㎡
楼面活荷载标准值 2.5kN/㎡
走廊活荷载标准值 2.5kN/㎡
屋面雪荷载标准值 0.3kN/㎡
3.3梁柱自重计算
梁、柱重力荷载标准值
层
次
构件

（KN/m3）

（KN/m）
/m

1
边横梁
0.3
0.60
25
1.05
4.725
7.885
12
447.08
2191.87
中横梁
0.3
0.6
25
1.05
4.725
3.00
6
85.05
纵梁
0.3
0.8
25
1.05
6.3
9.91
20
1248.66
次梁
0.3
0.6
25
1.05
4.725
8.7
10
411.08
柱
0.60
0.60
25
1.10
11.6
4.65
28

1510.32
1510.32
2～6
柱
0.60
0.60
25
1.10
11.6
3.6
28
1169.28
1169.28
注：1.表中β为考虑梁、柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数；n为每层构件根数。
2.梁长度取净长；柱长取层高
墙体外墙为300mm厚加气混凝土砌块，外墙面贴瓷砖（0.5kN/㎡，包括水泥砂浆打底），内墙面20mm厚抹灰（石灰砂浆），则外墙单位墙面重力荷载为：
0.5+6.0×0.30+17×0.02=2.64kN/㎡
内墙为200mm加气混凝土砌块，两侧均厚20mm抹灰，则单位内墙面积重力荷载为：
6.0×0.2017×0.02×2=1.88kN/㎡
铝塑玻璃门单位面积荷载为0.4kN/㎡；塑钢推拉窗单位面积重力荷载取0.4kN/㎡。
3.4 计算重力荷载代表值
3.4.1 顶层的重力荷载代表值
=72㎡
258.4㎡
35.91㎡
㎡
重力荷载代表值=（屋面恒载）5.31×40×19+（雪载）0.5×0.5×40×19+（纵横梁）2191.87+（半层柱重）1169.28×0.5+（半层内墙）0.5×426.09×1.88+(半层外墙)0.5×258.4×2.64+（女儿墙）1.2×（40+40+19+19）×2.64+（门窗）0.5×（72+35.91）×0.4=8122.09k