毕业设计-某教学楼的框架结构设计.doc

毕 业 设 计 说 明 书 目 录中文摘要I英文摘要. . .II第一章：设计条件1第二章：结构方案1第三章：楼梯设计3第四章：现浇板计算.6第五章：框架结构计算11 5.1地震内力及侧移计算. 5.2 风荷载作用下框架内力及侧移计算 5.3 竖向横载作用下的框架内力计算. 5.4竖向活载作用下的框架内力计算. 5.5内力组合 第六章：框架截面设计42.第七章：基础设计. .46第八章：结论.53摘 要本设计主要进行了结构方案中一榀框架4轴线的抗震设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算,接着利用顶点位移法求出自震周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力，。 是找出最不利的一组或几组内力组合。 选取最安全的结果计算配筋并绘图。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计。完成了平台板，梯段板，平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。关键词： 框架 结构设计 抗震设计 Abstract The purpose of the design is to do the anti-seismic design in the longitudinal frames of axis 4. When the directions of the frames is determined, firstly the weight of each floor is calculated .Then the vibrate cycle is calculated by utilizing the peak-displacement method, then making the amount of the horizontal seismic force can be got by way of the bottom-shear force method. The seismic force can be assigned according to the shearing stiffness of the frames of the different axis. Then the internal force (bending moment, shearing force and axial force ) in the structure under the horizontal loads can be easily calculated. After the determination of the internal force under the dead and live loads, the combination of internal force can be made by using the Excel software, whose purpose is to find one or several sets of the most adverse internal force of the wall limbs and the coterminous girders, which will be the basis of protracting the reinforcing drawings of the components. The design of the stairs is also be approached by calculating the internal force and reinforcing such components as landing slab, step board and landing girder whose shop drawings are completed in the end.Keywords : frames, structural design, anti-seismic design第一章 设计条件1.1、工程名称 2号教学楼，四层框架结构1.2、建筑设计资料 1、气象条件：主导风向为东北风向。年最低气温零下7度，最高气温38度。基本风压：0.35kN/m(按50年设计使用年限) 基本雪压：0.4 kN/m 2、抗震设防：地震烈度为7度 3、工程地质资料： 地质情况如下，地下水位距地面0.7米。素填土 h=0.5m粉质粘土 g19.5kN/m3 h=2.0m fak=90kpa粉质粘土 g18.5kN/m3 fak=65kpa冻土深度:最大冻土深度为0.5m。4、屋面及楼面做法： 屋面：块瓦；挂瓦条3025（高），中距按瓦材规格；顺水条3025（高），中距500；35厚C15细石混凝土找平层，内置6500500钢筋网；3厚高聚物改性沥青防水卷材；20厚1：3水泥砂浆找平层；80厚1：8膨胀珍珠岩保温层；10厚1：3水泥砂浆找平层；现浇钢筋混凝土屋面板。 地面：8厚地面砖干水泥擦缝；10厚1：2干硬性水泥砂浆结合层；60厚C10混凝土；80厚碎石或碎砖夯实；素土夯实。 楼面：8厚地砖楼面，干水泥擦缝；5厚1：1水泥细砂浆结合层；20厚1：3水泥砂浆找平层；捣制钢筋混凝土楼板。 5、材料： 混凝土C25，C30；纵筋为级钢筋，箍筋为级钢筋。6、活荷载：详见建筑结构荷载规范（GB 50009-2001）第二章 结构方案2.1 确定结构体系 本工程采用框架承重，现浇整体式钢筋混凝土楼板，墙体200厚蒸汽粉煤灰加气混凝土砌块。2.2梁柱截面的确定 1、横向框架梁（1） 、截面高度h 框架梁的高度可按照高跨比来确定，即梁高h=（1/121/8）L h1=（1/121/8）L1 =（1/121/8）8000 =667 1000mm h2 = （1/121/8）L2 =（1/121/8）3000 = 250 375mm 取h1=800mm，h2=300mm（2）、截面宽度 b1=（1/31/2）h1=（1/31/2）800=267400mm 考虑地震区b 250mm，故取b2 = b1 = 300mm 2、纵向框架梁 （1）、截面高度 h=（1/121/8）L =（1/121/8）8000(6000,4000,3000)=6671000mm,500750mm,333500mm,250375mm. 取h1=800mm用于中框架，h2=600mm,h3=350mm用于边框架。 （2）、截面宽度 b1 =（1/31/2）h1 =（1/31/2）h1 =267400mm b2= （1/31/2）h2=200300mmb3=（1/31/2）h3=117175mm考虑梁截面宽度不宜小于200mm，取b1 =b2=300mm,b3=250mm 3、框架柱 本设计按层高的1/10取为300mm，同时参考类似工程经验，决定取柱的截面尺寸为500500mm的方形柱。2.3、结构平面布置 结构平面布置图2.4、框架的跨度和柱高1.框架跨度应取柱截面形心的距离。2.框架柱的高度框架的底层柱高从基础底面算至楼面标高处，根据地质资料的综合分析，初步确定采用独立和联合基础，基础顶面标高为-1.0米，故底层标高为4米。中间层柱从下一层楼高算至上一层标高，故为3.0米。顶层柱标高亦为3.0米，见如下 计算简图： 第三章 楼梯设计 该教学楼的所有楼梯尺寸均相同，且一至四层均采用平行等跑楼梯。3.1梯段板的计算 1、计算简图的确定 板厚h=l0/30=2700/30=90mm,取h=100mm 踏步宽b=300mm,踏步高h=150mm， 故tg=150/280=0.54，楼梯倾角=28.18，故cos=0.881,ln=2.7m l0=lnh=2.70.1=2.8m 2、荷载计算（取1m宽斜向板带作为结构及荷载计算单元） 恒载 踏步重 1/0.31/20.30.1525=1.875kN/m 斜板重 1/0.88110.125=2.838kN/m 板底抹灰重 1/0.8810.0217=0.386kN/m 20mm找平层 （0.30.15）/0.310.0220=0.6kN/m 标准值 5.699kN/m 设计值 g=1.25.699=6.839kN/m 活载 标准值 2.51=2.5kN/m 设计值 q=1.42.5=3.5kN/m 总荷载 P=gq=6.8393.5=10.339kN/m 3、内力计算 板的宽度大剪力小，故不进行抗剪计算，只进行抗弯计算 Mmax=10.3392.8=8.11kNm 4、配筋计算 取板中=20mm,故 选用10140（），分布筋选用61303.2平台板计算 1、荷载计算 恒载 板自重 10.0725=1.75kN/m 20厚水泥砂浆找平 0.02120=0.40kN/m 20厚板底抹灰重 0.02117=0.34kN/m 恒载标准值 2.49kN/m 恒载设计值 g=1.22.49=2.988kN/m 活载 q=1.42.51=3.5kN/m 总荷载P=g+q=6.488kN/m2、内力计算 3、配筋计算 板中 选8140（），分布筋选用63003.3平台梁计算 1、荷载计算 楼板传来自重 10.3392.7/2=13.96kN/m 平台板传来自重 6.488（2.25/20.25）=8.921kN/m 平台梁自重 1.20.2（0.35-0.07）25=1.68kN/m 总荷载 24.561kN/m 2、内力计算 取 3、配筋计算 、 正截面配筋计算 选318（） 、斜截面配筋计算 故可按构造配置箍筋，选6200 第四章 现浇板计算屋盖处的现浇板计算 4.1计算简图的确定1.板的类别的确定A,A1,A2,A3区格：均为长边8m,短边2.67m，8/2.67=2.9662,单向板计算B(B),B1,B2(B2)区格：均为长边4m,短边2.67m，4/2.67=1.52,按单向板计算。2、板厚的确定A,A1区格：=2670/40=67mm,因为=80mm,所以取板厚100mm.其它区格板取同厚 。次梁截面高度取h=550mml2/15=8000/15=533mm,截面宽取b=200mm.4.2 荷载计算面砖面层 0.93kN/m找平层 20厚1：3水泥砂浆找平 0.0220=0.40 kN/m结构层 100厚现浇钢筋混凝土楼板 0.125=2.5 kN/m粉刷层 10厚粉平顶 0.0117=0.17 kN/m =4 kN/m故板自重： g=4KN/m21.2=4.8KN/m2板上活载： q=2KN/m21.4=2.8KN/m2g =g+=6.2KN/m2q= =1.4KN/m2g+q=7.6 KN/m24.3 板的内力计算由于板很薄，板面很宽，而板的弯矩很小，故不必进行抗剪计算。先双向板区格计算1. B(B)区格Loy=4m,lox=2.67m,lox/loy=0.668lx/ly支 承 条 件xyxy0.668两邻边嵌固两邻边简支0.04200.0248-0.0768-0.0934四边简支0.07650.0402 故：=0时 mx=(0.04206.2+0.07651.4) 2.672=2.62KNm my=(0.02486.2+0.04021.4) 2.672=1.50KNm =0.2时 mx=2.62+0.21.50=2.92 KNmmy= 1.5+0.22.62=2.02 KNmmx=-0.07687.62.672.67=-4.16KNmmy=-0.09347.62.672.67=-5.06KNm2. B1(B1)区格Loy=2.67m,lox=4m,loy/lox=0.668lx/ly支 承 条 件xyxy0.668三边嵌固一边简支0.01850.0391-0.0755-0.0937四边简支0.07650.0402mx=（0.01856.2+0.07651.4）2.672.67+0.2（0.03916.2+0.04021.4）2.672.67=1.58+0.22.13=2.01KNmmy=2.13+0.21.58=2.45KNmmx=-4.09KNm,my=-5.08KNm3. B2(B2)区格Loy=2.67m,lox=4m,loy/lox=0.668lx/ly支 承 条 件xyxy0.668四边嵌固0.03330.0104-0.0751-0.057四边简支0.07650.0402mx=（0.03336.2+0.07651.4）2.672.67+0.2（0.01046.2+0.04021.4）2.672.67=2.24+0.20.86=2.41KNmmy=0.86+0.22.24=1.31KNmmx=-4.07KNm, my=-3.09KNm4.4、板的配筋计算假定钢筋选用10，短边方向跨中截面的h0=100-20=80mm，长边方向跨中截面的h0=100-20-10=70mm；支座截面的h0=100-20=80mm。截面设计的计算弯矩：中间跨中间支座的弯矩可减少20%，而边跨的跨中截面和边缘第二支座处的弯矩，根据led/l来选定减少量。当led/l1.5时，弯矩可减少20%，当1.5led/l2时，弯矩可减少10%。截 面h0(mm)M (KNm)AS (mm2)配 筋实配面积(mm2)跨中B区格lx方向702.922218220228ly方向801.50996220129B1区格lx方向702.010.81226220129ly方向802.450.81306220129B2区格lx方向702.410.81466190149ly方向801.310.8696220129支座BB180(4.16+5.08)0.848910160491B1B180(5.08+5.08)0.853810150523B1B280(5.08+3.09)0.843210180436B2B280(5.08+3.09)0.832710240327(2)单向板区格： 1.内力计算： 计算跨度：边跨：ln+h/2=2.67-0.12-0.2/2+0.1/2=2.5m 取l0=2.5m 中间跨：l0=2.66-0.2=2.46m计算跨度差（2.5-2.46）/2.46=1.6%10%,说明可按等跨连续板计算内力（为简化计算起见，统一取ln=2.5m）连续板各截面弯矩计算见表： 截面边跨跨内离端第二支座离端第二跨跨内，中间跨跨内中间支 座弯矩计算系数1/11-1/111/16-1/144.32-4.32 2.97-3.392.截面承载力计算b =1000mm,h=100mm,h0=100-20=80mm,连续板各截面配筋见下表：（）板带部分截面m边区板带（轴线间）中间区板带（，轴线间）边跨跨内离端第二支座中间跨跨内中间支 座边跨跨内离端第二支座中间跨跨内中间支座M（KNm）4.32-4.32297-3.394.32-4.32.2.38-3.910.0570.0570.0390.0450.0570.0570.0310.0360.0620.0620.0410.0480.0620.0620.0320.038281281186218281281145172选配钢筋81808180825082208180822082408240实配钢筋/mm2279279201228279279209209第五章 框架结构计算5.1 地震内力及侧移计算（一）.地震作用的计算 地震作用的而计算即地震荷载的计算。按建筑抗震设计规范GBJ11-89规定，本设计的结构底部总剪力（即总地震荷载）可按公式来计算，其中0.91. 产生地震荷载的建筑物总质量 的计算（1） 作用于房屋上的横载标准值 屋面荷载 防水层 二毡三油上铺小石子 0.40KN/m2 找平层 15厚1：3水泥砂浆找平 0.015 20=0.30 KN/m2 保温层 70厚1：8珍珠岩块保温层 0.1394= 0.556 KN/m2 结构层 100厚现浇混凝土屋面板 0.125=2.5 KN/m2粉刷层 10厚粉平顶 0.0117=0.17 KN/m2 =3.926 KN/m2楼面荷载 面砖面层 0.93 KN/m2找平层 20厚1：3水泥砂浆找平 0.0220=0.40 KN/m2结构层 100厚现浇混凝土楼板 0.125=2.5 KN/m2粉刷层 10厚粉平顶 0.0117=0.17 KN/m2 =3.95 KN/m2屋面及楼面可变荷载标准值：非上人屋面均布活荷载标准值 1.5 KN/m2楼面活荷载标准值 2.0 KN/m2屋面雪载标准值 KN/m2梁柱密度 25 KN/m2 蒸汽粉煤灰加气混凝土砌块 5.5 KN/m2 （2） 重力荷载代表值Gi的计算决定多层框架的地震荷载时，结构的计算简图可认为是一多质点体系，产生地震荷载的建筑物重量集中于各层的楼盖处，各质点质量还应包括上下各层范围内的恒载，50%的雪载或50%的楼面等效均布荷载。1. 第一层： 梁柱：横梁：300mm*800mm:250.30.8(8-0.5) 25=1125KN 300mm*300mm: 250.30.3(3-0.5) 13=73.13KN 纵梁 300mm*800mm: 250.30.8(8-0.5) 16=720KN 300mm*600mm: 250.30.6(6-0.5) 16=396KN 250mm*350mm: 250.250.353.5 11=84.22KN 次梁 200mm*550mm: 250.20.55（642+682）=84.22KN柱：500mm*500mm：250. 50. 53 51=956.25KN =4080.6KN内外填充墙重的计算 横墙：SU,VY跨墙：5.50.27.5（3-0.6）19=376.2KN 纵墙：外纵墙：118.220.25.5=130KN 内纵墙：134.160.25.5=147.58KN =277.58KN 窗户计算（钢框玻璃窗）：255.880.4=102.35KN门重计算： 64.260.15=9.64KN楼板恒载，活载计算： 恒载：31.8223.95=85.32KN 活载：21.6 2.0=43.2KN 由以上计算知：一层重力荷载代表值为： G1=G恒+0.5活=1.054080.6+376.2+277.58+102.35+9.64+85.32+43.20.5=5157.32KN 注：梁柱上粉刷层重力荷载对其的增大系数为1.052. 第二层：G2=5157.32+29.27=5186.59KN3. 第三层G3=（5050.4+85.32）0.5+（5050.4+4946.76）0.5+18900.5=8511.44KN4. 第四层：G4=（5050.4+4946.76）0.5+18900.5=5943.58KN 则集中于各楼层标高处的重力荷载代表值Gi的结果如下图所示： 2. 梁和柱线刚度的计算本工程柱梁的混凝土均采用C30，Ec=3.0107KN/m2(1) 梁柱线刚度计算 梁线刚度计算在计算框架梁的惯性矩时，考虑梁为矩形截面，框架梁截面的折算惯性矩计算时，中框架的折算系数为2，边框架的为1.5横梁线刚度iB的计算：iB=EIB/L(KNm)类别bh (m2)跨度L（m）截面惯性矩I0=1/12*bh3中框架边框架IB=2I0 ibIB=1.5I0ibSU,VY跨0.30.881280.00125.60.0019.61000019.20.0017.210000UV跨0.30.330.6750.0011.350.0011.35100001.010.0011.0110000纵梁线刚度iB的计算：类别bh (m2)跨度L（m）截面惯性矩I0=1/12*bh3中框架边框架IB=2I0 ibIB=1.5I0ib跨0.30.881280.00125.60.0019.61000019.20.0017.210000跨0.30.665.40.00110.80.0015.4100008.10.0014.0510000其它跨0.250.3540.890.0011.780.0011.335100001.335100001.0010000纵梁线刚度iB的计算： 柱ic：ic=Eic/h(KNm)层次层高（m）bh(m2)截面惯性矩Ic=1/12bh3线刚度ic14层3.00.50.55.210.0015.2110000 （2）柱的侧移刚度D值的计算： 中间框架中柱D值的计算：层次截面（m2）层高（m）线刚度2-4层0.50.5 3.05.2110000 2.660.573.8910000底层0.50.5 3.05.2110000 5.330.805.4610000注：底层=iB/ic, =(0.5+K)/(2+K);非底层=iB/2ic, =K/(2+K) 中间框架边柱D值的计算：层次截面（m2）层高（m）线刚度2-4层0.50.5 3.05.2110000 1.390.412.8410000底层0.50.5 3.05.2110000 2.780.694.7710000 边间框架中柱D值的计算：层次截面（m2）层高（m）线刚度2-4层0.50.5 3.05.2110000 3.220.624.2110000底层0.50.5 3.05.2110000 6.440.825.7010000 边间框架边柱D值的计算：层次截面（m2）层高（m）线刚度2-4层0.50.5 3.05.2110000 1.960.493.4010000底层0.50.5 3.05.2110000 3.930.755.1910000（3） 各层柱侧移刚度之和（层间刚度）的计算：层次中框架中柱中框架边柱 边框架中柱 边框架边柱D2-4层3.891000022=8.5581000002.841000021=5.9641000004.21100004=1.6841000003.4100004=1.361000001756600底层5.461000022=12.0121000004.771000021=10.0171000005.7100004=12.0121000005.19100004=2.07610000026385003. 结构基本自震周期T1的计算层次各层重量（KN）总重量（KN）层间刚度Di45943.585943.5817566000.00340.032238511.4414455.0217566000.00820.028825186.5919641.6117566000.01120.020615157.3224798.9326385000.00940.0094T1=1.7注：上式中，对于民用建筑取本设计取0.8；对于类场地土近震取Tg=0.3s.4. 横向水平地震作用的计算本设计的建筑为7度抗震，地震影响系数则相应于基本自震周期的的值为：1=max =0.101结构总水平地震作用值为：Fek=0.1010.8524798.93=2128.99KN.式中，相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数；结构等效总重力荷载，多质点取总重力荷载代表值的85；=0.85Gi则各质点分配的地震作用为：各质点横向水平地震作用按下式计算： Fi=GiHiFEk/（GkHk）地震作用下各楼层水平地震层间剪力Vi为 Vi=Fk（i=1，2，n）层次GiHi/GjHj435943.580.367781.34781.34338511.440.394838.821620.16235186.590.160340.641960.8135157.320.080169.342130.14（二）水平地震荷载作用下的结构变形验算根据建筑抗震设计规范GBJ11-89的要求，本结构需进行多遇地震作用下的抗震变形验算，要对结构的变形加以限制，使其层间弹性位移以及结构顶点位移不超过一定限值。对砌体填充墙的框架结构，其层间弹性位移限值为h1/450,其顶点弹性位移变形限值Ut/h1/550本结构变形计算如下表所示：水平地震作用下框架结构的层间位移（u）i按下列公式计算：（u）i = Vi/D ij层次剪力刚度Di层间位移4781.3417566000.000441/68180.001131620.1617566000.000921/32610.0009521960.817566000.001121/26790.0006412130.1426385000.000811/37040.00027由表中可以看到，最大层间弹性位移角发生在第二层，1/26791/450,满足要求。结构的顶点位移Ut/H=0.0011/12=1/109091/550,故也满足要求。（三）地震荷载作用下的横向框架（KJ-4）内力计算：由底部剪力法计算出来的每层的地震剪力，按照每榀框架的刚度比值分配到每榀框架上，而每榀框架的地震剪力按柱的刚度比值分配到每根柱上，最后以反弯点法求结构的内力。其内力计算如下：1. 地震剪力的分配在每层结构中，KJ-4的地震剪力分配系数为：非底层（2.84100002+3.89100002）/1756600=0.0766;底层（4.77100002+5.46100002）/2638500=0.0775故剪力分配为：第四层 Vij=V i Dij/Di0.0766=59.85KNV=V i Dij/Di A柱 B柱2.8410000/(2.84100002+3.89100002) 59.85=12.63KN3.8910000/(2.84100002+3.89100002) 59.85=17.30KN第三层 Vij=V i Dij/Di0.0766=124.1KNV=V i Dij/Di A柱 B柱2.8410000/(2.84100002+3.89100002) 124.1=26.18KN3.8910000/(2.84100002+3.89100002) 124.1=35.87KN第二层 Vij=V i Dij/Di0.0766=150.2KNV=V i Dij/Di A柱 B柱2.8410000/(2.84100002+3.89100002) 150.2=31.69KN3.8910000/(2.84100002+3.8910000