五层钢筋混凝土框架结构 毕业论文.docx

摘 要本工程为台州市一拟建多层综合办公楼，按使用功能将建筑分为五层。楼房标高18.45m，总建筑面积4000m2。本工程结构设计采用多层钢筋混凝土框架结构，基本步骤为：结构计算简图的确定；荷载计算；内力分析；内力组合；梁、柱截面配筋、板的设计、楼梯的设计、基础的设计以及结构施工图的绘制等。其中，内力计算考虑以下四种荷载作用，即恒荷载、活荷载、风荷载以及地震作用；柱、板的设计采用弹性理论；梁的设计采用塑性理论；楼梯选用板式楼梯；基础选用十字交叉条形基础。在进行截面抗震设计时，遵循了强剪弱弯，强柱弱梁，强节点弱构件的设计原则，且满足构造要求。关键词:框架结构；地震作用；内力；设计；配筋目 录前 言1第1章 设计资料2第2章 结构布置及计算简图32.1 结构布置32.2 结构选型3第3章 荷载计算43.1 恒荷载计算43.2 活荷载计算73.3 风荷载计算83.4 重力荷载代表值计算9第4章 内力分析104.1 水平地震作用下内力计算104.2 恒载作用下内力计算134.3 活载作用下内力计算174.4 风荷载作用下内力计算17第5章 内力组合185.1 梁内力组合185.2 柱内力组合19第6章 框架梁、柱截面设计206.1 框架梁的截面设计206.2 框架柱的截面设计24第7章 板的结构设计307.1 计算简图307.2 楼面板设计30第8章 楼梯设计328.1 平面布置图328.2 梯段板设计328.3 ptb-1平台板设计358.4 平台梁设计36第9章 基础设计389.1 荷载效应组合389.2 基础尺寸设计389.3 荷载分配399.4 基础梁设计399.5 翼板设计41第10章 结论42致 谢43参考文献44前 言框架结构体系的优点是：建筑平面布置灵活，能获得较大的空间；建筑立面容易处理，结构自重较轻；计算理论比较成熟；在一定高度范围内造价较低，目前在多高层房屋建筑中应用十分广泛。其缺点是：侧移刚度较小，在地震作用下非结构构件（如非填充墙、建筑装饰等）破坏较严重。因此，采用框架结构时应控制建筑物的层数和高度。设计中需要考虑到建筑抗震要求、结构构件的变形以及施工的方便性等问题。为了使设计能够满足钢筋混凝土框架结构设计规范的要求，我们需要熟悉钢筋混凝土结构设计的全过程，需要充分理解钢筋混凝土结构基本理论、基本方法。本次毕业设计系统、全面地帮助我们对四年来所学专业知识进行了一次复习与巩固，使我们对结构设计的宏观理解上了一个层次，对专业知识的应用更加熟练，独立钻研与动手能力得到强化。本设计共包含九个部分，分别为：设计资料、结构布置及计算简图、荷载计算、内力计算、内力组合、梁柱截面设计、板结构设计、楼梯结构设计以及基础结构设计。由于个人水平能力有限，设计中难免有错误与不妥之处，希望得到各位老师与同学的批评指正。第1章 设计资料本设计为五层的钢筋混凝土框架结构，主要设计资料如下：1.1 设计标高室内设计标高0.000，室内外高差450。1.2 气象资料一月份全年最冷月平均气温：，七月最热月平均气温：，平均地面温度：。历年平均降水量：613，夏季平均降水量：424.8，年最大降水量：1142.6。基本风压：0.45；主导风向：冬季：西北，夏季：东南。基本雪压：0.45 最大冻深：500。1.3 工程地质与水文地质资料地基允许承载力r=80 ，土类型为粉质粘土，类场地，最高地下水位：自然地面以下1.0，地下水性质：有弱硫酸盐侵蚀。1.4 抗震烈度抗震设防烈度为7度，地震分组为第二组，三级抗震要求。1.5 墙身做法外墙采用粉煤灰轻渣空心砌块：厚240；内墙采用粉煤灰轻渣空心砌块：厚200；加气混凝土砌块强度mu3，用m5水泥砂浆砌筑。1.6 楼面做法水泥花砖地面；100厚现浇钢筋混凝土楼板。 1.7 屋面做法小瓷砖地面；100140 厚膨胀珍珠岩找坡2% ；100厚现浇钢筋混凝土楼板。1.8 门窗做法底层出入口为铝合金门，卫生间行政办公室为木门，其它为铁门、铝合金窗。1.9 活荷载屋面活荷载：2.0 /；走廊、楼梯、资料档案室活荷载：2.5 /，其它楼面活荷载：2.0 /。1.10 所用材料混凝土c25: ，； 混凝土c30: ，； hpb235级钢筋:； hrb335级钢筋: ， 。第2章 结构布置及计算简图2.1 结构布置平面布置如图2-1。底层柱、基础的混凝土强度等级为c30；其余各构件混凝土强度等级均为c25；钢筋型号见具体各构件计算书。图2-1 结构平面布置2.2 结构选型2.2.1 截面初选梁柱2.2.1.1 梁截面初选边跨梁： h取 取h=600；取b=250；中跨梁： h取 取h=400；取b=250；次梁： h取 取h=500；取b=200；2.2.1.2 柱截面初选对于较低设防烈度地区的多层民用框架结构，一般可通过满足轴压比限值进行截面设计。本设计中房屋高度h30，抗震等级为三级，轴压比取0.9，各层重力代表值近似取12/。由图2-1可知：边柱、中柱的受荷面积分别为a=3.157.2=22.68，a=4.357.2=31.32，则竖向荷载下柱截面面积为：边柱：nv=1.37.23.15121035=1769040/ac165176.5/(0.911.9)=165176.5mm2中柱：nv=1.257.24.35121035=2349000/ ac2349000/(0.911.9)=219327.7mm2选柱截面为2.2.2 结构计算简图根据地质资料确定基础顶面离室外地面为500，由此求得底层高为4.55，取号轴线横向框架计算简图如图2-2所示。图2-2 结构计算简图 第3章 荷载计算3.1 恒荷载计算梁重： 3.13 1.88 2.00 柱：自重+粉刷 6.58 墙体：自重+粉刷240厚 2.36 200厚 2.08 门、窗：木门： 0.1 其它： 0.4 3.1.1 屋面框架梁线荷载标准值屋面恒载标准值计算：小瓷砖地面 0.55 100140厚（2%找破）膨胀珍珠岩 100厚现浇钢筋混凝土屋面板 0.125=2.5 隔声纸板吊顶 0.18 _屋面恒荷 4.07 因此，作用在顶层框架梁上的线荷载为：g1wab=g1wcd=3.13g1wbc=1.88 g2wab=g2wcd= 14.65g2wbc=4.072.4=9.773.1.2 楼面框架梁线荷载标准值楼面恒载标准值计算:水泥花砖地面 0.60 100厚现浇钢筋混凝土楼板 0.10252.50 隔声纸板吊顶 0.18 _楼面恒荷 3.28 因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为：g1ab=g1cd=3.13+2.08(3.6-0.6)=9.37g1bc= 1.88g2ab=g2cd=3.283.6=11.81g2cd=3.282.4=7.873.1.3 屋面框架节点集中荷载标准值边 柱: 连系梁自重： 3.137.222.54 1高女儿墙自重及粉刷： 12.367.216.99 次梁传连系梁的集中传荷载： 1/2（6.3+6.3-3.6）1.84.07+21/26.339.27 连系梁传板的荷载 1/23.63.6/24.072=26.37 _顶层边节点集中荷载： 中 柱: 连系梁自重： 22.54 次梁传连系梁的集中传荷载： 39.27 连系梁传板的荷载 26.37+ 1/2（7.2+7.2-2.4）1/22.44.07=55.67 _ 顶层中节点集中荷载： 117.48 3.1.4 楼面框架节点集中荷载标准值边 柱: 窗、墙及粉刷： 1.82.10.42+2.36（7.2-0.45）（3.6-0.6）-1.82.12=32.97 次梁传连系梁的集中传荷载： 2.08（6.3-0.45）（3.6-0.5）1/21/2+ 1/2（6.3+6.3-3.6）1.83.28+21/26.3=42.30 连系梁传板的荷载： 1/23.63.61/23.282=21.25 框架柱自重及粉刷： 6.583.623.69 _中间层边节点集中荷载： ga=gd= 120.21中 柱: 连系梁自重： 22.54 内纵墙自重、粉刷及门重： 2.08（7.2-0.45）（3.6-0.6）-21.02.4+1.02.40.42=34.06 次梁传连系梁的集中传荷载： 42.30 连系梁传板的荷载： 21.25+ 1/2（7.2+7.2-2.4）1/22.43.28=44.87 框架柱自重及粉刷： 23.69 _中间层中节点集中荷载： gb=gc=167.46 汇总以上计算结果可得本框架在恒荷载作用下的计算简图如图31。图3-1 恒荷载作用下的计算简图3.2 活荷载计算pwab=pwcd=2.03.6=7.2 pwbc= 2.02.4=4.8 pab=pcd=2.03.6=7.2 pbc= 2.52.4=6.0 pwa=pwd=1/23.6+1/23.62+1/2(6.3+6.3-3.6) 3.6/2 2.0=29.16 pwa=pwd=29.16+1/2(7.2+7.2-2.4)1/22.42.0=43.56pa=pd=(3.61.8+1.81.8) 2.0=29.16 pb=pd=29.16+1/2(7.2+7.2-2.4) 1/22.42.5=47.16 与地震作用组合的活荷载pwab=pwcd=1.62 pwbc=0.452.4=1.08 pwab=pwcd=2.03.6=7.2 pwbc= 2.52.4=6.0 图3-2 活荷载作用下的计算简图3.3 风荷载计算由式（3-1）可算得风荷载的面荷载。 （3-1）其中因结构高度h30且高宽比1.5，故可取1.0；对于l形平面1.3；由规范查得 。将风荷载换算成作用框架每层节点的集中荷载，计算过程如表3-1所示。表3-1 风荷载计算层次z(m)()a()p()51.01.318.450.8090.4520.169.5441.01.314.850.740.4525.9211.2231.01.311.250.740.4525.9211.2221.01.37.650.740.4525.9211.2211.01.34.050.740.4527.5411.92本框架在风荷载作用下的计算简图如图33。图3-3 风荷载作用下的计算简图（）3.4 重力荷载代表值计算由设计资料可知，该工程所在地地震设防烈度为7度，框架抗震等级为三级、类场地，因此，本框架结构抗震模型可表示为5个集中质量的多自由度体系，各层楼盖、屋盖处的集中荷载代表值计算如下：屋面恒载+50%屋面雪载+屋盖纵横梁自重+屋面下半层的柱及墙体自重女儿墙自重4.0750.915.5+0.50.4550.915.5+3.13(327.6-2.48)+18.82.48+2.00715.5+2.361.8132.8+2.081.81.86.3+6.58321.8+2.36132.81=6288同理可得：=7165；=7165；=7165；=7525。=7525+7165+7165+7165+6288=35308本框架在地震作用下的计算简图如图34。图3-4 地震作用计算简图第4章 内力分析4.1 水平地震作用下内力计算4.1.1 框架刚度计算因为在计算结构地震作用时，需要确定结构假想位移，所以先计算框架刚度。考虑到现浇楼板作用，在计算梁的惯性矩时，取边跨框架梁惯性矩，中跨框架梁惯性矩，为矩形截面梁的截面惯性矩，框架采用c25混凝土（）。梁、柱的线刚度分别如表4-1、4-2所示。表 4-1 梁的线刚度计算砼强度c25截面跨度l/m边框架中框架 bh/mi/i/0.250.66.34.506.753.009.004.000.250.56.32.603.901.735.202.310.250.42.41.332.002.332.663.104.1.2 结构基本自振周期计算本工程主体结构的总高度为19.520.1，此情况不起控制作用，故取，跨间按t形截面，因为： 属第一类 t形截面=实配 216 =402 满足要求。将下部跨间的216伸入支座，作为支座负弯矩作用下的受压钢筋（），再计算相应的受拉钢筋。支座a：，=实配 218 。支座：=实配 218 满足要求。 。6.1.2 斜截面受剪承载力计算以顶层梁为例，最不利剪力为： 边跨截面尺寸验算： 则，满足。梁端加密区取两肢 hpb235 则， =222.5672.46。加密区长度取max(1.5h,500)=0.9，非加密区取两肢，中跨若梁端加密区取两肢则，=143.0728.91，加密区长度取max (1.5h,500 ) = 0.6，非加密区取两肢。各梁正截面、斜截面配筋列于表6-1、6-2中。表 6-1 梁正截面配筋计算层次截面m/实配钢筋/%第五层支座a-68.95402428218 （509）0.36-56.66402350218 （509）0.36ab跨中65.67-373216 （402）0.29支座-27.52226264214 （308）0.34bc跨中-13.51-127212 （226）0.25第四层支座a-144（982）0.7-99.83509859225 （982）0.7ab跨中83.95-513218 （509）0.36支座-49.86226496218 （509）0.36bc跨中-13.03-123212 （226）0.25第三层支座a-193.865091308325 （1473）1.05-124.81509800325 （1473）1.05ab跨中85.93-513218 （509）0.36支座-69.79226718222 （760）0.84bc跨中-13.03-123212 （226）0.25第二层支座a-242.296281703425 （1964）1.4-151.6628991425 （1964）1.4ab跨中91.35-546220 （628）1.07支座-90.47308969225 （982）1.09bc跨中-13.03-123214 （308）0.34第一层支座a-240.176031685225+222 （1742）1.24-179.36031196225+222 （1742）1.24ab跨中87.48-523616 （603）0.67支座-114.394021294225+122 （1362）1.4bc跨中-13.68-129216 （402）0.7表6-2 梁斜截面配筋计算层次梁号/梁端加密区非加密区实配钢筋长度/实配钢筋五层ab72.46332.20.04双肢0.9双肢bc28.91214.20.07双肢0.6双肢四层ab113.1332.20.28双肢0.9双肢bc52.74214.20.36双肢0.6双肢三层ab120.93332.20.38双肢0.9双肢bc73.25214.20.64双肢0.6双肢二层ab135.86332.20.47双肢0.9双肢bc94.76214.20.87双肢0.6双肢一层ab139.64332.20.56双肢0.9双肢bc119.35214.21.02双肢0.6双肢6.2 框架柱的截面设计6.2.1 剪跨比和轴压比验算表6-3 柱剪跨比轴压比验算柱号层次/a柱545041011.9117.1335.49239.58.050.0994127.6347.89369.87.060.1263136.4854.73544.06.080.2262163.0968.25848.45.830.3521211.6578.2611526.600.478b柱545041011.9119.7546.93249.96.220.1224138.7663.21460.26.010.2123161.5072.54666.85.430.2772191.0590.4810415.150.4321240.1592.5614156.330.587由表可知各柱的剪跨比（）和轴压比（）均满足规范要求。6.2.2 正截面承载力计算以第二层b柱为例，最不利内力组合为：第一组：m=149，n=483；第二组：m=33.39， n=1041；第三组：, 。采用对称配筋，纵筋采用hrb335级钢筋，混凝土保护层厚度取30，则40。 为大偏压。由曲线知大偏压的最不利组合为（ ），故该柱的最不利内力为第一组或第二组。第一组：调整后的组合与调整前相比取最不利，即 =149 ,=483 取20和偏心方向截面尺寸的l/30两者中的较大值，即450/30=15，故取=20。柱的计算长度 因 故应考虑偏心矩增大系数。对称配筋 第二组：取20和偏心方向截面尺寸的l/30两者中的较大值，即450/30=15，故取=20。因 故应考虑偏心矩增大系数。对称配筋 实配 （）总配筋率 满足要求。6.2.3 斜截面承载力计算以顶层b柱为例进行计算。由前可知，上柱柱端弯矩设计值对三级抗震等级，柱底弯矩设计值则框架柱的剪力设计值剪跨比则， 满足要求。 与相对的轴力n=1003，故取n=723柱端加密区箍筋选用四肢则最小体积配筋率 满足要求。各层柱的、正截面、斜截面配筋列于表6-4、6-5中。表 6-4 柱正截面配筋计算柱号层次内力组控制内力偏压对称配筋计算实配a柱五115.07106.23大1.1000.053115804252.04243.01大1.270.109124.8373.74149.62大1.0480.067578.8四153.54219.48大1.080.121170804245.2540.42大-3104.26362.82大1.1100.089602三1111.2479.82大1.1010.108253.7804240.031046大-3115.08375.39大1.080.156613二1129.11643.7大1.1210.165261.7804240.031046.06大-3133.2782.98大1.120.298599一1108.1475大1.110.216414.9 1030229.391152大-3194.2920.6大1.120.4191013.7b柱五115.07106.23大1.040.055599804252.04243.01大-373.74149.62大1.040.066599四153.54219.48大1.050.098698 1030245.2540.42大-3104.26362.82大1.0620.112980三170.89321.04大1.0690.141726.7 1030245.64838.76大-3124.03579.01大1.0640.1731020.7二 193.58437.84大1.0890.22773.6 1137246.091136.81大-柱号层次内力组控制内力偏压对称配筋计算实配b柱3142.47807.63大1.0860.2711060一182.18530大1.0940.2961047 1269233.581437.66小1.3570.55103117.81043.67大1.10.3651265续表 6-4表 6-5 柱斜截面配筋计算柱号层次控制内力斜截面抗剪承载力0.056n实配四肢a五30.171483.073.0611.050四42.14322.83.089.0317.690三46.52341.63.0102.6223.910二58.01654.63.0125.3040.490.052一66.52920.63.9123.0140.490.030b五39.89145.83.081.2310.890四52.43269.83.0113.6918.970.356三61.66379.53.0145.9226.570.481二76.91594.43.0173.3440.490.527一78.68902.43.9150.1240.490.297加密区长度按规范 max(450,l/6,500)=max(450,650,500), 取0.7，但对底层柱根，故柱根取 1.5.第7章 板的结构设计7.1 计算简图结构布置图见图7-1。图7-1 楼面板结构布置图7.2 楼面板设计7.2.1 荷载计算由前述第三章可知：3.28;2 。所以， 荷载设计值 g=1.23.28=3.94 q=21.42.8 q/2=1.4 g+q/2=5.34 g+q=6.74 。7.2.2 双向板设计表 7-1 双向板的内力计算区格gh3.63.76.56.50.550.57续表 7-17.2.2.1 弯矩设计值跨中最大弯矩当内支座固定时在g+q/2作用下的跨中弯矩值，与内支座铰支时在q/2作用下的跨中弯矩之和，混凝土泊松比取0.2，支座最大负弯矩为当内支座固定时g+q作用下的支座弯矩，各区格板的弯矩计算如表7-2所示。7.2.2.2 截面设计表 7-2 双向板的配筋计算项目/计算 实配 跨中g802.78184 251702.28172 251h802.97196 251701.99151 251支座g-h80-6.70443 503g-i80-7.80516 523g80-7.11470 50380-4.99330 503h80-7.44492 50380-5.27349 5037.2.3 次梁设计7.2.3.1 荷载计算恒载标准值：g=3.283.6+2+2.083.1=20.26活载标准值：q=23.6=7.2荷载设计值：g+q=1.220.26+1.47.2=34.397.2.3.2 计算简图图7-2 次梁计算简图7.2.3.3 内力及截面设计对支座弯矩乘0.85进行调幅，计算得：支座跨中第8章 楼梯设计8.1 平面布置图本框架的楼梯采用钢筋混凝土板式楼梯，其平面布置见图8-1。图 8-1 lt-1平面布置8.2 梯段板设计8.2.1 tb-1板的计算8.2.1.1 计算简图及截面尺寸板厚t=(1/251/30)=132110，t=120，踏步板的倾角：。8.2.1.2 荷载计算恒载标准值：荷载设计值：图8-2 tb-1板计算简图8.2.1.3 内力及截面设计正截面承载力计算：取，考虑到梯段板两端与梁的固结作用，板跨中的最大弯矩：/则： ，所以， 纵向受力钢筋配满足要求。斜截面承载力计算按下式计算得由此可证明，梯段板抗剪承载力较大，设计楼梯时不需对梯段板斜截面进行验算。8.2.2 tb-2（tb-3）板的计算8.2.2.1 计算简图及截面尺寸板厚t=(1/251/30)l=160133，取t=140，图8-3 tb-2板计算简图8.2.2.2 荷载计算根据构造要求，带平台梯段板上的荷载应按段分别计算：梯段板倾斜段，恒载标准值：梯段板平直段，恒载标准值：荷载设计值：平直段：倾斜段：8.2.2.3 内力及截面设计 平台板的最大弯矩及剪力查表得：时，选配 因为梯段板抗剪承载力较大，可不考虑梯段板的斜截面验算。8.3 ptb-1平台板设计8.3.1 计算简图及截面尺寸由于梯段板tb-1tb-3与ptb-1平台板间尺寸相差较大，对板ptb-1除应验算正弯矩作用下的承载力外，尚应验算负弯矩作用的影响。因此，有两种受力状态，第一种受力状态为单跨简支板，计算简图如图8-4(a)，第二种受力状态为两不等跨连续板，计算简图如图8-4(b)。取ptb-1板厚t=80，8.3.2 荷载及内力计算8.3.2.1 按第一受力状态计算荷载设计值：p=7.03按单跨简支考虑，验算平台板的正弯矩计算得： 取 满足要求。 (a) (b)图 8-4 ptb-1平台板计算简图8.3.2.2按第二受力状态计算由计算简图计算ptb-1平台板产生的最大负弯矩，图中ab跨为ptb-1平台板，bc跨为梯段板，内力计算时，ab跨活载为