框架结构设计含全套计算书

成都理工大学2012届本科毕业设计（论文）宜宾市屏山县龙华卫生院建筑及结构设计 作者姓名： 黄大兵 学 号：200803010401专 业： 土木工程（建筑方向） 指导老师：范涛 【摘要】由于框架结构的优点是建筑平面布置灵活，易于满足设置大空间的要求，立面处理也易于满足建筑艺术的要求，与其他结构相比，它是造价较低的一种结构体系。建筑物的外型由单一的矩形发展到了现在的L形、U形、弧形、原型等很多形状。建筑物的体型也由单一体型发展到了单元组合体型和复杂体型。因此，多层工业、民用和公共建筑均采用了框架结构体系。本设计主要对结构方案中横向第4轴框架进行了结构设计。在确定框架平面布置方式之后，首先进行了层间荷载标准值的计算，接着采用弯矩二次分配法计算得出竖向恒荷载和活荷载作用下的结构内力。然后，利用D值法求出在水平风荷载和地震作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。其次，对各种情况下的内力进行了组合，选取最安全的结果进行框架梁、框架柱截面的配筋计算。最后，利用PKPM和CAD软件绘制了框架结构的施工图。【关键词】 框架结构；结构设计；配筋键入文档的引述或关注点的摘要。您可将文本框放置在文档中的任何位置。可使用“文本框工具”选项卡更改重要引述文本框的格式。键入文档的引述或关注点的摘要。您可将文本框放置在文档中的任何位置。可使用“文本框工具”选项卡更改重要引述文本框的格式。Architectural and structuraldesign of the Longhuahospitals in YibinName : Huang Dabing Student No. : 200803010401Maior : Civil Engineering(Building Engineering) Supervisor : Fan TaoAbstract：Because of the advantages of frame structure of the building layout is flexible, easy to satisfy the requirements set large space, facade processing also easy to meet demand, the art of architecture, frame structure is a low cost structure compared with other structures. The figuration of the building changes from the single rectangular to L-shaped, U-shaped, arc, prototypes etc. The bodily form changes from single building to the unit combination shape size and complex shape. Therefore, the frame structure is adopted in multi-layer industrial and civil and public buildings.The 11th horizontal frame structure is designed in this design. After determining the frame layouts, the standard values of loads acting on the structure are calculated firstly. Then the internal forces of the structure caused by vertical constant load and live load are calculated by stratified sampling method. Then, the structural internal forces (moment, shear force and axial force).due to horizontal wind load is calculated by using a D value method. Secondly, the internal forces under various circumstances are combined. The security results are selected to calculate the reinforcement of frame beams and frame column. Finally, the shop drawing of the frame structure is drawn by PKPM and CAD software.Key words：Frame structure；Layering method； Reinforcement目 录第1章 前言11.1 设计的目的意义11.2 设计概况11.3 设计依据和设计深度11.4 结构方案在工程实践中的应用情况及本设计的方案1第2章 工程概况22.1 建筑设计22.1.1 设计依据22.1.2 项目概况22.1.3 平面设计22.1.4 立面设计22.1.5本工程采取的主要节能材料22.2 结构设计32.2.1工程概况32.2.2 荷载取用32.2.4 材料选用3第3章 一榀框架手算43.1 结构选型43.1.1 柱网布置43.1.2 框架结构承重方案的选择43.1.3 框架结构的计算简图43.1.4 梁、柱截面尺寸的初步确定53.2 重力荷载计算63.2.1 恒荷载标准值计算63.2.2活荷载标准值计算73.2.3各层重力荷载代表值计算83.3 框架侧移刚度计算83.3.1框架梁线刚度计算83.3.2框架柱线刚度计算93.3.3柱侧移刚度计算93.4 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算103.4.1结构顶点假想位移计算103.4.2水平地震作用及楼层地震剪力计算103.4.3各层梁端剪力计算113.4.4水平地震作用下框架内力计算113.5 横向风荷载作用下框架结构的内力和侧移计算133.5.1风荷载标准值计算133.5.2风荷载作用下框架侧移计算143.5.3风荷载作用下各层内力计算143.6竖向荷载作用下框架结构内力计算163.6.1荷载计算16i3.6.2柱纵向集中荷载计算183.6.3内力计算203.6.4 各节点弯矩分配系数的计算213.6.5 柱端弯矩的计算223.6.6 梁端弯矩的计算223.6.7简支梁跨中弯矩253.6.8梁、柱端剪力、柱轴力计算283.7 内力组合303.7.1 梁的内力组合表303.8 框架截面设计363.8.1 框架梁截面设计363.8.2 框架柱截面设计41第4章 PKPM电算与手算对比484.1 PKPM电算分析484.1.1 优点484.1.2 缺点484.2 手算分析484.2.1 优点484.2.2 缺点484.3框架梁配筋对比484.4框架柱配筋对比49结论50致谢51参考文献52键入文档的引述或关注点的摘要。您可将文本框放置在文档中的任何位置。可使用“文本框工具”选项卡更改重要引述文本框的格式。另附建筑施工图（10张） 建构施工图（7张）ii56第1章 前言1.1 设计的目的意义 土木工程专业（建筑方向）的毕业设计，是我们在毕业前的最后学习和综合训练阶段。完成设计类毕业设计，需要运用力学，房屋建筑学，结构设计等知识，完成设计的过程是对四年所学基础和专业知识综合、深化、拓宽的过程。通过本次设计，可以熟悉、掌握并应用设计规范及标准（或通用图集），掌握PKPM结构设计软件的基本设计原理和程序。1.2 设计概况此次我所做的毕业设计为3层钢筋混凝土框架结构的卫生院门诊楼，占地约四百平方米，建筑总面积约1158平方米；层高均为3.3米；平面尺寸32.6m11.3m。采用柱下独立基础，室内外高差0.45m。框架梁、柱、楼面、屋面板均为现浇。本设计包括该门诊楼的建筑及结构设计。1.3 设计依据和设计深度设计依据：民用建筑设计通则 GBJ37-87 建筑设计防火规范 GBJ16-87 高层民用建筑防火规范 GB50045-95 房屋建筑学 武汉理工大学出版社 其他相关规范、规程等资料1.4 结构方案在工程实践中的应用情况及本设计的方案多层建筑采用的结构可分为钢筋混凝土结构、钢结构、砌体结构、砖混结构等类型。根据不同的类型特点，正确选用材料，就成为经济合理地建造多层建筑的一个重要方面。本次毕业设计结合建筑自身的特点，决定采用钢筋混凝土结构。框架结构的优点是建筑平面布置灵活，框架结构可通过合理的设计，使之具有良好的抗震性能；框架结构构件类型少，易于标准化、定型化；可以采用预制构件，也易于采用定型模版而做成现浇结构，故结合本次设计的特点，采用框架结构体系的现浇结构。第2章 工程概况2.1 建筑设计2.1.1 设计依据屏山县规划和建设局对本工程方案设计的审批意见。建设单位与我院签定的建设工程设计合同书。甲方提供的屏山县龙华卫生院门诊楼 方案设计文件。现行的国家有关建筑设计规范、规程和规定，主要有：民用建筑设计通则GB50352-2005屋面工程技术规范GB50207-2002城市道路和建筑物无障碍设计规程JGJ50-2001综合医院建筑设计规范JGJ 49-88。公共建筑节能设计标准GB 50189-2005。2.1.2 项目概况本工程为屏山县龙华卫生院门诊楼 项目，设计的主要范围和内容为该工程的建筑结构、给排水、电气。不含二次装修设计。建筑基底面积：427.9m建筑总面积：1158m2建筑层数：地上3层。建筑总高:12.900m。建筑物合理使用年限:（50年） 建筑物抗震设防烈度:七度建筑物防火分类与耐火等级：乙类建筑，耐火等级：二级2.1.3 平面设计该工程是以门诊楼为主的单体建筑，故在设计中主要以满足医疗门诊，服务为主，平面布置为内廊式, 采光通风良好.交通设计合理、功能齐全、动静分区。2.1.4 立面设计建筑外型形体简洁、色彩明快，并力求。 建筑立面富有光阴、色彩变化，丰富建筑立面造型。2.1.5本工程采取的主要节能材料外墙：墙外保温(50厚FHP-Vc保温隔热板)。屋面：材防水保温屋面外墙门窗：框双玻塑钢门窗。地面：水保温地面。2.2 结构设计2.2.1工程概况场地地貌单一，地势平坦，无不良地质用地，场地及地基整体稳定，宜于建筑。本工程采用全现浇钢筋混凝土框架结构，框架抗震等级为三级。本工程按抗震设防烈度七度进行设计，设计基本地震加速度0.10g，地震分组为第二组，设计特征周期0.40s，二类场地。本工程建筑物为标准设防类（乙类）建筑。正常使用条件下，本建筑结构设计使用年限为50年。本工程采用柱下独立基础，持力层为中风化泥岩层。本工程建筑耐火等级为二级。2.2.2 荷载取用本工程的活荷载标准值上人屋面： 2.0KN/ m2 楼梯： 3.5KN/ m2不上人屋面： 0.5KN/ m2 走道： 2.5KN/ m2卫生间： 2.0KN/ m2 病房： 2.0KN/ m2档案室： 2.5KN/ m2 药房： 3.5KN/ m2基本风压：w0=0.30KN/m2,地面粗糙程度：B类。基本雪压：S0=0.25 KN/m2。2.2.4 材料选用混凝土：C30墙体：外围护墙采用250厚Mu5加气混凝土砌块，M5混合砂浆砌筑。内隔墙采用200厚Mu5页岩空心砖，M5混合砂浆砌筑。钢筋：HPB300-仅用于构造钢筋 HRB400-其他部位焊条：E50-用于HRB钢筋连接 E43-用于HPB钢筋或钢构件连接 第3章 一榀框架手算3.1 结构选型根据建筑的使用功能要求，工程采用钢筋混凝土框架结构，楼板、屋盖、楼梯均采用钢筋混凝土现浇。内外墙采用加气混凝土切块。3.1.1 柱网布置 标准层柱网布置图如3.1.1所示：图3.1.1 标准层柱网布置图3.1.2 框架结构承重方案的选择竖向荷载的传力途径：楼板的均布恒载和活载直接传至主梁，再由主梁传至框架柱，最后传至地基。根据以上楼盖的平面布置及竖向荷载的传力途径，此栋门诊楼框架的承重方案为纵向框架承重。3.1.3 框架结构的计算简图框架结构的计算单元如图所示，取轴上的一榀框架计算。假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。各层柱的截面尺寸相同，底层柱柱高从基础顶面算至二层楼面，基础顶面标高根据地质条件、室内外高差，定为-0.600m，二层楼面标高为3.300m，故底层柱高为3.900m。其余各层柱高从楼面算至上一层楼面，均为3.300m。框架结构计算单元简图如3.1.2所示：图3.1.2 框架结构的计算单元简图图3.1.3 计算单元里面示意图3.1.4 梁、柱截面尺寸的初步确定 横向框架梁截面尺寸确定 A-C跨： 取 hb=500，取bb=250，l0/hb=6000/500=124。 C-D跨： 取hb=500，取bb=250，l0/h0=2100/400=5.254。 次梁： 取hb1=400，取bb=200，l0/hb=2100/400=5.254。 纵向框架梁截面尺寸 主梁500mm250mm，400mm250mm。框架柱截面尺寸确定 bc=H/12=3600/12=300，取bc=hc=4003.2 重力荷载计算3.2.1 恒荷载标准值计算屋面面层：不上人屋面 卷材防水屋面 2.23 kN/ 结构层 0.1225=3.6kN/ 抹灰层 0.0217=0.34kN/ 合计 6.17kN/楼面面层： 水磨石地面 0.76 kN/ 结构层：100厚现浇钢筋混凝土板 0.125=2.5 kN/ 抹灰层：20厚混合砂浆刷乳胶漆 0.0217=0.34 kN/ 合计 4.1 kN/标准层梁自重（顶层）：bh=500250： 自重 250.25（0.50.1）3kN/m 抹灰 0.02（0.50.1）172=0.27kN/m 合计 3.27 kN/m（3.11 kN/m） bh=400200： 自重 250.2（0.40.1）=1.8 kN/m 抹灰 0.02(0.40.1）172=0.2 kN/m 合计 2.0 kN/m(1.87 kN/m) bh=400250: 自重 250.25（0.40.1）=2.25KN/m 抹灰 0.020.40.1）172=0.2 kN/m 合计 2.45KN/m(2.18 kN/m)bh=300200: 自重 250.25（0.30.1）=1.2KN/m 抹灰 0 .02(0.30.1）172=0.14 kN/m 合计 1.34KN/m(1.2 kN/m)bh=350200: 自重 250.25（0.350.1）=1.48KN/m 抹灰 0.02(0.350.1）172=0.16 kN/m 合计 1.64KN/m(1.54 kN/m)基础梁：bh=400250: 自重 250.250.4=2.5kN/m柱自重：bh=400400：自重 250.400.40=4 kN/m 抹灰 0.020.4174=0.55 kN/m 合计 4.55 kN/m外墙自重：墙体：180厚页岩实心砖砌块 0.1818=3.24kN/ 混合砂浆刷外墙漆 0.17 kN/ 水刷石外墙面 0.5 kN/ 合计 3.91 kN/内墙自重：墙体：180厚页岩实心砖砌块 0.1818=3.24kN/ 混合砂浆刷外墙漆 0.172=0.34 kN/ 合计 3.58 kN/女儿墙：墙体 1.40.1818=4.5 kN/抹灰 0.021721.4=0.95 kN/合计 5.49 kN/窗： 0.35 kN/3.2.2活荷载标准值计算本工程的活荷载标准值上人屋面： 2.0KN/ m2 楼梯： 3.5KN/ m2不上人屋面： 0.5KN/ m2 走道： 2.5KN/ m2卫生间： 2.0KN/ m2 病房： 2.0KN/ m2档案室： 2.5KN/ m2 药房： 3.5KN/ m2基本风压：w0=0.30KN/m2,地面粗糙程度：B类。基本雪压：S0=0.25 KN/m2。3.2.3各层重力荷载代表值计算G3=屋面板重+顶层梁重+女儿墙重+0.5(标准层墙重+标准层柱重)+0.5雪荷载 =1937.38+482.02+597.7+264.33+（892.69+440.84）0.5+314=4262.2kNG=楼板重+标准层梁重+标准层墙重+标准层柱重)+楼面活活载=1508.8+639.38+528.66+892.69+440.84+928.410.5=4474.58kNG=楼板重+标准层梁重+0.5(标准层和底层墙重+标准层和底层柱重)+0.5*基础梁重+楼面活活载=1508.8+639.38+528.66+892.69+928.410.5+263.5=4738.08N图3.2.1 各层重力荷载代表值3.3 框架侧移刚度计算3.3.1框架梁线刚度计算表3.3.1梁线刚度 截面跨度矩形截面惯性矩 I0边框架梁中框架梁hbLIb=1.5I0Ib=EIb/LIb=2I0Ib=EIb/L2505004.82.610-33.910-3243755.210-3325002505006.31.610-33.910-3185712.6610-3247623.3.2框架柱线刚度计算表3.3.2 柱线刚度层次截面 bchc层高 h（m）截面惯性矩 ic线刚度ic=EIc/h二、三层4004003.32.1310-319364底层4004003.92.1310-3163853.3.3柱侧移刚度计算表3.3.3 柱侧移刚度层次层高柱号柱根数一般层i=ib/2ic首层i=ib/ic一般层=i/2+i首层=（0.5+i）/(2+i)ic 104KN.M12/h2 1/m2D=aic*12/h2D楼层D104(kN.m)顶层3.3120.960.32 1.94 1.102 0.684 1.36830.102221.260.39 0.834 1.668322.220.53 1.133 2.266481.280.39 0.834 6.672581.68 0.46 0.983 7.864682.96 0.60 1.283 10.26二层3.3120.96 0.32 2.94 1.102 0.684 1.36830.102221.26 0.39 0.834 1.668322.22 0.53 1.133 2.266481.28 0.39 0.834 6.672581.68 0.46 0.983 7.864682.96 0.60 1.283 10.26首层3.9121.92 0.62 1.64 0.780 0.938 1.87633.118222.52 0.67 1.013 2.026324.44 0.77 1.165 2.33482.56 0.67 1.013 8.104583.36 0.72 1.089 8.712685.92 0.81 1.225 9.83.4 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算3.4.1结构顶点假想位移计算表3.4.1 结构顶点假想位移层次GiGiD层间侧移iGi/D34262.24262.23010200.01420.083824474.588736.783010200.0290.069614738.0813474.863311800.04060.0406 基本周期为：折减系数0=0.7T=3.4.2水平地震作用及楼层地震剪力计算设防烈度7度，类场地，设计地震分组为第二组，max=0.08g，Tg=0.40s由于故不考虑顶点附加地震作用多遇地震下楼层剪力和楼层弹性位移计算：表3.4.2 楼层剪力和弹性位移层次hiHiGi（KN）GiHi(KN.m)GiHi/ GjHjFi（KN）Vi(KN)33.310.54262.242195.780.48671.8671.823.37.24474.5829532.230.34475.91147.713.93.94738.0815635.660.18251.91399.6 结构底部剪力水平地震作用下的位移验算 3.4.3各层梁端剪力计算表3.4.3 各层梁端剪力3.4.4水平地震作用下框架内力计算框架柱的剪力按侧移刚度分配，柱端弯矩由平衡条件求出计算公式 (3-4-1) 柱下端弯矩: (3-4-2)柱上端弯矩： (3-4-3)计算结果见表3.4.4表3.4.4 地震作用下各层内力计算注：各柱轴力为相应层及以上层梁端剪力代数和。图3.4.1 水平地震作用下框架弯矩图（KN.m）图3.4.2 水平地震作用下框架剪力、轴力图(KN.m)3.5 横向风荷载作用下框架结构的内力和侧移计算3.5.1风荷载标准值计算B=6m 0=0.30kN/ k=zsz0（hi+hi）B表3.5.1 风荷载标准值zzzshihjk10.511.091.33.32.88.567.211.041.33.33.38.833.9111.33.33.98.49风荷载作用下位移验算标准层：底层：3.5.2风荷载作用下框架侧移计算表3.5.2 风荷载作用下框架侧移计算层次WjVjDujuj/h38.568.56310000.00031/1100028.8317.39310000.00061/550018.4925.88332700.00081/4125侧移验算：层间侧移最大值（满足要求）3.5.3风荷载作用下各层内力计算表3.5.3 风荷载作用下各层内力计算层次321hi(m)3.33.33.9vi(kn)8.5617.3925.88Dij(N/mm)310003100033270边柱ADi10.8340.8341.103Vi12.34.77.9k1.281.282.56yi0.4140.4640.622Mb4.48.39.8Mu3.17.216.2中柱CDi11.2831.2831.225Vi13.57.59.5k2.962.965.92yi0.450.50.55Mb6.411.914.1Mu5.211.917.2边柱DDi10.9830.9831.089Vi12.75.58.5k1.681.683.36yi0.4340.4840.55Mb59.412.6Mu3.98.815.4弯矩图、剪力图、轴力图分别如下：图3.5.1 风荷载作用下框架弯矩图（KN.m）图3.5.2风荷载作用下框架剪力、轴力图（KN.m）3.6竖向荷载作用下框架结构内力计算3.6.1荷载计算图3.6.1 板传荷载示意图=1-20.32+0.33=0.847 A-C 跨：屋面板传荷载： 恒载： A-B 6.173.3=17.25kN/m B-C 6.172.75/8=10.41 kN/m 活载： A-B 2.03.3=5.5 kN/m B-C 2.02.75/8=3.37 kN/m 楼面板传荷载： 恒载： A-B 4.13.3=11.46kN/m B-C 4.12.75/8=6.92 kN/m 活载： A-B 2.03.3=5.5 kN/m B-C 2.52.75/8=4.21 kN/m梁自重： 屋面梁3.11kN/m 楼面梁3.27 kN/m 框架梁均布荷载： 屋面梁： 恒载=梁自重板传荷载 A-B 17.25+3.11=20.36 kN/m B-C 10.41+3.11=13.52KN/m 活载=板传荷载 A-B 5.5 KN/m B-C 3.37 KN/m 楼面梁： 恒载=梁自重墙自重板传荷载 A-B 11.46+3.27=14.73 kN/m B-C 10.41+3.11=10.19KN/m 活载=板传荷载 A-B 5.5 KN/m B-C 4.21KN/m C-D跨：屋面板传荷载： 恒载：6.171.652=17.25kN/m 活载：2.01.652=5.5 kN/m楼面板传荷载： 恒载：4.11.652=11.46kN/m 活载：2.01.652=5.5 kN/m梁自重： 屋面梁3.11kN/m 楼面梁3.27 kN/m 框架梁均布荷载： 屋面梁： 恒载=梁自重板传荷载=3.1117.25=20.36kN/m 活载=板传荷载=5.5 kN/m 楼面梁： 恒载=梁自重板传荷载=3.27+11.46=14.73 kN/m 活载=板传荷载=5.5kN/m3.6.2柱纵向集中荷载计算 边柱A纵向集中荷载计算顶层柱恒载=女儿墙梁自重板传荷载=5.493.33.113.3+17.250.53.31.65=75.34kN顶层柱活载=板传活载=2.00.51.653.3=5.45kN标准层柱恒载=墙自重梁自重板传荷载=3.913.33.3+3.273.3+11.460.53.31.65=84.57KN标准层柱活载=板传活载=2.010.51.653.3=5.45kN基础顶面恒载=底层外墙自重+基础梁自重 =3.913.33.3+2.53.3=50.82KN中柱C纵向集中荷载计算顶层柱恒载=梁自重板传荷载= 3.113.317.250.53.31.622+10.412.64=84.71kN顶层柱活载=板传活载=2.03.30.51.6522.02.64=10.73KN标准层柱恒载=梁自重墙自重板传荷载=3.273.311.460.53.31.65+10.412.643.583.33.3 =99.25kN标准层柱活载=板传活载=2.03.30.51.65+2.52.64=12.05KN基础顶面恒载=底层内墙自重+基础梁自重 =2.53.3+3.583.33.3=47.24KN边柱D纵向集中荷载计算顶层柱恒载=女儿墙梁自重板传荷载 =5.493.33.113.3+17.250.53.31.65 =75.34kN顶层柱活载=板传活载=2.00.51.653.3=5.45kN标准层柱恒载=墙自重梁自重板传荷载=3.913.33.3+3.273.3+11.460.53.31.65=84.57KN标准层柱活载=板传活载=2.010.51.653.3=5.45kN基础顶面恒载=底层外墙自重+基础梁自重 =3.913.33.3+2.53.3=50.82KN次梁集中力：顶层 F=（1+3.11+3.15）3.3=23.95KN 标准层 F=（1+3.27+3.15）3.3=24.48KN竖向荷载作用下荷载分布图如下：图3.6.1 竖向恒载分布图图3.6.2 竖向活载分布图3.6.3内力计算 梁柱相对线刚度计算图3.6.3 梁柱相对线刚度3.6.4 各节点弯矩分配系数的计算 （3-6-1）顶层：A节点 C节点 D节点 二层：A节点 C节点 D节点 底层：A节点 C节点 D节点 3.6.5 柱端弯矩的计算 （3-6-2）公式中F为柱上集中荷载，为偏心距，即柱形心与梁形心的距离。3.6.6 梁端弯矩的计算梁端弯矩及剪力：弯矩：（3-6-3）剪力： （3-6-4）弯矩： （3-6-5）剪力： （3-6-6）弯矩计算结果见图3.6.4和图3.6.5 图3.6.4竖向恒载弯矩计算 图3.6.5 竖向活载弯矩计算3.6.7简支梁跨中弯矩 屋面梁 A-C恒载：活载：楼面梁 A-C恒载：活载：屋面梁 C-D恒载：活载：楼面梁 C-D恒载：活载： 各跨最大弯矩A-B梁屋面梁：楼面梁： B-C梁屋面梁： 楼面梁： 恒载（活载）下梁端及跨中弯矩：表3.6.1恒载（活载）下梁端及跨中弯矩层次A轴右梁C轴左梁C轴右梁D轴左梁A-C跨C-D跨333.16（2.47）40.26（3.27）36.11（1.68）26.55（1.28）50.12（17.2）48.58（16.38）241.84（3.31）53.64（3.27）41.46（2.55）31.24（1.36）52.26（16.88）49.63（16.54）146.25（2.98）58.45（3.35）45.25（2.6）35.06（2.18）49.84（17.12）46.32（16.61） 恒