《框架设计计算书》doc版.doc

框架结构办公楼设计摘 要本设计为一栋5层框架结构办公楼。在本设计中，主要进行了结构方案中横向框架5轴的抗震设计。在确定框架布局方案之后，首先根据设计资料进行了楼盖、屋盖以及次梁的设计，接着进行了结构方案中的室内楼梯设计，进而进行层间荷载代表值的计算，并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剪力的大小，进而求出在水平地震作用下的结构内力。接着计算竖向荷载作用下的结构内力并进行内力组合，选取最不利的组合进行计算配筋并绘图。此外，本设计还进行了基础承台和预制桩的设计，同时进行配筋计算和施工图的绘制。关键词：钢筋混凝土；框架；结构设计；抗震设计；桩基础Abstract This design is finished for an office building which is a five stories frame structure. The purpose of the design is to do the anti-seismic design in the longitudinal frame of axis 5. When the directions of the frames is determined, firstly according to the design data, the floor slab and second beam are designed, as well as the stairs. Then the weight of each floor 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 in the structure under the horizontal loads can be easily calculated. After the determination of the internal force can be made, whose purpose is to find the most adverse internal force to be the basis of protracting the reinforcing drawings of the components. The design of the pile foundation is also be approached by calculating the internal force and shop drawings are completed in the end.Keywords: Reinforced concrete; Frames; Structural design; Anti-seismic design; Pile foundation.目 录1 设计资料11.1 工程概况11.2 工程地质资料11.3 地震资料21.4 气象条件32 楼盖、屋盖设计32.1 设计资料32.2 楼盖、屋盖结构平面布置32.3 板的设计43 次梁设计103.1 设计资料103.2 楼面次梁103.3 屋面次梁124 楼梯设计134.1设计资料134.2楼梯平面布置134.3 梯段板的设计134.4 平台板的设计144.5 平台梁的设计155 水平地震作用下框架结构内力计算175.1 梁柱截面、梁跨度及柱高度的确定 175.2荷载计算 195.3水平地震作用下框架的侧向位移算225.4水平地震作用下横向框架结构内力分析286 竖向荷载作用下框架结构内力计算336.1恒荷载作用下框架内力计算336.2活荷载作用下框架内力计算436.3竖向荷载作用下梁端剪力及柱轴力计算487 横向框架内力组合497.1 内力组合原则497.2 框架内力调整588 截面设计618.1 梁截面设计618.2 柱截面设计659 基础设计719.1 荷载标准组合719.2 桩矩形承台设计719.3 预制桩设计75 9.4 连梁设计77 致谢79参考文献80821 设计资料1.1 工程概况 某五层办公楼为钢筋混凝土框架结构体系，建筑面积约4000m2左右。建筑物平面为一字形，受场地限制，宽度17m，长度46m。框架梁、柱、板均采用现浇混凝土。1. 2 工程地质资料 （1）、场地概况：拟建建筑场地已经人工填土平整，地形平坦，地面高程为4.6m。 （2）、地层构成：勘察揭露的地层，自上而下除第层为近期人工填土外，其余均属第四全新世海陆交互相沉积。勘察深度范围内所揭露的地层，厚度变化很小，分布较均匀，其各层概况为： 杂填土：以粘土为主，含大量垃圾和有机质，不宜作为天然地基，平均厚度2.5m。 淤泥质粉质粘土：深灰色，流塑状态。平均厚度7.1m。 细砂：以细砂为主，少量粉砂，含粘粒，饱和，松散稍密状。平均厚度为2.4m。 中砂：以中粗砂为主，饱和，属密实状态，承载力特征值为220kPa，工程地质性质良好，可作为桩尖持力层。本层未揭穿。 （3）、地下水情况：场地地下水在勘探深度范围内分上下两个含水层，第一含水层存于第层淤泥质粉质粘土层中，属上层孔隙滞水，水位高程约为4.2m；第二含水层主要存于第细砂层中，属孔隙潜水，具一定静水压力。经取水样进行水质分析，判定该地下水对混凝土无侵蚀性。 （4）、工程地质评价 场地土类型与场地类别：经计算，本场地15m深度以内土层平均剪切波速（按各层厚度加权平均）为Vsm=140160m/s，即场地土类型为中软场地土；另据区域资料表明，该场地覆盖层厚度Dov为60m，按建筑抗震设计规范划分该场地类别为II类土。 场地地基液化判别：第层细砂层为液化土层，IIE=11.3，属中等液化。 地基持力层选择与评价：第层杂填土不宜作为天然地基；第层淤泥质粉质粘土层为软弱下卧层；第层细砂层属中等液化土层，未经处理不可作为地基持力层；第层中砂层物理力学性质较好，可作为桩尖持力层。有关桩的设计和要求，详见建筑桩基技术规范（JGJ94-2008），各层土的承载力特征值及桩设计参数见下表。层序土层名称平均厚度（m）实际标贯击数/临界标贯击数承载力特征值沉管灌注桩预制桩桩侧阻力特征值桩端端阻力特征值桩侧阻力特征值桩端端阻力特征值fak（kPa）qsia（kPa）qpa（kPa）qsia（kPa）qpa（kPa）杂填土2.5淤泥质粉质粘土7.1652024细砂2.40.601502938中砂未揭穿220421600472100（5）、地基方案根据拟建建筑物的特点及场地岩土工程条件，基础形式可采用桩基础。建议采用层中砂作为桩尖持力层，桩型可考虑灌注桩或预制桩。1.3 地震资料 根据国家地震局审批的地震区划图及其说明，本场地属于强震区，其地震基本烈度为8度，设计基本地震的加速度为0.2g，设计地震分组为第一组。1.4 气象条件 基本风压0.75kN/m2，基本雪压02 楼盖、屋盖设计2.1 设计资料 （1）、屋面构造做法 4mm厚高分子卷材，20mm厚1:3水泥砂浆找平，60mm厚憎水珍珠岩保温层，20mm厚1:3水泥砂浆找平，50mm厚1:6水泥焦渣找坡，100mm厚钢筋混凝土楼板，20mm厚板底粉刷找平。 （2）、楼面构造做法 20mm厚水泥砂浆面层，100mm厚钢筋混凝土楼板，20mm厚石灰砂浆抹灰。 （3）、屋面、楼面活荷载标准值 上人屋面，均布活荷载标准值为2.0 楼面均布活荷载标准值：办公室为2.0，走廊为2.5 （4）、材料 混凝土强度等级C30，板中钢筋HPB235。2.2 屋盖、楼盖结构平面布置 采用现浇钢筋混凝土双向板肋梁楼盖，其平面布置图如下图，其中实线表示主梁，点划线表示次梁。图2-1 屋盖、楼盖结构平面布置图2.3 板的设计 （1）、荷载设计值 屋面板 a、活荷载设计值 q = 1.42.0 = 2.8 b、恒荷载设计值 4mm厚高分子卷材 0.0520mm厚1:3水泥砂浆找平 0.4 60mm厚憎水珍珠岩保温层 0.2420mm厚1:3水泥砂浆找平 0.4 50mm厚1:6水泥焦渣找坡 0.75100mm厚钢筋混凝土楼板 2.5 20mm厚板底粉刷找平 0.34小 计 4.7 恒荷载设计值 g = 1.24.7 = 5.64 g+q/2 = 5.64+2.8/2 = 7.04 q/2 = 2.8/2 = 1.4 g+q = 5.64+2.8 = 8.44 楼面板 a、活荷载设计值办公室 q = 1.42.0 = 2.8走 廊 q = 1.42.5 = 3.5 b、恒荷载设计值20mm厚水泥砂浆面层 0.4 100mm厚钢筋混凝土楼板 2.5 20mm厚石灰砂浆抹灰 0.34 小 计 3.24 恒荷载设计值 g = 1.23.24 = 3.89 办公室 g+q/2 = 5.29 q/2 = 1.4 g+q = 6.69 走 廊 g+q/2 = 5.64 q/2 = 1.75 g+q = 7.39 （2）、计算跨度 内跨：l0=lc (轴线间距离） 边跨：l0=lc (板在边支座与支承构件整浇） （3）、弯矩计算 跨中最大弯矩为当内支座固定时在g+q/2作用下的跨中弯矩值与内支座铰支时在q/2作用下的跨中弯矩值之和。支座最大负弯矩为当内支座固定时在g+q作用下的支座弯矩。本设计中混凝土的泊松比取0.2，楼盖边梁对板的作用为铰支座。 根据不同支承情况，整个楼盖可以分为A、B、C、D、E、F、G、H八种区格板，屋面板和楼面板的弯矩计算分别列于表2-1、表2-2中。各种区格板均按双向板计算。 屋面双向板弯矩计算（） 表2-1ABCDEFGHl01(m)3.33.33.33.32.42.43.33.3l02(m)4.54.54.54.54.54.54.54.5l01/l020.730.730.730.730.530.530.730.73m1（0.0404+0.20.0182）7.043.32+（0.0645+0.20.0309）1.43.32=4.454（0.0345+0.20.0202）7.043.32+（0.0645+0.20.0309）1.43.32=4.032（0.0339+0.20.0103）7.043.32+（0.0645+0.20.0309）1.43.32=3.834（0.0306+0.20.0123）7.043.32+（0.0645+0.20.0309）1.43.32=3.612（0.0402+0.20.0036）7.042.42+（0.0921+0.20.0196）1.42.42=2.434（0.0391+0.20.0049）7.042.42+（0.0921+0.20.0196）1.42.42=2.400（0.0371+0.20.0082）7.043.32+（0.0645+0.20.0309）1.43.32=4.048（0.0468+0.20.016）7.043.32+（0.0645+0.20.0309）1.43.32=4.911m2（0.0182+0.20.0404）7.043.32+（0.0309+0.20.0645）1.43.32=2.683（0.0202+0.20.0345）7.043.32+（0.0309+0.20.0645）1.43.32=2.745（0.0103+0.20.0339）7.043.32+（0.0309+0.20.0645）1.43.32=1.977（0.0123+0.20.0306）7.043.32+（0.0309+0.20.0645）1.43.32=2.080（0.0036+0.20.0402）7.042.42+（0.0196+0.20.0921）1.42.42=0.779（0.0049+0.20.0391）7.042.42+（0.0921+0.20.0196）1.42.42=0.822（0.0082+0.20.0371）7.043.32+（0.0309+0.20.0645）1.43.32=1.865（0.016+0.20.0468）7.043.32+（0.0309+0.20.0645）1.43.32=2.612m10.0968.443.32=-8.8240.08638.443.32=-7.9320.0768.443.32=-6.9850.07158.443.32=-6.5720.08318.442.42=-4.0400.0828.442.42=-3.9860.08058.443.32=-7.3990.10648.443.32=-9.779m100-6.985-6.572-4.040-3.986-7.3990m20-0.07378.443.32=-6.7740-0.05678.443.32=-5.2110-0.05718.442.42=-2.77600m2-0.07648.443.32=-7.022-6.774-0.05728.443.32=-5.257-5.211-0.0578.442.42=-2.771-2.77600 楼面双向板弯矩计算（） 表2-2ABCDEFGHl01(m)3.33.33.33.32.42.43.33.3l02(m)4.54.54.54.54.54.54.54.5l01/l020.730.730.730.730.530.530.730.73m1（0.0404+0.20.0182）5.293.32+（0.0645+0.20.0309）1.43.32=3.615（0.0345+0.20.0202）5.293.32+（0.0645+0.20.0309）1.43.32=3.298（0.0339+0.20.0103）5.293.32+（0.0645+0.20.0309）1.43.32=3.149（0.0306+0.20.0123）5.293.32+（0.0645+0.20.0309）1.43.32=2.982（0.0402+0.20.0036）5.642.42+（0.0921+0.20.0196）1.752.42=2.297（0.0391+0.20.0049）5.642.42+（0.0921+0.20.0196）1.752.42=2.270（0.0371+0.20.0082）5.293.32+（0.0645+0.20.0309）1.43.32=3.309（0.0468+0.20.016）5.293.32+（0.0645+0.20.0309）1.43.32=3.958m2（0.0182+0.20.0404）5.293.32+（0.0309+0.20.0645）1.43.32=2.182（0.0202+0.20.0345）5.293.32+（0.0309+0.20.0645）1.43.32=2.230（0.0103+0.20.0339）5.293.32+（0.0309+0.20.0645）1.43.32=1.652（0.0123+0.20.0306）5.293.32+（0.0309+0.20.0645）1.43.32=1.729（0.0036+0.20.0402）5.642.42+（0.0196+0.20.0921）1.752.42=0.761（0.0049+0.20.0391）5.642.42+（0.0921+0.20.0196）1.752.42=0.796（0.0082+0.20.0371）5.293.32+（0.0309+0.20.0645）1.43.32=1.568（0.016+0.20.0468）5.293.32+（0.0309+0.20.0645）1.43.32=2.129m10.0966.693.32=-6.9940.08636.693.32=-6.5690.0766.693.32=-5.7850.07156.693.32=-5.4430.08317.392.42=-3.5370.0827.392.42=-3.4900.08056.693.32=-5.8650.10646.693.32=-7.752m100-5.785-5.443-3.537-3.490-5.8650m20-0.07376.693.32=-5.6100-0.05676.693.32=-4.3160-0.05717.392.42=-2.43100m2-0.07646.693.32=-5.816-5.610-0.05726.693.32=-4.354-4.316-0.0577.392.42=-2.426-2.43100 （4）、截面设计 截面有效高度：选用8钢筋作为受力钢筋，则l01方向跨中截面的h01=81mm，l02方向跨中截面的h02=73mm，支座截面的h0=81mm。 截面设计用的弯矩：本设计所有区格的跨中和支座弯矩均不折减，为便于计算，近似取=0.95，。截面配筋计算结果及实际配筋列于表2-3、表2-4。 屋面双向板配筋计算 表2-3（)()()配筋实有（）跨中A区格l01方向814.454275.68160314.0l02方向732.683184.28160314.0B区格l01方向814.032249.58160314.0l02方向732.745188.58160314.0C区格l01方向813.834237.38160314.0l02方向731.977135.88160314.0D区格l01方向813.612223.58160314.0l02方向732.080142.88160314.0E区格l01方向812.434150.68160314.0l02方向730.77953.58160314.0F区格l01方向812.400148.58160314.0l02方向730.82256.48160314.0G区格l01方向814.048250.58160314.0l02方向731.865128.18160314.0H区格l01方向814.911303.98160314.0l02方向732.612179.48160314.0支座A-B81-7.022434.58110457.0A-C81-8.824546.1890559.0C-E/F81-6.985432.38110457.0C-D81-5.257325.38150335.0B-B81-6.774419.28110457.0B-D81-7.932490.98100503.0D-D81-5.211322.58150335.0D-F81-6.572406.78120419.0F/E-F81-2.776171.88160314.0E-G81-7.399457.98100503.0G-H81-9.779605.2880629.0 二五层楼面双向板配筋计算 表2-3（)()()配筋实有（）跨中A区格l01方向813.615223.78160314.0l02方向732.182149.88160314.0B区格l01方向813.298204.18160314.0l02方向732.230153.18160314.0C区格l01方向813.149194.98160314.0l02方向731.652113.48160314.0D区格l01方向812.982184.58160314.0l02方向731.729118.78160314.0E区格l01方向812.297142.18160314.0l02方向730.76152.38160314.0F区格l01方向812.270140.58160314.0l02方向730.79654.78160314.0G区格l01方向813.309204.88160314.0l02方向731.568107.78160314.0H区格l01方向813.958244.98160314.0l02方向732.129146.28160314.0支座A-B81-5.816359.98130387.0A-C81-6.994432.88110457.0C-E/F81-5.785358.08140359.0C-D81-4.354269.48160314.0B-B81-5.610347.28140359.0B-D81-6.569406.58120419.0D-D81-4.316267.18160314.0D-F81-5.443336.88140359.0F/E-F81-2.431150.48160314.0E-G81-5.865362.98130387.0G-H81-7.752479.78100503.03 次梁设计3.1 设计资料次梁截面尺寸为250mm400mm。混凝土强度等级C30，纵筋采用HRB400，箍筋采用HPB235，保护层厚度为25mm。次梁布置见楼板平面布置图（图2-1）。3.2 楼面次梁 （1）、荷载计算简图按五跨等跨连续梁计算，计算简图如图3-1。 图3-1 楼面次梁计算简图 （2）、荷载设计值 板传下来的恒载与活载 g+q = 6.69 每根次梁承重两侧板传来的各1/2荷载 = 26.693.3/2 = 22.08 kN/m 0.53.3/4.5=0.367 梯形荷载等效均布荷载 （1-20.3672+0.3673）22.08 = 17.22 kN/m 次梁自重 0.25（0.4-0.1）251.2 = 2.25 kN/m 次梁抹灰 0.02（0.4-0.1）2171.2 = 0.25 kN/m 小 计 19.72 kN/m 等效均布荷载图见图3-2图3-2 楼面次梁等效均布荷载图 （3）、内力计算 由混凝土结构中册附表6-4可直接查得弯矩系数和剪力系数。 弯矩设计值 跨中 M1 = 0.07819.724.52 = 31.15 M2 = 0.03319.724.52 = 13.18 M3 = 0.04619.724.52 = 18.37 支座 MB = -0.10519.724.52 = -41.93 MC = -0.07919.724.52 = -31.55 剪力设计值 VA = 0.39419.724.5 = 34.96 kN VBl = -0.60619.724.5 = -53.78 kN VBr = 0.52619.724.5 = 46.68 kN VCl = -0.47419.724.5 = -42.06 kN VCr = 0.50019.724.5 = 44.37 kN （4）、承载力计算 正截面受弯承载力 正截面受弯承载力计算时，跨内按T形截面计算，翼缘宽度取bf=l0/3=1500mm,各截面纵向受力钢筋均布置一排，h0=400-35=365mm。正截面承载力计算过程列于表3-1。经判别跨内截面均属于第一类T形截面。 次梁正截面受弯承载力计算 表3-1截 面1B2C3弯矩M (kNm)31.15-41.9313.18-31.5518.37 0.0110.0920.0050.0680.007333.5246.5 239.2108.7152.2实际配筋(mm2)312As =339312As =339312As =339312As =339312As =339 计算结果表明：均小于0.35，符合塑性内力重分布的设计原则；同时，也大于，故符合要求。 斜截面受剪承载力 ，故截面尺寸满足要求。 ，故只需按构造配置箍筋，选配6200双肢箍筋。3.3 屋面次梁 屋面次梁的计算方法与楼面次梁相同，其计算过程不再赘述，计算结果见表3-2。 屋面次梁配筋计算结果 表3-2截 面1B2C3实配纵筋(mm2)314As =461314As =461314As =461314As =461314As =461箍 筋选配6200双肢箍筋4 楼梯设计4.1 设计资料本设计为现浇板式楼梯，层高3.6m，楼梯间尺寸为6600mm3600mm，踏步尺寸为150mm300mm。采用C30混凝土，板采用HPB235钢筋，梁纵筋采用HRB400级钢筋。楼梯均布活荷载标准值。4.2 楼梯平面布置图4.3 梯段板设计 取板厚h=120mm。板倾斜角的正切tan=150/300=0.5，cos=0.894。取1m宽的板带计算。 （1）、荷载计算 活荷载设计值 q = 1.42.51 = 3.5恒荷载设计值水磨石面层 （0.30.15）0.65/0.3 = 0.98 kN/m三角形踏步 0.50.30.15250.3 = 1.88 kN/m混凝土斜板 0.12250.894 = 3.36 kN/m板底抹灰 0.02170.894 = 0.38 kN/m小 计 6.6 kN/m 恒荷载设计值 g = 1.26.6 = 7.92 kN/m 总荷载设计值 p = gq = 7.923.5 = 11.42 kN/m （2）、截面设计 板水平计算跨度l0 =3.3m，弯矩设计值 ,板的有效高度。，可以。 且选用10120，；分布钢筋每级踏步1根8。4.4 平台板设计 设平台板厚h=100mm，取1m宽的板带计算。 （1）、荷载计算活荷载设计值 q = 1.42.51 = 3.5 kN/m恒荷载设计值水磨石面层 0.65 kN/m100厚混凝土板 0.125 = 2.5 kN/m班底抹灰 0.0217 = 0.34 kN/m小 计 3.49 kN/m恒荷载设计值 g = 1.23.49 = 4.19 kN/m 总荷载设计值 p = gq = 4.193.5 = 7.69 kN/m （2）、截面设计 平台板的计算跨度l0 = 1.8-0.2/20.12/2 = 1.76m。弯矩设计值，可以。 按构造配筋，选用8160，4.5 平台梁设计 设平台梁截面尺寸为200mm400mm （1）、荷载计算活荷载设计值 q = 2.5（3.3/21.8/2）1.4 = 8.93 kN/m恒荷载设计值 梁自重 0.2（0.4-0.1）25 = 1.5 kN/m 梁侧粉刷 0.02（0.4-0.1）217 = 0.2 kN/m 平台板传来 3.491.8/2 = 3.14 kN/m 梯段板传来 6.63.3/2 = 10.89 kN/m 小 计 15.73 kN/m恒荷载设计值 g = 1.215.73 = 18.88 kN/m 总荷载设计值 p = gq = 18.888.93 = 27.81 kN/m（2）、截面设计计算跨度： 弯矩设计值：剪力设计值：截面按倒L型计算：梁的有效高度：经判别跨内截面均属于第一类T形截面。，可以。选配314，。 斜截面受剪承载力 ，故截面尺寸满足要求。 ，故只需按构造配置箍筋，选配6200双肢箍筋。5 水平地震作用下框架结构内力计算5.1 梁柱截面、梁跨度及柱高度的确定（1）、柱尺寸的确定 本设计框架抗震等级为二级，轴压比=0.8，柱最大负荷面积为4.5m4.5m，单位建筑面积上的重力荷载代表值近似取15，采用C30混凝土，则底层柱面积应满足：=取截面尺寸为600mm600mm。（2）、柱高度的确定 底层柱： h = 3.60.6 = 4.2 m 其他层柱：h = 3.6 m 横向框架计算简图及柱编号如图5-1所示。图5-1 横向框架计算简图及柱编号 （3）、梁的计算跨度 柱轴线间距离：l0=lc （4）、梁的编号与梁尺寸的确定梁的编号 梁的编号如下图5-2图5-2 框架梁的编号 梁的尺寸确定L1： h （1/121/8）6600(550825)mm ,取h=600mm b（1/31/2）h(200300)mm，取b300mm L1的截面尺寸取为300mm600mm。同理，取L2的截面尺寸取为300mm450mm。L3、L4的截面尺寸取为300mm600mm。 （5）、门窗尺寸的确定 门均采用钢框门，其单位面积的重量为0.4，洞口尺寸均为900mm2100mm。窗均采用钢框玻璃窗，其单位面积的重量为0.45，梁L2下的窗的尺寸为1200mm1800mm，梁L3下的窗的尺寸为3000mm1800mm，梁L4下的窗的尺寸为2400mm1800mm。5.2荷载计算（1） 顶层构件自重 屋面板重 （43.2+0.24）（15.6+0.24）4.7=3234.02 kN 女儿墙重 自重 0.24（43.2+15.6）21.219 =643.51kN 抹灰 0.02（43.2+15.6）21.2172=95.96kN 小 计 739.47kN 顶层梁重 纵向梁自重 0.3 (0.6-0.1) (4.5-0.6) 32+0.3(0.6-0.1) (3.6-0.6) 8 25=573kN 纵向梁抹灰0.02(0.6-0.1) (4.5-0.6) 232+0.02(0.6-0.1) (3.6-0.6) 28 17=51.95kN 横向梁自重0.3(0.6-0.1) (6.6-0.6) 22+0.3(0.45-0.1) (2.4-0.6) 11 25=558.11kN 横向梁抹灰0.02(0.6-0.1) (6.6-0.6) 222+0.02(0.45-0.1) (2.4-0.6) 211 17=50.60kN 次梁自重0.25(0.4-0.1)(4.5-0.3)16+0.25(0.4-0.1)(3.6-0.3）225 =138.38kN 次梁抹灰0.02(0.4-0.1)(4.5-0.3)216+0.02