钢筋混凝土框架结构土木工程毕业设计计算书.doc

目录【摘要】 5【关键词】5一、 结构选型61.1板61.2梁61.3柱的截面尺寸6二、重力荷载计算72.1屋面及楼面恒载标准值72.1.1屋面恒载标准值72.1.2楼面恒载标准值72.2屋面及楼面活载标准值82.3重力荷载计算82.3.1门、窗重力荷载82.3.2墙重力荷载102.4各质点重力荷载计算12三、横向框架侧移刚度计算133.1梁线刚度计算133.2柱线刚度计算133.3各层侧向刚度计算14四、 水平地震作用下横向框架结构内力与侧移计算164.1横向自振周期计算164.1.1 能量法计算自震周期164.1.2顶点位移法计算自震周期174.2水平地震作用及楼层地震剪力计算174.3水平地震作用下位移计算194.4剪重比验算204.5水平地震作用下框架内力计算20五、风荷载作用下横向框架结构内力与侧移计算255.1风荷载标准值255.2风荷载作用下的水平位移验算265.3风荷载作用下的框架内力计算27六、竖向荷载作用下框架结构内力计算336.1计算单元336.2荷载计算336.2.1恒载计算336.2.2 活载计算356.3内力计算366.3.1梯形荷载转化成等效荷载366.3.2采用分层法计算竖向荷载下的结构内力36七、横向框架作用效应组合567.1内力组合方式的确定567.2 框架梁内力组合577.2.1内力换算及梁端负弯矩调幅577.2.2框架梁的内力组合617.3框架柱的内力组合65八、截面计算728.1设计信息728.2横向框架梁配筋计算728.2.1框架梁正截面承载力计算728.2.2梁斜截面承载力计算768.3横向框架柱配筋计算778.3.1框架柱的剪跨比及轴压比验算778.3.2 框架柱正截面承载力计算788.3.3框架柱斜截面承载力计算878.4框架节点抗震设计90九、板的计算939.1楼面板配筋计算939.2屋面板配筋计算102十、楼梯设计10710.1设计信息10710.2梯段板设计10710.2.1尺寸确定10810.2.2荷载计算10810.2.3内力计算10910.3平台板设计10910.3.1尺寸确定10910.3.2荷载计算10910.3.3内力计算11010.3.4配筋计算11110.4平台梁计算11210.4.1尺寸确定11210.4.2荷载计算11210.4.3内力计算11210.4.4配筋计算112十一、基础设计11411.1设计信息11411.2单桩承载力设计值11511.3桩基础设计11511.3.1基础尺寸确定11511.3.2桩承台底面尺寸设计11611.4承台抗弯计算和配筋设计11611.4.1求荷载设计值11611.4.2承台设计及材料11711.4.3 I-I与II-II截面验算11711.5承台抗弯计算和配筋设计11811.5.1柱对承台的向下冲切验算11811.5.2角桩冲切验算118【参考文献】120致谢121英文摘要和关键词错误!未定义书签。6121【摘要】本工程为*钢筋混凝土框架结构，共8层，首层高3.3m,其余各层层高均为3.3m，室内外高差为0.45m。建筑高度为26.4m。该办公大楼内外墙均采用混凝土空心小砌块，内外墙厚为190mm。结构设计使用年限为50年，设计基准期为50年。所在地区的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g；建筑场地为二类，设计地震分组为第一组，地面粗糙度B类。基本风压为0.75kN/m2,地基承载力特征值为200kPa，持力层为含水比小于0.8的红黏土，无软弱下卧土层，不考虑地下水的影响。混凝土结构的环境类别为：基础为二a类，其它构件均为一类，基础采用独立基础和联合基础。【关键词】办公大楼 框架结构 抗震等级 桩基础 1、 结构选型1.1板板采用C30混凝土浇注。根据混凝土结构设计规范:当长边与短边长度之比不大于2.0时,应按双向板计算;当长边与短边长度之比大于2.0,但小于3.0时宜按双向板计算。对于双向板，一般不做刚度验算时板的要求，l1为双向板的短向计算跨度。综合考虑，板的厚度均取为。1.2梁 梁采用C30混凝土浇注。高规规定：框架结构主梁截面高 ，次梁截面高度 ，确定，梁净跨与截面高度之比不宜小于4，高宽比不宜大于4。由此估算的梁截面尺寸如下： 主梁 bh=300mm 600mm 一级次梁 bh=250mm500mm二级次梁 bh=250mm400mm 1.3柱的截面尺寸柱的混凝土强度为C40，该框架结构总高度小于30m，抗震设防烈度为7度，查抗震规范知该结构抗震等级为二级，轴压比为0.75，各层荷载标准值为12kN/m214kN/m2,取13kN/m2。首层柱的最大负荷面积分别为5.4m 6.0m由轴压比公式可计算各柱尺寸，C40混凝土fc=19.1N/mm2柱子截面取为正方形，开方得485mm，为方便计算，取边柱截面尺寸为500mm 500mm 对于角柱，虽然负荷面积较小，但由于角柱受双向偏心荷载的作用，受力复杂，并考虑结构的整体性（抗扭转），截面尺寸亦取为500mm 500mm其余层柱，经过优化，取450mm 450mm。二、重力荷载计算2.1屋面及楼面恒载标准值2.1.1屋面恒载标准值饰面层：10厚防滑地砖，素水泥浆擦缝 0.55kN/m2结合层：20厚1:3水泥砂浆 0.01m 20kN/m3=0.2kN/m2隔热层：50厚的膨胀珍珠岩隔热层 0.05m 6kN/m3=0.3kN/m2防水层：2厚聚胺脂防水涂料 0.2kN/m2找平层：20厚1:2.5水泥砂浆 0.02m 20kN/m3=0.4kN/m2结构层：120厚钢筋混凝土屋面板 0.12m 25kN/m3=3kN/m2 管道荷载 0 .5kN/m2 _合计 gk=5.15 kN/m2 2.1.2楼面恒载标准值饰面层：10厚地砖，素水泥浆擦缝 0.55kN/m2找平结合层：25厚1:3水泥砂浆 0.025m 20kN/m3=0.5kN/m2结构层：100厚钢筋混凝土楼面板 0.10m 25kN/m3=2.5kN/m2顶棚抹灰：15厚水泥石灰浆打底5厚纸筋灰批面 0.02m 17kN/m3=0.34kN/m2 管道荷载 0 .5kN/m2 _合计 gk=4.39kN/m2 卫生间恒载标准值：10厚瓷砖，白水泥勾缝： 0.55kN/m2 30厚1:4干硬性水泥砂浆： 0.03m 20kN/m3=0.6kN/m2 平均25厚C20混凝土0.5%找坡 0.025m 20kN/m3=0.625kN/m220厚1:2.5水泥砂浆找平 0.02m 20kN/m3=0.4kN/m21.5厚防水涂料 0.2kN/m2100厚钢筋混凝土板 0.10m 25kN/m3=2.5kN/m220厚板底粉刷 0.02m 17kN/m3=0.34kN/m2恒载标准值： gk=5.22kN/m2 _ 卫生间盎洗室浴室面积： 楼梯面积： 普通楼面面积：总屋面面积：2-7层楼面永久荷载：8层楼面永久荷载：7层屋面永久荷载：8层屋面永久荷载： 2.2屋面及楼面活载标准值上人屋面活载标准值：qk=2.0kN/m2 不上人屋面活载标准值：qk=0.5kN/m2楼面均布活载标准值：qk =2.0 kN/m2 ，走廊、档案室及门厅为qk =2.5kN/m2楼梯： qk =3.5kN/m22-7层楼面可变荷载：8层楼可变荷载 ： 8层屋面可变荷载： 2.3重力荷载计算2.3.1门、窗重力荷载M1钢门带上窗，单位面积重力荷载： M3627单位面积重力荷载：M2钢门带上窗，单位面积重力荷载： FM1521单位面积重力荷载：M3钢门带上窗，单位面积重力荷载：所有窗都采用钢框玻璃窗，单位面积重力荷载：表2.3.1门窗尺寸数量统计首层门窗表类型设计编号洞口尺寸(mm)数量普通门M11000X250030M2800X25006M3900X25004M36273600X27001乙级防火门FM乙15211500X21002普通窗C11800X180035C21500X18006C33600X18002C5600X9004标准层门窗表类型设计编号洞口尺寸(mm)数量普通门M11000X250032M2800X25006M3900X25004乙级防火门FM乙15211500X21002普通窗C11800X180035C21500X18006C33600X18003C5600X9004顶层门窗表类型设计编号洞口尺寸(mm)数量普通门M11000X250012乙级防火门FM乙15211500X21002普通窗C11800X120016C43600X18006表2.3.2门窗重力荷载计算门窗重力荷载计算楼层门面积（m2）单位面积重力荷载（kN/ m2）门重力荷载（kN）窗面积（m2）单位面积重力荷载（kN/ m2）窗重力荷载（kN）1105.720.4547.574144.720.4565.1242107.30.4548.285151.20.4568.043107.30.4548.285151.20.4568.044107.30.4548.285151.20.4568.045107.30.4548.285151.20.4568.046107.30.4548.285151.20.4568.047107.30.4548.285151.20.4568.04836.30.4516.33573.440.4533.048总785.823.6353.621125.363.6506.412.3.2墙重力荷载外墙面： 外墙面采用条形无釉面砖 混泥土空心小砌块 10厚面砖，素水泥浆擦缝 外墙两侧20mm厚抹灰 外墙单位墙面重力荷载： 内墙面： 墙体采用混泥土空心小砌块 内墙两侧20mm厚抹灰 内墙单位墙面重力荷载： 女儿墙： 墙体采用加气混凝土砌块 外墙面瓷砖贴面 内墙面20mm厚抹灰 单位墙面重力荷载：11.8 kN/m3 0.19m + 0.5kN/m2 +0.34kN/m2=3.08 kN/m2 首层外墙总面积： 首层内墙总面积： 标准层外墙总面积： 标准层内墙总面积： 顶层外墙总面积： 顶层内墙总面积： 女儿墙总面积： 其重力荷载为： 表2.3.3内外墙重力荷载计算外墙重力荷载计算楼层表总面积门面积窗面积外墙面积单位墙重力荷载外墙重力荷载（m2）（m2）（m2）（m2）（kN/ m2）（kN）1541.179.72142.56388.893.421330.002463.860149.04314.823.421076.683463.860149.04314.823.421076.684463.860149.04314.823.421076.685463.860149.04314.823.421076.686463.860149.04314.823.421076.687463.860149.04314.823.421076.688267.846.373.44188.13.42643.30总3592.1716.021110.242465.9127.368433.41内墙重力荷载计算楼层表总面积门面积窗面积内墙面积单位墙重力荷载内墙重力荷载（m2）（m2）（m2）（m2）（kN/ m2）（kN）1428.1962.16329.942.92963.422463.86107.32.16354.42.921034.853463.86107.32.16354.42.921034.854463.86107.32.16354.42.921034.855463.86107.32.16354.42.921034.856463.86107.32.16354.42.921034.857463.86107.32.16354.42.921034.858281.34300251.342.92733.91总3492.6769.815.122707.6823.367906.432.3.3梁、柱重力荷载表2.3.4梁柱重力荷载标准值梁柱重力荷载标准值楼层构件跨度b(m)h(m)(kN/m3)g(kN/m3)1主梁6m0.30.5251.053.945.8561278.9主梁2.4m0.30.5251.053.942.212103.95主梁3m0.30.5251.053.942.818198.45主梁5.4m0.30.5251.053.945.222450.452223.38次梁6m0.250.4251.052.635.810152.25次梁3m0.250.3251.051.972.8422.05次梁2.4m0.250.3251.051.972.2417.325框架柱0.50.5251.16.884.6662087.252087.2527主梁6m0.30.5251.053.945.8561278.9主梁2.4m0.30.5251.053.942.212103.95主梁3m0.30.5251.053.942.818198.45主梁5.4m0.30.5251.053.945.222450.452223.38次梁6m0.250.4251.052.635.810152.25次梁3m0.250.3251.051.972.8422.05次梁2.4m0.250.3251.051.972.2417.325框架柱0.450.45251.15.573.2661176.121176.128层主梁6m0.30.5251.053.945.832730.8主梁2.4m0.30.5251.053.942.2869.3主梁3m0.30.5251.053.942.800主梁5.4m0.30.5251.053.945.212245.71093.58次梁6m0.250.4251.052.635.8230.45次梁3m0.250.3251.051.972.800次梁2.4m0.250.3251.051.972.2417.325框架柱0.450.45251.15.573.232570.24570.24注：表中为考虑梁、柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数，g为单位长度构件重力荷载，n为构件数量；h取梁高减去板厚，梁的li取净跨，柱的li取层高减去板厚，其中首层柱l1=4.7-0.1=4.60。2.4各质点重力荷载计算表2.4.1各质点重力荷载计算永久荷载可变荷载门窗外墙内墙梁柱合计1层下0047.60665.0481.701043.62237.91层上4981.22540.00.065.1665.0481.72223.41043.612000.02层下0048.30538.3517.40588.11692.12层上4981.22540.00.068.0538.3517.42223.4588.111456.43层下0048.30538.3517.40588.11692.13层上4981.22540.00.068.0538.3517.42223.4588.111456.44层下0048.30538.3517.40588.11692.14层上4981.22540.00.068.0538.3517.42223.4588.111456.45层下0048.30538.3517.40588.11692.15层上4981.22540.00.068.0538.3517.42223.4588.111456.46层下0048.30538.3517.40588.11692.16层上4981.22540.00.068.0538.3517.42223.4588.111456.47层下0048.30538.3517.40588.11692.17层上5195.32265.20.068.0538.3517.42223.4588.111395.78层下0016.30729.7367.00285.11398.18层上2981.2289.40.033.0321.7367.01093.6285.15371.0各质点重力荷载代表值质点12345678142381314913149131491314913149130886769三、横向框架侧移刚度计算取轴线一榀框架进行计算。框架梁的截面尺寸皆为：300mm 600mm，底层框架柱截面尺寸皆为：500mm500mm，其余框架柱截面尺寸皆为：450mm450mm。假定框架柱嵌固于基础顶面上。底层柱高从基础顶面算至二层楼面，室内外高差为-0.45m，基础顶面至室外地坪的距离通常为-0.50m为方便计算，取基础顶面至室外地坪的距离为-0.95m，二层楼面标高为+3.300m，故底层柱高为3.3+0.45+0.95=4.70m，其余各层柱高从楼面算至上一层楼面（即层高），故均为3.3m。由此可绘出框架的计算简图，如图3.1所示。 图3.1 横向框架计算简图3.1梁线刚度计算本设计为现浇楼板，对于现浇楼板，边框架梁截面惯性矩取I=1.5I0，中间框架梁截面惯性矩取I=2.0I0，梁线刚度,框架梁截面的惯 梁采用C30混凝土，则Ec=3.0 x 104N/mm2表3.1框架梁线刚度ib计算类别Ec(N/mm2)bh(mm2)Ib (mm4)l(mm)1.5EcIb/l(kNm)2.0 EcIb/l(kNm)首层边跨3.01043006005.4 1096000 首层中跨3.01043006005.4 1092400 余层边跨3.01043006005.4 1096000 余层中跨3.01043006005.4 1092400 3.2柱线刚度计算框架柱截面惯性矩为：框架柱采用C40混凝土，则Ec=3.25 104N/mm2表3.2框架柱线刚度ic计算类别Ec(N/mm2)b h(mm2)Ic (mm4)hc(mm)EcIc/h(Nmm)首层柱3.251045005004700其余柱3.2510445045033003.3各层侧向刚度计算各层侧向刚度采用D值法计算，, 式中为柱抗侧移刚度修正系数，刚度修正系数，按柱抗侧移刚度修正系数表计算。令中跨梁线刚度，则边框架和中间框架各杆件的相对线刚度如下图 图3.3.1中间框架相对线刚度图 图3.3.2边框架相对线刚度图表3.3 框架柱侧移刚度D值框架柱位置柱数量niD(kN/m)8层中框架底层边柱161.500.5711173.27底层中柱165.250.7915508.75余层边柱161.600.4416519.12余层中柱165.610.7427374.157层边框架底层边柱41.120.5210167.62左底层中柱43.930.7514607.92右底层中柱22.250.6512652.29余层边柱41.000.3312378.33左余层中柱44.200.6825153.48右余层中柱20.940.3211838.677层中间框架底层边柱121.500.5711173.27左底层中柱105.250.7915508.75右底层中柱63.000.7013687.69余层边柱101.000.3312378.33左余层中柱105.610.7427374.15右余层中柱41.250.3814268.62将上述不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，即得各层层间侧移刚度。如表3.4。表3.4 横向框架层间侧移刚度楼层12345678922612 1330696 1330696 1330696 1330696 1330696 1330696 702292 ，首层刚度比不满足要求,将首层当作薄弱层处理，薄弱层地震剪力需放大1.25倍。4、 水平地震作用下横向框架结构内力与侧移计算4.1横向自振周期计算4.1.1 能量法计算自震周期 横向自振周期采用顶点位移法计算，计算公式如下： 表4.1 结构顶点的假想侧移计算楼层86769998407022920.1420.4297130889307113306960.0700.2876131497998313306960.0600.2175131496683413306960.0500.1574131495368513306960.0400.1073131494053613306960.0300.0662131492738713306960.0210.036114238142389226120.0150.0154.1.2顶点位移法计算自震周期 故取基本周期T1=0.789s4.2水平地震作用及楼层地震剪力计算该办公楼框架的质量和刚度沿高度分布比较均匀、高度不超过40m，故采用底部剪力法计算横向水平地震作用。办公楼所在地区的抗震设防烈度为7度，建筑场地为二类，设计地震分组为第一组，地面粗糙度B类。查抗震设计规范可知：水平地震影响系数最大值max=0.08，特征周期 故地震影响系数为：结构等效总重力荷载代表值按下式计算： 故结构底部总横向水平地震作用标准值为：因T1=0.789s 1.4Tg=0.49s，故需考虑顶部附加水平地震作用。故顶部附加地震作用系数：则顶部附加水平地震作用，作用于主体结构顶部，即第8层。各质点水平地震作用标准值按式计算，如表4.2所示。表4.2 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算楼层Hi(m)Gi (kN)GiHi (kNm)Fi (kN)V i (kN)827.86769188178.20.12781.87781.87724.5130883206560.21591.311373.19621.213149278758.80.18514.051887.24517.913149235367.10.15434.032321.27414.613149191975.40.13354.022675.29311.313149148583.70.10274.002949.2928131491051920.07193.983143.2714.71423866918.60.04123.404083.34注意：首层是薄弱层，地震剪力放大1.25倍 （1）重力荷载代表值 （2）水平地震作用分布 （3）楼层地震剪力分布 图4.1 横向水平地震作用及楼层地震剪力4.3水平地震作用下位移计算水平地震作用下框架结构的层间位移ui和顶点位移ui分别按下列公式计算： 各层层间弹性位移角，根据抗震规范，考虑填充墙抗侧力作用的框架结构，层间弹性位移角限值。表4.3 横向水平地震作用下的位移验算楼层Vi(kN)(kN)(mm)(mm)hi(mm)8781.87702292.311.1116.3233001/296471373.191330696.121.0315.2133001/319861887.241330696.121.4214.1833001/232752321.271330696.121.7412.7633001/189242675.291330696.122.0111.0133001/164132949.291330696.122.229.0033001/148923143.271330696.122.366.7933001/139714083.34922611.934.434.4347001/1062可见，最大层间弹性位移角发生在第一层，=0.016，满足要求。4.5水平地震作用下框架内力计算取轴框架为例计算，计算过程相见表4.5-4.9。框架柱端剪力和弯矩按以下公式计算：Vij 第i层第j根柱所分配的地震剪力Dij 第i层第j根柱的侧移刚度、柱的下、上端弯矩 h该层柱的计算高度y各柱反弯点高度比y0标准反弯点高度比y1因上、下层梁刚度变化的修正值y2因上层层高变化的修正值y3因下层层高变化的修正值表4.5 A、D轴框架柱反弯点高度比计算楼层h(m)y0y1y2y3yyh(m)83.31.6030.3800000.3801.2573.31.6030.4300000.4301.4263.31.6030.4500000.4501.4953.31.6030.4800000.4801.5843.31.6030.4800000.4801.5833.31.6030.5000000.5001.6523.31.6030.50000-0.0450.4551.5014.71.4990.6000000.6002.82表4.6 B、C轴框架柱反弯点高度比计算楼层h(m)y0y1y2y3yyh(m)83.35.609 0.45 0000.450 1.49 73.35.609 0.50 0000.500 1.65 63.35.609 0.50 0000.500 1.65 53.35.609 0.50 0000.500 1.65 43.35.609 0.50 0000.500 1.65 33.35.609 0.50 0000.500 1.65 23.35.609 0.50 0000.500 1.65 14.75.247 0.55 0000.550 2.59 表4.7 A、D轴框架柱端弯矩及剪力计算楼层Vi(kN) (kN/m)Dim(kN/m)Dim/Vim(kN)yh(m) (kNm) (kNm)8781.87 702292 16519 0.024 18.391 1.25 37.63 23.06 71373.19 1330696 16519 0.012 17.047 1.42 32.06 24.19 61887.24 1330696 16519 0.012 23.428 1.49 42.52 34.79 52321.27 1330696 16519 0.012 28.816 1.58 49.45 45.64 42675.29 1330696 16519 0.012 33.211 1.58 56.99 52.61 32949.29 1330696 16519 0.012 36.612 1.65 60.41 60.41 23143.27 1330696 16519 0.012 39.020 1.50 70.18 58.59 14083.34 922612 11173 0.012 49.451 2.82 92.97 139.45 表4.8 B、C轴框架柱端弯矩及剪力计算楼层Vi(kN) (kN/m)Dim(kN/m)Dim/DiVim(kN)yh(m) (kNm) (kNm)8781.87702292273740.03930.4761.4955.3145.2671373.191330696273740.02128.2481.6546.6146.6161887.241330696273740.02138.8231.6564.0664.0652321.271330696273740.02147.7521.6578.7978.7942675.291330696273740.02155.0341.6590.8190.8132949.291330696273740.02160.6711.65100.11100.1123143.271330696273740.02164.6611.65106.69106.6914083.34922612155090.01768.6392.59145.17177.43框架梁端弯矩、剪力及框架柱轴力计算：梁端弯矩可按节点弯矩平衡条件，将节点上下柱弯矩之和按左右梁的线刚度比例分配。(1)边节点： 顶部节点： 一般边节点： (2)中节点： ，梁端剪力： 柱轴力：表4.9 框架梁端弯矩、剪力及框架柱轴力计算楼层边跨梁（A、B和C、D轴间）中间跨梁（B、C）柱轴压力NlVblVb边柱（A轴）中柱（B轴）837.6315.806-8.9139.5139.512.4-32.93-8.91-24.02755.1326.256-13.5665.6265.622.4-54.68-22.47-65.14666.7131.626-16.3979.0579.052.4-65.87-38.86-114.62584.2440.816-20.84102.03102.032.4-85.03-59.70-178.814102.6348.466-25.18121.14121.142.4-100.95-84.88-254.583113.0254.556-27.93136.37136.372.4-113.64-112.81-340.292130.5959.086-31.61147.71147.712.4-123.09-144.42-431.771151.5671.966-37.25179.90179.902.4-149.92-181.67-544.44注：1、表中梁端剪力以绕杆端顺时针为正，柱轴力负号表示拉力。2、 表中M单位为kNm，V单位为kN，N单位为kN 图4.2 水平地震（左震）作用下轴线框架弯矩图（单位：kNm） 图4.3 水平地震（左震）作用下轴线框架梁端剪力图（单位：kN） 图4.4 水平地震（左震）作用下轴线框架柱轴力图（单位：kN）五、风荷载作用下横向框架结构内力与侧移计算5.1风荷载标准值风荷载标准值按计算风荷载标准值(kN/m20基本风压(kN/m2)z风压高度变化系数s风荷载体型系数zz高度处的风振系数本设计基本风压0=0.75kN/m2地面粗糙度B类。基本风压为0.75kN/m2查建筑结构荷载规范得：该建筑迎风面=0.90与0.80,背风面=-0.5，即=1.3与1.4，地面粗糙度类别为B类，风压高度变化系数可根据楼面高度线性插值查表得出：风振系数按计算。g峰值因子，可取2.5；I1010m高度名义湍流强度，B类地面粗糙度，取0.14；R脉动风荷载的共振分量因子，；Bz脉动风荷载的背景分量因子，；,k、a1系数根据建筑结构荷载规范（GB50009-2012）表8