土木工程毕业设计（论文）-某四层框架结构毕业设计.doc

第一章 绪论1.1选题意义 建筑中，结构是为建筑物提供安全可靠、经经久耐、节能节材、满足建筑功能的一个重组成部分，它与建筑材料、制品、施工的工业化水平密切相关，发展新技术。新材料，提机械化、自动化水平有着重要的促进作用。随着时代的进步，我们不难发现建筑结构设计有了很明显的发展。建筑结构的设计形式趋于多样化，比如框架结构，剪力墙结构，框架剪力墙结构等。而在这些结构样式当中，由于混凝土框架结构能够提供较大的室内空间，平面布置较灵活，延性较好、方便施工，因此在我国很多的学校，商场，酒店，会所都采用框架结构这样一种结构形式。1.2研究现状 钢筋混凝土框架结构是目前应用最广泛的结构形式之一，框架结构由梁和柱构成。高层框架在纵横两个方向都承受水平力，框架结构的墙体是填充墙，起围护和分隔作用。框架结构的特点是能为建筑提供灵活的使用空间。1.3设计依据 1.民用建筑设计通则（JB37-87) 2.混凝土结构设计规范（GB50010-2002） 3.建筑抗震设计规范（GB50011-2001） 4.建筑结构荷载规范（GB50009-2001） 5.建筑地基基础设计规范（GB50007-2002) 6.相关的制图标准1.4设计内容及要求 1.设计题目：高校学生宿舍混凝土框架结构设计 2.原始资料： （1）概况：镇江某高校内拟建一学生宿舍楼。 （2）气象资料： 基本风压 W0=0.35KN/m2 基本雪压 S0=0.25 KN/m2 （3）地质资料:根据勘察报告，建筑场地土类别为类，场地土自上而下分布为：人工填土、中砂、粘土质粉砂、粘土、粉砂、中砂、细砂、粉质粘土。本工程的持力层为层中砂层，层地基承载力特征值为160kPa，压缩模量为Es=6.0MPa；层地基承载力特征值为150kPa，压缩模量为Es=5.0MPa。场地土对混凝土结构没有腐蚀性。 （4）抗震设防 该市所在地的基本烈度为8度，设计基本加速度为0.20g，设计地震分组为第二组。建筑物所在场地为II类场地。 第二章 建筑设计说明2.1结构构件选型及布置取柱尺寸400400mm2，框架梁尺寸边跨（AB,CD跨）300500mm2，中跨（BC跨）200400mm2，边柱（A、D轴）连系梁尺寸300500mm2，中柱（B、C轴）联系梁尺寸200400mm2, 2.2平面布置根据设计要求取柱网为3.65.4m，等跨结构。采用内廊式结构，走廊宽度为2.7m。楼梯设置4部，均采用3m宽度。如图2-1 图2-1 建筑平面布置图2.3立面布置 立面上，设计层数为4层，底层层高为3.6m，其他层均为3.3m。根据房间使用要求取用建筑图集的标准窗，并力求窗的布置灵活，增加立面的效果。建筑立面表示建筑的外部形象。立面设计是在紧密结合平面、剖面的内部空间组合、外部环境及在满足建筑使用要求和技术条件下，运用建筑造型和立面构图的规律性进行的。 根据初步确定的建筑内部空间组合的平剖面关系，如建筑的大小、高低，门窗的位置等，描绘出建筑各里面的基本轮廓，作为进一步调整统一、进行立面设计的依据。设计时应首先推敲立面各部分总的比例关系，考虑建筑整体的几个立面之间的统一，相邻立面间的连接和协调，然后着重分析立面上墙面的处理，门窗的调整安排，最后对建筑入口门厅、建筑装饰等做重点及细部处理。建筑是一个整体，各立面之间应尽量做到协调统一。建筑立面设计不完全是内部空间被动、直接的反应，立面设计过程同时也是不断调整平、剖面的过程。在平、剖面设计时就应该有意识的同时考虑到建筑外部形象效果。2.4剖面布置 剖面设计是确定建筑物竖向各空间的组合关系。它与平面设计一样和建筑的使用、建筑造价和节约用地等有密切的关系，应结合平面全面的进行考虑。房间各部分高度： （1）净高和层高 净高为房间地面到顶棚或其他构件地面的距离，它与房间的使用性质、活动特点、采光通风及空间观感等因数有关。本设计部设吊底层高取3.6m。（2）室内外高差为防止室外雨水流入室内并防止墙体受潮，将室内地面适当太高。一版建筑从使用方便的原则出发，室内外高差不宜过大，一般取0.45m、0.60m等，本设计取0.45m。2.5防火疏散及通风采光 根据国标，本建筑属于二级耐火等级。建筑纵向长度为50.4m,横向长度为13.5m。公共走道的宽度为2.5m。采光和通风主要依靠走廊和门窗。2.6其他构造设计 （1）墙体：采用200mm厚空心混凝土砌块填充墙 （2）楼梯：采用金属扶手栏杆。 （3）雨棚：采用钢筋混凝土雨棚。 （4）女儿墙：高600mm2.7本设计的特点 此宿舍楼采用的是框架结构。框架结构通过现场浇筑可以形成具有整体节点的连续结构，保护非结构构件遭到破坏。另外，框架结构主要由其主体框架承重，墙体只起维护和隔断作用。因此，房间的布置很灵活，窗洞的位置也可以根据采光要求灵活布置。设计时将最大限度的发挥其结构的优越性。第三章 结构设计与计算3.1框架结构设计3.1.1工程概况 本建筑建筑面积3000，地处廊坊，主体采用钢筋混凝土框架结构，层数四层，屋面不可上人。房间使用功能如下：一层：宿舍，医疗室，警卫室，配电室，储物室，卫生间，浴室，门厅，二六层：宿舍，卫生间，浴室 底层层高为3.6m，其它层均为3.3m，室内外高差0.45m。3.1.2设计条件 (1)荷载条件 基本风压 W0=0.35kN/m2 基本雪压 S0=0.25kN/m2 （2)抗震设防 抗震设防烈度为8度，设计基本地震将速度为0.20g，设计地震分组为第二组，建筑场地为类。 （3）材料 混凝土强度等级为C30，梁纵筋及基础采用HRB335级钢筋，柱纵筋采用HRB400级钢筋，箍筋采用HPB235级钢筋。3.2.1初始截面尺寸柱的计算高度底层柱高度h=3.6+0.45+0.5=4.55m（其中3.6为底层层高，0.45为室内外高差，0.5为基础底面至室外地面的高度，其他层柱高等于层高。）框架的计算简图见图3-4。 图3-4 框架计算简图3.3荷载计算3.3.1楼屋面活荷载标准值 根据荷载规范GB-5009-2002第4.1.1条和第4.3.1条，楼、屋面活荷载标准值取值如下：楼面活荷载标准值 2.0厕所盥洗室 2.0走廊门厅楼梯 2.5不上人屋面 0.73.3.2楼屋面做法及恒荷载标准值（1）不上人屋面做法： 高分子卷材 0.00412=0.048 1：3水泥砂浆找平 0.0220=0.4 憎水珍珠岩保温层 0.064=0.24 1：6水泥焦渣找坡 0.0515=0.75 钢筋混凝土楼板 0.1225=3.0 板底20厚粉刷抹平 0.0217=0.34 合计 5.18 边跨（AB、CD跨）框架梁自重 0.30.525=3.75kN/m 梁侧粉刷 2（0.5-0.12）0.0217=0.26kN/m 合计 4.01 kN/m 中跨（BC跨）框架梁自重 0.20.425=2 kN/m 梁侧粉刷 2（0.4-0.12）0.0217=0.19 kN/m 合计 2.19 kN/m因此，作用在顶层框架梁上的线荷载为 g4AB1=g4CD1=4.01kN/m g4BC1=2.19 kN/m g4AB2= g4CD2=4.013.6=14.44 kN/m g4BC2=4.012.7=10.83 kN/m（2） 标准层楼面 白水泥大理石子面 0.01525=0.375 1：3水泥砂浆找平 0.01820=0.36 纯水泥浆一道 0.00220=0.04 钢筋混凝土楼板 0.1225=3.0 板底20厚粉刷抹平 0.0217=0.34 合计 ： 4.12边跨框架梁及梁侧粉刷 4.01 kN/m边跨填充墙自重 0.2（3.3-0.5）11.8=6.61 kN/m墙面粉刷 （3.3-0.5）0.02217=1.90 kN/m中跨框架梁及梁侧粉刷 2.19 kN/m因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为gAB1=gCD1=4.01+8.51=12.52 kN/mgBC1=2.19 kN/mgAB2=gCD2=4.123.6=14.83 kN/mgBC2=4.122.7=11.12 kN/m（3） 屋面框架节点集中荷载标准值边柱联系梁自重 0.30.53.625=13.5kN粉刷 0.02（0.5-0.12）23.617=0.93 kN0.6m高女儿墙自重 0.63.60.219=8.21 kN粉刷 0.60.0223.617=1.47 kN联系梁传来屋面自重 3.6 3.65.18=16.78 kN 顶层边节点集中荷载 GA=GD=40.89 kN中柱联系梁自重 0.20.43.625=7.2 kN粉刷 0.02（0.4-0.12）23.617=0.69 kN联系梁传来屋面自重 （3.6+3.6-2.7）1.355.18=15.73 kN 3.63.65.18=16.78 kN 顶层中节点集中荷载 G4B=G4C=40.40 kN（4） 楼面框架节点集中荷载标准值边柱联系梁自重 13.5 kN粉刷 0.93 kN钢窗自重 1.81.50.45=1.22 kN窗下墙体自重 0.20.93.211.8=6.80 kN粉刷 20.020.93.217=1.96 kN窗边墙体自重 0.2（3.2-1.8）1.511.8=4.96 kN粉刷 2（3.2-1.8）1.50.0217=1.43 kN框架柱自重 0.40.43.325=13.2 kN粉刷 0.440.023.317=1.80 kN联系梁传来屋面自重 3.63.64.12=13.35 kN 中间层边节点集中荷载 GA=GD=59.15 kN中柱联系梁自重 7.2 kN粉刷 0.69 kN内纵墙自重 3.4（3.3-0.4）0.211.8=23.27 kN粉刷 0.0223.4（3.3-0.4）17=6.70 kN扣除门洞重加门重 -0.22.10.919+2.10.90.24=-5.70 kN框架柱自重 13.2 kN粉刷 1.80 kN联系梁传来楼面自重 （3.6+3.6-2.7）1.354.12=12.51 kN 3.63.64.12=13.35 kN 中间层中节点集中荷载 73.02 kN(5)恒荷载作用下的结构结算图3.3.3 楼面活荷载计算楼面活荷载作用下的计算简图如图所示图中各荷载值计算如下=0.73.6=2.52 kN/m =0.72.7=1.89 kN/mP4A=P4D=3.63.60.7=2.27kNP4B=P4C=（3.6+3.6-2.7）1.350.7+3.63.60.7=4.39 kN=23.6=7.2 kN/m=22.7=5.4 kN/mPA=PD=3.63.62=6.48 kNPB=PC=（3.6+3.6-2.7）1.352+3.63.62=12.56kN3.5各层重力荷载代表值根据抗震规范GB5001-2001第5.1.3条，顶层重力荷载代表值包括：屋面及女儿墙自重，50%屋面雪荷载，纵横梁自重，半层柱自重，半层墙自重。其它层重力荷载代表值包括：楼面恒荷载，50%楼面均布活荷载，纵横梁自重，楼梯上下各半层的柱，墙体自重。G4： 屋面恒载 5.18(13.550.4)=3524.472KN 50%屋面雪载 0.25(13.550.4)0.5=85.05KN 半层柱自重 0.51558=435KN 梁重 1214.10KN 女儿墙及半层墙自重 291.38+0.52126.496=1354.63KN 半层楼梯 2.71.83.325=400.95KN 合计 7014.20KNG3，G2： 楼面恒载 4.12（50.413.5）=2803.25KN 50%楼面活载 2（50.413.5）0.5=680.4KN 梁重 1214.10KN 各半层柱重 435 2=870KN 各层墙重 2126.50KN 楼梯 2.71.83.325=400.95KN 合计 8010.2 KNG1： 楼面恒载 2803.25KN 50%楼面活载 680.4KN 半层柱重 0.5（870+1044）=957KN 梁重 1214.10KN 半层墙重 0.5（2126.50+2696.10）=2411.30KN 楼梯 400.95KN 合计 8467.00KN=7014.2+28010.2+8467=31501.6 KN 建筑物总重力荷载代表值及质点高度如图3-5所示。图3-5 建筑物总重力荷载代表值及质点高度3.6地震作用计算3.6.1纵向框架侧移刚度计算3.6.1.1梁的线刚度 梁的线刚度见表3-9(混凝土强度等级C30，=3.0），一榀框架计算简图如图3-6所示：梁：中框架梁，边框架梁，线刚度左跨梁： i左=310720.30.53/5.4= 3.47104KN.m中跨梁： i中=310720.20.43/2.7= 2.37104KN.m右跨梁： i左=i右=3.47104KN.m图3-6 一榀框架计算简图柱：标准层：i标准层=31070.40.43/3.3=1.94104 KN.m底层柱： i底层=31070.40.43/4.55=1.41104 KN.m3.6.1.2纵向框架柱侧移线刚度 框架柱侧移刚度见表3-8 (a)(b)表3-8(a) 24层框架D值计算构件名称（kN/m）1.7890.47210090.143.0100.60112847.823.0100.60112847.821.7890.47210090.1445875.92表3-8(b)底层框架D值计算构件名称（kN/m）1.6810.4573735.034.1420.6745508.554.1420.6745508.551.6810.4573735.0318487.163.6.2纵向框架自振周期计算 按顶点位移法计算，考虑填充墙对框架刚度的影响，取基本周期调整系数，计算公式为： (3-3) 式中为顶点位移（单位为米）。 按S值法计算见表3-9. 表3-9 顶点位移计算层次 47014.27014.2550511.040.01270.223838010.215024.4550511.040.02730.211128010.223034.6550511.040.04180.183818467.031501.6221845.920.1420.142=1.40.6=0.397s 3.6.3水平地震作用计算 根据建筑抗震设计规范（GB50011-2001）的规定，对于不高于40m，以剪切变形为主，且质量和高度分布比较均匀的结构，以近似于单质点体系的就够可以采用底部剪力法计算抗震作用。 地震作用按8度，基本地震加速度0.20g，类场地，设计地震分组为第二组。则=0.40s，=0.16.采用底部剪力法计算，由于=0.397s1.4,故不考虑高振型的影响。 水平地震影响系数为: =10.16=0.16 对于多质点体系: =0.8531501.6=26776.36KN结构底部总水平地震作用标准值为: =0.1626776.36=4284.22KN水平地震作用及楼层地震剪力见表3-10 表3-10 水平地震作用及楼层地震剪力层次43.314.457014.2101355.190.351499.481499.4833.311.158010.289313.730.3061310.972810.4523.37.858010.262880.070.215921.113731.5614.554.558467.038524.850.132565.524297.083.6.4 位移验算水平地震作用下的位移验算见表3-11.表3-11 水平地震作用下的位移验算层次层间剪力层间刚度 层高相对转角备注41499.48550511.040.00273.31/122232810.45550511.040.00513.31/64723731.56550511.040.00683.31/50014297.08221845.920.0194.751/2503.6.5地震作用框架结构内力计算 水平地震作用下框架结构内力计算时，取一榀框架，其柱端弯矩计算结果见表3-12。 地震作用下梁端弯矩、剪力及轴力计算见表3-13。 地震作用下一榀框架梁端剪力及柱轴力图见图3-7。地震作用下一榀框架梁、柱弯矩图见图3-8。- 118 -表3-12柱端弯矩计算层次层高hi(m)层间剪力Vi(kN)层间刚度Si边柱中柱DimVimKyM上M下DimVimKyM上M下43.31499.48550511.0410090.1427.481.7890.4549.8840.8112847.8234.993.0100.53653.5861.8933.32810.45550511.0410090.1451.511.7890.4593.4976.4912847.8265.593.0100.536100.43116.0223.33731.56550511.0410090.1468.391.7890.45124.13101.5612847.8287.093.0100.536133.35154.0414.554297.08221845.923735.0373.351.6810.7100.12233.625508.55106.704.1420.65169.92315.57注：表中y=y0+y1+y2 , Vim=ViDim/Si , M上=Vim(1-yi)hi , M下=Vimyihi表3-13 梁端弯矩表层次AB梁BC梁CD梁柱轴力L(m)M左M右VP(kN)L(m)M左M右VP(kN)L(m)M左M右VP(kN)ABCD45.449.8832.1515.192.721.4321.4315.875.432.1549.8815.19-15.19-15.8715.8715.1935.4134.397.3942.912.764.9364.9348.105.497.39134.342.91-58.1-63.9763.9758.125.4200.62149.6264.862.799.7599.7573.895.4149.62200.6264.86-122.96-137.86137.86122.9615.4201.68194.3873.342.7129.58129.5895.995.4194.38201.6873.34-196.3-233.85233.85196.3 图3-7 地震作用下梁端剪力及柱轴力图3-8 地震作用下一榀框架梁、柱端弯矩3.7风荷载计算3.7.1位移验算 基本风压：0.35KN/ 风振系数：因房屋总高小于30m，所以=1.0 风载体型系数：=0.8-(-0.5)=1.3 风压高度系数：按C类地区查表得如下结果：离地面高度Z（m)4.758.0511.3514.6517.9521.251.001.001.041.131.2041.271 据，则有： =1.01.30.740.35=0.34 转化为集中风荷载：四层：三层：二层：一层：表3-14 风荷载作用下的侧移验算位置限值四层2.73550511.041/574711/500三层6.73550511.041/625001/500二层10.73550511.041/649351/500一层15.18221845.921/434781/5003.8竖向荷载作用下框架结构内力计算 竖向荷载作用下以B轴作为计算单元，计算框架结构的内力。在计算单元范围内的横向框架自重，横向墙体自重以及女儿墙的自重均以集中力的形式作用于个节点上，框梁板布置及荷载传递如图3-9（a)、(b)所示 图3-9（a) 梁板布置图 图3-9（b) 板荷载传递图 3.8.1 恒荷载计算（1）不上人屋面做法： 高分子卷材 0.00412=0.048 1：3水泥砂浆找平 0.0220=0.4 憎水珍珠岩保温层 0.064=0.24 1：6水泥焦渣找坡 0.0515=0.75 钢筋混凝土楼板 0.1225=3.0 板底20厚粉刷抹平 0.0217=0.34 合计 5.18 边跨（AB、CD跨）框架梁自重 0.30.525=3.75kN/m 梁侧粉刷 2（0.5-0.12）0.0217=0.26kN/m 合计 4.01 kN/m 中跨（BC跨）框架梁自重 0.20.425=2 kN/m 梁侧粉刷 2（0.4-0.12）0.0217=0.19 kN/m 合计 2.19 kN/m因此，作用在顶层框架梁上的线荷载为 g4AB1=g4CD1=4.01kN/m g4BC1=2.19 kN/m g4AB2= g4CD2=4.013.6=14.44 kN/m g4BC2=4.012.7=10.83 kN/m（2）标准层楼面 白水泥大理石子面 0.01525=0.375 1：3水泥砂浆找平 0.01820=0.36 纯水泥浆一道 0.00220=0.04 钢筋混凝土楼板 0.1225=3.0 板底20厚粉刷抹平 0.0217=0.34 合计 ： 4.12边跨框架梁及梁侧粉刷 4.01 kN/m边跨填充墙自重 0.2（3.3-0.5）11.8=6.61 kN/m墙面粉刷 （3.3-0.5）0.02217=1.90 kN/m中跨框架梁及梁侧粉刷 2.19 kN/m因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为gAB1=gCD1=4.01+8.51=12.52 kN/mgBC1=2.19 kN/mgAB2=gCD2=4.123.6=14.83 kN/mgBC2=4.122.7=11.12 kN/m（3）屋面框架节点集中荷载标准值边柱联系梁自重 0.30.53.625=13.5kN粉刷 0.02（0.5-0.12）23.617=0.93 kN0.6m高女儿墙自重 0.63.60.219=8.21 kN粉刷 0.60.0223.617=1.47 kN联系梁传来屋面自重 3.6 3.65.18=16.78 kN 顶层边节点集中荷载 GA=GD=40.89 kN中柱联系梁自重 0.20.43.625=7.2 kN粉刷 0.02（0.4-0.12）23.617=0.69 kN联系梁传来屋面自重 （3.6+3.6-2.7）1.355.18=15.73 kN 3.63.65.18=16.78 kN 顶层中节点集中荷载 G4B=G4C=40.40 kN（4）楼面框架节点集中荷载标准值边柱联系梁自重 13.5 kN粉刷 0.93 kN钢窗自重 1.81.50.45=1.22 kN窗下墙体自重 0.20.93.211.8=6.80 kN粉刷 20.020.93.217=1.96 kN窗边墙体自重 0.2（3.2-1.8）1.511.8=4.96 kN粉刷 2（3.2-1.8）1.50.0217=1.43 kN框架柱自重 0.40.43.325=13.2 kN粉刷 0.440.023.317=1.80 kN联系梁传来屋面自重 3.63.64.12=13.35 kN 中间层边节点集中荷载 GA=GD=59.15 kN中柱联系梁自重 7.2 kN粉刷 0.69 kN内纵墙自重 3.4（3.3-0.4）0.211.8=23.27 kN粉刷 0.0223.4（3.3-0.4）17=6.70 kN扣除门洞重加门重 -0.22.10.919+2.10.90.24=-5.70 kN框架柱自重 13.2 kN粉刷 1.80 kN联系梁传来楼面自重 （3.6+3.6-2.7）1.354.12=12.51 kN 3.63.64.12=13.35 kN 中间层中节点集中荷载 73.02 kN(5)恒荷载作用下的结构结算图 图3-10 恒荷载作用下的荷载计算简图3.8.2活荷载计算楼面活荷载作用下的结构计算简图如图3-11所示，图中各荷载值计算如下：=0.73.6=2.52 kN/m =0.72.7=1.89 kN/mP4A=P4D=3.63.60.7=2.27kNP4B=P4C=（3.6+3.6-2.7）1.350.7+3.63.60.7=4.39 kN=23.6=7.2 kN/m=22.7=5.4 kN/mPA=PD=3.63.62=6.48 kNPB=PC=（3.6+3.6-2.7）1.352+3.63.62=12.56kN图3-11 活荷载作用下结构荷载计算简图3.8.3等效荷载 把梯形（三角形）荷载转化成等效均布荷载3.8.3.1 恒荷载 顶层 ： 标准层： 横荷载转化后荷载计算简图如图3-12（a）所示 图 3-12（a） 横荷载转化后计算简图3.8.3.2 活荷载 顶层： 标准层： 活荷载转化后的荷载计算简图如图3-12（b）所示 图3-12（b） 活荷载转化后计算简图3.8.4 集中力矩 由于外横梁的外侧与柱外侧齐平，内横梁的外侧与柱的走道侧