土木工程专业框架结构设计毕业论文.doc

成人高等学历教育 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 题题 目目 * 姓姓 名名 * 学学 号号 * 年年 级级 * 专专 业业 土木工程土木工程 学习形式学习形式 函授函授 层层 次次 专升本专升本 指导教师指导教师 * * 年 * 月 *日 摘 要 本课题为某市 *的设计，3 层及闷热层，建筑面积约 *m2， 采用钢筋混凝土框架结构。首先，根据设计出的建筑方案及所选用的建筑材料及做法，确 定结构计算简图，进行荷载和内力计算，绘制了相应的内力图；其次，进行结构内力组合， 确定结构控制截面的弯矩、剪力和轴力设计值。最后，根据已经计算出的结构控制截面的 内力值，对梁、板、柱、基础等进行配筋计算，并绘制了相应的结构施工图。同时，本文 采用 PKPM 软件进行电算，以保证计算结果的可靠性，并达到同手算结果对比、分析的 目的。 目录 目 录 前言1 第 1 章 设计资料2 1.1 工程概况2 1.2 设计依据2 1.3 设计材料2 第 2 章 荷载计算5 3.1 恒载计算5 3.1.1 屋面框架梁线荷载标准值 5 3.1.2 楼面框架梁线荷载标准值 5 3.1.3 屋面框架节点集中荷载标准值 6 3.1.4 楼面框架节点集中荷载标准值 6 3.2 活荷载计算7 3.2.1 屋面活荷载 7 3.2.2 楼面活荷载 8 3.3 风荷载计算8 3.4 地震作用计算9 3.4.1 重力荷载代表值计算 9 3.4.2 框架刚度计算 11 3.4.3 结构基本周期的计算 12 3.4.4 多遇水平地震作用标准值计算 13 3.4.5 横向框架弹性变形验算 13 第 3 章 内力计算15 4.1 恒荷载作用下的内力计算15 4.2 活荷载作用下的内力计算18 4.3 风荷载作用下的内力计算21 4.4 水平地震作用下的内力分析23 第 4 章 内力组合27 目录 I 第 5 章 截面设计28 6.1 梁的配筋计算28 6.1.1 边跨梁配筋计算 28 6.1.2 中跨梁配筋计算 29 6.2 框架柱配筋计算29 6.2.1 框架柱的纵向受力钢筋计算 29 6.2.2 斜截面受剪承载力计算 32 第 6 章 楼板设计与计算37 7.1 屋面板计算37 7.1.1 荷载计算 37 7.1.2 按弹性理论计算 37 7.2 楼面板计算38 7.2.1 荷载计算 38 7.2.2 按弹性理论计算 38 7.2.3 截面设计 39 第 7 章 楼梯设计41 8.1 梯段板计算41 8.1.1 荷载计算 41 8.1.2 截面设计 41 8.2 平台板计算42 8.2.1 荷载计算 42 8.2.2 截面设计 42 8.3 平台梁计算42 8.3.1 荷载计算 42 8.3.2 内力计算 43 8.3.3 截面计算 43 第 8 章 基础设计45 9.1 设计资料45 9.2 基础梁配筋计算45 9.3 翼板的承载力计算49 9.3.1 边基础翼板的承载力计算 49 目录 II 9.3.2 中基础翼板的承载力计算 50 结 论51 致 谢52 参考文献53 前言 1 前言 毕业设计最后的实践性演练，对我们的综合素质和毕业后实际工作能力、适应社会能 力的提高有着不可忽视的作用。在毕业设计过程中，能系统化的运用头脑里的知识框架， 充分调动工作积极性，以及操作制图能力等。 本次设计为钢筋混凝土框架结构，其中主要包括建筑设计和结构设计。遵循由建筑到 结构，再到基础的设计过程。 建筑设计根据地形及周边环境，合理布置建筑总平面，综合考虑各个部分的具体使用 要求，统筹相互间的关系和位置，使建筑各部分人流组织通畅，建筑流线简捷、明确，以 取得良好的使用效果、景观效果和经济效果。然后进行立面造型、剖面设计。 结构设计包括确定结构体系与结构布置、根据经验对构件初估、确定计算单元计算模 型及计算简图、荷载计算、内力计算、基础设计等内容。框架结构设计的计算工作量很大， 在计算过程中以手算为主，辅以一些计算软件如 PKPM 的校正。设计时尽量做到安全、经 济、适用的要求。 通过本次毕业设计，涉猎了大量的知识，查阅资料的能力大大提高，手工绘图，上机 制图的能力也逐渐巩固，由于时间相对紧张，让自己能够更加充分合理的利用时间，使自 己能更加有信心面对将来的工作和学习，做好迎接未来挑战的准备。 设计资料 1 第 1 章 设计说明 1.1 工程概况 某市 *，建筑总面积约为 2052m2。采用钢筋混凝土框架结构，三层及闷 热层。室内设计标高0.00m，相当于绝对标高 6.00m，室内外高差 450mm。夏季室外计 算温度：34.5，绝对最高温度：40，冬季室外计算温度：-9，绝对最高温度：- 22，最大降雨量：300mm，基本风压：0.45kN/m2，主导风向：冬季：西北，夏季：东 南。基本雪压：0.2kN/m2 ，最大冻深：500mm。地基允许承载力 R=90kN/m2，土类型为 粉质粘土，类场地，最高地下水位：自然地面以下 1.2m；地下水性质：有弱硫酸盐侵 蚀。 1.2 设计依据 a) 国家及福建省现行的有关结构设计规范、规程及规定。 b) 本工程各项批文及甲方单位要求。 c) 本工程的活载取值严格按建筑结构荷载规范 （GB50009-2001）执行。 1.21 设计资料 1 混凝土结构（上、下） 武汉理工大学出版社 2 基础工程 同济大学出版社 3 建筑结构设计 东南大学出版社 4 结构力学 人民教育出版社 5 地基与基础 武汉工业大学出版社 6 工程结构抗震 中国建筑工业出版社 7 简明建筑结构设计手册 中国建筑工业出版社 8 土木工程专业毕业设计指导 科学出版社 9 实用钢筋混凝土构造手册 中国建筑工业出版社 10 房屋建筑制图统一标准（BG50001-2001） 中国建筑工业出版社 11 建筑结构制图标准（BG50105-2001） 中国建筑工业出版社 12 综合医院建筑设计规范（JGJ49-88） 中国建筑工业出版社 13 建筑楼梯模数协调标准（GBJI0I-87） 中国建筑工业出版社 14 建筑结构荷载规范（GB5009-2001） 中国建筑工业出版社 15 建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068-2001） 中国建筑工业出版社 16 混凝土结构设计规范（GB500102002） 中国建筑工业出版社 17 地基与基础设计规范（GB5007-2002） 中国建筑工业出版社 18 建筑抗震设计规范（GB500112001） 中国建筑工业出版社 19 简明砌体结构设计施工资料集成 中国电力出版社 20 土木工程专业毕业设计指南 中国水利水电出版社 21 土建工程图与 AutoCAD 科学出版社 设计资料 2 22 砌体结构设计手册 中国建筑工业出版社 23 砌体结构设计规范（GB500102002） 中国建筑工业出版社 结构布置和计算简图 3 结构布置和计算简图结构布置和计算简图 结构平面布置如图 2-1 所示。各梁柱截面尺寸如下： 图 2-1 结构平面布置 边跨梁：，取，。mm600 12 7200 12 l h600mmh250mmb 中跨梁：，取，。mm200 12 2400 12 l h400mmh250mmb 纵向框架梁：，取，。mm350 12 4200 12 l h400mmh250mmb 柱:=， cN f N A 2 108423.5mm2 . 1 9 . 0 9 . 11 10002 . 4)2 . 16 . 3(412 取。400mmmm400hb 板厚：，取。mm105 40 4200 40 l h100mmh 结构计算简图如图 2-2 所示。底层层高为 4.15m，各梁柱构件的线刚度经计算后列于图 2-2。其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取（为不考虑楼板翼缘 0 2II 0 I 作用的梁截面惯性矩） 。 AB、CD 跨梁：)m(1082.1202. 7/6 . 025 . 0 12 1 2 343 EEi BC 跨梁：)m(1026.106 . 2/4 . 025 . 0 12 1 2 343 EEi 结构布置和计算简图 4 上部各层柱：)m(1093 . 5 6 . 3/4 . 0 12 1 344 EEi 底层柱：)m(1014 . 5 15 . 4 /4 . 0 12 1 344 EEi 注：图中数字为线刚度，单位： 34 m10E 图 2-2 结构计算简图 荷载计算 5 第 2 章 荷载计算 3.1 恒载计算 3.1.1 屋面框架梁线荷载标准值 4 厚高聚物改性沥青防水卷材防水层 0.00410=0.04 2 m/kN 20 厚 1:3 水泥砂浆保护层 200.02=0.4 2 m/kN 水泥珍珠岩（最薄 40mm）2%找坡 0.1244=0.496 2 m/kN 100 厚憎水膨胀珍珠岩 0.14=0.4 2 m/kN 100 厚现浇楼板 250.1=2.5 2 m/kN 20 厚 1:3 水泥砂浆找平层 200.02=0.4 2 m/kN 15mm 厚纸筋石灰抹灰 0.01516=0.24 2 m/kN 屋面恒载 4.476 2 m/kN 边跨框架梁自重 0.250.625=3.75m/kN 梁侧粉刷 2（0.6-0.1）0.0217=0.34m/kN 边跨框架梁总重 4.09m/kN 边跨框架梁自重 0.250.425=2.5m/kN 梁侧粉刷 2（0.4-0.1）0.0217=0.204m/kN 中跨框架梁总重 2.704m/kN 因此作用在顶层框架梁的线荷载为： m/kN09 . 4 1414 CDAB ggm/704kN . 2 14 BC g m/kN799.182 . 4476 . 4 2424 CDAB gg m/kN638.116 . 2476 . 4 24 BC g 3.1.2 楼面框架梁线荷载标准值 水磨石地面 0.65 2 m/kN 100 厚钢筋混凝土楼板 0.125=2.5 2 m/kN 15mm 厚纸筋石灰抹底 0.01517=0.255 2 m/kN 楼面恒载 3.405 2 m/kN 边跨框架梁及梁侧粉刷 4.09 2 m/kN 边跨填充墙自重 0.25.5（3.6-0.6）=3.3m/kN 填充墙粉刷自重 （3.6-0.6）0.02217=2.04m/kN 中跨框架梁及梁侧粉刷 2.704m/kN 荷载计算 6 因此作用在中间层框架梁的线荷载为： m/43kN . 9 04 . 2 3 . 309 . 4 11 CDAB ggm/704kN . 2 1C B g m/301kN . 4 12 . 4405 . 3 22 CDAB ggm/853kN . 8 6 . 2405 . 3 2 BC g 3.1.3 屋面框架节点集中荷载标准值 边柱纵向框架梁自重 0.250.44.225=10.5kN 边柱纵向框架梁粉刷 （0.4-0.1）20.024.217=0.8568kN 1000 高女儿墙自重 10.244.25.5=5.544kN 1000 高女儿墙粉刷 4.20.02172=2.856kN 框架梁传来屋面自重 4.22.14.4760.5=19.739kN 顶层边节点集中荷载 39.50kN 44 DA GG 中柱纵向框架梁自重 0.250.44.225=10.5kN 中柱纵向框架梁粉刷 0.8568kN 纵向框架梁传来屋面自重 0.54.24.2/24.476=19.739kN 0.5(4.2+4.2-2.6)1.34.476=16.875kN 顶层中节点集中荷载： 47.97kN 44 CB GG 3.1.4 楼面框架节点集中荷载标准值 边柱纵向框架梁自重 10.5kN 边柱纵向框架梁粉刷 0.8568kN 铝合金窗自重 2.42.30.5=2.76kN 窗下墙体自重 0.93.80.245.5=4.5144kN 窗下墙体粉刷 0.90.022173.8=2.3256kN 窗边墙体自重 1.42.30.245.5=4.2504kN 窗边墙体粉刷 1.40.0222.317=2.1896kN 框架柱自重 0.40.43.625=14.4kN 框架柱粉刷 0.920.023.617=1.1261kN 纵向框架梁传来楼面自重 0.54.24.2/23.405=15.016kN 中间层边节点集中荷载 57.94kN DA GG 中柱纵向框架梁自重 10.5kN 中柱纵向框架梁粉刷 0.8568kN 内纵墙自重 （3.6-0.4）0.24.25.5= 14.784kN 墙粉刷 （3.6-0.4）0.022174.2=9.1392kN 荷载计算 7 扣除门洞重加上门重 -2.11(1.78-0.2)=-3.318kN 框架柱自重 14.4kN 框架柱粉刷 0.021173.6=1.224kN 纵向框架梁传来楼面自重 0.54.24.2/23.405=15.016kN 0.5(4.2+4.2-2.6)1.33.405=12.837kN 中间间层中节点集中荷载 47.97kN CB GG 恒载作用下的计算简图如图 3-1 所示。 图 3-1 恒载作用下的计算简图 3.2 活荷载计算 3.2.1 屋面活荷载 2.1kN/m4.20.5 44 CDAB PP1.3kN/m2.60.5 4 BC P 2.205kN0.54.2/24.20.5 44 DA PP kN09 . 4 0.51.32.6)-4.2(4.20.50.54.2/24.20.5 44 CB PP 荷载计算 8 3.2.2 楼面活荷载 8.4kN/m4.22.0 CDAB PP6.5kN/m2.62.5 BC P 8.82kN2.04.2/24.20.5 DA PP 活荷载作用下245kN.182.51.32.6)-4.2(4.20.52.04.2/24.20.5 CB PP 的结构计算简图如图 3-2 所示。 图 3-2 活载作用下的计算简图 3.3 风荷载计算 风压标准值计算公式为（3-1） 0 ZSZ 因结构高度 H=14.85m30m，可取=1.0；=1.3；=0.45。将风荷载换 Z S 0 2 m/kN 算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如表 3-1 所示。其中 z 为框架节点至室 外地面的高度，A 为一榀框架各层节点的受风面积，计算结果如图 3-3 所示。 表 3-1 风荷载计算 荷载计算 9 层次 Z S Z（m）（kN/m2） 0 A（m2） S （kN W P ） 41.01.314.850.4511.760.745.09 31.01.311.250.4515.120.746.55 21.01.37.650.4515.120.746.55 11.01.34.050.4516.0650.746.95 图 3-3 风荷载作用下的结构计算简图 3.4 地震作用计算 3.4.1 重力荷载代表值计算 作用于屋面梁及各层楼面梁处的重力荷载代表值为： 屋面梁处：=结构和构件自重+50%雪荷载 EW G 楼面梁处：=结构和构件自重+50%活荷载 E1 G 其中结构和构件自重取楼面上下 1/2 层高范围内（屋面梁处取顶层一半）的结构和构件自 重，各质点的重力荷载代表值及质点高度如图 3-4 所示。 荷载计算 10 图 3-4 质点重力荷载代表值及质点高度 各层荷载为： =屋面恒载+0.5 屋面雪荷载+屋盖纵横梁自重+屋面下半层的柱及墙体自重+女儿墙 4 G 自重 =4.47642.2417.04=3221.69 中中中 GkN =0.241(16.8+42)25.5+0.02(0.24+2)(16.8+42)217=244.80 中中中 G kN =0.217.0442.24=143.95 中 GkN =0.40.425(1.8-0.1)42=285.6 中 GkN =0.2525(0.6-0.1)(7.02-0.4)21+0.022(0.6-0.1)(7.02- 中 G 0.4)2117+0.2525(0.6-0.1)(7.2-0.1-0.12)+ 0.022(0.6-0.1)(7.2- 0.1-0.12)17+0.2525(0.4-0.1)(2.4-0.2)11+0.022(0.4-0.1)(2.4- 0.2)1117+0.2525(0.4-0.1)(4.2-0.4)28+0.022(0.4-0.1)(4.2- 0.4)1728+0.2525(0.4-0.1)(4.2-0.2-0.28)8+0.022(0.4-0.1)(4.2- 0.2-0.28)817+0.2525(0.7-0.1)(8.4-0.4)2+0.022(0.7-0.1)(8.4- 0.4)217 =434.4375+47.2668+21.8125+2.3732+45.375+4.9368+199.5+21.7056+55.8+6.071+6 0+6.528 =905.80kN =0.2(1.8-0.6)(7.02-0.4)115.5+0.022(1.8-0.6)(7.02- 中 G 0.4)1715+0.24(1.8-0.6)(7.02-0.4)45.5+0.2(1.8-0.6)(7.2-0.1- 0.12)5.5+0.022(1.8-0.6)(7.2-0.1-0.12)17+0.24(1.8-0.4)(4.2-0.4- 荷载计算 11 2.4)145.5+0.24(1.8-0.4)(4.2-0.2-2.4-0.28)45.5+0.24(1.8- 0.4)(2.4-0.2-1.5)5.52+0.022(1.8-0.4)(2.4-0.2- 1.5)172+0.2(1.8-0.4)(4.2-0.4)135.5+0.2(1.8-0.4)(4.2-0.2- 0.28)35.5+0.022(1.8-0.4)(4.2-0.4-2.4)1417+0.02(1.8-0.4)(4.2- 0.2-0.28)2174+0.022(1.8-0.4)(4.2-0.4)1713+0.022(1.8- 0.4)(4.2-0.2-0.28)173+0.2(1.8-0.7)(8.4-0.4)5.5+0.022(1.8- 0.7)(8.4-0.4)17+0.24(1.8-0.7)(8.4-0.4-4.8)5.5+0.022(1.8- 0.7)(8.4-0.4-4.8)17 =96.122+81.029+41.944+9.214+5.696+36.221+9.757+76.076+17.186+18.659+14.16 6+47.029+10.624+9.68+5.984+4.646+2.394+2.587+1.333 =490.35kN =+0.5+ 4 G 中中中 G 中中中 G 中 G 中 G 中 G 中 G =3221.69+244.80+0.5143.95+905.8+285.6+490.35=5220.22kN 同理得： =5984.88 3 G 2 GkN =6132.68 1 GkN 3.4.2 框架刚度计算 考虑到现浇楼板的作用，中框架梁，边框架梁（为不考虑楼板翼缘 0 2II 0 1.5II 0 I 作用的梁截面惯性矩） 。计算过程表 3-2、3-3、3-4 所示。 表 3-2 梁的刚度 截面跨度惯性矩边框架中框架 类别 砼强度 等级 hb (m) L(m) 0 I (10-3m4 ) I (10-3m4 ) ( b i 4 10 kNm) I (10-3m4 ) ( b i 4 10 kNm) 边跨梁C25 0.25 0.6 7.024.56.752.699.03.59 中跨梁C25 0.25 0.4 2.61.331.9952.152.662.86 注：hEIib/ 表 3-3 柱的刚度 层号砼强度 等级 截面高度惯性矩线刚度K 2 12 h i D 荷载计算 12 hb (m) H(m) 0 I )m10( 43- hEIic/ (kNm) 4 10 (kN/m) 3 10 边框架边柱（） 1 Z 2-43.62.131.661.620.4486.89 1 C25 0.40.4 4.152.131.441.870.6126.14 边框架中柱（） 2 Z 2-43.62.131.662.920.5939.12 1 C25 0.40.4 4.152.131.443.360.727.23 中框架边柱（） 3 Z 2-43.62.131.662.160.5197.98 1 C25 0.40.4 4.152.131.442.490.6666.68 中框架中柱（） 4 Z 2-43.62.131.663.890.6610.15 1 C25 0.40.4 4.152.131.444.480.7697.12 表 3-4 框架总刚度 (kN/m)D 3 10 层号 1 Z 2 Z 3 Z 4 Z (kN/m) D 4 10 2-427.5636.48135.66172.5537.225 124.5628.92123.56131.2430.828 3.4.3 结构基本周期的计算 本楼的主体总高度为 14.85m，且楼房的质量和刚度可采用底部剪力法计算水平地震 作用，为此必须先确定其基本周期。现用能量法计算，并考虑非承重填充墙刚度的影响， 取折减系数。其计算过程列于表 3-5。6 . 0 T 表 3-5 能量法计算基本周期 层号)kN( i G D (kN/m) 4 10 )m(ui=(m) i u i j j u 1 iiu G 2 iiu G 45220.2237.2250.01400.1660866.333143.774 35984.8837.2250.03010.1519909.305138.154 25984.8837.2250.04620.1218729.15488.835 16132.6830.8280.07570.0757463.96335.101 荷载计算 13 23322.7-0.1660-2968.755405.864 得，=20.6=0.444s 4 1 4 1 2 1 /2 ii iiiiT uGuGT755.2968/864.405 3.4.4 多遇水平地震作用标准值计算 7 度第二组地震和类场地，s。4 . 0,08 . 0 max g T 7290 . 0)444 . 0 /4 . 0(08 . 0 )/( 9 . 09 . 0 1max1 TTg =0.444s1.4s 1 T56 . 0 g T 所以不考虑顶部附加水平地震作用，结构的总重力荷载为 23322.7，所以底部剪kN 力为 1445 7 . 233227290 . 085 . 0 11 GGF eqek kN 各楼层水平地震作用标准值按下式计算 （3-2） EK j jj i i F HG HG F 4 1 楼层的地震作用标准值 和地震剪力标准值 的计算如表 3-6。 i F i V 表 3-6 地震作用标准值和地震剪力标准值 层次)kN( i G)m( i H iiH G)kN( i F)kN( i V 45220.2214.9578042.29517.76517.76 35984.8811.3567928.39450.66968.42 25984.887.7546382.82307.721276.14 16132.684.1525450.62168.851445 23322.7-217804.11445- 3.4.5 横向框架弹性变形验算 多遇地震作用下，横向框架层间的弹性验算结果列于表 3-7，其中楼层间的地震剪力 应取标准值。 表 3-7 层间弹性位移计算 层号 层间剪力 )kN( i V 层间刚度 )m/kN10( 4 i D )mm( ei u 层高 )m( i H iei Hu / e 4517.7637.2251.3913.61/2588 3968.4237.2252.6023.61/1384 1/550 荷载计算 14 21276.1437.2253.4283.61/1050 1144530.8284.6874.151/885 从表