土木系五层框架的计算书.doc

扬州大学毕业设计（论文）专用纸目 录摘要 23 第一章 工程概况及设计依据 46 第二章 框架梁柱截面尺寸估算 710第三章 水平地震作用计算 1129第四章 竖向荷载作用下框架内力计算 3055第五章 框架内力组合 5466第六章 框架梁截面设计 6791第七章 框架柱截面设计 9299 第八章 基础设计 100109 第九章 零星构件设计 110120摘 要本工程为扬州市某综合办公楼。主体五层，局部六层，首层高为4.0m，25层层高为3.3m，6层层高为3.0m，总高度为20.2m。经过细致的方案论证，该工程上部结构采用纵横向承重的钢筋混凝土框架结构。因为该工程抗震设防烈度为7度，所以不考虑竖向地震作用。在用底部剪力法求出水平地震作用后，利用D值法完成了水平地震作用下的一榀框架的内力计算。采用弯矩二次分配法分别完成了竖向恒载和活载最不利布置作用下的内力计算。并且，考虑结构构件的地震作用效应与其它荷载效应的基本组合及无地震作用效应的其它荷载效应的基本组合两种情况，对框架内力进行组合，得出框架梁柱的控制内力，进而完成了梁柱截面的配筋计算。进行了基础的设计及零星构件的设计。利用PKPM软件对本工程进行了结构设计。关键词：建筑设计、结构设计、地震作用、框架结构、弯矩二次分配法、内力组合、截面设计 ABSTRACTThis Project is the youth undertaking-technology building， and the main part is five-storey structure . After complicated analysis , the frame structure of supporting weight in lengthways and transverse direction of reinforced concrete is adopted for the superstructure of this building .As the anti-earthquake degree is 7,vertical earthquake is skipped. After the horizontal earthquake is calculated by the bottom-shear method, the D method is applied to calculate the stress of a frame under horizontal earthquake. Then the stress under vertical dead load and the most adverse-arrange live load is calculated by the double-moment-divided method. Considering the two cases : the basic combination of the earthquake and the load and the basic combination of the load and no earthquake , the load effect combination is carried off. So according to the stress and of beams and columns , the section design is finished .The design of foundation and other member are carried on. The software of PKPM is applied to design the pictures of the structure construction. KEYWORD: architectural design, structural design, earthquake action , frame structure , internal force combination , moment distribution method, section design, control internal force 第一章 工程概况及设计依据本工程为扬州市某综合办公楼。主体五层，局部六层，首层高为4.0m，25层层高为3.3m，6层层高为3.0m，总高度为20.2m。根据建筑结构可靠度设计统一标准（GB500682001）1.0.5：本工程属于普通房屋和构筑物，结构的设计使用年限为50年。1.0.8：建筑结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果（危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等）的严重性，采用不同的安全等级。本工程按建筑物类型属于一般的房屋，破坏结果严重，安全等级属于二级。1.1 工程概况：1.工程名称：扬州市某办公楼2.工程地点：扬州市市区1.2 设计依据：1设计任务书提供的设计资料2.国家现行有关规范3.气象资料：（1）、基本风压值0.35（2）、基本雪压值0.35（3）、主导风向：东南风4.工程地质资料：（1）地质概况第层为杂填土夹有碎砖、有机物，厚1.5m； 第层为亚粘土，可塑状态，灰黄色，厚度4.2m5.5m； 第层为轻压粘土，软塑状态，灰褐色，厚度4m4.5m； 第层为粉砂，黄灰色，厚度较大，未钻透； 地下水位在自然地面以下2.1m处。 （2） 本工程室内地坪0.000m，室外地坪-0.300m 。 （3）设计荷载标准值：根据功能要求，按荷载规范规定取用。 （4） 抗震设防：扬州地区，抗震设防烈度为7度，场地类别类。5.楼面活载（1）、楼面荷载按建筑结构荷载规范使用（2） 非上人屋面均布活载为0.5kN/6、施工技术条件：施工条件比较完善附：根据建筑结构荷载规范GB5009-2001（以下简称荷载规范）3.1.2建筑结构设计时，对不同荷载应采用不同的代表值。对永久荷载应采用标准值作为代表值。对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。（1）民用建筑楼面均布活荷载标准植按规定采用办公楼楼面取 2.0KN/厕所、走廊、楼梯取 2.5 KN/（2）荷载规范屋面均布活荷载规定采用 不上人屋面 0.5 KN/ 上人屋面 1.5 KN/雨蓬 0.5 KN/1.3 结构方案确定抗震规范6.1.1现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度：抗震设防地区框架结构最大高度为55m。本工程平面、立面规则，高度20.2m，考虑到建筑功能要求，主要为办公用，采用的是轻质隔墙，以及空间跨度的要求和考虑到以后平面的重新布局的方便，选用框架结构比较适宜。楼（屋）盖采用现浇板肋梁体系，柱下条形基础。1、根据抗震规范3.1.1本建筑工程抗震设防类别为丙类。2、抗震规范6.1.2丙类建筑的抗震等级三级。选用材料：根据抗震规范3.9.2第二条选用材料如下：1、混凝土强度等级的选用：主体框架、和楼板，基础均采用强度等级为C30混凝土，楼梯采用 C252、钢筋的选用：柱梁的受力钢筋为HRB400级钢，箍筋为HPB235级钢，现浇板的受力钢筋为HPB235级钢3、墙体选用： 外墙用240混凝土小型空心砌砖；内墙用轻质隔墙。 第二章 梁柱截面估算2.1梁柱截面估算（1）梁： =(1/81/12) =(1/21/3) 建筑抗震设计规范规定：梁的截面尺寸，宜符合下列各项要求： 1、 截面宽度不宜小于200mm； 2、 截面高宽比不宜大于4； 3 、净跨与截面高度之比不宜小于4。 （2）柱：柱的截面尺寸一般由满足抗震要求的柱轴压比确定柱轴压力设计值： ：考虑地震作用组合柱轴力增大系数，边柱1.3，不等跨内柱1.25， 等跨内柱1.2F：按简支状态柱的受荷面积：楼面荷载近似取值 1215n：验算截面以上楼层层数：柱估算截面面积：柱轴压比限值，按抗震等级确定。建筑抗震设计规范规定：柱的截面尺寸，宜符合下列各项要求： 1、截面的宽度和高度均不宜小于300mm；圆柱直径不宜小于350mm。 2、 剪跨比宜大于2。 3、截面长边与短边的边长比不宜大于3。2.2 框架梁柱截面尺寸的估算1.框架结构柱网布置图135图2-1框架结构柱网布置图 2计算高度的确定计算简图中的杆件以计算轴线表示，柱取截面形心线，梁取截面形心线，框架计算高度：除底层外的其余各层都取建筑层高。底层层高取基础顶面到二层楼面梁顶的距离，框架梁的跨度取柱轴线之间的距离。3.梁柱截面尺寸的确定（1）柱边柱：N=1.3(6.08.1/2) 155=2369.3 kN=2369.3/（0.914.3）=184090.9中柱：N=1.256.756155=3796.9kN=3796.88/（0.914.3）=295017.5综上计算结果：首层柱的截面尺寸为：600 mm600mm；25层 边柱截面尺寸为400mm500mm 中柱截面尺寸为500mm600mm（2）梁纵向框架梁1（跨度L=6000 mm、6300mm）h=(1/8-1/12)L=(1/8-1/12)6000=750-500mm 取h=700mm 取b=250mm梁的截面尺寸为250mm700mm纵向框架梁2（跨度L=3000 mm）h=(1/8-1/12)L=(1/8-1/12)3000=375-250mm 取h=400mm 取b=250mm梁的截面尺寸为250mm400mm横向框架梁1（跨度L=8100 mm）h=(1/8-1/12)L=(1/8-1/12)8100=1025-677mm 取h=800mm 取b=250mm梁的截面尺寸为250mm800mm横向框架梁2（跨度L=5400 mm）h=(1/8-1/12)L=(1/8-1/12)5400=675-450mm 取h=600mm 取b=250mm梁的截面尺寸为250mm600mm横向框架梁3（跨度L=3300mm）h=(1/8-1/12)3300=412-275mm梁的截面尺寸为250400mm次梁1（跨度L=6000mm、6300mm）h=(1/12-1/18)L=(1/12-1/18)6000=500-334mm 取h=450mm 取b=250 mm梁的截面尺寸250mm450mm次梁2（跨度L=8100mm）h=(1/12-1/18)L=(1/12-1/18 ) 8100=677-451mm 取h=600mm 取h=600mm梁的截面尺寸为250mm600mm 次梁3悬挑梁的截面尺寸为250mm400mm （3） 板尺寸的确定 此结构楼层统一采用现浇楼板 a.单向板的截面设计要点： 现浇钢筋混凝土单向板的厚度h除应满足建筑功能外，还应符合下列要求： 跨度小于1500mm的屋面板 h50mm 跨度大于等于1500mm的屋面板 h60mm 民用建筑楼板 h60mm 工业建筑楼板 h70mm 行车道下的楼板 h80mm 此外，为了保证刚度，单向板的厚度尚应不小于跨度的1/40（连续板）、1/35（简支板）以及1/12（悬挑板）。 b.双向板的截面设计要点： 双向板的厚度不宜小于80mm。由于饶度不另作验算，双向板的厚度与短跨跨长的比值应满足刚度要求： 简支板 （工程中一般取为） 连续板 经计算本工程采用100mm厚板比较合理。第三章 水平地震作用计算以下为抗震规范的有关规定：根据抗震规范1.0.2 抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设计。5.1.3 计算地震作用时，建筑物的重力荷载代表值应取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和。各可变荷载的组合值系数，应按下表采用。组合值系数 表3-1可变荷载种类组合值系数雪荷载0.5屋面活荷载不计入按实际情况计算的楼面活荷载1.0按等效均布荷载计算的楼面活荷载藏书库、档案库0.8其他民用建筑0.55.1.6 结构抗震验算，应符合下列规定：7度和7度以上的建筑结构（木结构房屋除外），应进行多遇地震作用下的截面抗震验算。5.2.5 抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力应符合下式要求： 式中第i层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力剪力系数，七度区基本周期小于3.5s的结构，基本周期加速度为0.15g的地区为0.024，对竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘以1.15的增大系数。第j层的重力荷载代表值。本工程为7度，需进行抗震设计。 3.1 重力荷载代表值计算： 重力荷载计算:1屋面（不上人） 做法详见苏J01-2005-21、B/7。APP改性沥青防水卷材 0.05 20厚1：3水泥砂浆找平层 200.02=0.440厚C20细石混凝土内配14150双向钢筋 1 保温层25mm 0.5520厚1：3水泥砂浆找平层 200.02=0.4 现浇钢筋砼屋面板100厚 250.1=2.56厚1：0.3：3 水泥石灰膏打底扫毛 0.00617=0.16厚1：0.3：3水泥石灰膏沙浆粉面 0.00617=0.1合计： 5.1 2楼面 地砖楼面见苏J01-2005-7/3 10厚地砖楼面，干水泥擦缝 0.605厚1：1水泥细沙浆结合层 0.00520=0.1 20厚1：3水泥砂浆找平层 200.02=0.4 100厚混凝土现浇板 0.125=2.56厚1：0.3：3 水泥石灰膏打底扫毛 0.00617=0.16厚1：0.3：3水泥石灰膏沙浆粉面 0.00617=0.1楼面自重 3.6 3.柱 400mm600mm柱自重 0.40.525=5.0kN/m 500mm600mm柱自重 0.50.625=7.5kN/m600mm600mm柱自重 0.60.625=9.0kN/m 4.梁 250mm700mm梁自重 0.250.725=4.4 kN/m250mm600mm梁自重 0.250.625=3.75 kN/m250mm400mm梁自重 0.250.425=2.5 kN/m250mm800mm梁自重 0.250.825=5.0 kN/m250mm450mm梁自重 0.250.4525=2.8kN/m重力菏载代表值计算（铝合金门窗单位荷载为0.4kN/m）二层梁：主梁：截面形式有：250mm400mm，250mm700mm，250mm800mm，250mm600mm截面250mm400mm梁总长：2.2+2.5+2.42+2.72=14.9m截面250mm600mm梁总长：4.910=49mm截面250mm700mm梁总长：5.221+5.93=126.9m截面250mm800mm梁总长：6.810=68m总重：（0.250.314.9+0.250.549+0.250.6126.9+0.250.768）25=967kN次梁：截面形式有：250mm400mm,250mm450mm,250mm600mm； 截面250mm400mm梁总长：2.1+1.57+5.756=47.1m 截面250mm450mm梁总长：5.75（8+9+9+1）=155.25m 截面250mm600mm梁总长：7.4 m总重：（0.250.347.1+0.250.35155.25+0.250.57.4）25=451kN柱：截面形式有：400mm500mm，500mm600mm，600mm600mm。截面400mm500mm柱总高：3.315=49.5m截面500mm600mm柱总高：3.36=19.8m截面600mm600mm柱总高：3.312=39.6m总重：549.5+7.519.8+939.6=752.4kN墙：墙厚200mm面积：(5.22.63+5.42.610+5.32.64+2.42.92+7.152.5+4.852.7+7.02.5+4.72.7+2.72.92)-（1.82+3.81.82+3.91.84+62.1+51.1+1.21.6+30.9）=335.66-153.07=188.07 重量：188.073.3=620.6kN轻质隔墙： 面积：（6.02.8511+5.52.858+4.82.85+5.32.56+4.752.73+1.52.67）-（0.92.716+1.22.73）=472.46-48.6=423.9 重量：423.92.2=932.6kN门窗：面积：153.07+48.6=201.7重量：201.70.4=80.7kN活载： 走道面积：12.157+61.5=128.7 阳台面积：5.751.56=51.75 楼梯间面积：36+36.2=36.6 办公室、会议室面积：6.05.47+6.35.4+6.06.07+36.0+2.8(3+6)=556 卫生间面积：4.86=28.8 活载之和：（128.7.3+51.75+36.6）2.5+（556+28.8）2.0=1712.2kN 折减系数取0.5； 折减后得： 0.51712.2=856.1kN楼面： 面积：800.17-36.6=763.6 重量：763.63.6=2749kN楼梯： 重量：36.61.53.6=197.64kN二层重力荷载代表值：7587.14kN首层：柱：截面形式600mm600mm截面600mm600mm柱总高：5.033=165m重量：1659.0=1485kN梁主梁自重：967kN次梁自重：451kN墙：墙厚200mm面积：（5.14.32+5.44.316+2.44.62+74.22+4.74.42+2.74.6）-（1.52.1+3.182+2.72+3.93.43+5.43.4+3.83.4+1.8+5.051.1+1.21.6+4.853.2+5.42.7+5.40.93+4.42.74+2.42.7+2.44+1.54+1.22.72+30.9）=548.24-215.70=332.54重量：332.543.3=1097.381kN轻质隔墙：面积：（123.55+4.83.55+5.13.3+2.73.3+10.83.3+63.55+33.55+7.03.26+4.73.44）-(0.92.79+1.52.7)-2.11.5=351.29-25.92-3.15=322.22重量：322.222.2=708.9kN门窗面积：218.705+25.92=244.625重量：244.6250.4=97.85kN活载：856.1kN 楼面重量：2749kN楼梯重量：197.64kN 首层重力荷载代表值;8604kN五层：屋面 面积：54.313.5-4.013-7.93-5.63=680.52 重量：680.525.1=3470.65kN楼面 面积：4.013=12.03 重量：12.033.6=43.31kN 雪荷载：680.520.35=238.18kN 墙重量：602.6kN 轻质隔墙;重量：932.6kN门窗重量：80.7kN楼梯重量：197.64kN柱重量：752.4kN主梁重量：967kN次梁重量：451kN 女儿墙：h=1.5m, b=0.2m 长：54.3-0.6+13.5+54.3-0.3+13.5-7.9=126.8m 重量：126.80.21.511.8=448.87kN五层重力荷载代表值：8187.65kN局部六层：柱子：5.03+7.53+0.30.32534+9.032=118.5kN圈梁：0.30.3(7.92+3.04+7.12) 25=94.5kN墙：0.22.7423.3=74.84kN屋面：(37.9+37.1) 5.1=229.5kN女儿墙：0.50.24211.8=49.56kN楼梯：197.64kN雪荷载：(37.9+37.1) 5.1=15.75kN局部六层重力荷载代表值：780.29kN重力荷载代表值表3-2层数恒载（kN）活载（kN）组合（恒+0.5活）(kN)17752.51703860426735.6417037587.1436735.6417037587.1446735.6417037587.1457949.47238.188068.566764.5415.75772.423.2 梁柱线刚度计算：1梁线刚度计算 混凝土C30，Ec=3.0N/进行框架结构内力和位移计算时，现浇楼板可以作为框架梁的有效翼缘，每侧翼缘的有效宽度为板厚的6倍，为了简化计算，在设计中允许采用下表所示的系数。表3-3断面跨度 (m)矩形截面惯性矩()边框架梁中框架梁（）（）（）（）25040030001.31.951.952.62.625045033001.92.852.5925060056004.56.753.759.07.5125070060007.1510.7255.3614.321.4525070063007.1510.7255.1214.310.21250800810010.6715.985.9221.3411.842.柱侧移刚度 E=3.00N/表3-4层次混凝土等级截面bh(mmmm)层高（m）惯性矩（）线刚度（KNm）(一般层) （底层）(一般层) （底层）D= A1-A7 轴边框架柱25C304005003.34.173.81.60.44186101C306006005.010.86.480.940.4915235 A8-A11轴框架柱25C306006003.310.89.820.620.24256061C306006005.010.86.480.940.4915235层次混凝土等级截面bh(mmmm)层高（m）惯性矩（）线刚度（KNm）(一般层) （底层）(一般层) （底层）D= B1轴框架柱25C304005003.34.173.82.550.56234671C306006005.010.86.481.500.5717774 B2-B7轴框架柱25C305006003.398.181.180.37333511C306006005.010.86.481.500.5717774B8-B10轴框架柱35C305006003.39.08.181.180.37333512C306006003.310.89.820.990.33357111C306006005.010.86.481.500.5717774 B11轴框架柱25C306006003.310.89.820.990.33357111C306006005.010.86.481.500.5717774 C1-C7轴框架柱25C304005003.34.173.80.950.32147981C306006005.010.86.480.560.3510886层次混凝土等级截面bh(mmmm)层高（m）惯性矩（）线刚度（KNm）(一般层) （底层）(一般层) （底层）D= C8轴框架柱35C304005003.34.173.80.950.32147982C306006003.310.89.820.370.16168311C306006005.010.86.480.560.3510886 C9、C1O轴框架柱35C304005003.34.173.81.470.42176882C306006003.310.89.820.570.22238821C306006005.010.86.480.860.4814930 C11轴框架柱25C306006003.310.89.820.370.16168311C306006005.010.86.480.560.3510886D9、D10轴框架柱25C306006003.310.89.820.200.0997671C306006005.010.86.480.300.35248373.柱子横向D值汇总：一层： =1523510+1777410+108869+149302+248372=507598二层： =186107+256063+23467+333516+357113+147988+176882+16831+97672=727919三至五层： =186107+256063+23467+333518+35711+147988+176882+16831+97672=723199 4.顶点位移验算横向框架顶点位移计算 表3-6层次(kN)(kN)(m)(m)58840.988840.987231990.01220.190747587.1416428.127231990.02270.178537587.1424015.267231990.03320.155827587.1431602.47279190.04340.122618604.040206.45075980.07920.07925.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，取基本周期系数=0.8，计算公式，T1为顶点位移，按D值法计算,见表横向：6横向地震作用计算本工程位于7度区二类场地，地震分组第一组，抗震等级三级，查规范： ，水平地震影响系数最大值=0.12，采用底部剪力法。=0.59s1.4Tg=0.49s,故应考虑顶点附加地震作用，取=0.080.59+0.07=0.1172水平地震影响系数：=0.075横向：结构底部剪力为： 考虑顶部附加水平地震作用 0.11722563=300.4kN 各层地震作用及楼层地震剪力 表3-8层次53.318.28840.981609060.3441078.91078.943.314.97587.141130480.241545.41624.333.311.67587.14880110.188425.42049.723.38.37587.14629730.135305.52355.215.05.08604.0430200.092208.22563.4467958 图3-1 水平地震作用下各层剪力 单位：7. 变形验算 横向 表3-10层次层间剪力层间刚度=(m)层高(m)层间相对弹性转角备注51078.97231990.00153.3满足要求41624.37231990.00223.332049.77231990.00283.322355.27279190.00323.312563.45075980.00515.0 8.水平地震作用、层间剪力:(KJ-4)计算方法为：y= y为反弯点高度， 横向框架4轴A柱端弯矩计算 表3-12层次层高（m）层间剪力（KN）层间刚度 A柱y53.31078.97231991861027.81.60.3856.8834.8643.31624.37231991861041.81.60.4378.6359.3133.32049.77231991861052.71.60.4890.4383.4823.32355.27279191861060.21.60.45109.2689.4015.02563.45075981523576.90.940.65134.58249.92横向框架4轴B柱端弯矩计算 表3-13层次层高（m）层间剪力（KN）层间刚度 C柱y53.31078.97231991479822.10.950.3547.4025.5343.31624.37231991479833.20.950.4065.7443.8233.32049.77231991479841.90.950.4576.0562.2223.32355.27279191479847.90.950.5079.0479.0415.02563.45075981088661.10.560.7285.54219.96横向框架4轴C柱端弯矩计算 表3-13层次层高（m）层间剪力（KN）层间刚度 B柱y53.31078.97231993335149.81.180.36105.1859.1643.31624.37231993335174.91.180.41145.83101.3433.32049.77231993335194.41.180.46168.22143.3023.32355.272791933351107.91.180.51192.28163.7915.02563.450759817774137.81.500.60275.60413.40计算得到地震作用下框架梁柱弯矩图如下 图3-3 横向框架水平地震作用下弯矩图 单位： 图3-4 水平地震作用下横向框架柱轴力图 单位： 图3-5 水平地震作用下横向框架梁端剪力图 单位：第四章 竖向荷载作用下T，K-J内力计算第一节、恒荷载计算一、 取4轴线框架计算（1）计算单元取4轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为6.0m，如图所示。直接传给框架的楼面荷载如图中水平阴影所示，计算单元范围内的期于楼面荷载则直接通过纵梁以集中力的形式传给横向框架梁，作用在各结点上。由于纵向框架梁与柱轴线不重合，因此在框架结点上还作用有集中力矩。荷载等效成均布荷载pe三角形荷载作用：pe = p梯形荷载作用：pe = （1）p计算简图（根据各层梁的受力情况）见以下过程。（2）荷载计算A 恒载计算:图3.1.1各层梁上作用的恒载图4-2在上图中、和代表横梁自重和其上横墙自重，为均布荷载形式。对于一至四层：=5.0kN/m= 3.75+2.22.7=9.69kN/m= 2.5+2.22.9=8.88kN/m、为房间和走道板传给横梁的三角形荷载，由几何关系可得，=3.66.0=21.6kN/m=3.65.4=19.44kN/mP1、P2、P3、P4分别为边纵梁、中纵梁直接传给柱的荷载，它包括梁自重、楼板重和其上纵墙的重力荷载。P1=0.5(1.5+3.0)