武汉地区多层框架结构建筑设计-毕业设计说明书(双学位)

设计说明书 摘要：建筑设计包括平面设计部分，立面设计部分，楼梯设计部分，建筑构造部分和屋面设计部分。结构配置了一部楼梯和两个电梯，两个电梯分别为防火电梯和客梯，每个房间均可自然采光和通风。结构计算部分包括横向水平地震作用和风荷载作用下的剪力墙结构设计、楼梯设计和基础设计。在确定结构平面布置和立面布置之后用PKPM高层建筑结构有限元分析软件STAWE进行结构自振周期、平动系数、有效质量系数、刚重比、最小楼层抗剪承载力之比、最大层间位移角、最大位移与层平均位移的比值等的计算，并根据最优方案进行配筋并制图。关键词：地层、剪力墙结构、商住宅、结构设计Summary:Architectural design includes plane design, elevation design, stair design, building structure and roof design.Each configuration includes a Stairs and two Elevator, two lifts is for fire elevator and elevator.Each room can natural lighting and ventilation.Structure calculation includes shear wall structure design, horizontal earthquake effect and wind load stair design and foundation design.Calculation is natural vibration period of structure, the translational coefficient, effective mass coefficient, the ratio of stiffness to weight, minimum floor shear bearing ratio, the maximum inter story displacement angle, the maximum displacement and Average displacement using PKPM finite element analysis of tall building structures STAWE software after determining the structure ayout and vertical ayout, and the reinforcement and drawing according to the optimal scheme. Keywords: High-level, shear wall structure, residential, structure design一、毕业设计目的和认识毕业设计是土木工程专业教学中的重要环节。其主要目的是：培养学生综合应用所学基础理论和专业知识，解决一般工程技术问题的能力，进一步提高和训练学生的工程制图、理论分析、结构设计、施工方案设计、计算机应用和外文阅读能力。通过毕业设计，使学生对一般土木工程的土建设计与施工内容、施工全过程有比较全面的了解，熟悉有关规范、规程、手册和工具书，为今后独立工作打下基础。毕业设计应强调理论联系实际，提高学生分析、解决工程实际问题的能力，注意培养学生踏实、细致、严格、认真和吃苦耐劳的工作作风。高等工科院校的毕业设计是完成教学计划达到本科生培养目标的重要环节。它通过深入实践、了解社会、完成毕业设计任务或撰写论文等诸环节，着重培养学生综合分析和解决问题的能力和独立工作能力、组织管理和社交能力；同时，对学生的思想品德，工作态度及作风等诸方面都会有很大影响。对于增强事业心和责任感，提高毕业生全面素质具有重要意义。二、设计情况1.1建筑设计说明(一)、工作要求该楼拟建位置位于浙江省武汉市，抗震设防基本烈度为度,采用的是钢筋混凝土框架结构。设计主要内容包括：.框架结构设计，包括：结构布置；结构方案；编写相应的结构计算书；绘制结构施工图。施工图主要内容有：、；一榀框架结构图；.减震设计，包括：Opensees软件下不进行减震设计的结构地震时程分析；对比减震方案及其效果；减震部件的构件计算与施工图。(二)、图表绘制。包括如下图表：。(三)、设计说明书编写。设计说明书对结构方案起着说明作用，体现结构设计计算的主要过程和计算依据。1.2结构设计说明1.2.1 结构体系选型本结构采用现浇钢筋混凝土框架结构，承重体系为横向承重体系。对于层数较少的楼，可选用钢筋混凝土框架结构、底层框架或内框架砖房结构等。同时，考虑该建筑处于 7 度设防烈度地震区且地震作用方向具有不定性以及地震产生的破坏效应大，因而选用横向承重框架。1.2.2 材料选择A 屋面结构：采用的是 100mm 厚C30 混凝土现浇板。B 楼层结构：采用现浇钢筋混凝土楼板。C 楼梯结构：采用钢筋混凝土梁式楼梯。D 天沟：采用现浇外天沟。E 过梁：连系梁作为窗的过梁。F 基础： 采用钢筋混凝土柱下独立基础。G 梁柱：柱采用 C35 混凝土，梁采用 C30 混凝土。31 2 结构选型与布置2.1框架结构承重方案选择 竖向荷载的传力途径：楼板-次梁-主梁-柱-基础。 根据楼盖的平面布置方式和竖向荷载的力的传递途径，本框架结构办公楼的承重体系为横向承重体系，这样横向框架梁的截面高度可以取得大些， 从 而 增加了框架的横向侧移刚度。2.2.确定梁和柱的截面尺寸2.3.1 梁截面尺寸估算取框架梁截面高度为其跨度的l/8l/12，梁宽为梁截面高度的1/21/4。纵梁： h = 1 各种梁截面见表2.4.1层次混凝土强度 等级横梁 bh纵梁AB 跨，CD 跨BC 跨15C30200 550200 400200 4002.3.2 柱的截面尺寸估算 。底层柱高度暂取 h=3900+450+650=5000mm（其中3900mm 为底层层高，450mm为室内外高差，650mm为基础顶面至室外地坪的高度）高相同，即 3900mm。现按照层高初步估算柱的截面尺寸如下：b=(1/121/18)h=(1/121/18) 5000=278417mm,取 b=400mm。h=(12)b=400800mm，取 h=600mm。 所以柱的初选截面尺寸取为b h=400 600mm。2.4.确定框架计算简图（KJ-2）。假设整个框架与基础顶面固接，框架柱与框架梁刚性连接。梁跨度取为柱截面形心之间的距离。于是可绘制出框架结构的计算简图如图2所示。2.5.梁柱惯性矩线刚度相对线刚度计算 2.6.1.梁柱惯性矩计算 梁L1：ABCD跨： BC跨： 柱 ： 2.6.2 梁柱线刚度计算 对于中框架梁，取 I = 2I0 ，根据公式i = EI / l ，可以得出梁柱的线刚度如下( E = Ec ) 梁： iAB= iCD= EI / l = 2 3.466 109 E / 6600 = 10.5 105 E = 3.15 1010 N . mm iBC = 21.33 109 E / 2400 = 11.08 105 E = 3.324 1010 N . mm 柱： 底层：i底 = 7.2 109 E / 5000 = 10.42 105 E = 4.32 1010 N . mm 其它层：i其他 = 7.2 109 E / 3900 = 18.46 105 E = 5.538 1010 N . mm 2.6.2 令 i其他 =1.0，则其余各杆的相对线刚度为： 梁：=3.15 1010 N . mm / 5.538 1010 N . mm =0.57=3.324 1010 N . mm / 5.538 1010 N . mm = 0.6 柱 ：=4.32 1010 N . mm / 5.538 1010 N . mm = 0.78=1.0。 3 荷载计算3.1 恒载标准值3.1.1 屋面恒载C20 防水混凝土 40mm 23 0.04 =0.92 kN/m210 厚底标号砂浆 10mm 17 0.01 =0.17 kN/m2 15 厚防水层 20 0 . 0 15 =0.3 kN/m2 水泥砂浆找平层 20mm 20 0.02=0.4 kN/m2 保温或隔热层 50mm 14.5 0.05=0.73kN/m2 水泥砂浆找平层 20mm 20 0.02=0.4 kN/m2 钢筋混凝土板 100mm 25 0.10=2.5kN/m2 板底抹灰10mm 17 0.01=0.17kN/m2合计 5.59kN/m23.1.2 楼面恒载0.66kN/m2 2.5kN/m2 板底抹灰 10mm 0.17kN/m2合计 3.33kN/m23.1.3 梁自重b h = 200mm 550mm梁自重25kN/m3 0.25m（0.55m-0.10m ） =2.803 kN/m抺灰层 0.01m (0.55m-0.10m) 2+0.25m17 kN/m3=0.197kN/m合计 3kN/mb h = 200mm 400mm梁自重 25kN/m3 0.25m (0.40m-0.1m)=1.875kN/m抺灰层 0.01m (0.4m-0.10m) 2+0.25m 17 kN/m3=0.15kN/m合计 2.03kN/m3.1.4 柱自重 b h = 400mm 600mm柱自重 25kN/m3 0.40m 0.60m=6 kN/m抺灰层 0.01m 0.4m 2 17kN/m3+0.01m 0.6m 2 17 kN/m3=0.34 kN/m合计 6.34kN/m3.1.5 外纵墙自重标准层墙：墙体（3.9-0.4）（4.2-0.4）-2.4 2.1 0.24 18/(4.2-0.4)=9.39k N/m铝合金窗 5.5 2.4 2.1 0 . 2 4 / 3. 8 =1.764kN/m水泥粉刷内墙面 （3.9-0.4）（4.2-0.4）-2.4 2.1 0. 0 2 2 0 /3.8=0.783kN/m 外墙面 (3.9 4.2-2.4 2.1) 0. 0 2 17/4.2=1.35kN/m合计 13.287kN/m底层墙： 墙体 (5.0-0.4-0.4) （4.2-0.4） -2.4 2.1） 0.2418 /3.8kN/m=12.42kN/m 铝合金窗 5.5 2.4 2.1 0 . 2 4 / 3. 8 kN/m=1.764kN/m 水泥粉刷内墙面 10.92 0. 0 2 20/3.8kN/m=1.04kN/m 外墙面 (3.9 4.2-2.4 2.1) 0. 0 2 17 /4.2kN/m=1.35kN/m合计 16.574kN/m3.1.6 内纵墙自重标准层墙：墙体 （3.9-0.4） 0.24 18kN/m=15.12kN/m水泥粉刷内墙面 （3.9-0.4） 0.02 20 2 kN/m =2.52kN/m合计 17.64kN/m底层墙：墙体(5.0m-0.4m-0.4m) 0.24m 18 kN/m3=18.15kN/m水泥粉刷内墙面 (5.0m-0.4m-0.4m) 0.02m 2 2 0 kN/m3=3.03 kN/m 合计21.18kN/m3.1.7内隔墙自重标准层墙：墙体（3.9-0.55) m 0.24m 18kN/m3=14.472kN/m水泥粉刷内墙面 （3.9-0.55） m 0.02m 2 20kN/m3=2.412kN/m合计 16.89kN/m底层墙：墙体(5.0m-0.4m-0.55m) 0.24m 18kN/m3=17.496kN/m 水泥粉刷内墙面 (5.0m-0.4m-0.55m) 0.02 m 2 20kN/m3 2=2.916kN/m 合计 20.42kN/m3.2 活荷载标准值 3.2.1 根据荷载规范查得活荷载标准值：屋面（上人）2.0kN/m2；楼面 2.0kN/m2、走廊 2.5kN/m2。 3.2.2 雪荷载ks = 1.0 0.5kN/m2 = 0.5kN/m2 。3.3 竖向荷载下框架受荷总图 。 3.3.1 竖向荷载作用下框架受荷计算 3.3.1.1 A-B 轴间框架梁屋面板传荷载：恒载：活载：楼面板传荷载：恒载：活载：梁自重： 3kN/m 屋面：=3 kN/m + 19.44kN/m =22.44 kN/m活载=板传荷载=6.96 kN/m楼面=3 kN/m + 11.58kN/m +16.89kN/m =31.47 kN/m活载=板传荷载=6.96 kN/m3.3.1.2 B-C 轴间框架梁屋面板传荷载：恒载： 活载： 楼面板传荷载： 恒载： 活载： 梁自重：2.03kN/m 屋面：=2.03kN/m + 8.385kN/m =10.415 kN/m活载=板传荷载=3 kN/m楼面=2.03kN/m +4.995kN/m =7.025 kN/m活载=板传荷载=3.75 kN/m3.3.1.3 3.3.1.4顶层柱： 女儿墙自重：（做法：墙高1400mm，100mm的混凝土压顶） 天沟自重： = 3.3.1.5 3.3.1.63.3.1.7 3.4 风荷载图7竖向受荷总图 注：1.图中各值的单位为 kN； 风荷载标准值为：式中，基本风压=0.85kN/m2； ； =0.8-(-0.5)=1.3； =1.0； 下层柱高； ； 迎风面的宽度，=4.2m 。计算过程见表 3.4表 3.4集中荷载标准值离地高度z/mm zb zm sw0(kN/m2)hi /mh j /mWk /kN19.950.841.01.30.853.93.05.5416.050.761.01.30.853.93.95.6712.150.741.01.30.853.93.95.528.250.741.01.30.853.93.95.524.350.741.01.30.855.03.96.30 4 风荷载作用下位移计算4.1 侧移刚度 D计算见表 4.1.1 和表 4.1.2。表 4.1.1横向 2-5 层 D 值的计算c c c 2构件 名称 ii =b2ica = i2 + iD = a i 12 /(kN/m)hA、D轴柱2 3.15 1010= 0.572 5.54 10100.2229694B、C轴柱2 (3.15 1010 + 3.324 1010 )= 1.1682 5.54 10100.53923559 D=2 (9694kN/m+23559kN/m)=66506 kN/m表 4.1.2横向底层 D 值的计算构件 名称 ii =bica = 0.5 + i2 + iD = a i 12/(kN/m)hA、D轴柱3.15 1010= 0.734.32 10100.4519342B、C轴柱3.15 1010 + 3.324 1010= 1.4994.32 10100.57111844 D=2 (9342kN/m+11844kN/m)=42372 kN/mc c c 24.2 框架侧移计算：V jDu j式中Vj；= Dij Dij ；Du j 。 顶点侧移等于各层层间侧移之和。j 层侧移ju j = Du jj =1 顶点侧移nu = Du j。表 4.2.1风荷载作用下框架的侧移计算层次W j /kNV j /kN D /kN/mDu j /mDu j /h55.545.54665060.000081/4875045.6711.21665060.000171/2294135.5216.73665060.000251/1560025.5222.25665060.000341/1147116.3028.55423720.000681/7352u = Du j = 0.00152m侧移验算： 层间侧移最大值=1/73521/550（满足） 5 横向水平地震作用计算5.1 各楼层重力荷载代表值 对于多层框架结构，重力荷载代表值一般取为：恒载+0.5 活载，质点荷载的集中方法为：顶层质点荷载集中范围为屋盖和顶层上半个层高；一般层质点荷载集中范围为楼盖和上、下各半个层高。表 5.1.1 集中质点重力荷载的标准值层数构件Gi (kN) Gi (kN)屋顶恒载 （梁、板）+0.5 活载22.44 6.6 2+10.42 2.4+0.5 (6.96 6.6 2+3 2.4)= 370.76kN740.66恒载（柱）82.21 2+62.66 2+6.34 2 3.9+0.5(11.03 2+19.66 2)=369.9kN恒载 （梁、板）+0.5 活载31.47 6.6 2+7.03 2.4+0.5 (6.96 6.6 2+3.75 2.4)= 482.72kN982.58恒载（柱）76.57 2+107.48 2+0.5(11.03 2+21.82 2)+6.34 4 3.9=499.86kN5.2 横向自振周期的计算 对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构，可运用顶点位移法来计算结构基本自振周期，计算公式如下：T1 = 1.7y T uT式中，uT ；y T 。：表 5.2.1 结构顶点假想位移计算层次Gi / kNVGi / kN Di /( N/mm)Dui / mmui / mm5740.66740.666650611.14243.444982.581723.246650625.91232.33982.582705.826650640.69206.392982.583688.46650655.46165.71982.584670.9842372110.24110.24由上表计算基本周期T1 ，T1 = 1.7y T uT= 1.7 0.6 0.24344 =0.503s5.3 水平地震作用及楼层地震剪力计算本设计采用底部剪力法计算水平地震作用。首先计算底部剪力值 FEk 。FEk = a1Geq式中，a1 ；Geq ；Geq= 0.85Gi = 0.85 4670.98 = 3970.34：Tg=0.40samax = 0.08由水平地震影响系数a 曲线来计算a1 ，因 TgT15Tg ,所以式中，-阻尼比； -衰减指数，=0.05时，取0.9； -阻尼调整系数，=0.05时，取1.0。因为，。则质点 i 的水平地震作用 Fi 为：Fi =Gi Hi nFEk G j H jj =1 式中：Gi 、G j ； Hi 、 H j 分别为质点 i、j 的计算高度。 ： 表 5.3.1 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次H i / mGi / kNGi H i / kN mFi / kNVi / kN520.60740.6615257.668.1168.11416.70982.5816409.173.24141.35312.80982.5812577.156.14197.4928.90982.588744.939.03236.5215.00982.584912.921.93258.45G j H j57901.65.4 水平地震作用下的位移验算用 D 值法来验算 分别按下式来计 算：nVi = Fkk =i (Du)i = Vi /Dijj =1nu = (Du)kk =1 qe = Dui / hi 。表 5.4.1 横向水平地震作用下的位移验算层次Vi / kN Di /( N/mm)Dui / mmui / mmhi / mmqe =Dui / hi568.11665061.0216.1839001/38244141.35665062.1315.1639001/18303197.49665062.9713.0339001/13132236.52665063.9610.0639001/9851258.45423726.106.1050001/820由表可知，最大层间弹性位移角=1/8201/550,满足要求。 6 框架内力计算 （1）恒载作用；（2） ；（3） ；（4） ；（5）（6）在内力分析之前，还应计算汇交于节点各杆的杆端弯矩分配系数和在竖向荷载作用下杆端的固端弯矩。6.1 恒荷载标准值作用下内力计算 。表 6.1.1等截面直杆杆端弯矩计算表编号梁的简图弯矩MABMBA1Fab 2-l 2Fa 2 b- l 22 ql2 - 12 ql2 - 123qa 2-12l 2(6l 2 - 8la + 3a 2 )qa 312l 2(4l - 3a)g将各杆杆端固端弯矩及节点不平衡弯矩写入图 9 中节点的方框后，通 过 迭代计算，使 杆端弯矩最终趋于稳定，最后可按下式求得各杆杆端弯矩，如图 10 所示。M ik= M ik+ M ik+ (M ik+ M ki ) 式中M ik ； ； gM ik各杆端固端弯矩；ikM ；kiM ； ；=-1/2(/)以上计算中，可采用结构力学中取脱离体的方法，根据已求得的框架 M 图求 V 图，再由V 图求 N 图。如已知杆件两端的弯矩（图 11a）。其剪力：Vlk= Volk - (M ijk + M jik ) / l0Vrk = Vork - (M ijk + M jik ) / l0式中Vo l k Vo rk ，Volk = Vork = 0 ，M ijk ， M jik 梁端弯矩标准值，已知某节点上柱传来的轴力 N u 和左、右梁传来的剪力Vl ，Vr 时，节点下柱的轴力（图11b）Nl = Nu - Vl + Vr式中 Nu ，Vl 以压力为 + ，拉力为 - 。恒荷载标准值作用下的M 图、V 图、N 图分别如图 12、图 13、和图 14 所示。 （单位：kN/m）图 11V 及 N 的计算简图（单位：kN/m） （单位：kN） （单位：kN）6.2 活荷载标准值作用下的内力计算为 了 减少重复计算，加速结构设计过程，对于活荷载标准值作用下的内力计算可采用结构力学计算器进行。另外，由于结构对称，C-D 轴间的受力图与 A-B 轴间的受力图对 称，故不再作 C-D 轴间的受力图。活荷载标准值作用在 B -C 轴间的M 图、V 图、N 图分别如图 19、图 20、图 21 所示，框架柱节点弯矩分配图如图 15 所示。（单位：kN/m） （单位：kN） （单位：kN）（单位：kN/m） （单位：kN） （单位：kN）6.3 风荷载标准值作用下内力计算 框架在风荷载下的内力计算采用 D 值法（即改进的反弯点法），其步骤大致为：（1）求得各框架柱反弯点处的剪力值；（2）求得各框架柱的反变弯点高度值；（3）求得各框架柱的柱端弯矩及框架梁的梁端弯矩；（4）求得各框架梁的剪力和各框架柱柱的轴力。 ：Vim =Dim DVi ，Vi = Wi ，Wi 见表 4.2.1。， y = y0 + y1 + y2 + y3 ，计算结果如表6.3.16.3.2所示。6.3.1A、D 轴柱的反弯点位置层号h/miy0y1y2y3yyh/m53.90.570.2850000.2851.1143.90.570.350000.351.3733.90.570.4350000.4351.723.90.570.5000-0.020.481.8715.00.730.6850-0.00500.683.46.3.2B、C 轴柱的反弯点位置层号h/miy0y1y2y3yyh/m53.91.170.35850000.35851.443.91.170.40850000.40851.5933.91.170.45850000.45851.7923.91.170.5000-0.01660.48341.8915.01.50.600-0.002500.59752.99。M c上Vim (1 - y) hM c下Vim y h左= ib （ +i左右中柱处的梁M b左jb + ib( M e下j +1+ M e上j )右= ib （ +i左右M b左jb + ib( M e下j +1+ M e上j )边柱处的梁M b 总j = M e下j +1 + M e上j表 6.3.3风荷载作用下 A、D 轴柱剪力和梁柱端弯矩计算表层Vi /kN D/(kN/m)Dim/(kN/m)Dim DVim/kNyh/mM e上/(KN.m)M e下/(kN.m)M b总/(kN.m)55.546650696940.1460.811.112.260.92.26411.216650696940.1461.641.374.162.245.06316.736650696940.1462.441.75.384.147.62222.256650696940.1463.251.876.596.0810.73128.554237293420.226.283.410.0521.3516.13表 6.3.4风荷载作用下 B、（C）轴柱剪力和梁柱端弯矩计算表层Vi/kN D/(kN/m)Dim/(kN/m)Dim DVim/kNyh/mM e上/(kN.m)M e下/(kN.m)M b左/(kN.m)M b右/(kN.m)55.5466506235590.3541.961.44.92.742.392.51411.2166506235590.3543.971.599.166.325.806.10316.7366506235590.3545.921.7912.5010.599.179.65222.2566506235590.3547.881.8915.8814.8612.8913.58128.5542372118440.287.992.9916.0823.8715.0715.87注：对于 C 轴梁端弯矩，C 轴（ M b左 ）B 轴（ M b右 ） ,C 轴（ M b右 ）B 轴（ M b左 ）。 。表 6.3.5风荷载作用下柱轴力与梁端剪力计算/kN/kNAB、CD跨（V1）BC 跨(V2)A 轴B 轴C 轴D 轴V1- V2NCV2- V1ND50.72.09-0.7-1.39-1.391.391.390.741.655.08-2.35-3.43-4.823.434.822.3532.548.04-4.89-5.5-10.325.510.324.8923.5811.32-8.47-7.74-18.067.7418.068.4714.7313.23-13.2-8.50-26.568.5026.5613.2注：轴力压力为+，拉力为 。6.4 横向水平地震荷载作用下的内力计算表 6.4.1横向水平地震荷载作用下 A、D 轴柱剪力和柱端弯矩计算表层号Vi（kN） D(kN/m)Dim(kN/m)Dim DVim（kN）yhM e上/(kN.m)M e下/(kN.m)568.116650696940.1469.941.1127.7211.054141.356650696940.14620.641.3752.5328.173197.496650696940.14628.831.763.5348.912236.526650696940.14634.531.8770.0364.641258.454237293420.2256.863.490.98193.32表 6.4.2横向水平地震荷载作用下 B . C 轴柱剪力和柱端弯矩的计算层号Vi（kN） D(KN/m)Dim(KN/m)Dim DVim（kN）yhM e上/(kN.m)M e下/