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四层钢筋混凝土框架结构毕业设计 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 工程概况11.2 自然条件11.3 设计依据1第2章 梁板的计算22.1 楼板计算22.1.1 楼标准层面板计算32.2 次梁设计172.2.1 标准层次梁设计172.2.2 顶层次梁设计20第3章 横向水平荷载作用下框架结构的内力分析253.1 结构布置及计算简图253.2 重力荷载计算263.2.1 屋面及楼面永久荷载标准值263.2 横向框架侧移刚度计算283.4 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算313.4.1 横向自振周期计算313.4.2 横水平地震作用及楼层地震剪力计算323.4.3 横水平地震作用下框架内力计算33第4章 竖向荷载作用下框架结构的内力计算394.1 横向框架内力计算394.1.1 计算单元394.1.2 荷载计算394.1.3 内力计算434.2 横向框架内力组合544.2.1 结构抗震等级544.2.2 框架梁内力组合544.2.3 框架柱内力组合57第5章 截面设计645.1 横梁配筋645.1.1 梁的正截面受弯承载力计算645.1.2 梁的斜截面受剪承载力计算695.2 框架柱配筋695.2.1 剪跨比和轴压比验算69第6章 基础设计766.1 框架柱B的基础设计766.1.1 求地基承载力特征值766.1.2 计算基础净反力766.1.3 基础高度（采用梯形基础）766.1.4 配筋计算776.2 框架柱E的基础设计78第7章 楼梯设计827.1 梯段板设计827.1.1 荷载计算827.1.2 截面设计827.2 平台板设计837.2.1 荷载计算837.2.2 截面设计847.3 平台梁设计847.3.1 荷载计算847.3.2 截面设计85结论86参考文献87致谢88附录1附录2III第1章 绪论 第1章 绪论1.1 工程概况本工程为研发中心框架结构设计，该建筑为四层钢筋混凝土框架结构，基础为独立基础，在独立基础不满足要求时，用条形基础。1.2 自然条件1 气象资料：常年主导风向为东北风，基本风压0.4 kN/m2，基本雪压0.25 kN/ m2，常年最高温度为35 ，最低气温-15 。2 地震设防;建筑物场地位于地震区，设防烈度6度。3 地质水文资料：地下水位高度为地面下3.5 m左右，地下水为无腐蚀的一般水。4 材料：混凝土：C30, 钢筋：级，级，或者级钢筋。5 地质条件：建筑场地为类，场地自然地面一下土层自上而下为：杂填土：容重18.5 kN/m，素填土：容重18.0 kN/m，粘土：容重19.5 kN/m，承载力标准值130 kPa，粉质粘土：土层未钻透，承载力标准值150 kPa。1.3 设计依据1 建筑结构设计统一标准2 建筑结构荷载规范(GB50009-2001)3 建筑抗震设计规范(GB50011-2001)4 建筑地基基础设计规范(GB50007-2001)5 混凝土结构设计规范(GB50010-2001)6 河北省建筑结构设计统一技术措施7 砌体结构设计规范(GB50003-2001)8 土木工程毕业设计指导89 第2章 梁板的设计 第2章 梁板的计算2.1 楼板计算根据混凝土结构设计规范(GB500102002)，楼板长边l02与短边l01之比小于2时，宜按双向板计算。楼板长边l02与短边l01之比大于2，但小于3.0时，宜按单向板计算，当按沿短边受力的单向板计算时，应沿长边方向布置足够的构造钢筋。根据本工程的实际尺寸，楼板分为双向板和单向板，楼板按照弹性方法进行计算。双向板按弹性理论的计算方法：多跨连续双向板跨中最大正弯矩：为了求得连续双向板跨中最大正弯矩，荷载分布情况可以分解为满布荷载g+q/2及间隔布置q/2两种情况，前一种情况可近似认为各区格板都固定支承在中间支承上，对于后一种情况可近似认为在中间支承处都是简支的。沿楼盖周边则根据实际支承情况确定。分别求得各区格板的弯矩，然后叠加得到各区格板的跨中最大弯矩。多跨连续双向板支座最大负弯矩：支座最大负弯矩可按满布活荷载时求得。图2.1 连续双向板计算简图主梁纵横向布置；主梁的跨度有6.6 m、2.7 m、6.6 m，图见cad图。有计算可知B1,B2,B3,B5,B6,B8,B9,B12,B13为单向板，其它板为双向板，按跨高比，要求板厚最大h=4200 / 40 =94 mm，取h = 100 mm,横向主梁截面高度取h=500 mm;截面宽度取b=300 mm；纵向主梁的截面高度取h=500 mm,取截面宽度为b=300 mm。2.1.1 楼标准层面板计算2.1.1.1 中框架楼板的计算按考虑塑性内力重分布法计算内力。(1) 荷载板的恒荷载标准值水磨石面层 0.65 kN/m100 mm钢筋混凝土板 0.1 kN/m20 mm抹灰 0.02 kN/m小计 3.49 kN/m2查民用建筑楼面均布活荷载标准值板的活荷载标准值： 2.5 kN/m 恒荷载分项系数取1.2，活荷载分项系数取1.4，于是板的：恒荷载设计值： g=3.49 kN/m活荷载设计值： kN/m荷载总设计值： g+q=7.688 kN/m，近似取g+q=7.7 kN/m(2) 计算简图,计算配筋取1 m宽板带为计算单元，楼板的计算跨度边跨： =3300-100-150+=3100 mm也大于B8,B9,B12,B13的配筋计算弯矩简图： A B图2.4 B8,B9,B12,B13的配筋计算弯矩简图A支座是固定端，B支座是铰支端上图可简化为下图，这样使计算更加简便。 图2.5 B8,B9,B12,B13的配筋计算弯矩简图MA= kNm = kNm 解得计算配筋为 104 mm2 ,52 mm2.。实际配筋 AS=279 mm2也大于同理解得B9,B12,B13配筋为也大于。它可以看作三边固定，一边简支。荷载设计值g=4.188 kN/m q=3.5 kN/m kN/m kN/m kN/m计算跨幅度 l01=4200 mm，l02=6600-300|+mm弯矩计算l01:l02=0.66 查表并计算 kNm kNm kNm kNm截面有效高度：假定选用钢筋，则l01方向跨中截面的h01=81 mm，l02方向跨中截面的h01=73 mm，支座截面的h0=81 mm。截面设计用的弯矩：楼盖周边未设圈梁，故只能将区格A的跨中弯矩及A-A支座弯矩减少20%，其余不折减，为便于计算，近似取。 l01方向 81 mm 6.52 kNm 配筋 414 mm AS=429 mm2l02方向 73 mm 2.916 kNm 配筋 158 mm AS=314 mm2对于B10 l01=1300 mm，l02= mm mm因此取l02=2500 mm kNm kNm 因为不满足最小配筋率，因此按构造配筋。 l01方向 81 mm 0.706 kNm 配筋 44.5 mm AS=252 mm2l02方向 73 mm 0.208 kNm 配筋 13.2 mm AS=252 mm2顶层楼板配筋上人屋面活荷载为2 kN/m，不上人屋面活荷载为2 kN/m。(1) 荷载板的恒荷载标准值二毡三油防水层 0.35 kN/m冷底子油热玛蹄脂二道 0.05 kN/m200mm厚水泥石保温层 0.2 kN/m20mm水泥砂浆找平 0.02 kN/m100mm钢筋混凝土板 0.1 kN/m吊顶或粉底 0.5 kN/m小计 5.1 kN/m2查民用建筑楼面均布活荷载标准值上人屋面的活荷载标准值： 2 kN/m 恒荷载分项系数取1.2，活荷载分项系数取1.4，于是板的：恒荷载设计值： g=5.1 kN/m活荷载设计值： kN/m荷载总设计值： g+q=8.92 kN/m，近似取g+q=8.9 kN/m不上人屋面的活荷载标准值： 0.5 kN/m恒荷载设计值： g=5.1 kN/m活荷载设计值： kN/m荷载总设计值： g+q=6.82 kN/m，近似取g+q=6.8 kN/m上人屋面配筋计算(2) 计算简图B1,B2计算配筋取1 m宽板带为计算单元，楼板的计算跨度边跨： =3300-100-150+=3100 mm也大于B8,B9,B12,B13的配筋计算弯矩简图 A B图2.8 B8,B9,B12,B13的配筋计算弯矩简图A支座是固定端，B支座是铰支端上图可简化为下图，这样使计算更加简便。 图2.9 B8,B9,B12,B13的配筋计算弯矩简图MA= kNm = kNm解得计算配筋为 104 mm2，52 mm2.。实际配筋 AS=279 mm2也大于同理解得B9,B12,B13配筋为也大于它可以看作三边固定，一边简支荷载设计值g=6.12 kN/m q=2.8 kN/mg+q=8.9 kN/m kN/m kN/m计算跨幅度 l01=4200 mm，l02=6600-300|+ mm弯矩计算l01:l02=0.66 查表并计算 kNm kNm kNm kNm截面有效高度：假定选用钢筋，则l01方向跨中截面的h01=81mm，l02方向跨中截面的h01=73 mm，支座截面的h0=81 mm截面设计用的弯矩：楼盖周边未设圈梁，故只能将区格A的跨中弯矩及A-A支座弯矩减少20%，其余不折减，为便于计算，近似取。 l01方向 81 mm 6.52 kNm 配筋 431 mm AS=429 mm2l02方向 73 mm 2.916 kNm 配筋 206 mm AS=314 mm2对于B10 l01=1300 mm，l02= mm mm因此取l02=2500 mm， kNm kNm 因为不满足最小配筋率，因此按构造配筋 l01方向 81 mm 0.76 kNm 配筋 45 mm2 AS=252 mm2l02方向 73 mm 0.256 kNm 配筋 17mm2 AS=252 mm2不上人屋面配筋计算因为不上人屋面和楼面荷载差不多，并且略小于楼面荷载，因此不上人屋面配筋和楼面配筋相同，这里就不做计算。2.2 次梁设计按考虑内力重分布设计，根据本楼层实际使用情况，楼盖次梁和主梁的活荷载不考虑，从属面积的荷载折减。梁截面高度满足mm。2.2.1 标准层次梁设计2.2.1.1 次梁1的计算(1) 恒荷载设计值次梁自重： kN/m次梁粉刷： kN/m板传来恒荷载： kN/m小计 g=16.21 kN/m活荷载设计值 kN/m荷载总设计值 g+q=27.76 kN/m (2)计算简图- 图2.10 次梁1弯矩图该次梁为一独立梁，次梁在主梁上的支承长度是300 mm，主梁截面为300 mm550 mm,计算跨度： mm。支座弯矩： kNm跨中弯矩： kNm(3) 承载力计算 配筋218,116 mm2跨中配筋 配筋 mm22.2.1.2 次梁2的计算(1) 恒荷载设计值次梁自重： kN/m次梁粉刷： kN/m板传来恒荷载： kN/m板传来恒荷载： kN/m小计 g=30.07 kN/m活荷载设计值 kN/m荷载总设计值 g+q=41.62 kN/m (2)计算简图- 图2.11 次梁2弯矩图该次梁为一独立梁，次梁在主梁上的支承长度是300 mm，主梁截面为300 mm550 mm,计算跨度：。支座弯矩： kNm跨中弯矩： kNm(3) 承载力计算 配筋 mm2跨中配筋 配筋218, mm2计算结果表明，均小于0.35，符合塑性内力重分布的设计原则；同时，也大于0.2%故满足要求。受剪承载力包括：截面尺寸的复合，箍筋计算和最小配筋率验算斜截面。验算截面尺寸: mm,因截面尺寸按下式计算 kN故截面尺寸满足要求。 kN故各截面应按计算配置腹筋。计算腹筋：采用双肢箍筋计算截面尺寸，由可得到箍筋间距 mm调幅后受剪承载力应加强，梁局部范围内将计算的箍筋面积增加20%或调幅后箍筋间距减小20%，现调整箍筋间距S=0.8195.5=160 mm，为了方便施工，沿梁长不变，验算配筋下限值。弯矩调幅时要求的配筋率下限为：，实际配箍率，满足要求。2.2.2 顶层次梁设计2.2.1.1 次梁1的计算 (1) 恒荷载设计值次梁自重： kN/m次梁粉刷： kN/m板传来恒荷载： kN/m小计 g=22.582 kN/m活荷载设计值 kN/m荷载总设计值 g+q=29.18 kN/m (2)计算简图- 图2.12 次梁1弯矩图该次梁为一独立梁，次梁在主梁上的支承长度是300 mm，主梁截面为300 mm550 mm,计算跨度：。支座弯矩： kNm跨中弯矩： kNm(3) 承载力计算 配筋 mm2跨中配筋 配筋216, mm22.2.1.2 次梁2的计算(1) 恒荷载设计值次梁自重： kN/m次梁粉刷： kN/m板传来恒荷载： kN/m小计 g=22.5 kN/m活荷载设计值 kN/m荷载总设计值 g+q=24.3 kN/m (2)计算简图- 图2.13 次梁2弯矩图该次梁为一独立梁，次梁在主梁上的支承长度是300 mm，主梁截面为300 mm550 mm,计算跨度：。支座弯矩： kNm跨中弯矩： kNm(3) 承载力计算 配筋mm2跨中配筋 配筋 mm2计算结果表明，均小于0.35，符合塑性内力重分布的设计原则；同时，也大于0.2%故满足要求。受剪承载力包括：截面尺寸的复合，箍筋计算和最小配筋率验算斜截面。验算截面尺寸: mm,因截面尺寸按下式计算故截面尺寸满足要求。 kN kN故各截面应按计算配置腹筋计算腹筋：采用双肢箍筋计算截面尺寸，由可得到箍筋间距 mm调幅后受剪承载力应加强，梁局部范围内将计算的箍筋面积增加20%或调幅后箍筋间距减小20%，现调整箍筋间距S=0.8195.5=160 mm，为了方便施工，沿梁长不变，验算配筋下限值。弯矩调幅时要求的配筋率下限为：，实际配箍率，满足要求。第3章 横向水平荷载作用下框架结构的内力分析 第3章 横向水平荷载作用下框架结构的内力分析3.1 结构布置及计算简图图3.1 横向框架结构计算简图根据上述结果并综合考虑其他因素本设计柱截面尺寸为： 14层： 3.2 重力荷载计算3.2.1 屋面及楼面永久荷载标准值(1) 二毡三油防水层： 0.35 冷底子油热玛蹄脂二道 0.05 200mm厚水泥石保温层 20 厚混合砂浆找平 00.02=0.4 100 mm厚钢筋混凝土整浇层 250.1=2.5 吊顶或粉底 0.5 合计 5.5 四层屋面恒荷载标准值为： kN标准层屋面恒载标准值： kN (2)楼面均布活荷载：四层屋顶活荷载kN 标准层楼面活荷载 kN(3)梁柱自重各层柱： kN(4)外墙自重顶层外墙自重： kN 墙体为370mm厚粘土空心砖，外墙贴瓷砖，内墙面为20mm厚抹灰，则外墙单位墙面重力荷载为 kN/m2。标准层外墙自重 kN(5)内墙自重内墙为240 mm粘土空心砖，两侧均为20 mm厚抹灰，则内墙单位面积重力荷载为 kN/m2。顶层内墙 kN标准层内墙 kN(6)门窗重铝合金窗单位面积重力荷载为0.4 kN/m2，木门单位面积重力荷载为0.2KN/m2。顶层门窗重 kN标准层门窗重 kN(7)梁自重纵向主梁和横向主梁为。顶层主梁重： kN顶层次梁重; kN准层主梁重： kN标准层次梁重; kN图3.2 各质点的重力荷载代表值3.2 横向框架侧移刚度计算柱的侧移刚度计算.(中框架中柱和边柱，边框架中柱和边柱）柱的侧移刚度按D=c12ic /h2计算，式中系数c由公式得，根据梁柱线刚度K的不同，图中的柱可分为：中框架柱，边框架柱，楼梯间柱。表3-1横梁线刚度计算表梁号截面跨度/ mm惯性矩/ / / L166005.4x10-38.1x10-33.44x10410.8x10-34.58x104L227005.4x10-38.1x10-38.4x10410.8x10-311.2x104L366005.4x10-38.1x10-33.44x10410.8x10-34.58x104表3-2柱线刚度计算表柱号1390010.8x10-3550x5507.75x1042390010.8x10-3550x5507.75x1043390010.8x10-3550x5507.75x104表3-3框架柱侧移刚度D值（单位：N/mm）层次边柱1中柱1根数10.5910.42125741.62.360.62838398.41020.5910.22813940.82.0360.50430816.6103-40.5910.22813940.82.0360.50430816.610表3-4边框架柱侧移刚度D值（单位：N/mm）层次边柱1中柱1根数10.4440.3862360.161.5280.57535157 .8420.4440.18211128.21.5280.43326475.343-40.4440.18211128.21.5280.43326475.34表3-5特殊横梁刚度计算表梁号截面 / mm跨度 / m惯性矩 / mm4中跨架梁6.62.72.73.92.72.73.9表3-6特殊柱侧移刚度D值（单位：N/mm）计算表柱1层2-4层根数DD边柱0.5910.42125741.60.5910.22813940.82中柱2.0360.62838398.42.0360.50430816.62中柱2.890.69342372.82.890.59136136.12中柱2.4450.66340538.52.4450.5533629.22中柱2.4450.66340538.52.4450.5533629.22边柱1.4450.56534546.41.4450.41925619.32边柱1.4450.56534546.41.4450.41925619.32中柱2.4450.66340538.52.4450.5533629.22边柱10.530572.010.3320177.52经计算 首层：=1532023.8 kN/m 二至四层分别为：=1104382.4 kN/m满足要求，故该框架为规则框架。3.4 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算3.4.1 横向自振周期计算表3-7构顶点的假想侧移计算层次/ / / mm/ mm48346.698346.691104382.47.684.5312551.820898.51104382.418.976.9211949。232566.31104382.429.358112551.8443399.51532023.828.328.3结构自振周期考虑非结构墙影响折减系数,则结构的基本自振周期为： s。3.4.2 横水平地震作用及楼层地震剪力计算该结构高度不超过40 m， 结构质量和刚度沿高度分布均匀，变形以剪切型为主，故可用底部剪力法计算水平地震作用。该建筑属于6度设防，第一组。二类场地 s, s ,所以不应考虑顶点附加地震作用 kN kN各层横向地震剪力计算：表3-8各质点横水平地震作用层号/ kN/ m/ kNm48346.6915.6130208.40.311312551.811.71446856.10.350211949.27.893202.80.222112551.83.948952.00.117表3-9横向地震作用下位移验算层号/ Nm-141594.71594.71104382.41/270831794.73389.41104382.41/12721138.34527.71104382.41/9211599.9599.91532023.81/1164质点i的水平作用标准值、楼层地震剪力及楼层层间位移、最大层间弹性位移角1/9211/550,满足要求。3.4.3 横水平地震作用下框架内力计算框架柱端剪力及弯矩分别按式： (3-1) (3-2) (3-3) (3-4)以标准框架轴8内力计算为例，说明计算方法，其余框架内力计算从略。表3-10框架柱反弯点位置层号43.90.5910.31.1733.90.5910.41.5623.90.5910.51.9513.90.5910.70452.75表3-11 E框架柱反弯点位置层号43.92.0360.451.7633.92.0360.4481.7523.92.0360.51.9513.92.0360.552.15表3-12 F轴框架柱反弯点位置层号43.92.0360.51.7633.92.0360.51.7523.92.0360.51.9513.92.0360.612.15表3-13 H轴框架柱反弯点位置层号43.90.5910.31.1733.90.5910.41.5623.90.5910.51.9513.90.5910.70452.75表3-14 B轴框架柱剪力和柱端弯矩的计算层数/ kND/ Nm-1/ kN41594.713940.820.1323.5554.9533389.413940.842.7866.74100.1124527.713940.857.15111.44111.4415127.625741.686.16236.7399.3表3-15 E轴框架柱剪力和柱端弯矩的计算层数/ kND/ Nm-1/ kN41594.730816.644.578.1095.4533389.430816.694.58165.25203.6124527.730816.6126.34246.36246.3615127.638398.4128.52275.68225.55表3-16 F轴框架柱剪力和柱端弯矩的计算层数/ kND/ Nm-1/ kN41594.730816.644.578.1095.4533389.430816.694.58165.25203.6124527.730816.6126.34246.36246.3615127.638398.4128.52275.68225.55表3-17 H轴框架柱剪力和柱端弯矩的计算层数/ kND/ Nm-1/ kN41594.713940.820.1323.5554.9533389.413940.842.7866.74100.1124527.713940.857.15111.44111.4415127.625741.686.16236.7399.3表3-18梁端弯矩和剪力的计算层次边梁走道梁454.9527.4812.4995.4595.4570.703123.6661.8328.10140.86140.86104.342178.1889.0940.50205.81205.81152.451210.74105.3747.9235.96235.96235.96表3-19柱轴力的计算层次4321边柱-12.49-40.59-81.09-128.99中柱-58.21-134.45-246.4-373.29图3.3 左地震作用下框架弯矩图 (单位：kN)图3.4 左地震作用下框架剪力 (单位：kN)及轴力图 (单位：kNm)第4章 竖向荷载作用下框架结构的内力分析 第4章 竖向荷载作用下框架结构的内力计算4.1 横向框架内力计算4.1.1 计算单元取8轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为6.6，如图4-1。由于房间内布置有次梁，故直接传给该框架的楼面荷载，如图中的水平阴影线所示，计算单元范围内的其它楼面荷载则通过次梁和纵向框架以集中力的形式传给横向框架，作用于各节点上。由于纵向框架的中心线与柱的中心不重合，因此框架节点上还有集中力矩。图4.1横向框架计算单元4.1.2 荷载计算4.1.2.1 恒载计算在图4-2中，代表横梁自重，为均布荷载形式，对于第四层 =4.5 kN/M =4.5 kN/M和分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形何在，它们的几何关系可得=kN /m kN/m和分别由边纵梁，中纵梁直接传给住的横载，它包括梁自重，楼板重，和女儿墙的重力分布，计算如下 图4.2 各层梁上作用的恒载 =168.38 kN kN/m集中力矩 kNm kNm对于13层，包括梁自重和其以上横梁自重，为均布荷载。计算方法同第四层相同，结果为=4.5+4.283.9=12.85 kN/m =4.5 kN/m= kN/m kN/m=180.48 kN kN/m集中力矩 kNm kNm4.1.2.2 活载计算活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图4-3所示。 图4.3各层梁上作用的活载对于第四层= kN/m kN/m kN kN kNm kNm同理在雪荷载作用下 kN/m kN/m kN kN kNm kNm对于1-3层 kN/m kN/m kN kN kNm kNm对于第6层 kN/m kN/m kN kN kN kNm kNm同理在屋面雪荷载的作用下： kN/m kN/m kN/m kN/m kN/m kN/m kN/m 4.1.2.3 荷载统计表4-1 横向框架恒载汇总层次/kNm-1/kNm-1/kNm-1/ kNm-1/ kN/ kN1/ kNm/ kNm44.54.518.1514.85168.38177.8721.0422.23312.854.513.8211.31180.48217.8022.5627.23212.854.513.8211.31180.48217.8022.5627.23112.854.513.8211.31180.48217.8022.5627.23注:均布荷载的单位是kN/m， 集中荷载的单位是kN， 弯矩的单位是kNm。表4-2 横向框架活载汇总层次/ KNm46.6(0.66)5.4(0.54)29.4(2.94)41.64(4.164)3.63(0.363)5.205(0.5205)36.65.429.0441.643.635.20526.65.429.0441.643.635.20516.65.429.0441.643.635.2054.1.3 内力计