小区4号住宅楼恒荷载框架结构设计毕业论文.doc

小区4号住宅楼恒荷载框架结构设计毕业论文摘 要 由于框架结构的优点是建筑平面布置灵活，易于满足设置大空间的要求，立面处理也易于满足建筑艺术的要求，与其他结构相比，它是造价较低的一种结构体系。因此，多层工业、民用和公共建筑均采用了框架结构体系。本设计主要对结构方案中横向第3榀框架进行了结构设计。首先进行了层间荷载标准值的计算，接着采用分层法计算得出竖向恒荷载和活荷载作用下的结构内力。然后，利用D值法求出在水平风荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。其次，对各种情况下的内力进行了组合，选取最安全的结果进行框架梁、框架柱截面的配筋计算。最后，利用PKPM和CAD软件绘制了框架结构的施工图。关键词：框架；活荷载；内力组合；配筋；结构施工图Abstract Due to the advantages of frame structure building layout is flexible, easy to set up a large space to meet the requirements of the facade treatment is also easy to meet architectural requirements, compared with other structures, it is a lower cost structure system. Therefore, multi-industrial, civil and public buildings are made of a frame structure.The design of the main structure of the program for the first three specimens of lateral framework of the structural design. First were calculated interlayer load standard value, and then using the results to calculate the vertical stratification structure forces dead load and live load under. Then, determine the structure of the internal forces (bending moment, shear, axial force) in the horizontal wind loads using D value method. Secondly, the internal forces in each case were combined to select the safest results frame beams, reinforcement frame column cross-section calculations. Finally, PKPM and CAD software to draw up construction plans frame structure.Keywords：Construction drawing; framework; constant load; live load; internal force combinations; reinforcement 目 录绪论：该工程为十层混凝土框架结构，设计使用年限为50年。建筑面积为7446.23m2,地下一层，地上有十层。给出的建筑图有地下一层平面图，一层平面图，标准层平面图，机房层平面图，立面图，以及特殊位置剖面图 11 设计已知条件及基本参数 11.1气象资料11.2场地条件12框架计算简图及梁柱截面尺寸22.1计算简图22.2计算单元选取22.3梁柱截面尺寸23荷载标准值的计算33.1横荷载标准值GK33.1.1屋面恒载33.1.2楼面恒载33.1.3梁顶线荷载33.2竖向荷载标准值33.2.1屋面活载33.2.2楼面活载33.3屋面框架节点集中荷载标准值33.3.1恒载33.3.2活载43.4楼面框架节点集中荷载标准值43.4.1恒载43.4.2活载53.5风荷载标准值WK53.6建筑物总重力荷载代表值Gi63.7地震作用计算73.7.1梁柱线刚度及柱抗侧移刚度计算73.7.2水平地震作用下假想顶点位移计算83.7.3水平地震作用及框架侧移计算94框架内力计算 104.1恒载作用框架内力计算 104.1.1弯矩分配系数 104.1.2杆件固端弯矩 134.1.3内力计算 144.2活载作用下内力计算 204.2.1杆件固端弯矩 204.2.2内力计算 214.3风荷载作用下内力计算 424.3.1风荷载作用下框架爱侧移计算 424.3.2一、二层柱反弯点计算 424.3.3内力计算（D值法） 434.4水平地震作用下框架内力计算 434.5重力荷载作用下框架内力计算 444.5.1杆件固端弯矩 444.5.2内力计算 465框架内力组合 525.1框架梁内力组合 525.2框架柱内力组合 526框架梁、柱截面配筋 576.1框架梁截面配筋 576.2框架柱截面配筋 576.3节点核心区配筋 616.4结构施工图 62参考文献 65致谢 666绪论 毕业设计是大学教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段，是深化、拓宽、综合教学的重要过程，是对大学期间所学专业知识的全面总结。 本组毕业设计题目为怡安园小区4#住宅楼框架结构设计，地处北京市。在做毕业设计前期，我温习了结构力学、钢筋混凝土设计、钢结构、房屋建筑学等书籍，并借阅了混凝土规范、荷载规范等规范。通过毕业设计对于已经学过的基础知识如混凝土结构设计原理、混凝土结构设计、建筑抗震、土木工程施工、房屋建筑学等专业知识进一步系统巩固、加深和拓展。提高综合运用基础和专业知识和基本技能的能力。熟悉土木工程专业设计的程序和方法，了解我国有关土木工程建筑的方针和政策。学习调查研究的方法，培养深入细致、联系实际，从经济，技术观点全面分析和解决问题，提高独立思考独立工作的能力。了解土木实际工程中常用做法，增强工程意识提高工程实践能力。每人独立、系统完成一个工程设计使我们能掌握一个工程的全过程设计。 本设计主要进行了结构方案中横向框架4轴框架的结构设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算,接着利用顶点位移法求出自震周期，接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力。进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。 然后找出最不利的一组或几组内力组合。 选取最安全的结果计算配筋并绘图。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计以及基础的设计。 该工程为十层混凝土框架结构，设计使用年限为50年。建筑面积为7446.23m2,地下一层，地上有十层。给出的建筑图有地下一层平面图，一层平面图，标准层平面图，机房层平面图，立面图，以及特殊位置剖面图。1 设计已知条件及基本参数1.1气象资料 基本风压值：W0=0.45KN/m2 基本雪压值：S0=0.40KN/m21.2场地条件场地类别为B类，不考虑液化，抗震等级为二级，建筑结构安全等级为二级，抗震设防烈度为8度，抗震设防分类为丙类，设计地震分组为第一组，地震加速度a=0.2g。2框架计算简图及梁柱截面尺寸2.1计算简图（见图2-1）图2-12.2计算单元选取由于框架相对对称，现在取其中一榀框架作为计算单元，单位跨度为4.25。（见图2-2） 图2-22.3梁柱截面尺寸框架梁：取h=(1/10-1/12)l=(1/10-1/12)5100=510-425,初选h=400。b=(1/2-1/3)h=200-133,初选b=200。框架柱：初选首层柱截面尺寸为400400，其余层柱尺寸为300300。3荷载标准值的计算 3.1横荷载标准值GK 3.1.1屋面恒载35后架空隔热板 0.03525=0.875KN/20厚1:3水泥砂浆找平层 0.4KN/120厚钢筋混您土现浇板 0.1225=3KN/12厚纸筋石灰粉平顶 0.01216=0.192KN/合计 4.87KN/ 3.1.2楼面恒载25厚水泥砂浆面层 0.02520=0.5KN/120厚钢筋混凝土现浇板 0.1225=3KN/12厚板底粉刷 0.01216=0.192KN/合计 3.692KN/ 3.1.3梁顶线荷载屋面梁： 4.874.25+2=22.70KN/m楼面梁： 3.6924.25+2=17.69KN/m 3.2竖向活荷载标准值QK 3.2.1屋面活载雪荷载 0.25KN/屋面均布活荷载取不上人屋面 0.7KN/则，屋面活荷载： 0.74.25=2.98KN/m 3.2.2楼面活载根据荷载规范，住宅楼面活荷载标准值取 2.0KN/则，楼面活荷载： 2.04.25=8.5KN/m 3.3屋面框架节点集中荷载荷载标准值3.3.1恒载边跨连系梁自重 0.40.24.2525=8.5KN1.2m高女儿墙 1.24.253.6=18.36KN连系梁传来屋面自重 0.54.250.54.254.87=21.99KN则，顶层边跨集中荷载 GA=GE=48.85KN中柱B连系梁自重 0.40.24.2525=8.5KN连系梁传来屋面自重 0.54.250.54.254.87=21.99KN 0.5(4.25+4.25-1.6)0.51.64.87=13.44KN则，顶层B中柱节点集中荷载 GB=43.93KN 中柱C连系梁自重0.40.24.2525=8.5KN连系梁传来屋面自重13.44+0.5（4.25+4.25-4.2）0.54.2 4.87=35.43KN则，顶层C中柱节点集中荷载 GC=43.93KN中柱D连系梁自重 0.40.24.2525=8.5KN联系梁传来屋面自重 0.5（4.25+4.25-4.2）0.54.24.87=21.99KN 0.54.250.54.254.87=21.99KN则，顶层D中柱节点集中荷载 GD=52.48KN 3.3.2活载 QA=QE=0.54.250.54.250.7=3.16KNQB=0.54.250.54.250.7+0.5(4.25+4.25-1.6)0.51.60.7=5.09KNQC=0.5(4.25+4.25-1.6)0.51.60.7+0.5（4.25+4.25-4.2）0.54.20.7=5.09KNQD=0.54.250.54.250.7+0.5（4.25+4.25-4.2）0.54.20.7=6.32KN 3.4楼面框架节点集中荷载标准值3.4.1恒载（此处未考虑填充墙重量）边柱连系梁自重 8.5KN连系梁传来楼面自重 0.54.250.54.253.692=18.69KN GA=GE=27.19KN中柱B连系梁自重 8.5KN连系梁传来楼面自重 0.54.250.54.253.692=16.67KN 0.5(4.25+4.25-1.6)0.51.63.692=10.19KN GB=35.36KN中柱C连系梁自重 8.5KN连系梁传来楼面自重 0.5(4.25+4.25-1.6)0.51.63.692=10.19KN 0.5（4.25+4.25-4.2）0.54.23.692=16.67KN GC=41.66KN中柱D连系梁自重 8.5KN连系梁传来楼面自重 0.5（4.25+4.25-4.2）0.54.23.692=26.86KN 0.54.250.54.253.692=16.67KN GD=52.03KN 3.4.2活载QA=QE=0.54.250.54.252.0=9.03KNQB=0.54.250.54.252.0+0.5(4.25+4.25-1.6)0.51.62.0=14.55KNQE=0.5(4.25+4.25-1.6)0.51.62.0+0.5（4.25+4.25-4.2）0.54.22.0=14.55KNQD=0.54.250.54.252.0+0.5（4.25+4.25-4.2）0.54.22.0=18.06KN 3.5风荷载标准值wK基本风压w0=0.35KN/，风荷载体型系数s:迎面风为0.8，背面风为-0.5，综合s=0.8-（-0.5）=1.3,房屋高度小于30m（从室外地面算起）,取z=1.0。 风压高度系数如下。（见表3-1）离地高度/m510152030z111.141.251.42作用于各楼层的集中风荷载标准值FWK=zszw0BH，计算结构如下。（见表3-2）表3-2层次zszw0(KN/)B(m)H(m)FWK（KN)1011.31.340.354.252.67.0911.31.340.354.252.87.26811.31.340.354.252.87.26711.31.120.354.252.86.06611.31.120.354.252.86.06511.31.070.354.252.85.79411.31.070.354.252.85.59311.310.354.252.85.41211.310.354.252.85.41111.310.354.251.553.0横向框架上的风荷载作用（见图3-1） 图3-1 3.6建筑物总重力荷载代表值Gi集中于屋盖处的质点重力荷载G1050雪载 0.50.4（4815.6-5.25.1）=144.46KN屋面恒载 4.87（4815.6-5.25.1）=3517.5KN横梁 215.611=345.4KN纵梁 8.5105=425KN女儿墙 .23.6（48+15.6）2=549.5KN柱重 0.30.3251.472=226.8KN横墙 （4.7+4.2+5.1)1.4123.6-0.80.51.323.6=842.98KN纵墙 15.651.43.6-1.50.51.5323.6=263.52KN（内墙门窗按墙重算)窗户 0.80.51.320.4+1.50.51.5320.4=14.82KN则 G10=6329.98KN 集中39层处的质点重力荷载代表值G3G950楼面活载 0.52.0（4815.6-5.25.1）=722.28KN楼面横载 3.692（4815.6-5.25.1）=2666.67KN横梁 345.4KN纵梁 425KN柱重 226.82=453.6KN横墙 842.982=1685.96KN纵墙 263.522=527.04KN窗户 14.822=29.64KN则 G3G9=6855.59KN集中于二层处的质点重力荷载代表值G150楼面活载722.28KN楼面横载2666.67KN横梁 345.4KN纵梁 425KN柱重 226.8KN横墙 842.98KN纵墙 263.52KN窗户 29.64KN 则 G1=5522.29KN 则，=6329.98+6855.598+5522.29=66697KN。3.7地震作用计算3.7.1梁柱线刚度及柱抗侧移刚度计算梁柱线刚度（见表3-3）表3-3项目柱梁1层柱2-10层柱AB跨BC跨CD跨DE跨截面尺寸()400400300300200400200400200400200400惯性矩I()2.11090.71091.11091.11091.11091.1109跨度（柱高）h()280028004700160042005100线刚度ic(KN.)1.911040.641040.601041.751040.671040.55104混凝土选用C20，E=25.5KN/2，I=1/12bh3，iC=EI/h。梁柱相对线刚度（见图3-2） 图3-2柱抗侧移刚度（见表3-4)表3-4项目1层柱2-10层柱A边柱B中柱C中柱D中柱E边柱A边柱B中柱C中柱D中柱E边柱K=ib/2ic（1层)0.311.232.660.640.290.943.673.781.910.86K=ib/ic（2-10层)=(0.5+K)/(2+K)(1层）0.350.540.680.430.340.320.650.650.490.3=K/(2+K)(2-10层）D=12ic/h2(KN/mm)10232157871988012571877031356367636748002939D67240236083.7.2水平地震作用计算假想顶点位移计算 结构自震周期。采用假想顶点位移法：T1=1.70，本框架结构有内部填充墙，取0=0.6，框架假想顶点位移计算。(见表3-5）表3-5层号Gi(KN)Vi(KN）Di（KN/mm)ui(mm)i(mm)106329.986329.98259.68824145796855.5913185.57259.68851123386855.5920041.16259.68878118276855.5926896.75259.688104110466855.5933752.34259.68813100056855.5940607.93259.68815687046855.5947463.52259.68818271436855.5954319.11259.688208532T26855.5961174.7259.68823432415522.2966696.99739.6409090注：Di近似取10D。则T1=1.70.6=1.44s 地震作用影响系数。抗震设防烈度为8度，抗震设防分类为丙类，设计地震分组为第一组，类场地有：max=0.16，Tg=0.35s,阻尼比=0.05.则， 3.7.3水平地震作用及框架侧移验算由于T1=1.441.4Tg=0.49,故需要考虑顶部附加水平地震作用,顶部附加水平地震作用系数为：n=0.08T1+0.07=0.185结构总水平地震作用标准值为：=0.0450.8566697=2551KN各层水平地震作用标准值及层间侧移计算。（见表3-6）表3-6层号Hi(m)Gi(KN)GiHiFi=(GiHi.FEK)/(GiHi)楼层剪力（KN）Diui相对值限值10286329.9817723948.448.42596881.91/13341/500925.26855.5917276147.295.62596883.71/1298822.46855.5915356542.0137.62596885.31/1123719.66855.5913437034.3171.92596886.61/917616.86855.5911517431.5175.42596886.81/8755146855.599597826.2201.62596887.81/742411.26855.597678321.0222.62596888.61/65438.46855.595758715.7238.32596889.21/61225.66855.593839110.5248.82596889.61/57812.85522.29154634.2253.07396403.41/2090底层层间侧移不超过限值，不需要进行截面调整。4框架内力计算 4.1恒载作用下框架内力计算顶层均布荷载标准值：22.701.2=27.24KN/m楼面均布荷载标准值：17.691.2=21.23KN/m（见图4-1）图4-14.1.1弯矩分配系数节点A1： 节点B1： 节点C1： 节点D1： 节点E1： 节点A2： 节点B2： 节点C2： 节点D2： 节点E2： 节点A3： 节点B3： 节点C3： 节点D3： 节点E3： 4.1.2杆件固端弯矩 （顺时针为正，逆时针为负） 横梁固端弯矩顶层： 其余层： 纵梁引起柱端附加弯矩（A、B、C框架纵梁偏向右侧，D、E框架纵梁偏向左侧,都是偏心75mm）顶层 A框架纵梁：（逆时针为正） B框架纵梁： C框架纵梁： D框架纵梁： E框架纵梁：其余层 A框架纵梁： B框架纵梁： C框架纵梁： D框架纵梁： E框架纵梁： 节点不平衡弯矩（节点弯矩的正方向与杆端弯矩方向相反，一律以逆时针为正) 节点A3不平衡力矩： 节点B3不平衡力矩： 节点C3不平衡力矩： 节点D3不平衡力矩： 节点E3不平衡力矩： 节点A1、A2不平衡弯矩： 节点B1、B2不平衡弯矩： 节点C1、C2不平衡弯矩： 节点D1、D2不平衡弯矩： 节点E1、E2不平衡弯矩：4.1.3、内力计算顶层弯矩分配图（见图4-2）图4-2恒载作用下弯矩图（KN.m）（见图4-3）图4-32-9层弯矩分配图（见图4-4）图4-4恒载作用下弯矩图（KN.m）（见图4-5）图4-5首层弯矩分配图（见图4-6）图4-6恒载作用下弯矩图（KN.m）（见图4-7）图4-7 根据所求出的梁端弯矩，再通过平衡条件，即可求出恒载作用下的梁剪力、柱轴力。表4-1AB跨梁端剪力层q(KN/m)l(m)gl/2MAB(KN/m)MAB(KN/m)Mik/lVAB=gl/2-Mik/lVBA=-(gl/2+Mik/l)顶层27.244.764.01-29.0847.663.9560.06-67.962-9层21.234.749.89-29.4937.111.6248.27-50.51首层21.234.749.89-34.5736.870.4949.4-50.38表4-2BC跨梁端剪力层q(KN/m)l(m)gl/2MBC(KN/m)MCB(KN/m)Mik/lVBC=gl/2-Mik/lVCB=-(gl/2+Mik/l)顶层27.241.643.58-36.5213.19-14.5858.16-29.002-9层21.231.633.97-21.139.38-7.3941.36-26.58首层21.231.633.97-15.827.88-4.9638.93-29.01表4-3CD跨梁端剪力层q(KN/m)l(m)gl/2MCD(KN/m)MDC(KN/m)Mik/lVCD=gl/2-Mik/lVDC=-(gl/2+Mik/l)顶层27.244.257.20-22.5157.718.3848.82-65.582-9层21.234.244.58-22.0242.194.8039.78-49.38首层21.234.244.58-25.337.02.7941.79-41.79表4-4DE跨梁端剪力层q(KN/m)l(m)gl/2MDE(KN/m)MED(KN/m)Mik/lVDE=gl/2-Mik/lVED=-(gl/2+Mik/l)顶层27.245.169.46-64.5530.99-6.5876.04-62.882-9层21.235.154.14-47.5732.38-2.9857.12-51.16首层21.235.154.14-47.5738.26-1.8355.97-52.31 首层跨中弯矩（KN/m)（见表4-5）表4-5q(KN/m)l（m)(KN.m)(KN)AB跨21.234.7-34.5749.4-22.90BC跨21.231.6-15.8238.93-8.53CD跨21.234.2-25.341.79-15.65DE跨21.235.1-47.5755.97-26.13首层柱轴力（KN）（横梁端部剪力都按首层横梁端部剪力计算）A边柱 柱顶： 48.85+21.799+60.06+48.279+49.4+6.39=845.55KN 柱底：845.55+11.2=851.85KNB中柱 柱顶：43.93+35.959+（58.16+67.96）+（41.36+50.51）9+（50.38+29.01）+6.39=1456.52KN 柱底：1456.52+11.2=1467.72KNC中柱 柱顶：43.93+41.669+（29.00+48.82）+（26.58+39.78）9+（29.01+41.79）+6.39=1221.43KN 柱底：1221.43+11.2=1232.63KND中柱 柱顶：52.48+52.039+(65.58+76.04)+(49.38+57.12)9+(41.79+55.97)+6.39=1766.33KN 柱底：1766.33+11.2=1777.53KNE边柱 柱顶：48.85+21.979+62.88+51.169+52.31+6.39=878.91KN 柱顶：878.91+11.2=890.11KN首层轴力剪力图(KN)4.2活载作用下内力计算屋面梁活荷载设计值：2.981.4=4.17KN/m楼面梁活荷载设计值：8.51.4=11.9KN/m4.2.1、杆件固端弯矩 横梁固端弯矩顶层： 其余层： 纵梁引起柱端附加弯矩（A、B、C框架纵梁偏向右侧，D、E框架纵梁偏向左侧,都是偏心75mm）顶层 A框架纵梁：（逆时针为正） B框架纵梁： C框架纵梁： D框架纵梁： E框架纵梁：其余层 A框架纵梁： B框架纵梁： C框架纵梁： D框架纵梁： E框架纵梁：4.2.2内力计算活载作用于AB跨顶层（q=4.17KN/m)弯矩分配图（见图4-8）图4-8弯矩图（KN.m）（见图4-9)图4-9梁端剪力图（KN）（见图4-10）图4-102-9层（q=11.9KN/m)弯矩分配图（见图4-11）图4-11弯矩图（KN.m）（见图4-12）图4-12梁端剪力图（KN）（见图4-13）图4-13首层（q=11.9KN/m)弯矩分配图（见图4-14）图4-14弯矩图（KN.m）（见图4-15）图4-15首层轴力剪力图（KN）（见图4-16）图4-16活载作用于BC跨顶层(q=4.17KN/m)弯矩分配图（见图4-17）图4-17弯矩图（KN.m）（见图4-18）图4-18梁端剪力图（KN）（见图4-19）图4-192-9层（11.9KN/m)弯矩分配图（见图4-20）图4-20弯矩图（KN.m)（见图4-21）图4-21梁端剪力图（KN）（见图4-22）图4-22首层（11.9KN/m) 弯矩分配图（见图4-23）图4-23 弯矩图（KN）（见图4-240图4-24首层轴力剪力图（KN）（见图4-25）图4-25活载作用于CD跨首层（q=4.17KN/m)弯矩分配图（见图4-26）图4-26弯矩图（KN.m）（见图4-27）图4-27梁端剪力图（KN）（见图4-28）图4-282-9层（q=11.9KN/m）弯矩分配图（见图4-29）图4-29弯矩图（KN.m)（见图4-30）图4-30梁端剪力图（KN）（见图4-31）图4-31首层（q=11.9KN/m)弯矩分配图（见图4-3