钢筋混凝土框架结构设计计算书毕业论文.doc

钢筋混凝土框架结构设计计算书毕业论文2 结构选型及布置2.1. 结构方案及布置 该建筑为学生宿舍楼，建筑平面布置如结构平面图。采用框架结构，楼层为6层，主题高18米，六度抗震设防，工程采用全现浇结构体系。各层结构体系混凝土强度均采用C30，取一榀横向框架进行手算即第8号轴线，计算单元如下图：2.2：构件初估 1）:柱截面初估 根据轴压比初估柱截面尺寸为400 mm400mm 2）:梁截面初估 梁截面适用统一的尺寸。梁高取为，当梁两跨度不等时，取较大的跨度作为设计的依据：=6000.所以梁高600mm900mm，取h=600mm。b=( )h=200mm300mm，所以梁截面尺寸初步定为300mm600mm。3）：楼板厚度楼板为现浇双向板，根据经验板厚均为110mm。2.3 基本假定1）：平面结构假定：对于工程中如上图所示的计算单元，平面为正交布置，可认为每一方向的水平力只由该方向的抗侧力结构承担，垂直于该方向的抗侧力结构不受力。2）:板在自身平面内刚性假定：在水平力作用下，框架结构的各梁柱之间不产生相对位移。3）：结构在水平荷载作用下不计扭转因素的影响。2.4：计算简图以及梁柱线刚度2.4.1：计算简图 假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。由于各层柱的截面尺寸不变，故梁跨等于柱截面形心轴线之间的距离。底层柱高从基础顶面算至二层楼面，根据室内外高差以及地质条件等，定为-1.2m，二层楼标高为3.0。故底层柱高4.2m，以上各层柱高均为3.0m。则其计算简图见2.4.1。2.4.2：框架梁柱线刚度计算计算框架梁的截面惯性矩时，考虑楼面板与梁连接使得梁的惯性矩增加。1）：梁的线刚度：左边跨梁: =中间跨梁：2）：柱的线刚度：底层柱：二至六层柱：令=1.0，则其余各杆件相对于左边梁线刚度的相对线刚度为： 框架梁柱的相对线刚度如图2.4.1，作为计算各节点杆端弯矩分配系数的依据。3 荷载计算3.1： 纵向横荷载标准值计算3.1.1：屋面荷载面层（防水层+隔热层+保温层+找平层）： 1.50110毫米厚钢筋混凝土板： 2.7515毫米厚天棚水泥砂浆抹灰： 0.30合计： 4.553.1.2：楼面荷载面层： 0.65110毫米厚钢筋混凝土板： 2.7515毫米厚天棚水泥砂浆抹灰： 0.30合计： 3.703.1.3：将楼面均布荷载等效为梁上均布荷载由图3.1.1可得梁上的均布荷载为1）：屋面梁8号轴线：D轴线：A轴线：C轴线：2）楼面梁8号轴线：=F轴线：D轴线：A轴线：C轴线： 3.1.4： 梁自重梁自重 抹灰层 合计： 3.944 3.1.5： 墙体自重3.1.6： 柱自重柱自重 抹灰层：10毫米厚混合砂浆 合计： 4.273.1.7：梁上荷载分布1）:屋面梁A-C跨：梁自重 3.675屋面板传给梁 14.59合计： 18.265C-D跨：梁自重 3.675屋面板传给梁 2.63合计： 6.305D-F跨同A-C跨2）:楼面梁A-C跨：梁自重 3.675楼面板传给梁 11.86墙体自重 3.6合计： 19.135C-D跨：梁自重 3.675楼面板传给梁 2.13墙体自重 3.6合计： 9.405D-F跨同A-C跨3.1.8：柱上荷载分布1):顶层柱（F）左柱：梁F-D传给柱 梁F传给柱 合计： 98.384（D）中柱：梁F-D传给柱 梁C-D传给柱 梁D传给柱 合计： 123.434（C）中柱：梁D-C传给柱 梁A-C传给柱 梁C传给柱 合计： 123.434（A）右柱：梁C-A传给柱 梁A传给柱 合计： 98.3842）：一至五层柱（F）左柱：上层柱传给柱 梁D-F传给柱 梁F传给柱 合计： 123.82（D）中柱：上层柱传给柱 梁F-D传给柱 梁C-D传给柱 梁D传给柱 合计： 148.71(C) 中柱同（D）中柱(A) 右柱同（F）左柱3.2: 纵向活荷载标准值计算屋面采用不上人屋面，取屋面活荷载标准值为0.5，武汉地区的雪荷载标准值为0.5，考虑两者中的大值，为0.5。宿舍楼面活荷载标准值取为2.0，则：3.2.1: 将屋面与楼面活荷载分别等效为梁上的线荷载屋面梁8号轴线：=F轴线：D轴线：A轴线：C轴线：楼面梁8号轴线：=F轴线：D轴线：A轴线：C轴线： 3.2.2：柱上荷载分布1):顶层柱（F）左柱：梁F-D传给柱 梁F传给柱 合计： 7.78（D）中柱：梁F-D传给柱 梁C-D传给柱 梁D传给柱 合计： 10.13(C) 中柱同（D）中柱(A) 右柱同（F）左柱2）：一至五层柱（F）左柱：梁F-D传给柱 梁F传给柱 合计： 31.18（D）中柱：梁F-D传给柱 梁C-D传给柱 梁D传给柱 合计： 40.49（C）中柱：梁D-C传给柱 梁A-C传给柱 梁C传给柱 合计： 40.49(A) 右柱同（F）左柱3.3：风荷载风压标准值计算公式9为：式中，基本风压 ；风压高度变化系数，地面粗糙度为B类；风荷载体型系数，根据建筑物的体型查得；风振系数；等效集中荷载计算公式为：由于该房屋高度小于30米，且高宽比小于1.5，因此取=1；高度变化系数按C类地面粗糙度取值，根据各层楼面处至室外地面高度查表4-4土木工程荷载与设计方法，用插于法确定各楼面处的值。各层楼面高度处风荷载标准值按计算，结果列表如下：离地面高度（m）=11.30.35（）18.00.840.3815.00.740.3412.00.740.349.00.740.346.00.740.343.00.740.34将作用在墙面沿高度方向的分布荷载简化为作用在各楼层处的集中力。受风面宽度取B=3.6米；各楼层处受风面高度取上下层高各半之和，则计算简图如下：4结构内力计算4.1：用分层法计算恒载作用下框架的内力4.1.1：基本假定：1）在竖向荷载作用下，框架侧移小，忽略不计；2）每层梁上的荷载对其他各层梁的影响很小，忽略不计；3）内力在位移计算中，所有构件均可以采用弹性刚度。4.1.2：使用分层法的说明采用分层法计算时，假定上下柱的远端为固定，这与实际情况有出入，因此，除底层外，其余各层柱的线刚度乘以0.9的修正系数，且其传递系数由 改为，底层传递系数为；4.1.3：内力计算1）结构受力特点及计算简化： 根据各杆件相对线刚度及荷载作用情况，是对称结构受对称荷载情形，结构弯矩图应对称，故可只取一半框架进行计算。在对称线的梁端，可以设置定向支座。在求杆端弯矩时，可将梁上荷载转化为等效均布荷载；对于一端固定，一端为定向支座的梁，在均布荷载作用下的固端弯矩为（负），定向支座处的杆端弯矩为（正）。固端弯矩：转动刚度：各节点梁柱上的分配系数：节点:节点（a）恒载作用下弯矩分配图（b）计算结果图4.1.2顶层计算单元（单位：）固端弯矩：转动刚度：各节点梁柱上的分配系数：节点D:节点E:(2)：二至五层计算单元（a）恒载作用下弯矩分配图（b）计算结果图4.1.3中间层计算单元（单位：）固端弯矩：转动刚度：各节点梁柱上的分配系数：节点:节点3): 首层计算单元（a）恒载作用下弯矩分配图（b）计算结果图4.1.4底层计算单元（单位：）计算结果的处理：根据上边的内力计算结果做出结构内力图，恒荷载作用下的结构弯矩图，结构剪力图，柱的轴力图。如果节点上的弯矩不平衡，由于不平衡的弯矩不大，不影响结构的稳定，不对其刚度进行二次分配。保持不平衡部分，由结构自己进行调节，这样，各杆端弯矩分别为：图4.1.5恒载杆端弯矩二次分配（单位：）图4.1.6恒载弯矩图（单位：）图4.1.7恒载剪力图（单位：）图4.1.8恒载轴力图（单位：）4.2：风荷载标准值作用下的内力计算框架在风荷载作用（左风）下的内力用D值法（改进的反弯点法）进行计算。其步骤为：（1）：将风荷载标注值乘以恒载分项系数1.4，得风荷载设计值为：第6层：第5层：第4层：第3层：第2层：第1层：（2）：用D值法列表计算框架内力（如下表4.2.1，4.2.2）1）：各柱剪力V表4.2.1 框架柱剪力标准值计算（1层h=4.2米；26层h=3.0米）层数（）柱号6(5.74)0.7633.3740.2760.6280.3620.8230.92.05(10.88)0.7633.374 0.2760.6280.3620.8231.73.84(16.02)0.7633.3740.2760.6280.3620.8232.55.63(21.15)0.7633.3740.2760.6280.3620.8233.27.32(26.29)0.7633.3740.2760.6280.3620.8234.09.11(31.43)1.0754.7530.3500.7780.3260.7244.910.8注：一层4.2.2框架柱反弯点高度计算层数第六层（m=6,n=6，h=3.0m）柱号y（m）0.7630.301.001.000.903.3740.451.001.001.35 第五层（m=6,n=5，h=3.0m）0.7630.401.001.001.001.203.3740.471.001.001.001.41 第四层（m=6,n=4，h=3.0m）0.7633.3740.430.501.01.0001.01.0001.01.0001.291.50 第三层（m=6,n=3，h=3.0m）0.7630.451.001.001.001.353.3740.501.001.001.001.50 第二层（m=6,n=2，h=3.0m）0.7630.501.001.0-0.051.4-0.051.203.3740.501.001.001.401.50第一层（m=6,n=1，h=4.2m）1.0750.640.7101.924.7530.550.7101.65(3)风荷载作用下的框架内力 在求出各柱剪力和该柱反弯点高度值后，则该柱下端弯矩，上端弯矩为；进而利用节点平衡求出框架梁端弯矩，画出左风作用下的框架内力图，如下图4.2.3，利用对称和反对称概念；另一半内力图相反；边柱节点：中间节点：4.2.3（a）风荷载弯矩图以及梁剪力图4.2.3（b）风荷载柱剪力图以及轴力图4.3：活荷载作用下的内力 屋面活荷载设计值与恒荷载设计值之比远小于1（=0.09），楼面活荷载设计值与楼面恒荷载设计值之比也小于1（=0.33），故如前所述，在实际设计时可将此活荷载并入恒荷载内一起计算。为了简化内力组合的过程，将活荷载一次性布置在框架梁上，计算的梁跨中弯矩乘以1.11.2的增大系数。图4.3.1 框架在活荷载作用下的计算简图顶层固端弯矩：（a）活载作用下弯矩分配（b）计算结果图4.3.2活载顶层计算单元（单位：）中间层固端弯矩：（a）活载作用下弯矩分配（b）计算结果图4.3.3活载中间层计算单元（单位：）底层固端弯矩：（a）活载作用下弯矩分配（b）计算结果图4.3.4活载底层计算单元（单位：）图4.3.5活载弯矩二次分配（单位：）图4.3.6活载弯矩图（单位：）图4.3.7活载剪力图（单位：）图4.3.8活载轴力图（单位：）5 内力组合考虑结构塑性内力重分布的有利影响时，在内力组合之前对竖向荷载作用下的内力进行调整。由于构件控制截面的内力值应取自支座边缘处，为此，进行组合前，应先计算各控制截面处（即支座边缘）的内力值。梁支座边缘处的内力值：，柱边处梁截面的弯矩和剪力；M ， V柱轴线处梁截面的弯矩和剪力；b柱宽度；q均布荷载；为了简化起见，柱采用轴线处的内力值。在内力重分布前先对梁的弯矩进行调幅。 图5.1.1恒载调幅弯矩图（单位：）图5.1.2活载调幅弯矩图（单位：）图5.1.3恒载梁支座边缘弯矩调整（单位：）图5.1.4恒载梁支座边缘处剪力值（单位：）图5.1.5活载梁支座边缘弯矩调整（单位：）图5.1.6活载梁支座边缘处剪力调整（单位：）内力组合方式根据规范及本工程特点，考虑以下内力组合形式：以上的、代表的梁端弯矩M都是经过调幅后的弯矩，调幅系数为0.8。但调幅只对竖向荷载作用下的内力进行调幅，不对水平荷载作用下的内力进行调幅。对于3跨结构对称，每层都有五个控制截面，即梁AC两端，梁AC跨间最大弯矩处，梁CD左端，梁CD跨间最大弯矩处。表5.1 框架柱内力组合（A柱）层次截面内力+ 左风右风6柱顶M56.026.17-1.8975.8681.6772.6277.38N98.387.78-0.37128.95140.44127.39128.33柱底M-39.97-10.690.81-62.93-64.44-60.41-62.45N111.1920.59-0.37162.25170.28158.91159.84V-32-5.620.9-46.27-48.71-44.35-46.621柱顶M23.477.88-5.2939.2039.4131.4344.76N717.48163.68-8.941090.131129.001055951078.47柱底M-13.27-4.469.41-22.17-22.29-9.69-33.40N735.41181.61-8.941136.751170.781100.061122.59V-8.75-2.943.5-14.62-14.69-9.79-18.61注：M（）以柱左侧受拉为正；N()以受压为正；V（）以使杆端顺时针转动为正。表5.2 框架柱内力组合（C柱）层次截面内力+ 左风右风6柱顶M-43.68-4.63-3.3-58.90-63.51-62.41-54.09N123.4310.132.43162.30176.56163.94157.82柱底M32.938.912.751.9953.1954.1447.34N136.2422.942.43195.60206.41195.45189.33V25.544.512.036.9638.9038.8533.811柱顶M-18.95-6.59-14.58-31.97-32.04-49.41-12.67N866.98212.5877.221337.991378.751405.521210.93柱底M10.443.5817.8217.5417.6039.49-5.41N884.91230.5177.221384.611420.531449.631255.04V7.02.427.711.7911.8221.151.75注：M（）以柱左侧受拉为正；N()以受压为正；V（）以使杆端顺时针转动为正。表5.3 框架梁内力组合层次截面内力+ 左风右风1AM-40.13-13.4810.09-67.03-67.39-52.43-77.85V63.8521.422.29106.61107.19106.49100.72C左M46.7115.526.3877.7884.7983.6567.57V66.3022.182.29110.61111.24110.39104.62C右M-15.95-5.2921.85-26.55-26.721.73-53.34V8.00.9820.8110.9711.7637.06-15.39跨中AC-63.04-25.40-111.21-109.20-107.65-107.65CD20.649.0037.3736.6836.1136.11表5.4 框架梁内力组合层次截面内力+ 左风右风6AM-32.08-3.811.89-43.83-47.04-40.92-45.68V60.035.330.3779.5086.2679.2278.29C左M43.304.10.7557.762.4758.0756.18V64.226.880.3786.7093.4486.2085.27C右M-20.57-1.312.55-26.52-29.05-23.12-29.54V5.370.242.436.787.489.813.68跨中AC-65.80-5.500-86.66-94.22-85.89-85.89CD28.682.23037.5440.9037.2337.236截面设计与配筋计算6.1：材料参数柱、梁、板和基础均采用C30混凝土，主筋采用HRB335钢筋，箍筋采用HPB235钢筋；混凝土强度 ；钢筋强度 HRB335 6.2：框架柱截面设计6.2.1：轴压比验算底层柱： 轴压比：满足要求，则C轴柱的轴压比满足要求。6.2.2： 截面尺寸复核取因所以满足要求。6.2.3： 正截面受弯承载力计算柱同一截面分别承受正反向弯矩，故采用对称配筋。C轴柱 柱截面尺寸为400400，取。第六层C柱一|M|max及相应的N N=176.56；由于，故应考虑偏心矩增大系数：，取；=9.4 15 =1=30.87mm=0.55365=200.75mm为大偏心且，对取距由于对称配筋，因此每侧实配322，（=1140）二Nmax及相应的M1、选取内力设计值根据柱的内力组合表，选取不利内力值： 2、承载力计算=258mm 由于，故应考虑偏心矩增大系数：，取=9.3815，=1=36.09mm=0.55365=200.75mm为大偏心且，对取距由于对称配筋，因此每侧实配322，（=1140）三 Nmin及相应的M1.根据柱内力组合表，有 ， 2、承载力计算 =343mm 由于，故应考虑偏心矩增大系数：，取=9.3815，=1=28mm=0.55365=200.75mm为大偏心且，对取距由于对称配筋，因此每侧实配322，（=1140）第一层 C柱一|M|max及相应的N柱正截面承载力计算=49.41 N=1405.52kN=36mm 由于，故应考虑偏心矩增大系数：=10.515，=1=245.72mm=0.55365=200.75mm为小偏心且取由 按构造配筋，每侧实配322，（=1140）二Nmax及相应的M1、选取内力设计值根据柱的内力组合表，选取不利内力值： 2、承载力计算=27mm 由于，故应考虑偏心矩增大系数：=10.5=0.55365=200.75mm为小偏心取 = =0.389由=0.389 365=141.985mm=1050每侧实配322，（=1140）三、Nmin及相应的M1.根据柱内力组合表，有 2、承载力计算 =10.5mm 由于，故应考虑偏心矩增大系数：，取=10.515，=1=211.7mm=0.55365=200.75mm为小偏心且取 = =0.603由=0.603365=220.1mm=-6290按构造配筋，每侧实配322，（=1140）6.2.4： 垂直于弯矩作用平面的受压承载力验算1层：，查表得满足要求。6.2.5： 斜截面受剪承载力计算1层 最不利内力组合因为剪跨比所以3因为，所以按构造配箍，取61006层 最不利内力组合因为剪跨比，所以3因为，所以按构造配箍，取61006.2.6： 裂缝宽度验算1层：6层：6.3 框架梁截面设计6.3.1正截面受弯承载力计算梁AC1层 跨中截面下部实配318 ，（），上部按构造要求配筋表6.1 梁AC和梁CD左端以及梁CD跨间最大弯矩处各截面的正截面受弯承载力配筋计算见表层次计算公式梁AC梁CD左支座截面跨中截面右支座截面左支座截跨中截面6-47.04-94.2262.47-29.5440.900.0340.0690.0460.0220.0300.0350.0720.0470.0220.030283582380178242383383383383383（383）（603）（383）（383）（461）1-77.85-111.2184.79-53.3437.370.0570.0810.0620.0390.0270.0590.0850.0640.0400.027477687517323218383383383383383（534）（763）（543）（543）（461）6.3.2斜截面受剪承载力计算梁AC（1层），满足要求。按构造要求配筋，取双肢箍梁AC、CD各截面的斜截面受剪承载力配筋计算见表：表6.2 框架梁斜截面配筋计算梁AC梁CD层616193.44111.249.8137.06606（）606（）606（）606（）0000实配箍筋支座跨内支座跨内支座跨内支座跨内3503503503506.3.3：裂缝宽度验算层次计算公式梁AC梁CD左支座跨中右支座左支座跨中47.0494.2262.4729.5440.90249.86317.88331.82156.91180.490.00430.00670.00430.00430.005160.20000.48650.18430.20000.200011161111142.12.12.12.12.10.140.230.040.090.101计算公式梁AC梁CD左支座跨中右支座左支座跨中77.85111.2184.7953.3437.37296.59296.52323.02203.21164.910.00590.00850.00590.00590.00510.35340.58160.41450.01030.200013181313142.12.12.12.12.10.260.250.100.050.27因为=0.3mm，裂缝宽度符合要求。7楼板计算对于框架结构的板，由于活荷载对结构影响较小，不考虑活荷载的最不利组合。按弹性理论计算。恒载设计值：屋面： 楼面：活载设计值：屋面： 楼面：合计：屋面： 楼面：均按楼面荷载计算配筋。表7.1计算简图及计算结果区格计算简图跨内=0=0支座配筋计算：取b=1000mm，h=110mm，=110-20=90mm，钢筋选用HPB235，=210；混凝土选用C30，=14.3。表7.2 楼板计算配筋截面（）（）配筋实际（）区格X方向跨中2.450.0210.989131251y方向跨中3.730.0320.984201251X方向支座-6.820.0590.970372462y方向支座-8.240.0710.963453462区格X方向跨中3.770.0320.984203251y方向跨中0.970.0080.99652251X方向支座-7.630.0660.967417462y方向支座-5.190.0450.9772814628楼梯设计8.1：设计说明 1）楼梯活载为2.5kN/ 2) 楼梯设计为梁式楼梯； 3）踏步面层为30mm厚的水磨石; 底面为20mm厚混合砂浆抹灰； 4）混凝土采用C30， 5) 板采用I级钢筋， 6）仅计算标准层楼梯。8.2：楼梯参数 楼梯高度为3000mm,梯间宽2360mm,梯段宽1130mm,井宽100mm,总踏步20，一 二跑均为10步，步高150mm，步宽300mm,休息平台宽1200mm。8.3梯段板的计算梯段板的倾斜度，cosa=0.8575,设梯段板厚h=40mm,则截面平均高度。 取1m宽板带计算。荷载分项系数 8.3.1： 荷载计算 恒载： 斜板自重： 踏步面层自重： 踏步抹灰重： 合计： 活荷载：基本组合的总荷载设计值：8.3.2： 踏步配筋计算斜梁截面尺寸选用，则踏步板计算跨度为：踏步跨中弯矩设计值：踏步板计算截面尺寸：，故踏步板按构造配筋，每踏步采用，取踏步内斜板分布钢筋。8.4： 楼梯斜梁计算8.4.1： 荷载计算 踏步板传荷： 斜梁自重： 斜梁抹灰重：合计： 8.4.2： 楼梯斜梁配筋计算 平台梁截面尺寸选用 ，则踏步板计算跨度为：踏步板跨中弯矩设计值：支座截面剪力：故斜面梁按构造配筋，采用按构造配置箍筋，。8.5 ：平台板的计算8.5.1：荷载计算 设平台板厚h=80mm,取1m宽板带计算： 平台板自重： 板底抹灰： 水磨石面层： 活载： 合计： 8.5.2： 配筋计算板的水平计算跨度： 弯矩设计值：，配；分布钢筋。8.6：平台梁的计算平台梁8.6.1： 荷载计算恒载