钢筋混凝土框架结构毕业论文.doc

钢筋混凝土框架结构毕业论文1.建筑设计部分1. 1工程概况本工程为位于信阳市的一办公楼楼，一共7层，每层高3.9m， 占地面积911m2，总建筑面积6378m2。其中大型会议室1个，小型会议室兼会客厅7个，一楼门厅中设有大展室1个，每层都设有办公室，储藏室，打印室，除底层外其它各层均设有开水间。本工程采用全现浇钢筋混凝土框架结构，建筑工程等级为二级，耐火等级为二级，合理使用年限为50年，屋面防水为二级，抗震设计按7度设防。1. 2设计依据1、设计任务书；2、总规划设计有关资料；3、有关规范和参考书：建筑设计防火规范 GBJ16-87（2001年版）中南地区通用建筑配件图集 05ZJ（中南标）房屋建筑制图统一标准 GB50001-2001建筑制图标准 GB50104-2001建筑模数协调统一标准 GBJ2-86房屋建筑学建筑设计参考资料集1. 3标高及建筑细部作法1.3. 1设计标高：房间室内设计标高为0.000，室内外高差为450mm。1.3. 2工程做法：1、墙体做法：均采用M5水泥砂浆、M粉煤灰轻渣空心砌块砌筑的厚200的填充墙，外墙面选用面砖和喷涂色白色墙涂料两种形式，内墙面选用乳胶漆和面砖两种形式；女儿墙采用高1000mm的混凝土墙，外挑120mm。2、地面做法：陶瓷地砖地面，详细做法参见 98ZJ001地19。3、楼面做法：陶瓷地砖楼面：详细做法参见 98ZJ001楼10。4、顶棚做法：采用铝合金方板吊顶、轻钢龙骨石膏板吊顶、乳胶漆顶棚和铝合金T型龙骨玻璃棉装饰吸音吊顶。5、屋面做法：详细做法参见 98ZJ001屋7。6、散水做法：底层为素土夯实，后做60厚C15的素混凝土，最上层做20厚1:2.5的水泥砂浆层。7、其余细部做法详见设计总说明和建筑施工节点详图。14建筑设计图纸详见附图0111。结构设计部分2.1工程概况本工程为位于信阳市的一办公楼楼，一共7层，每层高3.9m， 占地面积911m2，总建筑面积6378m2。本工程采用全现浇钢筋混凝土框架结构，梁柱和楼板均为现浇，墙体为砌体填充墙。2.2设计依据（1）该建筑属于丙类建筑，重要性等级为二级；（2）该建筑位于地震区，设防烈度为7度，抗震等级为三级；（3）该建筑场地为类，地面粗糙度为C类，地下水位很低，设计时不考虑地下水的影响；（4）建筑地区基本风压W0=0.35 kN/m2，基本雪压S0=0.45 kN/m2，常年降雨量1100mm；（5）该建筑采用独立柱基；（6）活荷载标准值：屋面2.0 kN/m2，楼面2.0 kN/m2，卫生间2.0 kN/m2 走廊、楼梯、阳台2.5 kN/m2。（7）该建筑为办公楼，不考虑积灰荷载；屋面为上人屋面，考虑雪荷载。2.3结构布置及结构计算简图的确定2.3.1结构平面布置 见结构施工图各层结构平面布置图2.3.2确定材料等级柱子采用 C35 （，），梁板采用C30 （，）2.3.3估计板、柱、梁的截面尺寸（1）板：楼板厚/50=3900/50=78mm，取100mm；（2）柱：b=（1/121/18）H=（1/121/18）X3900=216325mm,取b=400mm；其中H为层高， h=（12）b=（12）X400=400800mm，取h=500mm；则A=bXh=400X500=200000；检验所选截面是否满足要求：该框架结构的抗震等级为三级，有抗震规范可知其轴压比限值；柱支承的楼面荷载面积上竖向荷载产生的轴向力设计值近似取13。由结施中的结构平面布置图可知边柱及中柱的负载面积分别为7.83.6和7.84.8，则底层柱截面面积为:有计算结果可知200000226682,所选截面偏小，但综合考虑到是纵横向承重等因素，且容许一定的误差本设计各层柱截面尺寸取值为400mm500mm（3）梁 框架梁： 边跨 h=(1/81/18) =（1/81/18）7200=400900mm 取h =600mm b=(1/31/2)h=1/3 6001/2 600=200300mm 取b=200mm 中间跨 取h=400mm b=200mm连梁：h =(1/81/18) =(1/81/18)7800=433975mm 取h=500mm b=200mm次梁：h=(1/121/14) =(1/121/14)X7200=514600mm 取h=500mm b=200mm （4）确定计算简图取一榀框架（7-7轴线）计算。框架结构计算简图如图1所示，取底层墙中线作为框架柱的轴线，27层柱高即为层高，取3.9m，底层柱高从基础顶面取至一层板顶，即3.9+1.5-0.8=4.6m。各层框架梁柱的线刚度经计算后列于图1上，其中在求梁截面惯性矩时考虑现浇楼板作用，取I=2I0（I0为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。AB、CD跨梁：BC跨梁： 27层柱： 底层柱： （5）结构平面布置详见结构施工图。2.4荷载计算2.4.1恒载计算（1）屋面框架梁线荷载标准值： 高聚物改性沥青卷材和涂膜防水屋面 100厚钢筋混凝土板 乳胶漆顶棚 共计: 边跨(AB、CD跨)框架梁自重 梁侧粉刷 共计: 中间跨（BC跨）框架梁自重 梁侧粉刷 共计: 因此，作用在顶层框架梁上的线荷载为： = = =（2）楼面框架梁线荷载标准值：陶瓷地砖楼面 100厚钢筋混凝土板 乳胶漆顶棚 共计：边跨(BC、DE跨)框架梁自重 梁侧粉刷 边跨填充墙自重 墙面粉刷 共计: 中间跨（CD跨）框架梁自重 图1 计算简图（注：图中数字为梁柱线刚度 单位）梁侧粉刷 共计: 因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为：= = =（3）屋面框架节点集中荷载标准值：边节点：连系梁自重 梁侧粉刷 连系梁传来的屋面自重 0.53.90.53.96.362=48.368共计：70.254次梁传给连梁的集中荷载次梁自重 次梁粉刷 次梁传来的屋面自重 总计：75.091000高女儿墙自重 粉刷 共计：屋面框架边节点集中荷载标准值 = =中节点：连系梁自重 梁侧粉刷 连梁传来的屋面自重 总计：次梁传给连梁的集中荷载次梁自重 梁侧粉刷 次梁传来的屋面自重 共计：屋面框架中间节点集中荷载标准值 = =（4）楼面框架节点集中荷载标准值：边节点:连系梁(带粉刷)自重 连梁传来的楼面自重 0.53.90.53.93.442=26.16 框架柱自重 柱粉刷 共计：塑钢窗自重 连系梁上墙体自重 连系梁上墙体粉刷 共计： 次梁传给连梁的集中荷载次梁自重粉刷 次梁上墙体自重 墙体粉刷 次梁传来的楼面自重共计：楼面框架边节点集中荷载标准值 = = 中节点：连系梁(带粉刷)自重 连系梁传来的楼面自重 框架柱自重 柱粉刷 共计： 门自重 连梁上墙体自重 连梁上墙体粉刷 共计：次梁传给连梁的集中力次梁自重粉刷 次梁上墙体自重 墙体粉刷 次梁传来的楼面自重 共计：楼面框架中间节点集中荷载标准值 = =恒载作用下的结构计算图如图22.4.2活荷载计算（1）屋面框架梁线型活荷载标准值：= =（2）楼面框架梁线型活荷载标准值：= =（3）顶框架节点活荷载集中值：边节点：连系梁传来的屋面活载 次梁传来的面屋活载 顶框架边节点活荷载集中值 = = 中节点： 连系梁传过来的屋面活载 次梁传来的屋面活载 顶框架中间节点活荷载集中值 = = （4）中间层框架节点活荷载集中值：边节点：连系梁传来的楼面活载 次梁传来的楼面活载 楼面框架边节点活荷载集中值 = = 中节点： 连系梁传过来的楼面活载 次梁传来的楼面活载 楼面框架中间节点活荷载集中值 = = 活载作用下的结构计算图如图32.4.3风荷载计算风载标准值计算公式为：=ZSZ0因结构高度H=28m30m，可取Z=1.0，对于矩形平面S=1.3，Z查荷载规范。地面粗糙程度为C类,将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如下表： 风荷载计算 表1层数ZSZ（m）ZW0（ kN/m2）A（m2）PW（kN）711.327.750.960.3523.0110.05611.323.850.900.3530.4212.46 511.319.950.840.3530.4211.63 411.316.050.760.3530.4210.52 311.312.150.740.3530.4210.24 211.38.250.740.3530.4210.24 111.34.350.740.3532.1810.84 注：表中A为一榀框架各层节点的受风面风荷载作用下的结构计算图如图42.5水平荷载内力计算2.5.1地震作用下的内力计算、重力荷载代表值屋面均布恒荷载 屋面恒荷载标准值 楼面均布恒荷载 楼面恒荷载标准值 雪荷载 楼面雪荷载标准值 楼面均布活荷载 、楼面活荷载标准值 梁柱自重边跨框架梁自重（包括粉刷） 中间跨框架梁自重（包括粉刷） 纵向连系梁自重（包括粉刷） 次梁自重（包括粉刷） 框架柱自重（包括粉刷） 墙体及抹灰自重女儿墙及其抹灰自重 纵向连系梁上门窗、墙体及抹灰自重 横向框架梁上的填充墙体及抹灰自重 次梁上的填充墙体及抹灰自重 荷载分层汇总 顶层重力荷载代表值包括：屋面恒荷载、屋面雪荷载一半、纵横梁自重、女儿墙自重、半层墙体和门窗自重；其他楼层重力荷载代表值包括：楼面恒荷载、楼面活荷载、纵横梁自重、楼面上下各半层柱及纵横墙体和门窗自重。将上述分项荷载相加得集中于各层楼面的重力荷载代表值如下： 建筑物总重力荷载代表值为：集于各层楼面的重力荷载代表值如图5、横向框架柱侧移刚度D值、由图1可将梁、柱线刚度列于表2。梁、柱线刚度 表2位置底层顶层及中间层边跨梁中间跨梁边柱中柱边跨梁中间跨梁边柱中柱线刚度（10-4Em3）10.008.899.06 9.0610.008.8910.6810.68注：表中E=3.00107kN/m2、横向框架柱侧移刚度D值计算见表3 。横向框架柱侧移刚度D值计算表 表3各层柱（单位:kN/m）该层柱子的跟数底层边柱1.1040.5170.56779672中柱2.0850.6330.5679755235444二至七层边柱0.9360.3190.78980642中柱1.7690.4690.78911856239840、横向框架自震周期式中：基本周期调整系数，考虑填充墙使框架自振周期减小的影响，取0.6：框架的顶点假想位移。横向框架顶点位移计算结果列于表4中。 横向框架顶点位移（i为层间相对位移） 表4层 次Gi(kN)Gi(kN)Di(kN/m)i71349.241349.24398400.03391.005061399.262748.50398400.06900.971151399.264147.76398400.10410.902141399.265547.02398400.13920.798031399.266946.28398400.17440.658821399.268345.54398400.20950.484411399.269744.48354440.27490.2749、横向地震作用计算在类场地，7度地震区，设计地震分组为第一组，结构的特征周期和地震影响系数为： 、则：由底部剪力法计算公式：由(顶层加上)各层横向地震作用及楼层地震剪力计算结果列于表5，计算简图及结果如图6所示。 各层横向地震作用及楼层地震剪力 表5层次层间剪力73.928.01349.2437778.720.23988.1388.1363.924.11399.2633722.170.21344.88133.0153.920.21399.2628265.050.17937.72170.7343.916.31399.2622807.940.14430.34201.0733.912.41399.2617350.820.11023.18224.2523.98.51399.2611893.710.07515.80240.0514.64.61399.266436.600.0418.64248.69注：1、 表中只加入主体顶层即7层； 2、 表示第i层的层高。、变形验算（即横向水平地震作用下框架侧移计算）变形验算（即横向水平地震作用下框架侧移计算）计算结果列于表6中。 变形验算 表6层次层间剪力层间刚度层高层间相对弹性转角备注788.13398400.00220.03343.91/1773层间相对弹性转角均能满足顶点位移：也能满足6133.01398400.00330.03123.91/11815170.73398400.00430.02793.91/9074201.07398400.00500.02363.91/7803224.25398400.00560.01863.91/6962240.05398400.00600.01303.91/6501248.69 354440.00700.00704.61/657、地震作用下框架内力分析地震作用下内力计算采用D值法，地震作用力沿竖向呈倒三角形分布。、计算各层柱的侧移刚度 各层柱的侧移刚度详见表3 。、计算各柱所分配的剪力值 由上式可得柱所分配的剪力见表7 各层柱分配的剪力 表7层次788.138064118561185680643984017.8426.2326.2317.846133.018064118561185680643984026.9239.5839.5826.925170.738064118561185680643984034.5650.8150.8134.564201.078064118561185680643984040.7059.8459.8440.703224.258064118561185680643984045.3966.7466.7445.392240.058064118561185680643984048.5971.4471.4448.591248.6979679755975579673544455.9068.4468.4455.90、确定反弯点高度反弯点高度式中： 标准反弯点高度； 某层上、下梁线刚度不同时，对的修正值； 上层层高与本层高度不同时反弯点高度的修正； 下层层高与本层高度不同时反弯点高度的修正。计算结果列于表8中。水平地震作用下反弯点高度 表8层次柱7边柱0.9360.3500000.350中柱1.7690.4270000.4276边柱0.9360.4180000.418中柱1.7690.4500000.4505边柱0.9360.4500000.450中柱1.7690.4880000.4884边柱0.9360.4500000.450中柱1.7690.4880000.4883边柱0.9360.5000000.500中柱1.7690.5000000.5002边柱0.9360.5000000.500中柱1.7690.5000000.5001边柱1.1040.6450000.645中柱2.0850.5960000.596 、计算柱端弯矩由柱剪力和反弯点高度，按下式计算可得：上端 下端 柱端弯矩计算结果列于表9中水平地震作用下柱端弯矩 表9层次A、D柱（边柱）B、C柱（中柱）备注上端弯矩值下端弯矩值上端弯矩值下端弯矩值由于结构及荷载对称，两边柱和两中柱上、下端弯矩值均相同745.2224.3558.6243.68661.1043.8884.9069.46574.1360.65 101.46 96.70487.3071.43119.49113.89388.5188.51130.14130.14294.7594.75139.31139.31191.28165.86127.19187.64、计算梁端弯矩梁端弯矩可按节点弯矩平衡条件，将节点上下柱端弯矩之和按左右梁的线刚度比例分配，按下式计算，将计算结果见图7。梁左端 梁右端 其中、2 梁的线刚度。、计算梁端剪力根据梁端弯矩，由式可得，计算结果见图8。、计算柱轴力N边柱轴力为各层梁端剪力按层叠加。中柱轴力为柱两侧梁端剪力之差，并按层叠加。计算图见图8中（b）和（c）：边柱底层柱轴力：中柱底层轴力： 。 图8 水平地震作用下梁柱剪力图和柱轴力图 （单位：KN）2.5.2风荷载作用下的内力计算、风荷载作用下的内力计算风荷载作用下的内力计算采用D值法计算，其计算过程同水平地震作用内力计算。、每层各柱的侧向刚度D值及剪力分配系数同水平地震作用内力计算时的数值。、求每层各柱所分分配的剪力风荷载作用下每层各柱所分分配的剪力计算结果见表09。风荷载作用下每层各柱所分分配的剪力 表09层数（j）层间剪力（KN）每层A、D列柱剪力分配系数每层A、D列所分分配的剪力（KN）每层B、C列柱剪力分配系数每层B、C列所分分配的剪力（KN）710.050.2022.03 0.298 2.99622.510.2024.550.2986.71534.140.2026.90 0.29810.17 4 44.660.2029.02 0.29813.31 354.900.20211.09 0.29816.36 265.140.20213.16 0.29819.41 175.980.225 17.10 0.275 20.89 、每层各柱反弯点的高度比y0值（见表10）风荷载作用下反弯点高度 表10层次柱7边柱0.9360.3500000.350中柱1.7690.3880000.3886边柱0.9360.4000000.400中柱1.7690.4380000.4385边柱0.9360.4500000.450中柱1.7690.4500000.4504边柱0.9360.4500000.450中柱1.7690.4880000.4883边柱0.9360.4500000.450中柱1.7690.4880000.4882边柱0.9360.5000000.500中柱1.7690.5000000.5001边柱1.1040.6400000.640中柱2.0850.5500000.550、每层各柱柱端弯矩计算表（见表11）风荷载作用下柱端弯矩 表11层次A、D柱（边柱）B、C柱（中柱）备注上端弯矩值下端弯矩值上端弯矩值下端弯矩值由于结构及荷载对称，两边柱和两中柱上、下端弯矩值均相同75.152.777.144.52610.657.1014.7111.46514.8012.1121.8117.85419.3515.8326.5825.333 23.7919.4632.6731.142 25.6625.6637.8537.85128.3250.3443.2452.85 、风荷载作用下框架弯矩图（见图9）、风荷载作用下剪力、轴力图（见图10），计算方法和地震作用的计算一样。2.6竖向荷载作用下内力计算竖向荷载作用下的内力计算采用分层法，结构内力弯矩分配法计算。、除底层外其他各层柱子的线刚度均乘以折减系数0.9；、除底层外其他层柱子的弯矩传递系数均为1/3。2.6.1恒荷载作用下内力计算1、计算分配系数，由于荷载和结构对称，取半结构计算，则中跨梁的线刚度应扩大二倍，将其计算过程列于表12。 梁、柱的弯矩分配系数 表12A节点上柱(A上)A节点下柱(A下)ABBAB节点上柱(B上)B节点下柱(B下)B顶层0.4900.5100.4160.3990.185中间层0.3290.3290.3420.2970.2850.2850.132底层0.3350.3160.3490.3020.2900.2740.1342、计算梁固端弯矩、荷载等效梯形荷载作用时,其中三角形荷载作用时等效结果见下表13(mm)(mm)(kN/m)(kN/m)(kN/m)(kN/m)顶层3900720024.8015.260.27121.659.54一至六层3900720013.428.260.27111.725.16、梁固端弯矩 表14边跨(kN/m)中跨(kN/m )边跨(mm)中跨(mm)顶层24.9911.747.22.4-107.96107.96-5.64-2.82中间层22.587.367.22.4-97.5497.54-3.53-1.77底层22.587.367.22.4-97.5497.54-3.53-1.773、 分配法计算各层弯矩，其过程见图18。4、 表15顶层弯矩分配分配系数0.0000.4900.5100.4160.0000.3990.185杆端A上A下ABBAB上B下BC1C1B固端弯矩-107.96107.96-5.64-2.82分配与传递0.0052.9055.0627.53-27.01-54.020.00-51.81-24.02 24.020.0013.2313.786.89-1.44-2.870.00-2.75-1.271.270.000.710.730.36-0.08-0.150.00-0.14-0.070.070.000.040.04杆端弯矩0.0066.88-66.8885.700.00-54.70-31.0022.54柱向另一端传递的弯矩22.29-18.23表16中间层弯矩分配分配系数0.3290.329 0.342 0.297 0.285 0.285 0.132 杆端A上A下ABBAB上B下BC1C1B固端弯矩-97.5497.54 -3.53-1.77 分配与传递32.09 32.0933.3616.68 -16.44-32.87 -31.55 -31.55 -14.61 14.61 5.41 5.41 5.62 2.81 -0.42 -0.83-0.80 -0.80 -0.37 0.37 0.14 0.14 0.140.07 -0.01 -0.02 -0.02 -0.02 -0.01 0.01 0.00 0.00 0.00 杆端弯矩37.64 37.64 -75.29 83.38-32.37 -32.37 -18.52 13.22柱向另一端传递的弯矩12.5512.55-16.18-16.18表17底层弯矩分配法分配系数0.3350.3160.3490.3020.2900.2740.134杆端A上A下ABBAB上B下BC1C1B固端弯矩-97.5497.54-3.53-1.77分配与传递32.6830.8234.0417.02-16.76-33.53-32.20-30.42-14.8814.885.615.305.852.92-0.44-0.88-0.85-0.80-0.390.390.150.140.150.08-0.01-0.02-0.02-0.02-0.010.010.000.000.00杆端弯矩38.4436.26-74.7183.13-33.07-31.24-18.8113.51柱向另一端传递的弯矩12.8118.13-11.02-15.624、各层弯矩分配结果见图11。5、将各层分层法求得的弯矩叠加，得到整个框架结构在恒荷载作用下的弯矩图,很显然，叠加后框架内各节点的弯矩不一定达到平衡，这是由于分层法计算的误差造成的，为提高精度可将节点不平衡弯矩再分配一次进行修正，修正后的竖向恒荷载作用下的弯矩图如图12所示。 表18分层叠加杆端A上A下ABBAB上B下BC1叠加后杆端弯矩顶层0.0079.43-66.8885.700.00-70.88-31.00六层59.9350.19-75.2983.38-50.6-48.55-18.52三至五层50.1950.19-75.2983.38-48.55-48.55-18.52二层50.1950.45-75.2983.38-48.55-43.39-18.52底层50.9936.26-74.7183.13-49.25-31.24-18.81分配系数顶层0.490.5100.4160.3990.185中间层0.3290.3290.3420.2970.2850.2850.132底层0.3350.3160.3490.3020.2900.2740.134结点不平衡力矩顶层12.55-16.18六层34.83-34.29三至五层25.09-32.24二 层25.35-27.08底层12.54-16.17叠加并分配节点不平衡弯矩后的杆端弯矩顶层73.28-73.2892.43-64.42-28.01六层48.4738.73-87.2093.56-40.83-38.78-13.99三至五层41.9441.94-83.8792.96-39.36-39.36-14.26二 层41.8542.11-83.9691.42-40.83-35.67-14.94底层46.7932.30-79.0988.01-44.56-26.81-16.646、由弯矩可求得在恒荷载作用下剪力，其结果见图13。7、由剪力可求得在恒荷载作用下轴力，其结果见图13。8、在恒荷载作用下，经调幅算至柱边截面的弯矩见图14，调幅系数取0.2。2.6.2活荷载作用下内力计算(仅考虑满布情