集成中学教学楼框架结构设计毕业论文.doc

武汉工业学院工商学院毕业论文（设计）专用稿纸集成中学教学楼框架结构设计毕业论文1 工程概况本工程为某高校教学楼。工程为五层现浇钢筋混凝土框架结构。屋面板顶面标高为19.8m。工程所在地抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，场地类别为类。屋面做法：屋面做法（选用刚性防水屋面）：SBS沥青防水卷材（八层作法）,30厚配筋C25细石混凝土,20厚1：3水泥砂浆找平,100厚1：8水泥陶粒找坡,100厚现浇混凝土板,8厚板底抹灰楼面做法：钢筋混凝土现浇板，20mm石灰砂浆抹底，20mm水泥砂浆找平，水磨石面层。墙身做法：由普通砖砌筑而成，空心砖自重8kN/m3，厚度200mm。门窗做法：门为木门，自重0.2 kN/m2，窗为钢窗玻璃窗，自重0.4 kN/m2。风荷载标准值0.3kN/m2，雪荷载标准值0.5kN/m2。活荷载：上人屋面均布活荷载标准值2.0kN/m2，楼面活荷载标准值2.0kN/m2。本设计计算书包括屋盖、楼盖、框架主体结构、楼梯、基础等部分的计算和设计。2 屋盖和楼盖设计2.1 屋盖2.1.1 设计资料(1)屋面做法：屋面做法（选用刚性防水屋面）：SBS沥青防水卷材（八层作法）,30厚配筋C25细石混凝土,20厚1：3水泥砂浆找平,100厚1：8水泥陶粒找坡,100厚现浇混凝土板,8厚板底抹灰。(2)屋面荷载：均布活荷载标准值2kN/m2(上人屋面)，雪荷载标准值为0.5kN/m2。(3)材料：混凝土强度等级为C30；梁内受力纵筋为HRB335，其余为HPB235钢筋。2.1.2 屋盖的结构平面布置图 图2.1 屋盖的结构平面布置图2.1.3 板的设计（弹性理论）(1)荷载计算由于屋面均布活荷载标准值大于屋面雪荷载标准值，故取前者进行计算恒荷载标准值：隔热层： 1/211.80.18=1.062/ m2找平层：20厚1：3水泥砂浆找平 200.020.40kN/m2保护层：30厚配筋C25细石混凝土 220.030.66kN/m2找坡层：1：8水泥陶粒100mm 140.101.40kN/m2结构层：110mm现浇钢筋混凝土板 250.112. 75kN/m2板底抹灰：8mm石灰抹灰 170.0080.136kN/m2防水层：SBS沥青防水卷材八层作法 0.4kN/m2合 计 7.20kN/m2荷载设计值g=1.27.2=8.64kN/m2 ，q=1.42.0=2.8kN/m2q/2=1.4kN/m2，g+q/2=10.04kN/m2，g+q=11.44kN/m2(2)弯矩计算表2.1 弯矩值计算表B1B2Dl01 (m)6.04.04.0l02 (m)6.06.06.0l01/l0210.670.67m1(0.0227+0.21/60.0168) 10.046.02+(0.0319+1/60.0243) 1.46.02=11.03(0.0359+1/60.0085) 10.0442+(0.0284+1/60.0712) 1.442=10.27(0.0162+1/60.0444) 10.0442+(0.0284+1/60.0717) 1.442=4.69m2(0.00168+1/60.0227) 10.0462+(0.0243+1/60.0319) 1.462=8.93(0.0085+1/60.0359) 10.0442+(0.0712+1/60.0284) 1.442=13.15(0.0444+1/60.0162) 10.0442+(0.0717+1/60.0284) 1.442=9.28m1-0.060011.4462=-24.71-0.057211.4442=-10.47-0.077411.4442=-14.17m2-0.055011.4462=-22.65-0.078511.4442=-14.37-0.101911.4442=-18.65(3)截面设计截面有效高度：假定选用8钢筋，则l01方向跨中截面的h01=90mm；l02方向跨中截面的h02=80mm；支座截面h0=90mm。最小配筋率：因为，故取smin=0.27%，则Asmin=0.27%1000110=297mm2截面设计时取用的弯矩设计值：中间跨的跨中截面及中间支座截面减小20%；边跨跨中截面及楼板边缘算起的第二个支座截面处，当lb/l0104.92kN。故而只需根据构造配置箍筋。取8100/200的箍筋。2.2 楼盖以第二层楼盖为例2.2.1 设计资料(1)楼面做法：钢筋混凝土现浇板，20mm石灰砂浆抹底，20mm水泥砂浆找平，水磨石面层。(2)楼面荷载：均布活荷载标准值办公室内为2kN/m2,走廊为2.5 kN/m2。(3)材料：混凝土强度等级为C30；梁内受力纵筋为HRB335，其余为HPB235钢筋2.2.2 楼盖盖的结构平面布置图图2.2 楼盖盖的结构平面布置图2.2.3 板的设计（弹性理论）(1)荷载计算恒荷载标准值：水磨石面层 0.65 kN/m225厚水泥混凝土找平0.02520=0.50kN/m2100mm厚钢筋混凝土楼板 0.125=2.50kN/m220mm厚石灰砂浆抹底 0.0217=0.34kN/m2 小计 3.99 kN/m2，取4.00 kN/m2。荷载设计值g=1.24.00=4.80kN/m2 ，q=1.42.0=2.8kN/m2q/2=1.4kN/m2，g+q/2=6.20kN/m2，g+q=7.60kN/m(2)弯矩计算表2.3 弯矩值计算表B1B2Dl01 (m)6.04.04.0l02 (m)6.06.06.0l01/l0210.670.67m1(0.0227+0.21/60.0168) 6.26.02+(0.0319+1/60.0243) 1.46.02=7.00(0.0359+1/60.0085) 6.242+(0.0284+1/60.0712) 1.442=4.60(0.0162+1/60.0444) 6.242+(0.0284+1/60.0717) 1.442=3.24m2(0.00168+1/60.0227) 6.262+(0.0243+1/60.0319) 1.462=2.71(0.0085+1/60.0359) 6.242+(0.0712+1/60.0284) 1.442=3.14(0.0444+1/60.0162) 6.242+(0.0717+1/60.0284) 1.442=6.38m1-0.06007.6062=-16.42-0.05727.6042=-6.96-0.07747.6042=-9.41m2-0.05507.6062=-15.05-0.07857.6042=-9.55-0.10197.6042=-12.39(3)截面设计截面有效高度：假定选用8钢筋，则l01方向跨中截面的h01=80mm；l02方向跨中截面的h02=70mm；支座截面h0=80mm。最小配筋率：因为，故取smin=0.27%，则Asmin=0.27%1000100=270mm2截面设计时取用的弯矩设计值：中间跨的跨中截面及中间支座截面减小20%；边跨跨中截面及楼板边缘算起的第二个支座截面处，当lb/l0104.92kN。故而只需根据构造配置箍筋。取8100/200的箍筋。联系梁的计算。联系梁的截面尺寸取250500。联系梁承受墙所给的荷载，Q=83.60.21.2=6.912 kN/m跨中弯矩M=Ql/8=6.9126/8=31.104 kNm as=M/(a1 fcbh0)=31.104/(360250465)=0.0016s=【1+(1-2 as)】/2=0.999As=M/(sfyh0)= 31.104/(0.999360465)=186.0mm。可知按构造配筋即可。3 框架结构布置及计算简图3.1 梁柱尺寸3.1.1梁高为600mm3.1.2 柱截面尺寸本工程为现浇钢筋混凝土结构，6度设防，高度30m，抗震等级为四级，柱截面取为450450mm3.1.3计算简图(取轴线8处)初步设计基础顶面离室外地面500mm，则底层层高为5.4+0.75+0.5=6.653.1.4梁柱线刚度(其中E=3.0104N/mm2)AB、CD跨梁 i=2E0.30.63/6=1.810-3EBC跨梁 i=2E0.30.63/1.7=6.3510-3E上部各层柱i= E0.454/3.6=0.9510-3 E底层柱 i= E0.454/6.65=0.5110-3 E将梁柱线刚度标于计算简图中图3.1 梁柱线刚度计算简图4 恒荷载内力计算4.1 恒荷载计算4.1.1 屋面框架梁线荷载标准值隔热层： 1/211.80.18=1.062/ m2找平层：20厚1：3水泥砂浆找平 200.020.40kN/m2保护层：30厚配筋C25细石混凝土 220.030.66kN/m2找坡层：1：8水泥陶粒100mm 140.101.40kN/m2结构层：110mm现浇钢筋混凝土板 250.112. 75kN/m2板底抹灰：8mm石灰抹灰 170.0080.136kN/m2防水层：SBS沥青防水卷材八层作法 0.4kN/m2合 计 7.20kN/m2梁的自重线荷载为：（0.6-0.11）0.325+0.02（0.6-0.11）217=4.008kN/m作用于屋面框架梁上线荷载标准值为：g5AB1= g5CD1=4.008kN/m g5BC1=4.008kN/mg5AB2= g5CD1=7.206=43.2kN/mg5BC2=7.201.7=12.24kN/m4.1.2 楼面框架梁线荷载标准值水磨石面层 0.65 kN/m225厚水泥混凝土找平0.02520=0.50kN/m2100mm厚钢筋混凝土楼板 0.125=2.50kN/m220mm厚石灰砂浆抹底0.0217=0.34 kN/m小计 3.99 kN/m2，取4.00 kN/m2。梁的自重线荷载为：（0.6-0.10）0.325+0.02（0.6-0.10）217=4.008kN/m作用于屋面框架梁上线荷载标准值为：g5AB1= g5CD1=4.09kN/m g5BC1=4.09kN/mg5AB2= g5CD1=4.006=24.00kN/mg5BC2=4.001.7=6.80kN/m4.1.3 屋面框架节点集中荷载标准值纵向框架梁自重 0.30.6625=27kN纵向框架梁粉刷 2(0.6-0.11)0.02617=2kN纵向框架梁传来的屋面恒荷载 2(6/2)27.20=129.6kN15m高女儿墙自重及粉刷 1.56240.2+21.560.0217=49.32kN 则顶层边节点集中荷载为：G5A=207.92kN纵向框架梁自重及粉刷 27+2=29kN纵向框架梁传来的屋面恒荷载 129.6+7.2（1.76/2+9）=231.12kN则顶层中节点集中荷载为：G5B=231.12+29=260.12kN4.1.4 楼面框架节点集中荷载标准值纵向框架梁自重及粉刷 29kN纵向框架梁传来的楼面恒荷载 2(6/2)24=72kN墙体自重3.660.28=34.56kN墙面粉刷 23.660.0217=14.688kN框架柱自重 0.4523.625=18.225kN柱面粉刷40.450.0217=0.612kN 中间层边柱节点集中荷载为：GA=169.09kN纵向框架梁自重及粉刷 29kN纵向框架梁传来的楼面恒荷载72+4（1.76/2+9）=128.4kN墙体自重3.660.28=34.56kN墙面粉刷 23.660.0217=14.688kN框架柱自重及粉刷 0.4523.625+0.612=18.837kN中间层中柱节点集中荷载为：GB=226.49kN4.2 恒荷载作用下内力计算4.2.1 计算简图图4.1 恒荷载作用下内力计算简图4.2.2 荷载等效a1=6/(26)=0.5顶层边跨g5边=（1-20.5+0.50.5）43.2+4.008=31.01 kN/m顶层中跨g5中=12.245/8+4.008=11.66 kN/m中间层边跨g边=（1-20.5+0.50.5）24+4.09=19.09 kN/m中间层中跨g中=6.85/8+4.09=8.34 kN/m荷载等效后的计算简图如图4.2图4.2 荷载等效后的计算简图4.2.3 固端弯矩计算顶层边跨M5AB=31.016/12=93.03 kNm顶层中跨M5BC=11.661.7/12=2.81 kNm中间层边跨MAB=19.096/12=57.27 kNm中间层中跨MBC=8.341.7/12=20.09 kNm4.2.4 计算弯矩（取半结构计算）(1)顶层分配系数计算如下u12=1.84/(1.84+0.90.954)=0.678u14=1u12=0.322u21=1.84/(1.84+0.90.954+6.352)=0.309u23=6.352/(1.84+0.90.954+6.352)=0.545u25=1u21u23=0.146(2)中间层分配系数计算如下(3)底层分配系数计算如下4.2.5 不平衡弯矩分配(见图4.3)图4.3 不平衡弯矩分配图4.2.6 跨中弯矩计算4.2.7 剪力计算 4.3.8 轴力计算 4.2.9 弯矩调幅边跨：端部弯矩值乘以0.85，跨中弯矩值乘以1.2中跨：端部弯矩值乘以0.85，跨中弯矩值乘以0.9将调幅后的弯矩值表于框架弯矩图的（）内弯矩图见图4.3（单位：kNm）图4.4 弯矩图框架结构的剪力图和轴力图如4.5（单位：kN）V N图4.5 剪力图和轴力图5 活荷载内力计算（屋面布活荷载）5.1 活荷载计算5.1.1 屋面框架梁线荷载标准值q5AB=2.06=12.0kN/mq5BC=2.01.7=3.4kN/m5.1.2 楼面框架梁线荷载标准值qAB=2.06=12.0kN/mqBC=2.51.7=4.25kN/m5.1.3 屋面框架节点集中荷载标准值边节点：纵向框架梁传来的活荷载 362.0/2=18kN则Q5A=18kN中节点：纵向框架梁传来的荷载 18+61.72.01/2=28.2kN则Q5B=28.2kN5.1.4 楼面框架节点集中荷载标准值边节点：纵向框架梁传来的活荷载 362.0/2=18kN则QA=18kN中节点：纵向框架梁传来的荷载 18+61.72.51/2=30.75kN则Q5B=30.75kN5.2 活荷载作用下内力计算5.2.1 计算简图图5.1 活荷载作用下内力计算简图顶层边跨 顶层中跨 中间层边跨 中间层中跨 5.2.2 荷载等效荷载等效后的计算简图：图5.2 荷载等效后的计算简图5.2.3 固端弯矩计算顶层边跨 顶层中跨 中间层边跨 中间层中跨 5.2.4 计算弯矩图5.3 弯矩传递图弯矩图（单位kNm）图5.4 弯矩图5.2.5 跨中弯矩计算因为楼面活载是按满布计算的，故跨中弯矩应乘以1.1进行放大。5.2.6 剪力计算顶层中跨端部剪力其他层中跨段部剪力各边跨剪力：5.2.7 轴力计算框架结构的剪力图和轴力图如图5.5（单位：kN） V N图5.5 剪力图和轴力图5.2.8 弯矩调幅边跨：端部弯矩值乘以0.85，跨中弯矩值乘以1.2中跨：端部弯矩值乘以0.85，跨中弯矩值乘以0.9将调幅后的弯矩值表于框架弯矩图的（）内6 风荷载内力计算6.1 风荷载作用简图的计算基本风压w0=0.35kN/m2，地面粗糙度为B类。本章计算以左风为例。wk=zszw0，建筑物高度30m，故z=1.0迎风时s1=+0.8，背风时s2=-0.5，则s=0.8+0.5=1.3风荷载计算计算过程见表6.1。计算简图见图6.1（单位：kN）表6.1 风荷载计算表楼层高度H(m)zwkA(m2)P(kN)五19.81.250.5719.811.29四16.21.190.5321.611.45三12.61.080.4821.610.37二91.00.4521.69.72一5.41.00.452712.15图6.1 风荷载计算简图6.2内力计算6.2.1 抗侧刚度和反弯点高度确定计算过程见表6.2表6.2 抗侧刚度和反弯点高度确定表楼层KD(104kN/m)y0Iy12y23y3yhh-yh边柱五1.890.494.310.3910101.402.20四1.890.494.310.441010101.582.02三1.890.494.310.491010101.761.84二1.890.494.310.501010101.801.80一3.530.731.530.5500.6803.252.65中柱五8.580.817.120.4510101.621.98四8.580.817.120.501010101.801.80三8.580.817.120.501010101.801.80二8.580.817.120.501010101.801.80一15.980.921.930.5500.6803.252.606.2.2 剪力在各层分配（单位：kN），表6.3 剪力分配表VP5=11.29V5=2.13V5=3.51VP4=22.74V4=4.30V4=7.07VP3=33.11V3=6.26V3=10.30VP2=42.83V2=8.09V2=13.32VP1=54.98V1=12.15V1=15.346.2.3 柱端弯矩计算（单位：kNm）表6.4 柱端弯矩计算表4.696.952.985.698.6912.736.7912.7311.5218.5411.0218.5414.5623.9814.5623.9832.2039.8839.4949.866.2.4 风荷载作用下的内力图M图（单位：kNm）图6.2 M图 V,N图（单位：kN）图6.3 V,N图7 地震作用内力计算7.1 重力荷载代表值计算7.1.1 屋面活荷载标准值Qsk=2.013.752=2.0712.4=1424.8kN7.1.2 楼面活荷载标准值Q1k=Q2k=Q3k=Q4k=2.51.752+2.06252=221+1248=1469kN7.1.3 屋盖、楼盖自重G5k=7.213.752+4.008(13.711+524)=6566.95kNG4k=Q3k=Q2k=Q1k=413.752+4.09(13.711+524)+26.3（0.5-0.10）0.2525+0.02（0.5-0.10）217=4389.58kN7.1.4 女儿墙自重G=1.5(13.7+52)2240.2+21.5(13.7+52)20.0217=1080kN7.1.5 二五层墙柱等自重 墙体自重3.6(524+616+13.72+4.4+3.9)0.28=1956.67kN墙面粉刷 23.6(524+616+13.72+4.4+3.9)0.0217=831.59kN框架柱自重 0.4523.62544=801.9kN小计3590.16kN7.1.6 底层墙柱等自重墙体自重5.4(524+616+13.72+4.4+3.9)0.28=2935.01kN墙面粉刷 25.4(524+616+13.72+4.4+3.9)0.0217=1247.36kN框架柱自重 0.4525.42544=1202.85kN小计5385.22kN各层重力荷载代表值汇总如下：7.2 水平地震作用计算7.2.1 各层D值汇总（D单位：104kN/m）计算过程见表7.1表7.1 各层D值汇总表层次边柱 (根)边柱D中柱 (根)中柱DD五224.31227.12251.46四224.31227.12251.46三224.31227.12251.46二224.31227.12251.46一221.53221.9376.127.2.2 顶点位移计算（将重力荷载代表值Gi作为水平荷载）uT=+=7.2.3 基本自振周期7.2.4 基本自振周期水平地震影响系数设计地震分组第一组，场地类别类，Tg=0.25s，地震加速度0.05g，多遇地震下max=0.047.2.5 结构底部剪力标准值 7.2.6 各层水平地震作用标准值，故不需考虑顶部附加地震作用7.2.7 各层水平地震层间剪力楼层水平地震剪力最小值验算如下：楼层最小地震剪力系数=0.016，故满足要求7.2.8 多遇地震下弹性层间位移计算过程见表7.2表7.2 多遇地震下弹性层间位移表楼层hi (m)Vi (kN)Di (104kN/m)ue (m)ee五3.6732.33251.460.000290.000081/550=0.00182四3.61252.52251.460.000500.00014三3.61660.57251.460.000660.00018二3.61956.49251.460.000780.00022一5.92115.176.120.002780.00047故满足要求7.3 一榀框架内力计算本节计算以左震为例。7.3.1 层间剪力在各柱分配计算过程见表7.3表7.3 层间剪力在各柱分配表楼层边跨中跨五四三二一7.3.2 反弯点高度确定计算过程见表7.4表7.4 反弯点高度确定表楼层Ky0Iy12y23y3yhh-yh边柱五1.890.3910101.402.20四1.890.441010101.582.02三1.890.491010101.761.84二1.890.501010101.801.80一3.530.5500.6803.252.65中柱五8.580.4510101.621.98四8.580.501010101.801.80三8.580.501010101.801.80二8.580.501010101.801.80一15.980.5500.6803.252.607.3.3 柱端弯矩计算（单位：kNm）表7.5 柱端弯矩计算表27.6141.0717.5733.1643.3763.8333.9263.8352.3784.6450.0984.6460.3599.7260.3599.72112.65139.44138.16174.307.3.4 地震作用下的内力力图弯矩图见图7.1（单位：kNm），剪力轴力图见图7.2（单位：kN）图7.1 弯矩图V N图7.2 剪力轴力图8 内力组合本章中单位统一为：弯矩kNm，剪力kN，轴力kN。根据前面第四至八章的内力计算结果，即可进行框架各梁柱各控制截面上的内力组合，其中梁的控制截面为梁端柱边及跨中，由于对称性，每层梁取5个控制截面。柱分为边柱和中柱，每根柱有2个控制截面。内力组合使用的控制截面标于图8.0。图8.0 控制截面图8.1 梁内力组合8.1.1 计算过程见下页表中，弯矩以下部受拉为正，剪力以沿截面顺时针为正注：（1）地震作用效应与重力荷载代表值的组合表达式为：其中，SGE为相应于水平地震作用下重力荷载代表值效应的标准值。而重力荷载代表值表达式为：Gk恒荷载标准值；Qik第i个可变荷载标准值；Qi第i个可变荷载的组合之系数，屋面雪荷载不计入。考虑到地震有左震和右震两种情况，而在前面章节有计算地震作用内力时计算的是只有左震作用时的内力，则在下表8.1中有1.2(+0.5)+1.3和1.2(+0.5)-1.3两列，分别代表左震和右震参与组合。（2）因为风荷载效应同地震作用效应相比较小，不起控制作用，则在下列组合中风荷载内力未参与，仅考虑分别由恒荷载和活荷载控制的两种组合，即1.35+1.40.7和1.2+1.4两列。表8.1 梁内力组合计算表楼层截面恒荷载活荷载(屋面布活载)风荷载(左风)MVMVMV五1-34.3268.36-9.1716.15-4.69-1.04288.678.140.373-77.39-85.29-18.62-19.85-1.53-1.044-25.888.61-14.141.45-0.52-6.385-59.37-15.700四1-36.2745.79-13.4117.04-11.67-2.62242.975.063.813-48.90-50.75-18.32-18.96-4.05-2.624-30.975.37-10.811.81-14.37-16.915-30.53-11.960三1-31.4244.72-20.1317.10-18.31-4.20245.965.945.723-49.52-51.82-23.22-18.90-6.88-4.204-30.446.37-9.831.81-24.39-28.695-34.98-10.820二1-32.6744.87-13.0117.03-25.58-5.82245.145.638.123-49.79-51.67-18.03-18.97-9.35-5.824-30.496.37-11.031.81-33.17-39.025-33.89-12.210一1-26.8743.73-10.4416.70-46.76-10.14248.828.0016.363-50.02-52.81-17.51-19.30-14.05-10.144-32.056.37-11.631.81-49.81-58.605-37.82-12.910梁内力组合计算表（续）楼层截面地震作用(左震)1.2(+0.5)+1.31.2(+0.5)-1.3MVMVMV五127.61-6.11-10.7983.78-82.5799.6727.65121.23101.333-9.04-6.11-123.24-98.38-92.29-82.50432.03-37.682.10-37.78-81.1860.1950-80.66-80.66四160.94-13.7127.6643.35-158.5183.00212.7471.1638.033-21.34-13.71-97.41-67.35-41.93-31.70475.65-89.0054.70-108.17-141.99123.2350-43.82-43.82三186.29-19.8386.5638.15-137.8089.70225.3284.5018.673-32.66-19.83-30.89-76.62-3.03-25.074115.81-136.25108.11-168.40-192.98185.8650-84.47-84.47二1110.44-25.1796.5731.34-190.5896.78225.7691.0424.063-40.56-25.17-123.29-83.34-17.83-17.904143.80-169.18143.73-211.20-230.15228.6650-48.00-48.00一1173.00-37.60186.4013.62-263.40110.94241.09116.809.963-52.62-37.60-138.93-100.67-2.12-2.914186.54-219.46197.06-276.57-287.94294.0350-53.13-53.13梁内力组合计算表（续）楼层截面1.35+1.40.71.2+1.4MmaxMmin|Vmax|MVMV五1-55.32108.11-54.02104.64-10.79-82.57108.112127.68117.80127.68101.333-122.72-95.69-118.94-