高层建筑框架结构建设毕业论文.doc

华北科技学院毕业设计（论文）高层建筑框架结构建设毕业论文目录前 言41 框架结构的特点42 框架结构的发展43 本文研究的内容41 建筑设计概述51.1 设计依据51.2 设计规模51.3 工程构造52 结构方案设计62.1 设计资料62.2 结构73 荷载计算73.1初估梁柱截面73.1.1 柱截面初算73.1.2 梁截面初算73.1.3 楼板厚度计算73.2 荷载计算83.2.1 层数划分及计算简图83.2.2 荷载统计84 水平荷载作用下的框架内力分析134.1 梁的线刚度134.2 框架柱侧移刚度计算144.2.1.柱线刚度144.2.2 柱的侧移刚度D144.3 水平地震作用分析154.3.1 框架自振周期计算154.4 验算框架层间弹性位移角164.4.1 框架层间弹性位移角计算164.4.2 楼层地震剪力的验算174.5 水平地震作用下框架柱剪力和弯矩计算174.6 地震作用下框架梁端剪力和柱轴力标准植195 横向风荷载计算215.1 自然情况215.2 荷载计算215.3 风荷载作用下框架柱剪力和柱弯矩225.4 荷载作用下梁端弯矩计算236 框架在竖向荷载作用下的内力分析256.1 计算方法和荷载传递路线256.1.1 计算方法256.2 竖向荷载计算256.2.1 A-B(C-D)轴间框架梁计算256.2.2 B-C轴间框架梁计算266.3 框架计算简图266.4 梁固端弯矩276.5 框架节点分配系数286.6 恒载产生弯矩分配与传递286.7 梁端剪力336.8 柱轴力和剪力376.8.1 恒载作用下的柱轴力剪力376.8.2 活载作用下的柱轴力剪力387 内力组合和最不利内力确定417.1 框架梁内力组合417.2 框架柱内力组合417.3 框架梁内力组合如下418 框架梁配筋计算488.1 计算方案确定488.2 梁的抗弯承载力配筋计算498.3 梁的斜截面配筋计算509 柱的配筋计算519.1 验算轴压比519.2 柱正截面承载力计算539.3 柱斜截面承载力计算5610 楼面板设计5910.1 荷载计算5910.2 确定计算跨度5910.3 弯矩计算6010.4 截面设计6011 楼梯设计6111.1设计参数：6111.2 梯段板计算6211.3 平台板计算6311.4 平台梁计算6412 基础设计6512.1 确定基础底面尺寸6512.2 校核地基承载力6612.3 验算基础高度6612.4 基础底板配筋6713 结 论69参考文献71致 谢72附 录73前 言1 框架结构的特点框架结构是通过梁、柱组成的结构体系作为建筑的竖向承重结构，并同时承受水平荷载，它适用于多层及高度不大的高层建筑。框架结构平面布置灵活，能形成较大的空间。通常梁、柱截面尺寸都不能太大，否则影响使用面积。因此，框架结构的侧向刚度较小，水平位移较大，这是他的主要缺点。通过合理设计，框架结构本身的抗震性能较好，能承受较大的变形，但是，变形大了容易引起非结构构件出现裂缝及破坏，这些破坏会造成很大的经济损失，也会威胁人身安全。2 框架结构的发展随着社会经济的发展，人们需求的提高，居住环境不断的改变，建筑物的高度也在不断的升高，当建筑物高度增加时，水平荷载对结构起的作用将越来越大，普通的砌体结构已经不能满足高度要求，因此，框架结构就出现了，框架结构的材料主要是钢筋和混凝土，通过把钢筋和混凝土粘接在一起，形成承重的框架结构。解放前，我国高层建筑很少，解放后，在50和60年代陆续建造了一些，如1959年建成的北京民族饭店，12层，高47.4m；1964年建成的北京民航大厦，15层，高60.8m等。70年代初期，我国几个大城市开始加速建造高层建筑，目前，在许多中等城市及一些小城市也都已建造了高层建筑。在我国，高层建筑以采用钢筋混凝土为主，近年来，不仅建造高度在增长，建筑体型和结构体系也愈益多样化，而且在50层左右的建筑中，已开始采用钢结构，这些都体现了我国建造高层建筑的技术水平有了的发展和提高。3 本文研究的内容本文通过对一榀框架的设计，充分了解了荷载的传力过程、框架各部分的作用，以及整个框架结构的受力性能。本设计虽然简单，但包括的内容很全面，除框架只计算了一榀以外，其余的设计均很全面，包括屋面板、楼面板、连系梁、次梁以及基础和楼梯，通过对这些结构的设计，已经可以充分了解整个建筑结构，以及对整个结构设计的过程，同时也把我们学习的内容全部贯穿到一起，为我们将来走上工作岗位打下了基础。1 建筑设计概述1.1 设计依据 1.建筑结构荷载规范 GB 50009-20012.混凝土结构设计规范 GB 50010-20103.建筑抗震设计规范 GB 50011-20104.建筑地基基础设计规范 GB 50007-2011及有关授课教材、建筑设计资料集、建筑结构构造上资料集等相关资料。5.遵照国家规定的现行各种设计规范、有关授课教材、建筑设计资料集、建筑结构构造上资料集等相关资料。1.2 设计规模1.本次设计的题目为“宁夏华祥中学教学楼设计”2.建筑面积：50000 m，结构共五层，首层层高4.43m，其它各层层高3.6m.3.室内外高差0.450m，室外地面标高为-0.450m。1.3 工程构造1.屋面:APP改性沥青防水卷材1：3 水泥沙浆找平层25mm厚1：10水泥珍珠岩砂浆保温层120厚1：8白灰炉渣找坡度最薄处30mm120mm厚钢筋混凝土板20mm厚板下混合砂浆抹灰2.楼面:1：2.5水泥白石子12mm素水泥浆结合层一道1：3水泥砂浆找平18mm素水泥浆结合层一道120mm厚钢筋混凝土板20mm厚板下抹灰3.厕所:20mm厚水泥砂浆地面50mm厚防水砂浆180mm厚空心砖20mm厚水泥砂浆抹灰4.墙体：外墙370mm厚水泥空心砖墙，内墙为240mm厚水泥空心砖墙，楼梯间墙为240厚水泥空心砖墙，厕所均为240厚隔墙,女儿墙为240厚水泥空心砖墙，高80。5.门窗：门厅处为铝合金门，其他均为木门。双推拉塑钢窗，单层玻璃全封闭窗。6.基础：阶型独立扩展基础，阶型联合扩展基础。2 结构方案设计2.1 设计资料1.本工程抗震设防烈度为7度，设计地分组为第一组2.自然条件：雪荷载0.50KN/M，基本风压：0.40KN/M.3.地质条件：地质勘探以 0.000为基准面，地质分布具体情况见表1，类场地，7度设防建筑地点冰冻深度-1.2m。4.建设地区地层土分布情况如下： 序号岩 石分 类土层深度（m）厚度范围（m）地基承载力fk（kpa）桩端承载力qk（kpa）桩周摩擦力qk（kpa）1杂填土0.00.80.32粉土0.81.80.512103中砂1.82.80.8200254砾砂2.86.53.73002400305圆砾6.512.56.0500350060 表1注： 拟建场地地形平坦，地下稳定水位距地表-6m，表中给定土层深度由自然地坪算起。 建筑地点冰冻深度-0.5m。 建筑场地类别：类场地土。 地震设防基本烈度：7 度。2.2 结构1.本工程为钢筋混凝土现浇框架结构。2.楼板采用现浇钢筋混凝土板。楼梯为现浇板式楼梯3.材料情况：非重承水泥空心砖；砂浆等级为M5；混凝土：C30（基础、梁、板）、C30（柱）。纵向受力钢筋：HRB335级（梁）；HRB335级（柱）；箍筋：HPB235级钢筋，基础：HPB235级钢筋 4.施工：梁、板、柱均现浇。3 荷载计算3.1初估梁柱截面3.1.1 柱截面初算 由轴压比限值条件N/fcA0.9(（三级框架）（框架柱的负荷面积内每平米按15kN/m2初估）N=1.2（4.356.6155）=2583.9kNAN/0.9fc=2583.91000/0.9/14.3=200769.23mm2A=bh b=h =347.08mm. 初估: 柱截面 bh=600mm600mm. 3.1.2梁截面初算 主梁: h=(1/81/12)L=（600mm-900mm） 取 边跨取h=700mm, 取 中跨取h=500mm. b=(1/21/3)h且b不小于0.5倍柱宽且不小于250mm， 取b=300mm即：边跨 bh=300mm700mm；中跨 bh=300mm500mm.连系梁: h=(1/81/12)L, 取h=500mm, b=(1/21/3)h, 取b=250mm.即： bh=250mm500mm.3.1.3 楼板厚度计算 楼板厚度取h=100mm.3.2 荷载计算3.2.1 层数划分及计算简图 图1 层高划分图示 图2 计算单元选取3.2.2荷载统计1、恒荷载1）屋面荷载：（为不上人屋面） 防水层：APP改性沥表防水卷材 0.05 kN/m找平层：25mm1：3水泥沙浆 250.02=0.5kN/m保温层：120mm厚水泥珍珠岩 0.124=0.48 kN/m找坡层：白灰炉渣最薄处30mm厚 0.0317=0.51 kN/m结构层：120mm厚钢筋砼现浇板 0.1225=3.00 kN/m 20mm厚板底抹灰 0.0217=0.34 kN/m 5.0kN/m2）楼面：30mm厚水磨石地面 0.65 kN/m120mm厚钢筋砼现浇板 0.1225=3kN/m20mm厚板底抹灰 0.0217= 0.34kN/ m 3.99kN/m3）梁重：（考虑梁上抹灰，取梁自重26kN/m3） 主 梁:中跨 260.70.3=5.46kN/m 边跨 260.50.3=3.9 kN/m 连系梁 260.250.5=3.25kN/m4）墙重：（砌体与抹灰之和） 抹灰：外墙面外抹灰:20厚水泥砂浆 0.4 kN/m2 外墙面及内墙面抹灰:20厚石灰砂浆 0.34 kN/m2 总墙重： 外墙(底层) 150.37+0.4+0.34=6.29 kN/m2 内墙(底层) 150.24+0.342 =4.28 kN/m25）柱：（考虑到柱子抹灰，取柱子自重26kN/m3） 各层柱 60.60.6 =9.36kN/m6）门、窗： 门 0.2kN/m2 窗 0.3kN/m22、活荷载： 雪活载 0.5 kN/m2 厕所 2.0 kN/m2 办公室 2.0 kN/m2 走廊、楼梯 2.5 kN/m2 不上人屋面 0.5 kN/m23、各层楼层重量(各层重力荷载代表值计算如下) 第五层（五层上半层） 女儿墙： 0.240.84.520+7.23+2.710=219.46kN 屋 面： 4.57(7.22+2.7)+4.539.95=3361.5kN 主 梁： 207.25.46+112.73.9=902.07kN 连系梁： (74+9)4.53.25=541.13kN 柱 子： (84+9)0.53.69.36=690.768kN 外 墙：120.6+(1.2-0.3-0.6+0.185)3+2.4-0.6+2.4-0.3-0.6+0.185+0. 9-20.12+0.9-0.3-0.6+0.185+0.61.3+12.61+212.6116.29 = 285.58kN 内 墙： 10(7.2-0.6+0.12-0.6+0.185)(0.53.6-0.7)+111.3 (4.5-1.0-1.5-0.6)+(4.5-1.5-1.0-0.3-0.6+0.185)2+(4.5-1.0-0.6) 2+4.5-0.6+0.185-0.31.3+0.1121.5+1.0161.06.29=773.54kN 外墙窗： (153.3+22.1)(0.53.6-0.5)0.3=20.94 kN 外墙门： 3.63(0.53.6-0.5)0.2=2.81kN 内墙窗： 121.21.50.3=6.48kN 内墙门： 160.31.00.20.96kN =6805.24kN 即：=+0.5=6805.24kN+0.5(177.24.5+2.710 4.5)0.5=6973.315kN 第四层（五层下半层+四层上半层） 五层下半层 柱 子： 420.53.69.36=707.62kN 外 墙：120.6+(1.2-0.3-0.6+0.185)3+0.9-0.3-0.6+0.185+0.6+2.4-0. 3-0.6+0.185+4(7.2-0.6+0.185-0.6+0.12)0.53.6+153.3 1.0+1.01.86.29=754.55kN 内 墙： 10(4.5-0.6+0.185-0.6+0.12)+10(4.5-1.5-1.0-0.6)+(4.5 -1.0-1.5-0.3-0.6+0.185)2+(0.45-1.0-0.3-0.3)3+121.5 0.33.64.28=609.42kN 外墙窗： (153.30.8+22.10.5)0.3=12.51 kN 外墙门： 3.631.80.2=389kN 内墙门： 161.01.80.2=5.76KN 四层上半层 楼 面: 4.510(7.22+2.7)+13.53.64.49=3681.45kN 主 梁： (207.2+23.6+10.82)5.46+112.73.9=1059.32kN 连系梁： 1044.53.25=585kN 柱 子： 460.53.69.36=775.01kN 外 墙： 13(4.5-3.3-0.6)+(4.5-3.3-0.3-0.6+0.185)4+1.2-0.185-0.3 +2.4-0.6+2.4-0.3-0.6+0.185(0.53.6)6.29+2(7.2-0.6+ 0.12)+2(3.6-0.6)+0.9-20.12(0.53.6-0.7)6.29=247.32kN 内 墙： 12(7.2-0.6+0.185-0.6+0.12)(0.53.6-0.7)+10（4.5-1.0 -1.5-0.6)+2-0.6+0.185-0.3+3.5-0.6+2-0.3-0.6+0.185+2.5-0.3- 0.6+0.185+3-0.6+2.5-0.6+3.5-0.6+3.5-0.6+3.5-0.6+3.5-0.3-0.6 +0.185(0.53.6-0.5)+201.01.0+130.11.54.28=640.12kN 外墙窗： (183.3+4.2)(0.53.6-0.5)+1.8(0.53.6-0.7)=20.06kN 内墙窗： 131.21.50.3=7.02kN 内墙门： 200.31.00.2=1.2kN =9110.25kN 即： =+0.5=9110.25+0.51786.05=10003.28kN 第三层（四层下半层+三层上半层） 四层下半层 柱 子： 460.53.69.36=775.01kN 外 墙： 13(1.2-0.6)+2(1.2-0.3-0.6+0.185)+2(1.20.3-0.6+0.185) +1.2-0.3-0.185+2.4-0.6+2.4-0.3-0.6+0.185+0.9-0.24+2(7.2-0. 185-0.6+0.12)+2(0.36-0.6)0.53.6+3.3181.0+1.8 1.06.29=766.18kN 内 墙： 12(7.2-0.6+0.185-0.6+1.2)1.8+10(2-0.6)1.8+2 (2-0.3-0.6+0.185)1.8+2(3.5-0.6)1.8+(3.5-0.6+0.185 -0.3+3-0.6)1.8+(2.5-0.6+2.5-0.3-0.6+0.12) 1.8+131.51.84.28=973.31kN 外墙窗： （180.83.3+20.54.2+0.81.8)0.3=15.95kN 内墙门： 201.01.80.2=7.2kN 三层上半层与四层上半层一样，为：7016.5kN =9554.17kN 即： =+0.5=9554.17+0.51713.15=10410.73kN 第二层（三层上半层+二层下半层） 同理可得: =9554.17kN 即： =+0.5=9554.17+0.51713.15=10410.73kN 第一层（一层上半层+二层下半层） 二层下半层与四层下半层一样，为：2537.65kN 一层上半层 楼 面： 3681.45kN 主 梁： 1059.32kN 连系梁： 585kN 柱 子： 460.54.439.36=953.69kN 外 墙： 12(1.2-0.6)(0.54.43-0.5)+2(1.2-0.3-0.6+0.185)+0.3 +2.4-0.6+2.4-0.6+0.185-0.3+1.2-0.3-0.185(0.54.43-0.5) +(13.5-10.8-1.2-0.3-0.6+0.185)(4.430.5-0.5)+153.3 0.1+2.41.06.29=276.43kN 内 墙: 10(2-0.6)+2(2-0.3-0.6+0.185+(3.5-0.6)3+3.5-0.3-0.6+ 0.185(4.430.5-0.5)+12(7.2-0.6+0.185-0.6+0.12)( 4.430.5-0.7)+161.01.0+0.5151.5124.28=741.34kN 外墙门： 153.31.715+4.21.715+23.31.7150.3=31.02 kN 外墙窗： 0.5152.4+3.63(0.54.43-0.5)0.2=3.95kN 雨 蓬： 20kN 内墙门： 0.7151.0160.2=2.29kN 内墙窗： 121.21.50.3=6.48kN =9313.62kN 即： =+0.5=99313.62+0.51713.15=10170.25kN 并：=+=47968.255kN =4(104.517.1+13.53.6)+104.59.9+74.57.2 =3944.7m2 /=47968.255/3944.7=12.16kN/m24水平荷载作用下的框架内力分析4.1 梁的线刚度 在计算梁的线刚度时，考虑楼板对梁刚度有利影响,认为翼缘参加工作,为简化计算，先按矩形截面计算惯性矩，然后乘以一个增大系数。现浇钢筋砼梁：边框架梁=1.5I0 中框架梁=2.0I0 柱、梁均采用30混凝土 ，C3.0107 kN/m，I0=1/12bh3(m4)，KB单位：KNm 。 框架梁线刚度计算： 表2 部位截面（m）高度（m）截面惯性矩I0 (m4)边框架中框架I=1.5I0(m4)KB=EI/l(kn.m)I=1.5I0 m4)KB=EI/l(kn.m)边跨主梁0.30.77.28.5710-312.8610-353583中跨主梁0.30.57.23.1310-30.6310-263000连系梁0.250.52.72.6010-33.9010-3433330.5210-2577774.2 框架柱侧移刚度计算 4.2.1 柱线刚度柱采用C30混凝土，首层高度4.43m,2-5层3.6m；柱截面：各层600 mm600mm 则 I0=1/12bh3=10.810-3m4；KC=EI/h4.2.2 柱的侧移刚度D一般层： = D=首层： = D=柱侧移刚度计算： 表3部位截面(m)层高(m)惯性矩(m4)Ic=EI/h(104)边框架边柱C1边框架中柱C2K1Dc1K2Dc25层0.63.610.810-390.60.23191671.120.36300004层0.63.610.810-390.60.23191671.120.36300003层0.63.610.810-390.60.23191671.120.36300002层0.63.610.810-390.60.23191671.120.36300001层0.64.4310.810-37.31380.730.45201251.370.5530000部位中框架边柱C1中框架中柱C2各层各柱刚度层间刚度K3Dc3K4Dc4Dc1Dc2Dc3Dc45层0.80.28233331.490.43358331916743000042333316358331812149904层0.80.28233331.490.43358331916743000052333318358331913274893层0.80.28233331.490.43358331916743000052333318358331913274892层0.80.28233331.490.43358331916743000052333318358331913274891层10.49219141.840.6127280191674245975219141827280191139440层间侧移刚度的验算：D1/D2 =1139440/1327489=0.860.7 满足要求 4.3 水平地震作用分析（底部剪力法） 本框架结构符合底部剪力法的适用范围，故采用底部剪力法计算水平地震作用。4.3.1 框架自振周期计算用能量法计算,用能量法计算的数据过程及其结果见下表 用能量法计算的数据 表4层次（KN）(KN)（KN/m）(m) 56973.326973.3212149900.0060.110767.184.38410003.2816976.613274890.0130.1041040.3108.20310410.7327387.3313274890.0210.091947.486.21210410.7337798.0613274890.0280.07728.751.01110170.2047968.2611394400.0420.042427.117.941.考虑七度设防：max=0.08 考虑I组类别,类场地土,则Tg=0.35 S因为T1=0.391.4Tg=0.49 S，所以考虑顶部附加水平地震作用底部剪力为：1=(Tg/T1)0.9max=(0.35/0.39)0.90.08=0.073 FEk=1Geq=0.0730.8547968.26=2976.43 kN 由公式：Fi=(GiHi/GjHj) FEk(1-n)计算横向框架各层地震作用及楼层地震剪力： 框架地震作用及楼层地震剪力 表5层数HiGiGiHiGiHi/GjHjFiVi518.86973.3213107.620.25744.1744.1415.210003.28152349.950.29863.21607.3311.610410.73121076.790.23684.62291.928.0310410.7383598.160.17501.02797.914.4310170.2045053.990.08238.13036.0剪力分布图： 图3 地震剪力分布图 4.4.验算框架层间弹性位移角4.4.1 框架层间弹性位移角计算 表6 层数层间剪力I(kN)层间度i层间侧移ui=Vi/Di层 hi(m)Ui/hie5744.112159900.6110-318.830.3210-441607.313274891.2110-315.230.7910-41/55032291.913274891.7310-311.631.4910-4=0.001822797.913274892.1010-38.032.6210-413036.011394402.6610-34.436.0010-4对于钢筋砼框架结构e=1/550, e e 所以满足规范规定的层间弹性位移的要求。 4.4.2 楼层地震剪力的验算 抗震规范要求： 因基本周期小于3.5s，查抗震规范表得验算过程及其结果见下表： 表7层次（KN）(KN)(KN)结 论56973.326973.320.016111.57744.1满 足410003.2816976.60.016271.631607.3满 足310410.7327387.330.016438.202291.9满 足210410.7337798.060.016604.772797.9满 足110170.2047968.260.016767.493036.0满 足 4.5 水平地震作用下框架柱剪力和弯矩计算（D值法：取横向中框架计算）1.柱剪力 Vik=D/D Vi ， 柱弯矩 M下=VikYi ，M上=Vik（1-Yi）hi2.反弯点高度 h=(y0+y1+y2+y3) h ，y=y0+y1+y2+y3h反弯点到柱下端质点的距离，即反弯点高度y0标准反弯点高度比y1为上、下层梁线刚度比变化修正值y2为上层层高变化修正值y3为下层层高修正值根据框架总层数m,该柱所在层数n和梁柱线刚度比值K确定，并由内插法根据K值确定。边柱（中框） 表8层h(m)y0y1y2y3Y53.60.790.30000.343.60.790.40000.433.60.790.450000.4523.60.790.050000.0514.431.790.650000.65 中柱（中框） 表9层h(m)y0Y1y2Y3y53.61.490.3750000.37543.61.490.4250000.42533.61.490.4750000.47523.61.490.50000.514.61.840.5660000.5663.边柱弯矩计算 表10层HDDD/DViVikKYM下M上53.61214990233330.019744.114.140.790.315.2735.6343.61327489233330.0181607.328.930.790.441.6662.4933.61327489233330.0182291.941.250.790.4566.8381.6823.61327489233330.0182797.950.360.790.590.6590.6514.431139440219140.0193036.057.680.970.65166.0989.434.中柱弯矩计算： 表11层HDDD/DViVikkYM下M上53.61214990358330.029744.121.581.490.37529.1348.5643.61327489358330.0271607.343.401.490.42566.4089.8433.61327489358330.0272291.961.881.490.475105.81116.9523.61327489358330.0272797.975.541.490.5135.97135.9714.431139440272800.0243036.072.861.840.566182.69140.08计算过程 （1）（2）;（3）4.6 地震作用下框架梁端剪力和柱轴力标准植计算过程：