某学校多层框架结构工程设计.doc

天津理工大学成人高等教育本科毕业论文某学校多层框架结构工程设计摘 要：本设计为某学校多层框架结构工程，主体结构为七层框架结构。总建筑面积约为6700平米。建筑总高度为25.8m。 本设计包括建筑设计和结构设计两部分，建筑部分包括平、立、剖面的设计，以及部分构造做法的确定等。结构部分有结构体系体系的布置、基本构件截面尺寸的确定。结构的刚度计算、内力的不利组合。除此之外，利用结构设计软件PKPM 进行一榀框架的截面设计、一榀框架的内力配筋的计算、现浇楼板设计、现浇楼梯设计，基础的设计，并对主要控制截面的内力与手算进行比较分析。关 键 词：框架结构；结构设计；内力组合；抗震；防火Underground garage and the air defense project construction quality control of waterAbstract：This project is the army office building of Tuoketuo County in Inner Mongolia. The project main body is 7-storyframe structure system. The total architectural area of the building is about 6700m2,with a higth of30.3m. The whole design consists of two parts which is the architecture design and the structure design. Architecture design includes horizontal design、vertical design、profile design as well as parts of determination of structure and construction and so on. The structure design contains the arrangement of the structure system , the section size determination of the basic members, the computation of the structure rigidity, the computation of internal force and reinforcement of a frame, the disadvantageous combination of the internal force, the cast-in-situ floor design,the staircase design, the independent foundation design and so on.In addition, useing the structure program of PKPM for the section design of a frame, and then,comparing the primary control sections internal force with the hand calculation .The fortifier intensity is octave, the grade of fireproof is second class. According to the fire protection and the earthquake resistance request, this structural arrangement is a shape, the main body floor set two staircases.Key word: frame construction; earthquake resistance; fire protection; structural design; endogenic force compound目 录1 工程概况与设计资料11.1工程概况11.2设计资料12 结构体系的选择与结构布置12.1结构体系12.2结构布置22.2.1抗震设计的基本原则22.2.2结构平面布置原则32.2.3结构竖向布置原则32.3 框架结构的承重方案32.4抗震等级32.5 结构总体布置33 构件截面尺寸初选43.1框架梁尺寸初选43.2柱截面尺寸确定53.3板截面尺寸的选定64 材料选取65 重力荷载计算75.1 工程做法75.1.1 屋面做法75.1.2楼面（走廊）做法75.1.3地面做法75.1.4卫生间做法75.1.5外墙做法85.1.6内墙做法85.1.7踢脚做法85.2屋面及楼层可变荷载标准值85.3楼层重力荷载代表值计算95.3.1各层墙体自重 ( 内墙200厚 外墙300厚)95.3.2屋、楼面活荷载115.4楼层集中重力荷载代表值计算126 水平地震作用下框架的侧移验算126.1横向框架侧移风度计算126.1.1横梁线刚度计算136.1.2柱线刚度的计算136.1.3柱的侧移刚度D值计算136.2 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移刚度计算166.2.1横向框架自振周期166.2.2水平地震作用力及楼层地震剪力计算166.2.3水平地震作用下的位移验算176.2.4水平地震作用下框架的内力计算187 向荷载作用下的内力分析217.1选取计算单元217.2荷载计算217.2.1竖向荷载下框架受荷总图22 7.2.2风荷载标准值计算.237.3内力计算.247.3.1竖向荷载作用下的内力计算.24参考文献.25致谢.261工程概况与设计资料1.1工程概况该工程为某武装部框架结构办公楼。工程共7层，主体结构为框架结构，内设大楼梯两部小楼梯一部。建筑总面积约6700m2 ，建筑总高度25.8m，室内外高差为450mm，工程室内地坪标高为0.000m,底层高为4.2m，其他层高均为3.6m。建筑层数及立面处理均满足城市规划要求。1.2设计资料(1).冬季采暖室外计算温度-14，绝对最高温度33.4，绝对最低温度-16.4；(2).年平均降雨日数：91.8天；(3).日最大降雨量为100.8mm；(4).月最大降雨量为229.2mm；(5).年最大降雨量为673.4mm；(6).地下水稳定水位：6.6m8.7 m;(7).该市准冻结深度：0.9m;(8).最大积雪深度210mm,基本雪压0.4kN/m;(9).冬季相对湿度55%，夏季相对湿度40%；(10).地震设防烈度：8.5度；土层厚度（m）土的名称承载力标准值（kPa）11.0杂填土9024.0粗砂土22034.5粉砂180(11).工程地质概况：表1土层分析2结构体系的选择与结构布置2.1结构体系：框架结构体系由梁.柱构件组成的结构单元称为框架.全部竖向荷载和侧向荷载由框架承受的结构称为框架结构。框架结构的优点是建筑平面布置灵活.外墙用非承重构件.可使立面设计灵活多变,如果采用轻质隔墙和外墙,就可大大降低房屋自重.节省材料.框架结构在水平力作用下的受力变形特点由两部分组成:第一部分侧移由柱和梁的弯曲变形产生.由柱的轴向变形产生.框架抗侧刚度主要取决于梁.柱的截面尺寸.通常梁柱截面尺寸的惯性矩小,侧向变形大.这是框架结构的主要缺点.也因此而限制了框架结构的使用高度.框架体系能提供较大的使用空间，建筑布置较灵活，结构性能也较好，比较适合综合楼的要求，选用框架结构体系。2.2结构布置2.2.1抗震设计的基本原则（1）场地地基和基础要求 1）、选择对抗震有利的场地，避开不利的场地，采取措施保证地基的稳定性。危险场地不宜兴建高层建筑，当建筑建在不利场地时，要采取相应的措施以减轻震害。2）、保证地基基础的承载力、刚度，以及足够的抗滑力、抗倾覆能力，使整个建筑形成稳定的结构体系，防止在外荷载作用下产生过大的不均匀沉降、倾覆和局部不均匀开裂。3）、建造在类场地上的建筑物要采取建筑构造措施。（2）选着对抗震有利的建筑平面、立面和竖向剖面。 建筑抗震设计符合抗震概念设计要求，不应采取严重不规则方案。建筑及其抗侧力结构平面布置宜规则、对称，并应有良好的整体性，建筑物的平面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自上而下逐渐减少，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。 体型复杂，平面特别不规则的建筑结构，按实际需要在薄弱部位设置防震缝，形成多个较规则的抗侧力结构单元。（3） 选择技术和经济合理的结构体系。 1）、合理设置防震缝。一般情况下宜采取调整平面形状与尺寸，加强构造措施，设置后浇带等方法，尽量不设缝、少设缝。设缝时必须保证有足够的缝宽。2）、应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。3）、多道抗震设防能力，避免因局部结构破坏而导致整个结构体系丧失抗震能力。4）、合理选择结构体系，结构应有足够的刚度，且具有均匀的刚度分布以控制结构顶点总位移和层间位移，避免因局部突变和扭转效应而行成薄弱部位。5）、节点的承载能力应大于构件的承载力，并且结构要有足够的变形能力及耗能能力。6）、突出屋面的部分应具有足够的承载力和延性，以承受鞭端效应。对可能出现的薄弱部位，应采取有效措施予以加强。7）、减轻结构自重，采用轻质高强材料。2.2.2结构平面布置原则结构平面形状宜简单、规则、对称，刚度和承载力分布均匀，不应采用严重不规则的平面形状。结构的主要抗侧力构件应对称布置，尽量使结构的刚心和质心重合，避免地震时引起结构扭转及局部应力集中。2.2.3结构竖向布置原则结构的竖向布置应使体型规则、均匀,避免有过大的外挑和内收,质量沿高度方向均匀分布，结构的承载力和刚度宜自上而下逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。2.3 框架结构的承重方案根据楼面竖向荷载传递方向不同，承重框架布置方案有横向框架承重、纵向框架承重和纵横向框架混合承重。本工程采用纵横向框架混合承重方案，具有较好的整体工作性能，对抗震有利。2.4抗震等级根据建筑抗震设计规范中的相应规定 ，抗震等级划分见表2.1抗震等级划分为： 表 2抗震等级划分 结构类型烈 度6度7度8度9度框架结构高度（m）30303030303025框架四三三二二一一剧场、体育馆等大跨度公共建筑三二一一框剪结构高度（m）60606060606050框架四三三二二一一抗震墙三二一一根据表2的规定，本建筑结构设计设计采用二级抗震等级。2.5 结构总体布置多层建筑中的侧向位移及刚度在设计中通常通过控制高宽比H/B来控制的。对于框架结构体系，地震区8.5度设防时，要求H/B3，满足要求。本设计中，H/B=25.8/16.4=1.570.7故该框架为规则框架。6.2 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移刚度计算6.2.1横向框架自振周期本建筑位于8.5度抗震设防区，抗震设计地震分组为第一组，类场地，基本地震加速度为0.2g，查建筑抗震设计表3-2得结构特征周期Tg=0.35（s）,水平地震影响系数，查建筑抗震设计表3-4取max=0.16表13 结构顶点假想侧移计算层次（kN）i76866.9714559.83105425813.81277.6867692.8622252.69105425821.12263.87 57692.8631126.90105425829.52242.7548874.2139859.3810542587.81213.2338732.4848591.86105425846.09175.4229422.9258014.78105425855.03129.3319925.3867940.16914343.3274.374.3由顶点位移法计算框架的自振周期，先求出顶点的水平位移T，按以下公式：T1=1.7T,计算框架基本周期。其中，T为计算结构基本自振周期用的结构顶点假想位移，即假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值Gi作为水平荷载而得的结构顶点位移。T为结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数，民用框架取0.60.7。T1=1.7T=6.2.2水平地震作用力及楼层地震剪力计算本设计中，建筑高度不超过40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切变形为主，故可用底部剪力法计算水平地震作用。结构总水平地震作用标准值按下式计算：其中：；（，G=，）故:，所以无需考虑顶部附加水平地震作用;各质点水平地震作用按 计算各层地震剪力按 计算表14各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层数73.6026.756866.97183691.45895122.220.199995.211595.6463.6023.157692.86178089.710.205818.212276.8153.6019.559120.05156505.020.276763.612432.0543.6015.9511350.92147857.730.278770.783202.8433.6012.3511457.66107846.130.215796.274045.8423.608.7511457.6682450.550.148743.525283.2715.155.1511910.4257765.540.086502.486752.166.2.3水平地震作用下的位移验算表15 横向水平地震作用下的位移验算表层次（N/mm）i(mm)i（mm）hi(mm)e由建筑抗震设计规范可知，层间弹性转角，根据变形验算，层间最大位移发生在第一层，1/7091/550,故满足要求71595.6410542581.5125.5336000.000462476.8110542582.3524.0236000.000752232.0510542581.7721.6736000.000543202.8410542583.0318.636000.000834445.8410542584.2115.5736000.001225301.4710542585.0211.3636000.001416752.16914343.326.346.3451500.0012其中：i= ， i=i , e=i .6.2.4水平地震作用下框架的内力计算以结构平面布置图中2号轴线的一榀横向框架内力计算为例，框架柱剪力及弯矩计算采用D值法。框架柱端剪力、弯矩分别按下式计算：， Mijb=Vijyh, Miju=Vij(1-y)h, y=yn+y1+y2+y3.Dij-框架上下层柱的侧移刚度；h-该层柱的计算高度；y-框架柱的反弯点高度比；yn-框架柱的标准反弯点高度比；y1-上下层梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值y2、y3-上下才层层高变化的修正值Mijb 、 Miju 柱的下、上端弯矩；轴框架各层柱柱端弯矩及剪力计算表16 2号轴框架各层边柱柱端弯矩及剪力层次Hi（m）边柱Mi1bMi1u73.601595.64105425820833.330.530.670.3841.7668.1463.602476.81105425820833.331.530.670.3843.1370.3753.602232.05105425820833.348.940.670.38545.8473.2343.603202.84105425820833.357.340.670.4089.45134.1733.604445.84105425820833.379.600.670.45139.7170.7423.605301.47105425820833.394.910.670.50185.07185.0715.156752.16914343.3233837.08122.640.970.65386.62208.18表17 2号轴框架各层中柱柱端弯矩及剪力计算层次Hi（m）中 柱Mi2bMi2u73.601595.64105425830969.2346