河南理工大学土木建筑专业毕业设计已改框架结构设计2.doc

河南理工大学本科毕业设计（论文）3 结构设计说明书3.1 框架结构设计任务书3.1.1 工程概况某旅馆设计楼，主体七层，钢筋混凝土框架结构，局部8层。梁板柱均为现浇，建筑面积约为6500m2，建筑物平面为L形，受场地限制，宽40米，长为70米，建筑方案确定，房间开间3.6米，进深6.6米，走廊宽2.4米，底层层高3.9米，其它层高3.3米，室内外高差为0.45米，设防烈度7度，一类场地。地震参数区划的特征周期分区为二区，抗震等级二级。图 3-1 柱网布置3.1.2 设计资料（1） 气象条件基本风压0.35KN/m2;基本雪压0.25 KN/m2.（2） 抗震设防 七度近震。 (3) 层面做法： 二毡三油防水层；冷底子油热玛蹄脂二道；水泥石保湿层（200mm厚）；20mm厚水泥砂浆找平层；:120mm后钢筋混凝土整浇层；吊顶（或粉底）。(4) 楼面做法： 水磨石地面；120mm厚钢筋混凝土整浇层；粉底（或吊顶）。混凝土强度等级为C30，纵筋2级，箍筋1级。3.1.3 设计内容(1)确定梁柱截面尺寸及框架计算简图(2)荷载计算(3)框架纵横向侧移计算；(4)框架在水平及竖向力作用下的内力分析；(5)内力组合及截面设计；(6)节点验算。3.2 框架结构设计计算3.2.1 梁柱截面、梁跨度及柱高度的确定(1)初估截面尺寸 柱：一、二、三、四 五、六、七层：bh=500mm500mm。 梁：L1=bh=300mm600mmL2=bh=300mm600mmL3=bh=300mm600mmL4=bh=300mm600mmL5=bh=300mm600mmL6= bh=300mm600mm(2) 梁的计算跨度以上柱形心线为准，由于建筑轴线与墙轴线不重合，故建筑轴线与结构计算跨度相同，见图中所示。底层柱高度：h=3.9m+0.45m+0.5m=4.85m，其中3.9m为底层层高，0.45m为室内外高差，0.5m为基础顶面至室外地面的高度，其它柱高等于层高，即3.3m，由此得框架计算简图图3-2 框架梁编号4850图3-3 梁的计算跨度33003.2.2 荷载计算（1）屋面均布恒载按屋面的做法逐项计算均布荷载，计算时注意：吊顶处不做粉底，无吊顶处做粉底，近似取吊顶，粉底为相同重量。二毡三油防水层 0.35KN/m2冷底子油热玛蹄脂二道 0.05 KN/m2200mm厚泡沫混凝土保温层 0.26=1.2KN/m2120mm 厚现浇板 0.1225=3 KN/m215 mm厚吊顶与粉底 0.01517= 0.2 6KN/m2共计 5.26 KN/m2因为本设计中屋面在七八层中均有所以要分项计算。八层屋面恒载标准值：5.26（7.2+3.6+0.5+0.5）（6.6+0.5）=461 KN0.25（7.2+0.5+3.6+0.5）（6.6+0.5）=21 KNG8=461+210.5+36.34+30.96+610.1+1024.1/2+(282+438)/2=1189 KN七层屋面恒载标准值： G7=3091+1470.5+36.34+211.3+1830.96+95.51+4010.1+（24.144）/2+（1316+1450+445+640）/2+86+19=6904 KN图3-4横向框架计算简图及柱编号（2）楼面均布恒载按楼面做法逐项计算；水磨石地面 0.65KN/m2120厚现浇板 0.1225=3 KN/m2吊顶与粉底 0.01517= KN/m2共计 3.91 KN/m2八层楼面均布荷载因为该层设有小水箱，因此要将水箱荷载转化为均布荷载，20吨水箱在7.25.6房间内转化后的均布荷载约为5.0 KN/m2。（7.2+0.5）（5.6+0.5）9.65=453.261KN其中9.65为细石混凝土（50厚），水转化后的均布荷载120厚的现浇板和吊顶与粉底的荷载标准值之和。因此八层楼面的荷载为：（5.62+0.5）3.61+0.5）4.152+（7.21+0.5）（5.61+0.5）4.15+453.261=1046.338KN其它层楼面荷载：（5.62+0.5）（3.614+0.5）4.15+（5.6+0.5）（3.612+0.5）4.5+（4.2+0.5）（3.6+0.5）4.154+（7.2+0.5）（7.2+0.5）4.152=4389.704KN（3）屋面均布活荷载雪荷载标准值：（103.6+0.5）（6.62+2.4+0.5）0.25=147 KN 计算重力荷载代表值时，由于设计的可上人屋面，因此取荷载为1 .5 KN/m2，此时雪荷载考虑。八层屋面活荷载标准值：（5.62+0.5）（3.6+0.5）1.52+（5.61+0.5）（7.21+0.5）1.5+（7.2+0.5）（5.6+0.5）1.5=284.82 KN七层屋面活荷载标准值：（5.63+0.5）（7.24+0.5）1.5+（7.2+0.5）（7.2+0.5）1.52+（3.6+0.5）（4.2+5.63+4.2+0.5）1.52+（5.6+0.5）（7.2+0.5）1.5=1324.77 KN（4）楼面均布活荷载楼面均布活荷对旅馆的一般房间为1.5 KN/m2；走廊、楼梯、门厅等处取为2.0 KN/m2为了计算方便，此处偏安全地同意取均布活荷载2.0 KN/m2楼面均布活荷载标准值为： （103.6+0.5）（6.62+2.4+0.5）2=1175 KN（5）梁柱自重（包括梁侧、梁底、柱的抹灰重量）梁侧、梁底抹灰近似按加大了梁宽考虑每根重量计算见例 0.340.76.125=36.3KN 表3-1 梁柱自重编号截面（m2）长度（m）根数每根重量（KN）L10.30.66.12836.3L20.30.61.91411.3L30.250.66.112630.96L40.250.41.9635.51L50.250.63.14013.48L60.250.453.124010.1Z10.50.54.854435.4Z20.50.53.326424.1（6）墙体自重墙体均为240厚，两面抹灰，近似按加厚墙体考虑抹灰重量。单位面积上墙体重量为 0.2819=5.32KN/m2卫生间墙厚为180:0.219=3.8 KN/m2墙体自重计算见表：考虑墙体上有门和窗,所以墙净重按80%折算.表3-2 墙体自重墙体每片面积（m2）片数重量（KN）折算重量（KN）底层纵墙3.14.23322861829底层横墙6.14.21317721550标 准层 纵 墙3.12.853516451316标 准层 横墙6.12.71916651450卫生间纵墙1.712.8524445445卫生间横墙2.62.724640 640女儿墙纵墙1.2103.628686女儿墙横墙1.2（6.6 2+2.4）11919(7) 荷载分层总汇。顶层重力荷载代表值包括：屋面恒载，50%的均布活荷载，纵横墙自重、楼面上、下各半层的柱及纵横墙体自重。其它层重力荷载代表值包括：楼面恒载；50%的楼面均布活荷载；纵横梁自重，露面上下半层的柱及纵横墙体自重。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： 第八层：G8=1189KN 第七层：G7=6904KN 第六层：G6=8976KN 第五层：G5=8976KN 第四层：G4=8976KN 第三层：G3=8976KN 第二层：G2=8976KN 第一层：G1=10196KN3.2.3 水平地震作用下框架的侧移验算.（1）横梁线刚度.混凝土C30，Ec=3107KN/m2 ，fe=1.5N/mm2在框架结构中为考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架取I=1.5I0（I0为梁的截面惯性矩）；对中框架梁取I=2.0 I0，、图3-5质点重力荷载值建筑物总重力荷载代表值为： 63169KN 横梁线刚度计算结果列于表表33 横梁线刚度梁 号L截 面bh（m2）跨 度L（m）I0=bh3/12m4边 框 架 梁中 框 架 梁Ib=2.0I0（m4）Kb=EIb/L（KNm）Ib=2.0 I0（m4）Kb=EIb/L（KNm）L10.30.66.65.410-38.10-33.68104L20.30.62.45.410-38.110-310.1104L30.250.66.64.510-3910-34.09104L40.250.42.41.310-32.610-33.25104L50.250.63.64.510-36.7510-35.63104910-37.5104L60.250.453.61.910-32.8510-32.381043.810-33.17104（2）横向框架柱的侧移刚度D值计算. 柱线刚度列于下表表34柱线刚度柱号（Z）截面（m2）柱高度h（m）惯性矩Ic=bh3/12 （m4）线刚度KcKc=EIc/hZ10.50.54.855.2110-33.22104Z20.50.53.35.2110-34.74104横向框架侧移刚度D值计算见下表表35 横向框架侧移刚度D值计算层柱类型根数底层边框边柱3.68/3.22=1.1430.52385914边框中柱（3.68+10.1）/3.22=4.280.761125014中框边柱4.09/3.22=1.270.541888718中框中柱（4.09+3.25）/3.22=2.280.6501067718D436520二.三.四五 六 七层边框边柱（3.68+3.68）/（2*4.74）=0.780.281146774边框中柱（3.68+10.1）*2/（2*4.74）=2.910.593309734中框边柱（4.09+4.09）/（2*4.74）=0.860.3011572218中框中柱（4.09+3.25）*/（2*4.74）=1.550.4372282518D876446八层电梯及楼梯间柱边框边柱（3.68+3.68）/（2*4.74）=0.780.281146778中框中柱（4.09+4.09）/（2*4.74）=0.860.301157222D148860（3）横向框架的自振周期按顶点位移法计算框架的自振周期。顶点位移法是求结构基频的一种近似方法。将结构按质量分布情况简化成无限点的悬臂直杆，导出以直杆顶点位移表示的基频公式，这样，只要求出结构顶点位移，就可按下式得到结构的基本周期： 式中0基本周期调整系数。考虑非承重填充墙时取0.6 T框架的顶点位移。在未求出框架的周期前，无法求出框架的地震力及位移，T是将框架的重力荷载视为水平作用力，求得的假象框架顶点位移，然后由T求出T1，在用T1求得框架结构的底部剪力，进而求出框架多层剪力和结构真正的位移。表36 横向框架顶点位移层次Gi（KN）Gi（KN）Di（KN/m）层间相对位移=Gi/ Dii7690469048764460.00790.34368976158808764460.0180.33558976248568764460.02840.31748976338328764460.03860.28938976428088764460.04880.25028976517848764460.05910.2011110196619804365200.1420.142T1=1.70.6 =0.597（s）（4）横向地震作用计算在工类场地二区，结构的特征周期Tg和地震影响系数max为： Tg=0.35（s） max=0.08由于T1=0.597（s）1.4=1.40.35=0.49（s），应考虑顶点附加地震作用。按底部剪力法求得基部剪力，若按 Fi=分配给各层顶点，则水平地震作用呈倒三角形分布。对一般层，这种分布基本符合实际，但对结构上部，水平作用小于按时程分析法和振型分解法求得的结果，特别对周期较长的结构相差更大，地震的宏观震害也表明，结构上部往往震害严重。因此引入n，即顶部附加的影响，且使修正后的剪力分布与实际更加吻合。由于本设计中有突出屋面的小塔楼，因此由于考虑鞭梢效应，通常将按顶部剪力法计算分配给小塔楼质点上的等效地震力加大，抗震规范规定放大系数取了增大的地震作用离用于设计其自身以及与其相连接的结构构件，附加应力Fn加到主体结构顶部。n= 0.08 T1+0.01=0.080.597+0.01=0.0578结构横向总水平地震作用标准值：FEK=（Tg/ T1）0.9max 0.85 =2656KN顶点附加水平地震作用Fn=n FEK=0.05782656=31.46KN各层横向地震剪力见表如下表37各层横向地震作用及楼层地震剪力层次hiHiGiGiHiFiVi83.327.951189332330.03690.09270.2773.324.6569041701840.186619889.363.321.3589761916380.2095231412.353.318.0589761620170.1774431855.343.314.7589761323960.1453632218.333.311.4589761027750.1122802498.323.38.158976731540.080200.22698.514.854.8510196494510.0541352833.5注：1 Fn 只加入主体的顶层即7层 2 突出屋面的第8层V8=3F8图36横向框架各层水平地震作用及地震剪力（5）横向框架抗震变形验算.多遇地震作用下，层间弹性位移验算见下表表38横向变形验算层次层间剪力Vi（KN）层间刚度Di（KN）层间位移Vi/Di（m）层高（m）层间相对弹性转角e7889.38764460.013.31/330061412.38764460.00163.31/206351855.38764460.00213.31/157142218.38764460.00253.31/132032498.38764460.00293.31/113722698.58764460.00313.31/106412833.5101960.00654.851/746层间弹性相对转角均满足要求e1.47s=0.42（s）（8）纵向地震作用计算结构纵向水平地震作用标准值为：FEK=()0.9max0.85（）0.90.080.8522388.003=568.66KN 定点附加地震作用 ：n0.08 T10.010.080.420.010.043Fnn FEK0.0436568.66=24.73KN各顶层纵向地震剪力计算见下页表11Fi FEK（1n）表311各层纵向地震作用及层地震剪力层次Hi（m）Ai（m）Gi（KN）GiHiFi（KN）Vi（KN）83.328.4443.275125890.03519.0319.0373.325.14073.5491022460.286155.55174.5863.321.82948.354642740.18097.90272.4853.318.52948.354545450.15382.21354.6943.315.23004.042456610.12869.61424.3033.311.93059.729364110.10255.47479.7723.38.63059.729263140.07440.25520.0212.35.32850.971151100.04222.84542.86（9）纵向框架变形验算 多遇地震作用，纵向框架层间弹性位移验算见表3-12。表3-12 纵向框架变形验算 层间层间剪力Vi（KN）层间刚度Di（KN/m）层间位移Vi/Di（m）层高hi（m）层间相对弹性转角e819.03525360.000363.37174.581136340.001543.36272.481136340.00243.35354.691136340.003123.34424.301319550.003223.33479.771319550.003643.32520.021319550.003943.31542.861172000.004634.85层间弹性相对转角均满足要求 ee3.2.4 水平地震作用下，横向框架的内力分析以上框架为例进行计算 ，边框架和纵向框架的计算方法、步骤与横向中框架完全相同，故不再赘述。框架柱端弯矩见表13。梁端弯矩、柱轴力见表14。中柱两侧梁端弯矩按梁线刚度分配。地震力作用下框架弯矩见图3-8，剪力及柱轴力见图3-9。表3-14 地震力作用下框架梁端弯矩及柱轴力 层次nAB跨BC跨柱轴力l(m)M左(KNm)M右(KNm)Vb（KN）l(m)M左(KNm)M右(KNm)Vb(KN)ND(KN)NJ(KN)76.634.3225.49.042.420.1420.1416.78-9.04-7.7466.667.9854.318.522.443.2143.2136.01-27.56-25.2356.692.976.525.672.460.8260.8250.68-53.23-50.2446.6121.6101.233.762.480.4880.4867.07-86.99-83.5536.6133.65107.536.542.485.585.571.25-123.53-118.2626.6153.45124.142.052.498.6598.6582.21-68.03-158.4216.6168.25146.347.662.4116.35116.3596.96-87.83-207.72计算梁端弯矩M：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。 M左（M上M下）K左/（K左K右） M右（M上M下）K右/（K左K右）计算梁端剪力Vb：根据梁的两端弯矩Vb（M上M下）/L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，亦按层叠加。3.2.5 竖向荷载作用下框架的内力分析仍取中框计算（1） 荷载计算第七层梁的均布线荷载AB跨屋面均布恒载传给梁 5.263.618.94 KN/m横梁自重（包括抹灰） 0.290.6254.35 KN/m恒载 23.29 KN/m图38 地震作用下框架梁柱弯矩图9.04-9.0418.529.049.049.0418.5218.5218.52-27.569.0425.6725.6725.6725.67-53.2333.7633.7633.7633.76-86.9936.5436.5436.5436.5442.05-123.5342.0542.0542.05165.5847.6647.6647.6647.66-213.24213.2427.5653.2386.99123.5316.78816.7836.0136.0150.6850.68-25.2325.2367.0770.83-50.2450.2471.2584.9282.2182.21-118.26118.2696.9696.96-207.72207.72ABCDBC跨屋面均布恒载传给梁 5.263.618.94 KN/m 横梁自重（包括抹灰） 0.290.4252.9 KN/m 恒载 21.84 KN/m第七层活载：1.53.65.4 KN/m第二三四五六层梁的均布线荷载 AB跨： 楼面均布荷载传给梁 3.913.614.08 KN/m 横