框架结构设计计算书

XXXXX大学本科毕业设计摘 要本次毕业设计是一幢宿舍楼设计，包括建筑设计和结构设计两部分内容。结构设计是在建筑物初步设计的基础上确定结构方案；选择合理的结构体系；进行结构布置，并初步估算，确定结构构件尺寸，进行结构计算。结构计算包括荷载计算、变形验算、内力分析及截面设计，并绘制相关的结构施工图。设计时要充分考虑抗震设防的要求。计算内容包括：（1） 荷载的计算，包括恒荷载、活荷载以及地震荷载（2）框架布置及计算单元的选取（3）抗震计算，包括框架的抗侧移刚度，变形验算、重力荷载代值以及地震荷载作用框架产生的内力等（4）各种荷载的内力组合与内力分析，截面设计及其配筋（5）各种结构构件在地震作用时的设计等由于宿舍楼是学校学员休息的地方，它有其自己独特的功能要求。所以，在结构设计时，兼顾了建筑设计的要求，使之达到结构与功能的完美结合。总之，适用、安全、经济、使用方便是本设计的原则。关键词：抗震，采光，结构，条形基础。75ABSTRACTThis design is a scheme of an domorti building it includes two parts-architecture design and structure design. In the structure design, determine the structure design based on architecture first design. Select the right structure type. Precede structure arrangement and sizes of structure components to calculate. All work about calculation including load estimation deform test. Mechanics analysis and selection design, in the end, drawing all the blueprints of architecture construction and structure constructor. Design should give full consideration to our earthquake-proof requirements. Calculation includes :(1) load calculations, including hang load, live load and seismic load(2) The framework of layout and the selection of modules(3) The calculation of the earthquake, including the framework of resisting Zhaiyi cut, deformation who checked, gravity load and seismic load generation value of the endogenous force, the role of framework and so on.(4) various combinations with endogenous force load of endogenous force analysis, cross-sectional design and equipped with steel bars(5) the role of various structural elements in the design of earthquakeThe building is the work of the local enterprise managers, it has its own unique requirements. Therefore, in structural design, architectural design but also take into account the requirements to reach the perfect combination of structure and function.In a word, suitable, safety, economy and use facilitate is the principle of design, two parts space reasonable, join compact, primary and secondary distinct, make the comfortable degree of building space rise.Key word：earthquake-proof，lighting，structure，strip foundation目 录1 绪 论11.1 工程背景11.1.1 工程概况11.1.2 地理位置12 结构设计说明 22.1 框架设计任务书22.1.1 工程概况22.1.2 设计资料32.1.3 设计内容42.2 框架结构设计计算42.2.1 梁柱截面、跨度及柱高的确定42.2.2 荷载计算52.2.3 水平地震作用下框架的侧移验算92.2.4 水平地震作用下，横向框架的内力分析162.2.5 内力组合 362.2.6 截面设计 413 楼梯设计 563.1 基本设计依据 563.2 梯段板的计算 573.2.1 尺寸计算 573.2.2 荷载计算 573.2.3 内力及截面承载力的计算 573.3 平台板的计算583.3.1 计算简图及截面尺寸583.3.2 荷载计算583.3.3 内力及截面承载力的计算583.4 平台梁的计算 593.4.1 计算简图及截面尺寸 593.4.2 荷载计算 593.4.3 内力及截面承载力的计算 594、 楼盖(板)设计604.1 设计资料 614.2 双向板计算 614.2.1 荷载计算 614.2.2计算跨度 604.2.3弯矩计算624.2.4 截面设计 634.3 单向板计算 655 条形基础设计665.1 地基条件 665.2 基础翼缘板计算 665.2.1 基础反力 665.2.2 基础尺寸 665.2.3 翼缘板计算675.3 计算基础配筋675.3.1 基础弯矩分配 675.3.2 计算基础剪力 685.3.3 计算基础截面强度 70结论71参考文献72致 谢731.1 工程背景1.1.1 工程概况河南干部进修学校宿舍楼，主体八层，钢筋混凝土框架结构。梁、板、柱均为现浇，建筑面积约为10400m2，建筑物平面为Z形。建筑方案确定，房间开间3.6m，进深7.4m，走廊宽2.1m，底层层高3.6m，室内外高差为1.0m，设防烈度8度，一类场地。地震参数区划的特征周期分区为一区，抗震等级二级。1.1.2 地理位置本建筑位于郑州市某区，属于校园内部内部建筑。建筑要求方便学员的使用和建筑本身与校园的协调性。 2 结构设计说明书2.1 框架结构设计任务书2.1.1 工程概况学校宿舍楼，八层钢筋混凝土框架结构。梁板柱均为现浇，建筑面积约为10400m2，建筑物平面为Z字形，受场地限制，宽39.8米，长为64.8米，建筑方案确定，房间开间3.6米，进深7.4米，走廊宽2.1米，层高3.6米，室内外高差为1.0米，设防烈度8度，二类场地。为设计地震第一组，抗震等级二级。建筑柱网布置如图图 柱网布置计算单元选取：如图图 计算单元2.1.2 设计资料(1) 震设防：八度近震。(2) 层面做法：三毡四油防水层；冷底子油热玛蹄脂二道；30mm细石砼保护层；:20mm厚水泥砂浆保护层；150mm水泥蛭石保温层：100mm钢筑砼板；吊顶或粉底。(3) 楼面做法： 瓷砖地面；100mm厚钢筋混凝土整浇层；吊顶。混凝土强度等级为C30，纵筋2级，箍筋1级。2.1.3 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) 框架内力组合及截面设计；2.2 框架结构设计计算2.2.1 梁柱截面、梁跨度及柱高度的确定(1)初估截面尺寸 柱： 一层：bh=700mm700mm； 二四层：bh=600mm600mm；五八层：bh=550mm550mm。 梁：bh=300mm650mm(2) 梁的计算跨度梁的计算跨度以柱形心线为准，由于建筑轴线与墙轴线重合，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=3.6m+1.0m+0.6m=5.2m，其中3.6m为底层层高，1.0m为室内外高差，0.6m为基础顶面至室外地面的高度，其它柱高等于层高，即3.6m，由此得框架计算简图4850图 梁的计算跨度3300 图 横向框架计算简图及柱编号2.2.2 荷载计算（1） 荷载的计算：屋面均布恒载：按屋面做法逐项计算均布荷载，计算时候吊顶不做粉底，无吊顶做粉底。30mm细石砼保护层 2.20.03=0.66 KN/m2三毡四油防水层 0.40KN/m220厚水泥砂浆找平层 0.0220=0.4 KN/m2150厚水泥蛭石保温层 50.5=0.75 KN/m2 100mm 厚现浇砼板 0.1025=2.5 KN/m2吊顶或粉底 0.5KN/m2共计 5.22KN/m2楼面均布恒载：瓷砖地面 0.55KN/m2100厚现浇板 0.1025=2.5KN/m2吊顶或粉底 0.5 KN/m2共计 3.55 KN/m2楼面恒载标准值 7.5120.52+17.5232.713.55=2581.50KN/m屋面均布活载： 雪荷载标准值：0.4（7.5120.52+17.5232.71）=290.87KN楼面均布活荷载标准值为：2.0（7.5120.5217.5232.71）=1454.37KN 梁柱自重：包括梁侧、梁底柱的抹灰重量。梁侧、梁底抹灰、柱周抹灰近似按加大梁宽及柱宽考虑。例如：L1每根重量为：（0.3+0.04）0.76.6525=39.57 KN/m其他见列表梁柱自重编号截面长度根数每根重量（KN）L13007006.652039.57L23006505.95432.87L33006506.35735.08L43006506.9930.02L53006503.3214.36L63006506.2134.26L73007003.17218.89L83006504.451024.59墙：底层 外墙：（7.25+3.6）2 3.6=428.4m2内墙：（5-0.7）18+（7.25+3.6）2+6.52 3.6=610.56m2外墙为310mm 空心砖外墙面贴瓷砖（0.5KN/m2）外墙单位墙面重力荷载为：0.5+130.31170.02=4.87 KN/m内墙为200厚空心砖两侧均为20mm厚抹灰，则内墙单位面积的重力荷载为：130.2170.022=3.28 KN/m2（2）荷载分层汇总顶层重力荷载代表值包括：屋面恒载，50屋面雪荷载，纵、横梁自重，半层柱自重，半层墙自重。其他层重力荷载代表值包括：楼面恒载，50楼面均布活荷载，纵横梁自重，露面上、下各半层的柱及内外墙体的重量。将前述分项荷载相加，得集中于各层楼面的重力荷载代表值如下：第八层：G8=(428.44.87610.563.28)/2+31.3328/2+3795.9+290.87/2+(39.5720+32.874+35.087+30.029+14.362+34.26+18.89)+24.5910=8190.82KN第七层：G7=2518.5+1454.37/2+1520.49+31.3328+4088.94+245.9=10041.26KN第六层：G6=10041.26 KN第五层：G5=10041.26 KN第四层：G4=10041.26 KN第三层：G3=10041.26 KN第二层：G2=10041.26 KN第一层：G1=2581.5+1454.37/2+1520.49+36.8628/2+71.1928/24088.94245.9=10676.72 KN建筑总荷载代表值G=79502.18KN各层重力荷载代表值如下图2.2.3水平地震力作用下框架的侧移验算（1）横梁线刚度混凝土C30 Ec=3107KN/在框架结构中，现浇楼面或预制楼板，但有现浇层的楼面，可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效高度，减小框架侧移。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梁取I=1.5I0(I0为梁截面惯性矩)；对中框架梁取I=2.0I0 横梁线刚度梁号截面bh(mm2)跨度L(m)惯性矩I0=bh3/12边框架梁Ib=1.5I0（m4）边框架梁Kb=EIb/L（KNm）中框架梁Ib=2.0I0（m4）中框架梁Kb=EIb/L（KNm）L13007006.658.5810-3L23006505.956.8710-3L33006506.356.8710-310.30510-34.8710413.7410-36.49104L43006506.94.510-3L53006503.34.510-3L63006506.26.8710-3L73007003.188.5810-3L83006504.456.8710-310.30510-36.9410413.7410-39.26104柱子线刚度柱号截面bh(mm2)柱高H(m)惯性矩Ic=bh3/12柱线刚度Kc=EIc/L（KNm）Z17007005.220.010-34.54104Z26006003.610.810-39.0104Z35505503.67.610-36.3104横向框架柱侧移刚度D值计算表柱类型根数底层边框边柱6.94/11.54=0.600.42215094边框中柱（4.87+9.64）/11.54=2.420.5256074中框边柱9.26/11.54=0.800.462355810中框中柱9.266.4/11.540.552816710D7057147横向框架柱侧移刚度D值计算表柱类型根数二至四层边框边柱6.942/29=0.770.28233334边框中柱（4.87+6.94）2/（29）=1.310.4333334中框边柱9.262/29=1.030.342833310中框中柱（9.266.49）2/29=1.750.473916610D901654五至八层边框边柱6.942/26.3=1.100.35204174边框中柱（6.944.87）2/26.3=1.870.48280004中框边柱9.262/26.3=1.470.422450010中框中柱（9.266.49）2/26.3=2.50.563266710D765338（2）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： （2-4）0基本周期调整系数。考虑非承重填充墙时取0.6T1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。（3）横向地震作用计算在类场地上，设计地震分组为一组，基本地震加速度为0.10g则、结构的特征周期Tg和地震影响系数max为：Tg=0.35（s） max=0.16横向框架顶点位移表层次Gi（KN）Gi（KN）Di（KN/m）层间相对位移=Gi/ Dii8819081907653380.01070.4217710041182317653380.02380.411610041282727653380.03700.3872510041383139016540.04250.3502410118484319016540.05370.3077310196586279016540.06500.254210196688239016540.07630.189110376794997057410.112650.1127采用底部剪力法计算由于T1=0.662（s）1.4 Tg （2-5）=1.40.35=0.49（s），故应考虑顶点附加地震作用。所以，查表得，顶部附加地震作用系数：n= 0.08 T1+0.07=0.080.662+0.07=0.123结构横向总水平地震作用标准值：FEK=（Tg/ T1）0.9max 0.85（2-6）=（0.35/ 0.622）0.90.160.8579499 KN=6092KN顶点附加水平地震作用Fn=n FEK （2-7）=0.1236092=749KN各层横向地震剪力见表各层横向地震作用及楼层地震剪力层次hiHiGiGiHiFiVi83.630.481902489760.1801710.681710.6873.626.8100412690990.1951041.822752.563.+23.2100412329510.169902.013655.4153.619.6100411968040.142758.664414.0743.616101181618880.117625.095039.1633.612.4101961264300.092491.535530.6923.68.810196897250.065347.275877.9615.25.210676555150.040213.716091.67注：Fn已加入主体的顶层，即8层各层层间剪力示意图如下（4）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表横向变形验算表层次层间剪力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e81710.687653380.00223.61/163672752.57653380.00363.61/100063655.417653380.00483.61/75054414.079016540.00583.61/62045039.169016540.00563.61/64235530.699016540.00613.61/59025877.969016540.00653.61/55316091.677057410.00685.21/764层间弹性相对转角均满足要求ee=1/4502.2.4 水平地震作用下，横向框架的内力分析取中框架中的一榀框架进行水平地震作用下的内力分析。（1）柱端、梁端弯矩和剪力的计算柱端弯矩和剪力计算见下表柱端弯矩和剪力计算表柱层hD边柱83.61710.687653382450018.251.470.426.2839.4373.62752.507653382450029.371.470.4547.5858.1563.63655.417653382450039.011.470.4563.1977.2353.64414.079016542450047.11.470.4576.393.2643.65039.169016542833352.781.030.595.0195.0133.65530.699016542833357.931.030.5104.27104.2723.65877.969016542833361.571.030.5110.83110.8315.26091.677057412355867.780.800.68239.68112.79中柱83.61710.687653383266724.342.50.4539.4348.1973.62752.507653383266739.162.50.4867.6773.3163.63655.417653383266752.012.50.593.6193.6153.64414.079016543266762.802.50.5113.05113.0543.65039.169016543916672.961.750.5131.33131.3333.65530.699016543916680.081.750.5144.14144.1423.65877.969016543916685.111.750.5153.2153.215.26091.677057412816781.041.360.63265.51155.93地震力作用下框架梁端弯矩及柱轴力表层次n边跨框架梁中间跨框架梁柱轴力l(m)M左(KN.m)M右(KNm)Vb(KN)）l(m)M左(KNm)M右(KNm)Vb(KN)NB(KN)NC(KN)84.4528.4339.4315.256.3519.7619.766.22-15.259.0374.4566.5284.4433.926.3546.2246.2214.56-33.9228.3964.4595.16124.8149.436.3566.1266.1220.83-49.4356.9954.45121.93156.4562.566.3584.7384.7326.68-62.8692.8744.45144.18171.3170.896.35100.2100.231.56-70.89132.234.45162.53199.2881.316.35112.9112.9535.57-81.31177.9424.45175.43215.187.766.35121.91121.9138.4-87.76227.314.45182.39223.6291.246.35126.74126.7439.92-91.24278.62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。（见节点示意图）M左（M上M下）K左/（K左K右） （2-8）M右（M上M下）K右/（K左K右） （2-9）计算梁端剪力Vb根据梁的两端弯矩Vb（M上M下）/L （2-10）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：为柱两侧剪力之差，亦按层叠加。在地震作用下框架弯矩图、梁端剪力及柱轴力图，如下图节点示意图注：根据有关的建筑规范规定，当建筑物的高度小于40米不考虑风荷载的影响。（2）竖向荷载作用下横向一榀框架结构的内力计算。取中间框架进行计算，计算单元宽度为7.2m。如图所示，由于房间内布置有次梁，故直接传给该框架的楼面荷载如图中水平阴影线所示。计算单元范围内的其余楼面荷载则通过次梁和纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架梁，作用于各节点上。恒载计算在图中q1、q1代表横梁自重，为均布荷载形式，对于第八层q1=5.526KN/m q1=5.526KN/mq2、q2 、q2”分别为房间和走道板传给横梁的三角形荷载q2 =5.222.5=13.05 KNq2=5.221.2=6.264 KNq2”=5.221.05=5.481 KNP1 P2 P3 分别为边纵梁、中纵梁、中次梁直接传给柱和框架中间横梁的集中荷载。P1 =（7.22.5）2.55.2239.574.877.21.0=135.97 KNP2 = （7.22.5）2.51.2(7.21.2)5.2239.57=138.49 KN P3 =（1.2+1.05）(7.21.05)5.2239.57=102.25 KN一至七层 ： 均布荷载中包括梁自重和其上横墙自重，其它荷载计算方法和含义同第八层q1=5.5263.282.9=15.272KN/m q1=5.526KN/mq2 =3.552.5= 8.875 KN/mq2=3.551.2= 4.26 KN/mq2”=3.551.05= 3.728 KN/mP1 =（7.22.5）2.53.5539.574.877.22.93.282.95.0=230.53 KNP2 = （7.22.5）2.51.2(7.21.2)3.5539.573.282.97.2=193.07 KN P3 =（1.2+1.05）(7.21.05)3.5530.023.282.97.2=147.63 KN活荷载计算活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图所示：第八层按上人屋面考虑取活荷载，活载为2.0 KN/m 于是一至八层活载取值一致。减少计算过程，同时又不影响结构安全。计算结果如下：q2 =2.02.5= 5.0 KN/mq2=2.01.2= 2.4 KN/mq2”=2.01.05= 2.1 KN/mP1 =（7.22.5）2.52.0 =23.51 KNP2 = （7.22.5）2.51.2(7.21.2)2.0=37.9 KNP3 =（1.2+1.05）(7.21.05)2.0 =27.68 KN将以上计算结果汇总如下：横向框架恒载汇总表层次q1 KN/mq1KN/mq2KN/mq2KN/mq2KN/mP1KNP2KNP3KN85.5265.52613.256.265.48135.97138.49102.251715.275.538.884.263.73230.53193.08147.63横向框架活载汇总表层次q2KN/mq2KN/mq2KN/mP1KNP2KNP3KN1852.42.123.537.927.68内力计算用弯矩分配法计算框架弯矩由于结构对称，在竖向荷载作用下的框架侧移可略去不计，其内力分析采用弯矩分配法。在竖向荷载作用下，梁端可以考虑塑性重分布，取弯矩调幅系数0.8，楼面竖向荷载分别按恒荷载及全部活荷载计算。竖向荷载作用下框架的内力分析，除荷载较大的工业厂房外，对一般的工业与民用建筑可不考虑活载的不利布置，这样求得的框架内力，梁跨中弯矩较考虑活载不利布置求得的弯矩偏低，但当活载占总荷载比例较小时，其影响很小，若活荷载占总荷载比例较大，可在荷载面配筋时，将跨中弯矩乘以1.11.2的放大系数予以调整。 固端弯矩的计算将框架梁视为两端固定计算其两端的弯矩，其中， 计算结果和荷载分布情况见下表：恒载和活载作用下梁端固端弯矩的计算如图分配系数的计算考虑框架对称性，取半框架计算，半框架的梁柱线刚度查前面表格，切断横梁线刚度为原来的一倍。分配系数按接点连接的各杆的转动刚度比值计算。例如：下柱=46.3/（46.349.26）=0.404梁 =0.596其它节点分配系数计算同上，详细结果见弯矩分配图 传递系数远端固定，传递系数为远端滑动铰质，传递系数为1。 弯矩分配：梁端、柱端弯矩采用弯矩二次分配法计算。由于结构和荷载均对称，故计算时采用半框架。梁端剪力可根据梁上竖向荷载引起的剪力与梁端弯矩引起的剪力相叠加而得。柱轴力可有梁端剪力和节点集中力叠加得到。计算柱底轴力时考虑柱得自重。具体计算见下表：恒载作用下框架的弯矩分配计算见恒载作用下的弯矩分配计算图活载作用下框架的弯矩分配计算见活载作用下的弯矩分配计算图在竖向荷载作用下，考虑框架梁端的塑性内力重分布，取弯矩调幅系数为0.8 梁端剪力及柱轴力计算梁端剪力 V=Vq+Vm+Vp式中，Vq 梁上均布荷载引起得剪力Vm 梁端弯矩引起的剪力Vp 梁上集中荷载引起的剪力柱轴力 N=VP式中 V 梁端剪力 P节点处的集中力和柱子自重恒载和活载作用下梁端剪力及柱轴力的计算见下表 恒载作用下梁端剪力及柱轴力的计算表层次荷载引起的剪力弯矩引起的剪力总剪力BC跨CF跨BC跨CF跨BC跨VqB=VqCVqC=VqFVqB=VqCVqBVqC830.45150.33-0.78(-0.62)029.67（29.83）31.23（31.07）恒载作用下梁端剪力及柱轴力的计算表层次荷载引起的剪力弯矩引起的剪力总剪力746.32200.33-0.493(-3.95)041.39（42.37）51.25（50.27）646.32200.33-5.88(-4.71)040.44（41.61）52.2（51.03）546.32200.33-6.02(-4.82)040.3（41.5）52.34（51.14）446.32200.33-7.22(-5.78)039.1（40.54）53.54（52.1）346.32200.33-7.33(-5.87)038.99（40.45）53.56（52.19）246.32200.33-7.48(-5.99)038.84（40.33）53.8（52.31）146.32200.33-7.02(-5.61)039.3（40.71）53.34（51.93）层次总剪力柱轴力CF跨B柱C柱VqC=VqFN顶N底N顶N底8150.33165.8197.13320.1351.357200.33470.3501.33796827.316200.33773.47804.7712731304.225200.331076.81108.117501781.27恒载作用下梁端剪力及柱轴力的计算表层次总剪力柱轴力CF跨B柱C柱VqC=VqFN顶N底N顶N底4200.331379.21416.0322272263.883200.3316871723.8727112747.82200.331994.72031.5931953231.871200.332302.82374.0236793749.81活载作用下梁端剪力及柱轴力的计算表层次荷载引起的剪力弯矩引起的剪力BC跨CF跨BC跨CF跨VqB=VqCVqC=VqFVqB=VqCVqC=VqF86.9632.44-5.29(-4.41)076.9632.44-3.85(-3.08)066.9632.44-3.99(-3.19)056.9632.44-3.86(-3.09)046.9632.44-3.51(-2.81)036.9632.44-3.44(-2.76)026.9632.44-3.47(-2.78)016.9632.44-3.14(-2.52)0层次总剪力柱轴力BC跨CF跨B柱C柱VqBVqCVqC=VqFN顶=N底N顶=N底81.67（2.55）12.25（11.37）32.4426.0582.5973.11（3.88）10.81（10.04）32.4453.43163.7462.97（3.77）10.95（10.15）32.4480.7245.0353.1（3.87）10.82（10.05）32.44108.07326.1943.45（4.15）10.47（9.77）32.44135.72407.3533.52（4.2）10.4（9.72）32.44163.42487.7323.49（4.18）10.43（9.74）32.44191.1568.513.82（4.44）10.1（9.48）32.44219.0