博雅园F栋混凝土框架结构建设毕业论文.doc

博雅园F栋混凝土框架结构建设毕业论文目 录摘 要IAbstract。绪 论。第一章 结构方案11.1 结构方案的选择11.2 主要设计依据和资料11.3 构件尺寸确定2第二章 荷载统计62.1 恒荷载62.2 活荷载82.3 风荷载作用下框架受荷载计算112.4 地震作用13第3章 水平侧移验算17第4章 内力计算194.1 结构荷载效应计算19 4.2 风荷载作用下的内力计算.4.2 地震作用下的框架内力（D值法）27第5章 内力组合405.1 非抗震设计时的组合415.2 抗震设计时的组合45第6章 框架梁柱的配筋计算526.1 横向框架梁的配筋536.2 框架柱的配筋计算566.3 楼板计算59第7章 基础设计627.1 地质条件627.2 地基的承载力计算627.3 柱底荷载的计算627.4 确定基底尺寸627.5 承载力验算637.6 抗冲切验算647.7 基础底面的配筋计算（除垫层外其他用C30）65第八章 楼梯设计668.1 设计说明668.2 梯段板的计算668.3 平台板的计算688.4 平台梁的计算68结束语70致 谢71参考文献7277摘 要本设计是博雅园F栋（混凝土框架结构）设计。该工程占地8976m2，共5层，层高均为3.5m；结构形式为钢筋混凝土框架结构。结构设计的顺序为：结构方案的选择，内力计算，包括恒荷载、活荷载、风荷载和地震荷载，内力组合，框架梁柱的配筋计算，楼板配筋计算，基础配筋的计算，楼梯配筋的计算。并且针对不同荷载特点采用多种不同计算方法。本结构设计只选取一榀有代表性的框架（8轴对应的框架）进行计算。而且在框架计算中即运用了理论公式计算又运用了当前工程设计中常用的近似计算方法。关键词：框架结构 梁柱 混凝土 钢筋 分层法第一章 结构方案1.1 工程概况博雅园F栋（混凝土框架结构），设计要求建筑面积约8976m2，4层。建筑高度20.000m,建筑结构型式为框架结构，抗震设防烈度为6度。1.2 设计主要依据和资料1.2.1 设计依据 a) 国家及湖北省现行的有关结构设计规范、规程及规定。b) 本工程各项批文及甲方单位要求。c) 本工程的活载取值严格按建筑结构荷载规范（GB50009-2001）执行。1.2.2 设计资料 1 房屋建筑学 武汉工业大学出版社2 混凝土结构（上、下） 武汉理工大学出版社3 地基与基础 武汉工业大学出版社4 建筑结构设计 东南大学出版社5 结构力学 人民教育出版社6 基础工程 同济大学出版社7 工程结构抗震 中国建筑工业出版社8 简明建筑结构设计手册 中国建筑工业出版社9 土木工程专业毕业设计指导 科学出版社10 实用钢筋混凝土构造手册 中国建筑工业出版社11 房屋建筑制图统一标准（BG50001-2001） 中国建筑工业出版社12 建筑结构制图标准（BG50105-2001） 中国建筑工业出版社13 建筑设计防火规范（GBJ1687） 中国建筑工业出版社16 建筑楼梯模数协调标准（GBJI0I-87） 中国建筑工业出版社17 建筑结构荷载规范（GB5009-2001） 中国建筑工业出版社18 建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068-2001） 中国建筑工业出版社19 混凝土结构设计规范（GB500102002） 中国建筑工业出版社20 地基与基础设计规范（GB5007-2002） 中国建筑工业出版社21 建筑抗震设计规范（GB500112001） 中国建筑工业出版社23 简明砌体结构设计施工资料集成 中国电力出版社24 土木工程专业毕业设计指南 中国水利水电出版社25 土建工程图与AutoCAD 科学出版社1.3 结构设计方案及布置 钢筋混凝土框架结构是由梁，柱通过节点连接组成的承受竖向荷载和水平荷载的结构体系。墙体只给围护和隔断作用。框架结构具有建筑平面布置灵活，室内空间大等优点，广泛应用于电子、轻工、食品、化工等多层厂房和住宅、办公、商业、旅馆等民用建筑。因此这次设计的成集中学教学楼采用钢筋混凝土框架结构。按结构布置不同，框架结构可以分为横向承重，纵向承重和纵横向承重三种布置方案。本次设计的博雅园居民楼竖向荷载主要由横向框架承担，楼板为预制板时应沿横向布置。横向框架还要承受横向的水平风载和地震荷载。在房屋的纵向则设置连系梁与横向框架连接，这些联系梁与柱实际上形成了纵向框架，承受平行于房屋纵向的水平风荷载和地震荷载。1.4变形缝的设置在结构总体布置中，为了降低地基沉降、温度变化和体型复杂对结构的不利影响，可以设置沉降缝、伸缩缝和防震缝将结构分成若干独立的单元。当房屋既需要设沉降缝，又需要设伸缩缝，沉降缝可以兼做伸缩缝，两缝合并设置。对有抗震设防要求的的房屋，其沉降缝和伸缩缝均应该符合防震缝的要求，并进可能做到三缝合一。1.5框架计算简图及梁柱线刚度1.5.1确定框架计算简图83框架的计算单元如图，取轴上的一品框架计算。假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。由于各层柱的截面尺寸不变，故梁跨等于轴截面形心轴线之间的距离。底层柱高从基础面算至二层楼面，基顶标高根据地质条件，室内外高差，定位-1.10m，二层楼面标高为3.50m，故底层标高为4.60m。其余各层住高从楼面算至上一层楼面（即层高），均为3.50m。由此可得出框架的计算简图。 图1框架计算简图=EI/l=3.0kn/20.3m/7.8m=6.5kn.m=EI/l=3.0kn/20.3m/7.8m=6.5kn.m=EI/l=3.0kn/20.3m/7.5m=6.83kn.m=EI/l=3.0kn/4.6m=5.2kn.m=EI/l=3.0kn/4.6m=5.2kn.m=EI/l=3.0kn/4.6m=5.2kn.m=EI/l=3.0kn/4.6m=1.39kn.m=EI/l=3.0kn/3.5m=6.8kn.m=EI/l=3.0kn/3.5m=6.8kn.m=EI/l=3.0kn/3.5m=6.8kn.m=EI/l=3.0kn/3.5m=1.82kn.m1.5.2相对线刚度令=1.0.，则其余各杆件的相对线刚度为：=6.5/6.8=0.95=6.5/6.8=0.95=6.83/6.8=1.00=5.2/6.8=0.76 =5.2/6.8=0.76 =5.2/6.8=0.76 =1.39/6.8=0.20 =6.8/6.8=1=6.8/6.8=1=1.82/6.8=0.26框架梁相对线刚度作为计算各节点杆端弯矩分配系数的依据。1.6荷载计算1.6.1恒载标准值计算10 （1）屋面 防水层（刚性）30厚c20细石砼防水 1.0kn/ 防水层（柔性）三毡四油铺小石子 0.4kn/ 找平层：15厚水泥砂浆 0.015m20kn/=0.30kn/ 找平层：15厚水泥砂浆 0.015m20kn/=0.30kn/ 找坡层：40厚水泥石灰焦渣砂浆千分之3找平 0.04m14kn/=0.56kn/ 保温层：80厚矿渣水泥 0.08m14.5kn/=1.16kn/ 结构层;120厚现浇钢筋砼板 0.12m25kn/=3kn/ 抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m17kn/=0.17kn/_ 合计： 6.89kn/（2） 各层走廊楼面 10mm面层 水磨石地面 20mm水泥砂浆打底 0.65kn/ 素水泥浆结合层一道 结构层：120厚现浇钢筋砼板 0.1225kn/=3kn/ 抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m17kn/=0.17kn/_合计: 3.82kn/(3) 标准层楼面大理石面层，水泥砂浆擦缝30厚1:3干硬性水泥砂浆，面上撒2厚素水泥 1.16kn/水泥浆结合层一道 结构层:120厚现浇钢筋砼板 0.12m25kn/=3kn/抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m17kn/=0.17kn/_合计： 4.33kn/（4） 梁自重 bh=300mm700mm 梁自重 25kn/0.3m(0.7m-0.12m)=4.35kn/m 抹灰层10厚混合砂浆 0.27kn/m_合计 4.62kn/m bh=250mm600mm 梁自重 25kn/0.25m(0.6m-0.12m)= 3.0kn/m 抹灰层：10厚混合砂浆 0.21 kn/m_合计： 3.21kn/m基础梁bh=250mm500mm梁自重 25kn/0.25m0.5m= 3.1kn/m（5） 柱自重bh=600mm600mm柱自重 25kn/0.6m0.6m= 9kn/m抹灰层：10厚混合砂浆 0.41kn/m _合计： 9.41 kn/mbh=400mm400mm柱自重 25kn/0.4m0.4m=4kn/m抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m0.4m417kn/=0.27kn/m_合计： 4.27kn/m(6) 外纵墙自重标准层：纵墙 0.9m20.125m18kn/= 4.05kn/m 水刷石外墙面 0.75kn/m水泥粉刷内墙面 0.54kn/m_合计 5.34kn/m底层：纵墙 1.6m20.125m18kn/=7.2kn/m 水刷石外墙面 0.75kn/m水泥粉刷内墙面 0.54kn/m_合计 8.49kn/m（7） 内纵墙自重标准层：纵墙 3.5m20.125m18kn/= 15.75kn/m 水泥粉刷内墙面 2.59kn/m_合计 18.34kn/m（8） 内隔墙自重标准层：纵墙 0.9m20.2m9.8kn/= 3.52kn/m 水泥粉刷内墙面 0.65kn/m_合计 4.18kn/m底层;纵墙 1.6m20.2m9.8kn/=6.27kn/m 水泥粉刷内墙面 1.15kn/m_合计 7.4kn/m1.6.2活荷载标准值计算（1） 屋面和楼面活荷载标准值根据荷载规范所查：上人屋面：2.0kn/楼面：住宅2.0kn/ 走廊2.5kn/（2） 雪荷载=1.0屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取较大值。1.6.3竖向荷载下框架受荷总图6(1)5-8轴间框架梁屋面板传荷载：板传至梁上的三角形或梯形荷载，为简化计算近似按混设图1.3.15方法等效为均布荷载，荷载的传递示意图见图 图2荷载传递计算方法简图恒载：6.89kn/3.6m5/8+6.89kn/3.6m(1-2+)=32.1kn/m活载：2.0kn/3.6m5/8+2.0kn/3.6m(1-2+)=9.3kn/m1.6.3楼面板传荷载：恒载：4.33kn/3.6m5/8+4.33kn/3.6m(1-2+)=20.1kn/m活载：2.0kn/3.6m5/8+2.0kn/3.6m(1-2+)=9.3kn/m梁自重:4.62kn/m（1）58轴间框架梁均布荷载为：9屋面梁：恒载=梁自重+板传荷载 =4.62kn/m+32.1kn/m=36.72kn/m 活载=板传荷载 =9.3kn/m楼面梁：恒载=梁自重+板传荷载 =4.62kn/m+20.1kn/m=24.72kn/m 活载=板传荷载 =9.3kn/m(2)810轴间框架梁 屋面板传荷载：恒载：6.89kn/3.6m5/8+6.89kn/3.6m(1-2+)=32.1kn/m活载：2.0kn/3.6m5/8+2.0kn/3.6m(1-2+)=9.3kn/m楼面板传荷载：恒载：4.33kn/3.6m5/8+4.33kn/3.6m(1-2+)=20.1kn/m活载：2.0kn/3.6m5/8+2.0kn/3.6m(1-2+)=9.3kn/m梁自重:4.62kn/m810轴间框架梁均布荷载为：屋面梁：恒载=梁自重+板传荷载 =4.62kn/m+32.1kn/m=36.72kn/m 活载=板传荷载 =9.3kn/m楼面梁：恒载=梁自重+板传荷载 =4.62kn/m+20.1kn/m=24.72kn/m 活载=板传荷载 =9.3kn/m（3）1012轴间框架梁 屋面板传荷载：恒载：6.89kn/3.6m5/8+6.89kn/3.6m(1-2+)=31.3kn/m活载：2.0kn/3.6m5/8+2.0kn/3.6m(1-2+)=9.1kn/m楼面板传荷载：恒载：4.33kn/3.6m5/8+4.33kn/3.6m(1-2+)=19.6kn/m活载：2.0kn/3.6m5/8+2.0kn/3.6m(1-2+)=9.1kn/m梁自重:4.62kn/m1012轴间框架梁均布荷载为：屋面梁：恒载=梁自重+板传荷载 =4.62kn/m+31.3kn/m=35.92kn/m 活载=板传荷载 =9.1kn/m楼面梁：恒载=梁自重+板传荷载 =4.62kn/m+19.6kn/m=24.22kn/m 活载=板传荷载 =9.1kn/m(4)5轴柱纵向集中荷载顶层柱：女儿墙自重（做法：墙高1100mm,100mm的砼压顶）0.24m1.1m18kn/+25kn/0.1m0.24m+(1.2m2+0.24m)0.5kn/=6.67kn/m天沟自重（现浇天沟，如图）：现浇天沟自重：25kn/0.60m+(0.20-0.080)0.08m+(0.6m+0.2m)(0.5kn/+0.36kn/)=2.13kn/m_合计： 2.13kn/m顶层柱恒载=女儿墙及天沟自重+梁自重+板传荷载 =（6.67kn/m+2.13kn/m)7.2m+3.21kn/m(7.2m-0.6m)+16kn/m7.2m =200kn顶层柱活载=板传活载 =4.6kn/m7.2m=33.1kn标准层柱荷载=墙自重+梁自重+板传荷载 =5.34kn/m(7.2m-0.6m)+3.2kn/m(7.2m-0.6m)+10kn/m7.2m =128.3kn标准层柱活载=板传活载 =4.6kn/m7.2m=33.1kn基础顶面荷载=底层外纵墙自重+基础梁自重 =8.49kn/m(7.2m-0.6m)+3.1kn/m(7.2m-0.6m) =76.5kn(5)8轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱恒载=梁自重+板传荷载 =3.21kn/m(7.2m-0.6m)+16kn/m7.2m =138.1kn顶层柱活载=板传活载 =4.6kn/m7.2m =33.1kn标准层柱荷载=墙自重+梁自重+板传荷载 =5.34kn/m(7.2m-0.6m)+3.2kn/m(7.2m-0.6m)+10kn/m7.2m =128.3kn标准层柱活载=板传活载 =4.6kn/m7.2m=33.1kn基础顶面荷载=底层外纵墙自重+基础梁自重 =8.49kn/m(7.2m-0.6m)+3.1kn/m(7.2m-0.6m) =76.5kn（6）10轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱恒载=梁自重+板传荷载 =3.21kn/m(7.2m-0.6m)+15kn/m7.2m =129.1kn顶层柱活载=板传活载 =4.5kn/m7.2m =32.4kn标准层柱恒载=梁自重+隔墙自重+板传荷载 =3.2kn/m(7.2m-0.6m)+5.34kn/m(7.2m-0.6m)+9.5kn/m7.2m =124.7kn标准层柱活载=板传活载 =4.5kn/m7.2m =32.4kn基础的顶面恒载=底层内隔墙自重+基础梁自重 = =8.49kn/m(7.2m-0.6m)+3.1kn/m(7.2m-0.6m) =76.5kn（7）12轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱恒载=女儿墙及天沟自重+梁自重+板传荷载 =（6.67kn/m+2.13kn/m)7.2m+3.21kn/m(7.2m-0.6m)+15kn/m7.2m =198kn顶层柱活载=板传活载 =4.5kn/m7.2m =32.4kn标准层柱恒载=梁自重+隔墙自重+板传荷载 =3.2kn/m(7.2m-0.6m)+5.34kn/m(7.2m-0.6m)+9.5kn/m7.2m =124.7kn标准层柱活载=板传活载 =4.5kn/m7.2m =32.4kn基础的顶面恒载=底层内隔墙自重+基础梁自重 = =8.49kn/m(7.2m-0.6m)+3.1kn/m(7.2m-0.6m) =76.5kn1.7风荷载计算10为了简化计算，作用在外墙面上的风荷载可近似作用在屋面梁和楼面梁处的等效集中荷载替代。作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值： =式中基础风压，=0.5kn/风压高度变化系数，地面粗糙度D类风荷载体形系数，根据建筑物体型查得=1.3风振系数，基本自振周期对于钢筋砼框架可用=0.08n（n是建筑层数）估算，大约为0.25s0.64s,应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响，下层柱高上层柱高，对顶层为女儿墙高度的两倍B迎风面的宽度，B=6m计算过程见下表 表1各层风荷载计算表离地高度 Z/m /()/m/m/kn18.00.621.181.30.53.52.48.4114.50.621.151.30.53.53.59.7311.00.621.101.30.53.53.59.297.50.621.051.30.53.53.58.884.00.621.001.30.54.03.59.061.8地震作用 这里仅考虑水平地震作用，而不考虑竖向地震作用，并且采用底部剪力法计算水平地震作用。为求底部剪力，首先计算结构各层的重力荷载代表值，由于前面对所要计算的框架恒荷载、活载计算已经给出，现只需完成荷载图中的荷载叠加即可。 1.8.1 各层的重力荷载代表值的计算1.顶层屋面恒荷载： 集中荷载：=25.36+37.28+33.64=96.28 KN 均布线荷载：=11.223.5+14.534.6=106.1 KN合计： 202.38 KN活荷载集中荷载：=7.7+15.4+7.7=30.8 KN均布线荷载：=4.323.5+5.14.6=33.48 KN合计： 63.28 KN不考虑雪荷载，在对屋面重力荷载代表值的计算中，屋面活荷载不计入，则重力荷载代表值为： 202.38KN 2.一层四层 恒荷载 集中荷载：=48.27+58.74+44.63=151.64 KN 均布线荷载：=17.553.5+17.64.6=142.38 KN 合计： 294.02 KN活荷载 集中荷载：=7.7+15.4+7.7=30.8 KN均布线荷载： =4.533.9+5.725.1=46.84 KN 合计： 77.64 KN在对楼面重力荷载代表值的计算中，活荷载右乘组合系数 所以一层至五层的重力荷载代表值为：294.02+77.640.5=332.84KN 结构总的重力荷载代表值为：GE=202.38+332.846=2199.82 KN水平地震作用横向自振周期的计算：结构基本自振周期采用经验公式：其中，H屋面全体结构的高度（m），不包括屋面以上特别高的突出部分， B房屋的宽度H=3.63+4.7=15.5 m B=6.0+6.0=12 m=0.551s 水平地震作用的计算按地震设防烈度为7度，基本地震加速度值为0.2g，由建筑地震设计规范GB50011-2001查水平地震影响系数最大值max=0.08，按设计地震分组为第二组情况下，类建筑场地，由GB50011-2001查得特征周期Tg=0.40 s。 因为，Tg T15 Tg 所以，地震影响系数： 由底部剪力法计算公式得结构的底部剪力为：FEK=Geq=0.0600.852478.15=126.39 KN因T1=0.551 s 1.4 Tg=1.40.40 s =0.56 s 所以，顶部附加地震作用系数：=0.0框架所承受的地震作用按下式分配到各层节点处： 表2地震作用分配表层次Hi（m）Gi（KN）HiGiHiGiFEK（KN）Fi（KN）14.7371.361238.5313946.27115.615.2228.3371.362904.0210.14311.9371.364221.3416.11415.5371.365582.4018.32第3章 水平侧移验算风荷载作用下的水平侧移验算，采用D值法。8 抗侧刚度的计算：，其中的对于一般层，底层，。 表3 横向28层D值的计算构件名称 D=5轴柱=0.95 0.32213158轴柱=1.9 0.483197310轴柱=1.96 0.493200012轴柱=3.75 0.6543297=21315+31973+32000+43297=128585kn/m_ 表4 横向底层D值的计算构件名称 D=5轴柱=1.25 0.54159248轴柱=2.5 0.671975810轴柱=8.5 0.862536112轴柱=4.67 0.7823000=15924+19758+25361+23000=84043kn/m_式中 第j层的总剪力 第j层所有柱子的抗侧移刚度 第j层的层间侧移J层侧移 顶点侧移 u=框架在风荷载作用下侧移的计算 表5 风荷载作用下框架侧移计算层次 58.418.411285850.00041/1400049.7318.141285850.00071/500039.2927.431285850.00111/318028.8836.311285850.00141/250019.0645.37840430.00171/2058 u=0.0053m侧移验算：层间侧移最大值： 1/20581/550（满足要求）第四章内力计算为简化计算考虑如下几种单独受荷载情况：12（1） 恒载作用（2） 活荷载作用于58轴胯间（3） 活荷载作用于810轴胯间（4） 活荷载作用于1012轴胯间（5） 风荷载作用（从左向右，或从右向左）。对于（1）（2）（3）（4）四种情况，框架在竖向荷载作用下，采用迭代法计算。对于情况（5），框架在水平荷载作用下，采用D值法 在内力分析前，还应计算节点各杆的弯矩分配系数以及在竖向荷载作用下各干段的固端弯矩4.1.恒载标准值作用下的内力计算 由前面的刚度比可根据下式求的节点各杆端的弯矩分配系数，如下图所示 均布荷载和集中荷载偏心引起的固端弯矩构成节点不平衡弯矩： =- =-fe =根据上述公式计算的梁固端弯矩如图将固端弯矩及节点不平衡弯矩填入图中节点，可进行迭代计算，直至杆端弯矩趋于稳定，最后按下式求的各杆端弯矩，如图 图3杆端弯矩图 剪力： 图4恒载剪力图 图5恒载轴力图4.2活荷载标准值作用下的内力计算 图6活载弯矩包络图 图7活载轴力包络图 图8活载剪力包络图 图9左地震弯矩图 图10右地震弯矩图 4.3风荷载作用下的内力计算13（1） 求各柱反弯点处的剪力值（2） 求各柱反弯点高度（3） 求各柱的杆端弯矩及梁端弯矩（4） 求各柱的轴力和梁剪力 表6 5轴框架柱反弯点位置层号h/myh/m53.50.950.350000.351.22543.50.950.400000.401.433.50.950.450000.451.57523.50.950.5000-0.00250.49751.7414.61.250.650000.653 表7 8轴框架柱反弯点位置层号h/myh/m53.51.90.400000.401.443.51.90.450000.451.57533.51.90.500000.501.7523.51.90.500000.501.7514.62.50.550-0.002500.552.53 表8 10轴框架柱反弯点位置层号h/myh/m53.51.960.400000.401.443.51.960.450000.451.5733.51.960.500000.501.7523.51.960.500000.501.7514.68.50.550000.552.53 表9 12轴框架柱反弯点位置层号h/myh/m53.53.750.450000.451.57543.53.750.500000.501.7533.53.750.500000.501.7523.53.750.500000.501.7514.64.670.550