某六办公楼框架结构设计毕业论文.doc

六层办公楼设计某六办公楼框架结构设计毕业论文目 录第一部分：工程概况1建筑地点、建筑类型、建筑介绍、门窗使用、地质条件 1柱网与层高 1框架结构承重方案的选择 2框架结构的计算简图 2梁、柱截面尺寸的初步确定 3第二部分：框架侧移刚度的计算5横梁、纵梁、柱线刚度的计算 5各层横向侧移刚度计算 6各层纵向侧移刚度计算12第三部分：重力荷载代表值的计算 13资料准备13重力荷载代表值的计算14第四部分：横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算23横向自振周期的计算23水平地震作用及楼层地震剪力的计算24多遇水平地震作用下的位移验算27水平地震作用下框架内力计算28风荷载作用下的框架内力计算第五部分：竖向荷载作用下框架结构的内力计算32计算单元的选择确定32荷载计算33内力计算40梁端剪力和柱轴力的计算45横向框架内力组合46框架柱的内力组合54柱端弯矩设计值的调整57柱端剪力组合和设计值的调整60第六部分：截面设计62框架梁62框架柱68框架梁柱节点核芯区截面抗震验算78第七部分：楼板设计82楼板类型及设计方法的选择82设计参数82弯矩计算83截面设计87第八部分：楼梯设计91设计参数91楼梯板计算91平台板计算93平台梁计算94第九部分：框架变形验算96梁的极限抗弯承载力计算96柱的极限抗弯承载力计算97确定柱端截面有效承载力Mc98各柱的受剪承载力Vyij的计算 99楼层受剪承载力Vyi的计算100罕遇地震下弹性楼层剪力Ve的计算 101楼层屈服承载力系数yi的计算101层间弹塑性位移验算 103第十部分： 科技资料翻译104科技资料原文 104原文翻译 113第十一部分：设计心得120参考资料 123第一部分：工程概况建筑地点：大同市建筑类型：六层办公楼，框架填充墙结构。建筑介绍：建筑面积约8000平方米，楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土框架结构，楼板厚度取120mm，填充墙采用蒸压粉煤灰加气混凝土砌块。门窗使用：大门采用钢门，其它为木门，门洞尺寸为1.2m2.4m，窗为铝合金窗，洞口尺寸为1.8m2.1m。地质条件：经地质勘察部门确定，此建筑场地为二类近震场地，设防烈度为7度。柱网与层高：本办公楼采用柱距为7.8m的内廊式小柱网，边跨为6.9m，中间跨为2.1m，首层高取3.9m，其余层取3.6m。如下图所示： 柱网布置图 框架结构承重方案的选择：竖向荷载的传力途径：楼板的均布活载和恒载经次梁间接或直接传至主梁，再由主梁传至框架柱，最后传至地基。根据以上楼盖的平面布置及竖向荷载的传力途径，本办公楼框架的承重方案为横向框架承重方案，这可使横向框架梁的截面高度大，增加框架的横向侧移刚度。框架结构的计算简图： 框架结构的计算简图 纵向框架组成的空间结构 横向框架组成的空间结构本方案中，需近似的按纵横两个方向的平面框架分别计算。 梁、柱截面尺寸的初步确定：1、梁截面高度一般取梁跨度的1/12至1/8。本方案因1/126900=575mm，截面宽度取6001/2=300mm，可得梁的截面初步定为bh=300*600。2、框架柱的截面尺寸根据柱的轴压比限值，按下列公式计算： （1）柱组合的轴压力设计值N=Fg E n注：考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数。F按简支状态计算柱的负载面积。g E 折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近似的取14KN/m2。n为验算截面以上的楼层层数。 （2）AcN/uNfc 注：uN 为框架柱轴压比限值，本方案为二级抗震等级，查抗震规范可知取为0.8。 fc 为混凝土轴心抗压强度设计值，对C30，查得14.3N/mm2。3、计算过程：对于边柱：N=Fg E n=1.325.92146=2830.464（KN） AcN/uNfc=2830.464103/0.8/14.3=247418.18（mm2） 取600mm600mm 对于内柱：N=Fg E n=1.2534.56146=3628.8（KN） AcN/uNfc=3628.8*103/0.8/14.3=317202.80（mm2） 取600mm600mm梁截面尺寸（mm）混凝土等级横梁（bh）纵梁（bh）AB跨、CD跨BC跨C30300600250500300800柱截面尺寸（mm）层次混凝土等级bh1C306006002-6C30600600第二部分：框架侧移刚度的计算一、 横梁线刚度i b的计算：类别Ec（N/mm2）bh（mmmm）I0（mm4）l（mm）EcI0/l（Nmm）1.5EcI0/l（Nmm）2EcI0/l（Nmm）AB跨、CD跨3.01043006005.4010969002.3510103.5310104.701010BC跨3.01042505002.6010921003.7110105.5710107.431010二、 纵梁线刚度i b的计算：类别Ec（N/mm2）bh（mmmm）I0（mm4）l（mm）EcI0/l（Nmm）1.5EcI0/l（Nmm）2EcI0/l（Nmm）跨3.01043008005.410990001.8010102.710103.61010其它跨3.01043008005.410978002.0810103.1210104.161010三、 柱线刚度i c的计算：I=bh3/12层次hc（mm）Ec（N/mm2）bh（mmmm）Ic（mm4）EcIc/hc（Nmm）149003.01046006001.0810106.6110102-636003.01046006001.0810109.001010四、各层横向侧移刚度计算： (D值法)1、底层、A-2、D-2、A-5、D-5（4根）K=0.353c=(0.5+K)/(2+K)=0.362Di1=c12ic/h2=0.3621212.771010/49002=25112、A-1、A-6、D-1、D-6、（4根）K=3.38/12.77=0.266c=(0.5+K)/(2+K)=0.338Di2=c12ic/h2 =0.3381212.771010/49002 =23447、B-1、C-1、B-6、C-6 （4根）K=（2.5+3.38）/12.77=0.460c=(0.5+K)/(2+K)=0.390Di3=c12ic/h2 =0.3901212.771010/49002 =27055、B-2、C-2、B-5、C-5 （4根）K=（3.34+4.5）/12.77=0.614c=(0.5+K)/(2+K)=0.426Di4=c12ic/h2 =0.4261212.771010/49002 =29552、B-3、B-4、C-3、C-4 （4根）K=（3.34+3.38）/12.77=0.526c=(0.5+K)/(2+K)=0.406Di5=c12ic/h2 =0.4061212.771010/49002 =28165、A-3、A-4、D-3、D-4 （4根）K=3.34/12.77=0.262c=(0.5+K)/(2+K)=0.337Di6=c12ic/h2 =0.3371212.771010/49002 =23378D1=251124+234474+270554+295524+281654+233784=6268362、第二六层：、A-2、A-5、D-2、D-5（4根）K=4.52/（12.42）=0.363c=K/(2+K)=0.154Di1=c12ic/h2 =0.1541212.41010/36002 =17681、A-1、A-6、D-1、D-6（4根）K=3.382/（12.42）=0.273c=K/(2+K)=0.120Di2=c12ic/h2 =0.1201212.41010/36002 =13778、A-3、A-4、D-3、D-4 （4根）K=（4.5+3.8）/（12.4*2）=0.318c=K/(2+K)=0.137Di4=c12ic/h2 =0.1371212.41010/36002 =15730、B-1、C-1、B-6、C-6 （4根）K=（2.5+3.38）2/（12.42）=0.474c=K/(2+K)=0.192Di5=c12ic/h2 =0.1921212.41010/36002 =22044、B-3、B-4、C-3、C-4 （4根）K=（3.34+4.5）2/（12.42）=0.632c=K/(2+K)=0.240Di6=c12ic/h2 =0.240*12*12.4*1010/36002 =27556、A-3、A-4、D-3、D-4 （4根）K=（3.342+4.5+3.38）/（12.42）=0.587c=K/(2+K)=0.227Di7=c12ic/h2 =0.2271212.41010/36002 =26063D2=176814+137784+157304+220444+275564+260634=491408由此可知，横向框架梁的层间侧移刚度为：层次123456Di（N/mm）626836491408491408491408491408491408D1/D2=626836/4914080.7，故该框架为规则框架。五、各层纵向侧移刚度计算：同理，纵向框架层间侧移刚度为：层次123456Di（N/mm）846308645876645876645876645876645876D1/D2=1035634/9356230.7，故该框架为规则框架。第三部分：重力荷载代表值的计算一、资料准备：查荷载规范可取：、 屋面永久荷载标准值（上人）30厚细石混凝土保护层 220.03=0.66KN/m2 三毡四油防水层 0.4 KN/m220厚矿渣水泥找平层 14.50.02=0.29 KN/m2150厚水泥蛭石保温层 50.15=0.75 KN/m2120厚钢筋混凝土板 250.12=3.0 KN/m2V型轻钢龙骨吊顶 0.25 KN/m2（二层9mm纸面石膏板、有厚50mm的岩棉板保温层） 合计 5.35 KN/m2、1-5层楼面：木块地面（加防腐油膏铺砌厚76mm） 0.7 KN/m2120厚钢筋混凝土板 250.12=3.0 KN/m2V型轻钢龙骨吊顶 0.25 KN/m2 合计 3.95 KN/m2、屋面及楼面可变荷载标准值：上人屋面均布活荷载标准值 2.0 KN/m2楼面活荷载标准值 2.0 KN/m2屋面雪荷载标准值 SK=urS0=1.00.25=0.25KN/m2 （式中ur为屋面积雪分布系数）、梁柱密度25 KN/m2蒸压粉煤灰加气混凝土砌块 5.5KN/m3二、重力荷载代表值的计算：1、第一层：（1）、梁、柱：类别净 跨（mm）截 面（mm）密 度（KN/m3）体 积（m3）数 量(根)单 重（KN）总 重（KN）横梁6300300600251.131228.253391500250500250.1964.7528.5纵梁7200300800251.731643.25692.003300300800252.02850.5202.00类别计算高度（mm）截 面（mm）密 度（KN/m3）体 积（m3）数 量（根）单 重（KN）总 重（KN）柱4900600600251.7642444.11058.4（2）、内外填充墙重的计算： 横墙： AB跨、CD跨墙：墙厚250mm，计算长度6600mm，计算高度3900-600=3300mm。 单跨体积：0.256.63.3=4.68m3 单跨重量：4.685.5=25.74KN 数量：12 总重：25.7412=437.58KN BC跨墙：墙厚250mm，计算长度1500mm，计算高度3900-600=3300mm。 单跨体积：1.53.30.24=1.19m3 单跨重量：1.195.5=6.53KN 数量：6 总重：6.536=39.24KN 横墙总重：437.58+39.24=476.82KN 纵墙： 跨外墙：单个体积：（7.23.3）-（1.82.12） 0.25=2.8656 m3数量：16总重：2.8656165.5=189.1296KN 厕所外纵墙：体积：7.23.3-1.82.1=15.72 m3总重：15.725.5=86.46KN 楼梯间外纵墙：体积：3.33.3-1.82.1=6.72 m3总重：6.725.5=36.96KN 门卫外纵墙：体积：3.33.3-1.02.1=7.62m3总重：7.625.5=41.91KN 内纵墙：单个体积：(7.23.3-1.52.1*2) 0.2=13.74m3 单个重量：13.745.5=75.57KN数量：12总重：75.5712=906.84KN 厕所纵墙：单个体积：0.2（3.9-0.1）3.3=4.1175m3 单个重量：4.11755.5=22.6463KN数量：2总重：22.64632=45.2926KN 正门纵墙：总重：（9.9-2.42.12）0.255.5=10.4544KN 纵墙总重：189.1296+86.46+36.96+41.91+906.84+45.2926+10.4544=1317.05KN（3）、窗户计算（钢框玻璃窗）： 走廊窗户：尺寸：1500mm2100mm 自重：0.4KN/m2 数量：2 重量：1.52.10.42=0.84KN 办公室窗户：尺寸：1800mm2100mm 自重：0.4KN/m2 数量：20重量：1.82.10.420=40.9KN 总重：0.84+40.992=41.832KN（4）、门重计算： 木门：尺寸：1500mm2100mm 自重：0.15KN/m2 数量：24 重量：1.52.10.1524=11.21KN 门：尺寸：2400mm2100mm 自重：0.4KN/m2 数量：2重量：2.42.10.42=4.03KN 总重：11.21+4.03=15.24KN（5）、楼板恒载、活载计算（楼梯间按楼板计算）： 面积：57.44166+80.4176+99.98=570.89（m2） 恒载：3.95570.89=2255.02KN 活载：2.0570.89=1141.78KN由以上计算可知，一层重力荷载代表值为G1=G 恒+0.5G活=（339+28.5）1.05+（692+202）1.05+476.82+1317.05+41.832 +15.24+（2255.02+1141.78）0.5 =9618.58KN注：梁柱剩上粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数1.05。2、第二层：（1）、梁、柱横梁：AB跨：300mm600mm 29.25KN18根=526.5KNBC跨：250mm500mm 4.25KN9根=38.25KN 纵梁：819+63=882KN 柱： 类别计算高度（mm）截 面（mm）密 度（KN/m3）体积（m3）数 量（根）单 重（KN）总 重（KN）柱3600600600251.5212438.0251368.9（2）、内外填充墙重的计算：横墙总重：463.5895KN纵墙： 比较第二层纵墙与第一层的区别有： 大厅：一层有铝门 二层A、B、B跨有内墙。 比较异同后，可得第二层纵墙总重为： 1317.0466+（3.07.8-21.82.1）0.25.5-3.9+（1.57.8-1.52.1）0.25.5+（1.03.7-1.02.1）0.25.5 =1317.0466+15.9588-3.9+10.593+4.653 =1344.3514KN（3）、窗户计算（钢框玻璃窗）： 第一类：尺寸：1800mm2100mm 自重：0.4KN/m2 数量：22 重量：1.82.10.422=43.848KN 第二类：尺寸：1500mm2100mm 自重：0.4KN/m2 数量：2重量：1.52.10.42=2.52KN 总重：43.848+2.52=46.368KN（4）、门重计算： 木门：尺寸：1500mm2100mm 自重：0.15KN/m2 数量：25 重量：1.52.10.1525=11.772KN（5）、楼板恒载、活载计算（楼梯间按楼板计算）： 面积：570.89+34，8252=640.54（m2） 恒载：3.95640.54=2530.13KN 活载：2.0640.54=1281.08KN由以上计算可知，二层重力荷载代表值为G2=G 恒+0.5G活=（526.5+38.25）1.05+8821.05+1368.91.05+463.5895+1344.3514+46.368 +11.772+（2530.13+1281.08）0.5 =9910.1918KN注：梁柱剩上粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数1.05。3、第三层至第五层：比较其与第三层的异同，只有B、B不同，可得三到五重力荷载代表值为：G3-5=9910.1918-10.593-4.653+（3.010.1-21.52.1）0.25.5=9927.3386KN4、第六层重力荷载代表值的计算：横梁：526.5+38.25=564.75KN 纵梁：882KN 柱：计算高度：3600mm截面：600mm600mm数量：24总重：0.600.6032524=798.525KN 横墙：463.5895/2=231.7948KN 纵墙：（1344.3514+32.3928-10.593-4.653）/2=680.7491KN 窗重：46.368/2=23.184KN 木门重：门高2100mm，计算高度为门的1500mm以上，故系数=（2.4-1.5）/2.4=3/8则木门重：11.7723/8=4.4145KN 女儿墙重：（4.05+0.426）（41.1+15.9）=543.16KN 屋面恒载、活载计算： 恒载：640.545.35=3426.89KN 活载：640.542.0=1281.08KN 雪载：640.540.25=160.135KN由以上计算可知，六层重力荷载代表值为G6=G 恒+0.5G活=（564.75+882+798.525）1.05+231.7948+680.7491+23.184+4.4145+543.16 3426.89+（1281.08+160.135）0.5 =10296.64KN注：梁柱剩上粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数1.05。集中于各楼层标高处的重力荷载代表值G i的计算结果如下图所示：第四部分：横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算一、横向自振周期的计算： 横向自振周期的计算采用结构顶点的假想位移法。按式Ge=Gn+1（1+3h1/2/H）将突出房屋重力荷载代表值折算到主体结构的顶层，即：Ge=543.16081+33.9/（3.65+4.9）=650.8153（KN）基本自振周期T1（s）可按下式计算：T1=1.7T （uT）1/2注：uT假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值Gi作为水平荷载而算得的结构顶点位移。T结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数，取0.6。uT按以下公式计算：VGi=Gk（u）i= VGi/D ij uT=（u）k注：D ij 为第i层的层间侧移刚度。 （u）i为第i层的层间侧移。 （u）k为第k层的层间侧移。 s为同层内框架柱的总数。结构顶点的假想侧移计算过程见下表，其中第六层的Gi为G6和Ge之和。结构顶点的假想侧移计算层次Gi（KN）VGi（KN）D i（N/mm）ui（mm）ui（mm）610404.290110404.290176260013.641265.98959927.338620331.628776260026.661252.68549927.338630258.967376260039.679225.68539927.338640186.305976260052.696186.00629910.191850096.497772953068.670133.3119618.583659715.081392381064.64064.64T1=1.7T （uT）1/2 =1.70.6(0.265989)1/2=0.526(s)二、水平地震作用及楼层地震剪力的计算：本结构高度不超过40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切型为主，故可用底部剪力法计算水平地震作用，即：1、结构等效总重力荷载代表值GeqGeq=0.85Gi=0.85（9618.5836+9910.1918+9927.33863+9753.4748+543.1608）=50666.3128（KN） 2、计算水平地震影响系数1查表得二类场地近震特征周期值Tg=0.35s。查表得设防烈度为7度的max=0.151=（Tg/T1）0.9max =（0.35/0.526）0.90.15 =0.0965 3、结构总的水平地震作用标准值FEkFEk=1Geq =0.096550666.3128 =4890.5658（KN）因1.4Tg=1.40.3=0.42sT1=0.526s，所以应考虑顶部附加水平地震作用。顶部附加地震作用系数 n=0.08T1+0.07=0.080.526+0.07=0.1121 F6=0.11214890.5658=548.2324KN 各质点横向水平地震作用按下式计算： Fi=GiHiFEk（1-n）/（GkHk） =4342.333（KN）地震作用下各楼层水平地震层间剪力Vi为 Vi=Fk（i=1，2，n） 计算过程如下表：各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次Hi（m）Gi（KN）GiHi（KNm）GiHi/GjHjFi（KN）Vi（KN）23.2543.160812927.230.01773.82073.820622.39753.4748221403.880.2691168.0881241.908518.79927.3386189612.170.230998.7372240.645415.19927.3386153873.750.187812.0163052.662311.59927.3386118135.330.143620.9543673.61527.99910.191882254.590.100434.2334107.84814.39618.583647131.060.055238.8284346.676824446.29各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见下图： 三、多遇水平地震作用下的位移验算：水平地震作用下框架结构的层间位移（u）i和顶点位移u i分别按下列公式计算：（u）i = Vi/D iju i=（u）k各层的层间弹性位移角e=（u）i/hi，根据抗震规范，考虑砖填充墙抗侧力作用的框架，层间弹性位移角限值e1/550。计算过程如下表：横向水平地震作用下的位移验算层次Vi（KN）D i（N/mm）（u）i （mm）ui（mm）hi（mm）e=（u）i /hi61241.9087626001.62923.72336001/221052240.6457626002.93822.09436001/122543052.6627626004.00319.15636001/89933673.6157626004.81715.15336001/74724107.8487295305.63110.33636001/63914346.6769238104.7054.70547001/999由此可见，最大层间弹性位移角发生在第二层，1/6391/550，满足规范要求。四、水平地震作用下框架内力计算：1、框架柱端剪力及弯矩分别按下列公式计算：Vij=DijV i /DijM bij=Vij*yh M uij=Vij（1-y）hy=yn+y1+y2+y3注：yn框架柱的标准反弯点高度比。 y1为上下层梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值。 y2、y3为上下层层高变化时反弯点高度比的修正值。 y框架柱的反弯点高度比。底层柱需考虑修正值y2，第二层柱需考虑修正值y1和y3，其它柱均无修正。下面以轴线横向框架内力的计算为例：各层柱端弯矩及剪力计算（边柱）层次hi（m）Vi（KN）D ij（N/mm）边 柱Di1（N/mm）Vi1（KN）ky（m）M bi1（KNm）M ui1（KNm）63.61241.9087626001768128.7940.3630.1818.6685.0053.62240.6457626001768151.9500.3630.3361.72125.3043.63052.6627626001768170.7760.3630.40101.92152.8833.63673.6157626001768185.1730.3630.45137.98168.6423.64107.8487295301768199.5580.3630.55197.12161.2813.94346.67692381025112118.1560.3520.73405.39149.94例：第六层边柱的计算： Vi1=176811241.908/762600=28.794（KN） y=y n=0.18（m） （无修正） M bi1=28.7940.183.6=18.66（KN*m） M ui1=28.794（1-0.18）3.6=85.00（KN*m）各层柱端弯矩及剪力计算（中柱）层次hi（m）Vi（KN）D ij（N/mm）中 柱Di2（N/mm）Vi2（KN）kY（m）M bi2（KNm）M ui2（KNm）63.61241.9087626002755644.8750.6320.3048.46113.0853.62240.6457626002755680.9640.6320.40116.59174.8843.63052.66276260027556110.3060.6320.45178.70218.4133.63673.61576260027556132.7430.6320.45215.04262.8323.64107.84872953027556155.1630.6320.54301.64256.9513.94346.67692381029552139.0470.6140.65424.79228.732、梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按以下公式计算： M l b=i l b（Mbi+1，j + M u i，j）/（i l b+ i r b） M r b=i r b（Mbi+1，j + M u i，j）/（i l b+ i r b） V b=（M l b+ M r b）/ l Ni=（V l b- V r b）k 具体计算过程见下表：梁端弯矩、剪力及柱轴力的计算层次边梁走道梁柱轴力MlbMrblVbMlbMrblVb边柱N中柱N685.00 64.91 7.20 20.82 48.17 48.17 2.40 40.14 -20.82 -19.32 5143.96 128.19 7.20 37.80 95.15 95.15 2.40 79.29 -58.62 -60.81 4214.60 192.28 7.20 56.51 142.72 142.72 2.40 118.92 -115.13 -123.22 3270.56 253.43 7.20 72.78 188.10 188.10 2.40 156.75 -187.91 -207.19 2299.26 270.91 7.20 79.19 201.08 201.08 2.40 167.57 -267.10 -295.57 1347.06 304.42 7.20 90.48 225.95 225.95 2.40 188.29 -357.58 -393.38 例：第六层：边梁 M l b= M u 6=85.00 KNmM r b=113.08*4.5/（4.5+3.34）=64.91 KNm走道梁 M l b =M r b=113.08-64.91=48.17 KNm 边柱N=0-20.82=-20.82 KN 中柱N=20.82-40.14=-19.32 KN 轴线横向框架弯矩图（KN*m） 轴线横向框架梁剪力图（KN） 轴线横向框架柱轴力图（KN）4.2 横向风荷载作用下框架结构的内力和侧移计算4.2.1 风荷载标准值 （4.10）-高度Z处的风振系数 -风荷载体型系数-风压高度变化系数 -基本风压（0.35 kN/m2 ）高度Z处的风振系数：由于房屋的总高度小于30m，所以取1.0；对于矩形平面；地面粗糙度类别取B类；按线性插值法取用，如下表表4.6 风压高度变化系数（地面粗糙度为C类）离地面高度Z/m4.37.911.515.118.722.30.740.740.740.740.760.84 则各楼层的线荷载为：14层：5层：6层： 换算成作用在各楼层处的集中荷载（各楼层处各取上下层高的一半计）：1层： 24层：5层：6层：4.2.2风荷载作用下的水平位移的验算表4.7 风荷载作用下的水平位移的验算 层次661.6661.6610762530.0571.22636001/58120555.737117.4010762530.1091.17436001/33042454.252171.6510762530.1590.98836001/20747354.252225.9010762530.2100.93136001/15723254.252280.1510762530.260