土木工程工民建专业毕业设计框架计算书（含外文翻译）

第一章绪论3第二章设计总说明4第一节建筑设计说明4一、总平面设计4二、平面设计4三、剖面设计5四、立面设计5五、屋面、楼地面做法5六、门、窗做法5第二节结构设计说明6一、结构方案选择6二、结构布置6第三章结构设计计算7第一节构件尺寸的确定7第二节重力荷载计算9一、屋面的永久荷载标准值9二、屋面及楼面可变荷载标准值9三、梁、柱、墙、门、窗重力荷载计算9四、楼板、雨篷、阳台楼板、屋面的重力荷载值13五、各层永久荷载代表值13六、活载计算14七、重力荷载代表值14第三节、框架侧移刚度计算15一、横梁的线刚度I15B二、柱的线刚度16C三、柱的侧移刚度D17第四节、横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移刚度计算18一、横向自振周期计算18二、水平地震作用及楼层地震剪力计算19三、水平地震作用下的位移验算21四、水平地震作用下框架内力计算22第五节、竖向荷载作用下框架结构的内力计算26一、横向框架内力计算26二、横向框架内力组合31第六节截面设计48一、框架梁48二、框架柱55三、框架梁柱节点核芯区截面抗震验算67第七节、罕遇地震作用下弹塑性变形验算71一、罕遇地震作用下的楼层剪力71二、楼层受剪承载力计算71第八节双向板设计75一、设计资料75二、荷载设计值75三、按塑性理论计算75第九节、楼梯设计78一、设计资料78二、梯段板设计79三、平台板的设计80四、平台梁设计81（一）确定梁尺寸81（二）荷载计算81（三）内力计算81（四）配筋计算82第十节桩基础设计82一、桩顶轴压力验算83二、按下列配筋83四、扩底灌注桩扩底端尺寸的确定83第四章结论85致谢86参考文献87附录87（一）外文原文87（二）外文原文翻译93第一章绪论毕业设计是我们在毕业前最后的学习和综合训练阶段，是深化、拓宽、综合学习的重要过程。因此毕业设计对提高我们的专业水平具有十分重要的意义。作为建筑工程专业的毕业设计，采用了住宅楼作为设计题目，具有广泛的应用性。一幢建筑物的设计包括建筑设计和结构设计两部分。建筑设计除了要满足使用者的功能要求，还要考虑到经济、美观、实用等要求。本设计是在任务书的要求下设计的，在考虑了具体使用要求的前提下，还尽量考虑了防火、防滑、保温隔热等方面的要求。例如，在卫生间设置了防滑地板砖。另外，还考虑了采光、通风的要求，窗的面积的大小根据窗地比来确定的。此外，在设计中尽量考虑到功能合理，结构经济合理。在结构设计计算中，结构设计需满足的要求有安全性、实用性、耐久性等。这三方面总称为结构的可靠性，科学的设计方法就是在结构的可靠与经济之间选择一种最佳的平衡。在本设计中采用了全现浇钢筋混凝土框架结构，由梁、柱构件通过结点连接构成，它既承受竖向荷载，又承受水平荷载。框架结构体系的优点是建筑平面布置灵活，能够获得较大空间，加隔墙后也可做成小房间；建筑立面容易处理；结构自重较轻；计算理论比较成熟，通过合理设计，框架本身的抗震性能较好，能够承受较大的变形；在一定高度范围内造价也较低。由于框架结构的构件主要是梁和柱，所以梁、柱的尺寸都不能太大，否则影响使用面积，因此框架结构的侧移刚度较小，水平位移大，这是它主要的缺点，并因此限制了框架结构的建筑高度。在高层建筑中，梁、柱必须做成刚接，梁的跨度受到梁断面尺寸的限制，柱断面的尺寸要根据所承受的轴力和弯矩的大小确定，在地震区，柱的断面尺寸还受到轴压比的限制。在本设计中，建筑物位于甘肃省兰州市，地震设防烈度为八度第二组，层数为六层，综合各种结构体系的优缺点及设计的要求，从而选择了框架结构。另外，本设计依据地形条件及土层的承载力把基础设计为桩基础，采用的是大直径人工挖孔灌注桩。这种基础在多层建筑设计中用得比较广泛，它的承载能力好，不容易下沉或偏移，而且比较经济。第二章设计总说明第一节建筑设计说明一、总平面设计本设计为兰州市隆德家园1号楼，根据当地的环境，即建设地段的大小、形状、道路交通情况、地形条件、朝向、主导风向、气候条件等，做出了总平面设计，即设置了功能分区、组织道路系统、安排出入口以及布置绿化和其它附属设施。二、平面设计本设计的原则是尽量在满足住宅楼的使用要求的基础上，考虑到经济、美观、实用等要求。通过平面组合设计、交通组织及防火疏散设计及柱网布置等做出了平面设计，包括房间使用面积、形状、大小的确定；门窗大小及位置的确定；楼梯、过道的设计。三、剖面设计根据平面设计进行剖面设计，层数为6层，26层高均为33M，层层高为43M，总高为243M。其中根据层高对楼梯踏步进行了设计。四、立面设计根据建筑内部空间组合的平、剖面关系，进行立面设计。包括对门窗进行了调整，并对入口、雨蓬、建筑装饰等进行重点及细部调整。立面整体呈米黄色。五、屋面、楼地面做法屋面、楼地面具体做法如图1、图2所示。另外，卫生间墙面满铺瓷砖，地面为防滑地板砖、厕所墙裙高铺瓷砖，地面均设地漏。六、门、窗做法窗一律采用铝合金，建筑图中编号为M1是大门，编号M2是各户的门，编号M4和M5分别是卧室和卫生间门，M3是阳台门。第二节结构设计说明一、结构方案选择该建筑为6层住宅楼，建筑平面布置灵活，且需要较大空间，可考虑采用框架结构或框剪结构。由于框架体系具有如下的特点它是由梁、柱构件通过节点连接形成的骨架结构，由梁、柱承受竖向荷载和水平荷载，墙仅起维护作用。其优点是建筑平面布置灵活，可做成需要较大空间的会议室，也可做成小空间的房间；缺点是梁柱截面尺寸不能太大，侧向刚度较小，水平位移大。受力变形特点框架结构本身的抗震性能较好，能承受较大变形，特别适用于建筑高度不超过60M的建筑物。所以本设计中采用框架结构。二、结构布置根据该住宅楼的使用功能及建筑设计的要求，进行了建筑平面、立面、剖面的设计，具体布置见建筑设计图纸部分。本住宅楼共六层，二五层层高均为33M，一层层高为43M。楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取100。外墙和内墙均采用加气混凝土填充墙砌筑，外墙厚300，内墙厚200。结构布置见图3。图3结构布置图第3章结构设计计算第一节构件尺寸的确定梁截面高度按梁跨度的1/121/8估算，梁截面宽度可取1/31/2梁高，由此可估算的梁截面尺寸如下，混凝土强度等级取C30F143N/MM,F143N/MM,梁、C2T2柱纵向受力钢筋采用HRB400级钢FF360N/MM,箍筋选用HPB235级钢筋Y2FYV210N/MM。2梁截面尺寸（一至六层）纵向外框架梁BH350MM700MM纵向内框架梁BH350MM500MM横向外框架梁BH350MM700MM横向内框架梁BH350MM500MM次梁BH250MM400MM柱截面尺寸可根据式（1）和式（2）粗略确定AC式（1）CNFN式（2）NFGE由规范可知框架结构的抗震等级为二级，其轴压比限值08，各层的重N力荷载代表值近似取12KN/,边柱及中柱的负载面积分别为375255和37536。边柱AC78239MM3148060257312中柱AC106206MM622如取柱截面为正方形，则边柱和中柱截面高度分别为280和326。设计中，截面尺寸取为400MM400MM（一至六层）。女儿墙高06M柱截面取200MM200MM女儿墙板厚60MM。框架结构的计算简图见图4图4横向框架计算简图取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板底，25层柱高度即为层高，取28M,底层柱高度从室内外地平取至一层板底，室内外地平标高初步定为0600M,即H1280634M。第二节重力荷载计算一、屋面的永久荷载标准值屋面（不上人）30厚细石混凝土保护层22003066KN/三毡四油防水层04KN/20厚13水泥砂浆找平层2000204KN/150厚水泥蛭石保温层5015075KN/100厚钢筋混凝土板2501025KN/合计471KN/16层楼面瓷砖地面（包括水泥粗砂打地）055KN/100厚钢筋混凝土板2501025KN/合计305KN/二、屋面及楼面可变荷载标准值不上人屋面均布活荷载标准值05KN/楼面活荷载标准值20KN/屋面雪荷载标准值R10015015KN/0S式中R为屋面积雪分布系数,取R10三、梁、柱、墙、门、窗重力荷载计算梁、柱可根据截面尺寸，材料容重及粉刷等计算出单位长度上的重力荷载，因板自重已计入楼面屋面的恒载之中，故计算梁自重时梁截面高度应取梁原高度减去板厚。同时，梁两侧的面层粉刷层等重量也应计入梁自重内。对于柱，取每层层高值，底I层柱从室内外高差取至二层楼板顶面，即34M。对于梁，取减去两端柱的净长。I对墙、门、窗等计算出单位面积上的重力荷载。计算墙的重力荷载时，墙长应取减去柱之后的净长，墙高应减去梁高之后的净高。（一）梁柱重力荷载标准值钢筋混凝土德自重25KN/M3，各层的梁、柱尺寸相同。表21梁重力荷载标准值GBHIGIGI层次构件BH（M2）KN/M（M）N（KN）KN26197503822850021750029110875KL1（6）0305375321120006862503053753211200026181253822375016层KL2（7）0250531252162506918829190633211000032220000261812550231250KL3（6）02505312529190636843832224000261975050237500KL4（6）030537529110875821251716375KL5（2）030537544116500228750305375471176251715313KL6（3）0250531254411375036688KL7（3）471146881715313KL11（3）0250531254411375033755KL8（1）02505312547229315293751915938KL9（2）0250531254411375019688471146881715313KL10（3）0250531254411375033751471176251716375KL12（3）030537544116500405L1025042542221000L2025042521210500L3025042548224000L402504251829000645GI603255表22柱重力荷载标准值层次构件B（MM）GBHKN/MIMNGIKN女儿墙Z0202106171026Z0404415291745Z040442929336424Z0404428293248底层Z0404431293596注1表中G表示单位长度构件重力荷载；N为构件数量。2梁长度取净长；柱长度取层高。（二）墙体参数计算外墙为300MM厚的加气混凝土砌块，外墙面贴瓷砖（05KN/），内墙面为厚20MM厚的抹灰，则外墙单位面积重力荷载为05570317002255KN/内墙为200MM厚的加气混凝土砌块，两侧均为20MM抹灰，则内墙单位面积重力荷载为5702217002182KN/隔墙为100MM预制钢筋混凝土板墙,则单位隔墙面重力荷载为012525KN/女儿墙为60MM预制钢筋混凝土板墙，则单位墙面重力荷载为0062515KN/表23墙体重力荷载标准值层次构件（M）H（M）S（M2）S门窗（M2）S墙SS门窗（M2）GI（KN）GI（KN）外墙6531052616939231297733091内墙71231052618512195816554301283底层隔墙2583105266708139653121328764993外墙652805231495368911261287156内墙7122805231637619581441826240824隔墙2582804246192139647961199669464外墙65290524156368911911303731内墙71229052417088195815132753665隔墙2582904256451396505412635705447顶外墙65156518044696119743469305108内墙7121505107129796141111766隔墙2581504111838698214535层女儿墙6880641280412861924（三）门、窗参数计算防盗门单位面积重力荷载为045KN/，木门单位面积重力荷载为02KN/，铝合金窗单位面积重力荷载取04KN/。表24门窗重力荷载标准值层次构件BHMMAINGI（KN/M2）GIKN备注GI（KN）M1152131510451418三合一防盗门M2092118920451701三合一防盗门M3092018702252夹板门M40820161102352夹板门TLM118213782021512推拉玻璃门C1151522590481铝合金属推拉窗C2181527204216铝合金属推拉窗底层C309090813040972铝合金属推拉窗21583M2092118920451701三合一防盗门M3092018702252夹板门M40820161102352夹板门TLM118213782041512推拉玻璃门C1151522590481铝合金属推拉窗C2181527204216铝合金属推拉窗26C309090814041296铝合金属推拉窗20389四、楼板、雨篷、阳台楼板、屋面的重力荷载值（一）板的重力荷载值1到6层的板的重力荷载值相同，板厚为100MM各层楼面使用面积（24304）（1204）365103243604243704（12043）202（4804）5（5104）52（304）（3304）2（3604）3（1802）22904224992M2楼板的重力荷载值24992305762256KN（二）屋面屋面面积（24304）（1204）365128792M2重量28792471135610KN五、各层永久荷载代表值顶层永久荷载代表值12（60325534693419341203891/213561）301187KN五层永久荷载代表值12（603255336470544720389762256195345）314771KN四层永久荷载代表值12（603255324866946420389762256195345）309061KN三层永久荷载代表值12（603255324866946420389762256195345）309061KN二层永久荷载代表值12（603255324866946420389762256195345）309061KN底层永久荷载代表值12（603255359676499321583762256408195345）325333KN六、活载计算（一）楼面均布活载各层楼面使用面积24992M2楼面活载24992M220KN/M249984KN（二）阴、阳台均布活载阴、阳台面积408362422472M2阴、阳台活载2472M225KN/M2618KN（三）屋面均布活荷载（屋面为不上人屋面）屋面面积28792M2屋面活载28792M205KN/M214396KN（四）雪荷载屋面面积28792M2雪荷载28792M2015KN/M243188KN七、重力荷载代表值集中于各楼层标高处的重力荷载代表值G为计算单元范围内各层楼面上的重力荷I载代表值及上、下各半层的墙、柱等重量重力荷载代表值是结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和，见图5。G630118714396431880595803KN平均11036KN/M2G5314771（49984618）0595803KN平均11908KN/M2G4309061（49984618）0595803KN平均11710KN/M2G3309061（49984618）0595803KN平均11710KN/M2G2309061（49984618）0595803KN平均11710KN/M2G1325333（49984618）05118942KN平均1227KN/M2图5各质点的重力荷载代表值第三节、框架侧移刚度计算本设计中只对横向框架的侧移刚度进行计算,纵向框架不作计算。一、横梁的线刚度IBI式（3）BCIE其中为混凝土弹性摸量，为梁的计算跨度。为梁的截面惯性矩，本设计中CEBI楼面采用现浇楼面，可近似按表31采用BI表31梁截面惯性矩取值楼面做法中框架梁边框架梁现浇楼面20BI015BI0表32横梁线刚度I计算表B类别层次/N/MMCE2BH（MM）1230BHI（M4）L/MM）/LCE0I/（NMM）15C/L/（NMM）2E/L/0I（NMM）131540350700714991080002813104219105626边横梁263013507007146980001688102531103376走道1315350500260491024004101615282024101010梁2630350500260491024003906105859104812二、柱的线刚度CI/H式CIECI（4）其中为柱的截面惯性矩，H为框架柱的计算高度CI表33柱线刚度计算表CI层次CMCEKN/M2HBMMCIM4/CIECIHKNM26333151070404213310393910414330107040421331031562104三、柱的侧移刚度DD式21HIC（5）其中，为柱侧移刚度修正系数，本设计中底层采用固接，故底层修正系数CC，一般层修正系数，表示梁柱线刚度比。K20CK2根据梁柱线刚度比的不同，可将柱子分为中框架中柱和边柱，边框架中柱和边柱以及楼梯间柱等。计算结果分别见下表。表34中框架柱侧移刚度D值KN/M层次A轴边柱5根D轴边柱3根KC1IDKC3IID36040101417601090402420431570480203910151218120801029126514724890102810817194010751031024011651180表35边框架柱侧移刚度D值KN/M层次A1，A10B1，B10KC1IDKC2IID3602910112124120589012121001668262025601211211605160151258797599010231030117142041403812106076404表36楼梯间框架柱侧移刚度D值KN/MC5，C6D5，D6层次KC1IKC2IID360312015119081028901241010458370215060212235010201007189006480210419020420170018102182140083140将上述不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，即得框架各层层间侧移刚度，见表ID37。表37横向框架层间侧移刚度D值KN/M层次123456ID810724865682695676695676695676695676810724/865682093707,故该框架为规则框架21/第四节、横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移刚度计算一、横向自振周期计算结构顶点的假想侧移公式式GIVNIK（6）/式IUISIJJD（7）式TNIKK（8）其中为集中在K层楼面处的重力荷载代表值,为把集中在各层楼面处的重KGGIV力荷载代表值视为水平荷载而得的第I层的层间剪力,为第I层的层间侧移刚度,SIJJD,分别为第I,K层的层间侧移,S为同层内框架柱的总数,计算过程见表41IUK表41结构顶点的假想侧移计算层次INGIVK/IKNMIUIUM6114271114271695676164291735958032100746956763022753349580330587769567643924513395803401686956765772012329580349748386568267514353111894261642581072476037603按式17计算基本周期TTU1T其中为计算结构基本自振周期用的结构顶点假想位移M,为结构基本自T振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数，框架结构取0607，本设计中取07，T则ST6302917071二、水平地震作用及楼层地震剪力计算本设计中,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。结构总水平地震作用标准值按式（9）计算式EKF1EQG（9）式中为结构等效总重力荷载，单质点应取总重力荷载代表值，多质点应取总重力荷EQG载代表值得85，为相应于结构基本自振周期得水平地震影响系数值1085085（118942958034114271）EQID5239613KN本工程为第类场地，地震设防烈度为八度第二组，特征周期为040SGT多遇地震为8度时，水平地震影响系数最大值016MAX1MAX90TG08616390总水平地震作用标准值（即底部剪力）00865239613450611KNEKF1EQG因141403042S063S，所以考虑顶部附加水平地震作用。GT1T各质点的水平地震作用按式（10）计算EKNJJIIFHG1式（10）其中、分别为集中于质点I、J的重力荷载代表值，、分别为质点IGJIJI、J的计算高度，则NJJIIHGF120414506具体计算过程见表42，各楼层地震剪力按式（11）计算式IVNIK（11）其中为作用在楼面处的水平荷载。计算结果也见表42。KF表42各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次IH/MIH/MIG/KNIH/KNMJIGIF/KNIV/KN102181846840260200532101210163320895803199270202621038412485533175958031676553022087192120443314295803136040301797095282993331099580310442530137154343373323376958037281030096380537538143431189424119530054214839678注HI为第I层楼板离地面得高度。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图6。（A）水平地震作用分布B层间剪力分布图6横向水平地震作用及楼层地震剪力（单位KN）三、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和顶点位移分别按式（12）和式（13）IUIU计算计算过程见表43，表中还计算了各层的层间弹性位移角，IEH/SJIJIIDVU1/式（12）式NKK1（13）表43横向水平地震作用下的位移验算层次IV/KNID/KN/MIU/I/IH/IEHU612485695676179229933001/184452120469567630521233001/1182428299695676407181533001/811333733695676485140833001/68023753886568243492328001/76013967881072448948943001/879由上表可见，最大层间弹性位移角发生在第三层，其值为1/6801/550，满足的要求。50/HU四、水平地震作用下框架内力计算（一）取框架中的轴线为计算单元，用D值法进行计算，其余框架内力计算从略。D值法是用修正柱的抗侧移刚度和调整反弯点高度的方法计算水平荷载作用下的框架内力。D值法忽略了柱的轴向变形，还作了另外一些假定。因此，也是一种近似计算方法。在规则框架中使用D值法效果较好，所以用D值法进行计算，框架端剪力及弯矩分别按式（14）、式（15）、式（16）计算式ISJJIJIJV1（14）YHMIJBIJ式（15）VIJUIJ1式（16）其中为I层J柱的侧移刚度，H为该层柱的计算高度，Y为框架柱的反弯点IJD高度比。取自表37，层间剪力取自表42，各柱反弯点高度比Y按式（17）确定IJ式NYY321（17）其中1Y为上、下层梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值，、为上、2Y3下层高度变化时反弯点高度比的修正值，为框架柱的标准反弯点高度比，均由表NY中查取。本设计中底层柱需考虑修正值，第二层需考虑修正值，其余柱均无修23正。具体计算过程见表44。表44（A）A柱（边柱）端弯矩及剪力计算层次IH/MIV/KNDIJ/N/MM1I1IVKYBIM1UI1633124856956761760131504010220798316533212046956761760153604010356191114974332829969567617601716040104094511417733333733695676176018530401045126671548223337538865682218129460391055171701404814339678810724194019490344085346866121注表中M单位为KNM,V单位为KN。表44（B）B柱（中柱）端弯矩及剪力计算层次IH/MI/KNDIJ/N/MM2I2IVKYBIM2UI26331248569567620431337090403538992353321204695676204316230904045925113143328299695676204318310904045123415083333373369567620431991090404514721799233375388656822651411500801051898189814339678810724240111175075107135871465注表中单位为KNM,V单位为KN。（二）梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按式（18）、式（19）、式（20）、式（21）计算，其中梁线刚度取自表32，具体计算过程见表45式,1UIJBJIRBMIM（18）式,1UIJBJIRBRI（19）21BBMV式（20）式KRBNIKIN（21）其中、分别表示节点左、右梁的线刚度，、分别表示节点左、右梁BIRBMRB的弯矩，为柱在I层的轴力，以受压为正。IN表45梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层AB跨BC跨（走道梁）CD跨次BMRBBVBMRBBVBMRBBV6831657718176345934592428883165771817651357610608830285185124709135761060883024203681705684681304130424108720368170568468324933218958585150415042412537098137185140822267152162186042196219622416352671521621860421232912022288544163116312413592329120222881631层柱轴力次ANBCND61761125478519494611383153118062213522837126793652注1）柱轴力中的负号表示拉力，当为左地震作用时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。2）表中M单位为KNM,V单位为KN，单位为M,N单位为KN。（三）水平地震作用下框架的弯矩图、梁端剪力图及柱轴力图如图7所示（A）框架弯矩图（KNM）B梁端剪力及柱轴力图（KN）图7左地震作用下框架弯矩图、梁端剪力图及柱轴力图第五节、竖向荷载作用下框架结构的内力计算一、横向框架内力计算（一）计算单元取轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为345M，如图8所示。在这里对计算单元进行进一步简化，忽略次梁和纵向框架梁得中心线与柱的中心线不重合而产生的内力。图8横向框架计算单元（二）荷载计算1）恒载计算图9各层梁上作用的恒载在图9中、代表横梁自重，为均布荷载形式。1Q对于第六层，375KN/M,358KN/M1Q和分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载，由图4几何关系可得247935168KN/M2Q47924115KN/M，分别为由边纵梁、中纵梁、纵次梁直接传给柱的横载，它包括梁自重，楼板重1P2和女儿墙等的重力荷载，计算如下3527052278/22747942373758/23381271217111KN3527052278/2273524/212247942373388/22P1915KN集中力矩ME21711（04025）/2163KNM1MPE1915（04025）/2144KNM2对于第25层梁自重和其上横墙自重，为均布荷载，结果为37544933186KN/M1Q358KN/M26235917NKN/M26235917KN/M22Q（）、分别为边纵梁和中纵梁直接传给柱的恒载，它包括梁自重、楼板重和1P2墙体自重等重力荷载，计算如下352722624237375433866412722450427245214393KN35272612262423737544492770419301KNP集中力矩ME1439304025/2108KNM1MPE1930104025/2145KNM2对于1层45844933194KN/M375KN/MQ1Q917KN/M63KN/M2Q2Q（）、分别为边纵梁和中纵梁直接传给柱的恒载，它包括梁自重、楼板重和1P2墙体自重等重力荷载，计算如下352722625143737544496642452721596KN1353512626251437375444947051872KN2PME159605025/2197KNM1MPE187205025/2234KNM22活荷载计算活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图10图10各层梁上作用的活载对于第6层3527KN/M24248KN/