土木工程毕业设计（论文）-6层框架结构综合楼设计.doc

毕 业 设 计 计 算 书 综合楼设计 院 系： 土木工程学院 专 业： 土木工程 学 号： 姓 名： 指导老师： 综合楼设计摘 要本设计为6层框架结构综合楼，总建筑面积约5700.24m2,主体结构高度约23.1m。地处6度抗震设防区域。本设计的计算内容主要有：结构设计方面，先根据轴压比确定柱和墙的截面尺寸及梁跨度估算梁板截面，计算出各构件的几何特征值和结构体系刚度特征值；然后对单，双向楼板进行内力计算和配筋；其次是按其分配墙所受的水平荷载作用，计算建筑物的自重质量。用d值法计算水平风荷载和地震作用下的内力和位移（其中用底部剪力法计算地震作用，本建筑物的质量和刚度沿高度分布比较均匀、高度为23.1m40m、以剪切变形为主，所以适用于底部剪力法计算地震作用）。计算出建筑物在竖向荷载作用下产生的内力。思路是计算结构横方向的总抗侧刚度，计算结构基本自振周期，计算在水平荷载下产生的内力。进行内力值调幅后计算内力组合，以最不利内力进行梁、柱的配筋计算。按弹性方法对楼梯和基础进行配筋。关键词 框架结构，抗侧刚度，底部剪力法，内力组合abstract the design for the 6-storey frame structure of university building, a total construction area of about 5700.24m2, the main structure of an altitude of about23.1 m. 6 degrees seismic fortification is located in the region, soil type is a category 2. structural design is the focus of this design. the design of the main terms: structural design aspects，first axial compression ratio determined in accordance with columns and walls of the section size and beam span estimates beam cross section, calculated the geometric characteristics of the various components of stiffness and structural characteristics of the value system and secondly walls suffered their distribution is the level of load, the calculation of the quality of building self-respect.the calculation of the basic structure of the natural cycle, the calculation of the level of wind loads and seismic shear wall under the internal forces and displacement (of which calculated using shear at the bottom of the earthquake, the building stiffness along the high quality and relatively uniform distribution, the height of 23.1m 40m, mainly to shear deformation, applied to the bottom of shear method earthquake). calculated in the buildings under vertical load of the internal forces. thinking is calculated structure of the horizontal direction of the lateral rigidity, in the calculation of the level load the internal forces. internal force is calculated after a combination of internal forces, internal forces in the most unfavorable to beams and columns reinforced calculation. reinforcement floor calculation: the flexible approach of the roof slab, a reinforced floor and staircases reinforcement.keywords frame struture，resist lateral stiffness，bottom shear force method，combination of internal forceiii 目 录摘要 .abstract .ii前言 1第一章 设计基本资料 21.1设计原始资料.21.1.1工程概况及自然条件.21.1.2材料选用 .21.2 结构选型 21.3 梁截面、梁跨度及柱高的确定.31.3.1 截面选择.31.3.2 框架柱截面尺寸的轴压比限值计算 .31.4 刚度计算 4第二章 荷载计算 . 52.1恒载计算52.2 活载计算. 72.3 风荷载计算102.4 地震作用抗侧验算. 122.4.1重力荷载代表值计算.122.4.2顶层重力荷载代表值计算.132.4.3标准层重力荷载代表值计算132.4.4底层重力荷载代表值计算132.4.5各层水平地震作用的计算142.4.6 地震作用下水平位移的验算15第三章 内力计算.153.1 恒载内力计算163.2活载内力计算.203.3地震作用内力计算.25第四章 内力组合304.1梁柱的内力组合.304.2地震作用效应的调整.44第五章 截面配筋的计算505.1框架柱截面设计.505.2 框架梁截面设计 69第六章 板的设计 .756.1 屋面板的设计.756.1.1设计资料756.1.2荷载计算. 756.1.3塑性理论的计算. 766.1.4配筋计算776.2 楼面板的设计 786.2.1设计资料786.2.2荷载计算786.2.3按塑性理论计算796.2.4配筋计算80第七章 楼梯设计 817.1 踏步板计算 . 817.1.1荷载计算. 817.1.2内力计算827.1.3截面承载力计算 827.2.梯段板计算 827.2.1荷载计算827.2.2内力计算837.3平台板设计.847.3.1平台板计算单元.847.3.2荷载计算847.3.3内力计算 .847.3.4配筋计算857.4平台梁的设计. 857.4.1平台梁计算单元85 7.4.2荷载计算857.4.3内力计算867.4.4配筋计算87参考书目89前 言土木工程专业毕业设计是学校教学计划的最后一个环节，是学生综合素质与工程实践能力培养相结合的全面检查。毕业设计的目的是培养学生综合应用所学基础课，专业知识和相应技能，以及土木工程设计问题的综和能力和创新能力，提高学生的综合素质和分析解决问题的能力。本毕业设计题目为综合楼设计，在进行方案设计前，我温习了结构力学，房屋建筑学，钢筋混凝土设计原理，建筑结构抗震设计，土力学与地基基础等相关专业课程，并且阅读了抗震规范，混凝土规范，荷载规范等相关设计规范。在本次设计中，我全面综合运用所学的基本理论，专业知识及实习中所见所闻的积累，进行建筑，结构设计并绘制施工图纸，特别是在设计期间，在老师的指导下，本组成员齐心协力，共同进步，发挥了大家的团队精神。在毕业设计后期，主要进行设计计算手稿的电脑输入，并得到老师的审批和指导，使我圆满地完成了设计任务，在此对指导老师以及帮助过我的同学表示感谢。毕业设计的几个月里，在指导老师的帮助下，经过查阅资料，设计计算，设计说明撰写以及外文的翻译，加深了我对新规范，规程，手册等相关内容的理解，巩固了专业知识，提高了综合分析和解决问题的能力，并熟练掌握了autocad和天正等绘图软件，从而在不同方面达到了毕业设计的目的和要求。因为框架设计的计算量较大，并且要求在计算中手算，再次由于自己水平有限，所以难免有不妥和疏忽之处还请老师给予谅解。36第1章 设计的基本资料1.1初步设计资料一、工程概况1. 工程名称:综合楼设计 ；2. 建设地点：苏州市；3. 工程概况：建筑总高度为23.1m，共6层，室内外高差为0.3m，层高顶层为4.2m，其余各层均为3.6m； 4.抗震：六度设防；风荷载积雪荷载标准值：风荷载标准值：0.4，雪荷载标准值：0.35。二、材料选用 1. 混凝土： 采用c30；2. 钢筋： 纵向受力钢筋采用热轧钢筋hrb400，其余用热轧钢筋hpb235；3. 墙体： 内、外墙采用水泥空心砖（1）240mm120mm60mm，重度8； 4. 窗： 钢塑门窗，0.405. 门： 木门，0.2。1.2 结构选型一、 结构体系选型：采用钢筋混凝土现浇框架体系；二、 屋面结构：采用现浇钢筋混凝土屋面，屋面板厚120mm；三、 楼面结构：全部采用现浇钢筋混凝土楼面，板厚120mm；四、 楼梯结构：采用现浇钢筋混凝土梁式楼梯；1.3 梁截面、梁跨度及柱高的确定一、截面选择板厚取h=40=4500/40=112.5mm 取板厚120mm；横梁高h=(1/81/12)l=(1/81/12) 4500mm=(375.5562.5)mm 取600mm；纵梁高h=(1/81/12)l=(1/81/12) 8000mm=（666.71000）mm 取700mm；梁宽b=（1/21/3）h且h/b=11.5为了便于施工，统一取梁的宽度b=400mm。二、 框架柱截面尺寸的轴压比限值，按下式计算1、 柱组合的轴压力设计值n=fn （1-1）2、n/ （1-2）注：为框架柱轴压比限值，本方案为三级框架，取0.9为混凝土轴心抗压强度设计值，本方案为c30混凝土，取14.32、 计算过程4、对于边柱n=fn=1.313.5146=1474.2kn n/=1474.2 /0.9 14.3=114545.45 对于内柱n=fn=1.318.18146=1985.256kn n/=1985.256/0.914.3=154254.55 因此统一取柱bh=600mm600mm; 其中：梁ac 400mm700mm 粱cd 400mm500mm 粱de 400mm600mm1.4、刚度计算混凝土等级c30，=3对于中框架梁 i=2.0左边梁：=1/12 b=1/120.4=11.4 = = =0.2m中跨梁：= =0.33m右跨梁：= =0.29m底层柱高：3.6+0.3=3.9m =31/12/4.05=8kens =31/12/3.6=9kens =31/12/4.2=7.7kens令=1，则=0.889，=0.856，=0.926，=0.953图1-2 框架线刚度示意图第2章 荷载计算2.1恒荷载计算一、 屋面均布荷载按屋面的做法逐项计算均布荷载：防水层刚性30厚c20细石混凝土防水 1.0防水层柔性三毡四油铺小石子 0.4找平层15厚水泥砂浆 0.015m20=0.30 找坡层40厚水泥灰焦渣砂浆3/1000找平 0.04m14=0.56保温层80厚矿渣水泥 0.08m14.5=1.16结构层120厚现浇钢筋混凝土板 0.12m25=3抹灰层10厚混凝砂浆 0.01m17=0.17 合计：6.89 二、楼面均布荷载水磨石地面 0.65 结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.12m25=3抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m17=0.17 合计：3.82 三、梁自重边梁：bh=400700mm 0.4m（0.7-0.12）m25=5.8kn/m抹灰层：10厚混合砂浆 0.197kn/m 合计：5.997kn/m中梁bh=400500mm 0.4m（0.5-0.12）m25=3.8kn/m抹灰层：10厚混合砂浆 0.129kn/mbh=400600mm 0.4m（0.6-0.12）m25=4.8kn/m抹灰层：10厚混合砂浆 0.149kn/m 合计：8.878kn/m四、基础梁 bh=400500mm 合计： 3.8kn/m五、 柱自重 0.60.6m25=9kn/m 抹灰层：10厚混合砂浆 0.1m0.6m17=0.408kn/m合计：9.408kn/m六、 外纵墙自重1. 2至5层纵墙： 1.2m 0.24m 8=2.304kn/m 钢框玻璃窗 1.2m0.4 =0.48kn/m水刷石外墙面 1.2m0.5 =0.60kn/m水泥粉刷外墙面 1.2m0.36 =0.432kn/m 合计：3.816kn/m2.底层 纵墙： （4.7-1.8-0.6-0.5）m 0.24m 8=3.456kn/m 钢框玻璃窗 1.8m0.4 =0.72kn/m水刷石外墙面 1.8m0.5 =0.90kn/m水泥粉刷外墙面 1.8m0.36 =0.648kn/m 合计：5.724kn/m3.顶层 纵墙 （4.7-0.6-2.7）m 0.24m 8=1.728kn/m 钢框玻璃窗 0.9m0.4 =0.36kn/m水泥石外墙面 0.9m0.5 =0.45kn/m水泥粉刷内墙面 0.9m0.36 =0.324kn/m 合计：2.862kn/m七、 内纵墙自重1、 底层至五层纵墙 （3.6-0.7）m 0.24m 8=5.568kn/m 水泥粉刷内墙面 2.9m0.36=1.044kn/m 合计：6.612 kn/m2、 顶层纵墙 （4.2-0.7）m 0.24m 8=6.720kn/m 水泥粉刷内墙面 3.5m0.36=1.26kn/m 合计：7.98 kn/m八、 横墙自重1、底层至五层. 横墙 （3.6-0.7）m 0.24m 8=5.568kn/m 水泥粉刷内墙面 2.9m0.36 =1.044kn/m 合计：6.612 kn/m2、顶层横墙 （4.2-0.7）m 0.24m 8=6.720kn/m 水泥粉刷内墙面 3.5m0.36 =1.26kn/m 合计：7.98 kn/m2.2活载计算一.、屋面和楼面活荷载标准值由荷载规范查得：上人屋面 2kn/楼面： 室内 2kn/ 走廊 2.5 kn/二、雪荷载=1.00.35kn/=0.35kn/屋面活荷载和雪荷载不同时考虑，两者中取大值。三、竖向荷载下框架受荷总图屋面板传荷载：板传至梁上的三角形或梯形荷载，为简化计算近似的为等效均布荷载，荷载的传递示意图如下图所示1、a-c轴间框架梁屋面板传荷载6.89kn/活荷载2.0kn/7.78kn梁自重：5.997kn楼面板传荷载恒载：3.820.8642.25214.85kn活载：20.8642.2527.78kn图2-1 荷载传递示意图a-c轴间框架梁均布荷载为：屋面梁：恒载梁自重板传荷载5.99726.7932.787活载板传荷载7.78楼面梁：恒载=梁自重+板传荷载=5.997kn/m+14.85kn/m=20.847kn/m活荷载=板传荷载=7.78kn/m2、d-c之间框架梁恒载：6.89kn/ 2.25m2=19.38kn/m活载：2.5kn/ 2.252=7.03kn/m楼面板传荷载：恒载：3.822.252=10.74kn/m活载：2.52.252=7.03kn/m梁自重：3.8kn/m屋面梁：恒载=梁自重+板传荷载=19.38+3.8=23.18kn/m活载=板传荷载=7.03kn/m楼面梁:恒载=梁自重+板传荷载 =3.8+10.74=14.54kn/m活载=板传荷载=7.03kn/m3、e-d轴之间框架梁与a-c之间框架梁相同4、a轴柱纵向集中何在的计算女儿墙自重（做法：墙高900mm，100mm的混凝土压顶）=0.24m0.9m18+250.1m0.24m+（1.02+0.24）0.5kn/=5.608kn/m天沟自重（琉璃瓦+现浇天沟）琉璃瓦自重 1.05m1.1kn/=1.16kn/m现浇天沟 250.60m+（0.20-0.080）0.08m+（0.6m+0.2m）（0.5kn/+0.36kn/）=2.13kn/m 合计：3.29kn 顶层柱恒载=女儿墙及天沟自重+梁自重+板传荷载=（5.608kn/m+3.29kn/m）4.5m+3.8kn/m（4.5-0.6）+(6.892.252.25) 2=98.46kn顶层柱活载=板传荷载=22.252.252=12.65kn标准层柱=墙自重+梁自重+板传荷载 =（2.304kn/m+3.8kn/m）（4.5m-0.6m）+3.82kn/2.25m2.25m2=47.98kn标准层柱活载=板传活载=12.65kn基础顶面恒载=底层外纵墙自重+基础梁自重=（3.456kn/m+3.8kn/m）（4,5m-0.6m）=28.30kn/m5、c轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱=梁自重+板传荷载=0.4m(0.6m-0.12m) 25+6.89kn/2.25m2.25m2=62.32kn顶层柱活载=板传荷载=2kn/1.5m4.5m+2.5kn/m1-1.5m4.5m=22.24kn标准层柱恒载=内纵墙自重+梁自重+板传荷载=4.8kn/(4.5m-0.6m)+6.612kn/（4.5-0.60）m+3.822.254.5+3.82【1-2】1.5m4.5m=89.69kn标准层柱活载=板传荷载=22.24kn基础顶面恒载=底层外纵墙自重+基础梁自重=（3.8+6.612）kn/m（4.6-0.6）m=40.61kn6、d轴柱同c轴柱，e轴柱同a轴柱。 得到桁架竖向受载图如下：图2-2 竖向受载图2.3风荷载为了简化计算，作用在外墙面上的风荷载可以近似的屋面梁和楼面梁处的等效集中荷载代替。荷载规范规定，对于高度大于30m，且高宽比大于1.5的房屋结构，应采用风振系数未考虑风压脉动影响，本设计房屋高度h=23.05m30m,而且h/b=22.055m/15.6m=1.411.5,故不考虑风压脉动的影响。作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值： （2-1） 式中： 基本风压=0.4kn/；风压高度变化系数，因建设地点位于洛阳市市区，所以地面粗糙度为c类；风荷载体型系数，由建筑物的体型查得1.3； 风振系数，取 =1.0 下层的柱高； 上层的柱高，对顶层为女儿墙高度的2倍； b迎风面的宽度，4.5m；计算过程见下表一表2-1集中风荷载标准值层次h(m) (kn/m)(m)(m)(kn)622.650.881.001.30.44.21.86.18518.450.811.001.30.43.64.27.39414.850.741.001.30.43.63.66.23311.250.741.001.30.43.63.66.2327.650.741.001.30.43.63.66.2314.050.741.001.30.44.053.66.62表2-2框架柱d侧移刚度的计算构件名称底层d(kn/m)顶层d(kn/m)25层d(kn/m)a柱299071870030416c柱371652739540333d柱371652739540333e柱299071870030416d13724695856139915水平荷载作用下框架的层间侧移可按下式计算： （2-2） 式中 第j层的总剪力； 第j层所有柱的抗侧刚度之和； 第j层的层间侧移。第一层的层间侧移值求出以后，就可以计算各楼板标高处的侧移值的顶点侧移值，各层楼板标高处的侧移值是该层以下各层层间侧移之和。顶点侧移是所有各层层间侧移之和。j层侧移： （2-3） 顶点侧移： （2-4） 框架在风荷载作用下侧移的计算见下表。表2-3 风荷载作用下框架侧移的计算 层次/kn/kn(kn/m)/m66.186.18958560.000061/7000057.3913.571399150.000101/3600046.2319.801399150.000201/1800036.2326.031399150.000201/1800026.2332.261399150.000201/1800016.6238.881372460.000301/13500侧移验算：层间侧移最大值 1/135001/550 (满足)2.4地震作用抗侧验算一.重力荷载代表值的计算 该建筑物的高度不超过30m，且质量和刚度沿高度均匀分布，故可采用底部剪力法来计算水平地震作用。 作用于屋面梁及各层楼面梁处的重力荷载代表值为： 屋面梁处： 结构和构件自重+50%活荷载 楼面梁处： 结构和构件自重+50%活荷载 其中，结构和构件自重取楼面上、下层高范围内（屋面梁处取顶层的一半加女儿墙自重）的结构及构件自重（包括纵横梁、楼板结构层、纵横墙体及柱等自重）。二、顶层重力荷载代表值的计算 =女儿墙自重+梁自重+柱自重+板自+纵横墙自重+门窗自重+0.5活荷载=5.608(50.4m+19m) 2+4.8kn/m50.4m4+5.8kn/m(19m-0.3m4-3m) 2+3.8kn/m10(19m-0.3m4-3m)+5.8kn/m2(3m-0.3m2)+3.8kn/m10(3m-0.3m2)+9.408kn/m2.1m124+6.89kn/m50.4m19m+0.52.862(50.4m-110.6m) 2+7.89kn/m(50.4m-110.5m) 2+7.98kn/m(19m-40.6m) 12+0.52kn/m50.4m19m=12677.5kn三、标准层重力荷载代表值的计算=梁自重+柱自重+板自重+纵横墙自重+门窗自重+0.5活荷载 =4.8kn/m50.4m4+5.8kn/m(19m-0.3m4-3m) 2+5.8kn/m x(19m-0.3mx4-3m)10+5.8kn/m2(3m-20.3m)+3.8kn/m10(3m-0.3m2)+9.408kn/m3.6m124+6.89kn/m50m19m+0.53.816kn/m(50.4m-11x0.6m) 2+6.612kn/m(50.4m-110.5m) 2+6.612kn/m(19m-40.6m) 12+0.52kn/m50.4m19m=12455.8kn四、底层重力荷载代表值的计算=梁自重+柱自重+板自重+纵横墙自重+门窗自重+0.5活荷载=967.7kn+171.7kn+858.4kn+27.8kn+91.2kn+9.408kn/m(3.6m+4.05m) 0.5124+6597.9kn+6.89kn/m50.4m19m+0.55.724kn/m(50.4m-110.6m) 2+6.612kn/m(50.4m-110.5m) 2+6.612kn/m(19m-40.6m) 12+0.52kn/m50.4m19m=12605.4kn图2-3 各质点重力荷载代表值（单位：kn）五. 各层水平地震作用的计算1、横向框架的自振周期框架的自振周期可采用假想顶点位移法计算，对于民用框架和框架抗震墙房屋，也可按下列经验公式计算： （2-5）2、多遇水平地震作用标准值及位移的计算 由于设防烈度为7度，场地为二类，分组为第一组，查表得：，则横向地震影响系数为： （2-6）=0.46s 1.4=0.49s故不考虑顶部附加地震作用系数，即，对于多质点体系，结构底部总横向水平地震作用标准值为： 按抗震规范式算得的作用于各质点上横向水平地震作用标准值如下： 式中 质点i的质量； 质点i离基础顶部的距离； 结构顶部附加地震作用系数； 底部总剪力。表2-4 横向的计算层数61300921.002731891009619121351326917.70234861104341326914.4019107484931326911.101472866542132697.801034984601132694.5059711265六. 地震作用下水平位移的验算1、侧移刚度d构件名称底层d(kn/m)顶层d(kn/m)25层d(kn/m)a柱299071870030416c柱371652739540333d柱371652739540333e柱299071870030416d137246958561399152、框架侧移验算表2-5 横向地震作用侧移计算层数6 1076 1076 95856 0.00111/38185 861 1937 139915 0.0013 1/27695 693 2630 139915 0.0018 1/20003 525 3154 139915 0.0022 1/16362 357 3511 139915 0.0025 1/14401 191 3702 137246 0.0027 1/1500侧移验算：层间位移 首层： （满足）二层： （满足） 顶点位移 （满足）第三章 内力计算为了简化计算，内力计算时仅考虑如下几种情况（1)恒载作用（2）活载作用（3）地震作用弯矩二次分配法比分层法作了更进一步的简化。在分层法中，用弯矩分配法计算分层单元的杆端弯矩时，任一节点的不平衡弯矩都将影响到节点所在单元中的所有杆件。而弯矩二次分配法假定任一节点的不平衡弯矩只影响至与该节点相交的各杆件的远端。因此可将弯矩分配法的循环次数简化到一次分配、一次传递、再一次分配。所以本框架设计采用弯矩分配法计算框架内力，传递系数为1/2。各节点分配两次即可，将框架视为二端固定梁计算固端弯矩，得出结果如下： 恒载 ac跨和de跨顶层为32.787kn/m,底层到五层为20.847kn/m cd跨顶层为23.18kn/m, 底层到五层为14.54kn/m 活载 ac跨和de跨为7.78kn/m cd跨为7.03kn/m 则按顺序有弯矩值 m=174.86kn.m,m=111.18kn.m,m=41.49kn.m m=17.39kn.m,m=10.91kn.m,m=5.27kn.m3.1 恒载内力计算恒载弯矩二次分配如下图 图3-1恒载弯矩分配图 图3-2 恒载弯矩图 图3-3 恒载剪力图（kn） 图3-4恒载作用下轴力图（kn）3.2 活载的内力计算 图3-5 活载弯矩二次分配图根据上图结果得出弯矩图如下图所示： 图3-6活载弯矩图（kn/m） 图3-7 活载剪力图（kn）图3-8 活载轴力图（kn）框架在水平地震荷载作用（从左向右）下的内力用d值法（改进反弯点法）进行计算。 表3-1 框架反弯点位置柱号层次a柱64.20.660.300000.301.2653.60.660.400000.401.4443.60.660.450000.451.6233.60.660.450000.451.6223.60.660.50000.501.8014.050.830.650000.652.63c柱64.20.690.450000.451.8953.60.690.460000.461.6643.60.690.500000.501.8033.60.690.500000.501.8023.60.690.50000.501.8014.050.880.57000.572.31d柱64.20.690.450000.451.8953.60.690.460000.461.6643.60.690.500000.501.8033.60.690.500000.501.8023.60.690.50000.501.8014.050.880.57000.572.31e柱64.20.660.300000.301.2653.60.660.400000.401.4443.60.660.450000.451.6233.60.660.450000.451.6223.60.660.50000.501.8014.050.830.65000.652.63地震荷载作用下框架柱剪力和柱端弯矩的计算如下表所示：柱号层次h(m)dyha柱64.21870011062800.017107618.291.2653.7723.0553.7753.6 3041616979760.018193734.851.4475.2850.1898.3343.6304160.018263047.331.6293.7276.67143.9033.6304160.018315456.771.62112.4091.97189.0723.6304160.018351163.201.80113.76113.76205.7314.052990716097280.019370270.352.6399.90185.02213.66c柱64.22739511062800.025107626.891.8962.1250.8217.8544.2753.64033316979760.024193746.481.6689.5177.8253.6186.7243.6403330.02