毕业设计（论文）-北京市五层办公楼钢筋混凝土框架结构设计.doc

北京城市学院2011届毕业设计绪论1、在概念设计阶段确定梁柱布置，初步估算梁柱尺寸，确定基础形式。框架主梁主要承受竖向荷载，其截面形式以t形和矩形为主。框架主梁一般取跨高比1/101/18，且不宜小于1/4净跨，梁宽不宜小于200mm，截面高宽比一般取23，不宜大于4。连系梁可取跨高比1/121/15，截面高宽比不小于1/4。可将竖向荷载的6080作用于框架梁，按简支梁核算抗弯、抗剪承载力，判断初选尺寸的合理性。柱截面的宽与高一般不小于1/151/20层高，矩形截面柱的截面宽、高抗震时不宜小于300 mm，圆柱截面直径不宜小于350 mm柱剪跨比宜大于2，柱的截面高宽比不宜大于3。基础设计要保证基础本身具有足够的承载力和刚度，而且使地基承载力、沉降量及沉降差满足要求，在本设计中我选择柱下单独基础。2、确定恒载及活载取值。恒荷载包括屋面恒载、楼面荷载、框架横梁自重、梁顶线荷载；活荷载包括屋面活荷载，楼面活荷载，风荷载以及地震水平作用。荷载组合时恒载和活载要在标准值的基础上乘以对应的增大系数。3、选择有代表性的一榀框架进行近似计算（手算）。多层框架竖向荷载作用下的内力近似计算使用分层法，假定在竖向荷载作用下多层多跨框架的侧移忽略不计，梁上的荷载对其他各层梁及与其不相连柱产生的内力忽略不计。多层框架水平荷载作用下的内力近似计算使用d值法，即在反弯点法的基础上，将柱侧移刚度修正和反弯点高度修正。将手算结果整理并形成电子版。4、计算机pkpm软件建模分析。pmcad绘图建模，建立起各层结构布置数据和荷载数据，为三维计算软件提供全部数据文件，还可以为梁柱、剪力墙、楼梯和基础cad提供画图信息。然后使用tat或者satwe接pm数据，进行数据检查和图形检查，进行结构内力配筋计算，以及次梁的计算，最后分析结果图形和文本显示。5、依据“平法”绘制主要结构施工图。平法是在结构平面图上直接注写构件截面尺寸和配筋信息的方法，把结构构件的尺寸和配筋等，按照平面整体表示法制图规则，整体直接表达在各类构件的结构平面布置图上，再与标准构造祥图相配合，即构成一套新型完整的结构设计。这种办法是基于结构标准化、构造标准化的思路，用数字化、符号化的表示方法表示创造性设计。1.工程概况 1.北京市五层办公楼，采用现浇楼板、现浇钢筋混凝土框架结构。总建筑面积约8700共五层，层高均为4.2米，建筑总标高为22米。2主要技术指标：抗震设防烈度为 8度，地震分组为第一组，二类场地，该建筑物属二类建筑，设计使用年限为50年。地基承载力特征值150180kpa；基础埋深：2.03.0m3.基本风压。基本雪压，楼面均布活荷载标准值；屋面活荷载标准值。4. c40混凝土 =0.55。进行框架结构设计。图1.1 结构平面柱网尺寸2. 框架计算简图及梁柱截面尺寸 2.1计算单元选取框架布置均匀对称，现取一榀框架作为计算单元，单元宽度是7.5m，计算简图如下：2.2 荷载标准值的计算 (1) 恒荷载标准值gk 1)屋面恒载屋面防水、保温、隔热 2.91 kn/m2预制楼板 250.14=3.50 kn/m2吊顶 0.12 kn/m2合计 6.53 kn/m2 2）楼面荷载面层 水磨面层 0.65 kn/m2整浇层 35厚细石混凝土 0.84 kn/m2结构层 预制楼板 3.50 kn/m2吊顶 0.12 kn/m2合计 5.11 kn/m2 3）框架横梁自重3）框架横梁自重，取梁宽 b=300mm,梁高h=750mm,则有250.30.755.63（kn/m） 4)梁顶线荷载屋面梁： 6.537.5+5.63=54.61（kn/m）楼面梁： 5.117.5+5.63=43.86（kn/m） (2)竖向活荷载标准值qk 1)屋面活载雪荷载： 0.40 kn/m2屋面均布活荷载：按不上人,考虑维修荷载,取为 0.7 kn/m2屋面梁活载： 0.77.55.25（kn/m） 2）楼面活载根据荷载规范，商场楼面活载标准值取 2.0 kn/m2楼面梁活荷载： 2.07.515（kn/m） 2.3 初估梁柱截面尺寸 （1）梁截面尺寸 取h=（1/101/18）l=433780初选750mm，b=（1/21/3）h=375250初选300mm。 （2）柱截面尺寸 初选尺寸，bh=550550 （mm） 2.4 梁柱线刚度及柱抗侧移刚度计算 梁、柱截面惯性矩，线刚度（i=）及d值计算见表2，梁柱相对线刚度见图2.1表2.1 梁柱线刚度及d值计算表项 目柱梁一层柱其他层柱边柱内柱外柱内柱边跨中跨截面尺寸（bh）550550550550550550550550300750300750惯性矩i /mm47.61097.61097.61097.61091.110101.11010跨度(柱高)/mm420042004200420078007800线刚度ic /knm5.881045.881045.881045.881044.581044.58104k=ib/ic底层k=2ib/ic其他层0.781.560.781.56=底层=其他层 0.460.580.280.44dij=18400232001120017600dij83200576003. 框架内力计算 3.1恒载作用内力计算 mik=-1/3ql2, mik=-1/6ql2采用分层法计算前，对二层以上的各柱线刚度乘以0.9的折减系数。图3.1.2 恒荷载标准值顶层单元计算图3.1.2 恒荷载标准值标准层计算单元3.1.3 恒荷载标准值底层计算单元图3.1.5 恒荷载标准值下一榀框架弯矩图图3.1.6 恒荷载标准值下一榀框架剪力图 3.2 活载作用内力计算图3.2.1 活荷载标准值下一榀框架弯矩图图3.2.2 活荷载标准值下一榀框架剪力图 3.3 水平地震作用计算 3.3.1结构重力荷载代表值各层重力荷载代表值取全部楼面恒载、一半活载（雪载）、上下各半层的建筑结构重量计算，建筑各层重力荷载代表值分别为：顶层15846kn：；标准层15846kn；一层15846kn；考虑到该设计共有十榀框架，且每榀框架的抗侧刚度相同，简化为作用在一榀框架上的重力荷载代表值为：g3=1321kn ，g2=1321kn ，g1=1321kn，则 ： 3.3.2水平地震作用计算 1）结构自振周期。采用假想顶点位移法：t1 =1.70 ，本框架结构无内部填充墙体，取0 = 0.7 框架假想顶点位移计算见下表表3.1 框架假想顶点位移计算表层号giv idiuii513211321576000.0230.309413212642576000.0460.286313213963576000.0690.24213215284576000.0920.171113216605832000.0790.079t1=1.70.7=0.66 2）地震作用影响系数。8度抗震设防，地震分组为第一组，二类场地有：=0.16， tg=0.35s取结构阻尼比为 =0.05则 1 = 3）水平地震作用及框架侧移验算计算。由于1=0.661.4tg=0.49，应考虑顶部附加水平地震作用，顶部附加水平地震作用系数为结构总水平地震作用标准值为=0.08t+0.07=0.080.66+0.07=0.1228可得各层水平地震标准值为： 表3.2水平地震作用下框架层间侧移计算相对值限值88.688.6576001.531/27451/55088.6177.2576003.061/137388.6265.8576004.591/91588.6354.4576006.121/68688.6443832005.321/789表3.3 各柱在水平地震作用下的剪力表（单位kn）层间剪力五层88.6四层177.2三层265.8二层354.4一层443柱编号a5a4b5b4a4a3b4b3a3a2b3b2a2a1b2b1a1a0b1b00.1940.3060.1940.3060.1940.3060.1940.3060.2210.27917.1227.134.454.251.681.368.8108.498123.5表3.4 各层柱反弯点高度yh项目柱号ky0y12y23y3yh第五层（n=5 j=5 h=4.2）a5a40.780.30 1.0000101.26b5b41.560.381.0000101.6第四层（n=5 j=4 h=4.2）a4a30.780.401.0010101.68b4b31.560.431.0010101.8第三层（n=5 j=3 h=4.2）a3a20.780.451.0010101.89b3b21.560.481.0010102.01表3.4 各层柱反弯点高度yh项目柱号ky0y12y23y3yh第二层（n=5 j=2 h=4.2）a2a10.780.501.0010102.1b2b11.560.501.0010102.1第一层（n=5 j=1 h=4.2）a1a00.780.64-010102.69b1b01.560.60-010102.52 地震荷载作用下的内力图图3.3.1水平地震荷载作用下的内力标准值 3.4重力荷载代表值作用下结构内力计算 屋面梁取屋面恒载和雪荷载的一半的和，楼面梁取恒载和楼面均布活荷载的一半的和 屋面为： 楼面为: 同样用分层法计算结构的内力即图3.4.1 重力荷载代表值标准值下一榀框架弯矩图图3.2.2 重力荷载代表值标准值下一榀框架剪力图4.内力组合4.1 梁内力组合边支座a产生最大负弯矩、最大剪力及ab跨跨中产生最大弯矩，b支座左右产生的弯矩剪力和bc跨跨中产生的最大弯矩见4.2 柱内力组合 框架柱是偏心受压构件，其主要内力是轴力和弯矩。采用对称配筋时，由大偏心受压控制的组合项为与相应的n、v以及nmin与相应的m、n；由小偏心受压控制的组合项为nmax与相应的m、v。柱内力组合见表8表4.1.1 五层横梁内力组合杆件名称a5b5b5c5截面位置a5跨中b5左b5右跨中内力种类mvmmvmvm竖向恒载-168.09192.2171.4-319.62-233.8-288.79213126.95竖向活载-19.51914.9-30.5-22-27.6520.514.05重力荷载代表值-177.5201.2179.2-334.88-244.8-302.36223132.64水平地震作用（左向）50.5-10.97.64-35.21-10.935.21-9.030水平地震作用（右向）-50.510.9-7.6435.2110.9-35.219.030内力组合1.2恒+1.4活1.2 +1.4 -229257226-426-311-383284.3 1961.35恒+0.71.4活1.35+0.71.4-245278245-461-343-4173081851.2重力+1.3水平地震1.2+1.3或1.2+1.3-278255225-447-307-408279158表4.1.2 四层横梁内力组合杆件名称a4b4b4c3截面位置a4跨中b4左b4右跨中内力种类mvmmvmvm竖向恒载-182.64162.7117.4-251.03-180.2-225.55171.4108.89竖向活载-41.0855.150.98-85.1-61.9-77.3358.539.07重力荷载代表值-211.82190.2138.8-293.5-211.1-264.2200.6127.15水平地震作用（左向）108.2-2510.7-86.68-2586.68-22.20水平地震作用（右向）-108.225-10.786.6825-86.6822.20内力组合1.2恒+1.4活1.2 +1.4 -276271212-420-303-378287.51851.35恒+0.71.4活1.35+0.71.4-286273208-422-304-3792881851.2重力+1.3水平地震1.2+1.3或1.2+1.3-393260179-464-285-429269152表4.1.3 三层横梁内力组合杆件名称a3b3b3c3截面位置a3跨中b3左b3右跨中内力种类mvmmvmvm竖向恒载-174.94161.9122.1-249.4-181-226.37171.4107.98竖向活载-59.6955.241.65-85.16-61.8-77.358.539.1重力荷载代表值-204.8189.5142.7-291.9-211.-264.96200.6126.39水平地震作用（左向）176.9-40.319.55-137.8-40.3137.8-35.30水平地震作用（右向）-176.940.3-19.5137.840.3-137.835.30表4.1.3 三层横梁内力组合杆件名称a3b3b3c3截面位置a3跨中b3左b3右跨中内力种类mvmmvmvm内力组合1.2恒+1.4活1.2 +1.4 -293271204-418-303-3792881841.35恒+0.71.4活1.35+0.71.4-295272206-420-305-3812891841.2恒+1.3水平地震1.2+1.3或1.2+1.3-475279197-528-306-497286152表4.1.4 二层横梁内力组合杆件名称a2b2b2c2截面位置a2跨中b2左b2右跨中内力种类mvmmvmvm竖向恒载-174.64161.9122.3-249.3-181-226.3171.4107.98竖向活载-59.6255.241.75-85.03-61.8-77.1958.539.21重力荷载代表值-204.5189.5143.1-291.9-211.-265200.6126.35水平地震作用（左向）241.5-5623-195.5-56195.5-50.10水平地震作用（右向）-241.556-23195.556-195.550.10内力组合1.2恒+1.4活1.2 +1.4 292265201418-3043722871841.35恒+0.71.4活1.35+0.71.4294273206420-3052632881841.2恒+1.3水平地震1.2+1.3或1.2+1.3-559300202-604-327-572305152表4.1.5 一层横梁内力组合杆件名称a1b1b1c1截面位置a1跨中b1左b1右跨中内力种类mvmmvmvm竖向恒载- 168.9171.4125.7-248.32-181.6-226.64171.4107.71竖向活载-55.5354.843.94-84.74-67.2-77.3358.538.89重力荷载代表值-197.7188.8147-290.9-212.6-265.5200.6125.85水平地震作用（左向）292-65.337.35-217.3-65.3217.3-55.70水平地震作用（右向）-29265.3-37.35217.365.3-217.355.70内力组合1.2恒+1.4活1.2 +1.4 -274282212-416-3123802871841.35恒+0.71.4活1.35+0.71.4-276284214-418-314-3822891841.2恒+1.3水平地震1.2+1.3或1.2+1.3-616311225-631.5-340-600313151表4.2.1 五层柱内力组合杆件名称a45a5b4b5截面位置上端下端剪力上端下端剪力内力种类mnmnvmnmnv竖向恒载168233-104.327-64-3044616.847311.1竖向活载1919-58.419-18-3.2542.53.77421.67重力荷载代表值177242-211336-92-32.546717.74912水平地震作用（左向）-50.5-1021.6-1017.2-70.4-1.843.3-1.827.1水平地震作用（右向）50.510.9-21.610.9-1770.461.87-431.87-27.1内力组合1.2恒+1.4活1.2 +1.4 228304-206417-115-4159526573161.35恒+0.71.4活1.35+0.71.424633319846012444.86442668116.61.2重力+1.3水平地震1.2+1.31.2+1.3278.6304-281417.-13341.455777.659549.6表4.2.2 四层柱内力组合杆件名称a45a5b4b5截面位置上端下端剪力上端下端剪力内力种类mnmnvmnmnv竖向恒载78.72490-87.47584-39.5-30.882515.88525竖向活载41.0874.1-29.874.1-16.9-4162.3.93162.1.89重力荷载代表值94.21526-102.4620-46.8-11.590613.49345.9水平地震作用（左向）-86.6-35.57.8-35.34.4-130-4.697.6-4.654.2水平地震作用（右向）86.635.9-57.835.9-34.41304.65-97.4.65-54.2内力组合1.2恒+1.4活1.2 +1.4 152691-146797-71-43121824.512508.61.35恒+0.71.4活1.35+0.71.4146734-147861-70-45.5127325.213108.61.2重力+1.3水平地震mmax1.2+1.31.2+1.3225678-1987901011821145143111477nmax1.2+1.3225678-198790101155.21093-1101126-63nmin1.2+1.30.5585-47.74697-111821145143111477表4.2.3 三层柱内力组合杆件名称a3a2b3b2截面位置上端下端剪力上端下端剪力内力种类mnmnvmnmnv竖向恒载87.47746-86.92839-41-11.52120411.512315.5竖向活载29.84129.-29.93129.-14-3.932833.952831.88重力荷载代表值102.4810-102.7904-48-13.46134512.012726.07水平地震作用（左向）-119.-7697.5-7651.6-178-9.6163-9.681.3水平地震作用（右向）119.176.2-97.576.2-51.61789.65-1639.65-81.3内力组合1.2恒+1.4活1.2 +1.4 1471076-1461187-70-19.3184119.418739.21.35恒+0.71.4活1.35+0.71.41471076-1461187-70-19.3184119.418739.21.2重力+1.3水平地震mmax1.2+1.31.2+1.32771071250118312524716012261514113nmax1.2+1.3277107125011831252151626-1981539-98nmin1.2+1.3-318733.459858.52-24716012261514113表4.2.4 二层柱内力组合杆件名称a2a1b2b1截面位置上端下端剪力上端下端剪力内力种类mnmnvmnmnv竖向恒载87.721001-94.71095-43-11.3158412.016115.59竖向活载29.68184-32.2184.5-14-3.894034.134031.89重力荷载代表值101.71093-1101187-50-11.7178514.718126.3水平地震作用（左向）-144-133144-13368.8-227-15227-15108表4.2.4 二层柱内力组合杆件名称a2a1b2b1截面位置上端下端剪力上端下端剪力内力种类mnmnvmnmnv水平地震作用（右向）144133-144133-68227.615.5-22715.5-108内力组合1.2恒+1.4活1.2 +1.4 1471459-1591572-72.-19.1246620.224989.361.35恒+0.71.4活1.35+0.71.41471532-1591659-73-19.2253420.325699.41.2恒+1.3水平地震mmax1.2+1.31.2+1.33081484-3201597-150-31021213132154148nmax1.2+1.33081484-3201597-1502812162-2782194133nmin1.2+1.3-65113854.2125128.7-31021213132154148表4.2.5 一层柱内力组合杆件名称a1a0b1b0截面位置上端下端剪力上端下端剪力内力种类mnmnvmnmnv竖向恒载74.21267-4.21361-27-9.619645.419913.57竖向活载25.3239-14.3239-9.4-3.35251.225251.08重力荷载代表值86.81376-43.41470-31-10.622255.322523.79水平地震作用（左向）-148-197263.6-19798-207-25311.2-25.2123.5水平地震作用（右向）148197-263197-9820725.2-31125.2-123.5表4.2.5 一层柱内力组合杆件名称a1a0b1b0截面位置上端下端剪力上端下端剪力内力种类mnmnvmnmnv水平地震作用（右向）148197-263.6197-9820725.2-311.225.2-123.5 内力组合1.2恒+1.4活1.2 +1.4 1241855-25.1196846.4-16.130918.131245.71.35恒+0.71.4活1.35+0.71.41251945-25.3207146.6-16.331658.432025.91.2恒+1.3水平地震mmax1.2+1.31.2+1.32961907-3952020165-28226374112669165nmax1.2+1.32961907-39520201652562702-3982735-156nmin1.2+1.388.21395290.6150890.2-282263741126691655. 框架梁柱配筋 5.1 横梁配筋 以一层梁为例，从横梁内力组合表选取各截面不利内力，并转化为支座边缘控制截面内力，其中：=v-v=v-(g+q)，=m-,各控制截面的内力设计值见表表5.1.1一层横梁控制截面组合内力设计值楼层a支座ab跨跨中m/(knm)b支座左b支座右bc跨跨中m/(knm)m/(knm)v/knm/(knm)v/knm/(knm)v/kn支座截面-616311225-631.5340-600313151142支座边缘控制截面-536294225-543-323-51929615162采用单筋矩形截面，混凝土保护层厚度取25mm，=35mm，各控制截面设计配筋见下表。表5.1.2 一层梁正截面设计截面a支座ab跨中b支座左b支座右bc跨中bh0300715300715300715300715300715控制截面m/(knm)-536225-543-323151 -399225-407-390151=0.1230.070.1260.1210.047=1-0.1320.0730.1350.1290.048=1-0.50.9340.960.9320.9350.976as=（mm2）1977108520211937716实配钢筋4 282 284 284 252 22实配面积/(mmmm)2463123224631964760实际配筋率%1.10551.10.90.35要求最小配筋率%0.370.320.370.370.32要求最大配筋率%2.52.52.52.52.5表5.1.3一层梁斜截面设计截面a支座加密区ab跨中非加密区b支座左加密区b支座右加密区bc跨中非加密区bh0300715300715300715300715300715不利组合控制截面v/kn294294-323296296294294-323296296188.8-212.6200.6-表5.1.3一层梁斜截面设计截面a支座加密区ab跨中非加密区b支座左加密区b支座右加密区bc跨中非加密区调整剪力值274-294274-截面a支座加密区ab跨中非加密区b支座左加密区b支座右加密区bc跨中非加密区274294-294323274296-截面尺寸验算满足满足满足满足满足0.760.760.910.760.76箍筋直径需配箍筋间距136136110136136实配箍筋间距箍筋最大间距8d和100较小值1002001001002000.34%0.26%0.34%0.34%0.21%0.2%0.2%0.2%0.2%0.2% 5.2 框架柱配筋 5.2.1正截面设计计算采用单筋矩形截面，混凝土保护层厚度取30mm，=40mm，柱弯矩设计值取=1.2()，在一层柱顶，二层柱底按弹性分析的柱弯矩比进行分配。设计采用、nmax、nmin为组合目标的三组内力进行计算。表5.2.1 一层中柱（b）正截面配筋计算表位置1层柱组合nmaxnminbh0550510550510550510有、无地震组合有无有内力组合弯矩m/(knm)-282-16.93-282n/kn266932022669轴压比要求n=0.80.460.550.46=1.2()408-柱顶调整弯矩204-柱底调整弯矩=1.25柱底组合弯矩513-设计弯矩值513-l0=1.25h525052505250l0/h9.59.59.5e0=(mm)1055.31050.3h0153153153ea(取20mm与h/30较大值)（mm）202020ei+e0=ea（mm）12525.3125=1.0111=1.15-0.01111=1+()21.262.31.26ei15757157e=ei+-392292392表5.2.1 一层中柱（b）正截面配筋计算位置1层柱组合nmaxnmin=(=0.55)0.490.590.49偏心类型大小大0.7511as= 0 0 0实际柱总配筋率/%0.80.80.8应配筋（mm）242242242实配钢筋410410410实际柱一侧配筋率/%0.50.50.5要求柱一侧配筋率/%0.2（满足）0.2（满足）0.2（满足）表5.2.2一层中柱斜截面设计截面b1b0bh0550510组合控制截面v821370116.53截面尺寸验算547.8892.50表5.2.2一层中柱斜截面设计截面b1b0箍筋形式4肢箍80.0199.4箍筋直径、间距4肢箍8100非加密区箍筋直径、间距4肢箍81006.屋面板1矩形板2示意图图6.1.13.依据规范 建筑结构荷载规范 gb50009-2001 混凝土结构设计规范 gb50010-20024.计算信息 1）.几何参数 计算跨度: lx = 7500 mm; ly = 7800 mm 板厚: h = 140 mm 2）.材料信息 混凝土等级: c40 fc=19.1n/mm2 ft=1.71n/mm2 ftk=2.39n/mm2 ec=3.25104n/mm2 钢筋种类: hrb335 fy = 300 n/mm2 es = 2.0105 n/mm2 最小配筋率: = 0.257% 纵向受拉钢筋合力点至近边距离: as = 20mm 保护层厚度: c = 15mm 3).荷载信息(均布荷载) 永久荷载分项系数: g = 1.200 可变荷载分项系数: q = 1.400 准永久值系数: q = 1.000 永久荷载标准值: gk = 6.530kn/m2 可变荷载标准值: qk = 0.700kn/m2 4).计算方法:塑性板 5).边界条件(上端/下端/左端/右端):固定/固定/固定/固定 6).设计参数 结构重要性系数: o = 1.00 塑性板: = 1.8005计算参数: 1.计算板的跨度: lo = 7500 mm 2.计算板的有效高度: ho = h-as=140-20=120 mm6.配筋计算(lx/ly=7500/7800=0.9622.000 所以按双向板计算): 1).x向底板钢筋 (1) 确定x向板底弯矩 mx = (g*gk+q*qk)*lo2 = 0.0161*(1.200*6.530+1.400*0.700)*7.52 = 8.004 kn*m (2) 确定计算系数 s = o*mx/(1*fc*b*ho*ho) = 1.00*8.004106/(1.00*19.1*1000*120*120) = 0.029 (3) 计算相对受压区高度 = 1-sqrt(1-2*s) = 1-sqrt(1-2*0.029) = 0.030 (4) 计算受拉钢筋面积 as = 1*fc*b*ho*/fy = 1.000*19.1*1000*120*0.030/300 = 226mm2 (5) 验算最小配筋率 = as/(b*h) = 226/(1000*140) = 0.161% min = 0.257% 不满足最小配筋要求 所以取面积为as = min*b*h = 0.257%*1000*140 = 359 mm2 采取方案d8140, 实配面积359 mm2 2).y向底板钢筋 (1) 确定y向板底弯矩 my = mx = 0.9246*8.004 =