7层钢筋混凝土框架结构设计计算书.doc

7层钢筋混凝土框架结构设计计算书摘 要本论文综合运用所学的专业知识，根据设计任务书的要求进行了钢筋混凝土结构办公楼的建筑设计、结构设计。设计过程遵循先建筑后结构再基础的顺序进行。建筑设计，依据建筑总体规划要求、建筑用地条件和基地周边的环境特点，首先设计建筑平面， 其次进行立面造型、剖面设计。建筑设计应满足使用功能和造型艺术的要求，并适应未来发展与灵活改造的需要。结构设计密切联系建筑设计，以现行的有关规范为依据，主要包括结构选型及结构布置、确定计算简图及计算单元、荷载计算、侧移控制、内力组合、构件设计、楼梯设计、基础设计等内容 。本工程采用钢筋混凝土结构框架结构体系（横向承重），选择了有代表性的一榀框架进行计算。对于竖向荷载作用采用弯矩二次分配法，水平荷载作用采用D值法。设计计算整个过程中综合考虑了技术经济指标和施工工业化的要求，由于本工程位于7.5度抗震设防区，所以计算时不考虑抗震要求。施工组织设计主要包括施工准备工作、施工部署、主要项目的施工方法以及技术质量、安全生产、文明施工方面的一系列措施。关键词： 建筑设计 结构设计施工组织设计 荷载计算 ABSTRACTThis thesis uses the professional knowledge synthetically according to the request of the design program. The design of the office building includes architectural design, structural design and construction management design. The design process follows the order: firstly, architectural design; secondly, structural design; lastly, the foundation design. The architectural design, according to the master plan of the building, the site condition, peripheral urban environment, and characteristic of the base design the building plain at first. The elevation design is carried on secondly, considering building classify and fire prevention. The architectural design should meet the needs of the functional requirement, the use requirement and development and flexible transformation in the future. Structural design maintains close ties with the architectural design, which is based on current relevant codes. It includes the structure style, the preliminary estimation for the structural members, confirmation of the sketch and unit for calculation, sideway control, load calculation, component design, slab-stairs design, floor overlay design and foundation design. This project adopts cast-in-place reinforced concrete structure (transverse bearing), which has chosen a representative frame to calculate. Vertical load function adopts moment distribution method, level load function adopts D value method, and seismic load function adopts equivalent base shear method. During the design process earthquake-resistant design, technical economy index and construction industrialized request are synthetically considered. Construction management design includes the preparation of construction, construction schedule, the main construction method and a series of measures for technological quality, safety in production and civilization construction.Keywords: Architectural design, Structural design, Construction management design, Load calculation前 言结构设计是土木工程毕业设计的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。本组毕业设计题目为浙江临海苍山科研综合楼设计。在结构前期，我复习了结构力学、土力学与基础工程、混凝土结构、建筑结构抗震设计等知识，并借阅了抗震规范、混凝土规范、荷载规范、砌体规范、地基基础规范等规范。在网上搜集了不少资料，并做了笔记。在结构设计中期，我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行计算和分析。在结构设计后期，主要进行设计手稿的电脑输入和PKPM 计算出图（并有一张手画基础图），并得到老师的审批和指正，使我圆满的完成了任务，在此表示衷心的感谢。结构设计的六周里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、以及外文的翻译，加深了对新规范、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、解决问题的能力。在进行内力组合的计算时，进一步了解了Excel；在绘图时熟练掌握了AutoCAD，PKPM 等专业软件。以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。框架结构设计的计算工作量很大，在计算过程中以手算为主，辅以一些计算软件的校正。由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。本工程为浙江临海苍山科研综合楼设计，采用现浇钢筋混凝土框架结构，纵横双向框架承重。根据规划及房屋使用要求采用七层的结构，层高为3.9m。建筑平面布置，剖面布置及各节点祥图详见建筑图。IV 安徽工程大学毕业设计（论文）第一章 建 筑 设 计 方 案1.1工程地质条件11.1抗震设防抗震设防烈度为7.5度,地震加速度值为0.15g,地震分组为第三组.1. 1.2 地质资料（1） 第一层填土，不宜做为天然地基土，建议全部挖除。（2）层号土层名称土壤重度（）层底深度H(m)1填土1712可塑性粘土（孔隙比e=0.800,液性指数IL=0.62）180101833砾石土层（孔隙比e=0.80,液性指数IL=-0.21）30020204.5（3）采用天然地基是较适宜的方案，建议以第四层粘土作为主体结构的地基持力层。（4）基坑开挖时，建议基坑允许坡度值为1:0.35。（5）根据波速实验及地脉动测试结果，该建筑场地为类中硬场地。 （6）勘察期间，测得场地地下水静止水位埋深为10.20-10.90m，可不考虑水质对基础混凝土的侵蚀性。（7）地区地震基本烈度为6度。最大冻土深度按0.50m考虑。11.4设计标高 室内设计标高0.00，室内外高差600mm11.5活荷载标准值活荷载：楼面活荷载标准值为2.0KN/，走廊、门厅活荷载标准值为2.5KN/，楼梯活荷载采用3.5KN/，屋面采用不上人屋面均布活荷载标准值为0.7KN/。1.2主要建筑做法主要建筑做法说明见建筑做法总说明。门窗做法：门均为铝合金门，窗均为铝合金窗,门窗尺寸见建筑做法总说明：门窗表1.3建筑结构选型、平面布置及构件截面初估1.3.1结构选型本工程是浙江临海苍山科研综合楼设计，建筑面积为5733，层数为7层，根据使用要求采用框架结构，楼面采用现浇板，框架梁、柱为现浇整体构件，基础采用钢筋混凝土柱下独立基础。13.2 框架结构平面布置框架结构平面布置如下图： 1.3.3 构件截面初估1）框架梁1截面尺寸的确定：高h : (1/81/12)L 取 h = 600宽b : (1/31/2)h 取 b=300框架梁2截面尺寸的确定：取h = 400b =250 3）框架柱截面的初步估定：中柱截面尺寸的确定：A = a2 = = 0.29取bh=600mm600mm, 为计算简便，边柱中柱尺寸取相同。第二章 结 构 设 计 方 案2.1确定计算简图本工程横向框架计算单元取如下图,框架度计算简图假定底层住下端固定于基础,按工程地质资料提供度数据,查建筑抗震设计规范可判断该场地为三类场地土，地质条件较好，初步确定本工程基础采用柱下独立基础，挖去所有杂填土，基础置于第二层塑性黏土层上，基底标高为设计相对标高-2.100m 。柱子的高度底层为：h=3.6+2.1-0.5=5.2m，二六层柱高为3.600m。柱节点刚度、横梁的计算跨度取柱中心至中心间距离，三跨分别为6900,2400,6900。计简图见下图2-1 计算简图2-2 2.2 材料强度等级 主体采用现浇钢筋混凝土框架结构，肋梁楼盖。混凝土强度等级为C30，钢筋采用HPB300和HRB400级钢筋。内外墙均采用小型混凝土空心砌块，厚度200mm。2.3荷载计算：1.屋面横梁竖向线荷载标准值（1）恒载屋面横载标准值 35厚架空隔热板 n 0.03525=0.875KN/防水层 0.4KN/20厚1:3水泥砂浆找平层 0.0220=0.4KN/卷材防水层 0.1025=2.5 KN/12厚纸筋石灰粉平顶 0.01216=0.192KN/合计 4.367KN/梁自重 边跨AB、CD跨 0.300.625=4.5KN/梁侧粉刷： 2（0.6-0.10）0.0217=0.33KN/合计 4.83 KN/中跨BC跨： 0.250.425=2.50KN/梁侧粉刷： 2（0.4-0.10）0.0217=0.19KN/合计 2.69 KN/作用在顶层框架梁上的线恒荷载标准值梁自重 g6AB1= g6CD1=4.83 KN/m， g6BC=2.69 KN/m板传来的荷载： g6AB2=g6CD2=4.3673.5=15.3KN/m g4BC2 =4.3672.4=10.49 KN/m（2）活载作用在顶层框架梁上的线活荷载标准值为： q6AB =q6CD =0.73.5=2.45KN/m q6BC =0.72.4=1.68KN/m2.楼面横梁竖向线荷载标准值（1）恒载25厚水泥砂浆面层 0.02520=0.50KN/m100厚刚混凝土现浇板 0.1025=2.5 KN/m12厚楼底粉刷 0.01216=0.192KN/m楼面横载标准值 3.192KN/m边跨（AB、CD跨）框架梁自重： 4.83 KN/m中跨（BC跨）梁自重： 2.69 KN/m作用在楼面屋框架梁上的线荷载标准值为：梁自重： gAB1 = gCD1 =4.83 KN/m gBC1 =2.69 KN/m板传来的荷载： gAB2 = gCD2 =3.1923.5=11.17 KN/m gBC2=3.1922.4=7.66 KN/m（2）活载 楼面活载： qAB =qCD=23.5=7.0 KN/m qBC =22.4=4.8 KN/m3.屋面框架节点集中荷载标准值 （1）恒载边跨连续梁自重: 0.250.403.525=8.75KN粉刷: 2(0.4-0.12) 0.023.517=0.67KN1.3m高女儿墙: 1.33.53.6=16.38KN边跨连续梁自重: 0.250.403.525=8.75KN粉刷: 1.320.023.517=3.09KN连续梁传来屋面自重 0.53.50.53.54.367=13.37K顶层边节点集中荷载 G6A=G6D=42.26KN中柱续梁自重: 0.250.403.525=8.75KN粉刷: (0.4-0.12)+(0.4-0.10) 0.023.517=0.69KN连续梁传来屋面自重 0.53.50.53.54.367=13.37KN 0.5(3.5+3.5-2.4)2.4/24.367=13.05KN顶层中节点集中荷载 G6B=G6C=34.86KN（2）活载 Q6A=Q6D=0.253.50.53.50.7=2.14 KN Q6B=Q6C=0.53.50.53.50.7+0.5(3.5+3.5-2.4) 2.4/20.7=4.08KN4.楼面框架节点集中荷载标准值(1)恒载(此处胃康灵天超强重量) 边柱连续梁自重 8.75KN粉刷 0.67KN连续梁传来楼面自重: 0.53.50.53.53.192=9.79 KN 19.2KN中间层边节点集中荷载: GA=GD=19.20KN 框架自重: GA=GD=0.60.63.625=32.4KN中柱连续梁自重 32.4KN粉刷: 0.69KN连续梁传来楼面自重: 0.53.50.53.53.192=9.78KN 0.5(3.5+3.5-2.4) 2.4/23.192=8.81KN 51.68KN中间层中节点集中荷载: GB=GC=51.68KN 柱传来集中荷载: =32.4KN (2)活载 QA=QD=0.53.50.53.52.0=6.125KN QB=QC=0.53.50.53.52.0+0.5(3.5+3.5-2.4)2.4/2=11.65KN5.地震作用(1）建筑物总重力荷载代表值计算1)集中于屋盖处的质点重力荷载代表值:50雪载: 0.50.6516.242=221.13KN屋面恒载： 4.367426.92+4.37432.4=2971.61KN横梁: (4.8362+2.692.4)13=950.43KN纵梁: (8.75+0.67)122+(8.75+0.67)122=452.16KN女儿墙: 1.33.6(4.2+16.2)2=544.8KN柱重： 0.60.6251.852=842.4KN恒墙： 3.6166.91.8+(2.41.8-1.52.1/2) 2=735KN纵墙： 3.53.61.822+(3.51.8-1.82.1/2) 243.6=879.98KN刚窗： 241.82.10.50.4=18.144KN =7616KN2)集中于三、四、五层处的质点重力荷载代表值50楼面活载: 0.52.016.242=680.4KN屋面恒载： 3.1926.9242+3.84422.4=2171.8KN横梁: (4.8362+2.692.4)13=950.43KN纵梁: (8.75+0.67)122+(8.75+0.67)122=452.16KN柱重： 842.42=1684.8KN恒墙： 7352=1470KN纵墙： 879.982=1759.96KN刚窗： 18.1442=36.288KN =9205.8KN2)集中于二层处的质点重力荷载代表值:50楼面活载: 0.52.016.242=680.4KN屋面恒载： 3.1926.9242+3.84422.4=2171.8KN横梁: (4.8362+2.692.4)13=950.43KN纵梁: (8.75+0.67)122+(8.75+0.67)122=452.16KN柱重： (2.6+1.8)520.60.625=2059.2KN恒墙： 735+7352.6/1.8=1796.7KN纵墙： 879.98+879.982.6/1.8=2151.1KN刚窗： 18.1442=36.288KN G1=9205.8KN2.5.5地震作用计算4.2.1框架柱的抗侧移刚度： 考虑楼盖对框架梁的影响，在现浇楼盖中，在计算梁、柱刚度时，中框架梁的抗弯惯性矩I=2I0 ；边框架梁取I=1.5I0；I0为框架梁按矩形截面计算的截面惯性矩。横梁、柱的线刚度见表2-1。 梁、柱线刚度 表2-1杆件截面尺寸Ec(kN/mm2)Io(mm4)I(mm4)L(mm)i=EcI/L(kN.mm)相对刚度B(mm)H(mm)边框架梁300600305.41098.110969003.52221071边框架梁250400301.331092.010924003.981071.409中框架梁3006003010.81091.0810969004.361071.333中框架梁250400302.661092.6610924005.311070.944底层框架柱600600301.081091.0810952001.681071.769中层框架柱600600301.081091.0810936002.421071.769每层框架柱总的抗侧移刚度见2-2表 框架柱横向侧移刚度D值 表2-2项目K=iC/2iz（一般层）K=ic/iz（底层）c=K/(2+K)（一般层） c=(0.5+K)/(2+K)（底层）D=ciz(12/h2）根数层柱类型及截面二至五层边框架边柱（500500）0.6690.2520.84 边框架中柱（500500）0.7990.2924.14 中框架边柱（500500）0.7610.2823.322中框架中柱（500500）11.5600.4436.722底 层边框架边柱（500500）0.9210.39911.034 边框架中柱（500500）1.1510.5214.44 中框架边柱（500500）1.0990.5214.422中框架中柱（500500）2.2540.6518.0122底层：D=4（11.03+14.4）+22（18.1+14.4）=814.7KN/mm二六层：4（20.8+24.1）+22（23.3+36.4）=1486.4KN/mm 2.5.6框架自振周期计算：则自振周期为：T1=1.70=1.70.6=0.381s其中0为考虑结构非承重砖墙的结构折减系数，对于框架取0.6，为框架顶点水平位移，计算见表2-3 框架顶点假想水平位移计算表 表2-3层Gi(kN)Gi(kN)D(kN/mm)=Gi/D (层间相对位移）总位移（mm)58188.518188.51460.717.77465.2448857.3117045.82460.737.05447.47 38857.3125903.13460.756.22410.4228857.3134760.44460.775.45354.2019037.9043798.34157.12278.75278.75楼层地震作用和地震剪力标准值计算表 表2-4层Hi(m)Gi(kN)GiHiFi=Fn+Fn(顶层） Fi=GiHiFEK(1-n)/GiHi(其他层)楼层剪力Vi(kN)519.6 8188.51160494.79522.46522.46416.0 8857.31141716.96447.80970.26312.4 8857.31109830.64357.531327.7928.8 8857.31 77944.33253.731581.5215.2 9037.946997.08152.991734.512.5.7地震作用计算根据地震设防烈度7度，类土，设计烈度为第一组，查建筑抗震设计规范，特征周期Tg=0.35s ，max=0.081=（Tg/T1 ）0.9max=（0.35/0.551）0.90.08=0.053结构等效总重力荷载：Geq=0.85GL =0.8543798.34=37228.6KNT1 1.4 Tg=1.40.35=0.49s，故需考虑框架顶部附加集中作用 图2-4 横向框架的地震作用第3章 框架内力计算3.1恒载作用下的框架内力计算3.1.1弯矩分配系数由于该框架为对称结构，取框架的一半进行计算，如图3-1。 （a）恒载 ； （b）承担产生的节点不平衡弯矩图3-1 横向框架承担的恒载节点不平衡弯矩节点A1：SA1A0=4iA1A0=41.769=7.076 SA1B1=4iA1B1=41.333=5.332 SA1A2=42.555=10.22 S=4(7.076+5.332+10.22)=22.628uA1A0=SA1A0/S=7.076/22.628=0.313 uA1B1= SA1B1/S=5.332/22.628=0.236uA1A2= SA1A2/S=10.22/22.628=0.452节点B1:SB1D1=20.944=1.888 S=4(7.076+5.332+10.22)+20.944=24.516 uB1A1=41.333/24.516=0.218 uB1B2 =42.555/24.516=0.416 uB1D1 =20.944/24.51613.84=0.077 uB1B0=41.769/24.516=0.289节点A2: uA1A2= uA2A3 = 42.555/4(2.555+1.333+2.555)=0.397uA2B2= 41.333/4(2.555+1.333+2.555)=0.206节点B2:uB2A2 =41.333/(4(2.555+1.333+2.555)+20.944)=0.193 uB2B1 = UB2B3 =2.5554/(4(2.555+1.333+2.555)+20.944)=0.370uB2D2=0.9442/(4(2.555+1.333+2.555)+20.944)=0.067节点A6: S=4(1.333+2.555)=15.552 uA6B6 41.333/15.552=0.343 uA6A5=42.555/15.552=0.667节点B6: S=4(2.555+1.333)+20.944=17.44uB5A5=41.333/17.44=0.306uB5B4=42.555/17.44=0.586uB5D4=20.944/17.44=0.1083.1.2杆件固端弯矩 固端弯矩一律以顺时针方向为正（1） 横梁固端弯矩 杆端弯矩一律以顺时针方向为正，如图3-1图3-1杆端及节点弯矩正方向1）顶层横梁: 自重作用：M A6B6= - M B6A6=-1/12ql2=-1/124.836.92=-19.24 kNmM B6D6=-1/3 ql2=-1/32.691.22=-1.29KN mM D6B6=1/2M B5D5= -0.646KN m 板传来的荷载作用： MA6B6= -MB6A6= -1/12ql2(1-2a2/l2+a3/l3)=-1/1215.36.92(1-21.752/6.92+1.753/6.93)=-53.88 KN m M B6A6= -5/95 ql2=-5/9610.492.42=-3.15 KN m M D5B5= -1/32ql2=-1/3210.492.42=-1.889 KN m2）二五层横梁 自重作用：M A1B1= - M B1A1= -1/12ql2=-1/124.836.92=-19.24 kNmM B1D1= -1/3 ql2= -1/32.691.22=-1.29KN mM D1B1=1/2M B1D1= -0.64KN m板传来的荷载作用： MA1B1=-MB1A1= -1/12ql2(1-2a2/l2+a3/l3)=-1/1211.176.92(1-21.752/6.92+1.753/6.93) = -39.34KN m M B1D1= -5/95 ql2=-5/967.662.42=-2.30 KN m M D1B1= -1/32ql2=-1/327.662.42=-1.38KN m（2）纵梁引起柱端附加弯矩 顶层外纵梁 M A5= -M D5=42.260.15=6.339 KN m 楼层外纵梁 M A1= -M D1=19.20.15=2.88 KN m 顶层中纵梁 M B5= -MC5=-34.860.15=-5.229KN m 楼层中纵梁 M B1= -MC1=-51.680.15=-7.752 KN m(3).节点不平衡弯矩横向框架节点的不平衡弯矩为通过该节点的各杆件在节点端得固端弯矩与通过该节点的纵梁引起的柱端横向附加弯矩之和。节点A5的不平衡弯矩：M A5B5= M A5纵梁=-19.16-53.88+6.339=-66.701 KN m横向框架的节点不平衡如图3-1(4)内力计算根据对称原则，只计算AB、BC跨。恒载弯矩分配过程见图3-2，恒载作用下弯矩图见图3-3，梁剪力、柱轴力见图3-4在按 图3-2 恒载弯矩分配过程图3-3 恒载作用下弯矩图图3-4恒载作用下梁剪力、轴力图（KN）根据所求处得梁端弯矩，再通过平衡条件，即可求出恒载作用下梁剪力、柱轴力，结果见表3-1表3-4表31 AB跨梁端剪力（kN）层q(kN/m)(自重作用)g(kN/m)(自重作用)a(m)l(m)gl/2u=(la)q/2MAB(kNm)MBA(kNm)Mik/lVA=gl/2+uMik/lVB=(gl/2+u+Mik/l) 615.34.831.756.916.6739.40-36.3159.803.4052.67-59.47511.174.831.756.916.6728.76-53.0669.392.3743.06-47.80411.174.831.756.916.6728.76-47.0568.433.1042.33-48.53311.174.831.756.916.6728.76-61.1364.230.4544.98-45.88211.174.831.756.916.6728.76-47.0549.390.3445.09-45.77111.174.831.756.916.6728.7653.0664.231.6243.81-47.05表32 BC跨梁端剪力（kN）层q(kN/m)(板传来荷载作用)g(kN/m)(自重作用)l(m)gl/2lq/4VB= gl/2+ lq/4VC=( gl/2+ lq/4)610.492.692.43.236.299.52-9.5257.662.692.43.234.607.82-7.8247.662.692.43.234.607.82-7.8237.662.692.43.234.607.82-7.8227.662.692.43.234.607.82-7.8217.662.692.43.234.607.82-7.82表33 AB跨跨中弯矩（kNm）层q(kN/m)(板传来作用)g(kN/m)(自重作用)a(m)l(m)gl/2u=(la)q/2MAB(kNm)Mik/lVA=gl/2+uMik/lM=gl/2l/4+u1.05MABVAL/2615.304.831.756.916.677777777739.40-36.313.4052.67-62.15511.174.831.756.916.6728.76-53.062.3743.06-40.13411.174.831.756.916.6728.76-47.053.1042.33-40.40311.174.831.756.916.6728.76-61.130.4544.98-42.81211.174.831.756.916.6728.76-47.050.3445.09-43.15111.174.831.756.916.6728.76-53.061.6243.81-45.74表34 柱轴力（kN）层边柱A轴、D轴边柱 B轴、C轴横梁端部压力纵梁端部压力柱重柱轴力横梁端部压力纵梁端部压力柱重柱轴力6柱顶52.6742.2632.494.93 68.9934.8632.40103.85 柱底127.33 136.25 5柱顶43.0619.2 32.462.26 55.6251.6832.40107.3柱底94.66 139.7 4柱顶42.3319.232.461.53 48.22 51.6832.4099.9柱底93.93132.3 3柱顶44.9819.2 32.464.18 50.6351.6832.40102.31 柱底96.58 134.71 2柱顶45.0919.232.464.2950.9751.6832.40102.65柱底96.69135.051柱顶43.8119.232.463.01 53.5651.6832.40105.24 柱底95.41 137.64 3.2活载作用下的框架内力3.2.1梁固端弯矩（1）顶层M A5B5=- M B5A5= -1/12ql2(1-2a2/l2+a3/l3)= -1/12