框架结构设计实例之2.docx
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框架结构设计实例之2
郑州市帝豪烟厂
办公楼框架结构设计
前言
毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段,是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,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《某办公楼设计》。
在毕设前期,我温习了《结构力学》、《钢筋混凝土》、《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》等规范。
在毕设中期,我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计。
在毕设完成过程中,我主要主要进行手绘设计的优化,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。
毕业设计的三个月里,在指导老师的帮助下,经过资料查阅、设计计算、论文撰写以及外文的翻译,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,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。
二零一一年九月二五日
内容摘要
本设计主要进行了结构方案中横向框架2、3、7、8轴框架的抗震设计。
在确定框架布局之后,先进行了层间荷载代表值的计算,接着利用顶点位移法求出自震周期,进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小,进而求出在水平荷载作用下的结构内力(弯矩、剪力、轴力)。
接着计算竖向荷载(恒载及活荷载)作用下的结构内力,。
是找出最不利的一组或几组内力组合。
选取最安全的结果计算配筋并绘图。
此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计。
完成了平台板,梯段板,平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。
关键词:
框架结构设计抗震设计
Abstract
Thepurposeofthedesignistodotheanti-seismicdesigninthelongitudinalframesofaxis2、3、7、8.Whenthedirectionsoftheframesisdetermined,firstlytheweightofeachflooriscalculated.Thenthevibratecycleiscalculatedbyutilizingthepeak-displacementmethod,thenmakingtheamountofthehorizontalseismicforcecanbegotbywayofthebottom-shearforcemethod.Theseismicforcecanbeassignedaccordingtotheshearingstiffnessoftheframesofthedifferentaxis.Thentheinternalforce(bendingmoment,shearingforceandaxialforce)inthestructureunderthehorizontalloadscanbeeasilycalculated.Afterthedeterminationoftheinternalforceunderthedeadandliveloads,thecombinationofinternalforcecanbemadebyusingtheExcelsoftware,whosepurposeistofindoneorseveralsetsofthemostadverseinternalforceofthewalllimbsandthecoterminousgirders,whichwillbethebasisofprotractingthereinforcingdrawingsofthecomponents.Thedesignofthestairsisalsobeapproachedbycalculatingtheinternalforceandreinforcingsuchcomponentsaslandingslab,stepboardandlandinggirderwhoseshopdrawingsarecompletedintheend.
Keywords:
frames,structuraldesign,anti-seismicdesign
第一部分:
毕业设计任务书
第二部分:
工程概况
第三部分:
框架侧移刚度的计算
第四部分:
重力荷载代表值的计算
第五部分:
横向水平荷载作用下框架
结构的内力和侧移计算
第六部分:
竖向荷载作用下框架结构的内力计算
(横向框架内力计算)
第七部分:
截面设计
第八部分:
楼板设计
第九部分:
楼梯设计
第十部分:
设计心得
参考资料
高等教育自学考试
建筑工程专业(本科)实践环节
毕业设计任务书
题目:
***办公楼
郑州大学土木工程学院
二〇一〇年六月
第一部分 工程概况
一建筑概况
1、工程名称:
***办公楼。
2、建设地点:
郑州市高新开发区文化大道北,场地平面示意图见附图。
3、建筑规模:
本工程本工程地上五层,建筑面积5600m2,基底面积1100m2;地上五层为办公室,每层高为3.9m,室内外高差0.6m。
4、结构形式:
框架结构。
5、建筑结构安全等级为二级,建筑耐火等级为二级,屋面防水等级为二级。
6、功能布置:
a.底层布置门厅、接待室、值班室、配电间、消防控制室。
b.二、三层每层各设100m2会议室1间,60m2间办公室2间。
c.顶层布置200m2活动室,其余为普通办公室。
d.其它各层房间为普通办公室。
e.各层均布置男女卫生间,并设前室。
f.屋面为上人屋面。
7、建筑设备:
本办公楼采用集中空调,水、电由市政提供。
8、建筑装修及材料:
a.外墙面:
外墙涂料。
b.内墙面:
内墙涂料。
卫生间及前室内墙面选用面砖。
c.顶棚:
吊顶部分用轻钢龙骨矿棉吸音板吊顶,其余采用内墙涂料。
d.楼、地面:
地板砖。
9、墙体材料:
外墙采用250厚加气混凝土砌块,内墙采用200厚加气混凝土砌块,标高-1.450以下墙体为250厚钢筋混凝土墙。
10、门窗:
a.建筑外窗抗风压性能为3级、气密性能为4级、水密性能3级、保温性能为3级、隔声性能为3级。
b.门窗制作安装应遵照《全国通用建筑标准设计》92SJ704。
二建筑参考资料
《房屋建筑制图统一标准》GB/T50001-2001、《建筑工程设计文件编制深度规定》(2003版)、《民用建筑设计通则》GB50352-2005、《办公建筑设计防火规范》GB50016-2006、《05系列工程建设标准设计图集》(05YJ)、《建筑结构制图标准》GB/T50105-2001等。
第二部分 结构设计要求
一 结构方案的选择
1、确定结构体系;
2、确定结构楼屋盖的类型及基本形式;
3、根据工程地质条件及上部结构形式确定基础类型及埋深;
4、确定变形缝的设置及划分;
5、确定结构其它承重构件的类型。
二 结构平面布置
1、确定柱网尺寸及梁、板的平面布置;
2、确定基础平面布置;
三 结构计算
1、框架计算:
(1)确定框架结构计算简图;
(2)初步确定结构构件的截面尺寸;
(3)荷载计算:
注意传力途径,防止少算和漏算;
(4)竖向荷载作用下的内力计算;
(5)水平风荷载作用下的内力计算;
(6)内力组合,确定各构件控制截面上的控制内力;
2、基础设计计算
3、自选构件的设计计算
四 绘制结构施工图
1、基础平面布置图及基础配筋详图;
2、结构平面布置图;
3、框架梁、柱配筋图;
4、自选构件配筋详图
五 结构设计计算书书写整理
六 结构设计部分参考资料
(1)现行国家规范、规程,主要有:
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001、《建筑抗震设防分类标准》GB50223-2004、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002、《混凝土结构设计规范》GB50010-2002、《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版)、《建筑抗震设计规范》GB50011-2001、《02系列结构标准设计图集》DBJT19-01-2002、《钢筋混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》03G101-1修订版等。
(2)建筑结构综合设计手册,中国建筑工业出版社。
(3)各种教材及参考书。
七 建设场地工程地质概况
1、地形、地貌:
拟建场地地貌属山前冲洪积平原。
2、地质构成:
根据岩土工程勘察报告,按地层的成因、时代及物理力学性质差异,勘探深度范围内从上到下场地地质构成如下:
1)耕土,层厚0.40~0.70m;
2)粉质粘土,层厚3.20~3.70m,承载力标准值
kPa;
3)粉质粘土,层厚0~2.50m,承载力标准值
kPa;
4)粉质粘土,层厚3.60~4.60m,承载力标准值
kPa。
3、水文概况:
场地地下水类型为孔隙潜水,勘察期间测得地下水位埋深4.50m,场地水位年变幅1.0~1.5m。
4、岩土工程评价
根据地质勘察结果,场地地形平坦,由于场区地基土层层面坡度均小于10%,地基土的物理力学性能差异不大,因此地基属均匀性地基。
郑州地区属非自重湿陷性黄土地区。
八 建设场地附图
注:
毕业设计题目要求一人一题,题目自命。
第一部分:
工程概况
建筑地点:
郑州市
建筑类型:
五层办公楼,框架结构。
建筑介绍:
建筑底面积约1030平方米,建筑总面积5150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,填充墙采用空心砖粉和加气混凝土砌块。
门窗使用:
大门采用钢门,门洞尺寸为3.4m×2.7m,窗为塑钢窗,洞口尺寸为2.1m×2.1m。
地质条件:
根据地质勘察结果,场地地形平坦,厂区地基土层层面坡度均小于10%地基土的物理力学性能差异不大,地基属于均匀性地基。
设防烈度为Ⅶ度。
柱网与层高:
本办公楼采用柱距为6.6m的柱网,边跨为6.3m,中间跨为2.4m,层高取3.9m,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。
本方案取1/12×7200=600mm,截面宽度取600×2/3=300mm,可得梁的截面初步定为b×h=400*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=βFgEn
注:
β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。
gE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)Ac≥N/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=βFgEn=1.3×25.92×14×6=2830.464(KN)
Ac≥N/uNfc=2830.464×103/0.8/14.3=247418.18(mm2)
取700mm×700mm
对于内柱:
N=βFgEn=1.25×34.56×14×6=3628.8(KN)
Ac≥N/uNfc=3628.8*103/0.8/14.3=317202.80(mm2)
取700mm×700mm
梁截面尺寸(mm)
混凝土等级
横梁(b×h)
纵梁(b×h)
AB跨、CD跨
C30
600×600
400×600
柱截面尺寸(mm)
层次
混凝土等级
b×h
1
C30
400×600
2-5
C30
400×600
第二部分:
框架侧移刚度的计算
一、横梁线刚度ib的计算:
类别
Ec
(N/mm2)
b×h
(mm×mm)
I0
(mm4)
l
(mm)
EcI0/l(N·mm)
1.5EcI0/l(N·mm)
2EcI0/l(N·mm)
AB跨、BC、CD跨
3.0×104
600×600
5.40×109
7200
2.25×1010
3.38×1010
4.50×1010
二、纵梁线刚度ib的计算:
类别
Ec
(N/mm2)
b×h
(mm×mm)
I0
(mm4)
l
(mm)
EcI0/l(N·mm)
1.5EcI0/l(N·mm)
2EcI0/l(N·mm)
⑤⑥跨
3.0×104
400×600
5.4×109
4200
3.86×1010
5.79×1010
7.71×1010
三、柱线刚度ic的计算:
I=bh3/12
层次
hc(mm)
Ec(N/mm2)
b×h
(mm×mm)
Ic
(mm4)
EcIc/hc
(N·mm)
1-5
4700
3.0×104
600×600
2.001×1010
12.77×1010
四、各层横向侧移刚度计算:
(D值法)
1、底层
①、A-2、A-3、A-7、A-8、D-2、D-3、D-4、D-7、D-8(9根)
K=0.352
αc=(0.5+K)/(2+K)=0.362
Di1=αc×12×ic/h2
=0.362×12×12.77×1010/47002
=25112
②、A-1、A-4、A-6、A-9、D-1、D-5、D-6、D-9(8根)
K=3.38/12.77=0.266
αc=(0.5+K)/(2+K)=0.338
Di2=αc×12×ic/h2
=0.338×12×12.77×1010/47002
=23447
③、B-1、C-1、B-9、C-9(4根)
K=(2.5+3.38)/12.77=0.460
αc=(0.5+K)/(2+K)=0.390
Di3=αc×12×ic/h2
=0.390×12×12.77×1010/47002
=27055
④、B-2、C-2、B-3、C-3、C-4、B-7、C-7、B-8、C-8(9根)
K=(3.34+4.5)/12.77=0.614
αc=(0.5+K)/(2+K)=0.426
Di4=αc×12×ic/h2
=0.426×12×12.77×1010/47002
=29552
⑤、B-4、B-6、C-5、C-6(4根)
K=(3.34+3.38)/12.77=0.526
αc=(0.5+K)/(2+K)=0.406
Di5=αc×12×ic/h2
=0.406×12×12.77×1010/47002
=28165
⑥、B-5(1根)
K=3.34/12.77=0.262
αc=(0.5+K)/(2+K)=0.337
Di6=αc×12×ic/h2
=0.337×12×12.77×1010/47002
=23378
∑D1=25112×9+23447×8+27055×4+29552×9+28165×4+23378
=923810
2、第二层:
①、A-2、A-3、A-7、A-8、D-2、D-3、D-4、D-7、D-8(9根)
K=4.5×2/(12.4×2)=0.363
αc=K/(2+K)=0.154
Di1=αc×12×ic/h2
=0.154×12×12.4×1010/36002
=17681
②、A-1、A-9、D-1、D-5、D-6、D-9(6根)
K=3.38×2/(12.4×2)=0.273
αc=K/(2+K)=0.120
Di2=αc×12×ic/h2
=0.120×12×12.4×1010/36002
=13778
③、A-5(1根)
K=4.5/7.233=0.622
αc=(0.5+K)/(2+K)=0.428
Di3=αc×12×ic/h2
=0.428×12×7.233×1010/83002
=5392
④、A-4、A-6(2根)
K=(4.5+3.8)/(12.4*2)=0.318
αc=K/(2+K)=0.137
Di4=αc×12×ic/h2
=0.137×12×12.4×1010/36002
=15730
⑤、B-1、C-1、B-9、C-9(4根)
K=(2.5+3.38)×2/(12.4×2)=0.474
αc=K/(2+K)=0.192
Di5=αc×12×ic/h2
=0.192×12×12.4×1010/36002
=22044
⑥、B-2、B-3、C-2、C-3、C-4、B-7、B-8、C-7、
C-8(9根)
K=(3.34+4.5)×2/(12.4×2)=0.632
αc=K/(2+K)=0.240
Di6=αc×12×ic/h2
=0.240*12*12.4*1010/36002
=27556
⑦、B-4、B-6(2根)
K=(3.34×2+4.5+3.38)/(12.4×2)=0.587
αc=K/(2+K)=0.227
Di7=αc×12×ic/h2
=0.227×12×12.4×1010/36002
=26063
⑧、C-5、C-6(2根)
K=(3.34+3.38)×2/(12.4×2)=0.542
αc=K/(2+K)=0.213
Di8=αc×12×ic/h2
=0.213×12×12.4×1010/36002
=24456
⑨、B-5(1根)
K=3.34×2/(12.4×2)=0.269
αc=K/(2+K)=0.119
Di9=αc×12×ic/h2
=0.119×12×12.4×1010/36002
=13663
∑D2=17681×9+13778×6+5392+15730×2+22044×4+27556
×9+26063×2+24456×2+13663
=729530
3、第三层至第六层:
①、A-2、A-3、A-4、A-5、A-6、A-7、A-8、D-2、D-3、D-4、D-7、D-8(12根)
Di1=17681
②、A-1、A-9、D-1、D-9、D-5、D-6(6根)
Di2=13778
③、B-1、C-1、B-9、C-9(4根)
Di3=22044
④、B-2、B-3、B-4、B-5、C-2、C-3、C-4、B-6、B-7、B-8、C-7、C-8(12根)
Di4=27556
⑤、C-5、C-6(2根)
Di5=24456
∑D3-6=17681×12+13778×6+22044×4+27556×12+24456×2
=762600
4、顶层:
①、D-5、D-6(2根)
K=3.38×2/(12.4×2)=0.273
αc=K/(2+K)=0.120
Di1=αc×12×ic/h2
=0.120×12×12.4×1010/36002
=13778
②、C-5、C-6(2根)
K=(3.38×2+3.34)/(12.4×2)=0.407
αc=K/(2+K)=0.169
Di2=αc×12×ic/h2
=0.169×12×12.4×1010/36002
=19404
∑D顶=13778×2+19404×2=66364
由此可知,横向框架梁的层间侧移刚度为:
层次
1
2
3
4
5
顶
∑Di(N/mm)
923810
729530
762600
762600
762600
66364
∑D1/∑D2=923810/729530>0.7,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
1
2
3
4
5
顶层
∑Di(N/mm)
1035634
935623
942398
942398
942398
103102
∑D1/∑D2=1035634/935623>0.7,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:
1、屋面永久荷载标准值(上人)
30厚细石混凝土保护层22×0.03=0.66KN/m2
三毡四油防水层0.4KN/m2
20厚矿渣水泥找平层14.5×0.02=0.29KN/m2
150厚水泥蛭石保温层5×0.15=0.75KN/m2
120厚钢筋混凝土板25×0.12=3.0KN/m2
V型轻钢龙骨吊顶0.25KN/m2
(二层9mm纸面石膏板、有厚50mm的岩棉板保温层)
合计5.35KN/m2
②、1-5层楼面:
木块地面(加防腐油膏铺砌厚76mm)0.7KN/m2
120厚钢筋混凝土板25×0.12=3.0KN/m2
V型轻钢龙骨吊顶0.25KN/m2
合计3.95KN/m2
③、屋面及楼面可变荷载标准值:
上人屋面均布活荷载标准值2.0KN/m2
楼面活荷载标准值2.0KN/m2
屋面雪荷载标准值SK=urS0=1.0×0.2=0.2KN/m2
(式中ur为屋面积雪分布系数)
④、梁柱密度25KN/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
3600
600×600
25
1.17
4
29.25
497.25
纵梁
6600
400×600
25
1.17
20
29.25
819.00
6300
400×600
25
0.63
4
15.75
63.00
类别
计算高度(mm)
截面
(mm)
密度(KN/m3)
体积
(m3)
数量
(