土木工程框架结构毕业设计计算书.docx

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土木工程框架结构毕业设计计算书

摘要………………………………………………………………………………02

绪论………………………………………………………………………………03

一．设计资料……………………………………………………………………04

二．结构选型……………………………………………………………………05

2.1柱网布置…………………………………………………………………05

2.2框架结构承重方案的选择………………………………………………06

2.3框架结构的计算简图……………………………………………………06

2.4各部分的详细做法和说明………………………………………………07

2.5截面尺寸初步估计………………………………………………………08

三．框架侧移刚度的计算………………………………………………………09

3.1横梁线刚度的计算………………………………………………………09

3.2柱线刚度的计算…………………………………………………………09

3.3线刚度示意图……………………………………………………………10

四．重力荷载代表值的计算………………………………………………………10

4.1恒荷载标准值计算………………………………………………………10

4.2恒荷载作用下框架的所受荷载…………………………………………12

4.3恒载作用下框架的内力计算……………………………………………15

4.4活荷载标准值计算………………………………………………………20

4.5活荷载作用下框架内力计算……………………………………………21

4.6框架在活荷载作用下弯矩计算…………………………………………23

五．荷载内力组合………………………………………………………………29

5.1梁内力组合表……………………………………………………………29

5.2柱内力组合表……………………………………………………………31

六．框架梁、柱配筋……………………………………………………………33

6.1框架横梁配筋……………………………………………………………33

6.2框架柱配筋………………………………………………………………34

七．板配筋………………………………………………………………………36

7.1楼板类型及设计方法的选择……………………………………………36

7.2荷载设计值………………………………………………………………37

7.3内力计算…………………………………………………………………37

八．楼梯设计……………………………………………………………………41

8.1设计参数…………………………………………………………………41

8.2楼梯板计算………………………………………………………………41

8.3平台板计算………………………………………………………………42

8.4平台梁计算………………………………………………………………43

总结………………………………………………………………………………45

致谢………………………………………………………………………………46

参考文献…………………………………………………………………………46

摘要

根据办公楼设计规范和其他相关标准，以及设计要求和提供的地质资料，设计该框架结构办公楼。

按照先建筑后结构，先整体布局后局部节点设计步骤设计。

主要内容包括：

设计资料、建筑设计总说明、建筑的平面、立面、剖面图设计说明，以及其它部分的设计说明；结构平面布置及计算简图确定、荷载设计、内力组合、主梁截面设计和配筋计算、框架柱截面设计和配筋计算、楼板和屋面设计、楼梯设计等。

其中附有恒荷载和活荷载作用下的框架弯矩、剪力和轴力图以及梁柱的内力组合表。

关键词：

框架梁、框架柱、楼梯、结构布置。

绪论

毕业设计是大学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——华夏公司某钢筋混凝土办公楼设计。

在毕业前期，我温习了《结构力学》、《钢筋混凝土设计》、《钢结构》、《房屋建筑学》等书籍，并借阅了《混凝土规范》、《荷载规范》等规范。

通过毕业设计对于已经学过的基础知识如混凝土结构设计原理、混凝土结构设计、建筑抗震、土木工程施工、房屋建筑学等专业知识进一步系统巩固、加深和拓展。

提高综合运用基础和专业知识和基本技能的能力。

熟悉土木工程专业设计的程序和方法，了解我国有关土木工程建筑的方针和政策。

学习调查研究的方法，培养深入细致、联系实际，从经济，技术观点全面分析和解决问题，提高独立思考独立工作的能力。

了解土木实际工程中常用做法，增强工程意识提高工程实践能力。

每人独立、系统完成一个工程设计使我们能掌握一个工程的全过程设计。

本设计主要进行了结构方案中横向框架8轴框架的结构设计。

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。

然后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以及基础的设计。

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。

1设计资料

1.1工程名称：

华夏公司某钢筋混凝土办公楼设计

1.2建设地点：

武汉市某市某区

1.3工程概况：

建筑总高度为17.30m，共四层，各层层高3.5M。

室外绝对标高为17.000m，室内外高差为0.720mm，底层室内设计标高±0.000。

建筑总面积为3214.8m2。

1.4建筑等级：

建筑物耐久等级为二级，耐火等级为二级，防水等级为二级。

1.5抗震设防：

抗震设防烈度为7度。

1.6气象资料：

（1）气温：

平均温度20.8oC，极端最高温度为41.2oC，极端最低温度为－4.1oC。

（2）相对湿度：

平均79％。

（3）设计风荷载的基本风压0.30Kpa，其地貌为C类；基本雪压0.35Kpa。

（4）建筑基础场地类别：

Ⅱ类。

（5）抗震设防要求：

该地区基本烈度为6度，按7度抗震设防。

1.7水文地质资料：

从上至下，粉质粘土层，厚度0.8～1.0m,地基承载力标准值fk=110KN/m2，土的重度17.2KN/m3；粉质粘土层，厚度1.0～4.5m，状态可塑，地基承载力标准值fk=240KN/m2，压缩模量

Mpa，土的重度18.3KN/m3，常年地下水位稳定在自然地面以下－3m，场地环境条件良好，可不考虑地下水对混凝土的腐蚀性。

1.8材料选用：

（1）混凝土：

采用C30。

（2）墙体：

外墙采用250加气混凝土砌块，内墙采用200加气混凝土砌块。

2结构选型

2.1柱网布置：

标准层柱网布置图如下：

2.2框架结构承重方案的选择：

竖向荷载的传力途径是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。

2.3框架结构的计算简图：

框架结构的计算单元如图所示，取

轴上的一榀框架计算。

假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。

由于各层柱的截面尺寸不变，故框架梁等于柱截面形心轴线之间的距离。

底层柱高从基础顶面算至二层楼面，基顶标高定为－1.220m，二层楼面标高为3.500m，底层柱高为4.720m。

其余各层柱高均为3.500m。

框架结构的计算单元简图如下：

2.4各部分的详细做法和说明

根据《设计规范》，采用如下设计

（1）.基础（墙基）防潮层:

在—0.72以下基础两侧均用防水水泥砂浆防潮，20厚的1:

2水泥砂浆掺5%避水浆，位置一般在—0.045标高处，适用于砖墙墙身。

（2）.地面：

人造大理石板地面

20厚1:

2水泥砂浆找平层

100厚C30混凝土

100厚素土夯实

（3）.楼面：

人造大理石板地面

20厚1:

2水泥砂浆找平层

100厚钢筋混凝土楼板

20厚底板抹灰

（4）.踢脚台度做法：

釉面瓷砖踢脚台度

5厚釉面砖（白瓷砖）水泥擦缝

5厚1:

1水泥细砂结合层

12厚1:

3水泥砂浆打底

（5）.内墙面做法：

水泥砂浆粉面：

刷（喷）内墙涂料

10厚1:

2水泥砂浆抹面

15厚1:

3水泥砂浆打底

（6）.外墙面：

用15厚1:

3水泥砂浆找平，200×60高级无釉质瓷砖饰面。

（7）.屋面做法：

30厚C20细石混凝土保护层

高聚物改性沥青防水层

1:

8水泥砂浆找坡层

20厚1:

2水泥砂浆找平层

150厚水泥蛭石保温层

20厚地板抹灰

（8）.水泥台阶:

花岗岩面层

20厚1:

25水泥砂浆抹面压实抹光

素水泥浆一道70厚C15号混凝土（厚度不包括踏步三角部分）台阶面向外坡1%

200厚碎石或碎砖石灌M2.5号混合砂浆

素土夯实（坡度按工程设计）

（9）.散水做法：

20厚1:

2水泥砂浆抹面、压实抹光

60厚C15混凝土

素土夯实向外坡4%

备注：

①散水坡度应在施工图中注明

②每隔6.6m留伸缩缝一道，墙身与散水设10宽，沥青砂浆嵌缝

③宽600～900mm

④坡度3～5%

（10）.主体为现浇钢筋混凝土框架结构，楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构。

整个设计过程中，在满足设计任务书提出的功能要求前提下，同时遵循“安全、适用、经济、美观”的原则，结构布置合理，房间利用率比较高，适用性很强，同时又不失美观。

2.5截面尺寸初步估计

2.5.1柱截面设计

该结构选用C30的混凝土

选用二级钢筋HRB335

结构抗震等级为三级，由公式

式中

取0.8

取

从而得到

可得

2.5.2梁截面设计

梁截面宽度b：

框架梁取300mm,楼面连系梁取200mm

梁的截面高度h取值如下

框架梁：

AB、CD跨：

取

BC跨：

考虑到整体性取

连系梁：

取

3．框架侧移刚度的计算

根据规范可知，对于现浇楼板其梁的线刚度应进行修正：

边框架梁I=1.5I0

中框架梁I=2I0

柱计算长度：

底层取1.0H+高差+500；其余各层为1.0H

3.1横梁线刚度ib的计算：

I=2I0

表3.1横梁线刚度ib

类别

b×h

（mm×mm）

I0=bh3/12

（mm4）

Ec

（N/mm2）

l

（mm）

ib=1.5EcI0/l（N·mm）

ib=2EcI0/l（N·mm）

AB、CD跨

300×600

5.40×109

3.0×104

7200

4.50×1010

BC跨

200×400

1.60×109

3.0×104

3000

3.20×1010

3.2柱线刚度ic的计算：

I=I0

表3.2柱线刚度ic

楼层

b×h

（mm×mm）

Ic=bh3/12

（mm4）

Ec（N/mm2）

hc（mm）

ic=EcIc/hc

（N·mm）

一

500×500

5.21×109

3.0×104

4250

3.68×1010

二～四

500×500

5.21×109

3.0×104

3300

4.74×1010

3.3线刚度示意图

4．重力荷载代表值的计算

4.1恒荷载标准值计算

4.1.1恒荷载标准值计算

查《荷载规范》可取：

4.1.1.1屋面永久荷载标准值

30厚C20细石混凝土保护层22×0.03=0.66KN/m2

高改性沥青防水层0.50KN/m2

20厚水泥砂浆找平0.02×20=0.40KN/m2

1：

8水泥砂浆找坡层1.44KN/m2

150厚水泥蛭石保温层0.15×5=0.75KN/m2

100厚钢筋混凝土结构层0.1×25=2.50KN/m2

20厚底板抹灰0.02×17=0.34KN/m2

∑=6.59KN/m2

4.1.1.2楼面：

12厚人造大理石板面层0.012×28=0.336KN/m2

100厚砼板0.10×25=2.50KN/m2

20厚板底抹灰0.34KN/m2

∑=3.176KN/m2

4.1.1.3各层走廊楼面：

水磨石面层0.65KN/m2

100厚钢筋混凝土板25×0.10=2.50KN/m2

抹灰层：

10厚混和砂浆17×0.10=0.17KN/m2

∑=3.32KN/m2

4.1.1.4屋面及楼面活载

楼面活载：

办公室2.0KN/m2

厕所2.0KN/m2

走廊、门厅、楼梯2.5KN/m2

屋面活载上人屋面2.0KN/m2

雪载：

本题目基本雪压：

S0=0.3KN/m2，屋面积雪分布系数ur=1.0

屋面水平投影面积上的雪荷载标准值为：

SK=urS0=1.0×0.35=0.35KN/m2

4.1.1.5梁荷载标准值

框架梁：

b1×h1=300×600mm2

梁自重0.3×（0.60–0.1）×25=3.75KN/m

10厚水泥石灰膏砂浆0.01×（0.60–0.1）×2×14=0.14KN/m

∑=3.89KN/m2

纵向连系梁：

b2×h2=200×400mm2

梁自重0.2×（0.40–0.1）×25=1.50KN/m

10厚水泥石灰膏砂浆0.01×（0.40–0.1）×2×14=0.084KN/m

∑=1.58KN/m2

4.1.1.6墙荷载标准值

外：

250mm厚加气混凝土砌块0.25×7=1.75KN/m2

20厚底板抹灰0.02×17=0.34KN/m2

6厚外墙贴面砖0.06×19.8=0.12KN/m2

∑=2.21KN/m2

内：

200mm厚加气混凝土砌块0.20×7=1.40KN/m2

20厚底板抹灰0.02×17=0.34KN/m2

20厚水泥粉刷墙面0.02×17=0.34KN/m2

∑=2.08KN/m2

女儿墙：

6厚水泥砂浆照面0.006×20=0.12KN/m2

12水泥砂浆打底0.012×20=0.24KN/m2

240粘土空心砖0.24×11=2.64KN/m2

6厚外墙贴砖0.006×19.8=0.12KN/m2

∑=3.12KN/m2

4.1.1.7门，窗及楼梯间荷载

门窗荷载标准值：

塑钢玻璃窗单位面积取0.4KN/m2，木门取0.2KN/m2，塑钢玻璃门取0.4KN/m2

楼梯荷载标准值：

楼梯底板厚取100mm，平台梁截面尺寸为200mm×400mm

楼梯板自重0.5×（0.074＋0.15＋0.074）×0.3×25÷0.3=3.73KN/m2

人造大理石面层（0.3＋0.15）×0.336÷0.3=0.504KN/m2

板底20厚纸筋抹灰0.34×0.02×12÷0.3=0.36KN/m2

∑=4.594KN/m2

平台梁两端搁置在楼梯间两侧的梁上，计算长度取L=5100-300=4800mm,其自重=0.3×0.2×4.8×25=7.2KN

4.2恒载作用下框架的所受荷载

4.2.1A～D和F～H轴间框架梁

4.2.1.1屋面板传载

板传至梁上的荷载两边均为梯形荷载，荷载传递示意图如上：

a=0.825/7.2=0.115

6.59×（1－2×0.1152＋0.1153）×0.825×2=10.57KN/m

4.2.1.2楼面板传荷载：

二～四层：

3.18×（1－2×0.1152＋0.1153）×0.825×2=5.10KN/m

4.2.1.3梁自重：

3.89KN/m

4.2.1.4内墙自重：

2.08×3.6=7.49KN/m

4.2.1.5A～D轴间框架梁均布荷载：

屋面梁（梁自重＋板传荷载）3.89＋10.57=14.46KN/m

二～四层楼面梁（梁自重＋板传荷载＋内墙自重）

3.89＋5.10＋7.49=16.48KN/m

4.2.2F～H轴间框架梁

4.2.2.1屋面板传荷载：

板传至梁上的荷载为三角形荷载转化为均布荷载

6.59×

×3.0/2=6.18KN/m

4.2.2.2楼面板传荷载：

3.32×

×3.0/2=3.12KN/m

4.2.2.3梁自重：

1.58KN/m

4.2.2.4D～F轴间框架梁均布荷载：

屋面梁（梁自重＋板传荷载）1.58＋6.18=7.76KN/m

楼面梁（梁自重＋板传荷载）1.58＋3.12=4.70KN/m

4.2.3A轴柱纵向集中恒荷载计算

4.2.3.1顶层柱

女儿墙自重：

（做法：

墙高0.8m，混凝土压顶0.1m，三面粉刷）

0.25×0.8×5.5＋0.25×0.1×25＋（0.8×2＋0.25）×0.5＝2.65KN/m

板传荷载的三角形荷载转化为均布荷载为：

5.04×

×2.65/2＝4.17KN/m

则顶层柱荷载为：

（女儿墙自重＋板传荷载+主梁传荷载＋次梁传荷载）

2.65×（7.8－0.5）＋3.20×（7.8－0.5）＋4.17×7.8＋15.37×6.0/4+17.84×6.0/4＝125.046KN

4.2.3.2一～四层柱

板传荷载的三角形荷载转化为均布荷载为：

3.37×

×3.6/2＝3.79KN/m

（外墙自重＋窗户自重＋梁自重＋板传荷载＋次梁传荷载＋柱自重）

1.99×

＋0.35×2.4×1.8＋3.20×（7.8－0.5）＋3.79×（7.8－0.5）＋10.28×6.0/4+17.84×6.0/2＝152.105KN

4.2.4D轴柱纵向集中恒荷载计算

4.2.4.1顶层柱

板传至梁上的荷载一边为梯形荷载，一边为三角形荷载，均转化为均布荷载为：

a＝1.5/7.8＝0.192

5.04×

×1.8＋5.04×（1－2×0.1922＋0.1923）×1.5/2＝9.20KN/m

则顶层柱荷载为：

（主梁自重＋板传荷载＋次梁传荷载）

3.20×（7.8－0.5）＋9.16×（7.8-0.5）+15.37×6.0/2+17.84×6.0/2＝189.86KN

4.2.4.2一～四层柱

板传至梁上的荷载一边为三角形荷载，一边为梯形荷载，转化为均布荷载为：

3.32×

×1.8＋3.32×（1－2×0.1922＋0.1923）×1.5/2＝6.06KN/m

二～四层柱荷载为：

（内墙自重＋门自重＋主梁自重＋板传荷载＋次梁传荷载＋柱自重）

1.44×【（7.8－0.5）×3.3－2.1×0.9】＋0.35×2.1×0.9＋3.20×（7.8－0.5）＋【6.03×（7.8－0.5）】＋（10.28+4.75+1.88）×6.0/2＝150.74KN

框架在竖向恒荷载作用下的受荷总图如下图所示（图中数值均为标准值）。

竖向恒荷载作用下的受荷总图

（说明：

图中节点荷载的单位为KN，均布荷载单位为KN/m；AC、EF跨的偏心均为125mm,BC跨的偏心为150mm,附加弯距数值为节点荷载与偏心距之积.）

4.3恒载作用下框架的内力计算

4.3.1采用力矩分配法计算活载作用框架弯矩

梁的固端弯距、剪力、轴力可按如下公式求得：

+

梁内力计算简图

各结点得分配系数等于各杆件的相对线刚度与交汇于此结点的所以杆件的线刚度之和的比值，公式如下

µik＝

计算过程见下表：

4.3.1.1顶层恒载弯距计算

顶层弯矩

位置

A轴线

C轴线

E轴线

F轴线

下柱

梁右

梁左

下柱

梁右

梁左

下柱

梁右

梁左

下柱

分配系数

0.28

0.72

0.48

0.18

0.34

0.34

0.18

0.48

072

0.28

固端弯矩

2.59

-94.05

94.05

-2.08

-16.33

16.33

2.08

-94.05

94.05

-2.59

25.61

65.85

-36.31

-13.62

-25.72

25.72

13.62

36.31

-65.85

-25.61

4.158

-18.15

32.93

-2.36

↙↘

2.36

-32.93

18.15

4.158

3.92

10.08

-14.67

-5.50

10.39

-10.39

5.50

14.67

-10.08

-3.92

杆端弯矩

36.28

-36.28

76.00

-23.56

-52.44

52.44

23.56

-76.00

36.28

-36.28

二～三层恒载弯矩计算

二～三层弯矩

上柱

下柱

梁右

梁左

上柱

下柱

梁右

梁左

上柱

下柱

梁右

梁左

下柱

上柱

分配系数

0.22

0.22

0.56

0.41

0.15

0.15

0.29

0.29

0.15

0.15

0.41

0.56

0.22

0.22

固端弯矩

2.61

-59.31

59.31

-4.19

-7.94

7.94

4.19

-59.31

59.31

-2.61

12.47

12.47

31.75

-19.34

-7.08

-7.08

-13.68

13.68

7.08

7.08

19.34

-31.75

-12.47

-15.5

8.54

4.158

-9.67

15.88

-2.36

-2.36

2.36

2.36

-15.88

9.67

-4.158

-8.54

-0.66

-0.66

-1.69

-3.68

-1.35

-1.35

-2.60

2.60

1.35

1.35

3.68

1.69

0.66

0.66

杆端弯矩

20.35

18.58

-38.92

52.16

-12.96

-14.97

-24.23

24.23

14.97

12.16

-52.16

38.92

-18.58

20.3

底层恒载弯矩计算