土木工程框架结构设计大学课题论文.docx
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土木工程框架结构设计大学课题论文
毕业设计（论文）
某公司办公楼
学生姓名：
学号：
专业班级：
指导教师：
20年月日
摘要
本课题为东营市华凌科技办公楼的设计，4层，建筑面积约3000m2，长42m，宽16.8m，高14.95m。
采用钢筋混凝土框架结构。
首先，根据设计出的建筑方案及所选用的建筑材料及做法，确定结构计算简图，进行荷载和内力计算，绘制了相应的内力图；其次，进行结构内力组合，确定结构控制截面的弯矩、剪力和轴力设计值。
最后，根据已经计算出的结构控制截面的内力值，对梁、板、柱、基础等进行配筋计算，并绘制了相应的结构施工图。
同时，本文采用PKPM软件进行电算，以保证计算结果的可靠性，并达到同手算结果对比、分析的目的。
关键词：
框架结构；内力；配筋；控制截面
ABSTRACT
ThetopicisthedesignofHuaLingtechnologyofficebuildinginDongYingcity,fourlayers,theareaofconstructionisabout3000m2,thelengthofthebuildingis42m,thewidthis16.8mandtheheightis14.95m.Thisbuildingisreinforcedconcreteframestructure.Firstofall,accordingtoarchitecturaldrawingofdesign,buildingmaterialandmethod,determineschematiccalculation,thuscompletingtheloadandinternalforcescalculation,drawingamapcorrespondingtotheinternalforces。
Secondly,proceedthestructureinternalforcecombination,determinethestructurecontrolsectionalbendingmoment,shearingforceandaxforcedesignvalue.Finally,accordingtoalreadycalculatestructurecontrolsectionalinternalforcevalue,thebeam,slabandcolumns,thefoundationbeingreinforced,andthemappingofthecorrespondingstructureconstructionplan.Atthesametime,weusedthesoftwarePKPMtoensurethereliabilityofresults,andachievethepurposeofanalysis,contrasttheresultwhichwascalculatedbyhand.
Keywords：
frameconstruction。
internalforce。
reinforcement。
controlsection
前言
毕业设计大学四年最后的实践性演练，对我们的综合素质和毕业后实际工作能力、适应社会能力的提高有着不可忽视的作用。
在毕业设计过程中，能系统化的运用头脑里的知识框架，充分调动工作积极性，以及操作制图能力等。
本次设计为钢筋混凝土框架结构，其中主要包括建筑设计和结构设计。
遵循由建筑到结构，再到基础的设计过程。
建筑设计根据地形及周边环境，合理布置建筑总平面，综合考虑各个部分的具体使用要求，统筹相互间的关系和位置，使建筑各部分人流组织通畅，建筑流线简捷、明确，以取得良好的使用效果、景观效果和经济效果。
然后进行立面造型、剖面设计。
结构设计包括确定结构体系与结构布置、根据经验对构件初估、确定计算单元计算模型及计算简图、荷载计算、内力计算、基础设计等内容。
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，辅以一些计算软件如PKPM的校正。
设计时尽量做到安全、经济、适用的要求。
通过本次毕业设计，涉猎了大量的知识，查阅资料的能力大大提高，手工绘图，上机制图的能力也逐渐巩固，由于时间相对紧张，让自己能够更加充分合理的利用时间，使自己能更加有信心面对将来的工作和学习，做好迎接未来挑战的准备。
第1章设计资料
1.1工程简况
山东东营华凌科技公司办公楼，建筑总面积约为3000m2。
采用钢筋混凝土框架结构，四层。
1.2设计标高
室内设计标高±0.00m，相当于绝对标高6.00m，室内外高差450mm。
1.3气象资料
夏季室外计算温度：
34.5℃，绝对最高温度：
40℃，冬季室外计算温度：
-9℃，绝对最高温度：
-22℃，最大降雨量：
300mm，基本风压：
0.45kN/m2，主导风向：
冬季：
西北，夏季：
东南。
基本雪压：
0.2kN/m2，最大冻深：
500mm。
1.4工程地质资料
地基允许承载力R=90kN/m2，土类型为粉质粘土，Ⅱ类场地，最高地下水位：
自然地面以下1.2m；地下水性质：
有弱硫酸盐侵蚀。
1.5抗震烈度
抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，Ⅱ类场地，设计地震分组为第二组。
1.6墙身做法
外墙采用蒸压粉煤灰加气混凝土砌块：
厚240mm；内墙采用蒸压粉煤灰加气混凝土砌块：
厚200mm。
1.7门窗做法
门厅处为铝合金门窗，其他均为木门、铝合金窗。
1.8所用材料
混凝土C25：
，；HPB235级钢筋：
；HRB335级钢筋：
，=0.55。
第2章结构布置和计算简图
结构平面布置如图2-1所示。
各梁柱截面尺寸如下：
图2-1结构平面布置
边跨梁：
，取，。
中跨梁：
，取，。
纵向框架梁：
，取，。
柱:
=，
取。
板厚：
，取。
结构计算简图如图2-2所示。
底层层高为4.15m，各梁柱构件的线刚度经计算后列于图2-2。
其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取（为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。
AB、CD跨梁：
BC跨梁：
上部各层柱：
底层柱：
注：
图中数字为线刚度，单位：
图2-2结构计算简图
第3章荷载计算
3.1恒载计算
3.1.1屋面框架梁线荷载标准值
4厚高聚物改性沥青防水卷材防水层0.004×10=0.04
20厚1:
3水泥砂浆保护层20×0.02=0.4
水泥珍珠岩（最薄40mm）2%找坡0.124×4=0.496
100厚憎水膨胀珍珠岩0.1×4=0.4
100厚现浇楼板25×0.1=2.5
20厚1:
3水泥砂浆找平层20×0.02=0.4
15mm厚纸筋石灰抹灰0.015×16=0.24
屋面恒载4.476
边跨框架梁自重0.25×0.6×25=3.75
梁侧粉刷2×（0.6-0.1）×0.02×17=0.34
边跨框架梁总重4.09
边跨框架梁自重0.25×0.4×25=2.5
梁侧粉刷2×（0.4-0.1）×0.02×17=0.204
中跨框架梁总重2.704
因此作用在顶层框架梁的线荷载为：
3.1.2楼面框架梁线荷载标准值
水磨石地面0.65
100厚钢筋混凝土楼板0.1×25=2.5
15mm厚纸筋石灰抹底0.015×17=0.255
楼面恒载3.405
边跨框架梁及梁侧粉刷4.09
边跨填充墙自重0.2×5.5×（3.6-0.6）=3.3
填充墙粉刷自重（3.6-0.6）×0.02×2×17=2.04
中跨框架梁及梁侧粉刷2.704
因此作用在中间层框架梁的线荷载为：
3.1.3屋面框架节点集中荷载标准值
边柱纵向框架梁自重0.25×0.4×4.2×25=10.5
边柱纵向框架梁粉刷（0.4-0.1）×2×0.02×4.2×17=0.8568
1000高女儿墙自重1×0.24×4.2×5.5=5.544
1000高女儿墙粉刷4.2×0.02×17×2=2.856
框架梁传来屋面自重4.2×2.1×4.476×0.5=19.739
顶层边节点集中荷载
中柱纵向框架梁自重0.25×0.4×4.2×25=10.5
中柱纵向框架梁粉刷0.8568
纵向框架梁传来屋面自重0.5×4.2×4.2/2×4.476=19.739
0.5×（4.2+4.2-2.6）×1.3×4.476=16.875
顶层中节点集中荷载：
3.1.4楼面框架节点集中荷载标准值
边柱纵向框架梁自重10.5
边柱纵向框架梁粉刷0.8568
铝合金窗自重2.4×2.3×0.5=2.76
窗下墙体自重0.9×3.8×0.24×5.5=4.5144
窗下墙体粉刷0.9×0.02×2×17×3.8=2.3256
窗边墙体自重1.4×2.3×0.24×5.5=4.2504
窗边墙体粉刷1.4×0.02×2×2.3×17=2.1896
框架柱自重0.4×0.4×3.6×25=14.4
框架柱粉刷0.92×0.02×3.6×17=1.1261
纵向框架梁传来楼面自重0.5×4.2×4.2/2×3.405=15.016
中间层边节点集中荷载
中柱纵向框架梁自重10.5
中柱纵向框架梁粉刷0.8568
内纵墙自重（3.6-0.4）×0.2×4.2×5.5=14.784
墙粉刷（3.6-0.4）×0.02×2×17×4.2=9.1392
扣除门洞重加上门重-2.1×1×（1.78-0.2）=-3.318
框架柱自重14.4
框架柱粉刷0.02×1×17×3.6=1.224
纵向框架梁传来楼面自重0.5×4.2×4.2/2×3.405=15.016
0.5×（4.2+4.2-2.6）×1.3×3.405=12.837
中间间层中节点集中荷载
恒载作用下的计算简图如图3-1所示。
图3-1恒载作用下的计算简图
3.2活荷载计算
3.2.1屋面活荷载
3.2.2楼面活荷载
活荷载作用下的结构计算简图如图3-2所示。
图3-2活载作用下的计算简图
3.3风荷载计算
风压标准值计算公式为（3-1）
因结构高度H=14.85m<30m，可取=1.0；=1.3；=0.45。
将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如表3-1所示。
其中z为框架节点至室外地面的高度，A为一榀框架各层节点的受风面积，计算结果如图3-3所示。
表3-1风荷载计算
层次
Z（m）
（kN/m2）
A（m2）
（kN）
4
1.0
1.3
14.85
0.45
11.76
0.74
5.09
3
1.0
1.3
11.25
0.45
15.12
0.74
6.55
2
1.0
1.3
7.65
0.45
15.12
0.74
6.55
1
1.0
1.3
4.05
0.45
16.065
0.74
6.95
图3-3风荷载作用下的结构计算简图
3.4地震作用计算
3.4.1重力荷载代表值计算
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%雪荷载
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1/2层高范围内（屋面梁处取顶层一半）的结构和构件自重，各质点的重力荷载代表值及质点高度如图3-4所示。
图3-4质点重力荷载代表值及质点高度
各层荷载为：
=屋面恒载+0.5屋面雪荷载+屋盖纵横梁自重+屋面下半层的柱及墙体自重+女儿墙自重
=4.476×42.24×17.04=3221.69
=0.24×1×（16.8+42）×2×5.5+0.02×（0.24+2）×（16.8+42）×2×17=244.80
=0.2×17.04×42.24=143.95
=0.4×0.4×25×（1.8-0.1）×42=285.6
=0.25×25×（0.6-0.1）×（7.02-0.4）×21+0.02×2×（0.6-0.1）×（7.02-0.4）×21×17+0.25×25×（0.6-0.1）×（7.2-0.1-0.12）+0.02×2×（0.6-0.1）×（7.2-0.1-0.12）×17+0.25×25×（0.4-0.1）×（2.4-0.2）×11+0.02×2×（0.4-0.1）×（2.4-0.2）×11×17+0.25×25×（0.4-0.1）×（4.2-0.4）×28+0.02×2×（0.4-0.1）×（4.2-0.4）×17×28+0.25×25×（0.4-0.1）×（4.2-0.2-0.28）×8+0.02×2×（0.4-0.1）×（4.2-0.2-0.28）×8×17+0.25×25×（0.7-0.1）×（8.4-0.4）×2+0.02×2×（0.7-0.1）×（8.4-0.4）×2×17
=434.4375+47.2668+21.8125+2.3732+45.375+4.9368+199.5+21.7056+55.8+6.071+60+6.528
=905.80
=0.2×（1.8-0.6）×（7.02-0.4）×11×5.5+0.02×2×（1.8-0.6）×（7.02-0.4）×17×15+0.24×（1.8-0.6）×（7.02-0.4）×4×5.5+0.2×（1.8-0.6）×（7.2-0.1-0.12）×5.5+0.02×2×（1.8-0.6）×（7.2-0.1-0.12）×17+0.24×（1.8-0.4）×（4.2-0.4-2.4）×14×5.5+0.24×（1.8-0.4）×（4.2-0.2-2.4-0.28）×4×5.5+0.24×（1.8-0.4）×（2.4-0.2-1.5）×5.5×2+0.02×2×（1.8-0.4）×（2.4-0.2-1.5）×17×2+0.2×（1.8-0.4）×（4.2-0.4）×13×5.5+0.2×（1.8-0.4）×（4.2-0.2-0.28）×3×5.5+0.02×2×（1.8-0.4）×（4.2-0.4-2.4）×14×17+0.02×（1.8-0.4）×（4.2-0.2-0.28）×2×17×4+0.02×2×（1.8-0.4）×（4.2-0.4）×17×13+0.02×2×（1.8-0.4）×（4.2-0.2-0.28）×17×3+0.2×（1.8-0.7）×（8.4-0.4）×5.5+0.02×2×（1.8-0.7）×（8.4-0.4）×17+0.24×（1.8-0.7）×（8.4-0.4-4.8）×5.5+0.02×2×（1.8-0.7）×（8.4-0.4-4.8）×17
=96.122+81.029+41.944+9.214+5.696+36.221+9.757+76.076+17.186+18.659+14.166+47.029+10.624+9.68+5.984+4.646+2.394+2.587+1.333
=490.35
=++0.5+++
=3221.69+244.80+0.5×143.95+905.8+285.6+490.35=5220.22
同理得：
==5984.88
=6132.68
3.4.2框架刚度计算
考虑到现浇楼板的作用，中框架梁，边框架梁（为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。
计算过程表3-2、3-3、3-4所示。
表3-2梁的刚度
类别
砼强度等级
截面
跨度
惯性矩
边框架
中框架
（m）
L（m）
（10-3m4）
（10-3m4）
（
kN·m）
（10-3m4）
（
kN·m）
边跨梁
C25
0.25×0.6
7.02
4.5
6.75
2.69
9.0
3.59
中跨梁
C25
0.250.4
2.6
1.33
1.995
2.15
2.66
2.86
注：
表3-3柱的刚度
层号
砼强度等级
截面
高度
惯性矩
线刚度
K
（kN/m）
（m）
H（m）
（kN·m）
边框架边柱（）
2-4
C25
0.4×0.4
3.6
2.13
1.66
1.62
0.448
6.89
1
4.15
2.13
1.44
1.87
0.612
6.14
边框架中柱（）
2-4
C25
0.4×0.4
3.6
2.13
1.66
2.92
0.593
9.12
1
4.15
2.13
1.44
3.36
0.72
7.23
中框架边柱（）
2-4
C25
0.4×0.4
3.6
2.13
1.66
2.16
0.519
7.98
1
4.15
2.13
1.44
2.49
0.666
6.68
中框架中柱（）
2-4
C25
0.4×0.4
3.6
2.13
1.66
3.89
0.66
10.15
1
4.15
2.13
1.44
4.48
0.769
7.12
表3-4框架总刚度
层号
（kN/m）
（kN/m）
2-4
27.56
36.48
135.66
172.55
37.225
1
24.56
28.92
123.56
131.24
30.828
3.4.3结构基本周期的计算
本楼的主体总高度为14.85m，且楼房的质量和刚度可采用底部剪力法计算水平地震作用，为此必须先确定其基本周期。
现用能量法计算，并考虑非承重填充墙刚度的影响，取折减系数。
其计算过程列于表3-5。
表3-5能量法计算基本周期
层号
（kN/m）
=（m）
4
5220.22
37.225
0.0140
0.1660
866.333
143.774
3
5984.88
37.225
0.0301
0.1519
909.305
138.154
2
5984.88
37.225
0.0462
0.1218
729.154
88.835
1
6132.68
30.828
0.0757
0.0757
463.963
35.101
23322.7
--
0.1660
--
2968.755
405.864
得，=2×0.6×=0.444s
3.4.4多遇水平地震作用标准值计算
7度第二组地震和Ⅲ类场地，s。
=0.444s<1.4s
所以不考虑顶部附加水平地震作用，结构的总重力荷载为23322.7，所以底部剪力为
各楼层水平地震作用标准值按下式计算
（3-2）
楼层的地震作用标准值和地震剪力标准值的计算如表3-6。
表3-6地震作用标准值和地震剪力标准值
层次
4
5220.22
14.95
78042.29
517.76
517.76
3
5984.88
11.35
67928.39
450.66
968.42
2
5984.88
7.75
46382.82
307.72
1276.14
1
6132.68
4.15
25450.62
168.85
1445
23322.7
--
217804.1
1445
--
3.4.5横向框架弹性变形验算
多遇地震作用下，横向框架层间的弹性验算结果列于表3-7，其中楼层间的地震剪力应取标准值。
表3-7层间弹性位移计算
层号
层间剪力
层间刚度
层高
4
517.76
37.225
1.391
3.6
1/2588
1/550
3
968.42
37.225
2.602
3.6
1/1384
2
1276.14
37.225
3.428
3.6
1/1050
1
1445
30.828
4.687
4.15
1/885
从表中验算知，故多遇水平地震作用的变形验算满足要求。
第4章内力计算
4.1恒荷载作用下的内力计算
以一榀中框架为例，恒载作用下的内力计算采用分层法，这里以顶层为例说明分层法的计算过程，其他层（中间层、底层）计算过程与顶层相同。
中柱的线刚度采用框架梁柱实际线刚度的0.9倍，按照固端弯矩相等的原则，先将梯形分布荷载及三角形分布荷载，化为等效为均布荷载。
顶层等效均布荷载为：
用弯矩分配法并利用结构的对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为：
kN·m
kN·m
kN·m
标准层等效均布荷载为：
用弯矩分配法并利用结构的对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为：
kN·m
kN·m
kN·m
表4-1分层法分配系数及恒载作用下固端弯矩计算结果（kN/m）
节点
单元
A
B
G
分配系数
位置
A下柱
A上柱
AB端
BA端
B下柱
B上柱
BG端
GB端
顶层
0.294
--
0.706
0.551
0.229
--
0.22
--
中间层
0.227
0.227
0.546
0.448
0.186
0.186
0.18
--
底层
0.229
0.221
0.55
0.451
0.188
0.181
0.18
--
固端弯矩
顶层
--
--
-82.26
82.26
--
--
-5.62
-2.81
中间层
--
--
-88.54
88.54
--
--
-4.64
-2.32
底层
--
--
-88.54
88.54
--
--
-4.64
-2.32
弯矩分配法计算过程如图4-1，计算所得结构顶层弯矩图见图4-2。
图4-1弯矩分配法计算过程
图4-2顶层弯矩图
将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得整个框架在恒载作用下的弯矩图。
叠加后框架内各节点弯矩不一定达到平衡，为提高精度，可将节点不平衡弯矩再分配一次进行修正，修正后恒载作用下的弯矩图如图4-3所示。
并求得框架各梁柱的剪力和轴力如图4-4所示。
考虑弯矩调幅，并将梁端节点弯矩换算至梁端柱边弯矩值，跨中弯矩乘以1.1的系数，以备内力组合时用。
图4-3弯矩图（单位：
kN·m）
图4-4梁剪力、柱轴力图（单位：
kN）
4.2活荷载作用下的内力计算
以一榀中框架为例，用分层法计算。
顶层等效均布荷载为：
用弯矩分配法并利用结构的对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为：
kN·m
kN·m
kN·m
标准层等效均布荷载为：
用弯矩分配法并利用结构的对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为：
kN·m
kN·m
kN·m
将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得整个框架在恒载作用下的弯矩图。
叠加后框架内各节点弯矩不一定达到平衡，为提高精度，可将节点不平衡弯矩再分
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