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框架计算书毕业设计

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宿舍楼建筑结构设计

摘要

在实际工程中，钢筋混凝土框架结构是一种较为普遍结构形式，广泛应用于住宅、

办公、学校等公共建筑。

本设计主要对多层框架教学楼的横向框架进行了设计。

在进行设计时首先查《荷载规范》对结构的恒载、活载、风荷载以及地震荷载进行计算。

竖向荷载利用分层法、水平荷载利用D值法进而得到各种作用下结构各杆件的内力标准值。

然后按照最不利组合方式，对各种作用下的内力进行组合。

最后在组合中找出各杆件最不利的一组或几组对构件进行截面设计，选取最安全的结果进行配筋并绘出施工图。

本设计还对基础、楼板、楼梯等进行了设计，并绘出了结构施工图。

除对本框架进行手算外，还利用了PKPM对本结构进行了电算。

通过本次毕业设计并充分结合我四年来学到的基本知识使我了解了框架结构设计的全过程，达到了从理论到实践的飞跃。

同时通过设计中使用的建筑方面的规范和软件，使我更加熟悉了规范和软件的使用操作，为我以后工作打下了良好的基础。

关键词：

结构设计；荷载计算；配筋计算

TheDesignof147DormitoryBuildingStructure

ABSTRACT

Inpracticalengineering,thereinforcedconcreteframestructureacommonstructuralformowingtoitssuccessfulapplicationsinmanyareassuchasresidences,officers,schoolsandotherpublicbuildings.Thisthesisisaimedatthedesignfortransverseframeofteachingbuildingswithmultistoryframe.Firstly,deadloads,liveloads,windloadandseismicloadofthestructurearecalculatedreferringto“LoadStandards”.Thenthestandardvaluesofeachmembersofstructureunderbeobtainedbyusingstratificationmethodand“D”methodrespectively.Besides,theinternalforcesundervariousloadarecombinedaccordingtothemostunfavorablecombinationmode.Finally,themostunfavorableoneorseveralonesamongcombinationsareselectedforthedesignofsection.Inthisway,thesafestresultsreinforcementischosenandproductiondrawingisdesigned.Thebasement,thefloorandthestairsarealsodesignedandstructuralproductiondrawingaredesignedinthisthesis.Moreover,thestructurecomputerizationisshownbyusingPKPM.

Thankstothisgraduationdesign,IputalltheknowledgeIlearnedinthepastfouryearsintouse.Imastertheentireprocessofthedesignofframestructureandknowbefore.Alliformyfuturework.

Keywords:

StructureDesign;LoadCalculation;ReinforcementCompute

1相关原始资料的阐述1

1.1工程名称1

1.2建筑地点1

1.3用地概况1

1.4建筑物特点1

1.5基本风压值1

1.6抗震设防1

1.7地基与基础1

1.8墙身做法2

1.9楼面做法2

1.10屋面做法2

1.11门窗做法2

2结构平面布置3

2.1结构方案的选择及结构布置3

2.1.1结构方案的确定3

2.1.2基础类型的确定3

2.1.3结构构件截面尺寸和材料的选择3

3框架荷载计算5

3.1框架计算简图及梁柱线刚度5

3.2恒载标准值计算6

3.3活荷载标准值计算屋面和楼屋面活荷载标准值7

3.4竖向框架下荷载受荷计算7

3.4.1恒载计算8

3.4.2活载计算13

3.5风荷载内力计算15

3.5.1风荷载下标准值计算15

3.5.2风荷载作用下的位移验算。

4非地震作用下框架内力计算19

4.1竖向恒载作用下的内力计算20

4.1.1弯矩分配系数计算20

4.1.2计算杆件固端弯矩23

4.2竖向活载作用下的内力计算24

4.2.1计算杆件固端弯矩24

4.3风荷载内力计算30

5地震作用下框架计算35

5.1重力荷载代表值的计算35

5.1.1第5层楼面即屋面处重力荷载代表值计算35

5.1.2第4层楼面处重力荷载表值计算35

5.1.3第3层楼面处重力荷载代表值计算36

5.1.4第2层楼面处重力荷载代表值计算36

5.1.5第1层楼面处重力荷载代表值计算36

5.2框架柱抗侧刚度D和结构基本自振周期计算37

5.2.1横向抗侧刚度D值计算37

5.2.2结构基本自振周期计算38

5.3横向地震作用计算38

5.4地震作用变形验算39

5.5框架地震内力计算40

6内力组合42

6.1横向框架内力组合42

6.2框架梁弯矩调幅42

6.3柱内力组合44

6.4梁内力组合44

7截面设计54

7.1梁截面设计54

7.1.1设计信息55

7.1.2正截面承载力计算55

7.1.3梁斜截面承载力计算59

7.2柱的配筋计算62

7.2.1剪跨比和轴压比验算62

7.2.2框架柱正截面承载力计算64

7.2.3柱斜截面受剪计算66

8楼梯设计68

8.1设计资料68

8.1.1楼梯概况本工程68

8.1.2楼梯结构平面布置图68

8.2楼梯板设计69

8.3平台板计算70

8.3.1确定板厚70

8.3.2荷载计算70

8.3.3内力计算70

8.3.4配筋计算70

8.4平台梁设计71

8.4.1平台梁截面71

8.4.2荷载计算71

8.4.3内力计算71

8.4.4配筋计算71

9现浇混凝土板设计73

9.1构件编号73

9.2计算信息73

9.3计算参数:

9.4配筋计算74

9.4.1X向底板钢筋74

9.4.2Y向底板钢筋74

9.4.3X向支座左边钢筋75

9.4.4X向支座右边钢筋75

9.4.5Y向上边支座钢筋76

9.4.6Y向下边支座钢筋76

10柱下独立基础设计77

10.1设计依据77

10.2计算信息77

10.2.1几何参数77

10.2.3计算信息78

10.2.4作用在基础顶部荷载标准组合值78

10.2.5修正后的地基承载力特征值78

10.3计算参数78

10.4计算作用在基础底部弯矩值78

10.5验算地基承载力79

10.5.1验算轴心荷载作用下地基承载力79

10.5.2验算偏心荷载作用下的地基承载力79

10.5.3确定基础底面反力设计值79

10.6基础冲切验算79

10.6.1计算基础底面反力设计值79

10.6.2柱对基础的冲切验算80

10.7柱下基础的局部受压验算81

10.8基础受弯计算81

10.9计算配筋81

10.9.1计算基础底板x方向钢筋81

10.9.2计算基础底板y方向钢筋81

参考文献83

致谢85

附录86

1相关原始资料的阐述

1.1工程名称

147宿舍楼建筑结构设计

1.2建筑地点

广州市白云区

1.3用地概况

用地西临学校操场，南面和东面临近学校主干道，其北面紧邻其它建筑物，地势平坦。

1.4建筑物特点

主体五层，不上人屋顶，钢筋混凝土框架结构，梁板柱均现浇，占地面积为891m2建筑面积为4455m2，建筑物共五层，底层层高3.9m，标准层层高3.3m，总高度18.3m。

建筑耐火等级为二级。

室内地坪为±0.000m，室内外高差0.45m，基础顶面距离室外地面0.95m，基础采用柱下独立基础。

框架梁、柱、楼面、屋面板均为现浇。

1.5基本风压值

0.5kNm2

1.6抗震设防

建筑抗震设防类别丙类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，

设计地震分组为第一组，Ⅱ类场地，建筑物安全等级为二级，其它荷载参见《建筑结构荷载规范》。

1.7地基与基础

根据工程地质勘察报告，拟建场地地层从上而下各土层情况如下：

杂填土：

灰黄色、含碎砖及垃圾、结构松散

粉土：

黄红色、软塑

粘土：

棕红色、硬塑微风化砂岩

表1.1地质资料

层次

土层

承载力

（kNm2）

天然含水量

（%）

容重kNm3

孔隙比

土层层厚

（m）

塑性指数

液性指数

杂填土

0.4

粉土

169

23.3

0.80

1.9

8.0

0.38

粘土

300

26.3

19.7

0.65

6.5

0.35

砂岩

1.8墙身做法

墙身采用加气混凝土砌块砖厚200mm，内隔墙采用200mm，用M5混合砂浆砌筑

1.9楼面做法

大理石地面砖，干水泥擦缝；

15mm水泥砂浆地面；

钢筋混凝土现浇板；

20mm石灰砂浆抹底。

1.10屋面做法

细石混凝土；

SBS改性沥青防水层；刷基层处理剂一层；矿渣水泥（找坡层）；

50厚硬质聚氨酯泡沫塑料板隔热层；

20mm1:

2水泥砂浆找平层；

钢筋混凝土现浇板；

20mm石灰砂浆抹底。

1.11门窗做法

本工程所用窗均为铝合金窗，门除厕所用铝塑门及楼梯用甲级防火门外其作均为木门窗。

2结构平面布置

2.1结构方案的选择及结构布置

图2.1结构平面布图

2.1.1结构方案的确定

考虑到现浇钢筋混凝土框架结构建筑平面布置灵活，能够获得较大的使用空间，建筑立面容易处理，可以适应不同房屋造型，故本设计采用现浇钢筋混凝土框架结构。

2.1.2基础类型的确定

根据施工场地、地基条件、场地周围的环境条件，选择柱下独立基础。

2.1.3结构构件截面尺寸和材料的选择

1、基础顶面设计标高的确定根据地质勘察报告的建议，地基持力层可设在粉土，该层距室外地面0.4m—2.3m之间，现选用柱下独立基础，故取基础顶面距离室外设计地面0.5m处。

2、楼板厚度的确定

1）横向框架梁：

横向框架梁的最大跨度为7200mm，

横向框架梁高（n是建筑层数）估算，大约为0.4>0.25,应考虑风压脉动对结构发生顺风风向风振的影响,

βz=1+ζνψzμz;由于ω0×T2=0.62×0.5×（0.4）2=0.0496所以ζ=1.18。

因为地面粗糙度为B类,所以ν=0.46各层标高处βz见表3.1

μz根据荷载规范表查得，见表3.1

将风荷载算成作用于每层节点上的集中荷载，计算过程如表3.1所示。

表中A为一榀框架各层节点的受风面积，计算结果如下表所示。

表3.1横向风荷载计算

楼层

βz

μs

z（m）

μz

ω0（kNm2）

A（m2）

Wk（kN）

5层

1.53

1.3

17.55

1.2

0.5

20.52

24.49

4层

1.4

1.3

14.25

1.09

0.5

23.76

23.57

3层

1.3

10.95

0.5

23.76

20.08

2层

1.2

1.3

7.65

0.5

23.76

18.53

1层

1.1

1.3

4.35

0.74

0.5

27.54

14.57

图3.3风荷载图

3.5.2风荷载作用下的位移验算位移计算时，各荷载均采用标准值。

侧移刚度D值：

第1层:

A轴柱：

K=2×72139（2×32216.49）=2.239

α=（0.5+K）（2+K）=（0.5+1.52）（2+1.52）=0.57

B轴柱：

K=2×（72139+281250）（2×32216.49）=10.96α=（0.5+K）（2+K）=（0.5+10.96）（2+10.96）=0.88

C轴柱：

K=2×（72139+281250）（2×32216.49）=10.96

α=（0.5+K）（2+K）=（0.5+5.71）（2+5.71）=0.88

D轴柱：

K=2×72139（2×32216.49）=2.239

α=（0.5+K）（2+K）=（0.5+1.52）（2+1.52）=0.57

第2层:

A轴柱：

K=2×72139（2×47348.48）=1.52

α=K（2+K）=1.52（2+1.52）=0.43

B轴柱：

K=2×（72139+281250）（2×47348.48）=7.46α=K（2+K）=7.46（2+7.46）=0.79

A轴柱：

K=2×（72139+281250）（2×47348.48）=7.46

α=K（2+K）=7.46（2+7.46）=0.79

B轴柱：

K=2×72139（2×47348.48）=1.52

α=K（2+K）=1.52（2+1.52）=0.43

第3层:

A轴柱：

K=2×72139（2×47348.48）=1.52

α=K（2+K）=1.52（2+1.52）=0.43

B轴柱：

K=2×（72139+281250）（2×47348.48）=7.46

α=K（2+K）=7.46（2+7.46）=0.79

C轴柱：

K=2×（72139+281250）（2×47348.48）=7.46

α=K（2+K）=7.46（2+7.46）=0.79

D轴柱：

K=2×72139（2×47348.48）=1.52

α=K（2+K）=1.52（2+1.52）=0.43

第4层:

A轴柱：

K=2×72139（2×47348.48）=1.52

α=K（2+K）=1.52（2+1.52）=0.43

B轴柱：

K=2×（72139+281250）（2×47348.48）=7.46

α=K（2+K）=7.46（2+7.46）=0.79

C轴柱：

K=2×（72139+281250）（2×47348.48）=7.46

α=K（2+K）=7.46（2+7.46）=0.79

D轴柱：

K=2×72139（2×47348.48）=1.52

α=K（2+K）=1.52（2+1.52）=0.43

第5层:

A轴柱：

K=2×72139（2×47348.48）=1.52

α=K（2+K）=1.52（2+1.52）=0.43

B轴柱：

K=2×（72139+281250）（2×47348.48）=7.46

α=K（2+K）=7.46（2+7.46）=0.79

C轴柱：

K=2×（72139+281250）（2×47348.48）=7.46

α=K（2+K）=7.46（2+7.46）=0.79

D轴柱：

K=2×72139（2×47348.48）=1.52

α=K（2+K）=1.52（2+1.52）=0.43

表3.2柱横向侧移刚度D值

第A轴

第B轴

第C轴

第D轴

∑Dj

1层

32873.37

50751.87

32873.37

167250.48

2层

46150.96

84788.98

46150.96

261879.88

3层

46150.96

84788.98

46150.96

261879.88

4层

46150.96

84788.98

46150.96

261879.88

5层

46150.96

84788.98

46150.96

261879.88

侧向位移：

由弯曲和剪切变形产生的位移如下表所示：

表3.3风载作用下框架侧移

楼层

Wk（kN）

VJ（kN）

∑Dj（Nmm）

△uj（m）

△ujh

5层

24.49

261879.88

0.0002

4层

23.57

48.06

261879.88

0.0005

0.0002

3层

20.08

68.14

261879.88

0.0007

0.0002

2层

18.53

86.67

261879.88

0.0008

0.0002

1层

14.57

101.24

45361.258

0.0022

0.0005

根据上表可知，对于框架结构，楼层层间结构最大位移与层高之比的限值为1550。

本框架的层架最大位移与层高之比在底层，其值为0.0005，满足要求，故框架抗侧刚度足够。

而结构顶点总侧移需满足uH≤1550，本框架的总侧移为4.4mm，4.418050＜1550，满足要求.

图3.4水平风载作用下框架层剪力

4非地震作用下框架内力计算

为简化计算，考虑如下几种单独受荷情况：

（1）、恒载作用;

（2）、活载分别单独作用于各跨;

（3）、风荷载作用（从左向右或从右向左）。

框架在竖向荷载作用下，可采用分层法、迭代法、UBC法等方法计算去内力。

本毕业设计中，采用弯矩二次分配法计算内力。

框架在水平荷载下，可采用反弯点法、D值法、门架法等方法计算其内力。

本课程设计中，对于风荷载采用D值法计算内力。

在内力分析前，还应计算节点各杆的弯矩分配系数以及在竖向荷载作用下各杆端的固端弯矩。

4.1竖向恒载作用下的内力计算

4.1.1弯矩分配系数计算

节点标号见图4.1：

图4.1一榀框架节点标号图

节点1:

μ1，2=72139（72139+47348.48）=0.604

μ1.5=47348.48（72139+47348.48）=0.396

节点2:

μ2.1=72139（72139+281250+47348.48）=0.180

μ2.3=281250（281250+72139+47348.48）=0.702

μ2.6=47348.48（（281250+72139+47348.48）=0.118

节点3:

μ3.2=281250（281250+72139+47348.48）=0.702

μ3.4=72139（72139+281250+47348.48）=0.180

μ3.7=47348.48（（281250+72139+47348.48）=0.118

节点4:

μ4.3=72139（72139+47348.48）=0.604

μ4.8=47348.48（72139+47348.48）=0.396

节点5:

μ5.1=47348.48（72139+47348.48+47348.48）=0.283

μ5.9=47348.48（72139+47348.48+47348.48）=0.283

μ5.6=72139（72139+47348.48+47348.48）=0.432

节点6:

μ6.2=47348.48（72139+281250+47348.48+47348.48）=0.106

μ6.5=72139（72139+281250+47348.48+47348.48）=0.161

μ6.7=281250（72139+281250+47348.48+47348.48）=0.628

μ6.10=47348.48（72139+281250+47348.48+47348.48）=0.106

节点7:

μ7.3=47348.48（72139+281250+47348.48+47348.48）=0.106

μ7.6=281250（281250+72139+47348.48+47348.48）=0.628

μ7.8=281250（281250+72139+47348.48+47348.48）=0.16

μ7.11=47348.48（281250+72139+47348.48+47348.48）=0.106

节点8:

μ8.4=47348.48（72139+47348.48+47348.48）=0.284

μ8.7=72139（72139+47348.48+47348.48）=0.432

μ8.12=47348.48（72139+47348.48+47348.48）=0.284

节点9:

μ9.5=47348.48（72139+47348.48+47348.48）=0.284

μ9.13=47348.48（72139+47348.48+47348.48）=0.284

μ9.10=72139（72139+47348.48+47348.48）=0.432

节点10:

μ10.6=47348.48（281250+72139+47348.48+47348.48）=0.106

μ10.9=72139（72139+281250+47348.48+47348.48）=0.161

μ10.11=281250（72139+281250+47348.48+47348.48）=0.661

μ10.14=47348.48（281250+72139+47348.48+47348.48）=0.106

节点11:

μ11.7=47348.48（281250+72139+47348.48+47348.48）=0.106

μ11.10=281250（281250+72139+47348.48+47348.48）=0.628

μ11.12=72139（28125

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