框架结构设计含全套计算书.docx

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框架结构设计含全套计算书

宜宾市屏山县龙华卫生院

建筑及结构设计

作者姓名：

黄大兵学号：

200803010401

专业：

土木工程（建筑方向）指导老师：

范涛

【摘 要】由于框架结构的优点是建筑平面布置灵活，易于满足设置大空间的要求，立面处理也易于满足建筑艺术的要求，与其他结构相比，它是造价较低的一种结构体系。

建筑物的外型由单一的矩形发展到了现在的L形、U形、弧形、原型等很多形状。

建筑物的体型也由单一体型发展到了单元组合体型和复杂体型。

因此，多层工业、民用和公共建筑均采用了框架结构体系。

本设计主要对结构方案中横向第4轴框架进行了结构设计。

在确定框架平面布置方式之后，首先进行了层间荷载标准值的计算，接着采用弯矩二次分配法计算得出竖向恒荷载和活荷载作用下的结构内力。

然后，利用D值法求出在水平风荷载和地震作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。

其次，对各种情况下的内力进行了组合，选取最安全的结果进行框架梁、框架柱截面的配筋计算。

最后，利用PKPM和CAD软件绘制了框架结构的施工图。

【关键词】框架结构；结构设计；配筋

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Architecturalandstructural designoftheLonghua hospitalsinYibin

Name:

HuangDabingStudentNo.:

200803010401

Maior:

CivilEngineering（BuildingEngineering）Supervisor:

FanTao

Abstract：

Becauseoftheadvantagesofframestructureofthebuildinglayoutisflexible,easytosatisfytherequirementssetlargespace,facadeprocessingalsoeasytomeetdemand,theartofarchitecture,framestructureisalowcoststructurecomparedwithotherstructures.ThefigurationofthebuildingchangesfromthesinglerectangulartoL-shaped,U-shaped,arc,prototypesetc.Thebodilyformchangesfromsinglebuildingtotheunitcombinationshapesizeandcomplexshape.Therefore,theframestructureisadoptedinmulti-layerindustrialandcivilandpublicbuildings.

The11thhorizontalframestructureisdesignedinthisdesign.Afterdeterminingtheframelayouts,thestandardvaluesofloadsactingonthestructurearecalculatedfirstly.Thentheinternalforcesofthestructurecausedbyverticalconstantloadandliveloadarecalculatedbystratifiedsamplingmethod.Then,thestructuralinternalforces（moment,shearforceandaxialforce）.duetohorizontalwindloadiscalculatedbyusingaDvaluemethod.Secondly,theinternalforcesundervariouscircumstancesarecombined.Thesecurityresultsareselectedtocalculatethereinforcementofframebeamsandframecolumn.Finally,theshopdrawingoftheframestructureisdrawnbyPKPMandCADsoftware.

   Keywords：

Framestructure；Layeringmethod；Reinforcement

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另附建筑施工图（10张）

建构施工图（7张）

ii

第1章前言

1.1设计的目的意义

土木工程专业（建筑方向）的毕业设计，是我们在毕业前的最后学习和综合训练阶段。

完成设计类毕业设计，需要运用力学，房屋建筑学，结构设计等知识，完成设计的过程是对四年所学基础和专业知识综合、深化、拓宽的过程。

通过本次设计，可以熟悉、掌握并应用设计规范及标准（或通用图集），掌握PKPM结构设计软件的基本设计原理和程序。

1.2设计概况

此次我所做的毕业设计为3层钢筋混凝土框架结构的卫生院门诊楼，占地约四百平方米，建筑总面积约1158平方米；层高均为3.3米；平面尺寸32.6m×11.3m。

采用柱下独立基础，室内外高差0.45m。

框架梁、柱、楼面、屋面板均为现浇。

本设计包括该门诊楼的建筑及结构设计。

1.3设计依据和设计深度

设计依据：

①《民用建筑设计通则》GBJ37-87

②《建筑设计防火规范》GBJ16-87

③《高层民用建筑防火规范》GB50045-95

④房屋建筑学武汉理工大学出版社

⑤其他相关规范、规程等资料

1.4结构方案在工程实践中的应用情况及本设计的方案

多层建筑采用的结构可分为钢筋混凝土结构、钢结构、砌体结构、砖混结构等类型。

根据不同的类型特点，正确选用材料，就成为经济合理地建造多层建筑的一个重要方面。

本次毕业设计结合建筑自身的特点，决定采用钢筋混凝土结构。

框架结构的优点是建筑平面布置灵活，框架结构可通过合理的设计，使之具有良好的抗震性能；框架结构构件类型少，易于标准化、定型化；可以采用预制构件，也易于采用定型模版而做成现浇结构，故结合本次设计的特点，采用框架结构体系的现浇结构。

第2章工程概况

2.1建筑设计

2.1.1设计依据

①屏山县规划和建设局对本工程方案设计的审批意见。

②建设单位与我院签定的《建设工程设计合同书》。

③甲方提供的[屏山县龙华卫生院门诊楼]方案设计文件。

④现行的国家有关建筑设计规范、规程和规定，主要有：

《民用建筑设计通则》GB50352-2005

《屋面工程技术规范》GB50207-2002

《城市道路和建筑物无障碍设计规程》JGJ50-2001

《综合医院建筑设计规范》JGJ49-88。

《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005。

2.1.2项目概况

①本工程为[屏山县龙华卫生院门诊楼]项目，设计的主要范围和内容为该工程的建筑结构、给排水、电气。

不含二次装修设计。

②建筑基底面积：

427.9m建筑总面积：

1158m2

③建筑层数：

地上3层。

建筑总高:

12.900m。

④建筑物合理使用年限:

（50年）建筑物抗震设防烈度:

七度

⑤建筑物防火分类与耐火等级：

乙类建筑，耐火等级：

二级

2.1.3平面设计

该工程是以门诊楼为主的单体建筑，故在设计中主要以满足医疗门诊，服务为主，平面布置为内廊式,采光通风良好.交通设计合理、功能齐全、动静分区。

2.1.4立面设计

①建筑外型形体简洁、色彩明快，并力求。

②建筑立面富有光阴、色彩变化，丰富建筑立面造型。

2.1.5本工程采取的主要节能材料

①外墙：

墙外保温（50厚FHP-Vc保温隔热板）。

②屋面：

材防水保温屋面

③外墙门窗：

框双玻塑钢门窗。

④地面：

水保温地面。

2.2结构设计

2.2.1工程概况

场地地貌单一，地势平坦，无不良地质用地，场地及地基整体稳定，宜于建筑。

①本工程采用全现浇钢筋混凝土框架结构，框架抗震等级为三级。

②本工程按抗震设防烈度七度进行设计，设计基本地震加速度0.10g，地震分组为第二组，设计特征周期0.40s，二类场地。

③本工程建筑物为标准设防类（乙类）建筑。

④正常使用条件下，本建筑结构设计使用年限为50年。

⑤本工程采用柱下独立基础，持力层为中风化泥岩层。

⑥本工程建筑耐火等级为二级。

2.2.2荷载取用

①本工程的活荷载标准值

上人屋面：

2.0KN/m2楼梯：

3.5KN/m2

不上人屋面：

0.5KN/m2走道：

2.5KN/m2

卫生间：

2.0KN/m2病房：

2.0KN/m2

档案室：

2.5KN/m2药房：

3.5KN/m2

②基本风压：

w0=0.30KN/m2,地面粗糙程度：

B类。

③基本雪压：

S0=0.25KN/m2。

2.2.4材料选用

①混凝土：

C30

②墙体：

外围护墙采用250厚Mu5加气混凝土砌块，M5混合砂浆砌筑。

内隔墙采用200厚Mu5页岩空心砖，M5混合砂浆砌筑。

③钢筋：

HPB300-仅用于构造钢筋

HRB400-其他部位

④焊条：

E50---用于HRB钢筋连接

E43---用于HPB钢筋或钢构件连接

第3章一榀框架手算

3.1结构选型

根据建筑的使用功能要求，工程采用钢筋混凝土框架结构，楼板、屋盖、楼梯均采用钢筋混凝土现浇。

内外墙采用加气混凝土切块。

3.1.1柱网布置

标准层柱网布置图如3.1.1所示：

图3.1.1标准层柱网布置图

3.1.2框架结构承重方案的选择

竖向荷载的传力途径：

楼板的均布恒载和活载直接传至主梁，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，此栋门诊楼框架的承重方案为纵向框架承重。

3.1.3框架结构的计算简图

框架结构的计算单元如图所示，取④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。

各层柱的截面尺寸相同，底层柱柱高从基础顶面算至二层楼面，基础顶面标高根据地质条件、室内外高差，定为-0.600m，二层楼面标高为3.300m，故底层柱高为3.900m。

其余各层柱高从楼面算至上一层楼面，均为3.300m。

框架结构计算单元简图如3.1.2所示：

图3.1.2框架结构的计算单元简图

图3.1.3计算单元里面示意图

3.1.4梁、柱截面尺寸的初步确定

①横向框架梁截面尺寸确定

A-C跨：

取hb=500㎜，取bb=250㎜，l0/hb=6000/500=12>4。

C-D跨：

取hb=500㎜，取bb=250㎜，l0/h0=2100/400=5.25>4。

次梁：

取hb1=400㎜，取bb₂=200㎜，l0/hb₂=2100/400=5.25>4。

②纵向框架梁截面尺寸

主梁500mm×250mm，400mm×250mm。

③框架柱截面尺寸确定

bc=H₁/12=3600/12=300㎜，取bc=hc=400㎜

3.2重力荷载计算

3.2.1恒荷载标准值计算

屋面面层：

不上人屋面卷材防水屋面2.23kN/㎡

结构层0.12×25=3.6kN/㎡

抹灰层0.02×17=0.34kN/㎡

合计6.17kN/㎡

楼面面层：

水磨石地面0.76kN/㎡

结构层：

100㎜厚现浇钢筋混凝土板0.1×25=2.5kN/㎡

抹灰层：

20厚混合砂浆刷乳胶漆0.02×17=0.34kN/㎡

合计4.1kN/㎡

标准层梁自重（顶层）：

b×h=500×250：

自重25×0.25×（0.5－0.1）3kN/m

抹灰0.02×（0.5－0.1）×17×2=0.27kN/m

合计3.27kN/m（3.11kN/m）

b×h=400×200：

自重25×0.2×（0.4－0.1）=1.8kN/m

抹灰0.02×（0.4－0.1）×17×2=0.2kN/m

合计2.0kN/m（1.87kN/m）

b×h=400×250:

自重25×0.25×（0.4－0.1）=2.25KN/m

抹灰0.02×0.4－0.1）×17×2=0.2kN/m

合计2.45KN/m（2.18kN/m）

b×h=300×200:

自重25×0.25×（0.3－0.1）=1.2KN/m

抹灰0.02×（0.3－0.1）×17×2=0.14kN/m

合计1.34KN/m（1.2kN/m）

b×h=350×200:

自重25×0.25×（0.35－0.1）=1.48KN/m

抹灰0.02×（0.35－0.1）×17×2=0.16kN/m

合计1.64KN/m（1.54kN/m）

基础梁：

b×h=400×250:

自重25×0.25×0.4=2.5kN/m

柱自重：

b×h=400×400：

自重25×0.40×0.40=4kN/m

抹灰0.02×0.4×17×4=0.55kN/m

合计4.55kN/m

外墙自重：

墙体：

180厚页岩实心砖砌块0.18×18=3.24kN/㎡

混合砂浆刷外墙漆0.17kN/㎡

水刷石外墙面0.5kN/㎡

合计3.91kN/㎡

内墙自重：

墙体：

180厚页岩实心砖砌块0.18×18=3.24kN/㎡

混合砂浆刷外墙漆0.17×2=0.34kN/㎡

合计3.58kN/㎡

女儿墙：

墙体1.4×0.18×18=4.5kN/㎡

抹灰0.02×17×2×1.4=0.95kN/㎡

合计5.49kN/㎡

窗：

0.35kN/㎡

3.2.2活荷载标准值计算

①本工程的活荷载标准值

上人屋面：

2.0KN/m2楼梯：

3.5KN/m2

不上人屋面：

0.5KN/m2走道：

2.5KN/m2

卫生间：

2.0KN/m2病房：

2.0KN/m2

档案室：

2.5KN/m2药房：

3.5KN/m2

②基本风压：

w0=0.30KN/m2,地面粗糙程度：

B类。

③基本雪压：

S0=0.25KN/m2。

3.2.3各层重力荷载代表值计算

G3=屋面板重+顶层梁重+女儿墙重+0.5（标准层墙重+标准层柱重）+0.5雪荷载=1937.38+482.02+597.7+264.33+（892.69+440.84）×0.5+314=4262.2kN

G₂=楼板重+标准层梁重+标准层墙重+标准层柱重）+楼面活活载=1508.8+639.38+528.66+892.69+440.84+928.41×0.5=4474.58kN

G₁=楼板重+标准层梁重+0.5（标准层和底层墙重+标准层和底层柱重）+0.5*基础梁重+楼面活活载=1508.8+639.38+528.66+892.69+928.41×0.5+263.5=4738.08N

图3.2.1各层重力荷载代表值

3.3框架侧移刚度计算

3.3.1框架梁线刚度计算

表3.3.1梁线刚度

截面

跨度

矩形截面惯性矩I0

边框架梁

中框架梁

h×b

L

Ib=1.5I0

Ib=EIb/L

Ib=2I0

Ib=EIb/L

250×500

4.8

2.6×10-3

3.9×10-3

24375

5.2×10-3

32500

250×500

6.3

1.6×10-3

3.9×10-3

18571

2.66×10-3

24762

3.3.2框架柱线刚度计算

表3.3.2柱线刚度

层次

截面bc×hc

层高h（m）

截面惯性矩ic

线刚度ic=EIc/h

二、三层

400×400

3.3

2.13×10-3

19364

底层

400×400

3.9

2.13×10-3

16385

3.3.3柱侧移刚度计算

表3.3.3柱侧移刚度

层次

层高

柱号

柱根数

一般层i=∑ib/2ic首层i=∑ib/ic

一般层α=i/2+i首层α=（0.5+i）/（2+i）

ic104KN.M

12/h21/m2

D=aic*12/h2

∑D`

楼层∑D

104（kN.m）

顶层

3.3

1

2

0.96

0.32

1.94

1.102

0.684

1.368

30.102

2

2

1.26

0.39

0.834

1.668

3

2

2.22

0.53

1.133

2.266

4

8

1.28

0.39

0.834

6.672

5

8

1.68

0.46

0.983

7.864

6

8

2.96

0.60

1.283

10.26

二层

3.3

1

2

0.96

0.32

2.94

1.102

0.684

1.368

30.102

2

2

1.26

0.39

0.834

1.668

3

2

2.22

0.53

1.133

2.266

4

8

1.28

0.39

0.834

6.672

5

8

1.68

0.46

0.983

7.864

6

8

2.96

0.60

1.283

10.26

首层

3.9

1

2

1.92

0.62

1.64

0.780

0.938

1.876

33.118

2

2

2.52

0.67

1.013

2.026

3

2

4.44

0.77

1.165

2.33

4

8

2.56

0.67

1.013

8.104

5

8

3.36

0.72

1.089

8.712

6

8

5.92

0.81

1.225

9.8

3.4横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算

3.4.1结构顶点假想位移计算

表3.4.1结构顶点假想位移

层次

Gi

∑Gi

∑D

层间侧移

μi

∑Gi/∑D

3

4262.2

4262.2

301020

0.0142

0.0838

2

4474.58

8736.78

301020

0.029

0.0696

1

4738.08

13474.86

331180

0.0406

0.0406

基本周期为：

折减系数α0=0.7

T₁=

3.4.2水平地震作用及楼层地震剪力计算

设防烈度7度，Ⅱ类场地，设计地震分组为第二组，

αmax=0.08g，Tg=0.40s

由于

故不考虑顶点附加地震作用

多遇地震下楼层剪力和楼层弹性位移计算：

表3.4.2楼层剪力和弹性位移

层次

hi

Hi

Gi（KN）

GiHi（KN.m）

GiHi/ΣGjHj

Fi（KN）

Vi（KN）

3

3.3

10.5

4262.2

42195.78

0.48

671.8

671.8

2

3.3

7.2

4474.58

29532.23

0.34

475.9

1147.7

1

3.9

3.9

4738.08

15635.66

0.18

251.9

1399.6

结构底部剪力

水平地震作用下的位移验算

3.4.3各层梁端剪力计算

表3.4.3各层梁端剪力

3.4.4水平地震作用下框架内力计算

框架柱的剪力按侧移刚度分配，柱端弯矩由平衡条件求出

计算公式

（3-4-1）

柱下端弯矩:

（3-4-2）

柱上端弯矩：

（3-4-3）

计算结果见表3.4.4

表3.4.4地震作用下各层内力计算

注：

各柱轴力为相应层及以上层梁端剪力代数和。

图3.4.1水平地震作用下框架弯矩图（KN.m）

图3.4.2水平地震作用下框架剪力、轴力图（KN.m）

3.5横向风荷载作用下框架结构的内力和侧移计算

3.5.1风荷载标准值计算

B=6mω0=0.30kN/㎡ωk=βzμsμzω0（hi+hi）B

表3.5.1风荷载标准值

z

μz

βz

μs

hi

hj

ωk

10.5

1

1.09

1.3

3.3

2.8

8.56

7.2

1

1.04

1.3

3.3

3.3

8.83

3.9

1

1

1.3

3.3

3.9

8.49

风荷载作用下位移验算

标准层：

底层：

3.5.2风荷载作用下框架侧移计算

表3.5.2风荷载作用下框架侧移计算

层次

Wj

Vj

∑D

△uj

△uj/h

3

8.56

8.56

31000

0.0003

1/11000

2

8.83

17.39

31000

0.0006

1/5500

1

8.49

25.88

33270

0.0008

1/4125

侧移验算：

层间侧移最大值

（满足要求）

3.5.3风荷载作用下各层内力计算

表3.5.3风荷载作用下各层内力计算

层次

3

2

1

hi（m）

3.3

3.3

3.9

vi（kn）

8.56

17.39

25.88

∑Dij（N/mm）

31000

31000

33270

边柱A

Di1

0.834

0.834

1.103

Vi1

2.3

4.7

7.9

k

1.28

1.28

2.56

yi

0.414

0.464

0.622

Mb

4.4

8.3

9.8

Mu

3.1

7.2

16.2

中柱C

Di1

1.283

1.283

1.225

Vi1

3.5

7.5

9.5

k

2.96

2.96

5.92

yi

0.45

0.5

0.55

Mb

6.4

11.9

14.1

Mu

5.2

11.9

17.2

边柱D

Di1

0.983

0.983

1.089

Vi1

2.7

5.5

8.5

k

1.68

1.68

3.36

y