土木工程专业毕业设计 钢框架.docx

1、土木工程专业毕业设计 钢框架第一章 绪论1.1工程概况该工程一栋六层框架结构某高校教学楼，横向框架不少于三跨，总建筑面积为5427m2。设计使用年限为50年，结构安全等级为二级，环境类别为一类。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，第二组。建筑室内外高差600mm，室外标高即为现有自然地面标高。不考虑风荷载设计，其他条件如下： 1、气象资料 （1）基本雪压值：s0=0.65 kN/m2 2、水文地质资料场地条件：拟建场地地表平整，土层分布见表，场地土类别为类场地土层物理力学指标如下:土层号天然含水量W(%)天然空隙比 e塑性指数Ip 液限指数IL压缩指标Es1-2承载力特征值F

2、ak(kpa)0.8030.617.5 2311.1470622.5 220 1520.8050502.5 3203、抗震设防烈度 7度（0.15g）第一组4、荷载资料（1）办公楼楼面活载，查建筑结构荷载规范（GB5000g-2001）。确定楼面活载标准值，办公室为2.0 kN/m2，走廊2.5 kN/m2，楼梯2.5 kN/m2，卫生间4.0 kN/m2。（2）不上人屋面：活载标准值为0.7 kN/m2。 （3）屋面构造35mm厚490mm490mm的C20预制钢筋混凝土架空板、防水层、20mm厚水泥砂浆找平层、现浇钢筋混凝土屋面板、12mm厚纸筋石灰粉平顶。（4）楼面构造：水磨石面层、现浇

3、钢筋混凝土楼面板、12mm厚纸筋石灰粉平顶。（5）维护墙：采用200厚非承重空心砖（190mm190mm190mm），外墙重度3.6 kN/ m2，内墙重度3.2 kN/m2，M5混合砌筑砂浆，双面粉刷（重度3.6 kN/ m2）。本工程采用全现浇框架结构，由于开间较大，双向板的跨度超过经济跨度较多，在楼面设次梁。1.2 建筑与基础设计型式、框架计算方法本工程为横向框架结构，采用柱下独立基础，在基础顶面设置基础连梁，增强结构的整体刚度。 框架是典型的杆件体系，近似计算的方法很多，工程中最实用的是力矩分配法及D值法，前者多用于竖向作用下求解，后者用于水平作用下求解。本工程采用力矩分配法。该方法的

4、使用都作了以下几点的假定：1忽略粱，柱轴向变形及剪切变形。2杆件为等截面（等刚度），以杆件轴线作为框架计算轴线。3在竖向荷载下结构的侧移很小，因此在做竖向荷载下计算时，假定结构无侧移。1.3 主要进程安排（0）外文资料翻译、调研、复习相关主干课程寒假；（1）建筑设计，绘制建筑施工图第67周；（2）结构平面布置（楼盖布置、估算构件截面尺寸）和荷载计算第8周；（3）竖向荷载作用下横向框架内力计算（采用弯矩二次分配法）、计算结构力学程序核算第9周；（4）水平地震荷载作用下横向框架内力计算及侧移计算（采用D值法）、计算结构力学程序核算第10周；（5）横向框架梁、柱内力组合（列表进行）和截面设计第111

5、2周；（6）主楼梯的结构设计第13周；（7）柱下基础设计第14周；（8）绘制横向框架、主楼梯、基础结构施工图第1214周；（9）用PKPM软件对整栋框架结构进行SATWE电算并绘制出标准层结构平面图（板配筋图）和梁配筋平面图第1516周；（10）电子版毕业设计文件的输入、打印和装订第816周第二章 建筑结构布置与荷载计算2.1基本理论2.1.1计算单元一般取中间具有代表性的一榀框架进行分析，本工程选取第4榀框架进行分析现浇框架梁柱的连接点简化为钢接，框架柱与基础的连接简化为固结。2.1.2跨度、层高框架梁跨度取柱子轴线之间的距离。框架层高，底层取基础顶面到二层楼板结构顶面的距离，本工程取为5m

6、，其余层取下层结构楼面到上层结构楼面的距离，本工程取3.6m。2.1.3构件材料选择： （1）混凝土：本工程取C30（2）钢筋：本工程纵向受力钢筋采用HRB335、构造钢筋采用HPB235、箍筋采用HPB235。2.1.4构件截面估算及弯曲刚度的确定（1）柱：初步估算柱截面中柱：AC=1.1124.59.06/0.814.3=224300mm2边柱：AC=1.2124.59.026/0.814.3=244700mm2 取柱截面500mm600mm （2）梁（估算） 框架纵梁：h=（1/121/8）l=（1/121/8）9000=750mm, b=300mm框架横梁：h=（1/121/8）l=（

7、1/121/8）6300=500mm，b=300mm次梁：h=（1/181/15）l=（1/181/15）6300=400mm，b=250mm 现浇板：连续单向板，取=110mm，走道取100mm2.2设计计算 2.2.1确定计算简图在计算梁柱弯曲刚度时，应考虑楼盖对框架梁的影响，在现浇楼盖中，中框架的截面惯性矩取I=2I0，边框架梁取I=1.5I0。I0为框架梁按矩形截面计算的截面惯性矩。框架柱的惯性矩按实际截面尺寸确定。 选取一榀框架的三跨分别为：l=6300、2400、6300。计算简图如下：图2-8 计算简图2.2.2梁柱截面尺寸框架柱：本工程均为500mm600mm。梁：横向框架梁A

8、B、CD跨：300mm750mm，BC跨：300mm550mm，纵向连系 梁：300mm400mm，次梁：250mm450mm。2.23材料强度等级 混凝土等级：均采用C30级； 钢筋直径12mm采用HRB335钢筋，其余采用HPB235钢筋。 2.2.4荷载计算 本工程以轴线横向框架为计算分析对象恒载图（D-L.T） 活载图（L-L.T）(a) (b) 荷载计算简图(a)恒载作用下结构计算简图； （b）活载作用下结构计算简图屋面横梁竖向线荷载标准值 (1)恒载屋面恒载标准值：40厚架空隔热板 0.0425=1KN防水层 0.4 KN20厚1:3水泥砂浆找平层 0.0220=0.4 KN120

9、(100)厚钢混凝土现浇板 0.1225=3 KN(AB、CD跨板厚取120；BC跨取100） （0.1025=2.5 KN）12厚纸筋石灰粉平顶 0.01216=0.192 KN_屋面恒载标准值： 4.99 KN （4.5 KN）梁自重边跨AB、CD跨： 0.30.7525=5.63KN/m梁侧粉刷： 2（0.750.12）0.0217=0.43 KN/m_ 6.06KN/m中跨BC跨： 0.330.5525=4.13 KN/m 梁侧粉刷： 2(0.55-0.1) 0.0217=0.31 KN/m_ 4.44KN/m作用在顶层框架梁上的线恒荷载标准值：梁自重： g6AB1=g6CD1= 6.

10、06KN/m g6BC1=4.44 KN/m板传来的荷载： g6AB2=g6CD2=4.994.5=22.46 KN/m g6BC2=4.52.4=10.8 KN/m (2)活载作用在顶层框架梁上的线活载标准值为：q6AB=q6CD=0.54.5=2.25 KN/mq6BC=0.52.4=1.2 KN/m2.楼面横梁竖向线荷载标准值(1)恒载 硬木地板 0.2 KN15厚水泥砂浆面层 0.01520=0.3 KN120(100)厚钢筋混凝土现浇板 0.1225=3 KN (0.1025=2.5 KN)12厚板底粉刷 0.01216=0.192 KN_楼面恒载标准值： 3.692 KN （3.1

11、92 KN）边跨（AB、CD跨）框架梁自重： 6.06 KN/m中跨（BC跨）梁自重: 4.44 KN/m作用在楼面层框架梁上的线恒荷载标准值为： 梁自重+墙自重 ： gAB1= gCD1=6.06+3.23.6=17.58 KN/m gBC1=4.44 KN/m板传来荷载： gAB2= gCD2=3.6924.5=16.61 KN/m gBC2=3.1922.4=7.66 KN/m(2)活载(图2-9b)楼面活载： q AB = q CD =2.04.5=9.0 KN/m q BC=2.52.4=6.0 KN/m3.屋面框架节点集中荷载标准值（图2-10） G6B G6C G6D G6E 图

12、2-10 恒载顶层集中力（1）恒载边柱连系梁自重 0.30.44.525=13.5KN粉刷 2（0.40.12）0.024.517=0.86 KN1m高女儿墙 1.04.53.6=16.2 KN粉刷 1.020.024.517=3.06 KN次梁自重 1/2(0.350.456.325)=12.4 KN连系梁传来屋面的自重 2（4.50.54.50.5）4.05=41.0 1 KN次梁粉刷 1/2（0.450.1）20.02176.3=0.75 KN次梁传来屋面的自重 1/2（6.3+6.34.5）4.5/24.05=36.91KN_顶层边节点集中荷载 G6A=G6D=124.69KN中柱连系

13、梁自重 0.350.454.525=17.72KN粉刷 （0.50.1）0.026.3172=1.71KN连系梁传来屋面自重 2（4.50.54.50.5）4.05+21/2（4.5+4.52.4）1.24.05=73.09KN次梁自重 1/20.30.42.4250.350.456.325=16.01 KN次梁传来屋面的自重 1/26.3+6.34.54.5/24.05+(2.40.52.40.5) 4.05) =39.83KN_顶层中节点集中荷载 148.36KN(2)活载Q6A=Q6D=(1/20. 54.51/24.52)+ 1/2(6.3+6.34.5) 4.5/20.5=9.62K

14、NQ6B=Q6C= 1/2(6.3+6.34.5) 4.5/2+2(4. 50.54.50.5) 0.5+(2.40.52.40.5) 0.52+1/2(4.5+4.5-2.4) 1.20.5=17.58KN 四、楼面框架节点集中荷载标准值（如下图） GA GB Gc GD 图2-11 恒载中间层节点集中力 (1)恒载(此处未考虑填充墙自重)边柱连系梁自重： 13.5 kN 粉刷： 0.86 kN 连系梁传来楼面自重： 2 （4.5 0.54.50.5）3.34=3.44KN 次梁传来的自重： 12.4KN 次梁粉刷： 0.75KN 次梁传来的屋面自重： （6.3+6.3-4.5）/24.5/

15、23.34 =30.43KN _61.38KN中间层边节点集中荷载： GA=GD=61.38KN 框架柱自重：GA/=GD/=0.50.53. 625 =22.5KN _ 连系梁传来楼面自重： 2（4.50.54.50.5）3.34 +21/2（4.5+4.5-2.4）1.23.34=60.27KN连系梁自重： 0.50.54.5 25=28.13KN粉刷： 0.86KN 次梁自重： 1/2(0.350.45256.3)+(0.30.4252.4) =16.01KN 次梁传来的屋面自重： 1/2(6.3+6.3-4.5)4.5/23.34+(2.40.52.40.5) 3.34=32.84KN

16、_ 138.11KN中间层中节点集中荷载： GB=GC=138.11KN GB/=GC/=22.5KN（1） 活载中间层边节点集中荷载 QA=QD=（20.54.50.54.5）+1/2(6.3+6.3-4.5）4.5/22=28.36KN中间层中节点集中荷载： QB=QC=1/2(6.3+6.3-4.5)4.5/22+2(4.50.54.50.5)+(2.40.52.40.5) 2+1/22(4.5+4.5-2.4) 1.2=34.43KN5、地震作用（1）建筑物总重力荷载代表值G的计算：1）集中于屋盖处的质点重力荷载代表值G6： 50%雪载： 0.50.451525.8=96.75KN 屋

17、面恒载： 4.9925.815=1931.13KN横梁： 4(6.066.32+4.442.4) =348.08KN纵梁： (13.5+0.86)62+(28.13+0.86)62=520.2KN女儿墙： 13.6(15+25.8) 2=293.76KN柱重： 0.50.6251.816=216KN横墙： 3.6（146.31.8）+(2.41.8-1.52/2) 2=591.84KN纵墙： (91.8-2.72/2) 63.2+4.51.83.26=414.72KN (忽略内纵横墙的门窗按墙重量算)钢窗： 2422.7/20.4=9.6KN G6=4983.09KN 2）集中于三、四、五、六

18、层处的质点重力荷载代表值G5G2：50%楼面活载： 0.52.01525.8=387KN 横梁： 348.08KN纵梁： 520.2KN柱重： 2162=432KN横墙： 591.842=1183.68KN 纵墙： 414.722=829.44KN钢窗： 2422.70.4=51.84KN楼面恒载： 1525.83.692=1428.80KN G5=G4=G3=G2=5742.05KN （3）集中于二层处的质点重力荷载标准值G1：50%楼面活载： 387KN 楼面恒载： 1428.80KN 横梁： 348.08KN 纵梁： 520.2KN 次梁： 561.01KN 柱重： 0.50.625（2

19、.6+1.8）28=924KN 横墙： 591.84+591.842.6/1.8=1446.72KN纵墙： 414.72+414.722.6/1.8=1013.76KN钢窗： 9.62=19.2KN G1=6648.77KN (2)地震作用计算 1）框架柱的抗侧移刚度 在计算梁、柱线刚度时，应考虑楼盖对框架梁的影响，在现浇楼盖中，中框架梁的抗弯惯性矩取I=2I0，边框架梁取I=1.5I0。I0为框架梁按矩形截面计算的截面惯性矩，横梁、柱线刚度见下表。横梁、柱线刚度 表2-8杆件截面尺寸EC(KN/mm2) I0 (mm4) I (mm4) L (mm)i=ECI/L(KNm)相对刚度B(mm)

20、H(mm)边框架梁30075025.51.0510101.58101063006.401071边框架梁30055025.54.201096.310924006.691071.045中框架梁30075025.51.051092.1109 63008.501071.328中框架梁30055025.54.201098.410924008.931071.395底层框架柱50060025.59.01099.010950004.591070.717中层框架柱50060025.59.01099.010936006.381070.997每层框架柱总得侧移刚度见下表2-9框架柱横向侧移刚度D值 表2-9 项目k

21、=iC/2iZ(一般层)k=iC/iZ(底层)aC=k/(2+k)(一般层)aC=(0.5+k)/(2+k)（底层）D=aCiZ(12/h2) (KN/mm)根数层柱类型及截面 二至六层边框架边柱(500600)2.00 0.5 29.54 4边框架中住（500600） 2.05 0.51 30.13 4中框架边柱(500600) 2.66 0.57 33.67 10 中框架中柱(500600) 2.73 0.58 34.26 10 底层边框架边柱(500600) 1.37 0.55 12.12 4 边框架中柱(500600) 2.85 0.69 15.20 4中框架边柱(500600) 1.

22、85 0.61 13.44 10中框架边柱(500600) 3.80 0.74 16.30 10 注:iC为梁的线刚度，iZ为柱的线刚度 底层：D=（12.12+15.20）4+10(13.44+16.30)=406.68kN/mm二六层： D=(29.54+30.13) 4+10(33.67+34.26)=917.68kN/mm2）框架自振周期的计算： 则自振周期为： T1=1.70a01/2=1.70.70.17481/2=0.497(S)其中a0为考虑结构非承重砖墙影响的折减系数，对于框架取0.7；为框架顶点假想水平位移，计算见下表框架顶点假想水平位移计算表 表2-10 层Gi(KN)G

23、i(KN)D(KN/mm)=Gi/D(层间相对位移)总位移（mm） 64983.094983.09 917.68 5.43 174.79 5 5742.05 10725.14917.68 11.69 169.36 45742.05 16467.19917.68 17.94 157.67 3 5742.05 22209.24917.68 24.20 139.73 25742.05 27951.29917.68 30.45 115.53 16648.7 34599.99406.68 85.08 85.08楼层地震作用和地震剪力标准值计算表 表2-11 层Hi(m) Gi(KN) GiHiFi=Fn

24、+Fn(顶层)Fi=GiHi/GiHiFEK(1-n)(其他层)楼层剪力Vi(KN) 6 23 4983.09 114611.07 558.31 558.31 5 19.4 5742.05 111395.77 360.27 918.58 4 15.85742.05 90724.39 293.42 1212 3 12.25742.05 70053.01 226.56 1438.56 2 8.65742.05 49381.63 159.71 1598.27 1 56648.7 33243.5 107.51 1705.783）地震作用计算： 根据本工程设防烈度7度、类场地土，设计地震分组为第一组，查

25、建筑抗震设计规范特征周期Tg=0.35S,amax=0.08。a1=(Tg/T1)0.9amax=(0.35/0.497)0.90.08=0.058结构等效总重力荷载：Geq=0.85GL=0.8534599.99=29410KN T11.4Tg=1.40.35=0.49S ，故需考虑框架顶部附加集中力作用 n=0.12T1+0.07=0.080.497+0.07=0.110框架横向水平地震作用标准值为:结构底部：FEK=a1Geq=0.05829410=1705.78KN各楼层的地震作用和地震剪力标准值见上表和下图所示GiHi=469409.37 Fn=nFEK=0.111705.78=187.64KN 图2-13 横向框架上的地震作用 第3章 框架内力计算3.1计算 3.1.1恒载作用下的框架内力1、弯矩分配系数由于该框架为对称结构，取