五层钢筋混凝土框架结构 毕业论文.docx

摘 要本工程为台州市一拟建多层综合办公楼，按使用功能将建筑分为五层。楼房标高18.45m，总建筑面积4000m2。本工程结构设计采用多层钢筋混凝土框架结构，基本步骤为：结构计算简图的确定；荷载计算；内力分析；内力组合；梁、柱截面配筋、板的设计、楼梯的设计、基础的设计以及结构施工图的绘制等。其中，内力计算考虑以下四种荷载作用，即恒荷载、活荷载、风荷载以及地震作用；柱、板的设计采用弹性理论；梁的设计采用塑性理论；楼梯选用板式楼梯；基础选用十字交叉条形基础。在进行截面抗震设计时，遵循了强剪弱弯，强柱弱梁，强节点弱构件的设计原则，且满足构造要求。关键词:框架结构；地震作用；内力；设计；配筋目 录前 言1第1章 设计资料2第2章 结构布置及计算简图32.1 结构布置32.2 结构选型3第3章 荷载计算43.1 恒荷载计算43.2 活荷载计算73.3 风荷载计算83.4 重力荷载代表值计算9第4章 内力分析104.1 水平地震作用下内力计算104.2 恒载作用下内力计算134.3 活载作用下内力计算174.4 风荷载作用下内力计算17第5章 内力组合185.1 梁内力组合185.2 柱内力组合19第6章 框架梁、柱截面设计206.1 框架梁的截面设计206.2 框架柱的截面设计24第7章 板的结构设计307.1 计算简图307.2 楼面板设计30第8章 楼梯设计328.1 平面布置图328.2 梯段板设计328.3 PTB-1平台板设计358.4 平台梁设计36第9章 基础设计389.1 荷载效应组合389.2 基础尺寸设计389.3 荷载分配399.4 基础梁设计399.5 翼板设计41第10章 结论42致 谢43参考文献44前 言框架结构体系的优点是：建筑平面布置灵活，能获得较大的空间；建筑立面容易处理，结构自重较轻；计算理论比较成熟；在一定高度范围内造价较低，目前在多高层房屋建筑中应用十分广泛。其缺点是：侧移刚度较小，在地震作用下非结构构件（如非填充墙、建筑装饰等）破坏较严重。因此，采用框架结构时应控制建筑物的层数和高度。设计中需要考虑到建筑抗震要求、结构构件的变形以及施工的方便性等问题。为了使设计能够满足钢筋混凝土框架结构设计规范的要求，我们需要熟悉钢筋混凝土结构设计的全过程，需要充分理解钢筋混凝土结构基本理论、基本方法。本次毕业设计系统、全面地帮助我们对四年来所学专业知识进行了一次复习与巩固，使我们对结构设计的宏观理解上了一个层次，对专业知识的应用更加熟练，独立钻研与动手能力得到强化。本设计共包含九个部分，分别为：设计资料、结构布置及计算简图、荷载计算、内力计算、内力组合、梁柱截面设计、板结构设计、楼梯结构设计以及基础结构设计。由于个人水平能力有限，设计中难免有错误与不妥之处，希望得到各位老师与同学的批评指正。第1章 设计资料本设计为五层的钢筋混凝土框架结构，主要设计资料如下：1.1 设计标高室内设计标高±0.000，室内外高差450。1.2 气象资料一月份全年最冷月平均气温：，七月最热月平均气温：，平均地面温度：。历年平均降水量：613，夏季平均降水量：424.8，年最大降水量：1142.6。基本风压：0.45；主导风向：冬季：西北，夏季：东南。基本雪压：0.45 最大冻深：500。1.3 工程地质与水文地质资料地基允许承载力R=80 ，土类型为粉质粘土，类场地，最高地下水位：自然地面以下1.0，地下水性质：有弱硫酸盐侵蚀。1.4 抗震烈度抗震设防烈度为7度，地震分组为第二组，三级抗震要求。1.5 墙身做法外墙采用粉煤灰轻渣空心砌块：厚240；内墙采用粉煤灰轻渣空心砌块：厚200；加气混凝土砌块强度MU3，用M5水泥砂浆砌筑。1.6 楼面做法水泥花砖地面；100厚现浇钢筋混凝土楼板。 1.7 屋面做法小瓷砖地面；100140 厚膨胀珍珠岩找坡2% ；100厚现浇钢筋混凝土楼板。1.8 门窗做法底层出入口为铝合金门，卫生间行政办公室为木门，其它为铁门、铝合金窗。1.9 活荷载屋面活荷载：2.0 /；走廊、楼梯、资料档案室活荷载：2.5 /，其它楼面活荷载：2.0 /。1.10 所用材料混凝土C25: ，； 混凝土C30: ，； HPB235级钢筋:； HRB335级钢筋: ， 。第2章 结构布置及计算简图2.1 结构布置平面布置如图2-1。底层柱、基础的混凝土强度等级为C30；其余各构件混凝土强度等级均为C25；钢筋型号见具体各构件计算书。图2-1 结构平面布置2.2 结构选型2.2.1 截面初选梁柱2.2.1.1 梁截面初选边跨梁： h取 取h=600；取b=250；中跨梁： h取 取h=400；取b=250；次梁： h取 取h=500；取b=200；2.2.1.2 柱截面初选对于较低设防烈度地区的多层民用框架结构，一般可通过满足轴压比限值进行截面设计。本设计中房屋高度H<30，抗震等级为三级，轴压比取0.9，各层重力代表值近似取12/。由图2-1可知：边柱、中柱的受荷面积分别为A=3.15×7.2=22.68，A=4.35×7.2=31.32，则竖向荷载下柱截面面积为：边柱：Nv=1.3×7.2×3.15×12×103×5=1769040/Ac165176.5/(0.9×11.9)=165176.5mm2中柱：Nv=1.25×7.2×4.35×12×103×5=2349000/ Ac2349000/(0.9×11.9)=219327.7mm2选柱截面为2.2.2 结构计算简图根据地质资料确定基础顶面离室外地面为500，由此求得底层高为4.55，取号轴线横向框架计算简图如图2-2所示。图2-2 结构计算简图 第3章 荷载计算3.1 恒荷载计算梁重： 3.13 1.88 2.00 柱：自重+粉刷 6.58 墙体：自重+粉刷240厚 2.36 200厚 2.08 门、窗：木门： 0.1 其它： 0.4 3.1.1 屋面框架梁线荷载标准值屋面恒载标准值计算：小瓷砖地面 0.55 100140厚（2%找破）膨胀珍珠岩 100厚现浇钢筋混凝土屋面板 0.1×25=2.5 隔声纸板吊顶 0.18 _屋面恒荷 4.07 因此，作用在顶层框架梁上的线荷载为：g1WAB=g1WCD=3.13g1WBC=1.88 g2WAB=g2WCD= 14.65g2WBC=4.07×2.4=9.773.1.2 楼面框架梁线荷载标准值楼面恒载标准值计算:水泥花砖地面 0.60 100厚现浇钢筋混凝土楼板 0.10×252.50 隔声纸板吊顶 0.18 _楼面恒荷 3.28 因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为：g1AB=g1CD=3.13+2.08×(3.6-0.6)=9.37g1BC= 1.88g2AB=g2CD=3.28×3.6=11.81g2CD=3.28×2.4=7.873.1.3 屋面框架节点集中荷载标准值边 柱: 连系梁自重： 3.13×7.222.54 1高女儿墙自重及粉刷： 1×2.36×7.216.99 次梁传连系梁的集中传荷载： 1/2×（6.3+6.3-3.6）×1.8×4.07+2×1/2×6.339.27 连系梁传板的荷载 1/2×3.6×3.6/2×4.07×2=26.37 _顶层边节点集中荷载： 中 柱: 连系梁自重： 22.54 次梁传连系梁的集中传荷载： 39.27 连系梁传板的荷载 26.37+ 1/2×（7.2+7.2-2.4）×1/2×2.4×4.07=55.67 _ 顶层中节点集中荷载： 117.48 3.1.4 楼面框架节点集中荷载标准值边 柱: 窗、墙及粉刷： 1.8×2.1×0.4×2+2.36×（7.2-0.45）×（3.6-0.6）-1.8×2.1×2=32.97 次梁传连系梁的集中传荷载： 2.08×（6.3-0.45）×（3.6-0.5）×1/2×1/2+ 1/2×（6.3+6.3-3.6）×1.8×3.28+2×1/2×6.3=42.30 连系梁传板的荷载： 1/2×3.6×3.6×1/2×3.28×2=21.25 框架柱自重及粉刷： 6.58×3.623.69 _中间层边节点集中荷载： GA=GD= 120.21中 柱: 连系梁自重： 22.54 内纵墙自重、粉刷及门重： 2.08×（7.2-0.45）×（3.6-0.6）-2×1.0×2.4+1.0×2.4×0.4×2=34.06 次梁传连系梁的集中传荷载： 42.30 连系梁传板的荷载： 21.25+ 1/2×（7.2+7.2-2.4）×1/2×2.4×3.28=44.87 框架柱自重及粉刷： 23.69 _中间层中节点集中荷载： GB=GC=167.46 汇总以上计算结果可得本框架在恒荷载作用下的计算简图如图31。图3-1 恒荷载作用下的计算简图3.2 活荷载计算PWAB=PWCD=2.0×3.6=7.2 PWBC= 2.0×2.4=4.8 PAB=PCD=2.0×3.6=7.2 PBC= 2.5×2.4=6.0 PWA=PWD=1/2×3.6+1/2×3.6×2+1/2×(6.3+6.3-3.6) ×3.6/2 ×2.0=29.16 PWA=PWD=29.16+1/2×(7.2+7.2-2.4)×1/2×2.4×2.0=43.56PA=PD=(3.6×1.8+1.8×1.8) ×2.0=29.16 PB=PD=29.16+1/2×(7.2+7.2-2.4) ×1/2×2.4×2.5=47.16 与地震作用组合的活荷载PWAB=PWCD=1.62 PWBC=0.45×2.4=1.08 PWAB=PWCD=2.0×3.6=7.2 PWBC= 2.5×2.4=6.0 图3-2 活荷载作用下的计算简图3.3 风荷载计算由式（3-1）可算得风荷载的面荷载。 （3-1）其中因结构高度H<30且高宽比<1.5，故可取1.0；对于L形平面1.3；由规范查得 。将风荷载换算成作用框架每层节点的集中荷载，计算过程如表3-1所示。表3-1 风荷载计算层次Z(m)()A()P()51.01.318.450.8090.4520.169.5441.01.314.850.740.4525.9211.2231.01.311.250.740.4525.9211.2221.01.37.650.740.4525.9211.2211.01.34.050.740.4527.5411.92本框架在风荷载作用下的计算简图如图33。图3-3 风荷载作用下的计算简图（）3.4 重力荷载代表值计算由设计资料可知，该工程所在地地震设防烈度为7度，框架抗震等级为三级、类场地，因此，本框架结构抗震模型可表示为5个集中质量的多自由度体系，各层楼盖、屋盖处的集中荷载代表值计算如下：屋面恒载+50%屋面雪载+屋盖纵横梁自重+屋面下半层的柱及墙体自重女儿墙自重4.07×50.9×15.5+0.5×0.45×50.9×15.5+3.13×(327.6-2.4×8)+18.8×2.4×8+2.00×7×15.5+2.36×1.8×132.8+2.08×1.8×1.8×6.3+6.58×32×1.8+2.36×132.8×1=6288同理可得：=7165；=7165；=7165；=7525。=7525+7165+7165+7165+6288=35308本框架在地震作用下的计算简图如图34。图3-4 地震作用计算简图第4章 内力分析4.1 水平地震作用下内力计算4.1.1 框架刚度计算因为在计算结构地震作用时，需要确定结构假想位移，所以先计算框架刚度。考虑到现浇楼板作用，在计算梁的惯性矩时，取边跨框架梁惯性矩，中跨框架梁惯性矩，为矩形截面梁的截面惯性矩，框架采用C25混凝土（）。梁、柱的线刚度分别如表4-1、4-2所示。表 4-1 梁的线刚度计算砼强度C25截面跨度l/m边框架中框架 b×h/mI/I/0.25×0.66.34.506.753.009.004.000.25×0.56.32.603.901.735.202.310.25×0.42.41.332.002.332.663.104.1.2 结构基本自振周期计算本工程主体结构的总高度为19.52<40，且质量和刚度沿高度方向分布比较均匀，可以采用底部剪力法计算水平地震作用，为此须事先确定结构基本自振周期。现采用顶点位移法计算，其计算过程列于表4-3。取调整系数0=0.6则， T1=1.70max=1.7×0.6×0.2229=0.48s表 4-2 柱的线刚度计算柱号截面b×h(m3)柱高m惯性矩Ic=bh312(m4)线刚度KckN·mZ10.5×0.54.5552.083.20Z20.5×0.53.6052.084.05表 4-3 横向框架柱侧向刚度D值计算表层次柱类型K各柱刚度D根数底层边框边柱0.940.4990894边框中柱1.560.58109994中框边柱1.250.541024012中框中柱2.220.641213612D348864标准层边框边柱1.480.43161254边框中柱1.230.38142504中框边柱1.980.501875012中框中柱1.750.471762512D558000表4-4 横向框架顶点位移计算表层号Gi/kNGi/kND/kN/m层间相对位移=Gi/Di/m5628862885580000.01080.222947165134535580000.02410.212137165206185580000.03700.188027165277835580000.04980.151017525353083488640.10120.10124.1.3 多遇水平地震作用标准值计算本结构为7度近震、类场地，查抗震规范可得：因为0.1T1Tg ,所以,=max=0.08。 T1=0.48s1.4 Tg，故不需考虑顶部附加水平地震作用，结构的底部剪力为Geq=0.85Gi=0.85×35308=30011.8kNFEk= Geq×1=0.08×30011.8=2401kN各层水平地震作用按式（4-1）计算 i=1,2,n （4-1）各楼层地震作用标准值和地震剪力标准值的计算结果见表4-5。表4-5 楼层地震作用标准值和地震剪力标准值层号5628818.95119157.65905904716515.35109982.854511353716511.7584188.84171552续表4-5层号271658.1558394.82891841171654.5534238.817020117525-405962.82011-4.1.4 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见表4-6所示，其中楼层间的地震剪力应取标准值。从表中验算知，因此，多遇水平地震作用的变形验算满足要求。表4-6 层间弹性位移验算层号层间剪力层间刚度层高55905580000.00113.61/32721/550411355580000.00203.61/1800315525580000.00283.61/1286218415580000.00333.61/1091120113488640.00584.551/7844.1.5 水平地震作用下横向框架内力分析利用D值法计算出各柱剪力和反弯点高度见表4-7；根据剪力值和反弯点高度求得柱端弯矩，根据节点平衡可求得梁端弯矩，弯矩图最终结果见图4-1。根据剪力、轴力、弯矩的关系可求得剪力、轴力图如图4-2。图4-1 水平地震作用下弯矩图（左震）图4-2 水平地震作用下剪力、轴力图4.2 恒载作用下内力计算恒载由矩形均布荷载和梯形或三角形荷载两部分组成，先将梯形均布荷载等效成矩形均布荷载。由固端弯矩相等原则可知:梯形： (4-2)三角形： (4-3)其中，为矩形均布荷载峰值 ；为荷载峰值；(如图4-3)。本设计中0.286 带入式（4-2）或（4-3）得所以，屋面均布荷载可等效为：楼面均布荷载可等效为： 图4-3 梯形和三角形等效荷载分布由结构的对称性取计算简图如图4-4图4-4 恒载结构计算简图()对二层以上各柱线刚度乘以0.9的系数后再计算分配系数。（1） 顶层内力计算过程见图4-5；（2） 标准层内力计算过程见图4-6；（3） 底层内力计算过程见图4-7。图4-5 顶层内力计算图4-6 标准层内力计算图4-7 底层内力计算将以上各单元计算结果叠加可得弯矩。将叠加后的弯矩不平衡节点进行再次分配，修正后的弯矩图如图4-8，进而可求得框架各梁、柱的剪力和轴力如图4-9。图4-8 恒载作用修正后弯矩图 （）图4-9 恒载作用剪力、轴力图 （）4.3 活载作用下内力计算与恒载作用同理，可得活载作用下计算弯矩图，梁、柱的剪力和轴力图如图4-10、4-11。图4-10 活载作用弯矩图（）图4-11 活载作用剪力、轴力图 ()第5章 内力组合5.1 梁内力组合梁内力组合见附录表A1。梁最不利组合如表5-1所示。表5-1 梁的最不利内力截面位置Mmax及相应的VMmin及相应的V/V/max及相应的MMVMVMVA525.4236.47-91.9373.68-91.9373.68487.8534.49-192.19113.83-192.19113.833155.5918.00-258.48129.34-258.48129.342219.902.18-323.05145.31-323.05145.311223.97-6.22-320.22149.35-320.22149.35B左5-7.935.43-75.5572.43-75.5572.43421.4322.63-133.1099.60-133.1099.60355.937.04-166.41116.18-166.41116.18291.48-8.93-202.14131.97-202.14131.971133.16-13.37-239.07140.77-239.07140.77B右512.10-9.82-36.7030.92-36.7030.92447.16-38.46-66.4856.41-66.4856.41373.27-60.39-93.0578.34-93.0578.342100.92-83.40-120.63101.35-120.63101.351130.49-109.70-152.52127.65-152.52127.65边跨跨中562.69-485.463102.02-2116.41-197.74-中跨跨中5-12.28-4-11.85-3-11.85-2-11.85-1-12.44-5.2 柱内力组合柱内力组合见附录表A2和表A3。柱最不利组合如表5-2和5-3所示。表5-2 A柱最不利内力表5-3 B柱最不利内力表5-4 框架柱柱端弯矩设计值的调整柱号层次四层三层二层底层截面柱顶柱底柱顶柱底柱顶柱底柱顶柱底B柱-171.6101.1141.4132154.2-341.6341.6654.6654.6920.6-C柱-167.3151.1188.4189.3204.9-379.5379.5594.4594.4802.4-第6章 框架梁、柱截面设计6.1 框架梁的截面设计6.1.1 正截面受弯承载力计算以顶层边梁为例，最不利弯矩为： 。查表得：；。设，则，当梁下部受拉时，按T形截面设计，当梁上部受拉时，按矩形截面设计。翼缘计算宽度：按计算跨度，按梁净距，按翼缘高：/=100/560=0.18>0.1，此情况不起控制作用，故取，跨间按T形截面，因为： 属第一类 T形截面=实配 216 =402 满足要求。将下部跨间的216伸入支座，作为支座负弯矩作用下的受压钢筋（），再计算相应的受拉钢筋。支座A：，=实配 218 。支座：=实配 218 满足要求。 。6.1.2 斜截面受剪承载力计算以顶层梁为例，最不利剪力为： 边跨截面尺寸验算： 则，满足。梁端加密区取两肢 HPB235 则， =222.56>72.46。加密区长度取max(1.5h,500)=0.9，非加密区取两肢，中跨若梁端加密区取两肢则，=143.07>28.91，加密区长度取max (1.5h,500 ) = 0.6，非加密区取两肢。各梁正截面、斜截面配筋列于表6-1、6-2中。表 6-1 梁正截面配筋计算层次截面M/实配钢筋/%第五层支座A-68.95402428218 （509）0.36-56.66402350218 （509）0.36AB跨中65.67-373216 （402）0.29支座-27.52226264214 （308）0.34BC跨中-13.51-127212 （226）0.25第四层支座A-144.15509939225 （982）0.7-99.83509859225 （982）0.7AB跨中83.95-513218 （509）0.36支座-49.86226496218 （509）0.36BC跨中-13.03-123212 （226）0.25第三层支座A-193.865091308325 （1473）1.05-124.81509800325 （1473）1.05AB跨中85.93-513218 （509）0.36支座-69.79226718222 （760）0.84BC跨中-13.03-123212 （226）0.25第二层支座A-242.296281703425 （1964）1.4-151.6628991425 （1964）1.4AB跨中91.35-546220 （628）1.07支座-90.47308969225 （982）1.09BC跨中-13.03-123214 （308）0.34第一层支座A-240.176031685225+222 （1742）1.24-179.36031196225+222 （1742）1.24AB跨中87.48-523616 （603）0.67支座-114.394021294225+122 （1362）1.4BC跨中-13.68-129216 （402）0.7表6-2 梁斜截面配筋计算层次梁号/梁端加密区非加密区实配钢筋长度/实配钢筋五层AB72.46332.20.04双肢0.9双肢BC28.91214.20.07双肢0.6双肢四层AB113.1332.20.28双肢0.9双肢BC52.74214.20.36双肢0.6双肢三层AB120.93332.20.38双肢0.9双肢BC73.25214.20.64双肢0.6双肢二层AB135.86332.20.47双肢0.9双肢BC94.76214.20.87双肢0.6双肢一层AB139.64332.20.56双肢0.9双肢BC119.35214.21.02双肢0.6双肢6.2 框架柱的截面设计6.2.1 剪跨比和轴压比验算表6-3 柱剪跨比轴压比验算柱号层次/A柱545041011.9117.1335.49239.58.050.0994127.6347.89369.87.060.1263136.4854.73544.06.080.2262163.0968.25848.45.830.3521211.6578.2611526.600.478B柱545041011.9119.7546.93249.96.220.1224138.7663.21460.26.010.2123161.5072.54666.85.430.2772191.0590.4810415.150.4321240.1592.5614156.330.587由表可知各柱的剪跨比（）和轴压比（）均满足规范要求。6.2.2 正截面承载力计算以第二层B柱为例，最不利内力组合为：第一组：M=149，N=483；第二组：M=33.39， N=1041；第三组：, 。采用对称配筋，纵筋采用HRB335级钢筋，混凝土保护层厚度取30，则40。 为大偏压。由曲线知大偏压的最不利组合为（ ），故该柱的最不利内力为第一组或第二组。第一组：调整后的组合与调整前相比取最不利，即 =149 ,=483 取20和偏心方向截面尺寸的l/30两者中的较大值，即450/30=15，故取=20。柱的计算长度 因 故应考虑偏心矩增大系数。对称配筋 第二组：取20和偏心方向截面尺寸的l/30两者中的较大值，即450/30=15，故取=20。因 故应考虑偏心矩增大系数。对称配筋 实配 （）总配筋率 满足要求。6.2.3 斜截面承载力计算以顶层B柱为例进行计算。由前可知，上柱柱端弯矩设计值对三级抗震等级，柱底弯矩设计值则框架柱的剪力设计值剪跨比则， 满足要求。 与相对的轴力N=1003，故取N=723柱端加密区箍筋选用四肢则最小体积配筋率 满足要求。各层柱的、正截面、斜截面配筋列于表6-4、6-5中。表 6-4 柱正截面配筋计算柱号层次内力组控制内力偏压对称配筋计算实配A柱五115.07106.23大1.1000.053115804252.04243.01大1.270.109124.8373.74149.62大1.0480.067578.8四153.54219.48大1.080.121170804245.2540.42大-3104.26362.82大1.1100.089602三1111.2479.82大1.1010.108253.7