框架教学楼计算书毕业设计.doc

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1、摘 要此次设计主要对框架结构中轴横向框架进行结构设计、抗震设计和结构计算。在确定框架结构的承重方案及计算简图之后，首先计算框架结构的层间荷载代表值，利用顶点位移法求出横向框架的自振周期，并使用底部剪力法计算在水平地震荷载作用下横向框架的层间剪力，进而求出在水平地震荷载作用下框架结构的内力（弯矩、剪力和轴力）；其次，采用弯矩二次分配法对在竖向荷载（恒荷载和活荷载）作用下框架结构的内力（弯矩、剪力和轴力）；再次，采用D值法计算水平风荷载作用下框架结构的内力（弯矩、剪力和轴力）；最后，对在水平和竖向荷载作用下框架结构的内力进行组合，找出一组或几组最不利的内力组合，并按最不利组合进行截面设计及配筋计算

2、。另外，还对框架结构中的现浇钢筋混凝土楼板、楼梯和基础进行截面设计和配筋计算。关键词：框架结构，结构设计，内力计算，配筋 MPREHENSIVE TEACHING BUILDING OF ADULT EDUCATION COLLEGE OF QINGHAI UNIVERSITYABSTRACTThe purpose of the design is to do the anti-seismic design in the longitudinal frames of axis 9. When the directions of the frames is determined, firstly

3、 the weight of each floor is calculated .Then the vibrate cycle is calculated by utilizing the peak-displacement method, then making the amount of the horizontal seismic force can be got by way of the bottom-shear force method. The seismic force can be assigned according to the shearing stiffness of

4、 the frames of the different axis. Then the internal force (bending moment, shearing force and axial force ) in the structure under the horizontal loads can be easily calculated. After the determination of the internal force under the dead and live loads, the combination of internal force can be mad

5、e by using the Excel software, whose purpose is to find one or several sets of the most adverse internal force of the wall limbs and the coterminous girders, which will be the basis of protracting the reinforcing drawings of the components. The design of the stairs is also be approached by calculati

6、ng the internal force and reinforcing such components as landing slab, step board and landing girder whose shop drawings are completed in the end.Key words: frames，structural design，Internal force calculation，deploy Reinforced 目 录1 建筑设计1.1 建筑设计说明：11.2 建筑方案11. 2.2建筑设计做法11.2.3材料选用12 结构设计计算2.1框架计算简图及梁、

7、柱抗侧刚度32.1.1 确定计算简图32.1.2框架梁柱线刚度计算32.2.恒活荷载计算42.2.1恒载标准值计算42.2.2 活荷载标准值计算72.3框架所受竖向荷计算72.3.1 A-B轴间框架梁72.3.2 B-C轴间框架梁92.3.3 C-D轴间框架梁92.3.4 A轴柱纵向集中荷载的计算92.3.5 B轴柱纵向集中荷载的计算102.3.6 C轴柱纵向集中荷载的计算102.3.7 D轴柱纵向集中荷载的计算102.4风荷载计算112.4.1 作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值：112.4.2 风荷载作用下的位移验算122.5内力计算142.6 内力组合282.7 截面设计与配筋

8、计算332.7.1框架柱截面设计 (B轴柱)332.7.2 框架梁截面设计373 楼梯的设计3.1 1至6层楼梯的设计423.1.1、设计资料423.1.2、结构平面布置423.1.3 踏步板TB-1的设计423.1.4楼梯斜梁（TL-1）计算433.1.5 休息平台板（PB-1）计算443.1.6平台梁（TL-2）计算454 柱下钢筋混凝土基础设计4.1 A轴柱下基础设计 （独立基础）484.1.1 确定基础底面面积484.1.2 基础高度494.1.3 配筋计算504.2 B、C 轴柱下基础设计 （联合基础）514.2.1 确定基础底面面积514.2.2 抗冲切验算及配筋525 楼板计算5

9、.1 楼板设计资料：545.2 荷载计算545.3 内力计算555.4 配筋计算56总结58参考文献59致 谢60第一章 建筑设计1.建筑设计1.1 建筑设计说明：建筑设计是在总体规划的前提下，根据任务书的要求综合考虑基地环境，使用功能，结构施工，材料设备，建筑经济及建筑艺术等问题。着重解决建筑物内部各种使用功能和使用空间的合理安排，建筑与周围环境，与各种外部条件的协调配合，内部和外表的艺术效果。各个细部的构造方式等。创造出既符合科学性又具有艺术的生产和生活环境。建筑设计在整个工程设计中起着主导和先行的作用，除考虑上述各种要求以外，还应考虑建筑与结构，建筑与各种设备等相关技术的综合协调，以及如

10、何以更少的材料，劳动力，投资和时间来实现各种要求，使建筑物做到适用，经济，坚固，美观，这要求建筑师认真学习和贯彻建筑方针政策，正确学习掌握建筑标准，同时要具有广泛的科学技术知识。建筑设计包括总体设计和个体设计两部分。1.2 建筑方案该建筑东西方向长53.4，南北方向长16.8。地面以上建筑总高度为18.7。1. 2.2建筑设计做法墙体做法：内外墙体均采用普通砖块，厚240mm，水刷石外墙面，水泥粉刷内墙面。不上人屋面做法：三毡四油防水层，冷底子油，15厚1：3水泥砂浆找平层，40厚水泥石灰焦渣砂浆找坡层，50厚聚乙烯泡沫塑料保湿， 100厚现浇钢筋混凝土板结构层，10厚混合砂浆抹灰。楼面做法：

11、大理石面层（水泥砂浆擦缝），30厚1：3干硬水泥砂浆（面上撒2厚素水泥），水泥浆结合层一道，100厚现浇钢筋混凝土楼板结构层，10厚混合砂浆抹灰。楼梯做法：楼梯采用混凝土梁式楼梯。1.2.3材料选用混凝土：采用C30；钢筋：纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB335，其余采用热轧钢筋HPB235；墙体：内外墙体均采用粉煤灰轻渣空心砌块，其尺寸390mm240mm190mm，查荷载规范得=8 kN/m3；窗：钢塑门窗，r=0.35 kN/m3；门：木门，r=0.2kN/m3；活荷载：不上人屋面均布活荷载标准值0.5kN/m2，楼面活荷载标准值2.0kN/m2。 第二章 结构设计2 结构设计计算2.1框

12、架计算简图及梁、柱抗侧刚度2.1.1 确定计算简图以第6榀框架为例，进行手算。框架柱嵌固于计基础顶面，框架梁与柱刚接。底层柱高从基础顶面算至二层楼面，室内外高差为-1.100m,二层楼面标高为3.600m,故得到底层柱高4.7m。其余各层柱高从楼面算至上一层楼面，均为3.600m由此得到计算简图如图1所示。图1计算简图2.1.2框架梁柱线刚度计算对于中框架梁取I=2I0左边跨梁：i左边梁=EI /l=3.0107 kN/m2 21/120.25 m(0.5m)3/6.0m=2.6104 kNm中间跨梁：i中跨梁=EI /l=3.0107 kN/m2 21/120.25m(0.5m)3/2.4m

13、=6.5104 kNm右边跨梁：i右边梁=EI /l=3.0107 kN/m2 21/120.25m(0.5m)3/6.0m=2.6104 kNm底层柱（B-E轴）：i柱=EI/l=3.0 107 kN/m2 1/12(0.5m)4/4.7m=3.32104kNm其余各层柱（B-E轴）：余柱=EI/l=3.0 107 kN/m2 1/12 (0.5m)4/3.6m=4.3410kNm令余柱=1.0，其余各杆件的相对线刚度则为：左边梁=2.6104 kNm/4.3410 kNm=0.59中跨梁=6.5104 kNm/4.3410 kNm=1.5右边梁=2.6104 kNm/4.3410 kNm=

14、0.59底柱=3.3210 kNm/4.3410 kNm=0.76表2.1梁尺寸总表层数横梁（bh）/(mmmm)纵梁（bh）/(mmmm)次梁（bh）/(mmmm)AB跨、CD跨BC跨200400152505002505002505002.2.恒活荷载计算2.2.1恒载标准值计算(1) 屋面（不上人）:防水层（柔性）三毡四油铺小石子 0.4 kN/m2找平层：20厚1:3水泥砂浆 0.02m20kN/m3=0.4 kN/ m2找坡层：30厚水泥石灰焦渣砂浆找坡 0.03m14kN/m3=0.42 kN/m2保温层：80厚矿渣水泥 0.08m14.5kN/m3=1.16 kN/m2结构层：12

15、0厚现浇钢筋混凝土楼板 0.12m25kN/m33.0 kN/m2抹灰层：10厚板底混合砂浆 0.01m17kN/m30.17kN/m2 合计 5.55 kN/m2 (2)标准层楼面 25厚大理石配水泥砂浆擦缝面层： 30厚1：3干硬性水泥砂浆，面上撒2厚素水泥 1.16 kN/m2 水泥砂浆结合层一道120厚现浇钢筋混凝土板 0.12m25kN/m33.0kN/m210厚混合砂浆抹灰 0.01m17kN/m30.17kN/m2 合计 4.33kN/m2(3)梁自重bh=250mm500mm梁自重 25kN/m30.25m(0.25m-0.12m)=2.38 kN/m抹灰层：10厚混合砂浆 0

16、.01m(0.5m-0.12m)217kN/m3=0.13 kN/m 合计 2.51 kN/m 梁自重bh=200mm400mm梁自重 25kN/m30.20m（0.4m-0.12m）=1.75 kN/m抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m（0.4m-0.12m）217kN/m3=0.1 kN/m 合计 1.85 kN/m 基础梁bh=250mm400mm梁自重 25kN/m30.25m0.4m=2.5 kN/m 合计 2.5 kN/m (4)柱自重bh=500500柱自重 25kN/m30.5m0.5m=6.25 kN/m抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m0.5m417kN/m3=0.34kN

17、/m 合计 6.59 kN/m(5) 外纵墙自重：标准层：纵墙:(3.6m-0.5m)(4.2m-0.5m)-1.8m2.1m0.24m18kN/m3/(4.2m-0.5m) 8.97kN/m 铝合金窗： 1.8m2.1m0.35kN/m2/(4.2m-0.5m)0.36kN/m水刷石外墙面：(3.6m-0.5m)(4.2m-0.5m)-1.8m2.1m0.5 kN /m2 /(4.2m -0.5m) =1.03kN/m水泥粉刷内墙面：(3.6m-0.5m)(4.2m-0.5m)-1.8m2.1m0.36kN/m3/(4.2m -0.5m)0.72kN/m合计 11.11 kN/m底层： 纵墙

18、:(3.8m-0.5m)(4.2m-0.5m)-1.8m2.1m0.24m18kN/m3/(4.2m -0.5m) 11.07kN/m 铝合金窗： 1.8m2.1m0.35kN/m2/(4.2m -0.5m) 0.36kN/m水刷石外墙面：(3.8m-0.5m)(4.2m-0.5m)-1.8m2.1m0.5 kN /m2 /(4.2m -0.5m) =1.13kN/m水泥粉刷内墙面：(3.8m-0.5m)(4.2m-0.5m)-1.8m2.1m0.36kN/m3/(4.2m -0.5m)0.82kN/m 合计 13.38kN/m(6)内纵墙自重:标准层：纵墙:(3.6m-0.5m)(4.2m-

19、0.5m)-0.9m2.1m20.24m18N/m3 /(4.2m-0.5m)=8.97kN/m 门： 0.2 kN /m20.9m2.1m2/(4.2m-0.5m)=0.2kN/m 水泥粉刷内墙面 1.5kN/m 合计 10.67kN/m底层:纵墙:(3.8m-0.5m)(4.2m-0.5m)-0.9m2.1m20.24m18N/m3 /(4.2m-0.5m)=11.07kN/m 水泥粉刷内墙面 1.64kN/m 合计 12.71kN/m(7) 内隔墙标准层：墙体： (3.6m-0.5m)0.24m18N/m3=13.39kN/m粉刷 2.23kN/m 合计 15.62kN/m底层:墙体：

20、(3.8m-0.5m)0.24m18N/m3=14.26kN/m粉刷 2.38kN/m 合计 16.64kN/m2.2.2 活荷载标准值计算(1)屋面和楼面活荷载标准值，根据荷载规范查得：不上人屋面 0.5 kN/m2楼面：教室：2.0 kN/m2 走廊 2.5 kN/m2 (2)雪荷载 SK=1.00.4kN/m2=0.4kN/m2 屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者取最大值。2.3竖向荷载下框架受荷总图2.3.1 B-1/B轴间框架梁 屋面板传荷载： 板传至梁上的三角形或梯形荷载等效为均布荷载，为简化计算近似按图2所示计算恒载：5.55kN /m21.5m5/82=10.41kN/m 图2

21、.屋面板传荷载示意图活载：0.5kN /m21.5m5/82=0.94kN/m楼面板传荷载：恒载：4.33kN /m21.5m5/82=8.12kN/m活载：2kN /m21.5m5/82=3.75kN/m梁自重：2.51kN/mB-1/B轴间框架梁均布荷载为：屋面梁:恒载=梁自重+板传荷载 = 2.51kN/m + 10.41 kN/m=12.92kN/m 活载=板传荷载=0.94 kN/m楼面梁:恒载=梁自重+板传荷载+墙自重=2.51kN/m+8.12kN/m+16.64kN/m=27.27 kN/m 活载=板传荷载=3.75kN/m2.3.2 B轴间框架梁 顶层柱：女儿墙自重(做法;墙

22、高600mm，100mm的混凝土压顶)0.12m0.6m18kN/m3+25kN/m30.1m0.12m+(0.7m2+0.12m)0.5kN/m2 =3.22N/m 天沟自重:(琉璃瓦+现浇天沟) 琉璃瓦自重： 1.05m1.1kN/m2=1.16N/m 现浇天沟自重: 25 kN/m30.60m+(0.20m-0.08m)0.08m+(0.6m+0.2m) (0.5+0.36) kN/m2=2.13 kN/m 合计： 3.29 kN/m顶层柱恒载=女儿墙及天沟自重+梁自重+板传荷载=(3.22kN/m+3.29kN/m)4.2m+2.51 kN/m(4.2-0.5)m +5.55 kN/m

23、21.5m0.794.2m =64.25 kN顶层柱活载=板传活载 =0.5 kN/m21.5m0.794.2m=2.49kN 标准层柱恒载=梁自重+板传荷载+墙自重=2.51kN/m(4.2-0.5)m+4.33kN/m1.5m0.794.2m+11.11kN/m(4.2m-0.5m)=71.95kN标准层柱活载=板传活载=2.0kN/m21.5m0.794.2m=9.95kN底层柱恒载=梁自重+板传荷载+墙自重=2.51kN/m(4.2-0.5)m+4.33kN/m1.5m 0.794.2m+13.38kN/m(4.2m-0.5m)=80.35kN基础顶面恒载=底层外纵墙自重+基础梁自重

24、=13.38kN/m(4.2-0.5)m+2.5kN/m (4.2-0.5)m=58.76kN2.3.3 1/B-C轴间框架梁屋面板传荷载： 恒载：5.55kN /m21.5m5/82=10.41kN/m活载：0.5kN /m21.5m5/82=0.94kN/m楼面板传荷载：恒载：4.33kN /m21.5m5/82=8.12kN/m活载：2kN /m21.5m5/82=3.75kN/m梁自重：2.51kN/m1/B-C轴间框架梁均布荷载为：屋面梁:恒载=梁自重+板传荷载 = 2.51kN/m + 10.41 kN/m=12.92kN/m 活载=板传荷载=0.94 kN/m楼面梁:恒载=梁自重

25、+板传荷载+墙自重=2.51kN/m+8.12kN/m+16.64kN/m=27.27 kN/m 活载=板传荷载=3.75kN/m2.3.4 1/B轴次梁集中荷载的计算顶层恒载=梁自重+板传荷载=5.55kN/ m21.5m0.794.2m2 +1.85 kN/m4.2m=62.11kN顶层活载=板传活载=2.1m1.5m0.790.5kN/ m24=4.98kN 标准层恒载=梁自重+板传荷载=1.85 kN/m4.2m+4.33 kN/m21.5m4.2m0.794.2m2 =50.77kN标准层活载=板传活载 =2.0kN/ m21.5m 2.1m0.794=19.91kN 2.3.5 C

26、-D轴间框架梁屋面板传荷载恒载：5.55kN /m21.2m5/82=8.33kN/m活载：0.5kN /m21.2m5/82=0.75kN/m楼面板传荷载：恒载：4.33kN /m21.2m5/82=6.5kN/m活载：2.5kN /m21.2m5/82=6.25kN/m梁自重：2.51kN/mC-D轴间框架梁均布荷载为：屋面梁:恒载=梁自重+板传荷载 = 2.51kN/m + 8.33 kN/m=10.84kN/m 活载=板传荷载=0.75 kN/m楼面梁:恒载=梁自重+板传荷载+墙自重=2.51kN/m+6.5kN/m+16.64kN/m=25.65 kN/m 活载=板传荷载=6.25k

27、N/m2.3.6 C轴柱集中荷载的计算顶层柱恒载=梁自重+板传荷载=5.55kN/ m21.2m0.862.1m2 +5.55kN/ m21.2m0.792.1m2 +2.51 kN/m(4.2m-0.5m)=75.45kN顶层柱活载=板传活载=2.1m1.2m0.860.5kN/ m22+2.1m1.5m0.860.5kN/ m22=4.88kN 标准层恒载=梁自重+板传荷载+墙自重=2.51 kN/m(4.2m-0.5m)+4.33 kN/m21.5m2.1m0.792+4.33 kN/m21.2m2.1m0.862 +10.67 kN/m(4.2m-0.5m)=49.61kN标准层活载=

28、板传活载 =2.0kN/ m21.5m 4.2m0.79+2.0kN/ m21.5m 4.2m0.86=20.84kN 基础顶面恒载=基础梁自重+墙自重=2.5kN/m(4.2m-0.5m)+10.67kN/m(4.2m-0.5m)=48.73kN框架在竖向荷载作用下的受荷总图如图3所示：图3.竖向受荷总图2.4风荷载计算 2.4.1 作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值： 式中基本风压=0.50 kN/m2风载体型系数； 风压高度变化系数，本结构按C类地区查表。 风振系数,因结构高度H30m,可取=1.0。应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响，；下层柱高，底层柱高自室外自然地面算

29、起；上层柱高；对顶层为女儿墙高度。 B 迎风面的宽度，B=4.2m计算过程见表1. 表.1.集中风荷载标准值离地高度 z/m /( kN/m2)/m /m/kN18.450.841.01.30.53.61.45.7314.850.741.01.30.53.63.67.2711.250.741.01.30.53.63.67.277.650.741.01.30.53.63.67.274.050.741.01.30.53.63.67.27 2.4.2 风荷载作用下的位移验算（1）侧移刚度D见表.2（2）风荷载作用下框架的层间侧移可按下式计算： 表.2.横向2-5层D值的计算构件 /（kN/m）B轴柱

30、0.2289162C轴柱0.5120535D轴柱0.51120535E轴柱0.22891629162 kN/m2+20535 kN/m2=59394kN/m表.3横向底层D值的计算构件 /（kN/m）B轴柱0.4618314C轴柱0.68412336D轴柱0.68412336E轴柱0.46183148314kN/m2+12336 kN/m2=41300kN/m式中第j层的总剪力第j层所有柱的抗侧刚度之和第j层的层间侧移第一层的层间侧移值求出以后，就可以计算各楼板标高处的侧移值的顶点侧移值，各层楼板标高处的侧移值是该层以下各层层间侧移之和。顶点侧移是所有各层层间侧移之和。j层侧移 顶点侧移 框架

31、在风荷载作用下侧移的计算见表.4表.4.风荷载作用下框架侧移计算层次55.735.73593940.00011/3731647.2713.00593940.00021/1641837.2720.27593940.00031/1051927.2727.54593940.00051/776417.2734.81413000.00081/5573侧移验算：层间侧移最大值：1/5573（满足）。 2.5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）活荷载作用风荷载作用(从左向右，或从右向左)。对于1，2，等2种情况，框架在竖向荷载作用下。采用弯矩二次分配法计算。对于第3种情况，框架在

32、水平荷载作用下，采用D值法计算。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。3.5.1 恒荷载标准值作用下的内力值由前述的刚度比可根据下式求得节点各杆端的弯矩分配系数如图所示 均布恒载和集中荷载偏心引起的固端弯矩构成节点不平衡弯矩： 根据上述公式计算的梁固端弯矩如图.4所示将固端弯矩及节点不平衡弯矩填入图.4中的节点方框后，即可进行迭代计算，直至杆端弯矩趋于稳定，最后按下式求得各杆端弯矩，如图.4所示 式中 杆端最后弯矩 各杆端固端弯矩 迭代所得的杆端近端转角弯矩 迭代所得的杆端远端转角弯矩以上计算中，当已知框架M图求V图以及已知V图求N图时，可采用结构力

33、学取脱离体的方法，如已知杆件两端的弯矩。其剪力： 式中，简支梁支座左端和右端的剪力标准值，当梁上无荷载作用时，=0，剪力以使所取隔离体产生顺时针转动为正； ，梁端弯矩标准值，以绕杆端顺时针为正，反之为负。已知某节点上柱传来的轴力和左、右传来的剪力、时，其下柱的轴力图 -+式中 ，以压力为正，拉力为负。 恒荷载标准值作用下的弯矩图、剪力图、轴力图如图.5，6，7所示。3.5.2 活荷载标准值作用下的内力计算活荷载标准值作用下的弯矩、剪力、轴力图如图.9，10，11所示。3.5.3 风荷载标准值作用下的内力计算框架在风荷载（从左向右吹）下的内力用D值法（改进的反弯点法）进行计算，其步骤为：求各柱反

34、弯点处的剪力值;求各柱反弯点高度;(1) 求各柱的杆端弯矩及梁端弯矩;(2) 求各柱的轴力和梁剪力。 表5.B、E轴框架柱反弯点位置层号53.60.590.2950000.2951.06243.60.590.350000.351.2633.60.590.4450000.4451.60223.60.590.5000-0.02250.47751.71914.70.7830.650-0.007500.64253.02 表6.C、D轴框架柱反弯点位置层号53.62.090.400000.401.4443.62.090.450000.451.6233.62.090.500000.501.8023.62.

35、090.5000 00.501.80 14.72.7410.550 000.552.585各杆端的弯矩分配系数 图4.恒载作用下的弯矩二次分配图图5.恒荷载作用下的M图图.6.恒荷载作用下的V图（单位：kN） 图.7.恒荷载作用下的N图图.8.活荷载作用下弯矩二次分配法 图9.活载作用下的N图图10.活荷载作用下V图（单位：kN） 图11.活荷载作用下N图（单位：kN）框架各柱的杆端弯矩、梁端弯矩按下式计算，计算过程如表7和8所示。 Mc上 =Vim（1-y）h Mc下= Vimyh中柱处的梁： Mb左j=i左b(Mc下j+1+ Mc上j)/( i左b+ i右b) Mb右j=i右b(Mc下j+1+ Mc上j)/( i左b+ i右b边柱处的梁 Mb总j=Mc下j+1+ Mc上j表7.风荷载作用下B轴框架梁柱剪力和梁柱端弯矩计算层号Vi/KND/(KN/m)Dim/(KN/m)Dim/DVim/KNyh/mMc上/(KNm)Mc下/(KNm)Mb总/(KNm)55.735939491620.1540.881.0622.230.932.23413.005939491620.1542.001.264.682.525.61320.275939491620