框架结构设计计算书.doc

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1、毕 业 论 文（设 计）题目：河源市第一中学教学楼框架结构设计 （Title）：Frame struction of Teaching Building Design For the Heyuan No.1 Middle School系 别： 建筑工程系 专 业： 土木082 姓 名： 杨湛斌 学 号： 2008622543225 指导教师： 徐朝阳 日 期： 2012年4月 河源市第一中学教学楼摘要本工程为中学教学楼工程，采用框架结构，主体为四层，本地区抗震设防烈度为7度，近震，场地类别为II类场地。主导风向为西南，基本风压。楼屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构。本设计贯彻“实用、安全、经济、美观

2、”的设计原则。按照建筑设计规范，认真考虑影响设计的各项因素。根据结构与建筑的总体与细部的关系。本设计主要进行了结构方案中横向框架第3轴抗震设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算,接着利用D值法求出风荷载值，进而按底部剪力法计算水平荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）并进行组合。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力。是找出最不利的一组或几组内力组合。 选取最安全的结果计算配筋并绘图。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计。完成了平台板，梯段板，平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。对楼板进行了配筋计算，本设计采用桩基础，对基础承台

3、和桩进行了受力和配筋计算。整个结构在设计过程中，严格遵循相关的专业规范的要求，参考相关资料和有关最新的国家标准规范，对设计的各个环节进行综合全面的科学性考虑。总之，适用、安全、经济、使用方便是本设计的原则。设计合理可行的建筑结构方案是现场施工的重要依据。 关键词：框架结构；荷载计算；风荷载计算；内力计算；计算配筋 Frame Struction of Teaching Building for Heyuan No.1 middle school ABSTRACTThis works for the city of school teaching building, a framework st

4、ructure for a four-storey main, in the region earthquake intensity of 7 degrees near Lan site classification as Class II venues. Led to the southwest direction, the basic Pressure . Floor roof were using cast-in-place reinforced concrete structure.The design and implement practical, security, econom

5、ic, aesthetic, the design principles. With the architectural design, design seriously consider the influence of the various factors. According to the structural and architectural detail and the overall relationship.The design of the main structure of the program horizontal framework 13-axis seismic

6、design. In determining the distribution framework, the first layer of representative value of the load, Then use vertex from the displacement method for earthquake cycle, and then at the bottom of shear horizontal seismic load calculation under size, then calculated the level of load under the Inter

7、nal Forces (bending moment, shear and axial force). Then calculate vertical load (constant load and live load) under the Internal Forces. Identify the most disadvantaged group or an internal force several combinations. Select the best safety results of the reinforcement and Mapping. In addition, the

8、 structure of the program indoor staircase design. Completion of the platform boards, boards of the ladder, platform beam component and the reinforcement of internal forces calculation and construction mapping. On the floor reinforcement calculation, the use of pile foundation design, foundation and

9、 pile caps for the force and reinforcement calculation. The whole structure of the design process, in strict compliance with the relevant professional standard, reference to relevant information and the latest national standards and specifications, and design of the various components of a comprehen

10、sive scientific considerations. In short, application, security, economic and user-friendly design is the principle. Design reasonable and workable structure of the program is the construction site of the important basis for the construction. KEY WORDS：Frame；Structure；Seismic；Design；Load Calculation

11、；Internal force calculation；Calculation reinforcement 目录前 言11 建筑设计方案论述21.1建筑概况21.2设计条件21.2.1地质条件21.2.2抗震设防烈度21.2.3方案构思21.2.4设计过程简介31.3建筑做法31.3.1墙身材料31.3.2屋面做法31.3.3楼地面做法31.3.4其他做法，详见施工图纸施工总说明部分。32 结构布置及选型42.1 荷载情况42.2 结构布置及计算简图42.2.1梁柱板的截面尺寸确定42.2.2 结构计算简图63 菏载计算83.1恒荷载计算83.1.1屋面框架梁线荷载标准值83.2活荷载计算83

12、.2.1屋面活荷载计算83.3楼面均布活载（标准值）：103.4运用PKPM制图所需线荷载计算103.4.1作用在顶层框架梁上的线荷载为:103.4.2标准层楼面框架梁线荷载标准值:103.5 PKPM绘图所需集中荷载计算113.5.1屋面框架节点集中荷载标准值113.5.2楼面框架节点集中荷载标准值:124 荷载内力分析144.1 恒载作用下的内力计算144.1.1顶层内力计算154.1.2标准层内力计算164.1.3剪力计算：214.1.4 活载作用下的内力计算234.2 横向荷载（风荷载）内力分析324.2.1风载作用下的内力计算采用D值法325 内力组合365.1控制截面的选择图365

13、.2框架结构梁的内力组合（抗震）375.2.1梁端弯矩控制值405.2.2梁端截面组合的剪力设计值调整445.2.3柱端弯矩设计值调整505.2.4柱端剪力设计值调整515.3内力组合表（风荷载）536 梁柱配筋计算616.1框架梁配筋计算616.1.1梁的正截面受弯承载力计算616.1.2框架梁斜截面受剪承载力计算636.1.3梁裂缝宽度验算646.2框架柱配筋计算656.2.1 轴压比验算：656.2.2 截面尺寸复核：666.2.3 正截面受弯承载力计算666.2.4 斜截面受剪承载力计算696.3纵向联系梁设计696.3.1荷载计算及计算简图707 板的配筋计算737.1楼板配筋计算7

14、37.1.1 标准层楼板设计计算737.1.2 截面设计计算758 楼梯设计798.1楼梯设计资料798.2楼梯板设计798.2.1 荷载计算798.2.2 截面设计808.3平台板设计808.3.1荷载计算808.3.2截面设计808.4平台梁设计818.4.1 荷载计算818.4.2 截面设计818.4.3 斜截面受剪承载力829 基础设计839.1 设计基本资料839.2 柱下独立基础设计839.2.1荷载计算：839.2.2 地基承载力的修正849.2.3 基底尺寸的确定849.2.4 地基承载力验算859.2.5 基础抗冲切验算859.2.6 基础底板配筋869.3 中柱联合基础设计

15、869.3.1 荷载计算：879.3.2 地基承载力的修正889.3.3 基底尺寸的确定889.3.4 地基承载力验算889.3.5 基础高度验算889.3.6 基础底板配筋89参考文献90附录A91总 结93致 谢94附录B95前 言教学房中的普通教室，是一个班级进行学习和各种活动的场所，是学校建筑中数量多、功能要求高的主要使用房间。学生在学校的学习过程中，约有80%的时间是在各种教室中进行的。教室设计的优劣，直接影响到教与学的效果和学生身心的健康。因此，教室的大小、体型、朝向、室内设施、室内环境以及房间的组合形式等，都需在建筑设计过程中综合地考虑。本计算书是本着“以人为本，安全第一”的宗旨

16、，为研讨中小学教学楼如何合理设计以及提供设计过程参考而编写的。在编写过程中，编者结合四年大学的学习课本理论、规范以及实习工作经验，采用国家现行的有关规定、标准和设计规范，编入大量的设计计算过程内容，系统阐述了钢筋混凝土框架结构的手算过程和电算所需内容。手算过程可使自己较好地了解建筑结构设计的全过程，较为深入地掌握建筑结构的设计方法，较为全面地复习和学习综合运用力学、材料、结构、抗震等方面知识的能力，为今后的工作奠定更扎实的基础。而点算过程所需荷载内容，虽然只是简单提及，但电算中，计算荷载以及输入荷载为计算的较为重点的内容，可使自己一出校门就能尽快胜任设计工作，然后再在实践中逐步提高。本计算书系

17、简明扼要、重点突出，编写内容丰富翔实、应用性强。本计算书内容大致包括建筑设计概要、结构设计概要、框架设计所需分部工程的设计内容、框架结构手算过程解析、框架结构设计点算所需荷载输入内容等几部分内容。本计算书由学生杨湛斌编写完成，在编写过程中，指导老师徐朝阳给予了大量宝贵以及实在的意见参考。本计算书可供学生毕业设计参考所用，亦可以作为中小学教学楼框架结构设计提供参考所用，在编写本计算书的过程中，参考了大量的文献资料。在此，谨向这些文献的作者表示衷心的感谢。由于编者水平有限，疏漏之处在所难免，恳请读者惠予指正。 杨湛斌 2012年5月9日1 建筑设计方案论述1.1建筑概况该教学楼为四层钢筋混凝土框架

18、结构，建于河源市，总建筑面积约3000，建筑物平面约为矩形，一楼大门出口处有需要可附加雨篷。标准层高3.3，室内外高差0.3，其轴网尺寸等详见施工图纸。建筑物安全等级：II级，设计使用年限50年。1.2设计条件1.2.1地质条件 根据地质勘察报告，场区范围内地下水位高程为-12.00，地下水对一般建筑材料无侵蚀作用，不考虑土的液化。土质构成自地表向下依次为：（1）填土层：厚度约为0.5，承载力特征值,天然重度。（2）粘土：厚度约为25，承载力特征值,天然重度,及均小于0.85。（3）轻亚黏土：厚度约为36，承载力特征值，天然重度。（4）卵石层：厚度约为29，承载力特征值,天然重度。（5）地基承

19、载力的标准值为，不考虑地下水的作用。1.2.2抗震设防烈度 抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10，建筑场地土类别为二类，场地特征周期为0.35，框架抗震等级为3级，设计地震分组为第一组。1.2.3方案构思设计采用目前国内通用的钢筋混凝土结构。本设计为总体规划中的单体建筑，设计中充分考虑到总体规划提出的要求、建筑高度、抗震设防烈度和周围环境的关系，确定本结构为规则有序的板式结构，建筑平面布置简单、规则、对称，但长宽比较大，根据有关规范设置伸缩缝。对抗震有利，结构具有较好的整体性；同时考虑到结构不同使用功能的需求，建筑平面布置较为灵活，可以自由分割空间，选用框架结构；立面注意对比与呼

20、应、节奏与韵律，体现建筑物质功能与精神功能的双重特性。1.2.4设计过程简介建筑设计根据建筑用地条件和建筑使用功能、周边城市环境特点，首先设计建筑平面，包括建筑平面选择、平面柱网布置、平面交通组织及平面功能设计；其次进行立面造型、剖面设计；最后设计楼梯和卫生间。本设计满足建筑单位的使用要求，技术措施合理。同时，通风、采光、消防等技术指标均满足相应的规范和规定。1.3建筑做法1.3.1墙身材料 外内均墙采用灰砂砖，尺寸，以下采用水泥砂浆，以上采用混合砂浆砌筑。1.3.2屋面做法防水层：合成高分子防水卷材找平层：厚1:3水泥砂浆找平保温层：膨胀珍珠岩保温层（厚）找坡层：水泥炉渣找坡，最薄处厚结构层

21、：厚现浇钢筋砼屋面板1.3.3楼地面做法地面：陶瓷防滑地板 结构层：现浇钢筋砼楼面板1.3.4其他做法，详见施工图纸施工总说明部分。2 结构布置及选型2.1 荷载情况不上人屋面活荷载为，楼面活荷载为,走廊、楼梯活荷载为。2.2 结构布置及计算简图2.2.1梁柱板的截面尺寸确定1、梁框架梁：边跨（.跨）跨度 梁高 ，取梁宽,取中跨梁(跨): 取, 边柱连系梁:，即下图中的截面尺寸中柱连系梁:，即下图中的截面尺寸井字梁：图示区楼盖采用网络规格尺寸为。 图1.1梁定位图2、柱柱的尺寸由轴压比确定，该工程抗震设防烈度为7度（）第二组，框架结构高度，抗震等级为三级，则,梁柱板混凝土均采用，则。取中柱（7

22、轴与轴相交边柱），假定结构每平方米总荷载设计值为，则，初选截面尺寸为,则 ，满足要求。 故轴、轴柱取截面尺寸为。角柱（1轴与轴相交边柱），假定结构每平方米总荷载设计值为，角柱虽然承受面荷载较小，但由于角柱承受双向偏心荷载作用，受力复杂，故截面尺寸取与轴边柱相同，即取截面尺寸为。而边柱承受偏心荷载且跨度较大，故取轴、轴边柱截面尺寸为 。校核框架柱截面尺寸是否满足构造要求：1）按构造要求框架柱截面高度不宜小于，宽度不宜小于。2）为避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4。校核得知，所选框架柱截面尺寸均满足构造要求。3、板由于楼板大部分按双向板计算，板厚，故取板厚。2.2.2 结构计算简图1、

23、选择横向的一榀框架（3轴）按平面框架计算。结构计算简图如图3.1所示，根据地质资料确定基础顶面离室外地面为，室内外高差为，因此求得底层计算高度为。各梁柱构件的线刚度比经过计算后列于图中，其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取，为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩。梁柱均采用混凝土=3.02、梁、柱惯性矩、线刚度、相对线刚度计算跨梁跨梁由于各柱底层柱二、三、四层柱令二、三、四层中柱,计算其余杆件的相对线刚度： 图1.2 结构计算简图（单位：）3 菏载计算3.1恒荷载计算3.1.1屋面框架梁线荷载标准值合成高分子防水卷材 厚1:3水泥砂浆找平 厚膨胀珍珠岩保温层 厚1:3水泥砂浆找平 水泥炉

24、渣找坡，平均厚度 厚现浇钢筋混凝土楼板 厚混合砂浆找平 厚纸筋灰抹底 屋面恒荷载 边跨()框架梁自重 梁侧粉刷 _ 中跨(BC)框架梁自重 梁侧粉刷 _ 3.2活荷载计算3.2.1屋面活荷载计算1、顶层屋面AB、CD边跨屋面：BC中跨屋面：集中荷载产生的弯矩：2、标准层楼面活荷载计算集中荷载产生的弯矩3、 楼面活荷载作用下的结构计算简图如下：图1.3活荷载作用下的结构计算简图3.3楼面均布活载（标准值）：根据荷载规范查得 ：楼面均布活载对于教室、阅览室、图书馆、厕所等为；走廊、楼梯、门厅等为；大媒体教室为。荷载统计时为了方便对以上露面各均布活载不进行折减，这样计算偏于安全。3.4运用PKPM制

25、图所需线荷载计算3.4.1作用在顶层框架梁上的线荷载为:屋面板和走道板传递给横梁的梯形荷载和三角形荷载:3.4.2标准层楼面框架梁线荷载标准值:厚大理石板面层 厚1:3干硬性水泥砂浆 厚现浇钢筋混凝土楼板 厚混合砂浆找平 厚纸筋灰抹面 楼面恒荷载 中跨框架梁及梁侧粉刷 边框架梁及梁侧粉刷 边跨填充墙自重 墙面粉刷 因此,作用在中间层框架梁上的线荷载为: 图1.4梁定位图 3.5 PKPM绘图所需集中荷载计算3.5.1屋面框架节点集中荷载标准值 1、框架梁上集中荷载边柱连系梁自重 粉刷 粉刷 连系梁传来的屋面自重 顶层边节点集中荷载 中柱连系梁自重 粉刷 连系梁传来屋面自重 顶层中节点集中荷载

26、2、集中荷载偏心产生的弯矩由图形知，偏心距=43.920.075=3.29=32.1020.075=2.41=32.1020.075=2.41=43.920.075=3.293.5.2楼面框架节点集中荷载标准值:1、标准层中间以及边节点： 边柱连系梁自重 0.30.34.225=9.45粉刷 0.61铝合金窗自重 1.82.10.45=1.70墙体自重 （4.2-0.4）（3.3-0.3）-1.8 2.10.2419=34.75外贴面+内粉刷 0.02（4.2-0.4）（3.3-0.3）-1.82.117+0.023（4.2-0.4）（3.3-0.3）-1.82.120+0.01（4.2-0.

27、4）（3.3-0.3）-1.82.119.8=7.61框架梁自重 0.250.64.225=15.75外贴面+内粉刷 0.024.20.4(0.6-0.24)220=1.88连系梁传来楼面自重 4.24.24.2=18.52中间层边节点集中荷载 中间柱连系梁自重 8.44粉刷 0.61内纵墙自重 (4.2-0.4)(3.3-0.3)0.2419=51.98粉刷 2(4.2-0.4)(3.3-0.3)0.0217=7.75扣除门洞加上门重 -1.22.10.299.8+1.22.10.2=-7.67扣除高窗加上窗重 -1.82.10.299.8+1.82.10.45=-9.04框架梁自重 14.

28、4粉刷 1.04连系梁传来楼面自重 (4.2+4.2-2.4) 2.44.2=15.12 4.24.23.60=15.88中间层中节点集中荷载 2、集中荷载偏心产生的弯矩由图形知，偏心距=90.270.075=6.77=100.630.075=7.55=100.630.075=7.55=90.270.075=6.77 3、恒荷载作用下的结构计算简图:图1.5恒荷载作用下的结构计算简图4 荷载内力分析4.1 恒载作用下的内力计算 恒载(竖向荷载)作用下的 内力计算采用分层法, 同时做以下修正：除底层以外其余各层柱的线刚度应乘以0.9的折减系数，除底层以外其余各层柱的弯矩传递系数取。 由于梁上的分

29、布荷载由矩形和梯形两部分组成,根据固端弯距相等原则，先将梯形及三角形分布荷载,代为等效均布荷载的计算公式如下：图1.6 分层法计算简图图1.7梯形荷载代为等效均布荷载图因为在确定框架计算简图时需要利用楼板的传递荷载，因此，根据上图，所选楼板为6轴到8轴之间的，荷载作用范围如图所示。图1.8荷载作用范围示意图4.1.1顶层内力计算把梯形荷载代为等效均布荷载:（） =如图3.5构内力可用弯矩分配法,计算并可利用弯矩分配法计算并可利用结构对称性取二分之一结构计算,各杆的固端弯矩为 说明：计算结果如下图例所示。图1.9 顶层弯矩分配法计算图(单位：)4.1.2标准层内力计算把梯形荷载代为等效均布荷载:

30、（） =如图3.5构内力可用弯矩分配法,计算并可利用弯矩分配法计算并可利用结构对称性取二分之一结构计算,各杆的固端弯矩为 根据内力计算可得：图2.0 2-3层弯矩分配计算(单位：) 图2.1 底层弯矩分配计算(单位：)图2.2 顶层弯矩图(单位：)图2.3 标准层弯矩图(单位：) 图2.4 底层弯矩图(单位：)将求得的各层弯距图叠加，得整个框架在恒载作用下的弯距图，将节点不平衡弯距再分配一次,如下图 图2.5 框架恒载弯矩图(单位：) 4.1.3剪力计算： 1、屋面板受恒载剪力计算边跨顶层：A端剪力：B端剪力: 轴力：FN =-57.81-54.08=-111.89KN 图2.6 轴力简图如上

31、图所示中跨顶层：B端剪力： C端剪力: 2、标准层楼面受恒载作用剪力计算边跨三层：A端剪力：B端剪力：中跨三层：B端剪力：C端剪力：图2.7 恒荷载作用下框架梁剪力图（括号内为柱边截面剪力） (单位：)图2.8 恒荷载作用下柱轴力图 (单位：)4.1.4 活载作用下的内力计算 1、把顶层梯形荷载转代成均布荷载:结构内力用弯矩分配法，各杆的固端弯矩：顶层弯矩分配图:图2.9 顶层弯矩分配计算(单位：) 2、把标准层梯形荷载转代成均布荷载:各杆的固端弯矩:图3.0 标准层弯矩分配计算(单位：)图3.1 底层弯矩分配计算(单位：) 图3.2 顶层弯矩图(单位：)图3.3 标准层弯矩(单位：) 图3.

32、4 底层弯矩图(单位：)4.1.5框架各层弯矩重分配表1.1框架各层组合弯矩重分配表楼层左边柱左跨左边梁左跨右边梁中跨连梁右跨左边梁右跨右边梁右边柱顶3.232.88-1.11-3.60-1.775.231.17-2.60-2.260.73-1.970.365.00-5.376.40-4.13-1.6138.631.08-1.108.632.88-1.10-18.73-1.7523.361.22-6.78-0.870.77-6.78-2.260.77-6.820.378.61 10.41-20.4824.58-6.88-8.27-6.4528.632.88-1.668.633.10-1.66-

33、18.73-2.6523.361.84-6.78-2.261.15-6.78-2.441.15-6.820.569.8510.07-21.3825.20-7.89-8.07-6.2619.292.88-0.857.29-0.67-18.03-1.3623.060.93-7.31-2.260.59-5.690.46-7.080.2811.326.62-19.3923.99-8.98-5.23-6.801、计算活荷载跨中最大弯矩(乘1.2放大系数):边跨： 中跨 活荷载作用下的跨中最大弯矩计算方法同恒荷载，因采用满跨布置，跨中弯矩乘以1.2倍放大系数。图3.5 活荷载作用下框架弯矩图(单位：) 图

34、3.6 活何载作用下框架梁弯矩调幅并算至柱边（括号内为柱边截面弯矩）(单位：)图3.7 活荷载作用下梁的剪力图(单位：)图3.8 活荷载作用下框架轴力图(单位：)4.2 横向荷载（风荷载）内力分析4.2.1风载作用下的内力计算采用D值法， 公式： 表1.2 修正后的反弯点高度表求层间剪力公式： 计算要点说明：1) 计算框架结构各层层间剪力按公式：。2) 计算各柱的侧向刚度按公式：。3) 按上式求出剪力。4) 确定反弯点高度比：5) 计算第层第柱的下端弯矩6) 将节点上、下柱端弯矩之和按左、右梁的线刚度分配给梁端，即 ，注：、分别表示节点左、右梁的线刚度。7) 根据梁端弯矩计算梁端剪力，由梁端剪力计算柱轴力，这些均可由静力平衡条件计算。 图3.9 风载作用计算简图 图4.0 剪力在各柱间分配图查表得各层，计算柱端弯矩，风荷载作用下的框架结构弯矩图: 图4.1 柱端弯矩计算图(单位：) 图4.2 风载作用下的框架弯矩图(单位：) 图4.3 风载作用下的框架剪力图(单位：) 图4.4 风载作用下的框架轴力图(单位：)5 内力组合5.1控制截面的选择图图4.5控制截面的选择图说明：构件内力一般沿其长度变化。为了便于施工，构件配筋通常不完全与内力一样变化，而是分段配筋。设计时可根据内力