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1、摘要本论文主包括结构方面设计，本设计选择的是一栋7层框架结构。结构设计方面，密切联系建筑设计，以现行的有关规范为依据，本工程采用现浇钢筋混凝土框架结构体系，仅对前面主体选择了中间一榀横向框架进行计算，考虑抗震设防烈度7度进行了抗震计算。整个过程中包括了水平荷载、竖向荷载计算及其各内力计算和构件设计，对于竖向荷载作用采用弯矩二次分配法，水平荷载作用采用D值法， 地震作用采用底部剪力法。设计计算整个过程中综合考虑了抗震要求、技术经济指标和施工工业化的要求。关键词：结构计算；抗震设计ABSTRACTThe design of the thesis includes architectural des
2、ign and structural design.Structural design maintains close ties with the architectural design， which is based on current relevant codes. This project adopts cast-in-place reinforced concrete structure， which has only chosen a middle frame to calculate. During the design process seven degree earthqu
3、ake-resistant design， the whole process includes Vertical load function， level load function and load calculation， component design， Vertical load function adopts moment distribution method， level load function adopts D value method， and seismic load function adopts equivalent base shear method. Dur
4、ing the design process earthquake-resistant design， technical economy index and construction industrialized request are synthetically considered.Keywords: structural calculation; anti-seismic design前 言毕业设计是本专业教育培养的重点，也是毕业前的综合学习阶段，是对所学专业知识的深化、拓宽，是对大学期间所学专业知识的全面总结。通过毕业设计，可以将以前学过的知识重温回顾，对疑难知识再学习，对提高个人的
5、综合知识结构有着重要的作用。通过毕业设计，使我们在资料查找、设计安排、分析计算、施工图绘制、口头表达等各个方面得到综合训练，具备从事相关工作的基本技术素质和技能。在我国，多层建筑结构以钢筋混凝土结构为主。多层建筑的结构设计有两方面的特质：一是风荷载和地震荷载等水平方向作用引起的内力和位移已成为结构设计的控制因素；二是结构抗侧移刚度是结构设计的关键因素。结构不仅要满足承载力（强度）的要求，同时还要把结构在水平荷载下的位移控制在一定范围内，所以多层建筑结构需要有较大的抗侧移刚度。框架结构体系的主要特点是平面布置比较灵活，能提供较大的室内空间，是较常用的结构体系。在建筑结构设计中，结构是建筑的骨架，
6、是建筑物赖以生存的物质基础。在一定意义上讲，结构支配着建筑。一个成功的设计必然以经济合理的结构方案为基础，在决定建筑物平面、立面和剖面时，应当考虑结构方案的选择，使之既满足建筑的使用和美学要求，又照顾到结构的可靠和施工的难易。由于建筑结构的各构件受力不同，所采用的截面、材料以及计算方法都有较大差异，本设计通过详细的手算方法、形象的图表展示和必要的文字论述，对一个工程进行了结构设计。在毕业设计的这段时间，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、论文撰写以及外文的翻译，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。在绘图时熟练掌握了AutoCAD，
7、以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。框架结构设计的计算工作量很大，在计算过程中以手算为主，后面采用建筑结构软件PKPM进行电算，并将电算结果与手算结果进行了对比，修改。由于自己的知识水平有限，难免有很多疏忽之处，敬请各位老师批评指正。目 录1、结构设计81.1 结构布置及计算简图的确定81.1.1 选择承重方案81.1.2 梁、柱截面尺寸估算81.2.3 结构计算简图92、荷载计算112.1 屋面及楼面的永久荷载标准值112.2 屋面及楼面可变荷载标准值112.3 梁、柱、墙重力荷载计算112.3.1 梁自重计算2.3.2 柱自重计算2.4 计算重力荷载代表值132.4.1 第5
8、层的重力荷载代表值：2.4.2 24层的重力荷载代表值2.4.3 一层的重力荷载代表值：3、横向框架侧移刚度计算153.1 计算梁、柱的线刚度153.2 计算柱的侧移刚度154、横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算174.1 横向水平地震作用下的框架结构的内力计算和侧移计算。174.1.1 横向自振周期的计算4.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算4.1.3 水平地震作用下的位移验算4.1.4 水平地震作用下框架内力计算4.2 横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算254.2.1 风荷载标准值4.2.2 风荷载作用下的水平位移验算4.2.3 风荷载作用下框架结构内力计算5、竖向荷载作用
9、下横向框架结构的内力计算315.1 计算单元315.2 荷载计算325.2.1 恒载计算5.2.2活荷载计算：5.3 内力计算355.3.1、计算分配系数。5.3.2 用弯矩二次分配法来计算恒载作用下的梁端、柱端弯矩。5.3.3 计算恒载和活载作用下梁端剪力和柱轴力。6 框架内力组合496.1 结构抗震等级496.2 框架梁内力组合496.3、框架柱内力组合507、配筋计算517.1 框架梁和柱的截面计算517.1.1 柱的配筋计算7.1.2 梁的配筋计算7.2板的配筋计算657.2.1荷载和内力计算7.2.2配筋设计8 基础设计708.1基础梁截面尺寸的选取708.2荷载选用708.3基础截
10、面计算708.4地基承载力及基础冲切验算718.5基础底板配筋计算73参考文献761、结构设计1.1 结构布置及计算简图的确定根据该房屋的使用功能及建筑设计的要求，进行了建筑平面、立面及剖面设计，墙体采用加气混凝土砌块做隔墙，楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取100mm。1.1.1 选择承重方案该建筑为综合楼，房间布局较为整齐规则，且不需要考虑太大空间布置，所以采用横向框架承重方案，四柱三跨不等跨的形式。柱网布置形式详见建筑平面图。1.1.2 梁、柱截面尺寸估算纵 梁：,取,取横 梁：，取取次 梁： 取 取各层梁截面尺寸及混凝土强度等级如下表，表1-2-1 梁截面尺寸(mm)及各层
11、混凝土强度等级层次混凝土强度等级横梁bh纵梁次梁17C30300600300600300600 柱截面尺寸估算 该框架结构的抗震等级为三级，其轴压比限值为=0.9,各层重力荷载代表值近似取15kN/m2，中柱的负荷面积为4.27.7=32.34m2，可得一层柱截面面积为:取柱子截面为正方形，柱截面尺寸为586mm586mm根据上述结果，并综合考虑其它因素，本设计柱截面尺寸取值如下：17层 600mm600mm 基础选用柱下独立基础，基础顶面距室外地面为500mm。1.2.3 结构计算简图框架结构计算简图，取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板顶，27层高度即为层高，取4.8m；底层柱高
12、度从基础顶面取至一层板顶，即h14.8+0.45+0.55.75m。见下图:2-1-1 结构计算简图2、荷载计算2.1 屋面及楼面的永久荷载标准值屋面(不上人)屋面采用钢筋混凝土屋面板。除结构层外，自重为 2.3 kN/m2 屋面结构层自重： 0.125=2.5kN/m2合计 4.8kN/m2天棚 7厚1：1：4水泥石灰砂浆 0.14kN/m25厚1：0.5：3水泥石灰砂浆 0.1 kN/m2合计 0.24kN/m216层楼面除结构层外，自重为 1.2 kN/m2 结构层自重： 0.125=2.5kN/m2合计 3.7kN/m22.2 屋面及楼面可变荷载标准值不上人屋面均布活荷载标准值 0.5
13、0kN/m2楼面活荷载标准值 2.0kN/m2走廊活荷载标准值 2.5kN/m2屋面雪荷载标准值 Sk=rs0=1.00.35=0.35kN/m2屋面风荷载标准值 式中：r为屋面积雪分布系数，取r1.02.3 梁、柱、墙重力荷载计算查规范得以下自重，外墙面为面砖墙面自重： 0.5 kN/m2混凝土空心小砌块 11.8 kN/m22.3.1 梁自重计算bh=300mm600mm梁自重： 250.3(0.6-0.12)3.6 kN/m抹粉层：10厚混合砂浆： 0.21 kN/m 合计 3.81 kN/m2.3.2柱自重计算bh=600mm600mm柱自重： 0.60.6259 kN/m贴面及粉刷：
14、 (0.64-0.22) 0.0217=0.68 kN/m合计 9.68 kN/m女儿墙自重(含贴面和粉刷)：0.90.022170.2150.93.312 kN/m 2.3.3隔墙自重标准层：内隔墙： 4.80.27.57.2 kN/m 水泥石灰砂浆 0.65 kN/m合计： 7.85kN/m底层：内隔墙： 5.750.27.57.2 kN/m 水泥石灰砂浆 1.224 kN/m合计： 8.424kN/m2.3.4外墙自重标准层： 外墙 4.80.27.57.85 kN/m水泥砂浆外墙面： 4.80.015200.27 kN/m 水泥石灰砂浆 0.33 kN/m合计： 9.62 kN/m底层
15、：外墙 5.750.27.58.6kN/m水泥砂浆外墙面： 1.44 kN/m 水泥石灰砂浆 0.33 kN/m合计： 10.32kN/m2.4 计算重力荷载代表值2.4.1 第7层的重力荷载代表值：屋面恒载： (212+3.4)4.22.3264.68 kN女儿墙： 3.3124.2227.82 kN纵横梁自重： 84.23.81+(212+3.4)3.812336.804 kN半层柱自重： 9.684.840.592.928 kN半层墙自重： 24.21.95+(212+3.4)22125.98 kN屋面雪载： (122+3.4)4.20.35=40.28 kN恒载+0.5雪载：264.6
16、8+27.82+336.804+92.928+125.98+0.540.28968.352 kN2.4.2 26层的重力荷载代表值楼面恒载： (122+3)4.21.2138.096 kN上下半层墙重： 125.98+125.98=251.96 kN纵横梁自重： 336.804 kN上半层柱+下半层柱： 92.928+92.928185.856kN楼面活荷载： 4.2(1222+3.42.5)237.3 kN恒载+0.5活载： 138.096+251.96+336.804+185.856+0.5237.31031.366 kN2.4.3 一层的重力荷载代表值：楼面恒载： 138.096 kN下
17、半层墙自重：(a) 外纵墙: 0.524.27.8=32.76 kN(b) 内纵墙: 0.524.28.424=70.762 kN(c )横墙： 0.5(3.4+122)28.424=230.818 kN 纵横梁自重： 336.804 kN上半层墙自重： 125.98 kN上半层柱自重+下半层柱自重： 0.59.684.554)=88.09 kN楼面活荷载： 237.3 kN恒载+0.5楼面活载：138.096+32.76+70.762+230.818+336.804+125.98+88.09+237.3/2=1376.768 kN则一榀框架总重力荷载代表值为：（n=7） 3、横向框架侧移刚度
18、计算3.1 计算梁、柱的线刚度梁线刚度计算梁柱混凝土标号均为，。在框架结构中，现浇楼面或预制楼板但只有现浇层的楼面，可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧移。考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架梁取，对中框架梁取。 表3-1-1 横梁线刚度计算表类别Ec/(N/mm2)bh/mmmmI0/mm4/mmECI0/Nmm2ECI0/Nmm边横梁3.01043006005.4109120001.3510102.701010走道梁3.01043006005.410934004.7610109.521010柱线刚度计算表3-1-2 柱线刚度Ic计算表层次/mmEc/(
19、N/mm2)bh/mmmmIc/mm4ECIc/Nmm157503.0104 600600 10.81095.6310102748003.010460060010.81096.7510103.2 计算柱的侧移刚度柱的侧移刚度D计算公式：其中为柱侧移刚度修正系数，为梁柱线刚度比，不同情况下，、取值不同。对于一般层： 对于底层： 表3-2-1 横向框架柱侧移刚度D计算表层次层高 (m)柱根数N/mm2-74.8 边柱2 0.40.175976.5645703.12中柱2 1.810.48168751 5.75 边柱2 0.480.3958071.4442275.7中柱2 2.170.6413066
20、.41，该框架为规则框架。图3-2-1框架计算简图4、横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算4.1 横向水平地震作用下的框架结构的内力计算和侧移计算。4.1.1 横向自振周期的计算运用顶点位移法来计算，对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构，基本自振周期可按下式来计算：式中， 计算结构基本自振周期用的结构顶点假想位移，即假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值作为水平荷载而算得的结构顶点位移；结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数，取0.7；表4-1-1 结构顶点的假想位移计算层次7968.352968.35245703.1221.18643.5161031.3661999.718
21、45703.124375621.8851031.3663031.08445703.1266.325781341031.3664062.4545703.1288.98511.8131031.3665093.81645703.1211145422.9221031.3666125.18245703.12134.02311.4711376.7687501.9542275.7177.45177.45由上表计算基本周期， 4.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算该建筑结构高度远小于40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切为主，因此用底部剪力法来计算水平地震作用。首先计算总水平地震作用标准值即底部
22、剪力。 式中， 相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数；结构等效总重力荷载，多质点取总重力荷载代表值的85；徐州地区特征分区为一区，又场地类别为类，查规范得特征周期查表得，水平地震影响系数最大值由水平地震影响系数曲线来计算，式中， 衰减系数，0.05时，取 = 0.9；因为所以需要考虑顶部附加水平地震作用。查表得：则 故作用在结构各楼层上的水平地震作用为： 式子：、分别为集中于质点i、j的荷载代表值，、为质点i、j的计算高度，各楼层的地震剪力按 计算表4-1-2 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次 734.55968.35233456.56254.46 54.56 629.751
23、031.36630683.13949.94 104.4524.951031.36625526.30941.88146.28420.151031.36620782.02533.83180.11315.381031.36615862.40925.82205.93210.551031.36610880.91117.71223.6415.751376.7687916.41612.89236.53145314.043各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见图图4-1-1横向水平地震作用及层间地震剪力 4.1.3 水平地震作用下的位移验算用D值法来验算框架第层的层间剪力、层间位移及结构顶点位移分
24、别按下式来计算： 计算过程见下表，表中计算了各层的层间弹性位移角。表4-1-3 横向水平地震作用下的位移验算层次 754.4645703.121.1925.648001/4033 6104.445703.1222824.4148001/21055146.2845703.123.222.1348001/15004180.1145703.123.9418.9348001/12183205.9345703.124.5114.9948001/10642223.6445703.124.8910.4848001/9811236.5342275.75.595.5957501/1028由表中可以看到，最大层间
25、弹性位移角发生在第一层，1/9811/550,满足要求。4.1.4 水平地震作用下框架内力计算将层间剪力分配到该层的各个柱子，即求出柱子的剪力，再由柱子的剪力和反弯点高度来求柱上、下端的弯矩。柱端剪力按下式来计算： 柱上、下端弯矩、按下式来计算 式中：i层j柱的侧移刚度；h为该层柱的计算高度； y-反弯点高度比；标准反弯点高比，根据上下梁的平均线刚度，和柱的相对线刚度的比 值，总层数，该层位置查表确定。 上下梁的相对线刚度变化的修正值，由上下梁相对线刚度比值 及查表 上下层层高变化的修正值，由上层层高对该层层高比值及查表。 下层层高对该层层高的比值及查表得。注意是根据表：倒三角形分布水平荷载下
26、各层柱标准反弯点高度比查得。表4-1-4 各层边柱柱端弯矩及剪力计算层次y74.854.4645703.125976.567.120.40.2027.346.8464.8104.445703.125976.5613.650.40.3045.8619.6654.8146.2845703.125976.5619.130.40.3559.6932.1444.8180.1145703.125976.5623.550.40.4062.1750.8734.8205.9345703.125976.5626.930.40.4571.1058.1724.8223.6445703.125976.5629.250.
27、40.5070.2070.2015.75236.5342275.78071.4445.160.480.7662.32197.35表4-1-5 各层中柱柱端弯矩及剪力计算层次Y74.854.4645703.121687520.111.810.3958.8837.6564.8104.445703.121687538.551.810.44103.6281.4254.8146.2845703.121687554.011.810.49132.22127.0344.8180.1145703.121687566.501.810.49162.79156.4134.8205.9345703.121687576.
28、041.810.49186.15178.8524.8223.6445703.121687582.571.810.50198.17198.1715.75236.5342275.713066.4173.112.170.55189.17231.21注：表中弯矩单位为,减力单位为KN梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按下式来计算 表4-1-6 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力边柱N中柱N727.3413.01123.3645.0845.083.4026.52-3.36-23.16652.731.21126.99110.06110.063.4064.74-10.35-80.91551.847.21
29、28.25166.44166.443.4097/91-18.6-170.574121.8664.041215.49225.78225.783.40132.81-34.09-287.893121.9775.691216.47266.87266.873.40156.98-50.56-428.42128.3783.31217.64293.72293.723.40172.78-68.2-583.571132.5285.581218.18301.76301.763.40177.51-86.38-742.9图4-1-2 左地震作用下框架弯矩图图4-1-3 左地震作用下梁端剪力及轴力图4.2 横向风荷载作用
30、下框架结构内力和侧移计算4.2.1 风荷载标准值垂直于建筑物表面上的风荷载标准值当计算主要承重结构时按下式来计算： 式中，风荷载标准值（kN/m2）高度Z处的风振系数 风荷载体型系数风压高度变化系数基本风压（kN/m2）由荷载规范，徐州地区重现期为50年的基本风压：=0.35KN/m，地面粗糙度为B类。风载体型系数由荷载规范第7.3节查得： =0.8（迎风面）和=-0.5（背风面）。荷载规范规定，对于高度大于30m，且高宽比大于1.5的房屋结构，应采用风振系数来考虑风压脉动的影响。本设计中，房屋高度H=34.55 30m，H/B=34.55/42=0.82 1.5，则不需要考虑风压脉动的影响，
31、取=1.0。 将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，如下表：表4-2-1 风荷载计算(地面粗糙度为C类)层次Z(m) 71.01.334.551.070.3513.866.756.7561.01.329.751.000.3520.169.1715.9251.01.324.950.920.3520.168.4424.3641.01.320.150.840.3520.167.7132.0731.01.315.350.740.3520.166.7938.8621.01.310.550.740.3520.166.7945.6511.01.35.750.740.3521.117.1152.76
32、其中，A为一榀框架各层节点的受风面积，取上层的一半和下层的一半之和，顶层取到女儿墙顶，底层只取到下层的一半。注意底层的计算高度应从室外地面开始取。4.2.2 风荷载作用下的水平位移验算 根据水平荷载，计算层间剪力，再依据层间侧移刚度，计算出各层的相对侧移和绝对侧移。计算过程如下表，表4-2-2 风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算层次76.75 6.75 45703.21 0.15 4.83 1/3200069.1715.92 45703.21 0.35 4.68 1/1371458.44 24.36 45703.21 0.53 4.33 1/905747.71 32.07 45703.21 0
33、.7 3.80 1/685736.7938.86 45703.21 0.85 3.10 1/564726.7945.6545703.21 1.002.251/480017.1152.7642275.71.251.251/4600由表可以看出，风荷载作用下框架的最大层间位移角为一层的1/4600，小于1/550，满足规范要求。4.2.3 风荷载作用下框架结构内力计算计算方法与地震作用下的相同,都采用D值法。在求得框架第I层的层间剪力后，I层j柱分配到的剪力以及柱上、下端的弯矩、分别按下列各式计算：柱端剪力计算公式为： 柱端弯矩计算公式为 ： ， 注意风荷载作用下的反弯点高比是根据表：均布水平荷载
34、作用下的各层标准反弯点高度比查得。表4-2-3 各层边柱柱端弯矩及剪力计算层次y74.86.7545703.215976.560.880.40.203.380.8464.815.9245703.215976.562.080.40.306.993.0054.824.3645703.215976.563.190.40.3511.615.3644.832.0745703.215976.564.190.40.4012.078.0434.8 38.8645703.215976.565.080.40.4513.5611.0924.845.6545703.215976.565.970.40.5014.3314.3315.7552.7642275.75976.566.900.48
