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1、毕业设计材料 专业班级 结构工程094班 姓 名 指导教师 所在学院 毕 业 设 计 书 题 目 宁波市某中学6#学生宿舍框架结构设计 专 业 土木工程 班 级 姓 名 指导教师 所在学院 宁波市某中学6#学生宿舍框架结构设计摘 要：本工程采用框架结构，主体为五层，本地区抗震设防烈度为6度，场地类别为II类场地。基本风压0.5kN/m2。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”的设计原则。设计过程中，基于相应设计规范分析了影响设计的各项因素。本设计主要就结构方案中横向框架第5轴进行了设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算，接着求出在水平荷载作用下的结
2、构内力（弯矩、剪力、轴力）。然后计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力。接着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。然后，根据上部结构传递的荷载，进行了浅基础的设计与计算。最后，利用PKPM和AUTO-CAD软件进行了结构施工图的绘制。关键词： 框架结构；钢筋混凝土；荷载计算；内力计算；结构设计FrameStructureDesignofStudentDormitoryBuilding6ofaMiddleSchoolinNingbo Pei TING SHEN，Major in Civil Engineering，College of Urban Constructio
3、n Abstract: This project adopts frame structure format with a five-storey main body. The earthquake intensity of the site is 6 degrees, the type of the site is class II and the basic wind pressure 0.5kN/m2. The cast-in-place reinforced concrete structure is used in the floor and roof. The design imp
4、lements utility, security, economy, beauty, the design principles. In the design process, the various factors are analyzed based on corresponding code.The 5-axis of the horizontal framework is designed. After determining the distribution framework, the representative value of the load acting on the
5、structure is calculated firstly. Then, the internal forces of the structure (bending moment, shear and axial force) under the action of horizontal loading are derived. Then the internal force subjected to the vertical load (constant load and live load) are calculated. The worst combination of the in
6、ternal forces is found and the most safety results are used to the reinforcement. Then, based on the load transformed from the upper structure, the shallow foundation is designed and calculated. Finally, the PKPM and AUTO-CAD soft are used to draw the structural working drawing.Key words: Frame Stru
7、cture；Concrete structure；Load Calculation；Internal force calculation；Structural design目 录1设计资料111 初步设计资料112 结构选型12截面尺寸选择及计算简图221 梁截面尺寸估算222 板截面尺寸估算223 柱截面尺寸估算224 计算简图确定33荷载计算531 屋面及楼面恒载标准值计算532 梁、墙重力荷载计算533 活荷载标准值计算634 竖向荷载作用下荷载计算635 风荷载计算134荷载作用下框架内力分析1541 风荷载作用下的内力分析计算1542 竖向荷载作用下框架内力分析265内力组合456框
8、架梁、柱截面配筋计算4961横梁正截面受弯承载力计算4962横梁斜截面受剪承载力计算556.3框架柱承载力计算577柱下浅基础计算6271 边柱独立基础计算6272 中柱（双柱联合基础）计算64致谢66参考文献671 设计资料1.1 初步设计资料1、工程名称：宁波市某中学6#学生宿舍2、工程概况（1）建筑面积：3564 m2，共5层，底层层高为3.9m，其它层均为3.6m，建筑总高为18.300m，室内外高差为0.30m。建筑安全等级：二级；耐火等级：二级；抗震设防烈度：6度；结构使用年限：50年；屋面防水等级：II级，防水耐用年限15年。（2）主体结构采用现浇混凝土框架结构，肋梁楼盖。混凝土
9、强度等级：C25；钢筋：采用HPB235级和HRB400级钢筋；屋面做法（自上而下）：40厚C20细石混凝土随捣随抹、10厚1:4灰砂、3厚SBS防水卷材、20厚1：3水泥砂浆找平层、40厚挤塑泡沫板保温层、20厚1：3水泥砂浆找平层、110厚钢筋混凝土屋面板、15厚混合砂浆抹灰。楼面做法：110厚钢筋混凝土楼板、20厚水泥砂浆抹底、30厚水泥豆石面层。墙身做法：240厚混凝土空心小砌块、6厚1：2水泥砂浆底2面、14厚1:3水泥砂浆底2面、20厚1：2防水砂浆抹灰。门窗做法：门为木门，窗为塑钢窗。（3）风荷载和活荷载基本风压为：0.50kN/m2，楼面粗糙程度属B类；楼面活荷载2.0kN/m
10、2,屋面活荷载（上人）2.0kN/m21.2 结构选型1、结构体系选型：钢筋混凝土现浇框架结构体系2、屋面结构：采用现浇混凝土肋型屋盖，刚柔性结合的屋面，屋面板厚。3、楼面结构：采用现浇混凝土肋型楼盖，板厚，局部。2 截面尺寸选择及计算简图2.1梁截面尺寸估算表2.1 梁截面尺寸表梁跨度L（mm）梁高系数梁高h（mm）梁宽系数梁宽b（mm）实选截面bh（mmmm）横向框架梁7000 （1/12-1/8）L600（1/3-1/2）h240240600纵向框架梁3900（1/12-1/8）L500（1/3-1/2）h240240500过道梁2000（1/12-1/8）L500（1/3-1/2）h2
11、402405002.2板截面尺寸估算表2.2 板截面尺寸表位置跨度（m）系数计算板厚度（mm）最小计算厚度（mm）实际选用板厚度（mm）楼板39001/457080110屋面板39001/3590801102.3柱截面尺寸估算（1） 计算公式：，。其中，：混凝土轴心抗压设计值，C25为11.9 kN/m2；：框架柱轴压比限值，对一、二、三级抗震等级，分别取0.7、0.8、0.9；：考虑地震作用组合后柱的轴向压力增大系数，边柱取1.3，不等跨内柱取1.25，等跨内柱取1.2；：折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，框架结构可近似取1012（取10）；n：柱截面以上的楼层的层数（5层）；F：按简支
12、状态计算的柱的负载面积。（2）N的计算计算简图如下图所示：图2.1 框架柱负载面积示意图N=15*(3.9*4.5)*5=1316.25 KNA=N/Fc=1316.25*103/11.9=110609.24综合考虑，取中柱和边柱的截面尺寸为=250000110609.242.4计算简图确定选择中间位置的一榀横向框架KL-7进行计算，该榀框架的计算单元如图2.2阴影部分范围图2.2 框架计算单元图2.3 框架计算简图3 荷载计算3.1屋面及楼面恒载标准值计算1、屋面40厚C20细石混凝土随捣随抹 0.0424=0.9610厚1:4灰砂 0.0118=0.183厚SBS防水卷材 0.4020厚1
13、：3水泥砂浆找平层 0.0220=0.4040厚挤塑泡沫板保温层 0.040.5=0.0220厚1：3水泥砂浆找平层 0.0220=0.40110厚钢筋混凝土屋面板 0.1125=2.7515厚混合砂浆抹灰 0.015172=0.51 合计：=5.622、楼面板110厚钢筋混凝土楼板 0.1125=2.7520厚水泥砂浆抹底 20.0220=0.830厚水泥豆石面层 0.77 合计：=4.323.2梁、墙重力荷载计算1、240600主梁 240600钢筋混凝土 0.24m0.625=3.6双侧20厚水泥砂浆抹灰 0.022（0.6-0.11）16=0.31 =3.91240500次梁24050
14、0钢筋混凝土 0.24m0.525=3.0双侧20厚水泥砂浆抹灰 0.022（0.5-0.11）16=0.25=3.252、外墙 240厚混凝土空心小砌块 0.24m11.8=2.8326厚1：2水泥砂浆底2面 0.006m220=0.24 14厚1:3水泥砂浆底2面 0.014m220=0.56 20厚1：2防水砂浆抹灰 0.02m20=0.4 =4.0323、内墙240厚混凝土空心小砌块 0.24m11.8=2.83215厚混合砂浆底 0.015m217=0.512厚纸筋灰光面 0.002m216=0.0646厚1:2水泥砂浆结合层 0.006m220=0.2414厚1:3水泥砂浆面层 0
15、.014m220=0.56 =4.2064、女儿墙240厚素混凝土 0.24m22=5.2840厚水泥砂浆抹灰2面 0.04m220=16. =6.883.3活荷载标准值计算根据荷载规范查得：屋面为上人屋面，且雪荷载与屋面活荷载两者不同时考虑，取较大值2.0；楼面活荷载为2.0，走廊活荷载为2.0。3.4竖向荷载作用下荷载计算1、第5层（屋面）框架作用恒荷载的计算（1）的计算：AB跨板的屋面荷载为5.62，传递给梁AB的荷载为梯形荷载，等效转化为均布荷载；故AB跨板两侧传给梁AB的荷载为9.482=18.96； 梁AB的自重为3.91；故=18.96+3.91=22.87。（2）的计算：；过道
16、梁BC自重为3.25；故=7.03+3.25=10.28。（3）的计算：=22.87图3.1 板荷载传递图图3.2 框架梁均布恒荷载作用示意图2、第5层（屋面）框架作用活荷载的计算AB、CD跨屋面活荷载为2.0，传递给梁AB的荷载为梯形荷载，等效转化为：屋面传递给梁BC的荷载为三角形，等效转化为均布荷载：=2.012=2.5图3.2 框架梁均布活荷载作用示意图3、恒荷载作用下第5层柱顶层集中力（1）A、D柱、计算女儿墙：6.881.4m3.9m=37.56主梁自重：3.913.9m=15.25板传荷载：=21.37故=37.56+15.25+21.37=74.18（2）B、C柱、计算主梁自重：
17、 板传荷载：故=37.67+15.25=52.92。图3.3 柱顶层集中荷载作用示意图4、活荷载作用下第5层柱顶层集中力（1）A、D柱板传荷载：=7.6（2）B、C柱板传荷载： 图3.4 柱顶层集中活荷载作用示意图5、第1至第4层框架作用恒荷载的计算（1）的计算AB跨板的屋面荷载为4.32，传递给梁AB的荷载为梯形荷载，等效转化为均布荷载：故AB跨板两侧传给梁AB的荷载为7.292=14.58梁AB的自重为3.91；墙自重为4.206（3.6-0.6）=12.62因此，=14.58+3.91+12.62=31.1（2）的计算过道梁BC自重为3.25；因此，=5.4+3.25=8.65。（3）的
18、计算=31.1图3.5 均布恒荷载作用示意图6、第1至第4层框架作用活荷载的计算AB、CD跨屋面活荷载为2.0，传递给梁AB的荷载为梯形荷载，等效转化为均布荷载：6.75屋面传递给梁BC的荷载为三角形，等效转化为均布荷载：图3.6 均布活荷载作用示意图7、恒荷载作用下第1至第4层柱集中力（1）A、D柱、计算主梁自重：3.913.6m=14.08外墙自重：外墙宽：；墙高：；窗面积为；外墙净面积为：故外墙自重为：边柱自重：22.5kN板传荷载：=16.43（2）B、C柱、计算主梁自重：3.913.6m=14.08内墙自重：4.2066.42m=27板传荷载： 。图3.7 柱顶层集中荷载作用示意图8
19、、活荷载作用下第1至第4层柱集中力（1）A、D柱板传荷载：=7.6（2）B、C柱板传荷载： 图3.8 柱顶层集中活荷载作用示意图图3.9 竖向荷载作用下框架受力图3.5风荷载计算作用于建筑物表面的水平风荷载标准值，其中为荷载标准值；为风荷载体型系数（取1.3）；为风振系数，当建筑物高度小于30m时，取；为当地基本风压（）；为风压高度变化系数。风荷载体型系数如图所示：图3.10 风荷载体型系数层次6（女儿墙顶部）22.81.36 1.00 4.242.65518.31.23 1.00 3.842.40414.71.13 1.00 3.532.20 311.11.031.00 3.212.0027
20、.51.00 1.00 3.121.9513.91.00 1.00 3.121.95表3.1 风荷载计算将分布风荷载转化为节点集中荷载，按静力等效原理将分布风荷载转化为节点集中荷载：第五层：第四层： 第三层：第二层：第一层：图3.11 风荷载作用示意图4 荷载作用下框架内力分析4.1风荷载作用下的内力分析计算1、梁、柱线刚度计算框架梁、柱线刚度计算公式。混凝土采用，其，在计算框架梁截面惯性矩时，在现浇楼板中考虑楼板对梁的作用，会增大梁的有效翼缘，故中框架梁取，边框架取，。现令，则其余各构件的相对线刚度为：，；注：在用分层法计算时除底层之外的所有柱的线刚度均乘以0.9。框架梁、柱线刚度比值K与值
21、的关系（1）一般层边柱与梁： 中柱与梁：，（2）底层边柱与梁： 中柱与梁：，框架梁、柱线刚度比值与值的关系（1）第5层：；边柱：; ; 中柱： 故 每根边柱剪力：每根中柱剪力：（2）第4层：；边柱： ; 中柱： 故每根边柱剪力：每根中柱剪力：（3）第3层：；边柱： ; 中柱： 故每根边柱剪力：每根中柱剪力：（4）第2层：；边柱： ; 中柱： 故每根边柱剪力：每根中柱剪力：（5）第1层：；边柱：; ; 中柱： 故每根边柱剪力：每根中柱剪力：2、反弯点计算各层柱反弯点高度比（）的计算见下表：表4.1 反弯点高度比层数边柱（均布）中柱（集中） 注：指楼层总数，指第几层3、风荷载作用下梁、柱弯弯矩（1
22、）计算各柱的柱端弯矩第5层： 第4层： 第3层： 第2层： 第1层： （2）各横梁梁端弯矩计算第5层： 第4层： 第3层： 第2层： 第1层： 图4.1 风荷载作用下的弯矩图（3）梁、柱剪力计算计算公式： ， （3）柱轴力计算根据柱轴力公式：，计算结果见下表：表4.2 风荷载作用下柱轴力层数A柱B柱C柱D柱5N=0-1.66=-1.66N=1.66-8.08=-6.42N=8.08-1.66=6.42N=1.66-0=1.664N=-1.66（0-4.49）=-6.15N=-6.42+（4.49-23.88）=-25.81N=6.42+（23.88-4.49）=25.81N=1.66+（4.4
23、9-0）=6.153N=-6.15+（0-7.37）=-13.52N=-9.17+（7.37-38.35）=-56.79N=25.81+（38.35-7.37）=56.79N=6.15+（7.37-0）=13.522N=-13.52+(0-10.13)=-23.65N=-56.79+(10.13-55.79)=-102.45N=56.79+(55.79-10.13)=102.45N=13.52+(10.13-0)=23.651N=-23.65+(0-12.48)=-36.13N=-102.45+(12.48-66.53)=-156.5N=102.45+(66.53-12.48)=156.5N=
24、23.65+(12.48-0)=36.13图4.2 风荷载作用下的剪力、轴力图为最后内力组合做准备，需要把梁端弯矩、剪力换算到梁端柱边处的弯矩值和剪力值。换算按下列公式进行：（柱边弯矩）（柱边剪力）对于本设计有：且BC、CD跨上无竖向荷载，剪力图的图形为水平直线段，故有：，梁的跨中弯矩由下式计算：AC跨：BC跨：表4.3 风荷载作用下梁端柱边弯矩及跨中弯矩计算表层次梁端弯矩梁端柱边剪力梁端柱边弯矩跨中弯矩57.614.008.08-1.66-1.66-8.088.034.42 10.11.810419.5911.8223.88-4.49-4.49-23.8820.71 12.94 29.85
25、3.890331.7218.9938.35-7.37-7.37-38.3533.5620.8347.94 6.37 0243.2727.6255.79-10.13-10.13-55.7945.80 30.15 69.74 7.83 0154.4132.9466.53-12.48-12.48-66.5357.53 49.57 83.16 10.74 04.2竖向荷载作用下框架内力分析1、恒荷载作用下框架内力计算（1）均布恒荷载作用下固端弯矩计算 顶层：边跨梁：中跨梁： 其它层：边跨梁：中跨梁：用弯矩分配法计算梁，柱柱端弯矩，除底层外柱的线刚度乘以系数0.9，各层柱的弯矩传递系数取1/3。底层柱，
26、其他层柱，AB、CD跨：BC跨：表4.4 梁柱线刚度简表层数梁柱251（2）弯矩分配系数计算 顶层A点的分配系数：B节点的分配系数： 中间层A节点分配系数： 底层A节点分配系数：B节点分配系数：（3）各层偏心力引起的力矩计算顶层：中间层：表4.5 弯矩二次分配过程上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁分配系数0.530.470.3190.360.321固端弯矩9.64-93.3993.39-3.43一次分配44.3939.36-28.70-32.39-28.8720.43-14.3519.68-16.3914.44二次分配-3.22-2.86-5.66-6.38-5.6968.04-71.2478.71
27、-55.16-23.55分配系数0.350.350.30.2350.2640.2640.237固端弯矩10.26-127127-2.88一次分配48.8648.8635.02-29.17-32.77-32.77-29.4222.2020.43-14.5917.52-16.39-16.3914.71二次分配-9.81-9.81-8.41-3.72-4.18-4.18-3.7553.2551.48-114.9111.6-53.34-53.34-15.58分配系数0.350.350.30.2350.2640.2640.237固端弯矩10.26-127127-2.88一次分配48.8648.8635.
28、02-29.17-32.77-32.77-29.4220.4320.43-14.5917.52-16.39-16.3914.71二次分配-9.19-9.19-7.88-3.72-4.18-4.18-3.7552.152.1-114.5111.6-53.34-53.34-15.58分配系数0.350.350.30.2350.2640.2640.237固端弯矩10.26-127127-2.88一次分配48.8648.8635.02-29.17-32.77-32.77-29.4220.4320.43-14.5917.52-16.39-16.7614.71二次分配-9.19-9.19-7.88-3.6
29、4-4.08-4.08-3.6752.152.1-114.5111.7-53.24-53.61-21.26分配系数0.360.330.320.240.270.250.24固端弯矩10.26-127127-2.88一次分配42.0338.5337.56-29.79-33.51-31.03-29.7920.43-14.9018.78-16.3914.71二次分配1.99-1.82-1.77-4.1-4.62-4.28-4.160.4736.71-106.111.9-54.52-35.31-22.0618.36-17.66（4）跨中弯矩计算框架梁的跨中弯矩按下式计算： 边跨梁：；跨中弯矩；其中为板传
30、来的梯形荷载，为梁自重；计算简图如下图所示：图4.3 边跨梁均布荷载示意图 中间跨梁：；跨中弯矩：图4.4 中跨梁均布荷载示意图顶层（第五层）：边跨梁：跨中弯矩：中间跨：跨中弯矩：同理 1至4层框架梁的跨中弯矩也由上式算出；计算结果见下表：表4.6 框架梁跨中弯矩位置左端弯矩右端弯矩跨中弯矩AB、CD跨5-71.2478.7165.314-114.98111.6377.183-114.45111.6377.442-114.45111.7177.441-106.11111.8781.48BC跨5-23.5523.55-18.414-15.5815.58-11.253-15.5815.58-11.
31、252-21.2621.26-16.931-22.0622.06-17.73图4.4 恒载作用下弯矩图下面进行梁端柱边剪力计算，取柱轴心至柱边这一段为隔离体，由平衡条件可求得梁端柱边的剪力值：同理：; 4-3 4-4由4-3和4-4可得：为内力组合作准备，需将梁端弯矩换成梁端柱边弯矩：；表4.7 梁端柱边弯矩计算表层次梁端弯矩梁端柱边剪力梁端柱边弯矩5-71.2478.71-23.5573.26-75.3912.85-52.9259.86-20.344-114.98111.63-15.58101.56-100.6010.84-89.5986.48-12.873-114.45111.63-15.
32、58101.48-100.6810.84-89.0886.46-12.872-114.45111.71-21.26101.47-100.6910.84-89.0886.54-18.551-106.11111.89-22.06100.25-101.9010.84-81.0580.64-19.35表4.8 柱轴力计算表层数A柱B柱纵梁竖向力F柱自重G每层竖向力P轴力Na纵向梁竖向力F柱自重G每层竖向力P轴力578.9874.1822.5153.16顶部153.16-81.1115.4252.9222.5149.45顶部149.45底部175.66底部171.954109.378.922.5188.
33、23顶部363.89-108.413.092.5322.5213.9顶部385.85底部386.39底部408.353109.278.922.5188.15顶部574.54-108.413.092.5322.5213.98顶部622.33底部597.04底部644.332109.278.922.5188.14顶部785.18-108.413.092.5322.5213.99顶部858.82底部807.68底部881.321108.178.926.25186.92顶部994.06-109.713.092.5326.25215.2顶部1096.52底部1020.85底部1122.77图4.6 恒载作用下梁剪力、柱轴力图弯矩调幅，调幅系数取，则调幅后的弯矩图如下所示：图4.7 恒载作用下调幅后的弯矩图2、活荷载作用下框架内力计算均布活荷载作用下固端弯矩计算：顶层： 边跨梁 中跨梁中间层：边跨梁中跨梁 表4.5 弯矩二次分配过程分配系数0.350.350.30.2350.2640.2640.
