x钢筋混凝土框架结构毕业设计论文.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流x钢筋混凝土框架结构毕业设计论文.精品文档.国航办公楼框架结构设计（7轴）摘要：本设计为国航办公楼框架结构设计，该结构为钢筋混凝土框架结构体系。该建筑平面为规则矩形，有五层，建筑总面积约为3705.4平方米，结构总长58.5米，总宽14.35米，总高19.5米，占地约4326平方米。该结构设计包括以下几部分：首先，根据功能和使用要求进行结构布置，确定梁、柱截面尺寸；其次，计算重力荷载代表值和结构侧移刚度以及在水平荷载和竖向荷载作用下的内力，其中水平力考虑了风荷载和地震水平作用力。第三步，考虑五种内力组合，选取最不利的组合进行梁、柱配筋计算。最

2、后是配筋。关键词：框架结构；抗震；刚度；配筋Air ChinaofficeFrame design(7axis)Abstract:The designframeworkfor thedesignofficeof Air China, the structureof reinforced concreteframe structure.Therectangularbuilding planfor therules, there arefive, the total constructionarea of approximately3,705.4 square meters, the struct

3、urelength of58.5 m, with a totalwidth of14.35 meters,total height of19.5 meters, covering about4326 square meters. Thestructuraldesign includesthe following sections:First, according tostructuralfeatures andlayoutrequirementsto determine thebeam andcolumnsection size;Secondly, thecalculation ofrepre

4、sentative values ofgravity loadandstructural stiffnessandthe horizontalload andvertical loadof theinternal forces, Wherethe level offorceconsideredthe level ofwind and earthquakeforces.The third step, consider thecombination ofthe fiveinternal forcesto selectthe most unfavorablecombination ofbeam an

5、d columnreinforcementcalculation.Finally,reinforcement. Keywords: frame structure;seismic;stiffness;reinforcement目录前言61工程概况72结构布置及计算简图83重力荷载计算.113.1屋面及楼面的永久荷载标准值113.2屋面及楼面的可变荷载标准值113.3梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算123.4重力荷载代表值124框架侧移刚度计算164.1横向框架侧移刚度计算164.1.1框架结构梁、柱线刚度计算164.1.2框架结构柱的侧移刚度计算174.2纵向框架侧移刚度计算195横向水平荷载作

6、用下框架结构的内力和侧移计算.195.1横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算195.1.1横向自震周期计算195.1.2水平地震作用及楼层地震剪力计算205.1.3水平地震作用下的位移验算225.1.4水平地震作用下的框架内力计算235.2横向水平风荷载作用下框架结构的内力和侧移计算305.2.1风荷载标准值计算305.2.2风荷载作用下的水平位移验算325.2.3风荷载作用下框架结构内力计算336竖向荷载作用下框架结构的内力计算.366.1横向框架内力计算366.1.1计算单元366.1.2竖向荷载作用下框架结构内力计算376.1.2.1荷载计算376.1.3内力计算476.1.3.1

7、固端弯矩计算476.1.3.2分配系数计算476.1.3.3传递系数486.1.3.4弯矩分配486.1.3.5梁端剪力及柱轴力计算486.2横向框架内力组合556.2.1结构抗震等级556.2.2框架梁内力组合556.2.3框架柱子内力组合607截面设计667.1框架梁657.1.1梁的正截面设计657.1.2梁的斜截面设计677.2框架柱配筋697.2.1 柱正截面承载力计算697.2.2柱斜截面受剪承载力计算727.3 框架梁柱节点截面设计和抗震验算758楼梯设计768.1梯段设计768.2平台设计778.3平台梁设计789楼板设计80设计总结83致 谢84参考文献85英文翻译86前言毕

8、业设计是一门重要的实践课程，通过具体的设计能够将平时所学的理论知识系统的联系起来。毕业设计分结构、施工、专题等几大方面，本篇毕业设计论文是有关钢筋混凝土框架结构方面的设计。主要内容是乌鲁木齐市某中学教学楼的一榀框架的设计。 在工业和民用建筑中，框架结构是一种十分常见的结构形式，因此在实际工作中经常遇到。我选择此题的目的是要掌握和运用框架结构的设计方法，并为以后学习其它结构的设计打好基础。采用钢筋混凝土框架结构，不仅能节省材料，而且可以改善结构功能，目前框架结构是一种强有力的结构型式。同时，要想做好这方面的设计，就必须要掌握混凝土的工作特性及设计原理，选择合理的框架结构形式，并运用基本概念及原理

9、来解决设计当中复杂的技术问题。本次设计的是国航的一个五层办公楼的框架结构，这不同于以往的楼盖、单层厂房等设计，因为这些都只限于单层，是结构的局部设计，而此次是多层框架结构，难点在于内力的计算分配合及内力的组合配筋,这都给我提出了新的挑战。所以，这次这个典型的钢筋混凝土框架结构给了设计者一次非常好的锻炼机会。1工程概况工程名称：国航办公楼。五层钢筋混凝土框架结构，主要由办公楼及部分办公用房组成。自然条件: 工程地点： 北京市基本风压： 0.45 kN/m2 基本雪压： 0.40 kN/m2 冻土深度： 0.80m稳定水位深度： 地表下5.88.4m基本地震烈度： 八度场地土类别： 类地震分组:

10、第一组建筑类型： 二级1. 填充墙：外墙及内墙采用加气混凝土砌块，卫生间墙体采用陶粒混凝土砌块（非承重）。外墙外挂玻璃幕墙。2. 地基和基础：采用天然地基，钢筋混凝土独立基础，基础埋深2.8m，地基经过处理采用地基承载力 fk=200kPa。3. 屋面和楼面做法自行设计。4. 本工程的设计依据现行的国家规范，规程和规定进行设计。5.建筑层数与层高：层数5层，层高：一层4.8m,二四均为3.6m，五层高为3.9m。2结构布置及计算简图根据该房屋的使用功能及建筑设计的要求，进行建筑平面、立面及剖面设计，其标准层建筑平面、结构平面和剖面示意图分别见施工图。整体结构为5层，一层高为4.8m，二四层高为

11、3.6m，五层高为3.9m。高宽比=（4.8+3.63+3.9）/17.7=1.11.5长宽比=58.5/17.7=3.35外墙及内墙采用加气混凝土砌块，卫生间墙体采用陶粒混凝土砌块（非承重）。外墙外挂玻璃幕墙。门为木门，门洞尺寸为：0.9m2.4m；窗为铝合金窗，洞口尺寸为：1.8m2.4m（纵向）1.2m1.5m（横向）板厚：hL/40=3000/40=75mm,故楼板厚度取100。梁截面高度按梁跨度的1/181/10估算，梁截面宽度取1/31/2梁高，同时不小于1/2柱宽，且不小于250，由此估算的梁截面尺寸见下表2.1，表中还给出了各层梁、柱的混凝土等级，其设计强度：C30（fc=14

12、.3N/mm2, ft=1.43N/ mm2）表2.1 梁截面尺寸（mm）及各层混凝土强度等级层次混凝土强度等级横梁（bh）次梁（bh）15C30300mm750mm250mm600mm柱截面尺寸可根据式（1）估算，已知该框架结构的基本地震烈度为八度，其轴压比限值 N0.8，各层的重力荷载代表值近似取12kN/ m2。由式（1）得第一层柱截面面积为：边柱：Ac1.34.54.5 125103/（20.814.3）=69034mm2中柱：Ac1.28.74.5121035（20.814.3）=123199 mm2如取柱子截面为正方形，则边柱和中柱的边长分别是350mm和500mm。根据上述计算结

13、果并综合考虑其他因素，本设计框架结构柱子截面尺寸取如下数值：500mm500mm基础选用独立基础，基础埋深取2.8m，框架结构计算简图如图2.1所示，取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板底，25层柱高度即为层高，取4.2m，底层柱高度从基础顶面取至一层板底，取h1=4.2+0.6=4.8m。3重力荷载计算3.1 屋面及楼面的永久荷载标准值上人屋面：40厚配筋C25细石混凝土保护层 220.04=0.88KN/ m2二毡三油上铺小石子防水层 0.35KN/ m220厚1:3的水泥砂浆找平层 200.02 =0.40 KN/ m2隔热层 0.25KN/ m2100厚1:8的水泥陶粒找平层

14、 0.114=1.4 KN/ m2100厚的钢筋混凝土板 250.1=2. 5KN/ m2V型轻钢龙骨吊顶 0.25 KN/ m2合计 6.87KN/ m214层楼面：瓷砖地面(包括水泥粗砂打底) 0.55 KN/ m220mm水泥砂浆面 0.0220=0.4KN/m2100厚钢筋混凝土板 250.1 = 2. 5KN/ m210mm混合砂浆 0.0217=0.34KN/ m2V型轻钢龙骨吊顶 0.25 KN/ m2合计 3.47 kN/ m23.2 屋面及楼面的可变荷载标准值上人屋面均布荷载标准值 2.0 KN/ m2屋面雪荷载标准值 Sk= r So =1.00.40=0.40 KN/ m

15、2楼面活荷载标准值 2.0KN/ m2式中：r为屋面积雪分布系数，取r=1.03.3 梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算主梁自重：25 0.30.751.05=5.906 KN/ m2次梁自重：250.60.251.05=3.9375 KN/ m2 柱自重：25 0.50.51.05=6.5625KN/ m2（上式中1.05为柱梁粉刷后的重力荷载增大系数）墙体为400mm厚陶粒混凝土砌体墙，面挂玻璃幕墙（1.5KN/ m3 ）墙面为20mm厚水泥砂浆抹灰，则外墙单位墙面重力荷载为1.5+7.50.4+200.02=4.9KN/ m2内墙为200mm厚陶粒混凝土砌块，两侧均为20mm厚抹灰，则内墙单

16、位面积重力荷载为7.50.2+200.022=2.3KN/ m2木门单位面积重力荷载为0.2 KN/ m2；塑钢窗单位面积重力荷载取0.8 KN/ m2。3.4 重力荷载代表值五层：楼板自重=（24.4+12.2+45.67/2+17.85）6.87=531KN 门自重=312.40.2=1.44KN 窗自重=（1.21.53+2.7991.5+0.91.5）0.8=5.84KN 外墙=（4.2+2.12+4.866）3.9-（1.23+2.799+0.9）1.574.9=200KN 内墙=（6+3+4.22+2.12）3.9-12.42.3+63.9（0.17.5+200.02）=215.1

17、42KN主梁自重=（4.5+33+4.866+4.24+2.15）=269.7KN次梁自重=（4.2+2.1）3.9375=24.8KN柱自重=43.96.5625=102.4KN五层重度=531+1.44+5.84+200+215.142+269.7+24.8+102.4+0.5（2+0.8）77.285=1458.5KN二四层：楼板自重=（24.4+12.2+45.67/2+17.85）3.47=268.2KN 门自重=(1.5+1+0.75) 2.40.2=1.56KN 窗自重=（1.05+0.9+3.45+1.866+0.933）0.81.5=9.84KN 外墙=(4.2+4.2+4.

18、866)3.6-(1.05+0.9+3.45+1.866+0.933) 1.54.9=173.75KN 内墙=（6+4.22+2.12）3.9-（1.52.4+0.752.4）2.3=154.422KN主梁自重=（4.5+33+4.866+4.24+2.15）=269.7KN次梁自重=（4.2+2.1）3.9375=24.8KN柱自重=43.96.5625=102.4KN重度=286.2+1.56+9.84+173.75+154.422+296.7+24.8+102.4+77.285=1082KN一层： 楼板自重=77.285-4.75(4.2+2.1) 3.47=164.3392KN 窗自重

19、= （0.9+1,。866+0.933）0.81.5=4.4388KN 外墙=（4.2+4.2+4.866）4.8-(1.05+0.9+3.45+1.866+0.933) 1.54.9=252KN 玻璃幕墙自重=1.5（3.45+1.05）3.6=24.3KN栏杆自重=0.5（2.95+1.5+2.4+3.05）2=9.9KN主梁自重=（4.5+33+4.866+4.24+2.15）=269.7KN柱自重=43.96.5625=102.4KN重度=（164.3392+4.4388+252+24.3+9.9）+（0.5277.285）+269.7+102.4=904.4KN荷载分层总汇：顶层重力

20、荷载代表值包括：屋面恒载，50%屋面雪荷载，纵、横梁自重，半层柱自重，半层墙体自重。其它层重力荷载代表值包括：楼面恒载，50%楼面均布活荷载，纵、横梁自重，楼面上、下各半层的柱及纵、横墙体自重。将前述各项荷载相加，得集中于各层楼面的重力荷载代表值如下：重力荷载代表制4框架侧移刚度计算4.1横向框架侧移刚度计算4.1.1框架结构梁、柱线刚度计算梁的线刚度.其中Ec为混凝土的弹性模量；l为梁的计算跨度；Ib为梁的截面惯性矩，对装配式楼面，Ib按梁的实际截面计算；对现浇楼面Ib可近似按中框架梁 Ib=2.0Io边框架梁 Ib=1.5Io采用，其中Io为梁矩形部分的截面惯性矩（如图）柱的线刚度ic=E

21、cIc/h，其中Ic柱的截面惯性矩，h为框架柱的计算高度。横梁线刚度ib计算过程见表4.1；柱线刚度ic计算过程见表4.2。表4.1 横梁线刚度ib计算表类别EcN/mmbhmmmmI=(mm4)L(mm)Kb(N.mm)边横梁3.01030075010.510BC60007.87510DF450010.510中横梁3.01030075010.510CD300021104.1.2 框架结构柱的侧移刚度计算柱的侧移刚度按照公式(3)进行计算，式中系数c为柱的侧移刚度修正系数，由表“柱侧移刚度修正系数”所列公式计算。ic为柱的线刚度，h为柱的计算高度。表4.2 柱线刚度ic计算表层次hc（mm）E

22、c（N/ mm2）bh(mmmm)Ic(mm4E Ic/h （N mm148003.0105005000.521103.26102436003.0105005000.521104.3410 （2）根据梁、柱线刚度比的不同，柱可分为中框架边柱和中柱、边框架边柱和中柱以及楼梯柱等若干种情况进行计算。计算过程如下所示，计算结果分别见表4.34.5。各层框架结构柱的侧移刚度计算：表4.3边框架柱侧移刚度D值（N/mm）层数柱(N/mm)一层B11206C14636D14788F12106二到四层B19128C30902D31505F21981五层B15652C24710D25151F179254.2

23、纵向框架侧移刚度计算纵向框架柱侧移刚度计算方法与横向框架柱相同，具体计算过程略。5横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算5.1横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算5.1.1横向自震周期计算由于该结构的顶层无突出部分，故不用折算重力荷载代表值，所以结构顶点的假想侧移公式由式（3）（5）计算，计算结构见表5.1。= （3） （4） （5）式中为集中在k层楼面处的重力荷载代表值；为把集中在各层楼面处的重力荷载代表值为水平荷载而得的第i层的层间剪力；为第i层的层间侧移刚度；、分别为第i、k层的层间侧移；s同层内框架的总数。表5.1 结构顶点的假想侧移计算层数/kN/kN/(N/mm)/mm/

24、mm1 904.45608.952736106106210824704.510351645151310823622.510351635186410822540.510351624.5210.55 1458.51458.58343817.5228按式（6）计算机本周期，其中的量纲为m ,取，则5.1.2水平地震作用及楼层地震剪力计算本设计中，由于结构高度不超过40米，质量和刚度沿高度分布比较平均，变形以剪切型为主，故可用底部剪力法进行水平地震作用计算。结构总水平地震作用标准值按公式(7)进行计算。 (7)其中为相应于结构基本自震周期的水平地震影响系数值；为结构等效总重力荷载。0.85=0.129

25、41735.4607=5383.87kN因为1.4=1.40.3=0.42s=0.38s,所以应考虑顶部附加水平地震作用，顶部附加地震作用系数n按表9计算，即n=0.080.38+0.07=0.1004=0.10045383.87=540.54 KN各质点的水平地震作用按式（8）计算 （8）将上述n和代入可得，具体计算过程见表5.2。各楼层地震剪力按式（9）计算，结果列入表5.2。表5.2 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算层数/m/KN519.51458.528440.7571733.87282.4282.4415.6108216879.2167.6450312108212984128

26、.9578.928.410829088.890.2669.114.8904.44341.1243.1712.2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5.15.1.3水平地震作用下的位移验算水平地震作用下框架结构的层间位移和顶点位移分别按下面的公式计算。 （10）计算结果列表得表5.3.表5.3 横向水平地震作用下的位移验算层次/mm5282.4527365.430.339001/7221/45044501035164.324.936001/8731/4503578.91035165.620.636001/6431/4502669.11035166.51536001/5541/45

27、01712.2834388.58.548001/5651/450由表5.3可见，顶点位移与总高之比 1/550 ，满足要求。5.1.4水平地震作用下的框架内力计算以轴线的横向框架计算为例，说明计算方法，其余框架内力计算从略。框架柱端的剪力及弯矩利用公式(11)和(12)计算，其中取自表4.3，取自表4.6，层间剪力取自表5.2，各柱反弯点高度比y按公式（13）确定，其中由表2.4查得。本设计中底层柱需考虑修正值，第2层柱需考虑修正值和，其余柱均无修正。具体计算过程及结果见表5.4。 (11) (12) (13)梁端弯矩、剪力及柱的轴力分别利用公式(14),(15),(16)计算，其中梁的线刚度

28、取自表4.1。具体计算过程见表5.5。表5.4a 各层柱端弯矩及剪力计算层次hi/mVi/kNB 柱Di1Vi1y53.9282.45273615652640.45112.3137.343.645010351619128100.50.5180.9180.933.6578.910351619128129.30.5232.8232.823.6669.110351619128149.50.526926914.8712.28343811206185.60.55490.1401层次hi/mVi/kNC 柱Di1Vi1y53.9282.45273624710101.30.45177.8217.343.64

29、5010351630902162.40.5292.3292.333.6578.910351630902208.90.5376.1376.123.6669.110351630902241.50.5434.6434.614.8712.28343814636242.50.55640.1640.1层次hi/mVi/kND 柱Di1Vi1y53.9282.45273625151103.10.45180.9221.243.645010351631505165.60.529829833.6578.9103516315052130.5383.4383.423.6669.110351631505246.20.5

30、443.1443.114.8712.283438147882450.55646.8529.2层次hi/mVi/kNF 柱Di1Vi1y53.9282.4527361792573.50.45129157.743.645010351621981115.50.5207.9207.933.6578.910351621981148.60.5267.5267.523.6669.110351621981171.80.5309.2309.214.8712.28343812106200.50.55529.5433.2注：表中M量纲为, V量纲为。 (14) (15) (16)表5.5梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层

31、次柱端弯矩B C 跨5217.3137.359.332.80.2734470.1293.2128.370.30.2733668.4413.7182.399.40.2732810.7501.8221.3120.50.2731958.3670261.6155.30.273层次柱端弯矩C D 跨5217.30.72715873.777.24470.10.727341.8159.5167.13668.40.727485.9205.9230.62810.70.727589.4275.2288.21958.30.727696.7323.8340.2层次柱端弯矩D F 跨柱端弯矩5217.30.6670.3

32、33147.5157.767.8221.24470.10.6670.333319.4336.9145.8478.93668.40.6670.333475.5475.4211.3681.42810.70.6670.333551.3576.7250.7826.51958.30.6670.333648.5742.4309.1972.3层次B柱轴力C柱轴力D柱轴力F柱轴力5-32.8-44.49.467.84-103.1-141.230.7213.63-202.5-272.450424.92-323-440.187.5675.61-478.3-625118.6984.7注：1）柱轴力中的负号表示拉力。

33、当左地震作用时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。2)表中M单位为,V单位为,N单位为,单位为m。水平地震作用下的框架的弯矩图，梁端剪力图以及柱轴力图如图5.2。弯矩图（KN.m）剪剪力图（KN）轴力图（KN）5.2横向水平风荷载作用下框架结构的内力和侧移计算5.2.1风荷载标准值计算风荷载标准值按照公式(1.2)计算。基本风压，由荷载规范查得风载体型系数=0.8（迎风面）和=-0.5（背风面），综合为=0.8-（-0.5）=1.3，风压高度系数按C类地面粗糙度确定，查的=0.84，风振系数按公式.确定，由 WOT12=0.620.450.6112=0.16查得=1.23（脉动增大系数

34、），由H/B=1.1，粗糙度类别为C类，可查的=0.43. 则有： 表5.6 沿房屋高度分布风荷载标准值层次Hi mHi H 519.510.841.230.43 1.63415.60.740.841.230.43 1.4673120.4940.841.230.43 1.31128.40.3030.841.230.43 1.19114.80.1250.81.230.43 1.08作用于各楼层处的集中风荷载标准值，计算结果如下：5层：F5=1.631.30.840.45（4.1+2.1）=19.68KN4层：F4=1.4671.30.840.45（4.2+2.1）=16.35KN3层：F3=1.

35、3111.30.840.45(4.2+2.1)=14.61 KN2层：F2=1.1911.30.840.45(4.2+2.1)=13.27 KN1层：F1=1.081.30.840.45(4.1+2.1)=16.05KN等效节点集中风荷载示意见图荷载规范规定，对于高度大于30米且高宽比大于1.5的房屋结构，应采用风阵系数来考虑风压脉动的影响，本设计房屋高度：H=15.7230, ，因此，该房屋应考虑风压脉动的影响。框架结构分析时，应该按照静力等效原理将图5.3a的分布荷载转化为节点集中荷载， 5.2.2风荷载作用下的水平位移验算根据图5.3所示的水平荷载，由公式(9)计算层间剪力，然后依据前面求出的轴线层间侧移刚度，再按照公式(10)计算各层的相对侧移和绝对侧移。计算过程见表5.7。表5.7风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算层次1234516.0513.2714.6116.3519.6879.9663.9150.6436.0319.6983438103516103516103516527360.960.6