保定市十七中学实验楼混凝土框架结构设计.docx

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1、目 录1. 方案论述31.1 研究的目的与意义31.2 国内外研究现状32.确定结构选型与结构布置32.1结构方案42.2结构布置42.2.1 框架柱42.2.2框架梁42.2.3连续单向板52.2.4确定材料强度等级53. 分层计算重力荷载代表值53.1板每平方米上的荷载53.2 重力荷载代表值64. 框架刚度计算84.1 梁柱线刚度计算94.2 柱抗侧移刚度D值计算105. 框架自振周期的计算106. 横向地震作用116.1 地震作用标准值116.1.2 水平地震作用标准值117. 变形验算127.1 框架侧移验算127.2 框架柱剪力标准值127.3 框架内力计算138. 竖向荷载作用下

2、框架内力分析168.1 荷载导算168.1.1 永久荷载计算168.1.2 活荷载计算168.2 竖向荷载作用下框架内力计算188.2.1梁端弯矩188.2.2 内力分配系数计算199. 框架地震内力计算2410. 内力组合2510.1 无地震作用组合25（1） 可变何在控制的效应组合25(2) 永久荷载控制的效应组合2510.1.1 框架梁弯矩的基本组合2610.1.2 框架梁支座截面剪力的基本组合2710.1.3 框架柱内力的基本组合2810.2 有地震作用组合3111. 框架梁、柱截面设计3611.1 框架梁正截面配筋3611.2 框架柱正截面承载力计算3812. 结论4113. 参考文

3、献4114. 致谢43- 52 -1. 方案论述1.1 研究的目的与意义我在就读于本学院之前，曾是保定第十七中学的一名毕业生。母校始建于1906年，于1978年正式定名为保定第十七中学。从旧实验楼建成，也已经过去了不少的年头。饱经风霜的建筑想要承载起莘莘学子们伟岸的梦想，已经略显疲倦。而我作为一名土木工程专业的本科毕业生，应当可以从事混凝土框架结构的整体设计。虽不曾走过天下之远，但仍为其桃李的我，也想来为曾经的母校尽一份力。故有必要进行一次综合性的毕业设计。之所以选择钢筋混凝土框架结构作为设计的大方向，也是经过了一番考虑。首先，混凝土框架结构具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要

4、较大空间的建筑结构，而高中实验楼正需要较大的空间来放置实验仪器等设备；其次就是框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，以缩短施工工期，从而减小施工对学生正常上课的影响；再次，采用现浇混凝土框架时，结构的整体性、刚度较好，设计处理好也能达到较好的抗震效果，保证了实验楼的安全性。为了配合教学需要还可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状等，这些都是选择钢筋混凝土框架结构的优点。1.2 国内外研究现状随着社会的发展，钢筋混凝土框架结构的建筑物越来越普遍，由于钢筋混凝土结构与砌体结构相比较具有承载力大、结构自重轻、抗震性能好、建造的工业化程度高等优点；与钢结构相比又具有造价低材料来

5、源广泛、耐火性好、结构刚度大、使用维修费用低等优点。也是如今常用的一种建筑结构，整体性比较好，一般用于小高层建筑。在10层以下，否则要加设剪力墙结构。纯框架在现代运用较广。目前国内外多层房屋大多采用现浇式钢筋混凝土框架结构。近年来，由于人们对大空间、大跨度的要求，国内外正在推广使用预应力混凝土结构。预应力构件的使用，大大减少混凝土的用量。框架结构由梁柱构成，构件截面较小，因此框架结构的承载力和刚度都较低，它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，楼层越高，水平位移越慢，高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力，这时，现浇楼面也作为梁共同工作。框架结构的特点是能为建筑提供灵活的使用空间，可提供较大的使用

6、空间，也可构成丰富多变的立面造型。国外多用钢为框架材料，而国内主要为钢筋混凝土框架，框架结构可通过合理的设计，使之具有良好的延性，成为“延性框架”,在地震作用下，这种延性框架具有良好的抗震性能。但随着结构高度增加，水平作用使得框架底部梁柱构件的弯矩和剪力显著增加，从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加，到一定程度，将给建筑平面布置和空间处理带来困难。影响建筑空间的正常使用，在材料用量和造价方面也趋于不合理。2.确定结构选型与结构布置2.1结构方案本建筑为普通高中实验楼，建筑面积约2160m2 ，层数5层，采用钢筋混凝土框架结构，根据上述条件进行设计。房屋长度L=30m55m，按混凝土规范表8.1.1

7、，可不设置伸缩缝。2.2结构布置2.2.1 框架柱；柱净高与截面高度之比；截面积。式中N为柱的轴力设计值；可由下式计算N=1.2*14*(6+8.4)/2*6*5*1.0*1.05=3810.24(kN)截面积采用方柱，所以取750mm。2.2.2框架梁按抗震要求：1） A-C轴纵向框架梁 （mm） 取h=700 取b=3002）1-6轴横向框架梁 取h=700 取b=3002.2.3连续单向板（mm）取h=1502.2.4确定材料强度等级1）混凝土 梁板柱均才用C30级混凝土，。2） 钢筋 板内受力钢筋及分布钢筋全部采用HRB335级，。梁柱内受力钢筋采用HRB400级，箍筋采用HPB300

8、级。3. 分层计算重力荷载代表值3.1板每平方米上的荷载屋面恒载计算表用料做法厚度mm容重(kN/)重量(kN/)标准值钢筋混凝土板厚150253.754.3980mm厚再生聚苯乙烯保温板803.50.28高聚物改性沥青防水卷材40.1212厚水泥石灰砂浆12200.24 楼面恒载计算表用料做法厚度mm容重(kN/)重量(kN/)标准值钢筋混凝土楼板150253.755.19水磨石地面300.65石灰砂浆抹面200.34水泥砂浆找平15200.30设备管道0.15非上人屋面按规范应取均布活载与雪荷载之间的较大值，本工程取s0 =0.5 kN/m2；则屋面总荷载为4.39+0.5*0.5=4.6

9、4。楼面活载按荷载规范取2.5；则楼面总荷载为5.15+0.5*2.5=6.4。填充墙外墙采用300mm混凝土空心砖外墙，内墙采用200mm混凝土空心砖内墙，内外墙均双面抹灰。求得墙体的单位面积重量如下：外墙：内墙：梁：柱：3.2 重力荷载代表值简图及层数划分如图： 各层重力荷载代表值计算：五层屋面：30*14.4*4.64=2004.48kN纵梁：14.4*6.0*0.7*0.3*25=453.6kN主梁：30*6.0*0.7*0.3*25=945kN柱：0.75*0.75*18*4*25=1012.5kN外墙：（30+14.4）*2*0.3*3.68=98.04kN内墙：6*17*0.2*

10、2.72=55.49kN四层楼面：30*14.4*6.4=2764.8kN纵梁：14.4*6.0*0.7*0.3*25=453.6kN主梁：30*6.0*0.7*0.3*25=945kN柱：0.75*0.75*18*4*25=1012.5kN外墙：（30+14.4）*2*0.3*3.68=98.04kN内墙：6*17*0.2*2.72=55.49kN三层楼面：30*14.4*6.4=2764.8kN纵梁：14.4*6.0*0.7*0.3*25=453.6kN主梁：30*6.0*0.7*0.3*25=945kN柱：0.75*0.75*18*4*25=1012.5kN外墙：（30+14.4）*2*

11、0.3*3.68=98.04kN内墙：6*16*0.2*2.72=52.22kN二层楼面：30*14.4*6.4=2764.8kN纵梁：14.4*6.0*0.7*0.3*25=453.6kN主梁：30*6.0*0.7*0.3*25=945kN柱：0.75*0.75*18*4*25=1012.5kN外墙：（30+14.4）*2*0.3*3.68=98.04kN内墙：6*17*0.2*2.72=55.49kN一层楼面：30*14.4*6.4=2764.8kN纵梁：14.4*6.0*0.7*0.3*25=453.6kN主梁：30*6.0*0.7*0.3*25=945kN柱：0.75*0.75*18*

12、4*25=1012.5kN外墙：（30+14.4）*2*0.3*3.68=98.04kN内墙：6*15*0.2*2.72=48.96kN4. 框架刚度计算4.1 梁柱线刚度计算首先计算矩形截面梁的惯性矩。然后考虑楼板的翼缘效应，将梁惯性矩乘以增大系数。根据钢筋混凝土连续梁和框架考虑内力重分布规程第3.0.6条，增大后的框架梁惯性矩可取。框架梁的线刚度。梁的线刚度计算层号截面bh(m2)梁跨度l(m)截面惯性矩I0=bh3/12(m4)砼强度E边 框 架 梁中 框 架 梁惯性矩Ib=1.5I0(m4)Kb=E Ib/l(kNm)惯性矩Ib=2.0I0 (m4)Kb=E Ib/l(kNm)50.3

13、x0.760.85753.01.28636.4311.71508.5750.3x0.78.40.85753.01.28634.5931.71506.12540.3x0.760.85753.01.28636.4311.71508.5750.3x0.78.40.85753.01.28634.5931.71506.12530.3x0.760.85753.01.28636.4311.71508.5750.3x0.78.40.85753.01.28634.5931.71506.12520.3x0.760.85753.01.28636.4311.71508.5750.3x0.78.40.85753.01.

14、28634.5931.71506.12510.3x0.760.85753.01.28636.4311.71508.5750.3x0.78.40.85753.01.28634.5931.71506.125柱的线刚度计算层号混凝土强度等级柱截面Bh (m2)层高H (m)惯性矩IC (m4)线刚度KC=EIC/h (kNm)5C300.75x0.7542.6319.774C300.75x0.7542.6319.773C300.75x0.7542.6319.772C300.75x0.7542.6319.771C300.75x0.7542.6319.774.2 柱抗侧移刚度D值计算按层高、混凝土强度、

15、柱截面将楼层划分为几个标准层，分别计算每一楼层柱的抗侧移刚度。首层柱抗侧刚度：柱编号柱根数n楼层Di中柱0.74350.4536.72640.32105.64边柱10.43370.3845.69634.13边柱20.30980.3515.20631.19标准层柱抗推刚度：柱编号柱根数n楼层Di中柱0.74350.2714.018613.9451.61边柱10.43370.1782.59568.72边柱20.30980.1341.98966.405. 框架自振周期的计算按剪切型震动由顶点位移法确定自振周期，将Gi看作水平作用后求出层间剪力，除以楼层刚度，得到层间相对位移及顶点位移，并考虑折减系数

16、0.6、 0.7。层次Gi(kN)Gi(kN)Dii-i-1=Gi /D (m)G (m)54569.114569.1151.61x100.0090.00945329.439898.5451.61x100.0190.02835326.1615224.751.61x100.0290.04825329.4320554.1351.61x100.0400.06915322.925877.03105.64x100.0240.0936. 横向地震作用6.1 地震作用标准值6.1.1 水平地震作用影响系数根据给定条件，抗震设防烈度为7度（0.1g）；设计地震分组为第二组；场地类别为类。查抗规得：，。水平地震

17、作用影响系数按上规范第5.1.5条规定计算：6.1.2 水平地震作用标准值集中在各层楼、屋盖标高处的重力荷载代表值见前表，总重力荷载代表值：等效总重力荷载代表值为：按抗规5.2.1条，结构底部总水平地震作用标准值为：各层地震作用及楼层地震剪力层次hi(m)Hi(m)Gi(kN)GiHIGiHI/GiHIFi或Fn+FnVi(kN)54204569.1191382.20.3001647.32647.3244165329.4385270.880.2800604.171251.4934125326.1663913.920.2010433.711685.22485329.4342635.440.140

18、0315.332000.531445322.921291.60.0700151.042151.577. 变形验算7.1 框架侧移验算层次层间剪力Vi(kN)层间刚度Diui-ui-1 =Vi/Di(mm)层高h(m)侧移允许值(mm)5647.3251.61x102.247.2741251.4951.61x104.347.2731685.251.61x105.847.2722000.5351.61x106.947.2712151.57105.64x102.047.27层间剪力位移示意图：7.2 框架柱剪力标准值第n层第m根柱承担的地震剪力标准值Vnm，应按照该柱抗推刚度在本层总抗推刚度中的比例

19、分配。框架剪力标准值分配层号层剪力层抗侧刚度边柱1边柱2中柱/kN/kN/m/kN/m/kN/kN/m/kN/kN/m/kN5647.3251.61x102.59532.51.98924.94.01850.441251.4951.61x102.59562.91.98948.24.01897.431685.251.61x102.59584.71.98964.94.018131.222000.5351.61x102.595100.61.98977.14.018155.712151.57105.64x105.69115.95.20105.96.72136.97.3 框架内力计算求得各柱剪力后，通过D

20、值法进行内力计算。框架柱柱端弯矩计算层号柱类型柱剪力返弯点相对高度yh柱端弯矩（kNm）/kNKy下端上端5中柱50.40.74350.3162.496139.104边柱132.50.43370.2127.3102.7边柱224.90.30980.1514.9484.664中柱97.40.74350.41159.736229.864边柱162.90.43370.3177.996173.604边柱248.20.30980.2548.2144.63中柱131.20.74350.46241.408283.392边柱184.70.43370.41138.908199.892边柱264.90.30980

21、.4103.84155.762中柱155.70.74350.51317.628305.172边柱1100.60.43370.51205.224197.176边柱277.10.30980.5154.2154.21中柱136.90.74350.71388.796158.804边柱1115.90.43370.76352.336111.264边柱2105.90.30980.8338.8884.72框架梁梁端弯矩计算层号543211轴弯矩（kNm）102.7276.30373.49397.06308.441-中剪力（kNm）30.6381.90112.12123.3796.49中轴左弯矩（kNm）81.

22、10215.11299.23343.13270.50中轴右弯矩（kNm）58.01153.86214.03245.43193.48中-2剪力（kNm）16.9845.6161.2466.1251.482轴弯矩（kNm）84.66229.26300.36309.96238.928. 竖向荷载作用下框架内力分析8.1 荷载导算8.1.1 永久荷载计算屋面梁上线荷载标准值：梁重：0.3*0.7*25=5.25 kN/m屋面板1跨：4.39*6*0.625+5.25=21.71 kN/m 屋面板2跨：4.39*8.4*0.625+5.25=28.3 kN/m楼面梁上线荷载标准值： 1跨：5.19*6*

23、0.625+5.25=24.71 kN/m 2跨：5.19*8.4*0.625+5.25=32.5 kN/m8.1.2 活荷载计算屋面1跨：2跨：楼面1跨：2跨：荷载计算简图8.2 竖向荷载作用下框架内力计算8.2.1梁端弯矩竖向恒载作用下框架梁端固端弯矩层号1跨2跨5-65.1365.13-118.86118.864-74.1374.13-136.5136.53-74.1374.13-136.5136.52-74.1374.13-136.5136.51-74.1374.13-136.5136.5竖向活载作用下框架梁端固端弯矩层号1跨2跨5-5.575.57-7.887.884-22.522.

24、5-31.531.53-22.522.5-31.531.52-22.522.5-31.531.51-22.522.5-31.531.58.2.2 内力分配系数计算梁柱的转动刚度计算表构 件 名 称转动刚度S相对转动刚度s梁1跨1.6352跨1.297柱首层1其他层1分配系数计算表节点号si（抄自前面表格并求和）左梁上柱下柱右梁顶11.635+10.690.31顶中1.635+1.2970.250.570.21顶21.297+10.240.76标准11.635+1+10.410.410.18标准中1.635+1.297+10.170.360.360.11标准21.297+1+10.140.430

25、.43竖向荷载作用下的梁端剪力层 次竖向荷载引起的剪力弯矩引起的剪力V剪 力 设 计 值V=1.2V恒+1.4V活1跨2跨1跨2跨左右左右1跨2跨5恒65.13118.8668.82-61.44124.21-113.5189.87165.83活8.3716.578.56-8.1818.00-15.144恒74.13136.574.32-73.94142.64-130.36136.21283.71活33.7566.1539.1-28.472.29-60.013恒74.13136.574.32-73.94142.64-130.36136.21283.71活33.7566.1539.1-28.472

26、.29-60.012恒74.13136.574.32-73.94142.64-130.36136.21283.71活33.7566.1539.1-28.472.29-60.011恒74.13136.574.32-73.94142.64-130.36136.21283.71活33.7566.1539.1-28.472.29-60.01竖向荷载作用下柱的轴力层次截面楼屋盖恒荷载楼屋盖活荷载层间填充墙重梁自重柱自重恒载引起的轴力活载引起的轴力5顶1896.4821655.491398.61012.53295.08216底4307.504顶2224.8108055.491398.61012.57986

27、.471296底8998.973顶2224.8108052.221398.61012.512677.862376底13690.362顶2224.8108055.491398.61012.517365.983456底18378.481顶2224.8108048.961398.61012.522057.374536底23069.879. 框架地震内力计算框架柱端弯矩设计柱层次层高h层剪间力Vi(kN)层间刚度Di、框架柱刚度Dik框架柱剪力Vik =ViXDik /DiK（抄自前面表格）y0M下=Vik hi y0M上=Vik hi(1- y0)1柱54647.3251.61x102.5950.0

28、532.370.43370.2127.19102.28441251.4951.61x102.5950.0562.570.43370.3177.59172.69341685.251.61x102.5950.0584.260.43370.41138.18198.85242000.5351.61x102.5950.0532.370.43370.5166.0363.44142151.57105.64x105.690.06120.030.43370.76364.89115.22中柱54647.3251.61x104.0180.0851.790.74350.3164.21142.94441251.4951

29、.61x104.0180.08100.120.74350.41164.19236.28341685.251.61x104.0180.08134.820.74350.46248.06291.21242000.5351.61x104.0180.08160.040.74350.51326.48313.67142151.57105.64x106.720.06129.090.74350.71366.61149.742柱54647.3251.61x101.9890.0425.890.30980.1515.5388.02441251.4951.61x101.9890.0450.060.30980.2550.

30、06150.18341685.251.61x101.9890.0467.410.30980.4107.85161.78242000.5351.61x101.9890.0480.020.30980.5160.04160.04142151.57105.64x105.200.05107.580.30980.8344.2586.0610. 内力组合根据荷载效应组合原则，对抗震设计的建筑结构，需要进行无地震作用时荷载效应组合，而且必须进行荷载效应和地震作用效应的组合。对抗震设防烈度为7度的多层框架，根据规范抗规第5.1.1条规定，可不考虑竖向地震的影响。10.1 无地震作用组合按荷规规定，按承载力极限状

31、态计算框架梁和柱的时候，应采用荷载效应的基本组合，可能出现的组合工况如下。（1） 可变何在控制的效应组合组合工况A:组合工况B:组合工况C:组合工况D:(2) 永久荷载控制的效应组合组合工况E:10.1.1 框架梁弯矩的基本组合框架梁最大弯矩的控制截面为梁的两端支座截面和跨中截面无地震作用组合工况的框架梁弯矩基本组合值层号内力1跨2跨5-93.46-71.32-129.56-134.91-6.6-6.1-8.58-8.94-121.392-94.124-167.484-174.4084-81.17-80.06-141.96-148.1-24.64-24.3-32.76-34.18-131.9-

32、130.092-216.216-225.5723-81.17-80.06-141.96-148.1-24.64-24.3-32.76-34.18-131.9-130.092-216.216-225.5722-81.17-80.06-141.96-148.1-24.64-24.3-32.76-34.18-131.9-130.092-216.216-225.5721-81.17-80.06-141.96-148.1-24.64-24.3-32.76-34.18-131.9-130.092-216.216-225.57210.1.2 框架梁支座截面剪力的基本组合框架梁最大剪力的控制截面为梁的两端支座

33、界面。各跨跨中剪力均较小，对箍筋计算不起控制作用，故未给出。无地震作用组合工况的框架梁梁端剪力基本组合值层数内力1跨2跨568.82-61.44124.21-113.518.56-8.1818.00-15.1495.76-86.32176.77-159.52474.32-73.94142.64-130.3639.1-28.472.29-60.01149.39-132.46282.49-248.84374.32-73.94142.64-130.3639.1-28.472.29-60.01149.39-132.46282.49-248.84274.32-73.94142.64-130.3639.1

34、-28.472.29-60.01149.39-132.46282.49-248.84174.32-73.94142.64-130.3639.1-28.472.29-60.01149.39-132.46282.49-248.8410.1.3 框架柱内力的基本组合无地震作用组合工况的1柱柱端内力基本组合值层号效应标准值效应组合值5柱顶弯矩60.058.4572.0689.35 轴力183.0633.05219.67279.52 柱底弯矩52.8211.1563.3882.23 轴力239.3033.05278.16355.44 剪力32.37-3.1638.8440.60 4柱顶弯矩45.5913

35、.8454.7175.11 轴力443.69 63.52532.43661.23 柱底弯矩45.5913.8454.7175.11 轴力499.94 63.52599.93737.17 剪力62.57-2.5375.08481.99 3柱顶弯矩45.5913.8454.7175.11 轴力704.33 169.87845.191117.32 柱底弯矩45.5913.8454.7175.11 轴力760.58 169.87912.71193.26 剪力84.26-2.01101.11111.78 2柱顶弯矩45.5913.8454.7175.11 轴力964.78 207.981157.7150

36、6.27 柱底弯矩45.5913.8454.7175.11 轴力1021.03 207.981225.241582.21 剪力32.37-1.6738.8442.06 1柱顶弯矩45.5913.8454.7175.11 轴力1225.41 287.541470.491936.09 柱底弯矩45.5913.8454.7175.11 轴力1281.66 287.541537.992012.03 剪力120.03-1.27144.04160.80 无地震作用组合工况的中柱柱端内力基本组合值层号效应标准值效应组合值5柱顶弯矩81.108.54117.85 8.59轴力183.0612258.89 12.05柱底弯矩74.1110.35110.19 10.4轴力239.3012334.82 12.05剪力51.79-3.1166.87 -3.064柱顶弯矩62.4915.3999.44 15.44轴力443.69 72669.54 72.05柱底弯矩40.0415.3969.14 15.44轴力499.94 72745.48 72.05剪力100.12-2.48132.73 -2.433柱顶弯矩62.4915.3999.44 15.44轴力704.33 1321080.21 132.05柱底弯矩40