综合教学楼框架结构设计.doc

1、 JIU JIANG UNIVERSITY 毕 业 设计（终稿） 题 目 综合教学楼框架结构设计 院 系 土木工程与城市建设学院 专 业 土 木 工 程 姓 名 庄 园 年 级 A0812班 指导教师 杨 忠 二零一二年六月第一章 设计任务及要求第一节 设计原始数据一、工程概况 本结构为六层框架综合教学楼，建筑面积6455，结构主要高度H=23.4m24m，即抗震等级为二级的框架结构，为保证柱有足够的延性，需要限制柱的轴压比，初步估计框架柱截面的高度为h=500mm，截面宽度取为500mm，柱的截面尺寸为500500。5、材料选择: 混凝土强度等级：除基础垫层混凝土选用C15，基础选用C25外

2、，基础以上各层混凝土均选用C30。 钢筋级别：框架梁、柱等主要构件的纵向受力钢筋选择HRB400级钢筋；构造钢筋、箍筋及板内钢筋选用HRB235。五、结构计算简图的确定（取一榀横向框架，号轴线） 根据地质资料，确定基础顶面距室外地面500mm，底层层高为3.9+0.5+0.6=5m，各梁柱构件线刚度列于图2中： 柱： 底层: =() 标准层： =() 梁： 边跨（AB、CD）：=() 中跨（BC） ：=() 图2图2 (单位:) 结构计算简图 第二节、框架荷载计算（取结构平面布置图号轴线框架做具体计算）一、 恒载计算1、 屋面框架梁线荷载标准值20mm厚1:2水泥砂浆找平 100140厚膨胀珍

3、珠岩 150mm厚现浇板 15mm厚纸筋石灰抹底 屋面恒载 框架梁自重 梁侧粉刷 框架梁恒载 作用在顶层框架梁上的线荷载为： ，2、 楼面梁线荷载标准值25mm厚水泥砂浆面层 150mm厚现浇楼板 15mm厚纸筋抹底 楼面恒载框架梁恒载 边跨填充墙 墙两侧粉刷 填充墙恒载 因此作用在中间层框架梁的线荷载为： ， ，3、 屋面框架节点集中荷载标准值：边柱框架梁恒载 1m高女儿墙自重 女儿墙粉刷 女儿墙恒载 纵向框架梁传来屋面恒载 顶层边节点集中荷载 中柱框架梁自重 纵向框架梁传来屋面恒载 顶层中节点集中荷载 4、 楼面框架节点集中荷载标准值：边柱框架梁恒载 铝合金窗自重 窗下墙体自重 粉刷 窗边

4、墙体自重 粉刷 框架柱自重 粉刷 纵向框架梁传来楼板自重 中间层边节点集中荷载标准值 中柱纵向框架梁恒载内纵墙自重 粉刷 扣除门洞重 门重 纵向框架梁传来楼板自重 中间层中节点集中荷载标准值5、 弯矩标准值（恒载引起）： 顶层边节点集中荷载 偏心（向外） 顶层边节点弯矩标准值 顶层中节点集中荷载 偏心（向走廊） 顶层中节点弯矩标准值 中间层边节点集中荷载标准值 偏心（向外） 中间层边节点弯矩标准值 中间层中节点集中荷载标准值 偏心（向走廊） 中间层中节点弯矩标准值 二、 楼屋面活载标准值计算屋面面荷载：上人时为；教室活载：；走廊：。屋面：，； 楼面：，； 由于活载偏心产生的弯矩很小，可以忽略。

5、恒载、活载作用下结构计算简图分别如下图3（a）、3（b）： 图3（a）活载作用下结构计算简图图3（b）三、地震作用计算 1、重力荷载代表值的计算 屋面恒载标准值 雪荷载标准值 楼面恒载标准值 楼面活载标准值（由于走廊活荷载为2.5kN/m2，其余均为2.0kN/m2，为方便计算，楼面活载均取为2.5kN/m2） 梁柱的自重标准值 表1.1梁或柱截面尺寸(mmmm)跨度或柱高(m)净跨或净高各层根数单根自重标准值(kN)各层梁或柱自重标准值(kN)L133-0.5=2.5176.25106.25L23.63.6-0.5=3.17.75403L366-0.5=5.513.75632.5一般柱3.9

6、3.924.3751657.5底层柱5531.252125 墙体自重标准值 表1.2墙体每片面积（）片数墙体厚度(mm) 面荷() 重量(kN)女儿墙1120(钢筋混凝土)468标准层外墙1 3704112.55标准层内墙12403283.2底层外墙13705318.898底层内墙12404246.272 荷载分层汇总屋面重力荷载代表值为屋面恒荷载+0.5屋面雪荷载+纵横梁自重+屋面下半层的柱及纵横墙自重；楼面重力荷载代表值 为楼面荷载+1.0楼面均布活载+纵横梁自重+楼屋面上下各半层柱及纵横墙自重。 表1.3层数屋面/楼面恒载屋面/楼面活载纵横梁柱纵横墙各层重力荷载代表值65293.5442

7、024.312451.0754544.5542530.3751657.517269.9344544.5542530.3751657.517269.93续表层数屋面/楼面恒载屋面/楼面活载纵横梁(kN)柱(kN)纵横墙(kN)各层重力荷载代表值（kN）34544.5542530.3751657.517269.9324544.5542530.3751657.517269.9314544.5542530.37518588.39 2、横向框架抗侧刚度计算 根据D值法，横向框架抗侧刚度，计算过程及结果如下表： 表1.4层次柱类型柱高(m)柱子的线刚度(kN/m) D（）一般层边柱3.90.520 0.2

8、06 6521.476 中柱1.560 0.438 13850.408 68底层边柱50.666 0.437 6562.162 中柱1.999 0.625 9375.000 68 3、框架基本自振周期的计算 表1.5层位612451.07138528812451.070.0090 0.262 3262.1 854.63 517269.931385288297210.0215 0.253 4369.3 1105.46 417269.93138528846990.930.0339 0.232 3998.8 925.92 317269.93138528864260.860.0464 0.198 34

9、13.0 674.50 217269.93138528881530.790.0589 0.151 2611.9 395.02 118588.391083727100119.20.0924 0.092 1717.3 158.65 取，结构基本自振周期S 4、多遇水平地震作用标准值和位移的计算 房屋高度为24.540m，且刚度和质量沿高度分布比较均匀，故可采用底部剪力法计算多遇水平地震作用标准值。 由抗震书表3-4，抗震设防烈度为6度的多遇地震下，水平地震影响系数最大值。按二类场地类别，第一 设计分组，查抗震书表3-2，设计特征周期为0.35 S。 由于，所以地震影响系数。 总水平地震作用标准值，

10、 由于，顶部附加地震作用系数， 顶部附加水平地震作用 质点的水平地震作用标准值、楼层地震剪力及楼层层间位移的计算过程见下表1.6： 层次 612451.0724.5305051 1416919 505 505 13852880.0004 517269.9320.6355761 589 1094 13852880.0008 417269.9316.7288408 478 1572 13852880.0011 317269.9312.8221055 366 1938 13852880.0014 217269.938.9153702 255 2193 13852880.0016 118588.395

11、92942 154 2347 10837270.0022 根据GB50011-2010第5.5.1条规定，层间弹性位移角按，钢筋混凝土框架结构弹性层间位移角限值 ，一般层取层间位移最大值验算，满足条件；底层，满足。 四、 与地震组合的重力荷载计算 1、荷载代表值计算 1）作用在顶层框架梁上的重力荷载 恒载 ， 雪荷载 ， 作用在顶层框架梁上的重力荷载为 ， 2）作用在楼面框架梁上的重力荷载 恒载 ， ， 活载 ，； 作用在楼面框架梁上的重力荷载为 ， ， 2、计算简图如下图3(c)图3(c) 地震组合荷载图 五、风荷载计算查荷载规范附录D得，九江地区的基本风压为。风压标准值计算公式：，由于 H

12、=24.730m,所以=1.0；矩形平面体型系数迎风面和背风面分别取0.8、0.5；按C类粗糙度查得风压高度系数在4.5、8.4、12.3、16.2、20.1、24处分别为0.74、0.74、0.74、0.764、0.842、0.904。风压标准值计算如下，其中A为一榀框架各节点的受风面积，计算简图见下图3(c)：层次61.01.324.50.9120.3514.045.8351.01.320.60.8500.3514.045.4341.01.316.70.7740.3514.044.9431.01.312.80.740.3514.044.7321.01.38.90.740.3514.044.

13、7311.01.350.740.35186.06 图3（d） 风荷载作用下结构计算简图 第三节 、楼板配筋计算 一、设计资料汇总：屋面恒载为，活载为；楼面恒载为，活载在A、B轴和B、C轴为 ，在B、C轴间为，采用C25混凝土，板中的受力钢筋采用HPB235，构造钢筋等采用HPB235。楼盖结构布置图如下图4： 图4 楼盖结构布置图一、 屋面板的设计： 1、按弹性理论设计 （1）、荷载设计值 ， ， （2）、计算跨度 内跨：（轴线间距离），边跨：，各区格板的计算跨度列于下表： （3）弯矩计算 跨中最大弯矩为当内支座固定时在作用下的跨中弯矩与内支座铰支时在作用下的跨中弯矩之和。 本题计算时混凝土的

14、泊松比取0.2 ；支座最大弯矩为当支座固定时在作用下的支座弯矩。根据不同的支承条件， 整个楼盖可以分为A、B、C、D、E、F六种。计算结果见下表2： 表2 项目 区格ABCDEF33.66-0.25+0.075=5.82536-0.25+0.075=5.82563.6 6-0.25+0.075 =5.8256-0.25+0.075=5.8256-0.25+0.075=5.825660.830.6210.520.971 续表 项目 区格ABCDEF-6.144-10.8400-7.729-21.486-18.966-18.966-5.5750000-18.966(4)截面设计 截面有效高度：假定

15、选用8或6钢筋，则方向跨中截面的，方向跨中截面的 ，支座 处。采用分离式配筋方式。 截面设计用的弯矩：楼盖周边未设圈梁，故只能将A、F区格的跨中弯矩及支座A-A、A-F弯矩减少20%，其余不折减。 为了方便计算，近似取，。截面配筋计算结果及实际配筋列于下表3中。 项目 区格(mm)m() 配筋实有配筋()跨中A区格 方 向131 6200 141.5方 向1236200141.5B区格方 向1315.4326200141.5方 向1232.1586200141.5 表3 续表 项目 区格(mm)m() 配筋实有配筋()跨中C区格 方 向1319.4156/8100393方 向1239.4156

16、/8100393D区格方 向1314.0666/8200196.5方 向1231.2666200141.5E区格方 向1318.6176/8100393方 向1237.6886/8100393F区格方 向1318200251.5方 向1236100283支座A-A1318200251.5A-B131-8.61910200392.5A-D131-6.0108200251.5A-F1318/10100644.0B-B131-10.84010/12200479.0B-C131-25.02910/12100958.0B-E131-21.48610/12100958.0C-E131-25.02910/1

17、2100958.0C-D131-25.02910/12100958.0D-F1318/10100644.0E-F131-20.47610100785.02、按塑性理论设计（1）、荷载设计值 （2）、计算跨度 内跨：（b为梁宽），边跨：（h为板厚），各区格板的计算跨度值列于下表中： (3)、弯矩计算 取；， 其中；弯矩值见下表4中： 表4 项目 区格A（四边固支）B（三边固支，短简支）C（两边固支）D（三边固支，短简支）E（三边固支，短简支）F（四边固支）3-0.2=2.83.6-0.2=3.43-0.2=2.83.6-0.2=3.4 6-0.2=5.8 续表 项目 区格A（四边固支）B（三边固

18、支，短简支）C（两边固支）D（三边固支，短简支）E（三边固支，短简支）F（四边固支）000001.5542.8638.1952.6398.0561.8430.9321.7184.9171.5834.8341.106-3.108-5.726-16.390-5.278-16.112-3.686-3.108-5.7260-5.2780-3.686-1.865-3.436-9.834-3.167-9.667-2.212-1.865000-9.667-2.212 （4）、截面计算 各区格板及支座的截面计算配筋如下：按塑性理论设计的截面配筋，其中：， 项目 区格(mm)m() 配筋实有配筋()跨中A区格

19、方 向13147.56 6200141.5方 向12330.40 6200141.5 表5 续表 项目 区格(mm)m() 配筋实有配筋()跨中B区格 方 向1312.863109.55 6200141.5方 向1231.71870.01 6200141.5C区格 方 向1318.195313.57 10200392.5方 向1234.917200.38 8200251.5D区格方 向1312.639100.98 6200141.5方 向1231.58364.51 6200141.5E区格方 向1318.056308.25 10200392.5方 向1234.834197.00 8200251

20、.5F区格方 向1311.84370.52 6200141.5方 向1231.10645.07 6200141.5支座A-A13195.12 8200251.5A-B13157.09 8200251.5A-D131-3.167121.18 8200251.5A-F131-3.686141.04 8200251.5B-B131-5.726219.10 8200251.5B-C131-16.390627.14 8/10100644.0B-E131-16.112616.50 8/10100644.0C-E131-16.390627.14 8/10100644.0C-D131-9.834376.28

21、10200392.5D-F131-3.167121.18 8200251.5E-F131-9.667369.89 10200392.5 (5)、楼面施工图：见施工图 第四节、内力计算 一、恒载作用下的内力计算 恒载作用下的内力计算采用分层法。这里只列出中间层的计算过程，其他层仅显示计算结果。取第三层的轴线所在 的框架计算，先不考虑节点的集中弯矩和集中力。图5（a）为刚度简图，图5(b)为荷载简图： 刚度简图5（a）:单位： 荷载简图5（b）：单位：kN/m 先将梯形分布荷载和三角形分布荷载化为等效均布荷载，等效均布荷载的计算公式如下图6所示。图6 把梯形荷载化为等效均布荷载： ， 利用结构对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为： 弯矩分配法计算过程如下图7所示，考虑节点弯矩作用，计算所得弯矩图见下图8。同样可以分层法求得顶层及底层的弯矩图，也见下图7(b)。 图7