多层框架结构计算书-本科毕设(土木工程结构设计).doc

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本科毕业设计论文

西北工业大学本科生毕业设计

专业土木工程

题目陕西华秦科技园4#楼设计

学生姓名：

李浩

指导教师：

艾兵

毕业时间：

2013年7月

毕业设计任务书

1、指导思想和目的要求

通过毕业设计，使学生熟悉建筑工程设计的程序和内容，熟悉建筑设计的基本原理，掌握建筑结构的设计过程和方法，并且能较准确地运用施工图表达设计意图。

培养学生解决实际工程问题的能力以及灵活运用所学专业知识的基本技能。

2、工程概况及设计原始资料

陕西华秦科技园综合楼位于西安高新技术开发区，，北临西部大道，西邻经36路。

4#实验楼总建筑面积7487㎡，层数5层，总高度18.6m，一层为厂房及实验室。

二至四层为电子装配生产区，五层为实验室。

结构形式：

钢筋混凝土框架结构。

具体平面、立面及剖面图详见方案图。

2.1.主要气象参数

夏季通风计算温度31℃。

冬季采暖计算温度–5℃。

冻土深度0.45m。

基本风压0.35KN/M2。

基本雪压0.20KN/M2。

2.2.建筑结构安全等级及设计使用年限

（1）西安地震设防烈度：

8度，设计基本地震加速度值：

0.20g，设计地震分组：

第1组。

（2）建筑安全等级：

二级。

（3）设计使用年限：

50年。

（4）建筑抗震设防类别：

标准设防类（丙类）。

（5）地基基础设计等级：

丙级。

（6）场地土类别：

II类。

2.3.工程地质条件

场地各层土的特征见表2.1.

岩土的野外特征和埋藏条件表2.1

地层

编号

地质年

代

及成因

岩土的野外特征

层厚

（m~m）

层底

深度

（m~m）

层底

高程

（m~m）

①

Qml

杂填土：

主由黄褐色的粘性土和砖块碎屑等建筑垃圾组成。

该层仅分布于3#楼（厂房）、4#楼（厂房）东侧勘探点№6、№12、№22、№25、№32一带，结构松散，处于松散~稍密状态

7.60~

11.10

7.60~

11.10

404.96~

408.52

②

Q32eol

黄土：

黄褐、褐黄色，大孔结构，虫孔较发育，含钙质白色条纹和少量钙质结核，处于坚硬~可塑状态，以硬塑状态为主

1.70~

10.50

10.00~

10.50

405.60~

406.01

③

Q31el

古土壤：

褐红色，具针状孔隙，含钙质白色条纹和粒径为20~40mm的钙质结核，底部为0.20~0.30m的钙质结核层，处于坚硬~可塑状态，以硬塑状态为主

3.20~

4.20

13.80~

14.50

401.67~

402.25

④

Q3al+pl

粉质粘土：

黄褐色，含氧化铁条纹和少量的钙质结核，岩性局部相变为粉土，处于坚硬~软塑状态，以可塑状态为主

0.60~

2.00

14.60~

16.00

405.05~

405.92

⑤

Q3al+pl

中砂：

黄褐色，石英、长石质，单粒结构，粒度均匀，颗粒级配不良，处于饱和、密实状态

该层

未穿透

最大揭

露厚度4.70m

拟建场地未发现影响场地稳定性的活动性断裂，也未发现地裂缝及其它不良地质作用，场地稳定，适宜建筑。

场地各层岩土的承载力特征值可采用表2.2中数值。

拟建场地为自重湿陷性黄土场地，地基湿陷等级为Ⅱ级（中等）。

场地地下水稳定水位埋深为14.30~14.70m，对应的高程介于401.54~401.66m之间，属潜水类型，主要受大气降水补给。

场地地下水位年变化幅度大于2.0m，勘察期间，场地地下水处于较高水位期。

地基土承载力特征值及压缩模量表2.2

地层及编号

②层黄土

③层古土壤

④层粉质粘土

⑤层中砂

fak（kPa）

150

190

180

320

Es（MPa）

30.0

3、设计内容要求

3.1建筑设计部分

本次毕业设计的建筑设计要求完成以下内容：

（1）建筑设计说明书；

（2）建筑设计施工图：

总平面图、底层、二层平面图（1：

100），主立面图（1：

100），剖面图（1：

100）。

（3）图纸要求一张为手绘，其余可采用CAD绘制。

3.2结构设计部分

本次毕业设计的结构设计，要求完成主楼的结构设计，裙楼不考虑。

对于主楼，要求手算完成一榀框架的的结构设计，建议用PK或TBSA结构计算软件进行电算。

完成现浇楼板、基础及一部楼梯的结构设计。

具体内容如下：

（1）结构设计计算书；应包括结构设计提纲、主体结构电算结果分析报告（结构的自振周期、侧移、地震力及构件超筋等）。

（2）结构设计施工图：

基础平面布置图及基础梁配筋图，二层及标准层结构平面布置图，一榀横向框架配筋图，楼板配筋图，楼梯设计图。

除结构设计总说明外，其余结构施工图要求手绘。

3.3.外文资料翻译

要求两篇与本专业有关的外文资料（2000—3000字）

3.4.中英文摘要（600个印刷符号）关键词：

3-5个

4、论文格式要求

4.1整个论文字数不少于20000字，书写方式须用计算机打印。

4.2论文格式要求

a）论文采用A4版面

b）正文小四号字

c）每章大标题小二号字

d）每小结标题三号字

论文统一格式，封面统一采用西工大毕业设计（论文）封皮，并交电子版一

份。

论文要求按照以下次序排列：

封面、任务书、摘要（毕业论文题目、中英文摘要、关键词）、目录、正文、致谢、参考文献。

附录（程序清单，流程图，数据表及它图表）

摘要

该建筑物为陕西华秦科技园4#楼，坐落在西安高新技术开发区。

4#实验楼总建筑面积7487㎡，层数5层，总高度22.2m，一层为厂房及实验室。

二至四层为电子装配生产区，五层为实验室。

本工程结构设计采用多层钢筋混凝土框架结构，基本步骤为：

结构计算简图的确定；荷载计算；内力分析；内力组合；梁、柱截面配筋、板的设计、楼梯的设计、基础的设计以及结构施工图的绘制等。

其中，内力计算考虑以下四种荷载作用，即恒荷载、活荷载、风荷载以及地震作用；柱、板的设计采用弹性理论；梁的设计采用塑性理论；楼梯选用板式楼梯；基础选用条形基础。

在进行截面抗震设计时，遵循了强剪弱弯，强柱弱梁，强节点弱构件的设计原则，且满足构造要求。

本设计从建筑到结构是一个较为完整的设计过程，通过毕业设计复习和巩固了以前所学知识，把主要课程联系成一个完整的体系，并运用于设计中；本次毕业设计培养了我进行独立设计的基本能力，为毕业后的工作打下了坚实的基础。

关键词:

框架结构；混凝土；建筑设计；结构设计；配筋

ABSTRACT

The4#buildingoftheShanxiHuaqinTechParkislocatedinXi'anhigh-techdevelopmentzone.Thebuildingisdividedintofive-storey,totalconstructionareais7487squaremeters,buildingheightis22.20m.Thedesignconsistsofthearchitecturaldesignpartsandstructuraldesignpart.

Thedesignofengineeringstructuresusingmulti-storeyreinforcedconcreteframestructure,thebasicsteps:

thedeterminationofthestructureofthecalculationdiagram;loadcalculation;internalforceanalysis;combinationofinternalforces;beams,reinforcedconcretecolumncrosssection,boarddesign,thedesignofthestaircases,basicdesignandstructuralmapping,suchasconstruction.Amongthem,theinternalforcecalculationtoconsiderthefollowingfourtypesofloads,namely,Constantload,liveload,windloadandseismicaction;column,thedesignusesaflexibleplatetheory;beamdesignusesplastictheory;staircaseisselectionplate;thebasisofselectionofcrossstripfoundation.Seismicdesignincrosssection,followingastrongbentweakshear,theweakbeamstrongcolumn,strongnodeofthedesignprinciplesofweakcomponentsandstructurestomeettherequirements.

Fromconstructiontothedesignofthestructureisamorecompletedesignprocess,throughdesignreviewandconsolidationofgraduatesofthepreviousknowledge,tolinkthemaincourseintoacompletesystemandapplicationdesign;TheGraduationProjecthastrainedmeindependentdesignofthebasicabilitytoworkaftergraduatingfromasolidfoundation.

Keywords:

framestructure;concrete;architecturaldesign;structuredesign;reinforcement

第一章设计条件 10

1.1工程名称 10

1.2建筑设计资料 10

1.3基本参数 10

1.4材料选用 11

第二章结构方案的选型与布置 12

2.1确定结构体系 12

2.2框架梁截面尺寸估算 12

2.3框架柱截面估算 13

2.4板厚估算 13

2.5基础顶面设计标高的确定 13

第三章框架结构的计算简图 14

3.1计算简图的基本假定 14

3.1.1平面结构基本假定 14

3.1.2楼板在自身平面内刚性假定 14

3.2计算简图 14

第四章荷载（作用）计算 15

4.1永久荷载计算 15

4.1.2梁上填充墙计算 16

4.1.3梁柱自重 17

4.1.4恒荷载统计 18

4.1.5恒荷载汇 19

4.2活荷载计算 22

4.3雪荷载与积灰荷载 22

4.4风荷载 23

4.4.1基本参数 23

4.4.2风荷载计算（左风） 24

4.5水平地震作用 24

4.5.1计算假定 25

4.5.2重力荷载代表值的计算 25

4.5.3底部剪力法计算水平地震作用 25

第五章内力计算 27

5.1框架侧移刚度计算 27

5.1.1横梁线刚度 27

5.1.2柱线刚度 27

5.1.3柱的侧移刚度 29

5.2竖向恒荷载作用下的框架内力 30

5.2.1分层法的计算假定 30

5.2.2弯矩的首次分配与传递 30

5.2.3不平衡弯矩的二次分配 35

5.2.4竖向恒荷载作用下的内力图 36

5.3竖向活荷载作用下的框架内力 39

计算过程与永久荷载作用计算过程相同，计算结果如下:

40

5.4水平风荷载作用下的框架内力 42

5.5水平地震作用下的框架内力 46

5.5.1地震作用下横向框架的内力计算 46

5.5.2地震作用下横向框架的内力图 47

第六章荷载效应组合 50

6.1梁的内力组合 50

第七章、结构主要控制指标验算 55

7.1轴压比 55

7.2剪重比 55

7.3弹性层间位移角 56

第八章梁柱截面配筋设计 56

8.1框架梁配筋设计 57

8.1.1梁正截面配筋计算 57

8.1.2梁斜截面配筋计算 58

8.2框架柱配筋设计 58

第九章现浇板设计 67

9.1计算简图的确定 67

9.2荷载计算 67

9.3板的内力计算及配筋 68

第十章楼梯设计 70

10.1楼梯示意图 70

10.2楼梯配筋计算 70

第十一章基础设计 74

11.1设计基本资料 74

11.2基础截面尺寸选择 74

11.3条基内力计算 75

11.4条形基础配筋计算 77

参考文献 79

总结..................................................................................................................................................80

第79页

第一章设计条件

1.1工程名称

陕西华秦科技园4#楼

1.2建筑设计资料

本设计为，采用框架结构。

楼层为华秦科技园3#厂房，共五层，首层层高4.5m，主体高度22.2m。

本建筑总宽25m，总长59.9m，建筑面积7847㎡。

建筑平面如下图所示：

图1.1建筑平面布置图

1.3基本参数

1）安全等级：

二级。

依据《混凝土结构设计规范》（GB50010－2010），对安全等级为二级或设计使用年限为50年的结构构件，其重要性系数γo不应小于1.0，此处取1.0。

2）抗震设防烈度：

查《抗震规范》（GB50011－2010）附录A0.1可知，陕西省西安市区的抗震设防烈度为8度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.20g。

本建筑离地裂缝较远。

3）基本风压：

查《荷载规范》（GB50009－2012）附表D.4知，陕西省西安市50年一遇基本风压为0.30KN／m2，地面粗糙度为C类。

4）基本雪压：

查《荷载规范》（GB50009－2012）附表D.4知，陕西省西安市50年一遇基本雪压为0.3KN／m2。

5）活荷载取值：

查《荷载规范》（GB50009－2012）

表1.1活荷载取值单位：

KN/㎡

活荷载位置

活荷载取值

实验室

2.0

生产车间

4.0

走廊

2.0

不上人屋面

0.5

楼梯

3.5

6）底层柱高：

底层柱高应计算至基础顶面

H=4.5+0.30+0.60=5.4m

7）房屋建筑高度：

H＝4.5+4.2*3+3.6+0.60=21.3m

8）抗震等级：

查《抗震规范》（GB50011－2001），因为场地类别为Ⅱ类，房屋建筑高度小于30m，所以框架抗震等级为二级。

9）轴压比限值：

查《抗震规范》（GB50011－2001），得到框架柱轴压比限值为0.8.

10）结构阻尼比：

混凝土结构可取=0.05。

11）结构自震周期估算：

根据多层框架结构的实测统计公式

T1=0.085n=0.085*5=0.425s式中n—房屋层数。

12）.场地特征周期：

查《抗震规范》（GB50011－2001），因为场地类别为Ⅱ类，可得场地特征周期。

1.4材料选用

结构各构件选用的材料及其强度设计值如表4.1所示。

表1.2选用材料及强度单位：

N/

项目

强度值

C30混凝土（柱、梁，板）

轴心抗压强度值

14.3

轴心抗拉强度值

1.43

HRB400钢筋C（梁、柱受力筋）

强度设计值

360

HRB335钢筋B（板受力筋、梁柱箍筋）

强度设计值

300

第二章结构方案的选型与布置

2.1确定结构体系

本工程采用框架承重，现浇整体式钢筋砼楼板，墙体240厚，粘土烧结空心砖砌块。

沿横向和纵向分别布置框架梁，沿横向每跨之间布置1根次梁。

沿横向布置条形基础。

结构平面布置如下图所示：

图2.1结构平面布置图

2.2框架梁截面尺寸估算

（1）纵向框架梁

框架梁的高度可按照高跨比来确定

截面高度h=（1/15~1/10）l=（1/15~1/10）*8500=567~850，取h=700mm；

截面宽度b=（1/3~1/2）h=（1/3~1/2）*700=233~350，取b=300mm。

（2）横向框架梁

截面高度，取h=700mm，b=300mm

（3）次梁（沿纵向布置）

截面高度h=（1/18~1/12）*l=（1/18~1/12）*8500=472~708，取h=600mm

截面宽度b=（1/3~1/2）h=（1/3~1/2）*600=200~300，取b=250mm

2.3框架柱截面估算

按轴心受压公式≤[轴压比]计算

（1）中间柱

等跨内柱，取；抗震等级为二级，轴压比；C30混凝土

轴力设计值N=12kN/㎡*S*n*rG=12kN/㎡*4.25*8.2*5*1.25=2767.5kN

Ac=ζN/μnfc=（1.2*2767.5*1000）/（0.8*14.3）=290*10³㎜²

取bc=hc=600㎜²

（2）边柱

轴力设计值N=12kN/㎡*S*n*rG=12kN/㎡*4.2*8.1*5*1.25=2551.5kN

Ac=（ζN）/（μnfc）=（1.3*2551.5*1000）/（0.8*14.3）=290*10³㎜²

取取bc=hc=600㎜²。

2.4板厚估算

楼板为现浇板，沿横向每跨之间布置1根次梁。

板跨为8500/2=4250mm，4250*（1/45）=94.4mm，取100mm厚。

屋面板4250*1/36=118mm，取120mm厚。

2.5基础顶面设计标高的确定

建筑设计室内标高±0.000，室外标高为-0.30m。

选用条形基础（取高度为柱距的），沿横向布置。

因基础顶面到室外地坪的距离不宜小于0.5m，故取基础顶面设计标高为-0.9m。

底层柱计算高度H=4.5+0.3+0.6=5.4m。

第三章框架结构的计算简图

3.1计算简图的基本假定

3.1.1平面结构基本假定

该工程平面为正交布置，可以认为每一方向的水平力只由该方向的抗侧力结构承担，垂直于该方向的抗侧力的结构不受力。

3.1.2楼板在自身平面内刚性假定

在水平荷载作用下，框架柱顶之间不产生相对位移。

由于本设计结构体型规则，结构在水平荷载的作用下不计扭转的影响。

有假定，将空间框架结构分解成纵向和横向两种平面体系。

在计算横向框架受力分析时，不考虑纵向框架对它们的作用；在计算纵向框架时，不考虑横向框架对它们的作用。

3.2计算简图

选取结构平面布置图（图2.1）中第4轴线处的一榀框架。

该榀框架立面尺寸如下图所示：

图3.1框架计算简图

第四章荷载（作用）计算

建筑物所受竖向荷载主要是结构自重（永久荷载）和使用荷载（活载）；水平作用包括风荷载和地震作用。

4.1永久荷载计算

查《荷载规范》（GB50009－2001）可以得到结构中各部分材料的自重，从而得到作用于结构上的恒荷载。

4.1.1永久荷载计算

（1）屋面框架梁线荷载标准值：

20mm厚1:

2水泥砂浆保护层:

0.02×20=0.40

25mm厚1:

2水泥砂浆找平:

0.025×20=0.50

30~60mm1:

6水泥焦渣找坡：

（0.03+0.06）÷2×10=0.45

120mm厚现浇钢筋混凝土楼板:

0.12×25=3.0

塑铝板吊顶：

0.15

_____________________________________________________________________屋面永久荷载4.50

边跨框架梁自重：

0.70×0.3×25=5.25

_____________________________________________________________________

5.25

因此，作用在顶层框架梁上的线荷载为：

g5AB1=g5BC1=g5CD1=5.25kN/m

g5AB2=g5BC2=g5CD2=4.6*4.25=19.55kN/m

（2）楼面框架梁线荷载标准值

水磨石面层0.65kN/㎡

20mm厚水泥砂浆面层:

0.020×20=0.40

100mm厚现浇钢筋混凝土楼板:

0.10×25=2.50

塑铝板吊顶：