框架结构计算书xx学院学生宿舍楼框架结构设计论文.doc

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1、xx学院学生宿舍楼框架结构设计摘要 由于框架结构的优点是建筑平面布置灵活，易于满足设置大空间的要求，立面处理也易于满足建筑艺术的要求，与其他结构相比，它是造价较低的一种结构体系。建筑物的外型由单一的矩形发展到了现在的L形、U形、弧形、原型等很多形状。建筑物的体型也由单一体型发展到了单元组合体型和复杂体型。因此，多层工业、民用和公共建筑均采用了框架结构体系。在确定框架平面布置方式之后，首先进行了层间荷载标准值的计算，接着采用分层法计算得出竖向恒荷载和活荷载作用下的结构内力。其次，对各种情况下的内力进行了组合，选取最安全的结果进行框架梁、框架柱截面的配筋计算。然后，对基础的结构进行了设计。最后，利

2、用PKPM和CAD软件绘制了框架结构的施工图。本设计主要分为两大部分：第一部分为建筑设计。建筑设计根据任务书的要求和综合考虑基地环境,使用功能，结构施工，材料设备。整体是框架结构，设计图纸有：宿舍的平面图，立面图，剖面图。第二部分为结构设计。结构设计由柱设计，梁设计，板设计和基础设计等组成。对该建筑进行梁板柱构件的尺寸设计，重力荷载作用下的计算，水平荷载作用下的计算，内力组合和配筋等等。关键词： 框架结构；建筑设计；结构设计The Frame Structure Design of The TianHe High School DormitoryABSTRACTBecause of the a

3、dvantages of frame structure of the building layout is flexible, easy to satisfy the requirements set large space, facade processing also easy to meet demand, the art of architecture, frame structure is a low cost structure compared with other structures. The figuration of the building changes from

4、the single rectangular to L-shaped, U-shaped, arc, prototypes etc. The bodily form changes from single building to the unit combination shape size and complex shape. Therefore, the frame structure is adopted in multi-layer industrial and civil and public buildings.After determining the frame layouts

5、, the standard values of loads acting on the structure are calculated firstly. Then the internal forces of the structure caused by vertical constant load and live load are calculated by stratified sampling method. Secondly, the internal forces under various circumstances are combined. The security r

6、esults are selected to calculate the reinforcement of frame beams and frame column. Then, the structure of the shallow foundation is designed. Finally, the shop drawing of the frame structure is drawn by PKPM and CAD software.This design divides into two parts: Architectural design, structural desig

7、n. Architectural design including construction plan and building construction drawing plan, structural design for this design most main part. The structural design has mainly carried on in the structure plan the crosswise frame six loads computations, the endogenic force analysis and the combination

8、, the component matches the muscle computation and the earthquake resistance design and so on.Key words: Architectural Design；Structural Design；Frame Design目 录1. 设计基本材料11.1. 设计条件12. 建筑设计22.1. 建筑总平面图22.1.1. 建筑平面图、立面图、剖面图及详图见图纸23. 结构平面布置及结构计算简图33.1. 结构平面布置方案33.1.1. 梁柱板的选择34. 荷载统计64.1. 屋面荷载64.1.1. 恒荷载标

9、准值64.1.2. 活荷载标准值64.2. 楼面荷载64.2.1. 恒荷载标准值64.3. 四周围护墙体及相应构配件75. 竖向荷载作用下内力计算95.1. 框架梁上荷载作用情况95.1.1. 楼板荷载传递95.1.2. 均布荷载计算105.1.3. 集中荷载计算115.1.4. 恒荷载作用下的内力计算135.1.5. 活荷载作用下的内力计算：206. 地震荷载作用下框架内力及抗侧移计算246.1. 水平地震作用标准值的计算246.1.1. 恒荷载246.1.2. 活荷载256.1.3. 场地和特征周期值257. 内力组合347.1. 框架梁的内力组合347.2. 框架柱的内力组合348. 梁

10、柱板的配筋计算358.1. 板的配筋计算358.1.1. 楼板计算358.2. 框架梁正截面配筋计算378.2.1. 框架梁的正截面配筋计算388.2.2. 框架梁斜截面受剪承载力计算428.3. 框架柱配筋438.3.1. 6层438.3.2. 5层478.3.3. 4层508.3.4. 4层518.3.5. 3层538.3.6. 2层568.3.7. 1层598.4. 框架柱斜截面受剪承载力计算628.4.1. 6层框架柱斜截面受剪承载力计算628.4.2. 5层框架柱斜截面受剪承载力计算638.4.3. 4层框架柱斜截面受剪承载力计算658.4.4. 3层框架柱斜截面受剪承载力计算668

11、.4.5. 2层框架柱斜截面受剪承载力计算678.4.6. 1层框架柱斜截面受剪承载力计算689. 基础设计709.1. 基础说明709.2. 基础的配筋计算709.2.1. AB柱下基础的配筋计算709.2.2. CD柱下基础的配筋计算7410. 楼梯设计7810.1. 基本尺寸确定7810.1.1. 楼梯板计算7910.1.2. 平台板计算8010.1.3. 平台梁计算81参考文献84致谢85附录861. 设计基本材料1.1. 设计条件1. 抗震设防烈度：7度设防，抗震设计分组为第一组，设计基本地震加速度值为。2. 工程地质条件：拟建场地地形平坦，土质分布具体情况见表1.1，该地区抗震设防

12、烈度为七度，设计基本地震加速度为，特殊场地土，设计特征周期：多遇地震时，设计特征周期取，罕遇地震时，设计特征周期取。地下稳定水位距地表，表中给定土层深度由自然地平算起。建筑设计室外地坪为。表1.1 建筑底层底层一览表序号岩土名称土层深度（）厚度范围（）极限摩阻力标准值（ ）软土粉土一般粘性土松散而软的砾石3. 结构体系：现浇钢筋混凝土框架结构4. 材料选择：基础垫层混凝土：； 基础及以上各层混凝土：； 梁柱等主要构造纵向受力钢筋：； 箍筋：。5. 建筑总面积：，各层面积为：，共层。2. 建筑设计2.1. 建筑总平面图2.1.1. 建筑平面图、立面图、剖面图及详图见图纸1 屋面做法：水泥平瓦屋面

13、，厚水泥砂浆铺贴，厚防水砂浆做找平层，厚水泥蛭石制品做保温层，厚水泥砂浆抹灰，厚现浇混凝土板做结构层，厚混合砂浆内侧抹灰做吊顶。2 楼面做法：防滑耐磨型地板砖，厚水泥砂浆找平，厚现浇混凝土板，厚混合砂浆内侧抹灰做吊顶。 3. 结构平面布置及结构计算简图3.1. 结构平面布置方案该学生宿舍楼拟建层，各层高，柱网布置如图3.1。图 3-1 柱网布置3.1.1. 梁柱板的选择1 尺寸确定：主梁：，又当时，；当时，；故取主梁截面为，截面，截面为；截面，截面。柱：底层柱高为。，又故柱取板：根据平面布置，所有板均为双向板。取构造厚度，则，满足要求。2 尺寸验算：假定楼面各层荷载设计值为 底层内柱轴力近似为

14、 扩大1.1倍 轴压比 （房屋高度未超过，丙类建筑，故该框架的抗震等级为三级，其轴压比限值为）3 材料选择：混凝土：；主要构造纵向受力钢筋：；箍筋：。4 框架截面特性：（1） 惯性矩计算：梁： ： ：柱：（2） 线刚度计算：梁：柱：一般层： 底层：（3） 相对线刚度：假定一般层柱子的相对线刚度为1，则各杆件的相对线刚度为：梁： 底层柱： 5 为了方便计算，所以将屋顶梁考虑为与楼面梁水平，屋顶梁的线刚度的线刚度考虑为与楼面梁的线刚度相同。6 框架结构梁柱尺寸及相对线刚度如图3.2。图3-2 框架结构梁柱尺寸及相对线刚度4. 荷载统计4.1. 屋面荷载4.1.1. 恒荷载标准值防水层 1.2厚三元

15、乙丙橡胶材料 防水层 刚性厚细石混凝土防水 找平层 厚防水砂浆 结构层 厚现浇混凝土板 抹灰层 厚混合砂浆 合计 4.1.2. 活荷载标准值按上人屋面，取（考虑雪荷载，两者取大值）4.2. 楼面荷载4.2.1. 恒荷载标准值8厚防滑地板 厚水泥砂浆找平 厚现浇混凝土板 厚混合砂浆抹灰 合计 4.3. 四周围护墙体及相应构配件横梁：梁自重 梁侧抹灰厚混合砂浆 合计 ：梁自重 梁侧抹灰厚混合砂浆 合计 ：梁自重 梁侧抹灰厚混合砂浆 合计 纵梁：梁自重 梁侧抹灰厚混合砂浆 合计 柱：一般层柱：柱自重 柱侧抹灰厚混合砂浆 合计 底层柱：柱自重 柱侧抹灰厚混合砂浆 合计 外墙：厚烧结普通砖 内侧厚水泥砂

16、浆抹灰 外墙装饰：水刷石墙面 找平层：厚水泥砂浆 合计 内墙：厚烧结普通砖 两面厚混合砂浆抹灰 合计 门窗：木门：；大门；窗5. 竖向荷载作用下内力计算5.1. 框架梁上荷载作用情况5.1.1. 楼板荷载传递因为楼板为整体现浇，房间楼板选用双向板，可沿四角沿45线区格分为小块，每个板上的荷载传给与之相邻的梁，板传至梁上的三角形或梯形荷载可等效为均布荷载。走廊楼板用双向板。图5-1 框架结构计算单元图5-2 框架结构计算单元等效荷载5.1.2. 均布荷载计算1 BC轴间框架梁（梁自重：）屋面：恒荷载 活荷载 楼面：恒荷载 活荷载 BC轴间框架梁均布荷载为：屋面：恒荷载=梁自重+板传荷载 活荷载=

17、板传荷载楼面：恒荷载=梁自重+板传荷载+墙体荷载 活荷载=板传荷载2 CD轴间框架梁（梁自重：）屋面： 恒荷载楼面： 恒荷载 活荷载=板传荷载3 DE轴间框架梁（梁自重：）同BC轴间框架梁。4 AB轴间框架梁(梁自重）屋面： 恒荷载楼面： 恒荷载 活荷载5.1.3. 集中荷载计算恒荷载：（1） A柱屋面：板面荷载： 纵梁自重： 横梁自重： 合计： 楼面：板面荷载： 纵梁自重： 横梁自重： 外纵墙： 合计： （2） B柱屋面：板面荷载： 横梁自重： 横梁自重： 合计： 楼面：板面荷载： 横梁自重： 横梁自重： 外纵墙： 合计： （3） C柱屋面：板面荷载： 纵梁自重： 纵梁自重： 合计： 楼面：

18、板面荷载： 纵梁自重： 纵梁自重： 内纵墙： 合计： （4）底层柱：底层柱自重活荷载：A柱：屋面： 楼面：B柱：屋面： 楼面：C柱：屋面： 楼面：D,E，F柱同C,B,A柱分别相同。5.1.4. 恒荷载作用下的内力计算图5-3 恒荷载标准值作用下荷载图（均布荷载单位为，集中力单位为）1 根据梁柱相对线刚度，算出各节点的弯矩分配系数表5.1 结点线刚度柱号底层标准层顶层A柱B柱C柱D柱E柱F柱转动刚度，远端固定S=4表5.2 弯矩分配系数=/柱号底层标准层顶层A柱B柱续表5.2C柱D柱E柱F柱2 恒荷载作用下框架弯矩可按下面公式求得 ； 故； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ；

19、； ； ； ； ； ； ； ； ； 。 ； ； ； ； 。 ；根据弯矩二次分配法计算杆端弯矩并画出弯矩图，由于对称取其中一半。图5-4 恒荷载作用下弯矩二次分配法计算3 绘弯矩图： 图5-5 恒荷载作用下弯矩图（）4 由弯矩图绘剪力图图5-6 恒荷载作用下剪力图（）5 由弯矩图及剪力图绘轴力图，对称结构绘制一半。图5-7 恒荷载作用下轴力图（）5.1.5. 活荷载作用下的内力计算：图5-8 活荷载标准值作用下荷载图（均布荷载单位为，集中力单位为）1. 恒荷载作用下框架弯矩可按下面公式；求得； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； 根据弯矩二次分配法计算杆端弯矩并画出弯矩图。由于对称取其中一半

20、。 图5-9 活荷载作用下弯矩二次分配法计算2 绘弯矩图：图5-10 活荷载作用下弯矩图（）3 由弯矩图绘剪力图图5-11 活荷载作用下剪力图（）4 由弯矩图及剪力图绘轴力图，对称结构轴力标注一半。图5-12 活荷载作用下轴力图（）6. 地震荷载作用下框架内力及抗侧移计算6.1. 水平地震作用标准值的计算6.1.1. 恒荷载1 顶层：+ + + + + +21.523 62 中间层：+ + + + + +21.523 63 底层：+ + + + + +31.958 66.1.2. 活荷载顶层：一般层：6.1.3. 场地和特征周期值由设计要求，抗震设防烈度为7度，房屋高度未超过30m，由表查得，

21、该框架的抗震等级为三级，由于广州的土质为特殊场地土，可查得多遇地震下，特征周期值为。1 重力荷载代表值列表计算如表6.1。 表6.1 重力荷载代表值位置6层5层4层3层2层1层1213.432 结构自振周期用能量法公式求的数据列表6.2。表6.2 自振周期计算位置（） ()()()6层5层4层3层2层1层公式则可算得，基本地震加速度，查表得 水平地震影响系数最大值地震特征周期，结构阻尼比。，地震影响系数：0.0823 计算水平地震作用标准值利用底部剪力法公式因为，且故 表6.3 水平地震作用标准值计算位置 （） （）（）（）（）6层5层4层3层2层1层公式：4 水平地震作用计算简图 图6-1

22、水平地震作用计算简图5 水平地震作用产生的框架内力（1） 各柱剪力值见表6.5运用D值法各柱剪力值表6.4 D值计算层层号第六层第五层第四层第三层第二层第一层公式（底层：）； （底层：）； ； B柱 CC柱DD柱续表6.4EE柱AA柱K=0.43K=0.43K=0.43K=0.43K=0.43FF柱K=0.43K=0.43K=0.43K=0.43K=0.43表6.5 水平地震作用下的框架剪力值位置6层5层4层3层2层1层A柱剪力值B柱剪力值C柱剪力值D柱剪力值E柱剪力值F柱剪力值（2） 各柱反弯点y见表6.7表6.6 反弯点y计算层号B柱C柱D柱E柱第六层，y=0.37，y=0.36，y=0.

23、36，y=0.37第五层，y=0.42，y=0.41，y=0.41，y=0.42第四层，y=0.45，y=0.45，y=0.45，y=0.45第三层，y=0.47，y=0.46，y=0.46，y=0.47续表6.6第二层，y=0.5，y=0.5，y=0.5，y=0.5第一层，y=0.55，y=0.56，y=0.56，y=0.55表6.7柱反弯点y位置6层5层4层3层2层1层B柱0.370.420.450.470.50.55C柱0.360.410.450.460.50.56D柱0.360.410.450.460.50.56E柱0.370.420.450.470.50.55A柱0.220.320.

24、370.470.50.82F柱0.220.320.370.470.50.826 水平地震作用产生的框架内力6-2 地震荷载作用下弯矩图（）6-3 地震荷载作用下剪力图（）6-4 地震荷载作用下轴力图（）7. 内力组合7.1. 框架梁的内力组合1.2恒荷载+1.4活荷载1.2恒荷载+0.91.4活荷载1.35恒荷载+0.71.4活荷载1.2(恒荷载+0.5活荷载)+1.3地震荷载7.2. 框架柱的内力组合见附表1.2恒荷载+1.4活荷载1.2恒荷载+0.91.4活荷载1.35恒荷载+0.71.4活荷载1.2(恒荷载+0.5活荷载)+1.3地震荷载8. 梁柱板的配筋计算8.1. 板的配筋计算8.1

25、.1. 楼板计算1 荷载设计值活荷载：恒荷载：房间： 2 弯矩计算B、C区格均为双向板A、 内跨：，为轴线间距离边跨：，为净跨，b为梁宽弯矩计算如表8.1。表8.1 楼面板的弯矩计算区格ABC 3 截面设计截面有效高度：选用钢筋作为受力主筋，则（短跨）中截面：，（长跨）方向的跨中截面：支座截面处。截面弯矩设计值，该板四周与梁整体现浇，故弯矩设计值应按如下折减： C区格中C-D支座及C跨中截面折减系数为0.9 B区格中C-B支座及B跨中截面折减系数为0.8 角区格不折减计算配筋量时，取内力臂系数 ，。截面配筋计算结果及实际配筋列于表8.2。表8.2 楼面板的配筋计算截面配筋实用As 跨中A区10

26、13.770.9=3.93205.88200251930.08960.9=0.0814.6200251C区1013.160.9=2.844149200251930.4280.9=0.38521.9200251B区1013.720.8=2.976155.9200251931.5660.8=1.25371200251支座A-B101-7.8170.9=-7.035368140359A-A101-1.3440.9=-1.2163200251C-B101-7.7610.8=-6.21325150352C-C101-2.390.8=-1.92100200251B-B101-19.780.8=-15.82

27、828140904A支座101-7.817409125402101-1.34470200251续表8.2B支座101-7.761 406 125402101-19.781036121001131C支座101-3.16165200251 101 -2.39 125 200 2518.2. 框架梁正截面配筋计算1 框架梁弯矩设计值框架梁的弯矩设计值见表8.3。表8.3 框架梁的弯矩设计值截面位置ABBCCDA跨中B左B右跨中C左C右跨中D6层+5.81-5.7-25.56-105.4589.56-103.3-19.4-5.36-10.3-23.451.34-33.41-142.2657.3-108

28、.0-22.52-3.42-16.365层+8.45-7.5-25.80-171.71124.3-181.3-14.56-9.5-14.56-53.03-10.79-63.02-219.9797.56-259.2-43.9-4.42-43.94层+8.6-5.43-25.4-185.37121.6-182.1-14.46-6.16-13.5-81.39-14.77-80.2-267.7995.53-300.7-53.24-11.35-67.63层+8.6-5.43-25.4-185.37121.6-182.1-14.46-6.16-13.5-110.7-2.31-85.08-279.0 99.

29、8-320.5-58.47-3.94-58.03续表8.32层+8.6-5.43-25.4-186.32120.6-169.6-16.05-6.16-14.98-125.072.3-135.6-355.493.78-338.4-65.52-3.94-65.031层+9.2-10.03-31.68-172.36134.6-168.7-18.3-10.44-17.08-106.16-9.59-138.24-385.571.27-413.4-85.53-6.7-84.97注：使用年限为50年，取，梁受弯时，取8.2.1. 框架梁的正截面配筋计算控制截面弯矩由于整体现浇在支座处折减系数为0.85表8.4 6层框架梁正截面配筋计算控制截面AAB跨中B左B右BC跨中C左C右CD跨中DM()-19.93-5.7-28.4-120.989.56-91.8-19.14-5.36-13.91b（支座）或bf（跨中）20060020030017403002008002002652652655655655652652652650.0990.0090.1410.0880.0110.0670.0950.0070.0690.1040.0090.1530.0920.0110.0690.10.0070.0720.9480.9950.9240.