建筑结构力学、钢筋混凝土结构、基础工程、PKPM结构设计 - 图文

南京林业大学

本科毕业设计（论文）

题目：

学 院：专 业：学 号：学生姓名：指导老师：职 称：

土木工程学院 土木工程(建筑工程方向)

[摘要]：本设计题是 结构设计。要求在给定建筑图的条件下，根

据国家现行建筑、结构规范，进行计算设计，并绘制结构施工图。 本设计题大体包括四部分：

一、确定工程的结构方案，进行结构平面图布置。

二、取出其中楼板、连梁、楼梯等部分，运用结构力学、钢筋混凝土结构原理等

专业知识，进行结构内力手算及配筋设计。

三、运用PKPM结构设计软件，对结构进行电算设计，导出结构计算简图与

配筋图。

四、运用AutoCAD完善结构平面图及配筋图。

通过设计本工程，使我再次复习了各专业课程，专业知识得到了很好的融会贯通，并加强了与实践的结合。

[关键字]： 结构设计 框架结构 PKPM

[Abstract]This construction design is the building of Xintianshi company for Traveling clothing

design and production in Nanjing.According to its architectural designing and the report of geology

surveying,Calculate and design the structure on the basis of the national current architectural and structure rule.

The whole design includes four segments:

Firstly, decide the structural plan of project, and design it. Secondly,

Thirdly, Use PKPM construction design software, design the whole building. Lastly, Use AutoCAD to

[Keywords] Structure design Frame structure PKPM

目录

前言 ................................................................................................................................................. 1

1 工程概况 ..................................................................................................................................... 2

1.1建筑概况 ............................................................................................................................ 2 1.2 工程地质概况 ................................................................................................................... 2

1.2.1 场地稳定性 ............................................................................................................. 2 1.2.2 场地及地基的抗震性 ............................................................................................. 2 1.3抗震与抗风设计 ................................................................................................................ 2 1.4设计依据 ............................................................................................................................ 2 2 结构建模 ..................................................................................................................................... 4

2.1概述 .................................................................................................................................... 4 2.2应用PMCAD进行结构建模 ............................................................................................ 4

2.2.1结构选型 .................................................................................................................. 4 2.2.2初设截面尺寸确定 .................................................................................................. 4 2.2.3 材料的选择 ............................................................................................................. 5 2.2.4荷载的确定 .............................................................................................................. 5 2.2.5结构建模 .................................................................................................................. 6 2.3 电算输出结果 ................................................................................................................... 6

2.3.1 结构设计信息 ......................................................................................................... 6 2.3.2周期、振型、地震力输出文件 ............................................................................ 14 2.3.3 结构位移输出文件 ............................................................................................... 23

3 一榀框架计算 ........................................................................................................................... 47

3.1选取一榀框架 .................................................................................................................. 47 3.2荷载计算 .......................................................................................................................... 47

3.2.1活载查表 ................................................................................................................ 47 3.2.2恒载标准值计算 .................................................................................................... 47 3.3框架计算简图 .................................................................................................................. 49

3.3.1框架线刚度计算 .................................................................................................... 49 3.4竖向荷载计算 .................................................................................................................. 49

3.4.1顶层梁柱 ................................................................................................................ 49 3.4.2标准层梁柱 ............................................................................................................ 50 3.5屋面雪荷载标准值 .......................................................................................................... 52 3.6风荷载标准值计算 .......................................................................................................... 52 3.7重力荷载标准值计算 ...................................................................................................... 53

3.7.1重力荷载标准值 .................................................................................................... 53 3.7.2各层自重标准值计算 ............................................................................................ 53 3.7.3重力荷载代表值计算 ............................................................................................ 53 3.7.4 等效总重力荷载代表值计算 ............................................................................... 53 3.8 横向框架侧移刚度计算 ................................................................................................. 54

3.8.1框架柱侧移刚度计算 ............................................................................................ 54 3.8.2框架柱侧移刚度D值 ........................................................................................... 54 3.8.3横向自振周期计算 ................................................................................................ 55 3.9水平地震作用计算及内力、位移分析 .......................................................................... 55

3.9.1水平地震作用及楼层地震剪力计算 .................................................................... 55 3.9.2水平地震作用下的位移验算 ................................................................................ 56 3.9.3水平地震作用下的框架内力计算 ........................................................................ 56 3.10风荷载作用下的位移验算及内力计算 ........................................................................ 58

3.10.1风荷载作用下的位移验算 .................................................................................. 58 3.10.2 风荷载作用下的层间内力计算 ......................................................................... 58 3.11竖向荷载作用下框架结构的内力计算 ........................................................................ 59

3.11.1荷载计算 .............................................................................................................. 59

3.11.2恒荷载作用下框架梁的结构的内力计算 .......................................................... 60 3.11.3活荷载作用下框架梁的结构的内力计算 .......................................................... 63 3.12框架内力组合 ................................................................................................................ 65

3.12.1实际荷载作用内力 .............................................................................................. 65 3.12.2框架梁的内力组合 .............................................................................................. 66 3.12.3框架柱的内力组合 .............................................................................................. 68

4 楼板计算 ................................................................................................................................... 70

4.1荷载计算 .......................................................................................................................... 70 4.2双向板弯矩计算 .............................................................................................................. 70 4.3双向板配筋计算 .............................................................................................................. 71 5 板式楼梯计算 ........................................................................................................................... 71

5.1 楼梯板TB-1计算 .......................................................................................................... 71

5.1.1 TB-1示意图........................................................................................................... 71 5.1.2基本资料 ................................................................................................................ 71 5.1.3计算过程 ................................................................................................................ 72 5.2 楼梯板TB-2计算 .......................................................................................................... 73

5.2.1示意图 .................................................................................................................... 73 5.2.2基本资料 ................................................................................................................ 74 5.2.3计算过程 ................................................................................................................ 74 5.3 平台板PB-2计算 ........................................................................................................... 75 5.4 平台梁TL-1计算 ........................................................................................................... 76 6 阶梯柱基计算 ........................................................................................................................... 77

6.1 基础设计概述 ................................................................................................................. 77

6.2.1柱基平面示意图 .................................................................................................... 77 6.2.2 基本参数 ............................................................................................................... 78 6.2.3 计算过程 ............................................................................................................... 79 6.2.4 计算结果 ............................................................................................................... 83

7 总结 ........................................................................................................................................... 83 致谢 ............................................................................................................................................... 85 参考文献 ....................................................................................................................................... 86

前言

本设计题涉及到结构力学、钢筋混凝土结构、基础工程、PKPM结构设计等课程。需将大学中主要的专业课程融会贯通，运用到实际工程设计中。在做内力计算过程中，运用了竖直荷载作用下的弯矩分配法以及水平荷载作用下的D值法等原理；在做配筋计算过程中，参照了大量的设计规范。最后，运用PKPM结构设计软件进行电算设计，并与手算结果进行比较。电算结果与手算结果基本近似。但电算显然比手算便捷许多。不过作为一个建筑工程专业的学生，掌握手算过程是必须的基本功。经过长时间的选题设计，老师的指导与帮助下，通过与同学的讨论与学习，本设计题终于完成。但还有许多不足之处，恳请老师批评指正。

1 工程概况

1.1建筑概况

本工程为 结构设计，主体四层，无地下室，主体结构总高度约为18.0m，建筑面积12040.24平方米。建筑结构类型为框架结构，主要材料为钢筋混凝土，框架结构抗震等级三级。抗震设防烈度七度，设计地震分组第1组，特征周期值0.35s。设计基本地震加速度0.1g，基本风压0.4kN/m2，基本雪压0.5kN/m2，地面粗糙度B类。建筑场地类别二类，工程场地土无液化。设计使用年限为50年。

1.2 工程地质概况

1.2.1 场地稳定性

根据收集区域地质构造资料，结合详勘结果，拟建场地范围内未发现有影响场地稳定性的活动地质构造通过，属于稳定性场地。

1.2.2 场地及地基的抗震性

（1）拟建场地工程地质评价：场地浅部①层素填土近期堆积，非均质，低强度，层厚0.1-0.6m；②层卵石层，层厚 0.6-1.1m。下伏基岩属风化带中的硬夹层，较为坚硬完整。

（2）拟建场地地震抗震设防烈度为7度，设计地震基本加速度值为0.10g，设计分组第一组，场地特征周期为0.35s。

（3）拟建场地属对建筑物抗震有利地段。 整套建筑施工图见附图。

1.3抗震与抗风设计

拟建工程的抗震设防烈度为7度，地震分组第一组，设计基本地震加速度0.1g，场地类别为二类，该地区基本风压值为0.4KN/m2，地面粗糙度为B类。

本工程考虑抗震和抗风设计，根据不同的抗震等级考虑地震的水平作用和竖向作用。

1.4设计依据

（1）经批准的建筑方案。 （2）地方政府相关立项批文。

（3）地质工程勘测院关于本工程的地质勘察资料。 （4）经有关部门同意的规划总说明。 （6）现行国家设计规范及法规条文：

GB50068—2001 《建筑结构可靠度设计统一标准》 GB50009—2001 《建筑结构荷载规范》 GB50011—2001 《建筑抗震设计规范》 GB50010—2002 《混凝土结构设计规范》 JGJ3—2002 《高层建筑混凝土结构技术规程》 GB50007—2002 《建筑地基基础设计规范》

2 结构建模

2.1概述

应用结构分析软件PKPM建立三维有限元模型进行结构分析。将结构平面布置方案中初步确定的构件尺寸通过PM交互式数据输入，包括轴线输入、网格生成、构件定义、楼层定义、荷载定义、楼层组装，然后生成工程整体三维轴测图即三维有限元计算模型。分析结构模型的组成，计算结构各部分构件承受的荷载情况，包括板自重，填充墙体的重量，活荷载，并考虑其分布特点。输入楼板荷载，框架梁荷载，次梁荷载，梁间荷载。

2.2应用PMCAD进行结构建模

2.2.1结构选型

根据建筑功能要求，为使建筑平面布置灵活，获得较大的使用空间，本结构设计采用钢筋砼框架体系。

2.2.2初设截面尺寸确定

本建筑结构属丙类建筑,抗震等级为三级。

屋盖,楼面均采用现浇钢筋砼,楼面厚度取120mm,各层梁、柱、板砼强度等级为C25,纵向受力钢筋采用HRB400级钢筋,其他钢筋等级取为HPB235级.

根据建筑平面布置确定结构平面布置可知,边柱承载范围为8.0m×4.0m,中柱承载范围为8.0m×8.0m。

外墙及地上墙厚取240mm。 各梁柱截面尺寸确定如下:

框架梁 h=L/12~L/10=8000/12~8000/12=700mm b=h/2=400mm 次梁 h=L/12~L/8=4000/12~4000/8=500mm b=h/2=300mm 柱 根据柱的轴压比应小于轴压比限值（0.9）的要求：

N/fc Ac≤fc=14.3N/mm2 楼面荷载可近似取为14kN/m2

故由AC≥1.2×14kN/m2×8.0m×8.0m×4/（0.9×14.3×103kN/m2 ）=344333mm2 上式中1.2为荷载分项系数，4代表底层柱受其以上四层的荷载。

取柱截面为正方形，则边长为587mm，结合实际情况，取为650m×650m，纵向受拉钢筋抗震锚固长度lCE=41d,梁内钢筋至边柱内长度：

LCE?0.4?lce?0.4?41d?0.4?41?25?410mm＜800mm

板的跨度为4.0m，板厚max(h≥80mm,h≥1/35l01=1/35×4000=120mm)，故楼板厚度取120mm。

2.2.3 材料的选择

（1）板的混凝土强度等级为C25，保护层厚度为15mm。 （2）梁的混凝土强度等级为C30，保护层厚度为30mm。 （3）墙的混凝土强度等级为C30，保护层厚度为20mm。 （4）柱的混凝土强度等级为C30，保护层厚度为30mm。 （5）梁、柱的受力钢筋为HRB335，强度为300N/㎡。

2.2.4荷载的确定

(1) 楼、屋面荷载的确定

本工程荷载取值，由荷载规范可查得：

上人屋面活载取2.0 kN/m2；不上人屋面活载取为0.5 kN/m2； 车间活载取4.0 kN/m2；电梯取7.0 kN/m2

办公室、会议室、教室取2.0 kN/m2；厕所、阳台取2.5 kN/m2 (2) 梁间荷载的确定

材料容重： 墙采用混凝土空心砖： 3.7 kN/m2 荷载计算：

? 空心砖砌块自重

（ 1层 ） 3.7 kN/m2×（4.5－0.7）m＝14.6 kN/m

（2～4层） 3.7 kN/m2×（4.0－0.7）m＝12.21kN/m (女儿墙) 3.7 kN/m2×0.9m＝3.33kN/m 3.7 kN/m2×0.4m＝1.44kN/m

? 外墙自重: 外墙抹灰：0.5 KN/m2

（ 1层 ） 0.5 kN/m2×4.5m+14.6 kN/m＝16.85kN/m

（2～4层） 0.5 kN/m2×4.0m+12.21 kN/m＝14.21kN/m (女儿墙) 0.5kN/m2×1.8m+3.33kN/m＝4.23 kN/m 0.5kN/m2×0.4m+1.44 kN/m＝1.64 kN

2.2.5结构建模

（1）结构建模忽略的因素

①忽略非结构构件的影响（如填充墙、质量很小的悬挑结构、楼面次梁等）； ②忽略构件偏心的影响； ③忽略楼梯板的影响； ④质量很小的装饰构架。 （2）结构平面布置

平面布置方案：分析建筑的平面布置特点，根据建筑设计给出的框架梁布置方案，分析其可行性，初步确定。

2.3 电算输出结果

2.3.1 结构设计信息

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////

| 公司名称: | | 建筑结构的总信息 | | SATWE 中文版 | | 文件名: WMASS.OUT | | |工程名称 : 设计人 : | | 工程代号 : 校核人 : 日期:2009/ 5/20 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////

总信息 ..............................................

结构材料信息: 钢砼结构 混凝土容重 (kN/m3): Gc = 25.00 钢材容重 (kN/m3): Gs = 78.00 水平力的夹角 (Rad): ARF = 0.00 地下室层数: MBASE= 0

竖向荷载计算信息: 按模拟施工加荷计算方式 风荷载计算信息: 计算X,Y两个方向的风荷载 地震力计算信息: 计算X,Y两个方向的地震力 特殊荷载计算信息: 不计算

结构类别: 框架结构 裙房层数: MANNEX= 0 转换层所在层号： MCHANGE= 0 墙元细分最大控制长度(m) DMAX= 2.00

墙元侧向节点信息: 内部节点 是否对全楼强制采用刚性楼板假定 否 采用的楼层刚度算法 层间剪力比层间位移算法 风荷载信息 ..........................................

修正后的基本风压 (kN/m2): 地面粗糙程度: 结构基本周期（秒）: 体形变化分段数: 各段最高层号: 各段体形系数: 地震信息 ............................................

振型组合方法(CQC耦联;SRSS非耦联) 计算振型数: 地震烈度: 场地类别: 设计地震分组: 特征周期 多遇地震影响系数最大值 罕遇地震影响系数最大值 框架的抗震等级: 剪力墙的抗震等级: 活荷质量折减系数: 周期折减系数: 结构的阻尼比 (%): 是否考虑偶然偏心: 是否考虑双向地震扭转效应: 斜交抗侧力构件方向的附加地震数

WO = 0.40

B 类 T1 = 0.00 MPART= 1 NSTi = 4 USi = 1.30 CQC NMODE= 12 NAF = 7.00 KD = 2

一组 TG = 0.35 Rmax1 = 0.08 Rmax2 = 0.50 NF = 3 NW = 3 RMC = 0.50 TC = 0.75 DAMP = 5.00

否 否 = 0

活荷载信息 ..........................................

考虑活荷不利布置的层数 从第 1 到4层 柱、墙活荷载是否折减 不折算 传到基础的活荷载是否折减 折算 ------------柱，墙，基础活荷载折减系数------------- 计算截面以上的层数---------------折减系数 1 1.00 2---3 0.85 4---5 0.70 6---8 0.65 9---20 0.60 > 20 0.55 调整信息 ........................................

中梁刚度增大系数： BK = 1.00 梁端弯矩调幅系数： BT = 0.85 梁设计弯矩增大系数： BM = 1.00 连梁刚度折减系数： BLZ = 0.70 梁扭矩折减系数： TB = 0.40 全楼地震力放大系数： RSF = 1.00 0.2Qo 调整起始层号： KQ1 = 0 0.2Qo 调整终止层号： KQ2 = 0 顶塔楼内力放大起算层号： NTL = 0 顶塔楼内力放大： RTL = 1.00 九度结构及一级框架梁柱超配筋系数 CPCOEF91 = 1.15 是否按抗震规范5.2.5调整楼层地震力IAUTO525 = 1 是否调整与框支柱相连的梁内力 IREGU_KZZB = 0 剪力墙加强区起算层号 LEV_JLQJQ = 1 强制指定的薄弱层个数 NWEAK = 0 配筋信息 ........................................

梁主筋强度 (N/mm2): IB = 300 柱主筋强度 (N/mm2): IC = 300 墙主筋强度 (N/mm2): IW = 210

梁箍筋强度 (N/mm2): JB = 210 柱箍筋强度 (N/mm2): JC = 210 墙分布筋强度 (N/mm2): JWH = 210 梁箍筋最大间距 (mm): SB = 100.00 柱箍筋最大间距 (mm): SC = 100.00 墙水平分布筋最大间距 (mm): SWH = 200.00 墙竖向筋分布最小配筋率 (%): RWV = 0.30 设计信息 ........................................

结构重要性系数: RWO = 1.00

柱计算长度计算原则: 有侧移 梁柱重叠部分简化: 不作为刚域 是否考虑 P-Delt 效应： 否 柱配筋计算原则: 按单偏压计算 钢构件截面净毛面积比: RN = 0.85 梁保护层厚度 (mm): BCB = 30.00 柱保护层厚度 (mm): ACA = 30.00

是否按砼规范(7.3.11-3)计算砼柱计算长度系数: 否 荷载组合信息 ........................................

恒载分项系数: CDEAD= 1.20 活载分项系数: CLIVE= 1.40 风荷载分项系数: CWIND= 1.40 水平地震力分项系数: CEA_H= 1.30 竖向地震力分项系数: CEA_V= 0.50 特殊荷载分项系数: CSPY = 0.00 活荷载的组合系数: CD_L = 0.70 风荷载的组合系数: CD_W = 0.60 活荷载的重力荷载代表值系数: CEA_L = 0.50 剪力墙底部加强区信息.................................

剪力墙底部加强区层数 IWF= 2 剪力墙底部加强区高度(m) Z_STRENGTHEN= 8.50

********************************************************* * 各层的质量、质心坐标信息 * *********************************************************

层号 塔号 质心 X 质心 Y 质心 Z 恒载质量 活载质量 (m) (m) (t) (t) 4 1 25.067 13.153 16.500 3357.9 350.4 3 1 24.578 13.178 12.500 2710.9 419.1 2 1 24.578 13.178 8.500 2710.9 419.1 1 1 24.615 13.162 4.500 2816.6 419.1 活载产生的总质量 (t): 1607.792 恒载产生的总质量 (t): 11596.467 结构的总质量 (t): 13204.259 恒载产生的总质量包括结构自重和外加恒载 结构的总质量包括恒载产生的质量和活载产生的质量

活载产生的总质量和结构的总质量是活载折减后的结果 (1t = 1000kg) ********************************************************* * 各层构件数量、构件材料和层高 * *********************************************************

层号 塔号 梁数 柱数 墙数 层高 累计高度 (混凝土) (混凝土) (混凝土) (m) (m) 1 1 319(30) 62(30) 67(30) 4.500 4.500 2 1 319(30) 62(30) 67(30) 4.000 8.500 3 1 319(30) 62(30) 67(30) 4.000 12.500 4 1 319(30) 62(30) 67(30) 4.000 16.500

********************************************************* * 风荷载信息 * *********************************************************

层号 塔号 风荷载X 剪力X 倾覆弯矩X 风荷载Y 剪力Y 倾覆弯矩Y

4 1 97.66 97.7 390.6 183.11 183.1 732.4

3 1 89.36 187.0 1138.7 167.55 350.7 2135.1 2 1 83.20 270.2 2219.6 156.00 506.7 4161.7 1 1 93.60 363.8 3856.8 175.50 682.2 7231.4

===================================================================== 计算信息

===================================================================== Project File Name : 新天时2 计算日期 : 2009. 5.20 开始时间 : 16: 0:14 可用内存 : 976.00MB 第一步: 计算每层刚度中心、自由度等信息 开始时间 : 16: 0:14 第二步: 组装刚度矩阵并分解 开始时间 : 16: 0:20 FALE 自由度优化排序 Beginning Time : 16: 0:23.38 End Time : 16: 0:24.58 Total Time (s) : 1.20 FALE总刚阵组装 Beginning Time : 16: 0:24.60 End Time : 16: 0:26.24 Total Time (s) : 1.64 VSS 总刚阵LDLT分解 Beginning Time : 16: 0:26.25 End Time : 16: 0:26.33 Total Time (s) : 0.08 VSS 模态分析 Beginning Time : 16: 0:26.36 End Time : 16: 0:26.41 Total Time (s) : 0.05 形成地震荷载向量 形成风荷载向量

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/whe8.html