毕业设计 - 南宁市某教学楼框架结构设计

广州彩虹办公楼结构设计

Guangzhou rainbow office Building

structural design

毕业设计评语及成绩 学生 姓名 专业 土木工程 班 级 学 号 毕业设计（论文）题目 指导教师姓名 指导教师评语： 广州彩虹办公楼结构设计 指导教师 职 称 专家评语： 签字： 年 月 日 答辩小组意见： 答辩小组组长签字： 年 月 日 成绩: 院长(主任) 签字： 年 月 日

毕业设计任务书

题 目 专 业 班 级 广州彩虹办公楼结构设计 学生姓名 导师姓名 导师职称 讲师 承担指导任务单位 1．设计（论文）内容 毕业设计内容包括计算可能遇到的各种荷载，现浇楼板的配筋计算，任意选取一榀标准框架进行计算，包括强度、刚度和稳定性验算。选定一个梁、柱截面计算配筋，进行较为完整的结构计算过程训练。 .2。基本要求 结合具体的工程进行结构设计，工程由参加毕业设计的学生自选。 要求：撰写2.0万字以上的计算说明书；绘制结构施工图纸不少于4张（2#） 3．主要技术指标（或研究方法） 主要完成结构简图、梁、板、柱、配筋的设计与计算，并最终成图。 4。应收集的资料及参考文献 《建筑结构抗震设计》：东南大学编著、清华大学主审。北京：中国建筑工业出版社，1998 《混凝土结构》上册：第二版，天津大学、同济大学、东南大学主编，清华大学主审。北京：中国建筑工业出版社，1998 《建筑结构荷载规范》：02—1—10发布，02—3—1实施中华人民共和国建设部主编，北京：中国建筑工业出版社，2002. 5。进度计划 2010年7月 理解和熟悉设计课题，选题，确定基本结构设计方案。 2010年8月 复习结构设计有关内容，借阅相关规范及资料 2010年8月 编写设计计算书 2010年9月 整理和编写设计论文 2010年10月 画结构图 2010年11月 打印论文，准备答辩 教研室主任签字

时 间 年 月 日 毕业设计开题报告

题 目 专 业 1.文献综述： 设计之前，我温习了《结构力学》、《钢筋混凝土》、《建筑结构抗震设计》等知识，并借阅了《抗震规范》、《混凝土规范》、《荷载规范》等规范。我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计。 2.预期达到的目标： 毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。 3.研究方案： 本设计主要进行了结构方案中横向框架框架的抗震设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算，接着利用顶点位移法求出自震周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力，找出最不利的一组或几组内力组合。 选取最安全的结果计算配筋并绘图。 4.进度计划： 2010年7月 理解和熟悉设计课题，选题，确定基本结构设计方案。 2010年8月 复习结构设计有关内容，借阅相关规范及资料 2010年8月 编写设计计算书 2010年9月 整理和编写设计论文 2010年10月 画结构图 2010年11月 打印论文，准备答辩 广州彩虹办公楼结构设计 班 级 学生姓名 土木工程 教研室主任签字

时 间 年 月 日

摘要

本设计主要进行了结构方案中横向框架2、3、7、8轴框架的抗震设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算,接着利用顶点位移法求出自震周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力，。 是找出最不利的一组或几组内力组合。选取最安全的结果计算配筋并绘图。

关键词： 框架 结构设计 抗震设计

Abstract

The purpose of the design is to do the anti-seismic design in the longitudinal frames

of axis 2、3、7、8. When the directions of the frames is determined, firstly the weight of each floor is calculated .Then the vibrate cycle is calculated by utilizing the peak-displacement method, then making the amount of the horizontal seismic force can be got by way of the bottom-shear force method. The seismic force can be assigned according to the shearing stiffness of the frames of the different axis. Then the internal force (bending moment, shearing force and axial force ) in the structure under the horizontal loads can be easily calculated. After the determination of the internal force under the dead and live loads, the combination of internal force can be made by using the Excel software, whose purpose is to find one or several sets of the most adverse internal force of the wall limbs and the coterminous girders, which will be the basis of protracting the reinforcing drawings of the components.

Keywords : frames, structural design, anti-seismic design

目 录

第1章 第2章 第3章 第4章 4.1 4.2

工程概况 .............................................................................................................. 1 框架结构承重方案的选择 ................................................................................. 2 框架结构的计算简图 ......................................................................................... 3 梁、柱截面尺寸的初步确定 ............................................................................. 4 梁截面尺寸的初步确定 ......................................................................................... 4 柱截面尺寸的初步确定 ......................................................................................... 4

框架柱的截面尺寸 .......................................................................................... 4 计算过程 .......................................................................................................... 4 框架侧移刚度的计算 ......................................................................................... 6 横梁线刚度I B的计算 ............................................................................................ 6 纵梁线刚度I B的计算 ............................................................................................ 6 柱线刚度I C的计算 ................................................................................................ 6 各层横向侧移刚度计算(D值法) .......................................................................... 6

底层 .................................................................................................................. 6 第二层 .............................................................................................................. 8 第三层至第六层 ............................................................................................ 10 顶层 ................................................................................................................ 10

4.2.1 4.2.2 第5章 5.1 5.2 5.3 5.4

5.4.1 5.4.2 5.4.3 5.4.4 5.5 第6章 6.1

各层纵向侧移刚度计算 ....................................................................................... 11 重力荷载代表值的计算 ................................................................................... 12 资料准备 ............................................................................................................... 12

屋面永久荷载标准值（上人） .................................................................... 12 1-5层楼面永久荷载标准值 .......................................................................... 12 屋面及楼面可变荷载标准值 ........................................................................ 12 梁柱密度 ........................................................................................................ 12 蒸压粉煤灰加气混凝土砌块 ........................................................................ 12

6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4 6.1.5

6.2 重力荷载代表值的计算 ....................................................................................... 13

第一层 ............................................................................................................ 13 第二层 ............................................................................................................ 15 第三层至第五层 ............................................................................................ 17 第六层重力荷载代表值的计算 .................................................................... 17 顶端重力荷载代表值的计算 ........................................................................ 18 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算 ....................................... 19 横向自振周期的计算 ........................................................................................... 19 水平地震作用及楼层地震剪力的计算 ............................................................... 20

结构等效总重力荷载代表值Geq .................................................................. 20 计算水平地震影响系数а1 ........................................................................... 20 结构总的水平地震作用标准值FEk ............................................................. 20

6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 6.2.5 第7章 7.1 7.2

7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.3 7.4

多遇水平地震作用下的位移验算 ....................................................................... 21 水平地震作用下框架内力计算 ........................................................................... 22

框架柱端剪力及弯矩 .................................................................................... 22 梁端弯矩、剪力及柱轴力 ............................................................................ 23 竖向荷载作用下框架结构的内力计算 ........................................................... 26 计算单元的选择确定 ........................................................................................... 26 荷载计算 ............................................................................................................... 26

恒载作用下柱的内力计算 ............................................................................ 26 活载作用下柱的内力计算 ............................................................................ 28 恒荷载作用下梁的内力计算 ........................................................................ 30 活荷载作用下梁的内力计算 ........................................................................ 31

7.4.1 7.4.2 第8章 8.1 8.2

8.2.1 8.2.2 8.2.3 8.2.4 8.3

梁端剪力和柱轴力的计算 ................................................................................... 31

恒载作用下 .................................................................................................... 31 活载作用下 .................................................................................................... 32

8.3.1 8.3.2 8.4

框架梁的内力组合 ............................................................................................... 33

结构抗震等级 ................................................................................................ 33

8.4.1

8.4.2 8.4.3 8.4.4 8.5 8.6

框架梁内力组合 ............................................................................................ 33 跨间最大弯矩的计算 .................................................................................... 35 梁端剪力的调整 ............................................................................................ 37

框架柱的内力组合 ............................................................................................... 39 柱端弯矩设计值的调整 ....................................................................................... 40

A柱 ................................................................................................................ 40 B柱 ................................................................................................................ 42

8.6.1 8.6.2 8.7 第9章 9.1

柱端剪力组合和设计值的调整 ........................................................................... 43 截面设计 ............................................................................................................ 45 框架梁 ................................................................................................................... 45

梁的最不利内力 ............................................................................................ 45 梁正截面受弯承载力计算 ............................................................................ 45 梁斜截面受剪承载力计算 ............................................................................ 46

9.1.1 9.1.2 9.1.3 9.2

框架柱 ................................................................................................................... 49

柱截面尺寸验算 ............................................................................................ 49 柱正截面承载力计算 .................................................................................... 49 柱斜截面受剪承载力计算 ............................................................................ 51

9.2.1 9.2.2 9.2.3 9.3

框架梁柱节点核芯区截面抗震验算 ................................................................... 55

楼板设计 ........................................................................................................ 58 楼板类型及设计方法的选择 ........................................................................... 58 设计参数 ............................................................................................................ 58

设计荷载 ..................................................................................................... 58 计算跨度 ..................................................................................................... 59

第10章 10.1 10.2

10.2.1 10.2.2 10.3 10.4

弯矩计算 ............................................................................................................ 59 截面设计 ............................................................................................................ 61

第11章 框架变形验算 .................................................................................................... 63 11.1

梁的极限抗弯承载力计算 ............................................................................... 63

11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7

柱的极限抗弯承载力计算 ............................................................................... 63 确定柱端截面有效承载力MC ......................................................................... 64 各柱的受剪承载力VYIJ的计算 ........................................................................ 65 楼层受剪承载力VYI的计算 ............................................................................. 66 罕遇地震下弹性楼层剪力VE的计算.............................................................. 66 楼层屈服承载力系数ΞYI的计算 ..................................................................... 66

11.8 （第二层）层间弹塑性位移验算 ....................................................................... 67 参考文献 ............................................................................................................................. 69 致谢 ..................................................................................................................................... 70 附录 设计图纸 ................................................................................. 错误！未定义书签。

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第1章 工程概况

建筑地点：广州市

建筑类型：六层办公楼，框架填充墙结构。

建筑介绍：建筑面积约1000平方米，楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土框架结构，楼板厚度取120mm，填充墙采用蒸压粉煤灰加气混凝土砌块。

门窗使用：大门采用钢门，其它为木门，门洞尺寸为1.2m×2.4m，窗为铝合金窗，洞口尺寸为1.8m×2.1m。

地质条件：经地质勘察部门确定，此建筑场地为二类近震场地，设防烈度为8度。 柱网与层高：本办公楼采用柱距为7.2m的内廊式小柱网，边跨为7.2m，中间跨为2.4m，层高取3.6m，如图 1-1柱网布置图所示：

图 1-1柱网布置图

1

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第2章 框架结构承重方案的选择

竖向荷载的传力途径：楼板的均布活载和恒载经次梁间接或直接传至主梁，再由主梁传至框架柱，最后传至地基，如图 2-1 传力布置图所示。

根据以上楼盖的平面布置及竖向荷载的传力途径，本办公楼框架的承重方案为横向框架承重方案，这可使横向框架梁的截面高度大，增加框架的横向侧移刚度。

图 2-1 传力布置图

2

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第3章 框架结构的计算简图

虽然毕业设计要求框架只横向分析受力，实际的工程受力较为复杂，为了更好的理解知识，本设计对横纵均有受力简图，如图 3-1纵向受力简图、图 3-2 横向受力简图图所示

图 3-3纵向受力简图

图 3-4 横向受力简图

3

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第4章 梁、柱截面尺寸的初步确定

4.1 梁截面尺寸的初步确定

梁截面高度一般取梁跨度的1/12至1/8。本方案取1/12×7200=600mm，截面宽度取600×1/2=300mm，可得梁的截面初步定为b×h=300*600，如表4-1 梁截面尺寸表所示。

4.2 柱截面尺寸的初步确定

4.2.1 框架柱的截面尺寸

根据柱的轴压比限值，按下列公式计算： （1）柱组合的轴压力设计值N=βFg E n 注：β考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数。 F按简支状态计算柱的负载面积。

g E 折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近似的取14KN/m2。 n为验算截面以上的楼层层数。 （2）Ac≥N/uNfc

注：uN 为框架柱轴压比限值，本方案为二级抗震等级，查《抗震规范》可知取为0.8。

fc 为混凝土轴心抗压强度设计值，对C30，查得14.3N/mm2。 4.2.2 计算过程

对于边柱：如表4-2 柱截面尺寸表

N=βFg E n=1.3×25.92×14×6=2830.464（KN）

Ac≥N/uNfc=2830.464×103/0.8/14.3=247418.18（mm2） 取700mm×700mm 对于内柱：如表4-2 柱截面尺寸表

N=βFg E n=1.25×34.56×14×6=3628.8（KN）

Ac≥N/uNfc=3628.8*103/0.8/14.3=317202.80（mm2） 取650mm×650mm

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表4-1 梁截面尺寸表

混凝土等级

C30

横梁（b×h） 300×600 250×400

表4-2 柱截面尺寸表

层次 混凝土等级 1 2-6

C30 C30

b×h 700×700 650×650

纵梁（b×h） 300×600

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/wn3t.html