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1、框架结构的设计摘要本工程为某教学楼，工程为六层现浇混凝土框架结构。层高均为3.6米，建筑总高度为21.6米。本设计书包括如下部分：工程概况；楼盖设计；荷载计算；框架结构的受力分析、计算和设计。关 键 词：钢筋混凝土，框架，结构设计论文类型：应用研究目 录摘要I1 绪 论11.1 选题的目的及研究意义11.2 研究现状11.3 研究方法11.4 应用领域12 工程概况32.1 主要建筑做法32.1.1 屋面做法（自上而下）32.1.2 楼面做法（自上而下）32.1.3 墙身做法32.1.4 门窗做法32.2 其他设计资料33 结构布置及结构计算简图的确定53.1 梁柱截面尺寸初选53.1.1 梁
2、截面初选53.1.2 柱截面初选53.2 结构计算简图64 荷载计算74.1 恒荷载计算74.1.1 屋面框架梁线荷载标准值74.1.2 楼面框架梁线荷载标准值84.1.3 屋面框架节点集中荷载标准值94.1.4 4.1.4 楼面框架节点集中荷载标准值94.2 楼面活荷载计算104.2.1 楼面活荷载作用下的荷载标准值104.2.2 恒荷载作用下的计算简图114.2.3 活荷载作用下的计算简图114.2.4 风荷载计算124.2.5 雪荷载计算135 内力计算145.1 恒载作用下的内力计算145.1.1 计算方法的选用145.1.2 等效均布荷载的计算145.1.3 分配系数和固端弯矩的计算
3、165.1.4 跨中弯矩计算215.1.5 各分层单元计算整个结构在恒载作用下的弯矩图225.1.6 梁端剪力、梁端控制截面的弯矩（柱边）255.1.7 5.1.7 柱轴力计算275.1.8 5.1.8 弯矩调幅295.2 楼面活荷载作用下的内力计算315.2.1 活荷载布置与计算方法的选用315.2.2 等效均布荷载的计算315.2.3 固端弯矩的计算325.2.4 5.2.4 风荷载作用下的内力计算416 内力组合446.1 框架梁梁内力组合456.2 框架柱内力组合506.3 内力设计值汇总506.3.1 框架梁内力设计值汇总506.3.2 框架柱内力设计值汇总50Nmax，M507 截
4、面设计517.1 框架梁截面设计517.1.1 正截面承载力计算517.1.2 斜截面承载力计算547.2 框架柱截面设计567.2.1 正截面承载力计算567.2.2 斜截面承载力计算618 楼板设计638.1.1 荷载设计值638.1.2 计算跨度648.1.3 弯矩计算648.1.4 截面设计679 结 语71致 谢73参考文献75声明1 绪 论1.1 选题的目的及研究意义通过毕业设计,可以将以前学过的知识重温回顾,对疑难知识再学习，对提高个人的综合知识结构有着重要的作用。并培养我独立解决建筑设计、结构设计的内容和步骤，及掌握建筑施工图结构施工图绘制的方法，解决具体问题的土木工程设计问题
5、所需的综合能力和创新能力。为今后工作打下良好的基础。同时毕业设计是学习深化、拓宽、综合教学的重要过程；是学生学习、研究与实践成果的全面总结；是学生综合素质与实践能力培养效果的全面检验；是学生毕业及学位资格认定的重要依据；也是衡量高等教育质量和办学效益的重要评价内容 。所以我们每一个毕业生都应该认真的努力完成自己的毕业设计，使自己成为社会需要的人才。1.2 研究现状土木工程是建造各类工程设施的科学，技术和工程的总称。土木工程可以分为：建筑工程、桥梁工程、公路和城市道路工程、铁路工程、隧道工程、水利工程、港口工程、给水和排水工程、环境工程；作为土木工程专业的学生，我们在校只是学习了建筑工程这一个小
6、的分支并且着重学习了公民建部分。公民建方面就结构布置部分有以下几种结构：框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、板柱-剪力墙结构、框架-支撑结构、筒体结构、框架-核心筒结构、巨型结构等等。1.3 研究方法框架是典型的杆件体系，近似计算的方法很多，工程中最实用的是力矩分配法及D值法，前者多用于竖向作用下求解，后者用于水平作用下求解。1.4 应用领域框架结构适用于办公楼、教学楼、商场、住宅、酒店等房屋建筑。2 工程概况该工程为某大学教学楼，建筑平面如图1-1所示，层高为3.6m，室内外高差0.45m，基础顶面距室外地面500mm。主体结构采用现浇混凝土框架结构，抗震设防烈度为八度，场地类别为II类
7、。建筑平面及剖面图如图2-1、图2-2所示。2.1 主要建筑做法2.1.1 屋面做法（自上而下）现浇混凝土板上铺膨胀珍珠岩保温层兼找坡层（檐口处厚100mm，2%自两侧檐口向中间找坡）、20厚1:3水泥砂浆找平层、二毡三油防水层，撒绿豆砂保护、100厚现浇钢筋混凝土屋面板。2.1.2 楼面做法（自上而下）楼板顶面为20mm水泥砂浆找平，5mm厚1:2水泥砂浆加“108”胶水着色粉刷面层；楼板底面为15mm厚纸筋面石灰抹底，涂料两度。2.1.3 墙身做法墙身采用填充墙，用加气混凝土砌块砌筑，所有卫生间墙体为粘土空心砖，内粉刷为混合砂浆底,纸筋灰面厚20mm，“803”内墙涂料两度；混凝土砌块填充
8、墙，用1:2.5水泥砂浆砌筑；外墙采用喷涂法图聚氨酯泡沫塑料，厚60mm，外粉刷为20mm厚1:3水泥砂浆打底、外墙涂料。2.1.4 门窗做法窗采用塑钢窗，门为木门，门洞口尺寸为2.1m0.9m， 2.1m1.8m，2.7 m3.3m，2.7 m1.5m窗洞口尺寸为2.1m1.8m。2.2 其他设计资料不考虑地震作用；楼面活荷载：2.0 kN/m2；走廊楼面活荷载：2.5 kN/m2屋面活荷载（上人屋面）：2.0kN/m2。基本风压：W。=0.55 kN/m2,地面粗糙度属B类。基本雪压：S。=0.25 kN/m2。土壤最大冻结深度770mm。图2-1 建筑平面图 图2-2 建筑剖面图 3 结
9、构布置及结构计算简图的确定各层梁、板、柱的混凝土强度等级均为C25，fc=11.9N/mm2,ft=1.27N/mm2。3.1 梁柱截面尺寸初选3.1.1 梁截面初选边跨梁（AB、CD跨）：h=l/10=6000/10=600mm，取h=600mm,b=250mm；中跨梁（BC）：取h=450mm，取b=250mm；纵向框架梁：取bh=250mm450mm。3.1.2 柱截面初选竖向荷载产生的轴力估计值：Nv=1.2512273=1215KN/m2轴力增大系数按1.1考虑，N=Nv1.1=12151.1=1336.5KN/m2轴压比限值按0.9考虑选柱截面尺寸为：bh=450mm450mm。3
10、.2 结构计算简图各梁柱构件线刚度经计算后示于图3-1中。其中在求梁截面惯性矩是考虑到现浇板的作用，取I=2I0（I0为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。AB、CD跨梁： BC跨梁： 纵向梁：上部各层柱： 底层柱： 注：图中数字为线刚度，单位：10-4E（m3)图3-1 结构计算简图4 荷载计算4.1 恒荷载计算4.1.1 屋面框架梁线荷载标准值（1） 屋面恒荷载标准值计算20厚1:2水泥砂浆找平层 0.0220=0.40kN/m2水泥膨胀珍珠岩找坡层（平均厚度120mm） 0.1207=0.84kN/m2100厚钢筋混凝土屋面板 0.1025=2.50kN/m215厚纸筋石灰抹底 0.01
11、516=0.24kN/m2屋面恒荷载汇总 3.98kN/m2（2）框架梁及粉刷自重（a）边跨（AB、CD跨)框架梁自重 0.250.625=3.75kN/m 边跨梁侧粉刷 2（0.6-0.10）0.0217=0.34kN/m（b）中跨（BC）框架梁自重 0.250.5025=3.13kN/m 中跨梁侧粉刷 2（0.50-0.10)0.0217=0.27kN/m（3）边跨（AB、CD）线荷载标准值g6AB1=g6CD1（自重、均布） 3.75+0.34=4.09kN/mg6AB2=g6CD2（恒载传来、梯形） 3.985.7=22.69kN/m（4）中跨（BC）线荷载标准值g6BC1（自重、均布
12、） 3.13+0.27=3.05kN/mg6BC2（恒载传来、三角形） 3.983.3=13.13kN/m4.1.2 楼面框架梁线荷载标准值（1）楼面恒荷载标准值计算20厚水泥砂浆面层 0.02520=0.50kN/m2100厚钢筋混凝土楼板 0.1025=2.50kN/m215厚低筋石灰抹底 0.01513.6=0.24kN/m2楼面恒荷载汇总 3.24kN/m2（2）边跨框架梁填充墙自重 0.30（3.6-0.6）19=17.10kN/m 边跨框架梁梁侧粉刷自重 4.09kN/m 墙体保温 （3.6-0.6）0.0645=8.10kN/m 墙面粉刷 （3.6-0.6）0.02217=2.0
13、4kN/m （3）中跨框架梁及粉刷自重（均布） 3.04kN/m（4）边跨（AB、CD）框架梁上的线荷载标准值 gAB1=gCD1（自重、均布） 4.09+27.24=31.33kN/m gAB2=gCD2（恒载传来、梯形） 3.245.7=18.48kN/m中跨（BC）线荷载标准值 gBC1（自重、均布） 3.04kN/m gBC2（恒载传来、三角形） 3.243.3=10.69kN/m4.1.3 屋面框架节点集中荷载标准值（1）顶层边节点集中荷载边柱纵向框架梁自重 0.250.65.725=21.38kN边柱纵向框架梁粉刷 2（0.6-0.10）0.025.717=1.94kN0.6m高女
14、儿墙自重 0.65.70.2419=15.60kN 女儿墙粉刷 0.620.025.717=2.33kN纵向框架梁传来屋面自重（三角形） 0.55.70.55.73.98=32.33kN汇总 G6A=G6D=73.58kN（2）顶层中节点集中荷载中柱纵向框架梁自重 0.250.455.725=16.03kN中柱纵向框架梁粉刷 2（0.45-0.10）0.025.717=1.36kN 纵向框架梁传来屋面自重 0.5(5.7+5.7-3.3)3.30.53.98=26.60kN 0.55.75.70.53.98=32.33kN汇总 G6B=G6C=76.32kN4.1.4 楼面框架节点集中荷载标准
15、值（1）中间层边节点集中荷载边柱纵向框架梁自重 21.38kN边柱纵向框架梁粉刷 1.94kN塑钢窗自重 1.82.02.10.45=3.40kN窗下墙体自重 0.30.9（5.7-0.45）19=26.93kN窗下墙体粉刷 20.020.9(5.7-0.45)17=3.22kN窗下墙体保温 0.060.9(5.7-0.45)45=12.76kN窗边墙自重 0.319（5.7-1.8-1.8-0.45）（3.6-1.5）=19.75kN窗边墙粉刷 20.020.45(3.6-1.5)17=0.64kN窗边墙保温 （5.7-1.8-1.8-0.45）（3.6-1.5）0.0645=9.36kN框
16、架柱自重 0.450.453.625=18.23kN框架柱粉刷 （0.454-0.32）0.02（3.6-0.2）17=1.39kN纵向框架梁传来楼面自重 0.55.70.55.7（5.7-0.45）=42.64kN汇总 GA=GD=161.64kN（2）中间层中节点集中荷载中柱纵向框架梁自重 16.03kN中柱纵向框架梁粉刷 1.36kN内纵墙自重 0.2（3.6-0.45）（5.7-0.45）19=62.84kN内纵墙粉刷 20.02（3.6-0.45）（5.7-0.45）17=11.25kN扣除门洞加上门重 -2.11.0（0.219+20.02172-0.2）=-8.99kN 框架柱自
17、重 18.23kN框架柱粉刷 1.39kN 纵向框架梁传来楼面自重 0.5（5.7+5.7-3.3）3.30.53.24=21.65kN 0.55.75.70.53.24=26.32kN汇总 GB=GC=150.08kN4.2 楼面活荷载计算4.2.1 楼面活荷载作用下的荷载标准值P6AB=P6CD=2.05.7=11.4kN/mP6BC=2.03.3=5.40kN/mP6A=P6D=0.55.70.55.72=16.25kN P6B=P6C=0.5（5.7+5.7-3.3）3.30.52+0.255.75.72=29.61kNPAB=PCD=2.05.7=11.4kN/mPBC=2.53.3
18、=8.25kN/mPA=PD=0.55.70.55.72=16.25kNPB=PC=16.25+0.5（5.7+5.7-3.3）3.30.52=22.93kN4.2.2 恒荷载作用下的计算简图恒荷载作用下的计算简图如图4-1所示。图4-1 恒荷载作用下的计算简图4.2.3 活荷载作用下的计算简图活荷载作用下的结构计算简图如图4-2所示。 图4-2 活荷载作用下的计算简图4.2.4 风荷载计算 风压标准值计算公式为：=zsz。 因结构高度H=22.5530m，可取z=1.0对于矩形平面s=1.3s可查建筑结构荷载规范，将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如表1所示，表中Z为框架
19、节点至室外地面的高度，A为一榀框架各层节点的受风面积，计算结果如图4-3所示表1 风荷载的计算层次zszZ。APw61.00 1.30 1.28 22.05 0.55 13.68 12.52 51.00 1.30 1.22 18.45 0.55 20.52 17.90 41.00 1.30 1.14 14.85 0.55 20.52 16.73 31.00 1.30 1.04 11.25 0.55 20.52 15.26 21.00 1.30 1.00 7.65 0.55 20.52 14.67 11.00 1.30 1.00 4.05 0.55 21.80 15.59 图4-3 风荷载作用下
20、结构计算简图4.2.5 雪荷载计算屋面水平投影面上的雪荷载标准值，按下式计算：SK=rS。基本雪压S。为0.25 kN/ m2。由于0.25 kN/ m2，所以屋面按活荷载计算。5 内力计算5.1 恒载作用下的内力计算5.1.1 计算方法的选用本设计恒载作用下的内力计算采用分层法。由图2-2中取出顶层、中间任一层、以及底层进行分析，顶层的结构计算简图如图5-1a所示，中间层和底层的计算简图如图5-1c所示。图5-1中，除底层外的所有柱线刚度取框架柱实际线刚度的0.9倍。5.1.2 等效均布荷载的计算图5-1a、c中梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成，在求固端弯矩时可直接根据图示荷载计算，也可以
21、根据固端弯矩相等的原则，先将梯形分布荷载化为等效均布荷载（图5-1b、d所示）。等效均布荷载的计算公式如图5-2所示。 （a） (b) （c） (d)图5-1 分层法计算单元简图图5-2 荷载的等效梯形荷载转化为等效均布荷载： a=l01/l02=0.55700/6000=0.475顶 层：g边=g6AB1+(1-22+3)g6AB2=4.09+(1-20.4752+0.4753)22.69 =18.97kN/m g3中=g3BC1+5/8g3BC2=3.40+5/813.13 =11.61kN/m中间层：g边 =gAB1+(1-22+3)gAB2=31.33+(1-20.4752+0.475
22、3)18.48 =43.45kN/m g中 =gBC1+5/8gBC2=3.40+5/810.69 =10.08kN/m底 层：g边 =gAB1+(1-22+3)gAB2=39.97+(1-20.4752+0.4753)18.48 =52.09kN/m g中 =gBC1+5/8gBC2=3.40+5/810.69 =10.08kN/m5.1.3 分配系数和固端弯矩的计算由于结构对称，取结构的二分之一进行计算。除底层外，柱的线刚度需乘系数0.9，并且除底层外其他各层柱的弯矩传递系数均取1/3。线刚度的修正：底层柱 其他层柱 修正后的梁柱线刚度见表5-1。表5-1 梁柱线刚度表（10-4Em3)
23、梁柱线刚度表（10-4Em3)层次梁柱iAB(iCD)iBCiC2-615.0011.518.541115.0011.517.51中间层A节点分配系数：中间层B节点分配系数：第六层固端弯矩计算：中间层固端弯矩计算：第一层固端弯矩计算： 表5-2 分层法分配系数及恒载作用下固端弯矩计算结果（kNm）结点单元ABEA下柱A上柱AB端BA端B下柱B上柱BE端EB端分配系数顶 层0.3630.6370.5120.2920.196中间层0.2660.2660.4680.3960.2260.2260.152底 层0.2420.2750.4830.3530.1760.2010.27固端弯矩顶 层-56.91
24、56.91-10.54-5.27中间层-130.35130.35-9.15-4.57底 层-156.27156.27-9.15-4.57弯矩分配法计算过程如表5-3、表5-4、表5-5所示。计算所得结构单元的弯矩图见图5-3。表5-3 顶层弯矩分配法计算过程A下柱MABMBAB下柱MBEMEB分配系数0.3630.6370.5120.2920.196固端弯矩-56.9156.91-10.54-5.27一次分配传递20.6636.251/218.13-16.511/2-33.02-18.84-12.64112.64二次分配传递5.9910.521/25.26-1.351/2-2.69-1.54-
25、1.0311.03三次分配传递0.490.861/20.43-0.22-0.13-0.0810.08结 果27.14-27.1444.8-20.51-24.298.45表5-4 中间层弯矩分配法计算过程A下柱A上柱MABMBAB下柱B上柱MBEMEB分配系数0.2660.2660.4680.3960.2260.2260.152固端弯矩-130.35130.35-9.15-4.57一次分配传递34.6834.6761.001/230.50-19.381/2-60.08-34.28-34.28-23.07123.07二次分配传递7.997.9914.061/27.03-1.391/2-2.78-1
26、.59-1.59-1.0711.07三次分配传递0.370.370.651/20.33-0.13-0.07-0.07-0.0510.05结 果43.0443.03-86.07105.22-35.94-35.94-33.3419.61表5-5 底层弯矩分配法计算过程A下柱A上柱MABMBAB下柱B上柱MBEMEB分配系数0.2420.2750.4830.3530.1760.2010.27固端弯矩-156.27156.27-9.15-4.57一次分配传递37.8242.9775.481/237.74-32.631/2-65.26-32.54-37.15-49.91149.91二次分配传递7.908
27、.9715.761/27.88-1.391/2-2.78-1.39-1.58-2.1312.13三次分配传递0.340.380.671/20.34-0.12-0.06-0.07-0.0910.09结 果46.0652.32-98.38134.07-33.99-38.8-61.2847.56图5-3 结构单元弯矩图（kNm）5.1.4 跨中弯矩计算欲求梁的跨中弯矩，不能按等效分布荷载计算，须根据求得的支座弯矩和各跨的实际荷载分布（即图5-1a、c所示），按照平衡条件计算。框架梁在实际分布荷载作用下按简支梁计算的跨中弯矩M0如图5-4所示。 M0=93.44kNm M0=16.54kNm （a）顶
28、层边跨梁 （b）顶层中跨梁 M0=199.13kNm M0=14.33kNm （c）中间层及底层边跨梁 （d）中间层及底层中跨梁 图5-4 梁在实际分布荷载（kN/m）作用下按简支梁计算的跨中弯矩（kNm）在实际分布荷载作用下，框架梁的跨中弯矩M按下式计算：表5-6 实际分布荷载作用下分层法各单元跨中弯矩计算表（kNm）位置按简支梁跨中弯矩按实际结构跨中弯矩左端弯矩右端弯矩跨中弯矩AB、CD跨顶 层93.44-27.1444.5357.47中间层199.13-86.07105.22103.49底 层238.01-98.38134.07121.79BC跨顶 层16.54-24.298.450.1
29、7中间层14.33-33.3419.61-12.15底 层14.33-61.2847.56-40.095.1.5 各分层单元计算整个结构在恒载作用下的弯矩图将分层法求得的各层弯矩叠加，可得整个框架在竖向荷载作用下的弯矩图。但由于分层法存在计算误差，叠加后各框架节点弯矩不能达到平衡，为此，需将节点不平衡弯矩再分配一次进行修正，其计算过程如表5-7、表5-8、表5-9、表5-10表5-11，叠加后的框架梁跨中弯矩计算见表5-12。表5-7 顶层不平衡弯矩再分配计算过程A下柱MABMBAB下柱MBE分配系数0.3630.6370.5120.2920.196固端弯矩48.66-27.1444.80-3
30、2.49-24.29一次分配传递-7.81-13.71 1/2-6.864.831/29.655.503.69二次分配传递-1.75-3.081/2-1.540.401/20.790.450.30三次分配传递-0.15-0.251/2-0.130.041/20.070.040.02-0.01-0.031/2-0.020.0100结 果38.94-38.9446.78-26.50-20.28表5-8 第五层不平衡弯矩再分配计算过程A下柱A上柱MABMBAB下柱B上柱MBE分配系数0.2660.2660.4680.3960.2260.2260.152固端弯矩64.5652.08-86.07105.
31、22-47.92-42.78-33.34一次分配传递-8.13-8.13-14.311/2-7.155.141/210.285.875.873.95二次分配传递-1.37-1.37-2.401/2-1.200.241/20.480.270.270.18三次分配传递-0.06-0.06-0.121/2-0.060.030.010.010.01结 果5542.52-97.52107.60-41.77-36.63-29.20表5-9 中间层(3、4层)不平衡弯矩再分配计算过程A下柱A上柱MABMBAB下柱B上柱MBE分配系数0.2660.2660.4680.3960.2260.2260.152固端弯
32、矩64.5664.56-86.07105.22-47.92-47.92-33.34一次分配传递-11.45-11.45-20.151/2-10.076.741/213.487.697.695.17二次分配传递-1.79-1.79-3.151/2-1.580.311/20.620.360.360.24三次分配传递-0.08-0.08-0.151/2-0.070.020.020.020.01结 果51.2451.24-102.48107.62-39.85-39.85-27.92表5-10 第二层不平衡弯矩再分配计算过程A下柱A上柱MABMBAB下柱B上柱MBE分配系数0.2660.2660.468
33、0.3960.2260.2260.152固端弯矩60.4864.56-86.07105.22-48.87-47.92-33.34一次分配传递-10.37-10.37-18.241/2-9.126.741/213.487.697.695.17二次分配传递-1.79-1.79-3.151/2-1.580.311/20.620.360.360.24三次分配传递-0.09-0.09-0.151/2-0.070.020.020.020.01结 果48.2452.32-100.55108.58-40.80-39.86-27.92表5-11 底层不平衡弯矩再分配计算过程A下柱A上柱MABMBAB下柱B上柱MBE分配系数0.2420.2750.4830.3530.1760.2010.27固端弯矩46.0673.84-98.38134.07-9.15一次分配传递-5.21-5.