框架结构建筑设计及结构设计计算书.doc

宁波理工学院

毕业设计（论文）

题 目
姓 名
学 号 　
专业班级
指导教师
学 院 土木建筑工程学院
完成日期

摘 要
毕业设计是专业课教学的综合实践性教学环节，是对所学内容的复习和巩固。本次毕业设计主要包括建筑设计和结构设计，毕业设计说明针对设计过程的每一步都进行了详细的介绍。建筑设计说明介绍了平面选型的确定，平面组合的选择，材料的选择及主体结构每部分的具体作法；结构设计说明中介绍了结构的类型和布置方式，截面尺寸的初估，施工材料的选择和施工要求；结构计算书中，选取了柱网中的一榀框架进行了详细计算。此外还包括结构平面布置、内力计算、内力组合以及梁、柱、楼梯、基础及楼盖的截面配筋计算。

关键词：框架结构；建筑设计；结构设计；计算书

Abstract

Graduation design is a comprehensive practical teaching of specialized course teaching, what’s more, it’s also a great chance to study and review the content that we have learned. This graduation design mainly includes the architectural design and structural design, graduation design description for every step of the design are introduced in detail. Architecture design specification describes the determination of plan, plane combination selection, the concrete method selection and the main structure material for each part of the structure design specification; introduces the structure type and layout, section size estimate, requirements for the selection and construction materials; structure calculation, carried out a detailed calculation of selected in a frame column. In addition, it also includes structural layout,internal force calculation,the combination of internal forces,calculation of reinforcement beams, columns, stairs, foundation and floor.

Keyword：frame structure；architectural design；structure design；calculations

目 录

摘要 I
ABSTRACT II
1. 设计任务及基本要求 1
1.1 原始资料 1
1.1.1 工程概况 1
1.1.2 设计条件 1
1.2 建筑设计任务及要求 2
1.2.1 基本要求 2
1.2.2 规定绘制的建筑施工图 2
1.3 结构设计任务及要求 2
1.3.1 基本要求 2
1.3.2 规定绘制的结构施工图 2
1.3.3 结构设计计算书内容 2
2. 结构布置 3
2.1 结构布置方案及结构选型 3
2.1.1 结构承重方案选择 3
2.1.2 主要构件选型 3
2.1.3 梁、柱截面尺寸估算 4
2.2 确定结构计算简图 5
2.3 梁、柱惯性矩、线刚度、相对线刚度计算 5
3. 荷载计算 8
3.1 恒荷载标准值计算 8
3.2 活荷载标准值计算 9
3.3 竖向荷载下框架受荷总图 10
3.4 风荷载标准值计算 12
3.5 风荷载作用下的位移验算 14
3.5.1 侧移刚度D 14
3.5.2 风荷载作用下框架侧移计算 15
4. 荷载内力分析与计算 17
4.1 恒荷载作用下框架内力分析 17
4.1.1 恒荷载作用下框架的弯矩计算 17
4.1.2 恒荷载作用下框架剪力图及计算 22
4.2 活荷载作用下框架的内力计算 27
4.2.1 楼面活荷载下框架的弯矩计算 27
4.2.2 活荷载作用下框架剪力图及计算 33
4.3 风荷载作用下框架的内力计算 38
5. 荷载组合和内力组合 47
5.1 荷载效应的基本组合 47
5.2梁和柱的内力组合 47
6. 框架梁、柱的配筋计算 58
6.1 框架柱截面设计 58
6.1.1 轴压比验算 58
6.1.2 截面尺寸复核 58
6.1.3 正截面受弯承载力计算 58
6.1.4 垂直于弯矩作用平面的受压承载力验算 63
6.1.5 斜截面受剪承载力计算 63
6.1.6 裂缝宽度验算 64
6.2 框架梁截面设计 64
6.2.1 正截面受弯承载力计算 64
6.2.2 斜截面受剪承载力计算 65
7. 楼梯设计 65
7.1 梯段板设计 65
7.1.1 荷载计算 65
7.2 平台板设计 66
7.2.1 荷载计算 66
7.2.2 截面设计 66
7.3 平台梁设计 67
7.3.1 荷载计算 67
7.3.2 截面设计 67
8. 板的设计 69
8.1 荷载计算 69
8.2 计算跨度 70
8.3 配筋计算 71
参考文献 72

18

1. 设计任务及基本要求
1.1 设计原始资料
1.1.1 工程概况
本工程位于宁波市鄞州区，总建筑面积约2300㎡，建筑层数5层；层高2.8-3.0m，房屋总高度为17.850米，采用不上人屋面。工程性质为住宅用房，结构形式为框架结构。本工程设计使用年限50年，建筑耐火等级为二级，屋面防水等级Ⅱ级，建筑结构安全等级为二级，抗震设防烈度为6度，抗震等级为四级，地震加速度为0.050g，地基基础设计等级为乙级，并符合现行规范要求。
1.1.2 设计条件
1、抗震设防烈度：6度设防，抗震设计分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.050g；
2、基本风压： 0.50KN/㎡，B类粗糙度；
3、雪荷载标准值：0.3KN/㎡；
4、结构体系：现浇钢筋混凝土框架结构。
1.2建筑设计任务及要求
1.2.1 基本要求
满足建筑功能要求，根据已有的设计规范，遵循建筑设计适用、经济合理、技术先进、造型美观的原则，对建筑方案分析其合理性，绘制建筑施工图。
1.2.2 规定绘制的建筑施工图
（1）底层、标准层及屋顶平面图：比例 1：100
（2）主要立面图：比例 1：100
（3）剖面图：比例 1：100
1.3 结构设计任务及要求
1.3.1 基本要求
在建筑方案设计的基础上，正确选择合理的结构形式，结构体系和结构布置，掌握多、高层建筑结构的计算方法和基本构造要求。
1.3.2 规定绘制的结构施工图
1、柱网平面布置及板配筋图：比例 1：100
2、梁结构配筋图：比例 1：100
3、楼板结构配筋图：比例 1：100
1.3.3 结构设计计算书内容
对指定的一榀横向框架进行结构计算（手算），同时进行部分现浇楼梯（梁式或板式）、部分现浇板的设计计算和该榀框架下基础的设计计算。选择一个专题进行分析比较。列出结构设计计算过程中采用的计算方法、计算假定、计算原则、计算简图、内力图及计算结果.

2. 结构布置
2.1结构布置方案及结构选型
2.1.1 结构承重方案选择
根据建筑功能要求以及建筑施工布置图，本工程确定采用框架结构方案,结构平面布置如图2.1所示。
`
2.1 结构计算简图

2.1.2 主要构件选型
(1) 梁、板、柱结构形式：现浇钢筋混凝土框架结构
(2) 墙体采用：外墙采用粉煤灰烧结多孔砖，内墙采用轻质隔断
(3) 墙体厚度：外墙240mm,内墙240mm
(4) 基础采用：桩基础。
2.1.3 梁、柱截面尺寸估算
(1) 横向框架梁
A-B跨：l0=4300mm，h=(1/10~1/12)l0=358.3mm~430mm,取h=400mm
b=(1/2~1/3)h=133.3mm~200mm,取b=200mm
B-C跨：l0=2100mm，h=(1/10~1/12)l0=262.5mm~175mm，取h=400mm
b=(1/2~1/3)h=125mm~83.3mm，取b=200mm
C-D跨: l0=3600mm,h=(1/8~1/12)l0=450mm~300mm,取h=400mm
b=(1/2~1/3)h=200mm~133.3mm,取b=200mm
D-F跨: l0=1600mm,h=(1/8~1/12)l0=200mm~133.3mm,取h=400mm
b=(1/2~1/3)h=200mm~133.3mm,取b=200mm
1/A-A跨l0=1800mm,h=(1/8~1/12)l0=200mm~133.3mm,取h=400mm
b=(1/2~1/3)h=200mm~133.3mm,取b=200mm
取横向框架梁初选界面尺寸 A-B跨：b×h=200mm×400mm
B-C跨：b×h=200mm×400mm
C-D跨：b×h=200mm×400mm
D-F跨：b×h=200mm×400mm
(2) 纵向框架梁
外侧：取h=400mm，b=240mm
内侧：取h=400mm，b=200mm
(3) 框架柱
初估框架柱截面尺寸为400×400。 (抗震等级为四级，轴压比μN=0.9)。
2.2 确定结构计算简图
三个假设:
(1) 平面结构假设：认为每一方向的水平力只由该方向的抗侧结构承担，垂直于该方向的抗侧力结构不受力；
(2) 板在自身平面内在水平荷载作用下，框架之间不产生相对位移；
(3) 考虑水平荷载作用下的扭转作用；
计算简图:
根据结构平面布置图以第21轴作为计算单元如图2.2 所示。
框架梁跨度（按柱轴线确定）：
AB 跨：4300mm BC 跨：2100mm CD 跨：3600mm
DE跨：600mm
框架柱高度：
取 底 层：H＝2700＋500+150＝3350mm
二、三、四、五层：H=3000mm

图2.2 框架平面简图
2.3 梁、柱惯性矩、线刚度、相对线刚度计算
(1) 梁、柱惯性矩计算
框架梁：

框架柱：
(2) 梁、柱线刚度计算
中间框架，取I=2Ib ,根据公式：可以得出梁、柱线刚度如下:
左跨梁：
中跨梁：
右跨梁：
底层柱：
二~六层柱：
以中跨梁线刚度为基准值,梁、柱得相对线刚度 如图2.2所示。

图2.2 框架计算简图

3. 荷载计算
3.1 恒荷载标准值计算
(1) 屋面
结构层：120 厚现浇钢筋混凝土板 0.12×25 = 3.0 kN/m2
找坡层：40厚C20 水泥石灰焦渣砂浆2%找平 0.04×14 = 0.56 kN/m2
找平层：15厚水泥砂浆找平层 0.015×20 = 0.3 kN/m2
保温层：80 厚矿渣水泥 0.08×14.5 = 1.16 kN/m2
防水层：40厚C20 细石混凝土防水 1.0kN/m2
抹灰层：20 厚混合砂浆 0.02×17 = 0.34 kN/m2
合计： 6.76kN/m2
(2) 卫生间楼面
小瓷砖地面 0.55kN/m2
20厚的水泥砂浆 0.02×20=0.4kN/m
结构层：100 厚现浇钢筋混凝土板 0.10×25 = 2.5 kN/m2
抹灰层：20 厚混合砂浆 0.02×17 = 0.34kN/m2
合计： 3.79kN/m2
(3) 标准层楼面
水磨石地面 0.65kN/m2
30厚水泥砂浆结合层 0.03×20 = 0.6 kN/m2
结构层：100 厚现浇钢筋混凝土板 0.10×25 =2.5kN/m2
抹灰层：20 厚抹灰层 0.02×17 = 0.34kN/m2
合计： 4.09kN/m2
(6) 外纵墙自重
二至六层
钢框玻璃窗 0.45kN/m2
水泥粉刷内墙面 0.36kN/m2
水刷石外墙面 0.5kN/m2
纵墙（有窗）[( 2.9×2.6-1.5×1.5)×18×0.24-0.45×1.5×1.5+(2.9×2.6-1.5×1.5)×0.86]/2.9 =9.1kN/m
纵墙（没窗） 0.86×2.6×0.24+0.24×2.6×18= 11.77kN/m
底层
纵墙（有窗）[( 2.9×2.3-1.5×1.5)×18×0.24-0.45×1.5×1.5+(2.9×2.3-1.5×1.5)×0.86]/2.9 =7.55kN/m
纵墙（没窗） 0.86×2..3×0.24 +0.24×2.3×18=10.41kN/m
(7) 内隔墙自重
二~六层
内隔墙 0.2×2.6×9=4.68kN/m
水泥粉刷内墙面 0.36×3.0=1.08kN/m
合计： 5.76kN/m
底层
内隔墙 0.2×2.7×9=4.86kN/m
水泥粉刷内墙面 0.36×2.7=0.97kN/m
合计: 5.83kN/m
(8) 屋顶檐口自重
女儿墙 0.24×0.7×25=4.2kN/m
（9）栏杆 3kN/m
3.2 活荷载标准值计算
(1) 屋面和楼面活荷载标准值
不上人屋面活载： 0.5 kN/m2
住宅楼一般房间活载： 2.0kN/m2
厨房： 2.0kN/m2
卫生间、阳台： 2.5kN/m2
(2) 雪荷载
Sk=0.30 kN/m2
屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取大值。
(3)基本风压 0.5kN/m2
3.3 竖向荷载下框架受荷总图
(1) 1/A-F 轴间框架梁
板传荷载的传递示意图见图3.1

图3.1 板传荷载示意图

图3.2 恒载作用下竖向受荷图（kN）

图3.3 活荷载作用下竖向受荷图（kN)
3.4 风荷载标准值计算
为了简化计算，作用在外墙面上的风荷载可近似用作用在屋面梁和楼面梁等处的等效集中荷载替代。作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值计算公式为:

式中 ——基本风压，=0.5kN/m2；
——风压变化系数，因为建设在城市郊区，所以地面粗糙度为B类；
——风荷载体型系数，根据建筑物的体型查得=1.3；
βz——风阵系数，因为建筑物高H=17.85m﹤30m，所以βz=1.0；
hi——下层柱高；
hj——上层柱高， B——迎风面宽度，B=3.55m。
计算过程间表3.1。
表3.1 风荷载计算
离地面高度
Z/m

/(KN/m2)
/m
/m
/KN
17.85
1.19
1
1.3
0.5
3.0
0.7
6.04
14.85
1.13
1
1.3
0.5
3.0
3.0
7.82
11.85
1.05
1
1.3
0.5
3.0
3.0
6.86
8.85
1.00
1
1.3
0.5
3.0
3.0
6.53
5.85
1.00
1
1.3
0.5
3.0
3.0
6.53
2.85
1.00
1
1.3
0.5
2.7
3.0
6.21

风荷载见图3.4

图4.3 框架受风荷载作用图（kN）
3.5 风荷载作用下的位移验算
3.5.1 侧移刚度D
见表3.2、表3.3。
表3.2 横向二层~顶层D值的计算

构件名称

/(KN/m)

A轴柱

0.417

23680

B轴柱

0.390

22152

C轴柱

0.405

23004

D轴柱

0.638

36238
=23680KN/m+22152KN/m+23004KN/m+36238KN/m=105074KN/m

表 3.3 横向底层D值的计算

构件名称

/(KN/m)

A轴柱

0.583

23751

B轴柱

0.563

22936

C轴柱

0.574

23385

D轴柱

0.747

27896
=23751KN/m+22936KN/m+23385KN/m+27896KN/m=97968KN/m
3.5.2 风荷载作用下框架侧移计算
水平荷载作用下的层间侧移可按下式计算：

式中 Vj——第j层的总剪力；
ΣDij——第j层所有柱的抗侧移刚度之和；
Δuj——第j层的层间侧移；
框架在风荷载作用下侧移的计算见表3.5。表3.5 风荷载作用下框架侧移计算

层次
/KN

/KN
/(KN/m)
/m
/h

6
6.04
6.04
105074
0.00006
1/50000
5
7.82
13.86
105074
0.00013
123077
4
6.86
20.72
105074
0.00019
1/15789
3
6.53
27.25
105074
0.00026
1/11538
2
6.53
33.78
105074
0.00032
1/9375
1
6.21
39.99
97968
0.00041
1/8171

侧移验算：
层间侧移最大值：1/8171﹤1/550（满足要求）
4. 荷载内力分析与计算
4.1 恒荷载作用下框架内力分析
4.1.1 恒荷载作用下框架的弯矩计算
(1) 梁的固端弯矩计算
恒载（竖向荷载）作用下的内力计算采用弯矩二次分配法。固端弯距根据固端弯矩表求得。
屋面：
M1/A-A=0kN.m MA-1/A=60.1kN.m
MAB=-76.82kN.m MBA=76.82kN.m
MBC=-2.68kN.m MCB=2.68kN.m
MCD=-11.37kN.m MDC=11.37N.m
MDE=-9.5kN.m MED=0N.m
五层楼面：
M1/A-A=0kN.m MA-1/A=61.3kN.m
MAB=-47.26kN.m MBA=47.26kN.m
MBC=-2.42kN.m MCB=2.42kN.m
MCD=-27.83kN.m MDC=27.27kN.m
MDE=-17.4kN.m MED=0kN.m
四层楼面：
M1/A-A=0kN.m MA-1/A=61.3kN.m
MAB=-47.26kN.m MBA=47.26kN.m
MBC=-2.42kN.m MCB=2.42kN.m
MCD=-27.83kN.m MDC=27.27kN.m
MDE=-17.4kN.m MED=0kN.m
三层楼面：
M1/A-A=0kN.m MA-1/A=61.3kN.m
MAB=-47.26kN.m MBA=47.26kN.m
MBC=-2.42kN.m MCB=2.42kN.m
MCD=-27.83kN.m MDC=27.27kN.m
MDE=-17.4kN.m MED=0kN.m
二层楼面：
M1/A-A=-0kN.m MA-1/A=61.3kN.m
MAB=-47.26kN.m MBA=47.26kN.m
MBC=-2.42kN.m MCB=2.42kN.m
MCD=-27.83kN.m MDC=27.27kN.m
MDE=-17.4kN.m MED=0kN.m
一层楼面：
M1/A-A=0kN.m MA-1/A=61.3kN.m
MAB=-47.26kN.m MBA=47.26kN.m
MBC=-2.42kN.m MCB=2.42kN.m
MCD=-27.83kN.m MDC=27.27kN.m
MDE=-17.4kN.m MED=0kN.m
(2) 采用二次弯矩分配法计算框架弯矩
梁端调幅85%，并将梁端节点弯距换算至梁端柱边弯距值，以备内力组合时用。其计算步骤和结果参见表4.1。

表4.1 恒载框架弯矩计算（kN·m）
上柱
下柱
右梁

左梁
上柱
下柱
右梁

左梁
上柱
下柱
右梁

左梁
上柱
下柱

0.68
0.32

0.19

0.42
0.39

0.38

0.4
0.22

0.36

0.64
60.1

-76.82

76.82

-2.68

2.68

-11.37

11.37
-9.5

11.37
5.35

-14.09

-31.14
-28.91

3.3

3.48
1.91

-0.67

-1.2

-2.81
-7.05

2.68

-6.5
1.65

-14.46

3.56
-0.34

0.96

-1.93

6.7
3.16

0.41

0.91
0.85

4.27

4.5
2.47

0.35

0.62

15.26
-75.36

65.82

-36.73
-29.09

-4.21

11.54
-7.33

12.01

-2.51
调幅后

-64.06
调幅后
55.95

-24.73
调幅后
-3.58

-6.23
调幅后
10.21

上柱
下柱
右梁

左梁
上柱
下柱
右梁

左梁
上柱
下柱
右梁

左梁
上柱
下柱
0.4
0.4
0.2

0.14
0.29
0.29
0.28

0.27
0.28
0.28
0.17

0.22
0.39
0.39
61.3

-47.26

47.26

-2.42

2.42

-27.83

27.27

-17.4
-5.62
-5.62
-2.81

-6.28
-13
-13
-12.55

6.86
7.11
7.11
4.32

-2.17
-3.85
-3.85
5.69
-2.81
-3.14

1.41
-15.57
-6.5
3.43

-6.28
1.74
3.56
-1.09

2.16
-0.6
-1.93
0.1
0.1
0.05

2.41
5
5
4.82

2.1
2.18
2.18
1.32

0.08
0.14
0.14
0.17
-8.42
-56.16

44.8
-23.57
-14.5
-6.72

5.1
11.03
12.85
-23.28

27.34
-4.31
-5.64
调幅后

-45.19
调幅后
38.08

-5.71
调幅后
4.33

-17.79
调幅后
23.24

上柱
下柱
右梁

左梁
上柱
下柱
右梁

左梁
上柱
下柱
右梁

左梁
上柱
下柱
0.4
0.4
0.2

0.14
0.29
0.29
0.28

0.27
0.28
0.28
0.17

0.22
0.39
0.39
61.3

-47.26

47.26

-2.42

2.42

-27.83

27.27

-17.4
-5.62
-5.62
-2.81

-6.28
-13
-13
-12.55

6.86
7.11
7.11
4.32

-2.17
-3.85
-3.85
-2.81
-2.81
-3.14

-1.41
-6.5
-6.5
3.43

-6.28
3.56
3.56
-1.09

2.16
-1.93
-1.93
3.5
3.5
1.75

1.54
3.18
3.18
3.07

0.07
0.07
0.07
0.04

0.37
0.66
0.66
-4.93
-4.93
-51.46

41.11
-16.32
-16.32
-8.47

3.07
10.74
10.74
-24.56

27.63
-5.12
-5.12
调幅后

-43.74
调幅后
34.94

-7.2
调幅后
2.61

20.88
调幅后
23.49

上柱
下柱
右梁

左梁
上柱
下柱
右梁

左梁
上柱
下柱
右梁

左梁
上柱
下柱
0.4
0.4
0.2

0.14
0.29
0.29
0.28

0.27
0.28
0.28
0.17

0.22
0.39
0.39
61.3

-47.26

47.26

-2.42

2.42

-27.83

27.27

-17.4
-5.62
-5.62
-2.81

-6.28
-13
-13
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6.86
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2.16
-1.93
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3.5
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1.54
3.18
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3.07

0.07
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3.07
10.74
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27.63
-5.12
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调幅后

-43.74
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2.61

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上柱
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右梁

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上柱
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右梁

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右梁

左梁
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0.4
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0.29
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0.39
61.3

-47.26

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-2.42

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-17.4
-5.62
-5.62
-2.81

-6.28
-13
-13
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6.86
7.11
7.11
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-2.17
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-3.85
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-6.5
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-16.32
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3.07
10.74
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27.63
-5.12
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调幅后

-43.74
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调幅后
2.61

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调幅后
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上柱
下柱
右梁

左梁
上柱
下柱
右梁

左