西工大教工住宅楼结构设计 专业:土木工程 姓名:沈作斌
1 西工大教工住宅楼结构设计 专业：土木工程 姓名：沈作斌
前言 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。 本组毕业设计题目为《某办公楼框架结构设计》。在毕设前期,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。在毕设中期,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。特别是在SARS肆掠 期间,本组在校成员齐心协力、分工合作,发挥了大家的团队精神。在毕设 后期,主要进行设计手稿的电脑输入,并得到老师的审批和指正,使我圆满 的完成了任务,在此表示衷心的感谢。 毕业设计的三个月里,在指导老师的帮助下,经过资料查阅、设计计算、 论文撰写以及外文的翻译,加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解 巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。在进行内力组合的计 算时,进一步了解了 Excel。在绘图时熟练掌握了 AutoCaD,以上所有这些从 不同方面达到了毕业设计的目的与要求 框架结构设计的计算工作量很大,在计算过程中以手算为主,辅以一些 计算软件的校正。由于自己水平有限,难免有不妥和疏忽之处,敬请各位老 师批评指正
2 前 言 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。 本组毕业设计题目为《某办公楼框架结构设计》。在毕设前期，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。在毕设中期，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。特别是在 SARS 肆掠 期间，本组在校成员齐心协力、分工合作，发挥了大家的团队精神。在毕设 后期，主要进行设计手稿的电脑输入，并得到老师的审批和指正，使我圆满 的完成了任务，在此表示衷心的感谢。 毕业设计的三个月里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、 论文撰写以及外文的翻译，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。 巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。在进行内力组合的计 算时，进一步了解了 Excel。在绘图时熟练掌握了 AutoCAD，以上所有这些从 不同方面达到了毕业设计的目的与要求。 框架结构设计的计算工作量很大，在计算过程中以手算为主，辅以一些 计算软件的校正。由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老 师批评指正
内容摘要 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。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设 计。完成了平台板,梯段板,平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制 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, 78. 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 mak ing 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 intemal force can be made by using the Excel software, whose purpose i 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 protractin the reinforcing drawings of the components. The design of the stairs is also be approached by calculating the internal force and reinforcing such components as landing slab, step board and landing girder whose shop drawings are completed in the end. Keywords: frames, structural design, anti-seismic design
3 内容摘要 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。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设 计。完成了平台板，梯段板，平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。 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. The design of the stairs is also be approached by calculating the internal force and reinforcing such components as landing slab, step board and landing girder whose shop drawings are completed in the end. Keywords : frames, structural design, anti-seismic design
毕业设计进度计划安排 第一周课题调研,选题、结构方案设计 第二周复习结构设计有关内容,借阅相关规范及资料 第三周导荷载、计算楼层荷载 第四周计算结构自震周期、水平地震作用大小 第五、六周水平地震力作用下的框架内力分析、计算 第七、八周竖向荷载作用下的框架内力计算 第九周框架内力组合分析、计算 第十周义务劳动周 第十一周楼层板配筋、框架梁配筋及构造 第十二周框架柱配筋、框架节点配筋及构造 第十三周TBSA计算及分析 第十四周楼梯计算,整理计算书 第十五周翻译科技资料,画图 第十六周打印论文,淮备答辩
4 毕业设计进度计划安排: 第一周 课题调研，选题、结构方案设计 第二周 复习结构设计有关内容，借阅相关规范及资料 第三周 导荷载、计算楼层荷载 第四周 计算结构自震周期、水平地震作用大小 第五、六周 水平地震力作用下的框架内力分析、计算 第七、八周 竖向荷载作用下的框架内力计算 第九周 框架内力组合分析、计算 第十周 义务劳动周 第十一周 楼层板配筋、框架梁配筋及构造 第十二周 框架柱配筋、框架节点配筋及构造 第十三周 TBSA 计算及分析 第十四周 楼梯计算，整理计算书 第十五周 翻译科技资料，画图 第十六周 打印论文，准备答辩
目录 第一部分:工程概况 建筑地点、建筑类型、建筑介绍、门窗使用、地质条件 柱网与层高 框架结构承重方案的选择 框架结构的计算简图……… 梁、柱截面尺寸的初步确定……… 2235 第二部分:框架侧移刚度的计算… 横梁、纵梁、柱线刚度的计算…… 各层横向侧移刚度计算 各层纵向侧移刚度计算 …12 第三部分:重力荷载代表值的计算 资料准备……… …13 重力荷载代表值的计算… …14 第四部分:横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算 横向自振周期的计算 水平地震作用及楼层地震剪力的计算… 多遇水平地震作用下的位移验算………………………………………27 水平地震作用下框架内力计算…… …28 第五部分:竖向荷载作用下框架结构的内力计算 …32 计算单元的选择确定……………… 荷载计算…… 33 内力计算……… 梁端剪力和柱轴力的计算 …45
5 目 录 第一部分：工程概况…………………………………………………………1 建筑地点、建筑类型、建筑介绍、门窗使用、地质条件 ……………………1 柱网与层高 ………………………………………………………………………1 框架结构承重方案的选择 ………………………………………………………2 框架结构的计算简图 ……………………………………………………………2 梁、柱截面尺寸的初步确定 ……………………………………………………3 第二部分：框架侧移刚度的计算…………………………………………5 横梁、纵梁、柱线刚度的计算 …………………………………………………5 各层横向侧移刚度计算 …………………………………………………………6 各层纵向侧移刚度计算…………………………………………………………12 第三部分：重力荷载代表值的计算 ……………………………………13 资料准备…………………………………………………………………………13 重力荷载代表值的计算…………………………………………………………14 第四部分：横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算……23 横向自振周期的计算……………………………………………………………23 水平地震作用及楼层地震剪力的计算…………………………………………24 多遇水平地震作用下的位移验算………………………………………………27 水平地震作用下框架内力计算…………………………………………………28 第五部分：竖向荷载作用下框架结构的内力计算…………………32 计算单元的选择确定……………………………………………………………32 荷载计算…………………………………………………………………………33 内力计算…………………………………………………………………………40 梁端剪力和柱轴力的计算………………………………………………………45
横向框架内力组合… 中···················· 框架柱的内力组合 柱端弯矩设计值的调整 …57 柱端剪力组合和设计值的调整……… ……60 第六部分:截面设计…………………………… …62 框架梁……………………………………………62 框架柱…… 框架梁柱节点核芯区截面抗震验算…… 78 第七部分:楼板设计 楼板类型及设计方法的选择 设计参数… ……………………………………82 弯矩计算 83 截面设计………………………………… 第八部分:楼梯设计 设计参数… 楼梯板计算…… ……………………………………………91 平台板计算 ………93 平台梁计算………………… ………94 第九部分:框架变形验算……… …96 梁的极限抗弯承载力计算……………………………… 柱的极限抗弯承载力计算…… 97
6 横向框架内力组合………………………………………………………………46 框架柱的内力组合………………………………………………………………54 柱端弯矩设计值的调整…………………………………………………………57 柱端剪力组合和设计值的调整…………………………………………………60 第六部分：截面设计…………………………………………………………62 框架梁……………………………………………………………………………62 框架柱……………………………………………………………………………68 框架梁柱节点核芯区截面抗震验算……………………………………………78 第七部分：楼板设计…………………………………………………………82 楼板类型及设计方法的选择……………………………………………………82 设计参数…………………………………………………………………………82 弯矩计算…………………………………………………………………………83 截面设计…………………………………………………………………………87 第八部分：楼梯设计…………………………………………………………91 设计参数…………………………………………………………………………91 楼梯板计算………………………………………………………………………91 平台板计算………………………………………………………………………93 平台梁计算………………………………………………………………………94 第九部分：框架变形验算…………………………………………………96 梁的极限抗弯承载力计算………………………………………………………96 柱的极限抗弯承载力计算………………………………………………………97
确定柱端截面有效承载力M…………………………98 各柱的受剪承载力Vy的计算 楼层受剪承载力V的计算…………… …100 罕遇地震下弹性楼层剪力V的计算………………… …101 楼层屈服承载力系数ξy的计算 ………101 层间弹塑性位移验算 第十部分:科技资料翻译 ………104 科技资料原文 原文翻译………… …113 第十一部分:设计心得 ……120 参考资料
7 确定柱端截面有效承载力 Mc……………………………………………………98 各柱的受剪承载力 Vyij的计算 …………………………………………………99 楼层受剪承载力 Vyi的计算……………………………………………………100 罕遇地震下弹性楼层剪力 Ve的计算 …………………………………………101 楼层屈服承载力系数ξyi的计算………………………………………………101 层间弹塑性位移验算 …………………………………………………………103 第十部分： 科技资料翻译………………………………………………104 科技资料原文 …………………………………………………………………104 原文翻译 ………………………………………………………………………113 第十一部分：设计心得……………………………………………………120 参考资料 …………………………………………………123
第一部分:工程概况 建筑地点:北京市 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120ⅷ,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,如下图所示 柱网布置图
8 第一部分：工程概况 建筑地点：北京市 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，如下图所示： 柱网布置图
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。 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 案为横冋框架承重方案,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。 框架结构的计算简图: 8米7.2=34.56 框架结构的计算简图 纵向框架组成的空间结构
9 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。 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。 框架结构的计算简图： 框架结构的计算简图 纵向框架组成的空间结构
横向框架组成的空间结构 本方案中,需近似的按纵横两个方向的平面框架分别计算。 梁、柱截面尺寸的初步确定: 1、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=300600。 2、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=BFgn 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 gε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)A≥N/ufe 注:u为框架柱轴压比限值,本方案为二级抗震等级,查《抗震规
10 横向框架组成的空间结构 本方案中，需近似的按纵横两个方向的平面框架分别计算。 梁、柱截面尺寸的初步确定： 1、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。 2、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