土木工程毕业设计计算书范文.doc

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1、摘要本设计主要进行了结构方案中框架5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振周期，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。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计并完成了平台板，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-s

2、eismic design in the longitudinal frames of axis5. 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

3、 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 dete

4、rmination 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 protract

5、ing 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目 录 中文摘要英文摘要

6、一、设计资料1二、结构布置及结构计算简图的确定1三、荷载计算3四、内力计算. 10五、内力组合56六、截面设计56七、框架节点核心区抗震验算56八、基础设计.58九、板式楼梯设计. 60参考文献. 63附录.附录一：内力组合表.附录二：梁配筋表.附录三：柱配筋表.附录四：KJ-3内力图.附录五：各层配筋简图.一、设计资料（1） 设计标高：室内设计标高0.000,室内外高差450mm.（2） 墙身做法：采用加气混凝土块，用M5混合砂浆砌筑，内粉刷为混合砂浆底，纸筋灰面，厚20mm，“803”内涂料两度。外墙采用贴面砖，1：3水泥砂浆底厚20mm。（3） 楼面作法：楼板顶面为水磨石地面，楼板底面为

7、15mm厚白灰砂浆天花抹面，外加V型轻钢龙骨吊顶。（4） 屋面作法：现浇楼板上依次铺20mm厚水泥砂浆找平层、300mm厚水泥珍珠制品隔热找平层、20mm厚水泥砂浆找平层和SDC120复合卷材，下面依次为15mm厚白灰砂浆天花抹面和V型轻钢骨龙吊顶。（5） 基本风压：o=0.3KN/m2(地面粗糙度属C类)。（6） 基本雪压：S0=0.3KN/m2。（7） 抗震设防烈度：八度（0.2g）第二组，框架抗震等级为二级。（8） 地质条件： 由上至下：人工添土：厚度为1m粉质粘土：厚度为7m，地基承载力特征值为500KPa中风化基岩：岩石饱和单轴抗压强度标准值为3.6MPa建筑场地类别为类；无地下水及

8、不良地质现象。活荷载：上人屋面活荷载2.0KN/m2，办公室楼面活荷载2.0KN/m2,走廊楼面活荷载2.5KN/m2,档案室楼面活荷载2.5KN/m2。二、结构布置及结构计算简图的确定结构平面布置如图1所示。各梁柱截面尺寸确定如下：主梁：取h=1/9=1/97200=800mm，取h=800mm,取b=350mm，次梁：取h=1 /16=1/167200=450mm，取h=500mm,取b=250mm，柱子：取柱截面均为bh=600600mm，现浇板厚为100mm。取轴线为计算单元，结构计算简图如图2所示，根据地质资料，确定基础顶面离室外地面为500mm，由此求得底层层高为4.7m。各梁柱构

9、件的线刚度经计算后列于图2中，其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取I=2I0（I0为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。梁柱均采用C30混凝土。由于后面梁的组合弯矩过大，相对受压区高度超过了界限受压区高度，所以改用C40混凝土，因为梁柱刚度成比例增加，不会引起后面分配系数的改变。地震作用下的弹性侧移将更小，一定符合要求。框架刚度计算：1.边跨框架梁线刚度：ib=2EcI。/l=23.01043508003/(127200) =12.441010Nmm2.中间跨框架梁线刚度： ib=2EcI。/l=23.01043508003/(122400)=37.331010Nmm3.二五层框架柱

10、线刚度：ic=EcI。/l=3.01046006003/(123600)=9.001010Nmm4.首层框架柱线刚度：ic=EcI。/l=3.01046006003/(124700)=6.891010Nmm在计算内力时，柱的线刚度取框架实际柱线刚度的0.9倍。即：首层框架柱线刚度:ic=0.96.891010=6.201010Nmm二五层框架柱线刚度:ic=0.99.001010=8.101010Nmm三、荷载计算1.恒载计算（1） 屋面框架梁线荷载标准值：SDC120复合卷材 0.15KN/m220mm厚水泥砂浆找平层 0.4 KN/m2300mm厚水泥砂浆珍珠制品隔热找平层 1.2 KN/

11、m220mm厚水泥砂浆找平层 0.4 KN/m2100mm厚现浇混凝土楼板 2.5 KN/m215mm厚白灰砂浆天花抹面 0.26 KN/m2V型轻钢龙骨吊顶 0.12 KN/m2屋面恒载 5.03 KN/m2框架梁自重 0.350.80257.00 KN/m梁侧粉刷2（0.80-0.1）0.02170.48KN/m作用在顶层框架梁上的线荷载为：g5AB1=g5CD1=7.000.487.48 KN/m g5BC1=7.48KN/mg5AB2=g5CD2=5.033.6=18.12 KN/m g5BC2=5.032.4=12.07KN/m （2） 楼面框架梁线荷载标准值：水磨石地面 0.65

12、KN/m2100mm厚现浇混凝土楼板 2.5 KN/m215mm厚白灰砂浆天花抹面 0.26 KN/m2V型轻钢龙骨吊顶 0.12 KN/m2楼面恒载 3.53 KN/m2边跨填充墙自重： 0.20（3.6-0.80）73.92KN/m墙面粉刷： （3.6-0.80）0.022171.90KN/m作用在中间层框架梁上的线荷载为：gAB1=gCD1=7.48+3.921.9013.30KN/m gBC1=7.48 KN/mgAB2=gCD2=3.533.6=12.71 KN/m gBC2=3.532.4=8.47 KN/m （3） 屋面框架节点集中荷载标准值：边柱连系梁自重： 0.350.807

13、.22550.40KN粉刷： 20.02（0.80-0.10）7.2173.43KN次梁自重： 0.250.507.2250.511.25 KN粉刷： 20.02（0.50-0.10）7.2170.50.98KN1.5m高女儿墙自重： 1.57.20.20712.10 KN粉刷： 20.021.27.2175.88 KN连系梁传来屋面自重： A、D点相同： （3.63.6+1.81.8）5.0381.49 KN顶层边节点集中荷载： G5A=G5D=165.53KN中柱连系梁自重： 0.350.807.22550.40KN粉刷： 20.02（0.80-0.10）7.2173.43 KN次梁自重：

14、 0.250.507.2250.511.25KN粉刷： 20.02（0.50-0.10）7.2170.50.98 KN连系梁传来屋面自重：B、C点相同：0.51.21.22.41.20.51.81.81.83.6 25.03117.70 KN顶层中间节点集中荷载： G5B=G5C=183.76KN（4） 楼面框架节点集中荷载标准值：边柱连系梁自重： 0.350.807.22550.40KN粉刷： 20.02（0.80-0.10）7.2173.43 KN次梁自重： 0.250.507.2250.511.25KN粉刷： 20.02（0.50-0.10）7.2170.50.98 KN钢窗自重： 2.

15、121.80.453.40KN窗下墙体自重： 0.21.006.679.24KN粉刷： 20.021.006.6174.49 KN窗边墙体自重： 1.8（6.62.12）0.276.05 KN粉刷： 20.021.8（6.62.12）172.94 KN框架柱自重： 0.600.603.62532.4 KN粉刷： 1.80.023.6172.20 KN连系梁传来楼面自重：A、D点相同： （3.63.6+1.81.8）3.5357.19 KN 中间层边节点集中荷载： GA=GD=183.97KN中柱连系梁自重： 50.40 KN粉刷： 3.43 KN次梁自重： 11.25 KN粉刷： 0.98 K

16、N内纵墙自重： 6.6（3.60.80）0.2725.87KN粉刷： 6.6（3.60.80）20.021712.57KN扣除门洞重加上门重：2.11.0（70.2+1720.020.2）-3.95KN框架柱自重： 32.4KN粉刷： 2.20KN连系梁传来楼面自重：B、C点相同： 0.51.21.22.41.20.51.81.81.83.6 23.5382.60 KN 中间层中节点集中荷载： GB=GC=217.75KN（5） 恒载作用下的结构计算简图如图3所示，其中：G5A= G5D=165.53KNG5B= G5C=183.76 KNGA= GD=183.97 KNGB= GC=217.

17、75 KNg5AB1= g5BC1= g5CD1=7.48 KN/mg5AB2= g5CD2=18.12 KN/mg5BC2=12.07KN/mgAB1 = gCD1 =13.30KN/mgBC1=7.48KN/mgAB2 = gCD2 =12.71KN/mgBC2=8.47 KN/m2.屋、楼面活荷载计算屋、楼面活荷载作用下的结构计算简图如图4所示。图中各荷载值计算如下P5AB= P5CD=3.62.0=7.20 KN/mP5BC=2.42.0=4.80KN/mP5A=P5D=(1.81.8+3.63.6) 2.0=32.40KNP5B= P5C= 1.21.2+4.81.2+1.81.8+

18、3.63.6 2.0=46.8 KNPABPCD =2.03.6=7.2 KN/m走廊：PBC2.52.4=6.00KN/mPA= PD= (1.81.8+3.63.6) 2.0=32.40KNPB= PC= 1.21.2+4.81.22.5+1.81.8+3.63.62.0=50.40KN3.风荷载计算风压标准值计算公式为： =zszo因结构高度H18.600m30m,可取z1.0；对于矩形平面s1.3；z可查荷载规范得到，当查得得z 1.0时，取z1.0。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A为一榀框架各层节点的受风面积。计算结果如图5所示。 风荷载计算

19、表1层次zsZ（m）zo (KN/m2)A(m2)Pw(KN)五层1.01.319.10.780.3247.30四层1.01.315.50.740.328.88.31三层1.01.311.90.740.328.88.31二层1.01.38.30.740.328.88.31一层1.01.34.70.740.333.29.584.地震作用计算（1） 计算框架梁柱的线刚度：框架梁线刚度：边跨：ib1=12.44104KNM 中跨：ib2=37.33104KNM框架柱线刚度：首层：ic1=6.20104KNM 其他层：ic2=8.1104KNM（2） 本设计仅考虑水平地震作用即可，并采用基底剪力法计算

20、水平地震作用力。为求基底剪力，先要计算结构各层的总重力荷载代表值：顶层： G5= g5AB116.8+(3.6+7.2)(g5AB2+ g5CD2)0.5+ g5BC22.40.5+ G5A+ G5B+ G5C+ G5D+4G柱/2+0.37.216.80.5=7.4816.8+10.818.1220.5+12.072.40.5+(165.33+183.76)2+40.5(32.4+2.20) +0.37.216.80.51121.36KNG4 = G3= G2= gAB114.4+ gBC12.4+ 0.5gAB2(3.6+7.2)2+0.52.4gBC2+GA+GB+ GC+ GD+4G柱

21、0.5+(3.6+7.2)(pAB+ pCD)0.5+ pBC2.40.5+PA+ PB+ PC+ PD 0.5=13.3014.4+7.482.4+10.812.71+0.52.48.47+(183.97+217.75) 2+234.6+10.80.514.8+1.26.0+(32.4+46.8) 2 0.5=1352.30KNG1= G2+4(2.35-1.8) G柱/3.6=1352.30+40.6534.6/3.6=1373.44 KN质量重力荷载代表值见图6。（3） 用“D值法”计算柱的侧向刚度，框架各构件线刚度如图7：其中：i5= i4= i3= i2=8.11010 N*mm i

22、1=6.21010 N*mmi51=i41=i31=i21=i11=12.441010 N*mmi52=i42=i32=i22=i12=37.331010 N*mm除底层外，其余柱的D值：边柱 由K=（i51+ i41）/（2 i5）=1.536 =K/（2+K）=0.434 则 D5边=12ic/hj2=0.414128.1104 /3.62=32550KN/m中柱 由K=（i51+ i52+ i41+ i42）/（2 i5）=6.144 =K/（2+K）=0.754 则D5中=12 ic/ hj2=56550KN/m底层柱的D值：边柱 由K= i11/ i1=2.006 =（0.5+K）/

23、（2+K）=0.626 故D1边=12 ic/ hj2=21083 KN/m中柱 由K=（i11+ i12）/ i1=8.027 得（0.5+K）/（2+K）=0.850 故D1中=12 ic/ hj2=28628 KN/m从而得各层的侧向刚度如下：K1=2（D1边+D1中）=2（2108328628）99422KN/m K2= K3= K4= K5=2（D边+ D中）=2（3255056550）178200KN/m（4） 用顶点位移法求结构基本周期T1：将各层的重力荷载代表值当作水平力，产生的楼层剪力为：V5=G5=1121.36KNV4= G4+G5=1352.30+1121.36=247

24、3.66KNV3= V4+G3=3825.96KNV2= V3+G2=5178.26KNV1= V2+G1=6551.70KN求顶点位移，则： U1= V1/ K1=0.0659m U2= U1+ V2/ K2=0.0659+0.0291=0.0950m U3= U2+ V3/ K3=0.0950+0.0215=0.1165m U4= V4/ K4+ U3=0.1165+0.0139=0.1304m U5= V5/ K5+ U4=0.1304+0.0063=0.1367m= UT 故T1=1.8 =0.6655s由于要考虑填充墙对基本周期的折减，故取折减系数为0.6，则T1=0.60.6655

25、0.3993s由于T11.4 Tg=1.40.4=0.56s，故不考虑顶层附加作用。查抗震设计规范得：max0.16由于T10.3993sTg0.4s，故1max0.16FEK=1Geq=0.851GE=0.850.16(1121.36+1352.303+1373.44) =891.03 KNF1=FEK=891.03=75.53KN同理：F2=131.33 KN F3=188.30KN F4=245.26 KN F5=250.61 KN故地震的水平作用力如图8.所示：（5） 地震作用下的水平位移的弹性验算：U=+=8.96210-3+4.57610-3+3.83910-3+2.78310-3

26、+1.40610-3=21.5310-3m层间位移验算：底层：满足要求； 二层：满足要求；顶点位移验算：=满足要求。由于风荷载远小于水平地震作用，故不必验算风荷载作用下框架的弹性水平位移，肯定能够满足。5.屋面雪荷载（分布同屋面活荷载）P雪ABP雪CD0.33.61.08 KN/mP雪BC0.32.4=0.72 KN/mP雪A=P雪D=(1.81.8+3.63.6) 0.3=4.86KNP雪B= P雪C= 1.21.2+4.81.2+1.81.8+3.63.6 0.3=7.02 KN四、内力计算（1） 恒载作用下的内力计算采用分层法。顶层：由图3中取出顶层进行分析，结构计算简图如图9所示。图9

27、中的柱子线刚度取框架柱实际线刚度的0.9倍。图中，梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成，可根据固端弯矩相等的原则先将梯形分布荷载及三角形分布荷载化为等效均布荷载。等效均布荷载的计算公式如图10.所示： g5边g5AB1+g5AB2=7.48+18.12=23.62KN/mg5中g5BC1+g5BC2=7.48+12.07=15.02 KN/m图示结构内力可用弯矩分配法计算，并可利用结构对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为：M5AB= M5BA =g5边l边223.627.22102.04 KNMM5BE=g5中l中215.091.227.24 KNMM5EB=g5中l中215.091.22

28、3.62 KNM弯矩分配法计算过程如图11.所示：二至四层荷载作用如图12.：利用结构对称性取二分之一结构计算。同理，先将梯形分布荷载及三角形分布荷载化为等效均布荷载。g边gAB1+gAB2=13.30+12.71=24.62 KN/mg中gBC1+gBC2=7.48+8.47=12.77 KN/m各杆的固端弯矩为：MAB= MBA=g边l边224.627.22106.36 KNMMBC=g中l中212.771.226.13KNMMCB=g中l中212.771.223.06 KNM弯矩分配法计算过程如图13.所示：底层除柱子的线刚度不同外，其它同二至四层，故其弯矩分配过程如图14.所示：各层弯

29、矩图为：顶层（图15.）：标准层（图16.）：底层（图17.）：将各层分层法求得的弯矩图叠加，柱子按传递，并将叠加后的各个不平衡的节点重新分配，从而得到竖向荷载作用下的整个结构的弯矩图。顶层(图18)：四层（图19.）：三层（图20.）：二层（图21.）：一层（图22.）：一层传至柱底的弯矩为（图23.）：（2） 跨中弯矩计算：将固端弯矩简化为简支端计算，同时将荷载叠加，如图24.所示：对于：M中ql2=7.487.2248.47KNM（五层边跨） =7.482.425.39 KNM（中跨）=13.307.2286.18 KNM（其它层边跨）对于：M中18.1223+18.122132.88K

30、NM(顶层边跨)12.7123+12.71293.21KNM(其它层边跨)对于：M中1.212.071.25.79 KNM (顶层中跨)1.28.471.24.07KNM (其它层中跨)跨中弯矩组合：顶层：标准层：故梁的跨中弯矩即等于梁端弯矩的平均值减去跨中弯矩组合值。（3） 弯矩调幅：将梁各固端弯矩值乘以0.85的折减系数如图25.所示,括号内为调幅后的弯矩，跨中弯矩为调幅后的端弯矩的平均值减去跨中弯矩组合值。（4） 剪力计算：按简支跨计算： 对顶层边跨： V17.27.487.23.618.123.63.618.121.87.244.29+91.370 V169.31KN 同理：V282.

31、39KN对顶层中间跨：V12.4-7.482.41.2-12.072.41.20 V1V216.22KN 对四层边跨：V17.213.307.23.612.713.63.612.711.87.265.82+89.200 V178.95KN 同理：V285.44 KN对四层中间跨：V2.4-7.482.41.2-8.472.41.20 V1V214.06KN 对三层边跨：V17.213.307.23.612.713.63.612.711.87.264.40+89.650 V178.69KN 同理：V285.70KN对三层中间跨：V2.4-7.482.41.2-8.472.41.20 V1V214

32、.06 KN 对二层边跨：V17.213.307.23.612.713.63.612.751.87.264.69+89.570 V178.74KN 同理：V285.65 KN对二层中间跨：V2.4-7.482.41.2-8.472.41.20 V1V214.06 KN对首层边跨：V17.213.307.23.612.713.63.612.751.87.258.06+91.830 V177.51KN 同理：V286.89KN对首层中间跨：V2.4-7.482.41.2-8.472.41.20 V1V214.06KN（5） 柱子轴力计算：五层边柱：N5D=G5DG柱V1=269.44KN五层中柱：

33、N5C=G5CG柱V1V2=316.97KN四层边柱N4D=GDN5DG柱V1=566.96KN四层中柱N4C=GCN5CG柱V1V2=668.82KN三层边柱N3D=GDN4DG柱V1=864.27KN三层中柱N3C=GCN4CG柱V1V2=1020.93KN二层边柱N2D=GDN3DG柱V1=1161.58KN二层中柱N2C=GCN3CG柱V1V2=1372.99KN底层边柱N1D=GDN2DG柱V1=1468.23KN底层中柱N1C=GCN2CG柱V1V2=1736.86KN（6） 恒载作用下的内力简图为：剪力图（图26.）、轴力图（图27.）。2.楼面活载作用下的内力计算：（1） 活载

34、分布按满布荷载法，活载作用下的内力计算也采用分层法。由于顶层活载大小和标准层不一样，所以分开算。对顶层，其荷载分布情况如图28.所示：图示（a）结构内力较复杂，可将梯形荷载等效为均布荷载计算，同样利用弯矩分配法计算，并利用结构对称性，取二分之一结构，如图（b）所示。P5边P5AB=7.2=6.41 KN/mP5中P5BC=4.8=3.00 KN/m各杆的固端弯矩为：MAB= MBA=P5边l边26.417.2227.69KNMMBC=P5中l中23.001.221.44KNMMCB=P5中l中23.001.220.72KNM故其弯矩分配过程如图29.所示：对二四层，其荷载分布情况如图30.所示

35、：P5边P5AB=7.2=6.41 KN/mP5中P5BC=6.0=3.75KN/m各杆的固端弯矩为：MAB= MBA=P5边l边26.417.2227.69KNMMBC=P5中l中23.751.221.80KNMMCB=P5中l中23.751.220.90KNM故其弯矩分配过程如图31.所示：对于底层，荷载分布与二四层相同，只是分配时分配系数不同，其弯矩分配过程如图32所示：各层弯矩图为：顶层（图33）：二四层（图34）：底层（图35）：将各层分层法求得的弯矩叠加，柱子按传递，底层按传递，并将各节点重新分配求得活载作用下的弯矩图。对顶层（图36）：对四层（图37）：对三层（图38）：对二层（

36、图39）：对底层（图40）：底层传至柱底的弯矩（如图41）：（2） 跨中弯矩计算：与端弯矩一样，活荷载仍然按满跨布置，将固端简化为简支，求出简时的跨中弯矩。顶层及其他层边跨：M中=6.413.61.8 =41.54KNM顶层中跨：M中=3.01.20.6 =2.16KNM一四层中跨：M中=3.751.20.6 =2.70KNM跨中弯矩为：顶层：其他层:（3） 弯矩调幅并考虑活荷载的不利布置，将跨中弯矩乘以系数1.1，调整后的弯矩图如图42所示：（4） 剪力计算：同恒载作用下，按简支跨计算：顶层中跨：V1V23.01.20.5=1.80 KN一四层中跨：V1V23.751.20.5=2.25 KN顶层边跨：V17.2-6.417.23.6-11.99+24.75=0V1=21.30 KN同理：V2=24.85KN四层边跨：V17.2-6.417.23.6-17.20+23.41=0V1=22.21 KN同理：V2=23.94KN三层边跨：V17.2-6.417.23.6-16.76+23.54=0V1=22.13KN同理：V2=24.02KN二层边跨：V17.2-6.417.23.6-16.83+23.51=0V1=22.15 KN同理：V2=24.00KN底层边跨：V17.2-6.417.23.6-15.20+23.94=0V1=21.86 KN同