1、毕业设计之框架结构摘要本设计为市某办公楼设计。建筑地点位于市，总建筑面积4147m2，建筑高度为24米。建筑物设计使用年限为50年。防火等级为二级。本办公楼平面形状为规则矩形，共六层。采用框架承重体系，抗震等级为三级。本设计对于在水平荷载作用下的结构受力情况采用了“D”值法进行分析，对于竖向荷载采用了分层法等简化计算方法。在设计中运用PKPM软件对设计结果进行了验证。并应用了word,excel,AutoCAD，天正等软件，减少了许多工作量，大大提高了设计的速度和计算的精度。本设计建筑物位于7度抗震区，场地类别为II类场地，建筑高度30m,抗震等级为三级，通过一些构造要求和设计要求，来提高结构
2、的延性和耗能能力。关键词：框架结构；抗震设计； 第1章 工程概况本工程为某办公楼设计，要求采用钢筋混凝土框架结构，廊式建筑，建筑面积4000m2左右，6层。层高为3.9-4.5m,其中首层设置服务厅2个，各约100平米；其他区域设为值班室和办公室等。二层为中心办公室，设有主任室、书记室、副主任室、各科室、小会议室、接待室等；三层、四层为办公室，包括敞开式大办公室，普通办公室、休息室等；六层为多功能会议室、接待室、阅览室、活动室、展览室等。1.1基本资料1.工程所在地：2.建筑面积：总建筑面积4147m2，建筑层数: 6层 建筑高度：24.6米3.建筑耐久等级:二级4.建筑耐火等级:一级5.抗震
3、设防烈度:7度6.基本风压: 0.45，基本雪压:0.40。7.建筑场地类别:II类场地土8.地质资料：20m以上为轻亚粘土，f=180kPa,地下水位深18m。1.2墙体1.外墙采用空心砖加保温板，纵墙采用粉煤灰轻渣空心砌块，隔墙采用双面抹灰条隔板。2.墙为240mm厚，粉刷混合砂浆底，纸筋灰面。3.外墙为370mm厚，粉刷为1:3水泥砂浆底，瓷锦砖贴面。1.3屋面做法120mm钢筋混凝土现浇板，砂子灰板条顶棚，20mm厚1:20水泥砂浆找平，100mm厚1:2水泥砂浆找坡，20mm厚聚苯乙烯保温板，三毡四油铺小石子法防水层。本设计采用不上人屋面,屋顶上设置0.95m的女儿墙1.4楼面做法1
4、20mm钢筋混凝土现浇板，20mm石灰砂浆抹底，水磨石面层。1.5窗窗口面积大小主要根据房间的使用要求、房间面积及当地日照情况来考虑，设计时可根据窗地面积比进行窗口面积的估算，对于本设计考虑窗地面积比为1/61/8，所以对于一个计算单元6m6m，窗户面积大致为4.5m6m，取窗户为2个2000mm1500mm。第2章 建筑设计柱子埋深1.2m，柱下端固定于基础。室外高差为0.6m，建筑设计底层层高4.5m，二-六层层高3.9m，所以底层柱高1.2+0.6+4.5=6.3m，其他层柱高3.9m。纵向柱距为6.0m，横向三跨跨度分别为 6.0，2.4m，6.0m。本设计边跨（AB、CD跨）为双向板
5、，中跨（BC跨）为单向板。2.1结构计算简图图2.1建筑平面布置图图2.2计算简图2.2梁柱尺寸2.2.1框架梁尺寸初步确定主梁设计：h=(1/151/10)l0，b=(1/31/2)h次梁设计：h=(1/181/12)l0，b=(1/31/2)h梁尺寸确定（表2.1）主梁次梁横向纵向边跨中跨跨度（mm)6000240060006000尺寸（b*h）300*600200*400300*600200*5002.2.2框架柱尺寸初步确定框架柱采用C30混凝土，fc=14.3N/mm2框架抗震等级为三级，=0.85中柱：边柱：角柱：取中柱轴力。本设计中柱采用正方形截面取2.3材料强度等级混凝土：均采
6、用C30级。钢筋直径：梁、柱受力钢筋采用HRB335钢筋，板受力钢筋采用HPB235钢筋，基础受力钢筋采用HRB335钢筋，构造钢筋及箍筋采用HPB235钢筋。第3章 荷载计算按受力特点，混凝土楼盖中的周边支撑板可分为单向板和双向板，为单向板，为双向板，双向板按塑性绞线法计算。图3.1双向板荷载传递方式楼面荷载可以近似认为是沿斜向塑性铰线45度传播，沿短跨方向的支撑梁承受板面传来的三角形分布荷载；沿长跨方向的支撑梁承受板面传来的梯形分布荷载。在计算中我们把将梯形分布荷载及三角形分布荷载，化为等效均布荷载。图3.2 分层法计算简图三角形换成等效均布荷载的计算公式： 梯形换成等效均布荷载的计算公式
7、：，其中；（l1、l2分别为短跨与长跨的计算跨度）3.1横载，活载计算图3.3 恒载图 图3.4 活载图3.1.1屋面框架梁线荷载标准值1）恒载屋面恒载标准值三毡四油卷材防水铺小石子0.4 kN/m220mm厚1:2水泥砂浆0.0220=0.44 kN/m2100mm厚1:2水泥砂浆找坡0.110=1.00 kN/m220mm厚聚苯乙烯保温层0.32 kN/m2120mm厚现浇钢筋混凝土楼0.1225=3.00 kN/m2砂子灰板条顶棚0.55 kN/m2屋面恒载总计=5.67 kN/m2梁自重边跨AB、CD跨0.30.625=4.5 kN/m梁侧粉刷2（0.6-0.12）0.0217=0.3
8、3 kN/m边跨梁自重总计4.83kN/m中跨BC跨0.20.425=2.0 kN/m梁侧粉刷2（0.4-0.12）0.0217=0.19 kN/m中跨梁自重总计=2.19kN/m则作用在屋面框架梁上的恒载线荷载标准值为：梁自重：g6AB1=g6CD1=4.83 kN/m，g6BC1=2.19 kN/m板传来的梯形荷载：g6AB2=g4CD2=15.14 kN/m，g6BC2=0 kN/m2）活载 作用在屋面框架梁上的活载线荷载标准值为：qAB=q6CD=1.34 kN/m，q6BC=0 kN/m3.1.2楼面框架梁线荷载标准值1）恒载楼面恒载标准值水磨石地面0.65 kN/m220mm厚水泥
9、砂浆找平0.0220=0.4 kN/m2120mm厚现浇钢筋混凝土楼板0.0414=0.56 kN/m2砂子灰板条顶棚0.55 kN/m2楼面恒载总计=4.60 kN/m2梁墙自重边跨（AB、CD跨）框架梁自重4.83kN/m边跨填充墙自重0.24（3.9-0.6）8=6.34kN/m填充墙粉刷2170.02（3.9-0.6）=2.24kN/m边跨梁墙自重总计=13.41 kN/m中跨梁墙自重总计=2.19kN/m作用在楼面层框架梁上的恒载线荷载标准值为：梁及梁上填充墙自重：gAB1=gCD1=13.41 kN/m，gBC1=2.19 kN/m板传来的荷载：gAB2=gCD2=12.28 kN
10、/m，gBC2=0 kN/m2)活载作用在楼面框架梁上的活载线荷载标准值为：qAB=qCD=5.34 kN/m，q4BC=0 kN/m3.1.3屋面框架节点集中荷载标准值图3.5 框架节点受力示意图1）恒载纵梁自重0.30.6256=27kN粉刷2(0.6-0.12)0.02617=1.96kN边柱连系梁传来屋面恒荷载20.531.55.67=25.52 kN次梁自重0.20.525625=15 kN次梁粉刷0.02（0.5-0.12）6/217=0.78 kN次梁传来屋面恒荷载0.5（6+3）1.55.76=38.27 kN0.95m高女儿墙0.9560.248=10.94 kN女儿墙粉刷2
11、0.9560.0217=3.88kN顶层边节点集中荷载G6A=G6D=123.35 kN纵梁自重27 kN粉刷1.96 kN中柱连系梁传来屋面自重25.52+61.25.67=66.34 kN次梁自重15 kN次梁粉刷0.78 kN次梁传来屋面恒荷载38.27 kN顶层中间节点集中荷载 G6B=G6C=149.35 kN2）活载QA=QD=2.81 kN QB=QC=6.41 kN3.1.4楼面框架节点集中荷载标准值1）恒载边柱连系梁自重 27 kN粉刷 1.96 kN边柱连系梁传来屋面恒荷载20.531.54.6=20.7 kN次梁自重15 kN次梁粉刷0.78 kN次梁传来楼面恒荷载0.5
12、(6+3) 1.54.6=31.05 kN框架柱自重0.60.63.927=37.91 kN填充墙自重（63.3-221.5）0.378=40.84 kN墙面粉刷2（3.36-21.52）0.0217=9.38 kN钢窗自重221.50.4=2.40 kN中间层边节点集中荷载GA=GD=187.02 kN中柱连系梁自重 27 kN粉刷1.96 kN中柱连系梁传来屋面自重20.7+61.24.6=53.82 kN次梁自重15 kN次梁粉刷0.78 kN次梁传来楼面自重31.05 kN框架柱自重 37.91 kN填充墙自重3.360.248=38.02 kN墙面粉刷23.360.0217=13.4
13、6 kN中间层中节点集中荷载GB=GC=219.00 kN2）活载QA=QD=11.25 kN QB=QC=29.25 kN3.2风荷载计算已知基本风压O=0.45kN/m2，地面粗糙度属B类，按荷载规：风载体形系数s：迎风面为0.8，背风面为-0.5，所以s=1.3。因结构高度H=24.6m30m（从室外地面算起），取风振系数Z=1.0。风荷载计算（表3.1）层次ZSZ(m)ZO(kN/m2)面积A(m2)Pi(kN)611.324.6 1.33 0.4529.122.64 511.320.7 1.26 0.4523.417.23 411.316.8 1.18 0.4523.416.15 3
14、11.312.9 1.08 0.4523.414.78 211.39.0 1.00 0.4523.413.69 111.35.1 1.00 0.4530.617.90 图3.6 风荷载3.3地震作用计算3.3.1建筑物总重力荷载代表值Gi的计算1）集中于6层处的质点重力荷载代表值G6：50%雪载：0.50.44814.4=138.24 Kn屋面恒载：5.674814.4=3919.10 kN横梁：(4.8312+2.192.4) 9=568.94 kN纵梁：4.83484=927.36 kN次梁：2.76128=264.96 kN女儿墙：2.47(48+14.4) 2=308.26 kN柱重：
15、(0.60.6271.9536=682.34 kN外墙：1/21260.48=630.24 kN墙1/2917.36=458.68 kNG6=7898.12kN2）集中于5层处的质点重力荷载代表值G5：50%楼面活载：0.5（2.5108+2.0565.2）=700.2 kN楼面恒载：4.64814.4=3179.52 kN横梁： 568.94 kN纵梁：927.36 kN次梁：264.96 kN柱重：1064.68 kN外墙：630.242=1260.48 kN墙：458.681/21259.05=1088.21 kNG5=9278.54 kN3）集中于4层处的质点重力荷载代表值G4：50%
16、楼面活载：0.5（2.5151.2+2.0522）=711 kN楼面恒载：3179.52 kN横梁： 568.94 kN纵梁：927.36 kN次梁：264.96 kN柱重：1064.68 kN外墙：1260.48 kN墙：1259.05 kNG4=9235.99 kN4）集中于3层处的质点重力荷载代表值G3：50%楼面活载：711 kN楼面恒载：3179.52 kN横梁： 568.94 kN纵梁：927.36 kN次梁：264.96 kN柱重：1064.68 kN外墙：1260.48 kN墙：1259.05 kNG3=9235.99 kN5）集中于2层处的质点重力荷载代表值G2：50%楼面活
17、载：711 kN楼面恒载：3179.52 kN横梁： 568.94 kN纵梁：927.36 kN次梁：264.96 kN柱重：1064.68 kN外墙：1260.48 kN墙：0.51259.05+0.51324.56=1291.81 kNG2=9268.75 kN6）集中于1层处的质点重力荷载代表值G1：50%楼面活载：711 kN楼面恒载：3179.52 kN横梁： 568.94 kN纵梁：927.36 kN次梁：264.96 kN柱重：0.51064.68+0.51574.64=1319.66 kN外墙：0.51260.48+0.51553.55=1407.02 kN墙：0.51324.
18、56+0.51441.54=1383.05 kNG1=9761.51 kN图3.7重力荷载代表值示意图3.3.2刚度和自振周期计算本设计为现浇楼盖，则边框架梁：I=1.5I0，EcI=1.5EcI0中框架梁：I=2.0I0，EcI=2.0EcI0I0框架梁按矩形截面计算的截面惯性矩。横梁、柱线刚度（表3.2）杆件截面尺寸EC(kN/mm2)I0(mm4)I(mm4)L(mm)i=ECI/L(kNmm)相对刚度B(mm)H(mm)边框架梁1300600305.41098.110960004.051074.05边框架梁2200400301.071091.610924002.001072.00中框架
19、梁1300600305.410910.810960005.41075.40中框架梁2200400301.071092.1410924002.681072.68中层框架柱6006003010.810939008.311078.31底层框架柱6006003010.810963005.141075.14框架柱横向侧移刚度D值（表3.3）项目K=iC/2iZ(一般层)C=K/(2+K)(一般层)D=CiZ(12/h2)(kN/mm)根数层柱类型及截面K=iC/iZ(底层)C=(0.5+K)/(2+K)(底层)26层边框架边柱0.490.2013.114边框架中柱0.730.2717.704中框架边柱0
20、.650.2516.3914中框架中柱0.970.3321.6414底层边框架边柱0.790.467.154边框架中柱1.180.538.244中框架边柱1.050.517.9314中框架中柱1.570.589.0114底层：D=(7.15+8.24)4+(7.93+9.01)14=298.72 kN/mm26层：D=(13.11+17.70)4+(16.39+21.64)14=655.66 kN/mm框架自振周期的计算：框架顶点假象水平位移计算表（表3.4）层Gi(kN)Gi(kN)D(kN/mm) 层间相对位移总位移(mm)67898.127898.12655.6612.05384.455
21、9278.5417176.66655.6626.05372.4049235.9926412.65655.6640.28346.2139235.9935648.64655.6654.37305.9229268.7544917.39655.6668.51251.5519761.5154678.90298.72183.04183.04则自振周期为：对于框架，考虑结构非承重砖墙影响的折减系数取0.6。3.3.3地震作用计算本工程设防烈度7度、类场地土，设计地震分组为第一组，查建筑抗震设计规特征周期Tg=0.35s，max=0.12。结构等效总重力荷载：，还要考虑顶部附加地震作用：框架横向水平地震作用标
22、准值为：结构底部：楼层地震作用和地震剪力标准值计算表（表3.5）层Hi(m)Gi(kN)GiHiFi楼层剪力Vi(kN)625.87898.12203771.50688.16688.16521.99278.54203200.03686.231374.38418.09235.99166247.82561.431935.82314.19235.99130227.46439.792375.61210.29268.7594541.25319.272694.8816.39761.5161497.51207.682902.57图3.8 地震作用横向水平地震作用下的位移验算（表3.6）层Vi（kN）D（kN
23、/mm）ui(mm）hi(m）Qc=ui/hi676.4672.851.053.91/37151/5505152.7172.852.013.91/18601/5504215.0972.852.953.91/13201/5503263.9672.853.623.91/10761/5502299.4372.854.113.91/9481/5501322.5133.199.726.31/6481/550第4章 力计算4.1恒载作用下的框架力4.1.1弯矩分配系数框架为对称结构，取一半框架进行简化计算。图4.1竖向荷载力计算简图各节点的分配系数（表4.1）层次节点相对线刚度相对线刚度总和分配系数左梁右
24、梁上柱下柱左梁右梁上柱下柱屋顶A5.47.8413.240.410.59B5.42.687.8415.920.340.170.4936层A4.57.847.8421.080.260.370.37B5.42.687.847.8423.760.230.110.330.332层A5.47.845.1418.320.290.430.28B5.42.687.845.1421.060.260.130.370.244.1.2横梁固端弯矩1）屋顶横梁g边=g6AB1+g6AB2=4.83+15.14=19.97 kN/mg中=g6BC1=2.19 kN/m1）26层横梁g边=gAB1+gAB2=13.41+1
25、2.28=25.69 kN/mg中=gBC1=2.19 kN/m4.1.3力计算采用分层法计算力屋顶：36层：2层：将各层分层法得到的弯矩图叠加，可得整个框架结构在恒载作用下的弯矩图。叠加后框架结构各节点弯矩并不一定达到平衡，可将节点不平衡弯矩再分配一次进行修正。调整后弯矩图：图4.2恒载作用下弯矩图(kNm)恒载作用下AB跨梁端剪力（kN）（表4.2）层q(kN/m)l(m)MAB(kNm)MBA(kNm)Mik/lVA=ql/2-Mik/lVB=-(ql/2+Mik/l)屋顶19.976-47.0953.121.0158.90-60.92625.696-70.9473.300.3976.68-77.46525.696-70.0372.760.4676.61-77.53425.696-70.0372.760.4676.61-77.53325.696-70.5473.070.4276.65-77.49225.696-66.0169.360.5676.51-77.63恒载作用下BC跨梁端剪力（kN）（表4.3）层q(kN/m)l(m)VB=ql/2Vc=-ql/2屋顶2.192.42.63-2.6362.192.42.63-2.6352.192.42.63
