土木工程_房建混凝土专业论文天津市聚龙园幼儿园教学楼设计(1).doc 84页

'北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）本科生毕业设计(论文)题目:天津市聚龙园幼儿园教学楼设计英文题目:AdesignofakindergartenteachingbuildinginTianJinjulonggarden系:土木工程系专业:土木工程班级:土木班学生:学号:指导教师:职称:指导教师:职称:-4- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）摘　　要本工程根据设计任务书设计一幢教学楼，楼房结构体系为现浇钢筋混凝土框架结构。长53m，宽21m，屋面板顶面标高为15.6m，总建筑面积4000-5000m2，4层，层高3.6米，室内地面标高：±0.00，室外标高：-0.45m。建筑耐久年限50年，抗震等级三级，抗震设防烈度7度。基本风压0.40KN/m2，雪荷载0.40KN/m2。该工程是教学建筑，是幼儿园小朋友活动教学的场所。在设计上以规整的一字形安排平面，充分利用场地。框架结构是由梁和柱连接而成的高次超静定结构，既承受竖向荷载，又承受水平荷载和水平地震作用等侧向力的影响。本设计包括建筑设计和结构设计两部分。其中建筑设计主要包括工程概况和建筑设计条件资料。这栋建筑物是一座以教学为主的现代建筑，力求充分体现现代化的特点。在整体造型上突出现代、新颖，做到简洁、明快、虚实相接、刚柔相济，给人以蓬勃向上的感觉。设计上采用框架结构、外装饰铝板、拉索点式玻璃幕墙等新技术、新材料，突出框架结构特点，混凝土、玻璃、铝板有机结合，创造一个满足功能、符合环境、有鲜明现代性的建筑形象。结构设计主要包括：结构布置、刚度计算、荷载汇集、水平地震作用下结构内力的计算、竖向荷载作用下结构内力计算、内力组合、构件截面设计等。根据规范要求，妥善地处理好建筑与结构的关系做到与环境相协调，同时满足教学和消防抗震的要求，最终确定了柱、框架梁、楼盖、屋面、楼梯等的设计。综上所述，建筑设计，结构设计（平面布置，荷载和地震作用计算，内力计算和组合，框架梁、柱部分抗震设计等）和施工图是整个毕业设计的主体部分。相信在老师的悉心指导下，我将通过自己的努力圆满完成全部设计任务。关键词：框架结构，混凝土，建筑设计，结构设计-4- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）AdesignofakindergartenteachingbuildinginTianJinjulonggardenAbstractThisprojectusesconcreteframestructure,53meters,21meterswide,themainstructureforthefourlayers;storeyare3.6m,indoorandoutdoorwiththeheightdifference0.45m;framebeams,columnsandpanelsarecast;housingPaneltopelevationof15.6m.Theprojectisaofficebuilding,istheadministrativestaffintheworkplace.Designedtoshapethearrangementsofaregularplane,fulluseofspace.Framestructureisconnectedbythebeamsandcolumnsmadeofhighindeterminatestructure,notonlytowithstandverticalloads,butalsotowithstandthehorizontalloadandhorizontalseismiceffectssuchaslateralforce.Thebuildingisamodernbuildingwithteach-based,andstrivetofullyreflectthemodernfeatures.Prominentintheoverallshapeofmodern,innovative,beconcise,crisp,deficiencyandexcessphase,hardnessandsoftness,givesavigorousfeeling.Designofaframeworkstructure,externaldecorativealuminum,glasscurtainwallcablepointandothernewtechnologies,newmaterials,highlightingstructuralfeaturesoftheframework,concrete,glass,aluminumcombinetocreateameetfunction,consistentwiththeenvironment,haveclear-cutmodernbuildingimage.Structuraldesigninclude:structuralarrangement,stiffnesscalculation,loadcollection,internalforceunderhorizontalseismiccalculations,theverticalloadcalculationofinternalforce,internalforcecomposition,componentcross-sectiondesign.Accordingtothecoderequirement,processestheconstructionandthestructurerelationsproperlydoesiscoordinatedwiththeenvironment,simultaneouslysatisfiestheworkandthefireearthquakeresistancerequest,hasdeterminedthecolumn,frameLiang,theceiling,theroofing,thestaircasefinallyandsoondesign.Insummary,thearchitecturaldesign,structuraldesign(layout,calculationofloadandseismicforceiscomputedandthecombinationofframebeams,columnsandotherpartsof-4- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）seismicdesign)andconstructionplansisthemainpartofthegraduationproject.Ibelieve,undertheguidanceoftheteacher,Iwill,throughtheirowneffortstothesuccessfulcompletionofalldesigntasKeyWords：framestructure,normalconcrete,architecturaldesign,structuraldesignks.-4- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）目　　录摘　　要1Abstract2引言11设计任务31.1工程概况31.2设计资料31.2.1气象条件31.2.2抗震设防烈度31.2.3设计依据31.2.4主要结构材料41.3设计要求41.4设计成果42建筑设计62.1设计要点62.2平面设计72.3立面设计82.4剖面设计82.5平面图92.6立面图92.7剖面图93结构设计103.1结构设计概况10-4- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）3.1.1结构类型的选择103.1.2结构体系的选择103.1.3屋盖（楼面）体系的选择113.1.4基础选型113.1.5结构设计所遵循的主要设计规范规程113.1.6本工程结构选型113.2框架结构平面布置123.2.1结构布置原则123.2.2柱网布置和层高的确定123.2.3承重框架的布置133.2.4变形缝143.3柱网布置及计算简图153.3.1计算简图与计算单元简图153.3.2柱网布置173.4梁、柱截面尺寸估算173.4.1梁截面尺寸确定173.4.2柱截面尺寸确定184荷载计算204.1荷载标准值计算204.2三轴框架梁上荷载标准值224.2.1恒载计算224.2.2活载计算244.3地震荷载计算264.4风荷载计算30-4- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）5内力计算与分析335.1柱的侧移刚度计算335.2恒荷载作用下框架内力计算345.2.1恒载作用下框架弯矩计算345.2.2恒载作用下框架剪力计算365.2.3恒载作用下框架轴力计算375.3活荷载作用下框架内力计算385.3.1活载作用下框架弯矩计算385.3.2活载作用下框架剪力计算405.3.3活载作用下框架轴力计算405.4地震荷载作用下框架内力计算415.5风荷载作用下框架内力计算425.5.1求各柱的剪力值435.5.2求反弯点高度435.5.3框架内力值446内力组合496.1框架内力组合496.2框架柱内力组合516.2.1柱内力组合516.2.2柱端弯矩值设计值的调整517框架梁柱配筋计算557.1框架梁配筋557.1.1框架梁正截面承载力计算557.1.2框架梁斜截面承载力计算56-4- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）7.2框架柱配筋577.2.1B轴框架柱配筋577.2.2C轴框架柱配筋607.3结构布置图627.4配筋图62结　　论63参考文献64附录A66附录B72在学取得成果75致　　谢76-4- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）引言本设计的目的是综合应用所学的基础课、专业课知识和相应技能，来解决在具体的土木工程设计中所遇到的问题。在建筑设计方面：要求建筑物简单明快、具有时代感;结构布局要合理，便于使用。在结构设计方面：要求运用合理的理论知识，使建筑物满足安全性、实用性、耐久性、可模型好、整体性好的功能要求。本设计的意义通过设计来进一步了解钢筋混凝土框架结构体系的特点：1)建筑平面布置灵活，使用空间大。2)延性较好。3)整体侧向刚度较小，水平力作用下侧向变形较大（呈剪切型），所以建筑高度受到限制。4)非结构构件破坏比较重。本设计的指导思想是根据设计任务书的要求和一些必要的基础资料，结合技术条件和建筑设计的要求，对结构体系、总体布置、空间组合等进行合理的安排，然后再进行结构设计、构件设计和构造设计等具体结构设计。1850年前后，法国人取得了钢筋混凝土的专利权，我国预拌混凝土的市场潜力也是相当大的，随着商品混凝土产量和人均预拌混凝土消费量的增加，其增长率将逐步下降，中国商品混凝土行业有望从高速发展期进入成熟期。框架结构的研究，对于建筑的荷载情况，分析其受力，采用框架结构近似计算法，求竖向荷载作用下的内力用弯矩分配法；求水平荷载作用下的内力时用D值法等，求水平地震作用的时候采用底部剪力法。结合所学过的知识，通过查阅参考资料完成初步设计，再交给指导老师审查，审查通过后，利用CAD和手工完成绘图，利用Word完成设计说明及其他内容的编写。框架结构的配筋主要是对梁、柱、节点进行配筋。在按照规范规定的方法对内力进行组合，求出控制界面的最不利荷载后，就可以以此为依据进行结构的配筋。同时，结构的配筋还必须满足规范规定的构造要求。完成配筋后，整个结构设计就基本完成了。通过该结构设计可以锻炼自己的结构设计能力，复习了以前学习过的知识，并且将学过的知识进行了综合应用，为以后继续深造打下良好的基础。-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）本结构计算选用一榀框架为计算单元，采用手算的简化计算方法，其中计算框架在竖向荷载下的内力时使用弯距二次分配法，不但使计算结果较为合理，而且计算量较小，是一种不错的手算方法。本设计主要通过工程实例来强化大学期间所学的知识，建立一个完整的设计知识体系，了解设计总过程，通过查阅大量的相关设计资料，提高自己的动手能力。-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）1设计任务1.1工程概况本工程根据设计任务书设计一幢教学楼，楼房结构体系为现浇钢筋混凝土框架结构。长53m，宽21m，屋面板顶面标高为15.6m，总建筑面积4000-5000m2，4层，层高3.6米，室内地面标高：±0.00，室外标高：-0.45m。该工程是教学建筑，是幼儿园小朋友活动教学的场所。在设计上以规整的一字形安排平面，充分利用场地。1.2设计资料1.2.1气象条件本地区基本风压0.40KN/m2，基本雪荷载0.40KN/m2，地面粗糙类型C型。主导方向：冬季主导东北风，夏季主导东北南。夏季最热月平均28℃，最高温度40.7℃，冬季最冷月平均气温11.3℃，最低温度-14℃。夏季相对湿度73%,冬季相对湿度81%。年平均降雨量为1034.1mm，月最大降水量179.3mm。1.2.2抗震设防烈度1、抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组2、抗震等级：三级3、建筑结构安全等级：二级4、建筑抗震设防类别：丙类；5、建筑场地土类别：Ⅱ类；6、建筑耐久年限为50年1.2.3设计依据1、主管部门规划意见书和审批通过的初步设计批文；2、甲方设计任务书；3、主要设计规范规程包括：①建筑结构荷载规范(GB50009-2012)；②混凝土结构设计规范（GB50010-2010）；③建筑抗震设计规范（GB50011-2010）；-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）④建筑工程抗震设防分类标准（GB50223-2008）；⑤混凝土结构耐久性设计规范（GB50476-2008）；1.2.4主要结构材料结构类型：钢筋混凝土框架结构工程地段：天津市北辰区主要材料：混凝土柱，梁，板采用C25基础垫层采用C15构造柱，过量采用C20钢材采用Q235，Q335砌体采用加气混凝土空心砌块1.3设计要求1、图纸要求：使用AutoCAD软件绘制图纸，要求制图所选用的线型及尺寸标注、编号等符合《建筑结构制图标准》,要求图面整洁，饱满，布置匀称。2、计算书要求：结构计算书内容应完整、清楚，计算步骤要条理分明，选用参数或引用数据应有可靠依据，构件编号、计算结果应与图纸一致。3、建筑和结构设计均应符合有关国家规范要求，施工图绘制规范，表达清楚。结构分析要认真仔细[1]。1.4设计成果设计成果包括建筑设计、结构设计和施工图两部分。1、建筑设计和结构设计要求包括以下内容：①设计概况；②建筑设计说明；③结构设计说明；④结构设计计算书。2、施工图要求包括以下内容：①建筑施工图a.首层、标准层、及屋顶平面图；-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）b.轴立面图；c.建筑剖面图。②结构施工图a.标准层的配筋图；b.框架梁、柱及节点的配筋详图。-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）2建筑设计本次设计的建筑是位于天津市北辰区聚龙园幼儿园教学楼。造型美观，设计合理，占地面积约为1092.96m2。2.1设计要点多层框架结构适合于在办公楼、教学楼、公共建筑、图书馆等建筑中采用。框架结构的特点是由柱承受梁和板传递来的竖向和横向荷载，墙体只起围护、分隔作用，承重结构和维护结构分工明确。框架结构本身并不形成空间，只为形成的空间提供一个骨架，这就为自由灵活的分隔空间创造也十分有利的条件。多层框架结构的设计对于土木工程专业的学生来讲，是很重要的毕业设计的一部分，而且重点在结构设计上，建筑设计作为一般了解的内容，其侧重点在建筑平面、立面和剖面设计上。鉴于毕业设计的时间不长，建筑设计又走在结构设计之前，没有反复推敲的可能，为了在较短时间内完成建筑设计图纸，需要掌握的设计要点如下：1、建筑平面设计①依据建筑功能的要求，门窗的立面形式一定要确定各房间的开间和进深；②根据交通、防火与疏散的要求，确定楼梯间的位置和尺寸；③确定墙体所用的材料和厚度，以及门窗的型号与尺寸。2、建筑立面设计①确定门窗的立面形式。门窗的立面形式一定要与立面整体效果相协调；②与平面图相对照，核对雨水管、雨篷、阳台等的位置及做法；③确定立面装饰材料做法、色彩以及分格艺术处理的详细尺寸。3、建筑剖面设计①分析建筑物空间组合情况，确定其最合适的剖切位置。一般要求剖到楼梯间及有高低错落的位置；②进一步核实外围墙窗台、过梁、围梁、楼板等在外墙高度上的构造关系，确定选用哪种类型的窗台、过梁、围梁、楼板及其形状和材料；③-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）根据平面图计算确定的尺寸，核对楼梯的在高度方向上梯段的尺寸，确定平台梁尺寸[2]。2.2平面设计该四层框架结构教学楼位于抗震设防烈度为7度的区域，对抗震要求比较高，所以在平面设计上力求简单、规则、对称，因而采用“一”字形建筑平面以利于抗震，而且有利于自然采光和通风。在框架结构的平面布置上，柱网是竖向承重构件的定位轴线在建筑平面所形成的网格，是框架结构的脉络。柱网布置既要满足建筑平面布置和使用功能的要求，又要使结构受力合理，构建种类少，施工方便。柱网布置还应该与建筑分隔墙布置互相协调，一般常将柱子设在纵横建筑墙交叉点上，以尽量减少柱网对建筑使用功能的影响。进行平面设计，主要考虑使用部分和交通联系部分两方面。在进行使用部分的平面设计时，主要考虑教室及其他一些服务性用房的使用要求，分析房间的面积大小，形状和尺寸、门窗在房间平面的位置，采光要求等；交通联系部分的平面设计，首先具体确定走廊、楼梯等通行疏散要求的宽度，具体确定门厅、过厅等人们停留和通行所必需的面积。框架结构常见的柱网布置方式有，内廊式、外廊式、等跨式、对称不等跨式等。本多层框架结构教学楼采用内廊式柱网布置，也就是中间为走廊，两边为教室。考虑到走廊长度大于40m，两面布置房间时，走廊最小净宽度为1.8m，所以中间走的跨度取为2.1m。横向的柱跨度分为7.5m、2.1m、7.5m；纵向柱跨度大部分为3.3m。纵向一共有16跨，总长度53m，总宽度为21m。其长宽比为2.52，满足7度设防区建筑长宽比不允许超过5.0的要求。该教学楼根据建筑使用功能的要求，首层设有门厅、值班室、男女卫生间、晨检室、活动室及教师办公室。主楼梯设在建筑物中央，正对着门厅以利于工作人员与来访人员的垂直交通。另外，考虑到建筑物的防火与疏散，在建筑物的两端部分别设置辅助楼梯，从而满足安全疏散距离不超过30m的要求，楼梯间采用乙级防火门，并向疏散的方向开启，考虑教学楼的防火和紧急时刻疏通人流，所以首层设置了三个门，以便于疏散人群。-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）2.3立面设计立面设计是为了满足使用功能和美化环境的需要而进行的。同时，还可起到改善环境条件、保护结构和装饰美化建筑物的作用。并且要考虑它的耐久性、安全性、经济性；要正确处理与施工技术的关系。该四层教学楼在建筑外立面上采用宽大而明亮玻璃窗，从而可以表现简洁和现代感。建筑的立面和竖向剖面上力求规则，避免立面凹进或凸出，使结构的侧向刚度变化均匀，有利于结构抗震。另一方面该教学楼在体型上比较矮，所以在立面设计上尽量多采用竖线条，避免视觉上的矮胖效果，也可以通过将立面进行分层划分，使各层自成一个良好的比例关系，从而在视觉上分散人对立面整体的注意力。还要调整各个立面上的墙面处理和门窗的安排，以满足建筑立面形式美的原则。最后对主入口、雨篷、女儿墙、建筑装饰等进行重点及细物处理，门厅部分的主入口采用突出的形式，与门厅两侧的房间和雨篷有机的形成一个整体，以强调主要出入口处，还有立面上窗上皮和们上皮处于同一标高上，进而形成立面上和谐的关系[2]。2.4剖面设计建筑物的剖面设计是对各房间和交通联系部分进行竖向的组合布局。它的主要内容有明确房间的剖面形状，建筑物各部分高度和层数，进行建筑剖面组合，研究建筑空间的利用。在建筑物的层高上，考虑到建筑空间比例的要求，一般房间高度与进深的合适比例为1：2，该教室的进深为7.5m，有考虑到提供足够的房间净高度，以避免高低的房间给人压抑的感觉。因此综合考虑层高采用3.6m。根据总建筑面积的要求，该教学楼采用四层，总建筑高度为15.6m，其高宽比为0.23m，满足7度抗震设防烈度区建筑物高宽比不允许超过3的要求。另外从室内采光和通风的角度考虑，窗台的高度取为1m，窗高度取为1.8m，屋顶女儿墙高度为1.2m。本工程第一层至第四层层高均为3.6m，设两部封闭楼梯。所有楼梯均采用双跑。楼梯设计均采用踏步高126mm、宽300m。根据楼层不同。楼梯间进深为7.5m，开间为3.3m，梯段宽1.8m。楼梯下设置200厚过梁，以承受荷载。-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）2.5平面图见附图建施22.6立面图见附图建施72.7剖面图见附图建施7-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）3结构设计3.1结构设计概况3.1.1结构类型的选择钢筋混凝土、钢和砌体三种材料是建筑中常见的重要材料。根据所使用的材料不同，建筑结构可分为以下几种类型：①砌体结构；②混凝土结构；③钢结构；④钢-钢筋混凝土组合结构。在不同国家、不同地区、不同条件下，选择合适的建筑材料，充分利用其优点，克服其缺点，已经成为房屋建造的一个重要经济指标。砌体结构主要用于建造多层住宅、办公楼、教学楼以及轻型工业厂房等；钢结构多用于超高层建筑、大跨度空间结构建筑以及重型或特殊要求的工业厂房等；其他情况均可考虑采用钢筋混凝土结构。钢筋混凝土结构：由于具有取材丰富，造价低廉，强度高、刚度大，耐火性好、耐久性好以及延性良好，而且结构布置灵活方便，可组成多种结构体系等优点，因此，目前在发展中国家的各类型建筑中得到较广泛的采用。我国已建造了高达200的63层钢筋混凝土结构─广州国际大厦。但是钢筋混凝土结构的主要缺点是结构自重大、体积大、容易开裂、施工速度慢等，为了克服这些缺点，近年来不断开发了高强度混凝土、轻骨料混凝土、预应力混凝土等，都得到了很好的发展。由于混凝土结构系列凸显的优点，发达国家的混凝土结构高层建筑也日益增加[3]。3.1.2结构体系的选择结构体系是指结构抵抗外部作用构件的组成方式。特别是在高层建筑中，抵抗水平力成为设计的关键环节。建筑中常用的5种结构体系如下：①框架结构体系；②剪力墙结构体系；③框架-剪力墙结构或板柱-剪力墙结构体系；-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）④筒体结构体系；⑤其他结构体系。3.1.3屋盖（楼面）体系的选择多层与高层建筑中各竖向抗侧力结构（框架、剪力墙、筒体）是依靠水平楼面结构连成整体的，水平力通过楼板平面进行传递和分配。因此，要求楼板在自身平面内有足够大的刚度。常用的楼板体系有，现浇楼面结构和装配整体式楼面结构体系。抗震区一般优先采用现浇楼板结构，因此本设计采用现浇楼面结构体系，以提高框架结构的整体性和结构的抗侧刚度。3.1.4基础选型多层与高层建筑的基础选型应根据上部结构形式、工程地质、施工条件等因素综合考虑确定。可以选用的基础形式有，柱下独立基础、条形基础、十字交叉基础、筏板基础、箱形基础以及桩基础。基础的埋置深度也必须满足地基变形和稳定的要求，以减少建筑物的整体倾斜，防止倾覆和滑移。基础的埋置深度，采用天然地基时可以不小于建筑物高度的1/12；采用桩基础时可以不小于建筑物的高度的1/15，桩的长度不计埋置深度之内[3]。该四层教学楼由于采用框架结构，层数不多，柱轴力不大，而且地基条件比较好，其地基承载力特征值可达180kPa，所以采用柱下独立基础，其埋置深度为标准冻结深度0.8m以下。3.1.5结构设计所遵循的主要设计规范规程该四层框架结构教学楼结构设计中，主要参考的设计规程和规范有：①建筑结构荷载规范（GB50009-2010）；②混凝土结构设计规范（GB50010-2010）；③建筑抗震设计规范（GB50011-2010）；④混凝土结构耐久性设计规范（GB50476-2008）；3.1.6本工程结构选型采用钢筋混凝土现浇框架结构（纵横向承重框架）体系。对于四层教学-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）楼，可选用钢筋混凝土框架结构。该建筑开间和跨度较大，要求布置灵活。同时，考虑到该建筑处于7度地震区，故选用框架结构。由于将承受纵、横向水平地震作用，选用纵、横向承重框架体系，四柱三跨不等跨的形式[8]-[11]。其他结构选型：(1)屋面结构：采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取100mm。(2)楼层结构：采用现浇混凝土楼板。(3)楼梯结构：由于楼梯段水平投影长度小于3m，故采用钢筋混凝土板式楼梯。(4)过梁：窗过梁以及带雨篷的门过梁均采用钢筋混凝土梁，并采用纵向框架梁兼作窗过梁。(5)天沟：采用现浇天沟3.2框架结构平面布置3.2.1结构布置原则1、结构平面形状和立面体型宜简单、规则、使各部分刚度均匀对称，减少结构产生扭转的可能性；2、控制结构高宽比，以减少水平荷载下的侧移；3、尽量统一柱网及层高，以减少构件种类规格，便于设计与施工；4、房屋的总长度宜控制在最大温度伸缩缝间距内，当房屋长度超过规定值时，可设伸缩缝将房屋分为若干温度区段。该教学楼根据上述结构布置的原则，结构平面采用单一的“一”字形平面；立面上也采用平整的立面，避免凹进或凸出。平面上个房间尽量布置对称，楼梯的布置也要对称，使各部分的刚度均匀，减少结构产生扭转的可能性。该框架结构的高宽比为，16.5/18=0.92，小于《高层规程》JGJ3-2002第4.2.3条规定的高宽比限值为3的要求。在柱网布置上尽量采用统一的柱网，横向采用7.6m和2.8m；两种跨度；纵向大部分采用10m的单一跨度，便于设计与施工。另外，该教学楼的总长度为70m，虽然超过了《砼规范》GB50010-2002第9.1.1条伸缩缝的最大间距55m的要求，但采用一些构造和施工措施，不设伸缩缝[17]。3.2.2柱网布置和层高的确定-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）在该框架结构在柱网布置上，根据建筑平面设计和结构布置的原则，采用内廊式的建筑平面，中间为走廊，两侧为教室。因此，横向为四排柱的三跨对称布置的框架，其跨度分别为7.5m、2.1m、7.5m；在纵向有11榀横向框架，横向框架之间的跨度均为3.3m。根据建筑剖面和立面设计的要求，每层高均采用3.6m，首层需考虑到人员比较集中和各种管线较多。3.2.3承重框架的布置在柱网确定后，沿房屋的纵横两方向用梁把柱子联系起来，形成框架结构。由于实际的框架结构是一个空间受力体系，为了计算方便起见，可以把实际空间框架结构看成纵横两个方向的平面框架，这样简化仅限于方形或矩形的规则平面。沿建筑物长向的称为纵向框架，沿建筑物短向的称为横向框架。它们分别承受各自方向上的水平力，而楼面竖向荷载则依楼盖结构布置方式的不同以不同的方式传递。按照楼面竖向荷载的主要传递方向和楼盖的设置不同，承重框架的布置方案可分为：横向框架承重、纵向框架承重和纵横向框架混合承重三种方案[18]。1、横向框架承重方案横向框架承重方案是在横向布置框架承重梁，在纵向布置连系梁。横向框架承受全部竖向荷载和横向水平荷载，纵向框架只承受纵向水平荷载。一般情况，横向框架跨数较少，截面较大的主梁沿横向布置有利于提高横向抗侧刚度；而纵向框架则跨数较多，所以在纵向仅需按构造要求布置连系梁。这也有利于房间室内的采光与通风等建筑要求。2、纵向框架承重方案：纵向框架承重方案是在纵向布置框架承重梁，在横向布置连系梁。纵向框架为主框架，承受全部竖向荷载和纵向水平荷载，横向框架只承受横向水平荷载。由于楼面荷载由纵向梁传给柱子，所以横梁高度较小，有利于设备管线的穿行。当房间需要较大开间时，可以获得较高的室内净高。此外，当地基土的物理性能在房间纵向有明显差异时，可以利用纵向框架的刚度来调节房间的不均匀沉降。房间的横向刚度差是纵向框架承重方案的缺点。3、纵横向框架混合承重方案：-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）纵横向框架混合承重方案是在两个方向均需布置框架承重梁以承受楼面荷载。采用这种承重方案，两个方向的框架均同时承受竖向荷载和水平荷载。当楼面上作用较大荷载或者当柱网布置为接近正方形时，常常采用这种承重方案。楼面常采用现浇双向楼板或井式梁楼面。纵横向框架双向承重方案具有较好的整体工作性能，框架柱均为双向偏心受压构件，为空间受力体系。对于抗震要求较高的框架结构，横向和纵向均应设计成刚接框架，采用双向梁柱抗侧力体系。由于该四层教学楼位于地震区，考虑到地震方向的随意性以及地震产生的破坏效应较大，因此，采用双向框架承重方案和现浇楼面的屋楼盖体系，而且主体结构纵横向均采用刚接的结构体系，形成双向抗侧力体系[16]。3.2.4变形缝变形缝是指伸缩缝、沉降缝和防震缝。在一般的房屋结构总体布局中，应当考虑温度、沉降、收缩和体型复杂等房屋结构的不利影响因素。通常用伸缩缝、沉降缝或防震缝将房屋分成若干独立部分，从而消除沉降差、温度应力和体型复杂对结构的危害。但是高层建筑出于对建筑使用要求和立面效果的考虑，以及防水处理困难等原因，往往希望少设或不设缝。特别是在地震区，由于变形缝将房屋分成几个独立的部分，地震时常常会出现建筑物之间相互碰撞而造成的地震灾害。因此，在高层建筑中，目前总的趋势是尽可能不设缝，并且从总体布置或构造上采取相应措施来减少变形缝引起的种种比较复杂的工程问题。1、伸缩缝的设置主要与结构的平面长度有关。该教学楼的总长度虽然超过了在《砼规范》GB50010-2002第9.1.1条的规定限制，但采用下列几项措施之后，仍不设置伸缩缝。2、沉降缝的设置主要与基础受到的上部荷载及场地的地质条件有关。如果要设置沉降缝，其宽度一般不宜小于50mm，而且沉降缝与伸缩缝的不同之处，在于沉降缝不但要将房屋的地上部分断开，地下部分也需要断开。在地震区，所设置的沉降缝应做成防震缝所要求的宽度，以避免沉降缝两侧的房屋互相碰撞。3、防震缝的设置-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）主要与建筑平面形状、高差、刚度、质量分布等因素有关。当房屋平面复杂、不对称或是房屋各部分刚度、高度和重量相差悬殊时；在地震区，由于地震力作用下，房屋出现扭转及复杂的震动状态，在连接薄弱部位可能出现震害等情况都要设置防震缝。多层与高层建筑在下列情况时宜采用设置防震缝。a.平面狭长或外伸部分较长而无加强措施；b.房屋有较大错层；c.各部分结构的刚度或荷载相差悬殊，并且没有采用有效措施。由于该教学楼建筑平面单一规则，刚度和质量分布均匀对称，又没有错层，对于较长的平面采取了一些施工措施，因此，该教学楼不设置防震缝[4]。3.3柱网布置及计算简图3.3.1计算简图与计算单元简图框架结构是是一个空间受力体系，整个结构在纵向、横向协同工作，共同承受外荷载作用。在使用计算机软件进行分析时，框架结构的内力和侧移计算应采用三维空间结构的计算简图。当使用手算方法时，就需要对结构进行合理的简化。一般教学楼建筑中横向内力和变形基本相同。因此，结构设计时一般简化为取中间有代表性的一榀横向框架作为计算单元进行计算即可。将复杂的空间结构简化为平面框架之后，应进一步将实际的平面框架转化为力学模型——计算简图。在框架结构的计算简图中，梁、柱用其轴线表示，梁与柱之间的连接用节点表示，梁或柱的长度用节点间的距离表示。当框架各层柱截面尺寸不同，但其形心线重合时，框架柱的轴线取截面形心线。当框架各层柱截面尺寸不同且形心线不重合时，一般采取近似方法，将顶层柱的形心线作为柱子的轴线。但是必须注意，按此计算简图算出的内力是计算简图轴线上的内力，由于此轴线不一定是各截面的形心线，故在截面配筋计算时，应将按计算简图算得的内力转化为截面形心轴处的内力。-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）框架柱轴线间的距离即为框架梁的计算跨度。框架柱的计算高度应为各横梁形心轴线间的距离，当各层梁截面尺寸相同时，除底层外，柱的计算高度可取各层的层高。此外，对梁柱板均为现浇的情况，梁截面的形心线可近似取至板底。对底层柱的下端，一般取至基础顶面；当设有整体刚度很大的地下室，且地下室的层间刚度不小于上部结构层间刚度的1.5倍时，可取至地下室结构的顶部。选中KJ-1进行计算底层柱高度从基础顶面取至一层板顶，本工程暂定基础顶面标高为-0.8米，底层取H=3600+300+500=4400mm，二至四层取层高H=3600mm。见图3.1:图3.1框架KJ-1示意图在计算简图中，框架杆件用轴线表示。一般情况下，等截面柱的轴线取截面形心轴。上、下层柱截面尺寸不同时，往往取顶层柱的形心线作为柱轴线，此时应该注意按照计算简图算出的内力是计算简图轴线上的内力，对下层柱而言，此轴线不一定是柱截面的形心轴，进行构件截面设计时，应该将近似计算的内力转化为截面形心轴处的内力。梁跨度取柱子轴心间的距离，层高取柱高，即为各层梁顶面之间的结构标高差。对底层柱取基础顶面到二层楼面间的高度。另外，对于倾斜或折线形的横梁，当坡度小于1/8时，可以简化为水平直杆。对于不等跨梁，当各跨跨度相差不超过10%时，可当作具有平均跨度的等跨框架处理，简化后的跨度取原框架各跨跨度的平均值。-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）3.3.2柱网布置框架柱的布置应使整个建筑体型规则、均匀，避免有较大的外挑和内收，结构的承载力和刚度宜自上而下逐渐的减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。详见首层建筑平面图3.4梁、柱截面尺寸估算3.4.1梁截面尺寸确定框架结构的主梁梁截面高度H按（1/8~1/12）L确定，L为梁计算跨度，梁净跨与截面高度之比不宜小于4，梁的截面宽度不宜小于200mm，梁截面的高宽比不宜大于4。框架梁的截面宽度可取bb=（1/3～1/2）h，为了使端部节点传力可靠，梁宽b≥250mm。次梁尺寸的选定：h＝(1/15～1/12)Lb=(1/3—1/2)h式（3.1）纵梁：,取,取横梁：，（边梁）取，取因为中跨梁只有零星几个，所以和边跨梁取同一数值。梁截面尺寸估算表见表3.1，-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）表3.1梁截面尺寸估算表编号混凝土强度等级计算跨度L（mm）截面宽b（mm）截面高h（mm）横梁C257500250700纵梁33002004003.4.2柱截面尺寸确定柱截面尺寸可根据轴压比限值确定，房屋高度为15.6m，查表可知该框架体系，框架抗震等级为三级，查表得框架柱轴压比限值[μN]＝0.9。单位面积上的重力荷载代表值近似取14KN/m2，柱的混凝土强度等级取C25(fc=11.9N/mm2)。式中，G－折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，各层可近似取19KN/m2；F－按简支状态计算的柱的负荷面积；n－验算截面以上楼层层数；－考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，边柱取1.3，中柱取1.25；－混凝土轴压强度设计值；－框架柱轴压比限值，取为0.9，见混凝土结构设计规范P179，表11.4.16；－柱截面面积，取方形时边长为a。按上述方法确定的柱截面高度h不宜小于400mm，宽度不宜小于350mm，柱净高与截面长边尺寸之比宜大于4[5]。分边柱KZ1、中柱KZ2计算。1、边柱KZ1负荷面积：F=3.75×3.3=12.375m2取柱截面尺寸为b×h=500mm×400mm=200000mm22、中柱KZ2负荷面积，F=(3.75+1.05)×3.3=15.84m2。-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）取柱截面尺寸为b×h=500mm×400mm=200000mm2。根据上述结果，并综合考虑其它因素，本设计柱截面尺寸取值如下：1~4层500mm×400mm基础选用柱下独立基础，基础顶面距室外地面为500mm。-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）4荷载计算选择3轴框架进行计算，计算简图如下图4.1图4.1框架立面图4.1荷载标准值计算（一）屋面荷载1、屋面恒荷载标准值：屋面(隔热、防水层)1.53kN/m²15厚找平层20×0.015=0.3kN/m²钢筋砼屋面板25×0.1=2.5kN/m²板底抹灰17×0.01=0.17kN/m²合计：4.5kN/m²2、屋面活荷载标准值：2.0kN/m²。（上人屋面）（二）楼面荷载1、楼面恒荷载标准值：-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）水磨石地面：0.65kN/㎡楼板：25×0.1=2.5kN/m²板底抹灰：0.02×17=0.34kN/m²合计G1=3.49kN/m²2、楼面活荷载标准值：2.0kN/m²（三）墙体自重标准值墙体用240厚MU10砖，M2.5砂浆砌筑，外墙涂颜料，内墙面20mm厚抹灰，则外墙自重标准值为：内墙为240mm厚砖墙双面砂浆抹灰，表面刷涂料，则内墙自重标准值：女儿墙高1200mm，宽240mm，两侧水泥砂浆抹灰，则自重标准值：（四）门窗自重标准值木门自重标准值为0.20kN/m²，钢窗为0.40kN/m²。（五）重力荷载代表值集中于各质点的重力荷载Gi，为计算单元范围内各层楼面上的重力荷载代表值及上下各半层的墙、柱等重量。楼面重力：墙总重：底层其它层：女儿墙：-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）4.2三轴框架梁上荷载标准值图4.2横向框架计算单元计算单元宽度为3.3m。4.2.1恒载计算1、顶层梁上恒载计算在图中，q1代表横梁自重，均为均布荷载，=0.25×0.7×25=4.375kN/m，和分别为教室和走道楼板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载，则=4.49×3.3=14.82kN/m，=4.49×2.10=9.43kN/m，P1、P2分别为由边梁、中纵梁直接传给柱的集中恒载，则：边梁:屋面板传来（三角部分）：3.3×1.65×1/2×4.49=12.22kN梁自重：4.375×3.3=14.44kN女儿墙：5.36×1.2×3.3=21.23kN合计P1=47.89kN中纵梁:屋面板传来（梯形）：[3.3×1.65×1/2+(1.2+3.3)×1.05×1/2]×4.49=22.83kN-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）梁自重：4.375×3.3=14.44kN合计P2=37.27kN节点弯矩式（4.1）B轴处节点:。C轴处节点:。图4.3屋面层梁上作用的恒载2、2-4层梁上恒载计算包括梁自重和其上墙自重均布荷载，其它计算方法同顶层。=4.375+5.24×(3.6-0.7)=19.57kN/m=3.49×3.3=11.52kN/m=3.49×2.10=7.33kN/m边梁:楼面板传来：3.3×1.65×1/2×3.49=9.50kN梁自重：14.44kN外墙：5.24×[3.3×(3.6-0.4)-1.8×1.8]=38.36kN窗自重：0.4×1.8×1.8=1.30kN合计P1=63.60kN中纵梁:楼面板传来：[3.3×1.65×1/2+(1.2+3.3)×1.05×1/2]×3.49=17.75kN梁自重：14.44kN内墙：5.24×[3.3×(3.6-0.4)-1.2×1.8-0.9×2.5]=32.23kN窗自重：0.4×1.2×1.8=0.86kN门自重：0.2×1.2×1.8=0.43kN-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）合计P2=65.71kN节点弯矩:B轴处节点:。C轴处节点:。图4.4标准层梁上作用的恒载4.2.2活载计算活荷载作用下各层框架上的荷载分布图如图4.5：1、顶层梁上活载计算=3.3×2.0=6.6kN/m，=2.10×2.0=4.20kN/m=3.3×1.65×1/2×2.0=5.45kN=[3.3×1.65×1/2+(1.2+3.3)×1.05×1/2]×2.0=10.17kN节点弯矩B轴处节点:。C轴处节点。图4.5屋面梁上作用的活载2、1-4层梁上活载计算=3.3×2.0=6.6kN/m，=2.10×2.0=4.20kN/m.=3.3×1.65×1/2×2.0=5.45kN-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）=[3.3×1.65×1/2+(1.2+3.3)×1.05×1/2]×2.0=10.17kN节点弯矩B轴处节点:。C轴处节点:。图4.6标准层梁上作用的活载图4.7框架永久荷载图-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）图4.8框架可变荷载图4.3地震荷载计算1、横向自振周期的计算运用顶点位移法来计算，对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构，基本自振周期可按下式来计算：式（4.2）式中，——计算结构基本自振周期用的结构顶点假想位移，即假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值作为水平荷载而算得的结构顶点位移；——结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数，取0.7。故先计算结构顶点的假想侧移，计算过程如表4.1：-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）表4.1结构顶点的假想位移计算层次（KN/m）层间相对位移(m)49451.819451.815699200.01660.211539451.8118903.625699200.03320.194929451.8128355.435699200.04980.1617110198.538553.933446400.11190.1119由上表计算基本周期，。2、水平地震作用及楼层地震剪力计算根据《抗震规范》GB50011-2001第5.1.2条规定，对于高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法等简化方法计算抗震作用。因此，本框架结构采用底部剪力法计算抗震作用。该建筑结构高度远小于40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切为主，因此用底部剪力法来计算水平地震作用。首先计算总水平地震作用标准值，即底部剪力。式（4.3）式中，——相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数；——结构等效总重力荷载，多质点取总重力荷载代表值的85％；天津地区特征分区为一区，又场地类别为Ⅱ类，查规范得特征周期查表得，水平地震影响系数最大值；由水平地震影响系数曲线来计算，-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）式中，——衰减系数，＝0.05时，取0.9；质点i的水平地震作用为：式（4.4）式中：、分别为集中于质点i、j的荷载代表值；、分别为质点i、j的计算高度。具体计算过程如下表4.2，各楼层的地震剪力按来计算，一并列入表中，表4.2各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次415.29451.81143668644.89644.89311.69451.81109641492.151137.04289451.8175614339.411476.4514.410198.544873200.221676.67373796各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见图4.9-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）图4.9横向水平地震作用及层间地震剪力3、用D值法来验算：框架第层的层间剪力、层间位移及结构顶点位移分别按下式来计算：式（4.5）计算过程见表4.3，表中计算了各层的层间弹性位移角。表4.3横向水平地震作用下的位移验算层次4644.895699201.13110.58236001/327231137.045699201.9959.45136001/180021476.455699202.5917.45636001/138511676.673446404.8654.86544001/917-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）由表中可以看到，最大层间弹性位移角发生在第一层，1/917<1/550,满足要求。4.4风荷载计算1、风荷载标准值垂直于建筑物表面上的风荷载标准值当计算主要承重结构时按下式来计算：式（4.6）式中——高度离地面为Z处的风振系数，对于高度不大于30m且高宽比小于1.5的房屋结构取=1.0——荷载体型系数,建筑物为十字型平面，由建筑物的体型可查得其迎风荷载体型系数=+0.8，其背风荷载体型系数=-0.5——风压高度变化系数，由地面粗糙度和离地面的高度来决定，此工程的地面粗糙度为B类；——基本风压。基本风压：ω0=0.40kN/㎡；风振系数βz：因房屋总高小于30m，即=1.0；风荷载体型系数：=0.8-(-0.5)=1.3；风压高度系数：按B类地区，查规范得各层系数为μz1=μz2=1.00,μz3=1.06，μz4=1.11，则[7]：；；；转化为集中荷载(受荷面与计算单元同)；4层：；3层：；-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）2层：；1层：；计算结果如下表4.4：表4.4风荷载计算层次Z(m)41.01.314.851.110.48.914.595.2431.01.311.251.060.411.886.7113.4321.01.37.651.000.411.886.3622.1611.01.34.051.000.412.626.1831.43其中，A为一榀框架各层节点的受风面积，取上层的一半和下层的一半之和，顶层取到四层墙顶，底层只取到下层的一半。注意底层的计算高度应从室外地面开始取。四层2，3层首层根据水平荷载，计算层间剪力，再依据层间侧移刚度，计算出各层的相对侧移和绝对侧移。计算过程如下表4.5：表4.5风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算层次44.594.595699200.0080.0081/45000036.7111.35699200.0200.0281/18000026.3617.665699200.2570.2851/1400816.1829.363446400.0850.3701/42352由表可以看出，风荷载作用下框架的最大层间位移角为一层的1/14008，小于1/550，满足规范要求。-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）风荷载计算简图如下图4.10：图4.10框架风荷载图-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）5内力计算与分析5.1柱的侧移刚度计算对横向框架梁BC和DE，截面尺寸b×h=250mm×700mm，梁线刚度为：式（5.1）对框架梁CD，截面尺寸b×h=250mm×700mm，梁线刚度为：对底层框架柱KZ1，截面尺寸b×h=400mm×500mm，柱线刚度为：对楼层框架柱KZ1，截面尺寸b×h=400mm×500mm，柱线刚度为：则相对线刚度为：ib1=1.0，ib2=3.571，ic1=0.994，ic2=1.215由于该楼层较低，可不用验算风载侧移刚度。即得梁柱的相对线刚度标于下图中：-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）图5.1梁柱线刚度图查表分别计算梁柱线刚度比K和系数αc，式（5.2）计算结果如下表5.1：表5.1柱的侧移刚度层次边柱B、E中柱C、DΣDiKαcDi1KαcDi22-40.5280.209109001.8010.4742472056992010.7360.45287002.5100.66712840344640由上表可知，ΣDi/ΣD2=569920/344640=1.65>0.7，故该框架为规则框架。5.2恒荷载作用下框架内力计算5.2.1恒载作用下框架弯矩计算梁端柱端采用弯矩二次分配法计算，由于结构和荷载对称，故计算时可用半框架。1、梁的固端弯矩和悬臂端弯矩可按下面方法求得：-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）2、根据梁柱相对线刚度，计算出各节点的弯矩分配系数µij，如B5点：µB5C5=1.0/(1.0+1.215)=0.451，µB5B4=1.215/(1.0+1.215)=0.548用弯矩分配法计算框架各点弯矩。传递系数为1/2和-1，各节点分配两次即可。计算过程见下图5.2。图5.2框架恒载作用下弯矩计算简图则框架在恒荷载作用下的弯矩图如下图5.3所示。-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）图5.3框架恒载作用下弯矩图(单位：kN·m)5.2.2恒载作用下框架剪力计算根据以上简图进行计算：梁：，∴，∴柱：，∴，∴则恒载作用下框架剪力图如下图5.4所示。-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）图5.4框架恒载作用下剪力图(单位：kN)5.2.3恒载作用下框架轴力计算框架柱轴力包括连系梁传来荷载P及柱自重G，框架梁轴力忽略。柱自重设计值：底层；其它层；由框架剪力图，根据节点平衡得各柱轴力。如柱B5B4：P=95.80kN,节点剪力Q=76.22kN由节点B5平衡得柱B5B4上部轴力柱B5B4底部轴力则得恒载作用下框架轴力图如下图5.5所示。-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）图5.5框架恒载作用下轴力图(单位：kN)(柱受压为+，忽略梁轴力)5.3活荷载作用下框架内力计算5.3.1活载作用下框架弯矩计算梁端柱端采用弯矩二次分配法计算，由于结构和荷载对称，故计算时可用半框架。用弯矩分配法计算框架各点弯矩。传递系数为1/2和-1，各节点分配两次即可。计算方法同恒载作用下的内力计算[8]。计算过程见下图5.6。-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）图5.6框架活载作用下弯矩计算简图则框架在活荷载作用下的弯矩图如下图5.7所示。图5.7框架活载作用下弯矩图(单位：kN·m)-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）5.3.2活载作用下框架剪力计算梁：柱：则活载作用下框架剪力图如下图5.8所示.图5.8框架活载作用下剪力图(单位：kN)5.3.3活载作用下框架轴力计算框架柱轴力包括连系梁传来荷载P，框架梁轴力忽略。由框架剪力图，根据节点平衡得各柱轴力。则得活载作用下框架轴力图如下图5.9所示。-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）图5.9框架活载作用下轴力图(单位：kN)(柱受压为+，忽略梁轴力)5.4地震荷载作用下框架内力计算将层间剪力分配到该层的各个柱子，即求出柱子的剪力，再由柱子的剪力和反弯点高度来求柱上、下端的弯矩。柱端剪力按下式来计算：式（5.3）柱上、下端弯矩、按下式来计算：式（5.4）式中：—i层j柱的侧移刚度；h为该层柱的计算高度；y—反弯点高度比；—标准反弯点高比，根据上下梁的平均线刚度，和柱的相对线刚度-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）的比值，总层数，该层位置查表确定；—上下梁的相对线刚度变化的修正值，由上下梁相对线刚度比值及查表得；—上下层层高变化的修正值，由上层层高对该层层高比值及查表；—下层层高对该层层高的比值及查表得。需要注意的是是根据表：倒三角形分布水平荷载下各层柱标准反弯点高度比查得。计算结果如下表5.2与表5.3：表5.2各层中柱柱端弯矩及剪力计算层次y43.6644.895699202472027.970.760.4060.4240.2733.61137.045699202472049.320.760.4597.6579.9023.61476.455699202472064.040.760.50115.27115.2714.41676.673446401284062.470.960.6596.20178.66表5.3各层边柱柱端弯矩及剪力计算层次Y43.6644.895699201090012.331.430.4026.6317.7633.61137.045699201090021.751.460.4543.0135.2423.61476.455699201090028.231.460.5050.8150.8114.41676.67344640870042.321.840.6565.17121.04注：表中弯矩单位为,剪力单位为kN。5.5风荷载作用下框架内力计算风载分左向和右向风载，应分别计算两种风向作用下的内力。计算得到风载向左的内力后，可利用内力图的对称性得到风载向右的内力。-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）该框架采用反弯点法计算框架弯矩即可。柱的侧移刚度不仅与柱本身线刚度和层高有关，而且还与梁的线刚度有关，底层柱的反弯点高度为柱高的2/3，而其它层为柱高的1/2[9]。5.5.1求各柱的剪力值由于各层4根框架柱的线刚度均相等，所以各柱所承受的剪力相同。式（5.5）5.5.2求反弯点高度底层反弯点高度：y=2h/3=2/3×4.4=2.93m，其它层y=h/2=3.6/2=1.80m图5.10框架风荷载受力图(左吹风)-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）5.5.3框架内力值计算方法与地震作用下的相同,都采用D值法。在求得框架第I层的层间剪力后，I层j柱分配到的剪力以及柱上、下端的弯矩、分别按下列各式计算：柱端剪力计算公式为：式（5.6）柱端弯矩计算公式为：，式（5.7）需要注意的是，风荷载作用下的反弯点高比是根据表：均布水平荷载作用下的各层标准反弯点高度比查得。计算结果如下表5.4与表5.5：表5.4各层边柱、柱端弯矩及剪力计算层次y43.65.24569920109000.100.760.400.140.2233.613.43569920109000.260.760.450.420.5123.622.16569920109000.420.760.500.760.7614.431.4334464087000.790.960.652.261.22表5.5各层中柱、柱端弯矩及剪力计算层次Y43.65.24569920247200.231.460.400.330.5033.613.43569920247200.581.460.450.941.1523.622.16569920247200.961.460.501.731.7314.431.43344640128401.171.840.603.092.06-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）注：表中弯矩单位为,剪力单位为。梁端弯矩、剪力以及柱轴力分别按照下列公式计算：；；；式（5.8）1、柱端弯矩柱上端弯矩为M上=V(h-y)，柱下端弯矩M下=Vy。M4上=2.25×(3.6-1.80)=4.05kN·m，M4下=2.25×1.80=4.05kN·m。M3上=5.58×(3.6-1.80)=10.04kN·m，M3下=5.58×1.80=10.04kN·m。M2上=M2下=8.72×1.80=15.70kN·m，M1上=11.70×(4.4-2.93)=17.20kN·m，M1下=11.70×2.93=34.28kN·m。梁端弯矩：先求出各节点柱端弯矩之和，再由各节点平衡条件得梁端弯矩，左梁端：M左=(M上+M下)i左/(i左+i右)右梁端：M右=(M上+M下)i右/(i左+i右)式（5.9）即可绘出风载作用下的弯矩图如下图5.12所示。2、梁剪力：由框架梁的平衡条件得梁剪力：.柱剪力：由框架柱的平衡条件得柱剪力：.式（5.10）3、柱轴力：由节点平衡条件得柱轴力。-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）柱端剪力计算公式为：式（5.11）柱端弯矩计算公式为：，式（5.12）需要注意的是，风荷载作用下的反弯点高比是根据表：均布水平荷载作用下的各层标准反弯点高度比查得。梁端弯矩、剪力以及柱轴力分别按照下列公式计算：；；；式（5.13）计算结果如下表5.6：表5.6风荷载作用下的梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力柱N44.054.317.51.114.314.312.104.10-3.00310.0413.677.53.169.134.792.106.63-3.17215.709.217.53.329.133.712.106.11-2.79-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）117.2012.217.53.9222.3419.312.1019.83-15.91作出左吹风荷载作用下的M、V、N图(11、12、13)后，利用对称性作出右吹风荷载作用下的M、V、N图。图5.11左吹风荷载作用下弯矩图(单位：kN·m)图5.12左吹风荷载作用下剪力图(单位：kN)（梁为正,柱为负）-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）图5.13左吹风荷载作用下轴力图(单位：kN)-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）6内力组合本框架设计考虑三种荷载组合：1.2恒载+1.4活载，；式（6.1）1.2(恒载+0.5风载)+1.3地震荷载,；式（6.2）1.2恒载+0.9×(1.4活载+1.4风载),。式（6.3）在组合各种荷载的内力时，风荷载分别考虑左风和右风，地震荷载分为左地震和右地震。6.1框架内力组合梁内力控制截面一般取两端支座截面及跨中截面。支座截面内力有支座正、负弯矩及剪力，跨中截面一般为跨中正截面。1作用效应组合结构或结构构件在使用期间，可能遇到同时承受永久荷载和两种以上可变荷载的情况。但这些荷载同时都达到它们在设计基准期内的最大值的概率较小，且对某些控制截面来说，并非全部可变荷载同时作用时其内力最大，因此应进行荷载效应的最不利组合。永久荷载的分项系数按规定来取：当其效应对结构不利时，对由可变荷载效应控制的组合取1.2，对由永久荷载效应控制的组合取1.35；当其效应对结构有利时，一般情况下取1.0，对结构的倾覆、滑移或漂移验算取0.9。可变荷载的分项系数，一般情况下取1.4。均布活荷载的组合系数为0.7，风荷载组合值系数为0.6，地震荷载组合值系数为1.3。2承载力抗震调整系数从理论上讲，抗震设计中采用的材料强度设计值应高于非抗震设计时的材料强度设计值。但为了应用方便，在抗震设计中仍采用非抗震设计时的材料强度设计值，通过引入承载力抗震调整系数来提高其承载力。-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）框架梁的控制截面在两端和跨中，梁端要组合各种荷载作用下出现的负弯矩值和剪力值，跨中要组合恒载和跨内活载作用[10]下的正弯矩值(因为风载在梁跨中产生的弯矩为0)。由于对称性,每层有五个控制截面,如图6.1中的1、2、3、4、5号截面。图6.1控制截面由于2、3层梁的内力较接近，只组合1、3和4层梁的内力。表6.1框架梁内力组合层次截面内力种类内力值内力组合恒载①活载②风载③1.2①+1.4②1.2(①+0.5②)+1.3③1.2①+0.9×(1.4②+1.4③)一层1M-61.69-12.82-41.65-91.98-208.44-142.66V75.9015.609.97112.92139.02123.302M39.077.91057.9651.6356.853M-68.51-14.16-12.21-102.04-172.32-115.44V-78.43-16.52-9.97-117.24-142.61-127.494M-22.10-4.46-29.44-32.76-225.96-69.23V10.153.1426.2916.58189.7549.265M-16.42-2.70-23.48-21.32-23.11二三层1M-65.13-13.27-33.70-96.73-196.33-137.34V76.3915.658.07113.58134.66121.562M36.947.59054.9548.8853.893M-69.34-14.34-9.88-103.28-163.05-113.73V-77.95-16.05-8.07-116.01-69.57-123.934M-18.25-4.02-23.82-27.53-196.06-56.98V10.153.1421.2716.58167.4142.945M-12.57-2.260-18.25-16.44-17.93四层1M-37.32-3.5-3.71-49.68-70.79-53.87V76.223.921.1796.95100.8597.882M23.401.72-1.1730.4929.1128.773M-42.44-3.78-1.09-56.22-39.09-57.06V-47.82-4.02-1.17-63.01-66.83-63.924M-16.33-1.06-2.62-21.0813.79-24.23V11.720.782.3415.1644.9118.005M-9.77-0.620-12.59-12.10-12.51-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）6.2框架柱内力组合6.2.1柱内力组合柱的控制截面在柱的上下两端。弯矩越大对构件不利，因此要找出：绝对值最大的弯矩及相应的轴力N。在小偏心受压情况下，轴力越大越不利，因此要找出最大轴力及相应M；在大偏心受压中轴力越小越不利，因此要找出最小的轴力及相应M。组合内力时，要考虑M及相应N、V的共同作用。6.2.2柱端弯矩值设计值的调整一、二、三级框架的梁柱节点处，除框架顶层和柱轴压比小于0.15者及框支梁与框支柱的节点外，柱端组合的弯矩设计值应符合下式的要求：式（6.4）式中，——节点上下柱端截面顺时针或反时针方向组合的弯矩设计值之和，上下柱端的弯矩设计值可按弹性分析来分配;——节点左右梁端截面反时针或顺时针方向组合的弯矩设计值之和；——柱端弯矩增大系数,三级框架为1.1。为了避免框架柱脚过早屈服，一、二、三级框架结构的底层柱下端机面的弯矩设计值，应分别乘以增大系数1.5、1.25和1.15。底层是指无地下室的基础以上或地下室以上的首层。框架柱A内力组合如表6.2与表6.3，框架柱B内力组合如表6.4与表6.5：表6.2框架柱A内力组合层次截面内力恒载活载风载1.2恒+1.4活1.2恒+0.9(1.4活+1.4风)左风载右风载4柱顶M25.342.994.0534.5938.8529.50N172.027.971.17217.58217.94214.99柱底M25.65.623.7138.5942.4833.13N192.657.971.17242.34242.70239.75V-15.44-2.61-2.25-22.18-24.65-18.98-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）续表6.2框架柱A内力组合3柱顶M26.675.6210.0439.8757.2220.95N571.4671.679.91786.09788.54763.57柱底M25.65.6214.3938.5955.9319.67N592.0971.679.91810.85813.30788.33V-15.84-3.41-8.72-23.78-34.29-12.322柱顶M26.675.6217.2039.8763.4214.75N771.18103.5217.981070.341078.511033.20柱底M33.16.4917.2048.8172.2323.57N791.81103.5217.981095.101103.261057.95V-18.11-3.67-11.7-26.87-41.10-11.611柱顶M15.754.2922.3424.9152.45-3.84N970.41135.3227.951353.941370.211299.78柱底M7.882.1534.2812.4768.64-44.31N999.16135.3227.951388.441404.711334.28V-5.14-1.4-14.6-8.13-26.3310.46表6.3框架柱A内力组合层次截面内力|Mma×|Nma×Nmin|Vma×|4柱顶M56.11N218.24204.17柱底M44.34N243228.93V30.443柱顶M89.81N788.54679.94柱底M78.89N813.3704.7V51.122柱顶M100.79N1078.51905.11柱底M97.46N1103.26929.86V60.071柱顶M94.22N1370.211124.68柱底M180.49N1404.711159.18V59.72-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）表6.4框架柱B内力组合层次截面内力恒载活载风载1.2恒+1.4活1.2恒+0.9(1.4活+1.4风)左风载右风载4柱顶M-16.05-1.913.71-21.93-16.99-26.34N149.1311.251.17194.71194.61191.66柱底M-17.86-3.543.71-26.39-21.22-30.57N169.7611.251.17219.46219.36216.41V10.281.65-2.2514.6511.5817.253柱顶M-18.39-3.5414.39-27.02-8.40-44.66N607.89101.2315.47871.19876.51837.53柱底M-17.86-3.5414.39-26.39-7.76-44.02N628.52101.2315.47895.95901.27862.28V10.982.15-8.7216.194.9026.872柱顶M-18.39-3.5419.31-27.02-2.20-50.86N837.27146.2228.671209.431225.091152.84柱底M-21.01-3.8819.31-30.64-5.77-54.43N857.9146.2228.671234.191249.841177.59V11.942.25-11.717.482.4231.911柱顶M-10.32-2.5822.34-16.0012.51-43.78N1067.13191.6844.991548.911578.761465.39柱底M-5.16-1.2944.82-8.0048.66-64.29N1095.88191.6844.991583.411613.261499.89V3.370.84-14.65.22-13.2923.50-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）表6.5框架柱B内力组合层次截面内力|Mma×|Nma×Nmin|Vma×|4柱顶M68.34N207.93161.23柱底M52.56N232.69185.99V36.643柱顶M141.14N876.51685.89柱底M130.96N901.27710.64V82.452柱顶M159.06N1225.09958.09柱底M162.38N1249.84982.85V97.411柱顶M156.83N1578.761239.3柱底M221.58N1613.261273.8V82.27-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）7框架梁柱配筋计算根据框架梁控制截面内力设计值，利用受弯构件正截面承载力和斜截面承载力计算公式，算出所需纵筋及箍筋并进行配筋。用梁端绝对值最大的负弯矩分别计算梁两端上端抗弯纵筋；用跨中最大正弯矩计算梁的下部抗弯纵筋；按单筋截面计算抗弯纵筋；用支座最大剪力计算钢箍，不考虑弯起钢筋抗剪，在梁端一定范围内加密钢箍。采用C25混凝土：fc=11.9N/mm2，ft=1.27N/mm2;主筋采用HRB335：fy=300N/mm2，箍筋采用HRB235：fy=210N/mm2;梁截面：b×h=250mm×700mm，保护层厚度as=35mm，则h0=h0’=700-35=665mm(单排筋)。7.1框架梁配筋7.1.1框架梁正截面承载力计算从梁的内力组合表中选出AB跨跨间截面及支座截面的最不利内力，并将支座中心处的弯矩换算为支座边缘控制截面的弯矩进行配筋计算。当梁下部受拉时，按T形截面来设计，当梁上部受拉时，按矩形截面来设计翼缘的计算宽度：(i)按计算跨度考虑(ii)梁净距考虑(iii)按翼缘高度考虑这种情况不起控制作用，故取。梁内纵向钢筋选级钢，（fy=300N/mm2)，下部跨间截面按单筋形梁计算，因为：属第一类T型截面：式（7.1）-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）式（7.2）实际配筋取3根14的HRB335，满足要求。跨中配筋率应大于%和%中的较大值。如表7.1：表7.1梁正截面承载力计算截面层数M(kN·m)αs=ξ=1-As=ξbh0/选用钢筋实用钢筋面积1顶层70.790.04640.04753173Φ144616其它层208.440.10830.11497673Φ209412顶层30.490.02720.02761843Φ144617其它层57.960.05170.05313543Φ144613顶层57.060.05040.05173453Φ144618其它层172.320.09740.10276853Φ209414顶层24.230.02040.02071383Φ144619其它层225.960.04830.04963313Φ209415顶层12.590.01120.0113753Φ1446110其它层23.480.02090.02121413Φ144617.1.2框架梁斜截面承载力计算1、验算截面尺寸由表7.2计算表得支座最大剪力如下：表7.2支座最大剪力位置顶层其他层截面134134V(kN)100.8566.8344.91139.02142.61189.75对于梁端支座：式（7.3）则梁截面均符合要求。2、验算是否需要计算配箍-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）即框架横梁按构造配置箍筋，采用Φ8@200。3、仅配箍筋计算主梁选用Φ8@200双肢箍，加密区采用Φ8@100。根据构造要求，当梁高≧450mm时，需设纵向构造筋，构造筋选用2Φ12，拉筋选用Φ6@400。验算配筋率：ρ==420/(250×660)×100%=0.25%>ρmin=0.25%(支座)和ρmin=0.2%(跨中)，满足要求；ρ==941/(250×660)×100%=0.57%>ρmin=0.25%(支座)，满足要求；框架梁配筋详图见图纸。7.2框架柱配筋框架柱是偏心受压构件，按对称配筋矩形截面计算纵向钢筋。由于本框架柱剪力不大，箍筋可按构造配箍。2-4层柱采用同一种配筋，底层采用另一种配筋。C25砼：fc=11.9N/mm2，ft=1.27N/mm2;主筋采用HRB335：fy=300N/mm2，箍筋采用HRB235：fy=210N/mm2;柱截面：b×h=400mm×500mm，保护层厚度as=40mm，则h0=500-40=460mm。界限破坏的轴向压力值：Nb=α1fcbh0ξb=1.0×11.9×400×460×0.55=1204.28kN。7.2.1B轴框架柱配筋根据中柱内力组合表，将支座中心处的弯矩换算至柱边缘，并与柱端组合弯矩的调整值比较后，选出最不利内力。式（7.4）取和偏心方向截面尺寸的两者中的较大者，即-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文），故取。柱的计算长度确定，其中因为，故应考虑偏心距增大系数取式（7.5）取式（7.6）式（7.7）对称配筋式（7.8）为大偏压情况。式（7.9）再按及相应的一组（）计算。，节点上、下柱端弯矩-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）此组内力是非地震组合情况，且无水平荷载效应，故不必进行调整，且取。取取式（7.10）故为小偏心受压。式（7.11）按上式计算时，应满足及，因为故应按构造配筋，且应满足。单侧配筋率，则-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）选（）。计算结果如表7.3：表7.3B轴框架柱配筋计算位置2-4层1层组合|Mma×|Nma×Nmin|Mma×|Nma×NminM(kN·m)100.7972.2310.23180.4968.64159N(kN)1069.951103.26929.861401.191404.711159.18e0=M/N(mm)57.044.6132.738.332.923.7Nb=1808.95kN>N>N>N>N>N>Nea=h/30或20mm202020202020ei=e0+ea(mm)77.064.6152.758.352.943.7ei/h00.1670.1400.3320.1270.1150.095ζ1=0.5fcA/N或1(ζ1>1)111111L0=1.25HL0=1.0H(底层)412541254125460046004600L0/h或8(L0/h<8)8.258.258.259.29.29.2ζ2=1(L0/h<15)111111η=1+1.291.351.151.481.531.64e=ηei+h/2-as309.4296.9385.0296.1290.7281.5306.0306.357.5341.8388.9328.920-86-7568278-131总配筋率7.2.2C轴框架柱配筋上柱柱端弯矩设计值柱底弯矩设计值则框架柱的剪力设计值-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）式（7.11）（满足要求）（取）与相应的轴力取故该层柱应按构造配置箍筋。柱端加密区的箍筋选用肢一层柱的轴压比，则查表插入可得则最小体积配箍率式（7.12）取，，则。根据构造要求，取加密区箍筋为-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文），加密区位置及长度按规范要求确定。非加密区应满足，故箍筋取。计算结果如表7.4表7.4C轴框架柱配筋计算表位置2-4层1层组合|Mma×|Nma×Nmin|Mma×|Nma×NminM(kN·m)162.385.77162.38221.5848.6631N(kN)982.851249.84982.851273.801613.261242.78e0=M/N(mm)37.412.7125.934.116.224.9Nb=1808.95kN>N>N>N>N>N>Nea=h/30或20mm202020202020ei=e0+ea(mm)57.432.7145.954.136.244.9ei/h00.1250.0710.3170.1180.0790.098ζ1=0.5fcA/N或1(ζ1>1)111111L0=1.25HL0=1.0H(底层)412541254125460046004600L0/h或8(L0/h<8)8.258.258.259.29.29.2ζ2=1(L0/h<15)111111η=1+1.391.681.151.511.771.62e=ηei+h/2-as289.7265.0378.3291.9274.0282.8333.4345.649.7357.3444.9347.6-34-217-80107461-34根据规范，纵向钢筋的最小总配筋率：边柱、中柱0.6%。框架柱配筋：AS+AS’=ρminbh0=0.006×400×460=1380mm2,AS=AS’=690mm2，选用6Φ18，AS=AS’=763mm2。沿柱截面高度设置纵向构造钢筋2Φ16，拉筋Φ8@200。柱搭接长度L1≥36d，搭接范围内箍筋加密Φ8@100。7.3结构布置图见结构附图2-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）7.4配筋图见结构附图5结　　论三个多月的毕业设计结束了，通过这次毕业设计，我对大学四年学习的东西有了更加深刻的认识，感觉受益匪浅。通过这次毕业设计，大体的了解了整个建筑从建筑设计到结构设计及设计方法。在设计的过程中，由于以前没有进行过系统的设计，对结构的一些截面尺寸的选择只是通过课本上说的范围进行选择，缺乏科学性，致使在设计中走了不少的弯路。又由于本地区的抗震设防烈度为7度，结构设计需要采用抗震设计，刚开始时，由于没有抗震的设计概念，致使梁柱截面选择的不好实现抗震设计中的“强柱弱梁”的设计概念，在后来进行截面设计时，为了实现强柱弱梁，在对梁端弯矩进行调整时，按照理论的要求，应该是在进行调整后梁端弯矩增大，柱端弯矩减小，但是在设计中，按照公式进行调整后，反而没有组合中的弯矩值大：1，可能是柱端的附加弯矩比较大；2，可能是梁的截面的选择可能过大。再则，在柱的设计中，柱的配筋全部采用构造配筋，因此，截面尺寸选择有些不合理，故在今后的设计中要注意改进。这次设计的工作量很大，几乎包括了我们整个大学期间的所有课程，这期间，我花在结构设计上的时间最长，这部分的计算涉及了很多种的计算方法。结构设计部分确定了框架布局，进行了层间荷载代表值的计算，按底部剪力法计算了水平地震作用以及水平地震作用下的结构内力。用分层法计算竖向荷载作用下的结构内力，并进行内力组合，找到最不利的一组或几组内力组合，按照最不利组合完成配筋并绘制施工图。计算完成后，所有的设计值都符合要求。通过这次毕业设计，进一步锻炼了自己独立思考问题，独立解决问题的能力。在这段时间的收获真的很丰富。虽然这段时间的生活是很辛苦的，但看到自己的成果展现在自己的面前时，心中充满了感动与自豪。虽然这份设计还有不尽人意的地方，但自己在这个过程中得到的东西却是比什么都珍贵的。也因为这段时间的成长，为毕业后的继续深造提供了坚实的基础。-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）参考文献[1]王雪峰.混凝土的发展历程和趋势[J].河南建材，2009.[2]梁兴文，史庆轩.混凝土结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.[3]杨杰.框架结构计算分析与设计实例[M].北京：中国水利水电出版社，2008.[4]陈海霞.钢筋混凝土框架结构的优化设计[D].山西：太原理工大学结构工程，2008.[5]阎兴华.土木工程专业本科毕业设计指导与算例[M].北京：中国电力出版社，2008.[6]薛焱，王祥仲.中文版AutoCAD2004基础教程[M].北京：清华大学出版社，2009.[7]朱红，刘国利.钢筋混凝土框架结构设计问题探讨[J].黑龙江科技信息，2009.[8]高新艳.钢筋混凝土框架结构的整体分析与优化设[D].山西：太原理工大学结构工程，2007.[9]李扬.中小学建筑混凝土结构杭震性能研究[D].陕西：西安建筑科技大学结构工程，2010.[10]杨俊杰.混凝土结构设计原理[M].北京：科学出版社，2007.[11]中华人民共和国国家标准.建筑结构荷载规范(GB50009-2012)[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.[12]中华人民共和国国家标准.建筑抗震设计规范(GB50011-2010)[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.[13]中华人民共和国国家标准.混凝土结构设计规范(GB50010-2010)[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.[14]中华人民共和国国家标准.建筑工程抗震设防分类标准(GB50223-2008)[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.[15]中华人民共和国国家标准.混凝土结构耐久性设计规范(GB50476-2008)[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）[16]姜学诗.混凝土结构设计问答实录[M].北京：机械工业出版社，2009.[17]王焕定.结构力学[M].北京：清华大学出版社，2010.[18]王铁成.混凝土结构[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.[19]赵西平.房屋建筑学[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.[20]杨璐.土木工程荷载与结构设计方法[M].北京：科学出版社，2011.[21]国振喜.建筑结构设计常用资料手册[M].北京：机械工业出版社，2011.[22]金方.建筑制图[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.[23]AlanWilliams.Designofreinforcedconcretestructures[M].beijing:ChinaWaterConservancyandHydropowerPress，2002.ISBN7508410017.[24]Fanella,DavidA.ReinforcedConcreteStructures:AnalysisandDesign[M].DmcgrawHillBookCo，2010.[25]El-Reedy，MohamedA.Advancedmaterialsandtechniquesforreinforcedconcretestructures[M].WiterwoofInc，2009.[26]DavidWARees.Mechanicsofoptimalstructuraldesign[M].Wiley，2009.[27]潘志鹏.钢筋混凝土等效材料的研究与应用[D].黑龙江：哈尔滨工业大学结构工程，2008.[28]田磊.钢筋混凝土结构国内外设计方法的对比研究[D].辽宁：大连理工大学结构工程，2009.[29]李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计优化与[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.[30]王骅.国内外混凝土行业现状及发展趋势[J].中国混凝土网，2010.-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）附录ADevelopmentTrendsofframestructureFramestructureischaracterizedbythebeamsandcolumnstowithstandverticalandlateralloads,wallfunctiononlyofmaintainingtheirintegrityandseismicresistancearebetterthanthehybridstructure,andlayoutflexibility,providinggreateruseofspace,alsoconstituterichandvariedinsurfacedesign,suitableforlarge-scaleindustrialconstruction,higherefficiency,constructionqualityisgood,butpoorseismicperformance.Reinforcedconcretemulti-storeyframestructureasacommonstructuralform,withtheforcetransmissionclear,structurallayoutflexibility,shockresistanceandoverallgoodadvantage,hasnowbeenwidelyusedinvarioustypesofmulti-storeyindustrialandcivilarchitecture.Inrecentyears,withthecontinuousdevelopmentofcomputertechnology,theframestructurecalculationsbyhandshiftComputerOperator,increasingaccuracy,designworkintensitydecreased.However,thedesignoftheframestructure,therearestillsomeconceptualandpracticalissuesdesignersneedtoattachimportancetoensurethatthedesignquality.Theso-calledframepopularspeakwithatrunkandafewpillarsandbeamsareerectedwholehouse,thisstructurecanbefreetochangetheUnitstructure.Thisstructureissquareorrectangularcross-sectioncolumns,beamwidthisgenerally20cmor25cm,whichisboundtoformanumberofconvexspacesintheroom,notonlyaffecttheperceptiondoesnothelpthelayoutoffurniture.Market,thestructureoftheUnitisoftencriticizedbybuyersfromthetrendpointofview,thetraditionalframeworkofthestructurewillgraduallyfadeout.Manyforeignsteelfortheframematerial,anddomesticmainlyreinforcedconcreteframe,theframestructurecanbereasonablydesignedsothatithasgoodductility,as"ductilityframework",undertheearthquake,whichhasgoodductilityseismicperformanceframework.Framestructuregenerallyusedforsteelandreinforcedconcretestructures,beamsandcolumnsareconstitutedbynodesbearingstructure.Frameworktoformaflexiblelayoutofbuildingspace,moreconvenienttouse.Withthestructuralheightincrease,thelevelofthe-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）frameworkofthebottomofthecolumnmakestheroleofthebendingmomentandshearforcecomponentsincreasedsignificantly,leadingtobeamandcolumnsizeandreinforcementincreased,toacertainextent,layoutandarchitecturewillpresentdifficultiesforspatialprocessingaffectthenormaluseofarchitecturalspace,theamountandcostofmaterialshasalsobecomeirrational.Withthesocialdevelopment,multistoryframebuildingmoreandmore.Framebuilding,saidthearrangementshould,uniform,reducingthelateralstiffnessoftheroletogetherwiththehorizontalloadlinedistance,centerofgravityandreducethestructuralstiffnessofthedistancebetweenthecenters,toreducethestructureofthereverse.Astheframeworkofthecomponentsectionissmaller,lateralstiffness,thewholestructureunderstrongearthquakedisplacementandstorydriftarelarge,pronetodamage.Inaddition,thenon-structuraldamage,suchasinfillwalls,buildingrenovationandequipmentforpipelinesandothermoreseriousdamage.Themainresultfornon-seismicareasandlow-risebuildings,seismicdesignofframestructureinadditiontostrengtheningthebeams,columns,andtheseismicmeasures,needstopayattentiontothematerialfillingthewallandfilledwiththeframeworkforthewallconnection,etc.Toavoidexcessivedeformationoftheframeworkofthedestructionofthewallwhenfilled.Framestructureisflexiblestructures,withhorizontaldisplacement,horizontaldisplacementofthegreateroftotalhousing,peoplewillfeeluncomfortable,butwillaffecttheinterlayerdisplacementrenovationofbuildingsandwallscracking,andthereforethelevelofdisplacementofthesetwolimits,sothatthedesignofhousingtoincreaselateralstiffness.Intheframestructuredesign,thecapitals,columnbottom,endofthebeamcrackseasily.WithChina"srapideconomicdevelopment,inordertopromotesocialworkmorequickly,smoothly,efficientlythehighlyskilledtalenttobecometoppriorityofsocialprogress.Newhouseistheframestructureusedup.Theprocessofhomebuyersbuyahouse,oftenheardtheso-called"hiddenbeamshiddencolumn,"whichactuallyreferstotheframestructure.Theso-called"hiddenbeams"isonlywherethereisestablishedbetweenthewallbeams,whiletheguestdiningroom,mainroomandsothelargertheboardthemiddleofnofurtherincreaseinbeam,atthesametime,designedtobeamwidthandwallthesamewidth.Theso-called"hiddencolumn"isachievedbytwomethods,oneiscolumnbasedarchitecturedesignedto"L","T","10"othershapes,columnwidthandwallwidth,thecolumn"embedded"intothewall-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）withinandwithoutatrace;theotherisconvextothecolumnwall,balconyorthekitchenandtoiletandothersecondaryroomssuchastheOfficetoensuretheintegrityofthemainroom.Theadvantageofusingthisprogramcostalmostflatwiththetraditionalframeworkofthestructure,buildingtheeconomyfromthepointofview,frame-shearwallstructureisthebesteconomicbenefits.Therefore,themarkethasbecomemainstreamproductsinrecentyears.ButitsdrawbackisthattherearelimitationsRoomlayout,interiorwallscannotbedismantledmostofthedecorationisnoteasy,withthelayerplanewouldinevitablyworseUnit.Frame-shearwall,aknownframestructure,itistheframeandshearwallstructurecombinationofthetwosystems,drawingontheirstrengths,bothforthebuildinglayouttoprovidegreateruseofspace,butalsohasgoodanti-lateralload.Thewallframestructurecanbesetseparately,youcanalsouseelevatorshaft,staircases,wallpipewells.Therefore,thisstructurehasbeenwidelyusedinvarioustypesofhousing.Multi-framestructure,asflexibleframecolumnlayout,withthebuildingfunctionalcomplexity,diversityincreased,alargespacestructure,complexstructure,thespecialstructureofthegrowing,theconceptofseismicdesign,structuraldesignismoreimportant,andonthekeyparts,strengtheningtheweaklinksmustberelevant,effective.Ourframetrend:Withthestrengthofconcrete,improvedconstructiontechniques,reinforcedconcretestructurealsoexistsinourcountrysometime,duetootherconditionsbeingthesame,filledwithlightfilledbrickwallthanthewallofthestructurestiffnessofsmall,brickinfillwallwillbephasedout(Protectionofclayresources,energy,environmentalrequirements),withdiverselightfilledmasonry,lightwallinstead.Atthesametimeinclinedtothewallstructure.Withthematuringdevelopmentofsteel,moresteelstructurehousesappearintheframestructureisalsopredictable.Whileabroadinthedirectionofframestructuresmature,themainuseofsteelframework,thedevelopmentprocessinthefuture,mainlybyimprovingtheperformanceofsteelstructurestoachievethemostreasonable.-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）框架结构的发展趋势框架结构的特点是由梁、柱承受竖向和水平荷载，墙仅起维护作用，其整体性和抗震性均好于混合结构，且平面布置灵活，可提供较大的使用空间，也可构成丰富多变的立面造型，适合大规模工业化施工，效率较高，工程质量较好,但抗震性能差。钢筋混凝土多层框架结构作为一种常用的结构形式,具有传力明确、结构布置灵活、抗震性和整体性好的优点,目前已被广泛地应用于各类多层的工业与民用建筑中。近年来,随着计算机技术的不断发展,框架结构的计算也由手算转向电算,计算精度日益提高,设计人员的工作强度逐渐降低。但是,在框架结构的设计中,仍然存在着一些概念性和实际性的问题需要设计人员予以重视,以确保设计质量的提高。所谓框架结构通俗点讲就是用几根柱子和横梁架起整栋房子，这种结构可以随意更改户型结构。这种结构中，柱子截面为方形或矩形，梁宽一般为20厘米或25厘米，这势必在室内形成很多凸位，既影响观感又不利于布置家具。市场上，这种结构的户型常被购房者所诟病，从发展趋势上看，传统框架结构会逐渐淡出。国外多用钢为框架材料，而国内主要为钢筋混凝土框架，框架结构可通过合理的设计，使之具有良好的延性，成为“延性框架”,在地震作用下，这种延性框架具有良好的抗震性能。框架结构体系一般用于钢结构和钢筋混凝土结构中，有梁和柱通过节点构成承载结构。框架形成可灵活布置的建筑空间，使用较方便。随着结构高度增加，水平作用使得框架底部梁柱构件的弯矩和剪力显著增加，从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加，到一定程度，将给建筑平面布置和空间处理带来困难，影响建筑空间的正常使用，在材料用量和造价方面也趋于不合理。-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）随着社会的发展，多层框架结构的建筑越来越多了。框架结构房屋的布置应对称、均匀，减小抗侧刚度中与水平荷载合力作用线的距离，减小结构重心和刚度中心之间的距离，以减小结构发生的扭转。由于框架构件截面较小，抗侧刚度较小，在强震作用下结构整体位移和层间位移都较大，容易产生震害。此外，非结构性破坏如填充墙、建筑装修和设备管道等破坏较严重。因而其主要适用于非抗震区和层数较少的建筑，抗震设计的框架结构除需加强梁、柱和节点的抗震措施外，还需注意填充墙的材料以及填充墙与框架的连接方式等，以避免框架变形过大时填充墙的破坏。框架结构是柔性结构，有水平位移，房屋的总水平位移越大，人的感觉越不舒服，而层间位移会影响建筑物的装修和隔墙开裂，因而对这两种水平位移进行限，这样在设计中要增大房屋的抗侧刚度。在框架结构的抗震设计中，柱顶、柱底、梁端易出现裂缝。伴随着我国经济的高速发展，为了促进社会各项工作更加快速、顺利、有效的开展，培养高素质的科技人才成为社会进步的当务之急。新建房子最多采用的就是框剪结构。购房者买房的过程中，常会听到所谓的“隐梁隐柱”，这实际上指的就是框剪结构。所谓“隐梁”就是仅在有间墙的地方设梁，而客饭厅、主房等面积较大的板中间不再加梁，同时，梁宽设计成与墙体同宽。所谓“隐柱”是通过两种方法实现，一种是根据建筑平面把柱设计成“L”、“T”、“十”等形状，柱宽与墙同宽，把柱“镶嵌”入墙内而不露痕迹；另一种是把柱凸向外墙、阳台或厨厕等次要房间，保证厅等主要房间的完整性。采用这种方案的优点是造价与传统框架结构几乎持平，从建筑经济角度而言，框—剪结构的经济效益是最佳的。所以也成为近几年市场的主流产品。但它的缺点是房型布局有局限性，室内多数墙壁不能拆卸，装修不易，同层平面难免会出现较差户型。框架-剪力墙结构，出称为框剪结构，它是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合，吸取了各自的长处，既能为建筑平面布置提供较大的使用空间，又具有良好的抗侧力性能。框剪结构中的剪力墙可以单独设置，也可以利用电梯井、楼梯间、管道井等墙体。因此，这种结构已被广泛地应用于各类房屋建筑。多层框架结构，由于框架柱布置灵活，随着建筑功能的复杂性、多样性增强，大空间结构、复杂结构、特殊结构的日益增多，抗震的概念设计、构造设计更显得重要，对关键部位、薄弱环节的加强必须具有针对性、有效性。-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）我国的框架结构的发展趋势：随着混凝土强度、施工技术的改进，钢筋混凝土结构还会在我国存在一定的时间，由于在其它条件相同时，采用轻质填充墙比粘土砖填充墙对结构的刚度影响小，填充墙将逐步取消粘土砖（保护粘土资源、能源、环境等的要求），采用多样化轻质填充砌体、轻墙板取而代之。同时向框剪结构倾斜。随着钢结构的发展日趋完善，更多钢结构构件出现在框架结构房屋中也是可以预见的。而国外在框架结构方向的研究较为成熟，主要采用钢结构框架，在今后的发展过程中，主要是通过改进钢材的性能来达到结构的最合理。-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）附录BDevelopmentTrendsofframestructureFramestructureischaracterizedbythebeamsandcolumnstowithstandverticalandlateralloads,wallfunctiononlyofmaintainingtheirintegrityandseismicresistancearebetterthanthehybridstructure,andlayoutflexibility,providinggreateruseofspace,alsoconstituterichandvariedinsurfacedesign,suitableforlarge-scaleindustrialconstruction,higherefficiency,constructionqualityisgood,butpoorseismicperformance.Reinforcedconcretemulti-storeyframestructureasacommonstructuralform,withtheforcetransmissionclear,structurallayoutflexibility,shockresistanceandoverallgoodadvantage,hasnowbeenwidelyusedinvarioustypesofmulti-storeyindustrialandcivilarchitecture.Inrecentyears,withthecontinuousdevelopmentofcomputertechnology,theframestructurecalculationsbyhandshiftComputerOperator,increasingaccuracy,designworkintensitydecreased.However,thedesignoftheframestructure,therearestillsomeconceptualandpracticalissuesdesignersneedtoattachimportancetoensurethatthedesignquality.Theso-calledframepopularspeakwithatrunkandafewpillarsandbeamsareerectedwholehouse,thisstructurecanbefreetochangetheUnitstructure.Thisstructureissquareorrectangularcross-sectioncolumns,beamwidthisgenerally20cmor25cm,whichisboundtoformanumberofconvexspacesintheroom,notonlyaffecttheperceptiondoesnothelpthelayoutoffurniture.Market,thestructureoftheUnitisoftencriticizedbybuyersfromthetrendpointofview,thetraditionalframeworkofthestructurewillgraduallyfadeout.Manyforeignsteelfortheframematerial,anddomesticmainlyreinforcedconcreteframe,theframestructurecanbereasonablydesignedsothatithasgoodductility,as"ductilityframework",undertheearthquake,whichhasgoodductilityseismicperformanceframework.Framestructuregenerallyusedforsteelandreinforcedconcretestructures,beamsandcolumnsareconstitutedbynodesbearingstructure.Frameworktoformaflexiblelayoutofbuildingspace,moreconvenienttouse.Withthestructuralheightincrease,theleveloftheframeworkofthebottomofthecolumnmakestheroleofthebendingmomentandshearforce-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）componentsincreasedsignificantly,leadingtobeamandcolumnsizeandreinforcementincreased,toacertainextent,layoutandarchitecturewillpresentdifficultiesforspatialprocessingaffectthenormaluseofarchitecturalspace,theamountandcostofmaterialshasalsobecomeirrational.Withthesocialdevelopment,multistoryframebuildingmoreandmore.Framebuilding,saidthearrangementshould,uniform,reducingthelateralstiffnessoftheroletogetherwiththehorizontalloadlinedistance,centerofgravityandreducethestructuralstiffnessofthedistancebetweenthecenters,toreducethestructureofthereverse.Astheframeworkofthecomponentsectionissmaller,lateralstiffness,thewholestructureunderstrongearthquakedisplacementandstorydriftarelarge,pronetodamage.Inaddition,thenon-structuraldamage,suchasinfillwalls,buildingrenovationandequipmentforpipelinesandothermoreseriousdamage.Themainresultfornon-seismicareasandlow-risebuildings,seismicdesignofframestructureinadditiontostrengtheningthebeams,columns,andtheseismicmeasures,needstopayattentiontothematerialfillingthewallandfilledwiththeframeworkforthewallconnection,etc.Toavoidexcessivedeformationoftheframeworkofthedestructionofthewallwhenfilled.Framestructureisflexiblestructures,withhorizontaldisplacement,horizontaldisplacementofthegreateroftotalhousing,peoplewillfeeluncomfortable,butwillaffecttheinterlayerdisplacementrenovationofbuildingsandwallscracking,andthereforethelevelofdisplacementofthesetwolimits,sothatthedesignofhousingtoincreaselateralstiffness.Intheframestructuredesign,thecapitals,columnbottom,endofthebeamcrackseasily.WithChina"srapideconomicdevelopment,inordertopromotesocialworkmorequickly,smoothly,efficientlythehighlyskilledtalenttobecometoppriorityofsocialprogress.Newhouseistheframestructureusedup.Theprocessofhomebuyersbuyahouse,oftenheardtheso-called"hiddenbeamshiddencolumn,"whichactuallyreferstotheframestructure.Theso-called"hiddenbeams"isonlywherethereisestablishedbetweenthewallbeams,whiletheguestdiningroom,mainroomandsothelargertheboardthemiddleofnofurtherincreaseinbeam,atthesametime,designedtobeamwidthandwallthesamewidth.Theso-called"hiddencolumn"isachievedbytwomethods,oneiscolumnbasedarchitecturedesignedto"L","T","10"othershapes,columnwidthandwallwidth,thecolumn"embedded"intothewall-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）withinandwithoutatrace;theotherisconvextothecolumnwall,balconyorthekitchenandtoiletandothersecondaryroomssuchastheOfficetoensuretheintegrityofthemainroom.Theadvantageofusingthisprogramcostalmostflatwiththetraditionalframeworkofthestructure,buildingtheeconomyfromthepointofview,frame-shearwallstructureisthebesteconomicbenefits.Therefore,themarkethasbecomemainstreamproductsinrecentyears.ButitsdrawbackisthattherearelimitationsRoomlayout,interiorwallscannotbedismantledmostofthedecorationisnoteasy,withthelayerplanewouldinevitablyworseUnit.Frame-shearwall,aknownframestructure,itistheframeandshearwallstructurecombinationofthetwosystems,drawingontheirstrengths,bothforthebuildinglayouttoprovidegreateruseofspace,butalsohasgoodanti-lateralload.Thewallframestructurecanbesetseparately,youcanalsouseelevatorshaft,staircases,wallpipewells.Therefore,thisstructurehasbeenwidelyusedinvarioustypesofhousing.Multi-framestructure,asflexibleframecolumnlayout,withthebuildingfunctionalcomplexity,diversityincreased,alargespacestructure,complexstructure,thespecialstructureofthegrowing,theconceptofseismicdesign,structuraldesignismoreimportant,andonthekeyparts,strengtheningtheweaklinksmustberelevant,effective.Ourframetrend:Withthestrengthofconcrete,improvedconstructiontechniques,reinforcedconcretestructurealsoexistsinourcountrysometime,duetootherconditionsbeingthesame,filledwithlightfilledbrickwallthanthewallofthestructurestiffnessofsmall,brickinfillwallwillbephasedout(Protectionofclayresources,energy,environmentalrequirements),withdiverselightfilledmasonry,lightwallinstead.Atthesametimeinclinedtothewallstructure.Withthematuringdevelopmentofsteel,moresteelstructurehousesappearintheframestructureisalsopredictable.Whileabroadinthedirectionofframestructuresmature,themainuseofsteelframework,thedevelopmentprocessinthefuture,mainlybyimprovingtheperformanceofsteelstructurestoachievethemostreasonable.-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）在学取得成果一、在学期间所获的奖励1、2009~2010学年获得北京科技大学天津学院三等奖学金。2、2009~2010学年获得北京科技大学天津学院“优秀学生干部”荣誉称号。3、2009~2010学年获得北京科技大学天津学院寒假社会实践“优秀报告”三等奖4、2010~2011学年获得北京科技大学天津学院四等奖学金。5、2010~2011学年获得北京科技大学天津学院寒假社会实践“优秀报告”三等奖。6、2011~2012学年获得北京科技大学天津学院四等奖学金。-76- 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）致　　谢转眼间，四年的大学生活即将结束。在这四年里，我从学校老师那里学到了对一生的成长都有很大用处的财富，老师教会我们的不仅有专业基础知识，而且有很多独立思考解决问题的方法，更有如何和同学相处，如何做人的道理，这些都为我们将来的事业的成功奠定了良好基础。幸运的我遇到了这么多对我传道授业解惑的老师，并在老师们的帮助下，很好的完成了自己的学业。在为期将近两个月的结构部分设计过程中，我遇到了很多在学习过程当中没有遇到的问题，毕竟毕业设计是大学所学知识的结晶,它不仅考验我们掌握的程度,同时也考验我们运用的能力。经过指导老师的细心指导和帮助探讨，让我掌握知识更加全面。在这过程当中，我所学到的不仅仅是设计上的问题，那些所有被解决的问题都已经成为了自己的一笔知识财富！感谢各位老师对我的毕业设计进行指导，毕业后，我会更加努力学习和工作，成为本行业的佼佼者，以报答各位老师的培育和期望。再次向所有辛勤教导我的老师致以最真挚的谢意！-76-'