六层教学楼钢筋混凝土框架结构设计

中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院本科毕业论文（设计）指导教师指导意见表学生姓名：学号：专业：土木工程毕业设计（论文）题目：六层教学楼钢筋混凝土框架结构设计中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院本科毕业设计（论文）评阅教师评阅意见表学生姓名：学号：专业：土木工程毕业设计（论文）题目：六层教学楼钢筋混凝土框架结构设计摘要框架结构是由梁和柱组成承重体系结构。

框架结构的最大特点是承重构件与围护构件有明确分工，建筑的内外墙处理十分灵活，应用范围很广。

这种结构形式的建筑平面布局非常灵活，建筑的整体刚度好，抗震性能较好，是当前应用最广泛的结构形式之一。

一幢建筑物的设计包括建筑设计和结构设计两部分。

建筑设计部分：综合了几个方案的优点，考虑了影响建筑的各种因素,采用了既能满足使用功能的要求,又能满足采光、通风、保温、隔音、等功能需求。

建筑设计依据用地条件和建筑使用功能、周边环境特点，首先设计建筑平面，包括建筑平面选择、平面柱网布置、平面交通组织及平面功能设计；其次进行立面造型、剖面的设计；最后进行楼梯的设计及相关构件的初选。

详细介绍详见建筑说明。

结构设计部分：根据设计要求及所在地区的烈度,确定出拟建建筑物的抗震等级为二级。

查阅有关规范和资料，根据结构设计的一般步骤，考虑抗震设防要求，分别从结构的体系选择、结构总体布置、结构荷载、地震作用、内力分析、楼屋盖的结构方案、基础方案的选择等多方面进行了论述。

关键词： 1、框架结构 2、设计 3、教学楼目录一、绪论 (1)二、工程概况 (2)三、结构布置及计算简图 (3)四、主要构件尺寸初步估算 (4)五、重力荷载计算 (5)（一）屋面及楼面的永久荷载标准值 (6)（二）屋面及楼面可变荷载标准值 (6)（三）梁、柱、墙、门、窗重力荷载计算 (6)（四）重力荷载代表值 (7)六、框架侧移刚度计算 (8)（一）横向框架侧移刚度计算 (8)七、横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算 (13)（一）横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算 (13)（二）水平地震作用及楼层地震剪力计算 (14)（三）水平地震作用下的位移验算 (15)（四）水平地震作用下框架内力计算 (16)八、竖向荷载作用下框架结构的内力计算 (18)（一）横向框架内力计算 (19)（二）横向框架内力组合 (25)九、截面设计 (35)（一）框架梁 (35)（二）框架柱 (37)（三）框架梁柱节点核心区截面抗震验算 (45)四、结论 (46)致谢 (47)参考文献 (48)一、绪论本毕业设计的题目为会宁县第二中学教学楼建筑结构设计，采用框架结构，主体五层局部六层，抗震设防烈度为八度，耐火等级为二级，在设计中我参阅了本专业很多资料：如《混凝土结构设计原理》、《结构力学》、《结构抗震设计》、《基础工程》、《荷载规范》《结构设计规范》、《抗震规范》等有关资料。

二、工程概况1.本工程为会宁县第二中学教学楼，建筑面积为5698m2。

主体五层局部六层，首层高4.2m，其余层高3.9m,室内外高差为0.45m。

设计使用年限为50年。

建筑高度20.25m。

建筑结构形式为钢筋混凝土框架结构。

2.抗震设防烈度为8度，设计基本加速度值为0.20g，设计地震分组为第三组。

建筑场地类别为Ⅱ类；建筑抗震设防类别:乙类；结构安全等级:二级；建筑耐火等级:二级；结构的阻尼比为:5%;多遇地震影响系数最大值为:0.24,罕遇地震影响系数最大值为:1.20；特征周期为：0.40s。

3.框架抗震等级：一级。

4.基本风压：0.30kN/m (50年一遇）5.基本雪压：0.15kN/m (50年一遇）三、结构布置及计算简图轴网布置图如图3.1所示。

图3.1柱网布置图（单位：mm）柱的高度首层柱高度h1=4.2+0.45+0.25=4.9m，其中4.2m为底层层高，0.45m为室内外高差，0.25m为基础顶面至室外地面高度。

其它柱高等于层高，即3.9m。

框架结构计算简图，如图3.2。

（a）横向框架（b）纵向框架图3.2 框架结构计算简图(单位：mm)四、主要构件尺寸初步估算梁﹑板﹑柱结构形式：现浇钢筋混凝土结构；楼板厚度取100mm；墙体厚度：外墙:300mm，内墙:200mm；门、窗详见门窗表；屋面、楼地面具体做法如图4.1所示，其它详见建筑施工的布置图等。

4厚高聚物改性沥青防水卷材(带保护层)一道3厚高聚物改性沥青防水卷材一道25厚水泥砂浆找平层50厚挤塑苯板保温层100厚钢筋混凝土板(a)屋面做法8厚地砖楼面5厚水泥砂浆粘结层(内参建筑胶)20厚1：3干硬性水泥砂浆结合层（内掺建筑胶）水泥砂浆一道（内掺建筑胶）现浇钢筋混凝土楼板（b）楼面做法图4.1 屋面、楼面做法框架梁截面高度按梁的1/12-1/8估算，初步估算的梁截面尺寸取值见表4.1，表中还给出了各层梁、柱和板的混凝土强度等级。

其设计强度：C35（f c=16.7N/mm2，f t=1.57N/mm2），C30（f c=14.3N/mm2，f t=1.43N/mm2）表4.1 梁截面尺寸（mm）及各层混凝土强度等级框架柱截面尺寸估算。

柱截面尺寸可根据式（4.1）和式（4.2）粗略确定： Ac ≥[cNf N μ] 式（4.1） N=n Fg E β 式（4.2）由规范可知该框架结构的抗震等级为二级，其相应的轴压比限值[μN ]=0.8；各层的重力荷载代表值近似取12kN/㎡。

第一层柱截面面积为：边柱mm mm mm f N A c 4174171735087.168.05101275.3925.73.123⨯==⨯⨯⨯⨯⨯⨯=≥μ中柱mm mm mm f N A c 4904902402417.168.0510124.5925.725.123⨯==⨯⨯⨯⨯⨯⨯=≥μ根据上诉计算结果，统一选取框架柱截面尺寸：500㎜×500㎜。

五、重力荷载计算（一）屋面及楼面的永久荷载标准值屋面（不上人）：4厚高聚物改性沥青防水卷材（带保护层）一道0.4kN/㎡3厚高聚物改性沥青防水卷材一道0.3kN/㎡25厚水泥砂浆找平层20×0.025＝0.5kN/㎡50厚挤塑聚苯板保温层0.4×0.05＝0.02kN/㎡100厚钢筋混凝土屋面板25×0.1＝ 2.5kN/㎡合计 3.72kN/㎡1~4层楼面：瓷砖地面（包括水泥砂浆粘结层）0.55kN/㎡20厚1:3干硬性水泥砂浆结合层（内参建筑胶）17×0.02＝0.34kN/㎡100厚钢筋混凝土楼面板25×0.1＝ 2.5kN/㎡合计 3.39kN/㎡（二）屋面及楼面可变荷载标准值不上人屋面均布活荷载标准值0.5kN/㎡楼面活荷载标准值 2.0kN/㎡屋面雪荷载标准值s k=μr·s0= 1.0×0.15=0.15kN/㎡式中：μr为屋面积雪分布系数，取μr=1.0（三）梁、柱、墙、门、窗重力荷载计算梁柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷等计算出单位长度上的重力荷载，计算结果见表4.1；外墙为300mm厚KK空心砖，外墙面为20厚水泥砂浆墙面，内墙面为20厚乳胶漆墙面，则外墙单位墙面重力荷载为⨯20=.002++⨯⨯kN/㎡3.30.373.010.00212内墙为200mm厚KK空心砖，两侧均为20厚乳胶漆墙面，则内墙单位墙面重力荷载为12=.0⨯+⨯kN/㎡⨯02.025420.2103.木门单位面积重力荷载为0.2 kN/㎡；铝合金窗单位面积重力荷载取值0.4 kN/㎡。

表5.1 梁、柱重力荷载标准值注：1）表中β为考虑梁、柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数；g表示单位长度构件重力荷载；n为构件数量。

2）梁长度取净长；柱长度取层高。

（四）重力荷载代表值G6G5G4G3G2G1图5.1 各质点的重力荷载代表值六、框架侧移刚度计算（一）横向框架侧移刚度计算柱的侧移刚度计算相关公式：2i b ciK ∑＝（一般层）式（6.1） i bCi K ∑＝（首层）式（6.2）c 2KKα+＝（一般层） 式（6.3） 0.52c KKα++＝（首层） 式（6.4） 212i D cch α＝ 式（6.5）表6.5 横向楼梯间框架柱抗侧移刚度D值（N/mm）将上述不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，即得框架各层层间侧移刚度∑D i，见表6.6。

∑D1/∑D2=0.86 >0.7,故该框架为横向规则框架。

七、横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算（一） 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算1、横向自振周期计算结构顶点的假想侧移公式:Gi V =nk k i G =∑ 式（7.1）i u )(∆ = Gi V /sij j iD =∑ 式（7.2）T u =()nk k iu =∆∑ 式（7.3）其中:k G 为集中在k 层楼面处的重力荷载代表值, Gi V 为把集中在各层楼面处的重力荷载代表值视为水平荷载而得的第i 层的层间剪力,sij j i D =∑为第i 层的层间侧移刚度,i u )(∆、k u )(∆分别为第i 、k 层的层间侧移,S 为同层内框架柱的总数。

将G 6折算到主体结构的顶层，即N G k 12.8855.209.3231616.688e =⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⨯=结构顶点的假想侧移计算，如下表7.1。

表7.1 结构顶点的假想侧移计算计算基本周期T 1，其中u T 的量纲为m ，取ψT =0.7，则s 67.03133.07.07.11=⨯⨯=T（二）水平地震作用及楼层地震剪力计算结构高度不超过40m ，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切型为主，故可用底部剪力法计算水平地震作用。

结构总水平地震作用标准值，为G eq =0.85∑Gi=0.85×（688.62+8501.06+10939.73+10902.72+10865.71+11117.059） =0.85×53014.88 =45062.65kN0.90.9g 1max 10.40.200.0780.67T T αα⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭N G F E k 473.349865.45062078.0eq 1k =⨯==α因1.4T g =1.4×0.4=0.56s ＜T 1=0.67s ，所以应考虑顶部附加水平地震作用。

顶部附加地震作用系数δn 为，δn =0.08×0.67+0.07=0.1236 ΔF 5=0.1236×3498.473=432.4kN 各质点的水平地震作用，()n k n1j ii ii i 1δ-=∑=E F HG H G F ，代入δn 和F Ek 可得∑==n1j iiii i 062.3066HG H G F各楼层地震剪力计算公式：∑==n1k k i F V 式（7.4），计算见表7.2。