某文化活动中心毕业设计(框架)计算书

石河子大学2012届毕业设计题 目： 文化活动中心 指导教师： 学 院： 水利建筑工程学院 专 业： 土木工程 姓 名： 学 号： 2008103013 完成时间： 2012年 5月 128摘 要本工程为拟建的某文化活动中心，建设地点载石河子市。采用钢筋混凝土框架结构，共三层，建筑面积为4521.4m2，建筑总高度是17.25m，抗震设防烈度为7度，建筑抗震等级二级，为II类场地，基本风压为0.5KN/m2，基本雪压0.70KN/m2,地基承载力是350Kpa,地基基础设计等级为丙级,本工程设计使用年限是50年。本工程建筑设计根据建筑的外观需要进行了合理的建筑体型选择，并根据建筑的功能要求和使用需要进行了合理的平面布置和功能分区。设计所用的新型建筑外装饰材料主要有玻璃幕墙和铝合金面板，不仅给建筑立面带来了美观的效果，增加了建筑的现代气息，同时铝合金面板抗风性好，耐久性高。本工程结构设计依据现行结构设计规范和标准进行设计。设计内容主要有：结构选型与布置；荷载清理；楼（屋）面板设计； 连梁设计；一榀框架内力计算；内力组合；框架梁、柱设计；楼梯设计；柱基础设计。其中，内力计算主要考虑以下四种荷载作用，即恒荷载、活荷载、风荷载以及水平地震作用。恒荷载作用下框架的内力计算采用迭代法，活荷载作用下框架内力计算采用分层法，风荷载作用下框架的内力计算采用D值法，采用底部剪力法计算水平地震作用大小。楼梯选用整体现浇板式楼梯；基础选用柱下独立基础。在进行截面抗震设计时，遵循了强剪弱弯，强柱弱梁，强节点弱构件的设计原则，且满足构造要求。本工程电算使用软件为:PKPM系列结构设计软件，验算内容包括梁、板、柱的截面尺寸验算、挠度验算、裂缝验算等。主要电算成果有：各楼（屋）面结构平面图、基础平面布置图、整体框架配筋图、各层梁平法施工图、楼梯结构施工图、结构构件大样。本次毕业设计最终完成建筑施工图9张，结构施工图8张，计算书一份。本设计从建筑到结构是一个较为完整的设计过程，通过毕业设计，不仅复习和巩固了以前所学理论知识，而且了解了建筑工程设计的程序和过程，培养了我们进行独立工作的基本能力，为今后的从事技术工作打下了坚实的基础。关键词: 建筑，结构设计，框架结构，内力计算，电算Abstract The project is a cultural activities center building to be built in the city of ShiHezi .The total height of the building is 17.25m .The floor gap between outside and inside is 0.75m .The total area of the project is 4509.18m2.It is a three-stroy reinforced concrete frame structure. The seismic fortification of ShiHezi is 70,and the construction site is class II .The reference wind pressure is 0.5 KN/m2,and the reference snow pressure is 0.7KN/m2，characteristic value of subgrade bearing capacity fak =350Kpa.The design working life of the building is 50 years. According to architectural design requirements as well as architectural design basic principle, carries on the function district to the structure,the vertical surface as well as the section plane and so on to satisfied the functions of the project.So the facade is enriched. The second part is structural design,and the key point is to calculate the internal force of a frame.Total loads and action that act on the frame include dead load,live load,wind load and horizontal earthquake action and so on . So the frame of Axis-5 is selected to be calculated.Main tasks that required are as follows: 1. the mechanical analysis,determine the type of the structure and structure plane arrangement. 2. calculation of the loads and action that act on the structure and members 3. cast-in-place component calculations (including slab, beam, column and the section staircase design and reinforcement) 4. a framework calculation (including vertical load, the level of seismic and wind loads under internal forces, the role of non-seismic combination of internal forces, Earthquake combination of internal forces and the reinforcement) 5. design of isolate foundation of the column Besides above,we are required to use computer-aided design like PKPM software.The Computer-aided design is firstly to establish the model for the building with the software PMCAD series ,then proceed the analysis and calculation of structural internal force with the help of software SAT-8,then finish the design task for a frame with PK, finally accomplish the designs of foundation and stair with JCCAD and LTCAD respectively. Comparing the results between manual computation and computer computation,we known computer computation more accurate and more efficient . Through graduation design it gives us a chance to inquire into a practical design deeply. Result map includes design drawing,construction drawing,floor-framing plan. Keywords: frame , structure design, loads, internal force,PKPM目 录第一部分 工程概况1一、基本资料1二、设计说明1三、设计内容21. 手算部分22.点算2第二部分 结构计算3一、结构选型和布置31、结构选型3二、荷载清理51、屋面荷载52、楼面荷载53、结构构件自重6三、板的设计9（一）板归并9（二）单向板的内力及配筋计算9（三）双向板的内力计算及配筋计算13四 次梁的设计171 单跨次梁的计算172、连续次梁的设计21五、一榀框架计算29（一）一榀框架的选择：29（二）各杆件线刚度计算30（三）荷载作用下框架KJ-5的计算31六内力组合75七KJ-5梁的设计771.选取一根框架梁772.选取最不利内力组合773.正截面承载力计算774.斜截面承载力计算（一层gh梁g支座处）795.一层梁gh的裂缝宽度806.框架梁gh的挠度的验算81八、KJ-5框架柱的设计831、选择一根柱子832、轴压比验算833、截面尺寸复核834、正截面受弯承载力计算835、垂直于弯矩作用平面的受压承载力按轴心受压计算856、斜截面受剪承载力计算:85九、楼梯设计871.结构平面布置872、楼梯梯段板的设计883、平台板的设计914.平台梁设计93十、独立基础设计961、选取G柱下独立基础进行计算962、基础抗冲切验算：973、基础底板的配筋计算984、不考虑地震作用时，基础底板的配筋计算98十一、点算部分100十二、附图101第一部分 工程概况一、基本资料1、建设地点：石河子市某十字路口2、地基承载力特征值：fak=350kpa3、本工程抗震设防类别为：乙类4、本工程抗震设防烈度为7度（0.15g），地震分组为第二组，设计基本地震 加速度值为0.15g5、本工程框架抗震等级为二级6、地基基础设计为丙类7、气象条件：（1）基本雪压：0.7KN/M2（2）基本风压：0.5KN/M2（3）地基土冻结深度：1.4M二、设计说明1 本工程建筑面积:4521.4M22 本工程结构类型：全框架结构3 框架层高：一层4.2M；其它层3.9M；观演厅5.4M4 基础采用独立柱基，采用C20混凝土，垫层采用C15混凝土5 框架梁、板、柱混凝土均采用C35混凝土6 钢筋：梁、柱中的纵向受力筋采用HRB400级钢筋，其余钢筋采用HPB300 级 钢筋三、设计内容1. 手算部分（1）结构选型与布置（2）荷载清理（3）板的设计，包括两块单向板，两块双向板（4）次梁的设计，包括一个单跨次梁，一个连续多跨次梁（5）一榀框架计算 恒载计算，内力分析采用迭代法； 活载分层布置，采用弯矩二次分配法内力分析； 风荷载，水平地震作用的内力分析采用D值法（6）内力组合（7）框架梁的设计（8）框架柱的设计（9）楼梯的设计（10）基础的设计2.点算第二部分 结构计算一、结构选型和布置1、结构选型本建筑为主体三层，局部四层；根据建筑的功能要求，活动室，歌舞厅，展览室等房间都需要大空间，本结构采用钢筋混凝土框架结构体系。基础采用独立柱基，楼盖，屋盖采用现浇钢筋混凝土。1. 结构布置采用双向梁柱抗侧力体系，框架梁，柱中心线宜重合。当梁柱偏心距大于该方向柱宽的1/4时，采用增设梁水平加腋等措施。具体布置详见附图001；梁，板，柱混凝土采用C35，基础采用C20。2. 初估截面尺寸（1）板厚估算 现浇单向板板厚估算公式为：h=(1/301/40)L0；现浇双向板板厚估算公式为：（1/401/50）L0；L0为板的短边计算跨度；板厚的分布图见附图001（2）梁截面估算 主梁：hb=（1/81/14）L，bb=（1/21/3.5）hb ；框架主梁选用bh=300mm900mm 次梁：hb=（1/121/18）L，bb=（1/21/3.5）hb ；框架次梁选用 bh=250mm750mm， bh=200mm600mm（3）柱截面估算根据轴压比初估柱截面尺寸，有抗震规范查得。本建筑抗震等级为二级，GB50011-2010中规定轴压比限制，抗震等级为二级时=0.75取中间柱：=1.292124103=4.66106N故中间柱截面尺寸：hb=600mm600mm边柱的负荷面积小，尺寸定位：hb=600mm600mm，满足轴压比的要求（4）井字楼盖各构件截面尺寸确定 板厚的确定h=（1/401/50），L0为跨度方向计算长度h=80mm 梁截面尺寸的确定将长宽=27m18m的矩形，沿长边方向分成两个18m13.5m的矩形。 中间大梁估算：hb=（1/81/12）L，L为短边计算跨度；大梁的截面尺寸hb=1200mm350mm；四周梁的截面尺寸为：hb=1000mm300mm；中间井字梁的截面为：hb=800mm300mm 柱截面尺寸的确定 大梁下对应的柱尺寸为：hb=700mm700mm，其他柱子截面均为：hb=600mm600mm二、荷载清理1、屋面荷载1.1一般屋面荷载恒载标准值找平层：15厚水凝砂浆 0.015*20=0.30KN/M2防水层：（刚性）40厚C20细石混凝土防水 1.0KN/M2防水层：（柔性）三毡四油普小石子 0.4KN/M2找平层：15厚水泥砂浆 0.015*20=0.30KN/M2 找坡层：40厚水泥石灰焦渣砂浆30/00找平 0.04*14=0.56KN/M2保温层：80厚矿渣水泥 0.08*14.5=1.16KN/M2结构层：（100厚）现浇混凝土板 0.10*25=2.5KN/M2 （110厚）现浇混凝土板 0.11*25=2.75KN/M2 （80厚）现浇混凝土板 0.08*25=2.00KN/M2抹灰层：10厚混合砂浆 0.01*17=0.17KN/M2 合计：恒载标准值（100厚） 6.39 KN/M2 （110厚） 6.64 KN/M2 （80厚 ） 5.89 KN/M21.2 屋面荷载标准值上人屋面 2.0 KN/不上人屋面（雪荷载） 0.7KN/2、楼面荷载2.1 普通房间及走廊恒载标准值大理石面层，水泥砂浆擦缝30厚1:3干硬水泥砂浆，面上撒2厚素水泥水泥结合层一道结构层：现浇混凝土板（100厚） 0.1*25=2.5KN/ （110厚） 0.11*25=2.75K/抹灰层：10厚混合砂浆 0.1*17=0.17KN/合计：恒载标准值 （100厚） 3.83KN/ （110厚） 4.08KN/2.2 卫生间恒载标准值铺5-10厚地砖楼面，干水泥擦缝撒素水泥面（撒适量清水）20厚1:3干硬性水泥砂浆结合层（内渗建筑胶） 0.53KN/1.5厚合成高分子涂膜防水层，四周翻起150高1:3水泥砂浆找坡最薄处20厚，坡向地漏（平均厚30） 0.6KN/现浇钢筋混凝土楼板110厚 0.11*25=2.75KN/板底抹灰：10厚水泥砂浆 0.01*20=0.20KN/ 合计：恒载标准值 4.08KN/2.3 楼面活在标准值走道 2.5KN/展览厅 3.5KN/舞厅 4.0KN/楼梯 3.5KN/其他房间 2.0KN/3、结构构件自重（1）梁自重 b*h=300mm*900mm 梁自重： 25*0.3*(0.9-0.1)=6.0KN/m 抹灰层：10厚混合砂浆 0.01*（0.9-0.1+0.3）*2*17=0.34KN/m 合计： 6.34KN/m b*h=200mmm*600mmm 次梁自重： 25*0.2*0.6=2.5KN/m 抹灰层：10厚混合砂浆 0.01*（0.6-0.1）*2*17=0.17KN/m 合计： 2.67KN/m b*h=250mmm*750mmm 次梁自重： 25*0.25*（0.75-0.1）=5.25KN/m 抹灰层：10厚混合砂浆 0.01*(0.75-0.1)*2*17=0.238KN/m 合计： 5.49KN/m(2) 柱自重 b*h=600mm*600mm 自重： 25*0.6*0.6=9.0KN/m 抹灰层：10厚混合砂浆 0.01*0.6*4*17=0.41KN/m 合计： 9.41KN/m b*h=700mm*700mm 自重： 25*0.7*0.7=12.25KN/m 抹灰层：10厚混合砂浆 0.01*0.70*4*17=0.48KN/m 合计： 12.73KN/m(3) 外纵墙自重： 标准层： 纵墙：200厚粉煤灰加气块 （3.9-0.9）*0.2*5.5=3.30KN/m 水泥粉刷内外墙面 （3.9-0.9）*0.36*2=2.16KN/m 合计： 5.46KN/m 首层： 纵墙： （4.2-0.9）*0.2*5.5=3.63KN/m 水泥粉刷内外墙面： （4.2-0.9）*0.36*2=2.38KN/m 合计： 6.01KN/m (4) 内纵墙自重 标准层： 纵墙： （3.9-0.9）*0.2*5.5=3.30KN/m 水泥粉刷内外墙面： （3.9-0.9）*0.36*2=2.16KN/m 合计： 5.46KN/m 首层： 纵墙： （4.2-0.9）*0.2*5.5=3.63KN/m 水泥粉刷内外墙面： （4.2-0.9）*0.36*2=2.38KN/m 合计： 6.01KN/m (5) 女儿墙自重（包括压顶） 做法：墙高900mm，300mm；混凝土压顶100mm 900高： 0.24*0.9*18+25*0.1*0.24+(1.0*2+0.24)*0.5=5.61KN/m 300高： 0.24*0.3*18+25*0.1*0.24+(1.0*2+0.24)*0.5=3.02KN/m 三、板的设计（一）板归并 按弹性理论，根据长/宽与2的关系将板分为单向板和双向板（二）单向板的内力及配筋计算 1、D1板带计算（D1板带位置详见附图001） a、荷载计算： 恒载标准值： g=3.83KN/ 活载标准值： q=2.5KN/ 由g/q=3.83/2.5=1.5322.8 得由活载起控制作用 设计值：g+q=1.23.83+1.42.5=8.096KN/m b、内力计算 （1）计算跨度的确定 对于跨数大于5跨的梁板，按5跨计算。在混凝土工程结构设计中，通常取支座中心线间的距离为计算跨度，在此L0=Lc 计算简图如图3.1所示。（取1m板宽为计算单元）。 图3.1 计算简图（2）连续板各截面的弯矩计算见表3.1表3.1 连续板各截面弯矩计算系数及弯矩值截面边跨跨内端支座离端第二支座中间跨内离端第二跨跨内中间支座弯矩计算系数am1/14-1/16-1/111/16-1/14M=am*（g+q）l02 /(KN/m)5.205-4.554-6.6244.554-5.205考虑板内拱M(KN/m)4.164-3.643-5.2993.643-4.164 C、截面承载力计算 b=1000mm ； h=100mm ； h0=h-as=100mm-20mm=80mm ；fc=16.7N/2连续板各截面配筋计算见表3.2表3.2 连续板各截面配筋计算板带部分截面边跨跨内端支座离端第二支座中间跨内离端第二跨跨中中间支座M/(KN.M)4.164-3.643-5.2993.643-4.1640.0390.0340.0500.0340.0390.03980.03460.05130.03460.0398197171254171197选配钢筋820082008/1020082008200实配钢筋251251322251251连续板的配筋示意图如图3.2所示 图3.2 连续板配筋图 2、D2板计算（D2板位置详见附图001） a、荷载计算 恒载标准值： g=3.83KN/ 活在标准值： q=2.5KN/ 由于g/q=1.5322.8 所以活载起控制作用 恒载设计值： g=1.23.83=4.596KN/ 活载设计值： q=1.42.5=3.5KN/- g+q=8.096KN/ b、内力计算（1）计算跨度的确定 取支座中心线间的距离为计算跨度，取1m板宽为计算单元，计算简图如图3.3所示 图3.3 计算简图（2）跨中弯矩 M=(g+q)*L0*L0/8=8.096*3*3/8=9.108KN*M 考虑板的内拱作用，跨中弯矩M=0.8M=0.89.108=7.286KNM(3) 选配钢筋：（fc=16.7N/mmh=80mm b=1000mm f=270N/mm） =0.068 查表得=0.07050.35 所以 b/=0.0705=249 查表选配 8200（） 支座负筋根据构造选配8200,分布筋根据构造选配8200，单块单向板的配筋示意图如图3.4所示 图3.4 单向板配筋示意图（三）双向板的内力计算及配筋计算 计算A、B 两种双向板，具体划分见附图001 a: 荷载计算 恒载标准值： =4.08KN/ 活在标准值 =2.0KN/ /=4.08/2.0=2.042.8, 由恒载起控制作用设计值：g+q =1.3524.81+1.46.93=40.28 kn/m 1.3 计算跨度的取值取lo=lc (lc为支座中心线间距离），lo=lc=6000mm确定翼缘计算宽度bf 按计算跨度lo考虑：bf=1/3lo=1/36000=2000mm按梁净距sn考虑： bf=b+sn=0.2+4.25=4.45m=4450mm按翼缘高度hf考虑：ho=600-30=570mmHf/ho=110/570=0.1930.1.故翼缘不受此限制故翼缘计算宽度bf取三者中较小值，即bf=2000mm1.4内力计算 支座弯矩：M支 =1/12（g+q)lo=1/1240.2836=120.84knm 跨中 ：M中 =1/24（g+q)lo=1/2440.2836=60.42knm 沿梁全长的最大剪力设计值在支座边缘：Vmax=1/2qln =1/240.28640.280.125=115.81kn1.5 截面尺寸验算 Hw=hohf=570-110=460mm Hw/b=460/250=1.84 Vmax=115.81kn 故截面尺寸满足要求 1.6.1跨中截面配筋计算（按T形截面计算） 判别T形截面类型 1fcbfh=116.72000110=3.67N3.67(600-55-30)=1.89N mm=1.89Nmm =1.8910KNm M中=60.42knm ； 属于第一类T型截面 = 0.006 =0.5(1+)=0.997 As=295mm 配筋 ： 选用214 （As=308mm) 0.7ftbho=0.71.57200570=125.3kn Vmax=115.81kn 故无需按计算配箍，按构造配筋，选配：2F8200，As=2251=502mm;配筋图见图4.21.6.2单跨次梁XL-2，支座处负弯距筋ds=0.011s=0.5（1+）=0.994As=593mm查表选配：220 （As=628mm)Amin= min bh = 0.2%200570=475.95kn Vmax =628mm（满足） 配筋图见图4.31.6.3 单跨次梁XL-2 抗剪承载力计算Vmax =115.81 kn0.25cfcbho=0.25116.7200570=475.95kn Vmax0.7ftbho =0.71.57200570=125.29knVmax按构造配箍选用F8200，双肢箍1.6.4 单跨次梁配筋示意图图4.2跨中截面配筋示意图 图4.3 支座截面配筋示意图1.7 裂缝宽度验算（跨中）Ftk=2.2N/mm Es =20010N、mmHo=600mm-30mm=570mm. As=308mmVc=V=1 deq =14mmte=5.1Mk=1/24(gk+qk)l2=1/24(24.81+6.93)36=47.61KNmsk=312N/mm4=1.1-=1.1-=0.201Wmax=cr(1.9c+0.08)=2.10.202(1.92.5+0.08)=0.176mm 0.3mm (满足）1.8 挠度验算 （跨中）Es=20010N/mm As =308mm ho=507mm=1.1-0.65=0.201e=6.349=2.7f=1.74Bs=4.49查静力手册af=wmax= afM跨中三跨跨中弯矩都小于3221KN*M，均属于第一类T形截面；支座截面按矩形截面计算，支座处按单排纵筋考虑，取ho=715mm； 连续次梁正截面承载力计算分别见表4.3；4.4 表4.3 连续次梁正截面承载力计算截面端支座边跨跨内离端第二支座离端第二跨中M/(KN.m)-164.9282.7359.8247.40.0640.0110.1510.0010.06620.350.0110.350.1650.350.001V676350V676350V186281178038178038选用箍筋282828101101101/mm467255255实配箍筋间距2002002002.7 正常使用状态下裂缝控制验算2.7.1 边跨跨中 cr=2.1 Vi=1.0 C=25mm(不满足)将322改变为520，As=1570mm2 (满足)2.7.2 中间跨跨内 c=25mm Es=2Wmax= = =0.371mm 0.3mm (不满足）将钢筋面积提高，As=1570mm ,520deq=200mm te=0.014 =2.10.59 =0.199mm 0.3mm (满足）2.8 正常使用极限状态扰度验算2.8.1 边跨跨中 Es=2 As=1570mm ho=715mmMk/0.87hoAs=221.6/0.877151570=226.9N/=Es/Ec=1.6B=查静力计算手册：（满足）2.8.2中间跨跨中Es=2 As=1570mm ho=715mmFtk=2.2N/ B=查静力手册 ： af= (满足）五、一榀框架计算（一）一榀框架的选择：选取轴作为计算的一榀框架，计算简图如图5.1图5.1计算简图示意（二）各杆件线刚度计算1、截面惯性矩的计算（1）柱惯性矩I柱=1/12*b*h3=0.0108m4（2）梁惯性矩：由于楼面板与框架的砼一起浇筑，对于中间框架梁截面惯性矩放大2倍。主梁（300mm*900mm）2、各梁柱的线刚度（1）柱线刚度计算a、底层柱的线刚度b、其余柱的线刚度（2）梁线刚度计算（3）各杆件相对线刚度计算令i其=1.0，则其它各杆件的相对线刚度为：i梁=1.2*105/5.3*104=1.45i底=5.8*104/8.3*104=0.70框架梁柱的相对线刚度如图5.2所示，作为计算杆端弯矩分配系数的依据： 图5.2 框架相对线刚度（三）荷载作用下框架KJ-5的计算屋面荷载：恒载：g=6.39KN/m2 ；活荷载：q=2.0KN/m2楼面荷载：恒载：100厚g=3.83 KN/m2 110厚g=4.08 KN/m2活荷载：q=2.0 KN/m2卫生间恒载:g=4.08 KN/m2，楼道活载：q=2.5 KN/m2梁自重：300mm*900mm：g=6.34 KN/m250mm*750mm：g=5.49 KN/m200mm*600mm：g=2.67 KN/m墙体自重：.外墙（200厚）：g=5.46 KN/m内墙（200厚）：g=5.46 KN/m女儿墙（含压顶）：g=5.61 KN/m图5.3板传荷载示意图1、竖向荷载下框架受荷总图5.41）FG轴间框架梁（本框架板传荷载示意图5.40）屋面板传给梁的荷载恒载：6.39*1.5*2=19.17KN/m活载：2.0*1.5*2=6.0KN/m楼面板传给梁的荷载：110厚 恒载：4.08*1.5*2=12.24 KN/m100厚 恒载：3.83*1.5*2=11.49 KN/m 活载：2.5*1.5*2=7.5 KN/m梁自重标准值：6.34 KN/mFG轴间框架梁均布荷载为：屋面梁:恒载=梁自重+板传荷 =6.34+19.17=25.51 KN/m 活载=板传荷载 =6.0 KN/m楼面梁：恒载=梁自重+板传荷 =6.34+11.17=17.51 KN/m 活载=板传荷载 =7.5 KN/m2）G1/G轴间框架梁梁自重标准值：6.34 KN/mG1/G轴间框架梁均布荷载为：（屋面，楼面）恒载=梁自重=6.34 KN/m3)1/GH轴间框架梁屋面板传给梁的荷载：恒载：活载：楼面板传给梁的荷载：恒载：活载：梁自重：6.34KN/m1/GH轴间框架梁均布荷载为：屋面梁:恒载=梁自重+板传荷 =6.34+22.14=28.48 KN/m 活载=板传荷载 =6.94 KN/m楼面梁：恒载=梁自重+板传荷 =6.34+14.14=20.48KN/m 活载=板传荷载 =6.94 KN/m4）F轴柱纵向荷载的计算顶层柱恒载=女儿墙自重+梁自重+板传荷 =5.61*9+6.34*（9-0.55）+9*6.39 *1.5*4*（1/4）*2+5.49*9*2*（1/4）*2=326KN顶层柱活载=板传