1、武汉科技大学高职毕业设计前 言结构设计是土木工程毕业设计的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。本组毕业设计题目为浙江临海苍山科研综合楼设计。在结构前期，我复习了结构力学、土力学与基础工程、混凝土结构等知识，并借阅了混凝土规范、荷载规范、地基基础规范等规范。在网上搜集了不少资料，并做了笔记。在结构设计中期，我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行计算和分析。在结构设计后期，主要进行设计手稿的电脑输入，并得到老师的审批和指正，使我圆满的完成了任务，在此表示衷心的感谢。结构设计的七周里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计
2、算、以及外文的翻译，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。在进行内力组合的计算时，进一步了解了Excel；在绘图时熟练掌握了AutoCAD等专业软件。以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。框架结构设计的计算工作量很大，在计算过程中以手算为主，辅以一些计算软件的校正。由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。本工程为湖北机动车交易城4#大楼设计，采用现浇钢筋混凝土框架结构，横向框架承重。根据规划及房屋使用要求采用五层的结构，层高为3.6m，底层层高为5m。建筑平面布置，剖面布置及各节点祥图详见建筑图。结构计算书
3、1 设计题目及设计资料1.1 设计题目：湖北机动车交易城4#大楼结构设计1.1.1 设计项目：湖北机动车交易城4#大楼1.1.2 建设地点：襄樊1.1.3 建设规模与标准 1.建筑总面积：4134.9 m2(允许误差为5%) 2.建筑层数：地上5层 3.建筑防火等级:二级4.屋面防水等级:三级5.建筑装修等级:中级1.2 设计资料地质资料：地层编号及岩土名称土工试验静力触探（单桥）综合取值fakkPaESMPafakkPaESMPa厚度/mfakPaESMPa杂填土1535.21406.70.6894.6淤泥质土1927.72309.71.1763.1粘土22012.937314.32.328
4、8111粉砂-3.515611.02粉砂-4.219214.03粉细砂-9.621117.01.3 设计说明(1) 设计标高：室内设计标高 0.000,室内外高差450。(2) 墙身做法：外墙厚度250mm，为加气混凝土块填充墙。贴瓷砖墙面。内墙厚200mm,墙面为20mm混合砂浆，外涂白色乳胶漆，女儿墙高1.5m，厚250mm,贴瓷砖墙面。(3) 楼面做法：陶瓷地砖楼面600mm600mm玻化砖，底面：石灰抹底，涂白色乳胶漆。(4) 屋面做法：上人屋面，现浇板上铺100mm厚水泥蛭石保温层，20mm厚混合砂浆找平层，三毡四油找平层，40mm厚混泥土保护层。(5) 门窗做法：门厅为铝合金门，其
5、余为木门。窗为塑钢组合窗。(6) 活荷载：展览厅3.5KN/,上人屋面2.0KN/。（7）基本风压：（50年一遇），基本雪压：（50年一遇）2 结构选型及平面布置 该建筑为办公楼，主体结构为5层，设计使用年限50年，底层层高5m，25层3.6m，采用现浇混泥土框架结构。由建筑地基基础设计规范，场地和低级条件简单，荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑物；为丙级。结构平面布置图如2-1图2-12.1 材料选用选用材料及其强度（单位：）项目强度值C30混泥土（柱、梁）轴心抗压强度设计值14.3轴心抗拉强度设计值1.43C25混泥土（楼板）轴心抗压强度设计值11.9轴心抗拉强度设计值1.
6、27HRB400(梁、柱受力筋)强度设计值360HPB300(板受力筋，梁、柱箍筋)强度设计值2702.2 结构选型： 该结构采用全现浇框架结构,梁柱用C30混泥土（1）：主梁：（AB、BC）跨：由h=7.5/(1/12)7.5/(1/18)=(625938)mm, 取h=700mm，又由b=h/3h/2=(233350)mm, 取b=250mm。 (2)：纵向连系梁：h=8.1(1/111/18)=(426900)mm 取h=600mm, b=200mm 板中纵、横次梁：h=8.1(1/201/16)=(405506)mm. 取h=450mm, b=200mm (3)：柱子截面根据所分摊的楼
7、层荷载由轴压比进行估算。由楼层自重分项系数负荷面积层数弯矩放大系数160001.330.3851.05轴力（N）混泥土强度轴压比限值所需截面面积实际选用截面面积331749614.30.9257769.7600600（4）楼板屋面厚度估算：位置跨度（m）系数计算板厚度（m）最小厚度限值(m)实际选用板厚度（m）楼板4.31/450.0950.080.1屋面板3.91/350.1110.080.122.3 荷载（作用）计算及计算简图以C1A1轴线横向框架为例，该榀框架里面尺寸如图：2-3-1图2-3-12.3.1 活荷载的计算对C1A1榀框架，按图所示阴影承受楼面活荷载，如图2-3-1-1，此外
8、，板中纵横次梁及纵向连系梁分担的活荷载以集中力的形式作用于相应的框架梁及柱上，见图2-3-1-2。图2-3-1-1图2-3-1-2把活荷载作用在板中次梁上的力部分归结于作用力P,集中力P以交叉梁的传力方式传给相应的节点。,() 则有，假令g为活荷载 则板中形成P的计算如下，则即A柱上活载形成的集中力（每层）7.69g同理可算得其余作用于主梁的集中力得起活荷载的计算简图见2-3-1-3：图2-3-1-32.3.2 恒荷载的计算： 屋面恒荷载标准值 水泥蛭石保温层： 水泥砂浆： 三毡四油防水层： 细石混泥土保护层： 楼板： 屋面恒载： 楼面恒荷载： 地砖： 硬性水泥砂浆： 素水泥浆结合层： 楼板：
9、 楼板： 外墙自重：加气混泥土砌块 瓷砖墙面： 合计： 内墙自重：加气混泥土砌块： 混合砂浆： 合计： 女儿墙：加气混泥土砌块： 贴瓷砖墙面： 合计： 为计算简便，未扣除窗户所占面积自重，则： 外墙高（25）层：3.6-0.7=2.9m 则墙重： 底层：5-0.7=4.3m 则墙重： 内墙高（25）层：3.6-0.45=3.15m 则墙重： 底层：5-0.45=4.55m 则墙重： 女儿墙：高1.5m，则 梁自重计算：横向主梁： 纵向连系梁： 板中次梁： 柱自重计算：（25）层： 底层： 恒荷载汇总：对于A1C1榀框架，其框架梁上的恒荷载应包括（屋面恒荷载、梁上填充墙重量以及量的自重，柱上恒荷
10、载击中了李应包括柱上纵向框架梁承担的恒荷载以及本层柱的自重，屋面及楼面恒荷载作用在框架梁及柱子上的集中力计算方法同前活荷载。 对梁及墙恒荷载作用在轴上柱及梁的集中力，计算如下： 则同理算得其余梁传到主梁上的内力，综合所算得的板、梁、柱及墙的重量得其恒荷载的计算简图见图2-3-2-1：图2-3-2-12.3.3 风荷载的计算风荷载的计算过程如下：；由于建筑高度小于30m，所以取，作用高度为节点傻逼发下各取半层高度，对边框架开间区取为纵向柱距的一半。风荷载的计算如下：层数层高离地高度（m）53.619.851.30.841.00.350.38213.375.1143.616.251.30.841.
11、00.350.38214.585.5733.612.651.30.741.00.350.33714.584.9123.69.051.30.741.00.350.33714.584.9115.455.451.30.741.00.350.33718.336.18 则风荷载的计算简图见图2-3-3-1：图2-3-3-12.3.4 雪荷载的计算襄阳地区基本雪压为(雪荷载不应与屋面均布活荷载同时组合。因其小于上人屋面活荷载2.0KN，所以此处不考虑活荷载。)3 内力计算 竖向荷载作用下的内力计算采用分层法水平荷载作用下的内力计算采用D值法，计算框架梁的截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取中梁刚度放大系数
12、为2，即，当采用分层法计算内力时，非底层柱刚度应乘以折减系数0.9.这样分别计算，可得到采用分层法和D值法计算时框架的计算线刚度，在此基础上就可以进行不同荷载作用下的内力计算。分别见图3-1、3-2 则AB、BC跨梁：上部各层柱: 底层柱：图3-1图3-23.1 竖向活荷载作用下的框架内力 由于活荷载的标准值较小（小于），因而计算活荷载作用下的结构内力时，可不考虑活荷载最不利布置，直接采用满布荷载法。 将框架分解，分层计算各开口框架在活荷载下的弯矩 顶层 则：中间层： 3.1.1 弯矩的首次分配与传递1.顶层 根据前面相应图中各杆件的线刚度，计算得到与节点相连杆件的弯矩分配系数，其中顶层节点弯
13、矩分配系数如下表：节点号CBA左梁00.2930.414右梁0.4140.2930上柱000下柱0.5860.4140.586 由前计算节点处相应的固端弯矩，然后按照弯矩分配系数，进行力矩分配，最终的杆端弯矩为加下划线的数字。见图3-1-1-1：图3-1-1-12中间层根据前面相应图中各杆件的线刚度，计算得到与节点相连杆件的弯矩分配系数，其中中间层（24）节点弯矩分配系数如下表：节点号CBA左梁00.20270.2612右梁0.26120.20270上柱0.36940.29280.3694下柱0.36940.29280.3694 由前计算节点处相应的固端弯矩，然后按照弯矩分配系数，进行力矩分配
14、，最终的杆端弯矩为加下划线的数字。见图3-1-1-2：图3-1-1-23底层根据前面相应图中各杆件的线刚度，计算得到与节点相连杆件的弯矩分配系数，其中底层节点弯矩分配系数如下表：节点号CBA左梁00.2290.297右梁0.2970.2290上柱0.41990.32370.4199下柱0.28310.21830.2831 由前计算节点处相应的固端弯矩，然后按照弯矩分配系数，进行力矩分配，最终的杆端弯矩为加下划线的数字。见图3-1-1-3：图3-1-1-3图3-1-2-13.1.2 不平衡弯矩的二次分配及总弯矩图 将各开口框架的相同节点处的弯矩进行叠加，得到该榀框架节点处的杆端弯矩，图中节点处存
15、在存在不平衡弯矩，需要对节点不平衡弯矩进行二次分配，此时不考虑弯矩传递，得到汇总后的框架节点处杆端弯矩：分别见图3-1-2-1，图3-1-2-2：图3-1-2-2计算相应框架梁的跨中弯矩，在框架节点处杆端弯矩汇总图的基础上，得到整个框架的弯矩。见图3-1-2-3：图3-1-2-33.1.3 根据梁、柱的杆端弯矩和荷载可以由力矩平衡条件得到梁、柱的剪力，如图所示：（见图3-1-3-1）图3-1-3-13.1.4 柱子轴力计算 根据节点竖向力平衡条件，可以算得到框架柱的轴力图如下（见图3-1-4-1）：图3-1-4-13.1.5 梁端弯矩调幅 对梁端弯矩进行调幅，调幅系数取0.85，计算得到调幅后
16、的弯矩图见图3-1-5-1：图3-1-5-13.2 竖向恒荷载作用下的框架内力 首先按古都按弯矩等效的原则，将框架分解，分层计算哥开口框架在活荷载下的弯矩。顶层 则：中间层： 3.2.1 弯矩的首次分配与传递1.顶层 根据前面相应图中各杆件的线刚度，计算得到与节点相连杆件的弯矩分配系数，其中顶层节点弯矩分配系数如下表：节点号CBA左梁00.2930.414右梁0.4140.2930上柱000下柱0.5860.4140.586 由前计算节点处相应的固端弯矩，然后按照弯矩分配系数，进行力矩分配，最终的杆端弯矩为加下划线的数字。（见图3-2-1-1）图3-2-1-12中间层根据前面相应图中各杆件的线
17、刚度，计算得到与节点相连杆件的弯矩分配系数，其中中间层（24）节点弯矩分配系数如下表：节点号CBA左梁00.20720.2612右梁0.26120.20720上柱0.36940.29280.3694下柱0.36940.29280.3694 由前计算节点处相应的固端弯矩，然后按照弯矩分配系数，进行力矩分配，最终的杆端弯矩为加下划线的数字。（见图3-2-1-2）图3-2-1-23底层根据前面相应图中各杆件的线刚度，计算得到与节点相连杆件的弯矩分配系数，其中底层节点弯矩分配系数如下表：节点号CBA左梁00.2290.297右梁0.2970.2290上柱0.41990.32370.4199下柱0.28
18、310.21830.2831 由前计算节点处相应的固端弯矩，然后按照弯矩分配系数，进行力矩分配，最终的杆端弯矩为加下划线的数字。（见图3-2-1-3）图3-2-1-33.2.2 不平衡弯矩的二次分配及总弯矩图 将各开口框架的相同节点处的弯矩进行叠加，得到该榀框架节点处的杆端弯矩，图中节点处存在存在不平衡弯矩，需要对节点不平衡弯矩进行二次分配，此时不考虑弯矩传递，得到汇总后的框架节点处杆端弯矩：（见图3-2-2-1、图3-2-2-2）图3-2-2-1图3-2-2-2计算相应框架梁的跨中弯矩，在框架节点处杆端弯矩汇总图的基础上，得到整个框架的弯矩。（见图3-2-2-3）图3-2-2-33.2.3
19、剪力计算根据梁、柱的杆端弯矩和荷载可以由力矩平衡条件得到梁、柱的剪力，如图3-2-2-1：图3-2-3-13.2.4 柱子轴力计算 根据节点竖向力平衡条件，可以算得到框架柱的轴力图3-2-4-1：图3-2-4-13.2.5 梁端弯矩调幅 对梁端弯矩进行调幅，调幅系数取0.85，计算得到调幅后的弯矩图见图3-2-5-1：图3-2-5-13.3 水平风荷载作用下的框架内力3.3.1 D值的计算 根据梁柱的线刚度可以分别计算得到各柱的K值、值和D值，计算结果见下表：各柱的K值： 柱号层数CBA50.63671.27330.636740.63671.27330.636730.63671.27330.6
20、36720.63671.27330.636711.04952.09891.0495各柱的值： 柱号层数CBA50.24150.3890.241540.24150.3890.241530.24150.3890.241520.24150.3890.241510.50810.6340.5081各柱的D值： 柱号层数CBA50.670831.080560.6708340.670831.080560.6708330.670831.080560.6708320.670831.080560.6708310.313450.391120.313453.3.2 柱中剪力计算： 将水平荷载逐层叠加，可以得到作用于结
21、构各层上的水平剪力，如下表：层数54321各层荷载5.115.574.914.916.18各层总剪力5.1110.6815.5920.526.68 将各层的剪力，按照D值进行分配，C1A1榀框架各柱的剪力分配系数如表,从而得到各柱分摊的水平剪力。C1A1榀框架各柱的剪力分配系数 柱号层数CBA50.276950.44610.2769540.276950.44610.2769530.276950.44610.2769520.276950.44610.2769510.30790.346050.3079各柱分配的水平剪力 柱号层数CBA51.41522.27961.415242.95784.7643
22、2.957834.41746.95474.417425.67759.14515.677518.21489.23268.21483.3.3 反弯点高度 按照相应的荷载查表，可得标准反弯点高度比，查表分别得到相应的修正系数，叠加得打修正后的反弯点高度比y。标准反弯点的高度比： 柱号层数CBA50.318350.363670.3182540.40.450.430.418350.463670.4183520.50.50.510.650.640110.65横梁刚度修正系数： 柱号层数CBA50004000300020001000层高变化修正系数: 柱号层数CBA500040003000200010.04
23、3800.0438层高变化修正系数: 柱号层数CBA50004000300020.01800.0181000修正后的反弯点高度比y： 柱号层数CBA50.318350.363670.3183540.40.450.430.418350.463670.4183520.5180.50.51810.69380.640110.69383.3.4 弯矩计算（柱、梁） 根据建立和反弯点的高度可以计算得到柱端弯矩，然后按照梁的线刚度非配给与之相连的梁，即可得到风荷载作用下的结构弯矩，如图3-3-4-1：图3-3-4-13.3.5 剪力计算 根据梁端弯矩可以由力矩平衡条件计算得到梁的剪力，结合前面算出的柱中剪力
24、，从而得到框架的剪力图，见图3-3-5-1：图3-3-5-13.3.6 柱轴力计算 根据节点竖向平衡条件，可以计算得到框架柱的轴力图，见图3-3-6-1：图3-3-6-14 荷载效应组合根据以上内力计算结果，即可进行框架各梁、柱各控制截面上的内力组合，其中梁的控制截面为梁两端及跨中，柱的控制截面为柱上下端截面。梁、柱内力组合分别见附表A、B.5 弹性层间位移角 根据前面的D值表可以得到楼层总D值表，进一步可以计算得到结构在风荷载作用下的层间位移角。具体过程和结果如下表：层数楼层剪力(KN)楼层D值(N/M)层间位移（m）层高(m)层间位移角55.117.27E+107.03212E-083.6
25、1.95337E-08410.687.27E+101.46973E-073.64.08257E-08315.597.27E+102.14541E-073.65.95949E-08320.57.27E+102.8211E-073.67.8364E-08126.683.05E+108.73591E-075.951.46822E-07 从上表中可以看出，结构的层间位移角均小于弹性层间位移角限值，所以满足要求。6 截面配筋设计6.1 框架梁配筋计算 第五层C1B1跨框架梁的计算如下，边跨梁的计算截面尺寸为250700，从梁的内力组合中，选取如下最不利内力： C端：，跨中：B（左）端：，1.梁正截面配筋计算 A制作截面弯矩为负弯矩，按矩形截面设计，混泥土强度等级为C30，梁纵向钢筋选HRB400级钢筋（）。环境类别为二类a，则取，则有。
