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1、黑龙江八一农垦大学本科毕业设计摘 要本工程为五层框架式商厦，建筑面积10000m2，占地面积11000m2，五层，总高25.1m，采用框架式结构，柱下独立基础，设计基准期50年，结构安全等级为二级，抗震设防烈度为7度。建筑设计本着“功能适用，经济合理，造型美观，环境相宜”的原则，以国家相应规范、标准为依据，完成了设计任务书所要求的建筑平面设计，并在此基础上进行了立面、剖面、建筑详图设计，共画出建筑图张。结构设计本着“安全，适用，耐久”的原则，进行了竖向荷载汇集，水平荷载汇集，内力计算，内力组合，结构抗震验算，板、梁、柱、楼梯、基础等结构构件的设计。共画出结构图4张。关键词：框架式商厦 框架结构
2、 柱下独立基础130第一篇建筑设计部分1.总平面设计随着生活水平不断的提高在城市中商厦已经成为人们生活中不可或缺的消费场所，现代化的社会与社团关系着眼，这些建筑物彼此之间应该是有机联系得。本次毕业设计拟在某市某地区建造一栋商厦，该楼主要是用于商品销售。在总平面设计中考虑到购物环境的安详和便捷，商厦位于城市中心地段，周围与主要道路连接交通方便，出入自由。与周围本来的商埠形成良好的呼应，打造出具有现代都市气息的商业中心，两侧的步行街道绿树鲜花林立，休闲购物环境优雅。2.平面设计对于刚度较小的框架结构体系，其高宽比一般宜小于4。本例的体型仍采用传统的矩形体，从几何观点来看对侧移颇为为敏感的，而由于它
3、的几何形体所具有的固有强度，使结构更为有效或者造价更可能降低，总之，它是较为经济的体型。平面布置采用环绕式，对于商厦说是比较经济和功能合理的。左右对称，电梯间置于中心，洗手间置于旁边。商厦的主要垂直交通是扶梯，对于电梯的选择及其在建筑物中的分布，将决定商厦的合理使用，提高效率和降低造价。因此在平面设计中，主要考虑以下几个方面：一是集中。扶梯是上下建筑物的消费者经常使用的交通工具，所以设置在容易看到的地方。二是使用方便。根据电梯使用频率，将电梯布置在正对出入口处设置。三是分隔。主要通道和电梯布置分开，免去人流高峰时相互影响。商厦营业厅的布局一般是以周边式、半岛式、单柱岛式或双柱岛式等形式。商场各
4、层营业布局的规划一般应遵循以下原则：一楼营业厅应保证客流的畅通，适宜布置购买时选择商品时间较短的轻便商品；二、三楼气氛要稳重，适宜销售购买时选择时间较长、价格较高而出售量最大的商品；四、五楼营业厅可分别布置多种专业性柜台；商场的空间分布应具有合理性：商品空间、顾客空间、导购空间的配置是否有利吸引顾客进入卖场，顾客进入卖场后是否能自由地、舒适地浏览商品，并在需要时由导购提供良好的服务，整个卖场是否洋溢着自由的气氛。3.立面设计建筑师对所设计的高层办建筑的“形”是很重视的这“形”的塑造到目前为止还受到力学结构，材料和施工的极大制约，本身的可塑性不大，但人们普遍对此有着较高的需求。那些体型简单单调，
5、外墙采用各种材料幕墙的盒子建筑，缺乏变化和可识别性，因此在本次设计中希望有所改变，有所突破。本例的窗的材料采用白色玻璃窗，避免反光造成城市污染。窗框采用铝合金材料，能给人以现代科技成就的力量感。立面上外墙采用白瓷砖贴面，给人以清洁自然。4.剖面设计 剖面中垂直交通中的电梯不分层配置，其他在平面设计中以说明较详细，这儿不再说明。 楼面采用现浇钢筋混凝土梁板楼面，构造较为简单。为了适应垂直交通的电气及机械装置要求，空调冷却塔安装的要求。上下水的水箱，出气管等位置的要求。擦窗机械及修理机械的安置要求，以及其它各种设施的要求，在办公楼顶部往往要安放很多的机械设备和装置，应为设备层。 剖面设计表示建筑物
6、在垂直方向房屋各部分的组合关系，主要分析建筑物各部分应有的高度、建筑层数，建筑空间的组合和利用，以及建筑剖面中的结构，构造关系等，它和房屋的使用，造价和节约用地等有密切关系，也反映拉建筑标准的一个方面其中一些问题需要平，剖面结合起来一起研究，才能具体确定下来。 采光，通风的设计也影响到剖面设计的效果，室内光线的强度和照度是否均匀，除来和平面中窗户的亮度和位置有关外，还和窗户在剖面中的高低有关。房间里光线的照射有关。房间里光线的照射深度，主要是靠侧窗的高度解决，本例中是自然采光与人工照明相结合。5.防火设计总平面中设置火灾自动报警和固定灭火装置。总平面内还设有供消防车取水的消防水管。本设计中每一
7、层设计防火分区建筑物内的主要分隔墙，砌至梁板的底部，管道穿过隔墙。并设置防火卷帘门。楼板时，应采用非燃烧材料将其周围的空隙紧紧填塞。通风，空调机房.等应采用耐火极限不低于3.00小时的隔墙和2.00小时的楼板与其它部位隔开。隔墙的门应采用甲级防火门。电梯井内严禁敷设可燃气体和易燃，可燃液体管道，也不应敷设与电梯无关的电缆，电线等。电梯井壁除开设电梯门洞和通气孔洞，不应开设其它洞口，电梯门不应采用栅栏门。管道井等竖向管的井壁应为耐火等级限不应低于1.00小时的非燃体。井壁上的检查门应采用丙级防火门。用于疏散楼梯间的防火门，应采用单向弹簧门，并应向疏散放向开启。第二篇结构设计部分1工程概况拟建一市
8、级综合商厦，主体5层，建筑面积10886.4.基础设计7度抗震设计。2. 结构布置及计算简图根据商场的使用功能及建筑设计的要求，进行了建筑平面立面及剖面设计，其标准层建筑平面，结构平面和剖面示意图分别见图2.1、2.2和2.3。主体结构共5层，首层层高4.5m,标准层层高均4.2m，局部突出屋面的塔楼为电梯机房和水箱间，层高为3.0m。填充墙采用厚的粘土空心砌筑。门为木门，窗为铝合金窗。2.1 梁、板截面尺寸楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取100。梁截面高度按梁跨度的1/121/8估算，由此估算的梁截面尺寸见表2.1，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：（。表
9、2.1 梁截面尺寸（mm）及各层混凝土强度等级层次混凝土强度等级横梁（bh）纵梁（bh）次梁（bh） 板 AG轴轴153006003006003005001002.2柱截面尺寸柱截面尺寸可根据轴压比限值式确定。该框架结构的抗震等级为二级，其轴压比限值,单位面积上的重力荷载代表值近似取，底层混凝土强度等级取（）由公式可得底层中柱与边柱的截面面积为：中柱 柱截面尺寸取为600600mm。边柱 ,取截面为600600mm. 另外，柱截面高度不宜小于400mm,宽度不宜小于350mm，柱净高与截面长边尺寸之比宜大于4，经综合分析，本工程各层截面尺寸及混凝土强度等级取值如下：表2.2 各层柱截面尺寸及混
10、凝土强度等级层 次混凝土强度等级AG轴15600600600600基础选用柱下独立基础,埋深取。框架结构计算简图如图2.4所示,取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板底，14柱高度即为层高，取4.2m。 图.4横向框架结构计算简图3. 重力荷载计算3.1屋面及楼面的永久荷载标准值屋面 厚1:3水泥砂浆保护层 最薄处厚珍珠岩找坡2% 水泥砂浆找平层 钢筋混凝土板 1:1:4混合砂浆 合 计 14层楼面: 厚1:2水泥砂浆 钢筋混凝土板 合 计 卫生间地面恒载 8陶瓷地砖 20厚干硬性水泥砂浆找平层 100钢筋混凝土板 10厚水泥砂浆打底 合 计 3.2 屋面及楼面可变荷载标准值 上人屋面
11、匀布活荷载标准值 楼面活荷载标准值 屋面雪荷载标准值 式中为屋面雪分布系数取3.3 墙体自重重力荷载外墙 15厚抹灰 400厚砌块 10厚抹灰 合 计 内墙 10厚抹灰 200厚砌块 10抹灰 合 计 采用铝合金窗，房间门用木门，底层入口处门用铝合金门，木门单位面积重力荷载为,铝合金门单位面积重力荷载取.3.4 梁柱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；对墙门窗可计算出单位面积上的重力荷载具体计算过程从略，计算结果（见表3.1）表3.1 梁重力荷载标准值层次构件14边横梁0.300.60251.054.7256.6481496.886684.2614次 梁
12、0.300.50251.053.9386.6401039.635边横梁0.300.60251.054.7256.6491528.07 5次 梁0.300.50251.053.9386.6421019.6115边纵梁0.300.60251.054.7256.6491528.071柱0.600.60251.109.96.8563936.246624.7225柱0.600.60251.109.94.2562328.483.5 重力荷载代表值结构抗震分析时所采用的计算简图如图3.1所示，集中于各质点的重力荷载代表值为计算单元范围内各层楼面上的重力荷载代表值及上，下各半层的墙体、柱等重力荷载。计算时，各
13、可变荷载的组合值系数按表查得，屋面上的可变荷载取雪荷载。五层：屋面板： 柱： 梁： 墙： 窗： 内墙： 内门： 女儿墙： 雪荷载： 水塔：楼面板： 墙： 门窗： 雪荷载： 四层（三层、二层）：楼板： 柱： 梁： 墙： 窗： 内墙： 内门： 活荷： 一层：楼板： 柱： 梁： 墙： 窗： 内墙： 内门： 活荷： 外门： 4. 框架侧移刚度计算4.1 横向侧移刚度计算横梁线刚度计算过程见表4.1；柱线刚度计算过程见表4.2表4.1 横梁线刚度计算表类别层次 1.52边横梁153.153006005.472002.3633.5454.726注：柱的线刚度表4.2 柱线刚度ic计算表层次h/(mm)Ec
14、/()Bh/(mmmm)Ic/()EcIc/(Nmm)16100600600254200600600柱的侧移刚度按式计算.根据梁、柱线刚度比的不同，图中柱可分为中框架架中柱和边柱，边框架中柱和边柱以及楼、电梯间等。中框架柱侧移刚度值见表4.3；边框架柱侧移刚度值见表4.4；楼，电梯间框架柱侧移刚度值见表4.5.表4.3 中框架柱侧移刚度D值(N/mm)层次边柱(12根)中柱(30根)250.5830.22612453.061.1670.36820277.5575776310.8470.4738507.141.6950.59410683.38422587表4.4 边框架柱侧移刚度D值(N/mm)
15、层次A-1 A-8 G-1 G-8C-1 C-8 D-1 D-8 B-1 E-1 E-8 F-1 F-8250.4370.1799863.270.8750.30416751.0220696310.6360.4317751.751.2710.5419730.15128309表4.5.1 楼,电梯间框架柱侧移刚度D值(N/mm)层次G-4 G-7B-1 C-5 D-5 F-4 F-7 B-2 250.2920.12769970.8750.304167510.8750.3041675111450210.4240.38168521.2710.54197301.2710.541973072086将上述不
16、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见表4.6由表4.6.可见，故该框架为规则框架表4.6 横向框架层间侧移刚度D值(N/mm)层次123456229828799748799748799748799745. 横向水平荷载作用下框架结构的内力计算和侧移计算5.1横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算5.1.1横向自振周期计算按式将折算到主体结构的顶层，即结构顶点的假想侧移由式，计算计算过程见表5.1，其中第4层的表5.1 结构顶点的假想侧移计算层次523280.1723280.1787997426.46472.25425074.4648354.6387997454.954
17、45.79325074.4673429.0987997483.44390.84225074.4698503.55879974111.94307.4125261.6121765.15622982195.46195.46按式计算基本周期其中的量纲为取5.1.2水平地震作用及楼层地震剪力计算由于结构高层不超过40，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切为主，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按下式计算，即： 因1.4Tg=1.40.4=0.56T1=0.82s，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， =0.08T1+0.01=0.080.82+0.01=0.
18、0756，各质点的水平地震作用按计算，具体计算过程见表5.2，各楼层地震作用剪力按式计算，计算结果列入表。表5.2 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次Hi/mGi/mGiHi/KNmFi/KNVi/KN25.91207.9731286.420.01872.0572.05522.921817499609.30.2811124.741196.79418.725074.46468892.40.2641056.72253.49314.525074.46363579.670.205820.543074.03210.325074.46258266.940.145580.383654.4116.
19、125261.6154095.760.087348.234002.64各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布如图 5.1 5.1.3 水平地震作用下的位移验算水平地震作用下框架结构的层间位移和顶点位移分别按和计算。计算结果见表5.3表5.3 横向水平地震作用下的位移验算层次Vi/KN（N/mm）Vi/mmHi/mm51196.798799741.3617.9842001/308842253.498799742.5616.6242001/164133074.038799743.4914.0642001/120323654.418799744.1510.5742001/101214002
20、.646229826.426.4245001/701由表5.3可知，最大层间弹性位移角发生在第1层，其值为，满足的要求，其中，查表可得。5.1.4 水平地震作用下框架内力计算以图1.1中2轴线横向框架为计算单元，框架柱端剪力及弯矩分别按式和计算，其中Dij取自表4.3，取自表4.6，层间剪力取自表5.1。各柱反弯点高度y按式y=yn+y1+y2+y3确定。其中yn由表可查得。在本设计中底层柱需考虑修正值y2，第2层柱需考虑修正值y3，其余各柱均无修正值，具体计算过程及结果见表5.4表5.4 各层柱端弯矩及剪力计算层次hiViDij边柱Di1Vi1Ky54.21196.7987997412453
21、.0616.940.5830.36726.1145.0444.22253.4987997412453.0631.890.5830.42556.9277.2334.23074.0387997412453.0643.50.5830.51794.4688.2424.23654.4187997412453.0651.720.5830.575124.992.3216.14002.646229828507.1454.660.8470.725241.7391.69层次hiViDij中柱Di2Vi2Ky54.21196.7987997420277.5527.581.1670.38945.0670.7844.2
22、2253.4987997420277.5551.931.1670.43995.75122.3634.23074.0387997420277.5570.841.1670.489145.49152.0424.23654.4187997420277.5584.211.1670.529187.1166.5816.14002.6462298210683.3868.641.6950.662277.18141.52梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按、和计算，其中梁线刚度取自表4.1。具体的计算过程见表5.5表5.5 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁中梁 1柱轴力边柱N中柱N545.04387.211.5332.
23、7832.787.29.11-11.53-2.424103.3466.277.223.5656.0956.097.215.58-35.09-10.43145.1682.347.231.669.769.77.219.36-66.69-22.642186.7890.227.238.4776.3676.367.221.21-105.16-39.91216.5976.657.240.7364.8764.877.218.02-145.89-62.21注:1）、柱轴力中的负号表示拉力。当为左地震时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。2)、表中M单位为，V单位为，N单位为水平地震作用下，框架的弯矩图
24、，梁端剪力图，轴力图如图5.2所示5.2、横向风荷载作用下框架结构内利和侧移计算5.2.1 风荷载标准值风荷载标准值按式，基本风压=0.55。由荷载规范查的（迎风面）和（背风面），C类场，H/B=17.1/50.4=0.339。查表的=0.40,T1=0.82S，由表查的由式得： 仍取图1.1中的2轴线横向框架，其负载宽度为7.2。由式得，沿房屋高度的分布风荷载标准值：。根据各楼层标高处的高度Hi由表查取，代入上式可得各楼层标高处的q(z)。见表5.6；q(z)沿高度的分布见图5.3表5.6 沿房屋高度分布风荷载标准值层次522.91.000.8861.5784.4292.768418.70.
25、820.8141.5163.9092.443314.50.630.741.4363.3662.104210.30.450.741.3113.0731.92116.10.270.741.1872.7831.739荷载规范规定，对于高度大于30且高宽比大于1.5的房屋结构，应采用风振系数来考虑分压脉动的影响，由于在本设计中房屋高度21.3m30，且H/B=21.3/43.2=0.4931.5，由表5.5可见，沿房屋高度在1.1871.578范围内变化，即风压脉动的影响大，因此该房屋考虑风压脉动的影响。框架结构分析时，应按静力等效原理将图5.3（a）的分析风荷载转化为节点集中荷载如图5.3（b）所示
26、，该房屋共5层，的计算过程如下： 5.2.2 风荷载作用下的水平位移验算根据图5.3（b）所示的水平荷载，由式计算层间剪力Vi，然后依据表4.3求出2轴线框架的层间侧移刚度，再按式和计算各层的相对侧移和绝对侧移。计算结果见表5.7表5.7 风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算层次12345Fi20.0020.9823.5426.6314.52Vi105.6785.6764.6941.1514.52704311262941262941262941262941.500.680.510.330.111.502.182.693.023.131/40671/61761/82351/127271/38181
27、由表5.7可见，风荷载作用下框架的最大层间位移角为1/4067，小于1/550，满足规范要求。5.2.3风荷载作用下框架结构内力计算以图1.1中的2轴线横向框架为计算单元。框架柱端剪力及弯矩分别按式和计算，其中Dij取自表4.3，取自表4.6，层间剪力取自表5.7。各柱反弯点高度y按式y=y0+y1+y2+y3确定。其中yn由表可查得。在本设计中底层柱需考虑修正值y2，第2层柱需考虑修正值y2，其余各柱均无修正值，具体计算过程及结果见表5.8，梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按式：、和计算，其中梁线刚度取自表4.1。具体的计算过程见表5.9表5.8 风荷载作用下各层柱端弯矩及剪力计算层次hiViDi
28、j边柱中柱Di1Vi1KyDi2Vi2Ky54.214.52126294124531.430.580.372.223.78202782.331.170.393.825.9744.241.15126294124534.060.580.437.339.72202786.611.170.4412.2215.5534.264.69126294124536.380.580.5213.9312.862027810.391.170.4921.3822.2624.285.67126294124538.460.580.5820.6114.922027813.761.170.5330.6327.1616.1105
29、.6770431850712.760.850.7356.8221.021068316.031.700.6664.5433.25表5.9 风荷载作用下梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁中梁 1柱轴力边柱N中柱N53.783.237.20.972.742.747.20.76-0.97-0.21411.9410.57.23.128.878.877.22.46-4.09-0.87320.1918.697.25.415.7915.797.24.39-9.49-1.88228.8526.317.27.6622.2322.237.26.18-17.15-3.36141.6334.627.210.5929.2
30、629.267.28.13-27.74-5.82注: 1）、柱轴力中的负号表示拉力。当为左边风时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。2)、表中M单位为KNm，V单位为KN，N单位为N水平风荷载作用下，框架的弯矩图，梁端剪力图，轴力图如图5.4所示6竖向荷载作用下框架结构的内力计算6.1、横向框架内力计算6.1.1、计算单元取2轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为7.2，如图6.1所示，由于房间内布置有次梁，故直接传给该框架的楼面荷载，如图中的水平阴影线所示，计算单元范围内的其余楼面荷载则通过次梁和纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架，作用于各节点上。由于纵向框架梁的中心线与柱的中心线不
31、重合，因此在框架节点上还作用有集中力矩。6.1.2 荷载计算6.1.2.1恒荷计算 在图6.2,中代表横梁自重为均布荷载形式，对于第5层=3.938 =3.15和分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载，由图6.1所示几何关系可得=6.323.6=22.752 =6.323.6=22.752分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载，包括梁自重、楼板重合女儿墙等的重力荷载，计算如下 各层梁上作用的恒荷 =(3.61.80.5)2+1.86.32+3.9387.2+3.15+2.041.27.2=159.7=(3.61.80.5)2+6.32+3.9387.2+3.157.2+3.15137
32、.46集中力矩=159.70.1523.96=137.460=0对于24层，包括梁自重和其上横墙自重为均布荷载，其它荷载计算方法同第5层=3.938+2.043.6=11.282 =3.938=4.23.6=15.12 =15.12 =(3.61.80.52+1.8)4.2+3.9387.2+3.15+2.04(6.63.6-2.12.42)+0.42.12.42=111.81 =(3.61.80.52+1.8)24.2+3.9387.2+3.15+2.043.37(7.2-0.6)=182.12=111.810.15=16.77 =0对于1层，包括梁自重和其上横墙自重为均布荷载，其它荷载计算
33、方法同第4层=3.938+2.044.5=13.118 =3.938=4.23.6=15.12 =15.12 =(3.61.80.52+1.8)4.2+3.9387.2+3.15+2.04(6.63.9-2.12.42)+0.42.12.42=125.45 =(3.61.80.52+1.8)24.2+2.043.37(7.2-0.6) =181.45=125.450.15=18.818 =06.1.2.2 活荷载计算活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图6.3所示各层梁上作用的活荷对于5层=3.62=7.2 =3.62=7.2 =45.360.15=6.804 =0在屋面雪荷载作用下=0.72
34、 =0.72 =4.536 =(3.91.8+5.251.95+9.45)0.45=12.28=4.5360.15=0.68 =0对于24层=7.2 =7.2 =32.4 =64.8=32.40.15=4.86 =0对于1层=7.2 =7.2 =68.04=45.360.15=6.804 =0将以上结果汇总，见表6.1和表6.2表6.1 横向框架恒荷载汇总表层次53.9383.1522.75222.752159.7137.4623.964211.2823.93815.1215.12118.81182.1216.771 13.118 3.93815.1215.12125.45181.4518.8
35、18表6.2 横向框架活荷载汇总表层次57.2(0.72) 7.2(0.72)45.36(4.536)90.72(12.28)6.804(0.68)427.27.232.464.84.8617.27.245.3668.046.8046.1.3 内力计算梁端，柱端弯矩采用弯矩二次分配法计算。由于结构和荷载均对称，故计算时可用半框架。弯矩计算过程如图6.4，所得弯矩如图6.5，梁端剪力可根据梁上竖向荷载引起的剪力与梁端弯矩引起的剪力相叠加而得。柱轴力可由梁端剪力和节点集中力叠加得到。计算柱底轴力还需考虑柱的自重，如表6.3和表6.4图6.4横向框架弯矩的二次分配法（kNm） 图6.5 竖向荷载作用下框架弯矩图（
