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1、目 录摘 要IABSTRACTII第1章 设计资料11.1工程概况11.2建筑设计资料11.2.1场地地质条件11.2.2其他相关条件11.2.3地形图1第2章 建筑方案及结构设计32.1建筑方案设计32.1.1方案设计32.2结构选型及布置32.2.1构件尺寸确定42.2.2计算简图6第3章 荷载计算83.1构件自重统计83.1.1板83.1.2墙及门窗自重（包含抹灰）83.1.3梁柱自重标准值93.2恒载计算103.2.1顶层梁、柱恒载计算103.2.2第五层梁、柱上恒载计算113.2.3其他层梁、柱上恒载计算113.3活载计算133.3.1顶层框架梁柱活载计算133.3.2第五层框架梁、
2、柱活载计算143.3.3其他层框架梁、柱活载计算143.4风载计算163.5水平地震作用计算18第4章 几何参数计算214.1各杆件截面惯性矩214.2各杆件线刚度214.3框架柱侧向刚度21第5章 内力计算235.1竖向恒载内力235.1.1弯矩计算235.1.2剪力及轴力计算265.2竖向活载内力315.2.1弯矩计算315.2.2剪力及轴力计算335.3水平地震作用内力385.3.1自振周期的计算385.3.2计算底部剪力385.3.3计算水平地震作用385.3.4抗震变形验算395.3.5第5榀框架水平地震作用计算405.4风荷载作用内力48第6章 内力组合576.1弯矩调幅576.2
3、内力调整586.2.1梁内力调整596.2.2柱内力调整616.3内力组合计算65第7章 截面设计797.1设计内力797.1.1梁设计内力的选择797.1.2柱设计内力的选择797.2梁截面设计797.2.1边梁正截面承载力计算807.2.2 边梁截面受剪承载力计算827.2.3中跨梁正截面承载力计算837.2.4中跨梁截面受剪承载力计算857.3柱截面设计877.3.1边柱截面设计877.3.2中柱截面设计89第8章 楼梯设计928.1设计参数928.2梯段板设计928.3平台板设计938.4平台梁设计94第9章 基础设计969.1边柱基础设计969.2中柱基础设计102谢 辞107参考文
4、献107摘 要该设计为百货商场，建筑面积为5405m2,建筑层数为六层。主体结构采用框架结构作为承力结构。建筑的主体风格以简洁为主。在建筑设计中，建筑按使用功能分为营业、仓储、辅助用房三个部分，其中以营业部分为主。根据功能进行了布局，很好的处理好了货流、顾客和职工流之间的关系。建筑的设计部分包括：方案设计、结构选型、平面设计、立面设计。结构计算部分是重点内容。这部分计算主要包括：水平地震作用，风荷载，竖向荷载，活荷载等对结构的影响。此外还包括楼梯设计，基础设计等。在设计方法中对于水平地震及作用采用了底部剪力法，对于竖向荷载采用了弯矩二次分配法。关键词：商场设计，框架结构，结构设计ABSTRAC
5、TThe design for the department stores,construction area of 5405m2,building layers of six.Main structure frame structure as load-bearing structure.The main architectural style of LPT.In architectural design, construction by using the function into business, warehousing,auxiliary buildings of three pa
6、rts, of which the main part of the business.According function layout,good handle the relationship between the flow of goods, customers and employees streams.KEYWORDS:mall design,frame structure,structural design框架结构设计计算书第1章 设计资料1.1工程概况 本工程为某百货商店。结构形式为整体六层框架结构。建筑面积为5405m2，第一到五层层高4.2m，顶层高为2.7m，总高为24.
7、95m，室内外高差0.45m。1.2建筑设计资料1.2.1场地地质条件1. 百货商店位于市区，地面粗糙度为C类。2. 建筑技术条件 地形概况：拟建工程位于市区，地形较平坦，地质情况较为简单，无不良地质现象。 水文地质条件：场地地下水及土层对砼、砼内钢筋及钢结构等无腐蚀性。建筑地层一览表（标准值）序号岩土分类厚度范围(m)天然重度(KN/m3)地基承载力fak(kpa)1杂填土1.0202强风化泥岩722.84103中风化基岩12.25.03300注： 1）地下稳定水位距地坪6.1m以下2）表中给定士层深度由自然地坪算起1.2.2其他相关条件(1) 气象资料：工程所在地主要气象资料如下：基本风压
8、 ，基本雪压。(2) 场地地震效应：该场地抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，该场地设计基本地震加速度值为0.15g，建筑场地类别为类。1.2.3地形图2. 本百货商店位于市区，地面粗糙度为C类，项目基地平坦。参见图1.1。图1.1场地地形图第2章 建筑方案及结构设计2.1建筑方案设计2.1.1方案设计建筑平面设计应主要考虑建筑物的功能要求，力求建筑物的美观大方，同时兼顾结构平面布置应尽量规则合理并满足抗震设防要求，以便于结构设计。商场建筑按使用功能分为营业，仓储，辅助三个部分，其中以营业部分为主，要处理好货流，顾客和职工流之间的关系。根据功能分析，流线分析进行平面组合设计，确定组合方式
9、。从商场建筑的使用功能及任务书所给的条件看，采用以营业厅为中心，周边布置辅助房间的大厅式组合较为合理。根据周围环境，道路分布及走向，商店内流线分析，顾客流量等因素初步确定入口及楼梯的位置，数量及形状。初步确定门窗的形状，尺寸和位置。 （平面图见图2.1、立面图见图2.2、剖面图见图2.3）。图2.1一层平面图2.2结构选型及布置本设计采用钢筋混凝土框架结构。考虑到施工顺序（现场浇筑混凝土时一般梁、板一起整浇，柱单独浇筑）等因素，拟选购材料如下：柱：采用C30混凝土梁：采用C30混凝土板：采用C30混凝土基础：采用外墙、内墙采用200mm厚粉煤灰轻渣空心砌块，卫生间内部隔断取用100mm厚轻质隔
10、断。砂浆强度等级M5.0，砌块强度等级M7.5，采用水泥石灰混合砂浆。 图2.2立面图2.2.1构件尺寸确定1) 梁 确定原则：主梁截面高度一般为其跨度的1/141/8，次梁截面高度一般为其跨度的1/181/12；梁截面宽度一般为其截面高度的1/31/2。梁截面宽度不宜小于200mm，梁截面高宽比不宜大于4。再综合挠度控制、荷载等原因，初选梁截面尺寸为：横向框架主梁： bh = 300mm650mm横向框架次梁： bh = 250mm600mm纵向框架次梁： bh = 250mm600mm顶层框架次梁： bh = 200mm500mm2) 柱 柱截面尺寸可根据如下公式估算（1.11.2）N/N
11、=1.25各层的重力荷载可近似取14KN/M2，由平面图可知边柱及中柱的负载面积分别为5.1m3.0m和5.1m6.3m。由公式可得第一层柱截面面积为：边柱： 1.2 = = 240875.87中柱： 1.2 = = 481751.75图2.3剖面图如取柱截面为正方形，则边柱和中柱截面尺寸分别为491mm和694mm。由建筑抗震设计规范（以下简称抗规）6.3.5条，矩形截面柱边长不宜小于400mm，柱截面高宽比不宜大于3。抗震设计时宜采用方柱，根据上述估算结果并综合考虑其他因素，本设计柱截面尺寸取值为：1至5层柱750mm750mm，顶层柱450mm450mm。楼盖及屋盖均采用现浇混凝土结构，
12、楼板厚度取100mm。2.2.2计算简图结构布置如下图2.4所示。针对本设计的建筑施工图纸，选择第5轴横向框架作为手算对象。本计算书除特别说明外，所有计算、选型、材料、图纸均为第5轴横向框架数据。选取计算单元时的确定原则和方法是在结构计算简图中，杆件用其轴线来表示。框架梁的跨度即取柱子轴线之间的距离；框架的层高（框架柱的长度）即为相应的建筑层高，而底层柱的长度应从基础顶面算起。基础类型选为柱下钢筋混凝土独立基础按照设计资料提供地质条件，可选第二层土壤为基础持力层。建筑高度总高为24.15m，基础埋深为24.15/15=1.61m，取基础埋深为1.7m.此处天然地基承载力满足基础设计要求。设基础
13、高度为0.9m,室外高差为0.45m.则框架底层柱长度为H=4.2+0.45+1.7-0.9=5.45m计算简图如图2.5所示。 图2.4结构布置图 A B C D图2.5框架计算简图第3章 荷载计算3.1构件自重统计3.1.1板上人屋面 30mm厚细石混凝土保护层 0.72 三毡四油防水层 0.40 20mm厚水泥砂浆找平层 0.40 150mm水泥蛭石保温层 0.75 100mm后钢筋混凝土板 2.5 V形轻龙骨吊顶 0.20 小计 4.90 不上人屋面 30mm厚细石混凝土保护层 0.72 三毡四油防水层 0.40 20mm厚水泥砂浆找平层 0.40 100mm后钢筋混凝土板 2.5 V
14、形轻龙骨吊顶 0.20 小计 4.02 楼面 瓷砖地面0.55 100mm后钢筋混凝土板 2.5 V形轻龙骨吊顶 0.20 小计 3.753.1.2墙及门窗自重（包含抹灰） 女儿墙 1.20.2518 = 5.40 外墙为玻璃幕墙，墙面单位面积自重为 1.5 内墙为双面抹灰板条隔墙，两侧均为20mm厚水泥粉刷自重 1.58 门窗 木门 0.2 钢铁门 0.4 铝合金窗 0.41) 屋面及楼面活荷载 上人屋面 3.5 楼面活荷载 3.5 屋面雪荷载标准值 3.1.3梁柱自重标准值梁柱单位长度自重可根据截面尺寸、材料容重等计算。因计算屋盖楼盖恒荷载时已经考虑抹灰自重，在计算量截面荷载时应扣除板的厚
15、度，且对粉刷层只考虑两侧抹灰重量。主梁 KN/m次梁 KN/m顶层柱 KN/m其他层柱 KN/m一层梁的静长度楼层构件b/mh/mr/(kN/m3)gl(kN/m)l/mg/kN一主梁0.30.65254.4997.3533次梁0.250.6253.4657.927柱0.750.752515.085.4582二至五主梁0.30.65254.4997.3533次梁0.250.6253.4657.927柱0.750.752515.084.263六主梁0.30.65254.4997.3533次梁0.20.5252.277.917.9柱0.450.45255.672.715.3 主梁 =8.1-0.7
16、5=7.35m 次梁 =8.1-0.2=7.9m表3.1框架梁柱重力荷载标准值一层柱长度 =5.45m同理可求其他层框架梁柱重力荷载及构件长度。各层梁柱重力荷载标准值的计算结果见表3.13.2恒载计算3.2.1顶层梁、柱恒载计算1) 梁上线荷载计算 梁上线荷载 = 梁自重 板重 墙重。由此可知梁上分布荷载为一均布荷载，只要求出控制点的荷载值，就可以绘出该梁上荷载分布图。如图3.1。 最大值 = 2.74+4.49 = 15.29 最小值 = 5.4+4.49=9.89图3.1顶层恒载图2) 边柱集中力计算 边柱集中力 = 边柱自重纵向框架梁承受的荷载 纵向框架梁承受的荷载 = 部分板重纵向梁重
17、外墙重边柱上集中力：A柱： D柱同A柱 3) 中柱集中力计算同理：中柱上集中力：3.2.2第五层梁、柱上恒载计算1) 梁上线荷载计算：本层梁上线荷载为均布荷载13.4+4.49=17.89图3.2五层恒载图2) 边柱集中力计算 边柱集中力=边柱自重纵向框架梁的传力其中，纵向框架梁的传力=部分板重横向梁重纵向梁重女儿墙自重因此，边柱集中力：A柱：同理，D柱同A柱3) 中柱集中力计算同理，中柱上集中力：B柱：C柱=B柱3.2.3其他层梁、柱上恒载计算1) 梁上线荷载计算：本层梁上线荷载部分为均布荷载AB跨均布荷载BC跨均布荷载部分为梯形荷载，为计算方便设CD跨满跨为梯形荷载： 最大值 = 14.4
18、9 最小值 = 10其荷载组成形式如图3.3图3.3其他层恒载图计算2) 边柱集中力计算 边柱集中力=边柱自重纵向框架梁的传力其中：纵向框架梁的传力=部分板重横向梁重纵向梁重女儿墙自重因此，边柱集中力：A柱：同理，D柱=143.3 3) 中柱集中力计算同理，中柱上集中力：B柱：C柱=258.6通过以上计算，可绘出第5轴横向框架恒载图（图3.4）。图3.4第5轴横向框架恒载图3.3活载计算3.3.1顶层框架梁柱活载计算雪荷载：0.65活载取：0.651) 梁上线荷载：同恒载求解方法，得：顶面为均布荷载其值：0.652.7=1.76中间跨均布荷载值为：0.652.70.5=0.88图3.5顶层活载
19、图2) 边柱集中力：边柱集中力=部分板上活载传力P=0.652.78.1=14.23) 中柱集中力:中柱集中力=部分板上活载传力P=0.652.78.123/4=21.33.3.2第五层框架梁、柱活载计算上人屋面活载：3.51) 梁上线荷载：同以上求解方法，得：其值：3.52.7=9.45 荷载分布图见图3.6 图3.6五层活载图2) 边柱集中力：边柱集中力=部分板上活载传力 P=2.73.58.1=76.53) 中柱集中力中柱集中力=部分板上传力 P=2.73.58.12=1533.3.3其他层框架梁、柱活载计算屋面活载：3.51) 梁上线荷载：同以上求解方法，得：AB BC跨为均布荷载其值
20、为：3.52.7=9.45CD跨为梯形荷载其最大值为：3.52.7=9.45最小值为零荷载分布图见图3.7图3.7其他层活载图2) 边柱集中力：边柱集中力=部分板上活载传力 A柱：P=2.73.58.1=76.5 D柱：P=1.053.58.1=29.83) 中柱集中力中柱集中力=部分板上传力 B柱：P=2.73.58.12=153 C柱：P=159.4通过以上计算，可绘出第5轴横向框架活载图（图3.8）图3.8第5轴横向框架活载图3.4风载计算 设计资料 本建筑位于城市市区，属于B类场地；基本风压=0.40 单位面积风荷载标准值 因结构高度H=24.95m30m，且H/B=24.95/24.
21、3=1.031.5，不考虑风震影响可取风震系数=1.0 对于矩形平面形状，风载体形系数=0.8（迎风面），=-0.5（被风面） 风压高度变化系数可查荷载规范表8.2.1，具体数值见表3.2 作用于中间一榀横向框架上的风荷载分为上下分布的线荷载，迎风面和被风面风荷载标准值分别为：=4.21.00.40.8,=-4.21.00.40.5具体计算结果见表3.2表3.2作用于框架不同高度处的风荷载标准值层次z/mz/Hiq1q2624.9510.811.0890.681522.250.8910.771.0350.647418.050.7230.70.9410.588313.850.5550.650.8
22、740.54629.650.3870.650.8740.54615.450.2180.650.8740.546 在框架结构内力及侧移计算时，一般可按静力等效原则将分布风荷载转为节点处的集中风荷载，各层节点处的集中风荷载计算如下。F1=（0.874+0.546）（4.2+5.45）/2=6.85KNF2=（0.874+0.546+0.874+0.546）4.2/2=5.964KN其他层计算略具体结果分别为：F3=6.04KN，F4=6.45KN，F5=7.044KN，F6=8.085KN 由此绘出第5轴横向框架风载图。如图3.7a b。图3.7a第5轴横向框架风载图图3.7b第5轴横向框架风载图
23、3.5水平地震作用计算计算重力荷载代表值 =恒载+0.5活载1) 六层：恒载：楼盖部分自重为：（2236-176）4=2464梁自重：3833+1417.9=1504.60柱自重：2415.3=367.2墙、门窗自重：女儿墙：5.4167.35=635活载：0.65（2236-176）=400综上所述，第六层重力荷载代表值为：=(2464+635+1504.6+367.2+0.5400=5170.82) 五层恒载：楼盖部分自重为：22364.97=3936梁自重：3833+4.492.62+3027=2087.3柱自重：2463.3=1519.2墙、门窗自重：外墙：1066 内墙：808.5
24、门窗：12.4活载：2772综上所述，第五层重力荷载代表值为：=(3936+808.5+12.4+1066+2087.3+1519.2)+0.52772=98493) 第四层恒载：楼盖部分自重为：22363.75=2970 梁自重：2578.8柱自重：2463.3=1519.2墙、门窗自重：外墙：1066 内墙：808.5 门窗：12.4活载：22363.0=2376综上所述，第四层重力荷载代表值为：=（2970+808.5+12.8+1066+2578.8+1519.2）+0.52376=10142.54) 底层恒载：楼盖部分自重为：22363.75=2970 梁自重：2990.4柱自重：2
25、482.2=1972.8外墙自重：924内墙自重：808.5门窗自重：18.6活载：22363.0=2376综上所述，底层重力荷载代表值为：=（2970+808.5+18.6+924+2990.4+1972.8）+0.52376=10872.3其他层计算步骤略其结果为G2=G3=10554KN第4章 几何参数计算4.1各杆件截面惯性矩 梁：=2I0= 柱：= =4.2各杆件线刚度 在计算梁的线刚度时，考虑到现浇楼板对梁的约束作用（现浇楼板相当于框架梁的翼缘），对于两侧都有现浇板的梁（如:中横梁），其线刚度取。对于一侧有现浇板的梁（如：边横梁、楼梯间横梁），其线刚度取。（C30混凝土：） 梁：i
26、=EI/L=16.9E 柱：底层 i=EI/L=48.4E 顶层 i=EI/L=12.6E2至5层i=EI/L=62.8E梁柱线刚度如表4.1所示4.3框架柱侧向刚度 柱的侧移刚度D值按下式计算：式中，一般层： 底 层： 表4.1 柱线刚度梁线刚度楼层层高/mE(KN/M2)bh(mm)I/m4icic15.45310775075026.410-314.521045.07104254.2310775075026.410-318.541045.0710462.731074504503.410-33.781045.07104 由以上公式可算出各层柱侧向刚度D值，具体结果见表4.2表4.2各层柱侧向
27、刚度D值楼层ic层高/m边柱中柱DKcDi1KcDi2114.525.450.350.362212350.70.44426045945602518.844.20.270.12153800.53827171271718510263.782.71.340.401249512.683546735467120836第5章 内力计算5.1竖向恒载内力5.1.1弯矩计算(1) 采用弯矩二次分配法计算杆端弯矩1) 杆端弯矩分配系数以第一层边节点和中节点为例，说明杆端弯矩分配系数计算，其中SA、SB分别表示边节点和中节点各杆端转动刚度之和。SA =4（14.52+18.84+16.9）104=450.2610
28、4KNm/radSB=4（14.52+18.84+16.9）104+216.9104=458.71104KNm/rad上A=18.84/50.26=0.375 下A=14.52/50.26=0.289右A=16.9/50.26=0.336上B=18.84/58.71=0.32 下B=14.52/58.71=0.25左B=16.9/58.71=0.287 右B=16.90.5/58.71=0.143同理，可求得其余各层节点的杆端弯矩分配系数。2) 计算杆固端弯矩： 以第一层为例将梯形分布荷载按固端弯矩等效的原则折算成均布荷载:梯形荷载折算公式：其中： 为梯形分布荷载的最大值。 恒载下边跨固端弯矩
29、为： MA1=-1/12q1l2-1/12q2l2=-1/1214.498.12-1/12108.12=-133.90KNm 中间跨： MB1=-1/12q1l2-1/12q2l2=-1/124.498.12-1/12108.12=-79.22KNm 同理，可计算出各层杆件固端弯矩。3) 梁柱弯矩梁胯间最大弯矩可根据梁端弯矩及作用于梁上的荷载利用平衡条件确定。计算跨中弯矩时近似按折算后的均布荷载计算。Mq=0.5q(l/2)2=0.524.49(8.1/2)2=200.8KNm跨中弯矩M=（101.88+137.11）/2-Mq=-81.31KNm同理，可计算出各层梁跨中弯矩。表5.1 恒荷载
30、作用下框架弯矩二次分配综上可得恒载作用下框架各节点的弯矩分配、传递过程，具体过程见表5.1。由表4.1数据及计算得跨中弯矩可画出恒载作用下框架弯矩图，见图5.1。图5.1恒载作用下弯矩图5.1.2剪力及轴力计算1) 梁端剪力和轴力计算 梁端剪力根据梁上荷载及梁端弯矩利用平衡条件确定，柱轴力根据柱两侧的梁端剪力、节点集中力及柱自重确定。下面以第六层框架梁柱说明梁端剪力和祝轴力的计算过程。在恒载作用下梁端弯矩引起的AB跨，BC跨梁端剪力分别为VA=VB=-（-20.7+78.33）/8.1=-7.11KNVB=VC=-（-69.5+69.5）=0梁上荷载引起的AB跨，BC跨梁端剪力分别为VA=-V
31、B=0.5（4.49+10.8）8.1=61.92KNVB=-VC=0.5（4.49+5.4）8.1=40.05KNVC=-VD=0.5（4.49+10.8）8.1=61.92KNAB跨梁端总剪力为： VA=61.92-7.11=54.81KN VB=-61.92-7.11=-69.03KNBC跨梁端总剪力为：VB=VC=40.05KNCD跨梁端总剪力为：VC=-61.92-7.11=-69.03KN VD=61.92-7.11=54.81KN恒载作用下第六层A柱上端轴力 NAU=138.4+54.81=193.21KN下端 NAB=193.21+15.32=208.53KNB柱上端 NBU=
32、200+69.03+40.05=309.08KN 下端 NBB=309.08+15.32=324.4KN其余各层梁端剪力及轴力计算过程及详细结果见表5.2表5.3表5.4表5.2恒荷载作用下弯矩及剪力楼层恒荷载作用下弯矩及剪力AB跨BC跨CD跨AB跨BC跨CD跨MAMBlMBrMClMCRMDVA=VBVB=VCVC=VD六-20.70 78.33 69.50 69.50 -78.3 20.70 -7.11 0.00 -7.11 五-69.11 114.93 -99.72 101.8 110.7 63.22 -5.66 -0.26 -21.48 四-111.82 137.08 -89.69 7
33、4.32 -65.0 42.28 -3.12 1.90 2.81 三-111.77 139.27 -88.59 74.82 -64.040.85 -3.40 1.70 2.86 二-112.39 139.42 -88.51 74.85 -63.9 37.96 -3.34 1.69 3.21 一-101.88 137.11 -90.62 74.12 -58.46 39.11 -4.35 2.04 2.39 表5.3恒载引起剪力及总剪力楼层恒荷载引起剪力总剪力CD跨BC跨CD跨AB跨BC跨CD跨VA=-VBVB=-VCVD=-VCVAVBVBVCVCVD六61.92 40.05 61.92 54.
34、81 -69.03 40.05 -40.05 69.03 -54.81 五72.45 72.45 72.45 66.79 -78.11 72.19 -72.71 93.93 -50.97 四99.18 58.68 36.93 96.06 -102.30 60.58 -56.78 34.12 -39.74 三99.18 58.68 36.93 95.78 -102.58 60.38 -56.98 34.07 -39.79 二99.18 58.68 36.93 95.84 -102.52 60.37 -56.99 33.72 -40.14 一99.18 58.68 36.93 94.83 -103
35、.53 60.72 -56.64 34.54 -39.32 表5.4柱轴力楼层各柱轴力A柱轴力B柱轴力C柱轴力D柱轴力N顶N底N顶N底N顶N底N顶N底六193.21 208.53 309.08 324.40 309.08 324.40 193.21 208.53 五286.79 350.14 455.30 518.65 471.64 471.64 270.97 270.97 四289.06 352.41 414.68 478.03 349.50 412.85 183.04 246.39 三288.78 352.13 414.76 478.11 349.65 413.00 183.09 246.
36、44 二288.84 352.19 414.68 478.03 349.31 412.66 183.44 246.79 一287.83 370.03 416.05 498.25 349.78 431.98 182.62 264.82 图5.2恒载作用下剪力图由上表5.4各柱轴力得可得各层柱底总轴力见表5.5表5.5柱底总轴力楼层A柱轴力B柱轴力C柱轴力D柱轴力N顶N底N顶N底N顶N底N顶N底6193 209 309 324 309 324 193 209 5495 559 780 843 796 796 480 480 4848 911 1258 1321 1146 1209 663 726 31200 1263 1736 1799 1559 1622 909 972 21552 1615 2214 2277 1971 2035 1156 1219 11903 1985 2693 2775 2384 2467 1402 1484 续表5.5据上表5.5可作出恒载作用下柱轴力图见图5.3图5.3恒载作用下柱轴力图 5.2竖向活载内力5.2.
