某六层框架结构学生宿舍楼设计.doc

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1、 摘 要本设计题目为某六层框架结构学生宿舍楼设计，设计中选取结构方案中横向一榀框架第6轴为计算单元。建筑主体共六层，每层层高3.3m，总建筑面积为4500m2，建筑总高度为20.07m，抗震设防烈度为8度，抗震等级为二级，结构采用钢筋混凝土框架形式及桩基础。 本设计包括建筑设计和结构设计两部分。在建筑设计部分主要进行了总体方案设计、平立剖面设计及屋面、楼梯、墙体构造设计，在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算,由于计算时需考虑抗震要求;抗震设防目标即小震不坏，中震可修，大震不倒;还需考虑抗震设计原则即强柱弱梁，强剪弱弯原则,所以接着进行了结构方案中横向框架A、B、C、D轴框架的抗震设

2、计,利用顶点位移法求出自振周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。结构设计部分选择了一榀典型框架计算恒载及活载作用下的内力和内力组合，通过最不利内力组合计算结构配筋、绘制各主要承重构件结构施工图。关键词： 建筑设计 结构设计 框架结构 桩基 荷载计算AbstractThe purpose of the design is a six-story students dormitory portal frame construction design. In the design,to do the antiseismic desi

3、gn in the longitudinal frames of axis 6 for computing element.The architecture has six stories . Its whole floorage is 4500m2, its top is 20.07m high. The earthquake intensity is 8. Style of the building is totally frame structure of reinforced concrete. The foundation of the building is the pile fo

4、undation. The design includes architectural design and structural design of two parts. In some of the major architectural design for the overall program design, flat vertical profile design and roof, stairs, wall structural design, in determining the frame layout, the first carried out on behalf of

5、the interlayer load value is calculated, due to be considered when calculating the seismic requirements; fortification goal that no damage in small earthquake,can repair in moderate earquake, no collapse in large earthquake; seismic design principles, namely the need to consider weak beam, strong sh

6、ear weak bending principles, followed by a horizontal frame structure programs A, B, C, D axis seismic design framework, by using the vertex displacement method for vibration period, thus calculated according to the level of the base shear under seismic load size, and then find in the structure unde

7、r horizontal load force (moment, shear axial force). Some chose a design framework for calculating typical specimens of dead load and live load combination of internal forces and internal forces, through the most unfavorable combination of computational structural reinforcement force to draw the mai

8、n load-bearing components construction drawing. Keywords: Architectural design, Structural design, Construction management design, Pile foundation Load calculation 目 录第一章 绪论1第二章 建筑设计说明4第三章 结构设计计算5第一节 梁、柱截面及柱高的确定5第二节 重力荷载计算7一、屋面荷载（不上人）7二、楼面荷载8三、卫生间荷载8四、墙体重力荷载9五、梁柱重力荷载9六、女儿墙重力荷载9七、门重力荷载10八、窗重力荷载10九、墙体

9、自重10第四章 水平地震力作用下框架结构的内力和侧移计算16第一节 框架侧移刚度的计算16一、梁的线刚度16二、柱的线刚度16三、柱的侧移刚度16第二节 框架自振周期的计算17第三节 各质点水平地震作用计算及弹性位移验算17第三节 水平地震作用下框架内力的计算18第五章 竖向荷载作用下的内力计算23第一节 横向框架计算单元的确定23第二节 竖向荷载计算23一、恒载计算23二、活载计算25三、内力计算。26第六章 横向框架内力组合31第七章 截面计算40第一节 框架梁设计40第二节 框架柱设计43一、剪跨比和轴压比验算43二、A柱正截面承载力计算。44三、B柱正截面承载力计算46第三节 框架梁柱

10、节点核芯区截面抗震验算49第四节 罕遇地震作用下弹塑性变形验算51一、罕遇地震作用下的楼层剪力51二、楼层受剪承载力计算51第五节 基础设计54一、已知条件54二、尺寸的确定54三、桩身配筋55四、桩基承载力56五、桩身承载力58第六节 板的计算59一、AB跨间板的计算59二、屋面板的计算60三、楼面板的计算61结论63致谢65参考文献66附录：外文文献翻译67 第一章 绪论现今社会高层建筑得到广泛的应用。建造高层建筑可以获得更多的建筑面积，这样可以部分解决城市用地紧张和地价高涨的问题；建造高层建筑能够提供更多的休闲地面，将这些休闲地面用作绿化和休息场地，有利于美化环境，并带来更充足的日照、采

11、光和通风效果；从城市建设和管理的角度来看，建筑物向高空延伸，可以缩小城市的平面规模等等这些高层建筑的优点使其应用广泛。高层建筑采用的结构可分为钢筋混凝土结构、钢结构、钢-钢筋混凝土组合结构等类型。根据不同结构类型的特点，正确选用材料，就成为经济合理地建造高层建筑的一个重要方面。经过结构论证以及设计任务书等实际情况，以及本建筑自身的特点，决定采用钢筋混凝土结构。框架结构体系一般用于钢结构和钢筋混凝土结构中，由梁和柱通过节点构成承载结构，框架形式可灵活布置建筑空间，使用较方便。本建筑的高宽比H/B小于5，抗震设防烈度为8度，所以选用框架结构体系。但是随着建筑高度的增加，水平作用使得框架底部梁柱构件

12、的弯矩和剪力显著增加，从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加，到一定程度，将给建筑平面布置和空间处理带来困难，影响建筑空间的正常使用，在材料用量和造价方面也趋于不合理。因此在使用上层数受到限制。框架结构抗侧刚度较小，在水平力作用下将产生较大的侧向位移。由于框架构件截面较小，抗侧刚度较小，在强震下结构整体位移都较大，容易发生震害。此外，非结构性破坏如填充墙、建筑装修和设备管道等破坏较严重。因而其主要适用于非抗震区和层数较少的建筑。 设计的基本要求和做法:建筑设计在整个工程设计中起着主导和先行的作用，还应考虑建筑与结构，建筑与各种设备等相关技术的综合协调，以及如何以更少的材料，劳动力，投资和时间来实现各

13、种要求，使建筑物做到适用，经济，坚固，美观，这要求建筑师认真学习和贯彻建筑方针政策，正确学习掌握建筑标准，同时要具有广泛的科学技术知识。设计是在规划的前提下，根据任务书的要求综合考虑基地环境，使用功能，结构施工，材料设备，建筑经济及建筑艺术等问题。着重解决建筑物内部各种使用功能和使用空间的合理安排，建筑与周围环境，与各种外部条件的协调配合，内部和外表的艺术效果。各个细部的构造方式等。创造出既符合科学性又具有艺术的生产和生活环境。建筑设计包括总体设计和个体设计两部分。 自然条件:建设地区的温度、湿度、日照、雨雪、风向、风速等是建筑设计的重要依据，例如：炎热地区的建筑应考虑隔热、通风、遮阳、建筑处

14、理较为开敞；在确定建筑物间距及朝向时，应考虑当地日照情况及主要风向等因素。地形、地质及地震烈度:基地的地形，地质及地震烈度直接影响到房屋的平面组织结构选型、建筑构造处理及建筑体型设计等。地震烈度，表示当发生地震时，地面及建筑物遭受破坏的程度。烈度在6度以下时，地震对建筑物影响较小，一般可不考虑抗震措施，9度以上地区，地震破坏力很大，一般应尺量避免在该地区建筑房屋，建筑物抗震设防的重点时7、8、9度地震烈度的地区。 技术要求:设计标准化是实现建筑工业化的前提。因为只有设计标准化，做到构件定型化，使构配件规格，类型少，才有利于大规模采用工厂生产及施工的机械化，从而提高建筑工业化的水平。除此以外，建

15、筑设计应遵照国家制定的标准，规范以及各地或各部门颁发的标准执行。如：建筑放火规范，采光设计标准，住宅设计规范等。本建筑的结构设计采用的钢筋混凝土结构有以下的一些优点：第一：合理的利用了钢筋和混凝土两种材料的受力性能特点，可以形成强度较高、刚度较大的结构构件。这些构件在有些情况下可以用来代替钢构件，因而能够节约刚材，降低造价。第二：耐久性和耐火性较好，维护费用低。第三：可模性好，结构造型灵活，可以根据使用需要浇注成各种形状的结构。第四：现浇钢筋混凝土结构的整体性好，又具备必要的延性，适于用作抗震结构；同时它的防震性和防辐射性也好，亦适于用作防护结构。第五：混凝土中占比例较大的砂、石材料便于就地取

16、材。因为钢筋混凝土具有这些特点，所以在建筑结构、地下结构、桥梁、隧道、铁路等土木工程中得到广泛应用。混凝土以成为当今世界上用量最大的建筑材料。但是，钢筋混凝土也存在一些缺点，如自重过大，抗裂性能较差，隔热隔声性能不好，浇注混凝土时需要模板和支撑，户外施工受到季节条件限制，补强修复比较困难。这些缺点在一定程度上限制了钢筋混凝土的应用范围。框架结构体系一般用于钢结构和钢筋混凝土结构中，由梁和柱通过节点构成承载结构，框架形式可灵活布置建筑空间，使用较方便。但是随着建筑高度的增加，水平作用使得框架底部梁柱构件的弯矩和剪力显著增加，从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加，到一定程度，将给建筑平面布置和空间处理

17、带来困难，影响建筑空间的正常使用，在材料用量和造价方面也趋于不合理。因此在使用上层数受到限制，正是因为本设计采用的是小高层，建筑的高宽比H/B小于5，抗震设防烈度为6度，建筑高度小于55m，所以选用框架结构体系 。 第二章 建筑设计说明工程名称：某六层学生宿舍楼设计工程位置：兰州市工程总面积：4500，共六层，矩形，每层层高均为3.3结构形式：框架结构项目简介： 本工程为位于XXXX高校校区内，用于向全院学生提供住宿服务，结构形式为框架结构。设计条件： 1.场地为类 2.抗震设防烈度：8度，抗震等级：二级。设计地震加速度为0.2g。故设计地震参数为max=0.08,Tg=0.4s 3.基本风压

18、：0.3kN/ 4.基本雪压：0.15kN/ 5.冻土深度：-1.03 6.楼面活载：寝室、活动室、 2.0 kN/ 走廊、厕所、楼梯 2.5 kN/设计要点:建筑平面设计：1.根据建筑功能的要求，确定柱网的尺寸，然后逐一确定各房间的开间和进深。2.根据交通、防火与疏散的要求，确定楼梯间的位置和尺寸。3.确定墙体所用材料和厚度，以及门窗的型号和尺寸。 建筑立面设计： 确定门窗的立面形式。建筑剖面设计：1.根据建筑物空间组合情况，确定剖面位置在门厅部位。2.根据平面图计算确定的尺寸，核对楼梯在高度方向上的梯段的尺寸。第三章 结构设计计算第一节 梁、柱截面及柱高的确定本房屋主体结构为6层,层高均为

19、3.3m。填充墙采用200mm厚陶粒混凝土空心砌块。门为铝合金门，洞口尺寸为1.8m2.1m。窗为塑钢窗。洞口尺寸为1.8m1.8m。楼盖及屋盖采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚为100mm。梁截面高度按跨度的1/121/8估算，宽度按高度的1/21/3估算。梁、柱采用混凝土的设计强度为C35（fc=16.7 N/mm2,ft=1.67 N/mm2）。梁的截面尺寸如表1表1 梁的截面尺寸（）混凝土强度等级横梁（bh）纵梁（bh）次梁1（bh）次梁2（bh）AB跨、CD跨、BC跨C35250500250400300700250450200450柱的截面有公式估算。由该框架结构的抗震等级为二级，其轴压

20、比限值=0.75，一六层采用C35混凝土。各层重力荷载代表值近似取13KN/m2。由图2知可知边柱及中柱的负载面积分别为7.22.7m2和7.23.75m2。故第一层柱的截面面积为边柱中柱 柱截面采用正方形，则边柱和中柱截面分别为384mm384mm和443mm443mm。故柱采用正方形截面，边柱和中柱截面分别为450mm450mm和450mm450mm。基础采用独立基础，基础埋深为1.20m。图1 结构平面布置图框架结构计算简图如图3所示。取柱的形心线作为柱的轴线;两轴线取至板底，26层柱的高度即为层高。底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即H=3.3+0.05+0.7=4.05m。图2 横向

21、框架计算简图第二节 重力荷载计算一、屋面荷载（不上人）（一）屋面永久荷载标准值: 40厚C30细石混凝土刚性层 250.041.00 kN/防水卷材一道 0.15 kN/20厚1:3水泥砂浆找平层 0.02200.4 kN/120厚泡沫混凝土保温层 40.120.48 kN/20厚1:3水泥砂浆找平层 0.02200.4 kN/100厚现浇钢筋混凝土屋面板 0.1252.5 kN/12厚水泥砂浆吊顶 0.012200.24 kN/ 合计 5.17 kN/（二）屋面可变荷载标准值:不上人屋面均布活荷载标准值 0.5kN/屋面雪荷载标准值: 0.15kN/二、楼面荷载（一）楼面永久荷载标准值: 1

22、5厚1:2水泥砂浆 200.015=0.23 kN/ 20厚1:3水泥砂浆找平层 0.02520=0.5 kN/ 100厚现浇混凝土楼板 0.125=2.5 kN/ 12厚水泥砂浆吊顶 0.012200.24 kN/ 合计 = 3.47 kN/ （二）楼面活荷载标准值： 寝室，过道： 2.0 kN/三、卫生间荷载 永久荷载标准值： 地面砖 0.65 kN/20厚1：3水泥砂浆搓麻 0.0220=0.4 kN/ 20厚水泥砂浆防水保护层 0.02200.4 kN/ 100厚现浇钢筋混土楼板 0.1252.5 kN/PVC吊顶 0.2 kN/ 10厚水泥砂浆 0.01200.2 kN/ 恒载总计:

23、 4.35 kN/活荷载标准值： 2.5 kN/四、墙体重力荷载外墙:300mm厚加气混凝土墙，内外墙分别为20mm厚抹灰层，单位面积重力荷载为7.50.30+170.022=2.93 kN/内墙：200mm厚加气混凝土墙，内外墙分别为20mm厚抹灰层，单位面积重力荷载为7.50.20+170.022=2.18 kN/五、梁柱重力荷载梁柱重力荷载计算见表2。表2.梁柱重力荷载标准值层次构件b/mh/mr/(kN/m3)g/(kN/m)li/mnGi/kNGi/kN1边横梁0.250.4251.052.625 4.9512155.925 1030.069 中横梁0.250.3251.051.96

24、9 1.65619.493 次梁CL1（1）0.250.35251.052.297 5.2510120.593 次梁CL1（2）0.250.35251.052.297 6.7576.950 次梁CL2 0.20.35251.051.838 1.308819.233 纵梁0.30.6251.054.725 6.7520637.875 柱0.450.45251.15.569 4.0524541.307 2-5边横梁0.250.4251.052.625 4.9512155.925 1030.069 中横梁0.250.3251.051.969 1.65619.493 次梁CL1（1）0.250.352

25、51.052.297 5.2510120.593 次梁CL1（2）0.250.35251.052.297 6.7576.950 次梁CL2 0.20.35251.051.838 1.308819.233 纵梁0.30.6251.054.725 6.7520637.875 柱0.450.45251.15.569 3.324441.065 6边横梁0.250.4251.052.625 4.9512155.925 1030.069 中横梁0.250.3251.051.969 1.65619.493 次梁CL1（1）0.250.35251.052.297 5.2510120.593 次梁CL1（2）0

26、.250.35251.052.297 6.7576.950 次梁CL2 0.20.35251.051.838 1.308819.233 纵梁0.30.6251.054.725 6.7520637.875 柱0.450.45251.15.569 3.624481.162六、女儿墙重力荷载60厚EPS板保温层 0.060.50.03 kN/100厚现浇钢筋混土 0.1252.5 kN/60厚水泥砂浆 0.06201.2 kN/60厚粘土实心砖 0.06181.08 kN/ 合计： 4.81 kN/七、门重力荷载0.2 kN/八、窗重力荷载0.2 kN/九、墙体自重一层高为4.05m。其余各层高为3

27、.3m。第一层：外墙：250500梁下墙墙高 4.0523.320.53.175 m墙长（5.45.40.452）219.8 m自重 2.933.17519.8184.194 kN250400梁下墙墙高 4.0523.320.43.275 m墙长 （2.10.45）23.3 m自重 2.933.2753.331.666 kN内墙：250500梁下墙墙高 4.0523.320.53.175 m墙长 （5.40.45）8=39.6 m自重 2.183.17539.6274.091 kN300700梁下墙墙高 2.975 m墙长 （7.20.5）854 m自重 2.182.97554385.533

28、kN250450梁下墙墙高 4.0523.320.453.225 m墙长（7.20.2）（5.4+0.45-0.5）849.8m自重 2.183.22549.8350.119 kN200450梁下墙墙高 4.052+3.320.453.225 m墙长 （1.5480.12）8+2.1828.224m自重 2.183.22528.224198.429 kN门窗洞口所占墙体面积 外墙 70.68 内墙 63.87 所占墙体重量外墙 207.092 kN内墙 139.237 kN门窗自重 38.25kN综上所述：G1=184.19+31.666+588.381+274.091+385.533+350

29、.119+198.429-207.092-139.237+38.251704.33kN第二五层：外墙：250500梁下墙墙高 3.300.502.80 m墙长 19.8m自重 2.932.8019.8162.439 kN250400梁下墙墙高 3.30.42.90 m墙长 3.3m自重 2.932.903.328.040 kN300700梁下墙墙高 3.300.702.60 m墙长 67.5m自重 2.932.6067.5514.215 kN内墙：250500梁下墙墙高 3.30.502.80 m墙长 39.6 m自重 2.182.8039.6241.718 kN250400梁下墙墙高 3.3

30、00.42.90 m墙长 （7.2-0.45）9= 60.75 m自重 2.182.9060.75384.062 kN250450梁下墙墙高 3.300.452.85 m墙长 （7.2-0.2）+（5.4+0.45-0.5）9= 55.15m自重 2.182.8555.15342.647 kN200450梁下墙墙高 3.300.452.85 m墙长 （1.548-0.12）8+2.18= 28.224 m自重 2.182.8528.224175.356 kN门窗洞口所占墙体重量：294.312 kN门窗自重 35.526 kN综上所述：G2G3G41589.691 kN第六层：外墙：25050

31、0梁下墙墙高 3.60/20.501.3 m墙长 19.8 m自重 2.931.319.875.418 kN250400梁下墙墙高 3.6/20.41.4 m墙长 3.3 m自重 2.931.43.313.537 kN300700梁下墙墙高 3.60/20.701.1 m墙长 67.5m自重 2.931.167.5217.533 kN内墙：250500梁下墙墙高 3.60/20.501.3 m墙长 39.6m自重 2.181.339.6112.226 kN250400梁下墙墙高 3.6/20.401.4 m墙长 60.75 m自重 2.181.460.75185.409 kN250450梁下墙

32、墙高 3.600.451.35 m墙长 55.15m自重 2.181.3555.15162.306 kN200450梁下墙墙高 3.600.451.35 m墙长 28.224 m自重 2.181.3528.22483.063 kN综上所述：G6590.726 kN楼板：楼板面积（除卫生间和洗漱间外） 458.812自重 3.47458.8121592.078 kN活载 2.0458.812917.624 kN卫生间和洗漱间面积22.936自重 4.3522.93699.772 kN活载 2.522.93657.34 kN图3 各质点的重力荷载代表值(mm)第四章 水平地震力作用下框架结构的内力

33、和侧移计算第一节 框架侧移刚度的计算梁、柱采用C35混凝土。由于采用现浇钢筋混凝土板中框架的惯性矩增大系数为2.0，边框架增大系数为1.5。一、梁的线刚度表3 框架梁线刚度计算类别Ec /(N/mm2)bh/mmmmI0 /mm4l/mmEcI0/l/N.mm边框架梁中框架梁1.5EcI0/l /N.mm2EcI0/l /N.mm边横梁3.151042505002.604109540015.1932.27910103.0391010中横梁3.151042504001.3331092100203101041010二、柱的线刚度表4 柱线刚度计算层次Ec /(N/mm2) bh/mmmm I0 /

34、mm4h/mmEcI0/h/N.mm13.151044504503.41710940502.6581010253.151064504513.41710933003.262101063.151074504523.41710936002.991010三、柱的侧移刚度表5 中框架柱侧移刚度D值层次边柱中柱DiKDKD6 1.0160.33793301.1770.37102441565922-5 0.9320.318114301.0790.35125811920881 1.1430.523101702.6480.67713165186680表6 边框架柱侧移刚度D值 层次A-5，A-10，D-5，D-

35、10B-5，B-10，C-5，C-10DiKDKD60.7620.27676410.8830.3068472644522-50.6990.25993100.8090.288103527864810.8570.47592371.9860.6241213485484第二节 框架自振周期的计算假想将各层的重力荷载代表值作为水平荷载作用于各层处，计算顶点位移。表7 基本周期T的计算层次GiDiuiuiGiuiGiui264469.622210444469.620.020 0.399 1784.50 712.47 55372.4582707369842.0780.036 0.379 2036.33 77

36、1.83 45352.40927073615194.490.056 0.343 1834.15 628.52 35352.40927073620546.90.076 0.287 1533.76 439.51 25352.40927073625899.310.096 0.211 1127.55 237.53 15404.91727216431304.220.115 0.115621.57 71.48 按如下公式计算，其中的量纲为m,取=0.6，则 第三节 各质点水平地震作用计算及弹性位移验算由工程概况和规范知，本场地设防烈度为8度，设计地震加速度为0.2g时，max=0.16。设计地震分组为第二

37、组，类场地，Tg=0.4s。故 因=0.68s1.4=1.40.4=0.56s故需考虑顶部附加水平地震作用；因=0.4s0.35s,顶部地震作用系数为顶部附加水平地震作用 其中底部剪力由公式计算结果如表8所示。表8 各质点横向水平地震作用下的位移验算层次GiHiGiHiGiHiFiFnViDiue64469.6220.8593191.58378765.9606.403 169.65776.053 2210440.00151 55372.45817.2592674.9603.041 1379.094 2707360.00109 45352.40913.9574666.11485.857 1864.950 2707360.00189 35352.409