六层钢筋混凝土框架结构教学楼设计.docx

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1、六层钢筋混凝土框架结构教学楼设计六层钢筋混凝土框架结构教学楼设计 摘要:本工程为六层钢筋混凝土框架教学楼,总建筑面积4100m2,建筑高度22.55m。本建筑物防火等级为二级，抗震设防烈度7度。本工程结构设计采用框架结构，结构计算按横向框架承重分析；内力计算考虑以下四种荷载作用，即水平地震荷载作用下的内力，竖向恒载作用下的内力，重力荷载设计值作用下的内力及风载作用下的内力。在进行截面抗震设计时，柱按单偏压构件计算，保证延性框架强剪弱弯、强柱弱梁、强节点弱构件强锚固的设计原则，且满足构造要求。 关键词:框架结构;荷载组合;抗震设计 Six-story Teaching Building of R

2、einforced Concrete Frame Abstract：This project is a six-storey teaching building of reinforced concrete frame, total construction area of 4100 square meter, the height is 22.55 meter. The fire rating of the building is two seismic and the intensity is 7 degrees. The project design is based on the fr

3、ame structure, structural calculation analysis is based on load-bearing horizontal framework; Internal force calculation takes into account the following four loads: internal forces in the horizontal seismic loads, the vertical dead load of internal forces, gravity load design value internal forces

4、and wind loads of internal forces. During the cross-sectional seismic design, column by a single biasing member, to ensure ductility framework of strong shear weak bending, weak beam, strong joint and weak members strong anchorage design principles, and to meet structural requirements. key words: Fr

5、ame structure ; Load combination ; Seismic design. 六层钢筋混凝土框架结构教学楼 目 录 第一部分:建筑设计. - 1 - 一、工程概况. - 1 - 二、建筑物功能与特点. - 1 - 1、标高. - 1 - 2、平面设计. - 1 - 3、立面设计. - 1 - 4、防火. - 1 - 5、抗震. - 1 - 6、楼板层. - 2 - 7、屋面. - 2 - 7、施工注意事项. - 2 - 三、设计资料. - 2 - 1、自然条件. - 2 - 2、工程做法. - 3 - 第二部分:结构设计计算书 . - 4 - 一、 结构布置及结构计算简

6、图的确定. - 4 - 1、结构布置. - 4 - 2、确定梁柱截面尺寸. - 5 - 3、计算简图的确定. - 5 - 二、 荷载计算. - 7 - 1、恒载计算. - 7 - 2、楼面活荷载计算. - 9 - 3、风荷载计算. - 9 - 4、风载下的位移计算. - 10 - 三、非抗震内力计算. - 12 - 1、竖向恒载作用下的内力计算. - 12 - 2、竖向活荷载作用下的内力计算. - 20 - 3、雪荷载内力计算. - 25 - 4、风载下内力计算. - 25 - 四、地震作用下荷载计算. - 30 - 1、分层计算重力荷载代表值. - 30 - 2、自振周期计算. - 32 -

7、 3、横向地震作用. - 32 - 4、变形验算. - 33 - 五、地震作用内力计算. - 33 - 六、内力组合. - 39 - 七、梁柱截面配筋计算. - 42 - 1、梁的配筋计算. - 42 - 2、柱的配筋计算. - 43 - 3、柱斜截面受剪承载力计算. - 44 - 4、框架梁柱节点核芯区截面抗震验算. - 45 - 六层钢筋混凝土框架结构教学楼 八、楼板计算. - 46 - 九、基础设计. - 49 - 1、A轴基础尺寸设计 . - 49 - 2、截面设计. - 53 - 参考文献：. - 72 - 谢 辞. - 73 - 六层钢筋混凝土框架结构教学楼 第一部分:建筑设计 一

8、、工程概况： 1、工程名称：六层钢筋混凝土框架结构教学楼； 2、工程位置：某市； 3、工程总面积：4100m2,6层； 4、结构形式：现浇整体框架结构。 二、建筑物功能与特点： 1、 标高：一层室内地面标高为0.000。 2、 平面设计 建筑正面朝东南向，平面布置满足长宽比小于5，满足建筑开间模数和进深的要求。 建筑平面设计包括单个房间平面设计及平面组合设计。建筑平面设计的任务就是充分研究几个部分的特征和相互关系，以及平面与周围环境的关系，在各种复杂的关系中找出平面设计的规律，使建筑能满足功能、技术、经济、美观的要求。 平面组合设计的任务就是，如何将单个房间与交通联系部分组合起来，使之成为一个

9、使用方便、结构合理、体型简洁、构图完整、造价经济及与环境协调的建筑物。 3、立面设计 该建筑立面为了满足采光和美观需求，设置了大面积的玻璃窗；外墙面选用面砖饰面，不同分隔区采用不同的颜色区隔，以增强美感。 立面设计中应注意：立面比例尺度的处理，立面虚实与凹凸处理，立面的线条处理，立面的色彩与质感处理，立面的重点与细部处理。 4、防火 防火等级为二级，安全疏散距离满足房门至外部出口或封闭楼梯间最大距离小于35m，会议室、办公室前后两个门，满足防火要求；室内消火栓设在走廊两侧，每层两侧及中间设3个消火栓，最大间距25m,满足间距50m的要求。 5、抗震 建筑的平立面布置规则，建筑的质量分布和刚度变

10、化均匀，楼层没有错层，满足抗震要求。 - 1 - 六层钢筋混凝土框架结构教学楼 6、楼板层 楼板层通常由面层、楼板、顶棚三部分组成。 楼板层的设计应满足： 1、具有足够的强度和刚度； 2、满足隔声、防火、热工等方面的要求； 3、满足建筑经济的要求。 本工程采用现浇钢筋混凝土楼板，其具有强度高、防火性能好、耐久、利于抗震、便与工业化生产等优点 7、 屋面 屋面形式为平屋顶，排水坡度为2%，形式为垫置坡度，排水方式为内排水。 屋面设计应考虑其功能、结构、建筑艺术三方面的要求。防止雨水渗漏是屋顶的基本功能要求，也是屋顶设计的核心。 屋顶排水设计包括：选择屋顶排水坡度，确定排水方式，进行屋顶排水组织设

11、计。屋面防水材料尺寸越小，屋面排水坡度越大，反之则越小；降水量大的地区屋面排水坡度较大，反之则较小。 屋面坡度的形成有材料找坡和结构找坡两种做法。屋面排水方式分为有组织排水和无组织排水两大类，其方式的选择应根据气候条件，建筑物的高度、质量等级、使用性质、屋顶面积大小等因素加以综合考虑。 8、施工注意事项 1、尺寸单位：标高尺寸以米为单位，其余以毫米为单位； 2、土建施工和设备工种必须密切结合，做好预留洞预埋管道； 3、所有设地漏房间的楼地面均设1%的排水坡度，坡向地漏。卫生间楼地面标高降20mm，完成后需做防水防渗实验； 4、在施工中若发现问题，请及时通知设计单位，以便解决，未经设计单位同意不

12、得随意改变设计； 三、设计资料 1、自然条件 1、工程地质条件：见地质勘查报告； 2、抗震设防： 7 度； 3、防火等级： 二级； 4、建筑物类型： 丙类； - 2 - 六层钢筋混凝土框架结构教学楼 5、基本风压： W0=0.45 KN/m2 ； 6、基本雪压： S0=0.35 KN/m2 7、地下水位： 地下水位埋深在地面以下0.5m，平均水位标高3.38m； 8、楼面活荷： 办公室：2.0 KN/m2；走道、楼梯：2.5 KN/m2；可上人屋面：2.0 KN/m2。 2、工程做法 2.1屋面做法 4厚高聚物改性沥青卷材防水层； 20厚1：3水泥砂浆找平层； 1：6水泥焦渣找2%坡，最薄处3

13、0厚； 50厚聚苯乙烯泡沫塑料板保温层； 钢筋混凝土基层。 2.2楼面做法 2.2.1房间、走道楼面 12厚1:2.5水泥磨石楼面磨光打蜡； 素水泥浆结合层一道； 20厚1:3水泥砂浆找平层，上卧分隔条； 40厚C20细石混凝土垫层； 钢筋混凝土楼板。 2.2.2卫生间楼面 8厚地砖楼面，干水泥擦缝； 洒素水泥面； 20厚1:4干硬性水泥砂浆结合层； 60厚C20细石混凝土向地漏找平，最薄处30厚； 聚氨酯三遍涂膜防水层厚1.51.8或用其他防水涂料防水层，防水层周边卷起高150； 20厚1:3水泥砂浆找平层，四周抹小八字角； 现浇钢筋混凝土楼板。 3.2.3外墙面做法 1:1水泥砂浆勾缝；

14、贴8厚面砖； 6厚1:0.2:2水泥石灰膏砂浆找平层； - 3 - 六层钢筋混凝土框架结构教学楼 6厚1:1:6水泥石膏砂浆刮平扫毛； 6厚1:0.5:4水泥石灰砂浆打底扫毛； 刷一道加气混凝土界面处理剂。 3.2.4内墙面做法 刷内墙涂料； 2厚纸筋灰抹面； 9厚1:3石灰膏砂浆； 5厚1:3:9水泥石膏砂浆打底划出纹理； 加气混凝土界面处理剂一道。 3.2.5顶棚做法 各层的走道、楼梯、顶板板底为15厚纸筋灰抹底； 外刷乳白色106 涂料二层。 3.2.6散水做法：混凝土散水 50厚C15混凝土撒1：1水泥沙子，压实赶光； 150厚3：7灰土垫层； 素土夯实向外坡4%。 第二部分:结构设计

15、计算书 一、 结构布置及结构计算简图的确定(取轴计算) 1、 结构布置(见图1) 图一 结构布置图 - 4 - 六层钢筋混凝土框架结构教学楼 2、确定梁柱截面尺寸： 主梁：边跨梁 h=(1/81/12)l=(1/81/12)6000=500mm750mm 取 h=600mm b=(1/21/3)h=(1/21/3)600=200mm300mm, 取300mm 连系梁：边跨梁 取h=600mm,b=300mm 中跨 取h=400mm,b=250mm 次梁 取h=500mm,b=300mm 框架柱的截面尺寸：一般根据柱的轴压比限值按下列公式估算： N=Fgzn AcN/N c 该框架结构的抗震等级

16、为二级，其轴压比限值N0.8；各层的重力荷载代表值近似取gE12KN/m2，则 16层柱截面： 450mm450mm 现浇楼板厚： 100mm，满足h/l011/40 3、计算简图的确定 根据地质资料,确定基础顶面离室外地面为500mm,底层柱高度从基础顶面取至一层板底,由此求得底层层高为4.85m,26层柱高度即为层高,取3.6m。各梁柱构件的线刚度经计算后列于图2，其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，边跨梁取I=1.5I0,中跨梁取I=2I0。 AB，CD跨梁： i=2E1/120.250.63/6.0=15.010-4Em3 BC跨梁： i=2E1/120.250.403/2.4

17、=11.1110-4Em3 上部各层柱： i=E1/120.450.453/3.6=9.4910-4Em3 底层柱： i=E1/120.450.453/4.85=7.0510-4Em3 - 5 - 六层钢筋混凝土框架结构教学楼 图2 结构计算简图 - 6 - 六层钢筋混凝土框架结构教学楼 二、 荷载计算 1、 恒载计算 1.1 屋面框架梁线荷载标准值： 4厚高聚物改性沥青卷材防水层 0.4KN/m2 20厚1：36水泥砂浆找平层 0.0220=0.4KN/m2 1：6水泥焦渣找2%坡，最薄处30厚 14(0.03+0.165)/2=1.364KN/m2 100厚现浇钢筋混凝土楼板 0.125=

18、2.51KN/m2 50厚聚苯乙烯泡沫塑料板保温层 0.050.5=0.025 KN/ m2 屋面恒载: 4.69KN/m2 边跨(AB，CD跨)框架梁自重 0.250.6025=3.75KN/m2 粉刷 20.0217=0.34KN/m2 中跨框架梁自重 0.250.425=2.5KN/m2 粉刷 2 g6AB1= g6CD1=4.09KN/m g6BC1= 2.7 KN/m g6AB2= g6CD2=4.693.6=16.88 KN/m g6BC2= 4.692.4=11.26KN/m 1.2 楼面框架梁线荷载标准值 30厚水磨石面层 0.65KN/m2 100厚钢筋混凝土楼板 0.125

19、=2.5KN/m2 40厚C20细石混凝土垫层 0.0425=1.0KN/m2 楼面恒载 4.15KN/m2 26层框架梁 边跨AB，CD跨)框架梁及梁侧粉刷自重 3.75+0.34=4.09KN/m 边跨填充墙自重 0.2419=13.68KN/m墙面粉刷 0.02217=2.04KN/m 中跨框架梁自重及梁侧粉刷自重 2.5+0.2=2.7KN/m 因此,作用在中间框架梁上的线荷载为： GAB1=gCD1=4.09+13.68+2.04=19.81KN/m GBC1=2.7KN/m GAB2=gCD2=4.153.60=14.94KN/m GBC2=4.152.4=9.96KN/m - 7

20、 - 六层钢筋混凝土框架结构教学楼 1.3屋面框架节点集中荷载标准值 边柱连系梁自重 0.250.63.625=13.50KN 粉刷 0.02(0.60.1)3.60217=1.22KN 1200高女儿墙自重 1.23.60.2419=19.90KN 粉刷 1.20.0213.617=2.94KN 面砖 10.02217=4.9KN 连系梁传来屋面自重 1/23.61/23.64.96=15.20 KN 顶层边节点集中荷载 G6A= G6D=52.56KN 中柱连系梁自重 0.250.43.625=9KN 粉刷 0.02(0.40.1)3.6217=0.73KN 连系梁传来屋面自重 1/22.

21、4/2(3.6+3.6-2.4)4.96=13.51KN 1/23.61.84.69=15.20KN 顶层中柱节点集中荷载 G6B= G6C =38.44KN 1.4楼面框架节点集中荷载标准值 边柱连系梁自重及粉刷 14.72KN 钢窗自重 2.11.50.45=1.42KN 窗下墙自重 0.240.93.1519=12.93KN 粉刷 0.0220.9173.15=1.93KN 窗边墙自重 650.2419=15.80KN 粉刷 0.0221.6517=2.36 KN 连系梁传来的楼面自重 1/23.63.61/24.15=13.45KN 框架柱自重 0.450.453.325=18.23K

22、N 内粉刷 0.90.023.617=1.10KN 中间边节点集中荷载 GA=GD=81.94KN 中柱连系梁自重及粉刷 9.73KN 内纵墙自重 3.15(3.6-0.4)0.2419=45.96KN 粉刷 3.15(3.6-0.4)0.0.2172=6.85KN 扣除门洞重加上门重 -2.11.0(4.56-0.2)=-9.16KN 框架柱自重及粉刷 18.23+1.10=19.33KN 连系梁传来的楼面自重 (3.6+3.6-2.4)1/21.24.15+1/23.61.84.15=13.45KN 中间层中节点集中荷载 GB=GC=107.19KN 1.5恒载作用下结构计算简图 - 8

23、- 六层钢筋混凝土框架结构教学楼 2、楼面活荷载计算 楼面活荷载作用下结构计算简图如图4所示，图中各荷载计算如下： P6AB= p6CD=23.6=7.2KN/m P6BC=22.4=4.8 KN/m P6A= p6D=1/23.61/23.62=6.48 KN/m P6B=p6C=1/2(3.6+3.6-2.4)1.22+1/43.63.62=12.24KN/m PAB=pBC=23.6=7.2KN/m PBC=2.42.5=6KN/m PA=PD=1/23.61/23.62=6.48KN/m PB=pC=1/2(3.6+3.6-2.4)1.22.5+1/43.63.62=13.68KN/m

24、 G6AG6BG6Cg6BC2G6DP6AP6BP6Cg6BC1GDg6CD2g6CD1p6BCP6Dp6CDGAGBgBC2GCgBC1G2AGBG2CgCD2gCD1G2DPAPBpBCPCPDpCDg2BC2g2DC1ABCDg2CD2g2CD1ABCD图3：恒载作用下结构计算简图 图4：活荷载作用下结构计算简图 3、风荷载计算 风压标准值计算公式为 wk=zszw0 因结构高度H=22.35m30m,取z=1.0,各层标高处z见表2； 对于矩形平面s=1.3；z可查荷载规范，当查得的z1.0时，取z=1.0。将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如表2所示。表中A为一榀

25、框架各层节点的受风面积，计算结果如图5所示。 表2 横向风荷载计算 层次 6 5 4 3 2 1 z 1 1 1 1 1 1 s 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 z(m) 22.34 18.73 15.15 11.55 7.94 4.34 z 1.42 1.25 1.25 1.14 1.0 1.0 - 9 - w0(KN/ m2) 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 A(m2) 10.80 12.96 12.96 12.96 12.96 14.30 Pw(KN) 8.96 9.45 9.45 8.63 7.58 8.36 六层钢筋混凝土框架结构教学楼 4

26、、风载下的位移计算 4.1计算简图(如图5) 图5 风荷载作用下结构计算简图(KN) - 10 - 六层钢筋混凝土框架结构教学楼 4.2柱线刚度Kc值 表3 柱Kc值计算 层混凝土 截面 惯性矩Ic Ic/h 数 强度等级 2-6 0.450.45 1 0.450.45 C30 C30 3.42010-3 3.42010-3 0.9510-3 0.7110-3 Kc=EcIc/h(KNm) 28.50103 21.15103 4.3柱Kb值 边跨梁 Ib=1.51/120.250.6=6.3510m 中跨梁 Ib=21/120.250.43=2.6610-3m4 6.0m梁： Kb=EIb/l

27、=3.001076.7510-3/6.0=33.74103KNm 2.4m梁： Kb=EIb/l=3.001072.6710-3/2.4=33.37103KNm 3-344.4K及的值 26层 233.75103=1.181 A轴柱： K=228.50103- a=-K2+K-=1.18=0.371 2+1.182(33.78+33.38)103=2.361 B轴柱： K=228.50103 a=-K2+K-=2.36=0.541 2+362(33.38+33.75)103=2.361 C轴柱： K=3228.5010 a=-K2+K-=2.36=0.541 2+36233.75103=1.1

28、81 D轴柱： K=3228.5010 a=K2+K-=1.18=0.371 2+1.18- 11 - 六层钢筋混凝土框架结构教学楼 底层： 233.75103A轴柱： K=1.601 3221.1510- a=-K2+K-=1.60+0.5=0.582 2+1.602(33.75+33.38)103=3.16 B轴柱： K=3221.1510 a=-K2+K-=0.5+3.17=0.712 2+3.172(33.75+33.38)103=3.168 C轴柱： K=3221.1510 a=-K2+K-=0.5+3.17=0.709 2+3.17233.75103D轴柱： K=1.601 322

29、1.1510 a=K2+K-=1.60+0.5=0.582 2+1.604.5Dj值 表4 框架柱侧移刚度D值计算 Dj 2-6层 底层 A轴 9.81103 6.28103 B轴 C轴 D轴 Dj14.25103 14.24103 9.81103 7.65103 7.67103 6.28103 48.13103 27.92103 三、非抗震内力计算 1、竖向恒载作用下的内力计算 1.1荷载简化 图3中梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成，在求固端弯矩时，将梯形分布荷载及三角形荷载化作等效均布荷载。 - 12 - 六层钢筋混凝土框架结构教学楼 顶层： AB跨 g6AB= g6AB1+(1-2+)

30、 g6AB1 =4.09+(1-20.30+0.30)16.68=17.32KN/m BC跨 g6BC= g6BC15/8 g6BC22.7+5/811.26=9.81 KN/m CD跨 g6AB= g6AB1+(1-2+) g6AB1 =4.09+(1-20.30 +0.30)16.68=17.32KN/m 25层： AB跨 gAB= gAB1(1-2+) gAB1 19.81+(1-20.30+0.30)14.94=31.66KN/m BC跨 g6BC=g6BC15/8g6BC22.7+5/89.96=8.93KN/m CD跨 gCD=gAB1(1-2+) gAB2 19.81+(1-20.30 +0.30)14.94=31.66KN/m 1.2柱的线刚度调整 由于取出中间一层分析，柱的线刚度取框架柱实际线刚度的0.9倍。 26层 0.9510-30.9=0.8610-3 1层 0.70510-3 1.3弯矩分配系数 节点标号见图6 节点1： 1215/(15+9.490.9)0.636 138.54/(8.54+15)0.362 节点2： 2115/(1511.1129.490.9)0.516 138.54/(8.54+5.56+15)0.292 275.56/(5.56+8.54+15)0.190 节点3： 3135=8.54/(1