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1、第一章 绪论1.1选题意义 建筑中，结构是为建筑物提供安全可靠、经经久耐、节能节材、满足建筑功能的一个重组成部分，它与建筑材料、制品、施工的工业化水平密切相关，发展新技术。新材料，提机械化、自动化水平有着重要的促进作用。随着时代的进步，我们不难发现建筑结构设计有了很明显的发展。建筑结构的设计形式趋于多样化，比如框架结构，剪力墙结构，框架剪力墙结构等。而在这些结构样式当中，由于混凝土框架结构能够提供较大的室内空间，平面布置较灵活，延性较好、方便施工，因此在我国很多的学校，商场，酒店，会所都采用框架结构这样一种结构形式。1.2研究现状 钢筋混凝土框架结构是目前应用最广泛的结构形式之一，框架结构由梁
2、和柱构成。高层框架在纵横两个方向都承受水平力，框架结构的墙体是填充墙，起围护和分隔作用。框架结构的特点是能为建筑提供灵活的使用空间。1.3设计依据 1.民用建筑设计通则（JB37-87) 2.混凝土结构设计规范（GB50010-2002） 3.建筑抗震设计规范（GB50011-2001） 4.建筑结构荷载规范（GB50009-2001） 5.建筑地基基础设计规范（GB50007-2002) 6.相关的制图标准1.4设计内容及要求 1.设计题目：高校学生宿舍混凝土框架结构设计 2.原始资料： （1）概况：镇江某高校内拟建一学生宿舍楼。 （2）气象资料： 基本风压 W0=0.40KN/m2 基本雪
3、压 S0=0.35 KN/m2 （3）地质资料:拟建场地内地形平坦，地面高程45.5m。绝对高程45.5m以下，0.8m内为粉质粘土；0.8-1.8m为粉土层，地基承载力特征值：fak=220kPa；1.8m以下为粗卵石，fak=320kPa。地下水位在地表下3m处。 （4）抗震设防 设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g，建筑场地类别为2类，属设计地震第一组，地面粗糙度B类。 第二章 建筑设计说明2.1结构构件选型及布置取柱尺寸500500mm2，框架梁尺寸300700mm2，连系梁尺寸300700mm2,楼梯梁尺寸取和联系梁相同250300mm2。2.2平面布置根据设计要求取柱网为
4、3.67.2m，等跨两跨结构。采用内廊式结构，走廊宽度为2.4m。楼梯设置4部，均采用3m宽度。如图2-1 图2-1 建筑平面布置图2.3立面布置 立面上，设计层数为6层，底层层高为3.6m，其他层均为3.3m。根据房间使用要求取用建筑图集的标准窗，并力求窗的布置灵活，增加立面的效果。建筑立面表示建筑的外部形象。立面设计是在紧密结合平面、剖面的内部空间组合、外部环境及在满足建筑使用要求和技术条件下，运用建筑造型和立面构图的规律性进行的。 根据初步确定的建筑内部空间组合的平剖面关系，如建筑的大小、高低，门窗的位置等，描绘出建筑各里面的基本轮廓，作为进一步调整统一、进行立面设计的依据。设计时应首先
5、推敲立面各部分总的比例关系，考虑建筑整体的几个立面之间的统一，相邻立面间的连接和协调，然后着重分析立面上墙面的处理，门窗的调整安排，最后对建筑入口门厅、建筑装饰等做重点及细部处理。建筑是一个整体，各立面之间应尽量做到协调统一。建筑立面设计不完全是内部空间被动、直接的反应，立面设计过程同时也是不断调整平、剖面的过程。在平、剖面设计时就应该有意识的同时考虑到建筑外部形象效果。2.4剖面布置 剖面设计是确定建筑物竖向各空间的组合关系。它与平面设计一样和建筑的使用、建筑造价和节约用地等有密切的关系，应结合平面全面的进行考虑。房间各部分高度： （1）净高和层高 净高为房间地面到顶棚或其他构件地面的距离，
6、它与房间的使用性质、活动特点、采光通风及空间观感等因数有关。本设计部设吊底层高取3.6m。（2）室内外高差为防止室外雨水流入室内并防止墙体受潮，将室内地面适当太高。一版建筑从使用方便的原则出发，室内外高差不宜过大，一般取0.45m、0.60m等，本设计取0.60m。2.5防火疏散及通风采光 根据国标，本建筑属于二级耐火等级。建筑纵向长度为43200m,横向长度为16500m。公共走道的宽度为2.1m。采光和通风主要依靠走廊和门窗。2.6其他构造设计 （1）墙体：采用240mm厚粉煤灰轻渣空心砌块隔墙。 （2）楼梯：采用金属扶手栏杆。 （3）雨棚：采用钢构玻璃雨棚。 （4）女儿墙：见苏J9503
7、2.7本设计的特点 此办公楼采用的是框架结构。框架结构通过现场浇筑可以形成具有整体节点的连续结构，保护非结构构件遭到破坏。另外，框架结构主要由其主体框架承重，墙体只起维护和隔断作用。因此，房间的布置很灵活，窗洞的位置也可以根据采光要求灵活布置。设计时将最大限度的发挥其结构的优越性。第三章 结构设计与计算3.1框架结构设计3.1.1工程概况 本建筑建筑面积4500，地处镇江，主体采用钢筋混凝土框架结构，层数六层，屋面可上人。房间使用功能如下：一层：宿舍，接待室，门厅，二六层：宿舍 每个宿舍配有卫生间，底层层高为3.6m，其它层均为3.3m，室内外高差0.60m。3.1.2设计条件 (1)荷载条件
8、 基本风压 基本雪压 （2)抗震设防 抗震设防烈度为7度，设计基本地震将速度为0.15g，设计地震分组为第一组，建筑场地为类。 (3)工程地质条件 拟建场地地形平坦，自然地表绝对高程45.50 m, 场地类别为类场地，该场地地层分布为：0.8m内粉质粘土；0.81.8m为粉土层，地基承载力特征值：=220KPa;1.8m以下为粗卵石，=320KPa，地下水位在地表下3m处。 （4）材料 混凝土强度等级为C30，梁纵筋及基础采用HRB335级钢筋，柱纵筋采用HRB400级钢筋，箍筋采用HPB235级钢筋。3.2梁柱截面、梁跨度及柱高的确定结构布置如图3-2所示，根据布置情况确定构件尺寸。图3-2
9、 结构平面布置图3.2.1初始截面尺寸1.初始截面尺寸 （1）柱截面尺寸可先根据其所受轴力按轴心受压构件估算，再乘以适当的放大系数以考虑弯矩的影响。即 ， (3-1) 式中: 为柱截面面积 N为柱所受的轴向压力设计值 为根据柱支撑的露面面积计算由重力荷载产生的轴向力值 1.25为重力荷载的荷载分项系数。重力荷载标准值平均值可近似按 1214KN/计算 为混凝土轴心抗压强度设计值 边柱： 中柱： 根据以上计算结果，综合其他因数，本设计中柱截面尺寸取为 500500。（2） 梁主梁：h=600900mm，取h=700mm； b=233350mm，取b=300mm；次梁同主梁。2.梁的计算跨度 图3
10、-3 框架梁计算跨度简图3.柱的计算高度底层柱高度h=3.6+0.6+0.55=4.75m（其中3.6为底层层高，0.6为室内外高差，0.55为基础底面至室外地面的高度，其他层柱高等于层高。）框架的计算简图见图3-4。 图3-4 框架计算简图3.3荷载计算3.3.1楼屋面活荷载标准值 根据荷载规范GB-5009-2002第4.1.1条和第4.3.1条，楼、屋面活荷载标准值取值如下：楼面活荷载标准值 2.0厕所盥洗室 2.0走廊门厅楼梯 2.5上人屋面 2.03.3.2楼屋面做法及恒荷载标准值（1）上人屋面做法： 找平层15mm厚水泥砂浆 0.01520=0.3 防水层：三毡四油铺小石子 0.4
11、 找坡层：40mm厚水泥焦渣砂浆找坡 0.0414=0.56 保温层：150mm厚水泥蛭石 0.150.5=0.75 结构层：120mm厚钢筋砼板 0.1225=3.0 抹灰层：10mm厚混合砂浆 0.0117=1.17 合计 5.18（2） 标准层楼面（除去厕所、楼梯） 瓷砖地面（包括水泥粗砂打底) 0.55 结构层：100mm厚钢筋砼板 0.1025=2.5 抹灰层：100mm厚混合砂浆 0.0117=0.17 合计 ： 3.22（3） 厕所楼面 瓷砖地面 0.55 结构层：100mm厚钢筋砼板 0.1025=2.5 防水层：20mm厚砂浆防水 0.0220=0.4 抹灰层：10mm厚混合
12、砂浆 0.0117=0.17 合计： 3.62（4） 楼梯 楼梯板（按250mm厚钢筋砼板等效） 0.2525=6.25 水磨石地面 0.65 合计 6.93.4梁柱自重3.4.1梁自重 （1）顶层：主梁： 粉刷： 合计 3.8222kN/m 次梁同上；（2）标准层：主梁： 粉刷： 合计 3.954kN/m 次梁同上；表3-1 梁自重标准值层次截面()长度(m)线重度(KN/m)自重标准值(KN)根数梁重每层总重10.30743.23.822165.114660.441101.880.30716.53.82263.0637441.4420.30743.23.954170.814682.2511
13、38.940.30716.53.95465.2417456.693.4.2柱自重(1)顶层： 500500柱 柱侧粉刷 合计 20.447kN/根(2) 标准层：500500柱 柱侧粉刷 合计 20.572kN/根(3)底层：500500柱 柱侧粉刷 合计 29.6865kN/根表3-2 柱自重标准值 层次截面()长度(m)线重度(KN/m)自重标准值(KN)总重顶层0.50.53.32820.447572.52标准层0.50.53.32820.572576.02底层0.50.54.752829.69831.243.4.3墙体自重标准值（1) 内墙 刷界面处理剂一道 20.05=0.10 24
14、0mm厚粉煤灰轻渣空心砌块 0.247=1.68 10mm厚1：2水泥砂浆抹面 0.01210=0.20 15mm厚1：3水泥砂浆打底 0.015217=0.51 合计 2.49 （2）外墙 240mm厚蒸压粉煤灰空心砌块 0.247=1.68 内侧粉刷: 10mm厚1：3水泥砂浆打底抹面 0.0110=0.10 15mm厚1：1：6水泥石灰砂浆打底 0.01517=0.26 刷界面处理剂一道 0.05 外侧贴6mm厚瓷砖 0.00619.8=0.12 10mm厚1：2水泥石膏砂浆粘结层 0.01017=0.17 10mm厚1：3水泥砂浆打底扫毛 0.01020=0.2 刷界面处理剂一道 0.
15、05 合计 2.63 (3) 外纵墙自重标准层 纵墙 塑钢窗 水刷石外墙面 水泥粉刷内墙面 合计 6.721 底层 纵墙 塑钢窗 水刷石外墙面 水泥粉刷内墙面 合计 9.518 （4） 内纵墙自重标准层纵墙 水泥粉刷内墙面 合计 4.532 底层 纵墙 水泥粉刷内墙面 合计 6.946 （5）内横墙自重标准层横墙 水泥粉刷内墙 合计 5.252 表3-3 外纵墙自重标准值层数自重标准值一跨面积（）跨数折减系数总重（KN）2-6层6.721(43.2-1.5)(3.3-0.5)20.71098.64底层8.529(43.2-1.5)(3.3-0.5)20.72116.17 表3-4 外横墙自重标
16、准值 层数自重标准值一跨面积（）跨数折减系数总重（KN）2-6层5.525(16.5-4)(3.3-0.3)20.7275.73底层6.118(16.5-4)(3.3-0.3)20.7476.44 表3-5 内纵墙自重标准值层数自重标准值一跨面积（）跨数折减系数总重（KN）2-6层4.532(43.2-1)(3.3-0.5)20.85910.35底层6.118(43.2-1)(3.3-0.5)20.851865.35表3-6 内横墙自重标准值层数自重标准值一跨面积（）跨数折减系数总重（KN）2-6层5.525(7.2-2.5)(3.3-0.3)51370.27底层6.118(7.2-2.5)(
17、3.3-0.3)51639.79表3-7 每层墙体总重层次总重(KN)2-6层2654.99底层5097.753.4.4屋面及女儿墙自重标准值 女儿墙自重标准值 女儿墙采用240mm厚的粉煤灰轻渣空心砌块，其上人屋面高为1.4m，不上人屋面高为0.9m，做法与外墙相同。 故六层女儿墙自重为： KN3.5各层重力荷载代表值根据抗震规范GB5001-2001第5.1.3条，顶层重力荷载代表值包括：屋面及女儿墙自重，50%屋面雪荷载，纵横梁自重，半层柱自重，半层墙自重。其它层重力荷载代表值包括：楼面恒荷载，50%楼面均布活荷载，纵横梁自重，楼梯上下各半层的柱，墙体自重。G6： 屋面恒载 5.18(1
18、6.543.2)=3692.304KN 50%屋面雪载 0.35(16.543.2)0.5=124.74KN 半层柱自重 0.5572.52=286.26KN 梁重 1101.88KN 女儿墙及半层墙自重 439.63+0.5265.99=1767.125KN 半层楼梯 6.93.66.02=357.696KN 合计 7330.01KNG5： 楼面恒载 3.22（43.216.5）+3.62(31.5)20=2621.016KN 50%楼面活载 2（43.216.3-2.143.2）0.5+43.22.12.50.5=726.84KN 梁重 1138.94KN 各半层柱重 0.5（572.52
19、+576.02）=574.24KN 各层墙重 2654.99KN 楼梯 6.93.67.22=357.696KN 合计 8073.22KN、同上 G1： 楼面恒载 2621.016KN 50%楼面活载 726.88KN 各半层柱重 0.5（630+576.02）=603.01KN 梁重 1138.94KN 各半层墙重 0.5（2654.99+5097.75）=3876.37KN 楼梯 357.696KN 合计 9323.84KN 建筑物总重力荷载代表值及质点高度如图3-5所示。图3-5 建筑物总重力荷载代表值及质点高度3.6地震作用计算3.6.1纵向框架侧移刚度计算3.6.1.1梁的线刚度 梁
20、的线刚度见表3-9(混凝土强度等级C30，=3.0），一榀框架KJ-E计算简图如图3-6所示：梁：中框架梁，边框架梁，线刚度左跨梁：中跨梁： 右跨梁：图3-6 一榀框架KJ-E计算简图柱：底层柱：标注层：3.6.1.2纵向框架柱侧移线刚度 框架柱侧移刚度见表3-8 (a)(b)表3-8(a) 26层框架D值计算构件名称（kN/m）0.760.27514215.153.3730.62832462.243.3730.62832462.240.760.27514215.1593354.78表3-8(b)底层框架D值计算构件名称（kN/m）2.170.6411198.7599.620.8715223.
21、319.620.8715223.312.170.6411198.75952844.1383.6.2纵向框架自振周期计算 按顶点位移法计算，考虑填充墙对框架刚度的影响，取基本周期调整系数，计算公式为： (3-3) 式中为顶点位移（单位为米）。 按S值法计算见表3-9. 表3-9 顶点位移计算层次 67330.017330.01653483.460.01120.311658073.72215403.732653483.460.02360.300448073.72223477.454653483.460.03590.276838073.72231551.176653483.460.04830.240
22、928073.72239624.898653483.460.06060.19319323.8448948.738369908.9660.1320.132s3.6.3水平地震作用计算 根据建筑抗震设计规范（GB50011-2001）的规定，对于不高于40m，以剪切变形为主，且质量和高度分布比较均匀的结构，以近似于单质点体系的就够可以采用底部剪力法计算抗震作用。 地震作用按7度，基本地震加速度0.15g，类场地，设计地震分组为第一组。则=0.35s，=0.12.采用底部剪力法计算，由于=0.463s1.4,故不考虑高振型的影响。 水平地震影响系数为: 对于多质点体系: 结构底部总水平地震作用标准值
23、为: 水平地震作用及楼层地震剪力见表3-10 表3-10 水平地震作用及楼层地震剪力层次63.321.257330.011557630.25821.73821.7353.317.958073.72144923.30.23755.991577.7243.314.658073.721182800.19624.512202.2333.311.358073.7291636.740.148486.462688.6923.38.058073.7264993.460.105345.133033.8214.754.759323.8444288.240.071234.843268.223.6.4 位移验算水平地
24、震作用下的位移验算见表3-11.表3-11 水平地震作用下的位移验算层次层间剪力层间刚度 层高相对转角备注6821.73653483.460.00133.31/2564层间转角均满足的要求51577.72653483.460.00243.31/138942202.23653483.460.00343.31/100032688.69653483.460.00413.31/83323033.82653483.460.00463.31/71413268.66369908.9660.00884.751/5553.6.5地震作用框架结构内力计算 水平地震作用下框架结构内力计算时，取一榀框架，其柱端弯矩计
25、算结果见表3-12。 地震作用下梁端弯矩、剪力及轴力计算见表3-13。 地震作用下一榀框架梁端剪力及柱轴力图见图3-7。地震作用下一榀框架梁、柱弯矩图见图3-8。表3-12柱端弯矩计算层次层高hi(m)层间剪力Vi(kN)层间刚度Si边柱中柱DimVimKyM上M下DimVimKyM上M下63.3821.73653483.4632462.2440.823.3730.48669.2465.4714215.1517.870.760.341.2817.6953.31577.72653483.4632462.2478.373.3730.506127.76130.8614215.1534.320.760
26、.467.9545.3043.32202.23653483.4632462.24109.403.3730.536167.51193.5114215.1547.490.760.4586.9471.1333.32688.69653483.4632462.24133.563.3730.536204.51236.2414215.1558.490.760.45106.1686.8623.33033.82653483.4632462.24150.713.3730.536230.77266.5814215.1566.000.760.5108.9108.914.753268.66369908.96632462
27、.24134.520.870.65223.64415.3311198.7698.960.640.7141.02329.04注：表中y=y0+y1+y2 , Vim=ViDim/Si , M上=Vim(1-yi)hi , M下=Vimyihi表3-13 梁端弯矩表层次跨梁梁梁柱轴力L(m)M左M右VP(kN)L(m)M左M右VP(kN)L(m)M左M右VP(kN)67.269.2433.6914.302.17.597.597.237.233.6969.2414.30-14.30-7.237.2314.3057.2193.2369.8936.542.115.7515.75157.269.89193.2336.54-50.84-22.2322.2350.8447.2298.37107.9256.432.124.3224.3223.167.2
