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1、 毕 业 设 计 题 目： 框架宿舍楼设计 班 级： 建工10班 学生姓名： * 指导老师： *、* 框架结构宿舍楼作 者：* 指导老师：*、*摘 要本设计综合运用所学的专业知识，根据设计任务书的要求进行了钢筋混凝土结构住宅的建筑设计、结构设计。设计过程遵循先建筑后结构再基础的顺序进行。建筑设计，依据建筑总体规划要求、建筑用地条件和基地周边的环境特点，首先设计建筑平面，其次进行立面造型、剖面设计。建筑设计应满足使用功能和造型艺术的要求，并适应未来发展与灵活改造的需要。结构设计密切联系建筑设计，以现行的有关规范为依据，主要包括结构选型及结构布置、确定计算简图及计算单元、荷载计算、内力组合、构件设
2、计、楼梯设计、基础设计等内容 。本工程采用钢筋混凝土框架结构体系，选择了有代表性的一榀框架进行计算。对于竖向荷载作用采用分层法、弯矩二次分配法，水平荷载作用采用D值法。设计计算整个过程中综合考虑了技术经济指标和施工工业化的要求，由于本工程位于8度抗震设防区，所以计算时应考虑抗震要求。关键词：建筑设计 结构设计 荷载计算 Abstract This thesis uses the professional knowledge synthetically according to the request of the design program. The design of the office
3、 building includes architectural design, structural design and construction management design.The design process follows the order: firstly, architectural design; secondly, structural design; lastly, the foundation design. The architectural design, according to the master plan of the building, the s
4、ite condition, peripheral urban environment, and characteristic of the base design the building plain at first. The elevation design is carried on secondly, considering building classify and fire prevention. The architectural design should meet the needs of the functional requirement, the use requir
5、ement and development and flexible transformation in the future.Structural design maintains close ties with the architectural design, which is based on current relevant codes. It includes the structure style, the preliminary estimation for the structural members, confirmation of the sketch and unit
6、for calculation, load calculation, component design, slab-stairs design, floor overlay design and foundation design. This project adopts cast-in-place reinforced concrete structure, which has chosen a representative frame to calculate. Vertical load function adopts Stratification, moment distributio
7、n method, level load function adopts D value method, and seismic load function adopts equivalent base shear method. As the project is located at 8 degree earthquake zone, so the calculation should be considered in the seismic requirements.Keywords：Architectural design, Structural design, Load calcul
8、ation目 录摘 要11 工程概况11.1工程概述11.2结构设计依据11.3材料选用12 建筑设计22.1 建筑平面设计22.2 建筑立面设计22.3 屋顶设计23 结构方案的选择及结构布置33.1结构方案33.2结构布置33.3柱网尺寸及层高33.4梁、柱截面尺寸的初步确定43.5楼板选择53.6结构横向框架的计算简图及梁柱线刚度54 竖向荷载作用下的内力计算74.1恒荷载标准值计算74.2活荷载标准值计算104.3恒荷载和活荷载作用下框架的受荷图114.4 风荷载标准值计算154.5 水平地震作用计算175 内力计算245.1 恒荷载标准值作用下框架的内力计算245.2活荷载作用下的内
9、力计算315.3横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算375.4 水平地震作用下框架的内力425.5 重力荷载代表值作用下框架的内力466 内力组合556.1 各种荷载作用下梁控制截面的内力556.2 各种荷载作用下柱控制截面的内力576.3 框架梁内力组合586.4 框架柱内力组合647 截面设计747.1框架梁截面设计747.2框架柱截面设计798 板截面设计878.1 B1计算878.2 B2计算899 基础设计919.1 作用于基础顶面上的荷载计算919.2 A柱基础的计算939.3 B柱基础的计算95参考文献98致谢991 工程概况 1.1工程概述工程名称：单身宿舍楼建筑地点：北京建
10、筑类型：三层宿舍楼，现浇框架填充墙结构。工程简介：场地面积为46.815m2，拟建建筑面积约2100 m2。楼盖及屋盖均采用钢筋混凝土框架结构，现浇楼板厚度取为120mm，填充墙采用蒸压粉煤灰加气混凝土砌块。基础采用柱下独立基础。门窗使用： 大门采用玻璃门，其它的为木门，一般门洞尺寸为1200mm2400mm，窗全部为铝合金窗，高为2400mm水文、地质、气候条件：抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g，基本雪压为0.4kN/m2，基本风压为0.4kN/m2，冰冻深度为-0.8m，地基承载力标准值为fk=140kN/m2，场地类型为II类，本工程不考虑地下水影响。1.2结构设计依
11、据建筑抗震设计规范GB 500112010建筑地基基础设计规范GB 500072002混凝土结构设计规范GB 500102010建筑结构荷载规范GB 500092012建筑结构制图标准GB/T 501052001建筑制图标准GB/T 501042001建筑构、配件标准图集1.3材料选用1、柱：采用C30混凝土，主筋采用HRB400钢筋，箍筋采用HPB235钢筋；2、梁：采用C30混凝土，主筋采用HRB400钢筋，箍筋采用HPB235钢筋；3、板：采用C30混凝土，钢筋采用HRB335；4、基础：采用C30混凝土，主筋采用HRB335钢筋，构造筋采用HPB235钢筋。2 建筑设计2.1 建筑平面
12、设计建筑平面设计主要应考虑建筑物所处的环境及其功能要求，同时又要兼顾结构平面布置的规则和合理；此外，考虑到抗震设计的一些要求，建筑物应力求规则。因此，本次设计在平面上采用“一”字形、内廊式的平面布置。具体布置见建筑平面图。对该平面设计作如下说明：1、本设计柱网上采用6.07.8和2.77.8m。2、采用了内廊式结构布置。中间走道宽2.7m，以满足人流要求，同时设有两部楼梯，兼做消防楼梯。2.2 建筑立面设计结合平面设计中框架柱的布置，立面上主要采用竖向划分，外观上显得大方、挺拔、气派；同时，考虑到框架结构的优点，柱间尽量多用窗少用墙，使窗与柱及窗间墙之间形成了有节奏的虚实对比，显得明快、活泼，
13、同时也得到了良好的采光效果。大门设于正中间，使整个建筑物显得美观大方。大门设有左右两扇门，使整个大门显得大气；雨蓬的运用，和大门的设置一同起到了突出主要入口功能，起到了吸引人流导向的作用。2.3 屋顶设计屋顶采用现浇混凝土结构平屋顶，屋顶设计为非上人屋顶，檐口采用0.9m高女儿墙。1.排水构造：屋面排水采用保温层找坡，坡度取2%，设计为外排水 。2.防水构造：采用不上人屋面，柔性防水综合使用。3.保温构造：采用120厚的水泥珍珠岩保温。3 结构方案的选择及结构布置3.1结构方案该宿舍楼主体结构采用钢筋混凝土现浇框架结构形式。框架结构抗震性能好，整体性好，建筑平面布置灵活，可以用隔断墙分割空间，
14、以适应不同的使用功能的要求。正是基于这些优点，目前框架结构在办公楼、教学楼、商场、住宅等房屋建筑中广泛采用。3.2结构布置楼板的均布活载和恒载间接或直接传至框架梁，再由框架梁传至框架柱，最后传至地基。根据以上楼盖的平面布置及竖向荷载的传力途径，本教学楼框架的承重方案为横向框架承重方案这可使横向框架梁的截面高度大，增加框架的横向侧移刚度。建筑的三分之一处均设有楼梯，以解决垂直交通问题。另外，结构布置完全对称，对结构设计有利，尤其对抗震有利。结构布置图见图3.1：图3.1 框架结构平面布置图3.3柱网尺寸及层高本宿舍楼采用纵向柱距为3.9m 横向边跨为6.0m，中跨为2.7m的内廊式框架，一层高为
15、3.9m，二层以上为3.6m。3.4梁、柱截面尺寸的初步确定3.4.1梁的截面尺寸的初步确定根据高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3-2010）6.3.1节规定:“框架结构的主梁截面高度可按计算跨度的1/101/18确定。”可得横向框架梁：取h=l/18l/10=334600mm，取为600mm，宽b为300mm；纵向框架梁:取h=l/18l/10=434780mm，取为600mm，宽b为300mm。3.4.2柱的截面尺寸的初步确定框架柱的面积根据柱的轴压比确定：1、 柱组合的轴压力设计值N=nFgE注：n 楼层层数。柱轴压力增大系数（边柱取1.3，中柱取1.25）。F算柱的负载面积，本方案
16、中边柱及中柱的负载面积分别为7.83.0m2和7.84.35 m2。gE建筑面积上的重力荷载代表值，可近似的取14kN/m2。2、柱的截面尺寸 AcN/（mNfc ） 注：mN轴压比限值，该框架结构抗震设防烈度为八度，建筑高度12.00m30m按二级抗震等级，查建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）可知取为0.75。 fc 轴心抗压强度设计值，对C30，查混凝土结构设计规范（GB 50010-2010）得14.3N/mm2。对于边柱 ：N= nFgE =31.37.83.0141277.64kN AcN/（mNfc ）=1277.64103/（0.7514.3）119128mm2对于中
17、柱：N= nFgE =31.257.84.35141781.33kN AcN/（mNfc ）=1781.33103/（0.7514.3）=166091mm2 取柱截面为正方形，则边柱、中柱截面分别为345 mm 345 mm，408 mm 408 mm，考虑到施工、计算简便以及安全因素，各柱截面尺寸从底层到顶层均取为500 mm 500 mm。3.5楼板选择由于6000/3900=1.542，根据混凝土结构设计规范（GB 50010-2010）9.1.2中规定“板的跨厚比：钢筋混凝土单向板不大于30，双向板不大于40。”所以，板的厚度取3900/40=97.5mm，故本设计中所有楼板均采用现浇
18、板，板厚均为120mm。3.6结构横向框架的计算简图及梁柱线刚度3.6.1梁的截面尺寸的初步确定框架的计算单元取轴线上的一榀框架进行计算，其余框架可参照此框架进行配筋。假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。由于各层柱的截面尺寸不变，故梁跨等于柱截面形心轴线之间的距离。本框架结构采用柱下独立基础，基础顶面到室内地面为1.50m。横向框架的计算简图见下图所示，取顶层柱的形心线作为轴线，23层柱的高度取为3.6m，底层柱的高度从基础顶面至楼板，h1=3.9+1.5=5.4m。由此可绘出框架的计算简图，如图2.2所示。3.6.1梁的截面尺寸的初步确定对于现浇楼板，中框架梁取，。各跨框架梁和各层框架
19、柱的线刚度计算分别见表3.1和表 3.2 。由于该榀框架结构对称，因此只需计算半边结构。表3.1 梁线刚度的计算构件EC(N/mm2)bh(mmmm)I0(mm4)L(mm)1.5ECI0/L(Nmm)2ECI0/L(Nmm)边框架梁AB3.01043006005.400010960004.050010105.40001010中框架梁BC3.01043006005.400010927009.0000101012.00001010表3.2 柱线刚度的计算层EC(N/mm2)bh(mmmm)I0(mm4)h(mm)ECI0/h(Nmm)13.01045005005.208310954002.893
20、51010233.01045005005.208310936004.34031010令，则其余各杆件的相对线刚度为：，框架结构的相对线刚度如图3.2所示。图3.2 横向框架计算简图4 竖向荷载作用下的内力计算 4.1恒荷载标准值计算恒荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如下图所示：图4.1 各层梁上作用的恒荷载4.1.1屋面框架梁线荷载标准值高聚物改性沥青卷材防水屋面 2.20 kN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.1225 =3 kN/m2抹灰层：粉刷石膏 0.15 kN/m2合计 5.37 kN/m24.1.2 各层楼面陶瓷地砖楼面 0.70 kN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土
21、板 0.1225 =3 kN/m2抹灰层粉刷石膏砂浆 0.15 kN/m2合计 3.85 kN/m24.1.3 梁自重bh=300 mm 600 mm梁自重 250.3（0.6-0.12）=3.6 kN/m抹灰层：粉刷石膏砂浆 （0.6-0.12）2+0.3120.02=0.3kN/m合计 3.90kN/m4.1.4 柱自重bh=500 mm500 mm柱自重 250.50.5=6.25 kN/m抹灰层：粉刷石膏砂浆 0.54120.02=0.48 kN/m合计 6.73 kN/m4.1.5 外纵墙自重（1）标准层纵墙在计算单元内相当于高度为m的墙，铝合金窗在计算单元内相当于高度为m的窗。纵墙
22、 1.960.245.5=2.59 kN/m铝合金窗 1.040.240.35=0.09kN/m保温层 1.960.060.5=0.06kN/m粉刷石膏砂浆内、外墙面 1.962120.02=0.94kN/m合计 3.68 kN/m （2）底层纵墙在计算单元内相当于高度为m的墙，铝合金窗在计算单元内相当于高度为1.04m的窗。纵墙 2.260.245.5=2.98 kN/m铝合金窗 1.040.240.35=0.09 kN/m保温层 2.260.060.5=0.07 kN/m粉刷石膏砂浆内、外墙面 2.262120.02=1.08kN/m合计 4.22 kN/m 4.1.6 内纵墙自重（1）标
23、准层纵墙 （3.6-0.6）0.245.5=3.96 kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 （3.6-0.6）2120.02=1.44kN/m合计 5.4 kN/m（2）底层纵墙 （3.9-0.6）0.245.5=4.36kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 （3.9-0.6）2120.02=1.58kN/m合计 5.94kN/m4.1.7 外横墙自重（1）标准层横墙 （3.6-0.6）0.245.5=3.96 kN/m保温层 （3.6-0.6）0.060.5=0.09kN/m粉刷石膏砂浆内、外墙 （3.6-0.6）2120.02=1.44 kN/m合计 5.49 kN/m（2）底层横墙 （3.9-0.6）0.2
24、45.5=4.36 kN/m保温层 （3.9-0.6）0.060.5=0.10 kN/m粉刷石膏砂浆内、外墙面 （3.9-0.6）2120.02=1.58 kN/m合计 6.04 kN/m4.1.8 内横墙自重（1）标准层横墙 （3.6-0.6）0.245.5=3.96 kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 （3.6-0.6）2120.02=1.44 kN/m合计 5.4 kN/m（2）底层横墙 （3.9-0.6）0.245.5=4.36 kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 （3.9-0.6）2120.02=1.58 kN/m合计 5.94 kN/m4.1.9 走廊尽头墙（1）标准层纵墙在计算单元内相当于高度为
25、m的墙，铝合金窗在计算单元内相当于高度为m的窗。走廊尽头墙 1.770.245.5=2.34 kN/m铝合金窗 1.230.240.35=0.10 kN/m保温层 1.770.060.5=0.05 kN/m粉刷石膏砂浆内、外墙面 1.772120.02=0.85 kN/m合计 3.34 kN/m（2）底层纵墙在计算单元内相当于高度为m的墙，铝合金在计算单元内相当于高度为1.23m的窗。走廊尽头墙 2.070.245.5=2.73 kN/m铝合金窗 1.230.240.35=0.10 kN/m保温层 2.070.060.5=0.06 kN/m粉刷石膏砂浆内、外墙面 2.072120.02=0.9
26、9 kN/m合计 3.88 kN/m4.1.10 女儿墙自重做法：100 mm混凝土压顶，800 mm加气混凝土墙 0.80.245.5=1.06 kN/m压顶的混凝土 0.10.2425=0.60 kN/m保温层 0.90.060.5=0.03 kN/m粉刷石膏砂浆内、外墙面 0.92120.02=0.43 kN/m合计 2.12 kN/m4.2活荷载标准值计算图4.2 各层梁上作用的活荷载4.2.1 屋面和楼面活荷载标准值不上人屋面 0.5 kN/ m2房间 2.0 kN/ m2走廊 2.5 kN/ m24.2.2 雪荷载标准值=1.00.40 kN/ m2屋面活荷载和雪荷载不同时考虑，两
27、者中取大值。4.3恒荷载和活荷载作用下框架的受荷图AB轴间梁上板的，按双向板进行计算，长边支承梁上荷载呈梯形分布，短边支承梁上荷载呈三角形分布；BC轴间梁上板的，按单向板进行计算，荷载平均分给两长边的支承梁。本结构楼面荷载的传递示意图见图4.3。 图4.3 计算单元及荷载传递图板传至梁上的三角形荷载等效为均布荷载；梯形荷载等效为均布荷载，。4.3.1 AB轴间框架梁屋面板传给梁（即屋面板两个梯形荷载等效为均布荷载）：恒荷载：5.371.950.8232=17.24 kN/m活荷载：0.51.950.8232=1.60 kN/m楼面板传给梁（即楼面板两个梯形荷载等效为均布荷载）：恒荷载： 3.8
28、51.950.8232=12.36 kN/m活荷载： 2.01.950.8232=6.42 kN/mAB轴间框架梁均布荷载为：屋面梁 恒荷载=梁自重+板传恒荷载=3.90+17.24=21.14 kN/m 活荷载=板传活荷载=1.6 kN/m楼面梁 恒荷载=内横墙自重+梁自重+板传恒荷载=5.4+3.90+12.36=21.66 kN/m 活荷载=板传活荷载=6.42 kN/m4.3.2 BC轴间框架梁BC轴间框架梁均布荷载为：屋面梁、楼面梁 恒荷载=梁自重=3.90 kN/m 活荷载=04.3.3 A轴柱纵向集中荷载的计算屋面板三角形荷载等效为均布荷载：恒荷载：5.371.95=6.54 k
29、N/m活荷载：0.51.95=0.61 kN/m楼面板三角形荷载等效为均布荷载：恒荷载：3.851.95=4.69 kN/m活荷载：2.01.95=2.44 kN/m顶层柱恒荷载=女儿墙自重+外纵框架梁自重+板传恒荷载+次梁传恒荷载 =2.127.8+3.90（7.8-0.5）+6.54（7.8-0.5）+ =156.17 kN 顶层柱活荷载=板传活荷载=3.90（7.8-0.5）+ =33.27 kN标准层柱恒荷载=外纵墙自重+外纵框架梁自重+板传恒荷载+次梁传恒荷载 =3.68（7.8-0.5）+3.90（7.8-0.5）+4.69（7.8-0.5）+ =138.35 kN 标准层柱活荷载
30、=板传活荷载=2.44（7.8-0.5）+ =37.07 kN基础顶面恒荷载=底面外纵墙自重+基础梁自重 =4.22（7.8-0.5） =30.81 kN4.3.4 B轴柱纵向集中荷载的计算走廊屋面板均布荷载：恒荷载：5.371.35=7.25 kN/m活荷载：0.51.35=0.68 kN/m走廊楼面板均布荷载：恒荷载：3.851.35=5.20 kN/m活荷载：2.01.35=3.38kN/m顶层柱恒荷载=内纵框架梁自重+板传恒荷载+次梁传恒荷载 =3.90（7.8-0.5）+6.54（7.8-0.5）+7.25（7.8-0.5）+=192.56 kN顶层柱活荷载=板传活荷载=0.61（7
31、.8-0.5）+0.68（7.8-0.5） =14.22 kN标准层柱恒荷载=内纵墙自重+内纵框架梁自重+板传恒荷载+次梁传恒荷载 =5.40（7.8-0.5）+3.90（7.8-0.5）+4.69（7.8-0.5）+5.20（7.8-0.5）+ =177.17 kN 标准层柱活荷载=板传活荷载=2.44（7.8-0.5）+3.38（7.8-0.5） =61.75 kN基础顶面恒荷载=底面内纵墙自重+基础梁自重 =5.94（7.8-0.5） =43.36 kN图4.4 恒荷载和活荷载作用下框架的受荷图注：1.图中集中力的单位为kN，均布力的单位为kN/m；2.图中数值均为标准值；3.括号外数值
32、表示恒荷载，括号内数值表示活荷载。框架在恒荷载和活荷载作用下受荷图如图4.4所示，竖向荷载与柱轴心有偏心，偏心距均为100mm。4.4 风荷载标准值计算为简化计算，将计算单元范围内外墙面的风荷载化为等量的作用于楼面的集中风荷载，由建筑结构荷载规范GB 50009-2012知风荷载的计算公式为：式中：基本风压，为0.45 kN/m2风压高度变化系数，地面粗糙度为C类风荷载体形系数, =0.8-(-0.5)=1.3（迎风面、背风面叠加）风振系数，对于高度不大于30m，高宽比小于1.5的高层建筑取风振系数=1.0下层柱高上层柱高B计算单元迎风面宽度，B=7.8m计算过程见表4.1。表4.1 各层楼面
33、处集中风荷载标准值离地高度（m）(m)(m)(kN)11.550.651.001.303.601.80.450.388.017.950.651.001.303.603.600.450.3810.684.350.651.001.304.353.600.450.3811.79风荷载作用下结构的受荷图如图4.5所示。图4.5 风荷载作用下框架的受荷图注：1. 图中各值的单位为kN； 2. 图中数值均为标准值4.5 水平地震作用计算4.5.1 重力荷载代表值计算4.5.1.1 屋面处重力荷载标准值计算kNkN =1087.32 kNkN外纵墙+内纵墙+外横墙+内横墙+走廊尽头墙 =772.43 kN
34、=260.25+3759.86+1087.32+361.80+772.43=6241.66 kN4.5.1.2 标准层楼面处重力荷载标准值计算kNkN=1087.32 kNkN=+=1544.86+2705.69+1087.32+749.45=6087.32 kN4.5.1.3 底层楼面处重力荷载标准值计算+=857.67 kNkN=2705.69 kN=1087.32 kN=749.451.2586943.27 kN=+=1630.10+2705.69+1087.32+943.27 =6366.38 kN4.5.1.4 屋顶雪荷载标准值计算kN4.5.1.5 楼面活荷载标准值计算=1446.
35、48 kN4.5.1.6 总重力荷载代表值计算屋面处：=屋面处结构和构件自重+0.5雪荷载标准值 =6241.66+0.5281.11 =6382.22 kN标准层楼面处：=楼面处结构和构件自重+0.5活荷载标准值 =6087.32+0.51446.48 =6382.22 kN底层楼面处：=楼面处结构和构件自重+0.5活荷载标准值=6366.38+0.51446.48=7089.62 kN4.5.1.7 总重力荷载设计值计算屋面处：=1.2屋面处结构和构件自重+1.4雪荷载标准值 =1.26241.66+1.4281.11 =7883.55 kN标准层楼面处：=1.2屋面处结构和构件自重+1.
36、4活荷载标准值 =1.26087.32+1.41446.48 =9329.86kN底层楼面处=1.2屋面处结构和构件自重+1.4活荷载标准值 =1.26366.38+1.41446.48 =9664.73 kN4.5.2 框架柱抗侧刚度D和结构基本自振周期计算4.5.2.1 横向D值计算各层柱的D值及总D值见表4.2表4.7。表4.2 横向23层中框架D值计算构件名称框架柱A0.3815271框架柱B0.6726926表4.3 横向底层中框架D值计算构件名称框架柱A0.617264框架柱B0.819646表4.4 横向23层边框架D值计算构件名称框架柱A0.3212860框架柱B0.60241
37、13表4.5 横向底层边框架D值计算构件名称框架柱A0.566668框架柱B0.779169表4.6 横向23层总D值计算构件名称D值（kN/m）数量中框架A轴15271691626中框架B轴269266161556边框架A轴12860225720边框架B轴24113248226=3271282=654256表4.7 横向底层总D值计算构件名称D值（kN/m）数量中框架A轴7264643584中框架B轴9646657876边框架A轴6668213336边框架B轴9169218338=1331342=2662684.5.2.2 结构基本自振周期计算用假想顶点位移计算结构基本自振周期，计算结果见表4.8。表4.8 假想顶点侧移计算结果层次 (kN) (kN) (kN/m)
