某五层框架结构宿舍楼设计.doc

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1、五层框架结构宿舍楼设计 某五层框架结构宿舍楼 【摘要】：某五层框架结构宿舍楼为钢筋混凝土框架结构宿舍楼，结构设计是在建筑物初步设计的基础上确定结构方案；选择合理的结构体系；进行结构布置，并初步估算，确定结构构件尺寸，进行结构计算。结构部分的计算之后，依据建筑方案和结构设计计算结果并结合PKPM结构设计软件完成结构部分的施工图设计。本工程为五层框架结构宿舍楼，结合他的实际情况，本场地地震基本烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计特征周期为0.35s,设计地震分组为第一组，建筑场地类别为类。结构设计中主要是框架设计阶段，首先必须满足水平地震力作用下和竖向荷载作用下的框架侧移验算的要求，其

2、次就是要满足风荷载作用下的框架侧移验算的要求，在进行地震水平力作用计算时采用了底部剪力法，并运用迭代法对框架进行内力计算,然后通过内力组合验算构件是否安全及完成构件的配筋。楼梯设计部分,先选择楼梯的形式,通过计算附加在梯段上的荷载来完成和梯段板和梯段梁的设计。基础部分的设计，根据提供的地质资料，基础形式选用条形基础，根据框架结构传递到基础上的荷载完成基础的设计。 【关键词】：框架；结构设计 ；抗震设计；条形基础。- 79 -【Abstract】：Floor apartmentof reinforced concrete frame structure for an apartment buil

3、ding, construction and structure is divided into two parts. Architectural design is the premise of the overall plan, according to the design task, considering the functional use, construction, materials, construction equipment, architectural art and economy. Selection of construction the use of “one

4、-shaped” layout. Structural design is preliminary design of the buildings identified on the basis of the structure of the program; Choosing a rational structure of the system; the structural layout, and a preliminary estimate, to determine structural component size, structure calculation. Structural

5、 calculation, including calculation of seleced cross-section, load calculation, checking deformarion, internal force analysis and checking cross-section. The completion of the structure of the calculation, based on the construction program and structural design is complete structure of the construct

6、ion design. The program for a flats, the main part of the six-storey reinforced concrete frame structure, the actual situation of Yulin, The basic seismic intensity venues for the seven, the basic design of the earthquake acceleration 0.15g/kg/d. Design features cycle 0.3s, a seismic design for the

7、first team and the construction site for the Class II category. Structural Design is the main framework for the design stage, we must first meet the horizontal seismic forces under the framework of the lateral checked, the second is to meet the wind load requirements of the frame work of lateral che

8、cking, conducting seismic calculation of the level of force used in the base shear, and the use of secondary distribution method moment right framework for calculating internal forces.Part of the design basis, according to the geological data, the basis for the use of precast form pile, and a cap, P

9、ile the design and calculation.【Keywords】：Fram ; Structural design ;anti-seismic design ; Pile board basis目录第一部分 设计资料- 1 -1.1 概况- 1 -1.2 结构设计资料- 1 -第二部分 建筑设计- 2 -2.1 建筑平面设计- 2 -2.2 建筑立面设计- 2 -2.3建筑剖面设计- 2 -2.4建筑构造设计- 2 -2.4.1墙体- 2 -2.4.2屋面- 2 -2.4.3楼面- 2 -2.4.4散水- 2 -第三部分 结构计算- 3 -3.1 结构选型- 3 -3.1.1

10、结构布置- 3 -3.1.2初估截面尺寸- 4 -3.1.3计算简图- 4 -3.2 重力荷载计算- 6 -3.2.1 屋面及楼面的永久荷载标准值- 6 -3.2.2 屋面及楼面的活载标准值- 6 -3.2.3 各结构构件重力荷载计算- 6 -3.2.4 各层自重标准值计算- 8 -3.2.5 重力荷载代表值计算- 9 -3.3 横向框架侧移刚度计算- 10 -3.4 横向水平荷载作用下框架机构的内力和侧移计算- 12 -3.4.1 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算- 12 -3.4.2 横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算- 17 -3.5 竖向荷载作用下框架结构的内力计算- 2

11、1 -3.5.1 横向框架内力计算- 21 -3.5.2 横向框架内力组合- 35 -3.6 截面设计- 50 -3.6.1 框架梁截面设计- 50 -3.6.2 框架柱截面设计- 51 -3.7 楼梯设计- 63 -3.7.1 结构平面布置- 63 -3.7.2 梯段板计算- 63 -3.7.3 休息平台板计算- 65 -3.7.4 平台梁计算- 66 -3.8 板的设计- 67 -3.8.1 荷载计算- 69 -3.8.2 内力计算- 69 -第四部分 基础设计- 72 -4.1 基础地质资料- 72 -4.2 确定基础尺寸- 72 -4.3 基础反力分析- 72 -4.4正截面受弯承载力

12、计算- 74 -4.5 斜截面抗剪承载力计算- 75 -4.6 基础底板设计- 75 -4.7 基础平面布置和配筋- 76 -参考资料- 78 -致 谢- 79 -第一部分 设计资料 1.1 概况 本宿舍楼为五层钢筋混凝土框架结构体系，建筑面积为2479.7。建筑物平面为一字行，宽度为13.7，长度为36.2。框架梁、柱、板均采用现浇混凝土。 1.2 结构设计资料（一）地质资料1、场地概况：拟建建筑场地已经人工填土平整，地形平坦。2、地质条件：该地区地基承载力标准值为120。3、地基方案：根据拟建建筑物的特点及场地岩土工程条件,基础形式可选用柱下条形基础。 （二）地震资料1、该地区抗震设防烈度

13、为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第二组。2、建筑的安全等级为： III级。(三）气象条件1、基本风压0.40/，基本雪压0.30 /。2、该地区的地面粗糙类型为B类。(四）主要结构材料1、 混凝土本工程采用横向框架承重结构，基础垫层混凝土采用C10，梁、柱、板等均采用C30。2、 钢筋钢筋直径d12的采用HPB235级钢筋，钢筋直径d12的均采用HRB335级钢筋。第二部分 建筑设计 2.1 建筑平面设计该建筑物为五层钢筋混凝土框架结构。建筑面积为2479.7。建筑平面选用“一字形”布置，南北朝向，长为36.2，宽为13.7，满足传统的对称美原则，而且也便于计算。2.2

14、建筑立面设计在建筑立面设计上，追求简洁明快，采用矩形布置，墙面全部采用瓷砖贴面。2.3建筑剖面设计在建筑剖面设计上，也采用矩形布置，层高取3.6，室内外地坪高差取300，女儿墙高取1.2。2.4建筑构造设计2.4.1墙体由于本设计结构采用钢筋混凝土框架结构，墙不需要承重，故填充墙采用200厚的混凝土空心小砌块砌筑。2.4.2屋面屋面排水采用有组织排水，坡度取1。屋面做法采用西南图集03J201-1 P17-2203a。2.4.3楼面楼面做法采用西南图集04J312 P18-3183。2.4.4散水本设计散水宽度取900，坡度取2，每6留一条变形缝。第三部分 结构计算3.1 结构选型根据宿舍楼建

15、筑功能的要求，为使建筑平面布置灵活，获的较大的使用空间，本结构采用钢筋混凝土框架结构体系。3.1.1结构布置由于建筑物的横向短、纵向长，故采用很想框架承重体系。梁、板、柱施工时采用整体现浇。基础采用条形基础。具体布置详图如下：3.1.2初估截面尺寸楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取100。梁截面高度按梁跨度的1/121/8估算，梁截面宽度按梁高的1/31/2估算。本建筑抗震等级为三级，抗震设防烈度为7度0.1g第二组。各层梁、板、柱砼强度均为C30（fc=14.3,ft=1.43），纵向钢筋采用HRB400级钢筋，其余采用HPB235级钢筋。柱截面尺寸可根据Ac=估算。查表（现浇钢

16、筋混凝土房屋的抗震等级）可知该框架的抗震等级为四级，其轴压比限值=0.8；各层的重力荷载代表值近似取15/.边柱的负载面积为3.62.85 ，中柱的负载面积为3.63.9。由Ac=得第一层柱截面面积为： 边柱 如取柱截面为正方形，则边柱和中柱截面高度分别为500和500。根据上述计算结果并综合考虑其他因素，本设计柱截面尺寸取值如下： 1层 500500 26层 400400 梁截面高度按梁跨度的1/121/8估算，由此估算的梁截面尺寸见表3.1.2，表3.1.2 梁、柱截面尺寸及混凝土等级层次混凝土等级横梁(bh) /纵梁(bh) /柱(bh) /AB、CD跨BC跨25C30300500300

17、4003004004004001C30300500300400300400500500基础选用钢筋混凝土条形基础，基础埋深2.0。3.1.3计算简图取建筑平面图上的4轴上的一品框架计算，假定框架柱嵌固于基础上，框架梁与柱刚接，框架结构计算简图如图3.1.1所示。取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线；梁轴线取至板底；26层高度即为层高，取3.6；底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即h1=3.6+0.9=4.5。3.2 重力荷载计算3.2.1 屋面及楼面的永久荷载标准值屋面（非上人）： 结构层以上总重： 2.23/（据西南04J312P18-3183） 100厚钢筋混凝土板 0.1025=2.50 /

18、 板底抹灰15mm 170.015=0.255/ 合计 4.99 /屋面恒载标准值：(103.6+20.55)(25.7+2.1+20.55)4.9685=2700.18 楼面恒载：300mm*300mm防滑地砖楼面面层： 0.55 / 100厚钢筋混凝土板 0.1025=2.5 / 抹灰层15mm厚 0.255 /合计 3.85 /楼面恒载标准值：(103.6+20.1)(25.7+2.1+20.1)3.845=1906.889 3.2.2 屋面及楼面的活载标准值屋面雪荷载标准值 sk=rs0=1.00.30=0.30 /式中：r为屋面积雪分布系数，取r=1.0。屋面为非上人屋面：0.5/楼

19、面均布活载对于宿舍楼一般房间为2.0kN/，走廊、楼梯、门厅等为2.5 /。为了方便计算，统一取为2.5 /。楼面均布活载标准值为：(103.6+20.1)(25.7+2.1+20.1)2.5=1239.85 3.2.3 各结构构件重力荷载计算梁柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷等计算出单位长度上的重力荷载；对墙、门窗等可计算出单位面积上的重力荷载，计算结果见表3.2.1表3.2.1 梁、柱重力荷载标准值层次构件b/()h/()/(/)g/(/)/()nGi/()Gi/()1边横梁0.30.5251.053.9385.222450.507896.547中横梁0.300.4251.053.151.

20、61155.44纵梁0.30.4251.053.153.140390.60柱0.50.5251.106.8754.5441361.2525边横梁0.30.5251.053.9385.322459.171921.276中横梁0.30.4251.053.151.71158.905纵梁0.30.4251.053.153.240403.20柱0.40.4251.104.403.644696.96注：1）为考虑梁、柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数；g表示单位长度构件重力荷载；n为构件数量。 2）梁长度取净长；柱长度取层高。墙体为200厚混凝土空心砌块（=11.8/）,外墙面贴瓷砖（0.5 /）

21、，内墙面为20厚抹灰，则外墙单位墙面重力荷载为： 0.5+11.80.2+170.02=3.2/内墙为200厚混凝土空心砌块（=11.8/），两侧均为20厚抹灰，则内墙单位面积重力荷载为：11.80.2+170.022=3.04 /防盗门、防火门、玻璃门、铝合金门窗单位面积重力荷载均取0.4 / 。门窗表如下:墙体自重:底层(1) 外横墙 AB、CD跨， 墙厚200，计算长度5200,计算高度3600-500=3100自重 3.25.23.14=206.336BC跨 计算长度1600,计算高度3600-400=3200自重 3.21.63.22=32.768(2) 内横墙 AB、CD跨， 墙厚

22、200，计算长度5200,计算高度3600-500=3100，自重3.045.23.118=882.086 (3) 外纵墙 墙厚200，计算长度3100，计算高度3600-400=3200自重 3.23.13.220=634.88 (4) 内纵墙 墙厚200，计算长度3100，计算高度3200自重 3.043.13.220=603.136 同理 二至五层外横墙自重 AB、CD跨 210.304 BC跨 34.816 内横墙自重 AB、CD跨 899.049 外纵墙自重 655.36 内纵墙自重 622.59 女儿墙自重（1.2m） (13.5+36 )21.23.2=380.16 一层门窗洞口

23、总面积为:1.52.12+2.42.115+1.51.72+1.52.0+1.52.12+0.92.015+1.52.02=129.3自重为： 129.30.4=51.72 二五层门窗洞口总面积为：1.52.12+2.42.116+1.51.72+1.52.02+0.92.016+1.52.02=132.84自重为： 132.840.4=53.136 一层墙体扣除门窗洞口之后自重为：206.336+32.768+882.086+634.88+603.136+51.72-129.3（3.2+3.04）/2=2007.51 二五层墙体扣除门窗洞口之后自重为：210.304+34.816+899.0

24、49+655.36+622.592+53.136-132.84（3.2+3.04）/2=2060.80 3.2.4 各层自重标准值计算1）、首层（墙+梁+板+柱）Gk=(2007.51+2060.80)/2+896.547+1906.889+(1361.25+696.96)/2=5866.696 2）、标准层（墙+梁+板+柱）Gk=2060.80+921.276+1906.889+696.96=5585.9253）、顶层（墙+梁+板+柱）Gk=（380.16+2060.80/2）921.276+2700.175+696.96/2=5380.493.2.5 重力荷载代表值计算 重力荷载代表值G取

25、结构和构件自重标准值和各可变荷载组合值之和，各可变荷载组合值系数取为：雪荷载 0.5 屋面活载0.0 按等效均布荷载计算的楼面活载 0.5.1）、首层 G1=5866.696+0.51239.85=6486.6212）、标准层Gi=5585.925+0.51239.85=6205.853）、顶层 G5=5380.491+0.50.35541.66=5475.281集中于各楼层标高处的重力荷载代表值Gi计算结果见图3.2.1和表3.2.2。表3.2.2 重力荷载代表值层次12345Gi/（）5475.2816205.856205.856205.856486.62hi /4.53.63.63.63

26、.6 5475.281 6205.85 6205.85 6205.85 6486.621 图3.2.3 各质点的重力荷载代表值 3.3 横向框架侧移刚度计算梁的线刚度用公式ib= EcIb/计算 注：Ec为混凝土弹性模量，为梁的计算跨度，Ib为梁截面惯性矩。柱的线刚度用公式ic= EcIc/hc 计算 注：Ec为混凝土弹性模量，hc为柱的计算跨度，Ic为柱截面惯性矩。柱的侧移刚度D值按下式计算： 注：为柱侧移刚度修正系数。由结构规范（柱侧移刚度修正系数）中所列公式计算。横梁线刚度ib计算过程见表3.3.1；柱线刚度ic计算过程见表3.3.2表3.3.1 横梁线刚度ib计算表类别层次Ec/()b

27、h/Ib/EcIb/1.5 EcIb/2 EcIb/边横梁153.01043005003.12510957001.64510102.46710103.2891010中横梁153.01043004001.6010921002.28610103.42910104.5721010表3.3.2 柱线刚度ic计算表层次hc/Ec/()bh/Ic/EcIc/ hc/145003.01045005000.520810103.47210102536003.01044004002.1331091.7781010取一层柱的线刚度为1.0，则其他构件相对于一层柱的相对线刚度如下：根据梁柱线刚度比的不同，结构平面布置

28、图中的柱可分为中框架边柱和中柱、边框架边柱中柱以及楼梯间柱等。现以第3层B轴柱的侧移刚度计算为例，说明计算过程，其余柱的计算过程从略，计算结果分别见表3.3.33.3.5。梁柱线刚度比为：=由式D=得D=其它的同理可得：表3.3.3 中框架柱侧移刚度D值（）层次边柱（14根）中柱（14根）DiDi1Di2251.850.48179194.4210.6891134327050810.9470.491101022.2640.64813332328076表3.3.4 边框架柱侧移刚度D值（）层次A-1，A-8，D-1，D-8B-1,B-8,C-1,C-8DiDi1Di2251.3880.410675

29、03.3170.624102736809210.7110.44791971.6980.5941222185672表3.3.5 楼梯间框架柱侧移刚度D值（）层次C-2，C-3 ，C-7，C-8D-2，D-3， D-7，D-8DiDi1Di211.8870.54111100.7890.409841878112253.6840.57494531.5420.401659964208将上述不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，即得框架各层层间侧移刚度Di，见表3.3.6。表3.3.6 横向框架层间侧移刚度D值（）层次12345Di491860402808402808402808402808 由表3.3.6可

30、见，D1/D2 =491860/402808=1.220.7，故该框架为规则框架。3.4 横向水平荷载作用下框架机构的内力和侧移计算3.4.1 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算3.4.1.1 自振周期计算按顶点位移法计算框架的自振周期横向框架顶点位移计算见表3.4.1。按式计算基本周期T1，其中的量纲为，取，则：表3.4.1 横向框架顶点位移层次/()/55475.2815475.2814028080.0140.20946205.8511681.1314028080.0290.19536205.8517886.9814028080.0440.16626205.8524092.8314

31、028080.0600.12216486.62130579.4524918600.0620.0623.4.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算本设计中，结构高度不超过40，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切型为主，故可用底部剪力法计算水平地震作用。由房屋的抗震设防烈度，场地类别等查得计算参数如下：max=0.08 Tg=0.30s =0.05水平地震影响系数为:1=结构总水平地震作用标准值按式计算，即：Fek=a1 =0.04725992.534=1221.649因，所以应考虑顶部附加水平地震作用。顶部附加地震作用系数按表（顶部附加地震作用系数）计算，即=0.08 +0.07=0.11

32、3顶点附加水平地震作用：=0.1131221.649=138.046 各质点的水平地震作用按式计算，即：具体计算过程见表3.4.2。各楼层地震剪力按式计算，结果列入表3.4.2。表3.4.2 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次/(/)/518.95475.281103482.810.295319.66319.66415.36205.8594949.510.271293.66613.32311.76205.8572608.450.207224.31837.6328.16205.8550267.390.143154.96992.5914.56486.62129189.790.08389

33、.941082.5330579.45350497.951.01082.53各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见图3.4.1 1082.53 （a）水平地震作用分布 992.59 （b）层间地震剪力分布 319.66 293.66 224.31 154.96 89.94 837.63 613.32 319.66 图3.4.1 横向水平地震作用及楼层地震剪力 3.4.1.3 水平地震作用下的位移验算水平地震作用下框架结构的层间位移和顶点位移分别按式和计算，计算过程见表3.4.3。表中还计算了各层的层间弹性位移角。表3.4.3 横向水平地震作用下的位移验算层次Vi/Di/()/hi/5

34、319.664028080.799.0536001/45574613.324028081.528.2636001/23683837.634028082.086.7436001/17312992.594028082.464.6636001/146311082.534918602.202.2045001/2045由表3.4.3可见，最大层间弹性位移角发生在第2层，其值为1/14631/550，满足式的要求，其中由结构规范中（弹性层间位移角限值）查得。3.4.1.4 水平地震作用下框架内力计算采用底部剪力法以结构平面布置图中轴线横向框架内力计算为例，其余框架内力计算从略。框架柱端剪力及弯矩分别按式和

35、、计算，其中Dij取至表3.3.3，Dij取至表3.3.6，层间剪力取至表3.4.2。各柱反弯点高度比y按式y=yn+y1+y2+y3确定，其中yn由结构规范中（倒三角分布水平荷载下各层柱标准反弯点高度比yn）查得。具体计算过程见表3.4.4。表3.4.4 各层柱端弯矩及剪力计算层次54321hi/3.63.63.63.64.5Vi/319.66613.32837.63992.591082.53Dij/()402808402808402808402808491860边柱Di1791979197919791910102Vi16.2812.0616.4719.5121.281.851.851.85

36、1.850.947y0.390.450.490.500.658.8219.5429.0535.1262.2413.7923.8830.2435.1233.52中柱Di21134311343113431134313332Vi29.0017.2723.5927.9530.484.4214.4214.4214.4212.264y0.450.500.500.500.5514.5831.0942.4650.3175.4417.8231.0942.4650.3161.72 注：表中M量纲为kNm，V量纲为kN梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按下式计算。 其中梁线刚度取至表3.3.1，具体计算过程见表3.4.5。

37、表3.4.5 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力lVblVb边柱N中柱N513.797.465.73.7310.3610.362.19.87-3.73-6.14432.7019.115.79.0926.5626.562.125.30-12.82-22.35349.7830.785.714.1342.7742.772.140.73-26.95-48.95264.1738.825.718.0753.9553.952.151.38-45.02-82.26168.6446.885.720.2765.1565.152.162.05-65.29-124.04注：1）柱轴力中的负号表示拉力。当为

38、左地震作用时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。2）表中M单位为,V单位为，N单位为，l单位为。水平地震作用下框架的弯矩图、梁端剪力图及柱轴力图如图3.4.2所示3.4.2 横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算3.4.2.1 风荷载标准值风荷载标准值按式计算。基本风压=0.40/，由荷载规范第7.3节查得=0.8（迎风面）和=-0.5（背风面）。B类地区，H/B=18.90/36=0.525,由表（脉动影响系数）查得=0.42；T1=0.54s，由表（脉动增大系数）查得=1.24。由式得仍取结构平面布置图中轴线横向框架，其负载宽度为3.6，由式得沿房屋高度分布风荷载标准值为：q(z)

39、=3.60.40=1.44作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中荷载标准值为：根据各楼层标高处的高度Hi由结构规范中（风压高度变化系数）查取，风载体型系数取1.3（迎风面0.8与背风面0.5之和），代入上两式可得各楼层标高处的q(z)和,则q(z)表示迎风面的风压力与背风面的风吸力之和。按静力等效原理将分布风荷载折算为节点集中力。代入上两式可得各楼层标高处的q(z)和,见表3.4.6；q(z)和沿房屋高度的分布见图3.4.3。荷载规范规定，对于高度大于30且高宽比大于1.5的房屋结构，应采用风振系数来考虑风压脉动的影响。本设计房屋高度H=18.930，而且H/B=18.9/13.5=1.41.5，因

40、此，该房屋不考虑风压脉动的影响。表3.4.6 沿房屋高度分布风荷载标准值层次Hi/Hi/H/(/)hi/hj/q1(z)/(/)q2(z)/(/)/518.91.01.2261.00.403.62.41.4120.8836.885415.30.811.1471.00.403.63.61.3210.8267.729311.70.621.0481.000.403.63.61.2070.7557.06328.10.431.001.000.403.63.61.1520.726.73914.50.241.001.000.404.53.61.1520.727.582图3.4.3 框架上的风荷载（a）风荷载沿房屋高度的分布（/）1.4121.3211.2071.1521.1520.720.720.7550.8260.883（b）