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1、.目录内容摘要- 7 -第一章绪论- 9 -1.1 工程概况- 9 -1.2设计内容与方法- 9 -第二章建筑设计- 11 -2.1平面设计- 11 -2.1 立面设计- 11 -2.3 防火- 11 -2.4 抗震- 12 -2.5 屋面- 12 -2.6工程地质条件：- 12 -第三章.结构布置及计算简图- 13 -第四章.重力荷载计算- 14 -4.1屋面及楼面的永久荷载标准值- 14 -4.2屋面及楼面可变荷载标准值- 15 -4.3梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算- 15 -4.4重力荷载代表值- 17 -第五章.横向框架侧移刚度计算- 18 -第六章.横向水平地震作用下框架结构的内力
2、和侧移计算- 20 -6.1横向自振周期计算- 20 -6.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算- 21 -6.3水平地震作用下的位移验算- 22 -6.4 水平地震作用下框架内力计算- 23 -第七章.竖向荷载作用下框架结构的内力计算- 26 -7.1计算单元- 26 -7.2荷载计算- 26 -恒荷计算- 26 -活荷载计算- 29 -7.3内力计算- 30 -第八章横向框架内力组合- 28 -8.2 框架梁内力组合- 30 -8.3框架柱内力组合- 33 -第九章 截面设计- 41 -9.1 框架梁截面设计- 41 -梁的正截面受弯承载力计算- 41 -梁斜截面受剪承载力计算- 45 -9
3、.2 框架柱截面设计- 47 -剪跨比和轴压比验算- 47 -9.2.2 柱正截面承载力计算- 48 -9.2.3 柱斜截面受剪承载力计算- 53 -9.3 框架梁柱节点设计- 55 -10.板的计算- 56 -10.1 设计资料- 56 -10.2 屋面板- 56 -11. 楼梯设计- 60 -11.1 计算简图及截面尺寸- 60 -11.2 设计资料- 60 -11.3 梯段板设计- 61 -11.3.1 确定板厚- 61 -11.3.2 荷载计算取1m宽板计算- 61 -11.3.3 内力计算- 61 -11.3.4 配筋计算- 61 -11.4 平台板计算- 62 -11.4.1 荷载
4、计算取1m宽板计算- 62 -11.4.2 内力计算- 62 -11.4.3 配筋计算- 62 -11.5 平台梁计算- 62 -11.5.2 内力计算- 63 -11.5.3 配筋计算- 63 -12. 基础设计- 64 -12.1 设计资料- 64 -12.2 基础截面确定- 64 -12.3冲切验算- 66 -12.4 配筋验算- 69 -参考文献- 72 -内容摘要本设计主要进行了结构方案中横向框架13轴框架的抗震设计。在确定框架布局之后,先进行了层间荷载代表值的计算,接着利用顶点位移法求出自震周期,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
5、力、轴力。接着计算竖向荷载恒载及活荷载作用下的结构内力,。 是找出最不利的一组或几组内力组合。 选取最安全的结果计算配筋并绘图。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计。完成了平台板,梯段板,平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。整个结构设计分为三个阶段,结构方案阶段,结构计算阶段和施工图设计阶段。关键词：框架 结构设计抗震设计Abstract The purpose of the design is to do the anti-seismic design in the longitudinal frames of axis 13. When the directions of the
6、frames is determined, firstly the weight of each floor is calculated .Then the vibrate cycle is calculated by utilizing the peak-displacement method, then making the amount of the horizontal seismic force can be got by way of the bottom-shear force method. The seismic force can be assigned according
7、 to the shearing stiffness of the frames of the different axis. Then the internal force in the structure under the horizontal loads can be easily calculated. After the determination of the internal force under the dead and live loads, the combination of internal force can be made by using the Excel
8、software, whose purpose is to find one or several sets of the most adverse internal force of the wall limbs and the coterminous girders, which will be the basis of protracting the reinforcing drawings of the components. The design of the stairs is also be approached by calculating the internal force
9、 and reinforcing such components as landing slab, step board and landing girder whose shop drawings are completed in the end. The structural design stage can be roughly divided into three stages, the structure of the programme stage, structural calculations of stage design and construction plans.Key
10、words : frames, structural design, anti-seismic design 第一章 绪 论1.1 工程概况为适应外出旅宿、小型会议、探亲访友,中转住宿等多种需要,拟在某地沿海地段新建一旅馆,以接待来往旅客。新建旅馆建筑标准为旅馆三级,中等装修和陈设设计应考虑面积、大小、标准等不同的各种房间,以满足不同层次旅客的住宿、用餐和公共活动需要,并考虑适量面积的广场以供车辆行驶,回转和临时停放。建筑面积7000平方米左右,层数主体部分6层。拟建房屋所在地震动参数,基本雪压,基本风压,地面粗糙度为B类。1.2设计内容与方法1.2.1建筑设计1.建筑方案设计根据房屋建筑学、
11、民用建筑设计通则、民用建筑设计防火规范等相关知识进行建筑方案设计,针对工程的使用性质做出具体的设计。功能分区要细致合理符合规范,使建筑物发挥出其应有的功能。1.2.2结构设计1.结构设计计算书1结构类型的选择,包括结构的布置及柱网尺寸。2估算结构的梁、板、柱的截面尺寸以及材料等级。3荷载计算：包括框架柱侧移刚度计算。4楼、屋面板内力及配筋计算。5水平荷载作用下框架侧移及内力计算、竖向荷载作用下框架内力计算、框架内力组合。6框架梁、柱配筋计算。7楼梯内力及配筋计算。8基础设计。9绘制结构施工图,编写设计说明书。2.设计方法1荷载计算：荷载计算包括水平荷载与竖向荷载计算。水平荷载有水平风荷载和水平
12、地震作用；竖向荷载包括恒荷载与活荷载。2水平荷载作用下的框架内力计算：平荷载作用下框架结构的位移及内力可用D值法计算。3竖向荷载作用下,一般取平面结构单元,按平面计算简图进行内力分析。4内力计算,采用弯矩二次分配法计算梁、柱端弯矩。5通过内力组合求得梁、柱构件各控制截面的最不利内力设计值并进行必要的调整后,即可对其进行截面配筋计算和采取构造措施。6板设计按塑性铰线法进行计算。7楼梯采用板式楼梯。8基础设计：根据上部荷载及与建筑物有关条件、工程地质条件、水文地质条件、地基冻融条件、场地环境条件等来确定基础的类型以及基础埋深。首先要确定基础底面尺寸,按地基持力层承载力和地基软弱层承载力进行验算。应
13、用地基计算模型计算,然后进行各项配筋计算第二章 建筑设计本设计是一旅馆,据建筑使用性质、建设规模与标准的不同,确定各类用房。一般由客房、公共用房和服务用房等组成。旅馆内各种房间的具体设置、层次和位置,应根据使用要求和具体条件确定。旅馆建筑应根据使用要求,结合基地面积、结构选型等情况按建筑模数确定开间和进深,并为今后改造和灵活分隔创造条件,故本建筑选取开间为4.2深为7.52.1平面设计建筑朝向为南北向,平面布置满足长宽比小于5,采用纵向6.6m、横向7.5m、2.4m、7.5m 的柱距,满足建筑开间模数和进深的要求。本旅馆设计,设计为L型,空地为停车场。旅馆底层为餐厅和服务大厅,餐厅可对外开放
14、。26层为客房,有双人间、三人间、四人间,另每层有一公厕,在楼层拐角处每层设一大空间会议室或娱乐场所。2.1 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。女儿墙高1m。正面一层处设雨篷。2.3 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,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。2.4 抗震建筑的平立面布置规则,分为两个区A、B,A、B区间设60mm的抗震缝。建筑的质量分布和刚度变化均匀,楼层没有错层,满足抗震要求。2.5 屋面屋面形式为平屋顶；平屋顶排水坡度为2%,排水坡度
15、的形式为垫置坡度,排水方式为内排水。屋面做法采用98J1工程做法中柔性防水,水泥蛭石保温层。2.6工程地质条件：1地形概述：拟建场地地形平缓,地面标高在85.0086.00之间。2自然地表1m内为填土,填土下层为3m厚砂质粘土,再下层为砾石层。砂质粘土允许承载力标准值为250KN/mm。砾石层允许承载力标准值为300400KN/mm。3地下水位：地表以下3.0,无侵蚀性。4地震设计：烈度7度；场地类型类场地；设计分组第1组。第三章.结构布置及计算简图根据该房屋的使用功能及建筑设计的要求,进行了建筑平面、立面及剖面设计,其标准层建筑平面、结构平面和剖面示意图分别见图纸。主体结构共5层,层高1层为
16、3.6m,26层为3.6m。填充墙采用空心砌块砌筑：内外墙：240。窗户均采用铝合金窗,门采用钢门和木门。楼盖及屋面均采用现浇混凝土钢筋结构,楼板厚度取100mm,梁截面高度按跨度的估算,尺寸见表2.1,砼强度采用。屋面采用彩钢板屋面。表2.1梁截面尺寸mm层次混凝土强度等级横梁纵梁柱截面尺寸可根据式估算1。因为抗震烈度为7度,总高度,查表可知该框架结构的抗震等级为二级,其轴压比限值；各层的重力荷载代表值近似取122,由图2.2可知边柱及中柱的负载面积分别为和。由公式可得第一层柱截面面积为边柱 公式3.1中柱 公式3.1所以取500m对于2层：同理得边柱 中柱 所以取400mm如取柱截面为正方
17、形,根据上述计算结果并综合考虑其它因素,本设计框架柱截面尺寸取值一层500mm500mm,二到六层400mm400mm。基础采用柱下条形基础,室内地坪为0.000m,室外内高差0.6m。框架平面同柱网布置如图1。图3.1.框架平面同柱网布置第四章.重力荷载计算4.1屋面及楼面的永久荷载标准值屋面上人： 彩钢板波形瓦 0.12 20厚水泥砂浆找平层 150厚水泥蛭石保温层 100厚钢筋混凝土板 20厚石灰砂浆 合计 4.1115层楼面： 瓷砖地面包括水泥粗砂打底 0.55 100厚钢筋混凝土板 V型轻钢龙骨吊顶或20厚水泥砂浆 0.34 合计 3.394.2屋面及楼面可变荷载标准值 上人屋面均布
18、荷载标准值 2.0 楼面活荷载标准值 2.0屋面雪荷载标准值 0.354.3梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算梁、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3。具体计算过程从略,计算结果见表4.1。表4.1 梁、柱重力荷载标准值层次构件n1边横梁0.30.7251.055.1257.518744.122627.229次 梁0.30.5251.053.9387.514413.49纵 梁0.30.5251.053.9384.218297.72柱0.50.5251.056.5634.7361086.84中横梁0.30.5251.053.9383
19、.0985.059边横梁0.30.7251.055.1257.518744.122102.709中横梁0.30.5251.053.9382.4985.059纵梁0.30.5251.053.9384.218297.72次梁0.30.5251.053.9387.514413.492柱0.40.4251.054.23.628544.32注:1表中为考虑梁、柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数；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；柱高取层高。表4.2 墙门窗等重力荷载标准汇总层次构件1外墙2.16234.54506.6061448.987内墙2.00358.728717.4
20、56电梯井墙2.148.856102.598楼梯间4.9612.43261.663门0.4535.7616.092窗0.4111.4244.5722-6外墙2.16249.3752256.575内墙2.00753.18电梯井墙2.148.856楼梯间4.9612.432门0.4533.6窗0.480.46其他1-5层楼面3.39440.121492.0076层屋面4.11575.0642363.513女儿墙1.5659.71293.151雨篷25.95电梯设配504.4重力荷载代表值集中于各楼层标高处的重力荷载代表值,为计算单元范围内的各楼层楼面上的重力荷载代表值及上下各半层的墙柱等重量4。计
21、算时,各可变荷载的组合按规定采用,屋面上的可变荷载均取雪荷载,具体过程如下,计算简图。公式4.1同理算出 图4.2 楼层重力荷载代表值第五章.横向框架侧移刚度计算横梁线刚度计算过程见表5.1；柱线刚度计算见表5.2。表5.1 横梁线刚度计算表类别层次AB7500BC2400表5.2 柱线刚度计算表层次147003600柱的侧移刚度D值按下式计算：。根据梁柱线刚度比的不同,柱可分为中框架中柱和边柱、边框架中柱和边柱以及楼、电梯间柱等,计算结果分别见表5.3、表5.4、表5.5、表5.6。表5.3 中框架柱侧移刚度D值层 次边柱12根中柱12根12.0190.627115804.3190.7631
22、4080307920253.8580.659108408.2520.80513250289080表5.4 边框架柱侧移刚度D值层 次A-1,D-1B-1,C-111.5150.573105703.2390.7141317548940252.8940.59197306.1890.7561244044340表5.5 楼、电梯柱侧移刚度D值层 次A-8,A-9,D-8,D-9B-8,B-9,C-8,C-911.0100.50292602.1600.6391179084200251.9290.49180804.1260.6731109076680将上述不同情况下同层框架侧移刚度相加,即得框架各层层间侧
23、移刚度,见表5.6。由表5.6可见,故该框架为横向规则框架。表5.6 横向框架层间侧移刚度D值层 次12345440760410100410100410100410100第六章.横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算6.1横向自振周期计算结构顶点的假想位移计算见表6.1。表5.1 结构顶点的假想位移计算层 次65304.34955304.35041010012.934282.88355851.29111155.64141010027.202269.94945851.29117006.93241010041.470242.74735851.29122858.22341010055.73820
24、1.27725851.29128709.51441010070.006145.53914582.474533291.98944076075.53375.533结构基本自震周期,其中T的量纲为m,取,则6.2水平地震作用及楼层地震剪力计算本方案结构高度小于40m,质量和刚度沿高度分布较均匀,变形以剪切型为主,故可用底部剪力法计算水平地震作用。因为是多质点结构,所以设防烈度按7度考虑,场地特征周期分区为二区,场地土为类,查表得：特征周期Tg=0.35s 水平地震影响系数最大值5 式6.2因为,所以应考虑顶部附加水平地震作用。各质点的水平地震作用： 式6.3表6.2各质点横向水平地震作用及楼层地震剪
25、力计算表层次HimGiKNGiHiKNFiKNVi KN622.75304.3495120408.7340.260303.439463.551519.15851.291111759.6580.242282.432745.983415.55851.29190695.0110.196228.746974.729311.95851.29168173.9090.159548.8342821.39828.35851.29149510.3500.115398.5833219.98114.74582.43450.04754.8521327.185各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布如下图6.1。
26、a纵向水平地震作用分布b层间剪力分布图6.1 纵向水平地震作用及层间剪力分布图6.3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按下式计算 和 ,各层的层间弹性位移角,计算结果如表6.3。表6.3 横向水平地震作用下的位移验算层 次6463.5514101001.13014.12936000.3145745.9834101001.81912.99936000.5234974.7294101002.37711.1836000.66031150.9574101003.1058.80336000.77921273.54101003.1055.99736000.86311327.
27、1854588602.8922.89247000.615由表可见,最大层间弹性位移角发生在第2层,其值0.8631/550,满足要求,其中是由弹性层间位移角限值查得。6.4水平地震作用下框架内力计算以4轴线框架内力计算,其余框架计算从略。 框架柱端剪力及弯矩按式 ；式6.4式6.5式6.6各柱反弯点高度比 本例中底层柱需考虑修正值y2,第二层柱需考虑修正值y1和y3,其余柱均无修正。计算结果见表6.4。梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按式 ； 式6.7式6.8式6.9 式6.10计算结果见表6.5。- 62 - / 59.表6.4 各层柱端弯矩及剪力计算层次hi/mVi/kNDijNm边 柱中 柱D
28、i1Vi1yDi2Vi2y63.6444.214101001084011.7421.5630.31826.29315.9791325014.3520.8050.3533.58418.08453.6771.8954101001084020.401.5630.4540.39233.0481325024.9400.8050.4053.87035.91443.61037.0444101001084027.4121.5630.47851.51347.1711325033.5060.8050.4566.34254.2833.61239.6584101001084032.7671.5630.558.9858
29、.981325040.6200.8050.4579.30564.88623.61380.9884101001084036.5031.5630.565.70565.7051325044.6200.8050.573.11673.11614.71466.0374588601208038.7510.9740.6563.745118.3841470052.5500.7630.7366.685180.299注:表中M的量纲为kNm,V量纲为kN .表6.5梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁边梁柱轴力LVbLVb边柱N中柱N1626.29315.7177.55.60117.86717.8672.414.88
30、9-5.601-9.288540.39233.6747.59.87538.37938.3792.431.899-15.476-31.312451.51347.8567.513.24947.90047.9002.439.917-28.723-57.98358.9862.5187.516.271.06771.0672.459.223-41.972-101.003265.70564.5857.517.37273.41773.4172.461.181-59.344-144.812163.74565.4277.517.22374.37474.3742.461.978-76.567-189.567注:1柱
31、轴力中的负号表示拉力。当为左地震时,左侧两根柱为拉力,对应的右侧两根柱为压力。 2表中单位为kNm,V单位N,l的单位为m。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6.1所示：a框架弯矩图b梁端剪力及柱轴力图图6.2 左地震作用下框架弯矩图、梁端剪力及柱轴力图第七章.竖向荷载作用下框架结构的内力计算7.1计算单元取4轴线横向框架进行计算,计算单元宽度为7.2m,如图7.1所示。由于房间内布置有次梁,故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影线所示,计算单元范围内的其余楼面荷载则通过次梁和纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架,作用于各节点上7。由于纵向框架的中心线与柱的中心线不重合,
32、因此在框架节点上还作用有集中力矩。7.2荷载计算7.2.1恒荷计算在图7中,代表横梁自重,为均布荷载。对于第5层：=为房间板传给横梁的梯形荷载,由图7.1所示,几何关系得图7.1 横向框架计算单元图7.2各层梁上作用的恒荷载, 式7.1 式7.2 式7.3 式7.4、分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载,它包括梁自重、楼板重和女儿墙等的重力荷载,计算如下： 式7.5 式7.6对15层,包括梁自重和其上横墙自重,为均布荷载。其它荷载计算方法同第5层： 式7.3 式7.4式7.5 式7.67.2.2活荷载计算 活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图7.3所示。 式7.3 式7.4式7.5 式7.
33、6图7.3 各层梁上作用的活荷载 在雪荷载作用下： 对于15层将以上计算结果汇总,见表6.1,表6.2,表6.3。表7.1 横向框架恒荷汇总表层 次65.5135.5138.3166.16572.13678.591512.7135.5136.8595.08579.35487.561表7.2 横向框架活荷汇总表层 次164.047317.95530.195表7.3 横向框架重力代表值汇总表层 次65.5135.51310.65511.36481.11493.6881512.7135.5139.1439.63688.232102.6597.3内力计算梁端、柱端弯矩采用弯矩二次分配法计算。弯矩计算过
34、程如图10所示,所得弯矩图如图11所示。梁端剪力可根据梁上竖向荷载引起的剪力与梁端弯矩引起的剪力相叠加而得；柱轴力可由梁端剪力和节点集中力叠加得到,计算柱底轴力还需要考虑柱的自重,如表20和表21所列。节点分配系数计算顶层 节点A节点B第一层 节点A 节点B 第25层 A节点 B节点表6.4各杆分配系数节点A各杆端分配系数节点B各杆端分配系数顶层A6B60.659B6A60.376A6A50.341B6C60.429B6B50.195标准层A5B50.490B5A50.315A5A40.255B5B40.163A5A60.255B5B60.163B5C50.359底层A1B10.399B1A1
35、0.274A1A20.206B1C10.312A1A00.395B1B00.272B1B20.142（a） 恒荷作用下图7.4 横向框架弯矩的二次分配法b活荷作用下图7.5 横向框架弯矩的二次分配法恒荷作用下 活荷作用下图7.6竖向荷载作用下框架弯矩图层次荷截引起的剪力柱轴力AB跨BC跨A柱B柱VA=VBVB=VCN顶N底N顶N底650.40413.548123.721138.84142.542157.662573.39512.252291.49306.61330.87345.99473.39512.252459.259474.379519.198534.318373.39512.252627
36、.028642.148707.526722.646273.39512.252794.797809.917809.854910.974173.39512.252962.958992.9581084.1821115.08层次荷截引起的剪力柱轴力AB跨BC跨A柱B柱VA=VBVB=VCN顶=N底N顶=N底615.1763.633.13148.971515.1763.666.26297.942415.1763.699.393146.913315.1763.6132.524195.884215.1763.6165.655244.855115.1763.6198.786293.826表6.5 恒荷作用下梁
37、端剪力及柱轴力.第八章横向框架内力组合8.1框架梁内力组合根据建筑结构荷载规范GB50009-2001,建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载,按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载组合,并应取各自的最不利的效应组合进行设计。结构的抗震等级根据结构类型、地震烈度、房屋高度等因素查表得,本旅馆框架结构为二级抗震等级。本设计考虑以下两种基本组合：1无地震作用的竖向荷载效应组合本工程为一般框架结构,根据建筑结构荷载规范GB 50009-2001第条,基本组合可采用简化规则,并应按下列组合值中取最不利值确定：由可变荷载效应控制的组合： 式8.1 式8.2由永久荷载效应控制的组
38、合： 式8.3式中：为荷载效应组合的设计值为永久荷载的分项系数;为第i个可变荷载的分项系数；为按永久荷载标准值计算的荷载效应值；为按可变荷载标准值计算的荷载效应值；为可变荷载的组合值系数；为参与组合的可变荷载数。对于本设计,上述基本组合的荷载分项系数及可变荷载组合值系数取值如下：由可变荷载效应控制的组合,永久荷载分项系数取1.2；由永久荷载效应控制的组合,永久荷载分项系数取1.35；本工程楼面活荷载小于4kN/m2,可变荷载分项系数取1.4；根据楼面活荷载类别,可变荷载组合值系数取0.7。2地震作用效应与重力荷载代表值效应的组合根据建筑抗震设计规范第条,结构构件的地震作用效应和其他荷载效应的基
39、本组合,应按下式计算： 式8.4式中：为结构构件内力组合的设计值；为重力荷载分项系数；、分别为水平、竖向地震作用分项系数；为风荷载分项系数；为重力荷载代表值的效应；为水平地震作用标准值的效应；为竖向地震作用标准值的效应；为风荷载标准值的效应 ； 为风荷载组合值系数。根据建筑抗震设计规范的规定,本设计可不进行风荷载及竖向地震作用计算。故上述基本组合表达式可写为： 式8.58.2 框架梁内力组合由于钢筋混凝土结构具有塑性内力重分布性质,在竖向荷载作用下要以考虑适当降低梁端弯矩,以减少负弯矩钢筋的拥挤现象。本设计为现浇框架结构,支座负弯矩调幅系数取0.8。另外,对于考虑地震作用组合的内力,应该根据不同的构件类型考虑相应的抗震承载力调整系数。下面以第六层AB跨梁考虑地震作用的组合为例,说明框架梁内力的组合方法。各层梁的内力组合结果见表7.1
