1、 顺风研发中心结构设计 毕 业 设 计 办学单位： 班 级： 学 生： 指导教师： 提交日期： 2012 年 10 月 20 日 目 录 引言 . 一、工程概况 . 1 1.1 工程概况 . 1 1.2 建筑设计说明及建筑平面图 . 1 二、结构布置 . 3 2.1 结构设计与分析概述 . 3 2.2 结构平面布置 . 3 2.3 框架梁柱截面尺寸确定 . 4 2.4 框架柱界面初估 . 5 三、标准层楼面板及非框架梁、楼梯内力计算 . 7 3.1 屋面及楼面永 久荷载（恒荷载 ） 标准值 . 7 3.2 楼板设计 . 9 3.3 楼梯设计 .18 四、横向框架竖向荷载作用下的内力计算 .23
2、 4.1 横向框架在恒载作用下的计算简图 .23 4.2 横向框架在活载作用 下的计算简图 .42 4.3 横向框架在恒载作用下的内力计算 .51 4.4 横向框架在活载作用下的内力计算 .57 五、水平地震作用下框架结构的侧移和内力计算 .61 5.1 横梁的线刚度及侧刚度计算 .61 5.2 结构自振周期 .63 5.3 横向框架在水平地震作用下框架内力分析 .65 5.4 水平地震作用下柱端弯矩及剪力计算 .66 六 、 内力组合计算 .69 6.1 承载力抗震调整系数 .69 6.2 框架梁内力组合 .69 6.3 框架柱内力组合 .70 七、截面设计 .84 7.1 框架梁截面截面设
3、计 .84 7.2 梁斜截面截面承载力计算 .86 7.3 框架柱截面面设计 .89 7.4 框架柱正截面承载力计算 .91 7.5 框架柱斜截面承载力计算 .91 八、结构施工图 . 104 结 语 . 105 参考文献 . 106 引 言 本工程为 5 层 框架研 发楼，建筑面积 5000 平方米左右。 设计的内容包括结构设计及计算书两部分。 为了完成这个框架结构，我翻阅了很多书籍和规范，整个框架在设计过程中严格遵循相关的专业规范及国家标准，并以此标准对设计环节进行全面科学地考虑。 通过这次设计 ，让我能够熟悉建筑工程建设的各项法规与规程，了解建筑工程项目设计的基本内容和环节；熟悉多层类型
4、房屋的建筑和结构选型、结构布置、结构荷载计算及主要结构施工图的绘制全过程；通过绘制施工图 ,编制计算书强化绘图和使用专业软件进行分析计算的基本技能；同时了解设计与施工协调、配合的重要性，培养较强 的沟通能力和团队协作精神。从而，使自己具备工程技术人员应有的专业技能和素质 1。 本设计方案主题结构为横向承重框架，计算时选用一榀框架为计算单元，根据各构件刚度计算出不同荷载作用下的结构内力，各内力组合后按照抗震要求分别进行调整，然后分别进行楼板，楼梯，框架梁、柱的配筋。 框架结构设计的计算工作量很大，在计算过程中以手算为主，辅以一些计算软件的校正。由于水平有限，难免有不妥和疏忽之处，请各位老师批评指
5、正。 - 1 - 设计计算书 一、工程概况 1.1、工程概况 本工程为 框架研发楼 。建筑面积约为 5000m2，结构形式为现浇钢筋混凝土框架结构，总层数为 五 层，无地下室。建筑耐火等级为二级，设计合理使用年限为 50 年。 建筑结构安全等级为二级，三级框架，抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度值为0.10g； 场地土 II 类，地基承载力 fk=216kpa。 1.2、 建筑设计说明 本毕业设计课题为 研发楼 的建筑与结构设计 。 建筑总面积为 5000 平方米左右，混凝土框架结构，主体 五 层。 楼层内包括办公室，厕所，开水房，值班室以及休息室。 1.2.1 建筑设计原则 设计全过
6、程将充分考虑安全、经济、适用三要素， 满足消防要求，采光通风 良好， 同时考虑到绿色低碳建筑在此次设计中的应用，建筑设计注意与周围环境的协调，功能区组合合理。考虑建筑自身特点，着力体现出现代化高校教学楼和谐自然、实用又美观大方的形象特点。 方案应符合规范，满足功能要求，妥善处理建筑与结构关系。注明房间面积、功能和总建筑面积。 1.2.2 建筑设计 教学楼的人 员流动相对较大，基于消防的考虑，本工程采用一字型布局。整栋建筑采用内廊式的通道形式，内廊通道设计宽度为 2.6m。底层有一个主入口，两个分入口，设有两个 楼梯，能满足消防和交通要求。为了满足功能的需要，建筑布局以大开间为主 ， 开间为 8
7、.2m，进深为 8.2m。 建筑层高均为 2.9m。 1.2.3 建筑缩略图 建筑缩略图如图 1.2.3 所示 2 图 1.2.3 底层平面图 3 二、结构布置 结构设计根据建筑施工图确定结构方案。 主梁沿横向布置，次梁沿纵向布置，划分板块，根据规范，由跨度确定梁板的截面尺寸；柱的 截面尺寸由轴压比限值初步确定，也可假定一配筋率根据轴心受压柱来计算柱的截面尺寸。 2.1 结构设计与分析概述 2.1.1 上部结构的设计 1）楼盖的设计：本设计选择 标准 层楼盖进 行设计。按照荷载分析、内力计算及配筋的一般过程，设计楼板。 2）框架的设计：选取 4 轴线所在框架进行设计。按照荷载分析、内力分析（包
8、括恒载、活载和水平地震三种作用下的内力分析）、侧移分析和验算（由于多层框架结构的整体弯曲变形很小，故仅验算其整体剪切变形）、内力组合、截面设计的一般过程进行。其中：竖向荷载作用下的内力分析采用 弯矩二次分配法 ；水平荷载作用下采用 D 值法。最后，进行电算校核，分析误差 3）楼梯的设计：采用现浇板式楼梯。包括梯段板的设计、平台板的设计以及平台梁的设计。 2.1.2 设计内容 本设计计算书 包括标 标准层 楼 板 的设计计算；一榀框架 的设计计算、楼梯的设计计算。 计算方法及原理应满足结构设计规范标准。 2.1.3 设计准备 工程所在地抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度为 0.10g，设
9、计地震分组为第一组，场地类别为 类。 屋面做法：防水等级为 级，一道防水设防，使用年限 10 年。采用高聚物改性沥青卷材防水屋面。 雪荷载标准值： 0.30kN/m2（ n=50 年） 2.2 结构平面布置 如图 7.1，各梁柱截面尺寸确定如下： 4 图 7.1 结构平面布置图 2.3 框架梁柱截面尺寸确定 （ 1） 横向框架梁 AB、 CD 跨： ml 2.80 , mmlh 6255.937)121810 （取 b=300mm， h=700mm BC 跨： ml 9.20 , mmlh 2 7 55.4 1 2)12181(0 取 b=300mm， h=400mm （ 2） 纵向框架梁 A
10、、 B、 C 轴： ml 2.80 , mmlh 7 5 01 1 2 5)12181(0 取 b=300mm， h=700mm （ 3） 次梁 AB、 CD 跨： ml 2.80 , mmlh 6255.937)12181( 0 取 b=300mm， h=700mm （ 4） 次梁 AB、 CD 跨： 柱 550 550 300 700 300 700 300 700 300 700 300 700 300 700 300 700 A B C D 5 ml 9.20 , mmlh 2755.412)121810 （取 b=300mm， h=400mm 2.4 框架柱界面初估 （ 1） 按轴压
11、比要求初估框架梁柱截面尺寸 框架柱的受荷面积如图 7.2 所示。 图 7.2 框架柱的受荷面积图 框架柱选用 C30 混凝土， 2/3.14f mmNc ， 2mm/43.1 Nft 。柱架抗震等级为三级，轴压比为 0.9。 由轴压比初步估算框架截面尺寸时，可按下式计算： ccc fNhbAc n/ 柱轴向压力设计值 N 估算即： 21q S nQN 1） 3 轴与 C 轴相交中柱： 21qSnQN =1.2514（ 1650+3750） 820051.051.01.0 =4035.679kN cNEc fnAgA / 4035679/0.9 14.3=297069 mm2 因为 bchc=5
12、50mm550mm=302500mm2297069mm2 A B C D 3750 4500 3750 4500 1650 3750 3750 1650 1 6 故取中柱截面尺寸为 550mm550mm 2)1 轴与 C 轴相交中柱： 21qSnQN =1.2514（ 1650+3750） 450051.051.11.0 =2455.819KN 23c 88.2 0 2 0 4 13.1485.0/108 1 9.2 4 4 5/ mmfNhbA cNcc 因为 bchc=550mm550mm=302500mm2202041.88mm2 考虑到边柱承受偏心荷载且跨度较大，故 C 轴边柱截面尺寸
13、为 550mm550mm 3)2 轴与 D 轴相交中柱： 21qSnQN =1.251437500900051.051.11.0 =3410.860KN 23c 74.2 8 0 6 1 33.1485.0/1086.3 4 1 0/ mmfNhbA cNcc 因为 bchc=550mm550mm=302500mm2280613.74mm2 考虑到边柱承受偏心荷载且跨度较大，故 D轴边柱截面尺寸为 550mm550mm。 . 4)1 轴与 A 轴相交中柱： 角柱虽然承受面荷载较小，但由于角柱承受双向偏心荷载作用，受力复杂，故截面尺寸取与 A 柱相同，即 550mm550mm。 故框架柱截面尺寸
14、只有一种： 550mm550mm。 （ 2） 校核框架柱截面尺寸是否满足构造要求 1)按构造要求框架柱截面高度不宜少于 400mm,跨度不宜小于 350mm。 2)为避免发生剪切破坏，柱净高与截面边长之比宜大于 4。 取二层柱高， Hn=2900mm Hn/h=2.9/0.65=4.464 3)框架柱截面高度和跨度一般可取层高的 1/101/15 mmH 2403603600)151101()151101(h0 故所选框架柱截面尺寸均满足构造要求。 7 三、标准层楼面板和非框架梁、楼梯内力计算 3.1 屋面及楼面永久荷载（恒荷载）标准值 1. 楼面做法： 钢筋混凝土现浇板， 10mm混合砂浆抹
15、底 2. 楼面荷载： (1) 恒 荷载 1) 不上人屋面恒荷载（板厚 100mm），见表 5.1。 表 5.1 不上人屋面恒荷载计算 （板厚 100mm） 构造层 面荷载（ kN/mm2） 找平层： 15 厚水泥砂浆 0.01520=0.30 防水层（刚性）： 40 厚 C20 细石混凝土防水 1.0 找平层（柔性 ）：三毡四由铺小石子 0.4 找平层： 15 厚水泥砂浆 0.01520=0.30 找坡层： 40 厚水泥 石灰焦渣 砂浆 C30 混凝土找平 0.0414=0.56 保温层： 80 厚矿渣水泥 0.0814.5=1.16 结构层： 100 厚现浇钢筋混凝土板 0.1025= 2.5 抹灰层： 10 厚混合砂浆 0.0117=0.17 合计： 6.84 取 7.0 2) 标准层楼 面恒荷载（板厚 100mm），见表 5.2。 表 5.2 标准层楼面 恒荷载计算 （板厚 100mm） 构造层 面荷载（ kN/mm2） 板面装修荷载 1.10 结构层： 100 厚现浇钢筋混凝土板 0.1025= 2.5 抹灰层： 10 厚混合砂浆 0.0117=0.17 合计： 4.22 取 4.5
