土木工程毕业设计 宿舍楼结构计算书

目录1第一章建筑1总述6构造设计8防火消防疏散设8屋面排水设计9抗震设计10第二章结构设计计算10.结构设计资料10.结构的选型与布置11框架计算简图及梁柱线刚度14荷载计算26内力计算44内力组合54基础设计55配筋计算60楼梯设计64楼板设计66基础设计70致谢71参考文献山东科技大学学生宿舍楼设计摘要：本工程为山东科技大学学生宿舍楼设计，位于青岛市黄岛区，占地面积约m2，总建筑面积为m2，共四层，每层层高。该工程位于7°抗震设防区，考虑抗震要求采用混凝土框架结构承重体系。根据毕业设计要求，本设计包括建筑设计和结构设计两部分。在建筑设计部分主要进行了总体设计、平立剖面设计及屋面、楼梯、墙体构造设计，并充分考虑不同建筑空间的组合，满足了建筑使用功能的要求；结构设计部分选择了一榀典型框架计算内力并内力组合，通过最不利内力组合计算结构配筋、绘制各主要承重构件结构施工图。关键词：病房大楼；框架结构；建筑设计；结构设计DesignoftheBuildingofShanDongUniversityofTechnologyMajoringinCivilEngineeringHanHongweiTutorNameRenRongAbstract:Accordingtotherequestofgraduationdesignofcivilengineering,theBuildingofShanDongUniversityOfTechnologyisdesignedinthispaper.Thebuildingwhichis6storiesislocatedinHuangDaodistrict,thetotalareaofthebuildingm2,andtheframestructureisappliedinthiswholepaperhastwoparts:architecturaldesignandstructuraldesign.Inthearchitecturaldesign,thepapermainlyincludestheplanedesign,verticaldesignandsectionaldesign.Thefunctionofeachroomiswellconsideredtoconstructthedesignpracticallyandreasonably.Inthepartofstructuraldesignonepintypicalframeisselectedtocalculatethestressescausedbythedirectandindirectactions.Afterthedeterminationoftheinternalforce,thecombinationofinternalforceismadebyusingtheexcelsoftware,whosepurposeistofindoneorseveralsetsofthemostadverseinternalforce,whichisthebasisofprotractingthereinforcingdrawingsofthecomponents.Keywords:building;framestructure;architecturaldesign;structuraldesig第一章建筑设计总述大学生宿舍楼，顾名思义，即满足大学生生活、学习、休息、交往的需要。根据学校的发展规模和需要，适应新时代的办学要求，本人设计的是一栋宽敞明亮、通风良好的现代化宿舍楼，内部设有四人间、六人间、和八人间，。其中每层都设有阳台。依据建筑功能要求，依据《建筑结构方案优选》[1]确定柱网的尺寸，然后，再逐一定出各房间的开间和进深。根据交通、防火与疏散的要求，确定楼梯间的位置和尺寸。确定墙体所用的材料和厚度，以及门窗的型号与尺寸。1.1.1设计总说明本工程为山东科技大学学生宿舍楼，该工程总面积约为m2。根据设计任务书以及《建筑设计资料集》[2]本地区基本风压为w0=m2，基本雪压为kN/m2。该宿舍楼位于抗震设防烈度为7度的区域，建筑结构安全等为二级，场地为2类场地，设防烈度类别为丙类。（1）图中标注除有特别注明外，标高以米计，尺寸以毫米计。（2）本图根据任务书要求按七度地震区抗震设防。楼面（宿舍、储藏室、卫生间等）允许活荷载为m2，楼面房屋正常使用年限为50年。（3）相对湿度：最热月平均湿度为72%。（4）气象条件：最热月平均温度度，最冷月平均温度度。夏季极端最高温度度,冬季极端最低温度-10度。（5）主导风向：全年为西北风，夏季为东南风。（6）雨雪条件：年最大降水量1400mm，月最大降水强度192mm/d1.1.2宿舍楼的总平面设计建筑物要受到建设地段的大小、形状、地形条件、朝向、主导风向、气候条件等的制约，因此要使建筑物能够更好地融入周围环境中，要做好总平面设计。总平面设计应遵循以下原则：1、要根据学校的发展规模和需要，节约用地。2、要因地制宜，合理用地。3、要符合学校的规划要求。4、要满足日照通风要求。5、功能分区明确，各部分之间要有适当隔离，并进行绿化，以减少相互干扰，改善环境卫生条件。6、本工程为学生宿舍楼，建筑的空间处理必须与其功能相协调，需注重严谨的科学性，以合理，恰当的建筑布局反映建筑的本质特征，以"时代、空间、环境、艺术"为主线，体现现代学校建筑设计理念和发展水平。7、结合“生态”，“绿色”，“环保”的概念，充分注重地方和地域的气候特点。注重环保节能措施，并满足日常出入的使用要求。1.1.3设计依据与原则1、设计依据（1）人体尺度和人体活动所需的空间尺度建筑物中设备的尺寸，踏步、窗台、栏杆的高度，门洞、走廊、楼梯的宽度和高度，以至各类房间的高度和面积大小，都和人体尺度以及活动所需的空间尺度直接或间接有关，因此人体尺度和人体活动所需的空间尺度，是确定建筑空间的基本依据之一。（2）衣柜、学习桌的尺寸和使用它们的必要空间。（3）温度、湿度、日照、雨雪、风向、风速等气候条件。日照和主导风向，通常是确定房屋朝向和间距的主要因素，风速是建筑设计考虑结构布置和建筑体型的重要因素，雨雪量的多少对屋顶形式和构造也有一定影响。（4）地形、地质条件和地震烈度地基地形的平缓或起伏，基地的地质构成、土壤特性和地耐力的大小，对建筑物的平面组合、结构布置和建筑体型都有明显的影响。（5）建筑模数和模数制为了建筑设计、构建生产以及施工等方面的尺寸协调，从而提高建筑工业化的水平，降低造价并提高房屋设计和建造的质量和速度，建筑设计应采用国家规定的建筑统一模数制。2、设计原则（1）满足建筑功能要求满足建筑物的功能要求，为大学生的生活活动创造良好的环境，是建筑设计的首要任务。合理设置门窗洞口的大小，合理安排卫生间的位置大小，采光和通风要好。（2）采用合理的技术措施正确选用建筑材料，根据建筑空间组合的特点，选择合理的结构、施工方案，使房屋坚固耐久、建造方便、缩短工期。（3）具有良好的经济效果建造房屋是一个复杂的物质生产过程，需要大量的人力、物力和资金，在房屋的设计和建造中，要因地制宜、就地取材，尽量做到节省劳动力，节约建筑材料和资金。设计和建造房屋要有周密的和核算，重视经济领域的客观规律，讲究经济效果。房屋设计的使用要求和技术措施，要和相应的造价、建筑统一起来。（4）考虑建筑美观要求建筑物是社会的物质和文化财富，它在满足使用要求的同时，还需要考虑人们对建筑物在美观方面的要求，考虑建筑物所赋予人们在精神上的感受。建筑设计要努力创造具有我国时代精神的建筑空间组合与建筑形象。历史上创造的具有时代印记和特点的各种建筑形象，往往是一个国家、一个民族文化传统宝库中的重要组成部分。（5）符合总体规划要求单体建筑是总体规划中组成部分，单体建筑应符合总体规划提出的要求。建筑物的设计还要充分考虑和周围环境的关系，例如原有建筑的状况，道路的走向，基地面积大小以及绿化等方面和拟建建筑物的关系。新设计的单体建筑，应是所在基地形成协调的室内外空间组合、良好的室外环境。1.1.4宿舍楼平面设计根据《建筑制图标准》[3]平面上力求简单、规则、对称，既有利于自然采光和自然通风，同时又有利于抗震建筑物防火性能。整栋建筑为南北朝向，建筑物出入口的朝向为南面。本宿舍楼工程为现浇混凝土框架结构，在框架结构的平面布置上，柱网是竖向承重构件的定位轴线在建筑平面上所形成的网格，使框架结构的脉络，柱网布置既要满足建筑平面布置和使用功能的要求，又要使结构受力合理，构件种类少，施工方便，柱网布置还应与建筑分隔墙布置互相协调，一般常将柱子设在纵墙建筑墙交叉点上，以尽量减少柱网对建筑使用功能的影响。本框架结构宿舍楼采用等跨式柱网布置。各个房间的开间和进深根据现行宿舍建筑设计规定。建筑物的总长为米，总宽度为米，其长宽比约为，满足7度抗震设防区建筑物长宽比不允许超过的要求。1、使用部分的平面设计一个房间使用面积基本包括：床位、公用桌椅所占的面积；宿舍楼中人员洗漱所占活动面积；卫生间所占以及行走、交通所需的面积。宿舍楼中窗台高设计为。宿舍、管理室和卫生间门洞口宽度不应小于，该设计中宿舍洞口为，管理室、和卫生间的门洞口宽度采用，储藏室的门洞口宽度为。（1）管理室及储藏室设置每层均设储藏室，一楼设置一个管理室，布局合理。（2）洗刷间及卫生间设置洗刷间及卫生间平面设计：为方便同学们的洗刷，将洗刷间及卫生间布置在建筑的两侧，都邻近楼道。根据建筑规范，每层均设洗刷间及卫生间，洗刷间的平面尺寸为×,卫生间平面尺寸为×，洗刷间只有门洞无门，卫生间门朝里开。每个卫生间设有八具大便器，每十人设一具大便器。卫生间布置在建筑朝向较差的一面，卫生间有不向邻室对流的直接自然风和天然采光。2、交通联系部分的平面设计一幢建筑物除了有满足各种使用功能的房间以外，还需要有把各个使用房间及室内外有机联系起来的交通联系部分，以保证使用便利和安全疏散。在多层建筑中，楼梯是必不可少的一部分，是楼层人流疏散的必经之路，楼梯的数量、位置及形式应满足使用方便和安全疏散的要求，注重建筑环境空间的艺术效果。设计楼梯时，考虑结构楼梯平面形式的选用，主要依据其使用性质和重要程度来决定。楼梯的平面布置、踏步尺寸、栏杆形式等由建筑设计确定。本建筑中采用板式楼梯，其具有下表面平整，施工支模方便，外观比较轻巧的优点，是一种斜放的板，板端支承在平台梁上。作用于梯段上的荷载直接传至平台梁。本设计主入口选取现浇板板式双分平行楼梯，作为主要交通用的楼梯梯段净宽应根据楼梯使用过程中人流股数确定，一般按每股人流宽度～计算，并不应少于四股人流。楼梯平台部位的净高不应小于2m，楼梯梯段部位的净高不应小于楼梯梯段净高为自踏步前缘线量至直上方凸出物下缘间的铅垂高度。楼梯坡度的选择要从攀登效率，、节省空间、便于人流疏散等方面考虑[4]。因而本建筑楼梯宽度设置为和，休息平台的深度为，楼梯踏步高度选用150mm,踏面选用270mm。走廊作为水平的交通联系其主要功能是连接同一层内的各个房间、楼梯、洗刷间等，以解决建筑物中水平联系和疏散的问题，是建筑物中最大使用的交通联系部分，按要求宽度满足人流通畅和建筑防火的要求。双面布房的走道的最小净宽为，通常单股人流的通行宽度为550~600mm，考虑到柱截面尺寸和基础布置，适当放大取走道宽，可让2人并行通过[4]。3、建筑平面的组合设计本宿舍楼采用走廊两侧布置房间的内廊式组合，这种组合方式平面紧凑，走廊所占的面积较小，房间进深大，节约用地，使各个房间不被穿越，较好的满足各个房间单独使用的要求。虽然一侧的房间朝向较差，采光通风条件也较差，但宿舍楼一般都选用内廊式较为合适。1.1.5宿舍楼立面设计建筑立面是表示房屋四周的外部形象。立面设计和建筑体型组合一样，也是在满足房屋使用要求和技术经济条件的前提下，运用建筑造型和立面构图的一些规律，紧密结合平面、剖面的内部空间组合下进行的。本宿舍楼采用框架结构设计，由于墙体只起围护作用，立面上门窗设置具有很大的灵活性，不仅开启方式灵活，而且具有面积较大的特点，大面积的窗户设计既满足了现代人日常对光线的大量要求，又满足了经济要求，在适用、经济、美观三者关系达到了和谐。在节奏感方面上，本工程采用了简洁的线条加上细部简洁的处理力求给人以轻快明亮的节奏感，创造舒适的居住快感。立面造型活泼，简洁，符合人们的心理特点，能反映时代特色，满足建筑和功能的需要，按照场地的走向设计合理的立面造型。一幢建筑物的体型和立面，最终是以它们的形状、材料质感和色彩等方面的综合给人们留下一个完整深刻的外观印象。在立面轮廓的比例关系、门窗排列、构件组合以及墙面划分基本确定的基础上，材料质感和色彩选择、配置是使建筑里面进一步取得丰富和生动效果的又一重要方面。节奏韵律和虚实对比是使建筑物立面富有表现力的重要设计手法。建筑立面上，相同构件或门窗做有规律的变化和重复，给人以视觉上得到类似音乐诗歌中节奏韵律的感受效果。立面的节奏感，在门窗的排列组合、墙面构件的划分中表现得比较突出。门窗的排列，在满足功能技术条件的前提下，应尽可能调整得既整齐统一又富有节奏变化。突出建筑物立面中的重点，既是建筑造型的设计手法，也是房屋使用功能的需要。建筑物的主要出入口和楼梯间等部分，是人们经常经过和接触的地方，在使用上要求这些部位的地位明显，易于找到，在建筑立面设计中，相应的也对出入口及楼梯间的立面适当的进行了重点处理。设计时在宿舍楼南侧位置设置主要出入口，北侧设有三个板式双跑楼梯。1.1.6宿舍楼剖面设计建筑物的剖面图要反应出建筑物在垂直方向上个部分的组合关系。剖面设计的主要任务是确定建筑物各部分应有的高度、建筑物的层数及建筑空间的组合关系。在建筑物层高上，考虑到建筑空间比例要求及住宅进驻设计规范室内净高要求，该宿舍楼的层高为宿舍建筑常用的，室内外高差为。根据总建筑面积等各方面的要求，该建筑物为四层，总建筑高度为，其高宽比为，满足7度抗震设防烈度区建筑物高宽比不允许超过4的要求。另外从室内采光和通风的角度考虑,窗台的高度取.屋顶为平屋顶形式。为了很好的反映楼层的结构，在设计剖面时，剖到尽可能多的楼梯和门窗等比较重要的部位，使剖面能很好的反映内部结构的布置，楼地面的装修以及梁柱之间相互关系等。洗刷间及卫生间的地面标高低于本层地面标高20mm,防止室外雨水流入室内，并防止强身受潮。房间的净高和层高满足人体活动及采光、通风的要求，同时考虑结构高度及其布置方式的影响，建筑经济效果，室内空间比例等；室内外地面高差设为，其确定主要考虑以下几种要求：内外联系方便，防水、防潮要求地形及环境条件建筑物性格特征等。此设计方案满足“适用、经济、美观”的总体要求,建筑平面简洁、明快、体现时代特征,结构方案合理,体系选择准备、技术先进、利于施工,装饰简洁适用、经济。构造设计1.2.1细部构造做法1、屋面：找平层：15厚水泥砂浆防水层：（刚性）40厚C20细石混凝土防水防水层：（柔性）三毡四油铺小石子找平层：15厚水泥砂浆找坡层：40厚水泥石灰焦渣砂浆3‰找平保温层：80厚矿渣水泥结构层：120厚现浇钢筋混凝土板抹灰层：10厚混合砂浆2、标准层楼面：找平层：15厚水泥砂浆结构层：120厚现浇钢筋混凝土板抹灰层：10厚混合砂浆3、地面做法：10厚1：2水泥砂浆抹面15厚1：3水泥砂浆打底60厚C15混凝土素土夯实4、散水做法：混凝土散水：10厚1：水泥砂浆抹面60厚C10混凝土100厚碎砖或道渣垫层素土夯实5、外墙做法：刷（喷）涂料3厚细纸筋（麻刀）石灰膏抹面6厚1：：2水泥石灰膏砂浆找平层6厚1：1：6水泥石灰膏砂浆刮平扫毛6厚1：：4水泥石灰膏砂浆打底扫毛刷一道加气混凝土界面处理剂1.2.2门窗构造及防水材料1、外窗为镀膜中空玻璃绝热型铝合金窗。入口大厅处的门采用玻璃门，其余的采用普通木门，这样既避免了建筑物的单调又可以使患者得到视觉上的休息。2、防水材料：楼面防水均为聚氨酯防水涂料，屋面为三毡四油屋面防水卷材。1.2.3建筑消防设计该宿舍楼为钢筋混凝土框架结构的四层建筑，耐火等级为二级，总建筑面积为，每层建筑面积为。按《建筑设计手册》[5]设计，每个自然层面积均小于2000m2，符合每层最大允许建筑面积。防火消防疏散设本建筑的耐火等级为二级，防火分区、安全疏散的设置等均应按现行的规范与要求执。1、防火分区：（1）宿舍楼建筑的防火分区结合建筑布局和功能分区进行划分。（2）防火分区的面积除按建筑耐火等级和建筑物高度确定外，各层居室的每一防火分区均设有2个独立的、通向地面或避难层的安全出口。（3）防火分区内的各种居室及辅助使用空间等均采用耐火极限不低于1小时的非燃烧体与其他部分隔开。2、楼梯：两部疏散楼梯均为天然采光和自然通风的楼梯。走廊设疏散指示图标并配有灭火器。 消防用水由给水管网和消防水池供给。室内消防给水采用高压或临时高压给水系统。当室内消防用水量达到最大时，其水压应满足室内最不利点灭火设施的要求。 室外低压给水管道的水压，当生活、生产和消防用水量达到最大时，不应小于(从室外地面算起)。屋面排水设计本建筑排水系统根据室外排水系统的制度和有利于废水回收利用的原则，选择医用污水与废水的合流或分流。屋面排水通畅，首先是选择合适的屋面排水坡度。从排水角度考虑，要求排水坡度越大越好；但从结构上、经济上以及上人活动等的角度考虑，又要求坡度越小越好。一般常视屋面材料的表面粗糙程度和功能需要而定，上人屋面多采用2%。设有女儿墙的平屋顶，可在女儿墙里面设檐沟或近外檐处垫坡排水，雨水口可穿过女儿墙，在外墙外面设水落管，也可设在外墙的里面管道井内的水落管排除。屋顶设计要满足功能，结构、建筑艺术三方面要求，屋顶先建筑的围护结构，应抵御自然界各种环境因素对建筑物的不利影响。屋顶承受风、雨、雪等荷重及其自身重量，因此，屋顶也是房屋的承重构件，应有足够的强度和刚度，以保证房屋的结构安全，并防止因过大的结构变形引起的防水层开裂，且为了使雨水能很好的有组织、通畅的排走，本设计房屋排水的坡度设计2%,采用女儿墙内檐沟排水，雨水口穿过女儿墙，在外墙外面设置雨水管。女儿墙的高度为1000mm，底层布置散水。屋面采用高分子卷材防水屋面，其构建简单，施工方便，造价较低。抗震设计抗震设防烈度为6度及6度以上地区的建筑，必须进行抗震设计[6]。青岛黄岛地区抗震设防烈度为7度，必须进行抗震设防。建筑根据其使用功能的重要性分为甲类、乙类、丙类、丁四个抗震设防类别。甲类建筑应属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑；乙类建筑应属于地震时使用功能不能中断或需要尽快恢复的建筑；丙类建筑应属于除甲、乙、丁类以外的一般建筑，丁类建筑应属于抗震次要建筑。本工程的抗震设防类别为乙类。乙类建筑，地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防的要求。本设计属于框架结构，7度设防，高度小于30m，所以抗震等级为三级，需进行抗震计算。此外，在构造上也采取了相应的抗震构造措施。结构抗震构造措施的主要目的在于加强结构的整体性，保证抗震目的的实现。因此在结构设计时应使梁和柱的中线重合，以使传力直接，减小由于偏心带来的不利影响，框架柱的截面宽度和高度均取600mm。应避免形成短柱。结构的平面布置应使结构平面的质量中心和刚度中心相重合或尽可能靠近，以减小结构的扭转反应。且平面布置应使得平面作为一个截面有尽可能大的扭转刚度，以抵抗事实上难以避免的扭矩。结构的平面布置宜简单对称规则，在框架结构中框架应双向布置，梁中线与柱中线的偏心距不宜大于柱宽的1/4。结构沿竖向布置应尽可能均匀且少变化，使结构刚度沿竖向均匀，不应有错层或局部加层。同一楼层应在同一标高内。另外，梁的截面度不宜小于200mm。截面的高宽比不宜大于4。净跨与界面高度之间不宜大于4。采用扁梁时楼板应现浇，梁中线宜于柱中线重合。当梁宽大于柱宽时，扁梁应双向布置。在外部造型的设计上，为了抵抗地震力，采用横向框架承重的钢筋混凝土框架体系，这样可以允许有宽大的窗子尺寸，创造开敞空间，为病人提供高品质的景观。整个建筑主体造型为一个规则的矩形，有意识地缩减了建筑体量，从而使建筑物的和刚度中心达到重合。总之，本建筑方案的主要特点是，突出“以人为本”，努力创造功能合理，经济适用，安全舒适，环境优美，满足医患需求的病房大楼，方案可实施性较强。第二章结构设计计算.结构设计资料2.1.1.设计概况（一）建设项目名称：山东科技大学学生宿舍楼。（二）建设地点：青岛市黄岛区。2.1.2.设计资料（一）地质水文条件根据工程地质勘察报告，该拟建场地地势平坦，自然地表1米内为填土，填土下层为3米厚砂质粘土，再下为砾石层，砾石粘土承载力标准值为288kn/m2,砾石层允许承载力标准值为368kn/m2。常年地下水位低于—10米，水质对混凝土无腐蚀作用。（二）气象资料：全年为西北风，夏季为东南风，基本风压为w0=350n/m2，基本雪压m2，最热月平均温度度，最冷月平均温度度，夏季极端最高温度，冬季极端最低温-10度。最热月平均湿度72%。年最大降水量1400mm，月最大降水强度192mm/d。（三）抗震设防要求：七度丙类设防。（四）其他条件：框架结构，建筑结构的安全等级为二级，结构设计正常使用年限为50年。屋面为不上人屋面，荷载值为kN/m2。（五）设计标高：室内设计标高，室内外高差450mm。.结构的选型与布置2.2.1.结构选型本设计有四层，为独立宿舍楼，采用框架结构。为便于管理和采光，采用大开间。为了使结构的整体刚度好。楼面、屋面、楼梯、天沟等均采用现浇结构。基础为柱下独立基础。2.2.2.结构选型多层框架结构应设计成双向梁柱抗侧力体系，框架梁、柱中心宜重合。当梁、柱偏心距大于该方向柱宽的时，宜采取增设梁的水平加腋等措施。结合建筑的平面、立面和剖面布置措施，该病房大楼楼的结构平面布置如图2-1所示。图2-1结构平面布置图本建筑中，柱网尺寸为：，EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3。根据结构布置，本建筑除个别板区格为单向板外，其余均为双向板。双向板厚hEMBEDEquation.3l(l为区格短边边长)。本建筑由于楼面活荷载不大，为减轻结构自重和节省材料，楼面板和屋面板的厚度均为120mm。本建筑的材料选用如下：混凝土：采用C30;钢筋：纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB400，其余采用热轧钢筋HPB235;墙体：内外墙均采用粉煤灰轻渣空心砌块，重度=m2;窗：塑刚门窗，=kN/m2。门：门厅处为玻璃门,=26kN/m2,其余为木门，=kN/m2。框架计算简图及梁柱线刚度图2-1所示的框架结构体系纵向和横向均为框架结构，是一个空间结构体系，理应按空间结构进行计算。但是，采用手算和借助简单的计算工具计算空间框架结构太过复杂，《高层建筑结构设计》[7]允许在纵、横两个方向将其按平面框架计算。计算时只作横向框架计算，纵向平面框架的计算方法与横向相同，故从略。本建筑中，除储藏室、洗刷间、卫生间处，纵向框架的间距为米和，荷载基本相同，可选用一榀框架进行计算与配筋，其余框架可参照此榀框架进行配筋。现以5轴线的KJ-2为例进行计算。2.3.1梁、柱截面尺寸估算梁截面高取梁计算跨度的1/18.～1/10，当梁所承受的负载面积较大或荷载较大时，应取上限值，为了避免梁产生剪切脆性破坏，梁的净跨与截面高度之比不宜小于4，梁的截面宽度可取1/3～1/2梁的截面高度。（1）框架梁截面尺寸主梁：最大跨度l=h=(～)l,b=(～)h;取：h=1/=1/×6900=500mmb=h=250mm满足b>=200mm，且h/b=500/250=2<4，符合要求。故主梁初选截面尺寸为：b×h=250mm×500mm次梁:最大跨度l=h=(～)l,b=(～)h;取：h=1/=1/×4800=400mmb=h=200mm[6]满足b>=200mm，且h/b=400/200=2<4，符合要求。故次梁初选截面尺寸为：b×h=200mm×400mm（3）框架柱：底层柱轴力估算：假定结构每平方米总荷载设计值为11kN[7]，则底层中柱的轴力设计值约为：N=EMBEDEquation.3若采用C30混凝土浇捣，查表得=,假定柱截面尺寸bh=500mm500mm;则柱的轴压比为:==<,故确定取柱截面尺寸为500mm500mm。柱编号及尺寸如图2-1所示。为简化施工，各柱截面从底层到顶层不改变。2.3.2确定框架计算简图框架的计算单元如图2-1所示，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。底层柱高从基础顶面算至二层楼面，室内外高差，基础顶面至室外地平通常取，故基顶标高至±的距离定为，二层楼面标高为，故底层柱高为。其余各层柱高从楼面算至上一层楼面（即层高），故均为。由此可绘出框架的计算简图如图2-2所示。图2-2计算简图2.3.3框架梁柱的线刚度计算由于楼面板与框架梁的混凝土一起浇捣，对于中框架梁取I=2I0[8]AB，CD跨梁：BC跨梁：上部各层柱：底层柱：令上部各层柱的，则其余各杆件的相对线刚度为：AB、CD跨梁：EMBEDEquation.3BC跨梁：底层柱：框架梁柱的相对线刚度如图2-2所示，作为计算各节点杆端弯距分配系数的依据。荷载计算为了便于计算以后的内力组合，荷载计算宜按标准值计算[7]。2.4.1恒载标准值计算1、屋面找平层：15厚水泥防水层：（刚性）40厚C20细石混凝土防水防水层：（柔性）三毡四油铺小石子找平层：15厚水泥砂浆EMBEDEquation.DSMT4找坡层：40厚水泥石灰焦渣砂浆3‰找平EMBEDEquation.DSMT4保温层：80厚矿渣水泥EMBEDEquation.DSMT4结构层：120厚现浇钢筋混凝土板EMBEDEquation.DSMT4抹灰层：10厚混合砂浆EMBEDEquation.DSMT4合计EMBEDEquation.DSMT42、各层走廊楼面水磨石地面：10mm面层20mm水泥砂浆打底结构层：120mm厚现浇钢筋混凝土板EMBEDEquation.DSMT4抹灰层：10厚混合砂浆EMBEDEquation.DSMT4合计3、标准层楼面大理石面层，水泥砂浆擦缝：30厚1：3干硬性水泥砂浆，面上撒2厚素水泥水泥浆结合层一道：结构层：120mm厚钢筋混凝土屋面板结构层：EMBEDEquation.DSMT4抹灰层：10厚混合砂浆：EMBEDEquation.DSMT4合计4、梁自重b×h=300mm×600mm自重：EMBEDEquation.3抹灰层：10厚混合砂浆：EMBEDEquation.3合计b×h=250mm×500mm自重：EMBEDEquation.3抹灰层：10厚混合砂浆：EMBEDEquation.3合计基础梁b×h=250mm×400mm自重：EMBEDEquation.35、柱自重自重：EMBEDEquation.3抹灰层：10厚混合砂浆EMBEDEquation.3合计6、外纵墙自重标准层：纵墙：××=铝合金窗：×=水刷石外墙面：水泥粉刷内墙面合计底层纵墙（基础梁高400mm）铝合金窗：×=水刷石内墙面：（）×=水泥粉刷内墙面（）×=合计7、内纵墙自重:标准层:纵墙：×（）×=木门：水泥粉刷内墙面：×=合计底层：纵墙：×木门：水泥粉刷墙面：计8、隔墙自重标准层：隔墙：××=水泥粉刷墙面：××2=合计底层：隔墙：××=水泥粉刷墙面：××2=合计2.4.2活荷载标准值计算1、屋面和楼面活荷载标准值:由表查得：上人屋面：楼面：宿舍：走廊：2、雪荷载标准值:屋面活荷载与雪荷载不同时计入，取两者中较大值。2.4.3竖向荷载下框架受荷总图屋面板传给梁的荷载：确定板传递给梁的荷载，要一个板区格一个板区格地考虑。确定每个板区格上的荷载传递时，先要区分此板区是单向板还是双向板，若是单向板，可沿板的短跨作中线，将板上荷载平均分给两长边的梁；若为双向板，可沿四角点作45°线，将区格板分为四小块，将每小块板上的荷载传递给与之相邻的梁。板传至梁上的三角形或梯形荷载可等效为均布荷载。本结构楼面荷载的传递示意图见图2-3图2-3板传递荷载示意图1、A-B轴间框架梁（C-D轴间）屋面板传给梁的荷载恒载：××[1-2×2ײ+2׳×2=活载：××(1-2ײ+3׳)×2=楼面板传给梁的荷载：恒载：××(1-2ײ+3׳)×2=活载：××(1-2ײ+3׳)×2=梁自重标准值：m1屋面梁：恒载＝梁自重＋板传荷载＝+=kN/m活载＝板传荷载＝楼面框架梁均布荷载为：2梁：恒载＝梁自重＋板传荷载＝+=kN/m活载＝板传自重＝2、B-C轴间框架梁：屋面板传给梁的荷载：恒载：××2×5/8=活载：××2×5/8=楼面板传给梁的荷载：恒载：××2×5/8=活载：××2×5/8=梁自重标准值：框架梁均布荷载为：1屋面梁：恒载=梁自重＋板传荷载＝＋＝m活载＝板传荷载＝②楼面梁：恒载＝梁自重＋板传荷载＝＋＝m活载＝板传荷载＝m3、A轴柱纵向集中荷载的计算（或D轴柱）:顶层柱：女儿墙自重：（做法：墙高1000mm,100mm的混凝土压顶）顶层柱恒载=女儿墙及自重＋梁自重＋板传荷载=×+××5/8××2+（×××+×）×2/4=++=kN顶层柱活载＝板传荷载=×××2×5/8+××××2)/=kN标准层柱恒载＝墙自重＋梁自重＋板传荷载=++=kN标准层柱活载＝板传荷载＝×××2×5/8+××××2)/41=kN基础顶层恒载＝底层外纵墙自重＋基础梁自重＝×＝kN4、B轴柱纵向集中荷载的计算（或C轴柱）(α==,1-2α²+3α³=顶层柱恒载＝梁自重＋板传荷载=×（××5/8×3+×3)×2/4+×××5/8+×××+××2/4=顶层柱活载＝板传荷载=×××2+××5/8×+××5/8×3×2/4+×××2×2/4=kN标准层柱恒载＝梁自重＋内纵墙自重＋板传荷载＝++++＝kN标准层柱活载＝板传活载=基础顶面恒载＝底层内纵墙自重＋基础梁自重＝×+×kN图2-4竖向受荷总图2.4.4风荷载标准值计算作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值：为了简化计算起见，通常将计算单元范围内外墙面的分布荷载化为等量的作用于楼面集中风荷载[7]，计算公式如下：公式（2-1）式中：基本风压--风振系数，因结构高度H＝<30m,可取＝；--风荷载体型系数，本建筑H/B==<4，取；--风压高度变化系数，因建设地点位于青岛市黄岛区，属于有密集建筑群的城市市区，所以地面粗糙度为C类；--下层柱高；--上层柱高；B—计算单元迎风面的宽度，B＝m；计算过程见表2-1表2-1各层楼面处集中荷载标准值 离地高度Z/m 2.4.5风荷载作用下的位移验算位移计算时，各荷载均采用标准值。1、侧移刚度D：表2-2横向2-5层D值的计算 构件名称 A轴柱 EMBEDEquation.3 15061 B轴柱 40600 C轴柱 40600 D轴柱 15061 ∑D=(15061+40600)×2=111322kN/m表2-3横向底层D值的计算 构件名称 A轴柱 10837 B轴柱 35509 C轴柱 35509 D轴柱 10837 ∑D=(35509+10837)х2=92692kN/m2、风荷载作用下框架侧移计算：水平荷载作用下框架的层间侧移可按下式计算：公式（2--2）式中：--第j层的总剪力标准值--第j层所有柱的抗侧刚度之和---第j层的层间位移第一层的层间侧移求出之后，就可以计算各楼板标高处的侧移值和顶点侧移值，各层楼板标高处的侧移值是该层以下各层间侧移之和。顶点侧移是所有各层层间侧移之和。J层侧移：公式（2--3）顶点侧移：公式（2--4）框架在风荷载作用下侧移的计算见表2-4表2-4风荷载作用下框架楼层层间位移与层高之比计算 层次 Wj(kN) Vj(kN) 四 111322 1/175625 三 111322 1/66563 二 111322 1/29000 一 92692 1/9625 侧移验算：对于框架结构楼层层间最大位移与层高之比的限值为1/550，本框架的层间最大位移与层高之比为1/9625，1/6214<1/550，满足要求，框架抗侧刚度足够[4]。2.4.6水平地震作用计算该建筑的高度为<40m，以剪切变形为主，且质量和刚度沿高度均匀分布，故可采用底部剪力法计算水平地震作用[6]。1、重力荷载代表值的计算：屋面处重力荷载代表值＝结构和构配件自重标准值＋×雪荷载标准值楼面处重力荷载代表值＝结构和构配件自重标准值＋×楼面活荷载标准值其中结构和构配件自重取楼面上下各半层范围内（屋面处取顶层的一半）的结构及构配件自重。（1）屋面处的重力荷载标准值的计算：女儿墙的重力荷载代表值的计算:=×+×2=kN屋面板结构层及构造层自重标准值：××=kN4××+×2+8××=kN25×××kN顶层的墙重：EMBEDEquation.3kNkN（2）标准层楼面处重力荷载标准值计算：kNkNkNkNkN=kN（3）底层楼面处重力荷载标准值计算kNkNkNkNkNkN（4）屋顶雪荷载标准值计算kN（5）楼面活荷载标准值计算kN以上为二、三、四层的楼面活荷载kN（6）总重力荷载代表值计算屋面处:=屋面处结构和构件自重＋×雪荷载标准值＝＋×＝标准层楼面处:＝楼面处结构和构件自重＋×活荷载标准值＝＋×＝底层楼面处:＝楼面处结构和构件自重＋×活荷载标准值＝＋×＝2、框架柱抗侧刚度D和结构基本自振周期计算（1）横向D值计算表2-2和表2-3中已将各层每一柱的D值求出，各层柱的总D值计算见表2-5和2-6表2-5横向2—4层D值计算 构件名称 D值（kN/m） 数量 A轴柱 15061 13 195793 B轴柱 40600 13 527800 C轴柱 40600 13 527800 D轴柱 15061 13 195793 kN/m表2-6横向首层D值计算 构件名称 D值（kN/m） 数量 A轴柱 10837 13 140881 B轴柱 35509 13 461617 C轴柱 35509 13 461617 D轴柱 10837 13 140881 kN/m（2）结构基本自振周期计算结构基本自振周期有多种计算方法，这里采用经验公式法和假想顶点位移法进行计算：1）经验公式法：=2）采用假想顶点位移计算结构基本自振周期：现列表计算假想顶点位移表2-7假想顶点位移计算结果 层次 4 890576 3 890576 2 890576 1 741536 结构基本自振周期考虑非结构墙影响折减系数，刚结构的基本自振周期：取＝(3）多遇水平地震作用计算由于该工程所在地区抗震设防烈度为7度，场地土为Ⅱ类，设计地震分组为第二组，查表，得：T=由于，故kN式中--衰减系数，在得区间取；--阻尼调整系数，取阻尼比＝，＝EMBEDEquation.3=＝<=×＝不需要考虑顶部附加水平地震作用的影响对于多质点体系，结构底部总的水平地震作用标准值为：公式（2-6）查表得质点i的水平地震作用标准值，楼层地震剪力及楼层层间位移的计算过程见表2—8表2-8，和的计算 层 4 890576 3 2157 890576 2 890576 1 153674 楼层最大位移与楼层层高之比为：EMBEDEquation.3，满足位移要求(4）剪重比验算：为了保证结构的稳定和安全，需要进行结构刚重比和剪重比验算。各层的刚重比和剪重比见表2-9表2-9各层的剪重比 层号 4 890576 3 890576 2157 2 890576 1 741536 注：一栏中分子为第j层的重力荷载代表值，分母为第j层的重力荷载设计值。刚重比计算用重力荷载设计值，剪重比计算用重力荷载代表值。由表2—9可见，各层的刚重比均大于20，不必考虑重力二阶效应，各层的剪重比均大于，满足剪重比的要求[4]。内力计算2.5.1恒荷载内力计算奇数跨在对称荷载作用下可取半结构结算[8]1、固端弯矩计算：图2－5恒载作用下均布荷载顶层边跨：顶层中跨：中间层边跨：中间层中跨：2、分层计算弯距2分配系数计算如下：,,（1）顶层：图2－6顶层弯矩分配图（2）中间层：分配系数计算如下：,,图2－7中间层弯矩分配图（）（3）底层：分配系数计算如下:,图2－8底层弯矩分配图（）（4）恒荷载作用下梁柱不平衡弯矩分配，计算过程见下图，方框内为原不平衡弯矩。图2－9不平衡弯距分配不平衡弯矩调整之后既可得出恒荷载作用下框架弯矩图，见图2-10图2—10恒荷载作用下M图（）3、计算剪力：kNkNkNkNkNkNkN,,kNkNkNkN,,kNkNkNkN,,恒荷载作用下V图如图2—11所示：图2—11恒荷载作用下V图（kN）4计算轴力：已知某节点上柱传来的轴力和左右传来的剪力时，其下柱的轴力为：,式中，，以压力为正，拉力为负。图2—12恒荷载作用下N图（kN）2.5.2活荷载作用下内力计算作用于该结构的活荷载如下图所示：图2－13活载作用下均布荷载1、固端弯矩计算：顶层边跨：顶层中跨：中间层边跨：中间层中跨：2、分层计算弯矩：（1）顶层：图2－14顶层弯矩分配图（）（2）中间层：图2－15中间层弯矩分配图（）（3）底层：图2-16底层弯矩分配图（4）活荷载作用下梁柱不平衡弯矩分配，计算过程见下图，方框内为原不平衡弯矩。图2-17不平衡弯距分配不平衡弯矩调整后即可的出活荷载作用下框架弯矩图，见图2—18图2—18活荷载作用下弯矩图（）注：因为楼面活荷载是按满布计算的，故跨中弯矩应乘以。3、计算剪力：如图2—19所示：图2－19活荷载作用下V图（kN）4、计算轴力：活荷载作用下轴力计算与恒荷载作用下计算方法相同。图2－20活荷载作用下N图（kN）2.5.3风荷载标准值作用下的内力计算框架在风荷载（从左向右吹）下的内力用D值法（改进的反弯点法）进行计算，其步骤为：求各柱反弯点处的剪力值；1、求各柱反弯点高度；2、求各柱的杆端弯矩及梁端弯矩；3、求各柱的轴力和剪力。4、第i层第m柱所分配的剪力为：，，为第i层楼面处集中风荷载标准值，见表2－10，为第i层第m根柱的抗侧刚度，可查表计算。框架柱自柱底开始计算的反弯点位置与柱高之比可查表得，计算结果如表2-10－2-13所示。表2-10A(D)轴框架住反弯点位置 层号 h/m y yh/m 4 0 0 0 3 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 0 表2-11C(D)轴柱框架柱反弯点位置 层号 h/m y2 y yh/m 4 0 0 0 3 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 0 框架各柱的杆端弯矩，梁端弯矩按下式计算：公式(2-5)公式(2-6)中柱：公式(2-7)公式(2-8)边柱：公式(2-9)表2-12风荷载作用下A(D)轴框架柱剪力和梁柱端弯矩的计算 层 （kN） yh(m) 4 111322 15061 3 111322 15061 2 111322 15061 1 92692 10837 表2-13风荷载作用下B轴框架柱剪力和梁柱端弯矩的计算 层 （kN） yh(m) 4 111322 40600 3 111322 40600 2 111322 40600 1 92692 35509 表2-14荷载作用下C轴框架柱剪力和梁柱端弯矩的计算 层 （kN） yh(m) 4 111322 40600 3 111322 40600 2 111322 40600 1 92692 35509 表2-15框架柱轴力与梁端剪力的计算结果 层 梁端剪力（kN） 柱轴力（kN） AB跨 BC跨 CD跨 A轴 B轴 C轴 D轴 EMBEDEquation.3 4 3 2 1 注：轴力压力为正，拉力为负。2.5.4框架地震内力框架柱剪力和柱端弯矩计算采用D值法，计算过程和结果见表2-12－2-14，其中反弯点相对高度y值已在2－10和2－11中求得。表2-16横向水平地震荷载作用下A(D)轴框架柱剪力和梁柱端弯矩的计算 层 （kN） yh(m) 4 890576 15061 3 2157 890576 15061 2 890576 15061 1 741536 10837 表2-17横向水平地震荷载作用下B轴框架柱剪力和梁柱端弯矩的计 层 （kN） yh(m) 4 890576 40600 3 2157 890576 40600 2 890576 40600 1 741536 35509 表2-18横向水平地震荷载作用下C轴框架柱剪力和梁柱端弯矩的计算 层 （kN） yh(m) 4 890576 40600 3 2157 890576 40600 2 890576 40600 1 741536 35509 横向水平地震作用下的弯矩图、剪力图、轴力图如图2-21－2-23所示。图2-21横向水平地震作用下M图（）图2－23横向水平地震作用下N图（kN）2.5.5重力荷载代表值计算:－重力荷载代表值；－结构恒载标准值；－有关活载（可变荷载）标准值；－有关活载组合系数。[5](1)作用于屋面处均布重力荷载代表值计算：kN/mkN/m,kN/m(2)作用于楼面处均布重力荷载代表值计算：kN/mkN/mEMBEDEquation.3kN/m(3)由均布荷载代表值在屋面处引起的固端弯矩：,,EMBEDEquation.3,(4)由均布荷载代表值在楼面处引起的固端弯矩：,,,(5)用分层法求解重力荷载代表值下的弯矩图：1）顶层：图2－24顶层弯矩分配图（）2）中间层：图2－25中间层弯矩分配图（）3)底层：图2－26底层弯矩分配图4)不平衡弯矩分配，如下图所示：图2－27不平衡弯距分配图2-28重力荷载代表值作用下M图（）表2-19重力荷载代表值下AB跨梁端剪力计算 层 4 3 2 1 表2－20重力荷载代表值下BC跨梁端剪力计算 层 4 3 0 3 3 0 2 3 0 1 3 0 表2-21重力荷载代表值下CD跨梁端剪力计算 层 4 3 2 1 图2-29重力荷载代表值作用下V图（kN）图2—30重力荷载代表值作用下N图（kN）内力组合各种荷载情况下得内力求得后，根据最不利又是可能得原则进行内力组合。当考虑结构塑性内力重分布得有利影响时，应在内力组合之前对竖向荷载作用下得内力进行调幅。当有地震作用时，应分别考虑恒荷载和活荷载由可变荷载效应控制得组合，由永久荷载效应控制得组合及重力荷载代表值与地震作用得组合，并比较三种组合得内力，取最不利者。由于构件控制截面得内力值应取自支座边缘处，为此，进行组合前，应先计算各控制截面处得内力值。梁支座边缘处得内力值：公式（2-10）公式（2-11）--支座边缘截面得弯矩标准值--支座边缘截面得剪力标准值M—梁柱中线交点柱上端控制截面在上层得梁底，柱下端控制截面在下层得梁顶。按轴线计算简图算得柱端内力值，换算成控制截面处得值。为了简化起见，采用轴线处内力值，这样算得的钢筋用量比需要的钢筋用量略微多一点[10]。各内力组合见表2-26—2-33EMBEDExcel.Sheet.8EMBEDExcel.Sheet.8EMBEDExcel.Sheet.8EMBEDExcel.Sheet.8基础设计采用柱下钢筋混凝土独立基础，基础埋置深度d=，基础混凝土强度等级采用C30，垫层厚度为100mm，采用HRB335级钢筋，地基承载力特征值，初步确定基础总高度。2.7.1边柱A设计：基础顶轴向力标准值kN，弯矩标准值，剪力标准值kN地基承载力特征值按基础埋深进行修正，近似取201．确定基础底面尺寸先按轴心受压估算，d=（+）/2=,m2偏心将其增大20％--40％，初步选用底面尺寸为：b=，=m2kN基础边缘得最大和最小压力计算：﹤故该基础地面尺寸是满足要求得。配筋计算由附表查得混凝土强度：C30，钢筋强度：HPB235，HRB400，[11]2.8.1框架柱截面设计查表，得：框架的抗震等级为三级，高度H＝<30m，设防烈度(1)轴压比验算：底层柱：kN轴压比：则B轴柱得轴压比满足要求。（2）正截面受弯承载力计算：柱同一截面分别承受正，反向弯矩，故采用对称配筋。B轴柱：kN1层：从柱得内力组合表可见，为大偏压，选用M大N小得组合最不利组合为:,kN柱的计算长度为：m