某师范大学4号综合实验楼设计 土木毕业设计.doc

西安建筑科技大学 毕业设计（论文）任务书 题 目： 某师范大学4号综合实验楼设计 院（系）： 土木工程学院 专 业： 土木工程 姓 名： 学 号： 指导教师： 日 期： 第 1 页 题目：某师范大学 4 号综合实验楼设计 一、工程概况： 1. 工程名称：某师范大学 4 号综合实验楼。 2. 建设场地：经上级主管部门审核批准，某师范大学拟在新校区修建一综合实验楼， 建设用地见附图。 3. 建设规模： 该 4 号实验楼建筑面积约 8400m2(5%)，使用人数为 240 人左右， 层数 67 层，钢筋混凝土框架结构。要求工期为 12 个月，自 2008 年 7 月开始建设。 表 1 以实验功能为主房间组成及面积 序号 房间名称 房间个数 每间建筑使用面积(m 2) 备注 1 教室 1530 4570 2 各种专业实验室等 1224 7585 3 化学实验室 48 7585 4 综合实验室 37 6075 5 资料室 48 4060 6 办公 812 2040 7 值班 1 2030 注：表 1 中每种房间数量可根据面积做适当调整,“各种专业实验室等”可包括物理实 验室、电工实验室、光学仪器室、视频室、全息照相室、分拆天平室、植物实验 室、地质实验室、标本及模型室、水文试验室、地理演示室、土壤试验室，每一 种可设计 12 间。 二、设计原始资料 l. 工程地质条件 建筑场地位于河 ii 级阶地上，地形较平坦，勘探表明，场地地层从上到下由素填土 和黄土状土构成，其中素填土层厚 1.42.5m ，以下为黄土状土层，地基土承载力特征值， fak=150kpa，场地为 ii 级非自重湿陷性黄土场地，地下水位标高为-8.6m。在多雨季无显 第 2 页 著变化。水无侵蚀性，土壤冻结深度为 0.45m，冻冰期 35d，室内外计算温度 。8c32t 2. 气象条件 最热月平均温度 27.3（绝对最高气温 41.7）最冷月平均温度-1.7（绝对最低气 温-20.6 ） ，空气相对湿度，最热月平均 72，最冷月平均 70。 主导风向：冬夏季为东北风 基本风压值：0.35kn/m 2 基本雪压值：0.25kn/m 2 三、设计任务及要求 1.建筑设计部分 要求通过毕业设计了解并掌握中小型民用建筑设计全过程，培养学生在具体条件下分 析问题、解决问题的能力，要求在规定时间内，确定建筑方案，进行平面、立面及剖面设 计，选用内外装修材料，绘制有关施工图，写出建筑总说明及本人所作设计的有关依据及 思想。 2.结构设计部分 通过毕业设计，要求学生掌握多层房屋的结构选型、布置、计算及结构施工图绘制的 全过程，学习使用工程软件，利用计算机进行结构计算，了解计算机绘图方法，学习使用 各种设计规范及标准图，其有关内容如下： 1. 多层和高层房屋体型的选择，多层框架房屋的结构方案及布置； 2. 结构计算： （1）初拟构件截面尺寸、材料选用，荷载计算； （2）水平地震作用下，框架抗震变形验算； （3）用手算方法进行一榀框架的内力分析、计算及组合； （4）构件截面设计； （5）用工程软件计算框架内力及配筋，并与手算结果进行比较分析； （6）基础设计。 3.施工设计部分 熟悉招标程序中有关文件的撰写，掌握工程量清单的编制和计算。 第 3 页 四、参考设计参数： 1 设计使用年限 50 年 2 抗震设防类别 丙类 3 抗震设防烈度 7 8 4 设计基本地震加速度 0.1g 0.15g 0.2g 5 多遇地震的水平地震影响系数最大值 max0.08 0.12 0.16 类，第一组， 35.0gt 类，第二组， 46 场地类别，设计地震分组，特征周期 类，第一组， .g 7 竖向承重结构体系，层数 rc 框架， 层 小柱网： 8 柱网尺寸:如大柱网(6.9+2.7+6.9)7.2 大柱网： 9 混凝土强度等级 10 现浇 rc 框架房屋（30m ）的抗震等级 三 二 五、设计成果要求 1.设计计算说明书一份 其中主要包括目录、正文和参考文献等。正文部分包括：建筑设计、结构选型、方案 比较、施工招标文件的设计思路、设计依据，对设计中所遇到问题的分析及完整的结构计 算步骤、数据、表格和构件的截面设计。 2.建筑施工图：34 张，主要内容包括： 1. 底层平面图； 2. 标准层平面图； 3. 顶层平面图； 4. 主立面、侧立面、剖面图及节点详图。 3.结构施工图：3 张，主要内容包括： 第 4 页 1. 基础平面布置图和一根基础梁配筋图； 2. 顶、底层除外的某一层结构平面布置图； 3. 一榀框架配筋图。 4.施工设计： 1.公开招标公告； 2.资格预审文件； 3.招标文件。 五、国家标准及设计参考资料 1.建筑设计部分 1 国家标准. 房屋建筑制图统一标准（gb/t 500012001）北京：中国计划出版社， 2002 2 国家标准. 建筑制图标准（gb/t 501042001）. 北京：中国计划出版社，2002 3 国家标准. 高层民用建筑防火规范（gb500452005） . 北京：中国计划出版社，2005 4 国家标准. 办公建筑设计规范（jgj6789）. 北京：中国建筑工业出版社，1989 5 同济大学、西安建筑科技大学、东南大学、重庆大学合编. 房屋建筑学. 北京：中国 建筑工业出版社，2005 6 建筑设计资料集编委会. 建筑设计资料集（第二版） 3、5 中国建筑工业出版社，1998 2.结构设计部分 1 国家标准. 建筑结构荷载规范（ gb 500092001）. 北京：中国建筑工业出版社， 2001 2 国家标准 . 混凝土结构设计规范（ gb 500102002）. 北京：中国建筑工业出版社， 2002 3 国家标准. 建筑抗震设计规范（ gb 500112001）. 北京：中国建筑工业出版社， 2001 4 国家标准. 建筑抗震设防分类标准（gb 502232004 ）. 北京：中国建筑工业出版社， 2004 5 国家标准. 建筑地基基础设计规范（gb 500072002 ）. 北京：中国建筑工业出版社， 2002 6 国家标准 . 湿陷性黄土地区建筑规范（ gb 500252004）. 北京：中国建筑工业出版 社，2004 第 5 页 7 国家行业标准. 高层建筑混凝土结构技术规程（jgj 32002、j 1862002）. 北京： 中国建筑工业出版社，2002 10 国家建筑标准设计图集. 建筑物抗震构造详图（03g3291）. 中国建筑标准设计研 究院出版，2003 11 国家标准. 建筑结构制图标准（gb/t501052001）. 北京：中国计划出版社，2002 12 龚思礼主编. 建筑抗震设计手册（第二版）. 北京：中国建筑工业出版社， 2002 13 中国有色工程设计研究总院.混凝土结构构造手册. 中国建筑工业出版社 .2003 14 梁兴文、王社良、李晓文等编著. 混凝土结构设计原理 . 北京：科学出版社，2003 15 梁兴文、史庆轩编著. 混凝土结构设计. 北京：科学出版社， 2004 16 丰定国、王社良主编. 抗震结构设计（第 2 版）. 武汉：武汉工业大学出版社， 2003 17 霍达主编. 高层建筑结构设计. 北京：高等教育出版社， 2004 18 梁兴文、史庆轩主编. 土木工程专业毕业设计指导. 北京：科学出版社，2002 3.施工设计部分 1 国家标准. 建筑工程工程量清单计价规范（gb50500 2003）. 北京：中国计划出版社， 2003 2 王士川、李慧民、胡长明编. 施工技术m. 北京：冶金工业出版社， 2001 3 建筑施工手册编写组编. 建筑施工手册m. 北京：中国建筑工业出版社， 2003 4 李自林. 工程量清单招标投标工作手册. 北京：石油工业出版社， 2004 5 叶东文、马占福编. 招标投标法律实务. 北京：中国建筑工业出版社， 2003 6 何红锋，刘忠魁主编.招标投标文件范本汇编 天津：天津大学出版社， 2004 六、设计进度 三部分设计时间分别为：建筑设计 3 周、结构设计 9 周、施工设计 3 周，共 15 周。 各部分设计进度如下： 建筑设计进度 序号 设计内容 设计时间 （天） 1 布置设计任务、方案草图 4 2 工具草图、构造设计 5 3 正式图 5 第 6 页 4 整理 1 合计 15 结构设计进度 序号 设计内容 设计时间 （天） 1 查阅中外文资料 2 2 结构设计总说明 4 3 确定计算简图、计算结构刚度 3 4 重力荷载及横向水平地震作用计算 4 5 横向水平地震作用下结构内力分析及位移验算 5 6 重力荷载作用下框架内力分析 6 7 内力组合 4 8 截面设计 4 9 上机计算 2 10 绘图 9 11 整理 2 合计 45 施工设计进度 序号 设计内容 设计时间 （天） 1 收集并查阅资料 2 2 招标文件的编制 13 第 7 页 合计 15 第 8 页 附图： 750 80n 具体要求： 态度认真、遵守纪律，全面完成设计任务；说明书简练工整、程序清晰、依据准确、 计算部分尽量表格化；图纸整洁匀称、正确表达设计意图，构造合理，尺寸齐全，符合制 图标准。 设计总说明 本工程为某师范大学 4 号综合实验楼，主体结构采用现浇钢筋混凝土框架 结构，总长度为 74.7m，总宽度为 18m, 总高度为 22.05m，总建筑面积为 8108m2，共六层，各层层高均为 3.6 米。 本毕业设计主要完成以下内容： 一、建筑设计 根据建筑的使用功能进行建筑的平面布置及建筑造型设计，并确定建筑材 料及绘制建筑施工图。 二、结构设计 1.结构布置及结构计算简图； 2.确定梁、柱截面尺寸； 3.荷载计算，包括重力荷载、水平地震作用等； 4.荷载效应组合； 5.梁、柱配筋计算； 6.基础设计； 7.绘制结构施工图； 8.利用计算机程序进行结构分析。 三、招标文件制作 关键词：建筑设计，钢筋混凝土，框架结构，抗震设计，结构计算 general statement for design this engineering is the no.4 multiple-use building of a normal university,and the form of the base structure of this building is frame structure of cast-in-place concrete,with the total length of 74.7m,with the total wedth of 18m,with the total height of 22.05m,and with the total built-up area of 8108m2.the building has six stories and the height of each story is 3.6m. the purpose of the graduation design including the following contents: i. architecture design according the building function to arrange the rooms of the building, determine the architectural style and the material of the building and draw the architectural working drawing. ii. strcture design 1. determine the construction arrangement and the calculate concise picture. 2.determine beam、column cross-section size. 3. load calculate. including gravity load、horizontal earthquake load and so on. 4. load effect combination. 5. calculate the required reinforcing bar of the beam and column. 6. foundation design 7. draw the working drawing of building structure. 8. strcture analysis by computer program. iii. draw up a public bidding documents of this engineering. key words: architecture design, reinforced concrete, frame structure, anti- seismic design, structure calculation, 第 i 页 目录 第一篇 建筑设计 建筑设计说明 2 1.1 工程概况 2 1.2 设计依据 3 1.3 建筑总平面布置 3 1.4 建筑平面设计 .4 1.5 筑剖面设计 5 1.6 建筑立面设计 7 第二篇 结构设计 1 结构设计技术条件 9 1.1 工程概况 9 1.2 设计依据 9 1.3 荷载取值 11 1.4 结构总体布置 12 1.5 主要承重构件及墙体截面尺寸 13 1.6 基础 13 1.7 材料 13 1.8 结构计算原则和方法 .14 2 结构方案 15 2.1 结构体系 15 2.2 结构布置 15 2.3 计算简图 18 3 框架侧移刚度计算 19 3.1 梁柱线刚度计算 19 3.2 柱侧移刚度 d 值计算 .19 4 重力荷载计算 22 4.1 屋面及楼面的永久荷载标准值 22 4.2 屋面及楼面可变荷载标准值 22 4.3 梁、柱、墙、门、窗重力荷载计算 23 第 ii 页 4.4 重力荷载代表值计算 .24 5 横向水平地震作用下框架内力和侧移计算 27 5.1 横向自振周期计算 27 5.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算 28 5.3 水平地震作用下的位移验算 29 5.4 水平地震作用下框架内力计算 31 6 竖向荷载作用下框架结构的内力计算 36 6.1 计算单元 36 6.2 荷载计算 36 7 内力组合 49 7.1 组合原则 49 7.2 框架梁内力组合 50 7.3 框架柱内力组合 .54 8 截面设计 60 8.1 框架梁截面设计 60 8.2 框架柱截面设计 64 8.3 框架梁柱节点设计 71 9 基础设计 74 9.1 基础参数选取 74 9.2 地基土承载力验算 75 9.3 基础内力计算 76 9.4 基础配筋计算 78 第三篇 招标文件 招标公告 84 资格预审文件 86 第一章 申请人须知 .87 第二章 资格审查办法（合格制） .90 第三章 资格预审申请文件格式 .93 招标文件 94 第一章 投标人须知 .95 第二章 合同条款及格式 .98 第三章 工程量清单 .99 第 iii 页 附 工程量计算表 .115 参考文献 131 致谢 132 第一篇 建筑设计 第 2 页 建筑设计说明 1 工程概况 1.1 项目名称： 某师范大学 4 号综合实验楼 1.2 建设场地： 本工程建设场地为某师范大学拟新校区，周围均为学校新建的行政办公楼 或教学楼，无特殊树木及文物古迹等，场地周围道路均为新建或待建校内道路。 1.3 建设规模： 该 4 号实验楼建筑面积约 8108m2，使用人数为 240 人左右，层数 6 层， 钢筋混凝土框架结构。要求工期为 12 个月，自 2008 年 7 月开始建设。本项目 房间组成及规划使用面积如表 1 所示。 表 1 房间组成及面积 序号 房间名称 房间个数 每间建筑使用面积(m 2) 备注 1 教室 16 70.15 2 各种专业实验室等 16 94.00 3 化学实验室 7 94.00 4 综合实验室 5 70.15 5 资料室 6 46.12 6 办公 12 46.12 7 值班 1 22.27 第 3 页 注：表 1 中每种房间数量可根据面积做适当调整， “各种专业实验室等”包括物理实验室、 电工实验室、光学仪器室、视频室、全息照相室、分拆天平室、植物实验室、地质实验室、 标本及模型室、水文试验室、地理演示室、土壤试验室。 2 设计依据 2.1 设计原始资料 （1）工程所在地的气象资料： 最热月平均温度 27.3（绝对最高气温 41.7）最冷月平均温度-1.7 （绝对最低气温-20.6） ，空气相对湿度，最热月平均 72，最冷月平均 70。 主导风向：冬夏季为东北风 基本风压值：0.35knm 2 基本雪压值：0.25knm 2 （1）建筑场地工程地质条件： 建筑场地位于河 ii 级阶地上，地形较平坦，勘探表明，场地地层从上到 下由素填土和黄土状土构成，其中素填土层厚 1.42.5m ，以下为黄土状土层， 地基土承载力特征值，f ak=150kpa，场地为 ii 级非自重湿陷性黄土场地，地下 水位标高为-8.6m。在多雨季无显著变化。水无侵蚀性，土壤冻结深度为 0.45m，冻冰期 35d，室内外计算温度 。8c32t 2.2 相关规范及标准： 民用建筑设计通则 （gb 503522005） 办公建筑设计规范 （jgj672006） 建筑设计防火规范 （gb500162006） 建筑楼梯模数协调标准 （gbj 10187） 城市道路和建筑无障碍设计规范 （jgj 502001 ） 房屋建筑制图统一标准 （gb/t500012001） 建筑制图标准 （gb/t501042001） 第 4 页 3 建筑总平面布置 基于教学实验楼建筑的使用功能和外观形式的要求，整个规划设计力求色 彩简洁，外型大方，形成具有简洁明快时代特征的建筑风格。首先根据给定的 房间的面积、个数、用途初步定出功能分区，分别处理好主用功能与次要功能 分区，静与闹的关系，建筑功能的对内对外的关系，同时注意人流分析，避免 发生不必要的人流交叉。考虑到拟建建筑与道路和原有建筑的对位关系，人流 疏散的问题和所给场地局限性，综合实验楼的入口方向朝北，与原有建筑对立。 该建筑耐火等级为二级，四周较空旷，房屋间距满足防火间距的要求，且 建筑周围绿化面积也满足绿化率要求。消防车道还可以利用建筑周边道路，消 防车可以到达建筑每个位置。另外，建筑的日照，通风，卫生等要求均能满足。 总平面设计图见 3 号建筑施工图。 4 建筑平面设计 4.1 柱网布置： 该建筑主要用于普通教室与实验室，还有部分办公室，房间使用面积相差 过大，所以取开间为 3.3m，进深 7.2m，采用柱距为 6.6m 的大柱网，大柱网建 筑布置灵活，使用方便，技术经济指标也比较高。在建筑中间部位因为门厅和 楼梯布置的要求采用了 8.1m 的柱距，柱网布置如图 1 所示。 图 1.1 柱网布置图 4.2 平面布局 第 5 页 首先，为能更好地满足使用功能的要求，把采光要求较高的教室和办公室 等房间置于朝向较好的位置即南面，而实验室等不宜受到阳光直射的房间则正 好布置在建筑的北面。而对于资料室，因其建筑荷载较大且数量不多，所以集 中将其布置于底层南面。 该建筑预计使用人数为 240 人左右，人员相对较少，故所需卫生间数量也 较少，每层只需男女各一个卫生间，分别布置在建筑东西两侧约二分之一处的 阴面（北面） ，卫生间都带有前室，且通风良好以减少异味，各层卫生间都上 下对齐布置，方便给排水管道穿管。 图 1.2 标准层建筑平面图 交通联系的布置，走廊考虑了柱子对于轴线的突出，取轴线尺寸为 3000mm，以满足走廊净宽和舒适的要求。根据办公建筑设计规范 （jgj672006 ）第 4.1.3 条，五层及五层以上办公楼均应设置电梯，本工程在 建筑中部设置两部电梯。并且除在电梯附近设有一部主要楼梯外，还在建筑两 端各设有一部疏散楼梯，满足建筑设计防火规范 （gb50016 2006）安全 疏散的要求。本工程建筑设计的标准层平面图如图 1.2 所示。 5 建筑剖面设计 5.1 房屋高度尺寸的确定 该建筑为 6 层，因为框架梁跨度较大，故而楼盖梁高相应地增大，为了满 足使用功能和舒适度的要求，各层层高均取 3.6m 。在门厅部位，因为门厅面 第 6 页 积较大，如果只有 3.6m 层高会使人感到有压抑感，故在门厅部位采用了部分 一二层通高的方案。 5.2 室内外高差的确定 外为了防止室外雨水流入室内，防止建筑物因为不均匀沉降使地面降低， 为了满足建筑使用的要求，取室内外高差为 450mm。建筑剖面图如图 1.3 所示。 第 7 页 图 1.3 建筑剖面图 6 建筑立面设计 建筑立面图见 1 号建筑施工图，本工程立面设计没有外加装饰，窗采用 2.1m1.8m 的推拉窗，局部窗型变化且呈对称布置，房间窗地比均大于 1/7， 第 8 页 满足采光要求。出入口大门均采用玻璃门，主出入口采用悬索型玻璃雨篷，雨 篷以上为整片隐框玻璃幕墙，其余墙面则采用不颜色面砖贴出均称线条做饰面。 另外，在主（南）立面的幕墙两侧及卫生间部位，因不影响内部房间使用而向 内凹进一定距离，使框架梁独立在外面而形成立体的错位组合，整体风格简洁 明快，朴实大方，体现出了科研建筑的性格特征。 图 1.4 建筑立面图 第二篇 结构设计 第 10 页 1 结构设计技术条件 1.1 工程概况 项目名称：某师范大学 4 号综合实验楼 建设地点：某师范大学新校区 建筑面积：8108m 2 建筑高度：22.05m 层 高：3.6m 层 数：6 层 周围建筑：本建筑北边有一四层建筑，距本建筑 40m 1.2 设计依据 1.2.1 国家标准 （1） 国家标准. 建筑结构荷载规范（gb 500092001） 2006 （2） 国家标准. 建筑抗震设计规范（gb 500112001） （3） 国家标准. 建筑工程抗震设防分类标准（gb 50223 2004） （4） 国家标准. 混凝土结构设计规范（gb 500102002 ） （6） 国家建筑标准设计图集. 建筑物抗震构造详图（03g329 1） （8） 国家标准. 建筑地基基础设计规范（gb 500072002 ） （10） 国家标准. 湿陷性黄土地区建筑规范（gb 50025 2004） 1.2.2 地质勘察报告 建筑场地位于河 ii 级阶地上，地形较平坦，勘探表明，场地地层从上到 下由素填土和黄土状土构成，其中素填土层厚 1.42.5m ，以下为黄土状土层， 地基土承载力特征值，f ak=150kpa，场地为 ii 级非自重湿陷性黄土场地，地下 第 11 页 水位标高为-8.6m。在多雨季无显著变化。水无侵蚀性，土壤冻结深度为 0.45m，冻冰期 35d，室内外计算温度 。8c32t 1.2.3 结构设计参数 技术指标 技术条件 取值依据 建筑结构安全等级 二级 建筑结构可靠度设计统一标准第 1.0.8条 设计使用年限 50 年 建筑结构可靠度设计统一标准第 1.0.5条 抗震设防烈度 8 度 建筑抗震设计规范3.2.4 条 建筑抗震设防类别 丙类 建筑工程抗震设防分类标准第 6.0.8 条 设计基本地震加速度 0.20g 建筑抗震设计规范第 3.2.4 条 设计地震分组 第一组 建筑抗震设计规范第 3.2.4 条 场地类别 类 建筑抗震设计规范第 4.1.6 条 房屋抗震等级 二级 建筑抗震设计规范第 6.1.2 条 湿陷性黄土地基 的湿陷类型 非自重 湿陷型 湿陷性黄土地区建筑规范4.4.7 条 湿陷等级 级 湿陷性黄土地区建筑规范第 4.4.7 条 建筑物分类 丙类 湿陷性黄土地区建筑规范第 3.0.1 条 地基处理方式 垫层法 湿陷性黄土地区建筑规范第 6.2 节 地基基础设计等级 丙级 建筑地基基础设计规范第 3.0.1 条 0.000 以 上 一类混凝土 环境类别 0.000 以 下 二类 b 混凝土结构设计规范3.4.1 条 1.2.4 抗震设计参数 地震影响 水平地震影响 系数最大值 特征周期 取值依据 第 12 页 多遇地震 0.16max 罕遇地震 0.90 0.35 gt建筑抗震设计规范第 5.1.4 条 1.3 荷载取值 1.3.1 风荷载、雪荷载 荷载类型 取值（kn/m 2） 取值依据 基本风压 0.35 建筑结构荷载规范第 7.1.2 条 基本雪压 0.25 建筑结构荷载规范第 6.1.2 条 1.3.2 楼面、屋面活荷载标准值 荷载类型 取值（kn/m 2） 取值依据 房间 2.0 卫生间 2.0 走廊、门厅、楼 梯 2.0 挑出阳台 2.5 屋面（上人） 2.0 建筑结构荷载规范第 4.1.1 条 1.3.3 电梯及机房设备重力荷载标准值： 50kn（估算） 1.3.4 结构重要性系数、荷载分项系数、可变荷载组合值系数等系数取值 非抗震设计 极限 状态 系数名称 系数取值 取值依据 结构重要性系数 01.0 建筑结构可靠度设计统一标准第 7.0.3 条 承载 能力 永久荷载 分项 当其效 应对结 构不利 由可变荷载效应 控制的组合 g1.2 建筑结构可靠度设计 统一标准第 7.0.4 条 第 13 页 时 由永久荷载效应 控制的组合 g1.35系数 当其效应对结构有利时 1.0 续表 极限 状态 系数名称 系数取值 取值依据 当其效应对结构不利时 1.4q 承载 能力 可变荷 分项系 数 当其效应对结构有利时 0 建筑结构可靠度设计 统一标准第 7.0.4 条 楼面活荷载组合值系数 0.5ic建筑结构荷载规范第 4.1.1 条 屋面活荷载组合值系数 0ic建筑结构荷载规范第 4.3.2 条正常使用 风荷载组合值系数 0ic建筑结构荷载规范第 7.1.4 条 抗震设计 系数名称 系数取值 取值依据 梁（受弯）：0.75 轴压比小于 0.15 的柱：0.75 轴压比不小于 0.15 的柱： 0.8 承载力抗震调整系数 各类构件（受剪）：0.85 建筑抗震设计规 范第 5.4.2 条 重力荷载分项系数 1.2g 水平地震作用分项系数 1.3eh 竖向地震作用分项系数 0v 建筑抗震设计规 范5.4.1 条 1.4 结构总体布置 第 14 页 （1）平面、立面布置 结构平面布置规则、对称，质量和刚度变化均匀。 （2）柱网布置 采用大柱网，柱网尺寸（7.2m+3.0m+7.2m）6.6m。 （3）变形缝设置 本工程结构规则、荷载及地基土质均匀，故不设变形缝，通过设置后浇带 来消除温度应力产生的结构变形。 1.5 主要承重构件及墙体截面尺寸 （1）柱：一层 600mm600mm，二六层 550mm550mm； （2）梁：ab(cd)跨横梁 300mm700mm，bc 跨横梁 300mm500mm， 纵梁 300mm600mm； （3）楼盖、屋盖：现浇混凝土楼（屋）盖，板厚 100mm； （4）墙体：外墙厚 240mm，内墙厚 240mm，电梯间墙厚 240mm，女儿 墙厚 120mm。 1.6 基础 （1）基础形式：柱下条形基础（纵向） ； （2）基础埋深：1.8m； （3）地基处理方式：灰土垫层法。 1.7 材料 混凝土强度等级 梁、板 一六层： c30 柱 一六层： c30 基础 c30 钢筋 构件 受力钢筋 箍筋或构造钢筋 第 15 页 板 hpb235 hpb235 梁 hrb400 hpb235 柱 hrb400 hrb335 基础 hrb400 hpb235 1.8 结构计算原则和方法 1.8.1 手算： 采用简化方法计算结构内力和位移，即沿结构纵横两主轴方向，按平面抗 侧力结构计算结构的内力和位移。 1.8.2 电算： (1) 软件名称： pkpm (2) 版 本： 2005.08 (3) 编制单位：中国建筑科学研究院 pkpm cad 工程部 第 16 页 2 结构方案 2.1 结构体系 本建筑为综合实验楼，内设有教室、实验室、办公室等，房间使用面积变 化大，故选择建筑平面布置比较灵活的框架结构体系，框架结构建筑立面容易 处理，结构自重较轻。且本建筑楼层数为六层，选用钢筋混凝土框架结构能够 获得较好的经济效益。 2.2 结构布置 2.2.1 结构平面布置图 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，其标准层建筑平面图、剖面图分别见建筑设计部分图 1.2 和图 1.3。根据 建筑平面图可知采用大柱网较为经济合理，拟定柱距为 6.6m，跨度为 7.2m+3.0m+7.2m。结构布置图如图 2.1 所示。 2.2.2 构件材料及尺寸 （1）现浇板 楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，因板长边与短边之比为 7.2/ ，所以本设计按短边方向受力的单向板计算，沿长边方向布 置足够数量的构造钢筋。根据工程经验，板厚 h 应满足：m705.8243inhl 故取 。mh10 （2）框架梁 第 17 页 主梁截面按梁跨度的 1/141/8 估算，次梁截面按梁跨度的 1/121/18 估算， 梁截面宽度均按梁截面高度的 1/31/2 估算，由此估算的梁截面尺寸见表 2.1， 表中还给出了梁的混凝土强度等级。 表 2.1 梁截面尺寸及混凝土强度等级 构件 混凝土强度等级 b/mm h/mm ab 跨横梁 c30 300 700 bc 跨横梁 c30 300 500 纵梁 c30 300 600 次梁 c30 250 500 （3）框架柱 本建筑主体结构六层，总高度小于 30m，西安地区抗震设防烈度为 8 度， 根据建筑抗震设计规范 （gb50011-2001）第 6.1.2 条和第 6.3.7 条规定，本 框架结构房屋的抗震等级为二级，柱轴压比限值 ，取柱混凝土强度8.0n 等级为 c30（ fc=14.3n/mm2，f t=1.43n/mm2） ，由此可估算出柱的截面尺寸。由 图 2.1 可知边柱及中柱的负载面积分别为 6.63.6m2 和 6.65.1m2，各层的重 力荷载代表值近似取为 12kn/m2。边柱轴力增大系数取 1.3，中柱轴力增大系 数取 1.25。则柱截面尺寸估算为： 边柱： 2 3m1940.148066.31ca 中柱： 2 38.25.2c 如柱截面为正方形，则边柱和中柱截面高度分别应大于 440mm2 和 515mm2。 根据上述计算结果并综合考虑其它因素，本设计柱截面尺寸取值如下： 1 层：600600mm 26 层：550 550mm 第 18 页 图 2.1 结构平面布置图 第 19 页 2.3 计算简图 本设计选用柱下条形基础，基础埋置深度取 1.8m，肋梁高度取 1.2m。取 顶层柱的形心线作为框架柱的轴线；梁轴线取到板底，则 26 层柱高度即为层 高（3.6m） ，底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即 h1=3.6 0.451.81.2 0.14.55m。 因时间有限，本设计只进行横向框架的结构计算，故以下说明中提到的框 架均指横向框架。本结构横向框架计算简图如图 2.2 所示。 图 2.2 横向框架计算简图 第 20 页 3 框架侧移刚度计算 3.1 梁柱线刚度计算 梁的线刚度 ibe cib/l。其中 ec 为混凝土弹性模量；l 为梁的计算跨度；l b 为梁截面惯性矩，本结构为现浇式楼盖，故考虑楼板的影响，对于中框架梁 （t 形截面） ，取 ib2.0i 0；对于边框架梁（倒 l 形截面） ，取 ib1.5i 0；对于 楼电梯间梁，取 ibi 0。其中 i0 为梁矩形部分的截面惯性矩。 柱的线刚度 ice cic/h，其中 ic 为柱的截面惯性矩， h 为框架柱的计算高度。 横梁线刚度计算过程见表 3.1，柱线刚度计算过程见表 3.2。 表 3.1 横梁线刚度 ib 计算表 类 别 ec /(n/mm2) bh /mmmm i0 /mm4 l /mm eci0/l /nmm 1.5eci0/l /nmm 2eci0/l /nmm ab 跨横梁 3.00104 300700 8.575109 7200 3.5731010 5.3591010 7.1461010 bc 跨横梁 3.00104 300500 3.125109 3000 3.1251010 4.6881010 6.2501010 表 3.2 柱线刚度 ic 计算表 层 次 hc ec bh ic ecic/hc 1 4550 3.00104 600600 1.0801010 7.1211010 26 3600 3.00104 550550 7.6261010 6.3551010 3.2 柱侧移刚度 d 值计算 柱的侧移刚度 d 值按下式计算： 21hic 式中， 为柱侧移刚度修正系数，对不同情况按下式计算：c 第 21 页 一般层： kc 2 底 层： c 5.0 其中 表示梁柱线刚度比。 根据梁柱线刚度比 的不同，图 2.1 中的柱可分为中框架中柱和边柱、边k 框架中柱和边柱以及楼电梯间柱等。现以第 26 层 c1 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 3.33.6。 第 26 层 c1 柱及与其相连的梁的相对线刚度如图 3.1 所示，图中数据 取自表 3.1 和表 3.2。则可得梁柱线刚度比为： 30.135.628.478457.3241 cik9.0.cn/m23178365.12420d 图 3.1 c1 柱及与其相连的梁的相对线刚度 表 3.3 中框架柱侧移刚度 d 值（n/mm ） 边柱（18 根） 中柱（18 根） 层次 kc1ikc2idi 第 22 页 1 1.004 0.501 20662 1.881 0.614 25323 827734 26 1.125 0.360 21176 2.108 0.513 30193 924649 表 3.4 边框架柱侧移刚度 d 值（n/mm ） a-1,a-12 b-1,b-12层次 kc1ikc2idi 1 0.753 0.455 18783 1.411 0.560 23124 83814 26 0.843 0.297 17452 1.581 0.442 25978 86860 表 3.5 边楼梯间框架柱侧移刚度 d 值（n/mm ） c-1,c-12 d-1,d-12层次 kc1ikc2idi 1 1.160 0.525 21683 0.502 0.400 16528 76421 26 1.300 0.394 23178 0.562 0.219 12911 72179 表 3.5 中楼梯间框架柱侧移刚度 d 值（n/mm ） c-6,c-7 d-6,d-7层次 kc1ikc2idi 1 1.630 0.587 24221 0.753 0.455 18783 86008 26 1.827 0.477 28089 0.843 0.297 17452 91083 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侧度 ，见表 3.7。id 表 3.7 横向框架侧移刚度(n/mm) 层 次 1 2 3 4 5 6 di 1073977 1174771 1174771 1174771 1174771 1174771 由表 3.7 可见，底层刚度最小，其层间刚度与上一层层间刚度之比 7.091./21d 且底层与其上相邻三个楼层侧向刚度平均值之比 8.4./1i 第 23 页 故该框架为规则框架。 第 24 页 4 重力荷载计算 4.1 屋面及楼面的永久荷载标准值 屋面及楼面的恒荷载包括结构构件自重和构造屋重量等重力荷载，其标准 值按结构构件的设计算尺寸、构造层的材料及设计厚度以及材料容重标准值计 算，计算结构如下： 屋面（上人）： 水泥花砖屋面层（包括水泥砂浆打底） 0.60 kn/m2 sbs 改性沥青防水卷材（4.0mm 厚） 0.40 kn/m2 20 厚水泥砂浆找平层 20 0.02 = 0.40 kn/m2 150 厚水泥蛭石保温层 5 0.15 = 0.75 kn/m2 100 厚钢筋混凝土板 25 0.1 = 2.50 kn/m2 15 厚顶棚抹灰层 17 0.015 = 0.26 kn/m2 合计 4.91 kn/m2 16 层楼面： 瓷砖地面（包括水泥砂浆打底） 0.55 kn/m2 100 厚钢筋混凝土板 25 0.1 = 2.50 kn/m2 15 厚顶棚抹灰 17 0.015 = 0.26 kn/m2 合计 3.31 kn/m2 4.2 屋面及楼面可变荷载标准值 本建筑为民用建筑，楼面活荷载标准值根据房间用途按建筑结构荷载规 范(gb50009-2001)表 4.1.1 的规定采用；屋面活荷载根据屋面类别按 建筑 结构荷载规范(gb50009-2001) 表 4.3.1 的规定采用；屋面水平投影面上的雪 荷载标准值按建筑结构荷载规范(gb50009-2001)式 6.1.1 计算，结果如下。 屋面活荷载与雪荷载不同时考虑。 上人屋面均布活荷载标准值 2.0 kn/m2 第 25 页 楼面活荷载标准值 2.0 kn/m2 屋面雪荷载标准值 2.5 kn/m25.201srk 式中： 为屋面积雪分布系数，本建筑为平屋顶，故取 1.0。r r 4.3 梁、柱、墙、门、窗重力荷载计算 梁、柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷层等计算出单位长度上的重力荷 载；本设计为现浇板肋梁楼盖，因板自重已计入楼面（屋面）的恒载之中，故 计算梁自重时梁截面高度取梁原截面高度减去板厚。具体计算过程及结果见表 4.1。 表 4.1 梁、柱重力荷载标准值 层次 构件 b /m h /m /(kn/m2) g (kn/m) li /m n gi /kn gi /kn 边横梁 0.3 0.7 25 1.05 4.725 6.575 24 745.605 中横梁 0.3 0.5 25 1.05 3.150 2.400 12 90.720 次梁(三跨) 0.25 0.5 25 1.05 2.625 17.050 11 492.319 纵梁 0.3 0.6 25 1.05 3.938 6.000 44 1039.500 2368.144 1 柱 0.6 0.6 25 1.1 9.900 4.550 48 2162.160 2162.160 边横梁 0.3 0.7 25 1.05 4.725 6.650 24 754.110 中横梁 0.3 0.5 25 1.05 3.150 2.450 12 92.610 次梁(三跨) 0.25 0.5 25 1.05 2.625 17.050 11 492.319 纵梁 0.3 0.6 25 1.05 3.938 6.050 44 1048.163 2387.201 26 柱 0.55 0.55 25 1.1 8.319 3.500 48 1397.550 1397.550 边横梁 0.3 0.7 25 1.05 4.725 6.725 7 222.429 中横梁 0.3 0.5 25 1.05 3.150 2.500 4 31.500 次梁(三跨) 0.25 0.5 25 1.05 2.625 7.125 5 93.516 纵梁 0.3 0.6 25 1.05 3.938 6.100 13 312.244 659.689 7 柱 0.5 0.5 25 1.1 6.875 2.900 20 398.750 398.750 注：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系数；g 表示单 位长度构件重力荷载；n 为构件数量。 第 26 页 墙体重量根据其厚度及材料容重标准值计算，其两侧的粉刷层（或贴面） 重量应计入墙自重内。 本设计外墙体为 240mm 厚粘土空心砖，外墙面贴瓷砖(0.5kn/m 2)，内墙面 为 20mm 厚抹灰，则外墙单位面积重力荷载为： 0.5+150.24+170.02 4.44kn/m2 内墙面为 240mm 厚粘土空心砖，两侧均为 20mm 厚抹灰，则内墙单位面 积重力荷载为： 150.24+170.0224.28kn/m 2 电梯井墙为 240mm 厚粘土实心砖，两侧均为 20mm 厚水泥砂浆抹面，则 电梯井墙单位面积重力荷载为： 190.24+2200.025.36kn/m 2 女儿墙为 120mm 厚粘土实心砖，外墙面贴瓷砖(0.5kn/m 2)，内墙面为 20mm 厚水泥砂浆抹面，则女儿墙单位面积重力荷载为： 0.5+190.12+200.02 3.18kn/m2 门、窗和玻璃幕墙等自重可根据其材料种类，按建筑结构荷载规范 (gb50009-2001)表 a.1 查取单位面积重量进行计算。 玻璃幕墙单位面积重力荷载取 1.0kn/m2； 钢铁门（包括玻璃门）单位面积重力荷载取 0.45kn/m2； 铝合金窗单位面积重力荷载取 0.4kn/m2。 墙、门、窗等重力荷载汇总见表 4.2。 4.4 重力荷载代表值计算 集中于各楼层标高处的重力荷载代表值 gi，为计算单元范围内各层楼面上 的重力荷载代表值及上下各半层的墙、柱等重量。计算 gi 时，各可变荷载的 组合值系数按建筑抗震设计规范(gb 50011-2001)表 5.1.3 的规定采用。由 于前面已经计算出结构和构配件的重力荷载标准值，故下面仅以集中于一层楼 板处的重力荷载代表值 g1 的计算为例说明计算过程，计算结果见表 4.3。 第 27 页 表 4.2 墙、门、窗等重力荷载标准值汇总 层次 构件 q /(kn/m2) a /m2 gi /kn gi /kn 外墙 4.44 464.585 2062.757 内墙 4.28 871.670 3730.749 电梯井墙 5.36 90.870 487.063 楼梯间 4.96 86.400 428.328 门 0.45 90.690 40.811 1 窗 0.40 169.020 67.608 6817.316 外墙 4.44 306.710 1361.792 内墙 4.28 587.210 2513.259 电梯井墙 5.36 67