混凝土厂房设计.doc

课 程 设 计 某多层厂房钢筋混凝 土结构设计 计 算 书 2010 年 3 月 18 日 1 引言引言 土木工程专业的毕业设计是综合性和实践性极强的最后一个教学环节，是 理论与实际相结合的训练阶段；是我们学生运用所学的基础理论，如理论力学、 材料力学、土木工程材料等；专业知识，如结构力学、混凝土结构设计原理、 混凝土结构设计、房屋建筑学、高层建筑结构等；基本技能，如建筑制图、 Auto CAD 绘图、PKPM 计算等，从而进行建筑、结构设计的重要实践过程，涉及 综合运用建筑、结构和相关学科的基础知识。 毕业设计的时间较短，我们土木工程专业的学生本次毕业设计需完成该工 程主体建筑上海禹辉转印材料有限公司厂房的建筑及结构设计，侧重于结 构计算，包括类场地土，七度抗震设防烈度，第三组，考虑结构的抗震设计。 建筑设计包括总平面图设计、平面设计、剖面设计等详图。结构设计包括梁柱 板配筋计算、横向框架计算、楼梯配筋计算、PKPM 电算。 本设计从建筑到结构是一个较为完整的设计过程，通过毕业设计复习和巩 固了以前所学知识；本次毕业设计培养了我进行独立设计的基本能力，为毕业 后的工作打下了一定的基础。为以后的工作了一个良好的开端。同时，在设计 中，一方面要把以前所学的知识运用进去，熟悉国家有关规范、条例和规程， 同时，要学会使用甚至熟练掌握 PKPM 结构计算软件；另一方面，由于现代化建 筑一般都具有密度大，高度高，功能多，设备复杂，防火要求和管理自动化水 平高，并且要求考虑节能和无障碍设计。因此，通过这次毕业设计，也拓宽了 学生非本专业知识面。 在本次毕业设计中，我的指导老师在百忙之中抽出时间和精力来给予指导， 在此表示衷心感谢。 由于毕业设计是一种初步的尝试，涉及专业比较多，但本人条件和水平有 限，不可避免地存在疏漏与错误，敬请各位指导老师和专家批评指正。 2 建筑设计说明建筑设计说明 建筑设计在现有的自然环境与总体规划的前提下，根据设计任务书的要求， 综合考虑使用功能、结构施工、材料设备、经济艺术等问题，着重解决建筑内 部使用功能和使用空间的合理安排，内部和外表的艺术效果，各个细部的构造 方式等，创造出既符合科学性，又具有艺术效果的工作环境。 建筑设计应考虑建筑与结构等相关的技术的综合协调，以及如何以更少的 材料、劳动力、投资和时间来实现各种要求，使建筑物做到适用、经济、坚固、 美观。 本方案采用框架结构，框架结构是由梁、柱、节点及基础组成的结构形式， 横梁和立柱通过节点连成一体，形成承重结构，将荷载传至基础。其特点是承 重系统与非承重系统有明确的分工，支承建筑空间的骨架与梁，柱是承重系统， 而分割室内外空间的围护结构和轻质隔墙是不承重的，这种结构形式强度高， 整体性好刚度大，抗震性好，开窗自由。本方案为厂房，首先要考虑满足空间 的需求，设置应合理，采光、通风良好，同时还要合理安排办公室、厕所等辅 助房间，并配置良好的室外绿化等。 框架结构是多层、高层建筑的一种主要结构形式。这种结构体系的优点是 建筑平面布置灵活，能获得较大的使用空间，建筑立面容易处理，可以适应不 同的房屋造型。同时，在结构性能方面，框架结构属于柔性结构，自振周期较 长，地震反应较小，经过合理的结构设计可以具有较好的延性性能。我国定义 8 层及 8 层以上的建筑为高层建筑，一般认为 8 层以下房屋属多层建筑，钢筋 混凝土框架结构多用于多层建筑，较少用于高层建筑，因为当房屋的高度超过 一定的范围时，框架结构侧向刚度较小，水平荷载作用下侧移较大，从受力合 理和控制造价的角度，现浇钢筋混凝土框架结构一般不超过 60 米，地震区现浇 钢筋混凝土框架，当设防烈度为 7 度、8 度、9 度、时高度一般不超过 55 米、 45 米和 25 米。 框架结构是由梁、柱、节点及基础组成的结构形式，横梁和柱，通过节点 连为一体，形成承重结构，将荷载传至基础，整个房屋全部采用这种结构形式 的称为框架结构或纯（全）框架结构，框架可以是等跨或不等跨的，也可以是 层高相同或不完全相同的，有时因工艺和使用要求，也可能在某层抽柱或某跨 抽梁，形成缺梁、缺柱的框架。 当柱为正方形或接近正方形，或楼面荷载较大的情况下，可采用纵横向承 重方案，这时楼面常为现浇双向板楼盖或井字梁楼盖，两个方向的框架同时承 受竖向荷载和水平荷载。 建筑物是社会物质和文化财富，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，本方案采用对称方式体观了职能的一面，其主 体五层，局部六层，房子对比显明，错落有致又给人不呆板的感觉。 2. .1 平面设计平面设计 建筑平面是表示建筑物在水平方向房屋各部分的组合关系。由于建筑平面 通常较为集中反映建筑功能方面的问题，一些剖面关系比较简单的民用建筑， 它们的平面布置基本上能够反映空间组合的主要内容，因此，首先从建筑平面 设计入手。但是在平面设计中，我始终从建筑整体空间组合的效果来考虑，紧 密联系建筑剖面和立面，分析剖面、立面的可能性和合理性，不断调整修改平 面，反复深入。也就是说，虽然我从平面设计入手，但是着手于建筑空间的组 合。 各种类型的建筑，从组成平面各部分面积的使用性质来分析，主要可以归 纳为使用部分和交通联系部分两类。 建筑平面设计是组合布置建筑物在水平方向房屋各部分的组合关系，它包 括使用部分设计和交通联系部分设计。 2.1.1 使用部分平面设计 建筑平面中各个使用房间和辅助房间，是建筑平面组合的基本单元。本设 计在使用平面设计中充分考虑了以下几点：注意了房间的面积、形状和尺寸满 足室内使用活动和设备合理布置的要求；门窗的大小和位置考虑了房间的出入 方便，疏散安全，采风通风良好；房间的构成注意使结构布置合理，施工方便， 也要有利于房间之间的组合，所用材料应符合相应的建筑标准；室内空间，以 及顶棚、地面、各个墙面和构件细部，应考虑人们的使用和审美要求。 对于辅助房间的平面设计，通常根据建筑物的使用特点和使用人数的多少， 先确定所需设备的个数，根据计算所得的设备数量，考虑在整幢建筑中辅助房 间的分布情况，最后在建筑平面组合中，根据整幢房屋的使用要求适当调整并 确定这些辅助房间的面积、平面形式和尺寸。 2.1.2 交通联系部分设计 交通联系部分是把各个房间以及室内交通合理协调起来，同时又要考虑到 使用房间和辅助房间的用途，减少交通干扰。楼梯是垂直交通联系部分，是各 个楼层疏散的必经之路，同时又要考虑到建筑防火要求，本住宅采用板式双跑 楼梯。 2.1.3 平面组合设计 建筑平面的组合设计，一方面，是在熟悉平面各组成部分的基础上，进一 步从建筑整体的使用功能、技术经济和建筑艺术等方面，来分析对平面组合的 要求；另一方面，还必须考虑总体规划、基地环境对建筑单体平面组合的要求。 即建筑平面组合设计须要综合分解建筑本身提出的、经及总体环境对单体建筑 提出的内外两方面的要求。 2. .2 剖面设计剖面设计 建筑剖面图是表示建筑物在垂直方向房屋各部分的组合关系，剖面设计主 要表现为建筑物内部结构构造关系，以及建筑高度、层高、建筑空间的组合与 利用。它和房屋的使用、造价和节约用地有着密切关系，也反映了建筑标准的 一个方面。其中一些问题需要平、剖面结合在一起研究，才具体确定下来。 本工程为上海禹辉转印材料有限公司厂房，底层层高为 3.9m，其他层层高 为 3.6m。垂直交通采用楼梯，因为考虑到厂房层数较少，仅有三层，没有设计 电梯。 2. .3 立面设计立面设计 立面设计是为了满足使用功能和美化环境的需要而进行的。同时，还可起 到改善环境条件、保护结构和装饰美化建筑物的作用。并且要考虑它的耐久性、 经济性；正确处理与施工技术的关系。 建筑立面可以看成是由许多构部件所组成：它们有墙体、梁柱、墙墩等构 成房屋的结构构件，有门窗、阳台、外廊等和内部使用空间直接连通的部件， 以及台基、勒脚、檐口等主要起到保护外墙作用的组成部分。恰当地确定立面 中这些组成部分和构部件的比例和尺度，运用节奏韵律、虚实对比等规律，设 计出体型完整、形式与内容统一的建筑立面，是立面设计的主要任务。 建筑立面设计的步骤，通常根据初步确定的房屋内部空间组合的平剖面关 系，例如房屋的大小、高低、门窗位置，构部件的排列方式等，描绘出房屋各 个立面的基本轮廓，作为进一步调整统一，进行立面设计的基础。设计时首先 应该推敲立面各部分总的比例关系，考虑建筑整体的几个立面之间的统一，相 邻立面间的连接和协调，然后着重分析各个立面上墙面的处理，门窗的调整安 排，最后对入口门廊、建筑装饰等进一步作重点及细部处理。 完整的立面设计，并不只是美观问题，它和平、剖面的设计一样，同样也 有使用要求、结构构造等功能和技术方面的问题，但是从房屋的平、立、剖面 来看，立面设计中涉及的造型和构图问题，通常较为突出。 本设计工程建筑立面设计力求给人一种均衡、和谐的感觉，与环境融于一 体，充分体现了建筑物的功能，通过巧妙组合，使建筑物创造了优美、和谐、 统一而又丰富的空间环境，给人以美的享受。 2. .4 构造和建筑设计措施构造和建筑设计措施 2.4.1 屋顶 平屋顶主要应解决防水，保温隔热，承重三方面的问题，由于各种材料性 能上的差别，目前很难有一种材料兼备以上三种作用，因此形成了平屋顶的构 造特点为多层次，使防水，保温隔热，承重多种材料叠合在一起，各尽其能。 平屋顶的承重层与钢筋混凝土楼板相同，可采用现浇或预制的钢筋混凝土 楼板，现浇屋面板整体性好，屋面刚度大，无接缝，渗漏的可能性较少。当采 用预制板时板缝要认真处理，须用 1：3 干硬性水泥砂浆或 200 号细石混凝土嵌 缝使接缝有足够的强度和密实性，必要时可在缝中加钢筋网片，以提高屋面整 体刚度。屋面板一般直接支撑于墙上，当房间较大时，可增设梁，形成梁板结 构。屋面板应有足够的刚度，减少板的扰度和变形，防止因屋面板变形而导致 防水层开裂。 防水层是平屋顶防水构造的关键。由于平屋顶的坡度很小，屋面雨水不易 排走，要求防水层本身就是一个封闭的整体不得有任何空隙否则即使所使用的 防水材料本身的防水性能很好，也不能达到预期的防水效果。工程实践证明， 雨水渗陋的部位，大多是破坏了防水层的封闭性的结果。如地基沉陷，外加荷 载，地震等因素使承重基层位移变形，导致防水层开裂漏水：再如檐沟，泛水， 烟囱等交接处的防水层处理不严实，出现裂缝而漏水；或者受自然气候的影响 而开裂漏水。所以在设计施工中应采取有效措施，使防水层形成一个封闭的整 体。目前常用的防水层有柔性防水层和刚性防水层两种。 保温隔热层应根据气候特点选择材料及构造方案，其位置就视具体情况而 定。一般保温层就设在承重层和防水层之间，通风隔热层就设置在防水层之上 或承重层之下。 有组织排水是将屋面划分成若干排水区，按一定的排水坡度把屋面雨水有 组织的檐沟或雨水口，通过雨水管排泄到明沟中，再通往城市地下排水系统， 有组织排水系统应作到排水通畅简洁，雨水口负荷均匀。屋面排水区一般按每 个雨水口排除 150-200 米 2屋面面积进行划分。当屋顶有高差，高处屋面雨水 口集水面积100 米 2时，雨水管的水可直接排在低屋面上，但应在出水口处设 防护板。若集水面积100 米 2，高处屋面集水管应直接与低处屋面集水管连接， 或自成独立的排水系统。 2.4.2 楼板层和地面 按施工方法，楼板有现浇式、装配式和装配整体式三种。 与后两种相比，现浇楼板的整体性好，刚度大，抗渗性好。近年来，在一 些新建的高层建筑中，整浇楼板得到了广泛的应用。除以上优点外，现浇楼板 易于适应各种特殊的情况。例如，平面形状不规则，有较重的集中设备荷载， 或者有较复杂的孔洞等。但是，现浇楼板需要现场支模和铺设钢筋，混凝土的 浇筑和养护等劳动量大，且工期较长。随着施工技术的改进和工具式钢模板的 广泛应用，以上缺点正在逐渐被克服。 装配式楼板由预制构件在现场安装连接而成，虽然可节约劳动力，加快施 工进度，便于工业化生产和机械化施工，但是结构的整体性和刚度较差，在我 国多层住宅中应用最为普遍。 装配整体式楼板是将各预制梁或板（包括叠合梁、叠合板中的预制部分） ， 在现场吊装就位后，通过整结措施和现浇混凝土构成整体。目前常用的整结措 施有叠合梁、叠合板施加预应力、焊接连接，以及在板面现浇配筋面层。装配 整体式的整体性和刚度比装配式的好，又比现浇式的支模工作量少，但是装配 整体式的焊接工作量往往较大，而且需要二次叫站浇筑混凝土。通过以上比较， 本设计采用现浇式楼板。现浇钢筋混凝土楼板是在现场立模现浇的，他具有整 体性好，耐久性强，抗震性好的优点，能适应各种形式的建筑平面，对起重运 输设备要求不高，但消耗模板多，施工进度较慢。 现浇肋梁楼板是最常见的楼板形式之一，当板为单向板时称为单向板肋梁 楼板，当板为双向板时称为双向板肋梁楼板。 单向板肋梁楼板由板，次梁和主梁组成，其荷载传递的路线为板，次梁， 主梁，柱或墙。次梁的布置通常按开间方向排列，主梁可由柱或墙支撑，主梁 的经济跨度为 5-8 米，次梁为主梁跨度的 1/14-1/8，梁宽为梁高的 1/3-1/2， 次梁间距同板跨。由于板中混凝土用量为整个楼板的 50-70，因而板宜取 薄些通常板跨在 3 米以下，其经济跨度为 1.7-2.5 米，板厚为 6-8 公分。单向 板肋梁楼板主梁次梁的布置，不仅由房间大小，平面形式来决定，而且还应从 采光效果来考虑。当次梁与窗口光线垂直时，光线照射在次梁上使梁在顶棚上 产生较多的阴影，影响亮度和采光度效果。次梁和光线平行时采光效果较好。 双向板肋梁楼板常无主次梁之分，由板和梁组成，荷载传递路线为板，梁， 墙或柱。由于双向板肋梁楼板梁较少，天棚平整美观，但当板跨度较大，板的 厚度大于 8 公分时造价就明显增加，因而用在小柱网的住宅，旅馆，办公楼。 楼面构造与地面构造基本相同，因而以下叙述的地面做法也同样适合于楼 面。地面面层包括面层本身及踢脚线，踢脚线的作用是遮盖面层与墙面的接缝， 保护墙面以防擦洗地面时弄脏墙面，它的材料大多与地面相同，常见做法有与 墙面粉刷相平，突出，凹进三种，踢脚线高 120-150 毫米。 按面层材料及施工方法不同可分为整体地面，块材地面，塑料地面，木地 面四类。缸砖地面属于块材地面，缸砖是陶土加矿物颜料烧制而成，缸砖有红 棕色和深米黄色两种，形式有方行，矩形，菱形和六角行，八角行，尺寸为 100100，150150 毫米厚度 10-19 毫米。缸砖质地细蜜坚硬，强度较高，耐 磨性好，且耐水，耐酸，耐油，耐碱，易于清洁不起尘，铺设简单，因此广泛 采用在地下室，厕所，梳洗室，实验室，及有腐蚀房间的地面。缸砖用 15-20 毫米厚的 1：3 水泥砂浆铺砌在结构层上，铺砌时须平整，保持纵横齐直，并以 水泥砂浆嵌缝。 2.4.3 墙构造 按墙在平面中所处的位置分，本工程有内墙和外墙，凡位于房屋四周的墙 为外墙，其中位于房屋两端的外墙为山墙，位于房屋内部的墙为内墙，外墙有 防风，雨，雪的侵袭和保温，隔热的作用，又称外围护墙。因本工程为框架结 构，所以内，外墙都主要起分隔房间的作用，不起承重作用，其中沿建筑物短 轴方向布置的为横墙，沿长轴方向的为纵轴，墙体所用砌块为黏土空心砖，质 轻，价廉，同时起到保护环境的作用。 墙体除了满足上述主要要求外，还应满足防火要求，墙体材料的燃烧性能 和耐火极限符合防火规范的要求，在较大建筑物中，还应按防火规范的要求设 置防火墙，把建筑物分成若干段，以防止火灾蔓延，如耐火等级在三级以上的 民用建筑，长度超过 100 米时应设防火墙，防火墙高出屋面不小于 400 毫米， 任何易燃体不得伸入墙内。 内隔墙为普通砖隔墙，普通砖隔墙有半砖墙，1/4 砖墙，采用 25 号或 50 号砂浆砌筑。由于隔墙厚度薄，稳定性差，故采取加固措施，对于半砖墙，系 普通砖顺砌而成。当高度大于 3 米和长度大于 5 米时，一般沿高度方向每隔 8- 10 皮砖砌入 4 的钢筋一根，或每隔 10-15 皮砖砌入 6 钢筋两根，并使之与 承重墙连接。隔墙顶部与楼板相接处用立砖斜砌或将隔墙顶部与楼板之间留出 30 毫米缝隙并用抹灰封口，以防止楼板由于隔墙顶实过紧而产生负弯矩。当隔 墙上开设门洞时，要预埋铁件或带有木锲的混凝土预制块砌入隔墙中，使门框 固定在墙上，对于 1/4 砖墙，系普通砖侧砌而成，砌筑砂浆标号不底于 50 号。 隔墙长但没有门洞时，不宜大于 5 米；当有门洞时，每侧不宜大于 2 米，墙身 加固一般在每隔 500 毫米砌入 4 钢筋一根。对于面积较大而又要开设门窗洞 时须在水平方向 1200 毫米立 200 号细石混凝土柱子，并在垂直方向每隔 7 皮砖 砌入 6 钢筋一根，使之与两端墙连接。 普通砖墙重量大，湿作业多，施工麻烦，1/4 砖隔墙更不能用与地震区， 但他们又具有耐久和耐湿性，固本工程除卫生间外没有加以利用。 墙面装修包括外墙面装修和内墙面装修两大类型，外墙面装修的作用主要 是保护墙体不受外界侵袭的影响，弥补和改善墙体在功能方面的不足；提高墙 体防潮，防风化，保温，隔热以及耐大气污染的能力，使之坚固，耐久，延长 使用寿命，同时通过饰面的质感，线形和色彩以增强建筑物的艺术效果。内墙 面装修的作用主要是保护墙体，改善室内卫生条件，提高墙身的保温，隔热和 隔声性能以及房屋的采光效能，且增加室内美观。对于一些有特殊要求的房间 如浴厕，实验室等，还应根据其需要，选用不同的饰面材料来满足防潮，防水， 防尘，防腐蚀等要求。本工程外墙面采用喷涂类，乳胶涂料，无毒，不污染环 境。以水为分散介质能在未干透的基层上施工，性能和耐久性均较油漆好；内 墙面采用抹灰类的罩面抹灰和装饰抹灰，罩面抹灰按建筑标准，操作工序和质 量要求分为三级，即普通抹灰，中级抹灰，高级抹灰，该工程取高级抹灰，抹 灰厚度为 20 毫米，在内墙抹灰中，对于易受到碰撞和有防潮防水要求的墙面， 如浴厕，等为了保护墙身做成护墙墙身。对于内墙阳角，门洞转角等处常用强 度较高的 1：2 水泥砂浆或预埋角钢做成护角，装饰抹灰有拉条抹灰，拉条抹灰 是用专用的模具或嵌条把面层砂浆做出竖线条的装饰抹灰，这种抹灰具有较好 的装饰效。 2.4.4 基础和地基 基础和地基具有不可分割的关系，但又是不同的概念，基础是建筑物与土 层直接接触的部分，它承受建筑物的全部荷载，并把他们传给地基，基础是建 筑物的一个组成部分，而地基是基础下面的土层，承受由基础传来的整个建筑 物的荷载。地基不是建筑物的组成部分。 地基分两种：一是天然土层具有足够的承载能力，不需人工处理就能承受 建筑物全部荷载的叫天然地基。一是当上部荷载叫大或土层承载能力叫弱，缺 乏足够的坚固性和稳定性，必须经人工处理后才能承受建筑物全部荷载的叫人 工地基。 根据地基土质好坏，荷载大小及冰冻深度，常把基础埋在地表以下适当深 度处，这个深度成为埋置深度（简称埋深） 。一般基础的埋深应大于冰冻线的深 度，从经济和施工角度分析，基础的埋深，在满足要求的情况下越浅越好，但 最小不能小于 0.5 米。天然地基上的基础，一般把埋深在 5 米以内的叫浅基， 超过 5 米的叫深基。本工程考虑到地下水位的高度，冰冻线的深度，以及地下 软弱层的深度和范围，确定 1.5 米深度作为基础埋深，同时考虑到该工程为框 架结构，梁柱中心线不重合，将会产生叫大的竖向弯矩，为了提高抗侧刚度， 满足纵横向弯矩的平衡，提高抗剪切能力，该工程选用柱下条基，满足以上条 件，同时又能起到节省材料的作用。 2.4.5 楼梯 楼梯是建筑物中的重要组成部分，它是主要的垂直交通设施之一，楼梯的 主要功能是通行和疏散。 板式楼梯和梁式楼梯是最常见的现浇楼梯，宾馆和公共建筑有时也采用一 些特种楼梯，如螺旋板式楼梯和悬挑式楼梯。此外也有采用装配式楼梯的。 板式楼梯由梯段板、休息平台和平台梁组成，梯段是斜放的齿形板，支承 在平台梁上和楼层梁上，底层下端一般支承在垄墙上。板式楼梯的优点是下表 面平整，施工支模方便，外观比较轻巧；缺点是斜板较厚，约为梯段板斜长 1/251/30，其混凝土用量和钢材用量都较多，一般适用于梯段板的水平跨长不 超过 3m 时。 梁式楼梯同踏步板、斜梁和平台板、平台梁组成。 设计楼梯时应考虑以下三个基本要求： 1.要满足功能上的要求 楼梯的数量、位置、形式和楼梯的宽度、坡度均应该符合上下通畅、疏散 方便的原则，楼梯间必须直接采光，采光面积应不小于 1/12 楼梯间平面面积。 设置在公共建筑中的主要楼梯，有的需要富丽堂皇，有的需要精巧简洁，应在 楼梯形式、栏杆式样、材料选用方面作精心设计，一般建筑则适当考虑美观问 题。 2.要满足结构和建筑构造方面的要求 在建筑构造方面要满足坚固与安全的要求，例如扶手、栏杆和踏步之间应 有牢固的连接，选用栏杆式样也应注意花饰形式。杆件与杆件的间距应考虑防 止发生意外事故。 3.要满足防火、安全方面的要求 楼梯的间距和数量，应根据建筑物的耐火等级，满足防火设计规范中民用 建筑及工业辅助建筑安全出口所规定的要求。这样楼梯才有足够的通行和疏散 能力，此外还应注意在楼梯间四周的墙，不准有凸出太多的砖柱、砖礅、散热 片、消防栓等构件，防止人在紧急疏散通行时受阻而发生意外。在楼梯间内除 必须的门以为，不准另外设置门、窗，防止火灾发生时，火焰窜出和烟雾蔓延、 扩散到楼梯间而使楼梯失去通行疏散作用。 楼梯材料的选用应该考虑建筑物的耐火等级，同时还应结合考虑材料的耐 磨、防滑、易清洁和美观等要求。此外，设计楼梯时尚需考虑到经济和施工的 方便。 2.4.6 室外台阶 建筑物室内地面必须高于室外地面，为了便于出入，应根据室内外的高差 设置台阶。室外台阶的坡度比楼梯小，在 15o-20o之间每级台阶高度约为 100- 150 毫米，宽度在 300-400 毫米之间。在台阶和出入口之间一般设有 1000-1500 毫米宽的平台作为缓冲，平台的表面应作成向室外倾斜 1-4的流水坡，以利 排水。 台阶应采用耐久性，抗冻性好和耐磨的材料，如天然石，混凝土，缸砖等。 台阶的基础要牢固，较简单的做法只需挖去腐蚀土，做一垫层即可。 2.4.7 门和窗 普通平开门，用普通铰链装于门扇侧面，使门扇与门框固定并能灵活开启， 这种门广泛应用于一般房间；弹簧门是平开门中的一种形式，特点是用弹簧铰 链代替普通铰链。弹簧门分为单面，双面和地弹簧等类型。单面弹簧门一般为 单扇，用于有自关要求的房间，如卫生间等。双面弹簧门和地弹簧门一般为双 扇，能双面弹动，开启后又能自动关闭，常用于出入较频繁的场所，如公共建 筑的门厅。为了避免人流出入相撞，常在门上镶嵌较大面积的玻璃，因此端面 尺寸应比普通铰链平开门稍大，并用硬木制作为宜，边框作成弧行断面，本工 程采用了钢铁弹簧门，坚固耐用，美观大方。 平开窗在民用建筑中使用最广泛。其窗扇侧面用铰链与窗框连接，水平开 启。有内开和外开之分，外开时不占室内空间，且窗扇与窗框的闭合处防水较 好处理，故常采用。平开窗构造简单，开关灵活，维修方便。 推拉窗是窗扇沿导轨或滑槽进行推拉，有水平推拉和垂直推拉之分，推拉 窗开启时不占空间，但构造较复杂，窗缝处难密闭，擦窗也困难，故一般少用 作外墙窗户，仅用做递物用。 3 结构设计说明结构设计说明 3. .1 结构选型结构选型 结构是建筑的骨架，是建筑赖以存在的基础,作为建筑的骨架形成人类的建 筑空间，用来满足人类的生产、生活需要及对建筑物的美观要求（结构的建筑 功能） 。在正确设计、施工及正常使用条件下，建筑应该具有抵御可能出现的各 种作用的能力（建筑结构的安全功能） 。此外，建筑结构的工程造价及用工量分 别占建筑物造价及施工用量的 30%40%，建筑结构工程的施工工期约占建筑物 施工总工期的 40%50%（建筑结构的经济指标） 。 为了使建筑物设计符合技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的要求， 建筑结构方案设计，包括结构选型设计占有重要地位。建筑结构方案设计和选 型的构思是一项很细致的工作，只有充分考虑各种影响因素并进行全面综合分 析，才能选出优化的方案。 建筑物的形式和风格总是和构成它的材料和结构方式相适应的。在实践中 不断地探索能够经济、合理地充分发挥材料、结构潜力的形式和风格，并逐渐 形成建筑体系和结构体系。结构是建筑的骨架，是建筑赖以存在的基础，该厂 房选用框架结构是合理的。 框架结构体系是由竖向构件的柱子与水平构件的梁通过节点连接而组成， 即承担竖向荷载，又承担水平荷载（风、地震） 。框架结构体系的优点是建筑平 面布置灵活，可以提供较大的建筑空间，也可以构成丰富多变的立面造型。 3.1.1 内力及变形特点 1.平荷载作用下，框架结构内力分布的特点是：底层柱子的轴力、剪力和 弯矩，且由上向下减小。一般情况下，每根柱子都有反弯点，但当梁的刚度比 柱子刚度小很多时，柱子可能没有反弯点。 2.作用下框架结构的侧向变形主要由两部分组成： 第一部分是由柱和梁的弯曲产生的侧移1,这部分侧移呈现剪切型特征； 第二部分是由柱的拉伸、压缩产生的侧移2,这部分侧移呈现弯曲型特征。 其中，第一部分侧移1是主要的，随着框架结构的高度增大，第二部分侧 移2在总侧移中所占比重逐渐增大，但由于框架结构所能适用的最大高度有限， 故两部分侧移合成后的框架结构总位移仍然主要呈现剪切变形的特征；框架结 构的变形规律是：底层框架的层间变形最大，向上逐渐减小。 3.1.2 震害特点： 由梁、柱线形杆件组成的框架结构体系，由于侧向刚度教弱，在房屋高度 增加的情况下，其内力和侧移增长的很快，在地震的作用下往往由于其过大的 侧移，导致结构的破坏。 强烈地震作用下，框架结构体系一旦其构件端部进入塑性屈服，随之就会 出现混凝土压酥、脱落、主筋外露、压曲和箍筋崩脱等较重的破坏现象，有的 柱子可能出现剪拉、剪压等脆性破坏。在强烈地震作用下，框架梁柱节点可能 出现双向交叉裂缝，或沿柱子纵筋方向产生粘结开裂，混凝土保护层剥落，从 而导致节点部分柱子钢筋出现灯笼状的压屈破坏。 框架结构体系的震害一般较多发生在柱端。就平面上不同位置的柱子而言， 边柱的破坏程度一般较中柱为重。边柱之中，又以角柱的破坏程度更重。就竖 向不同高度位置的柱子而言，底层柱子往往较以上的柱子更早破坏。就层内一 根柱子而言，柱子上端的震害往往重于下端。与柱子的震害相对比而言，梁端 及梁身的震害较少、较轻；节点的震害也较少。框架结构的砌体填充墙，在历 次地震中表现出普遍的震害。填充墙震害的一般规律是“上轻下重” ；贴砌在框 架平面外的填充墙震害比嵌砌在框架平面内的为重。 现浇框架其结构整体性较好，抗震性能强，钢材用量省。缺点是模板消耗 量大，现场工作量大，但可采用工业化现浇的施工工艺来改进，效果是不错的， 故该工程用现浇的方法。无论是现浇框架，还是预制框架，均应尽量符合“强 柱弱梁，强剪弱弯，强压弱弯，强节点弱构件”的抗震设计准则，使框架结构 具有合理的抗震破坏机制梁铰侧移机制，达到规范对结构抗震的目的要求。 梁、柱混凝土强度等级相差不宜大于 5Mpa，如超过时，梁、柱节点区施工 时应作专门处理，使节点区混凝土强度等级与柱相同。 3.1.3 构配件的选择： 框架结构的开间、进深、层高等尺寸以及所选用的构件类型应尽量减少规 格类型，以利于构件生产的工业化，并最大限度地利用国家标准构配件。 3.1.4 截面尺寸要求： 框架柱的截面形式通常大多为方形、矩形，根据建筑需要也有圆形，八角 形等，也可采用柱肢厚度与墙体厚度一致的 T 形、L 形、十字形的截面形式。 框架柱截面尺寸的确定按规范中构造要求定。 3.1.5 填充墙要求： 框架结构的填充墙应优先选用预制轻质砌块或墙板，填充墙应按规范的构 造要求与框架可靠拉结。框架结构的填充墙宜与框架梁、柱轴线位于同一垂直 平面内。 3.1.6 结构布置要求 抗震框架结构的平面布置应力求简单、规则、均匀、对称，使刚度中心与 质量中心尽量减小偏差，并尽量使框架结构的纵向、横向具有相近的自振特性。 框架结构应布置并设计为双向抗侧力体系，主体结构的梁柱间不应采用铰接， 也不应采用横向为刚接，纵向也铰接的结构体系。 3. .2 结构设计结构设计 框架结构一般有按空间结构分析和简化成平面结构分析两种方法。在计算 机没有普及的年代，实际为空间工作的框架常被简化成平面结构采用手算的方 法进行分析。近年来随着微机的日益普及和应用程序的不断出现，框架结构分 析时更多的是根据结构力学位移法的基本原理编制电算程序，由计算机直接求 出结构的变形、内力，以至各截面的配筋。 由于目前计算机内存和运算速度已经能够满足结构计算的需要，因此在计 算机程序中一般是按空间结构进行分析。但是在初步设计阶段，为确定结构布 置方案或估算构件截面尺寸，还是需要采用一些简单的近似计算方法，以求既 快又省地解决问题。另外，近似的手算方法虽然计算精度较差，但概念明确， 能够直观地反映结构的受力特点，因此，工程设计中也常利用手算的结果来定 性的校核判断电算结果的合理性，所以我将重点介绍框架结构的近似手算法。 3.2.1 计算单元确定 框架结构是一个空间受力体系，常常将纵向框架和横向框架分别按平面框 架进行分析计算。由于横向框架的间距相同，作用于各横向框架上的荷载相同， 框架的抗侧刚度相同，因此，除端部外，各榀横向框架都将产生相同的内力与 变形，结构设计时一般取中间有代表性的一榀横向框架进行分析即可；而作用 于纵向框架上的荷载则各不相同，必要时应分别进行计算。 1.节点的简化 框架节点一般总是三向受力的，但当按平面框架进行结构分析时，则节点 也相应地简化。在现浇钢筋混凝土结构中，梁和柱内的纵向受力钢筋都将穿过 节点或锚入区，这时应简化为刚节点。 2.柱网和层高的确定 在结构计算简图中，杆件用轴线来表示。框架梁的跨度即取柱子轴线之间 的距离。框架的层高（框架柱的长度）即为相应的建筑层高，而底层柱的长度 则应从基础顶面算起。对于不等跨框架，当个跨跨度相差不大于 10%时，在手 算时可简化为等跨框架，跨度取原框架各跨跨度的平均值，以减少计算工作量。 但在电算时一般可按实际情况考虑。 3.截面尺寸确定（根椐梁的跨度初估） 。 4.柱截面尺寸的确定（根据层高初估） 。 5.构件截面抗弯刚度的计算。 在计算框架梁截面惯性距 I 时应考虑到楼板的影响。在框架梁两端节点附 近，梁受负弯矩，顶部的楼板受拉，楼板对梁的截面抗弯刚度影响较小；而在 框架梁的跨中，梁受正弯矩，楼板处于受压区形成 T 形截面梁，楼板对梁的截 面抗弯刚度影响较大。在工程设计中，为简便起见，仍假定梁的截面惯性距 I 沿轴线不变，对现浇楼盖中框架取 I=2I0边框架取 I=1.5I0;对装配整体式楼盖， 这里 I0为矩形截面梁的截面惯性矩。 反弯点发首先假定梁柱之间的线刚度只比为无穷大，其次又假定柱的反弯 点高度为一定值，从而使框架结构在侧向荷载作用下的内力计算大为简化。但 这样做同时也带来了一定的误差，首先是当梁柱线刚度较为接近时，特别是在 高层框架结构或抗震设计时，梁的线刚度可能小于柱的线刚度，框架节点对柱 的约束应为弹性支承。柱的抗侧刚度不但与柱的线刚度和层高有关，而且还于 梁的线刚度等因素有关。 另外，柱的反弯点高度也与梁柱线刚度比、上下层横梁的线刚度比、上下 层层高的变化等因素有关。本设计为一幢多层办公楼，起特点是恒载大、活载 小、层数多，因而在横向地震作用下，由于梁、柱的线刚度接近，不宜采用固 定零点位置的反弯点法，宜采用“D”值法计算。 3.2.2 荷载标准值计算 1. 恒载计算 a.屋面框架梁均布线荷载标准值 b.楼面框架梁线荷载标准 c.屋面框架节点集中荷载标准值 d.楼面框架节点集中荷载标准值 2. 活载标准值计算 3.2.3 地震作用计算 在此仅考虑水平地震作用即可，并可采用基底剪力法计算水平地震作用力。 为求基底剪力，先要计算结构各层的总重力荷载代表值，在此为简化计算，仅 取一榀框架的重力荷载代表值进行计算。 顶层重力荷载代表值包括：屋面恒载， 50%屋面活荷载，纵、横梁自重，半层柱自重，半层墙体自重以及女儿墙自重。 其它层重力荷载代表值包括：楼面恒载，50%楼面活荷载，纵、横梁自重，楼面 梁自重，楼面上、下各半层的柱及纵、横墙自重。请注意：在计算重力荷载代 表值时，屋面活荷载仅考虑雪荷载。 按设防烈度为 7 度，由抗震规范查得水平地震影响系数最大值 max=0.08，按远震情况下的类建筑场地，由抗震规范查得特征周期值 Tg=0.9T，则地震影响系数 1=max=0.08 。 3.2.4 框架结构侧移计算 控制框架结构侧移要计算两部分内容：一是计算顶层最大侧移，因周期过 大，将影响使用；二是计算层间相对侧移，其值过大，将会使填充墙出现裂缝。 引起框架的侧移，主要是水平荷载作用。 对一般的多层框架结构而言，仅需计算由梁柱弯曲变形所产生的侧向位移， 而不考虑梁柱的轴向变形和截面的剪切变形所产生的结构侧移，这样计算的框 架侧移已能满足工程设计的精度要求。 3.2.5 荷载作用下的框架结构内力计算 框架结构在竖向荷载作用下的内力计算可近似地采用分层法。通常，多层 多跨框架在竖向荷载作用下的侧移是不大的，可近似的按无侧移框架进行分析， 而且当某层梁上有竖向荷载时，在该层梁及相邻柱子中产生较大内力，而在其 他楼层的梁、柱子所产生内力，在经过柱子传递和节点分配以后，其值将随着 传递和分配次数的增加而衰减，且梁的线刚度越大，衰减越快。因此，在进行 竖向荷载作用下的内力分析时，可假定作用在某一层框架梁上的竖向荷载只对 本层楼的梁以及与本层梁相连的框架柱产生弯矩和剪力，而对其他楼层框架和 隔层的框架柱都不产生弯矩和剪力。 于是，多层多跨框架在多层竖向荷载同时作用下的内力，可以看成是各层 竖向荷载单独作用下的内力的叠加，但还要进行修正。除底层以外其他各层柱 的线刚度均乘 0.9 的折减系数。柱的弯矩传递系数为 1/3。 用弯矩二次分配法计算框架弯矩竖向荷载作用下框架的内力分析，除活荷 载较大的工业厂房外，对一般的工业与民用建筑可不考虑活载的不利布置法求 得的弯矩偏低，但当活荷载占总荷载比例较小时，其影响很小，若活荷载占总 荷载比例较大，可在截面配筋时，将跨中弯矩乘 1.11.2 的放大系数予以调整。 弯矩二次分配法： 1.因框架结构和作用荷载对称，仅取半跨进行分析，这时中跨梁的相对线 刚度应乘以修正系数 1/2。 2.计算竖向荷载作用下各跨梁的固端弯矩，并将各节点不平衡弯矩进行第 一次分配。 3.将所有杆端的分配弯矩向运端传递，传递系数均为 1/2 4.将各节点因传递而产生的新的不平衡弯矩进行第二次分配，使各节点处 于平衡状态。 3.2.6 各杆端弯矩计算 1.固端弯矩的计算： 梁上的分布荷载含有矩形、梯形或三角形荷载，在求固端弯矩时可直接根 据图示荷载计算，也可根据固端相等的原则，先将梯形分布荷载及三角形荷载 化为等放均布荷载，在此采用后一方法。 2.梁端剪力及柱轴力计算 3.跨中弯矩的求解： 对于跨中弯距的求解，应按转化前的计算简图进行计算，在本设计中为简 化计算，是按照转化后的计算简图进行计算的。 4.柱边剪力和柱边弯矩： 计算公式： 柱边剪力： V柱边=V梁端-qb/2 柱边弯矩： M柱边=M梁端-V柱边b/2 3.2.7 横向框架内力组合 通过框架内力分析，获得了在不同荷载作用下产生的构件内力标准值。进 行结构设计时，应根据可能出现的最不利情况确定构件内力设计值。 1.结构抗震等级 结构抗震等级可根据结构类型，地震烈度，房屋高度等因素，由表确定可 知，本工程的框架为三级抗震等级。 2.框架梁内力组合 本工程考虑了两种内力组合，即 1.2SGk+1.4 SQk，1.2 SGk+0.9SQk+ 1.3S Ek，各层梁的内力组合结果见表。 取上述荷载组合中最不利情况作为截面设计时用的内力设计值。 3.2.8 构件设计 1.框架梁 梁正截面受弯承载力计算，梁斜截面受弯承载力计算，梁的抗震构造措施。 2.框架柱 柱截面尺寸验算，柱正截面承载力计算，柱斜截面承载力计算，柱的抗震 构造措施。 4 4 结构计算结构计算 4. .1 工程资料工程资料 1.工程概况：我们本次设计课题是南昌某公司厂房设计，设计建筑面积 4300 平米左右。主体六层，无地下室，本工程为丙类建筑，地基按类场地土， 场地平坦，中等硬度，合理使用年限 50 年。建筑物底层层高为 3.9 米，二、三 层层高为 3.6 米，柱、梁、板均为现浇结构。 2.设计标高：室内设计标高0.000，室内外高差 300。 3.地下水：水位为-1.35m，水质对混凝土没有侵蚀作用。 4.门窗做法：采用木门，铝合金窗 。门厅处门为铝合金门。 5.工程地质资料：持力层为粉土，地基承载力特征值为 130KPa。kaf 6.抗震设计烈度为 7 度，抗震分组为第三组。 7.活荷载标准值：楼面生活区活荷载为 2.0KN/m2，楼面生产区活荷载为 3.5KN/m2，屋面活荷载为 0.5KN/m2。 4. .2 结构选型结构选型 1.结构体系选型：采用钢筋混凝土现浇框架结构体系 2.屋面结构：采用现浇钢筋混凝土肋形屋盖，柔性防水屋面，屋面板厚 120 3.楼面结构：全部采用现浇钢筋混凝土肋形楼盖，板厚 120 4.楼梯结构：采用钢筋混凝土梁式楼梯 5.基础：采用柱下条形基础 根据这些资料和设计的平面图和结构布置，我选取第五榀框架作为计算单 元，并据此来进行框架计算。 4. .3 初估梁柱截面尺寸初估梁柱截面尺寸 1.梁的截面尺寸 各梁截面尺寸确定如下： 主梁： 1111 () ,() 181232 bbbb hl bh 次梁： 1111 () ,() 14832 bbbb hl bh 横梁： ，取 700mm 11 () 8400(467 700) 1812 b h ,取 300mm 11 () 600(200 300) 32 b b 纵梁： ,取 600mm 11 () 6600(367 550) 1812 b h ,取 300mm 11 () 500(167 250) 32 b b 次梁： ,取 600mm 11 () 6600(471 825) 148 b h ,取 300mm 11 () 500(167 250) 32 b b 2.柱的截面尺寸 由现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级可知该框架结构其轴压比限值 n=0.9。 由底层平面图可知边柱及中柱的负载面积为 6.64.2m2和 6.64.8m2。 边柱：Ac113400mm2 中柱：Ac209354mm2 如取柱截面为正方形，则边柱和中柱截面的高度分别为 337mm，457mm。因 为柱截面高度不宜小于 400mm，宽度不宜小于 350mm，柱净高与截面长边尺寸之 比宜大于 4，取截面尺寸为 600600mm2 同理验证楼梯间柱截面：负载面积为 6.64.2m2 Ac113400mm2 =337mm，取 400mm113400 所以 bh=400400mm2。 底层柱高为 3.9+0.3+0.6=4.8m，其他层柱高均为 3.6m。 4. .4 框架计算简图及梁柱线刚度框架计算简图及梁柱线刚度 1.选取框架 5 为计算框架。 2.根据地质资料，确定室内外高差为 300mm,基础顶面离室外地面 600 mm， 底层层高为 4.80m。在求粱截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取 I=2Io(Io 为不考虑楼板翼缘作用的粱截面惯性矩)。 横向框架：梁：底层 i=KNm 6 33 EI30 101 0.3 0.7232.2 10 8.412l 其他层：i=KNm 3 32.2 10 柱:底层：KNm 6 43 EI30 101 0.667.5 10 4.812l 其他层：i= KNm 6 43 EI30 101 0.690 10 3.612l 令 i=90=1.0，其余柱、梁的相对线刚度见下图： 3 10 DCBA 0.75 0.75 0.