五层框架结构学生宿舍设计

1、摘 要本设计题目为某五层框架结构学生宿舍楼设计，设计中选取结构方案中横向一榀框架第9轴为计算单元。建筑主体共五层，每层层高3.3m，总建筑面积为2700m2，建筑总高度为18.2m，抗震设防烈度为8度，抗震等级为二级，结构采用钢筋混凝土框架形式及桩基础。 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方案设计、平立剖面设计及屋面、楼梯、墙体构造设计，在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算,由于计算时需考虑抗震要求;抗震设防目标即小震不坏，中震可修，大震不倒;还需考虑抗震设计原则即强柱弱梁，强剪弱弯原则,所以接着进行了结构方案中横向框架A、B、C、D轴框架的抗震设计,

2、利用顶点位移法求出自振周期，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、剪力、轴力）。结构设计部分选择了一榀典型框架计算恒载及活载作用下的内力和内力组合，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： 建筑设计，结构设计，框架结构，桩基，荷载计算35 / 86文档可自由编辑打印AbstractThe purpose of the design is a five-story students dormitory portal frame construction design. In the design,to do the a

3、ntiseismic design in the longitudinal frames of axis 9 for computing element.The architecture has five stories . Its whole floorage is 2700m2, its top is 18.2m high. The earthquake intensity is 8. Style of the building is totally frame structure of reinforced concrete. The foundation of the building

4、 is the pile foundation. The design includes architectural design and structural design of two parts. In some of the major architectural design for the overall program design, flat vertical pro and roof, stairs, wall structural design, in determining the frame layout, the first carried out on behalf

5、 of the interlayer load value is calculated, due to be considered when calculating the seismic requirements; fortification goal that no damage in small earthquake,can repair in moderate earquake, no collapse in large earthquake; seismic design principles, namely the need to consider weak beam, stron

6、g shear weak bending principles, followed by a horizontal frame structure programs A, B, C, D axis seismic design framework, by using the vertex displacement method for vibration period, thus calculated according to the level of the base shear under seismic load size, and then find in the structure

7、under horizontal load force (moment, shear axial force). Some chose a design framework for calculating typical specimens of dead load and live load combination of internal forces and internal forces, through the most unfavorable combination of computational structural reinforcement force to draw the

8、 main load-bearing components construction drawing. keywords: Architectural design, Structural design, Construction management design, Pile foundation Load calculation目 录摘要第一章 绪论11.1 设计思路11.2 已知条件21.3 工程介绍21.4 平面设计31.5 剖面设计31.6 立面设计3第二章 结构布置及计算简图4第三章 重力荷载的计算73.1 屋面荷载（不上人屋面）83.2 屋面及楼面可变荷载标准值93.3 梁，柱，

9、墙，窗，门重力荷载计算：93.4 板自重113.5 楼面活载113.6荷载分层汇总11第四章 横向水平作用下框架结构的内力和侧移计算134.1 横向框架侧移刚度计算134.2 框架自震周期的计算144.3 多遇水平地震作用标准值和位移的计算144.4 框架地震内力的计算15第五章 竖向荷载作用下框架结构的内力计算205.1 计算单元205.2 荷载计算215.2.1 横载计算215.2.2活荷载的计算225.3内力计算24第六章 横向框架的内力组合296.1 结构的抗震等级296.2 框架内力组合29第七章 梁的计算397.1 梁的正截面受弯承载力计算397.2梁斜截面受剪承载力计算40第八章

10、 柱的配筋计算448.1 柱的剪跨比和轴压比的验算458.2 A柱正截面承载力计算458.3 B柱正截面承载力计算478.4 柱的截面受剪承载力计算49第九章 罕遇地震作用下弹塑性变形验算459.1 罕遇地震作用下的楼层剪力519.2 楼层受剪承载力计算519.3 楼层受剪承载力计算539.4 薄弱层弹性层间变形验算53第十章 框架梁柱节点核芯区截面抗震验算54第十一章 基础设计5611.1 尺寸的确定5611.2 桩身配筋5611.3 桩基承载力5711.4 桩身承载力59第十二章 板的计算6112.1 AB跨间板的计算61结 论65谢 辞67参考文献68外文翻译69第一章 绪论1.1 设计

11、思路建筑物的设计包括建筑设计和结构设计两部分。建筑设计除了要满足使用者的功能要求，还要考虑到经济、美观、实用等要求。本设计是在任务书的要求下设计的，在考虑了具体使用要求的前提下，还尽量考虑了防火、防滑、保温隔热等方面的要求。例如，在卫生间设置了防滑地板砖。另外，还考虑了采光、通风的要求，窗的面积的大小根据窗地比来确定的。此外，在设计中尽量考虑到功能合理，结构经济合理。结构体系是指结构抵抗外部作用的构件的组成方式。在建筑中，抵抗水平力成为设计的主要矛盾，因此抵抗力结构体系的确定和设计成为结构设计的关键问题。多层及高层建筑中常用的结构体系分为混合结构体系，框架结构体系，剪力墙结构体系（包括框架-剪

12、力墙，全剪力墙结构），筒体结构体系（包括框筒，筒中筒，成束或组合筒体结构），巨型机构体系。框架结构是由梁，柱构件通过节点连接形成的骨架结构，框架结构的特点是由梁和柱承受竖向和水平荷载，墙仅起维护作用，其整体性和抗震性好，平面布置灵活，使用方便，可形成开阔的内部空间，建筑立面容易处理，可以适应不同的房屋造型，故广泛应用于电子，轻工等多层厂房和住宅，办公，商业，旅馆等民用建筑。框架结构的主要承重体系简单规则，受力特点明确，又因其抗侧刚度小，所以多用于3-9层或者房屋高度不超过28m的民用建筑。在结构设计计算中，结构设计需满足的要求有：安全性、实用性、耐久性等。这三方面总称为结构的可靠性，科学的设计

13、方法就是在结构的可靠与经济之间选择一种最佳的平衡。总体布局遵循城市总体规划原则，适应景泰人民生活水平不断提高、对居住质量和居住环境的要求越来越高的新形势。适应市场改革与发展的需求，建设环境优美，配套设施齐全、先进、安全、文明一流住宅区，创造以人为本共享与亲和的居住空间环境，力求生态化、科技化、信息化的人居环境。以提高居住环境质量为核心，高起点规划、高标准设计、高质量建设现代化居住小区是本设计追求的最大目标。 设计体现时代特征，注重因地制宜、统筹兼顾、大胆突破，在设计中追求实际、合理的特点，同时，特别注意对区域整体环境品位、服务质量、社会效益有所提升。坚持“以人为本”的原则，创造高质量的生活、游

14、憩环境。增强建筑的科技含量与信息时代特征，坚持可持续发展，积极采用“四新”技术，为建筑智能化创造条件。 严格执行国家及我省的有关设计规范、规定，满足环境保护，防火安全，节约能源，抗震设防等各类要求与规定，合理确定各类参数，做到促进发展，保障安全，方便使用，经济合理。1.2 已知条件1. 建筑物位于甘肃省兰州市；2. 本工程地震设防烈度为八度第二组，地震加速度为0.2g,场地土类别类，丙类建筑，地基基础设计等级为丙级。3. 气象资料：基本风压：0.3kN/m2 ， 基本雪压：0.15kN/m2。4. 地质资料：本工程地质情况自上而下依次为：（1）杂填土，层厚1.5米 ，地基承载力fk=100kp

15、a Es=6.0Mpa(2) 黄土状粉土，层厚5米，fk=130kpa Es=9.0Mpa；(3) 卵石，勘探范围内未见底，fk=450kpa ，Es=32Mpa，桩端端阻力标准值fk=3300kpa ，本工程以该层为持力层。5. 水文资料：勘探范围内未见地下水，最大冻土深度1.03米。6.不上人屋面。1.3 工程介绍本工程地震设防烈度为八度第二组，地震加速度为0.2g,场地土类别类，丙类建筑，地基基础设计等级为丙级。本工程为现浇钢筋混凝土框架结构，填充墙采用加气混凝土，整体五层，混凝土采用C35的，基础采用桩基础。本工程建筑面积为2807。1-4层层高为3.3m，五层层高为3.6m，建筑物总

16、高度为18.20m,室内地面标高为±0.000m, 室内外高差为0.600m。首层设置有管理室、公共活动室、配电室。另外每层设置有公共卫生间、洗涮间、晒衣间。其中双人间20%，四人间50%，六人间30%，每生指标约为8m2/生。双人间面积为16.2，四人间面积为19.44，六人间面积为21.06，双人间和四人间内设有面积为2.4的卫生间。本工程采用水磨石面层楼面,卫生间采用瓷砖楼面，乳黄色外墙漆粉刷；内墙采用白色复层涂料饰面，屋面防水采用二毡三油防水，屋面为不上人屋面。门采用木门，窗为铝合金窗。1.4 平面设计品味时尚、经济实用的户型结构是本工程追求的目标。在满足廉租房要求的同时提高

17、小户型居住的舒适性，各楼户型均南北朝向，通风采光良好，规整实用。使其居住的更生态、更居家、更舒适、更阳光。本设计的原则是：尽量在满足住宅楼的使用要求的基础上，考虑到经济、美观 、实用等要求。通过平面组合设计、交通组织及防火疏散设计及柱网布置等做出了平面设计，包括房间使用面积、形状、大小的确定；门窗大小及位置的确定；楼梯、过道的设计。1.5 剖面设计根据平面设计进行剖面设计，层数为5层，室内外高差0.6m，1-4层层高为3.3m，五层层高为3.6m，建筑物总高度为18.20m.1.6 立面设计根据“以人为本”的设计指导思想，在充分考虑当地人文环境及居住习惯的基础上，采用传统的建筑元素与现代建筑元

18、素穿插，在突出居住建筑特质的同时，又赋予时代气息。建筑立面设计中首先从色彩上出发，外墙基面为米黄色，一层外墙面为红褐色，墙面穿插有白色的线脚，采用景观飘窗、白色窗框，呈现出一种沉稳中不乏活泼、现代而又极具地域品味的感觉。对门窗进行了调整，并对入口、雨蓬、建筑装饰等进行重点及细部调整。第二章 结构布置及计算简图该建筑5层宿舍楼，建筑平面布置灵活，且需要较大空间，可考虑采用框架结构或框剪结构。由于框架体系具有如下的特点：它是由梁、柱构件通过节点连接形成的骨架结构，由梁、柱承受竖向荷载和水平荷载，墙仅起维护作用。其优点是建筑平面布置灵活，可做成需要较大空间的会议室，也可做成小空间的房间；缺点是梁柱截

19、面尺寸不能太大，侧向刚度较小，水平位移大。受力变形特点：框架结构本身的抗震性能较好，能承受较大变形，特别适用于建筑高度不超过60m的建筑物。所以本设计中采用框架结构。建筑耐火等级为二级，抗震设防烈度为8度，建筑物合理使用年限为50年，屋面防水等级为级，防水层耐用年限为15年。（一）本工程采用：全现浇式钢筋混凝土框架结构（二） 屋面及楼梯的结构选型 屋面结构：采用现浇钢筋混凝土肋形屋盖 楼梯结构：采用钢筋混凝土板式楼梯（三）主要构件选型1、梁板柱结构形式：现浇钢筋混凝土结构2、墙体采用：加气混凝土砌块3、墙体厚度：外墙:300mm，内墙：200mm4、基础采用：单柱单桩柱下独立基础1-4层层高为

20、3.3m、五层层高为3.6m，建筑物总高度为18.20m,室内地面标高为±0.000m, 室内外高差为0.600m。本工程为现浇钢筋混凝土框架结构，填充墙采用加气混凝土，整体五层，其设计强度等级，混凝土采用C35的，基础采用桩基础。表2.1 梁截面尺寸（mm）及各层混凝土强度等级楼层混凝土强度等级横梁（b*h）纵梁次梁（b*h)AB,C跨DBC跨（b*h)CL-1CL-2CL-315C35300*550300*400350*700300*500250*400200*300 2.2 柱截面尺寸估算，查表可得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12kN/mm

21、2.有图1可知轴线边柱的负载面积为7.5和 边柱 中柱 如取正方形截面，则边柱和中柱截面高度分别为355mm2和419mm2，根据上述计算结果综合考虑其他因素，本设计截面尺寸采用图2.1建筑平面图图5.2 结构平面布置图第三章 重力荷载的计算3.1 屋面荷载（不上人屋面） 屋面永久荷载标准值：30厚细石混凝土保护层： 22×0.03=0.66kN/m2防水卷材一道： 0.35kN/m220厚水泥砂浆找平层： 20×0.02=0.4kN/m260厚水泥蛭石保温层： 5×0.06=0.3kN/m2100厚现浇混凝土板： 25×0.1=2.5kN/m2 20厚

22、板底粉刷： 0.35kN/m2 合计： 4.56kN/m215层楼面：水磨石地面 0.65kN/m2100厚现浇混凝土板： 25×0.1=2.5kN/m220厚板底粉刷： 0.35 kN/m2 合计： 3.5 kN/m卫生间荷载永久荷载标准值：地面砖： 0.65 kN/m220厚1:3水泥砂浆搓麻： 20×0.02=0.4kN/m220厚水泥砂浆防水保护层： 20×0.02=0.4kN/m2100厚现浇混凝土板： 25×0.1=2.5kN/m2PVC吊顶 0.2kN/m210水泥砂浆 20×0.01=0.2kN/m2 合计： 4.35kN/m3

23、.2 屋面及楼面可变荷载标准值不上人屋面均布活载标准值： 0.5 kN/m2楼面活荷载： 2.0 kN/m2屋面雪荷载标准值： 其中，Ur为屋面积雪分布系数，取Ur=1.0 kN/m23.3 梁，柱，墙，窗，门重力荷载计算：表3.1梁、柱重力荷载标准值层次构件B/mh-0.1/mV(kN/m2)ßg'(kN/m)L/mGi/ kNGi/ kN1边横梁0.30.45251.053.54468.6243.1181360.988中横梁0.30.3251.052.36311.226.466CL-10.30.4251.053.15072226.8CL-20.250.3251.051.9

24、6925.249.619CL-30.20.2251.051.0534.915.246纵梁0.350.6251.055.513141.6780.640柱0.50.5251.16.875113.4779.62524边横梁0.30.45251.053.54468.6243.1181390.751中横梁0.30.3251.052.36311.226.466CL-10.30.4251.053.15072226.800CL-20.250.3251.051.96947.292.937CL-30.20.2251.051.0519.820.790纵梁0.350.6251.055.513141.6780.640柱

25、0.50.5251.16.87592.4635.255边横梁0.30.45251.053.54468.6243.1181390.751中横梁0.30.3251.052.36311.226.466CL-10.30.4251.053.15072226.800CL-20.250.3251.051.96947.292.937CL-30.20.2251.051.0519.820.790纵梁0.350.6251.055.513141.6780.640柱0.50.5251.16.875100.8693.0001050.224女儿墙边横梁0.30.45251.053.54468.6243.118中横梁0.30

26、.3251.052.36311.226.466纵梁0.350.6251.055.513141.6780.640柱0.50.5251.16.87519.6134.75底层柱的高度从基础顶面取至一层板底 即 。1-4层层高为3.3m、五层层高为3.6m，女儿墙上的柱高为700mm。墙体：外墙为300mm厚的加气混凝土块，墙两面采用抹灰 内墙体采用200mm厚的加气混凝土块，墙两面采用抹灰 卫生间墙体采用120mm厚的架气混凝土块，内墙用贴瓷砖（0.5kN/mm2）外墙面用20mm厚抹灰表3.2墙体自重墙体总面积(m2)总重量（kN)（kN)底层层外纵墙（300mm）155.68456.142154

27、4.279底层层外横墙（300mm）58.8655.93底层层外生间纵墙（120mm）51.67889.920底层层外生间横墙（120mm）36.6363.7361544.279底层层内纵墙（200mm）134.85293.973底层层内横墙（200mm）268.155584.5782-4层外纵墙（300mm）157.24460.7131653.8042-4层外横墙（300mm）58.8655.932-4层外生间纵墙（120mm）70.47122.6182-4层外生间横墙（120mm）49.9586.9132-4层内纵墙（200mm）143.89313.682-4层内横墙（200mm）281.

28、63613.955层外纵墙（300mm）179.68526.4621995.4625层外横墙（300mm）65.7192.5015层外生间纵墙（120mm）77.76135.3025层外生间横墙（120mm）57.1599.4415层内纵墙（200mm）165.19360.1145层内横墙（200mm）312.53681.315女儿墙69.30151.074151.074门采用木门单位面积重力荷载为0.2kN/m2。铝合金窗的单位面积重力荷载取0.4kN/m2.表3.3门窗自重层次编号长m高mn总面积总重G'(kN)G'(kN)1C11.81.82271.2828.51238.

29、052C21.21.824.321.728C30.61.822.161.008M10.92.11834.026.804M20.72.11217.643.528M32.02.414.80.9624C11.81.82271.2828.51242.84C21.21.824.321.728C30.61.822.161.008M10.92.11935.917.128M20.72.11522.054.41 5C11.81.82477.7631.10446.818C21.21.824.321.728M10.92.11834.026.804M20.72.11935.917.1823.4 板自重表3.4 板自重

30、表2-5层各层楼板面积（m2）自重（kN）2-5层卫生间板面积（m2）自重（kN）(kN)466.621633.1787.84382.1042015.274顶层屋面面积（m2）自重（kN）(kN)554.462528.338252.3383.5 楼面活载2-5层楼面活载 顶层屋面活载 3.6荷载分层汇总顶层重力荷载代表值包括屋面恒载+50%活载+纵横梁自重+半层柱自重+女儿墙柱重+半层墙体自重+女儿墙自重+半层门窗自重 G5=5413.194kN G4=614.170kN G3=6002.239kN G2=6002.239kN G1=6017.27kN图3.1 各质点的重力荷载代表值其他楼层重

31、力荷载代表值:楼面恒载+50%楼面均布活载+纵横梁自重+楼面上下各半层柱自重+上下各半层墙体自重+半层门窗自重第四章 横向水平作用下框架结构的内力和侧移计算4.1 横向框架侧移刚度计算 横梁线刚度计算过程见表4.1；柱线刚度计算过程见表4.2.表4.1横梁线刚计算表类别Ec(N/mm2)b×hIo×1010/mm4（mm）N·mm边横梁3.15×104300×5504.15954002.8353.6394.852中横梁3.15×104300×4001.621002.43.64.8表4.2 柱的线刚度类别Ec(N/mm2)hc

32、/mmb×h/mm×mmIc/mm4Ec Ic/ hc=kc(mm)首次柱3.15×1044.05500×5005.208×1094.051×101024层柱3.15×1043.3500×5005.208×1094.971×10105层柱3.15×1043.6500×5005.208×1094.557×1010柱的侧移刚度表4.3 首层D值的计算 D边柱中柱边柱中柱边柱中柱中框架柱1.1982.3830.5310.65815737.219501.1边框架柱

33、0.8981.7890.4820.60414285.017900.7表4.4 2-4层D值的计算 D边柱中柱边柱中柱边柱中柱中框架柱0.9761.9420.3280.49317966.827005.0边框架柱0.7321.4560.2680.42114680.223061.1表4.5 五层D值计算 D边柱中柱边柱中柱边柱中柱中框架柱1.0642.1180.3470.51414641.521687.9边框架柱0.7991.5890.2850.44312025.418692.14.2 框架自震周期的计算表4.6 基本周期T1的计算层位 (kN)(kN/m)(kN) （kN·m）（kN&#

34、183;m2）55413.1944861645413.1940.01110.1558843.4131.446149.170600683.211562.3640.01920.1447889.8128.836002.239600683.217564.6030.02940.1255753.394.526002.239600683.223566.8420.03920.0965579.355.916017.27481125.827584.1120.05730.0573344.819.8 取 4.3 多遇水平地震作用标准值和位移的计算本层房屋高度h=4.05+3.3×3+3.6=17.55，且质

35、量和刚度沿高度分布比较均匀，故可采用底部剪力法计算多遇水平地震作用标准值。多遇地震，设防烈度8度，设计地震加速为0.2g时，=0.16；类场地，设计地震，分组为第二组，=0.4.。故不考虑顶部水平地震作用，计=0结构总水平地震作用标准值：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，参见下表3.6.验算框架层间弹性位移：表4.7 层次（kN)（m）Fi/kN/kN(kN/m) 55413.19417.5595001.555313195.4421066.81066.84861640.002246149.17013.9585780.922963.32030.1600683.20

36、.003436002.39010.6563925.454717.82747.9600683.20.004626002.3907.3544117.567495.43243.3600683.20.005416017.2704.0524369.944273.73517481125.80.0073首层 （满足）二层 （满足） 4.4 框架地震内力的计算表4.8 水平地震作用下框架柱剪力柱层次h(m)(kN/m)(kN/m)边柱53.61066.848616414641.50.030132.1143.32030.1600683.217966.80.029960.7033.32747.9600683.21

37、7966.80.029981.1623.33243.3600683.217966.80.029996.9714.053517481125.815737.20.0327115.01中柱53.61066.848616414641.50.044647.5843.32030.1600683.217966.80.045091.3533.32747.9600683.217966.80.0450123.6623.33243.3600683.217966.80.0450145.9414.053517481125.815737.20.0405142.55 框架柱剪力和柱端弯矩的计算过程见表4.8、表4.9、表4

38、.10；梁端剪力及柱轴力间表4.11。并画出地震作用下的弯矩图，轴力图。表 4.9 反弯点层次边柱中柱5n=5 n=5 4n=5 n=5 3n=5 n=5 2n=5 n=5 层次边柱中柱1n=5 n=5 表4.10 柱端弯矩标注值层次层高边柱中柱y（m）y（m）53.632.110.3540.4675.1447.580.4170.23101.0643.360.700.4080.12120.1991.350.45135.65165.8033.381.160.45120.52147.31123.660.50204.04204.0423.396.970.5160.06160.00145.940.50

39、240.80240.8014.05115.010.63293.45172.34142.550.55317.53259.80表 4.11 水平地震作用下梁端剪力及柱轴力标准值 层次AB跨梁端剪力BC跨梁端剪力柱轴力/m /kN/m/kN边柱中柱55.475.1450.8023.322.150.2650.2647.87-23.32-24.5545.4160.65118.6551.722.1117.38117.38111.97-75.04-84.6235.4227.43170.7673.742.1168.93168.93160.89-148.78-171.7725.4280.52223.6293.3

40、62.1221.22221.22210.69-242.14-289.115.4332.4251.65108.162.1248.95248.95237.10-350.30-418.04 1059.7 956.8 713.1 492.1 271.8 图4.1 计算简图图4.2 层间地震剪力图(kN) 图4.3 中柱剪力图（kN) 图4.4 边柱剪力图 图4.5 中柱轴力（kN) 图4.6 边柱轴力（kN)图4.6 地震作用下的弯矩图第五章 竖向荷载作用下框架结构的内力计算5.1 计算单元 取轴线为横向框架进行计算，计算单元宽度为7.5m。如图5.1所示，由于房间内布置有次梁，故直接传给该框架的楼面

41、荷载如图中水平线阴线所示，计算单元范围内的其余楼面荷载则通过框架梁以集中力的形式传给横向框架，作用于各节点上，于纵向框架梁的中心纯与柱的中心线不重合，因此在框架节点上还有集中力矩。 边： 则为双向板 中： 则为双向板 图 5.1 横向框架的计算单元5.2 荷载计算5.2.1 横载计算对于5层，代表横梁自重和其上横墙自重，为均布荷载的形式何关系得分别为由纵梁、中纵梁直接传给柱的横载，它包括梁自重，楼板重和女儿墙等重的重力荷载，计算入如下。 集中力矩： 对于14层，代表横梁自重和其上横墙自重，为均布荷载的形式，其他和载计算方法同5层，结果 分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载 图5.2 各层梁上作用的横载分别为由纵梁，中纵梁直接传给柱的横载，它包括梁自重，楼板中和女儿墙等的中力荷载计算。计算如下5.2.2活荷载的计算对于1-4层 对于第5层 同理在屋面雪荷载作用下表 5.1 横向框架横载汇总表层次/(kN/m）/(kN/m）/kN/kN·m/