宾馆结构设计计算书.doc

摘 要 本设计主要进行了结构方案中框架5轴框架的抗震设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算,接着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）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力，找出最不利的一组或几组内力组合。 选取最安全的结果计算配筋并绘图。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计并完成了平台板，梯段板，平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。内力计算部分首先计算风荷载和地震作用下结构的内力，主要运用了“力矩分配法”、“D值法”等方法。之后进行荷载组合，并且根据其进行截面设计和计算，主要包括构件截面尺寸设计以及构件配筋设计。结构设计部分主要由内力计算和截面设计组成。本建筑基础形式选用柱下独立基础。建筑设计部分包括建筑的平面、立面和剖面设计，主要解决建筑平面布局和立面造型问题，此外对一些细部尺寸进行了设计。关键词： 框架；结构设计；抗震设计 -Abstract The design of the main structure of the programme in the shaft frame 5 frame aseismic design.After determining the frame layout, the first conducted on behalf of the load between values are calculated, then using the displacement method vertices from the period of vibration, then at the bottom of the shear calculation of horizontal seismic loads under size, then calculated the level of load structure under the action of internal force (bending moment, shearing force, the axial force).Then calculate the vertical load (dead load and live load) under the structure of internal forces, to identify the most disadvantaged group or several groups of endogenic force combination.Select the most secure and reinforcement calculation of the results of drawing.In addition to the structure of the programme in the design of indoor stairs and completion of a platform board, board of the ladder, platform and other components of the beam inner force and reinforcement of calculation and mapping.Internal force calculation part first calculate the wind load and earthquake action structural internal force, mainly using the "moment distribution method", "D" and other methods.After load combinations, and according to the cross section design and calculation, including the section size of components design and component design of reinforcement. Structural design part mainly from the internal force calculation and section design.The building foundation form selection of single foundation under column. Part of the architectural design includes the plane, elevation and profile design, the main solution to building layout and elevation modeling problem, in addition to some details of the design size.Keywords:Framed strctures;Structure design; Aseismatic design目录建筑部分1.设计依据、方案及经济技术指标11.1 设计资料11.2 总体布局与技术经济指标21.2.1 总体布置的考虑21.2.2 立面造型21.2.3 技术经济指标21.2.4 其他有关说明2结构部分2.混凝土现浇框架结构设计32.1 结构布置及计算简图32.2 材料选用及截面尺寸的初步估算32.2.1 材料选用32.2.2 构件截面尺寸初步估算42.2.3 基础42.2.4 其他53.荷载计算63.1 框架刚度及荷载统计计算63.1.1 框架刚度统计框架梁线刚度：63.1.2 永久荷载恒载计算73.1.3 楼面与屋面73.1.4 梁、柱与墙等重力荷载标准值83.2 竖向荷载下框架受荷103.3 风荷载计算143.3.1 风荷载作用下的位移计算143.3.2 风荷载作用下框架侧移计算163.4 水平地震作用计算173.4.1 抗震计算单元及动力计算简图173.4.2 水平地震作用下的位移验算194.内力计算214.1 恒荷载和活荷载作用下的内力计算214.2 风荷载作用下的内力计算334.3 横向地震作用下的内力计算365.内力组合385.1 内力组合386.构件截面设计及配筋计算476.1 截面设计一般原则476.2 框架梁配筋计算486.3 框架柱截面设计及配筋计算546.3.1 框架柱的内力组合546.3.2 框架柱截面的计算与配筋计算557.板的设计及配筋计算627.1 楼板设计627.1.1 荷载计算627.1.2 按弹性理论计算637.1.3 配筋计算658.楼梯设计668.1 设计资料668.2 楼梯斜板设计668.3 平台板设计688.4 平台梁设计699.基础设计719.1 A、D轴柱基础设计719.2 B、C轴柱基础设计75参考文献81致 谢82明湖宾馆结构设计1.设计依据、方案及经济技术指标1.1设计资料1. 设计标高：室内设计标高±0.000,室内外高差450mm.2. 墙身做法：采用250mm厚加气混凝土块；用M5混合砂浆砌筑，内粉刷为混合砂浆底，纸筋灰面，厚20mm，“803”内涂料两度。外墙采用贴面砖，1：3水泥砂浆底厚20mm。3. 楼面作法：楼板顶面为水磨石地面，10mm面层，20mm水泥砂浆打底，素水泥浆结合层一道。4. 屋面作法：30厚C20细石混凝土保护层，80厚矿渣水泥（憎水性保护层），防水层（柔性）采用三毡四油铺小石子，20厚水泥砂浆找平层。5. 基本风压：o=0.40kN/m2(地面粗糙度属B类)。6. 基本雪压：S0=0.35kN/m2。7. 抗震设防烈度：七度（0.1g），框架抗震等级为三级。8. 地质条件： 由上至下：1. 杂填土：厚度为0.5m2. 粉砂：厚度为2m，地基承载力特征值为100kPa3. 粉土：厚度3m，地基承载力特征值为120kPa4. 粉质粘土：厚度3m，地基承载力特征值为120kPa建筑场地类别为类；地下水对混凝土不具侵蚀性，不考虑土的液化。活荷载：不上人屋面活荷载0.5kN/m2，客房楼面活荷载2.0kN/m2。 1.2 总体布局与技术经济指标1.2.1总体布置的考虑：总平面设计的核心内容，是研究建筑与人的依存关系。建筑与人的依存关系是解决好建筑与功能的呼应、建筑与人际呼应、建筑与环境衔接三大有机结合的关系，故总平面设计是方案设计的关键，包括：出入口的选择；估计用地面积；包括建筑面积；停留面积，如人，货，车辆的停留；交通面积，如车道，人行道等；隔离面积，如卫生，安全要求的隔离带；分析联系关系；建筑组合可能性分析。1.2.2立面造型该栋高档宾馆是整体六层框架结构，采取大跨、填充墙分户通过所设窗户，梁来衬托，另外，立面墙体采用白色外墙面砖，详细情况见立面图。1.2.3技术经济指标（1）：总建筑面积：4526.7m2（2）：房屋总高度为：19.60m1.2.4其他有关说明本工程合理使用年限为50年，建筑总高位19.60m，施工中的有关问题与有关部门协商。 2.混凝土现浇框架结构设计2.1结构布置及计算简图根据该房屋的使用要求及建筑设计要求，进行了建筑平面，立面及剖面设计，其标准层结构平面图如下。主体结构共6层，首层3.6m, 二-六层均3m，框架柱柱距跨度取为：8.1m，榀距取为7.8m，即平面柱网为：8.1m×7.8m。结构平面布置如图2.1所示。图2.1 主次梁结构平面图2.2材料选用及截面尺寸的初步估算2.2.1 材料选用 填充墙采用200mm厚加气混凝土块填充，门有：塑钢门、铝合金门、；窗子全采用铝合金窗。楼盖、屋盖、梁柱、楼梯等构件均采用现浇钢筋混凝土结构。混凝土强度等级C30， fc=14.3N/mm2 ft=1.43 N/mm2 ，钢筋采用HPB235（fy=210 N/mm2 ）和HRB400（ fy=360 N/mm2 ）和HRB335（ fy=300 N/mm2 ）。2.2.2 构件截面尺寸初步估算：梁的截面尺寸应满足承载力，刚度及延性的要求，截面高度一般取梁跨度的1/81/14，当梁的负荷面积较大或荷载较大时，宜取其上限值。为防止梁发生剪切脆性破坏，梁的净跨与截面高度之比不宜小于4，梁的截面宽度可取1/31/2梁高，同时不小于1/2柱宽，且不应小于250mm。(1) 各梁截面尺寸确定如下：A：框架主梁：L1：取h=（1/81/14）L取h=750mm,取b=（1/31/2）h, b=250mm， L2：取h=（1/81/14）L取h=300mm, b=250mm， 其他方向主梁也取b×h=250mm×750mmB：次梁：取h=（1 /121/18）L取h=500mm,取b=（1/31/2）h,b=250mm， C：基础梁：取b×h=250mm×400mm (2) 柱子截面尺寸确定如下：柱截面尺寸可根据柱的轴压比按下列公式计算： N=ßfgEn, Ac=N/(uNfc)注：N为柱组合的轴压设计值；f为简支状态下的柱的负荷面积；gE为折算在单位面积上的重力荷载代表值，可根据实际荷载计算，也可近似取1215KN/m；为考虑地震作用下的柱轴压力增大系数，边柱取1.3，不等跨内柱取1.25,等跨内柱取1.2；n为验算层以上的层数，Ac为柱的截面面积；fc为混凝土轴心受压设计值了uN为框架结构轴压比限值，可近似取值，对一级、二级和三级抗震，分别为0.7、0.8和0.9。边柱：Ac1 =1.3×8.1×3.45×15×1000×4/(0.8×14.3)=205801.09mm2内柱：Ac2 =1.25×8.1×3.6×15×1000×4/(0.8×14.3)=190534.09 mm2若取为方柱即b=h，则411.5mm，故取柱截面均为b×h=500×500mm。按构造要求现浇混凝土板厚：h=（1/301/40）L次且大于80mm，计算得：h=（1/301/40）×3900=95mm120mm 故取板厚为120mm。2.2.3基础选用柱下独立基础，基础埋深1.75m。2.2.4其他取顶层的型心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板底，26层均为3m，底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即H1=3.6+1.45=5.05m，取第5轴线为计算单元，结构计算简图如图2.1所示。3.荷载计算 3.1框架刚度及荷载统计计算3.1.1框架刚度统计框架梁线刚度： 左边跨梁：i左边梁=2Ec×I。/L=2×3.0×107×0.25×0.753/(12×8.1)=6.5×104 kN.m中跨梁： i中跨梁=2Ec×I。/L=2×3.0×107×0.25×0.33/(12×2.4)=1.4×104 kN.m右边跨梁：i右边梁=2Ec×I。/L=2×3.0×107×0.25×0.753/(12×8.1)=6.5×104kN.m底层柱（AD轴）i底=Ec×I。/L =3.0×107×0.54/(12×5.05) =3.1×104 kNm其余层柱（AD轴）i余=Ec×I。/L =3.0×107×0.54/(12×3) =5.2×104 kN.m令i余=1.0，则其余各杆件的相对线刚度为：i左边梁=6.5×104 /(5.2×104 )=1.25= i右边梁i中跨梁=1.4×104 /(5.2×104 )=0.27i底=3.1×104 /(5.2×104 )=0.63.1.2永久荷载恒载计算 屋面30厚C20细石砼保护层 1.080mm厚矿渣水泥保温层 14.5×0.08=1.16 三毡四油铺小石子防水层 0.4 20mm厚水泥砂浆找平层 17×0.02=0.4 现浇120厚砼板 0.12×25=3 10mm厚粉刷层 17×0.01=0.17 合计 6.07 标准层楼面及走廊楼面 水磨石楼面 0.65 结构层：现浇120厚砼板 0.12×25=3 粉刷层：普通抹灰10mm厚 17×0.01=0.17 合计 3.97 卫生间、洗刷间楼面 面 层：小瓷砖地面 0.55 结构层：现浇120厚砼板 0.12×25=3 粉刷层：普通抹灰10mm厚 0.17 合计 3.723.1.3 楼面与屋面 1）活荷载,查荷载规范 不上人屋面 0.5 楼面 、走廊 2.0 浴室 、厕所 2.02） 雪荷载 0.353） 屋面活荷载与雪荷载不同时考虑,取最大值, 即0.53.1.4 梁、柱与墙等重力荷载标准值 1)框架梁自重 主梁截面=250 =750 =250.250.75=4.69粉刷层 10厚混合砂浆 0.01（0.252+0.752）17 =0.34 合计 5.03 次梁截面=250 =500 =250.250.5 =3.125粉刷层 10厚混合砂浆 0.01（0.252+0.52）17 =0.255 合计 3.38基础梁截面=250 =400 =250.250.4=2.5 合计 2.52)框架柱自重截面b=500 h=500 =250.50.5=6.25粉刷10厚混合砂浆 0.010.5417=0.34 合计 6.593) 墙自重:外纵墙标准层纵墙： 0.90.257=1.575铝合金窗： 2.10.35=0.735水泥粉刷内墙面: (3.0m-2.1m) ×0.36=0.324 合计 2.634外纵墙底层 纵墙： 0.9×0.25m×7 kN/m3=1.575 铝合金窗： 2.1m×0.35kN/m2 =0.735 水泥粉刷内墙面: （3.6m-2.1m）×0.36kN/ m2=0.540 合计 2.850内纵墙标准层 纵墙： 3.0m×0.20m×7 kN/=4.20 水泥粉刷内墙面: 3.0m×0.36kN/×2=2.16 合计 6.36 内纵墙底层 纵墙： 3.6m×0.20m×7kN/=5.04 水泥粉刷内墙面: 3.6m×0.36kN/×2=2.592 合计 7.6323.2 竖向荷载下框架受荷 图3.2.1 板传荷载示意图 屋面板传至梁上的荷载成三角形或梯形荷载等效为均布荷载，荷载的传递示意图如上图：（1）A-B、C-D轴间框架屋面板传荷载恒载： 活载： 楼面板传荷载 恒载： 活载： 梁自重： 5.03A-B、C-D轴间框架梁的均布荷载为： 屋面梁 ： 恒载=梁自重+板传荷载 =5.03+19.52=24.55 活载=板传荷载=1.75 楼面梁 ： 恒载=梁自重+板传荷载 =5.03+11.64 =16.67 活载=板传荷载=10.5（2） B-C轴间框架梁（计算过程同上） 梁自重： 2.09屋面梁恒载=梁自重+板传荷载 =2.09+8.4 =10.49 屋面梁活载=板传荷载=0.75楼面梁恒载=梁自重+板传荷载=2.09+4.98 =7.07屋面梁活载=板传荷载=4.5(3) A、D轴柱纵向集中荷载计算女儿墙自重：（做法：墙高1000，外贴面砖，内抹灰，砖墙）顶层柱恒荷载=女儿墙自重+梁自重+板传荷载 顶层柱活荷载=板传荷载=标准层柱恒荷载=墙自重+主梁自重+次梁自重+楼面板传荷载 标准层柱活载=板传荷载基础顶面恒载= 底层墙自重+基础梁自重(4) B、C轴柱纵向集中荷载计算顶层柱恒荷载=梁自重+屋面板传荷载 顶层柱活荷载=板传荷载标准柱恒荷载=梁自重+楼面板传荷载+墙自重 标准层柱活荷载=板传荷载基础顶面恒载=底层墙自重+基础梁自重框架在竖向荷载作用下的荷载总图3.2所示如，单位（kN）图3.2.2 竖向受荷总图 3.3风荷载计算为了简化计算，作用在外墙面上的风荷载可近似的用作用在屋面梁和楼面梁处的等效集中荷载替代，作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值：Wk= 式中-基本风压，=0.4kN/ -风压高度变化系数，因建设地点位于某城市市区。地面粗糙度为D类 风荷载体形系数，根据建筑物的体型查得=1.3 风振系数，因总高度30m，取=1.0 下层柱高 上层柱高B迎风面宽度，B=7.8m。 计算过程见表3.3.1.表3.3.1 集中风荷载标准值离地高度Wk19.050.6211.30.4326.316.050.6211.30.4337.513.050.6211.30.4337.510.050.6211.30.4337.57.050.6211.30.4337.54.050.6211.30.44.0538.9 3.3.1风荷载作用下的位移计算侧移刚度：表3.3.2 横向2-6层D值的计算构件名称A轴柱0.45931824B轴柱0.47432864C轴柱0.47432864D轴柱0.45931824表3.3.3 横向底层D值的计算构件名称A轴柱0.6928520B轴柱0.70229016C轴柱0.70229016D轴柱0.69285203.3.2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：式中 -第j层的总剪力； -第j层所有柱的抗侧刚度之和； -第j层的层间位移。第一层的层间侧移值求出以后，就可以计算各楼板标高处的侧移值的顶点侧移值，各层楼板标高处的侧移值是该层以下各层层间侧移之和，顶点侧移是所有各层层间侧移之和。j层侧移 顶点侧移 框架在风荷载作用下侧移的计算见表3.3.4表3.3.4 风荷载作用下框架侧移计算层次WjVjDujuj/h66.36.31293760.000051/6000057.513.81293760.00011/3000047.521.31293760.000161/1875037.528.81293760.00021/1500027.536.31293760.000281/1071418.945.21150720.00041/10125u=uj=0.00119侧移验算：层间侧移最大值1/101251/550（满足要求）3.4水平地震作用计算3.4.1抗震计算单元及动力计算简图抗震分析时取5轴框架为计算单元，动力计算简图为串联多自由体系，作用于屋面梁及各层楼面梁处的重力荷载代表值为：屋面梁处：GEW=结构和构件自重+50%雪荷载楼面梁处：GEI=结构和构件自重+50%活荷载其中结构和构件自重取楼面上、下1/2层高范围内（屋面梁处取顶层的一半）的结构及构件自重（包括纵、横梁自重，楼板结构层及构造层，纵、横墙体及柱等自重）。第六层：4202.3+377.23×50%+5.03×7.8×16+5.03×8.1×14+2.09×2.4×6+1/2（19.77×28+475.94+871.89+222.3）+302.38=6983.38kN第二五层：2504.78+2263.35×50%+5.03×7.8×16+5.03×8.1×14+2.09×2.4×6+19.77×28+475.94+871.89+222.3=6988.4kN第一层：2504.78+2263.35×50%+5.03×7.8×16+5.03×8.1×14+2.09×2.4×6+1/2（33.28×28+978.89+1135.49+222.3）=6499kN重力荷载代表值见图3.4.1.图3.4.1 重力荷载代表值表3.4.1 地震作用下的位移计算层次GiVjDuj66938.386983.381293760.05456988.413971.781293760.10846988.420960.181293760.16236988.427948.581293760.21626988.434936.981293760.271649941435.981150720.36多遇水平地震作用标准值以及位移计算：由设防烈度为7度；场地土类别为二类由建筑抗震设计规范（GBJ11-89）查的：则横向地震影响系数：由抗震规范可知尚需要计算顶部附加集中水平地震作用 结构总水平地震作用等效重力荷载：顶部附加集中水平地震作用为：各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算见表3.4.2表3.4.2 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算层次66983.3819.05133033.4482218.4325025056988.416.05112163.8225355346988.413.0591198.62205.5758.536988.410.0570233.42158.2916.726988.47.0549268.221111027.7164994.0526320.9559.310873.4.2水平地震作用下的位移验算水平地震作用下框架结构的层间位移ui和顶点位移ui分别按:, 其中应该满足uih 为弹性层间位移角限值,框架结构有=1/550。 h:为计算楼层层高。地震作用下的层间位移计算过程见下表:表3.4.3 地震作用下的层间位移计算过程层号63001293760.002319.051/101655531293760.004316.051/9674758.51293760.005913.051/8163916.71293760.007110.051/76321027.71293760.00797.051/703110871150720.00944.051/607由表中可以看出，最大层间位移1/6071/550，满足要求。 4.内力计算为简化计算，考虑以下几种单加荷载情况：（）、恒载作用（）、活荷载作用（）、风荷载作用（从左向右吹）（）、横向水平地震作用（从左向右）对于（1）、（2）两种情况，框架在竖向荷载作用下，采用弯矩二次分配法近似计算。此外，对于情况（2）还忽略侧移影响，近似按无侧移框架进行计算。对于情况（3）、（4），框架在水平荷载作用下，采用D值法进行计算。在内力分析前，还应计算节点各杆的弯矩分配系数以及在竖向荷载作用下各杆端的固端弯矩。4.1恒荷载和活荷载作用下的内力计算用力矩分配法计算竖向荷载作用下的内力。 由于结构对称，取半边结构计算。固端弯矩的求法：当梁的两端固结时 M左=-ql2/12 M右=ql2/12。节点分配系数µi=Si/S。 转动刚度：远端固定S=4i，远端滑动S=i。分层法计算时，假定上下柱的远端为固定时与实际情况有出入。因此，除底层外，余各柱的线刚度应乘以0.9的修正系数，且其传递系数由1/2改为1/3,如下图所示：图4.1 刚度修正系数 图4.2 传递系数修正(1) 恒载作用下的弯矩计算图4.3 恒载作用下顶层杆端弯矩计算（kN·m） 图4.4 恒载作用下标准层杆端弯矩计算（kN·m）图4.5 恒载作用下底层杆端弯矩计算（kN·m）(2) 活载作用下的弯矩计算图4.6 活载作用下顶层杆端弯矩计算（kN·m） 图4.7 活载作用下标准层杆端弯矩计算（kN·m）图4.8 活载作用下底层杆端弯矩计算（kN·m） 将各层弯矩组合，并将节点不平衡弯矩再分配得弯矩图，跨中弯矩按公式 M中=ql2/8-(M左+M右)/2计算。恒载作用下的弯矩图（） 以上计算中，当已知框架M图求V图以及V图求N图是，可采用结构力学取脱离体的方法。其剪力： 式中 简支梁支座左端和右端的剪力标准值，当梁上无荷载时，剪力以使所取隔离体产生顺时针转动为正； 梁端弯矩标准值，以绕杆端顺时针为正，反之为负。已知某节点上柱传来的轴力和左右传来的剪力时，其下柱的轴力式中，以压力为正，拉力为负。 恒载作用下剪力图（kN） 恒载作用下轴力图（） 活载作用下的弯矩图() 活荷载作用下的剪力图（）活载作用下的轴力图(kN)4.2风荷载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值法计算。 其步骤为： 求各柱反弯点处的剪力值； 求各柱反弯点高度； 求各柱的杆端弯矩及梁端弯矩； 求各柱的轴力和梁剪力；第层第柱所分配的剪力为：，框架柱反弯点位置，,计算结果如下表所示：表4.2.1 A、D轴框架柱反弯点位置层号631.70.3850000.3851.16531.70.4350000.4351.31431.70.450000.451.35331.70.4850000.4851.46231.70.500-0.050.451.3515.052.740.550-0.01500.5352.7表4.2.2 B、C轴框架柱反弯点位置层号631.80.390000.390.17531.80.440000.441.32431.80.450000.451.35331.80.490000.491.47231.80.500-0.050.451.3515.053.030.550-0.0100.542.73框架各柱的杆端弯矩、梁端弯矩按下式计算，计算过程如下表示： 中柱 边柱 表4.2.3 风