高校教学楼框架结构设计

1、某高校教学楼框架结构设计 摘要：根据教学楼设计规范及相关标准，以及设计资料及老师提供的地质资料，设计该现浇框架结构教学楼，按照先建筑设计后结构设计，先整体布局后节点设计的设计顺序，主要内容包括：建筑方案设计，梁柱截面尺寸及材料强度等级的选择，各层重力荷载代表值及结构刚度参数的确定，横向框架自振周期的确定，计算多遇地震烈度下横向框架的弹性地震作用，多遇地震烈度作用下结构层间弹性变形验算，地震作用下结构的内力分析，竖向荷载作用横向框架的内力分析，内力组合，按组合内力进行梁柱配筋计算，楼板设计，楼梯设计，基础设计等；其中采用能量法计算结构的自振周期，用底部剪力法计算地震作用，用D值法分析水平荷载作用

2、下的结构内力，用分层法分析竖向荷载作用下的结构内力；配筋计算中运用了“强柱弱梁”、“强节点弱杆件”和“强剪弱弯”的概念设计原则。关键词：框架结构、建筑设计、结构设计、概念设计、荷载计算、配筋计算1 引言：一幢建筑物要依据使用者的要求建造起来，须进行设计和施工。结构设计的目的一般有两个，一是满足使用（功能）要求，二是经济问题。结构的基本功能是：安全性，适用性和耐久性。框架结构由梁、柱构件通过节点连接构成，它既承受竖向荷载，又承受水平荷载。框架结构体系的优点是：建筑平面的布置灵活，能获得较大空间；建筑立面容易处理；结构自重较轻；计算理论比较成熟；在一定的高度范围内造价较低。2 建筑设计说明2.1

3、建筑概况表1.1 建筑概况设计题目建筑面积建筑总高度建筑层数结构类型教学楼设计10886.4m222.05m六层框架结构2.2 工程概况该教学楼为六层钢筋框架结构体系，建筑面积约10886.4 m2，建筑物平面为矩形。走廊宽度2.4m,标准层高3.6m，室内外高差0.45m，其它轴网尺寸等详见平面简图。2.3 设计资料表1.2 设计资料水文地质条件地形概述拟建场地地形平缓，地面标高为14.215.1m。地下水情况根据工程地质勘察报告得知地下水标高10.310.7m，经取样分析得知对砼无侵蚀作用。土层分布概况岩土名称土层厚度（m）层低高程（m）承载力特征值（Kpa）杂填土1.0粉质粘土1.210

4、.9140粘土层67.1-9300未钻透气象条件基本风压0.4KN/M2基本雪压0.3KN/M2主导风向东南风其他条件工程所需的构件及其它建筑材料供应地点均在10km以内，运输条件条件良好。此外，水电均由建设单位提供保障，设计中可不考虑。抗震烈度7度第一组，设计基本地震加速度值0.01g，II类场地3 建筑设计3.1 平、立、剖面设计表2.1 设计表平面设计教学楼功能说明教室是教学楼的核心，教室设计的关键，要满足教室的类型，面积和设备等需求：教室层高，我国标准层常用3.6-3.9m,底层和顶层视空间大小和设备情况可酌情加高，但净高仍然控制在3.6-4.0m为宜，走廊、入口、前室、过道净高最低为

5、2.1m。门的尺寸教室设置两扇900宽的门，门扇开向室内。为了在发生危险时便于疏散，正面大门采用四扇宽为1.5m的弹簧门，后门采用1.8m的双扇门，均向内开。卫生间设置单扇900宽的门。窗的尺寸窗的尺寸根据采光比都满足要求交通部分的平面设计由于走廊两侧设房间，走廊宽度采用2400mm，根据建筑物的耐火等级为二级，层数六层，防火要求最小宽度为1.65m,符合要求。楼梯是房屋个层间的垂直交通部分，各楼层人流疏散的必经通路。楼梯设计主要根据使用要求和人流通行情况确定梯段和休息平台的宽度，梯段的宽度通常不小于1100-1200mm。立面设计在本设计中，正立面中大部分窗尺寸都是一样的，给人以特别整齐的感

6、觉！房屋外部形象反映建筑类型内部空间的组合特点，美观问题紧密地结合功能要求，同时，建筑物所在地区的气候、地形、道路、原有的建筑物以及绿化等基地环境，也是影响建筑物立面设计的重要因素。剖面设计为防止室外雨水流入室内，并防止墙身受潮，将使内地坪提高到室外地坪450mm。首层、标准层与顶层层高均为3.6m。3.2 其他部分详细做法和说明表2.2 其他部分详细做法和说明屋面做法二毡三油或三毡四油防水层冷底子油二道结合层150厚水泥蛭石保温层20mm厚1：3水泥砂浆找平层100mm厚钢筋混凝土现浇屋面板结构层V型轻钢龙骨吊顶 楼面做法水磨石地面20mm厚1：2水泥砂浆找平100mm厚钢筋混凝土整体现浇层

7、 V型轻钢龙骨吊顶 地面做法水磨石地面20mm厚1：2水泥砂浆找平100mm厚C30混凝土层120mm素土夯实内墙面做法水泥砂浆粉面：刷（喷）内墙涂料10mm厚1：2水泥砂浆抹面20mm厚1：2.5水泥砂浆打底外墙面做法用20mm厚1：2水泥砂浆找平高级无釉质瓷砖饰面水泥台阶花岗岩面层20mm厚1：2水泥砂浆抹面、压实抹光150mm厚碎石或碎砖石灌M2.5号混合砂浆素土夯实散水做法20mm厚1：2水泥砂浆抹面、压实抹光100mm厚C20混凝土层素土夯实向外坡4%材料梁、柱、板统一采用混凝土强度等级为C30，基础才用C20，纵筋采用HPB335，箍筋采用HPB235，板筋采用HPB235级钢筋3

8、.3 建筑要求建筑等级:耐火等级为级抗震等级为级设计使用年限50年3.4 采光、通风、防火设计 采光、通风设计在设计中选择合适的门窗位置，从而形成“穿堂风”，取得良好的效果以便于通风。 防火设计本工程耐火等级为二级，建筑的内部装修、陈设均应做到难燃化，以减少火灾的发生及降低蔓延速度，公共安全出口设有两个，可以方便人员疏散。在疏散门处应设有明显的标志。各层均应设有手动、自动报警器及高压灭火水枪。3.5、建筑细部设计 建筑热工设计应做到因地制宜，保证室内基本的热环境要求，发挥投资的经济效益。 建筑体型设计应有利于减少空调与采暖的冷热负荷，做好建筑围护结构的保温和隔热，以利节能。 采暖地区的保温隔热

9、标准应符合现行的民用建筑节能设计标准的规定。 室内应尽量利用天然采光。 客房之间的送风和排风管道采取消声处理措施。 为满足防火和安全疏散要求，设有三部楼梯。 客房内的布置与装修以清新自然为主，卫生间的地面铺有防滑地板砖，墙面贴瓷砖。4 楼板设计4.1 屋面板的计算简图4.2 屋面板的设计计算及配筋 （a）中间区格板带截面端支座边跨跨中第一内支座中间跨中中间支座中跨跨中计算跨度（mm）282028202800280028002800弯矩系数am-1/161/14-1/111/16-1/141/16弯矩（KNM）-3.2 3.6 -4.6 3.1 -4.6 3.1 as=M/fcbh02a10.0

10、618 0.0706 0.0886 0.0609 -0.0696 0.0609 0.06380.07330.09290.06290.07220.0629rs0.9680.9630.9540.9690.9640.969AS=M/fyrsh0262 300 379 257 376 257 配筋8140有效面积402 mm2（b）边区格板带截面端支座边跨跨中第一内支座中间跨中中间支座中跨跨中计算跨度（mm）282028202800280028002800弯矩系数am-1/161/11-1/111/16-1/141/16弯矩（KNM）-3.184.63-4.563.14-3.583.14as=M/fc

11、bh02a10.0618 0.0899 0.0886 0.0609 0.0696 0.0609 0.06380.09440.09290.06290.07220.0629rs0.9680.9160.9540.9690.9640.969AS=M/fyrsh0261 401 379 257 295 257 配筋8140有效面积402 mm24.3 楼面板的计算简图4.4 楼面板的设计计算及配筋 （a）中间区格板带截面端支座边跨跨中第一内支座中间跨中中间支座中跨跨中计算跨度（mm）282028202800280028002800弯矩系数am-1/161/14-1/111/16-1/141/16弯矩（K

12、NM）-3.66 4.18 -5.25 3.61 -4.12 3.61 as=M/fcbh02a10.0711 0.0812 0.1019 0.0701 0.0801 0.0701 0.07380.08480.10770.07270.08360.0727rs0.9630.9580.9430.9640.9580.964AS=M/fyrsh0301 346 441 297 341 297 配筋8120有效面积402 mm2（b）边区格板带截面端支座边跨跨中第一内支座中间跨中中间支座中跨跨中计算跨度（mm）282028202800280028002800弯矩系数am-1/161/11-1/111/1

13、6-1/141/16弯矩（KNM）-3.184.63-4.563.14-3.583.14as=M/fcbh02a10.0618 0.0899 0.0886 0.0609 0.0696 0.0609 0.06380.09440.09290.06290.07220.0629rs0.9680.9160.9540.9690.9640.969AS=M/fyrsh0261 401 379 257 295 257 配筋8120有效面积402 mm25 次梁设计5.1 屋面次梁设计及配筋5.1.1 屋面次梁的计算简图5.1.2 正截面计算及配筋正截面配筋计算截面A1B2C3计算跨中6.96.96.96.96.

14、96.9弯矩系数-1/241/14-1/111/16-1/141/16M48.50 83.15 105.82 72.75 83.15 72.75 b h20bf h20240465223004652240465223004652240465223004652s0.06540.11200.14260.09800.11200.09800.06770.11910.15450.10330.11910.1033s0.9660.9400.9230.9480.9400.948As360634822550634550选用钢筋320320320320320320实际As941941941941941941min

15、45t/y=451.43/300=0.210.780.780.780.780.780.785.1.3 斜截面计算及配筋截面AB左B右C左C右计算跨中6.96.96.96.96.9剪力系数0.500.550.550.550.55V98.21108.03108.03108.03108.030.25c cbh0398.970.7tbh0111.71箍筋支数和直径双肢6100min0.24t/yv=0.163%svAsv/sb=57/（240100）=0.23%5.2 楼面次梁设计及配筋5.2.1、楼面次梁计算简图5.2.2 正截面计算及配筋截面A1B2C3计算跨中6.96.96.96.96.96.9

16、弯矩系数-1/241/14-1/111/16-1/141/16M52.1389.37113.7478.2089.3778.20b h20bf h20240465223004652240465223004652240465223004652s0.07030.01260.15330.01100.12040.01100.07300.01270.16730.01100.12870.0110s0.9640.9940.9160.9940.9360.994As388645890564684564选用钢筋320320320320320320实际As941941941941941941min45t/y=451.

17、43/300=0.210.780.780.780.780.780.785.2.3 斜截面计算及配筋截面AB左B右C左C右计算跨中6.96.96.96.96.9剪力系数0.500.550.550.550.55V123.39135.73135.73135.73135.730.25c cbh0398.970.7tbh0111.71箍筋支数和直径双肢82000.7tbh0+1.25yvAsv/sh0173.10min0.24t/yv=0.163%svAsv/sb=101/（240200）=0.21%6 框架设计6.1 框架梁的截面设计6.1.1 框架梁正截面配筋计算楼层截面M(kNm)b h20bf

18、h20s0.0915sAs(mm2)As(mm2)实配As(mm2)As/As%六B-118.83300765200603528316,60310.26跨中117.45240076520.00580.00580.997513316,6030.26C左-150.1230076520.0070.007603685318,7630.90.26C右-140.7830076520.0030.003603643318,7630.90.26跨中3.2580076520.0100.0101.00014316,6030.26五B-226.7030076520.0080.0086031035322, 11400.

19、90.41跨中150.52240076520.0080.0080.996462316,6030.26C左-338.7030076520.0530.0546031542425,19630.60.70C右-251.6630076520.0480.0486031149322, 114010.50跨中119.0880076520.0180.0180.982519316,603四B-280.8730076520.0300.0309411283422,15200.80.56跨中17500870.00870.996766320,9410.33C左-231.5730076520.01

20、00.0109411057322, 11400.90.46C右-330.7330076520.0320.03211401510422,152010.66跨中235.6180076520.0350.0350.9821027322, 11400.90.45三B-339.0830076520.0530.0539411548425,19630.80.67跨中207.22240076520.01030.01030.990912320,9410.33C左-242.2130076520.0140.0149411106322,114010.48C右-317.6630076520.0270.0271140145

21、0422,15200.90.63跨中258.7180076520.0390.0390.9801127322,11400.41二B-361.1730076520.0440.04411401649425,19630.80.72跨中218.22240076520.01080.01080.995956322,11400.42C左-279.1730076520.0120.01211401275422,15200.80.55C右-473.06-30076520.0560.05615202160622,22800.90.94跨中307.0480076520.0460.0460.9761338422,1520

22、0.58一B-393.5030076520.0570.05711401797425,19630.90.78跨中247.80240076520.0120.0120.9941086322,11400.47C左-286.3230076520.0150.01511401307422,15200.90.57C右-501.0230076520.0280.02819632280622,228010.99跨中391.2480076520.0580.0580.9701705425,19630.506.1.2 框架梁斜截面配筋计算楼层梁REV(kN)0.25ccbh0(kN)0.75 tbh0+1.25 yvAs

23、v/sh0加密区实配非加密区实配六BC147.82820.46446.95双肢8100双肢8150CD127.55820.46446.95双肢8100双肢8100五BC210.09820.46446.95双肢8100双肢8150CD296.52820.46446.95双肢8100双肢8100四BC201.09820.46446.95双肢8100双肢8150CD433.64820.46446.95双肢8100双肢8100三BC204.84820.46446.95双肢8100双肢8150CD414.98820.46446.95双肢8100双肢8100二BC248.68820.46446.95双肢8

24、100双肢8150CD634.96820.46703.99双肢12100双肢8100一BC240.01820.46446.95双肢8100双肢8150CD666.70820.46703.99双肢12100双肢81006.2 框架柱设计6.2.1 框架柱的轴压比与剪压比楼层柱b(mm)h0(mm)Mc(kNm)Vc(kN)N(kN)Mc/Vch0N/cbh0六B650610130.00/0.75102.55/0.85411.31/0.752.3550.0967C650610139.35/0.75110.13/0.85351.04/0.752.3510.0825五B650610161.85/0.8

25、121.90/0.851034.70/0.82.3130.2281C650610250.93/0.8190.64/0.85979.05/0.82.2930.2158四B650610188.39/0.8148.01/0.851535.09/0.82.2170.3384C650610309.34/0.8244.58/0.851633.81/0.82.2030.3602三B650610214.46/0.8167.79/0.852155.64/0.82.2260.4752C650610358.59/0.8285.70/0.852412.05/0.82.1860.5318二B650610216.49/0

26、.8182.89/0.852776.53/0.82.0620.6121C650610391.88/0.8312.86/0.853243.64/0.82.1820.7151一B650610216.40/0.8194.03/0.853403.69/0.82.0120.7504C650610380.56/0.8283.77/0.854100.23/0.82.3360.70396.2.2 柱正截面配筋计算B柱正截面配筋计算表B六层五层四层三层二层一层组合方式|Mmax|NmixNmax|Mmax|NmixNmax|Mmax|NmixNmax|Mmax|NmixNmax|Mmax|NmixNmax|Mm

27、ax|NmixNmaxM130.0033.49107.40161.8538.0492.40188.3962.5092.75214.4688.5893.09216.6990.80101.22216.40283.2078.94N411.32267.63411.32781.14702.241034.7001168.061007.751535.091663.781396.462155.642165.651779.022776.5392676.352157.473403.698x44.25 28.79 44.25 84.04 75.55 111.32 125.67 108.42 165.15 179.0

28、0 150.24 231.91 232.99 191.40 298.71 287.93 232.11 306.19 大小偏心大大大大大大大大大大大大大大大大大大e0316.06 125.14 261.11 207.20 54.17 89.30 161.28 62.02 60.42 128.90 63.43 43.18 100.06 51.04 36.46 80.86 131.26 23.19 ea222222222222222222222222222222222222ei338.06 147.14 283.11 229.20 76.17 111.30 183.28 84.02 82.42 15

29、0.90 85.43 65.18 122.06 73.04 58.46 102.86 153.26 45.19 1111111111111111111l04.504.504.504.504.504.505.825.824.505.825.824.505.875.874.505.365.364.05l0/h6.9 6.9 6.9 6.9 6.9 6.9 9.0 9.0 6.9 9.0 9.0 6.9 9.0 9.0 6.9 8.2 8.2 6.2 21111111111111111111111111111111111112aS80808080808080808080808080808080808

30、0e583.06 392.14 528.11 474.20 321.17 356.30 428.28 329.02 327.42 395.90 330.43 310.18 367.06 318.04 303.46 347.86 398.26 290.19 AS=AS2004 877 1815 -612 -1473 -1712 -1160 -1909 -2565 -1732 -2385 -3311 -2288 -2917 -3646 -2642 -1725 -3888 实配钢筋628，3693628，3693628，3693628，3693628，3693630，4239S(%)0.930.93

31、0.930.930.930.930.930.930.930.930.930.930.930.930.931.071.071.07表11.3 C柱正截面配筋计算表C六层五层四层三层二层一层组合方式|Mmax|NmixNmax|Mmax|NmixNmax|Mmax|NmixNmax|Mmax|NmixNmax|Mmax|NmixNmax|Mmax|NmixNmaxM139.35139.3562.55250.93250.9392.40309.34309.34197.30358.59358.59246.56391.88391.88281.35408.53408.53362.68N174.18174.1

32、8351.04472.11472.11979.05672.79672.791633.81798.47798.472412.95872.60872.603243.649936.07936.073403.698x18.74 18.74 37.77 50.79 50.79 105.33 72.38 72.38 175.77 85.90 85.90 259.60 93.88 93.88 308.97 100.71 100.71 316.19 大小偏心大大大大大大大大大大大大大大大大大大e0800.03 800.03 178.18 531.51 531.51 94.38 459.79 459.79 12

33、0.76 449.10 449.10 102.18 449.09 449.09 86.74 436.43 436.43 106.55 ea222222222222222222222222222222222222ei822.03 822.03 200.18 553.51 553.51 116.38 481.79 481.79 142.76 471.10 471.10 124.18 471.09 471.09 108.74 458.43 458.43 128.55 1111111111111111111l04.504.504.504.164.164.504.164.164.504.164.164.

34、504.174.174.504.384.384.05l0/h6.9 6.9 6.9 6.4 6.4 6.9 6.4 6.4 6.9 6.4 6.4 6.9 6.4 6.4 6.9 6.7 6.7 6.2 21111111111111111111111111111111111112aS808080808080808080808080808080808080e1107.0 1107.0 485.18 340.58 340.58 401.38 766.79 766.79 427.76 756.10 756.10 409.18 756.09 756.09 393.74 743.43 743.43 41

35、3.55 AS=AS1611 1611 1423 1343 1343 3283 4310 4310 -1288 1261 1261 -1432 1407 1407 -1132 1437 1437 -380 实配钢筋630，4239630，4239630，4239630，4239630，4239630，4239S(%)0.930.930.930.930.930.930.930.930.930.930.930.930.930.930.930.930.930.936.2.3 柱的斜截面配筋计算B柱斜截面配筋计算表B柱六层五层四层三层二层一层Hn (m)2.802.802.802.802.803.25

36、2.362.312.222.232.062.01V(KN)102.55121.90148.01167.79182.89194.030.2 cbh0 (kN)1133.991133.991133.991133.991133.991133.99截面是否满足要求满足满足满足满足满足满足0.3cbh (KN)1812.531812.531812.531812.531812.531812.53N (KN)411.31/0.751034.7/0.751535.1/0.82155.64/0.82776.53/0.83403.69/0.80.056N30.71177.258107.457150.895194.

37、357238.2581.05tbh0/(1+)+ yvAsv/sh0+0.056N495.21544.43579.66622.52676.22723.36495.43544.65579.88622.74676.44723.58v0.060.060.0640.0640.0850.102vc/yv(%)0.410.410.440.440.580.69实配箍筋加密区410100 (1.05)410100 (1.05)410100(1.05)410100(1.05)410100(1.05)412100(1.39)非加密区410150 (0.70) 410150 (0.70) 410150(0.70)4

38、10150(0.70)410150(0.70)412150(0.93)C柱斜截面配筋计算表C柱六层五层四层三层二层一层Hn (m)2.802.802.802.802.803.252.352.292.202.192.182.34V(KN)110.13190.64244.58285.70312.86283.770.2 cbh0 (kN)1133.991133.991133.991133.991133.991133.99截面是否满足要求满足满足满足满足满足满足0.3cbh (KN)1812.531812.531812.531812.531812.531812.53N (KN)351.04/0.759

39、79.05/0.81633.8/0.82412.05/0.83243.64/0.84100.23/0.80.056N26.21168.534114.366168.844227.055287.0161.05tbh0/(1+)+ yvAsv/sh0+0.056N491.24536.80587.72642.78701.58752.57491.46537.02587.94643.00702.80752.79v0.060.060.0640.0640.0850.102vc/yv(%)0.410.410.440.440.580.69实配箍筋加密区410100 (1.05)410100 (1.05)41010

40、0(1.05)410100(1.05)410100(1.05)412100(1.39)非加密区410150 (0.70) 410150 (0.70) 410150(0.70)410150(0.70)410150(0.70)412150(0.93)7 地震作用计算7.1 地震作用下框架柱剪力及弯矩计算柱的剪力计算公式：第i层第k 根柱子的剪力为 柱子的弯矩计算公式： ，式中，y为柱子的反弯点高度比， 柱标准反弯点高度比，标准反弯点高度比是各层等高、各跨跨度相等、各层梁和柱线刚度都不改变的多层多跨规则框架在水平荷载作用下求得的反弯点高度比，查表得。 上下梁线刚度变化时的反弯点高度比修正值；当某柱的

41、上、下梁线刚度不同，柱上、下节点转角不同时，反弯点位置有变化，应将加以修正，修正值为。 、上下层高度变化时反弯点高度比修正值，框架柱剪力及弯矩计算表层 次654321层 高3.63.63.63.63.64.05层间剪力1421.432651.613638.864388.344900.055168.83层间刚度.04.04.04.04.04.92B轴柱34222.2234222.2234222.2234222.2234222.2239835.3923.9644.4960.9273.5882.13110.74K0.8920.8920.8920.8920.8920.970.340.400.450.4

42、50.50.6556.9396.10120.62145.69147.83156.9729.3364.0798.69119.20147.83291.52C轴柱71111.1171111.1171111.1171111.1171111.1159873.8049.7892.44126.58152.89170.67166.45K3.563.563.563.563.563.880.450.480.50.50.50.5598.56173.05227.84275.20307.21303.3680.64159.74227.84275.20307.21370.777.2 框架梁剪力、轴力及弯矩计算（采用D值法）梁端弯矩，剪力及柱轴力分别按下列各式计算： 式中：分别表示节点左、右梁的线刚度；分别表示节点左、右梁的弯矩；为柱在i层的轴力，以受压为正。表6.5 地震作用下框架梁端弯矩、剪力及柱轴力层次654321BC跨7.27.27.27.27.27.256.93127.89184.67244.38267.03304.8024.7063.5797.12126.05145.94153.0011.3426.5939.1451.4557.3663.58CD跨2.42.42.42.42.42