混凝土结构双向板设计毕业设计.doc

塔里木大学毕业设计 1 工程概况： 工程名称：图书馆 建设单位：塔里木大学 地点：塔里木大学校园内 建设规模：总建筑面积为 20000m2(允许误差 12)，建筑层数 5 层，建筑控制高度为 24m 以内，主体结构为框架结构； 工程耐久年限为 50 年，耐火等级为二级。1.6 建设标准与要求：根据塔里木大学发 展需要，改善办学条件，决定兴建图书馆一栋，主要功能包括：办公，书库，借阅室，自 习室等其他根据建筑设计有关规范进行设计。大厅必须开阔明朗。 (1)、气象、水文、地质资料 气温：年最高气温：39.2，年最低气温20。冬季室外平均温度为3.4，冬 季采暖室外计算温度为14。 风向：常年主导风向为西北风。 年平均风速：2.3m/s；年最大风速：22.0m/s，基本风压 0.35kN/m2。 最大积雪厚度 200mm，基本雪压 0.2kN/m2。 最大冻土深度：80cm，标准冻深：60cm。 （2） 、地质概况：场地类别为类，场地土的类型为软弱场地土，场地自然地面以下 土层自上而下为： 第一层粉土：埋深 00.8m，承载力标准值 fk=75KPa 第二层粉质粘土：埋深 0.41.8m，天然密度为 1.76g/cm3，平均厚度 1.2m。承载力标 准值 fk=80KPa 第三层粉、细砂：埋深 1.83.1m ，天然密度为 1.83g/cm3，平均厚度 1.1m。承载力 标准值 fk=130KPa 地震设防基本烈度为 6 度，为抗震不利地段，饱和砂土的地震液化为轻微液化，设 计基本地震加速度值为 0.05g，地震动反谱特征周期为 0.15S。 勘察期间地下水埋深 2.4m，地下水位对混凝土为中等腐蚀性，对钢筋混凝土中的钢筋 为中等弱腐蚀性。 一一 图书馆建筑设计图书馆建筑设计 1.11.1 建筑设计的内容建筑设计的内容 建筑设计狭义的定义是建筑设计专业本身的设计工作。广义而言：建筑设计称为建筑 工程设计，是一个建筑物或一个建筑群的全部设计工作，包括建筑设计、结构设计和设备 塔里木大学毕业设计 2 设计等内容。在整个间整固工程设计中，建筑设计起着主导和龙头的作用。 1.21.2 建筑设计的功能要求建筑设计的功能要求 （1）满足建筑功能要求；（2）采用合理的技术措施；（3）具有良好的经济效果； （4）考虑建筑美观要求，创造良好的视觉效果；（5）符合所在地总体规划的要求。大学 图书馆合理进行功能分区，创造有序的空间环境，图书馆平面设计一般应考虑“三分开” 原则：1、内外分开；2、闹净分开；3、不同读者阅读区分开 图图 1-11-1 大学图书馆组成及功能关系大学图书馆组成及功能关系 1.31.3 建筑设计平面组合建筑设计平面组合 建筑设计平面组合由：内廊式组合、大厅式组合、套间式组合、单元式组合和混合 式组合。本设计采用了大厅式、单内廊、单外廊和单元式组合的方式，由于图书馆是人流 比较集中而且人流量比较大的建筑，所以选用了大厅式的组合方式。由于自习室门窗是东 西朝向，所以单外廊设在了自习室的日照较强烈的一侧，用来阻挡阳光直射导致室内光线 过亮和温度过高，自习室的另一侧有书库阻挡强烈的日照。处于此种目的便选用了单内廊 式的组合方式，而且单外廊式的组合方式通风效果比较好，保证房间之间相对独立不互相 穿越，平面紧凑，有利于观赏风景。 阅览室是图书馆建筑中除书库之外比较重要的设施，本设计中将图书馆办公部分也归 并在了阅览室主楼之中，将其设置在一层的左侧。阅览室主楼南北朝向其交通方式采用了 单内廊式的组合方式。为了避免单内廊采光差的缺点，在走廊两侧的房间架设高窗，在走 廊尽头开设窗户。 书库、阅览室、自习室为尽可能的避免互相干扰，而有要将这三部分有效的结合在一 起形成便采用了单元式的组合方式，将图书馆外形组合成为“山”字形。以书库为主导将 阅览室主楼设在书库南侧，阻挡太阳对书库的强烈照射，自习室分布在书库左右两侧。这 塔里木大学毕业设计 3 样便可以使图书馆与综合楼、工科楼和文科楼遥相呼应，正真实现图书馆大学的心脏！ 在设计中图书馆的在整个外轮廓线除去自习室洗手间凸出部分和雨棚外宽长为 63000mm102000mm,，其比值为 0.6176，几乎与黄金分割比相等，这也是我为何将图书馆 外轮廓取为 63000mm102000mm 原因。 1.41.4 书库设计书库设计 书库设计原则：（1）取用方便；（2）合理利用空间；（3）有利防护； 书库空间模式:模数制图书馆的出现以来，在世界上产生了广泛的影响，并成为图书 馆建筑设计的一种趋势。模数制图书馆内部空间是通用空间，其通用性是通过层高，柱网， 荷载的完全统一得以实现的。一，书库开间和进深按 1.25 和 1.2 倍模数进行取定，其 1.2、1.25 是来自于书架的中心距而确定的。根据图书馆建筑设计规范 （JGJ-99）要求， 要求书库及阅览室藏书区净高不得低于 2.4m，为了经济合理的利用空间和方便施工，将书 库、阅览室和自习室层高都定位 3.8m，根据设计任务书将图书馆层数定位 5 层。书库的开 间进深比值以 3：2 为宜，最多不超过 2：1.在设计中将书库总尺寸定为 50.4m36m，柱 网尺寸定位 7.2m7.2m。使其外形在感观上更为舒适。因为 5：7 接近黄金分割比 0.618，这就是为何将书库总尺寸定位 50.4m36m 的原因。书库楼梯采用封闭楼梯宜利防 火和书库安全，同时配备四部电梯，满足每 5000 平米至少设一部电梯的要求。 1.51.5 阅览室的设计阅览室的设计 阅览室设计的基本要求：各类图书馆应按其性质任务或针对不同的读者对象，分别设 置各类阅览室；阅览区域内应光线充足，照度均匀，东西向开窗时应采取有效的遮阳措施； 阅览区不得被过往人流穿行，独立使用的阅览空间不得设于套间内；使用频繁，开放时间 长的阅览室宜临近门厅布置；阅览室的开间、进深和层高； 阅览空间的开间、尺寸要取决于阅览桌的宽度及排列方式，有时也受结构构件的影响， 一般阅览桌是垂直于外墙布置的，因此阅览空间的开间是阅览桌排列中心距的倍数。从 图书馆建筑设计手册 （主编：鲍家声）查得单人桌 1.69 平米每座、双人桌 1.61 平米 每座、三人桌 1.60 平米每座、四人桌 1.65 平米每座、六人桌 1.48 平米每座、站立式报 台 2.27 平米每人、八人双面桌 1.31 平米每座，四人方桌 1.48 平米每座。综上将阅览室 柱网开间定位 7.2m。 目前，一般都采用双面阅览桌，因此开间的大小应是两张双面阅览桌排列中心距地 23 倍。它与 1.2m 的书架排列中心距成模数 图书馆模数平面设计参数，根据图书馆建筑设计规范 （JGJ-99）4.13 条规定，图 书馆各空间柱网尺寸，层高荷载设计应有较大的实用性和使用的灵活性，藏、阅空间合一 者，宜采取统一的柱网尺寸、统一层高。 阅览室的层高不宜过多，以免浪费空间，也不宜太低，以防止给人一种压抑不舒适的 感觉，阅览室跨度小于 9m 时，在无空调设施的条件下层高可比小于 3.6m，所以阅览室层 高也定为 3.8m。 阅览室的采光采用天然采光为主的采光方式。窗的设置：根据规范规定的阅览室和书 库的采光面积，玻璃和地面面积之比要求大于 1：6。 1.61.6 业务管理部门业务管理部门 图书馆中的行政、业务和技术设备用房占图书馆总建筑面积的 5%10%。行政办公用房 是图书馆中与各个部门联系最为频繁的部门，是全馆组织管理的中枢，行政办公用按一般 把办公用房设计。根据办公楼设计规范规定门洞口宽度不应小于 1m，高度不应小于 2.1m，厕所的布设不应大于 50m。 普通办公室每人使用面积不应小于 3.5 平方米（不包括走道） ，大办公室净面积不小 于 40 平方米左右，小办公室净面积不小于 20 平方米左右（防火要求） 。办公室面积、开 塔里木大学毕业设计 4 间、进深应根据使用要求、家具规格、布置方式、采光要求，以及建筑结构、建筑施工条 件、建筑模数等要求来确定。综合考虑以上因素，大办公室开间为 7.2m，进深为 8.4。 m 会议室和学术报告厅根据任务书要求，面积在 80 平方米左右，属于中型会议室。根 据规范要求，会议室面积应不小于 0.8/人（无会议桌） 。因此确定会议室开间为 14.4，进深为 8.4，面积为 120.96 平方米。 mm 辅助房间的平面设计 图书馆楼辅助房间主要为卫生间。卫生间根据要求，应设置在便于寻找的部位，距 最远工作点应不大于 50 米，应有天然采光和通风。男女卫生间应尽量设置在一起，且上 下楼层尽可能对齐，以便供水和排水。卫生间的面积、尺寸大小应根据室内卫生器具的数 量、布置方式以及人体使用需要的基本尺寸来确定。卫生器具数量要求为：男卫生间每 60 人一具大便器，每 30 人一具小便器；女卫生间每 30 人一具大便器。 1.71.7 公共部分公共部分 门厅设计是整个图书馆建筑设计的重要部分，本设计中将门厅设于建筑的中轴线上， 满足借阅部分和阅览室的联系方便，避免了读者迂回和往返时要将不同人流分开，互不干 扰。 楼梯设计：为使人流尽早分散，避免底层走廊过于拥挤，将楼梯与门结和设计。楼梯 的坡度和大小应适中，坡度过大行走宜疲劳，坡度过小，行走舒适，但楼梯占用面积增加 不经济。因此应当兼顾实用性和经济性的要求。坡度的范围一般在 23 度45 度之间，最适 宜的坡度为 30 度左右，本设计中，楼梯坡度为 27 度，梯段宽度为 1600mm，以满足三人通 行。用 h 表示高度，b 表示踏步宽，踏步尺寸与人们的步幅有关，计算踏步宽度和高度利 用经验公式 b+2h=600620mm，本设计取踏步宽度 h=158mm,b=300mm, b+2h=300mm+2158mm=616mm.满足设计要求。常用适宜踏步尺寸如下表： 表表 1-11-1 常用适宜踏步尺寸表（常用适宜踏步尺寸表（mmmm） 名称住宅幼儿园学校、办公楼医院剧院、会堂 踏步高 h 150-175120-150140-160120-150120-150 踏步宽 b 260-300260-300280-340300-350300-350 摘抄自房屋建筑学主编：付云松 李晓玲 P232 表（11-1） 楼梯梯段宽度确定依据见下表 2： 表表 1-21-2 楼梯梯段宽度确定依据见下楼梯梯段宽度确定依据见下 类别楼梯宽度备注 单人通行 双人通行 三人通行 900 100-1400 1500-2100 满足单人携带物品通过 摘抄自房屋建筑学主编：付云松 李晓玲 P232 表（11-2） 1.81.8 楼板层的选择楼板层的选择 楼板层是多层建筑楼层间的水平分隔构件。它一方面承受着楼板层上全部静、活荷载， 并将这些荷载连同自重传给梁或柱。帮助墙体抵抗由于风或地震等所产生的水平力，以增 强建筑物的整体刚度。设计中采用 180 厚现浇钢筋混凝土楼板。 1.91.9 屋面屋面 屋面为上人屋面，屋顶是建筑物的围护结构，应能抵抗自然界各种恶劣环境的影响， 首先是能抵抗风雪、风霜的侵袭，其中雨水对屋面的威胁最大，故防水是屋顶设计的核心。 本建筑采用 SBS 改性沥青防水卷材。在房屋建筑中屋顶漏水非常普遍，因此在屋面防水中 既做了刚性防水还做了柔性防水。屋面排水采用双面排水内排水和单面内排水。 塔里木大学毕业设计 5 该建筑耐火等级二级，建筑分类为二类。二类建筑的每个防火分区最大允许建筑面积 为 1500，故每层为九个防火分区。该建筑设有六部楼梯，每个防火分区的安全出口为 2 m 六个，满足规范要求。该建筑体型为“山”形。共设置六部楼梯，六部电梯。任一房间至 外部出口的距离不大于 35m，安全疏散距离满足规范的要求。疏散走道、安全出口、疏散 楼梯和房间疏散门每 100 人的静宽度（m）见下表: 表表 1-31-3 疏散走道、安全出口、疏散楼梯和房间疏散门每疏散走道、安全出口、疏散楼梯和房间疏散门每 100100 人的静宽度（人的静宽度（m m） 楼层位置耐火等级 （一）二级三级四级 地上一、二层 0.650.751.00 地上三层 0.751.00 地上四层及以上四层 1.001.25 每层疏散走道、安全出口、疏散楼梯以及房间疏散门的每 100 人净宽度不应小于 1.2 的规定；当每层人数不等时，疏散楼梯的总宽度可分层计算，地上建筑中下层楼梯的总宽 度应按其上层人数最多一层的人数计算；地下建筑中下层楼梯的总宽度应按其下层人数最 多一层的人数计算。 由于图书馆是人员密集的厅、室设置在地下或半地下时，其疏散走道、安全出口、疏 散楼梯以及房间疏散门的各层总宽度，应按其通过人数每 100 人不小于 1m 计算确定。 首层外门的总宽度应按该层或该层以上人数最多的一层人数计算确定，不供楼上人员 疏散的外门，可按本层人数计算确定。 1.101.10 变形缝变形缝 由于图书馆所在地区阿拉尔四季温差大日照强烈，当建筑物受温变化的影响，地基不 均匀沉降或地震等作用时将会产生变形或破坏等后果，为此在图书馆设计中设置两道变形 缝，消除其温度变化和地震作用对建筑产生的不利影响，伸缩缝设置在了大厅的一侧，采 用筏板基础并设置后浇带。 1.111.11 书库库容量的估算书库库容量的估算 表表 1-41-4 藏书空间每标准书架容书量设计估算指标（册藏书空间每标准书架容书量设计估算指标（册/ /架）架） 公共图书馆高校图书馆增减度图书馆类型藏书 方式 中文外文中文外文 开 架 社科 科技 合刊 550 520 250 400 370 270 480 460 220 350 330 240 闭 架 社科 科技 合刊 640 600 290 400 370 270 560 530 260 350 330 240 25 摘抄自图书馆建筑设计规范 （JGJ-99） 注：双面藏书时，标准书架尺寸为 1000mm450mm，开架藏书按 6 层，其中填充系数为 75%。密集书架藏 书量约为普通书架藏书量的 1.52.5 倍。 书架中距按图书馆建筑设计规范 （JGJ-99）取为 1.2m。则 57354705（75%125%）=216360 万册，现阶段我校图书馆的库容量为 160 万 册左右，按书库类型分该设计书库类型为大型书库。书库按照图数量的大小可分为：特大、 大、中、小四种类型。 小型书库藏书量在 20 万册以内，中型书库藏书量在 2080 万册，大型书库 藏书量在 80500 万册，特大型书库藏书量在 500 万册以上。 塔里木大学毕业设计 6 1.121.12 门、窗的设计门、窗的设计 门的选择根据房间的使用功能来确定，本设计中在用了有单扇门、双扇门及子母门等 几种形式。根据规范要求，办公室门宽不应小于 1.0，高不应小于 2.0。卫生间外门mm 均设计为宽 1.0、高 2.4的单扇门。会议室和大办公室门宽为 1.2的子母门二扇， mm m 次要出入口为门宽 1.8的双扇平开门，大门厅为 2.4宽的四扇平开门。书库为双扇防mm 火门，办公用房为子母防盗门。 门的位置要考虑室内人流活动特点和家具布置的要求，尽量缩短室内交通路线，避免 人流拥挤和便于家具布置，门设计为内开门。 窗的大小主要取决于室内采光要求。按照规范规定，办公室采光要求为窗地面积比为 1/61/8，窗的位置直接影响到房间的照度是否均匀，应避免产生眩光。为了使室内照度 均匀，窗应布置在房间或开间的中部，使得房间阴角小，而采光效率高。 1.131.13 建筑立面设计建筑立面设计 一栋建筑物不仅要有完美的平面布局，还要有美观的建筑形象，建筑形象主要由建 筑造型艺术处理和立面装饰来体现。 建筑体型和立面的对称性,一中轴线为中心并加以重点强调，两侧对称容易取得完全 统一给人以端庄、雄伟、严肃的感觉。本建筑采用对称性体型，在立面上处理上采用虚实 分明，主要采用色彩明快、材质光洁的白色外墙砖和灰色外墙砖。运用立面开窗自由，体 型、大小、高低、形状、线条粗细和立面点、线、面等恰当的运用对比，水平窗和窗间墙 形成对比，给人舒适、和谐、完美的韵律感。 本立面设计，从线条变化来看，柱的粗线给人厚重感。立面色彩处理恰当，建筑外 型主色调为土黄色，给人以稳重感。在建筑物的主要出入口。在立面上，线条疏密有致， 给人以立体感。书库东西侧面设置窄而高的窗户，在增大采光的同时还可遮挡阳光直射书 库，同时布置紧凑的高窗尤如一本本图书放置于书架之上 塔里木大学毕业设计 7 二二 图书馆结构设计图书馆结构设计 2.12.1 混凝土结构简史混凝土结构简史 现代混凝土结构是随着水泥和钢铁工业的发展而发展起来的，至今已有 160 年左右的 历史。1824 年英国人约瑟夫.阿斯匹丁（Joseph Aspdin）发明了波特兰水泥并取得专利。 1850 年法国蓝波特（L.Lambot）制成了水泥砂浆钢丝网制成的小船。1861 年法国法国约 瑟夫.莫尼埃（Joseph.Monier）获得了钢筋混凝土板、管道和拱桥的专利。1866 年，德国 学者发表了混凝土结构的计算理论和计算方法，1887 年又发表了实验结果，并提出了钢筋 应配置在受拉区的概念和板的计算方法。在此之后钢筋混凝土结构才有了较快的发展。 我国的钢筋混凝土结构发展比较曲折，解放前几乎是空白，60 年代遍学习苏联的经验 遍完善提高，70 年代自己动手搞科研，编规范；80 年代规范的设计水准正力争赶上世界 先进水平。近 30 年来，我国在钢筋混凝土基本理论与计算方法、可靠度与荷载分析、单 层与多层厂房结构、高层建筑结构、大板与升板结构、大跨度结构、结构抗震、工业化建 筑体系、电子技术在钢筋混凝土结构中的应用和测试技术等方面取得了很多成果，为修订 和制定有关规范和规程提供了大量的数据和科学依据。 2.22.2 钢筋混凝土结构的的优点缺点钢筋混凝土结构的的优点缺点 钢筋和混凝土是两种物理、力学性能很不相同的材料它们能够互相结合共同工作的主 要原因：混凝土结硬后能够与钢筋牢固的粘结在一起，互相传递内力。粘结力使这两种性 质不同的材料能够共同工作的基础；钢筋的温度线膨胀系数为，混凝土温度 5 0 1.2 10C 线膨胀系数为二者数值相近。因此，当温度发生变化时， 5 050 1.2 101.5 10CC 钢筋和混凝土之间不会出现较大的相对变形和温度应力引起的粘结破坏；混凝土具有很强 的抗氧化能力，而钢筋的抗氧化能力不稳定，当混凝土与钢筋粘结在一起时混凝土又对钢 筋起到了保护作用。 混凝土结构也有一些缺点：1 大；2 抗裂性差；3 性质较脆；4 裂缝出现后很难修复。 混凝土的抗拉强度只是抗压强度的十分之一左右，因此普通混凝土结构经常带裂缝工 作。尽管裂缝的的存在并不意味着结构发生破坏，但是影响结构的耐久性和美观。当裂缝 出现较多时，还将给人造成不安全感。 2.32.3 框架结构构件相关规定框架结构构件相关规定 （1）梁截面设计 首先梁的截面尺寸在符合一下要求的前提下进行设计； 1） 、梁的截面宽度不宜小于 200mm。 2)、梁截面的高宽比不宜大于 4。 3） 、梁的净跨与截面高度之比不宜小于 4。 在高烈度地区，纵向框架梁的高度不宜太小，一般取且不宜小于 500mm，否则112 h 钢筋太多，甚至出现超筋现象。 为了避免框架节点处 ，纵横钢筋互相干扰，通常取纵梁底部比横梁底部高出 50mm 以 上。当梁的负荷较重或跨度较大时，也通常取。300bmm （2）柱截面设计 梁的截面尺寸在符合一下要求的前提下进行设计； 1） 、截面的宽度和高度，四级或层数不超过二层时，不宜大于 300mm，一、二、三级 塔里木大学毕业设计 8 且层数超过二层时，不宜小于 400mm，一、二、三级且层数超过二层不宜小于 450mm。 2） 、截面的长边与短边的边长之比不宜下于 3。 （3）框架节点设计 在进行框架结构抗震设计时，除了保证框架梁、柱具有足够的强度和延性外还必须 保证框架节点的强度，震害调查表明，框架节点破坏主要是由于节点核心区箍筋不足,在 剪力和压力共同作用下节点核心区混凝土出现斜裂缝，箍筋屈服甚至被拉断，柱的纵向钢 筋被压区引起的。因此为了防止节点核心区发生剪切破坏，必须保证节点核心区混凝土的 强度和配置足够数量的箍筋。 （4）框架梁截面尺寸的估算主梁截面高度： 1111 L=84007001050 812812 11 350 23 hmmmmmm h b=525m m 初步取梁的截面尺寸 400800b hmmmm （5）框架柱截面尺寸的估算 框架柱截面的高和宽，一般可取（1/10-1/15）层高，并按下列方法初步确定 柱组合轴压力设计值： 12G NqSn 式中：考虑地震作用组合轴压力增大系数 按简支状态计算柱的负载面积S 折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值q n 验算截面以上的楼层层数 砼选用 C30，框架抗震等级为四级，轴压比则； 2 14.3/ c fN mm1.0 n 2 1.25 14/8.47.25 1.05 1.0 1.05556.6NKN mmmkN 柱的承载面积： A/ cNc Nf 式中：为框架柱轴压比限值 N 为砼轴心抗压强度设计值 则： c f 3 2 2 5556.6 10 388573 1.0 14.3/ c Nc NN Abhmm fN mm 取623.3 c hbAmm 综上初步取柱的截面尺寸: 750750b hmmmm 框架柱截面宽度和高度一般可取层高 1/10-1/15 首层: 0 1111 5000333 500 10151015 hHmmmmmm 其它层: 0 1111 3800253 380 10151015 hHmmmmmm 故所选的框架柱截面尺寸满足构造要求。 6、板厚估算 板厚根据板的跨度而定，次梁布置方式不同，板的跨度也不同，从而板厚也不同混 凝土结构设计规范中规定了板的确定方法，一般不再做刚度验算的最小板厚 且满足 0 11 4050 x hl 80hmm 由 0 1111 7200144180 40504050 x hlmmmmmm 塔里木大学毕业设计 9 取板厚 h=180mm。 2.42.4 各种构件的计算理论各种构件的计算理论 双向板可按弹性理论进行计算，同时对支座或节点弯矩进行调幅。连续单向板宜按塑 形理论计算。 承受均布荷载的周边支撑的双向板，可按塑形铰线法或条带法等塑形极限进行承载能 力极限状态设计。重要或受力复杂的结构宜采用弹性分析方法对结构整体或局部进行验算 混凝土结构设计规范5.5 条规定； 从理论上说，无论何种算法都是没问题的，但实际工程中，不同的计算方法其钢筋的 用量相差 10%-30%.研究采用何种计算法计算更能切合工程实际做到安全、经济。 一般工业建筑用弹性理论计算，民用建筑采用塑性理论计算；通常在下列情况下按弹 性理论计算方法进行设计。 （1） 、直接承受动荷载或重复荷载作用的构件，如桥梁，吊车梁等。 （2） 、裂缝控制等级为一级或二级的构件 （3） 、采用无明显屈服台阶钢材配筋的构件。 （4） 、要求有较高安全储备的构件，在一般梁板结构中的板、次梁多采用塑形理论进行 设计，而主梁多采用弹性理论进行设计 混凝土结构设计规范5.3.2 条规定，同时应满足正常使用极限状态的要求； 综上，从安全、经济的角度考虑板和次梁采用塑形理论计算，主梁采用弹性理论计 算。 （混凝土连续梁板弹塑形理论分析，是将混凝土视为弹性体，认为结构荷载与内力， 荷载与变形，内力与应变为线性关系） 混凝土是一种弹性材料，钢筋在达到屈服时也存在极大塑性变形，因此钢筋混凝土材 料具有明显的弹塑性质。 为了考虑钢筋混凝土材料塑形性能，建立混凝土超静定结构按塑形理论的内力分析方 法，即考虑塑性内力重分布的计算方法是合理的，它既能较好的附合结构实际受力状态， 也能取得一定的经济效益。 2.52.5 框架梁、板、柱与节点的抗震设计框架梁、板、柱与节点的抗震设计 阿拉尔：由我国主要城镇抗震设防烈度，阿拉尔设计基本地震加速度和设计地震分组： 由建筑抗震设计P376，附录 A 查得； 阿拉尔抗震设防烈度为 6 度，设计基本地震加速度为 0.05g，设计地震分组为第三组， 由上本图书馆设计必须遵守抗震设计的相关要求： 根据震害分析，以及近年来国内外试验研究资料关于梁、柱塑形铰设计，应遵守下属 一些原则： （1） 、强柱弱梁；使塑形铰先在梁中出现，尽量避免或减少在柱中出现，在震害出现 时使梁的破坏先于柱的破坏，因为塑形铰很容易在柱中出现，从而形成几何可变体系而倒 塌。 （2） 、强剪弱弯；对于梁、柱构件而言要保证构件出现塑形铰，而不过早的发生剪切 破坏，使构件的抗剪承载力大于塑形铰的抗弯承载力，受构件在受力过大时压弯破坏先于 剪切破坏。 （3） ，强节点、强锚固；为保证构件的延性要求，在梁的塑形铰充分发挥前，框架节 点钢筋的锚固不应过早的破坏。 三三 结构计算结构计算 3.13.1 结构布置及计算简图结构布置及计算简图 (1)计算结构体系确定 塔里木大学毕业设计 10 结构体系选型：采用钢筋混凝土现浇框架结构体系。 屋面结构：采用现浇钢筋混凝土肋形屋盖，刚柔性相结合的屋面，屋面板厚 180mm。 楼面结构：全部采用现浇钢筋混凝土肋形楼盖，板厚 180mm。 楼梯结构：采用现浇钢筋混凝土板式楼梯。 图图 3-13-1 结构布置图结构布置图 (2)确定框架的计算简图见图 框架计算单元如图 3-1 所示，取 4 轴线上的一榀框架计算。假定框架柱嵌固于基础顶 面，框架梁与柱刚接。由于各层柱的截面尺寸不变，故梁跨等于柱截面形心轴线之间的距 离，底层柱高从基础顶面算至一层楼面，基顶标高根据地质条件、室内外高差，估算为- 1.20m，一层楼面标高为m，故底层柱高为 5.00m，其余各层柱高从楼面算至上一层0.00 楼面(即层高)，二到四层为 3.80，顶层 3.80其余各层柱高从楼面算至上一层楼面见mm 3-2 图。 塔里木大学毕业设计 11 图图 3-23-2 所选框架层高图所选框架层高图 3.23.2 框架梁柱的线刚度计算框架梁柱的线刚度计算 对于中框架梁取 I=2.0I0 左边梁： 7235 1 EI i3.0 10 kN/m2.00.4m(0.8)m /8.4m1.22 10 kN m l 12 左边梁 中跨梁： 7235 1 EI i3.0 10 kN/m20.4m(0.8m) /3m3.41 10 kN m l 12 中跨梁 底层柱： 7245 1 EI i3.0 10 kN/m(0.75)m /5.0m1.58 10 kN m l 12 底柱 其他层柱： 7245 1 EI i3.0 10 kN/m(0.75)m /3.8m2.08 10 kN m l 12 底柱 第五层柱： 7244 5 1 EI i3.0 10 kN/m(0.6)m /3.6m9.0 10 kN m l 12 层柱 令，则其余各杆的相对线刚度为：1.0i 上层柱 5 5 1.22 10 =0.59 2.08 10 kN m ii kN m ， 左边梁右边梁 5 5 3.4 10 1.63 2.08 10 kN m i kN m ， 中跨梁 5 , 5 1.58 10 k 0.76 2.08 10 N m i kN m 底层柱 塔里木大学毕业设计 12 框架结构计算简图如下： 图图 3-33-3 计算简图计算简图 3.33.3 荷载计算荷载计算 (1)恒载标准值 屋面（上人） 8.39 2 /mkN 标准层楼面层及走廊 5.32 2 /mkN 梁自重 bh=400mm800mm 梁自重： 25kN/m 0.4m(0.8m-0.18m)=6.2kN/m 3 抹灰层：10 厚混合砂浆抹灰 0.01m(0.8m-0.18m)2+0.4m17kN/m3 =0.28kN/m 合计： 6.48kN/m 基础梁：mmmmhb500300 梁自重： 25kN/m 0.3m0.5m=3.75kN/m 3 合计： 3.75kN/m 柱自重（）750750mmmm 柱自重： 25kN/m30.75m0.750m=14kN/m 抹灰层：10 厚混合砂浆 塔里木大学毕业设计 13 17kN/m30.75m0.01m4=0.51kN/m 合计： 14.51kN/m 外纵墙自重 25 层 纵墙： 0.9m0.29m9.8kN/m =2.56kN/m 3 铝合金窗： 0.35kN/m22.1m=0.74kN/m 外保温层： 0.14kN/m2（0.6+0.9） m=0.21kN/m 外抹 10mm 水泥砂浆墙面： （0.6+0.9)m0.0117kN/m3 =0.289kN/m 合计 3.787KN/m 首层 纵墙： 3 (5.02.10.80.5 ) 0.299.8/4.55/mmmmmkN mkN m 塑钢窗： 0.74kN/m 面砖： 0.3kN/m 外抹 10mm 水泥砂浆墙面： （0.8+0.9)m0.0117kN/m3 =0.289kN/m 合计 5.88KN/m 内纵墙自重 纵墙： 9.8kN/m 3.0m0.29m=8.53kN/m 3 水泥粉刷内墙面： 23.0m0.36 kN/m2= 2.59kN/m 合计： 10.69kN/m (2)活荷载标准值计算 根据荷载规范查得：上人屋面：2.0kN/m ，楼面：办公室 2.0kN/m ，雪荷载： 22 0.35kN/m 。屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取大值。 2 板传至梁上的三角形和梯形荷载等效为均布荷载，荷载的传递示意图如图 3-4、3-5 所示(见混凝土结构设计P299，附表 12.1） 。 塔里木大学毕业设计 14 图图 3-43-4 荷载的传递示意图荷载的传递示意图 图图 3-53-5 板传荷载示意图板传荷载示意图 屋面板传荷载：(B-C,D-E 轴间框架梁) 恒载： 223 8.3kN / m4.21-20.43 +0.4350kN / mm（）2 其中： 0 3.6 (0.43) 8.4 am l 活载： 223 2.0kN / m4.21-20.43 +0.4312kN / mm（）2 楼面板传荷载： 恒载： 223 5.32kN / m4.21-20.43 +0.4332kN / mm（）2 活载： 223 2.0kN/ m4.21-2 0.43 +0.4312kN/ mm（） 粱自重：6.48kN/m B-C、D-E 轴间框架梁均布荷载为： 塔里木大学毕业设计 15 屋面粱：恒载=粱自重+板传荷载 =6.48/50/56.48/kN mkN mkN m 活载=板传荷载=12/kN m 楼面粱：恒载=粱自重+板传荷载 = 6.48/32/38.48/kN mkN mkN m 活载=板传荷载=12/kN m 屋面板传荷载：(C-D 轴间框架梁) 恒载： 2 5 8.39kN / m1.515.7kN / m 8 m2 活载： 2 5 2.0kN / m1.53.75kN / m 8 m2 楼面板传荷载： 恒载： 2 5 5.32kN / m1.510kN / m 8 m2 活载： 2 5 2.0kN / m1.53.75kN / m 8 m2 粱自重：6.48kN/m C-D 轴间框架梁均布荷载为： 屋面粱：恒载=粱自重+板传荷载 =6.48/15.7/22.2/kN mkN mkN m 活载=板传荷载=3.75/kN m 楼面粱：恒载=粱自重+板传荷载 = 6.48/10/16.48/kN mkN mkN m 活载=板传荷载=3.75/kN m B 轴柱纵向集中荷载的计算 顶层柱 女儿墙自重(做法：墙高 1100mm，100mm 的混凝土压顶)： 332 0.291.19.8/25/0.10.29(1.220.29 ) 0.5/5.2/mmkN mkN mmmmmkN mkN m 顶层柱恒载=墙自重+粱自重+板传荷载 2 5 5.2/7.26.48/(7.20.75 )8.39/3.67.2 8 215 kN mmkN mmmkN mmm kN 顶层柱活载=板传活载 = 2 5 2.0/3.67.232.4 8 kN mmmkN 第四层柱恒载=墙自重+粱自重+板传荷载 2 3.787/(7.20.75 )6.48/(7.20.75 ) 5 5.32/3.67.2152 8 kN mmmkN mmm kN mmmkN 塔里木大学毕业设计 16 标准柱活载=板传荷载 = 2 5 2.0/3.67.232.4 8 kN mmmkN 基础顶面恒载=底层外纵墙自重+基础粱自重 2 5.88/(7.20.75 )3.75/(7.20.75 ) 62 kN mmmkN mmm kN C 轴柱纵向集中荷载的计算 顶层柱恒载=墙自重+粱自重+板传荷载 2 2 23 5 6.48/(7.20.75 )8.39/3.67.2 8 8.39/0.92 3.67.2 378 1.51.5 0.92=1-2+ 7.27.2 kN mmmkN mmm kN mmm kN 其中 顶层柱活载=板传活载 = 22 5 2.0/3.67.22.0/0.92 3.67.280 8 kN mmmkN mmmkN 标准层柱恒载=粱自重+板传荷载 2 2 5 6.48/(7.20.75 )5.32/3.67.2 8 5.32/0.92 3.67.2 255 kN mmmkN mmm kN mmm kN 标准层柱活载=板传荷载 22 5 =2.0/3.67.22.0/0.92 3.67.2 8 80 kN mmmkN mmm kN 基础顶面恒载= 基础粱自重 = 2 3.75/(7.20.75 )24kN mmmkN 框架在竖向荷载作用下的受荷总图如下所示（图中数值均为标准值）： 塔里木大学毕业设计 17 图图 3-63-6 竖向受荷总图竖向受荷总图( () )kN 3.43.4 风荷载计算风荷载计算 作用在外墙面上的风荷载可近似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梁中风荷载标准值为: （见混凝土结构设计P121，式（2.5.2） ） 0 / 2 zszij hhB k W 式中: 基本风压 ； 2 0=0.35kN/m 风压高度变化系数，因建设地点位于学校内，所以地面粗糙度为 A 类； z 风荷载体型系数；=1.3（由混凝土结构设计 ，附表 5.1 查得） ； s s 风振系数；根据自震周期对于钢筋砼框架结构可用（n 是建筑层 z 1 T =0.08n 数，估算约为因考虑风压面动对结构发生顺风向风震 的影响0.64s0.25s ） z z z =1+ 下层柱高；上层柱高；对于顶层为女儿墙高度的两倍 i h j h B迎风面的宽度，B=7.2m。 表表 3-13-1 集中风荷载标准值集中风荷载标准值 离地高度 mz Z z s )/( 2 0 mkN mhi/mhj/kNWK/ 20.21.771.350.80.353.82.414.9 塔里木大学毕业设计 18 16.41.521.400.80.353.83.816.3 12.61.421.430.80.353.83.815.6 8.81.281.480.80.353.83.814.5 51.171.520.80.355.05.015.8 注：对于框架结构也可近似按下式计算其基本自振周期 (见建筑抗震设计 2 33 1 33 20.2 0.250.53 100.250.53 101.35 7.2 H T B P124，式（4-5a） ） 。计算时，取 H=20.2m， （由混凝土结构设计查附表 5.4 和附表 5.5 的 z ）1.2 ,0.5s 风荷载作用下的位移验算 （1）侧移刚度 D 见下表 表表 3-23-2 层层 D D 值计算值计算 构件名称 c b i i i 2 i i c 2 )/( 12 2 mkN h iD cc B 轴柱 4 5 2 6.1 10 0.293 2 2.08 10 kN m kN m 0.12822124 C 轴柱 4 5 2 (6.1 6.1) 10 0.586 2 2.08 10 kN m kN m 0.17229731 D 轴柱 4 5 2 (6.1 6.1) 10 0.586 2 2.08 10 kN m kN m 0.17229731 E 轴柱 4 5 2 6.1 10 0.293 2 2.08 10 kN m kN m 0.12822125 (22112529731) 2/103712/DkN mkN m 表表 3-33-3 横向底层横向底层 D D 值计算值计算 构件名称 c b i i i i i c 2 5 . 0 )/( 12 2 mkN h iD cc B 轴柱 4 5 6.1 10 0.386 1.58 10 kN m kN m 0.37128136 C 轴柱 4 5 (6.1 6.1) 10 0.772 1.58 10 kN m kN m 0.45934810 D 轴柱 4 5 (6.1 6.1) 10 0.772 1.58 10 kN m kN m 0.45934810 E 轴柱 4 5 6.1 10 0.386 1.58 10 kN m kN m 0.37128136 (2813634810) 2/125892/DkN mkN m （2）风荷载作用下的框架的层间侧移，可按下式计算 (见建筑抗震设计P136，式（4-20） ） j j ij D 塔里木大学毕业设计 19 式中：D j ij j j j 第j 层的总剪力 第层所有柱的抗侧移刚度之和 第层的层间侧移 第一层的层间侧移求出以后，就可以计算各楼板标高处的定点侧移值，各层楼板标高 处的侧移值是该层一下各层层间侧移之和，顶点侧移是所有各层间侧移之和。 j 层侧移 i 1 jj j 定=顶侧移 n 1 j j 以上各式来自建筑抗震设计P136 框架在风荷载作用下侧移的计算见下表 表表 3-43-4 风荷载作用下框架侧移计算风荷载作用下框架侧移计算 层 kNwj/kNVj/ mkND/ m j / h j/ 514.914.91037120.00014 1 27143 416.331.21037120.0003 1 12666 315.646.81037120.00045 1 8444 214.561.31037120.0006 1 6333 115.877.11037120.00061 1 8197 0.0021 j m 侧移验算：层间侧移最大值 1/6333，应按进行配筋计算。 1 , s A 2, s A 3 , s A 2 ,1 3552 s Amm 实配 B，满足要求。 222 14130,1184 335523492.8 s Ammmmmm 通过独立基础的计算和用 PKPM 软件设计，独立基础在沉降缝处无法断开，而且独基 尺寸过大，所以认为独立基础不能满足本设计，究其原因本设计上部荷载较大，地基承载 力较低，柱距跨度过大。通过查阅相关资料，应将基础扩大成支撑整个建筑物的大钢筋混 凝土板筏板基础。筏板基础不仅能减少地基土的单位面积压力，提高地基承载力，增 强基础的整体刚度，调整不均匀沉降。平板式筏基具有抗冲切及抗剪力的特点，且构造简 单，施工方便，经大量工程实践和部分工程事故分析，平板式筏基具有更好的适应性。 由于进行结构计算是，只进行了一榀框架的计算，所以采用筏板基础计算时，荷载过 少，从而提取书库荷载计算。筏板厚度的确定，一般不小于较大跨度的 1/20，且不小于 400mm 悬臂长度取为 1m。 （见地基与基础主编顾晓鲁、汪时敏 P427）综上将筏形基础 平面尺寸定为 52.4m38m，板厚取为 1.2m。平板式筏基近似当作无梁楼盖计算，地基反 力假定均匀分布。基础埋深，在抗震设防区，筏形基础的埋置深度不宜小于 1/15，取为 2.4m。 计算时，基础板在每一个方向上分为两种区格，柱上板带和跨中板带，板带的宽度为 半跨度，根据荷载分布情况，计