六层钢筋混凝土框架结构教学楼设计.doc

六层钢筋混凝土框架结构教学楼设计第一部分:建筑设计一、工程概况：1、 工程名称：六层钢筋混凝土框架结构教学楼；2、 工程位置：某市；3、 工程总面积：4100m2,6层；4、 结构形式：现浇整体框架结构。二、建筑物功能与特点：1、 标高：一层室内地面标高为0.000。 2、 平面设计建筑正面朝东南向，平面布置满足长宽比小于5，满足建筑开间模数和进深的要求。建筑平面设计包括单个房间平面设计及平面组合设计。建筑平面设计的任务就是充分研究几个部分的特征和相互关系，以及平面与周围环境的关系，在各种复杂的关系中找出平面设计的规律，使建筑能满足功能、技术、经济、美观的要求。平面组合设计的任务就是，如何将单个房间与交通联系部分组合起来，使之成为一个使用方便、结构合理、体型简洁、构图完整、造价经济及与环境协调的建筑物。3、立面设计该建筑立面为了满足采光和美观需求，设置了大面积的玻璃窗；外墙面选用面砖饰面，不同分隔区采用不同的颜色区隔，以增强美感。立面设计中应注意：立面比例尺度的处理，立面虚实与凹凸处理，立面的线条处理，立面的色彩与质感处理，立面的重点与细部处理。4、防火防火等级为二级，安全疏散距离满足房门至外部出口或封闭楼梯间最大距离小于35m，会议室、办公室前后两个门，满足防火要求；室内消火栓设在走廊两侧，每层两侧及中间设3个消火栓，最大间距25m,满足间距50m的要求。5、抗震建筑的平立面布置规则，建筑的质量分布和刚度变化均匀，楼层没有错层，满足抗震要求。6、 楼板层楼板层通常由面层、楼板、顶棚三部分组成。楼板层的设计应满足：、具有足够的强度和刚度；、满足隔声、防火、热工等方面的要求；、满足建筑经济的要求。本工程采用现浇钢筋混凝土楼板，其具有强度高、防火性能好、耐久、利于抗震、便与工业化生产等优点 7、 屋面屋面形式为平屋顶，排水坡度为2%，形式为垫置坡度，排水方式为内排水。屋面设计应考虑其功能、结构、建筑艺术三方面的要求。防止雨水渗漏是屋顶的基本功能要求，也是屋顶设计的核心。屋顶排水设计包括：选择屋顶排水坡度，确定排水方式，进行屋顶排水组织设计。屋面防水材料尺寸越小，屋面排水坡度越大，反之则越小；降水量大的地区屋面排水坡度较大，反之则较小。屋面坡度的形成有材料找坡和结构找坡两种做法。屋面排水方式分为有组织排水和无组织排水两大类，其方式的选择应根据气候条件，建筑物的高度、质量等级、使用性质、屋顶面积大小等因素加以综合考虑。8、施工注意事项、尺寸单位：标高尺寸以米为单位，其余以毫米为单位；、土建施工和设备工种必须密切结合，做好预留洞预埋管道；、所有设地漏房间的楼地面均设1%的排水坡度，坡向地漏。卫生间楼地面标高降20mm，完成后需做防水防渗实验；、在施工中若发现问题，请及时通知设计单位，以便解决，未经设计单位同意不得随意改变设计；三、设计资料1、自然条件、工程地质条件：见地质勘查报告；、抗震设防： 7 度；、防火等级： 二级；、建筑物类型： 丙类；、基本风压： W0=0.45 KN/m2 ；、基本雪压： S0=0.35 KN/m2、地下水位： 地下水位埋深在地面以下0.5m，平均水位标高3.38m；、楼面活荷： 办公室：2.0 KN/m2；走道、楼梯：2.5 KN/m2；可上人屋面：2.0 KN/m2。2、工程做法2.1屋面做法（高聚物改性沥青卷材防水）4厚高聚物改性沥青卷材防水层；20厚1：3水泥砂浆找平层；1：6水泥焦渣找2%坡，最薄处30厚；50厚聚苯乙烯泡沫塑料板保温层；钢筋混凝土基层。2.2楼面做法2.2.1房间、走道楼面（现制水磨石）12厚1:2.5水泥磨石楼面磨光打蜡；素水泥浆结合层一道；20厚1:3水泥砂浆找平层，上卧分隔条；40厚C20细石混凝土垫层；钢筋混凝土楼板。2.2.2卫生间楼面（铺地砖）8厚地砖楼面，干水泥擦缝；洒素水泥面（洒适量清水）；20厚1:4干硬性水泥砂浆结合层；60厚C20细石混凝土向地漏找平，最薄处30厚；聚氨酯三遍涂膜防水层厚1.51.8或用其他防水涂料防水层，防水层周边卷起高150；20厚1:3水泥砂浆找平层，四周抹小八字角；现浇钢筋混凝土楼板。3.2.3外墙面做法（面砖饰面）1:1水泥砂浆（细砂）勾缝；贴8厚面砖（在砖粘贴面上涂抹专用粘贴剂，然后粘贴）；6厚1:0.2:2水泥石灰膏砂浆找平层；6厚1:1:6水泥石膏砂浆刮平扫毛；6厚1:0.5:4水泥石灰砂浆打底扫毛；刷一道加气混凝土界面处理剂。3.2.4内墙面做法（纸筋灰墙面）刷内墙涂料；2厚纸筋（麻刀）灰抹面；9厚1:3石灰膏砂浆；5厚1:3:9水泥石膏砂浆打底划出纹理；加气混凝土界面处理剂一道。3.2.5顶棚做法（铝合金条板吊顶）各层的走道、楼梯、顶板板底为15厚纸筋灰抹底；外刷乳白色106 涂料二层。3.2.6散水做法：混凝土散水50厚C15混凝土撒1：1水泥沙子，压实赶光；150厚3：7灰土垫层；素土夯实向外坡4%。第二部分:结构设计计算书一、 结构布置及结构计算简图的确定(取轴计算)1、 结构布置(见图1)图一 结构布置图2、确定梁柱截面尺寸：主梁：边跨（AB,CD）梁 h=(1/81/12)l=(1/81/12)6000=500mm750mm 取 h=600mmb=(1/21/3)h=(1/21/3)600=200mm300mm, 取300mm连系梁：边跨（AB，CD）梁 取h=600mm,b=300mm中跨（BC） 取h=400mm,b=250mm次梁 取h=500mm,b=300mm框架柱的截面尺寸：一般根据柱的轴压比限值按下列公式估算：N=FgznAcN/N c该框架结构的抗震等级为二级，其轴压比限值N0.8；各层的重力荷载代表值近似取gE12KN/m2，则16层柱截面： 450mm450mm现浇楼板厚： 100mm，满足h/l011/403、计算简图的确定（见图2）根据地质资料,确定基础顶面离室外地面为500mm,底层柱高度从基础顶面取至一层板底,由此求得底层层高为4.85m,26层柱高度即为层高,取3.6m。各梁柱构件的线刚度经计算后列于图2，其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，边跨梁取I=1.5I0,中跨梁取I=2I0（I0为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。AB，CD跨梁： i=2E1/120.250.63/6.0=15.010-4Em3BC跨梁： i=2E1/120.250.403/2.4=11.1110-4Em3上部各层柱： i=E1/120.450.453/3.6=9.4910-4Em3底层柱： i=E1/120.450.453/4.85=7.0510-4Em3图2 结构计算简图（10-4）二、 荷载计算1、 恒载计算1.1 屋面框架梁线荷载标准值：4厚高聚物改性沥青卷材防水层 0.4KN/m220厚1：36水泥砂浆找平层 0.0220=0.4KN/m21：6水泥焦渣找2%坡，最薄处30厚 14(0.03+0.165)/2=1.364KN/m2100厚现浇钢筋混凝土楼板 0.125=2.51KN/m250厚聚苯乙烯泡沫塑料板保温层 0.050.5=0.025 KN/ m2屋面恒载: 4.69KN/m2边跨(AB，CD跨)框架梁自重 0.250.6025=3.75KN/m2粉刷 2（0.60.1）0.0217=0.34KN/m2中跨框架梁自重 0.250.425=2.5KN/m2粉刷 2（0.40.10.0217=0.2KN/m2因此，作用在顶层框架梁上的线荷载为：（图3）g6AB1= g6CD1=4.09KN/mg6BC1= 2.7 KN/m g6AB2= g6CD2=4.693.6=16.88 KN/mg6BC2= 4.692.4=11.26KN/m 1.2 楼面框架梁线荷载标准值30厚水磨石面层 0.65KN/m2100厚钢筋混凝土楼板 0.125=2.5KN/m240厚C20细石混凝土垫层 0.0425=1.0KN/m2楼面恒载 4.15KN/m226层框架梁边跨AB，CD跨)框架梁及梁侧粉刷自重 3.75+0.34=4.09KN/m边跨填充墙自重 0.24（3.60.60）19=13.68KN/m墙面粉刷 （3.60.6）0.02217=2.04KN/m中跨框架梁自重及梁侧粉刷自重 2.5+0.2=2.7KN/m因此,作用在中间框架梁上的线荷载为（图3）： GAB1=gCD1=4.09+13.68+2.04=19.81KN/mGBC1=2.7KN/mGAB2=gCD2=4.153.60=14.94KN/mGBC2=4.152.4=9.96KN/m1.3屋面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重 0.250.63.625=13.50KN粉刷 0.02(0.60.1)3.60217=1.22KN1200高女儿墙自重 1.23.60.2419=19.90KN粉刷 1.20.0213.617=2.94KN面砖 10.02217=4.9KN连系梁传来屋面自重 1/23.61/23.64.96=15.20 KN顶层边节点集中荷载 G6A= G6D=52.56KN中柱连系梁自重 0.250.43.625=9KN粉刷 0.02(0.40.1)3.6217=0.73KN连系梁传来屋面自重 1/22.4/2(3.6+3.6-2.4)4.96=13.51KN 1/23.61.84.69=15.20KN顶层中柱节点集中荷载 G6B= G6C =38.44KN1.4楼面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重及粉刷 14.72KN钢窗自重 2.11.50.45=1.42KN窗下墙自重 0.240.93.1519=12.93KN粉刷 0.0220.9173.15=1.93KN窗边墙自重 65（3.6-1.5）0.2419=15.80KN粉刷 0.0221.6517（3.6-1.5）=2.36 KN连系梁传来的楼面自重 1/23.63.61/24.15=13.45KN框架柱自重 0.450.453.325=18.23KN内粉刷 0.90.023.617=1.10KN中间边节点集中荷载 GA=GD=81.94KN中柱连系梁自重及粉刷 9.73KN内纵墙自重 3.15(3.6-0.4)0.2419=45.96KN粉刷 3.15(3.6-0.4)0.0.2172=6.85KN扣除门洞重加上门重 -2.11.0(4.56-0.2)=-9.16KN框架柱自重及粉刷 18.23+1.10=19.33KN连系梁传来的楼面自重 (3.6+3.6-2.4)1/21.24.15+1/23.61.84.15=13.45KN中间层中节点集中荷载 GB=GC=107.19KN1.5恒载作用下结构计算简图（如图3）2、楼面活荷载计算楼面活荷载作用下结构计算简图如图4所示，图中各荷载计算如下：P6AB= p6CD=23.6=7.2KN/mP6BC=22.4=4.8 KN/mP6A= p6D=1/23.61/23.62=6.48 KN/mP6B=p6C=1/2(3.6+3.6-2.4)1.22+1/43.63.62=12.24KN/mPAB=pBC=23.6=7.2KN/mPBC=2.42.5=6KN/mPA=PD=1/23.61/23.62=6.48KN/mPB=pC=1/2(3.6+3.6-2.4)1.22.5+1/43.63.62=13.68KN/m 图3：恒载作用下结构计算简图 图4：活荷载作用下结构计算简图3、风荷载计算风压标准值计算公式为 wk=zszw0因结构高度H=22.35m30m,取z=1.0,各层标高处z见表2；对于矩形平面s=1.3；z可查荷载规范，当查得的z1.4 Tg=0.49s,故应考虑顶部附加地震作用，取n=0.080.73+0.01=0.0684。结构底部剪力为： =(0.35/0.72)0.90.120.855759.18=303.15KN顶点附加地震作用为： Fn=nFEK=0.0685303.14=20.75KN 计算结果列于表6。表6 各层地震作用及楼层地震剪力层次hi(m)Hi(m)Gi(KN)GiHiFi(KN)Vi(KN)63.622.851009.5023066.810.28481.34102.0753.619.25942.1218135.410.22664.12166.1643.615.65942.1214743.920.18551.95218.1433.612.05942.1211352.350.14140.11258.2223.68.45942.127960.780.11028.26286.4814.854.85981.414759.600.05816.67303.144、变形验算在多遇地震下，钢筋混凝土框架结构的弹性层间转角限制为1/550，结果列于表7。表7 变形验算层次层间剪力Vi(KN)层间刚度Di(m)层高hi(m)层间相对弹性转角e=i/hi6102.07481400.00223.61/17145166.16481400.00353.61/10294218.14481400.00453.61/8003258.24481400.00553.61/6672286.48481400.00613.61/6001303.16279200.00854.851/564由表7可见，层间相对弹性转角均满足e5.5的偏心受压柱还应满足裂缝宽度要求。1、梁的配筋计算梁的支座截面考虑了柱支座宽度的影响，按支座边缘截面的弯矩计算，其值为：M=M组-V组b/2式中：M组为梁内力组合表中支座轴线上的弯矩值；V组为相应组合的支座剪力；b为柱的支承宽度，1-6层b=450mm。按上式的计算结果如表18所示。1.1纵向受拉钢筋计算当梁下部受拉时，按T形截面设计，当梁上部受拉时按矩形截面设计。 对于BC跨翼缘计算宽度当按跨度考虑时，bf=l/3=6.0/3=2.0m=2000mm；按梁间距考虑时， bf=b+sn=250+3350=3600mm；按翼缘高度考虑时， bf/h0=100/560=0.180.1,无须考虑这种情况。故取h=2000mm。梁内纵向钢筋选HRB400级钢（fy=fy=360N/mm）,b=0.518。下部跨间截面按单筋T形截面计算。因为对于BC跨1cbfhf(h0-hf/2)=1.014.32200100(570-1002)=1635.8KNm170.88 KNm属于第一类T形截面，同理AB,CD跨梁也为第一类T形截面。具体计算过程如表19所示。 1.2梁斜截面受剪承载力计算REVmax=186.27KN186.17KN加密区长度取0.95m,非加密区箍筋取双肢8200，对于箍筋设置满足要求。对于CD跨，梁端加密区箍筋取双肢8100,箍筋用HRB235级钢筋,则0.42 tbh0+1.25 h0yvAsv/s=0.421.43250560+1.25560300314100=477.94KN186.17KN由于跨度小，加密区长度取整跨。其余计算过程如表20所示。2、 柱的配筋计算2.1剪跨比和轴压比验算表21给出了框架梁各层剪跨比和轴压比计算结果，其中剪跨比也可取Hn/(2h0)，表中的Mc、Vc和N不应考虑承载力抗震调整系数。由表21可见，各柱的剪跨比均满足2，轴压比均满足0.9的规范要求。2.2柱的计算长度对于现浇楼盖，底层柱计算长度l0=1.0H,其余层l0=1.25H。 2.3计算柱的纵向受力钢筋柱的纵向钢筋均采用HRB400级钢筋，下面是几个有代表性的柱配筋计算过程，其余柱的计算结果见表22。 D轴6层柱（M=85.30KNm,N=124.09KN）l0=1.25H=1.253600=4500mml0/h=4500/450=10要考虑挠度对偏心距的影响e0=M/N=85.30106/1.24.0910=687.40mmea=max(20,1/30h)=20mmei=e0+ ea=687+20=707mm ,取 l0/h0.3h0=0.3405=121.55,按大偏压情况计算e=eih/2a=756+450/245=935mm 采用对称配筋=N/1cb=124.0910/1.014.3450=19.28mm0.6，满足要求。 D轴柱底层柱（M=198.52KNm,N=1321.04 KN）l0=1.0H=1.04850=4850mml0/h=4850/450=10.78要考虑挠度对偏心距的影响e0=M/N=198.52106/1324.0410=150mmea=max(20,1/30h)=20mm ei=e0+ ea=150+20=170mm 取 l0/h0.3h0=0.3405=121.51,按大偏压情况计算e=eih/2a=204+45