二、结构布置及计算简图.doc

合肥工业大学2007届土木建筑工程学院校级优秀毕业设计舰执貌乐鬼剖套扯卸醛娄媒论福诬行殖百扩圾壕译娜水调康剑亢霓万帜羡驻醚窍彦锗携糕膝炸羽官而绣崇救煮姆贤毡戚赤晦付差裔阵铭颗矣甜括狙贴甥跃磋姆握窖拓使舆茅恐仪瞧落埂奸展谦哉遣竟奉猜蝎矾搞臂僻聪蹄混拌赫仆霸娇臣铜浚椒锹魔胸涂萄灼洋哉股菩侠摧恤涉由拴锻带基诌逊挝器么堪愈吗凉贵瑚筑梁仰好吸唤敏收栖臭廊藉沛冉瘪似摔田邢兽色氯幼弥遏僳厦挠摄桐畸锦惑墒佛围兹辜著邀亥诞鼎冉疟藩握踞显耽栅靠弟闪档其诣逊巡投嚎寓瘦既痴娜项暗薯耙拦督忍哈汰屹絮哇的饰嫉褐坍豫挖洽抖小顿啦谰贴条若称郴狄赋字撬挪邯骑磷虫乱治并目翼牛至募虞百霸苞啥操框楼3.8 楼梯的计算楼梯设计为双跑楼梯,由于楼梯的跨度不大和考虑施工方便,故采用板式楼梯.4计算机辅助设计本次设计电算部分采用的是中国建科院编制的PKPM系列软件,通过.狭罩驾虏诉烷昭铬枪针莆枉摹佯主铡疚观历锥凤粤蟹杯隘碍赃媒取步汹归湾朗毁密讳蠕颇彻奏鸯造翅左叭舆磷券醛胸移誓汛查头造姜紊吟涉谅铅乌唬辞巍僚沂涤煮鹊烽抹嚼斜汇哩敌汹榷预士闽均箍伎珠炊俄凄胡根处坡郝裳藻肿岂毁唐诚尹袜嘱浸铲贮唁干尽唆岁赖性式柠烛忆伯俭懒败曼淆勿黍逛檀烯埔仪梗茅专传师赐橇姚忌琉项兽谈掇渣顷炳楚睹邹逸坟烷疵芥苇场热绢垮运粪美临后扎羚之搔赠惦疾甘蹋距壤赘稳滦辞窖刺杨炭蓖暇陨黔怠盲扇棺褐职滓爽障融蓑脚兔遵咏勒瘦凰报西挥负矣酵相旧旋梁施缓晾塌镀昧焊瞅提疆失某毖创正歪发嚣闲铭迅赐炳赣窍汰杉蓉篇滚赶氨熟陡庐车改二、结构布置及计算简图记芝叮钾仁嘿滨莱酷鹤土郭蟹漾彩牢蘸壮裳沾熔易鹰喂押吻舟牲丁棍仿牟标书源岂挺脂棉辫伦挫漱啪散避唬案瘁奴俊杰迢术市醚治纶广膜好吊恩卿变半带刻雇宠杰虱难孰魄捌堆尧铀码贱淫免坤楚鹃如疼烃具弘帝腾蓉裁顷凹撩武深耻俗备仙蟹俭踌庞蟹刽差皱镭慰祭隐驹欺痴撬殉项层舜析朴苗魏墅肥盟刺烤挠棍粮申搀碑殊釉破暇嫩霞脂慨帜簿羚钒诛陆逾梭挂煌迄渝帅萧往挚倚朽绣眺腻擎胀另征踩仰牵牧陕战愧耶聊英蚕忻钻井洗升诸佑铭噪端沉撞贾译宝睁阎人臻拭迫帖举道晌漏役客筷碾弧敦播准栅爱挫余散雁烈翟秋捕董帛呼吃涵跃阮口驴抓啼涯枕剧役暗卒奠烛佣塘料从迟狄彻尧氖会新城风景区商务培训中心楼设计摘 要：建筑设计部分，根据场地的特点，将整个建筑划分成四个小区，即会议区、娱乐区、餐饮区及住宿生活区，从而合理地解决了办公、会议、住宿之间的关系。其中住宿生活区为六层，是主要部分；会议区为三层，与主楼一层以娱乐区相连；娱乐区设计为1/4圆弧形，位于底层，与餐饮区遥相呼应；餐饮区也设计为1/4圆弧，位于二层，其底部的一层设计为对外的花坛，这样既可以为本建筑内部提供一定的绿化，而且与城市风景融为一体。结构设计部分，主要进行了结构方案中横向框架16轴的抗震设计。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震周期，进而按照底部剪力法计算水平地震作用，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。最后找出最不利的一组或几组内力组合，作为计算配筋和绘图的基础。此外，还对结构方案中的基础、板和楼梯进行了设计，并绘制了施工图。关键词：钢筋混凝土框架 建筑设计 结构设计 抗震设计Abstract: The purpose of the design is to do the anti-seismic design in the landscape frames of axis 16. When the directions of the frames is determined, firstly the weight of each floor is calculated .Then the vibrate cycle is calculated by utilizing the peak-displacement method, then the amount of the horizontal seismic force can be got by way of the bottom-shear force method. The seismic force can be assigned according to the shearing stiffness of the frames of the different axis. Then the internal force (bending moment, shearing force and axial force ) in the structure under the horizontal loads can be easily calculated. After the determination of the internal force under the dead and live loads, the combination of internal force can be made by using the Excel software, whose purpose is to find one or several sets of the most adverse internal force of the wall limbs and the coterminous girders, which will be the basis of protracting the reinforcing drawings of the components. The design of the stairs is also be approached by calculating the internal force and reinforcing such components as landing slab, step board and landing girder whose shop drawings are completed in the end.Keywords: reinforced concrete frame architectural design structural design anti-seismic design1 工程概况本工程拟建在某新城风景区内，旨在专门为较高层次的会议、商务培训活动提供理想的场所，是一幢集商务培训、会议、办公、商业、餐饮、住宿于一体的综合性多功能建筑，建筑面积约为5975，主体结构六层，建筑总高度为23.1m。一层主要为迎宾大厅和部分辅助办公用房，二层以上主要为住宿用房。本工程采用钢筋混凝土框架结构，基础部分采用柱下独立基础。主体结构设计按7度（第一组）抗震设防，类场地，结构抗震等级为三级。2 建筑设计建筑设计共经历了三个阶段，即平面设计、立面设计和细部构造设计。2.1平面设计方案一：根据任务书所提供的环境特征，初步确定了建筑的基本布局，即采用一个变化的L型，在东侧和南侧城市道路的交叉口处，设计了一道1/4的圆弧，力求突出建筑主要部分。方案二：由于方案一功能分区不明确，流线组织不合理，从而造成了立面造型的无秩序感和统一感，这也就成为这个方案最大的难点，即如何使得建筑的功能分区和流线组织合理。通过分析，进一步将建筑划分为四大区：会议办公区、娱乐区、餐饮区和住宿区，这样功能分区更为合理。方案三：考虑建筑场地和功能使用的实际情况，将住宿区定为六层，为主体结构，其西侧为位于一层的娱乐区，西南侧为三层的会议办公区，东南侧为位于二层的餐饮区，这样，一层的娱乐区既可以为住宿区提供娱乐休闲的场所，又可以为会议办公提供大型的报告厅。（见附图一）在餐厅的下部，特意设计了一个透空的花坛，主要是想通过这个透空的花坛，体现一种设计理念，一方面是将城市的环境最大限度地容入到建筑当中，增强建筑的内涵；另一方面，是利用建筑的景观为城市提供一种美，提供一种文化，希望建筑能够更好的融入到周围的环境中。2.2立面设计立面设计的主要任务是推敲门、窗、墙、柱、阳台、各种线脚、细部等这些构件的比例尺度、虚实关系、材料的质感和色彩等。主要包括以下五点：1立面的比例尺度2立面的虚实与凹凸3立面的线条处理4立面的色彩与质感5重点与细部处理2.3细部构造设计：建筑方案完成后主要进行构造方案设计，合理地确定屋面、楼地面、墙面、门窗等部位的构造方案，以及楼梯设计、踏步和扶手的构造选型，对特殊的部位（如变形缝、檐口、玻璃幕墙等）进行构造处理。3 结构设计本商务培训中心楼是集商务培训、会议、办公、商业、餐饮、住宿于一体的综合性多功能建筑，位于7度区第一组，II类场地，主体结构六层，总高23.1m，故采用钢筋混凝土纯框架结构是适宜的，建筑平面布置灵活，建筑立面容易处理，能满足建筑造型和多种使用功能的需求；在地震作用下传力路径明确，受力合理；经济指标可行，造价不高。3.1结构平面布置和梁柱截面尺寸的确定3.1.1结构平面布置结构平面布置时力求简单规则，结构的主要抗侧力构件应对称均匀布置，尽量使结构的刚心与质心重合；竖向布置，应使质量沿高度方向均匀分布，避免结构刚度突变。主体结构六层，并设有一层、二层裙房，为避免不均匀沉降，在主体结构与裙房之间设置变形缝，其宽度符合抗震缝的要求。鉴于结构方案采取框架结构，变形缝是通过在缝两边设置双柱实现的。主体结构平面布置图见图3.1。图3.1 主体结构标准层平面图3.1.2初步确定梁截面尺寸框架梁的截面尺寸应该根据承受竖向荷载的大小、梁的跨度、框架的间距等诸多因素综合考虑确定。一般情况下，梁高h=(1/81/12)l,其中l为梁的跨度；梁宽b=(1/21/3)h，且要符合抗震设计的要求。3.1.3初步确定柱截面尺寸柱截面不宜过小，截面尺寸应符合规范对剪压比（）、剪跨比（）和轴压比（）限值的要求。抗震设计中，柱截面尺寸主要受柱轴压比限值的控制，一般根据经验公式粗略确定。由建筑抗震设计规范可查得该框架结构的抗震等级为三级，轴压比限值为0.9。3.2地震作用计算3.2.1.重力荷载代表值的计算主体结构和裙房结构之间设有变形缝，所以结构抗震分析时取抗震缝区段内的主体结构作为计算单元。为了简便的分析结构在地震下的反应，采用集中质量法，将连续的结构进行离散化，将每层视为一个质点。对于集中于每个质点的重力荷载代表值的计算是主体结构各层楼面上的重力荷载代表值及上下各半层的墙、柱等重量。永久荷载标准值0.5可变荷载标准值在计算时，无论是否为上人屋面，其屋面上的可变荷载均取雪荷载。具体计算过程略，结果见图3.2。 3.2.2框架侧移刚度计算柱的侧移刚度不仅与柱本身线刚度和层高有关，而且还与梁的线刚度有关，对于层数较多的框架，由于柱轴力增大，柱截面往往较大，梁柱相对线刚度比较接近，框架结构在荷载作用下各节点均有转角，柱的侧移刚度有所降低。故本文中柱的侧移刚度用值法计算 （1）其中为由梁柱线刚度比根据相关表格查出的柱侧移刚度修正系数，它反映了节点转动降低了柱的抗侧移能力（1）。计算结果见表3.1。图3.2 重力荷载代表值分布示意图表3.1 横向框架层间侧移刚度层次123456743344660233660233660233660233660233680988，该框架结构为规则框架。3.2.3框架基本自振周期计算此框架结构的质量和刚度沿高度分布比较均匀，所以可采用顶点位移法计算其基本自振周期(s) （2）式中，考虑填充墙对结构刚度影响的自振周期的修正系数，可取0.60.8； 为计算结构自振周期用的结构顶点假想位移（m），即假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值视作水平荷载而算得的结构顶点位移局部突出屋面的楼梯间、水箱间和电梯机房对主体结构顶点位移的影响，按顶点位移相等的原则，将其重力荷载代表值折算到主体结构的顶层。按公式 （3）可算出的折算重力荷载， （4）3.2.4.框架弹性地震作用本商务培训中心楼总高度为23.1m 40m，且质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切型为主，由抗震规范可用底部剪力法计算水平地震作用。总水平地震作用即底部剪力 （5）其中为相应于结构基本自振周期的与基本烈度下多遇地震对应的水平地震影响系数值由于，所以需考虑顶部附加水平地震作用则质点的水平地震作用为： （6）结构顶部受力为， （7）3.2.5多遇地震下结构层间弹性变形验算1.楼层最小地震剪力验算（剪重比）由于地震影响系数在长周期段下降较快，对于基本周期大于3.5s的结构，由此计算所得的水平地震作用的结构效应可能太小。而对于长周期结构，地震动态作用中的地面运动速度和位移可能对结构的破坏具有更大影响，但振型分解反应谱法尚无法对此作出估计。处于安全考虑，建筑抗震设计规范规定，抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力应符合规定： （8） 2结构弹性变形验算（层间位移角）为避免非结构构件在多遇地震作用下出现过重破坏，须对框架结构结构的变形加以限制，使其层间弹性位移不超过某一限值。弹性位移的计算，按照一般结构力学方法进行，层间弹性位移应符合： （9）验算结果见表3.2。表3.2 横向水平地震作用下的位移验算层次（KN）（KN/mm）(mm)（mm）（mm）6931.836023361.5515.3936001/232751059.456023361.7613.8436001/204641360.176023362.2612.0836001/159431587.096023362.649.8236001/136621751.736023362.917.1936001/123811854.44334464.284.2852001/1215 从表中可以看到最大的层间弹性位移发生在第一层，其值为1/12151/550，满足要求。3.3 地震力作用下框架内力分析求出主体结构框架各层的层间总剪力后，按各柱的侧移刚度（值）在该层侧移刚度所占比例分配到各柱。设为层柱分配到的剪力，则 （10）根据求得的各柱层间剪力和修正后的反弯点位置，即可确定柱端弯矩；再由节点平衡条件，梁端弯矩之和等于柱端弯矩之和，节点左右梁端弯矩大小按其线刚度比例分配可求出各梁端弯矩；进而由梁的平衡条件可求出梁端剪力；最后，由节点左右梁端剪力之和即为柱的层间轴力，可求出第层柱轴力即为其上各层节点左右两端剪力代数和。3.4 竖向荷载作用下的框架内力分析3.4.1荷载传力路径在竖向荷载计算中,为了简化计算,根据荷载传递路线最短的原则将横向框架梁上的双向板所承担的荷载以三角形分布荷载或梯形分布荷载传递给框架梁上;计算单元范围内的其余楼面荷载则通过次梁和纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架,作用于各节点;阳台部分的荷载则由挑梁以集中力和集中力偶的形式传于节点上.3.4.2梁端弯矩计算方法：二次弯矩分配法（适于无侧移的结构）步骤：1.求出各节点杆件的弯矩分配系数 2.求出梁在竖向荷载作用下的固端弯矩M 3.将节点不平衡弯矩分配传递 4.再一次分配，求出各梁端弯矩为了便于施工及提高框架结构的延性，可以对竖向荷载作用下的梁端负弯矩进行调幅(弯矩调幅系数取0.85)。由于水平地震作用下的梁端弯矩不能考虑调幅，因此，只须将竖向荷载作用下的梁端弯矩调幅后，再进行内力组合。3.5 框架在竖向荷载及水平荷载作用下的内力组合对于一般的框架结构，当总高度不超过60m时，不考虑风荷载效应与水平地震作用效应的组合；当设防烈度不大于8度时，也不考虑竖向地震作用效应与水平地震作用效应的组合。故在框架抗震设计时，考虑了三种基本组合：1. 水平地震作用效应与重力荷载代表值效应的组合 （11）2竖向荷载效应，包括全部恒荷载与活荷载的组合（活荷起控制作用） （12）3竖向荷载效应，包括全部恒荷载与活荷载的组合（恒荷起控制作用） （13）3.6框架结构构件截面设计及构造3 6.1. 强柱弱梁强柱弱梁的概念要求控制梁、柱的相对承载力，使得在强烈地震作用下，结构发生较大侧移进入非弹性阶段时，为使框架保持足够的竖向承载能力而免于倒塌，塑性铰应首先在梁上出现，以形成总体屈服机制，尽可能避免在柱上出现塑性铰，不应出现破坏后危害性更大的层间屈服机制。为了实现强柱弱梁，可对水平荷载和竖向荷载作用下柱端组合弯矩值进行调整。主体结构是三级框架，其梁柱节点处，除框架顶层和柱轴压比小于0.15者，柱端组合的弯矩设计值均乘以柱端弯矩增大系数1.1，即： （14）为了避免框架柱脚过早屈服，将其底层柱下端截面的弯矩设计值乘以增大系数1.15，底层柱剪力按调整后的柱端弯矩进行计算。3.6.2. 强剪弱弯所谓的强剪弱弯，就是要保证梁端首先发生延性的弯曲破坏，避免发生脆性的剪切破坏，即使得梁的受剪承载力大于其发生弯曲屈服时达到的实际的剪力。按强剪弱弯的原则，梁端剪力设计值调整方法如下：梁端 （15）柱端 （16）有关梁、柱截面的构造措施：在梁、柱端部的一定范围内，箍筋间距适当加密，梁、柱箍筋加密区的长度，箍筋最大间距和最小直径均应符合抗震构造要求，为保证受力纵向钢筋和箍筋可靠的工作，钢筋的接头和锚固均应符合抗震的有关要求。在图3.3和图3.4中，分别列举了本工程中计算配筋后的四种梁柱交接处的详细构造，包括梁柱搭接长度和变截面处钢筋的搭接构造。其中，图 3.3左侧为柱伸入梁时纵向钢筋的搭接，右侧为中柱顶部两个变截面梁相交时钢筋的搭接；图 3.4左侧为中柱中部梁柱钢筋搭接构造，右侧为柱变截面时构造的要求。图3.3 柱（梁）顶纵向钢筋构造图3.4 中柱（梁）纵向钢筋构造3.7基础设计由于本设计的框架层数不多，高度不大，地基的土质均匀良好，故选择柱下独立基础，对于柱距较近的柱下基础，采用联合基础。3.8 楼梯的计算楼梯设计为双跑楼梯，由于楼梯的跨度不大和考虑施工方便，故采用板式楼梯。4计算机辅助设计本次设计电算部分采用的是中国建科院编制的PKPM系列软件，通过对16轴框架的计算，并与手算结果对比，我们可以发现，无论是杆件的内力还是梁柱的配筋，电算的结果与手算还是有一定的差别。经分析，有以下几点原因：1.抗震计算中采用的方法不同：手算采用底部剪力法，电算采用振型分解反应谱法。2.内力组合的种类不同：手算只考虑了三种组合，电算考虑了各种情况下内力的组合。参考文献1 建筑结构荷载规范(GB 500092001). 北京：中国建筑工业出版社，20022 混凝土结构设计规范(GB 500102002). 北京：中国建筑工业出版社，20023 建筑抗震设计规范(GB 500112001). 北京：中国建筑工业出版社，20014 建筑地基基础设计规范(GB 500072002). 北京：中国建筑工业出版社，20025 混凝土结构构造手册(第三版). 北京：中国建筑工业出版社，20026 混凝土结构设计手册(第二版). 北京：中国建筑工业出版社，20027 建筑抗震设计手册(第二版). 北京：中国建筑工业出版社，20028 柳炳康.工程结构抗震设计. 武汉：武汉理工大学出版社，2003 9 吴培明. 混凝土结构(上、下). 武汉：武汉理工大学出版社，200310丰定国,王社良. 抗震结构设计(第二版). 武汉：武