益达百货商店四层现浇钢筋混凝土框架结构设计.doc

益达百货商店四层现浇钢筋混凝土框架结构设计1 建筑说明本建筑是益达百货商店设计，主体为四层现浇钢筋混凝土框架结构，总高米，属多层房屋。总建筑面积约6200平方米。1.1 设计资料1.结构设计使用以下岩土勘察资料。（地质条件：自然地表1米内为素填土，填土下层为5米厚粉质粘土（地基承载力特征值230kN/m2），再下层为泥质粉砂岩（地基承载力特征值22003500kN/m2），类场地土。地表下5米处有无侵1.2.1 总平面设计总平面布置的基本原则：（1）应根据一栋楼或一个建筑群的组成和使用功能，结合所处位置和用地条件、有关技术要求，综合研究新建的、原有的建筑物、构筑物和各项设施等相互之间的平面和空间关系，充分利用土地，合理进行总体布局，使场地内各组成部分成为有机的整体，并与周围环境相协调而进行的设计。（2）应结合地形、地质、气象条件等自然条件布置，有效组织地面排水，进行用地范围内的竖向布置。（3）建筑物的布置应符合防火、卫生等规范及各种安全要求，并应满足交通要求。（4）建筑物周围布置应与城市主干道及周围环境相协调，合理组织场地内的各种交通流线（含人流、车流、货流等），并安排好道路、出入口，并考虑风向及人员出入的便利。（5）另外，总平面应设计合理，人流和车流不能相互交叉，并考虑一定面积的机动车和自行车停放面积。从以上原则考虑，结合已有建筑物和道路的布置，本建筑采用“一”字体型，与周围其他建筑物的间距大于10m，满足以上原则和防火要求。主入口设在南面，为了满足防火、紧急时刻人员疏散要求，本建筑在西面设一入口。1.2.2 主要房间设计主要房间是各类建筑的主要部分，是供人们购物的必要空间，由于建筑物的类别不同，使用功能不同，对主要房间的设计也不同。但主要房间设计应考虑的基本因素仍然是一致的，即要求有适宜的尺寸，足够的使用面积，适用的形状，良好的采光和通风条件，方便的内外交通联系，合理的结构布置和便于施工等。1.2.3 辅助房间设计在本建筑中，辅助房间主要为卫生间、办公室消防间。卫生间的设计在满足设备布置及人体活动的前提下，应设在人流交通线上与走道及楼梯间相连处，如走道尽端，楼梯间即出入口或建筑物转角处，为遮挡视线和缓冲人流，卫生间应设置前室，前室内设洗手盆和污水池，为了保证必要的使用空间，前室的深度不小于1.5-2.0m，因此在卫生间面积较小时，以便随手关门，卫生间的门设置为弹簧门。1.3 交通联系空间的平面设计主要房间和辅助房间都是单个独立的部分，而房间与房间的水平与垂直方向上的联系、建筑物室内外之间的联系，都要通过交通联系来实现。交通联系空间按位置可分为水平交通空间（走廊），垂直交通空间（楼梯，坡道）和交通枢纽空间（门厅，过厅）。交通联系空间形状、大小、部位主要决定于功能关系及建筑空间处理的需要，设计时应主意：交通流线简洁明确，对人流起导向作用。良好的采光、通风。重是安全防火，平时人流畅通，联系方便；交通联系空间的面积大，要有适当的高度和宽度。1.3.1 水平交通空间的平面设计走廊起着联系各个房间的作用，走廊宽度的确定，应符合防火、疏散和人流畅通的要求，本建筑走廊轴线尺寸为8400m。走廊要求有良好的采光，本建筑设计只在一层设外廊。1.3.2 垂直交通空间的平面设计楼梯是多层房屋的垂直联系和人流疏散的主要措施。由于该建筑物是办公楼，按防火要求和疏散人流，该建筑物设两部楼梯，楼梯采用平行双跑。为便于顾客通行，设自动扶梯一部。1.4 剖面设计1.4.1 层高的确定层高是剖面设计的重要依据，是工程常用的控制尺寸，同时也要结合具体的物质技术、经济条件及特定的艺术思路来考虑，既满足使用又能达到一定的艺术效果。本建筑为四层，层高确定为4.2m这样的房间高度比较合适些。1.4.2 室内外高差的确定为防止室内受室外雨水的流渗，室内与室外应有一定的高差，且高差不宜过大，若过大便不利于施工和通行，故设计室内外高差为0.45m，设置3级台阶，卫生间地表低于楼地面20mm，以防污水溢出，影响其他房间的使用。1.4.3 屋面排水设计本建筑设计中屋面利用材料找坡（23%），采用有组织排水（女儿墙外排水），为了满足各个落水管的排水面积不大于200m2, 公设5个落水管。因31/12，故为平屋顶。1.4.4 楼梯剖面设计所有楼梯均采用现浇钢筋混凝土结构，其具有整体性好，坚固耐久，刚度好等特点。楼梯踏步面层要求耐磨、美观、防滑，便于清扫，踏步面层应设有防滑条，本设计采用在踏步边缘30mm处设20m宽的1：1水泥钢砂防滑条。1.5 立面设计建筑立面可以看成是由许多构件组成，如墙体、梁柱、门窗及勒角、檐口等，恰当地确定立面中这些构件的比例、尺寸，运用节奏、韵律、虚实、对比等规律，已达到体型完整，形式和内容的统一。本结构是钢筋混凝土框架，具有明快、开朗、轻巧的外观形象，不但为建筑创造了大空间的可能性，同时大空间结构也大大丰富了建筑的外部形象，立面开窗自由，既可形成大面积独立窗，也可组成带形窗等。1.5.1 体型建筑体型设计主要是对建筑物的轮廓形状、体量大小、组合方式及比例尺的确定。本建筑根据场地和周围环境的限制，整栋建筑物采用“一”字型，结构和经济方面都容易满足。1.5.2 墙体一层外墙为240mm空心砖其墙，面层做法：12 mm厚1：3水泥砂浆；8mm厚1：2.5水泥砂浆抹面；采砂喷涂约2mm厚，共22mm厚。楼层之间用水泥砂浆勾缝。内墙为150mm砌块，面层做法：18厚1：3石灰砂浆；2厚纸筋石灰面，共20厚。墙底150高墙地砖踢脚。1.5.3台阶台阶位于建筑物的出入口处，它联系室内外地坪的高差，由平台和一段踏步组成，平台宽度至少应比大门洞口宽出500mm，平台进深的最小尺寸应保证在大门开启以后，还有一个人站立的位置，以便于作为人们上下台阶缓冲之用，室外台阶踏步高150mm，宽300mm,设3个踏步，满足室内外高差450mm。1.6 构造设计构造设计主要包括楼地面设计、屋面设计、女儿墙设计等。1.6.1 地面设计地面设计应根据房间的使用功能和装修标准，选择适宜的面层和附加层，从构造设计到施工质量上确保地面具有坚固、耐磨、平整、不起灰、易清洁、防火、保温、隔热、防潮、防水、防腐蚀等特点。釉面陶瓷地面砖地面10mm厚釉面陶瓷地面砖（水泥砂浆檫缝）30mm厚细石混凝土25mm厚1：2.5水泥砂浆找平层5mm厚水泥砂浆结合层一道100mm厚C10混凝土垫层素土夯实釉面陶瓷地面砖楼面10mm厚大理石块面（水泥砂浆檫缝）30mm厚细石混凝土现浇楼板（100mm）铝合金龙骨吊顶（900mm）卫生间地面采用马赛克地面，内墙用白色瓷砖贴面，地面低于楼地面20mm。1.6.2 散水设计100mm厚1：2：3细实混凝土撒1：1水泥沙子压实抹光150mm厚3：7灰土素土夯实向外坡度52 结构内力计算2.1 框架计算简图及梁柱线刚度2.1.1 确定框架计算简图 框架计算简图如下图所示 取轴上的一榀框架计算。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二层楼面，基础顶面标高为-1.000m，二层标高为4.200m，底层柱高为4.50m，其余各层柱高均为4.20m.2.1.2 框架梁柱线刚度的计算 对于中框架梁取 左边跨梁： 中跨梁： 右边跨梁： 底层柱： 其余各层柱： 令： ，则其余各构件的相对线刚度为： 2.2 荷载计算2.2.1恒荷载标准值计算 （1） 屋面 防水层（刚性）30厚C20细石混凝土防水 防水层（柔性）SBS改性沥青防水卷材 找平层：15厚水泥砂浆 找坡层：40厚水泥石灰焦渣砂浆0.3%找平 找平层：15厚水泥砂浆 保温层：80厚矿渣水泥 结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 吊顶：铝合金龙骨 合计 （2） 标准层楼面 釉面陶瓷地面砖，水泥砂浆擦缝；30厚1：3干硬性水泥砂浆，面上撒2厚素水泥；水泥砂浆结合层一道 结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 吊顶：铝合金龙骨 合计 （3）次梁自重 梁自重 合计 （4）主梁自重 梁自重 合计 （5）基础梁自重 梁自重 合计 （6）柱自重 自重 抹灰层：10厚混合砂浆 合计 （7）外纵墙自重 标准层： 纵墙 钢框玻璃窗 水刷石外墙面 水泥砂浆粉刷内墙面 合计 （8） 底层 纵墙 钢框玻璃窗 水刷石外墙面 水泥砂浆粉刷内墙面 合计 （9） 内纵墙自重 标准层： 纵墙 水泥砂浆粉刷内墙面 合计 （10） 内隔墙自重 标准层： 内隔墙 水泥砂浆粉刷内墙面 合计 （11） 底层内纵墙 纵墙 水泥砂浆粉刷内墙面 合计 2.2.2 活荷载标准值计算 （1） 屋面和楼面活荷载标准值： 根据荷载规范查得：不上人屋面： 楼面： 楼梯： （2） 雪荷载 查全国基本雪压分布图（延安地区）2.3 竖向荷载下框架受荷总图及荷载计算楼盖及屋盖设计为单向肋梁板，板按塑性内力重分布方法设计。2.3.1 AB轴间框架梁荷载计算屋面板及次梁荷载恒载 屋面板： 次梁自重： 活载： 楼面板及次梁荷载恒载 楼面板： 次梁自重： 活载： 主梁自重 AB轴间框架梁荷载为（将主梁自重折算为集中荷载）屋面梁 恒载=主梁自重+次梁自重+板传荷载 活载=板传荷载 楼面梁 恒载=主梁自重+次梁自重+板传荷载 活载=板传荷载 2.3.2 BC与CD轴框架梁荷载计算BC与CD轴间的跨度与AB轴间跨度相同，故荷载计算相同。2.3.3 A轴柱纵向集中荷载计算 顶层柱 女儿墙自重（将三角形荷载转化为集中荷载） 、轴： 轴： 、轴： 顶层柱恒载=女儿墙自重+梁自重+板传荷载 顶层柱活载=板传活载 标准层柱恒载=墙自重+梁自重+板传荷载 标准层柱活载 基础顶面恒载=底层外纵墙自重+基础梁自重 2.3.4 B轴柱纵向集中荷载计算 顶层柱恒载=梁自重+板传荷载 顶层柱活载=板传荷载 标准层柱恒载=梁自重+板传荷载 标准层柱活载=板传活载 基础顶面恒载=基础梁自重=2.3.5 C柱纵向集中荷载计算 顶层柱恒载=梁自重+板传荷载 顶层柱活载=板传活载 标准层柱恒载=梁自重+板传荷载 标准层柱活载=板传活载 基础顶面恒载=基础梁自重=2.3.6 D纵向集中荷载计算顶层柱恒载=女儿墙自重+梁自重+板传荷载 顶层柱活载=板传活载标准层柱恒载=墙自重+梁自重+板传荷载+隔墙自重 标准层柱活载=板传活载基础顶面恒载=底层外纵墙自重+基础梁自重+内纵墙自重 框架在竖向荷载作用下的受荷总图如下注：1、图中各值的单位为KN。 2、图中数值为荷载标准值。2.4 风荷载计算作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值： 式中基本风压 因建设地点位于某城市郊区，地面粗糙度为B类。 根据建筑物的体型查得=1.3。 对于高度不大于30m的房屋结构，取1.0。 下层柱高。 上层柱高，顶层为女儿墙高度的2倍。 迎风面的宽度，B=6m. 集中风荷载标准值计算表离地高度z/m/m/m18.51.221.01.30.54.2215.4614.01.111.01.30.54.24.219.489.51.001.01.30.54.24.217.555.01.001.01.30.54.54.219.52.4.1 风荷载作用下的位移验算 柱抗侧移刚度修正系数：一般层： 底层： 侧移刚度D计算见下表横向24层D值计算表构件名称A轴柱0.23810155B轴柱0.38516427C轴柱0.38516427D轴柱0.23810155横向底层D值计算构件名称A轴柱0.45710696B轴柱0.57513434C轴柱0.57513434D轴柱0.475101552.4.2 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层的层间侧移。风载荷作用下框架侧移计算层次415.4615.46531640.00031/16545319.4834.94531640.00071/6847217.5552.49531640.00101/4558119.571.99482600.00151/3687侧移的计算：层间侧移最大值 （满足）2.5 内力计算2.5.1 恒荷载标准值作用下的内力计算采用力矩二次分配法计算：梁、柱线刚度计算表编号截面尺寸跨度/高度惯性矩线刚度相对线刚度14层梁6.90.00540.7624层柱4.20.01081.20底层柱4.50.01081.00节点分配系数计算（以23层边节点为例）计算简图如右图所示： 节点分配系数计算表节点层号上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁400.610.390.2800.440.28230.380.380.240.190.310.310.1910.4050.3380.2570.2040.3230.2690.204固端弯矩计算：（计算简图如下所示）因结构及荷载对称，并且在梁跨处受集中荷载，其中顶层集中荷载为：，13层集中荷载为点弯矩： 顶层： 恒载作用下内力计算分析见下表2.5.2 活荷载标准值作用下的内力计算由于活载与恒荷载的比值，所以不考虑活荷载的最不利布置，把活载同时作用在所有框架上。采用力矩二次分配法计算，见下表：恒荷载作用下框架弯矩图（单位：KN）活荷载作用下框架弯矩图（单位：KN）2.5.3 恒载作用下的剪力计算取框架梁为隔离体进行计算如下图：由 得 同理得 恒载作用下的剪力图2.5.4 活载作用下的剪力计算取框架梁为隔离体进行计算如下图：由 得 同理得 活载作用下的剪力图2.5.5 恒（活）荷载作用下的轴力计算轴柱轴力计算表层数轴柱纵梁竖向力F柱自重每层竖向力P轴力4102.21（6.5）259.5（9.9）42.35361.71（16.4）顶部361.71（16.4）底部404.06（16.4）377.66（43.31）168.03（69.3）42.35245.69（112.61）顶部649.57（129.01）底部692.1（129.01）275.66（43.71）168.03（69.3）42.35245.69（112.61）顶部937.79（241.62）底部980.14（241.62）174.46（43.01）168.03（69.3）51.76242.49（112.31）顶部1222.69（351.93）底部1274.39（351.93）轴柱轴力计算表层数轴柱纵梁竖向力F柱自重每层竖向力P轴力4-126.99（-6.62）114.6（6.6）343.8（19.8）42.35585.39（33.02）顶部585.39（33.02）底部627.74（33.02）3-83.30（-49.09）79.98（46.2）239.94（138.6）42.35403.22（233.89）顶部1030.96（266.91）底部1073.31（500.4）2-84.30（-48.69）79.98（46.2）239.94（138.6）42.35403.22（233.49）顶部1476.53（500.4）底部1518.88（500.4）1-84.50（-49.39）79.98（46.2）239.4（138.6）51.76404.88（234.19）顶部1923.76（734.29）底部1974.52（734.29）恒载作用下的轴力图（单位：KN）注：恒载作用下的轴力为压力 活载作用下的轴力图（单位：KN） 注：活载作用下的轴力为压力2.6 框架在风荷载（从左向右吹）作用下的内力计算采用D值法进行计算。2.6.1 各柱反弯点高度计算 计算公式： 式中： 标准反弯点高度比。 因上下层梁刚度比变化的修正值。 因上层层高变化的修正值。 因下层层高变化的修正值。轴框架柱反弯点位置层号44.20.6250.30000.31.3534.20.6250.40000.41.824.20.6250.450000.452.0314.50.7630.610000.613.36轴框架柱反弯点位置层号44.21.250.360000.361.6234.21.250.450000.452.0324.21.250.460000.462.0714.51.5250.570000.572.572.6.2 框架各柱的杆端弯矩、梁端弯矩计算计算式： 中柱： 边柱： 65风荷载作用下A、D轴柱剪力和梁、柱端弯矩计算：层号415.4653164101550.1912.951.359.293.989.29334.9453164101550.1916.671.818.0112.0121.99252.4953164101550.19110.032.0324.7720.3636.78171.9948260106960.22215.983.3634.2054.2954.26风载荷作用下B、C轴柱剪力和梁、柱端弯矩计算：层号415.4653164164270.3094.781.6213.777.746.896.89334.9453164164270.30910.802.0326.6821.9216.9116.91252.4953164164270.30916.222.0739.4134.5830.6730.67171.9948260134340.27820.012.5758.6351.4347.1147.11 风荷载作用下框架柱轴力与梁端剪力 （单位：KN）层号梁端剪力/柱轴力/A轴B轴4-2.252.25-1.912.25-0.34-0.343-5.445.44-4.787.69-0.66-1.002-9.379.37-8.5217.06-0.85-1.851-14.1214.12-13.0935.81-1.03-2.88剪力计算式： 风荷载作用下的弯矩图（单位：KN） 风荷载作用下的剪力图 （单位：KN） 风荷载作用下的轴力图 （单位：KN）2.7 重力荷载代表值作用下结构内力计算层面梁取层面荷载和雪荷载的一半的和，楼面取恒载和楼面均布活载的一半的和。屋面为： 楼面为： 由恒载固端弯矩计算可得固端弯矩。 顶层： 13层： 重力荷载代表值作用下结构内力计算分析采用力矩二次分配法，分析过程见下表。重力荷载代表值作用下结构内力计算分析表重力荷载代表值作用下弯矩图 单位：重力荷载代表值作用下剪力图 单位：KN取下图示隔离体，剪力计算式为： 上式中 L=6900重力荷载代表值作用下A、D轴轴力计算表 （单位：）层号A、D轴柱纵梁竖向力F柱自重每层竖向力P轴力4104.57259.542.35365.07顶部365.07底部407.42398.32168.0342.35266.35顶部673.77底部716.12297.53168.0342.35264.56顶部981.68底部1024.03195.97168.0351.76264顶部1288.03底部1339.39重力荷载代表值作用下B、C轴轴力计算表 （单位：） 层号B、C轴柱纵梁竖向力F柱自重每层竖向力P轴力4-130.1117.9343.842.35591.8顶部591.8底部634.153-107.84103.08239.9442.35450.86顶部1085.01底部1127.362-108.63103.08239.9442.35451.65顶部1579.01底部1621.361-110.19103.08239.9451.76453.21顶部2074.27底部2126.33重力荷载代表值作用下的轴力图 单位：KN2.8 内力组合2.8.1 内力计算时的正负号规定弯矩：使梁下侧受拉的弯矩为正，使节点顺时针旋转的弯矩为正，反之为负，使柱左侧受拉为正，反之为负。剪力：使隔离体顺时针旋转的剪力为正，反之为负。轴力：构件受拉为正，受压为负。2.8.2 梁、柱内力组合表中数值为荷载标准值，内力组合时按相应要求乘以系数。四层梁内力组合表杆件名称A4B4B4C4截面位置A4跨中B4左B4右跨中内力种类MVMMVMVM竖向恒载-121.33102.2130.93-210.55-126.99-193.93114.696.96竖向活载-11.926.585.61-12.04-6.62-11.146.64.57风荷载（左）9.29-2.251.2-6.892.256.89-1.910风荷载（右）-9.292.25-1.26.89-2.25-6.891.910重力荷载代表值-126.99104.5734.37-215.13-130.1-198.94117.999.47地震作用（左）78.31-18.9210.2-57.9218.9257.92-16.090地震作用（右）-78.3118.92-10.257.92-18.92-57.9216.090内力组合1.2恒+1.4活1.2+1.4-162.28131.8644.97-269.5-161.66-248.31146.76124.151.2恒+1.4风1.2+1.4或1.2+1.4-158.6125.838.8-262.3-154.54-242.36140.19116.351.2恒+0.91.4（活+风）1.2+0.91.4（+或）-172.32133.7845.7-276.5-163.56-255.43148.24123.371.35+0.71.4活1.35+0.71.4-175.48144.4346.95-296.0-177.72-272.72161.18136.351.2重+1.3水平地震1.2+1.3或1.2+1.3-254.25151.2854.2-333.5-180.72-314.02162.4119.36二三层梁内力组合表（以三层为准）杆件名称A3B3B3C3截面位置A3跨中B3左B3右跨中内力种类MVMMVMVM竖向恒载-116.5176.6650.29-140.41-83.3-130.6879.9865.34竖向活载-60.3243.3123.23-81.1-49.09-75.6146.237.81风荷载（左）21.99-5.442.39-16.915.4416.91-4.780风荷载（右）-21.995.44-2.3916.91-5.44-16.914.780重力荷载代表值-146.6898.3261.91-180.96-107.84-168.69103.0884.35地震作用（左）136.81-29.4813.9-108.9929.48108.99-30.280地震作用（右）-136.8129.48-13.9108.99-29.48-108.9930.280内力组合1.2恒+1.4活1.2+1.4-224.26152.6392.87-282.0-168.69-262.67160.66131.341.2恒+1.4风1.2+1.4或1.2+1.4-170.6099.6164.29-192.6-107.58-180.91102.6778.411.2恒+0.91.4（活+风）1.2+0.91.4（+或）-234.22153.4292.63-292.4-168.67-273.77160.21126.051.35+0.71.4活1.35+0.71.4-216.4145.9390.66-269.0-160.56-250.52153.25125.261.2重+1.3水平地震1.2+1.3或1.2+1.3-353.87156.3192.36-358.8-167.73-344.12163.06101.22一层梁内力组合表杆件名称A1B1B1C1截面位置A1跨中B1左B1右跨中内力种类MVMMVMVM竖向恒载-101.3374.4643.02-141.06-84.50-131.3379.9865.67竖向活载-58.5343.0121.62-81.48-49.39-74.8646.237.43风荷载（左）54.26-14.123.73-47.1114.1247.11-13.090风荷载（右）-54.2614.12-3.7347.11-14.12-47.1113.090重力荷载代表值-130.5995.9748.22-181.81-110.19-169.25103.0884.63地震作用（左）227.18-46.4911.67-203.8946.49203.89-56.640地震作用（右）-227.1846.49-11.67203.89-46.49-203.8956.640内力组合1.2恒+1.4活1.2+1.4-203.54149.5781.89-283.34171.75-262.4160.66131.211.2恒+1.4风1.2+1.4或1.2+1.4-197.981109.1256.85-235.23-122.37-223.55114.3078.81.2恒+0.91.4（活+风）1.2+0.91.4（+或）+0.9（+或）+0.9-264.09161.3483.57-331.3-182.62-311.28170.68125.971.35+0.71.4活1.35+0.71.4-194.1552.2279.26-270.28-163.83-250.66153.25125.341.2重+1.3水平地震1.2+1.3或1.2+1.3-452.04175.6073.04-483.2-192.67-468.16197.33101.56底层柱内力组合表杆件名称A1A2B1B2截面位置上端下端剪力上端下端剪力内力种类MNMNVMNMNV竖向荷载35.03-1222.69-17.52-1274.39-9.55-4.43-1923.762.22-1974.521.21竖向活载20.23-351.93-10.12-351.93-4.52-2.56-734.291.28-734.290.70风荷载（左）-34.235.8154.2935.8115.98-58.63-2.8851.43-2.8820.02风荷载（右）34.2-35.81-54.29-35.81-15.9858.632.88-51.432.88-20.02重力荷载代表值45.16-1288.03-22.58-1339.79-12.32-5.70-2074.272.85-2126.331.55水平地震作用（左）-130.82132.86205.4132.8661.13-248.7913.51172.2413.5176.55水平地震作用（右）130.82-132.86-205.4-132.8661.13248.79-13.51-172.24-13.51-76.55内力组合1.2恒+1.4活1.2+1.41.2+1.