建筑结构设计计算书

目录

1.建筑设计----------------------------------------------------3

1.1设计基本资料---------------------------------------------3

1.1.1建筑概况-------------------------------------------3

1.1.2工程概况-------------------------------------------3

1.1.3原始设计资料---------------------------------------3

1.2建筑设计说明---------------------------------------------4

1.2.1设计概要-------------------------------------------4

1.2.2采光、通风、防火设计---------------------------------4

1.2.3建筑细部设计---------------------------------------4

1.2.4参考资料-------------------------------------------5

2.结构设计----------------------------------------------------6

2.1框架结构的设计------------------------------------------6

2.1.1工程概况-------------------------------------------6

2.1.2设计资料-------------------------------------------6

2.2框架结构设计计算--7

2.2.1梁柱截面、梁跨度及柱高度的确定----------------------7

2.2.2荷载计算-------10

2.2.3水平地震力作用下框架的侧移验算--------------------14

2.2.4水平地震作用下，横向框架得内力分析-----------------21

2.3竖向荷载作用下横向框架的内力分析-----------------------25

2.4内力组合-----------------------------------------------45

2.5截面设计-----------------------------------------------52

3.基础设计-----------------------------------------------------69

3.1设计资料------------------------------------------------69

3.2选用方案------------------------------------------------69

3.3基础截面尺寸及荷载的确定-------------------------------69

3.4沿纵向地基验算---------72

3.5基础底板配筋--------------------------------------------72

3.6基础梁内力计算------------------------------------------73

3.7基础剪力计算--------------------------------------------75

4楼板设计一一一78

4.1楼板类型及设计方法的选择---------------------------------78

4.2荷载设计值-----------------------------------------------78

4.3计算跨度------------------------------------------------80

4.4弯矩计算------------------------------------------------80

4.5截面设计------------------------------------------------81

5楼梯设计-----------------------------------------------------83

5.1楼梯尺寸设计---------------------------------------------83

5.2梯段板的设计--------------------------------------------84

5.3平台板的计算-一一85

5.4平台梁的计算--------------------------------------------86

6雨篷设计-----------------------------------------------------87

6.1雨篷正截面承载力计算------------------------------------87

6.2雨篷梁计算----------------------------------------------89

6.3雨篷抗倾覆验算------------------------------------------91

参考文献--------------------------------------------------------93

外文资料--------------------------------------------------------94

中文译文-------------------------------------------------------103

致谢---------------------------------------------------------107

1.建筑设计

1.1设计基本资料

1.1.1建筑概况

1、设计题目：太原市某旅馆

2、建筑面积：6289.92m2

3、建筑总高度：23.400m（室外地坪算起）

4、建筑层数：七层

5、结构类型：钢筋混凝土框架结构

1.1.2工程概况

该旅馆为七层钢筋混凝土框架结构体系，建筑面积约6000m?±5%，建筑

物平面为一字形，受场地限制，宽度W16m,长度W60m。根据建筑方案确定,

房间开间3.6m,进深6.6m,走廊宽度2.4m，底层层高3.6m,标准层层

高3.3m,室内外高差0.45m,其它轴网尺寸等详见平面简图。

框架梁、柱、屋面及楼面均采用现浇混凝土方式。

1.1.3原始设计资料

1、气象条件

本地区夏季主导风向：南

基本风压：0.40KN/nf

基本雪压：0.35KN/U12

室外冬季设计温度：-15℃

2、抗震烈度：8度第一组，设计基本地震加速度值0.20g

3、工程地质条件

地下水位：按室外地坪以下4m考虑，地下水无侵蚀性；

土壤冻结深度：0.8m；

土壤性质及情况：室外地面至地面以下8m范围内为轻亚粘土层；

建筑场地类别：I类场地土；

地基承载力特征值：fak=160KN/m2；

4、屋面做法：

40mm厚的C20细石混凝土保护层

3mm厚1:3石灰砂浆隔离层

卷材防水层

20mm厚的1:3水泥砂浆找平层

100mm厚的钢筋混凝土现浇板

15mm厚的纸筋石灰抹底

5、楼面做法：

水磨石地面：

100mm厚的现浇钢筋混凝土楼板

15mm厚的纸筋石灰抹底

6、材料

梁、板采用的混凝土强度等级为C30,柱采用的混凝土强度等级为C40,

纵筋采用HPB335,箍筋采用HPB235,板筋采用HPB235级钢筋。

1.2建筑设计说明

1.2.1设计概要

建筑等级:耐火等级为n级

抗震设防类别为丙类

设计使用年限70年

1.2.2采光、通风、防火设计

1、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。

2、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，公共安全出口设有三个，可以方便人员疏散。

因该旅馆属多层建筑，因而根据《高层民用建筑设计防火规范》（2001版

GB50045-95）规定，楼梯间应采用封闭式，防止烟火侵袭。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。

1.2.3建筑细部设计

1、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。

2、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。

3、采暖地区的保温隔热标准应符合现行的《民用建筑节能设计标准》的

规定。

4、室内应尽量利用天然采光。

5、客房之间的送风和排风管道采取消声处理措施。

6、为满足防火和安全疏散要求，设有三部楼梯。

7、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。

1.2.4参考资料

《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）

《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）

《建筑抗震设计规范》（GB50010-2002）

《砌体结构设计规范》（GB50003-2001）

《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）

《混凝土结构构造手册》（中国建筑工业出版社）

《建筑设计资料集》（一）（二）（三）集或新编有关分册

《房屋建筑学》（中国建筑工业出版社）

《建筑抗震设计技术措施》（中国建筑工业出版社）

有关建筑设计标准、规范与标准图集

《国家建筑与结构制图标准》（中国建筑工业出版社）

《建筑施工》（中国建筑工业出版社）

《建筑施工技术》（黑龙江科技出版社）

《高层建筑结构》（武汉工业大学出版社）

《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）

《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）

《钢筋混凝土及砌体结构》（上、中册，建工出版社）

2.结构设计

2.1框架结构的设计

2.1.1工程概况

旅馆为七层钢筋混凝土框架结构体系，建筑面积约6289.92m）建筑物

图2-1框架平面柱网布置图

2.1.2设计资料

1、气象条件

基本风压：0.40N/m2；基本雪压：0.35N/m2

2、抗震设防烈度

8度第一组，设计基本地震加速度值为0.20g

3、工程地质条件

室外地面至地面以下8m范围内为轻亚粘土层，属于一类场地土；地下

水位按室外地坪以下4nl考虑，地下水无侵蚀性。

4、屋面及楼面做法

屋面做法：

40mm厚的C20细石混凝土保护层

3mm厚1:3石灰砂浆隔离层

卷材防水层

20mm厚的1:3水泥砂浆找平层

100mm厚的钢筋混凝土现浇板

15mm厚的纸筋石灰抹底

水磨石地面：

100mm厚的现浇钢筋混凝土楼板

15mm厚的纸筋石灰抹底

楼面做法：

水磨石地面：

100mm厚的现浇钢筋混凝土楼板

15mm厚的纸筋石灰抹底

5、材料

梁、板采用的混凝土强度等级为C30,柱采用的混凝土强度等级为C40,

纵筋采用HPB335,箍筋采用HPB235,板筋采用HPB235级钢筋。

6、设计依据

1、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）

2、《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）

3、《建筑抗震设计规范》（GB50010-2002）

4、《砌体结构设计规范》（GB50003-2001）

5、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）

6、《混凝土结构构造手册》（中国建筑工业出版社）

7、《建筑设计资料集》（一）（二）（三）集或新编有关分册

8、《房屋建筑学》（中国建筑工业出版社）

9、《建筑抗震设计技术措施》（中国建筑工业出版社）

10、有关建筑设计标准、规范与标准图集

11、《国家建筑与结构制图标准》（中国建筑工业出版社）

12、《高层建筑结构》（武汉工业大学出版社）

13、《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）

14、《钢筋混凝土及砌体结构》（上、中册，建工出版社）

2.2框架结构设计计算

2.2.1梁柱截面、梁跨度及柱高度的确定

1、初估截面尺寸

横梁：Mh=—/~—/

812

次梁：高(1=工1~工1

1218

梁宽：b=(1~|)h且%=1〜1.5

2、框架柱的截面尺寸根据柱的轴压比限值，按下列公式计算

(1)柱组合的轴压力设计值'=用为£〃

注：(5考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数

F按简支状态计算柱的负载面积

gE折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近似取12kN/m2-14kN/

m2

n为验算截面以上的楼层层数

(2)Ac>N/2/c

注：尤为框架柱轴压比限值，本方案为三级框架，则％取0.8

了,为混凝土轴心抗压强度设计值，本方案为C40混凝土，则力取19.1kN/mm

2

(3)计算过程

对于角柱:

N=便gp"=1.25X12X3.6X3.3X7X1.3X1.1=1783.782(kN)

Ac>N/A/c=l783.782X103/0.8X19.1=116739.7(mm2)

对于中柱:

^=/7Fg£«=1.25X12X7.2X4.5X7X1.0X1.1=3742.2(kN)

Ac>^/Afc=3742.2X103/0.8X19.1=244908.4(mm2)

因此：取柱bXh=550mmX550mm即可满足设计要求

柱：一层，取bXh=600mmX600mm

柱：二、三、四层，取bXh=550mmX550mm

柱：五、六、七层，取bXh=500mmX500mm

②梁：梁编号见图2-2

其中:Li：bXh=300mmX600mm

L2：bXh=300mmX600mm

L3：bXh=300mmX700mm

L4：bXh=250mmX500mm

L5：bXh=300mmX300mm

图2-2框架梁编号

3、梁的计算跨度

如图2・3所示，框架梁的计算跨度以上柱柱形心线为准，由于建筑轴线

与柱形心线重合，故建筑轴线与结构计算跨度相同。

,600300L300300

押。.300300

o300

o

9300660024006600

15600

oo

图2-3梁的计算跨度

4、柱高度

底层高度h=3.6m+0.45m+0.15m=4.5m,其中3.6m为底层层高，0.45

多室内外高差，0.15m为基础顶面至室外地面的高度。其他柱子高度等于层

高，即3.3m。

由此得框架计算简图(图2-4)。

2.2.2荷载计算

1、屋面均布恒载

按屋面得做法逐项计算均布载荷，计算时注意:

40mm厚的C20细石混凝土保护层23X0.04=0.92kN/m2

3mm厚1:3石灰砂浆隔离层17X0.003=0.05kN/m2

卷材防水层0.3kN/m2

20mm厚的1:3水泥砂浆找平层20X0.02=0.4kN/m2

100mm厚的钢筋混凝土现浇板25X0.10=2.5kN/m2

15mm厚的纸筋石灰抹底16X0.015=0.24kN/m2

共计4.411kN/m2

屋面恒载标准值为：

(8X7.2+0.6)X(6.6X2+2.4+0.6)X4.411=4159KN

2、楼面均布恒载

按楼面做法逐项计算

z3z3z3z

3

c

rr

z3z3z3z3

H"

z3z3zz3

3

C

zzzU

Z2222M

zzz椁

Z2222

c

zzzd

Z2222

7z

1^

W5

660024006600

图2-4横向框架计算简图及柱编号

水磨石地面：0.65KN/D12

100mm厚的现浇钢筋混凝土楼板0.1X25=2.5KN/nf

15mm厚的纸筋石灰抹底16X0.015=0.24KN/m2

共计3.39KN/m2

楼面恒载标准值为:

(8X7.2+0.6)X(6.6X2+2.4+0.6)X3.39=3196KN

3、屋面均布活载

计算重力载荷代表值时，仅考虑屋面雪载荷0.35KN/m：

雪荷载标准值为

0.35X(8X7.2+0.6)X(6.6X2+2.4+0.6)=330kN

4、楼面均布活荷载

楼面均布活荷载对旅馆的一般房间为2.0kN/m2,会议室、走廊、楼梯、

门厅等处为2.0KN/m2。为方便计算，因此此处取均布载荷为Z.OKN/n?。

楼面均布活荷载标准值为：

2.0X(8X7.2+0.6)X(6.6X2+2.4+0.6)=1886kN

5、梁柱自重(包括梁侧、梁底、柱的抹灰重量)如表1一2所示

梁侧、梁底抹灰、柱周抹灰，近似按加大梁宽及柱宽考虑。

例：L,bXh=300mmX600mm梁的净长为5.95m

则每根的重量为：0.34X0.6X5.59X25=30.35KN

其它梁柱自重见表2-1

梁柱自重表2-1

编号截面m’长度m根数每根重量kN

40.3X0.65.9518X7=12630.35

L20.3X0.61.759X7=638.93

40.3X0.76.5532X7=22438.97

L&0.25X0.55.9516X7=11221.57

・与0.3X0.31.758X7=564.462

编号截面长度m根数每根重量kN

Z10.6X0.64.59X4二3646.08

Z20.55X0.553.336X3=10828.72

Z30.5X0.53.336X3=10824.06

6^墙体自重

内外墙及隔墙均采用陶粒空心砌块(390mmX290mmX190mm),墙体均为

200mm厚，两面均为20mm厚抹灰，近似按加厚墙体考虑抹灰重量。

则单位面积墙体重量为：(0.2+2X0.02)X6.0=1.44kN/m2

墙体自重计算见表2—2

墙体自重表2—2

墙体每片面积(nf)片数每层重量kN

底层纵墙6.6X3.6321095

底层横墙6X3.618560

标准层纵墙6.6X3.31921004

标准层横墙6X3.6108513

7、载荷分层总汇

顶层重力载荷代表值包括：层面载荷，50%屋面雪荷载，纵横梁自重,

半层柱自重，半层墙的自重。

其它层重力载荷代表值包括：楼面恒载50%楼面均布活载荷，纵、横梁

自重，楼面上、下各半层的柱及纵墙的自重。

将前述分项载荷相加，得集中于各层楼面得重力载荷代表值如下：

第七层：Gi=TTlGKN

第六层：G$=8777KN

第五层：Gs=3TT!KN

第四层：G4=8861KN

第三层：G3=8945KN

第二层：G?=8945KN

第一层:G=9533KN

底层下半部分重量有基础承担

则建筑物总重力荷载代表值XG,为：

/=1

6

ZG,=7770+8777x2+8861+8945x2+9533=61608(KN)

/=1

质点重力载荷值见图2-5

,G6=8777KN

.G5=8777KN

•G4=8861KN

I

.G2=8945<

-G1-9533KN

图2-5质点重力荷载值

2.2.3水平地震力作用下框架的侧移验算

1、横梁线刚度

混凝土C30,Ec=3X107kN/m2

在框架结构中，现浇层的楼面可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚

度，减小框架侧移，为考虑这一有利作用，在计算梁截面惯性矩时，对现浇

楼面的便框架梁取I=1.5Io（I。为梁的截面惯性矩），对中框架梁取I=2.OIo,若

为装配楼板，带现浇层的楼面，则对边框架梁取1=1.21°，对中框梁取1=1.51。。

横梁的线刚度计算结果列于表2-3：

横梁线刚度表2-3

惯性矩边框架梁中框架梁

跨度

3

梁截面hhK%

/o=7T4=1•：4=2/。

bxhL(rri)席二Kb=F

L（加）

(一)(/)

（加4）(kN•m)(kN•in)

8.IX3.68X10.8X4.91X

0.3X0.66.65.4X103

10'310,10-3IO1

8.IX10.13X10.8X13.5X

L0.3X0.62.45.4X103

210-3IO4KT?IO1

12.875.36X17.16X7.15X

L30.3X0.77.28.58X10,

X10-3IO110~3IO4

3.911.78X5.21X2.37X

L40.25X0.56.62.6X103

X10-310410-3IO1

1.011.26X1.35X1.69X

L50.3X0.32.40.68X10-3

X103IO1ICTIO1

2、横向框架柱的侧移愀度D值

柱线刚度列于表2-4,横向框架柱侧移刚度D值计算见表2-5

柱线刚度表2-4

惯性矩线刚度

截面柱高度

柱号

2/（）=得（/）K_琪”.

Z(m)〃（加）-------(kn•m)

h

z0.6X0.64.510.8X1037.2X10'

Z,0.55X0.553.37.63X1036.94X10'

Z30.5X0.53.35.21X1034.74X104

横向框架柱侧移刚度D值计算表2-5

心毕（.般层）

项目a=一（一般层）

2k02+k。=成

\柱\h2根

（kN1m）数

0.5+Ze已

旦类型\1=底层）——h（底层）

数、\kc2+k

边框架边柱0.510.402171524

边框架中柱1.920.617263254

底

中框架边柱0.680.4401877314

层中框架中柱2.560.6712862914

ED837536

边框架边柱0.530.209160204

边框架中柱1.990.499381604

中框架边柱

四0.710.2611996014

中框架中柱2.650.5704359014

层

ED1106420

五边框架边柱0.780.281146554

>-

八边框架中柱2.910.593309934

七

中框架边柱1.040.3411779814

层中框架中柱3.880.6613452514

ED915114

则底层与标准层的横向框架柱侧移总刚度zD值之比为:

工口837536

=0.757>0.7

-1106420

即该横向框架为规则框架。

3、横向框架自振周期

按顶点位移法计算框架的自振周期。

顶点位移法时求结构基频得一种近似方法，将结构按质量分布情况简化

成无限质点的悬臂直杆。导出以直杆顶点位移表示的基频公式，这样，只要

求出结构的顶点水平位移，就可按下式求得结构的基本周期。

7\=l.7aa4^T

式中：％—基本周期调整系数，考虑填充墙使框架自振周期减小的影响，取

0.7

AT一框架的定点位移。在未求出框架的周期前，无法求出框架的地震

力及位移。AT是将框架的重力荷载视为水平作用力，求得假

想框架的定点位移，然后由AT求出（，再用T求得框架结构

的底部剪力，进而求出框架各层剪力和结构真正的位移。

横向框架顶点位移计算见表2-6：

横向框架顶点位移表2—6

层间相对位移

层

G,〃N)£G：(kN)D，(kNIm)Az

次s,二江

7777077709151140.00850.2448

68777165479151140.01810.2363

58777253249151140.02770.218

488613418511064200.03090.1905

389454313011064200.03890.1596

19533616088375360.07360.0736

Ti=1.7x0.7xJ0.2448=0.589(s)

4、横向地震作用计算

在I类场地，8度设防烈度，结构的特征周期7；和地震影响系数为:

T«=0.25(s)amax=0.16

由于7；=0.589(s)>1.47；=1.4x0.25=0.35(s),应考虑顶点附加地震作用。

由于々二0.25s>835s固按0.08十+0.07计算3“按底部剪力法求得的基底剪

力,若按：屋四工长分配给各层质点,则水平地震作用呈倒三角形分布。

工1G风

对一般层，这种分布基本符合实际，但对结构上部，水平作用小于按时程分

析法和振型分析法求得的结果，特别对周期较长的结果相差更大，地震的宏

观震害也表明，结果上部往往震害严重，因此引入可，即顶部附加地震作用

系数考虑顶部地震力的加大。2考虑了结构周期和场地的影响，且使修正后

的剪力分布与实际更加吻合。因此引入6n

8,=0.08(+0.07=0.08X0.589+0.07=0.117

结构横向总水平地震作用标准值:

rri0・9

/07

FEK=「)xanmx0.85^G,.

Ti日

(0.25V9

X1X0.16X0.85x61608=3875(KN)

(0.589)

5

注：0.85fG,为多质点体系结构等效总重力荷载按规定应取总重力荷载代表

/=1

值得85%

顶点附加水平地震作用：

△F,,==0.117X3875=453(^)

各层横向地震剪力计算见表2-7,其中：

序,也

J=\

格层横向地震作用及楼层地震剪力表2—7

5

层%H,G,GiHiF,匕

次

(m)(m)(KN)(KN*m)(KN)(KN)

73.324.377701888110.2181198.911198.91

63.32187771843170.212725.381924.29

53.317.787771553530.179612.472536.76

43.314.488611275980.147502.983039.74

33.311114390.073429.81

23.37.88945697710.080273.733703.54

14.54.59533428990.049167.663871.2

注：表中第七层Fj中加入了kF”

横向框架各层水平地震作用和地震剪力见图2-6

1198.91KN

192429KN

2536.76KN

303974KN

342981KN

3703.54KN

3871.2KN

<Io)

图2-6横向框架各层水平地震作用和地震剪力

(a)水平地震作用(b)地震剪力

5、横向框架抗震变动验算

多遇地震作用下，层间弹性位移验算见表2—8,层间弹性相对转角均满

足要求双⑷

横向变形验算表2-8

层间剪力层间刚度层间位移层图层间相对弹性

层

次K(kN)D,(kN)匕/。(⑼九(加)转角。

71198.919151140.001313.31/2519

61924.299151140.00213.31/1571

52536.769151140.002773.31/1191

43039.7411064200.002753.31/1200

33429.8111064200.00313.31/1065

23703.5411064200.003353.31/985

13871.28375360.004624.51/974

2.2.4水平地震作用下，横向框架得内力分析

以中框架为例进行计算，边框架和纵向框架的计算方法、步骤与横向中

框架完全相同。故不再在赘述。

框架柱剪力及弯矩计算，采用D值法，其结果见表2—9

框架柱剪力及弯矩计算表表2-9

层次7654321

层高h3.33.33.33.33.33.33.6

层间剪力匕1198.91924.32536.83039.73429.83703.53871.2

层间刚度。,915114915114915114110642011064201106420837536

17798177981779819960199601996018773

Dim

"kN)23.3237.4349.3454.8461.8766.8186.77

边

%(m)0.3540.450.4540.450.500.500.70

柱

(A)

1.16821.4851.49821.4851.651.652.52

Mt.(kN.加)49.7179.7988.999.53102.09110.2493.71

M下(kN-m)

27.2455.5873.9281.43102.09110.24218.66

%34525345253452543590435904359028629

"kN)45.2372.695.7119.76135.13145.91132.34

>0(m)0.450.50.50.50.50.50.5675

中

柱//（加）1.4851.651.651.651.651.652.043

(B)

Mp(kN•机)

82.09119.78157.91197.6222.96240.75206.04

M下(kN-m)

67.17119.78157.91197.6222.96240.75270.34

注：%=先+凶+%+%其中，查表知：M=%=%=0

“=汕

WR/D,

加上=匕“（1一X）%

框架梁端弯矩、剪力及柱轴力见表2—10

地震作用下框架深端弯矩及柱轴力表2-10

层次几7654321

边

6.66.66.66.66.66.66.6

跨

M片(kN-m)49.71107.03144.48173.45183.52212.33203.95

M右(kN•m)21.8949.8674.0694.81112.16123.67119.16

YJkN)10.8523.7733.1140.6544.850.9148.96

l(m)2.42.42.42.42.42.42.4

M左（kN60.2137.09203.63260.7308.4340.04327.63

中

跨

M右(kN•m)60.2137.09203.63260.7308.4340.04327.63

Vb(kN)50.17114.24169.69217.25257283.37273.03

边柱

6.6920.6139.7262.9589.1489.1489.14

柱N,、（KN）

轴

中柱

力

4.126.6927.367.02129.97129.97129.97

NB(KN)

中柱两侧梁端弯矩按深线刚度分配，地震力作用下框架弯矩见图2-7,

剪力及柱轴力见图2-8

21.8960.2

49.7149.71

■q82.32.09—49.71

60.2

49.7121.89

49.86/137.09

27.279.79119.78119.78107.03

79.79

107.0367.1749.8627.24

137.0967.17

74.06/203.63144.48

55.『一心157，ai--~~715791

788.9

144.48203.6374.0655.58

119.78119.78

94.81260.7173.45

73.92197.6197.699.53

260.7

173.45