宿舍楼设计和实现

　摘

　要 本次毕业设计是一栋供学生使用的宿舍楼设计。其地理位置在河北省秦皇岛市海港区，主体形状为矩形，长 58.2m，宽 14.4m,总共三层，层高 3.6 米，0.45 米房间内外高度差，宿舍楼 11.25 米，50 年的结构设计时限， 7 度抗震设防烈度，二级耐火等级，选用现浇钢筋混凝土框架结构进行设计。

　设计由建筑设计和结构设计两部分组成。根据设计规范要求，在综合考虑了自然地质条件、建筑使用功能、建筑形态和经济性的设计规范要求下，对平面和空间进行布置，实现经济、安全、美观的特点。根据建筑设计来确定结构体系和确定结构主要材料结构，选择合理的结构体系对建筑进行布局。在结构材料截面尺寸计算的基础上，进行了抗震和内力计算、内力组合、框架结构的截面设计、配筋计算和基础设计，绘制了结构施工图。

　首先为建筑布局，按照功能要求布置好室内，然后对平面图、立面图、剖面图进行绘制；先确认建筑平面布置图，再分别确认柱网、主梁、次梁等的布置，同时截面估算依照等级划分条件；根据工程经验和技术要求，计算出恒荷载、风荷载、地震荷载、活荷载的数值；再对水平荷载下和竖直荷载下的内力和荷载进行组合，使用最不利内力方法对配筋进行计算；最后再画配筋图 [1] 。

　钢筋混凝土框架结构得到了快速的发展，现如今已经遍布于我们的生活之中。钢筋混凝土框架结构已经是现代建筑物里应用最广泛的结构了。框架结构的上部荷载主要是通过梁板柱等构件来承担，且梁柱构件在浇筑时施工简单易于标准且定性效果较好。采用框架结构形式的建筑，结构的承载荷载效果较好 ，抵抗变形能力强，同时在对梁柱进行浇筑时施工工艺简单且能达到理想的性状效果。框架结构的使用是不宜于用于层数较多的高层建筑的，一般用于办公楼，宿舍楼等。本宿舍楼的设计需要满足一定的社会条件、经济条件以及安全条件。我们必须把各个元素纳入考虑当中，体现了总体与各个分部之间的联系，同时需要树立整体意识、大局观念。最开始要将各个空间进行划分，接下来对层间荷载进行计算，继续算出基本的自振周期和水平作用下的地震作用，在其中运用了大学所学过的底部剪力法 和顶点位移法。接着求出水平荷载的弯矩、剪力、轴力这些结构的内力，再接着计算恒载与活载，地震作用，进行内力计算 ，找出不利荷载组合。最后进行配筋计算以及验算。在本文中我结合了许多钢筋混凝土框架结构运行环节

　设计要用到的规范和本地区的地质条件，通过结合不同的条件，不同框架结构建筑实例，宿舍楼框架结构建筑施工的特点与规范等，运用自己的知识与所查找到的资料来建造一栋由钢筋混凝土框架结构构成的三层宿舍楼。

　在设计的过程中的计算方法我均是基于相关书籍进行的，整个规划设计基本上满足合理美观性要求。此次单项工程设计，按照最新建筑的规范要求，运用学习的基础理论和专业知识，熟悉了建筑设计的内容和流程，深度学习了建筑工程图纸设计及建筑施工图的绘制，拥有了建筑方案规划设计和施工图的设计与绘图能力。提升了自己的专业水平，成功完成这次毕设要求。

　关键词：结构设计，建筑设计，框架结构，抗震设计，宿舍楼设计

　Design of No.7 dormitory Building of Yanshan University

　Abstract The graduation project is the student"s dormitory architectural design. It is located in Haigang District, Qinhuangdao City, Hebei Province. The main body is rectangular, 58.2m long and 14.4m wide. It has three floors. The height of each floor is 3.6m, the difference between indoor and outdoor height is 0.45M.The total height is 11.25m. The structural design service life has lasted 50 years. The seismic fortification intensity is 7.The fire rating is second grade .This design uses cast-in-place reinforced concrete frame structure. Architectural design and structural design are divided. According to the requirements of the design code, the architectural design comprehensively considers the natural geological conditions, the function of the building, the form and economy of the building, and carries out plan layout and space layout to meet the requirements of economy, safety and beauty. Architectural graphic design, three-dimensional design, section design and staircase design are included. The main design content includes. Structural design determines the structural plan according to the architectural design, and selects a reasonable structural system for layout. On the basis of calculating the cross-sectional dimensions of the structural materials, the seismic calculation, internal force calculation, internal force combination, cross-section design, reinforcement calculation and foundation design of the frame structure were carried out, and the construction drawing of the structure was drawn. First, the building layout shall be implemented, the rooms shall be reasonably arranged according to the function, and then the plan, elevation and section drawings shall be drawn respectively; under the condition of determining the building layout plan. The layout of column net, main beam, secondary beam and other components shall be determined in turn, and the section shall be evaluated according to the grade; according to the engineering experience and technical requirements, the dead load, wind load, seismic load and live load shall be respectively calculated Load calculation; calculate the internal force and load combination under horizontal load and vertical load, and calculate the reinforcement with the most unfavorable internal force; finally draw the reinforcement drawing.

　The calculation method is based on related books in the design process, and the entire planning design basically meets the requirements of reasonable and beautiful appearance. For

　this single project design, I follow the latest building codes and relevant regulations, and fully utilized the basic theory and professional knowledge learned from the project design, which improved my ability to analyze and solve engineering problems, and familiar with the content . In the process of architectural design, I deeply studied the design of architectural engineering drawings and the drawing of architectural construction drawings. I had the planning and design of architectural plans, while taking into account the design and drawing capabilities of architectural drawings. It improved my professional level and I completed the graduation project successfully.

　 Key Words: structural design, architectural design, frame structure, seismic design, dormitory building design

　目

　录 录 摘

　要 .................................................................................................................................. 1

　Abstract ..................................................................................................................................... 3

　引

　言 ................................................................................................................................... 1

　1 工程概况 ............................................................................................................................... 3

　1.1 工程简介 .................................................................................................................... 3

　1.2 设计资料 .................................................................................................................... 3

　1.2.1 工程地质条件 ................................................................................................. 3

　1.2.2 气象资料 .......................................................................................................... 3

　1.2.3 抗震设防烈度 ................................................................................................. 3

　1.2.4 材料等级 .......................................................................................................... 3

　2 建筑设计 ............................................................................................................................... 5

　2.1 建筑平面设计 ............................................................................................................ 5

　2.2 建筑立面设计 ............................................................................................................ 5

　2.3 建筑剖面设计 ............................................................................................................ 6

　2.4 垂直交通设计 ............................................................................................................ 6

　2.5 建筑防火设计 ............................................................................................................ 7

　3 结构设计 ............................................................................................................................... 8

　3.1 结构设计概况 ............................................................................................................ 8

　3.1.1 结构体系选择 ................................................................................................. 8

　3.1.2 承重方案选择 ................................................................................................. 8

　3.1.3 结构平面布置图 ............................................................................................. 9

　3.1.4 一榀框架计算简图 ......................................................................................... 9

　3.2 截面尺寸估算 .......................................................................................................... 10

　3.2.1 梁截面尺寸估算 ........................................................................................... 10

　3.2.2 柱截面尺寸估算 ........................................................................................... 11

　4 横向框架在水平地震作用下的内力和侧移计算 .......................................................... 12

　4.1 重力荷载代表值计算 .............................................................................................. 12

　4.1.1 屋面及楼面永久荷载、可变荷载计算 ...................................................... 12

　4.1.2 梁、柱自重计算 ........................................................................................... 13

　4.1.3 墙体、门窗自重计算 ................................................................................... 13

　4.1.4 各层重力荷载代表值计算 ........................................................................... 14

　4.2 横向框架侧移刚度计算 ......................................................................................... 15

　4.2.1 梁柱线刚度计算 ........................................................................................... 15

　4.2.2 侧移刚度D 计算 .......................................................................................... 17

　4.3 水平地震作用标准值及楼层地震剪力计算 ........................................................ 19

　4.3.1 结构基本自震周期计算 ............................................................................... 19

　4.3.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算 .......................................................... 20

　4.4 水平地震作用下的侧移计算 ................................................................................. 21

　4.5 水平地震作用下的内力计算 ................................................................................. 22

　4.5.1 反弯点高度计算 ........................................................................................... 22

　4.5.2 柱端弯矩及剪力计算 ................................................................................... 23

　4.5.3 梁端弯矩及剪力计算 ................................................................................... 24

　4.5.4 柱轴力计算 .................................................................................................... 25

　5 横向框架在水平风荷载作用下的内力和侧移计算 ...................................................... 27

　5.1 各层楼面处的集中风荷载标准值计算 ................................................................ 27

　5.1.1 风荷载标准值计算 ....................................................................................... 27

　5.1.2 风荷载节点集中荷载计算 ........................................................................... 29

　5.2 水平风荷载作用下的侧移计算 ............................................................................. 29

　5.3 水平风荷载作用下的内力计算 ............................................................................. 30

　5.3.1 反弯点高度计算 ........................................................................................... 30

　5.3.2 柱端弯矩及剪力计算 ................................................................................... 31

　5.3.3 梁端弯矩及剪力计算 ................................................................................... 31

　5.3.4 柱轴力计算 .................................................................................................... 32

　6 横向框架在竖向荷载作用下的计算简图和内力计算 .................................................. 34

　6.1 选取计算单元 ......................................................................................................... 34

　6.2 荷载计算 ................................................................................................................. 35

　6.2.1 恒荷载计算 ................................................................................................... 35

　6.2.2 活荷载计算 ................................................................................................... 37

　6.3 恒荷载作用下的内力计算 ..................................................................................... 39

　6.3.1 用弯矩二次分配法计算梁端及柱端弯矩 ................................................. 39

　6.3.2 计算梁柱剪力及柱轴力 ............................................................................... 43

　6.4 活荷载作用下的内力计算 ..................................................................................... 46

　6.4.1 用弯矩二次分配法计算梁端及柱端弯矩 .................................................. 46

　6.4.2 计算梁柱剪力及柱轴力 ............................................................................... 48

　7 框架内力组合 ..................................................................................................................... 50

　7.1 一般规定 .................................................................................................................. 50

　7.1.1 梁端负弯矩调幅 ........................................................................................... 50

　7.1.2 控制截面和最不利内力 ............................................................................... 51

　7.1.3 荷载效应组合种类 ....................................................................................... 51

　7.2 框架梁内力组合 ...................................................................................................... 51

　7.3 框架柱内力组合 ...................................................................................................... 53

　8 框架截面设计 ..................................................................................................................... 56

　8.1 框架梁截面设计 ...................................................................................................... 56

　8.1.1 框架梁正截面受弯承载力计算 .................................................................. 56

　8.1.2 框架梁斜截面受剪承载力计算 .................................................................. 59

　8.2 框架柱截面设计 ...................................................................................................... 61

　8.2.1 框架柱正截面受压承载力计算 .................................................................. 61

　8.2.2 框架柱斜截面受剪承载力计算 .................................................................. 63

　8.3 配筋图 ....................................................................................................................... 64

　结

　论 ................................................................................................................................ 64

　参 考 文 献 .......................................................................................................................... 66

　附 录 ......................................................................................................... 错误! 未定义书签。

　在 学 取 得 成 果 ................................................................................ 错误! 未定义书签。

　致

　谢 ................................................................................................... 错误! 未定义书签。

　引

　言

　此次设计的题目为“燕山大学七号宿舍楼设计”，严格按照毕业设计要求进行编写，分为建筑与结构设计。

　在我国土木建设发展的过程中，钢筋混凝土被广泛用作建筑材料。因为与其他建筑材料相比，其本身的材料特性更高，在住房和土木建筑业的应用和发展是前所未有的，然后又在材料，设计方法，生产工艺及建筑工艺中逐步发展。框架结构意味着梁和柱由钢筋连接，形成承重系统。它可以沿结构的任意方向作用，保证建筑结构的稳定性，具有良好的耐久性和防火性能，比其他结构应用更加广泛和普遍。

　随着我国逐步使用多元化的框架结构建筑，钢筋混凝土框架结构也被普遍运用。近二十年来，我国一直加大力度对民间工业建筑和基础设施进行建设，在工业结构变化和都市化过程加速前进时，关于工程制图的软件系统的开发与完善，减少了时间的消耗，建设产业更是迅猛发展，于是，在建筑工程建设过程中的要求也随之越来越高，建筑结构的设计过程中的一些问题也逐步显露 [2] 。比如能源的日益紧缺，我们需要考虑节约环保，不断发掘绿色材料等等一系列问题。这是一个需要时间和经验逐步积累的过程，所以需要在大量的工作中去慢慢研究。

　在本文中针对燕山大学七号宿舍楼设计内容主要从以下几个方面开展:结构设计主要是针对荷载计算，内力组合，截面计算，内力计算，基础设计等几方面。建筑设计包括平面图、剖面图和立面图等。计算前首先确定框架的大概布局，计算部分荷载，最后算出水平荷载作用下的结构内力和竖向荷载设，找出最不安全的几组内力组合，选用最安全的结果，计算配筋并绘图。该建筑居室类型为三类，每室居住四人，设有淋浴设备的卫生间，所有设计以及计算均是查阅国家相关规范后进行，以 确保建筑的安全性。且本设计按照国家的相关政策以及规定执行，且保质保量完成。楼体以白色为主，红色为辅，给人以明亮的感觉，楼主体为矩形，四周为绿化带，充分凸显人本思想, 生态自然等理念。该楼东西两侧均可进出，发生火灾后可快速逃 生，符合《建筑防火设计规范》。钢筋混凝土框架结构与国内相比发展的比较早，特别是日本、美国等。因为日本是地震海啸的多发国家，所以早在十九世纪七八十年代就已经普及应用，现在有着更多的发展进步的方向，列如：节能、环保、绿色等。

　上世纪八十年代初，随着美国率先在一系列结构体系的基础上提出新型体系，世界各国也逐步对

　其进行发展和研究。我国相 比其他国家钢筋混凝土框架结构发展的比较晚，在二十世纪五十年代，才开始慢慢普及，现如今是我国随处可见的框架结构建筑。结构设计作为此次设计必不可少的过程，是我们把理论知识学习应用到实践之中,是我们进行初步学习、进一步扩展以及深 化理论知识必经之路,是对我们整个大学期间所学习到的知识的一次检验。在本次设计当中，是自己对 Revit 以及 CAD 等软件更加熟悉的运用。通过此次的设计使毕业要求以及目的深化在我们心中，让我们在接下来的无论是进入高校深造还是进入社会工作都起到了指导作用。此次设计的计算量比较大 ，过程以手算为主，然后通过一些软件的支持进行辅助。

　毕业设计的主要目的是通过自行总结和运用让我们加深对大学时代所学专业知识的理解，对结构设计的内容和流程有一个更深刻、更系统的了解，对正式步入工作、开启新的人生旅程作准备。

　此次毕设是检验大学四年学习成果的一个重要考核，全部由本人独立自主完成，由于首次独立进行项目设计，可能其中还会存在一些问题，而自己未能发现，希望老师指出。在此对老师的细致耐心教导表示真诚地感谢。

　1工程概况 1.1工程简介 燕山大学七号宿舍楼设计，地处河北省秦皇岛市海港区，现浇钢筋混凝土框架结构，长方形，长度为 58.2m，宽是 14.4m，三层，楼高 3.6m，房间内外高差为 0.45m，总高度为 11.25m，采用现浇框架梁、板和柱。本工程是一栋学生宿舍楼，是集体学生们的休息场所，所以在设计上，充分地利用场地，平面呈规整的一条线形布置 [3] 。该建筑物结构耐火等级为二级，安全等级为二级，结构重要性系数为 1.0，使用年限50 年 [3] 。

　1.2设计资料 1 1.2.1 工程地质条件

　秦皇岛市地处河北省东北部，又称“港城”，位于中纬度地带，北倚燕山，南临渤海，东接辽宁，西接京津，总趋势为西北高，东南低，辖区内地势多变，平均海拔低于 500 米。

　2 1.2.2 气象资料

　秦皇岛市的气候属于暖温带，地处半湿润区，因受海洋影响较大，气候比较温和，春季少雨干燥，夏季温热无酷暑，秋季凉爽多晴天，冬季漫长无严寒。夏季平均气温高于 20 摄氏度，冬季平均气温低于 5 摄氏度，春、秋季介于两者之间。年降水量多寡变化显著，年均降雨量为 695.5mm。主导风为冬季西北风，风压 0.45 kN/m 2 ；雪荷载为 0.25 kN/m 2 。

　3 1.2.3 抗震设防烈度

　本工程处于河北省秦皇岛市，7 度抗震设防烈度。设计基本地震加速度为 0.10 g，场地类别为Ⅱ类，设计地震分组在第三组，三级抗震等级，抗震设防分类为标准设防类丙类 [4] 。

　4 1.2.4 材料等级

　墙、柱混凝土：均用 （ ：

　梁、板的混凝土:均用

　 基础采用 C30。

　 基础混凝土：垫层采用C15

　 钢筋：受力钢筋采用HRB400，箍筋采用 HPB300（2/ 360 mm N f y  ）

　砌体砂浆：M15 混合砂浆，M10 水泥砂浆。

　2建筑设计 2.1建筑平面设计

　建筑组成部分之间的组合关系可以由建筑平面图直观的表达出来，又可以反射出空间与它们的垂直构件之间的连接关系。文中建筑的平面设计包含了：各宿舍的平面设计和组合设计，看各宿舍设计是否符合整体设计标准，从而敲定各房间的面 积、尺寸、门、窗、洞位置大小、位置是不是合适。为使此类建筑物平面设计的质量得到保障，利用概念设计的方法，识别出各项影响因素，使整体的设计质量得到提升。基于平面组合形式因素和房间剖面形状的因素综合考虑，对房间的高度进行合理确定等。建筑平面设计主要符合两部分要求：使用功能、组成功能，需要我们满足相关的技术标准和用地条件，深入分析建筑物及相关的设施的平面、空间关系。建筑平面组成部分之间的组合关系既可以由建筑平面图直观的表达出来，又可以反射出 空间与它们的垂直构件之间的连接关系。

　按照建筑群组成和功能条件进行建筑平面设计和土地利用条件，对建筑布局、交通运输等问题进行处理，管道一体化、绿色布局，节约用地等，把建筑群的组成和内容统一为整体，协调设计 [ 周边环境和其他建筑群5] 。

　一共三层宿舍每层 24 间，宿舍房间开间 4.4m，进深 6.2m。面积均为 27.28m 2 。各宿舍配备独立卫生间，卫生间开间 1.6m，进深 2.25m，面积为 3.6 m 2 。两个水房，水房开间 2.7m，进深 6.2m，面积为 16.74 m 2 。房间的整体构成结构布局合理，施工比较方便。室内空间大小、形状、面积均符合设施合理布置条件，并且不影响室内学生照常使用。走廊宽 2m，每间宿舍房间均设内门窗，门宽为 900mm，窗宽为 1600mm，走廊宽度，门窗的大小和位置，考虑了学生的出入方便。设置窗户在走廊两侧，很好采光通风

　[6] 。建筑观感与学生的审美要求相符。

　2.2建筑立面设计 建筑立面作为建筑的整体外观印象是非常重要的，我们通常利用已经呈现给人们看的平面和剖面勾勒出立体的大致的框架，然后在进行深刻的描画，最后进行细微的调整。好的立面设计和平面，剖面设计，也是结构制约使用要求在针对建筑立面进行相关设计时，需要综合考虑经济性、地域性和时代性等相关方面的原则。根据一般人对建筑美的定义，主要是从建筑的外观上进行判断，建筑的个性和建筑的风格通常会

　在建筑的外立面上体现的淋漓尽致。建筑立面设计的原则有时代性原则、地域性 原则、大众性原则以及经济性原则。建筑立面有许多部分组成，例如：窗、门、勒脚、檐口等组成。因此，设计是一个宿舍楼设计要求简洁、舒适、立面的构 成，遵守相关的建筑规范，设计要求审美的同时，妥善处理组件的细节，这样宿舍建筑不仅仅是建筑,但丰富的艺术艺术。

　对各组成部分的比例和比例关系进行处理、材料纹理和色彩、重点和细节，巧妙运用韵律、对比等构图规律，设计出与内部空间协调统一、富有变化的建筑立面 [7] 。本工程为大学生宿舍楼，不应当追求太过花哨潮流，应本着简洁、明朗、朴素、大方的原则进行设计。该建筑整体呈矩形，所有房间关于中间过道整体均衡对称。对称美学是一种传统的审美，也是建筑设计中常见的一种形式，对称的设计能给人一种“安静”的严肃感，蕴含着平衡、稳定之美。所以在此采用对称设计。屋顶为平屋顶设计，构造比较简单，而且节约成本。

　2.3建筑剖面设计 剖面设计的主要任务是根据建筑物的功能要求、规模和环境条件，竖向布置建筑物。研究建筑的室内空间处理和空间利用 [8] 。

　可以看出建筑物房屋被剖切到的建筑构配件在竖直方向上的布置情况，如各层梁板的具体位置以及与墙柱的关系，屋顶的结构形式等。本工程 3.6m 每层楼高，房间内外外高差 0.45m，总高 11.25m，选用水泥空心砖作为外墙填充墙材料和内墙材料，外墙 240mm 厚，内墙 200mm 厚。楼板厚 120mm。房间的剖面形状也是矩形。

　2.4垂直交通设计

　交通设计指对楼梯、电梯、台阶、坡道这些为人们 提供通行方式的建筑设计，楼梯是多层建筑中必不可少的一部分，楼梯和电梯是重要的垂直的建筑设施。楼梯上的影响应考虑 建筑的整体空间效果。建筑设计中，垂直交通很重要。垂直设计并考虑安全疏散距离的原则，避免袋形走道的形成 [9] 。此设计的楼梯的宽度为 1200mm，是平行双跑楼梯。

　本栋宿舍楼的主干道便是：楼梯和长廊过道以及消防逃生出口。楼梯是垂直交通连接多层建筑的必要疏散通道，因为需要供人们上下楼、紧急疏散，所以必须预留足够宽的通道。另外，宿舍大楼还需要达到防打滑防火的要求等等。对于楼梯的数量 、位置、宽度以及台阶形式的选择都必须满足高效安全和使用方便的要求。

　2.5建筑防火设计

　本次设计为钢架混凝土结构，填充墙不承受荷载，在具有隔音的同时，也能具有防水、防火、防潮的能力。根据《建筑设 计防火规范》（GB 50016-2006），《高层民用建筑设计防火规范》（GB 50045-95）（2005 年版）和《 建筑防火设计》等规范要求，我们应当设置一定的防火保护措施，依据其所在的位置地理条件和所受的物理条件。本设计设置的防火、耐火等级为二级，对于本宿舍楼不使用难燃或者不燃的材料进行装修，为了保证防火间距，本设计内布置有防火装，起到保护作用。每个楼层保证有一到两个灭火器和自动报警装置，减少最好避免火灾的发生，每层楼均设置有楼梯以便于在危险情况进行人员疏散，起到一定的防护作用。

　严格遵照国家的有关方针政策进行建筑防火设计。针对建筑和火灾特点，从全局出发，统筹兼顾，做到安全适用、技术先进、经济合理的要求。本次工程先设计出建筑物的主体，然后通过主体大小、使用功能等要求进行防火设计。本建筑物的耐火性是等级 II。建筑物的内部装饰材料是由非可燃性或耐火材料制成的。降低火灾出现概率，并且控制火势的蔓延速度。楼梯两侧设计，可以满足人流通畅的原则，在危险发生时，保证学生的安全疏散。

　3结构设计 3.1结构设计概况 1 3.1.1 结构体系选择

　横向框架是将垂直转化为水平荷载。使用横向框架承重方案，宿舍楼用现浇框架梁、板和柱，梁、柱、板和楼梯的混凝土强度等级均为 C30。基础是钢筋混凝土柱下独立基础，填充墙均采用加气混凝土砌块。

　剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，混凝土用量多，自重大，混凝土墙体为高强度承重墙体，房间不能拆改。主要在高层房屋中被大量运用。与其他结构相比，空间灵活划分，节省材料 [10] ，形成建筑物的平面布置和协调，对大空间建筑布局有优势。因为框架梁、柱构件易标准化、定型化，能够减小施工周期。现浇式混凝土框架结构的运用，让结构整体性、强度好、设计处理都较好，可取得更好的抗震效果 [11] ，该建筑采用此结构，生产设计优化由于满足了强度、耐久性等制约要求，因此选定此结构。

　基于横向框架在跨度上数量较少的因素考虑，因此为了提高建筑的横向刚度 ，可以增加横向梁的数量，现今社会使用最多的一种承重方案也是此种承重方案。在横向上设置主梁，且通过柱与主梁相互搭 配形成的框架布置方式属于横向承重，该种类型的承重方式的特点是横向刚度大，且设置次梁时，次梁通过和主梁相互连接可以达到提高纵向刚度的目的，使得房间的整体性得到有效的改善。当然它也会出现缺点，就是主梁截面尺寸较大，使结构层高增加。

　2 3.1.2 承重方案选择

　横向框架承重：横向设置框架承重梁，楼层竖向荷载由横梁传递到柱上，纵向设置系梁。通常较小跨度，沿横向设置的主梁便于增加建筑硬度。

　纵向框架承重：纵墙承重就是把梁或板搁置在纵墙上。虽然建筑物分间灵活，材料消耗少，但是是刚度较差，外墙开窗局限性也很大。这种方案对基础差的狭长房间更为有利。在一般的工程中很少使用。

　纵横向框架承重：纵横墙混合承重是指在纵横墙上同时设置梁或板。虽然房间布置灵活，整体刚度好，有利于抗震 [12] ，但是梁、板种类多，施工比较麻烦。

　此宿舍楼承重方案采用横向框架承重，特点：横向刚度大，利于抵抗横向水平力，

　纵向连系梁尺寸可以较小，利于室内采光和通风。本设计所选横向框架结构主要是横向布置，通过主梁进行传递，鉴于其横向刚度极大且具备纵向刚度较好的性能，对本设计来说此种布置方案是再合适不过的。并且整齐布局公寓内部，布置的灵活性不必担心。使用横向框架，即主梁的横向布置为横向框架，由主梁与立柱构成。次梁连接，因此纵向刚度也较好，进而房间的整体性也会比较好，由此而采用横向框架承重方案。

　3 3.1.3 结构平面布置图

　图纸见附图 合理的房屋的结构布局，对建筑物的安全性、适用性和耐久性影响很大

　[13] 。

　4 3.1.4 一榀框架计算简图

　空间结构化成平面框架，再转化成力学模型。当梁、板、柱全部现浇时，近似把板底作为梁截面的质心。下端部分的底柱，一般取到基础的上部。在框架各层不同尺寸截面且质心不重叠时，选择顶柱的质心作为柱的轴线。房间内外的高差为

　首层：

　其他层高

　图 3.1 一榀框架图

　A B C D A 3 A 2 A 1 C 3 C 2 C 1 B 3 B 2 B 1 D 3 D 2 D 1 6200 2000 6200 3600 3600 4050 7.200 3.600 -0.450 A W B W C W D W 10.800

　3.2截面尺寸估算 1 3.2.1 梁截面尺寸估算

　取 1/3~1/2 梁高作为梁截面宽度，取梁跨度的 1/8~1/12 是高度，并且不小于 1/2柱宽，也应当大于 200mm，高宽比值也应该小于 4。

　横

　梁：梁跨度 mm l 6200 

　1 1 1 1~ ~ 6200 517 ~ 7758 12 8 12h l mm mm              取 mm h 700 

　1 1 1 1~ ~ 700 234 ~3502 3 2 3b h mm mm              取 mm b 300 

　满足 mm b 200 300   ，且7002.34 4300hb   ，满足条件。

　初选横梁截面的尺寸：

　mm mm h b 700 300   

　纵

　梁：梁跨度 4400 l mm 

　1 1 1 1~ ~ 4400 367 ~5508 12 8 12h l mm mm             

　取 mm h 500 

　mm mm h b 250 ~ 167 50031~2131~21    

　取 mm b 250 

　满足 mm b 200 250   且 4 < 2250500 bh，符合要求。

　初选纵梁截面的尺寸：

　mm mm h b 500 250   

　表 3.1 梁截面尺寸及各层混凝土强度等级(mm) 楼层 混凝土强度等级 横梁( ) 纵梁( ) AB/CD 跨 BC 跨 CD 跨 1~3 C30 300×700 300×700 300×700 250×500

　2 3.2.2 柱截面尺寸

　 c c AfN

　 式(3.1) Fgn N  

　 式(3.2)

　式中：

　 N : 框架柱轴向压力设计值；

　 ：考虑地震作用组合后柱轴力压力增大系数，边柱值 1.3，等跨内柱取值 1.2,不等跨取值 1.25；

　 F : 按照简支状态计算柱的负荷面积；

　 g : 折算后在单位面积上的重力荷载代表值，近似取 14kN/m 2 ；

　 n : 验算截面以上楼层层数；

　 cA : 柱子的截面面积；

　 cf

　: 混凝土轴心抗压设计值。

　本建筑抗震设防烈度为 7 度，三级的抗震等级， 85 . 0   。C30 混凝土作为柱材料，所以2/ 3 . 14 mm N f c  。

　由(式 3.1)与(式 3.2)得一层柱截面面积为：

　边柱：21.3 0.5 6200 4400 0.014 361270.5914.3 0.85cc cN FgnA mmf f        

　 中柱：

　21.25 0.5 (2000 4400) 6200 0.014 385693.1314.3 0.85cc cN FgnA mmf f          考虑上述结果，选择正方形作为柱的截面，柱和边柱截面高度依次是 275mm 和238mm。为了计算简洁，选择尺寸相同的中柱和边柱。

　故初选柱截面尺寸：

　mm mm h b 500 500    。

　4横向框架在水平地震作用下的内力和侧移计算 4.1重力荷载代表值计算 恒载和活载一般是作用在框架结构上。恒载由：结构自重、预加应力、土压力等组成。由于混凝土材料受拉承 载力较低，在正常使用阶段，混凝土结构均带裂缝工作，因此对荷载计算要严格计算。屋面和楼面荷载、雪荷载、风荷载等都 是活荷载。

　1 4.1.1 屋面及楼面永久荷载、可变荷载计算

　屋面永久荷载（上人）：

　35mm 厚细石混凝土保护层 22×0.035＝0.77kN/m 2

　PVC 防水卷材 20×0.02=0.40kN/m 2

　20mm 厚水泥砂浆找平层 20×0.02=0.40kN/m 2

　200mm 厚聚苯乙烯保温层 1×0.20=0.20kN/m 2

　100mm 厚混凝土结构层 25×0.1=2.5kN/m 2

　20mm 厚天花板抹灰 17×0.02=0.34kN/m 2

　合计

　4.61kN/m 2

　 楼面永久荷载(1~3 层）：

　500mm×500mm 瓷砖地面 0.55kN/m 2

　20mm 混合砂浆 17×0.02=0.34kN/m 2

　现浇 120mm 厚钢筋混凝土板 25×0.12=3kN/m 2

　20mm 厚天花抹灰 17×0.02=0.34kN/m 2

　合计 4.23kN/m 2

　 屋面及楼面可变荷载标准值：

　上人屋面均布活荷载标准值 2.0kN/m 2

　楼面活荷载标准值 2.0kN/m 2

　走廊活荷载标准值 2.0kN/m 2

　基本风荷载标准值 0.45kN/m 2

　屋面雪荷载标准值 01 0.25 0.25k rS S       kN/m 2

　 式中：r 为屋面积雪分布系数，01.5 1.5 1.060.25rhS  ， r 取 1，0S 为基本雪压，查表得 0S 0.25kN/m 2。

　2 4.1.2 梁、柱自重计算

　表 4.1 梁、柱重力荷载标准值 注：表中 β 是考虑梁柱的粉刷层重力荷载所对其重力荷载的增大系数；g 为单位长度构件的重力荷载。

　3 4.1.3 墙体、门窗自重计算

　外墙体用 240mm 厚的水泥空心砖(9.6kN/m 3 )，两侧均用 20mm 厚抹灰(17kN/m 3 )，那么外墙单位墙面重力荷载为：9.6×0.24+17×0.02×2=2.984kN/m 2 内墙体用 200mm 厚水泥空心砖(9.6kN/m 3 )，两侧均用 20mm 厚抹灰(17kN/m 3 )，那么内墙单位墙面重力荷载为：9.6×0.2 +17×0.02×2=2.6 kN/m 2

　门窗自重计算：

　木门单位面积重力荷载 0.2 kN/m 2

　铝合金门单位面积重力荷载 0.4kN/m 2

　铝合金窗单位面积重力荷载 0.4kN/m 2

　构件 b×h (m×m) γ (kN/m 3 ) β g (kN/m) 边横梁 0.3×0.7 25 1.05 5.513 中横梁 0.3×0.7 25 1.05 5.513 纵梁 0.25×0.5 25 1.05 3.28 柱 0.5×0.5 25 1.1 6.848

　 4 4.1.4 各层重力荷载代表值计算

　屋盖和楼盖重力荷载代表值为：

　屋盖层=屋面恒载+纵横梁自重+半层柱重+半层墙重+50%雪载 楼盖层=楼面恒载+纵横梁自重+楼面上下各半层柱+楼面上下各半层墙重+50%楼面活载 将上述各荷载相加，得到集中于各层楼面的重力荷载代表值如下：

　1.第三层重力荷载代表值 屋面恒载

　 纵横梁自重 半层柱自重

　半层墙自重 屋面雪载

　G 3 =恒载+0.5×雪载

　2. 第二层重力荷载代表值 楼面恒载

　纵横梁自重

　上半层柱+下半层柱

　上、下半层墙重

　2028.52+2028.52=4057.04kN 楼面活荷载

　G 2 =恒载+0.5×活载 3545.08+1954.39+1479.16+4057.04+0.5×1676.16=11837.75kN

　3.第一层重力荷载代表值 楼面恒载

　纵横梁自重

　上半层柱自重

　下半层柱自重

　 上半层墙重

　下半层墙重 楼面活荷载

　G 1 =恒载+0.5×楼面活载

　计算出各楼层标高处的重力荷载代表值 G

　i 的大小，结果如图所示：

　图 4.1 重力荷载代表值 4.2横向框架侧移刚度计算 1 4.2.1 梁柱线刚度计算

　选用 C30 为梁柱构件砼的强度，弹性模量 E c =3.0×10 4 N/mm 2 ，框架结构中，梁的有效翼缘选用浇板的楼面，把刚度增大，侧移缩小。这一有利作用，在计算梁的截面G 3 =8690.8kN G 2 =11837.75kN G 1 =12019.77kN

　惯性矩时，增大边梁系数取 1.5，对中梁取 2.0[14]。

　表 4.2 横梁线刚度 i b 计算表 类别 砼弹性模量 截面尺寸 惯性矩 跨度 梁线刚度 i b

　边框架梁 i b

　中框架梁 i b

　E c /(N/mm 2 ) b×h /(mm×mm) 0I

　/mm 4

　l

　/mm E c I 0 / l

　/(N  mm) 1.5E c I 0 / l

　/(N  mm) 2E c I 0 / l

　/(N  mm) 边横梁 3×10 4

　300×700 8.58×10 9

　6200 4.15×10 10 6.22×10 10

　8.3×10 10

　走道梁 3×10 4

　300×700 8.58×10 9

　2000 12.87×10 10

　19.31×10 10

　25.74×10 10

　 表 4.3 柱线刚度 i c 计算表 层次 柱高 ch (mm) cE

　(N/mm 2 ) 截面 b×h (mm×mm) 30bhI12

　(mm 4 ) i c =E c I o /h c

　(N·mm) 1 4050 3.0×10 4

　500×500 5.21×10 9

　3.86×10 10

　2 3600 3.0×10 4

　500×500 5.21×10 9

　 4.34×10 10

　3 3600 3.0×10 4

　500×500 5.21×10 9

　 4.34×10 10

　 图4.2 梁柱相对线刚度

　2 4.2.2 侧移刚度 D D 计算

　梁柱的平均线刚度 底层）一般层() (2cbcbiiKiiK

　 底层）一般层(25 . 0) (2KKKKcc

　212hiDcc  

　由上述公式求得底层的梁柱线刚度：

　（1）底层 A，D 梁柱线刚度 K 为：

　10108.58 102.223.86 10K  0.5 0.5 2.220.642 2.22 2cKK    

　102 212 12 3.86 100.64 18073.34kN/m4050cciDh     

　 （2）B、C 梁柱的线刚度 K 为：

　A B C D 6200 2000 6200 3600 3600 4050 7.200 3.600 -0.450 8.58 8.58 8.58 25.74 25.74 25.74 8.58 8.58 8.58 4.34 4.34 3.86 4.34 4.34 3.86 4.34 4.34 3.86 4.34 4.34 3.86 10.800

　10 10108.3 10 25.74 108.823.86 10K    0.5 0.5 8.820.862 8.82 2cKK     102 212 12 3.86 100.86 23153.54kN/m4050cciDh     

　由上述公式可求二、三层的梁柱线刚度为：

　（1）二、三层 A，D 梁柱线刚度 K 为：

　 10108.3 10 21.914.34 10 2K    1.910.492 1.91 2cKK    

　102 212 12 4.34 100.49 19690.74kN/m3600cciDh     

　（2）二、三层梁柱 B，C 的线刚度 K 为：

　10 1010(8.3 10 2 25.74 10 2)7.844.34 10 2K      

　7.840.802 7.84 2cKK     ...

推荐访问:宿舍楼 设计