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混凝土框架结构设计

1. 结构选型与布置

（一）设计依据

已知条件：

题目：江苏省南京市某高校2号宿舍楼设计

根据要求，本工程结构为六层钢筋混凝土框架，建筑面积约4620m²，建筑一层平面图、南立面图、东立面图及剖面图分别见图1-1~1-4，结构标准层平面及剖面简图如图1-5、1-6所示，其他条件如下：

1. 气象资料

（1）基本风压值： W₀=0.40kN/m²

（2）基本雪压值： S₀=0.65kN/m²

1. 水文地质条件

场地条件：

本项目场地位于南京市，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010），南京市抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组。依据《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008），本工程为学生宿舍楼等建筑，抗震设防类别应为重点设防类（乙类）。

拟建场地地表平整，场地标高变化范围在6.72~7.25m,土层分布见图1-7。各土层特征分述如下：

1. 素填土：灰褐色，主要成分为粉质粘土。该层土场地普遍分布，约0.5m厚。
2. 中密卵石：该层土场地普遍分布，约5.2m厚。
3. 密卵石：该层土本次钻探未钻穿。

场地地下水类型为上层滞水，水位在地表下10m左右。场地土层等效剪切波速为145m/s，3m≤d_ov≤50m。场地为稳定场地，类别Ⅱ类，特征周期0.45s。

根据原位测试及土工实验结果，结合地区建筑经验，综合确定地基土承载力特征值f_ak、压缩指标 。

1. 抗震设防烈度：7度。（假定场地覆盖层厚度大于9m，小于80m）
2. 荷载资料
3. 宿舍楼楼面活荷载，查《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012），确定宿舍楼面活荷载标准值为2.5kN/m²,宿舍楼走廊，楼梯楼面活荷载标准值为3.5kN/m²;
4. 不上人屋面：活荷载标准值为0.7kN/m²;
5. 屋面构造：

保护层：20mm厚1:2.5或M15水泥砂浆，表面应磨平压光，并设分隔缝，分割面积宜为1m²。

隔离层：200g/m²聚酯无纺布

防水层：1.2厚合成高分子防水卷材两道

找平层：200mm厚1:2.5水泥砂浆

保温层：膨胀珍珠岩，坡度宜为3%，最薄处不得小于30mm

1. 楼面构造：

水泥楼面：10厚1:2水泥砂浆面层压实抹光、15厚1:3水泥砂浆找平层、现浇钢筋混凝土楼面板、12厚纸筋石灰粉平顶

1. 围护墙：围护墙采用200厚混凝土空心小砌块（容重2.36kN/m²）,M5混合砂浆砌筑，双面粉刷（容重3.6kN/m²）,每开间采用3300×2100（b×h）通长塑钢窗。

本工程采用全现浇框架结构，由于开间较小，双向板的跨度超过经济跨度不多，同时 考虑使用要求，在楼面不设次梁。

图1-1 一层建筑平面图（1:100）

图1-3 剖面图

图1-4 东立面图

1. 确定计算简图
2. 确定计算简图

本工程横向框架计算单元取图XX所示范围，框架计算简图假定底层柱下端固定于基础，根据勘察报告，场地为Ⅱ类场地土，地质条件较好，根据要求，本工程基础采用桩基础，挖去所有素填土，基础置于第三层密卵石层上。

取轴线⑥处框架，初步设计基础顶面离室外地面500mm，则底层层高为h₁=3.3 0.5 0.5=4.3m，二~五层柱高为h₂~h₅=3.3m。柱节点刚接，横梁的计算跨度取柱中心至中心间距离，三跨分别为：l=6300mm,6600mm,6300mm。计算简图见图2-1.

1. 梁柱截面尺寸
2. 框架柱：500mm×500mm；
3. 梁：横向框架梁250mm×600mm，纵向框架梁250mm×500mm.

图2-1 计算简图

1. 材料强度等级

混凝土：均采用C30级

受力钢筋采用HRB400钢筋，箍筋采用HPB300钢筋。

1. 荷载计算

以⑥轴线横向框架为计算分析对象。

1. 屋面梁竖向线荷载标准值
2. 恒载（图2-2a）

a)恒载作用下结构计算简图

b)活载作用下结构计算简图

图2-2荷载计算简图

屋面恒载标准值：

35厚架空隔热板 0.035×25=0.875kN/m²

防水层 0.4kN/m²

20厚1:3水泥砂浆找平层 0.02×20=0.4kN/m²

120厚钢筋混凝土现浇楼板 0.12×25=3kN/m²

12厚纸筋石灰粉平顶 0.012×16=0.192kN/m²

屋面恒载标准值： 4.87kN/m²

梁自重

AC、CF、FH跨： 0.25×0.6×25=3.75kN/m

梁侧粉刷： 2×（0.6-0.12）×0.02×17=0.33kN/m

4.08kN/m

作用在顶层框架梁上的线荷载标准值为：

梁自重： g_5AC1=g_5CF1=g_5FH1=4.08kN/m

板传来的荷载： g_5AC2= g_5CF2=g_5FH2=4.87×3.7=18.02kN/m

1. 活载（图2-2b）

作用在顶层框架梁上的线活荷载标准值为：

q_5AC=q_5CF=q_5FH=0.7×3.7=2.59kN/m

1. 楼面横梁竖向线荷载标准值
2. 恒载（图2-2a）

25厚水泥砂浆面层 0.025×20=0.50kN/m²

20厚钢筋混凝土现浇板 0.12×25=3kN/m²

12厚板底粉刷 0.012×16=0.192kN/m²

楼面恒载标准值： 3.692kN/m²

AC、CF、FH跨框架梁自重： 4.08kN/m

作用在楼面层框架梁上的线恒荷载标准值为：

梁自重： g_AC1=g_CF1=g_FH1=4.08kN/m

板传来的荷载： g_AC=g_CF=g_FH=3.692×3.7=13.66kN/m

1. 活载

楼面活载： q_AC=q_CF=q_FH=3.5×3.7=12.95kN/m

1. 屋面框架节点集中荷载标准值
2. 恒载

边跨连系梁自重： 0.25×0.50×3.7×25=11.56kN

粉刷： 2×（0.50-0.12）×0.02×3.7×17=0.96kN

1.3m高女儿墙： 1.3×3.7×2.36=11.35kN

粉刷： 1.3×2×0.02×3.7×17=3.27kN

连系梁传来屋面自重： 0.5×3.7×0.5×3.7×4.87=16.67kN

顶层边节点集中荷载： G_5A=G_5H=43.81kN

图2-3 荷载顶层集中力

中柱连系梁自重： 0.25×0.5×3.7×25=11.56kN

粉刷： (0.50-0.12)×2×0.02×3.7×17=0.96kN

连系梁传来屋面自重： 2×1/2×3.7×1/2×3.7×4.87=33.34kN

顶层中节点集中荷载： G_5C=G_5F=45.86kN

1. 活载

Q_5A=Q_5H=1/2×3.7×1/2×3.7×0.7=2.40kN

Q_5C=Q_5F=1/2×3.7×1/2×3.7×0.7×2=4.79kN

1. 楼面框架节点集中荷载标准值：（图2-4）
2. 恒载

边柱连系梁自重： 11.56kN

粉刷： 0.96kN

钢窗自重： 2.7×2.4×0.4=2.59kN

窗下墙体自重： (3.7-0.5)×(3.3-2.4-0.3)×2.36=4.53kN

粉刷： 2×3.3×0.6×0.02×17=1.35kN

窗边墙体自重： 2.4×(3.3-2.7) ×2.36=3.40kN

粉刷： 2×2.4×0.6×0.02×17=0.98kN

连系梁传来楼面自重： 1/2×3.7×1/2×3.7×3.692=12.64kN

38.01kN

中间层边节点集中荷载： G_A=G_H=38.01kN

框架柱自重：G_A’=G_H’=0.5×0.5×3.3×25=20.63kN

中柱连系梁自重： 11.56kN

粉刷： 0.96kN

内墙自重：（忽略门窗按墙重量计算） (3.7-0.5) ×(3.3-0.6) ×2.36=20.39kN

粉刷： 2×3.3×2.7×0.02×17=6.06kN

连系梁传来楼面自重： 2×1/2×3.7×1/2×3.7×3.692=25.27kN

64.24kN

中间层中节点集中荷载： G_C=G_F=64.24kN

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