摘 要

本次设计为丽水书院图书馆建筑结构设计，设计对象为人流出入量较大的公共建筑，因此在设计时需要留出足够的安全空间以保障结构的可靠性。

设计过程分为三个阶段进行。第一阶段进行建筑设计，选定结构类型，确定建筑物内部各空间的职能用途，对建筑进行平面布置，初步估计各构件的尺寸，该阶段设计的呈现以建筑施工图的形式。第二阶段是载荷的统计与内力计算，在本阶段需要参考各规范所规定的载荷参数，将荷载划分为恒荷载、活荷载、风荷载与地震荷载四种形式的荷载进行分别计算，然后依据规范给出的各种组合公式对所算内力进行组合得出下一阶段设计所需数据，本阶段结果大多以图表形式呈现。第三阶段为构件设计阶段，本阶段所需要进行的是对构建配筋进行设计，包括框架梁与框架柱配筋设计、楼面板的配筋设计和地基基础设计。在完成上述工作之后最后的设计结果以建筑结构施工图的形式呈现。

关键词：图书馆；公共建筑；结构设计；界面设计

Abstract

This design is the architectural structure design of lishui academy library. The design object is a public building with a large amount of traffic. Therefore, sufficient safety space should be set aside to ensure the reliability of the structure.

The design process is divided into three stages.In the first stage, the architectural design is carried out, the structural type is selected, the functional use of each space inside the building is determined, the plane layout of the building is carried out, and the size of each component is preliminarily estimated. The design of this stage is presented in the form of architectural working drawings.The second stage is the load statistics and the internal force calculation, at this stage need to refer the load parameters specified in the specification, could be divided into constant load load live load, wind load and earthquake load four forms of load were calculated, and then according to the specification given various combinations of the formula to calculate the internal forces are combined to draw design data required for the next stage. This stage results mostly in the form of chart.The third stage is the component design stage. What is needed in this stage is the design of the construction reinforcement, including the reinforcement design of the frame beam and frame column and the reinforcement design of the floor panel and the foundation design.After finishing the above work, the final design results are presented in the form of architectural structural working drawings.

Keyword: library；publicbuilding；structural design；interface design

目录

第1章 绪论 1

第2章 设计资料与内力计算 2

2.1 设计资料 2

2.2 结构选型 2

2.3 框架梁、柱截面的初步估算 2

2.4 确定框架计算简图 3

2.5 荷载统计 5

2.5.1 恒荷载标准值统计 5

2.5.2 活荷载标准值统计 7

2.6 竖向荷载作用下框架受力分析 7

2.7 横向荷载作用下框架受力分析 11

2.7.1 风荷载作用 11

2.7.2 水平地震荷载作用 14

2.8 内力计算 17

2.8.1 恒荷载标准值作用 17

2.8.2 活荷载标准值作用 29

2.8.3 风荷载水平作用 32

2.8.4 地震荷载水平作用 39

2.9 内力组合 42

2.9.1 弯矩调幅 42

2.9.2 内力组合 42

第3章 构件设计 50

3.1 框架柱设计 50

3.1.1 轴压比验算 50

3.1.2 截面尺寸复核 50

3.1.3 框架柱正截面受弯承载力计算 50

3.1.4 垂直于弯矩平面受压承载力计算 54

3.1.5 斜截面受剪承载力计算 54

3.2 框架梁设计 55

3.3 楼面板设计 57

3.3.1 荷载统计 57

3.3.2 弯矩计算 57

3.3.3 配筋计算 58

3.4 楼梯设计 58

3.4.1 踏步设计 59

3.4.2 楼梯斜梁设计 60

3.4.3 平台板计算 61

3.4.4 平台梁设计 62

3.5 基础设计 64

3.5.1 基础内力重新组合 64

3.5.2 基础地面尺寸及埋置深度设计 65

3.5.3 基础配筋设计 67

第4章 结束语 70

参考文献 71

致谢 72

第1章 绪论

自人类诞生起便开始摸索使用石块木材搭建居住场所，建筑的学问几乎是同人类文明一道发展起来的，直到现在，人类掌握了如何科学利用各种建筑材料来构造建筑物。今天的建筑学是无数前辈工程技术人员不断探索总结出来的，而作为即将跨入这一领域的我们来说是站在前辈们的肩膀上看建筑世界，即便如此我们所能看见的也只是建筑学的冰山一角，在设计之初我要向土木建筑领域的前辈科学家和工程师们致敬，没有前辈们的探索就没有今天逐渐成熟的设计理论。

建筑学发展至今，建筑由于其职能的不同也分化出许多特定用途的建筑物，针对建筑的不同功能用途在设计时所要采用的各项理论和参数也会有相应的变化。本设计的设计对象为图书馆建筑，图书馆作为人群往来聚集的公共场所，同时又是书籍档案的储存场所，在设计时既要考虑安全和经济，还要考虑阅读环境的舒适程度，尽量在留足安全余地的情况下更加舒适经济。本次设计涉及本科阶段学过的大部分建筑方向课程，设计采用混凝土框架结构，所选取的混凝土和钢筋是目前广泛使用的型号，设计依据现行国家标准规范进行，具体参考规范详见于后文参考文献。

伴随着计算机辅助设计的普及，工程技术人员可以利用计算机更便利的完成设计任务。本次设计中也采用计算机辅助设计，过程中使用了包括Auto CAD，PKPM在内两款主流设计软件。利用Auto CAD进行建筑施工图绘制，利用PKPM进行结构配筋计算和结构施工图的绘制。同时在设计的计算过程中，使用了结构力学求解器来进行内力计算。通过对这些软件的掌握可以使设计更便利，呈现的更加直观。

从古至今建筑对于人类都必不可少，建筑结构设计理论也在不断实践中更新，不变的首要的任务永远是保证建筑的安全可靠，在此基础上才是经济和便利，这既是建筑结构设计者的初心亦是责任。

第2章 设计资料与内力计算

2.1 设计资料

设计题目：丽水书院图书馆建筑结构设计。

工程概况：建筑选址为浙江省丽水市，建筑总面积约4800m²，建筑总高19.52m，建筑总层数为4层，除一层层高为3.9m外其余各层层高均为4.2m，室内外高差为0.45m。

设计条件：建筑为整体现浇混凝土框架结构，地面粗糙度为B类，基础场地类别为Ⅱ类，建筑重要性类别为丙类，建筑的设计使用年限为50年。

气候条件：基本风压ω₀=0.30kN/m²，基本雪压S₀=0.45kN/m²。

抗震条件：取丽水市下辖云和、庆元、景宁三县为参考，抗震设防烈度为6度，设计地震分组为第一组，设计地震基本加速度值为0.05g。

材料选择：

混凝土：框架梁、柱和楼面板使用C30混凝土，基础和楼梯使用C20混凝土；

钢筋：框架梁、柱纵向受力钢筋选用热轧钢筋HRB400，楼梯斜梁、平台梁中纵向受力钢筋和基础底板受力钢筋选用热轧钢筋HRB335，其余钢筋均选用热轧钢筋HPB300；

墙体：选用240mm厚空心砌块填充墙，按1:2.5比例混合水泥砂浆砌筑。

2.2 结构选型

结构是支撑起整个建筑物的构件系统，负责承受和传递荷载，结构选择的合理性直接影响了建筑物的可靠程度。选择结构时，首要考虑结构的安全性，在此基础上结构设计应更加经济和便于施工进行。

结合设计资料给出的各项条件，以安全可靠、经济合理以及便于施工为基本原则，对本次设计进行结构选型如下：

整体结构：选用现浇钢筋混凝土框架结构；

屋面结构：选用现浇钢筋混凝土屋盖；

楼体结构：选用钢筋混凝土梁式楼梯。

2.3 框架梁、柱截面的初步估算

Ⅰ.框架梁截面初步估计：

梁截面高度h初步取：

式中l₀取结构计算简图中轴线间的最大距离，由图2.1可以得出本设计中l₀取8700mm，代入上式得：

选取梁高度为650mm，高宽比h/b一般为2.0~2.5，由h=650mm，取b=300mm。

梁截面初步估计尺寸为：b×h=300mm×650mm。

Ⅱ.框架柱截面初步估计：

框架柱采用方形柱，柱宽b初步取：

式中H取结构最大层高，本次设计中最大层高位于底层，取H=5350mm（底层层高3900mm 室内外高差450mm 基础埋深1000mm=底层层高5350mm），代入上式得：

选取柱宽为300mm，高宽比h/b取2.0，由b=300mm，取h=600mm。

设计采用方形柱，取b=h，因此柱截面初步估计尺寸为：b×h=600mm×600mm。

2.4 确定框架计算简图

图 2.1 结构平面布置图

结构平面布置简图如上图2.1所示，选取结构图中③轴对应的一榀框架进行计算，混凝土弹性模量取3.0×107kN/m²，确定各杆件截面的力学参数如下：

Ⅰ.框架梁截面力学参数

对于现浇钢筋混凝土结构，中框架梁的惯性矩I=2I₀，式中I₀为按梁设计尺寸的实际计算惯性矩，代入梁设计尺寸得：

中框架梁的线刚度公式为：

式中E为混凝土弹性模量，l为框架梁计算跨度，代入数据计算各梁线刚度如下：

左跨G-F轴间梁：

右跨F-E轴间梁：

Ⅱ.框架柱截面力学参数

框架柱截面惯性矩为：

框架柱截面线刚度为：

式中h取框架柱的计算高度，代入数据计算各柱线刚度如下：

底层柱的计算高度为基础顶面至二层楼面，代入数据得：

标准层柱计算高度取标准层层高4.20m，代入数据得：

为便于后面的运算，取标准层线刚度i标为参考值，其余线刚度表示成参考值的相对线刚度形式，即令i_标=1.0，其余各杆件表示为相对线刚度：

i_底=0.79，i_左=i_右=0.71

Ⅲ.绘制框架计算简图

绘制框架计算简图时，以单线条表示构件的截面形心连线。底层柱计算高度向下取至基础顶面，其余层计算高度取下一层楼面至上一层楼面，体现于计算简图中即梁单线之间的距离。梁的计算跨度取柱轴线间距离，体现于计算简图中即柱单线之间的距离。简图中梁柱结合处均假设为刚接，将各杆件相对线刚度标注其上，绘制框架计算简图如下图2.2所示。

图 2.2 框架线刚度计算简图

2.5 荷载统计

2.5.1 恒荷载标准值统计

（1）屋面恒荷载标准值：

刚性防水层：30mm厚C20细石混凝土防水 1.0kN/m²

柔性防水层：三毡四油铺小石子 0.4kN/m²

结构层：120mm厚现浇钢筋混凝土板 0.12×25=3.0kN/m²

抹灰层：10mm厚混合砂浆 0.01×17=0.17kN/m²

找平层：15mm厚水泥砂浆 2×0.015×20=0.6kN/m²

保温层：80mm厚砂渣水泥 0.08×14.5=1.16kN/m²

找坡层：40mm厚水泥石灰焦渣砂浆2%找平 0.04×14=0.56kN/m²

合计 6.89kN/m²

1. 楼面恒荷载标准值：

选用大理石面层，水泥砂浆擦缝

表面层：30mm厚1:3干硬性水泥砂浆，上铺2mm厚素混凝土 1.16kN/m²

水泥浆结合层一道

结构层：120mm厚现浇钢筋混凝土板 0.12×25=3.0kN/m²

抹灰层：10mm厚混合砂浆 0.01×17=0.17kN/m²

合计 4.33kN/m²

1. 框架梁自重：

构造重 0.3×（0.65-0.12）×25=3.975kN/m

抹灰层：10mm厚混合砂浆 0.01×17×（0.65-0.12×2 0.3）=0.231kN/m

合计 4.21kN/m

1. 框架柱自重：

构造重 25×0.6×0.6=9kN/m

抹灰层：10mm厚混合砂浆 0.01×0.6×4×17=0.41kN/m

合计 9.41kN/m

1. 外墙自重：

Ⅰ.标准层

240mm厚空心砌块填充墙 （4.2-2.5-0.65）×0.24×18=4.53kN/m

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