摘 要

此次设计为多层框架图书馆，为四层框架结构，建筑总高度18.6 m，建筑面积约30000 m²。设计分为建筑设计阶段和结构设计阶段两部分。通过对该幢建筑的建筑、结构设计，熟悉单体建筑的前期准备、设计、施工全过程，绘制建筑、结构设计图纸。

在建筑设计阶段，从收集各种优秀的设计方案，形成一定的设计概念。在对相关规范认真学习的基础之上进行初步建筑方案设计，并在专业老师指导下，进行反复修改，最终在计算机上绘制施工图，达到正确美观的效果。

在结构设计阶段，采用分层法和电算对竖向荷载作用下的框架结构进行内力计算；采用D值法和电算进行水平荷载作用下的内力计算，最后将电算结果与手算结果进行比较。内力计算考虑了框架结构的延性设计。

本计算书详细介绍了图书馆的结构设计的全过程。

关键词：钢筋混凝土；框架结构；框架设计；楼梯设计；基础设计

Abstract

My this design topic is a multi-layered frame library building. For the four portal frame construction, construction gross altitude 18.6 m, floor space approximately 30000 m². The design divides into the architectural design stage and the structural design stage two parts. Through this building's architectural and structural design, be familiar with the monomer construction’s earlier period preparation, the design, the entire process of construct , and draw up the architectural and the structural design blueprint.

One, in the architectural design stage, collecting each kind of outstanding design proposal, form the certain design concept. Above the foundation of studying the related standard earnestly carry on the preliminary construction project design, and under the specialized teacher’s guide, carry on revises repeatedly, and draw up the detail finally on the computer, to achieve the correct artistic effect.

Two, in the structural design stage, use the delamination and the electricity calculate to carry on the calculation of internal force of frame construction under the vertical load ; Under the horizontal load, use the D value law and the electricity calculate to carry on the function's internal force computation, with the hand calculates to compare. The calculation of internal force of the frame construction takes into account the ductility principle of design.

This account book introduced the library building’s structural design entire process in detail.

Key Words: reinforced concrete; frame structure; framework design; stair design;

foundation design

目录

第1章 绪论 1

第2章 设计资料 2

2.1 基本内容 2

2.2 工程地质勘察报告 2

2.3 材料选用 3

2.4 结构选型 3

第3章 结构布置 4

3.1 柱网选择 4

3.2 截面尺寸估算 4

3.2.1 板厚度 4

3.2.2 主梁尺寸 4

3.2.3 次梁尺寸 4

3.2.4 柱尺寸 4

第4章 框架计算简图及梁柱线刚度 6

4.1 框架计算简图 6

4.2 框架梁柱线刚度 6

4.2.1 框架梁的线刚度 6

4.2.2 框架柱的线刚度 6

第5章 荷载统计 8

5.1 恒荷载标准值计算 8

5.2 活荷载标准值计算 9

5.3 竖向荷载下框架受荷总图 10

5.4 风荷载计算 14

5.5 地震作用计算 15

第6章 内力计算 17

6.1 竖向恒荷载 17

6.2 竖向活荷载 24

6.3 水平风荷载 27

6.3.1 抗侧刚度D 27

6.3.2 风荷载作用下框架侧移验算 28

6.3.3 风荷载标准值作用下的内力计算 29

6.4 水平地震作用 35

第7章 框架梁内力调整 38

第8章 内力组合 40

8.1 结构抗震等级 40

8.2 框架梁内力组合 40

8.3 框架梁设计值调整 40

8.3.1 梁端弯矩设计值 40

8.3.2 梁端剪力设计值 41

8.4 框架柱内力组合 41

8.5 框架柱设计值调整 41

8.5.1 柱端弯矩设计值 41

8.5.2 柱端剪力设计值 41

第9章 框架梁设计 44

9.1 框架梁正截面受弯承载力计算 44

9.2 框架梁斜截面受剪承载力计算 45

9.2.1 剪压比验算 45

9.2.2 梁斜截面受剪承载力计算 45

第10章 框架柱设计 48

10.1 框架柱正截面承载力计算 49

10.1.1 轴压比验算 49

10.1.2 柱正截面承载力计算 49

10.2 框架柱斜截面受剪承载力计算 51

10.2.1 柱端剪力调整 51

10.2.2 剪压比验算 51

10.2.3 柱斜截面受剪承载力计算 52

第11章 梁柱节点核芯区截面抗震设计 54

11.1 节点核芯区剪力设计值 54

11.2 节点核芯区截面验算 54

11.3 节点核芯区截面抗剪强度验算 54

第12章 楼梯设计 56

12.1 楼梯选型 56

12.2 踏步板计算 56

12.3 楼梯斜梁计算 57

12.4 平台板计算 59

12.5 平台梁计算 59

第13章 基础设计 61

13.1 确定基顶荷载 61

13.2 初选基础底面积及埋深 62

13.3 验算地基承载力 63

13.4 确定基础高度 64

13.5 基础底板配筋 66

结束语 69

参考文献 70

致谢 71

1. 绪论

钢筋混凝土自被莫尼尔发现以来走过了将近100多年的历史，并逐渐取代木、土、石等天然材料成为现代建筑的主要建筑材料，它的发展也代表了现代建筑的发展。虽然目前的建筑有多种结构形式，但框架结构具有传力明确，结构布置灵活，抗震性能和整体性好的优点，亦能提供灵活、较大的使用空间，也可构成丰富多变的立面造型，所以其在多层、高层建筑类型中的应用仍然占据着主导地位，因此本设计也将以框架结构为主要内容。

此次毕业设计是根据地质等信息联系实际设计一个框架结构式学校图书馆，这是一个综合性的教学环节，旨在培养我们的专业素养，提高我们开拓创新、综合运用知识的能力，去解决在建筑结构设计过程中出现的实际问题，并通过学习、研究和实践，使理论深化，知识拓宽，专业技能延伸。其次，在老师的指导和帮助下，让我们对大学四年所学知识融会贯通，查缺补漏。同时通过毕业设计这一过程，能够树立我们本科毕业生严谨的工作方法，严肃认真的科学态度。

整个设计分为建筑设计、结构设计、楼梯设计和地基基础设计四部分。

建筑设计要求绘制建筑施工图，内容包括：主要建筑平面图、主要建筑立面图、主要剖面图（要求剖切楼梯部位）。

上部主体结构设计（一榀有代表性的框架），主要计算工作如下：确定结构形式及主要构件的截面尺寸；载荷统计（竖向荷载、风荷载及地震作用）；确定结构简化计算模型；结构效应计算；荷载效应组合；梁、柱、板构件配筋设计。同时完成上部结构施工图设计，要求绘制：主要结构平面布置图、板和框架梁柱配筋图。

楼梯设计要求完成相关的楼梯计算及楼梯结构图绘制。

基础设计要求完成相关的基础计算及基础配筋图绘制。

本次毕业设计内容很多，把握好重点就很有条理了，重点主要如下：

1. 结构的平面和立面的布置，确保结构荷载传递路线明确、受力可靠、整体性好；
2. 结构计算简图的确定及各构件截面尺寸的估算；
3. 各种荷载作用的计算；
4. 结构在各种荷载下的内力计算及内力组合；
5. 结构各构件的配筋计算及构造要求^[1]。

第2章 设计资料

2.1 基本内容

此次设计为拟建在某市的学校图书馆，总建筑面积约为30000平方米，建筑层数为4层，标准层层高为4.50米，室内外高差为0.60 m，抗震设防烈度为7度，基本地震加速度为0.10g，第一组，抗震等级为二级。基本风压为0.45 kN/m²，基本雪压为0.40 kN/m²，地面粗糙度B类，基础场地类别为Ⅱ类，建筑重要性类别为丙类，使用年限50年。

2.2 工程地质勘察报告

（一）地层分布

（1）表层杂填土：褐色，松~中密，稍湿，含煤渣、灰渣、碎砖、瓦片等，厚约0.5~0.8米，天然重度取17 kN/m³。

（2）粘性土互层：褐黄~褐红色，中密，湿，可塑，由粘土、亚粘土薄层相间组成。厚1.2~2.0米。

（3）亚粘土、粘土互层：褐黄~褐红色，中密~密实，湿，可塑，含氧化铁。厚度2.0米。

（4）亚粘土：褐黄~灰白色，中密~密实，可塑~硬塑，含氧化铁，下部灰白色亚粘土中含僵石。厚度3.0~3.4米。

（二）地下水情况

场地地下水为潜水，埋深超过3.5米。经水质分析，地下水化学成分对混凝土无腐蚀性。

（三）工程地质条件评价

（1）场地（岩）土物理力学指标的标准值

表2.1 （岩）土物理力学指标的标准值

（2）场地地层建筑条件评价

(a) 表层杂填土层物质成分复杂，分布不均匀，呈松散状态，厚度小，承载力很低，不宜作为建筑地基持力层。

(b) 粘性土互层，中密，可以作为建筑地基持力层。

(c) 亚粘土、粘土互层，中密~密实，可以作为建筑地基持力层。

(d) 亚粘土层，中密~密实，可以作为建筑地基持力层。

2.3 材料选用

根据《混凝土结构设计规范》和《建筑抗震设计规范》确定各材料等级：

混凝土：垫层采用C15；基础采用C35；柱采用C35；梁等其他构件采用C30。

钢筋：板、梁、楼梯平台梁、基础纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB335；柱纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB400；其余采用热轧钢筋HPB300。

墙体：外墙用灰砂砖，尺寸240 mm×120 mm×60 mm，重度γ = 18 kN/m³；

内隔墙用水泥空心砖，尺寸290 mm×290 mm×140 mm，重度γ = 9.80 kN/m³。

门、窗：钢塑门窗，重度 γ = 0.35 kN/m²。

2.4 结构选型

（1）结构体系：上部主体结构采用钢筋混凝土框架结构体系。

（2）屋面结构：采用现浇钢筋混凝土肋形屋盖，刚柔性相结合的防水屋面。

（3）楼面结构：全部采用现浇钢筋混凝土肋形楼盖，釉面砖地面。

（4）天沟：采用现浇天沟。

（5）楼梯结构：采用钢筋混凝土梁式楼梯。

（6）基础：采用柱下独立基础。

第3章 结构布置

3.1 柱网选择

与建筑相配合确定柱网尺寸，选择适宜的柱距，主梁的跨度一般为5～8 m ,次梁一般为4～7 m。当楼板跨度较大时需增加次梁，单向板的经济跨度一般为2～3 m。要求平面对齐，立面连续，梁、板结构尽可能划分为等跨度，以便于设计和施工^[1]。主梁跨度范围内次梁根数宜为偶数，以使主梁受力合理，最终结构布置详见图纸-标准层梁板布置图。

3.2 截面尺寸估算

根据《混凝土结构设计规范》要求估算各构件截面尺寸：

3.2.1 板厚度

依据图纸-标准层梁板布置图，楼板取为单向板进行计算，其厚度估算：h = 短边跨度/ 35 =2500 mm/ 35 ≈ 71.43 mm，考虑板的跨度、荷载大小及单向板跨厚比不大于30，同时遵守《混凝土结构设计规范》中对板最小厚度的规定，取楼面板及屋面板的厚度均为100 mm。

3.2.2 主梁尺寸

框架梁的截面尺寸应根据承受竖向荷载的大小、梁的跨度及选用的混凝土材料强度等诸多因素综合考虑确定。一般情况下，h = (1/8～1/18) × 梁的计算跨度；b = (1/2～1/3) h。并且要求梁净跨与高度之比不宜小于4，梁的截面宽度不宜小于200 mm。由此确定主梁高h = (1/8～1/18) × 8000 mm ≈ 444.44～1000 mm ，取h = 600 mm，梁宽b = 300 mm，规格b×h = 300 mm×600 mm。

3.2.3 次梁尺寸

一般情况下，h = (1/12～1/18) ×主梁间距 ；b = (1/2～1/3) h 。由此确定次梁高h = (1/12～1/18) × 8000 mm ≈ 444.44～666.67 mm，取h = 500 mm，梁宽b = 250 mm，规格b×h = 250 mm×500 mm。

3.2.4 柱尺寸

利用轴压比限值估算柱截面，N / (b_c* h_c* f_c) = 轴压比

其中：f_c——混凝土轴心抗压强度设计值；

N——柱中轴向力，近似取N = (1.10～1.20) N_v；

N_v——柱支承的楼面荷载面积上竖向荷载产生的轴向力设计值，近似取12～14 kN/m²进行计算。

且框架柱的截面边长不宜小于250 mm，剪跨比宜大于2，截面的高宽比不宜大于3。

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