摘 要

本设计为华夏学院4#教学楼设计，教学楼建建筑面积4500m²，建筑高度19.8m，共层，底层层高4.2m,楼层层高3.9m，结构形式采用钢筋混凝土框架结构,抗震等级为三级，抗震设防烈度为7度。整个设计包括建筑设计和结构设计两部分内容。

建筑设计部分，首先根据建筑的周边环境、使用功能确定建筑的初步布局，然后结合建筑艺术、施工工艺、材料设备等进一步确定建筑的空间安排、满足使用功能。具体来说是完成了拟建教学楼以下几方面的设计：建筑布局，基本单元设计，公共部分设计，空间组合设计，建筑平、立、剖、面设计等。

结构设计部分，首先根据建筑设计，然后选取一榀框架进行结构计算。计算书主要包括了材料选择、尺寸确定、荷载计算、抗侧移验算、内力计算、内力组合、配筋计算、楼梯间设计以及基础设计等内容。

关键字：教学楼；框架结构；建筑设计；结构设计

Abstract

This design is designed for the 4th teaching building of Huaxia College. The teaching building has a building area of 4500 m², a building height of 19.8 m, a total of floors, a floor height of 4.2 m, a floor height of 3.9 m, and a reinforced concrete frame structure. The seismic level is three. Grade, seismic intensity of 7 degrees. The entire design includes two parts: architectural design and structural design.

In the architectural design part, the preliminary layout of the building is first determined according to the surrounding environment and functions of the building, and then the space arrangement of the building and the use of functions are further determined by combining the construction art, construction technology, materials and equipment. Specifically, it completed the following aspects of the proposed teaching building design: architectural layout, basic unit design, public part design, space combination design, building leveling, erection, sectioning and surface design.

In the structural design section, first of all, according to the architectural design, then select a frame for the structural calculation. The calculation book mainly includes material selection, size determination, load calculation, anti-sideshift checking, internal force calculation, internal force combination, reinforcement calculation, stairwell design, and basic design.

Key words: teaching building; frame structure; architectural design; structural design

目 录

第1章 绪论 1

1.1工程概况 1

1.2 结构形式 2

1.3 荷载类型 2

1.4 侧移控制要求 2

1.5 内力计算及组合 3

1.5.1 竖向荷载下的内力计算 3

1.5.2 水平荷载下的内力计算 3

1.5.3 内力组合 3

1.6 基础选型 3

第2章 梁、柱截面尺寸及计算简图 4

2.1 梁柱截面尺寸的估算 4

2.1.1 梁 4

2.1.2 柱 4

2.1.3 板 6

2.2 基础选型与埋置深度 6

2.3 框架计算简图 6

2.4 结构平面布置 6

第3章 框架结构线刚度计算 8

3.1 确定框架计算简图 8

3.2 框架梁柱线刚度计算 8

第4章 荷载计算及横向水平荷载侧移验算 10

4.1 荷载计算 10

4.1.1 恒载标准值计算 10

4.1.2 活荷载标准值计算 12

4.1.3 竖向荷载下框架受荷总图 12

4.1.4 风荷载计算 17

4.2 风荷载作用下的位移验算 19

4.2.1 侧移刚度D 19

4.2.2 横向框架侧向刚度比验算 19

4.2.3 风荷载作用下框架侧移计算 19

4.3 水平地震作用下位移计算 21

4.3.1 基本情况 21

4.3.2 地震力荷载代表值 21

4.3.3 横向自振周期计算 24

4.3.4 横向水平地震作用计算 24

4.3.5 地震作用下的水平位移验算 26

第5章 内力计算 27

5.1 恒荷载标准值作用下框架的内力计算 27

5.1.1 恒荷载作用下框架的弯矩计算 27

5.1.2 计算杆端弯矩分配系数 28

5.1.3 分层法计算框架弯矩图 30

5.1.4 恒荷载作用下框架的剪力计算 37

5.1.5 恒荷载作用下轴力的计算 37

5.2 活荷载标准值作用下框架的内力计算 40

5.2.1 活荷载作用下框架弯矩的计算 40

5.2.2 分层法计算框架弯矩图 42

5.2.3 活荷载作用下框架的剪力计算 43

5.2.4 活荷载作用下的轴力图 47

5.3 风荷载标准值作用下框架的内力计算 47

5.4 水平地震作用下框架的内力计算 51

第6章 梁、柱的内力组合及内力调整 54

6.1 梁柱的内力组合 54

6.1.1 框架梁控制截面的内力组合 54

6.1.2 框架柱控制截面的内力组合 54

6.2 内力调整 76

6.2.1 框架梁截面组合的剪力设计值调整 76

6.2.2 梁柱节点处弯矩调整 77

6.2.3 框架柱截面组合的剪力设计值调整 77

第7章 梁、柱的截面设计 79

7.1 设计内力 79

7.1.1 框架梁设计内力的选择 79

7.1.2柱设计内力的选择 79

7.2 框架梁的截面设计 79

7.2.1框架梁正截面受弯承载力计算 79

7.2.2 框架梁正截面配筋计算 80

7.2.3 框架梁斜受剪截面承载力计算 93

7.2.4 框架梁斜受剪截面配筋计算 94

7.2.5 裂缝宽度验算 94

7.3 框架柱的截面设计 95

7.3.1 设计大致步骤 95

7.3.2 构造要求 96

7.3.3 剪跨比和轴压比验算 96

7.3.4 柱正截面承载力计算 96

7.3.5 柱正截面配筋计算 97

7.3.6 垂直于弯矩作用平面的受压承载力验算 99

7.3.7 柱斜截面承载力计算 99

7.3.8 柱斜截面配筋计算 100

7.3.9 裂缝宽度验算 101

第8章 屋面板及楼面板的设计 110

8.1 屋面板设计 110

8.1.1 屋面板荷载设计值 110

8.1.2 判断板的计算类型 110

8.1.3 按弹性理论进行计算 110

8.2 楼面板设计 111

8.2.1 楼面板荷载设计值 111

8.2.2 按弹性理论进行计算 113

第9章 楼梯设计 117

9.1 设计资料 117

9.2梯段板设计 117

9.3 一层双分平行楼梯设计 117

9.3.1 梯段板荷载设计 117

9.3.2 梯段板配筋计算 118

9.3.3 斜梁设计 119

9.3.4 平台板设计 121

9.3.5 平台梁设计 122

9.3.6 构造措施 124

9.4 一层双跑楼梯设计 124

9.4.1 梯段板荷载设计 124

9.4.2 梯段板配筋计算 125

9.4.3 斜梁设计 125

9.4.4 平台板设计 126

9.4.5 平台梁设计 127

9.4.6 构造措施 129

9.5标准层平分双跑楼梯 129

9.6标准层双跑楼梯 130

第10章 柱下基础设计 131

10.1 设计资料 131

10.2 基础梁设计 131

10.3 A、D柱下独立基础设计 131

10.3.1荷载计算 131

10.3.2基础底面尺寸的确定 132

10.3.3基础立面尺寸的确定 134

10.3.4基础配筋计算 137

10.4 B、C轴柱下联合基础设计 140

10.4.1荷载计算 140

10.4.2双柱联合基础尺寸确定 141

10.4.3双柱联合基础内力计算 141

10.4.4双柱联合高度验算 143

10.4.5双柱联合配筋计算 144

致谢 145

参考文献 146

第1章 绪论

1.1工程概况

该工程为华夏学院4#教学楼设计，建筑南面临校内主干道，建筑面积4500m²，共5层，底层层高4.2m,楼层层高3.9m，结构形式采用钢筋混凝土框架结构。室内地坪为±0.000m，室内外高差为0.45m。框架梁、柱、板均为现浇。

设计资料：

1. 建设地点：武汉市。
2. 温度：最热月平均29.3，最冷月平均；夏季极端温度，冬季极端温度。
3. 相对湿度：最热月。
4. 主导风向：冬季为西北风，夏季为东南风，基本风压
5. 雨雪条件：年降雨量；最大积雪，基本雪压，。
6. 设计使用年限为50年，环境类别为一类。
7. 抗震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度值0.10g。
8. 所属设计地震分组：第一组
9. 建筑场地类别：II 类
10. 建筑结构安全等级：二级
11. 地面粗糙程度类别：B类
12. 类耐火等级：二级
13. 材料选用：

混凝土：C30，C35，C15。

钢筋：纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB400，其余采用热轧钢筋HRB300。

墙体：内外墙均采用240厚粉煤灰轻渣空心砌块390×240×190，重度=7.5KN/m³。

窗：钢塑门窗，。

门：木门，。

1.2 结构形式

　　钢筋混凝土框架结构有整体性比砖混结构和内框架承重结构好；能形成大且灵活的使用空间适合大规模工业化施工；结构轻巧，便于布置；施工效率高，时间短等许多好处，因此，此教学楼设计采用钢筋混凝土框架结构。

1.3 荷载类型

　　荷载分为恒载和活载两类。其中恒载主要包括结构构件自重；而活载主要由楼屋面活荷载、雪荷载、风荷载等。

　　对于建筑物来说，水平荷载起到很重要的作用，不容忽视。水平荷载包括风荷载和水平地震作用。根据《建筑结构抗震设计规范》（GB50011-2010），对于高度不超过40m，以剪切力为主且质量和刚度沿高度分布均匀的结构，可以采用底部剪力法。结构自重由结构构件的截面尺寸直接计算，建筑材料和单位体积重量按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）取值。同理，活荷载、楼面活荷载折减系数等也按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）取用。

1.4 侧移控制要求

　　框架结构的侧移由梁、柱杆件弯曲变形和柱的轴向变形产生。当框架层数很少时，由柱轴向变形产生的侧移很小，可忽略不计。所以，一般只需计算由杆件弯曲变形引起的侧移。由《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）可知，框架结构在正常使用条件下的变形验算要求各层的层间侧移值与该层的层高之比不宜超过1/550的限值。

1.5 内力计算及组合

1.5.1 竖向荷载下的内力计算

　　竖向荷载下内力计算步骤首先根据楼屋面结构的平面布置，将竖向荷载传递给每榀框架。框架结构在竖向荷载下的内力计算采用分层法计算各敞口单元的内力，然后再将各敞口单元的内力进行叠加；横梁会在梁端产生塑性铰而进行弯矩调幅，按两端刚接进行计算。

1.5.2 水平荷载下的内力计算

　　利用D值法计算出框架在水平荷载作用下的层间剪力，然后将作用在每一层上的剪力按照该榀框架各柱的刚度进行比进行分配，算出各柱的剪力，再求出柱端的弯矩，利用节点平衡求出梁端弯矩。

1.5.3 内力组合

1、荷载组合。荷载组合简单叙述如下：

　　（1）恒荷载 活荷载；（2）恒荷载 活荷载；（3）恒荷载 风荷载 活荷载；（4）恒荷载 活荷载 地震作用。

　　2、控制截面及最不利内力。框架梁、柱应进行组合的层一般为底层，二层，混凝土强度、截面尺寸有改变层及体系反弯点所在层。框架梁控制截面及最不利内力为：支座截面；跨中截面M_max。框架柱控制截面为柱上、下截面，截面组合：M_max及相应的N,V；及相应M,V；及相应M,V，V_max及相应M,V。

1.6 基础选型

在荷载作用下，建筑物的地基、基础和上部结构三部分联系十分紧密，设计时应根据工程地质资料，综合考虑地基—基础—上部结构的相互作用，然后选取安全可靠、经济合理、技术先进和施工简便的地基基础方案。根据上部结构、工程地质、施工等因素，本设计两个边柱采用柱下独立基础，中间两个柱子采用联合基础。

第2章 梁、柱截面尺寸及计算简图

2.1 梁柱截面尺寸的估算

根 据 该 设 计 的 使 用 功 能 及 建 筑 设 计 的 要 求 ，进 行 了 建 筑 平 面 ，立 面 及 剖 面 设 计 ， 主 体 结 构 共 五 层 ， 属 多 层 建 筑 ，底层 层 高 为 4.2m，二至五层均为3.9m, 女 儿 墙 1.2m，室 内 外 高 差 为 0.45m。

2.1.1 梁

确 定 原 则 ：梁 截 面 高 度 一 般 为 其 跨 度 的 1/8~1/18 ；梁 截 面 宽 度 一 般 为 其截 面 高 度 的 1/2~1/4 。梁静跨与截面高度之比不宜小于4， 梁 截 面 宽 度 不 宜 小 于 200mm。 再 综 合 挠 度 控 制 、 荷 载 等 原 因 ， 初 选 梁 截 面 尺 寸 为 ：

横向框架边跨梁：b×h=250mm×600mm

横向中跨连系梁：b×h=200mm×300mm

纵向框架梁：b×h=250mm×600mm

横向边跨连系梁：b×h=250mm×500mm

横向中跨连系梁：b×h=200mm×300mm

2.1.2 柱

框架柱的截面尺寸一般尺寸根据柱的轴压比按公式（2.1）、（2.2）进行计算，柱组合的轴压力设计值：

（2.1）

式中:--按简支状态计算柱的负载面积；

--折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可按实际荷载计算，也可近似取12～15kN/m²；本工程中取14kN/m²；

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