摘 要

设计为武汉科技大学3#教学楼设计，建筑层数5层，总建筑面积约为4800m²，7度抗震设防。设计主要包括建筑设计和结构设计两个部分，建筑设计主要为建筑平面图、立面图和剖面图的设计；结构设计主要为框架结构设计、构件的设计。本设计着重对其中一榀框架进行了计算，主要计算内容写于本计算书。计算书主要包括了材料选择、尺寸确定即计算简图、荷载计算、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。设计主要依据国家现行的相关规程和规范进行编写。

关键词：框架结构、结构设计、荷载计算、内力计算、内力组合、配筋计算、构件设计

Abstract

This design is teaching building of Wuhan University of Sciece and Technology, which has 5 floors ,with a total construction area of about 4800m² and 7 degree seismic fortification. The design mainly includes two parts: the architectural design and the structural design. The architectural design mainly includes the building plane, Facade map and section plane. The structural design is mainly the design of the frame structure and the design of the component. This design select one framework of the structure to calculate, and the main calculation of the contents is written in this book. The calculation books include material selection, size calculation, calculation diagram, load calculation, internal force calculation, internal force combination, reinforcement calculation, staircase design and basic design. The design is mainly based on the relevant national rules and norms.

Keywords: frame structure, structural design, load calculation, internal force calculation, internal force combination, reinforcement calculation, component design

目 录

第1章 绪论 1

1.1工程概况 1

1.2结构方案设计及结构布置 1

1.3荷载类型 1

1.4变形缝的设置 2

1.5侧移控制要求 2

第2章 材料选择、构件尺寸确定及计算简图 3

2.1材料选择 3

2.2结构平面布置图 3

2.3梁、板、柱尺寸估计 3

2.3.1板厚度选择 3

2.3.2梁尺寸选择 3

2.3.3柱尺寸选择 3

2.4基础选型以及埋置深度的选择 4

2.5计算简图 4

2.6梁柱线刚度计算 4

第3章 荷载计算 6

3.1恒载标准值计算 6

3.2活荷载标准值计算 8

3.2.1楼面和屋面活荷载 8

3.3水平地震荷载的计算 9

第4章 内力计算 11

4.1内力计算方式 11

4.2 结构受荷图 11

4.2.1 竖向受荷总图确定 11

4.2.2水平受荷图 12

4.3结构的内力计算 13

4.3.1竖向荷载的计算 13

4.3.1.1恒荷载的计算 13

4.3.1.2活荷载的计算 14

4.3.2风荷载的计算 15

4.3.3地震荷载计算 19

第5章 内力组合 24

5.1内力组合 24

第6章 截面设计与配筋计算 43

6.1材料相关参数 43

6.2框架梁截面设计 43

6.2.1截面尺寸复核 43

6.2.2框架梁截面设计算例 43

6.2.3框架梁的配筋计算表 44

6.3框架柱截面设计 44

6.3.1轴压比验算 44

6.3.2截面尺寸复核 44

6.3.3框架柱的截面设计算例 45

6.3.4框架柱配筋计算表 46

6.4配筋汇总 53

第7章 板的配筋计算 54

7.1相关参数 54

7.2 荷载 54

7.3 楼板配筋算例 54

7.4 次梁配筋 55

7.5 配筋计算表格 56

第8章 楼梯设计 58

8.1设计参数 58

8.2梯段板设计 58

8.3平台板、梁计算 59

8.3.1平台板荷载 59

8.3.2平台板内力配筋计算 59

8.3.3平台梁荷载 59

第9章 柱下基础设计 60

9.1设计参数 60

9.2 A轴D轴独立基础设计 60

9.2.1荷载计算 60

9.2.2 基底尺寸确定 60

9.2.3抗冲切验算 60

9.2.4 配筋计算 61

9.3 BC轴联合基础设计 61

9.3.1 荷载计算 61

9.3.2基础底面 61

9.3.3内力计算 62

9.3.4高度验算 63

9.3.5 配筋计算 63

结论 64

致谢 64

参考文献： 64

1. 绪论

1.1工程概况

本设计为武汉科技大学3号教学楼设计，建筑层数5层，总体的建筑面积约为4800m²。建筑主的要用房有大教室，小教室，教室休息室，男女卫生间，门卫房。建筑的耐火等级为二级，安全等级为二级。抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，II类场地。

本建筑要求使用钢筋混凝土框架结构。

1.2结构方案设计及结构布置

钢筋混凝土框架结构是由梁，柱通过节点连接组成的用来承受竖向荷载和水平荷载的结构体系，对于墙体而言，主要起到维护和隔断的作用。框架结构的建筑平面布置相对灵活多变，可以形成大的空间。虽然设计要求为钢筋混凝土框架结构，但即使经过分析，结合楼房特点、房屋高度等因素，本次设计的结构也是选用框架结构更为合理。

结构布置是要满足一定要求，按照相关的原则进行布置设计：

（1）满足使用要求，尽可能与建筑的平面、立面、剖面图一致；

（2）满足足人防、消防要求，使水暖电各专业的布置能有效进行；

（3）设计结构尽可能简单、规则、均匀、对称，构件类型少；

（4）妥善处理温度、地基不均匀沉降以及地震等因素对建筑物的影响；

（5）尽量满足施工方便，经济合理。

1.3荷载类型

作用在框架结构上的荷载主要包括恒荷载和活荷载。恒荷载主要是结构构件自重，活荷载包括楼面活荷载、屋面活荷载、风荷载、雪荷载等。

结构竖向荷载主要是结构自重和使用荷载，结构构件自重按照截面实际尺寸计算确定，活荷载按照《建筑结构荷载规范》GB50009-2012确定。

水平荷载包括地震作用和风荷载。其中按照《建筑结构抗震设计规范》GB50011-2010中5.1.2小结所描述，对于结构不超过40m，以剪切为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，可采用底部剪力法等简化方法。

1.4变形缝的设置

为降低地基不均匀沉降，温度变形和地震作用对建筑物的不利影响，通常设置沉降缝、伸缩缝以及抗震缝，在设计计算时，通常三缝合一。此处，由于教学楼的宽度在不设变形缝的范围内，因此本结构不设缝。

1.5侧移控制要求

在正常使用情况下，框架结构要具备足够的刚度，避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用要求。框架结构的侧移主要是由风荷载和水平地震作用引起，其侧移是由梁柱杆件弯曲变形和轴向变形产生的，在层数不多的框架中，柱轴向变形引起的侧移很小，可以忽略不计。在近似计算中，一般只需要计算由杆件弯曲引起的变形。

框架结构在正常使用条件下的变形验算，要求按弹性方法计算的风荷载标准值作用下的各层的层间侧移值与该层的层高之比Δu/h,不宜超过1/550的限值。

第2章 材料选择、构件尺寸确定及计算简图

2.1材料选择

在构件设计中，拟选用如下材料：

柱：C35混凝土，主筋HRB400，箍筋HPB300；

梁：C35混凝土，主筋HRB335，箍筋HPB300；

板：C35混凝土，HRB335钢筋；

基础C30混凝土，HRB400钢筋。

围护墙，隔墙材料：采用200mm厚蒸压粉煤灰加气混凝土砌块。砌筑砂浆强度M7.5，采用水泥石灰砂浆。

2.2结构平面布置图

详见图

2.3梁、板、柱尺寸估计

2.3.1板厚度选择

梁、板、柱均采用现浇，综合考虑主梁次梁，则区格板的长边和短边之比为6600/4200=1.57lt;2,根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第9.1.1条对于板的基本规定，当长边与短边长度之比不大于2.0时，应按双向板计算。亦根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第9.1.2条规定，板的跨厚比：钢筋混凝土单向板不大于30，双向板不大于40，估算得板的厚度设为100mm。

2.3.2梁尺寸选择

梁的截面高度先按照跨度1/8~1/18大致确定，梁宽度大致取为梁高的1/4~1/2。估算结果如下：

主梁：h=600mm，b=300mm；

次梁：h=500mm，b=250mm。

2.3.3柱尺寸选择

柱子截面尺寸可以根据柱子的轴压比限制进行估算。根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第6.3.5条描述，一、二、三级且超过2层时柱子边长不宜小于400mm，剪跨比宜大于2，截面长边与短边的边长比不宜大于3。由b_c=(1/12~1/18)H_i，h_c=(1~2)b_c，综合考虑后选用柱的尺寸：b_c=400mm，h_c=600mm。

2.4基础选型以及埋置深度的选择

本设计用的场地为理想场地，承载力特征值为250kN/m²。综合考虑，基础选用柱下独立基础。埋深为1.45m（室内地坪算起），其中，室内外高差为450mm，基础高度为500。

2.5计算简图

选取一榀横向框架，底层柱高取为基础顶面支标高4.2m处，为4.2 .45 0.5=5.15m，其余各层柱子高度为层高及3.9m。计算简图如下图所示

2.6梁柱线刚度计算

对于中框架梁I=2I₀，此处是考虑到现浇板对梁的约束作用。计算公式如下所示：

梁的线刚度：

（2.1）

柱的线刚度：

（2.2）

根据上述公式可以得到梁柱线刚度于下表2.1：

表2.1 梁柱线刚度

若以标准层的柱的相对线刚度设为1，则梁柱的相对线刚度如下所示：

AB梁相对线刚度=46956.52/55384.62=0.85

BC梁相对线刚度=108000/55384.62=1.95

CD梁相对线刚度=41538.46/55384.62=0.75

底层柱的相对线刚度=41941.75/55384.62=0.76

图2.1 结构平面布置

第3章 荷载计算

3.1恒载标准值计算

根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012中相关规定以及查阅其附录A可得结构的恒载标准值如下：

（1）屋面

防水层：30厚C20细石混凝土防水 1.0kN/m²

防水层：三毡四油铺小石子 0.4 kN/m²

找平层：15厚水泥砂浆 0.015×20=0.30 kN/m²

找平层：15厚水泥砂浆 0.015×20=0.30 kN/m²

找坡层：40厚水泥石灰焦渣砂浆3‰找平 0.04*14=0.56

保温层：80厚矿渣水泥 0.08*14.5=1.16

结构层：100厚现浇钢筋混凝土板 0.1*25=2.5

抹灰层：10厚混合砂浆 0.01*17=0.17

—— ——

合计 6.39

（2）各层走廊楼面

水磨石地面 0.65

结构层：100厚现浇钢筋混凝土板 0.1*25=2.5

抹灰层：10厚混合砂浆 0.01*17=1.7

—— ——

合计 3.32

（3）标准层楼面（教室楼面）

大理石面层，水泥砂浆擦缝

30厚1:3干硬性水泥砂浆，面上撒2厚素水泥 1.16

水泥浆结合层一道

结构层：100厚现浇钢筋混凝土板 0.1*25=2.5

抹灰层：10厚混合砂浆 0.01*17=1.7

—— ——

合计 3.83

（4）梁自重

b×h=600×300 25×0.3×(0.6-0.1)=3.75

抹灰10厚混合砂浆 0.27

——

合计 4.02

b×h=500×250 25×0.25×（0.5-0.1）=2.5

抹灰10厚混合砂浆 0.21

——

合计 2.71

（5）柱自重

b×h=600×400 25×0.6×0.4=6.00

抹灰10厚混合砂浆 17×0.4×3×0.01=0.204

——

合计 6.20

（6）外纵墙自重

标准层：

纵墙 5.5×1.2×0.2=1.32

钢框玻璃窗 0.4×2.1=0.84

水刷石外墙面 0.5×1.2=0.6

水泥粉刷内墙面 0.36×1.2=0.43

——

合计 3.19

底层：

纵墙 5.5×1.2×0.2=1.32

钢框玻璃窗 0.4×2.4=0.96

水刷石外墙面 0.5×1.2=0.6

水泥粉刷内墙面 0.36×1.2=0.432

——

合计 3.31

（7）内纵、隔墙自重

标准层：

纵墙 0.2×5.5×3.3=3.63

水泥粉刷内墙面 0.36×3.3=1.188

——

合计 4.82

3.2活荷载标准值计算

3.2.1楼面和屋面活荷载

根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012中相关规定从规范的表5.1.1可查得：

1. 教室均布活荷载：2.5kN/m² ；
2. 走廊均布活荷载：3.5kN/m² ；
3. 楼梯均布活荷载：3.5kN/m² ；

根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012中相关规定从规范表5.3.1可查得：

（4）上人屋面均布活荷载：2.0 kN/m²

3.2.2雪荷载标准值

根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012中相关规定，屋面雪荷载标准值计算公式3.1：

（3.1）

由此可得：

（5）雪荷载标准值：0.3×1=0.3 kN/m²

3.2.3风荷载标准值

根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012中相关规定，风荷载标准值的计算公式3.2：

（3.2）

其基本风压采用该规范方法所定的50年重现期的风压，不小于0.3kN/m²。

其风压高度变化系数μ_z根据地面粗糙度类别和离地高度来查该规范表8.2.1得到。

其风震系数β_z通过规范8.6中相关内容计算查表综合得到。

其风荷载体型系数通过规范规定查表所得，本建筑的风荷载体形系数为1.3。

风荷载计算表格如表3.1所示：

表3.1 风荷载计算表格

3.3水平地震荷载的计算

在本次设计中抗震设防烈度为7度，需要进行地震荷载的计算，在本次设计中，采用底部剪力法进行水平地震作用的计算。

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