摘 要

本设计为四川成都金牛区某高级中学教学楼设计，主要设计内容包括建筑设计与结构设计。

该教学楼设计为现浇钢筋混凝土六层框架结构，实际设计建筑面积在7750m²左右，该建筑设计包括首层平面图、二层平面图、三层、四层，五层平面图，顶层平面图，屋顶排水平面图，建筑正立面图、左立面图、背立面图、右立面图，楼梯处剖面图以及相关的设计说明和门窗表。

结构设计包括框架设计、梁板柱的配筋计算、基础配筋计算和楼梯设计。计算书内容中是取一榀横向框架即⑧轴框架来计算水平作用和竖向荷载作用下结构内力，并进行内力组合找出最不利组合，计算配筋。其中设计涉及到底部剪力法、D值法、二次弯矩分配法、塑性铰线法等方法，严格依据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012、《混凝土结构设计规范》GB50010-2010、《建筑抗震设计规范》GB50011-2010等规范取值计算等相关规范，在计算过程中相关荷载的分项系数也随着规范的更新而更新了。

本计算书最后采用PKPM4.3.4版本软件进行建模计算并将手算与电算结果进行对比分析，利用软件得出硂结构施工图。

关键词：框架结构；设计图；荷载汇集；内力计算；配筋

Abstract

This design is designed for a senior middle school teaching building in Jinniu District, Chengdu, Sichuan Province. The main design content includes architectural design and structural design.

The teaching building is designed as cast-in-place reinforced concrete six-story frame structure, and the actual design area is about 7750m², The architectural design includes the first floor plan, the second floor plan, the third floor plan ( the fourth floor plan, the five story plan are the same as the third), and the top floor plan. Roof drainage plan, building facade elevation , left elevation , back elevation , right elevation , staircase section view and related design. instructions and door window table.

The structural design includes frame design, reinforcement calculation of beam, slab and column, foundation reinforcement calculation and stair design. The content of the calculation book is to take a transverse frame, that is, 8-axis frame, to calculate the internal force of the structure under horizontal and vertical load, and to find out the most unfavorable combination and calculate the reinforcement. Among them, the design involves the bottom shear method, the D value method, the secondary moment distribution method, the plastic hinge line method and so on. Strictly according to the relevant codes such as 'Code for load of Building structures' GB50009-2012, 'Code for Design of concrete structures' GB50010-2010, 'Code for Seismic Design of buildings' GB50011-2010 and so on. In the process of calculation, the partial coefficient of the relevant load is also updated with the update of the code. At the end of this calculation book, the PKPM4.3.4 version software is used for modeling and calculation, and the results of manual calculation and computer.

calculation are compared and analyzed, and the construction drawing of the structure is obtained by using the software.

Keyword: frame structure; design drawing; load collection; internal force calculation

Reinforcement

目 录

第一章 绪论 1

1.1设计摘要 1

1.2设计依据： 1

1.3结构选型： 1

1.4地基与基础 1

第2章 构件尺寸计算和基础埋深确定 3

2.1结构平面布置 3

2.2梁、板、柱截面尺寸 3

2.2.1梁尺寸： 3

2.2.2柱子尺寸： 3

2.2.3板截面尺寸 4

2.3基础埋深确定： 4

2.4框架计算简图： 5

第3章 框架刚度计算 6

3.1梁柱线刚度计算： 6

3.2框架侧向刚度： 7

第4章 重力荷载和水平荷载计算 9

4.1重力荷载标准 9

4.1.1楼面、屋面重力荷载标准值： 9

4.1.2屋面和楼面荷载可变荷载标准值： 9

4.1.3梁、柱重力荷载标准值： 9

4.1.4墙体重力荷载标准值： 10

4.2重力荷载代表值 10

4.3水平地震作用计算 11

4.3.1结构自振周期： 11

4.3.2水平地震影响系数： 12

4.3.3水平地震作用标准值： 12

4.4风荷载作用计算 13

4.4.1风荷载标准值 13

4.4.2风荷载相关计算： 13

第5章 水平地震作用下框架结构分析 15

5.1水平地震作用 15

5.1.1剪重比和侧移验算： 15

5.1.2内力计算： 16

5.2风荷载作用 19

5.2.1侧移验算： 19

5.2.2内力计算： 20

第6章 竖向荷载作用下框架结构分析 23

6.1计算单元简图 23

6.2荷载计算 23

6.2.1恒荷载： 23

6.2.2活荷载： 25

6.3内力计算 27

6.3.1恒载内力 27

第7章 内力组合 37

7.1弯矩调幅 37

7.2内力调整 38

7.3内力组合 46

第8章 梁、柱、板截面设计 70

8.1梁截面设计 70

8.1.1内力组合和步骤 70

8.1.2设计参数 70

8.1.3配筋计算 70

8.2柱截面设计 80

8.2.1内力组合和步骤 80

8.2.2设计参数 80

8.2.3配筋计算 80

8.3双向板配筋 90

8.3.1设计参数 90

8.3.2内力计算 90

8.3.3配筋计算 90

8.4节点设计 92

第9章 基础设计 95

9.1设计资料 95

9.2基础梁 95

9.3 E、B轴柱独立基础 95

9.3.1荷载计算 95

9.3.2基础底面尺寸 96

9.3.3基础立面尺寸 97

9.3.4基础配筋 98

第10章 楼梯设计 100

10.1设计参数 100

10.2梯段板设计 100

10.3斜梁设计 101

10.4平台板设计 103

10.5平台梁设计 104

10.6构造措施 105

结论 106

致谢 107

第一章 绪论

1.1设计摘要

设计资料：该教学楼占地面积约为1800m²,长度不超过70m，宽度不超过25m。建筑面积控制在7000m²左右，教学楼内房间以教室为主，普通教室数量为40个左右，每班容纳学生45人，设置2至6个合班教室，教师休息室每层2个，每层均设置男女卫生间，装修要求一般标准，耐火等级为二级，地基承载力特征值为f_ak=260kP_a;地面粗糙程度为B类，基本风压，基本雪压和抗震设防要求根据地方不同查规范；建筑安全等级为二级，结构形式为框架结构，填充墙用加气混凝土。

实际设计中，教学楼占地面积1537m²，建筑面积7750m²，层数为6层，底层层高4.2m，中间层和顶层层高均为3.9m，室内为高差0.45m，所有填充墙厚为200mm，屋面为不上人屋面，混凝土采用C40型混凝土。

1.2设计依据：

《民用建筑设计通则》GB50352-2005 中国建筑工业出版社

《房屋建筑制图统一标准》GB/T50001-2017 中国建筑工业出版社

《建筑设计防火规范》GB50016-2014 中国建筑工业出版社

《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011 中国建筑工业出版社

《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 中国建筑工业出版社

《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 中国建筑工业出版社

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010 中国建筑工业出版社

《建筑结构制图标准》GB/T50105-2010 中国建筑工业出版社

《中小学校设计规范》GB50099-2011 中国建筑工业出版社

《建筑灭火器配置设计规范》GB 50140-2005 中国建筑工业出版社

《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010 中国建筑工业出版社

1.3结构选型：

本教学楼采用钢筋混凝土框架结构，均采用现浇，开间和门窗布置规则，设有附楼和主楼两部分，附楼部分高两层，设置4个合班教室，层高4.2m，主楼部分高六层，底层高4.2m，其他层高3.9m，主楼与附楼连接处设置有抗震缝，依据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第6.1.4条规定，初步选定抗震缝缝宽150mm，两边柱子偏离轴线布置。

1.4地基与基础

地基和基础设计应该根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度分为甲、乙、丙三个设计等级，依据地基基础设计规范规定，本教学楼地基基础设计等级定为丙级。另根据本教学楼建筑等级，参照规范要求可不做地基变形验算。

本教学楼横向框架中跨跨度较大，考虑到地基承载力特征值和基础宜浅埋等条件，基础形式采用柱下独立基础。

第2章 构件尺寸计算和基础埋深确定

2.1结构平面布置

该结构整体为一栋6层主楼加一栋2层附楼，中间设置150mm抗震缝隔开，柱网整体布置比较规则。

图2.1 结构平面布置图

2.2梁、板、柱截面尺寸

2.2.1梁尺寸：

确定原则：梁截面高度一般设置成其跨度的1/14~1/10; 横梁或者纵梁的截面宽度一般为设置为截面高度的1/3至1/2左右。梁截面宽度不宜小于200mm，梁截面高宽比不宜大于4，综合挠度控制，荷载因素，初选梁的截面尺寸为：

横向框架长跨梁(7800mm)：btimes;h=300mmtimes;700mm

横向框架短跨梁(4500mm)：btimes;h=300mmtimes;700mm

纵向框架梁（9800mm）： btimes;h=300mmtimes;800mm

（保守设计，括号中为该方向上梁最大跨度，按照最大截面设计）

2.2.2柱子尺寸：

确定原则：由《建筑抗震规范》可知，矩形截面柱边长不宜小于400mm，柱截面高宽比不宜大于3；二级框架结构柱轴压比限值为0.75，抗震设计时宜采用方柱，根据轴压比确定柱子截面尺寸，以底层柱子为标准计算：

轴压比限值条件：A_C=b_ch_c≧N/(0.75f_c)

上式中 N=beta;Fg_En

式中:—截面面积；

—地震作用组合下柱的轴向压力设计值；

—混凝土轴心抗压强度设计值；

—考虑地震作用组合后柱的轴向压力增大系数，边柱取1.3，等跨内柱取

1.2，不等跨内柱取1.25；

—按简支状态计算的柱的负载面积；

—折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近似取10-15kN/m²；

n—演算截面以上楼层层数。

混凝土强度等级按《混凝土结构设计规范》GB50010-2010取用C40，查得

fnof;_c=19.1N/mm²，fnof;_t=1.71N/mm²，g_E取15kN/m²

计算底层柱截面尺寸：

边柱：

A_c≧N/(0.75f_c)=1.3times;(7.2times;3.9)times;15000times;6divide;(0.75times;19.1)=229344.50mm²

令 b_c=h_c≧479mm

中柱：

A_c≧N/(0.75f_c)=1.25times;(7.2times;6.15)times;15000times;6divide;(0.75times;19.1)=347748.69mm²

令 b_c=h_c≧589mm

综上，尺寸稍微放大取 b_c=h_c=650mm

2.2.3板截面尺寸

板平面尺寸（btimes;h）单位(mm):

5100times;7800 4200times;7800 6000times;7800 9800times;4900 9800times;6500 9800times;6100 4500times;5100 4500times;8400 4500times;6000 7200times;11100 7200times;2400

板截面大致分为以上各种尺寸

除了7200times;2400板长边与短边之比等于3，其他板长边与短边之比不大于2，因此只有附楼部分7200times;2400板按照单向板计算，其他板均按照双向板计算。依据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第9.1.1条和第9.1.2条规定，各板按照双向板计算，板厚不小于跨度（以短边计）的1/40。

大厅处板厚统一：6500/40=162.5，取160mm。

附楼板厚统一：7200/40=180，取180mm。

主楼其他板厚统一：6100/40=152.5，取160mm。即主楼部分板厚统一取160mm。

2.3基础埋深确定：

基础的埋深涉及到建筑物的用途，有无地下室，设备基础和地下设施，本教学楼不设地下室，高层建筑基础埋深应根据建筑高度的增大而增大，本教学楼不属于高层建筑，基础埋深的确定还与上部荷载有关，一般荷载较大时应设置较大基础埋深，以满足抗拔承载力，最后还与地基土的水文地质条件有关，基础不能设在承载力低，压缩性高的软弱土层上，本教学楼基础多设置柱下独立基础，初步选定基础埋深1.5m（自室外地坪算起），室内外地坪高差为0.45m。

2.4框架计算简图：

选择第⑧轴横向平面框架进行计算，简图如图所示。柱的截面形心线作为柱轴线，梁轴线取板面。主楼部分底层柱计算高度为4.2m，2~6层柱计算高度为层高，取3.9m。底层高4.2m，则底层柱计算高度为：4.2 0.45 1.5-1=5.15m。其中1m是初步确定的基础高度，

图2.4 第⑧轴框架计算简图（单位：mm）

第3章 框架刚度计算