北京幼儿园用楼结构设计计算书.doc

北京某幼儿园框架结构设计
摘要

本文为北京某幼儿园用楼结构设计计算书。该楼建筑面积约为1634.2m2左右，根据建筑设计、抗震方面等的要求，确定合理的结构方案和结构布置方案，确定框架、楼面、屋面的形式。
本设计只选取两榀主框架——横向5轴、纵向H轴以及一层顶板进行设计及配筋计算。首先根据框架布局确定各构件尺寸，然后进行重力荷载代表值、侧移刚度的计算。在此基础上利用顶点位移法求出自振周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。然后计算竖向荷载作用下的结构内力（在内力计算中，恒载、活载采用弯矩二次分配法，水平荷载采用D值法进行计算），之后进行内力组合，找出最不利的一组内力，进行构件配筋计算。楼板采用弹性理论设计。最后，依据计算结果，结合相应的结构构造要求，绘制结构施工图，写出相应的设计说明。

关键词： 框架 结构设计 抗震设计

BEIJING KINDERGARTEN FRAMEWORK OF
A STRUCTURAL DESIGN
Abstract
This paper design for one Beijing kindergarten. Even area around 1634.2m2, according to architectural design, and other aspects of the seismic requirements, a rational layout and structure of the structure of the program to determine the framework, floor, roof forms.
The design chosen only two high lateral main frame -- 5-axis. H-axis and vertical reinforcement layer of roof design and calculation. First, according to establish the framework for the distribution of component size and then proceed to the calculation of gravity load representatives. Lateral stiffness, In this method, based on the use of the apex displacement from Lan cycle then calculated according to the level of the bottom of the shear size under earthquake loading. obtained at the level of the stress load (bending, shear, axial force). Then calculate the stress of the vertical load calculation of internal forces (in the internal force calculation, the dead and live load can be calculated by Distribution Method. load standard method can be used for calculating D), after the combination of internal forces, identify the most unfavorable combination of internal forces of a group or several groups. Then reinforced components, the components according to a formula based on the corresponding norms generated, Adopt a flexible floor design theory.Finally, according to the calculated results. Structural combines, construction plans drawn structure and write the corresponding design shows.
Keywords : frames, structural design, anti-seismic design

目录
前言…………………………………………………………………………………1
第一章 工程概况 …………………………………………………………………2
第二章 结构布置及计算简图 ……………………………………………………2
2.1 结构布置………………………………………………………………………2
2.2 计算简图的确定………………………………………………………………3
第三章 重力荷载计算……………………………………………………………4
3.1屋面及楼面荷载标准值……………………………………………………… 4
3.2梁、柱、门、窗、墙重力荷载计算………………………………………… 5
3.3重力荷载代表值……………………………………………………………… 7
第四章 框架侧移刚度计算……………………………………………………… 8
4.1横向框架侧移刚度计算……………………………………………………… 8
4.2 纵向框架侧移刚度计算 ……………………………………………………13
第五章 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算……………………17
5.1 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算 ………………………17
5.1.1 横向自振周期计算 ………………………………………………………17
5.1.2 横向水平地震作用及楼层地震剪力计算 ………………………………18
5.1.3 横向水平地震作用下的位移计算 ………………………………………20
5.1.4 横向水平地震作用下框架内力计算 ……………………………………20
5.2 纵向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算 ………………………22
5.2.1 纵向自振周期计算 ………………………………………………………22
5.2.2 纵向水平地震作用及楼层地震剪力计算 ………………………………23
5.2.3 纵向水平地震作用下的位移计算 ………………………………………24

5.2.4 纵向水平地震作用下框架内力计算 ……………………………………25第六章 竖向荷载作用下框架结构的内力计算和内力组合……………………27
6.1 横向框架内力计算 ………………………………………………………… 27
6.1.1计算单元 ………………………………………………………………… 27
6.1.2荷载计算 ………………………………………………………………… 27
6.1.3梁内力计算 ……………………………………………………………… 31
6.2 横向框架梁内力组合 ………………………………………………………37
6.2.1结构抗震等级 …………………………………………………………… 37
6.2.2框架梁内力组合 ………………………………………………………… 37
6.3横向框架柱内力组合 ……………………………………………………… 40
6.4 纵向框架内力计算 …………………………………………………………46
6.4.1计算单元 ………………………………………………………………… 46
6.4.2荷载计算 ………………………………………………………………… 47
6.4.3梁内力计算 ……………………………………………………………… 50
6.5 纵向框架梁内力组合 ………………………………………………………56
6.5.1结构抗震等级 …………………………………………………………… 56
6.5.2 纵向框架梁内力组合 ……………………………………………………56
6.6纵向框架柱内力组合 ……………………………………………………… 56
第7章 截面设计………………………………………………………………… 63
7.1框架梁 ……………………………………………………………………… 63
7.1.1横向框架梁截面设计 …………………………………………………… 63
7.1.2 纵向框架梁截面设计 ……………………………………………………67
7.2 框架柱 ………………………………………………………………………71

7.2.1 柱剪跨比和轴压比验算 …………………………………………………71
7.2.2 柱正截面承载力计算 ……………………………………………………71
7.2.3 柱斜截面受剪承载力计算 ………………………………………………74
7.3 框架梁柱节点核芯区截面抗震验算 ………………………………………76
第八章 首层顶板设计及配筋……………………………………………………77
结论 ………………………………………………………………………………83
致谢 ………………………………………………………………………………84
主要参考文献 ……………………………………………………………………85
声明 ………………………………………………………………………………86
翻译 ………………………………………………………………………………87

前言
本毕业设计为北京市某幼儿园结构设计，采用的是框架结构体系。
本工程结构设计和计算主要是依据《多层及高层建筑结构设计》、《混凝土结构设计规范》、《建筑结构荷载规范》、《建筑抗震设计规范》等讲到的设计原理和相关的规范要求。
毕业设计是学校教学计划的最后一个重要环节，是学生综合素质与工程实践能力培养效果的全面检验，是衡量高等教育和办学效益的重要评价内容，通过做毕业设计这个总结性作业，让我们深刻理解多层建筑结构的受力性能、变形特点和设计原理，了解多层及高层建筑结构的组成和各种结构体系的布置特点、应用范围；掌握多层及高层建筑结构计算简图的确定方法；掌握风荷载及地震作用的计算方法；掌握框架结构内力与位移计算的实用方法等。
毕业设计是专业学习的总结性作业，是综合性和实践性极强的一个环节，是理论与实际相结合的训练阶段；是我们应用所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构等设计的重要实践过程，毕业设计使理论知识更加系统、更加完整。同时，它培养我们的独立工作能力（包括应用规范、手册、查阅资料、设计计算、撰写论文及科学研究等方面）和绘图技能，并提高我们综合分析、解决问题的能力。
框架结构设计的计算工作量很大，在计算过程中以手算为主，辅以一些计算软件的校正。由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。

第一章 工程概况
本实体工程为北京市某幼儿园建筑，该建筑物为框架结构，地上三层，局部两层。总建筑面积为1634平方米。
基本风压：0.45 KN/m² 抗震设防分类：丙类
基本雪压： 0.40 KN/m² 地震设防烈度：八度
抗震等级：二级 结构安全等级：二级
场地土类别：II类 建筑耐伙等级：二级
地震分组：第一组 屋面防水等级：二级
地震加速度植：0.20g 设计使用年限：50年
耐久等级：二级
外墙及内墙除注明者外均采用容重不大于7.5 KN/m³的加气混凝土砌块（外墙250厚，与外柱外皮齐平，内墙150厚）。采用天然地基，钢筋混凝土独立基础，地梁顶标高-0.1m。屋面和楼面做法可采用原建筑设计方案，也可自行设计。混凝土强度等级采用：柱、梁C30，板C20。本工程依据现行的国家规范、规程、规定进行设计。
第二章 结构布置及计算简图
2.1 结构布置
根据该房屋的使用功能和建筑设计的要求，其建筑平面、立面、剖面图已知，主体结构共三层，首层层高为3.7m，其余层均为3.3m，局部为两层，但第二层层高有所变化，为4.2m，其中突出屋面的塔楼为电梯机房和水箱间，层高为3.0m。
填充外墙采用250mm厚加气混凝土砌块，填充内墙采用150mm厚加气混凝土砌块，门窗洞尺寸及类型见门窗表。
楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取120mm，梁截面高度按梁跨度的1/12-1/8估算，由此估算的梁的截面尺寸如下表，表中还给出了各层梁柱和板的混凝土强度等级，其设计强度C30(fc=14.3N/mm², ft=1.43N/mm²), C20(fc=14.3N/mm², ft=1.43N/mm²).
层
次
混凝土强度等级
横梁（bh）
纵梁（bh）
次梁（bh）
AC跨
其余
1~3
C30
300600
300700
300700
300450
柱截面尺寸的确定：由查表可得，该框架结构的抗震等级为二级，其轴压比限值为[µ]=0.8，各层的重力荷载代表值近似取12 KN/m²，由图可知边柱及中柱的负载面积分别为（取最大负载面积考虑）：中间柱63005400，边柱：63003200，所以第一层柱截面面积为：
边柱： AC≥=54981.80 mm²
中柱：AC≥=89213.20 mm²
如果取柱截面为正方形，则边柱和中柱的截面高度分别为234.48 mm和298.69 mm，根据以上计算结果并综合考虑其它因素，本设计柱截面尺寸取值为450 mm 450 mm。
2.2计算简图的确定

第三章 重力荷载计算
3.1屋面及楼面的荷载标准值
1.屋面及楼面的永久荷载标准值
屋面（非上人）：
10厚细石混凝土保护层 220.01=0.22
三毡四油防水层 0.4
10厚1：2.5水泥沙浆找平层 100.02=0.2
30厚1：6水泥焦渣找2%坡度 100.03=0.3
300厚聚苯乙烯泡沫塑料板保温层0.50.3=0.15
120厚钢筋混凝土现制板 250.12=3
V型轻钢龙骨吊顶 0.25
合计 4.28
楼面：
（A）：地砖地面 0.0250.6=0.015
120厚钢筋混凝土楼板 250.12=3
V型轻钢龙骨吊顶 0.25
合计 3.265
（B）：复合木地板 0.2
120厚钢筋混凝土楼板 250.12=3
V型轻钢龙骨吊顶 0.25
合计 3.45
（C）：水磨石 0.650.3=0.195
120厚钢筋混凝土楼板 250.12=3
V型轻钢龙骨吊顶 0.25
合计 3.445
2.屋面及楼面的可变荷载标准值：
不上人屋面均布活荷载标准值 0.5
楼面活荷载标准值 2.0
屋面雪荷载标准值
3.2梁、柱、门、窗、墙重力荷载计算：
梁、柱可以根据截面尺寸、材料容重及粉刷等计算出单位长度上的重力荷载；对墙、门、窗等可计算出单位面积上的重力荷载。具体计算过程从略，计算结果见表3.1。
表3.1 梁、柱重力荷载代表值
层次
构
件

/m

/m

/m
n
/KN
/KN
1
横梁
0.30
0.60/0.70
25
1.05
4.725/5.513
4.92
32
667.64
2691.59
纵梁
0.30
0.60
25
1.05
4.725
4.35
30
629.37
次梁
0.30
0.45
25
1.05
3.544
5.42
28
538.16
柱
0.45
0.45
25
1.10
5.569
3.7
42
856.42
2
横梁
0.30
0.60/0.70
25
1.05
4.725/5.513
3.42
29
467.32
2274.51
纵梁
0.30
0.60
25

1.05
4.725
4.11
28
533.69
次梁
0.30
0.45
25

1.05
3.544
5.28
26
486.60
柱
0.45
0.45
25
1.10
5.569
3.3/4.2
39
786.90
3
横梁
0.30
0.60
25
1.05
4.725
3.51
16
265.78
1197.26
纵梁
0.30
0.60
25
1.05
4.725
2.97
19
266.49
次梁
0.30
0.45
25
1.05
3.544
4.14
14
205.55
柱
0.45
0.45
25
1.10
5.569
3.3
26
459.44
注：1）表中为考虑梁、柱的粉刷重力荷载而对其重力荷载的增大系数；值表示单位长度构件重力荷载；为构件数量。
2）梁长度取净长平均值；柱长度取层高
外墙为250厚加气混凝土砌块，外墙面贴瓷砖（）；内墙面为20厚水泥沙浆，则外墙单位墙面重力荷载为：

内墙为150厚加气混凝土砌块，两侧分釉面砖和乳胶漆墙面，则内墙单位墙面重力荷载为：
两侧都为釉面砖：
一侧砖一侧漆：
两侧都为乳胶漆：
木门单位面积重力荷载为0.2；铝合金窗单位面积重力荷载取0.4。

3.3重力荷载代表值
集中于各楼层标高处的重力荷载代表值=楼面恒载+1/2均布活载＋纵、横、次梁自重＋楼面上、下各半层的柱及纵、横墙体自重。其中屋面为恒载＋1/2雪荷载。以三层为例说明的计算过程，其它层从略，结果见图3.1。
楼面恒载：
｛（14.025+0.24）（9.9+6.6+0.12）+（3.9+2.1+5.1+2.1+0.12）(4.8+0.24)+(5.1+2.1+0.24) (2.7+0.24)｝4.28=1395.67KN
屋面雪荷载：326.10.4＝130.44KN
外墙重（包括门窗重）:216.772.22+69.210.4+7.380.2=510.39KN
内墙重（包括门窗重）:32.49+30.12+72.141.06+3.2+3.49＝146.15KN
电梯井：390.92KN
三层重力荷载代表值合计 3193.8682KN

图3.1 各质点重力荷载代表值
第四章 框架侧移刚度计算
4.1横向框架侧移刚度计算
梁的线刚度计算结果见表4.1；柱的线刚度计算过程见表4.2。，=/
b×h=300600/300700
表4.1 横梁线刚度计算表

轴线

·

·

·
A-B
6600
2.455
3.682
4.909
A-C
8400
3.063
4.594
6.125
C-D
2700
6
9
12
B-D
4500
3.6
5.4
7.2
D-E
6600
2.455
3.682
4.909
E-F
7200
2.25
3.375
4.5
F-G
4800
3.375
5.063
6.75
F-H
6400
2.531
3.797
5.063
G-J
3800
4.263
6.395
8.526
H-K
4400
3.682
5.523
7.364
J-K
2100
7.714
11.571
5.429
K-L
3000
5.4
8.1
10.8
J-L
5100
3.167
4.765
6.353
D-F
13800
1.174
1.761
2.348

表4.2 柱线刚度计算表
层次

b×h

·
1
3700

0.342
2.773
2
3300

0.342
3.109
4200

0.342
2.443
3
3300

0.342
3.109
柱的侧移刚度按式，式中系数由下表所列公式计算。
位置
边柱
中柱

一般层

底层

以底层边柱A-4和中柱B-4为例说明计算过程，其它计算结果见表4.3、表4.4、表4.5。
A-4：=

B-4：=

表4.3 一层框架柱侧移刚度值（）
柱

D
柱

D
A-4
1.328
0.549
13344
F-2
1.826
0.608
14779
A-10
1.657
0.590
14341
F-3
1.826
0.608
14779
D-4
1.947
0.620
15070
F-6
2.434
0.662
16091
D-7
1.328
0.549
13344
K-2/K-3
2.656
0.678
16480
F-7
1.217
0.534
12980
K-6
5.564
0.812
19737
F-1
1.369
0.555
13490
B-5
4.367
0.764
18570
K-1
1.992
0.624
15167
E-8/E-9
3.393
0.722
17550
L-8
2.921
0.695
16893
F-8
4.057
0.752
18279
L-10
1.718
0.597
14511
F-9
1.623
0.586
14244
B-4
3.275
0.716
17404
H-2/H-3
4.481
0.769
18692
E-7
2.545
0.670
16286
J-8
8.639
0.859
20880
F-10
2.461
0.664
16140
J-6
7.857
0.848
20612
G-10
4.119
0.755
18352
G-6
4.740
0.777
18886
H-1
3.361
0.720
17501
G-8
5.509
0.8
19445
J-10
4.012
0.750
18230
C-8
5.454
0.799
19421
K-8
8.485
0.857
20831
C-10
5.984
0.812
19737
A-5
1.590
0.582
14147
D-8
5.016
0.786
19105
D-5
2.596
0.674
16374
D-9
1.328
0.549
13344
A-8
2.209
0.644
15654
D-10
3.881
0.745
18109
表4.4 二层柱侧移刚度值（）
柱

D
柱

D
A-4
1.507
0.430
7146
F-6
2.171
0.520
17815
A-10
1.880
0.485
8060
F-9
1.447
0.420
14389
D-4
2.210
0.525
8725
K-2/K-3
2.363
0.542
18568
D-7
1.507
0.430
7146
K-6
4.963
0.713
24427
F-7
1.086
0.352
12059
B-5
4.957
0.713
11849
F-1
1.221
0.379
12984
E-8/E-9
3.026
0.602
20624
G-10
2.651
0.570
19528
F-8
3.619
0.644
22063
K-1
1.776
0.470
16102
H-2/H-3
3.997
0.666
22816
K-8
5.645
0.738
25283
C-8
6.191
0.756
12464
B-4
3.718
0.650
10802
C-10
5.564
0.736
1232
E-7
2.270
0.532
18226
D-8
5.693
0.740
1298
F-10
2.195
0.523
17917
D-9
2.009
0.501
8326
H-1
2.998
0.560
19185
D-10
4.405
0.688
11434
A-5
2.009
0.501
8326
G-6
4.28
0.679
23262
A-8
2.507
0.556
9240
G-8
4.571
0.696
23844
D-5
2.947
0.596
9905
J-6
7.020
0.778
26653
F-2/F-3
1.628
0.449
15382
J-8
6.741
0.771
26414

表4.5 三层框架柱侧移刚度D（）
柱

D
柱

D
F-1
1.21
0.379
12984
K-2/K-3
2.363
0.542
18568
F-10
1.912
0.489
16753
K-6
4.963
0.713
24427
G-10
1.628
0.449
15382
H-2/H-3
3.997
0.666
2816
K-8
3.722
0.650
22268
C-8
4.938
0.712
11833
K-1
1.776
0.470
16102
C-10
4.624
0.698
11600
H-1
2.98
0.560
19185
D-8
4.689
0.701
11650
F-2/F-3
1.628
0.449
15382
D-10
4.044
0.669
11118
F-6
2.171
0.520
17815
G-6
4.28
0.679
23262
F-7
0.543
0.214
7331
G-8
4.913
0.711
24358
F-8
2.895
0.591
20247
J-6
7.02
0.778
2653
F-9
1.809
0.475
16273
J-8
5.779
0.743
25454
G-9
1.447
0.142
14389

表4.6 横向框架层间侧移刚度（）
层次
1
2
3

691449
612884
462616
/=691449/612884=1.13〉0.7，故该框架为规则框架。
4.2纵向框架侧移刚度计算
计算方法同横向，计算结果见表4.7,表4.8,表4.9,表4.10,表4.11。 其中b×h=300600，=，。

表4.7 纵梁线刚度计算表

轴线

·

·

·
①-②
3900
4.154
6.231
8.308
②-③
6000
2.7
4.05
5.4
③-⑥
6600
2.455
3.682
4.909
⑥-⑦
3900
4.154
6.231
8.308
⑦-⑧
2100
7.714
11.571
15.429
⑥-⑧
6000
2.7
4.05
5.4
⑧-⑨
5100
3.176
4.765
6.353
⑨-⑩
2100
7.714
11.571
15.429
⑧-⑩
7200
2.25
3.375
4.5
④-⑤
3000
5.4
8.1
10.8
⑤-⑦
4500
3.6
5.4
7.2
⑤-⑧
6600
2.455
3.682
4.909

表4.8 一层框架柱侧移刚度值（）

柱

D
柱

D
A-4/D-4
2.921
0.695
16893
E-9
2.291
0.65
15799
A-10
1.217
0.534
12980
G-10
1.623
0.568
14244
F-10
4.173
0.757
18400
H-1
2.96
0.700
17015
F-1/K-1
2.247
0.647
15726
H-3
1.947
0.620
15070
L-8/L-10
1.217
0.534
12980
J-10
1.623
0.586
14244
K-8
1.461
0.567
13782
E-8
7.855
0.848
20613
A-5
4.249
0.760
18473
H-2
4.943
0.784
19057
A-8
2.545
0.670
16286
J-8
3.083
0.705
17136
D-5
4.868
0.782
18998
J-6
1.460
0.566
13758
D-7
7.511
0.842
20466
G-6
1.460
0.566
13758
F-8
5.891
0.810
19689
G-8
3.083
0.705
17136
F-9
2.855
0.848
20613
D-8
7.282
0.838
20369
F-2/ K-2
3.708
0.737
17919
C-8
6.781
0.829
20150
F-3/ K-3
2.788
0.687
16692
D-9
5.891
0.810
19689
F-6
3.575
0.731
17768
D-10
4.713
0.757
18400
F-7
7.811
0.847
20588
C-10
1.217
0.543
12980
K-6
2.788
0.687
16692
E-7
5.564
0.802
19494
B-4/ B-5
3.895
0.746
18133

表4.9 二层框架柱侧移刚度值（）

柱

D
柱

D
A-4/D-4
3.316
0.624
10370
E-9
2.043
0.505
17301
A-10
1.381
0.408
6781
G-10
1.194
0.374
12813
F-10
4.963
0.713
24427
H-1
2.672
0.572
19596
F-1/K-1
2.004
0.500
17129
H-3
1.737
0.465
15930
K-8
1.303
0.394
13498
E-8
7.006
0.778
26653
A-5
4.823
0.707
11750
H-2
4.409
0.688
23570
A-8
2.889
0.591
9822
J-8
2.026
0.503
17232
D-5
5.526
0.734
12198
J-6
1.303
0.394
10380
D-7
8.526
0.810
13461
G-6
1.303
0.394
10380
F-8
7.006
0.778
26653
G-8
2.569
0.562
24312
F-9
7.006
0.778
26653
D-8
8.266
0.805
13378
F-2/ K-2
3.307
0.623
21343
C-8
1.381
0.408
6781
F-3/ K-3
7.732
0.794
27202
D-9
6.687
0.770
12797
F-6
3.188
0.614
21035
D-10
4.736
0.703
11683
F-7
6.967
0.777
26619
C-10
1.381
0.408
6781
K-6
2.487
0.554
18979
E-7
4.963
0.713
24427
B-4/ B-5
4.421
0.689
11450

表4.10 三层框架柱侧移刚度D（）
柱

D
柱

D
F-1/K-1
2.004
0.500
17129
K-3/ K-6
7.732
0.794
27202
F-10/G-10
3.722
0.650
22268
H-1
2.672
0.572
19596
K-8
1.303
0.394
10380
H-3
1.737
0.465
15930
F-2
3.307
0.623
21343
G-9
5.524
0.734
25146
F-3
7.732
0.794
27202
H-2
4.409
0.688
23570
F-6
3.188
0.614
21035
C-8/C-10/D-10
1.086
0.352
12059
F-7
5.726
0.741
25386
G-6 /J-6/ J-8
1.303
0.394
10380
F-8/F-9
5.524
0.734
25146
G-8
2.835
0.586
20076
K-2
3.307
0.623
21343
D-8
3.567
0.641
21960
表4.11 纵向框架层间侧移刚度（）
层次
1
2
3

701257
640878
503774
/=701257/640878=1.1〉0.7，故该框架为规则框架。
第5章 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算
5.1 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算
5.1.1 横向自振周期计算
结构顶点假想侧移有式，，计算。式中为集中在层楼面处的重力荷载代表值；为把集中在各层楼面处的重力荷载代表值视为水平荷载而得