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目录
摘 要 3
Abstract 4
第1章 工程概况 5
第2章 结构选型与布置 5
2.1 结构承重方案选择 5
2.2 结构布置 6
第3章 框架计算简图及梁柱截面尺寸的确定 6
3.1 计算单元选取 6
3.2 梁柱截面尺寸初定 6
3.2.1 主梁尺寸 7
3.2.2 次梁尺寸 7
3.2.3 柱截面尺寸 8
3.2.4 楼板尺寸 10
3.3 结构计算简图 10
第4章 荷载计算 10
4.1 屋面横梁竖向线荷载标准值 10
4.1.1 屋面恒荷载标准值（上人）(图4-1a） 10
4.2 楼面横梁竖向线荷载标准值 13
4.2.1 楼面恒载标准值 13
4.2.2 楼面活荷载标准值 14
4.3 次梁受力 14
4.3.1屋面次梁 14
4.3.2 楼面次梁 14
4.4 内外墙构造做法及恒载标准值 15
4.4.1 内墙 15
4.4.1 外墙 15
4.5 屋面框架节点集中荷载标准值 16
4.5.1 恒载 16
4.5.2 活载 17
4.6 楼面框架节点集中荷载标准值 17
4.6.1 恒载 17
4.6.2 活载 18
4.7 风荷载 19
4.8 地震作用 19
4.8.1 建筑物总重力荷载代表值Gi的计算 19
4.8.2 地震作用计算 21
第5章 框架内力计算 24
5.1 恒载作用下的框架内力 24
5.1.1 弯矩分配系数 24
5.1.2 杆件固端弯矩 26
5.1.4 内力计算 29
5.2 活载作用下的框架内力 35
5.2.1.杆件固端弯矩 35
5.2.2各节点不平衡弯矩： 36
5.2.3 梁的内力计算 37
5.3 风荷载作用下的位移、内力计算 42
5.3.1 框架侧移 42
5.3.2 层间侧移 42
5.3.3 顶点侧移 43
5.3.4 水平风载作用下框架层间剪力 43
5.3.5 水平风载作用下框架弯矩、剪力、轴力 43
5.4 地震作用下横向框架的内力计算 48
5.4.1 0.5（雪+活）重力荷载作用下横向框架的内力计算 48
第6章 框架内力组合 58
6.1 弯矩调幅 58
6.2 内力组合 59
第7章 框架梁、柱截面设计 59
7.1 梁端弯矩、剪力 59
7.2 柱端弯矩 60
第8章 楼梯结构设计计算 61
8.1 梯段板的计算 61
8.2 休息平台板的计算 62
8.3 梯段梁TL-1的计算 63
第9章 现浇楼面设计 64
9.1 荷载 64
9.1.1楼面板上荷载 64
9.1.2 屋面板上荷载（上人） 64
9.1.3 屋面板上荷载（不上人） 65
9.2 配筋计算 65
9.2.1楼面板配筋计算 65
9.2.2 屋面板配筋计算 71
第10章 基础设计 75
10.1 设计资料 76
10.2 独立基础设计 76
10.2.1 荷载计算 76
10.2.2 确定基础底面积 77
10.2.3 抗震验算 79
10.3 基础结构设计 79
10.3.1 荷载设计值 79
10.3.2 A柱 80
10.3.3 B柱 81
附录一 82
附录二 117
附录三 123
附表 135
摘 要
本设计是郑州市某高校图书馆的建筑与结构设计，该建筑为现浇钢筋混凝土框架结构。建筑总体型接近对称。此种较为规则的建筑体型不但便于施工，而且有利于结构抗震。
本设计的主要任务是由已有的建筑图、建筑总说明和地质报告对该建筑进行结构设计。包括结构概念设计和结构设计计算。在概念设计中，合理的选择了结构的体系并对结构的平面进行了布置，同时估算了梁柱的截面尺寸，选择了合适的基础布置形式。在概念设计完成后，选取横向一榀框架进行手算。其计算过程包括：荷载统计、水平地震作用、水平风荷载作用、竖向荷载作用以及活荷载作用下此一榀框架的内力计算、内力组合、梁柱截面设计。在计算书中还进行了板、楼梯的配筋计算和基础的设计,
另外运用PKPM结构设计软件对整体结构进行建模，得到整体框架结构内力信息，并以此信息对楼板及基础进行整体设计。最后用PKPM进行校核。
关键词：框架结构、 内力组合、 截面设计
Abstract
This paper describes the architecture and design of a university library in Zhengzhou City . The building is structure of cast-in-place reinforced concrete frame system. The symmetrical shape is not only convenient to the construction, but also is beneficial to the durability of the structure in earthquake.
This structural design is made according to the architecture design, chief architecture instruction and geologic report all of which are already in hand. It is included with concept design and structural calculation. In the concept design procession, the structure system is selected reasonedly and the plane layout of the structure is also chosen. Meanwhile the sectional dimension of beams and columns are estimated and the form of concrete foundation are prepared in this period. After the concept design procession, one piece of crosswise frame is selected for calculation by hand. The calculation procession includes: the load calculation, horizon earthquake effect calculation, horizon wind load calculation, vertical load calculation and live load calculation. And the frame internal force calculation, internal forces combination and section design of beams and columns are done in the structural calculation procession. There are also calculation for the slab reinforcement and design of foundation in the calculation sheet.
In addition, the structural design software PKPM is used for model building for the entire structural in order to get the overall structure internal force information which is used for the overall designing for the slab and the base. At last the PKPM is used to check the results of calculation by hand.
Keywords: Frame, Internal force combination, Cross section design
第1章 工程概况
(1) 工程名称：郑州市某高校图书馆
(2) 建设地点：郑州市区
(3) 建筑面积：4989.6mm2。
(4) 建筑高度：共21.45m,共5层,层高4.2m,室内外高差0.45m。
(5) 风雪条件：基本风压为0.45kN/m2（n=50年);基本雪压为0.40kN/m2（n=50年）。
(6) 工程抗震设防烈度：7度，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第二组，查《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010），抗震等级为三级。
(7) 工程地质：场地、地质情况：场地平坦、无障碍物，经地质、文物勘探，地质良好，地下无古代建筑，地基土为粘性土为主，建筑场地类别为Ⅱ类， 地基土承载力为180kN/m2。
(8) 材料选用：
混凝土：C30；
钢 筋：钢筋选用HPB300级、HRB400级；
墙 体：外墙、内墙均采用蒸压粉煤灰加气混凝土砌块（γ=5.5kN/m3）；
门 窗：塑钢窗（γ=0.45kN/m2），木门（γ=0.20kN/m2）。
第2章 结构选型与布置
2.1 结构承重方案选择
本工程采用现浇钢筋混凝土框架结构，建筑形状为一字型。
1. 梁﹑板﹑柱结构形式：现浇钢筋混凝土结构
2. 墙体厚度：外墙:200mm，内墙:200mm
3. 楼梯采用现浇板式楼梯
4. 基础采用柱下独立基础
2.2 结构布置
结合建筑的平面、立面和剖面布置情况，本图书馆的结构柱网平面布置如图2-1所示。
2-1结构柱网平面布置
第3章 框架计算简图及梁柱截面尺寸的确定
3.1 计算单元选取
框架计算单元如图3-1所示，取2号轴上的一榀框架计算。假设框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。由于各层柱的截面尺寸不变，故梁跨等于柱截面形心轴之间的距离。底层柱高从基础顶面算至二层楼面。如图3-2所示。
3.2 梁柱截面尺寸初定
根据《建筑抗震设计规范》第6.3.1，梁的截面尺寸，宜符合下列各项要求：
1、截面宽度不宜小于200mm；
2、截面高宽比不宜大于4；
3、为了避免发生剪切破坏，梁净跨与截面高度之比不宜小于4。
3.2.1 主梁尺寸
框架结构中梁截面高度h一般取计算跨度的1/12～1/8，当梁的负载面积较大或荷载较大时宜取上限值。同时为防止梁产生脆性破坏，梁的净跨与截面高度之比不宜小于4。梁的截面宽度可取梁高的1/3.5～1/2，同时不应小于200mm。
主梁截面尺寸的确定：
横向框架梁：h=(1/12～1/8)×6600=550～825（mm）, 取700mm；
b=(1/3.5～1/2)×700=171～300（mm）, 取 300mm。
纵向框架梁：h=(1/12～1/8)×7200=600～900 （mm）, 取700mm；
b=(1/3.5～1/2)×700=171～300（mm）, 取 300mm。
3.2.2 次梁尺寸
次梁截面高度取计算跨度的h=(1/18～1/12)×l。
次梁：h=(1/18～1/12)×6600=367～550（mm)，取 500mm；
b=(1/3.5～1/2)×500=129～250（mm）, 取250mm。
3-1计算单元
综上所述，在本设计中，梁截面尺寸初选如下：横向框架主梁的截面尺寸为（300×700）mm，纵向框架主梁的截面尺寸为（300×700）mm，次梁的截面尺寸为（250×500）mm。
3.2.3 柱截面尺寸
框架柱的截面尺寸一般根据轴压比限值按下列公式估算：
其中:N——柱组合的轴压力设计值,；
β——考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，边柱取1.3,不等跨内取1.25,等跨内柱取1.2；
gE——折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可根据实际计算，也可近似取12～15 kN/m2；
n——验算截面以上楼层层数；
F——按简支状态计算的柱的负载面积；
Ac——柱截面面积；
[μN]——框架柱轴压比限值，对一级、二级、三级抗震等级分别取0.65、0.75、0.85；
——混凝土轴心抗压强度设计值；
本工程抗震等级为三级，轴压比限值[μN]=0.85，各层重力荷载代表值近似取14.0 kN/m2。
中柱的负载面积: 7.2×6.6=47.52
边柱的负载面积：7.2×3.3=23.76
边柱：
中柱：
为了方便施工取边柱与中柱的截面相同，取柱截面为正方形，根据上述计算结果并综合考虑其他因素，本设计柱的截面尺寸为，此时Ac=360000mm2＞319846mm2,所以满足要求。
3.2.4 楼板尺寸
考虑跨高比和活载较大这两个因素：楼板厚度 b=(1/45～1/40)×3600=80～90（mm）。对于现浇楼板要求，则取板厚。
3.3 结构计算简图
计算简图见图3-2。
第4章 荷载计算
4.1 屋面横梁竖向线荷载标准值
4.1.1 屋面恒荷载标准值（上人）(图4-1a）
30厚细石混凝土保护层 24×0.03=0.72
三毡四油防水层 0.40
20厚水泥砂浆找平层 20×0.02=0.40
150厚水泥蛭石保温层 0.15×5=0.75
130厚钢筋混凝土板 0.13×25=3.25
V形钢龙骨吊顶 0.2
屋面恒载标准值为： 5.72
恒载作用下计算简图4-1（a）
梁自重
AB、BC、CD跨： 0.3×（0.7-0.13）×25=4.28
梁侧粉刷： 2×（0.7-0.13）×0.015×17=0.29
4.57
作用在顶层框架梁上的线恒载标准值为 ：
梁自重： g5AB1 =g5BC1= g5CD1= 4.57
板传来的荷载： g5AB2 =g5BC2= g5CD2= 5.72×3.6=20.59 4.1.2 屋面活荷载标准值（图4-1b）
4-1活载作用下结构计算简图(b)
作用在顶层框架梁上的线活荷载标准值为:
q5AB=q5BC=q5CD=2.0×3.6=7.2
4.2 楼面横梁竖向线荷载标准值
4.2.1 楼面恒载标准值
水磨石楼面：
12厚1：2水泥石子磨光
素水泥浆结合层一道
18厚1：3水泥砂浆找平层
0.65
130厚钢筋混凝土楼板 3.25
V形钢龙骨吊顶 0.2
楼面恒载标准值为： 4.10
梁自重 （AB、BC、CD跨） 4.28
梁侧粉刷 0.29
4.57
作用在楼面层框架梁上的线恒荷载标准值为:
梁自重： gAB1 =gBC1= gCD1= 4.57
板传来的荷载： gAB2 =gBC2= gCD2= 4.1×3.6=14.76
4.2.2 楼面活荷载标准值
如（图4-1b）所示
作用在楼层框架梁上的线活荷载标准值为：
q5AB=q5BC=q5CD=5.0×3.6=18
4.3 次梁受力
4.3.1屋面次梁
次梁自重： 0.25×（0.5-0.13）×25=2.31
梁侧粉刷： 2×（0.5-0.13）×0.015×17=0.19
2.50
次梁自重传给框架纵梁的集中荷载： 0.5×2.5×6.6=8.25
屋面板自重通过次梁传给框架纵梁的集中荷载:
9.6×1.8/2×5.72=49.42
次梁传给纵向框架梁的集中荷载： 57.67
活载通过次梁传给纵向框架梁的集中荷载： 9.6×1.8/2×2.0=17.28
4.3.2 楼面次梁
次梁自重传给框架纵梁的集中荷载 0.5×2.5×6.6=8.25
屋面板自重通过次梁传给框架纵梁的集中荷载
9.6×1.8/2×4.1=35.42
次梁传给纵向框架梁的集中荷载： 43.67
活载通过次梁传给纵向框架梁的集中荷载： 9.6×1.8/2×5.0=43.2
4.4 内外墙构造做法及恒载标准值
4.4.1 内墙
15厚1：3水泥砂浆 0.015×20=0.30
5厚1：2水泥砂浆 0.005×20=0.10
200厚加气混凝土砌块 0.2×5.5=1.1
1.5
4.4.1 外墙
15厚1：3水泥砂浆 0.015×20=0.30
内饰面（15厚1：3水泥砂浆，5厚1：2水泥砂浆 ） 0.40
3厚1：1水泥砂浆加水重20%白色乳胶镶贴 0.06
5厚陶瓷锦砖水泥砂浆擦缝 0.12
200厚加气混凝土砌块 1.1
1.98
4.5 屋面框架节点集中荷载标准值
4.5.1 恒载
边跨连系梁自重 0.3×(0.7-0.13)×7.2×25=30.78
粉刷 2×(0.7-0.13)×0.015×7.2×17=2.09
1.2m高女儿墙 1.2×7.2×1.98=17.11
连系梁传来屋面自重 3.6×1.8×5.72=37.07
次梁传给纵向框架梁的集中荷载 57.67
顶层边节点集中荷载 G5A=G5D=144.72
中柱连系梁自重 30.78
粉刷 2.09
连系梁传来屋面自重 3.6×1.8×2×5.72=74.13
次梁传给纵向框架梁的集中荷载 57.67×42=115.34
顶层中节点集中荷载 G5B=G5C=222.34
4.5.2 活载
Q5A=Q5D=3.6×1.8×2+17.28=30.24
Q5B=Q5C=3.6×1.8×2×2+17.28×2=60.48
4.6 楼面框架节点集中荷载标准值
计算简图见（图4-3）
4.6.1 恒载
边柱连系梁自重 30.78
粉刷 2×(0.7-0.13)×0.015×7.2×17=2.09
连系梁传来屋面自重 3.6×1.8×4.1=26.57
次梁传给纵向框架梁的集中荷载 43.67
103.11
中间层边节点集中荷载：
GA=GD=103.11
框架自重： G’A=G’D=0.6×0.6×4.2×25=37.80
中柱连系梁自重 30.78
粉刷 2×(0.7-0.13)×0.015×7.2×17=2.09
连系梁传来屋面自重 3.6×1.8×2×4.1=53.14
次梁传给纵向框架梁的集中荷载 2×43.67=87.34
173.35
中间层中节点集中荷载：
GA=GD=173.35
框架自重： G’B=G’C=0.6×0.6×4.2×25=37.80
4.6.2 活载
QA=QD=3.6×1.8×5+43.2=75.60
QB=QC=3.6×1.8×2×5+43.2×2=151.20
4.7 风荷载
已知基本风压W0 =0.45kN/m2，本工程为郑州市某高校图书馆，地面粗糙度属B类，按荷载规范。
风载体型系数：迎风面为0.8；背风面为–0.5，因结构高度H ＜30 m（从室外地面算起），取风振系数，计算过程（如表4-1所示），风荷载图（见图4-4）：
表 4-1风荷载计算
层次
βz
μs
Z(m)
μz
W0(kN/m2)
A(m2)
Pi(kN)
5
1.0
1.3
21.45
1.275
0.45
23.76
17.72
4
1.0
1.3
17.25
1.190
0.45
30.24
21.05
3
1.0
1.3
13.05
1.085
0.45
30.24
19.19
2
1.0
1.3
8.85
1.000
0.45
30.24
17.69
1
1.0
1.3
4.65
0.930
0.45
31.86
17.33
4.8 地震作用
4.8.1 建筑物总重力荷载代表值Gi的计算
（1）集中于屋盖处的质点重力荷载代表值G 5
50%雪载： 0.5×0.4×50.4×19.8= 199.58
层面恒载： 5.72×50.4×19.8=5708.10
横梁： 4.57×19.8×8 =723.89
次梁： 2.50×19.8×7=346.50
纵梁： 4.57×50.4×4=921.31
女儿墙： 1.2×1.98×（50.4+19.8)×2=333.59
柱重： 0.6×0.6×25×2.1×32=604.80
横墙： 282.74
纵墙： 273.04
（忽略内纵墙的门窗按墙重量算）
塑钢窗： 23.35
G5= 9416.90
（2）集中于三、四、五层处的质点重力荷载代表值G 4～G 2
50%楼面活载： 0.5×5.0×50.4×19.8=2494.80
楼面恒载： 4.1×50.4×19.8=4091.47
横梁： 723.89
次梁： 346.5
纵梁： 921.31
柱重： 0.6×0.6×4.2×25×32=1209.6
横墙： 282.74×2=565.48
纵墙： 273.04×2=546.08
塑钢窗： 23.35×2=46.7
G4=G3=G2=10945.83
（3） 集中于二层处的质点重力荷载标准值G1
50%楼面活载： 2494.80
楼面恒载： 4091.47
横梁： 723.89
次梁： 346.50
纵梁： 921.31
柱重： 1346.40
横墙： 629.43
纵墙： 607.84
塑钢窗： 46.70
G1=11208.34
4.8.2 地震作用计算
（1）框架柱的抗侧移刚度
在计算梁、柱线刚度时，应考虑楼盖对框架梁的影响，在现浇楼盖中，中框架梁的抗弯惯性矩取 I = 2I0；边框架梁取 I = 1.5I0；在装配整体式楼盖中，中框架梁的抗弯惯性矩取I = 1.5I0；边框架梁取I = 1.2I0，I0为框架梁按矩形截面计算的截面惯性矩。
表4-2 横梁、柱线刚度
杆件
截面尺寸
Ec
(kN/mm2)
I0
(mm4)
I
(mm4)
L
(mm)
(kN﹒mm)
相对刚度
B
(mm)
H
(mm)
边框架梁
300
700
30
8.57×109
12.85×109
6600
5.841×107
1
中框架梁
300
700
30
8.57×109
17.14×1010
6600
7.791×107
1.334
底层框架柱
600
600
30
10.8×109
10.8×109
5150
6.291×107
1.077
中层框架柱
600
600
30
10.8×109
10.8×109
4200
7.714×107
1.321
每层框架柱总的抗侧移刚度见表4-3
表4-3 框架柱横向侧移刚度D值
项目
根数
层
柱类型及截面
二 至 五 层
边框架边柱(600×600)
0.76
0.28
14.69
4
边框架中柱(600×600)
1.51
0.43
22.56
4
中框架边柱(600×600)
1.01
0.34
17.84
12
中框架中柱(600×600)
2.02
0.50
26.23
12
底 层
边框架边柱(600×600)
0.93
0.49
13.95
4
边框架中柱(600×600)
1.86
0.61
17.36
4
中框架边柱(600×600)
1.24
0.54
15.37
12
中框架中柱(600×600)
2.48
0.67
19.07
12
注：ic:梁的线刚度，iz：柱的线刚度。
底层： ∑D = 4×(13.95+17.36)+12×(15.37+15.07)=538.52
二～四层：∑D =4×(14.69+22.56)+12×(17.84+26.23)=677.84
（2）框架自振周期的计算
表4-4 框架顶点假想水平位移Δ计算表
层
Gi(kN)
∑Gi(kN)
∑D(kN/mm)
δ=∑Gi/∑D
（层间相对位移）
总位移Δ (mm)
5
9416.90
9416.90
677.84
13.89
251.74
4
10945.83
20362.73
677.84
30.04
237.85
3
10945.83
31308.56
677.84
46.19
207.81
2
10945.83
42254.39
677.84
62.34
161.62
1
11208.34
53462.73
538.52
99.28
99.28
则自振周期为：
: （考虑结构非承重砖墙影响的折减系数，对于框架取0.6）
（3）地震作用计算
根据本工程设防烈度7度、Ⅱ类场地土，设计地震分组为第二组，查《抗震规范》特征周期
Tg = 0.40 s，αmax = 0.12 （Tg<T1=0.512s<5Tg）
结构等效总重力荷载：
T1=0.512<1.4Tg = 0.56 s，故无需考虑框架顶部附加集中力作用。
框架横向水平地震作用标准值为：
结构底部：
各楼层的地震作用和地震剪力标准值由表4-5计算列出。
表4-5 楼层地震作用和地震剪力标准值计算表
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