7层框架大学公寓结构设计计算书.doc

一:建筑设计一般而言,一幢建筑物是由若干单体空间有机地组合起来的整体空间,任何空间都具有三度性。因此,在进行建筑设计的过程中,人们常从平面,剖面,立面三个不同方向的投影来综合分析建筑物的各种特征,并通过相应的图示来表达其设计意图。建筑的平面,剖面,立面设计三者是密切联系而又互相制约的。平面设计是关键,它集中反映了建筑平面各组成部分的牲及其相互关系,使用功能的要求,是否经济合理。除此之外,建筑平面与周围环境的关系,建筑是否满足建筑平面设计的要求,同时还不同程度地反映建筑空间艺术构思及结构布置关系等。一些简单的民用建筑,如办公楼,单元式住宅等,其平面布置基本上能反映建筑空间的组合。因此,在进行方案设计时,总是先从平面入手,同时认真分析剖面及立面的可能性和合理性,及其对平面设计的影响。只有综合考虑平,立,剖三者的关系,按完整的三度空间概念去进行设计,才能做好一个建筑设计。根据大庆地区的地理特点，考虑设计方案力求“功能适用、经济合理、造型美观、环境相宜”的原则，启智大学1号学生公寓采用框架结构，7层，造型力求美观，基础采用独立基础的形式，结构可靠，功能合理。考虑到学生的生活的休闲娱乐的需要，缓解学习的压力，放松心情，公寓在每层分别设置了大学生活动室；为满足学生日常生活的基本需求，公寓一层设置了商店。使主要使用房间和辅助使用房间都发挥了应有的作用。公寓内房间的布置和排列应该井然有序，交通空间应该连续顺畅，使学生日常生活得到便利，一旦发生事故可以迅速、安全地疏散，满足消防，地震等安全疏散的要求。公寓内设置三部楼梯，应该满足紧急情况下的人员疏散，满足建筑防火规范的规定。 建筑体型和立面设计是整个建筑设计的重要组成部分。外部体型和立面反映内部空间的特征，但绝不能简单地理解为体型和立面设计只是内部空间的最后加工，是建筑设计完成后的最后处理，而应与平、剖面设计同时进行，并贯穿于整个设计的始终。在方案设计一开始，就应在功能、物质技术条件等制约下按照美观的要求考虑建筑体型及立面的雏形。剖面设计确定建筑物各部分高度，建筑层数，建筑空间的组合与利用，以及建筑剖面中的结构、构造关系等。它与平面设计是从两个不同的方面来反映建筑物内部空间的关系。剖面设计研究竖向空间的处理。本公寓剖面形状为矩形，矩形剖面简单、规整、便于竖向空间的组合，容易获得简洁而完整的体型，同时结构简单，施工方便。建筑设计与结构设计是整个建筑设计过程中的两个最重要的环节，对整个建筑物的外观效果、结构稳定起着至关重要的作用。而二者之间又存在着相互协调、互相制约的关系。任何一个建筑设计方案，都会对具体的结构设计产生影响，而有限的结构设计技术水平又制约着建筑设计层次。因此，在做建筑设计的过程中，我们必须也要考虑到结构上的要求,有一定的结构方面基础，能与结构设计适当结合，相互调协，使二者相统一，才能创作出真正优秀的建筑设计作品。二:结构设计工程概况大庆市拟建7层大学生公寓楼，建筑面积11235.91m2，拟建房屋所在地的设计地震参数，s，基本雪压,基本风压，地面粗糙度为B类。自然地表下1m为填土，填土下层为5m粉质粘土，承载力标准值为,再下为10m粘土，承载力为,最大冻结深度为2.0m。地下水位为地表以下12m，无侵蚀性。1结构布置及计算简图该工程是建设在黑龙江省大庆市地区，框架结构房屋。主体结构部分共七层，层高为3.3米，外墙采用加气空心混凝土砌块，外墙400mm，内墙200mm，楼盖和屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构,外门为铝合金，其余为木门，抗震设防烈度为7度、场地类别为类。1. 1梁板的截面尺寸横梁： 截面高度h=L/12L/8=525mm788mm（其中L为跨度） 取h=550mm截面宽度b=h/3h/2=184mm275mm（h为梁的截面高度） 取b=250mm纵梁：截面高度h=L/12L/8=325mm488mm（其中L为跨度） 取h=400mm截面宽度b=h/3h/2=134mm200mm（h为梁的截面高度） 取b=250mm次梁：h=400mm，b=250mm梁板具体尺寸见表1.表1：梁板的截面尺寸横梁（bh）纵梁（bh）次梁（bh）板 1. 2柱截面尺寸框架为二级抗震等级，查表轴压比限值近似；单位负荷面积上的重力荷载代表值近似取，混凝土强度等级。边柱： ACN/Nfc=1.3(5.553.15) 127103/(0.814.3)=148336 mm2中柱： ACN/Nfc=1.25(5.554.15) 127103 /(0.814.3)=187911 mm2 N=Fgen柱的截面为正方形则边柱和中柱截面高度分别为385mm和433mm经综合分析，本工程各层柱的截面尺寸和混凝土强度等级见表2 表2：各柱的截面尺寸 层次截面尺寸（bh）混凝土强度 1 500mm500mm C30 27450mm450mm C30根据地质条件及层数等的条件,基础选用柱下独立基础，基础埋深取2.1m,取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线；梁轴线取至板底，则一层柱高h1=3.3+0.45+2.1-1.3-0.1=4.45m,二到七层取层高3.3m . 框架结构计算见简图如图3所示。 图3：框架结构计算简图2重力荷载计算2.1 屋面及楼面永久荷载标准值：屋面恒荷30厚细石混凝土保护层 220.03=0.660 三毡四油防水层 0.400 20厚水泥砂浆找平层 200.02=0.40 240厚膨胀珍珠岩板 30.24= 0.7220厚水泥砂浆找平层 200.02=0.4 100厚钢筋混凝土板 250.10=2.5 10厚水泥石灰膏砂浆打底 140.010 =0.14 合计： 5.220 楼面恒荷8厚陶瓷地砖 17.80.008=0.142 20厚干硬性水泥砂浆找平层 0.0220=0.4 现浇100厚钢筋混凝土楼板 0.1025=2.5 10厚水泥石灰膏砂浆打底 0.0114=0.14 合计： 3.182 卫生间、地面恒荷8厚陶瓷地砖 17.80.008=0.142 20厚干硬性水泥砂浆找平层 0.0220=0.4 现浇100厚钢筋混凝土楼板 0.1025=2.5 10厚水泥砂浆打底 0.0120=0.4 合计： 3.242 2.2 屋面及楼面可变荷载计算：上人屋面均布活荷载标准值： 2.0 屋面雪荷载标准值： 0.45 楼面活荷载标准值2.0卫生间活荷载标准值： 2.0 2.3 梁.柱.墙.门.窗重力荷载计算hn Ln分别表示梁截面净高和净跨度。g表示单位长度梁重力荷载梁柱可根据截面尺寸，材料容重及粉刷等计算出单位长度上的重力何载；对墙，门，窗等，计算出单位面积上的荷载。（计算结果见表3）表3 梁，柱重力荷载计算表层次构件b（m） h（m） gLinGGi KGi一边横梁0.250.55251.053.6095.800561172.202702.43中横梁0.250.55251.053.6091.50028151.578纵梁0.250.40251.052.6255.0501041378.65次梁0.250.40251.052.6257.1548478.80柱0.500.50251.106.8754.4501123426.5二七边横梁0.250.55251.053.6095.850561182.312744.88中横梁0.250.55251.053.6091.55028156.631纵梁0.250.40251.052.6255.151041405.95次梁0.250.40251.052.6257.15148478.80柱0.450.45251.105.5693.3112 2058.30外墙：10厚水泥砂浆罩面 200.01=0.2 60厚苯板保温层 0.1 15厚水泥砂浆 200.015=0.3 400厚加气混凝土砌块 70.4=2.8 20厚水泥砂浆找平 0.0220=0.4 合计： 3.80 内墙：双侧5厚水泥砂浆罩面 0.005142=0.14 双侧12厚水泥砂浆罩面 0.013142=0.364 200厚加气混凝土砌块 70.2=1.40 合计： 1.904 女儿墙：6厚水泥砂浆罩面 0.00620=0.12 12厚水泥砂浆罩面 0.01220=0.24 200厚加气混凝土砌块 70.2=1.40 20厚水泥砂浆找平层 0.0220=0.40 合计： 2.16 木门： 0.2 铝合金门： 0.4 塑钢窗： 0.45 普通钢板门： 0.45 2.4重力荷载代表值结构分析时采用的计算简图如图1所示，集中于各质点的重力荷载代表值GI 为计算单元范围内各层楼面的重力荷载代表值及上下各半层的墙柱等的重力荷载，屋面和楼面活荷按实际情况取，取1.0。 各层重力荷载代表值 一层墙的重力荷载:外墙 楼梯外墙 内墙 门窗 1.51.58=18 1.22.1+2.42.4+1.82.1=12.06KN 楼面重力荷载: 3.182106.30014.6-6.33.92-6.34.5=4860.91 =+=4408.5KN二层六层:因为计算方法与第一层的计算方法一样,故计算过程从略,计算结果如下 楼面重力荷载: 4860.91KN七层: 楼面重力荷载: 各质点的重力荷载代表值GI见表4表4：各质点的重力荷载代表值GI质点1234567Gi16271.59715635.33115635.33115635.33115635.33115635.33116711.2563框架侧移刚度验算3.1横向框架线刚度 梁的线刚度其中为混凝土弹性模量；为梁的计算跨度；为梁截面惯性矩现浇楼面中框架梁取2.0，边框架梁取，为梁矩形部分的截面惯性矩；各层各跨梁线刚度计算见表5。各层计算柱的线刚度，其中为柱的截面惯性矩，h为框架柱的计算高度，结果见表6。 表5：横梁的线刚度ib计算表类别层次EcbhI0Ec I0/L1.5EcI0/L2 Ec I0/L边横梁172505506300过道梁172505502000表6:各层计算柱的线刚度ic计算类 别层次 Ecbh柱144502733003.2 各柱的侧移刚度柱的侧移刚度D值按下式计算： 式中，为柱侧移刚度修正系数，对不同情况按照表柱的侧移刚度修正系数取值。计算结果见表79。表7：中框架侧移刚度D计算表层 次 边柱（46） 中柱（46）cDi1cDi210.9400.490104203.9050.7461587012093402 70.5580.21874604.4140.688235401426000表8：边框架柱侧移刚度D计算表层 次A-1,D-1,A-28,D-28C-1,B-1,C-28,B-28Di10.7050.44594604.6990.77616510 1038802 72.5140.557190603.3100.62321320 161520 表9：楼梯间柱侧移刚度D计算表层次A-6,A-7,A-22,A-33D-13,D-14B-6,B-7,B-22,B-23C-13,C-14Dij10.7050.44594604.6990.776165101432742 72.5140.557190603.3100.62321320200004表10：横向框架侧移刚度D计算表层次1234567Dij1456494178752417875241787524178752417875241787524Di /D2=1456494/1787524=0.810.7故该框架为规则框架4 横向水平荷载作用下框架结构的内力计算和侧移计算4.1横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算4.1.1横向自振周期计算结构顶点的假象侧移计算由下列公式计算 为集中在k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菏载而得的第i层的层间剪力；为第i层的层间侧移刚度；、分别为第i、k层的层间侧；s为同层内框架柱的总数。计算结果见表11。表11：结构顶点的假象侧移计算层次Gi VGi Diui ui716711.25616711.25617875249.3263.5615635.33132346.587178752418.1254.2515635.33147981.918178752426.8236.1415635.33163617.249178752435.6209.3315635.33179252.580178752444.3173.7215635.33194887.911178752453.1129.4116271.597111159.508145649476.376.3 按式计算基本周期，其中的量纲为m，取，则 4.1.2水平地震作用及楼层地震剪力计算用底部剪力法计算水平地震作用结构水平地震作用标准值Geq ： 二类场地第二分组值，查表 =0.4s T1 =0.611s T15 所以应考虑顶部附加水平地震作用顶部附加地震作用系数: 各个质点的水平地震作用按式中：分别为集中于质点的重力荷载代表值；分别为质点的计算高度； 表12：横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次724.2516711.2564052470.09467.7467.7620.9515635.3313275600.07363.77831.47517.6515635.3312759630.06311.81143.27414.3515635.3312243660.05259.831403.1311.0515635.3311727700.04207.861610.9627.7515635.3311211730.03155.91766.8614.4516271.597724080.02103.931870.79各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度分布图见图4 a（水平地震做用分布） b（层间剪力分布）图4：横向水平地震作用及楼层地震剪力 4.1.3水平地震作用下位移验算：表13：横向水平地震作用下位移验算层次7467.717875240.2625.32533001/125956831.4717875240.4655.06333001/709651143.2717875240.644.59833001/515641403.117875240.7853.95833001/420331610.9617875240.9013.17333001/366221766.8617875240.9882.27233001/334011870.7914564941.2841.28444501/3465由上表可见最大层间弹性位移发生在地二层，其值为1/33401/550，满足要求4.1.4水平地震作用下框架内力计算表14a：各层柱端弯矩及剪力计算 层次/m/KN边柱y73.3467.7178752474601.950.5580.554.701.7363.3831.47178752474603.470.5580.738.363.0953.31143.27178752474604.770.5580.7311.494.2543.31403.1178752474605.860.5580.7314.125.2233.31610.96178752474606.720.5580.7316.195.9923.31766.86178752474607.370.5580.7317.756.5714.451870.7914564941042013.380.9400.6538.7020.84表14b：各层柱端弯矩及剪力计算 层次/m/KN中柱y73.30467.71787524235406.164.4140.418.8312.063.30831.4717875242354010.954.4140.4616.6219.5153.301143.2717875242354015.064.4140.4623.0126.8443.301403.117875242354018.484.4140.5030.4930.4933.301610.9617875242354021.24.4140.5034.9834.9823.301766.8617875242354023.274.4140.5038.438.4014.451870.7914564941587020.383.9050.5549.8840.81 梁端弯矩，剪力及柱轴力分别按下列各式计算： 式中：分别表示节点左、右梁的线刚度；分别表示节点左、右梁的弯矩；为柱在i层的轴力，以受压为正。表19：梁端弯矩，剪力及柱力轴计算层次边梁走道梁柱轴力边柱N中柱N71.737.566.31.484.444.4424.44-1.48-2.9667.7917.546.34.0210.310.3210.3-5.5-9.24512.6127.386.36.3516.0816.08216.08-11.85-18.97416.7133.716.38.019.7919.79219.79-19.85-30.76320.1141.256.39.7424.2224.22224.22-29.59-45.24222.7646.236.310.9527.1527.15227.15-40.54-61.44138.5949.96.314.0529.3129.31229.31-54.59-76.7 水平地震作用下框架的弯矩图、梁端剪力及柱轴力图见图5。4.2横向水平荷载作用下框架结构内力和侧移计算4.2.1风荷载标准值 风荷载标准值按照式计算，式中：为基本风压，由菏载规范查得，（迎风面），（背风面）。B类地区，查得；, (a)框架弯矩图(KNm) （b）梁端剪力及轴力图(KN) 图5左地震作用下框架弯矩、梁端剪力及柱轴力图，查得脉动系数=1.28。取轴线，其负载宽度为3.9m，则沿房屋的计算高度的分布风荷载标准值计算结果见表20。表20：沿房屋高度分布的风荷标准值层次724.251.001.3221.4073.1921.995620.950.8641.2501.3722.9431.839517.650.7281.1981.3272.7281.705414.350.5921.1221.2842.4721.545311.050.4561.001.2452.1361.33527.750.321.001.1722.0111.25714.450.1841.001.1001.8881.180菏载规范规定，对于高度不大于30m且高宽比大于1.5的房屋结构应采用风振系数来考虑风压脉动的影响，本例房屋高度，但 图6：框架上的风荷载 。由表20可见在1.101.407范围内变化，即风压脉动的影响较大。因此该房屋应考虑风压脉动的影响。框架结构分析时，应按静力学等效原理将图6(a)的分布荷载转化为节点集中荷载，如图 6(b)所示。4.2.2风荷载作用下水平位移计算表21：风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算层次12345677.779.8110.5811.9813.2714.3712.7780.5572.7862.9752.3940.4127.1412.771209341426001426001426001426001426001426000.6670.510.4410.3670.2830.190.090.6671.1771.6181.9852.2682.4582.5481/66711/64701/74821/89911/116601/173681/36666最大层间位移1/500满足规范要求4.2.3 风荷载作用下框架结构内力计算 风荷载作用下框架结构内力计算过程与水平地震的相同，计算结果见表22、表23、图7。表22(a)：各层柱端弯矩及剪力计算层次/m/KN边柱y73.312.1714260074600.670.5580.551.220.9963.327.1414260074601.420.5580.733.421.2653.340.4114260074602.110.5580.735.081.8843.352.3914260074602.740.5580.736.602.4433.362.9714260074603.290.5580.737.932.9323.372.7814260074603.810.5580.739.183.404.4580.55120934104206.940.940.6520.0710.81 表22(b)：各层柱端弯矩及剪力计算层次/m/KN中柱y73.312.77142600235402.114.4140.412.854.163.327.14142600235404.484.4140.466.87.9853.340.41142600235406.674.4140.4610.1311.8943.352.39142600235408.654.4140.5014.2714.2733.362.971426002354010.394.4140.5017.1417.1423372.781426002354012.014.4140.5018.01518.01504.580.551209341587010.573.9050.5525.8721.17表23：端弯矩，剪力及柱力轴计算层次边梁走道梁柱轴力边柱N中柱N70.991.56.30.42.62.62.02.6-0.4-2.262.483.966.31.026.876.872.06.87-1.42-7.9855.306.836.31.9311.8611.862.011.86-3.35-17.9147.528.926.32.9315.4815.482.015.48-6.28-30.4639.5311.486.33.3319.9319.932.019.93-9.61-47.06211.3312.856.33.8422.3122.312.022.31-13.45-65.63119.9914.336.35.4524.8624.862.024.86-18.9-85.04图7 横向框架在风荷载作用下的弯矩、梁端剪力和柱轴力图5. 竖向荷载作用下框架结构的内力计算5.1 横向框架内力计算5.1.1计算简图 图8：横向框架计算单元 取轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为3.9m，如图8所示。5.1.2 荷载计算5.1.2.1 恒荷计算 在图9中，代表横梁自重，为均布荷载形式。对于第7层 分别为房间和走道梁传给横梁的梯形荷载和三角形荷载，由图8所示几何关系可得 分别代表为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载，它包括梁自重、楼板重和女儿墙等的重力荷载，计算如下 集中力矩对26层，包括梁自重和其上横墙自重，为均布荷载。其他荷载计算方法同第6层，结果为 对于第一层:恒荷载作用下各层框架上的荷载分布如图9所示。计算结果汇总见表24。5.1.2.2 活荷的计算：活荷载作用下各层框架上的荷载分布如图10所示。对于第7层 同理，在屋面雪荷载作用下： 对于26层:对于第1层:对于1到7层活荷载的计算结果见表25。24：横向框架恒荷载汇集表层次73.6093.60910.17910.4444.03329.474.4032.947268.8453.6096.26.36481.6540.738.1654.07318.8453.6096.26.36485.7345.8610.725.73 25：横向框架活荷载汇集表层次73.9(0.39)4.0(0.4)7.6(0.76)5.8(0.58)0.76(0.076)0.58(0.058)263.94.07.65.80.760.5813.94.07.65.80.950.725 5.1.3.2 内力计算 梁端、柱端弯矩采用弯矩二次分配法计算。由于结构和菏载均对称，故计算时用半框架。计算过程如图11，所得弯矩如图12。计算结果见表26，表27。图11 横向框架弯矩的二次分配法图12 竖向菏载作用下框架弯局图表26：恒荷载作用下梁端剪力及轴力层次菏载引起剪力弯矩引起剪力总剪力柱轴力AB跨BC跨AB跨BC跨AB跨BC跨A柱B柱733.168.83-0.21032.9533.378.8376.98395.3671.6790.05641.136.79-0.28040.8541.416.79122.5140.8888.93107.31541.136.79-0.33040.841.466.79122140.3888.98107.36441.136.79-0.33040.841.466.79122140.3888.98107.36341.136.79-0.33040.841.46