框架结构计算书

本科毕业设计第1页共74页第一章工程概况1.1工程概况:1.工程名称：河北赵县职业中学教学楼设计2.建筑类型：采用钢筋混凝土框架结构。3.建筑高度：六层教学楼，高度20.8米。4.抗震设防：建筑地点按7度设防，处在设计地震第一组，三级抗震。5.基本风压：ω0=4.0N/m2。6.基本雪压：s0=0.35KN/m2。7.建筑场地类别为Ⅱ类。8.活荷载：屋面0.5kN/m2楼面2.0kN/m2走廊2.5kN/㎡。第二章设计依据和原则2.1设计依据1.人体尺度和人体活动所需的空间尺度。2.(1)建筑物中设备的尺寸，踏步、窗台、栏杆的高度，门洞、走廊、楼梯的宽度和高度，以至各类房间的高度和面积大小。都和人体尺度以及活动所需的空间尺度直接或间接有关，因此人体尺度和人体活动所需的空间尺度，是确定建筑空间的基本依据之一。（2）办公用品、设备的尺寸和使用它们必要的空间。（3）温度、湿度、日照、雨雪、风向、风速等气候条件。（4）地形、地质条件和地震烈度。3.本设计为地震区的房屋。设计时主要考虑：选择对抗震有利的场地和地基。房屋设计的体型，应该尽可能规整，简洁，避免在建筑平面及体型上的凸凹。采用必要的加强房屋整体性的构造措施，不做或少做地震时容易倒塌脱落的建筑附属物，女儿墙等须作加固处理。从材料选用和构造做法上尽可能减轻建筑物的自重，特别是减轻屋顶和围护墙的重量。4.建筑模数和模数制。2.2设计原则1．满足建筑物的功能要求。为人们的生产和生活活动创造良好的环境，是建筑设计的首要任务。合理设置门窗洞口的大小，合理安排厕所办公室以及会议室的位置大小，采光和通风要好。采用合理的技术措施正确选用建筑材料，根据建筑空间组合的特点，选择合理的结构、施工方案，使房屋坚固耐久、建造方便、缩短工期。本科毕业设计第2页共74页``2.具有良好的经济效果。建造房屋是一个复杂的物质生产过程，需要大量的人力、物力和资金，在房屋的设计和建造中，要因地制宜、就地取材，尽量做到节省劳动力，节约建筑材料和资金。设计和建造房屋要有周密的计划和核算，重视经济领域的客观规律，讲究经济效果。房屋设计的使用要求和技术措施，要和相应的造价、建筑标准统一起来。3．考虑建筑美观要求。建筑物是社会的物质和文化财富，它在满足使用要求的同时，还需要考虑如人们对建筑物在美观方面的要求，考虑建筑物所赋予人们在精神上的感受。建筑设计要努力创造具有我国时代精神的建筑空间组合与建筑形象。历史上创造的具有时代印记和特点的各种建筑形象，往往是一个国家、一个民族文化传统宝库中的重要组成部分。4.符合总体规划要求。单体建筑是总体规划中组成部分，单体建筑应符合总体规划提出的要求。建筑物的设计还要充分考虑和周围环境的关系，例如原有建筑的状况，道路的走向，基地面积大小以及绿化等方面和拟建建筑物的关系。新设计的单体建筑，应是所在基地形成协调的室内外空间组合、良好的室外环境。2.3建筑方案的选择根据设计资料可选用框架结构。框架结构是由梁和柱刚性连接的骨架结构，其传力途径为板→梁→柱→基础→地基。选择依据：1.优点多：①钢筋混凝土造价低，材料资源丰富，易于就地取材。②耐久性好，不需要经常保养和维修。③耐火性好。④整体性好，对于抵抗地震作用具有较好的性能。具有可塑性，可以根据需要浇制成各种形式和尺寸的构件。⑤合理的发挥材料性能，节约钢材，降低造价。2.建筑功能强：框架结构建筑平面布置灵活，可以做成有较大空间的房间，而且分隔灵活，也可以用隔墙分隔成小空间，或拆除隔墙改为大房间，使用灵活。外墙采用非承重墙体，使立面设计灵活多变，可采用轻便隔墙和外墙，可大大降低房间自重，节约材料。3.从结构的受力性能来分析：对于地震地区来说，框架结构，不仅受竖向荷载，还受水平地震作用，在水平力作用下，框架的侧移由两部分组成，第一部分由梁柱的弯曲变形产生，第二部分由柱的截面尺寸变形产生（弯曲变形）框架的抗侧移刚度主要取决于梁柱的截面尺寸。通常，梁柱截面惯性矩小，侧向变形较大。2.4.建筑体型的设计1.反映建筑功能要求和建筑类型的特征：不同功能要求和建筑类型，具有不同的内部空间组合特点，房间的外部形象也相应地表现这些建筑类型的特征。本设计底层为超市和餐厅，本科毕业设计第3页共74页``上面几层均为写字楼，在顶层设有大会议室。为了满足大会议室超市和餐厅的需要，体形上采用底层和顶层高于标准层。另外由于该建筑物层数高于四层，根据防火要求至少应设置两部落地楼梯。而室内落地楼梯只有一部所以在建筑物的两侧设置两个外挂楼梯。2.结合材料性能、结构构造和施工技术的特点：该结构为钢筋混凝土结构，墙体为粉煤灰加气混凝土砌块围护墙。由于墙体并不承重，所以立面上门窗的设置和开启游乐很大的灵活性。可以在不同的层或同一层不同的位置采用不同的窗户，有的可以用横向有的可以用纵向的窗户。柱子采用外露的柱子。形成节奏鲜明的立面构图，显示了框架房屋的外形特点。以高强度的钢材、钢筋混凝土等材料构成的空间结构，不仅为室内的大型活动提供了理想的使用空间，同时各种形式的空间结构也极大的丰富了建筑物的外部形象。是建筑物的体形和立面能够结合材料的力学性能，具有很好的表现力。3、掌握建筑标准和相应的经济指标：建筑体形和立面的设计，应该遵循设计方针政策，根据房屋的使用性质和规模、严格掌握国家规定的建筑标准和经济指标。建筑外型设计的任务，应该在合理满足使用要求的前提下，用较少的投资建造起简洁、明朗、朴素、大方以及和周围环境协调的建筑物来。4、适应基地环境和建筑规划的群体布局：单体建筑是规划群体中的一个局部，拟建房屋的体型、立面、内外空间组合以至建筑风格等方面，要认真考虑和规划中建筑群体的配合。同时，建筑物所在地区的气候、地形、道路、原有建筑物以及绿化等基地环境，也是影响建筑体型和立面设计的重要因素。5、符合建筑造型和立面构图的一些规律：必须符合建筑造型和立面构图的一些规律，例如比例尺度、完整均衡、变化统一，以及韵律和对比等等。2.5平面的设计1.使用房间的设计要求：（1）房间的面积、形状和尺寸要满足室内实用活动和家具、设备合理布置的要求。（2）门窗的大小和位置，考虑房间的出入方便，疏散安全，采光通风良好。（3）房间的构成应使结构构造布置合理，施工简便，也要有利于房间之间的组合，所用材料要符合相应的建筑标准。（4）室内空间以及地面、墙面和构件细部，要考虑人们的使用和审美要求。本科毕业设计第4页共74页``2.使用房间的面积、形状和尺寸：使用房间面积的大小主要是考虑房间内部活动的特点、使用人数的多少等。为了满足敞开式办公的使用要求可以在两端设置两个较大的办公室。另外还要满足人们对室内空间的观感，这也是确定房间平面形状的和尺寸的重要因素。3.门窗在房间平面中的布置：门窗的大小和数量是否恰当，它们的位置和开启方式是否合适，对房间的平面使用效果也有很大影响。（1）门的宽度、数量和开启方式房间平面中门的最小宽度，是由通过人流多少和搬进房间家具、设备的大小决定的。该设计中房间内门的宽度取1000mm，门的数量根据防火要求如果室内人数多于50人或房间面积大于60平方米时至少需要两个门。门厅对外出入口的总宽度，应不小于通向该门厅的过道、楼梯宽度的总和。（2）房间平面中门的位置，房间平面中门的位置应考虑室内交通路线简洁和安全疏散的要求，门的位置还对室内使用面积能否充分利用、以及组织室内穿堂风等关系很大。门一般设置在紧贴墙，不设置垛。房间平面中门的位置，写字楼房间门至安全出口的最大距离应为40m。（3）窗的大小和位置房间中窗的大小和位置，主要根据室内采光、通风要求来设置。采光方面，窗的大小直接影响到室内照明是否足够，窗的位置关系到室内照度是否均匀。4.辅助房间的平面设计，厕所等辅助房间通常是根据建筑物的使用特点和使用人数的多少，先确定所需设备的个数。根据计算所得的设备数量，考虑在整幢建筑物中厕所的粪检情况，最后在建筑平面组合中，根据整幢房屋的使用要求适当调整并确定这些辅助房间的面积、平面形势和尺寸。2.6立面的设计建筑立面是表示房屋四周的外部形象。立面设计是由许多构部件所组成的。恰当的确定立面中组成部分和构部件的比例和尺度，运用节奏韵律、虚实对比等规律，设计出体型完整、形式与内容统一的建筑立面，是立面设计的主要任务。1尺度和比例：尺度正确和比例协调，是使立面完整统一的重要方面。比例协调首先要求结构和构造的合理性，同时也要符合立面构图的美观要求。2节奏感：突出墙面的柱子简单的把立面进行了竖向划分。使整个结构既整体统一又富有节奏变化。3材料质感和色彩配置：材料采用白色瓷砖贴面，平整而光滑的瓷砖，感觉比较轻巧。以白色为主的立面色调，常使人感觉明快、清新。本科毕业设计第5页共74页``第三章结构计算和结构构件尺寸的确定3.1结构布置及计算简图的确定根据该房屋的使用功能及建筑设计的要求，进行了建筑平面、立面及剖面设计，填充墙采用200㎜，楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取120mm。根据房屋使用要求，层高为3.3m（底层高度由基础顶面算至一层楼板底面，基础顶面标高是根据室内外高差0.45m，场区地质条件有填土层0.55m等确定的）。3.2选择承重方案该建筑为教学楼，房间布局较为整齐规则，且教学楼不需要考虑太大空间布置，竖向荷载的传力途径：楼板的均布活载和恒载经次梁间接或直接传至主梁，再由主梁传至框架柱，最后传至地基。根据以上楼盖的平面布置及竖向荷载的传力途径，本办公楼框架的承重方案为横向框架承重方案，这可使横向框架梁的截面高度大，增加框架的横向侧移刚度。所以采用横向框架承重方案，四柱三跨不等跨的形式。柱网布置形式柱网图3-1。图3-1柱网图取3轴为一榀框架3.3梁、柱截面尺寸估算横梁：mmlh875~5837000121~81121~81,取mmh600mmhb300~20060031~2131~21,取mmb300本科毕业设计第6页共74页``纵梁:mmlh625~4175000121~81121~81取mmh600mmhb300~20060031~2131~21取mmb300次梁：mmlh417~3675000181~121181~121取mmh400mmhb200~13340031~2131~21取mmb200各层梁截面尺寸及混凝土强度等级如下表，表3-1梁截面尺寸(mm)及各层混凝土强度等级层次混凝土强度等级横梁b×h纵梁次梁AB跨，CD跨BC跨1～6C353006003004003006002004003.4柱的截面尺寸估算根据柱的轴压比限值按下列公式计算:a)柱组合的轴压力设计值N=FgEn注：β考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数,边柱取1.3，中柱取1.25；[μN]F按简支状态计算柱的负载面积；gE为折算在单位面积上的重力荷载代表值，近似的取（12～15）kN/m2；n为验算截面以上的楼层层数。A=N/([μN]fc)注：[μN]为框架柱轴压比限值，本方案为三级抗震等级，查《建筑抗震设计规范GB50011-2001》取0.9。本科毕业设计第7页共74页``fc为混凝土轴心抗压强度设计值，C35为16.7N/mm2。b)计算过程：对于边柱：N=FgEn=1.3×3.5×5×15×6×10³=2047500NA=128443mm²对于中柱：N=FgEn=1.25×5×5×15×6×10³=2900390NA=185255mm²取柱子截面为正方形，则边柱和中柱截面高度分别为358mm和430mm。根据上述结果，并综合考虑其它因素，本设计柱截面尺寸取值如下：1～6层600mm600mm基础选用柱下独立基础，基础顶面距室外地面为550mm。框架结构计算简图，取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板顶，2～6层高度即为层高，取3.6m；底层柱高度从基础顶面取至一层板顶，即h1＝3.6