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第一章 设计说明 2
1.1 工程简介 2
1.2 建筑方案论述 2
1.3 结构方案论述 4
第二章 计算简图构件尺寸 6
2.1框架布置图 6
2.2 构件初步估算 7
2.3 框架立面计算简图 9
2.4 梁柱线刚度计算 9
第三章 荷载计算 12
3.1 恒载计算 12
3.2 活载计算 19
3.3水平地震计算及验算 23
第四章 内力计算 28
4.1恒载内力计算 28
4.2活载内力计算 39
4.3地震内力计算 53
第五章 内力组合 59
5.1竖向荷载弯矩调整 59
5.2梁内力组合 62
5.3柱内力组合 66
第六章 框架梁柱设计 71
6.1框架梁 71
6.2框架柱 78
第七章 楼梯设计 88
7.1基本信息 88
7.2楼梯板计算 89
7.3平台板计算 89
7.4平台梁计算 90
第八章 基础设计 92
8.1 锥形基础设计（A轴柱） 92
第九章 PKPM计算和手算对比.............................................................95
第一章 设计说明
1.1 工程简介
本工程名称：R21常州市淹城初级中学教学楼A栋结构设计
本工程地址：常州市
建筑设计使用年限：50年
1.2 建筑方案论述
．建筑设计程序
建筑设计的具体内容可拆分为三个不同的阶段，分别为方案设计、初步设。对于学院要求较为简单的框架结构设计，经指导老师的同意，可以将其中的两个件阶段，方案设计阶段与初步设计阶段合并为一个设计阶段，在方案设计通过各自的指导老师审批合格后则可直接进入施工图的设计阶段。而其中较为困难的设计任务，任然需要在“施工图设计”与“初步设计”中增加相应的技术设计。
- 设计前的准备工作
建筑设计是一项复杂而细致的工作，涉及的学科较多，也要考虑到实用性等相关因素的影响。最终为了保证毕业设计的质量，在我们使用电脑CAD作图前也需要做出足够的准备，其中的内容包含透彻的理解学院下发的建筑结构设计任务书、广泛深入地进行调查研究、到图书馆收集必要的设计基础资料等几方面的工作。
首先应该熟悉设计任务书。设计任务书是经学院审批提供给各位同学进行设计的依据性文件。
经过一定的调查了解，到图书馆查询相关的建筑结构设计数据。除开学院提供的建筑结构设计任务书以外，也应该对直接影响到我们建筑结构设计的相关必要因素进行调查与研究，收集与该设计建筑有关的原始数据和需要的建筑设计资料，主要内容包含：项目所处环境、地勘报告、当地气候条件、城市建设设施、交通道路、当地的施工特点。上述所有资料查阅及收集之后还应思考与研究。调查同类建筑在使用过程中出现的情况，通过分析总结，全面掌握所设计建筑物的特点和要求，分析了解设计任务书提供的地区环境等。
- 方案设计
方案设计是供指导老师审阅选择而提供的设计文件，同时也是进行施工图设计的初步依据。方案设计主要表达的是设计人员的初步构想，即按照学院提供的建筑结构设计任务书的相关条件和查阅的相关必要信息，并综合考虑当地的条件，结合当地的建筑风格与施工习惯，对建筑体现当地民族特色，整体总图的布局，进行最为合理的安排。
- 初步设计
在方案设计完成以后，应该进一步思考建筑结构专业的冲突，合理的解决两个专业在技术方面存在的矛盾，尽量取得两个专业的协调与统一，并为之后的施工图打下基础。
初步设计文件应有一定的深度以满足指导老师的审查、工程符合实际等方面的要求。
- 施工图设计
在建筑初步设计得到各自的指导老师指导并认可后，则可进行建筑施工图设计。进行施工图设计是将初步设计中需要进一步表达的内容，例如：细部尺寸，做法大样，门窗统计等进行清晰的呈现；把需要体现出的建筑结构设计任务书中的要求更好的体现到施工图中，使最终上交图纸能够意思表达准确，施工内容清晰，图面质量美观。
2.建筑设计步骤
1）根据提供的任务书要求设计建筑具体层数，每层面积，轴网尺寸及柱子布置。
2）根据建筑类别分析其使用功能，使其设计满足基本活动空间、使用空间等要求，例如设计学校，首先满足教学活动需要，妥善安排教师办公、备课、等辅助用房的需求。然后根据其功能绘制墙体、窗户、门等细部构件。
3）根据各层平面图绘制建筑前后左右立面图外墙轮廓、室外地坪，并根据平面图中门窗等构件的具体位置画出相应的细部构件外形轮廓。
4）根据平面图剖切线位置绘制剖面图外墙轮廓线、室外地平线，画出楼板屋面的构造厚度，并画出所剖切位置处楼梯的详细构件尺寸。
5）根据平面图中的楼梯绘制楼梯详图，确定相应构件的详细尺寸，例如踏步高宽，休息平台宽度等，并绘制出楼梯具体上楼箭头。
6）根据任务书要求以及相关建筑构造规范做法编制建筑设计总说明，分项列出屋面楼面墙面构造做法，标识建筑单层面积、建筑总面积、建筑总高度等信息。
1.3 结构方案论述
1.结构设计步骤
综合考虑该设计建筑高度、平面轮廓、设计地域条件、风荷载以及地震等信息，采用框架结构，综合分析出结构规则、长宽比不大、抗侧向力要求不大对抗震有利，具体设计方法步骤如下：
1）根据任务书要求选择相应的结构体系，从结构体系上分，常用的抗侧力体系有：悬挂结构、框架结构及剪力墙结构等。根据相关方法确定该设计采用框架结构体系。根据墙柱以及建筑轴网确定结构平面布置图，根据梁柱布置确定构件截面尺寸，计算梁柱线刚度大小以及框架柱抗侧刚度。
2）在该设计体系当中包含有水平荷载与竖向荷载，其中恒载与活载属于竖向荷载，根据荷载传递规则计算框架梁上的线荷载、现浇板传递给框架梁上的线荷载、框架节点处或者梁相交处的集中荷载。水平荷载包括风荷载以及地震作用下的荷载，风荷载计算将框架节点受荷范围的风荷载集中到框架节点处，并根据计算的数据求出层间的剪力，拟采用底部剪力法求地震下的层间剪力，水平荷载作用下的层间侧移比小于1/550。
3）在该设计当中竖向荷载可采用弯矩二次分配法、分层法与迭代法等。水平荷载计算方法也可以采用多种，其中包含改进反弯点法-D值法和反弯点法。
4）内力组合，根据各方向荷载组合结果选组合数据最大值对最不利截面进行梁柱配筋计算，柱配筋选取最不利三组组合进行计算，最终选最大值进行配筋。
5）该设计中板长/边≥3时采用单向板计算方法计算配筋和内力，其余情况均按照双向板计算方法进行计算。
6）现浇楼梯采用拆分计算，梯段按简支梁计算，平台板按单向板计算，平台梁按两端简支梁计算。
7）基础设计包括基础尺寸估算,地基承载力验算等。
2.结构设计规范
1）
2）
3）
4）
5）
3.建筑使用活载标准值
楼面活荷载：教室活荷载2.5kN/m²、教学楼走廊活荷载3.5kN/m²。
楼梯间：3.5kN/m2
上人屋面：2kN/m2
4.设计使用材料
梁/柱：混凝土C30，钢筋HRB400，箍筋HPB300
板：混凝土C30，钢筋HRB400
楼梯：混凝土C30，钢筋HRB400
基础：混凝土C30，钢筋HRB400
5.场地气候条件
基本风压（50年一遇）：0.4kN/m2
基本雪压（50年一遇）：0.35kN/m2
地面粗糙类别：B类
未修正的承载力特征值：200kPa（持力层：粉质粘土）
场地类别：III类
抗震设防类别：7度
地震加速度：0.10g
地震分组：第一组
抗震等级：三级抗震
第二章 计算简图构件尺寸
2.1框架布置图
根据房屋的使用功能及建筑的设计要求，梁柱以及轴网布置图如图2-1，选⑨号轴线作为该设计单元进行计算分析，计算单元如图2-2。
图2-1-1 主体框架布置图
图2-1-2 结构计算单元
2.2 构件初步估算
1.框架梁初估
按梁跨度1/8~1/12估算主梁截面高度，按梁跨度的1/12~1/18估算次梁截面高度，按梁高度的1/2~1/3估算梁宽度，地震烈度较高地区或跨度很小的梁，考虑到墙厚等其余因素影响，截面尺寸可能大于该范围。
A~B跨梁：l0=9400mm，取h=900mm，取b=300mm
B~C跨梁：l0=3000mm，取h=500mm，取b=300mm
C~D跨梁：l0=9400mm，取h=900mm，取b=300mm
纵梁：l0=9600mm，取h=900mm，取b=300mm
次梁：l0=9400mm，取h=600mm，取b=250mm
2.框架柱初估
B轴柱受荷面积s=19.2×0.5×12.4×0.5=59.52m2
柱底轴力1.35×12×59.52×5×1.05×1.0=5062
416454mm²≈645mm×645mm
分别估算各柱子截面A、B、C、D均为700mm×700mm
——竖向荷载分项系数，1.35
——单位面积楼面荷载，12.0
——框架柱受荷面积
——计算单元楼层层数
——水平力增大系数，1.05
——柱增大系数，边柱1.1，中柱1.0
——框架柱轴压比限值，0.85
——框架柱砼轴心抗压强度设计值14.3
3.板厚度确定
根据规范要求，板的跨厚比单向板≤30，双向板≤40，考虑到经济以及结构安全。
本设计楼板为双向板，固：L0/h=4800/130=37≤40。
则：楼板厚度取0.13m，屋面板厚度取0.13m。
2.3 框架计算简图
图2-3 框架梁柱计算简图
选取两轴线间距离为框架梁计算跨度,除底层外框架柱计算长度均为层高高度计算,从基础顶面至首层框架梁梁顶标高为底层框架柱长度。首层框架柱计算长度H=首层层高 基础顶至室外地坪高度 室内外高差,该设计建筑室内外高差0.45m,其中假设基础顶至室外地坪的高差为0.55m,则H=3.9 0.45 0.55=4.9m。
2.4 梁柱线刚度计算
构件线刚度计算公式如下：
现浇楼盖梁惯性矩I0=bh3/12，边框架Ib=1.5I0，中框架Ib=2I0，线刚度Kb=EbIb/l，梁混凝土C30查表得Eb=30000000kPa
现浇柱惯性矩Ic=bh3/12，线刚度Kc=EcIc/l，柱混凝土C30查表得Ec=30000000kPa
取标准层柱线刚度为1.00，其他构件的相对线刚度如下。
表2-3-1 相对线刚度计算表 | |||||
构件 | b×h(m×m) | l(m) | Ib/Ic | Kb/Kc | 相对刚度 |
AB中框架 | 0.30×0.90 | 9.400 | 0.03645 | 116330 | 0.756 |
BC中框架 | 0.30×0.50 | 3.000 | 0.00625 | 62500 | 0.406 |
CD中框架 | 0.30×0.90 | 9.400 | 0.03645 | 116330 | 0.756 |
AB边框架 | 0.30×0.90 | 9.400 | 0.0273375 | 87247 | 0.567 |
BC边框架 | 0.30×0.50 | 3.000 | 0.0046875 | 46875 | 0.305 |
CD边框架 | 0.30×0.90 | 9.400 | 0.0273375 | 87247 | 0.567 |
标准层柱 | 0.70×0.70 | 3.900 | 0.020008 | 153908 | 1.000 |
底层柱 | 0.70×0.70 | 4.900 | 0.020008 | 122498 | 0.796 |
图2-4-1 相对线刚度图
表2-3-2 K和αc计算公式 | |||
楼层 | 边柱 | 中柱 | |
一般层 | |||
底层 | |||
i1、i2、i3、i4均为柱相邻的梁相对线刚度，ic为柱的相对线刚度，柱抗侧刚度D值的计算公式：
表2-3-3 框架柱抗侧刚度(kN/m) | ||||||||
层次 | 框架 | 柱轴号 | K | αc | Kc | D | 柱个数 | ∑D |
5~2层 | 中框架 | A | 0.756 | 0.2743 | 153908 | 33307 | 1 | 155862 |
B | 1.162 | 0.3675 | 153908 | 44624 | 1 | |||
C | 1.162 | 0.3675 | 153908 | 44624 | 1 | |||
D | 0.756 | 0.2743 | 153908 | 33307 | 1 | |||
边框架 | A | 0.567 | 0.2209 | 153908 | 26823 | 0 | ||
B | 0.871 | 0.3034 | 153908 | 36841 | 0 | |||
C | 0.871 | 0.3034 | 153908 | 36841 | 0 | |||
D | 0.567 | 0.2209 | 153908 | 26823 | 0 | |||
1层 | 中框架 | A | 0.95 | 0.4915 | 122498 | 30091 | 1 | 129548 |
B | 1.46 | 0.5665 | 122498 | 34683 | 1 | |||
C | 1.46 | 0.5665 | 122498 | 34683 | 1 | |||
D | 0.95 | 0.4915 | 122498 | 30091 | 1 | |||
边框架 | A | 0.712 | 0.4469 | 122498 | 27361 | 0 | ||
B | 1.095 | 0.5153 | 122498 | 31548 | 0 | |||
C | 1.095 | 0.5153 | 122498 | 31548 | 0 | |||
D | 0.712 | 0.4469 | 122498 | 27361 | 0 | |||
第三章 荷载计算
3.1 恒载计算
1）恒荷载标准值计算
表3-1-1 屋面恒载计算表 | ||||
用料和做法 | 厚度/mm | 容重/kN/m3 | 重量/kN/m2 | 合计/kN/m2 |
1.5mm厚高分子卷材防水层一道 |
| 0.1 | 0.1 | 5.29 |
3mm厚高分子涂膜防水层一道 |
| 0.1 | 0.1 | |
20mm厚1:3水泥砂浆找平层 | 20 | 20 | 0.4 | |
1:6水泥蛭石找坡，i=2%, 最薄处30mm厚 | 112.5 | 8 | 0.9 | |
100mm厚挤塑型聚苯保温板保温 | 100 | 2 | 0.2 | |
现浇钢筋混凝土屋面板 | 130 | 25 | 3.25 | |
20厚1：2混合砂浆抹平 | 20 | 17 | 0.34 | |
表3-1-2 楼面恒载计算表 | ||||
用料和做法 | 厚度/mm | 容重/kN/m3 | 重量/kN/m2 | 合计/kN/m2 |
1. 10厚地砖铺实拍平，水泥浆擦缝 | 10 | 18 | 0.18 | 4.28 |
2. 20厚1:3干硬水泥砂浆 | 20 | 20 | 0.4 | |
3. 素水泥砂浆结合层一遍 |
| 0.05 | 0.05 | |
4. 钢筋混凝土楼板 | 130 | 25 | 3.25 | |
5. 20厚1：2水泥砂浆抹平 | 20 | 20 | 0.4 | |
表3-1-1 墙面荷载计算表 | |||||
部位名称 | 用料和做法 | 厚度/mm | 容重/kN/m3 | 重量/kN/m2 | 合计/kN/m2 |
外墙 | 白色外墙乳胶漆 |
| 0 | 0 | 2.18 |
20厚混合砂浆 | 20 | 17 | 0.34 | ||
加气混凝土砌块 | 200 | 7.5 | 1.5 | ||
20厚混合砂浆 | 20 | 17 | 0.34 | ||
内墙 | 20厚混合砂浆抹灰 | 20 | 17 | 0.34 | 2.18 |
加气混凝土砌块 | 200 | 7.5 | 1.5 | ||
20厚混合砂浆抹灰 | 20 | 17 | 0.34 | ||
女儿墙 | 白色外墙乳胶漆 |
| 0 | 0 | 2.18 |
20厚混合砂浆 | 20 | 17 | 0.34 | ||
加气混凝土砌块 | 200 | 7.5 | 1.5 | ||
20厚混合砂浆 | 20 | 17 | 0.34 | ||
2）均布荷载计算
线荷载计算中的板传递荷载根据梁两边的板的形状区分计算，计算方法如下
梯形，
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