结构设计计算.docx

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结构设计计算

第2章结构设计计算

2.1结构方案选择

2.1.1结构选型

1结构体系

建筑结构的类型很多，按结构所用材料可分为砌体结构、钢筋混凝土结构、钢结构及木结构等。

各类结构都有其一定的适用范围，应根据其材料性能、结构型式、受力特点和建筑使用要求及施工条件等因素合理选择。

一般来说，砌体结构主要用于建造多层住宅、办公楼、教学楼以及小型单层工业厂房等，但其抗震性能较差；钢结构多用于建造超高层建筑以及有重型吊车、或大跨度的工业厂房，其他情况均可采用钢筋混凝土结构。

钢筋混凝土结构的结构体系有框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构和筒体结构等。

框架结构由梁、柱构件刚性连接而成，它既承受竖向荷载，又可承受水平荷载。

框架结构体系的优点：

建筑平面布置灵活，能获得较大空间；建筑立面容易处理；结构自重较轻，抗震性能较好；计算理论比较成熟；在一定的高度范围内造价较低。

所以框架结构广泛用于内部空间宽阔的办公楼和教学楼等民用建筑，其它结构体系则多用于高层建筑。

根据本工程的使用功能要求，本工程选用钢筋混凝土框架结构。

2柱网布置方案

民用建筑框架结构的柱网，通常可布置成内廊式、外廊式、等跨式和对称不等跨式几种。

内廊式外廊式等跨式对称不等跨式

根据本工程建筑使用功能的要求柱网的布置方案选为:

两跨不等跨式。

3承重方案

根据楼盖的平面布置及竖向荷载的传递途径，框架结构的承重方案可分为以下三种：

（1）横向承重方案；

（2）纵向承重方案；（3）纵横向框架混合承重方案。

（1）横向框架承重方案

横向布置框架承重梁，楼面竖向荷载由横向梁传至柱，而在纵向布置框架连系梁，这些连系梁实际上与柱形成纵向框架，承受平行于房屋纵向的水平风荷载或水平地震荷作用。

优点：

1）有利于提高建筑物的横向的抗侧移刚度；

2）有利于房屋室内的采光和通风；

缺点：

由于跨数少，不适宜跨度较多的建筑；

（2）纵向框架承重方案

纵向布置框架承重梁，横向布置连系梁。

优点：

1）横向梁高度较小，有利于设备管线的穿行；

2）在房屋开间方向需要较大空间时，可获得较高的室内净高；

3）当地基土的物理力学性能在房屋纵向有明显差异时，可利用纵向框架的刚度来调整房屋的不均匀沉降。

缺点：

房屋的横向抗侧刚度较弱。

故纵向承重方案应用较少。

（3）纵横向框架混合承重方案

在柱网为正方形或接近正方形或楼面活荷载较大的情况下，往往采用纵横向承重的布置方案。

此时常采用现浇双向板楼盖或者井式楼盖。

优点：

具有较好的整体工作性能，为空间受力体系，对抗震有利。

缺点：

适用范围受限。

根据本工程建筑功能的要求及建筑物布置较为灵活，横向刚度提高，故把本工程框架结构布置为纵横向框架承重方案，施工方案采用梁、板、柱整体现浇方案，楼盖方案采用整体式肋形梁板结构，楼梯采用整体现浇板式楼梯，基础方案采用桩基础。

4施工方法

框架结构按施工方法可分为以下三种：

现浇整体式、预制装配式、装配整体式，施工方法特点如下：

（1）现浇整体式：

整体性好，现场占用工作面大，工期相对较长，劳动量大，比较费模板；

（2）预制装配式：

可工业化生产，构件可在工厂预制，运输到现场安装，施工速度快，不过整体性较差；

（3）装配整体式：

整体性和抗震性能好，提高了整体刚度，施工工期短，制作工艺复杂，运输较困难，对不规则平面的适应性较差。

综上所述，由于本工程是办公楼，开洞较多，平面布置要求灵活，对抗震要求较高，故选择现浇整体式施工方法。

5其它结构构件选型

（1）屋盖结构和楼盖结构:

均采用现浇钢筋混凝土结构；

（2）楼梯结构：

采用整体现浇板式楼梯；

（3）阳台结构：

采用挑梁式结构阳台；

（4）雨棚结构：

采用梁板式结构雨篷；

（5）门窗过梁：

采用钢筋混凝土过梁；

（6）柱下基础：

采用桩基础；

（7）墙下基础：

采用条形墙下基础；

2.1.2结构布置

1结构布置的一般规定

（1）现浇钢筋混凝土框架结构房屋适用最大高度，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）中表6.1.1的规定，当抗震烈度为7度时最大高度不超过50m；

（2）防震缝的设置，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）中条文6.1.4的规定：

框架结构（包括设置少量抗震墙的框架结构）房屋的防震缝宽度：

当高度不超过15m时不应小于100mm；高度超过15m时，7度时每增加4m，宜加宽20mm。

（3）现浇钢筋混凝土框架结构房屋的抗震等级，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）中的表6.1.2的规定：

框架结构设防烈度为7度时，房屋的高度不超过24m时，抗震等级为三级，本工程房屋高度不超过24m，所以抗震等级为三级。

2平面布置

（1）柱网尺寸：

根据选择的柱网布置方案，横向框架梁的跨度为9.6m和8.4m，纵向框架梁的跨度为7.2m。

（2）建筑缝的设置：

1）伸缩缝是为了避免温度应力和混凝土收缩应力使房屋产生裂缝而设置的，在伸缩缝处，基础顶面以上的结构和建筑应全部分开，钢筋混凝土框架结构的伸缩缝最大间距为室内（土中）55m，露天35m。

2）沉降缝是为了避免地基不均匀沉降，而在房屋构件中产生裂缝而设置的。

沉降裂缝一般发生在下述部位：

①土层变化较大处；②地基基础处理方法不同处；③房屋平面形状变化的凹角处；④房屋高度、竖向荷载、刚度有较大变化处；⑤新建部分与原有建筑结合处等。

针对上述情况，在必要时须设置沉降缝将建筑物从屋顶到基础全部分开。

沉降缝可利用挑梁或搁置的预制板、预制梁的方法做成。

在既需设伸缩缝又需设沉降缝时，伸缩缝应与沉降缝合并设置，以使整个房屋的缝数减少，其缝宽与地质条件和房屋的高度有关，一般不小于50mm，当房屋高度超过10m时，缝宽度应不小于70mm。

3竖向布置

框架的层高即为框架柱的长度，首层层高应取基础顶面到首层梁顶的距离，其余各层层高应取梁顶到梁顶的距离。

根据初步设计确定的基础埋深和基础高度，基顶标高为－0.8m，则首层框架结构标高H=4.45m+0.8m=5.25m,二层结构标高为8.65m，层高为4.2m，三层结构标高为12.85m，层高4.2m，四层结构标高为17.05m，层高4.2m，五层结构标高为21m，层高3.9m局部六层结构标高为24.3m，层高3.3m。

4计算简图

2—xx框架结构计算简图

2.1.3主要构件截面尺寸的确定

各构件的截面尺寸应满足承载力、刚度及延性的要求，并考虑方便施工。

1本工程为纵横向框架承重，框架结构的主梁的截面高度及宽度可由下式确定：

梁高度取h＝（1/10～1/8）L，梁宽度取b＝（1/3～1/2）h，且不宜小于1/2柱宽，其中横梁跨度L＝9.6m，纵梁跨度L＝7.2m，由此确定梁截面尺寸如下：

横向框架梁：

b×h＝350mm×800mm

纵向框架梁：

b×h＝350mm×800mm

2楼面次梁：

梁高度取h＝（1/8～1/12）L,梁宽度取b＝（1/3～1/2）h，由此可得出本工程次梁的截面尺寸：

纵向次梁：

b×h＝250mm×500mm；横向框架次梁：

b×h＝200mm×500mm。

3楼板：

楼板的厚度应取h≥1/40L（板的跨度），所以本工程取板的厚度h＝100mm。

4框架柱：

为了抵抗两个方向的水平地震作用，框架柱的截面宜采用正方形的矩形，框架柱的截面高度h一般可按柱高度H取值，h＝（1/12～1/8）H，且高度h不宜小于400mm，柱净高与截面长边尺寸之比宜大于4，宽度取b＝（1/1.5～1.0）h，且宽度b亦不小于400mm，所以本工程框架柱的截面尺寸如下：

b×h＝600mm×600mm其中一层B柱截面尺寸取b×h＝700mm×700mm

2.2材料的选择

2.2.1混凝土

柱的混凝土除一层B柱取用C30外，其余柱的混凝土取用C25；梁、板以及其他构件的混凝的混凝土统一取用C25。

2.2.2钢筋

柱、梁的纵筋选用HRB400；柱、梁的箍筋选用HRB335；板的钢筋选用HRB335；柱的钢筋保护层厚度为30mm；梁的钢筋保护层厚度25mm，板的钢筋保护层厚度为15mm。

2.2.3围护结构墙体

1±0.000以下：

采用M7.5混合砂浆，250mm厚炉渣空心砌块。

2±0.000以上：

采用M7.5混合砂浆，外墙采用250mm厚炉渣空心砌块，内墙采用190mm厚炉渣空心砌块。

3女儿墙墙体的块材强度等级和砂浆强度

女儿墙厚250mm，砂浆采用M7.5混合砂浆，块材采用250mm炉渣空心砌块。

2.3重力荷载计算

2.3.1顶层的恒荷载

1屋盖重

4mm厚高聚物改性沥清防水卷材0.0500KN/m2

20mm厚1:

3水泥砂浆找平层20KN/m2×0.02m＝0.4000KN/m2

平均厚度92mm厚1:

8水泥膨胀珍珠岩找平10KN/m3×0.092m＝0.9200KN/m2

85mm厚聚苯乙烯泡沫塑料板保温层0.5KN/m3×0.085m＝0.0425KN/m2

20mm厚1:

3水泥砂浆找平层20KN/m2×0.02m＝0.4000KN/m2

100mm厚现浇钢筋混凝土板25KN/m3×0.10m＝2.5000KN/m2

小计：

g＝4.236KN/m2

屋盖重合计（按轴线尺寸计算）：

L×B×g＝[（8.4＋1.1）×7.2＋3.6×9.6]×4.236＝438.92KN

2雨篷重

4mm厚高聚物改性沥清防水卷材0.0500KN/m2

最薄处20mm厚1:

2.5水泥砂浆找坡层1.5％20KN/m2×0.02675m＝0.535KN/m2

100mm厚现浇钢筋混凝土板25KN/m3×0.10m＝2.5000KN/m2

小计：

g＝3.085KN/m2

雨篷重合计：

3.085KN/m2×（2.1×0.9×3.0）m2＝17.492KN

3屋面梁重

KL36：

250×500

ΣG＝0.25×0.4×（8.4－0.175－0.05）×2×25＝40.875KN

KL37：

350×700

∑G＝0.35×0.6×（8.4＋1.1－0.6－0.3）×25＝45.150KN

KL38：

250×500

∑G＝0.25×0.4×（9.6－0.35×2）×25＝22.25KN

KL39：

350×700

∑G＝0.35×（0.7－0.1）×（9.6－0.6）×25＝47.25KN

KL40：

250×500

∑G＝0.25×0.4×（3.6×2－0.6）×25＝16.50KN

KL41：

250×500

∑G＝0.25×（0.5－0.1）×（3.6×3－0.6－0.35－0.3）×25＝23.875KN

L-1：

200×300

∑G＝0.2×（0.3－0.1）×（3.6×2＋0.25×2）×25＝7.70KN

LL-1：

250×500

∑G＝0.25×0.5×[（7.2－0.6）×6＋（8.4－0.6）×5＋（9.6－0.6）×4＋（7.2－0.25×3－0.125＋0.05）×3.0＋7.0＋1.1＋（3－0.3）＋6.4]×25＝0.125×（39.6＋39＋36＋19.125＋17.2）×25＝471.64KN

屋面梁重合计：

675.24KN

4女儿墙重

压顶混凝土25KN/m3×0.18m×0.5m＝2.25KN/m

内墙重15mm厚1:

6混合砂浆打底20KN/m3×0.015m×（0.5＋0.78）m＝0.384KN/m

炉渣空心砌块8KN/m3×0.25m×0.60m＝1.20KN/m

小计：

3.834KN/m

合计：

3.834KN/m×[3.6×4＋（8.4＋1.1）×2＋9.6×2－27×0.24]m＝3.834×46.12＝176.824KN

女儿墙构造柱重25×0.24m×0.24m×0.60m×20＝0.864KN/个×20＝17.28KN

女儿墙重合计：

176.824＋17.280＝194.11KN

5柱重

ZA柱0.35m×0.35m×25KN/m3×（3.3－0.1）×6＝58.80KN

框架柱0.60m×0.60m×25KN/m3×（3.3－0.1）×11＝316.80KN

柱总重合计：

58.80＋316.80＝375.60KN

6墙体重

门窗面积：

SM＝3×1.5×2.1＝9.45m2

MC＝1.0×1.5×3.6＋6.0×0.6×1.5＝5.4＋5.4＝10.8m2

外墙：

外面刷水涂料或外贴水刷石0.5KN/m2

6mm厚聚合物抗震砂浆0.006m×17KN/m3＝0.102KN/m2

55mm厚聚苯乙烯泡沫塑料保温板0.5KN/m3×0.055m＝0.0275KN/m2

250mm厚炉渣空心砌块8.0KN/m3×0.25m＝0.255KN/m2

内墙面15mm厚1:

6混合砂浆打底0.015m×17KN/m3＝0.255KN/m2

小计：

g＝2.885KN/m2

外墙面积：

S＝（8.4＋1.1＋0.2－0.35×3/2）×2×（3.3－0.5）＋7.2×（3.3－0.3）＋（3.6×0.3－0.1－0.6－0.35－0.3）×（3.3－0.5）＋（9.6－0.35×2）×（3.3－0.5）＋（9.6－0.6）×（3.3－0.7）－SM－SC＝51.38＋21.60＋26.46＋24.92＋23.40－9.45－10.80＝127.51m2

外墙重：

2.885KN/m2×127.51m2＝367.866KN

门窗重：

0.45KN/m2×（SM＋SC）＝0.45×（9.45＋10.80）＝9.11KN

7楼梯重

梁TL-17.33KN

梁LL-x5.24KN

平台板115.10KN

平台板23.6m×2.28m×0.1m×25KN/m3＝20.52KN

踏步重（4.32＋4.18）m×0.13m×3.6m×25KN/m3＋0.29m×0.15m×0.5×1.8m×24×25KN/m3＝99.45KN＋23.49KN＝122.94KN

合计:

158.56KN

局部六层恒荷载总计：

1＋2＋3＋4＋5＋6＋7＝438.920KN＋17.492KN＋675.24KN＋194.11KN＋375.60KN＋367.866KN＋9.11KN＋158.56KN＝2236.89KN

2.3.2五层楼层恒荷载

1屋盖

4mm厚高聚物改性沥清防水卷材0.0500KN/m2

20mm厚1:

3水泥砂浆找平层20KN/m2×0.02m＝0.4000KN/m2

平均厚度110mm厚1:

8水泥膨胀珍珠岩找平10KN/m3×0.11m＝1.1000KN/m2

85mm厚聚苯乙烯泡沫塑料板保温层0.5KN/m3×0.085m＝0.0425KN/m2

20mm厚1:

3水泥砂浆找平层20KN/m2×0.02m＝0.4000KN/m2

100mm厚现浇钢筋混凝土板25KN/m3×0.10m＝2.5000KN/m2

小计：

g＝4.5625KN/m2

屋盖面积S1＝18m×50.40m－3.6m×9.6m－（8.4m＋1.1m）×7.2m＋3.0m×（3.25＋1.80＋1.10）m＋1.1m×7.2m＋1.1m×4m＋3m×6.4m＝907.2m2－34.56m2－68.40m2＋18.45m2＋31.52m2＝854.21m2

屋盖重：

g×S1＝4.5625×854.21＝3897.33KN

2局部六层楼面重

楼面2：

10mm厚地砖铺实拍平，水泥浆擦缝0.65KN/m2

20mm厚1:

4干硬性水泥砂浆结合层20KN/m3×0.02m＝0.40KN/m2

50mm厚C15细石混凝土找坡最薄处不小于30mm23KN/m3×0.04m＝0.92KN/m2

20mm厚1:

3水泥砂浆找平层20KN/m3×0.02m＝0.40KN/m2

100mm厚现浇钢筋混凝土楼板25KN/m3×0.10m＝2.50KN/m2

轻钢龙骨吊顶0.12KN/m2

小计：

g＝4.99KN/m2

合计：

4.99KN/m2×（8.4＋1.1）m×7.2m＝341.316KN

3梁重

横向梁：

KL27：

350×700

ΣG＝0.35×（0.7－0.1）×（8.4＋1.1＋9.6－0.25－0.6×2－0.3）×25＝91.09KN

LL47：

250×500

ΣG＝0.25×（0.5－0.1）×（5.05＋1.1＋0.25）×25＝16KN

LL70：

250×400（3根）

ΣG＝0.25×0.30×（8.4－0.05－0.175）×3×25＝45.98KN

LL7：

250×450（5根）

ΣG＝0.25×0.35×（6.4－0.125－0.05）×5×25＝68.09KN

KL28：

350×700

ΣG＝0.35×（0.7－0.1）×（8.4＋9.6－1.2）×25＝88.20KN

KL29：

350×700（3根）

ΣG＝0.35×（0.7－0.1）×（8.4＋9.6－1.2）×3×25＝264.60KN

LL11：

250×450（2根）

ΣG＝0.25×（0.45－0.10）×（6.80－0.125－0.05）×2×25＝28.98KN

LL71：

250×400（2根）

ΣG＝0.25×（0.4－0.1）×（8.40－0.05－0.175）×2×25＝30.66KN

KL30：

350×700

ΣG＝0.35×（0.7－0.1）×（8.4＋9.6＋1.1－1.2－0.3）×25＝92.40KN

LL38：

250×400

ΣG＝0.25×（0.4－0.1）×（8.4－0.05－0.125）×25＝15.42KN

KL31：

350×700

ΣG＝0.35×（0.7－0.1）×（8.4＋9.6－1.2）×25＝88.20KN

LL72：

250×500

ΣG＝0.25×（0.5－0.1）×6.4×25＝16.00KN

KL32：

350×700

ΣG＝0.35×（0.7－0.1）×（8.4＋9.6＋1.1＋0.25－1.2－0.3）×25＝93.71KN

LL73：

250×600

ΣG＝0.25×（0.6－0.1）×6.4×25＝24KN

纵向梁：

LL78：

250×400

ΣG＝0.25×（0.4－0.1）×（50.4－0.05×2－0.35×6－0.25×7）×25＝87.09KN

LL77：

250×500

ΣG＝0.25×（0.5－0.1）×（50.4－0.05×2－0.35×6）×25＝120.50KN

KL34：

350×700

ΣG＝0.35×（0.7－0.1）×（50.4－0.3×2－0.6×6－0.35×2）×25＝238.875KN

LL75：

250×500（2根）

ΣG＝0.25×（0.5－0.1）×（3＋7.2－0.35－0.25－0.175）×2×25＝47.125KN

LL74：

250×450

ΣG＝0.25×（0.45－0.1）×（7.2×5－0.35－0.35×4－0.25×5）×25＝72.188KN

LL76：

300×600

ΣG＝0.3×（0.6－0.1）×（7.2＋3.0－0.175×3）×25＝36.28KN

LL57：

250×500

ΣG＝0.25×（0.5－0.1）×3.0×25＝7.5KN

LL58：

250×300

ΣG＝0.25×（0.3－0.1）×（7.2＋0.25）×25＝9.313KN

LL23：

250×500

ΣG＝0.25×（0.5－0.1）×7×25＝17.5KN

KL33：

350×700

ΣG＝0.35×（0.7－0.1）×（59.40－0.6×8－0.35×2）×25＝282.975KN

KL35：

350×700

ΣG＝0.35×（0.7－0.1）×（50.40－0.6×7－0.35×1.0）×25＝240.713KN

框架梁总重合计：

2123.392KN

4柱重：

0.6×0.6×（3.9－0.1）×25×24＝820.80KN

5女儿墙重

压顶混凝土25KN/m3×0.06m×0.5m＝0.75KN/m

内墙15mm厚1:

6混合砂浆打底20KN/m3×0.015m×（0.5＋0.65）m＝0.345KN/m

炉渣空心砌块8KN/m3×0.25m×0.59m＝1.18KN/m

小计：

2.275KN/m

女儿墙总重：

2.275KN/m×[（50.40＋18）×2＋3×2＋1.1×2＋3×2－7.2－3.6]＝2.275×（151－10.80）＝318.955KN

6墙体重

门窗面积：

S外C＝13×1.5×2.1＋2×1.5×3.6＋1.0×0.9×3.6＋1.0×0.8×3.6＋1.0×3.7×3.0＋56×0.6×2.1＝40.95＋10.80＋3.24＋2.88＋11.10＋70.56＝68.97＋70.56＝139.53m2

S外M＝2×2.1×1.0＝4.2m2

S内M＝3×1.5×2.1＋18×1.0×2.1＋11×0.9×2.1＋16×0.8×2.1＋2×0.8×2.1＝9.45＋37.8＋20.79＋26.88＋3.36＝98.28m2

外墙面积：

S外墙＝（50.4－0.6×7－0.35×2）×（3.9－0.7）＋（50.4－0.6×7－0.35）×（3.9－0.7）＋（18－0.3－6.4＋1.1＋3.35＋2.8＋6.8）×（3.9－0.7）＋6.4×（3.9－0.6）＋（7＋3＋6.85＋1.35）×（3.9－0.5）＋7.2×（3.9－0.3）－S外C－S外M＝145.60＋146.72＋81.12＋21.12＋61.88＋25.92－139.53－4.2＝339.63m2

外墙重：

2.885KN/m2×339.63m2＝976.95KN

门窗重：

0.45KN/m2×（139.53＋4.2＋98.28）m2＝108.9KN

7楼梯重

二～五层楼梯每个楼梯重：

梁TL-10.25m×0.35m×（3.6－0.25）m×25KN/m3＝7.33KN

LL-x0.25m×0.35m×（3.6－0.25）m×25KN/m3＝7.33KN

平台板重（1.53－0.25）×0.14×（3.6－0.25）×25＝15KN

平台板重1.6×3.6×0.1×25＝14.4KN

踏步重4.32×2×0.13×3.6×25＋0.29×0.15×0.50×1.50×26×25＝1