钢筋混凝土框架型别墅结构设计.docx
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钢筋混凝土框架型别墅结构设计
钢筋混凝土框架型别墅结构设计
摘要
别墅类建筑多为2—4层的结构，属低层住宅。
别墅建筑特点独特，追求建筑造型上的美观。
而钢筋混凝土框架结构层数较低时，结构布置灵活，不仅在建筑上容易满足体型与视觉要求，而且结构安全可靠性高，设计方案成熟，经济实用。
因此是别墅首选的结构体系。
本文结合亚青游艇别墅工程的结构设计，介绍设计过程及要点。
对于结构设计而言，无论什么建筑形式，结构设计的理念是一样的。
别墅属于低层结构，因此本工程按低层框架结构来设计。
关键词：
“别墅”“结构设计”“框架结构”
ReinforcedConcreteFrameDesignVilla
Abstract
Villaconstructedof2-4layersofstructure,arelow-riseresidences.Villasfeaturesauniquearchitecturalformonthepursuitofbeauty.Thelow-risereinforcedconcreteframestructure,thestructuralarrangementandflexible,notonlycaneasilymeetthebodyintheconstructionandvisualrequirementsandstructuralsafety,highreliability,designmaturity,economicalandpractical.Soisthepreferredvillaarchitecture.
YaqingboatVillathispaperthestructuraldesignofthisproject,simpleintroductiontodesignprocessandkeypoints.Forthestructuraldesignisconcerned,nomatterwhatthearchitecturalforms,structuraldesignconceptisthesame.Villabelongstothelowerstructure,Idesignedaccordingtothelowerframe.
Keywords：
“Villa”“StructuralDesign”“Frame”
第1章、绪论…………………………………………………………………………1
1.1别墅的结构分类………………………………………………………………1
第2章、亚青游艇别墅的结构设计…………………………………………………3
2.1亚青游艇别墅的建筑设计说明………………………………………………3
2.2亚青游艇别墅的结构设计说明………………………………………………6
2.3结构布置………………………………………………………………………8
2.4设计要点……………………………………………………………………14
结论…………………………………………………………………………………17
参考文献……………………………………………………………………………18
致谢…………………………………………………………………………………19
第1章、绪论
1.1别墅的结构分类
1.1.1、砖混结构
砖混结构别墅的特点是比较经济，建筑材料以砖砌体和钢筋混凝土为主。
砖混结构就是把砖砌体作内外承重墙或隔墙，楼盖、屋盖、梁、柱是钢筋混凝土。
作用在墙柱上的荷载，主要是由梁板传来的屋盖、楼盖上的活、恒荷载，它通过墙柱基础传到地基。
早期的别墅经常采用砖混结构，但随着建筑平面、立面的多样化，砖混结构在造型上不容易满足要求。
且抗震性能较弱，而我省又处于地震带，几次大地震的惨痛经历，使我们必须把抗震性能放在结构设计的首位，因此80年代之前的砖混结构陆续被拆了。
虽然现在还有建造少部分砖混结构，但都是在满足相应抗震烈度的条件下设计的，且层数较低。
1.1.2、砌体结构
砌体结构和砖混结构特点类似，都属于早期造价较低的结构体系。
砌体结构以砌体为主，它包括砖结构、石结构和其它材料的砌块结构。
分为无筋砌体结构和配筋砌体结构。
砌体结构在我国农村乡镇应用较为广泛，这是因为它可以就地取材，具有很好的耐久性及一定的稳定性和保温隔热性能。
但与钢和混凝土相比，砌体的强度较低，构件的截面尺寸较大，材料用量多，自重大。
砌体的砌筑基本上是手工方式，施工劳动量大。
砌体的抗拉和抗剪强度都很低，因而抗震性能较差，在使用上受到一定限制；砖、石的抗压强度也不能充分发挥。
粘土砖需用粘土制造，在某些地区过多占用农田，影响农业生产。
1.1.3、钢结构
钢结构别墅特点是环保，抗地震，抗台风，节省空间，但耐腐蚀耐火防锈性差。
钢结构与传统别墅建筑结构形式相比，是最符合“绿色建筑”特征的结构形式，因为钢结构建筑现场施工垃圾少，噪音低，可在现场制作，安装方便，施工周期短，易于加固、改建和拆迁等。
钢结构自重轻强度高，使得建筑体量在垂直方向上得到充分发展，发达国家的别墅较多采用钢结构，尤其是日本钢结构建筑数量最多，在房屋工厂生产的住宅中，已有71％为预制钢结构住宅，因为钢结构住宅可以提供良好的抗震性能。
但钢结构别墅成本高，我国目前大部分地区经济仍然不够发达，钢结构设计人才较少，我国仍以钢筋混凝土建筑为主，但我相信在未来我国钢结构建筑的发展是大有前途的。
1.1.4、木结构
现代木结构的特点是设计灵活，建筑工期短，易于整修，节能，环保，舒适等诸多优点。
而且，现代技术有效地解决了木结构防火、抗震、抗风、隔音和防虫、防腐的问题。
值得一提的是由于木结构优异的保温特性，人们可以享受到木结构住宅的冬暖夏凉。
另外，木材为天然材料，绿色无污染，不会对人体造成伤害，材料透气性好，易于保持室内空气清新及湿度均衡。
但木结构所采用的优质材料和性能的增加使成本很高。
1.1.5、钢筋混凝土结构
钢筋混凝土结构是目前我国目前应用最广的结构形式。
技术成熟，
钢筋混凝土结构根据受力结构的形式分为：
框架结构，剪力墙结构，框架剪力墙结构，筒体结构等。
而剪力墙结构，筒体结构一般是应用在超高层建筑上，因为超高层建筑横向荷载很大，筒体剪力墙结构不仅抗测向荷载能力强，整体性也更好。
但是造价高，结构布置灵活度受限。
而框架结构在低层，多层，中高层中应用广泛，是因为它的抗震性能足以应付高层以下建筑的横向荷载。
且框架结构层数较低时，结构布置灵活，不仅在建筑上容易满足体型与视觉要求，而且结构安全可靠性高，设计方案成熟，经济实用。
因此是别墅首选的结构体系。
而本工程只有地上3层，抗震设防烈度为7度，因此框架结构足以满足其抗震性能。
更重要的是别墅房间布置复杂，框架结构容易满足建筑上的要求。
对比木结构与钢结构，我国目前技术尚未成熟，且成本很高。
因此本工程采用钢筋混凝土框架结构。
第2章、亚青游艇别墅的结构设计
2.1亚青游艇别墅的建筑设计说明
2.1.1工程概况：
工程名称：
独立别墅
工程地点：
福州
工程性质：
本工程性质系住宅
工程规模：
地上3层
建筑等级：
I级
主体结构合理使用年限50年
建筑防火分类：
属于低层，耐火等级2级；
抗震设防烈度7度
设计标高（m）：
0.000
层高（m）：
一层3.000，二层：
2.800，三层3.000
2.1.2墙体：
墙体材料及厚度：
外墙：
190厚蒸压加气混凝土砌块；内墙：
90，190厚粘土空心砖，砌块及砂浆强度等级详结施；
外墙靠花池一侧加抹20厚1:
3水泥砂浆，刷一道1.5厚聚合物水泥基防水涂料。
所有墙柱之阳角均做1:
2水泥砂浆护角线高1500，详国标03J502-1-1/J01；
本工程窗台板做法：
当窗宽≥1200时，做钢筋混凝土压梁，断面为200x80（宽X高），配2Φ10钢筋，Φ6＠200箍筋，C20细石混凝土，窗台板两端钢筋各伸出窗宽300，或与钢筋混凝土柱连接整浇，窗台板下每隔2000设一构造柱200×200，配4Φ12，Φ6＠200箍筋。
外墙装修：
外墙装修的选材与色彩详立面图，做法详《室外装修构造用料表》。
内墙面（柱）装修：
详《室内装修表》。
墙体防裂施工措施应严格遵照福建省建设厅颁发的《非承重砌块墙体裂缝控制技术导则》进行。
2.1.3屋面：
（1）本工程屋面防水等级为2级；
（2）现浇钢筋混凝土平屋面（从上到下）：
防滑地砖面层，1:
1水泥砂浆嵌平缝（不上人屋面一次赶光，不铺地砖）；
结合层20厚1:
2.5水泥砂浆，分格缝详国标99J201-1-3/37，防水油膏嵌缝；
保护层采用40厚C20细石混凝土配∅4@200钢丝网，分格缝详国标99J201-1-3/37，防水油膏嵌缝；
30厚挤塑泡沫保温隔热板；
防水层:
一道1.5厚合成高分子涂料，一道3厚APP改性沥青防水卷材（聚脂胎）；
找平层采用20厚1:
2.5水泥砂浆，分格缝详国标99J201-1-3/37；
现浇钢筋混凝土板。
现浇钢筋混凝土坡屋面：
找平层采用20厚1:
2.5水泥砂浆，分格缝详国标03J930-1-1/301；
防水层:
一道2厚水泥基弹性防水涂料；一道3厚APP改性沥青防水卷材（聚脂胎）；
上铺30厚挤塑泡沫聚苯板保温层，保温层嵌在40X30＠640纵向顺水条中，顺水条用骑马钉固定，钉眼用嵌缝膏封堵，顺水条上铺40X25挂瓦条，挂瓦条上铺水泥瓦；
瓦及挤塑泡沫聚苯板的性能和质量应符合国家规定的标准。
檐沟，雨蓬（从上到下）：
刷浅色反光涂料；
结合层20厚1:
2.5水泥砂浆，分格缝详国标99J201-1-3/37，防水油膏嵌缝；
防水层:
一道（檐沟处两道）1.5厚合成高分子涂料，一道3厚APP改性沥青防水卷材（聚脂胎）；
找平层采用20厚1:
2.5水泥砂浆，分格缝详国标99J201-1-3/37；
现浇钢筋混凝土板。
（3）屋面雨水口做法详国标99J201-1-1/28，99J201-1-1/29。
（4）屋面防水层收头做法详国标99J201-1-C/24（D/24），屋面泛水做法详国标99J201-1-25。
（5）上人屋面，块体或细石混凝土面层与防水层之间做隔离层，隔离层采用10厚M2.5水泥砂浆。
2.1.4门窗用料：
（1）门窗气密性要求：
外窗及阳台门的气密性等级不低于现行国家标准《建筑外窗空气渗透性能分级及其检测方法》GB7107规定的4级。
（2）门窗用料
a.外门外窗采用电泳喷漆普通铝合金门窗框（色彩待定）和无色透明玻璃，且须符合以下技术要求：
普通玻璃最小厚度6mm；安全玻璃3平方米以下最小厚度5mm，3平方米以上最小厚度6mm；
b.内门内窗采用木门窗，无色透明玻璃。
（3）外门窗应由具有行业专业资质的单位承担设计和施工，门窗的构造、玻璃的厚度等应根据工程项目的使用要求、国家规范进行设计确定。
2.1.5消防设计简述：
（1）.本工程遵照消防审批意见进行施工图设计。
（2）.本工程按一层一个防火分区设置。
（3）.建筑物西面设消防车道。
（4）.消防疏散设计：
设疏散楼梯1部
（5）.楼地面、墙面及天棚装修材料均采用燃烧性能等级为A级的建筑材料，或采用符合<<工程建设标准强制性条文>>中燃烧性能等级要求的建筑装饰材料。
本工程亚青游艇别墅的建筑效果图如图2-1,2-2所示。
图2-1亚青游艇别墅的建筑效果图
图2-2亚青游艇别墅的建筑效果图
2.2亚青游艇别墅的结构设计说明
2.2.1设计依据：
采用中华人民共和国现行国家标准规范和规程进行设计,主要有：
建筑结构荷载规范GB50009-2001（2006年版）；
建筑抗震设计规范GB50011-2001（2008年版）；
砌体结构设计规范GB50003-2001；
建筑设计防火规范GB50016-2006；
混凝土结构设计规范GB50010-2002；
建筑地基基础设计规范GB50007-2002；
建筑桩基技术规范JGJ94-2008。
2.2.2设计参数
结构体系：
现浇钢筋混凝土框架结构
梁钢筋的砼保护层厚度（mm）：
30
柱钢筋的砼保护层厚度（mm）：
30
混凝土容重（kn/m3）：
25
钢材容重（kn/m3）：
78
梁箍筋类别：
HPB235
柱箍筋类别：
HPB235
2.2.3抗震信息：
抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度0.1g
设计地震分组：
第一组；场地类别：
二类；特征周期Tg=0.35sec，建筑类别调整后用于结构抗震验算的烈度7度；按建筑类别及场地调整后用于确定抗震等级的烈度7度；建筑结构的阻尼板取0.05；框架抗震等级三级。
2.2.4风荷载信息：
50年一遇的基本风压：
0.7kn/m3,地面粗糙度：
B类，风载体型系数：
1.3
2.2.5使用荷载：
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）具体数值（标准值）如下所示
施工荷载:
楼面2.0kN/m2;屋面2.0kN/m2
楼面用途
客厅，卧室
书房
厨房，卫生间
阳台
楼梯
不上人屋面
活荷载（kn/m2）
2.0
2.0
2.0
2.5
3.5
0.5
2.2.6本建筑耐火等级为一级
2.2.7墙体：
100/200厚蒸压加气混凝土砌块,干密度等级B06,强度等级A5.0,用专用砂浆砌筑，砂浆强度≥M5；其施工应满足<<加气混凝土砌块墙体构造图集>>闽2002J28的要求.
墙体裂缝控制施工做法按福建省建设厅文件<<非承重蒸压加气混凝土砌块墙体裂缝控制技术导则>>执行.
填充墙应沿框架柱全高每隔600mm设2φ6拉筋,拉筋伸入墙内的长度,6,7度时不应小于墙长的1/5,且不小于700mm;8,9度时应沿墙全长贯通墙长大于5m时,墙顶与梁应有拉结；墙长超过层高2倍时,应设置钢筋混凝土构造柱;墙高超过4m时,墙体半高处应设置与柱连接且沿墙全长贯通的钢筋混凝土水平系梁。
填充墙的构造柱位置详各层建筑平面,除特别注明外,构造柱截面均为200x200,纵筋4φ12,箍筋φ6@200。
2.3结构布置
结构设计就是对建筑物的结构构造进行设计，首先要看懂建筑施工图，了解建筑师的设计意图以及建筑各部分的功能及做法，在看懂建筑图后，作为一个结构师，这个时候心里应该对整个结构的选型及基本框架有了一个大致的思路。
在理解建筑施工图后，就开始结构设计了。
框架结构由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。
布置结构就要先从梁柱入手。
2.3.1柱布置
本工程柱子位置以及截面尺寸已经在建筑施工图中布置好了，我只要稍作修改。
柱截面尺寸及位置如（图2-5，2-6，2-7所示）。
由于结构需要我增设了一些截面200*200的构造柱，在楼梯以及阳台位置。
2.3.2梁布置
柱布完后，就是梁截面以及主次梁的布置。
梁截面相对容易确定一点，主梁按1/8~1/12跨度考虑，次梁按1/12~1/15跨度考虑，这个规范上都有说明。
本工程中粱截面尺寸及位置如（图2-5，2-6，2-7所示）。
而主次梁的布置就是一门学问，这也是一个涉及安全及造价的一个大的方面。
总的原则的要求传力明确，次梁传到主梁，主梁传到柱，力求使各部分受力均匀。
还有，根据建筑物各部分功能的不同，考虑梁布置及梁高的确定比如别墅中，在房中间做一道梁，本来层高就只有3米，一道梁去掉几十公分，就显得很难看。
我先按房间的划分以及柱的位置把各个柱之间用主梁连起来，这样就能做到把主梁的荷载传递给柱，然后再布置次梁，次梁的位置我基本是在当前层位置有墙的地方以及上一层有墙的地方布置次梁。
2.3.3板布置
梁布完后，基本上板也就被划分出来了，本工程中，板厚都是按单向板设计，板厚按跨度1/40以上计算。
卫生间阳台位置，板厚我一般设置成0.8，或是0.9。
本工程中板厚及开洞位置如（图2-8，2-9，2-10所示）。
除了楼梯开洞，还有如图2-3中客厅位置，以及图2-4天井位置。
图2-32层客厅建筑图
图2-4天井建筑图
本工程的3个标准层的平面结构布置如图2-5，图2-6，图2-7。
图2-5第一标准层平面结构布置图
图2-6第二标准层平面结构布置图
图2-7第三标准层平面结构布置图
本工程的3个标准层的板布置如图2-8，图2-9，图2-10。
图2-8第一结构层的板布置图
图2-9第二结构层的板布置图
图2-10第三结构层的板布置图
2.4设计要点
在本工程设计过程中，有些位置为了满足构造上的需求，需要进行一些针对性的设计。
结合本工程例举如下几个例子说明。
（1）如图2-11是三层的阳台，由于跨度很大，有8m。
阳台处应该多设几根梁，一般来说是设些次梁，不过阳台是悬挑的。
而挑梁必须从原有的梁中伸出来，不能单独设置，不然扭矩很大。
因此如图2-12我只在原有次梁的位置悬挑了3根梁出来。
图2-113层阳台建筑图
图2-123层阳台结构布置图
（2）下图2-13卫生间浴缸处突出建筑，因此需要在这个位置设置次梁。
如图2-14，梁截面尺寸为200*350。
图2-133层卫生间建筑图图2-143层卫生间结构布置图
（3）由于该别墅客厅是2层的，1层客厅上方没有板。
如图2-15所示，左边是客厅，右边是楼梯间。
因此客厅和楼梯间之间不能用墙隔开，也不能设梁，否则严重影响外观。
由于建筑上要求，也不能设构造柱。
所以2层休息平台处没有设梯梁，该楼梯间梯梁布置如图2-16，因此就把该处梯板设成折梯板，通过增加板厚板配筋来承受楼梯荷载。
图2-151层客厅及楼梯间建筑图
图2-161层客厅及楼梯间结构布置图
（4）层间休息平台处梯梁旁边由于没有梁可以搭，因此应设置构造柱，让梯梁搭在构造柱上。
截面尺寸为200*200，构造柱位置如图2-16中所示。
结论
本工程结构设计的过程中可以有一些不可忽视的原则，若忽略了这些原则，将增加结构的安全隐患，因此作为结构设计师在设计一个建筑前，应该先遵循这些原则，再将心中的构思设计出来，这样就能避免在设计中犯错。
而对于别墅的结构设计也是一样的。
例如“强柱弱梁”和“强剪弱弯”。
“强柱弱梁”是一个从结构抗震设计角度提出的一个结构概念。
就是柱子不先于梁破坏，因为梁破坏属于构件破坏，是局部性的，柱子破坏将危及整个结构的安全，可能会整体倒塌，后果严重！
所以我们要保证柱子更“相对”安全，故要“强柱弱梁。
而“强剪弱弯”是使钢筋混凝土构件中与正截面受弯承载能力对应的剪力低于该构件斜截面受剪承载能力的设计要求。
使结构构件在发生受弯破坏前不先发生剪切破坏。
用以改善构件自身的抗震性能。
还有现浇框架的梁、柱和板的混凝土最好采用统一的强度等级，以简化施工工艺，保证施工质量。
在本工程的设计过程中，我发现了很多细节的处理做的不好，需要多查找资料才懂得如何设计，因此还需要结合工程实际多查找多问才能充实自己的设计知识，提高自己的设计水平。
另外建筑设计与结构设计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、瓦相制约的关系。
在别墅建筑设计中。
由于结构足以水平荷载为主要控制荷载，故结构体系的选型和结构布置要考虑最有利于抗震和抗风的要求。
同时．结构构件截面尺寸还要满足刚度的要求。
进行框架结构设计时，结构师还应掌握如下设计规范：
建筑结构荷载规范、抗震规范、混凝土结构设计规范等。
并应考虑当地地方性的建筑法规。
熟悉当地的建筑材料的构成、货源情况、大致造价及当地的习惯做法，在做好以上细节，对别墅结构设计有一定了解后，方能设计出经济合理的别墅。
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谢辞
本文是在导师王黎园老师的悉心指导下完成的。
在论文的选题、研究思路的确定和撰写过程中，导师都给予了精心的指导和亲切的关怀。
作为她的学生，我感到非常幸运。
导师严谨的治学态度、渊博的知识，朴实诚恳的为人品质使我终身受益。
我借此机会向我的导师表示诚挚的敬意和最衷心的感谢！
在此，还要深深感谢在学习和论文研究过程中给予我鼓励、支持和帮助的实习单位和同事们。
还要感谢评阅、评议学士论文和出席学士论文答辩会的各位专家、教授，感谢他们在百忙之中给予的指导。
最后要感谢的就是我的父母，正是他们的理解、支持，为我提供一个良好的学习环境，使我能够顺利的完成学业。
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