南京紫东国际创意园单体科研楼A3栋框架结构设计

论文总字数：98749字

摘 要

本次毕业设计的题目是南京紫东国际创意园A3栋项目。南京紫东国际创意园A3楼总建筑面积13538.14平方米。地上部分6层，建筑高度23.10m，建筑占地面积2266.6平方米。

本设计主要是对南京紫东国际创意园A3栋框架结构进行设计。计算书内容包括：结构平面布置、荷载计算、屋盖设计及配筋、框架受力分析、框架内力组合及配筋、楼梯设计、基础设计。在结构布置方案确定之后，首先对结构屋盖进行设计。然后，计算框架在竖向荷载（恒载及活荷载）作用下产生的结构内力，计算框架在风荷载和地震作用下的结构内力。在确定各种荷载作用下框架产生的内力之后，利用Excel对各种工况下的内力进行内力组合，从中找出最不利的内力组合进行截面的设计和配筋。整榀框架设计完成这后，又进行了板式楼梯和桩基础的设计。板式楼梯设计包括梯段板、平台梁和平台板的设计；桩基础的设计包括了对桩、桩承台和承台拉梁的设计。手算工作结束后，运用PKPM工程软件进行整栋建筑的电算工作，完善手算没有计算的部分的设计工作。同时，通过电算对手算结果进行修正、校核，发现错误并分析误差存在的原因。最后利用手电算计算结果绘制了结构的部分施工图。

关键词：结构设计 钢筋混凝土 框架结构

Nanjing Zi Dong International Creative Site Building A3

Stuctural Design

Name：LinWang Student ID：05111503

Supervisor Pro. FENG Jian

Abstract

Title of this graduation project is Nanjing Zidong International Creative Site Building A3. Area of anjing Zidong International Creative Site Building A3 is 13538.14m², which has 6 stories above ground. Height of this building is 23.10m, area is 2266.6m².

This project aims to design the structure of Nanjing Zidong International Creative Site Building A3. The calculating paper includes structure plane layout, load calculation, roof design, stairs design and foundation design. Then, calculated the structural internal forces under vertical load (constant load and live load), and structural internal forces under wind load and seismic load. After confirming the structural internal forces under all kinds of loads, used Excel to combine internal forces in all working conditions, and found the most disadvantage load combination to design the section and the arrangement of reinforcement. After one frame design was finished, plate stair and pile foundation are designed. The plate stair design includes stair boards design, platform beam design and platform board design. The pile foundation design includes designing piles, pile caps and pile cap pull beams. After the manual calculation was finished, PKPM was used to process the computerized calculation of the whole building, and complete the missing design works in manual calculation. In the meantime, computerized calculation results were used to correct and check the manual calculation results, reveal problems and analysis causes of error. In the end, parts of construction drawings are drew using manual and computerized calculation results.

Keywords : structural design  frame construction reinforced concrete

目录

目录 1

第一部分：设计概况 4

1.1工程名称 4

1.2工程概况 4

1.3基本数据 4

第二部分：设计方案设计 5

2.1结构选型 5

2.2结构布置 5

2.3初估主要构件截面尺寸 5

2.3.1板厚度估算 5

2.3.2梁截面尺寸估算 5

2.3.3柱截面尺寸估算 6

第三部分：荷载计算 7

3.1恒荷载计算 7

3.1.1屋面恒载 7

3.1.2楼面恒载 7

3.1.3墙自重 8

3.1.4梁自重 9

3.1.5柱自重 9

3.2活荷载计算 9

3.2.1 屋面及楼面活荷载标准值 9

3.2.2 屋面雪荷载标准值 10

3.2.3风荷载 10

第四部分：楼盖设计 12

4.1屋面板的设计 12

4.1.1单向板C设计 12

4.1.2双向板A、B、D设计 14

4.2标准层楼面板的设计 15

4.2.1单向板B、D、O、P设计 16

4.2.2双向板G、K、M、N、Q设计 18

4.3屋盖次梁设计 20

4.3.1梁CL1设计 21

4.3.2梁CL5设计 24

4.4标准层楼盖次梁设计 27

4.4.1梁CL6设计 27

4.4.2梁CL7设计 30

第五部分：竖向荷载作用下框架的内力计算 33

5.1框架计算简图 33

5.2恒荷载计算 35

5.3 恒荷载下内力计算 36

5.4 绘制恒荷载下的内力图 38

5.5活荷载计算 40

5.6 活荷载下内力计算 42

5.7 绘制活荷载下的内力图 44

第六部分：风荷载作用下框架的内力计算 48

6.1风荷载作用下的内力计算 48

6.2 绘制风荷载下的内力图 49

6.3风荷载作用下的侧移计算 51

第七部分：水平地震作用下框架的内力计算 53

7.1重力荷载代表值计算 53

7.2水平地震作用计算 56

7.2.1框架梁柱线刚度计算 56

7.2.2侧移刚度D计算 57

7.2.3结构基本自振周期的计算 59

7.2.4纵向水平地震作用计算 59

7.2.5纵向水平地震作用下内力计算 60

7.3 绘制水平地震作用下的内力图 62

第八部分：内力组合 63

8.1 框架梁内力组合 64

8.1.1 内力换算和梁端负弯矩调幅 64

8.1.2 荷载效应组合 69

8.2 框架柱内力组合 69

8.2.1荷载效应组合 69

第九部分：截面设计 76

9.1框架梁截面设计 76

9.1.1框架梁正截面受弯设计 76

9.1.2框架梁斜截面受剪设计 79

9.2框架柱截面设计 84

9.2.1框架柱正截面受弯承载力计算 84

9.2.2框架柱斜截面受剪承载力计算 94

9.2.3框架柱裂缝宽度验算 97

第十部分：楼梯设计 99

10.1楼梯梯段板设计 99

10.1.1底层楼梯计算 100

10.1.2标准层楼梯计算 101

10.2平台板设计 103

10.2.1底层平台板计算 103

10.2.2标准层平台板计算 104

10.3平台梁设计 105

10.3.1底层平台梁计算 105

10.3.2标准层平台梁计算 107

第十一部分：桩基础设计 110

11.1基础设计资料 110

11.2 基础设计 110

11.2.1 基础选型 110

11.2.2 桩顶作用效应计算 111

11.2.3 单桩承载力计算 111

11.2.4 柱基础设计 111

11.3 基础连梁设计 119

11.3.1 梁高的估算 119

11.3.2 基础连梁正截面计算 119

第十二部分：手算与电算PKPM比较 120

12.1 结构基本周期比较 120

12.2 层间位移比较 121

12.3 底层柱轴力设计值比较 121

12.4 框架梁配筋面积比较 122

【参考文献】 125

第一部分：设计概况

1.1工程名称

南京紫东国际创意园A3楼

1.2工程概况

南京紫东国际创意园A3楼位于南京市栖霞区南部、紫金山东麓，主要功能为研发工作。工程分为A1-3三部分，总建筑面积38338.75平方米。A3楼分为地上6层，建筑面积13538.14平方米，1层建筑面积2266.6平方米，2层建筑面积1885.35平方米，3~6层2400平方米。房屋高度为23.4米（室外地面至主体屋面高度）。

南京紫东国际创意园A3楼使用年限为50年；结构安全等级为二级；地基基础设计等级为丙级；建筑耐火等级为二级；屋面防水等级为二级；本项工程为二类建筑。

建筑抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g；设计地震分组为第一组，抗震设防类别为标准设防类别，场地类别为II类；框架抗震等级为三级；水平地震影响系数最大值0.08，特征周期0.35。

场地地下水位稳定水位深度为0.40～1.20m，地下水年变幅1.0m左右，设计基准期内最高水位埋深按拟建场区整平标高下0.50m进行考虑。场地地下水、土对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性。

拟建场地为岗地地貌，除填土外浅部地基土工程地质性能较好。场地覆盖层厚度较薄，主要由填土、可塑状态粘土、硬塑状态粘性土及砾石层组成。中风化泥质粉砂岩呈块状结构，岩体较完整，岩体基本质量等级为Ⅴ级，工程地质条件好，可作为桩基础的桩端持力层。据钻探结果，场地内无液化土层存在。

结构初步方案定为钢筋混凝土框架结构，基础采用桩基础。

1.3基本数据

（1）建筑结构的安全等级为二级；设计使用年限为50年；

（2）抗震设防烈度为7度（0.1g），设计地震分组第一组，抗震设防类别为标准设防类别，建筑场地土类别为Ⅱ类；框架抗震等级为三级；平地震影响系数最大值0.08，特征周期0.35s；

（3）基本风压： （50年一遇），地面粗糙程度为B类；基本雪压：（50年一遇）；

（4）地基基础设计等级为丙级，地质资料详见地质勘探报告；

（5）本工程上部结构采用C30混凝土（柱子C40混凝土），钢筋采用HRB400、HRB335。

第二部分：设计方案设计

2.1结构选型

根据本工程的建筑物高度、结构整体形状和使用功能的要求，本工程主体结构决定采用现浇钢筋混凝土框架结构。这样结构布置灵活，便于设置较大的整体使用空间，而本工程房间墙体布置较为对称规整，采用框架结构便于布置。

根据本工程地质情况，基础采用柱下独立基础形式。因为地质条件良好，采用这种基础造价低，适宜使用。

2.2结构布置

本工程为六层，底层为大空间研发实验室，上部五层小间研发室，上部墙体布置较为规则，柱网较为规则。由于功能要求，房间室内空间要求较大，因此，柱网布置相对稀疏，纵横向跨度较大为8.4m。结构横向七跨，纵向七跨，柱网布置规则，不考虑扭转作用。主梁根据柱网布置，较为规则；次梁考虑到墙体的布置位置，尽量使墙体荷载直接作用在次梁上；由于次梁有些方向、位置跨度太大，因此将较大块内的板再用横向次梁分割，使楼板满足要求。次梁跨度为8.4m、5.25m、2.25m，楼板多为双向板，走道和屋顶横向中跨位置设置单向板。工程采用纵横向框架混合承重方案，房屋在两个方向均满足抗侧刚度要求，整体工作性能好。结构的平面布置见图2.1、图2.2。

2.3初估主要构件截面尺寸

2.3.1板厚度估算

板厚由次梁的间距决定，通过板的受力情况、荷载大小以及跨确定。规范规定，一般楼层现浇楼板厚度不应小于80mm，当板内预埋暗管时不宜小于100mm；顶层楼板厚度不宜小于120mm，宜双层双向配筋；混凝土强度等级不宜低于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。

根据图中的楼板划分，有单向板和双向板。简支单向板不应小于跨度的1/35，h≥1400/35=35mm；连续单向板不应小于跨度的1/40，h≥1400/40=35mm；双向板不应小于跨度的1/45，h≥4200/45=93mm。为使所有楼板厚度统一，各层楼板厚度取为120mm,屋面楼盖板厚取120mm。

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