论文总字数：169424字

摘 要

常州中南世纪城14号楼，位于常州市武进区常武路115号。本建筑主体结构5层，建筑总长为58.8，总宽为21.0，主体结构高23.4。建筑占地面积1234.8，总建筑面积6174。

本设计主要是对中南世纪城14号楼进行结构设计。后续计算书中包括：结构平面布置、荷载计算、楼盖设计、框架受力分析（包括恒荷载、活荷载、风荷载、地震荷载）、框架内力组合、框架截面设计、楼梯设计和基础设计等部分。

在拿到项目的建筑图后，首先需要对建筑进行结构分析，完成合理的结构布置。在结构合理布置的基础上，进行楼盖的楼板和次梁的设计。然后，选取结构中比较具有代表性的一榀框架进行设计，先要对框架受力进行分析，再应用Excel 等计算软件对所算出的荷载标准值进行组合，选取最不利组合的内力值为框架的设计值，由此完成框架的截面设计。最后需要对结构中的楼梯和基础进行设计，完成一整栋建筑的手算部分。

手算结束后，借助专业的结构设计软件——PKPM 对整个建筑进行电算，完善手算中没有涉及的部分，并对比手算结果，查找手算误差并分析其原因。最后结合手算和电算的结果绘制结构的部分施工图。

关键词：结构设计，钢筋混凝土结构，框架结构

Abstract

Building 14, Zhongnan Century City, Changzhou City, located in Changwu Road 115, Wujin District, Changzhou.The building has 5 floor, the total length is 58.8 m, the total width is 21.0 m, the height of the main structure is 23.4m. The building covers an area of ​​1234.8m² and the total construction area is ​​6174m².

The design is mainly on the structural design of Building 14, Zhongnan Century City. Subsequent calculations include: structural plane layout, load calculation, floor design, frame force analysis (including constant load, live load, wind load, seismic load), internal force combination, cross-section design, stair design and foundation design section.

After getting the project's building plan, the first need for design is to process structural analysis. And next, on the basis of rational layout of the structure, designing the floor and second beam of the layer. Then, we choose a representative frame to caculate the internal force, combine the calculated values with Excel and other computing software, select the most unfavorable combination as the design value of the frame to complete the cross-section design. Finally, to design the stair and the foundation, completing manual calculation of the structure.

After the manual calculation, with the help of professional structural design software - PKPM on the entire building, complete the part the manual count does not involve. And compare both results, find the operator error and analyze the reasons. Finally, drawing the construction drawing in the light of both the manual and computer results.

KEY WORDS: structural design, reinforced concrete structure, frame structure

目 录

一、 结构方案分析 1

1.1、工程概况 1

1.2、建筑做法 1

1.3、可变荷载 1

1.4地质条件 1

二、结构方案选型布置 2

2.1结构体系 2

2.2梁尺寸估计 2

2.3板厚估计 2

2.4柱尺寸估计 5

三、荷载计算 6

3.1面荷载 6

3.2墙体做法 7

3.3墙体 8

3.4风荷载 9

四、楼盖设计 10

4.1标准层楼盖设计 10

4.2单向板设计 10

4.3双向板设计 11

4.4板的裂缝计算 12

4.5次梁设计 19

五、竖向荷载下横向框架内力计算 36

5.1横向框架计算内力简图 36

5.2框架恒荷载计算 37

5.3恒载下框架内力计算 45

5.4框架活荷载计算 51

5.5活荷载下框架内力计算 56

5.6活载布置Ⅰ下的框架内力计算 57

5.7活载布置Ⅱ下的框架内力计算 62

5.8活载布置Ⅰ Ⅱ下的框架内力计算 67

5.9雪荷载下框架内力计算 68

六、风荷载下横向框架的内力计算 69

6.1梁柱抗侧刚度计算 69

6.2轴框架风荷载计算 71

6.3风荷载下框架内力计算 72

6.4风荷载下结构侧移 73

七、水平地震作用下的框架内力计算 77

7.1重力荷载代表值计算 77

7.2结构基本自振周期计算 79

7.3横向水平地震作用计算 81

7.4横向水平地震作用下内力计算 82

八、内力组合 87

8.1框架梁内力组合 87

8.2框架柱内力组合 100

九、框架构件设计 112

9.1框架梁正截面设计 112

9.2框架梁斜截面设计 115

9.3框架柱正截面设计 115

十、框架构件抗震设计 124

10.1框架梁正截面承载力计算 124

10.2框架梁斜截面承载力计算 125

10.3框架柱正截面承载力计算 128

10.4框架柱斜截面承载力计算 138

十一、构件选筋与验算 141

11.1框架梁选筋 141

11.2框架柱选筋 144

十二、楼梯设计 146

12.1楼梯间布置 146

12.2结构布置 146

12.3标准层设计 147

12.4底层设计 149

十三、独立基础设计 150

13.1场地概况 150

13.2基础选择 150

13.3桩基承载力验算 151

13.4承台验算 152

13.5基础梁设计 156

十四、手算结果与电算比较与分析 157

14.1结构周期对比 157

14.2结构水平位移比较 157

14.3底层柱轴力对比 157

14.4框架内力比较 158

附录一 PKPM计算书 161

一、结构模型概况 161

二. 质量信息 169

三. 立面规则性 170

四. 抗震分析及调整 171

五. 结构体系指标及二道防线调整 173

六. 变形验算 175

七. 抗倾覆和稳定验算 178

八. 超筋超限信息 180

附录二、力矩分配法 181

结构方案分析

1.1工程概况

常州中南世纪城14号楼位于常州市武进区常武路115号。本建筑主体结构5层,底层层高5.4m,2至4层层高为4.5m;屋面为不上人屋面,女儿墙高0.6m,结构高度为23.4m。室内外高差150mm,设计标高±0.000等于绝对标高值3.40m,室外地坪相对标高-0.150等于绝对标高值3.24m。建筑总长为58.8m,总宽为21.0m,建筑占地面积1234.8m²,总建筑面积6174 m²。建筑采用框架结构,横向三跨,中间跨为走廊,两边为商铺;纵向主体七跨。

本建筑设计使用年限为50年,结构安全等级为二级,地基基础设计等级为丙级,建筑物耐火等级为二级,裂缝控制等级为三级。工程所在地抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度为0.10g,设计地震分组为第一组,场地类别为Ⅲ类,抗震设防类别为丙类。

1.2建筑做法

非承重的外围护墙:采用200厚加气混凝土砌块(B06),M5专用配套砂浆砌筑。

内墙:采用200厚加气混凝土砌块(B06),M5专用配套砂浆砌筑。

卫生间隔墙:采用200厚加气混凝土砌块(B06),M5专用配套砂浆砌筑。离地高度200内以C20混凝土浇筑墙基,宽同墙厚,门洞口不做。

1.3可变荷载

建筑地点基本风压:ω₀=0.70kN/m²(50年一遇),地面粗糙度类别为B类,组合值系数0.6,准永久值系数0;基本雪压:S₀=0.35kN/m²(50年一遇),Ⅲ类地区,组合值系数0.7,准永久值系数0。不上人屋面可变荷载标准值0.5kN/m²,商铺、楼梯、走道地面可变荷载标准值为3.5 kN/m²,公共卫生间可变荷载标准值为4.0kN/m²,组合值系数0.7,准永久值系数0.5。

1.4地质条件

本工程的场地条件属稳定性场地,无液化。场地地下水对混凝土结构具微腐蚀性, 对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。

本结构拟采用钢筋混凝土框架结构,基础采用桩基。

上部结构用C30混凝土,钢筋采用HRB400。

结构方案选型布置

2.1结构体系

本工程为商场,商铺隔墙横向布置,则可采用纵横向框架承重方案。既可以为商铺提供一定的室内净高,又可将横向梁布置在隔墙上方,不至于影响使用。且纵横墙框架混合承重可以使房屋在两个方向均有较大的抗侧刚度,整体工作性能好。

为减小板跨,沿横向布置次梁,横向一跨内布置一道次梁。在标准层楼面,根据建筑结构布置,需在隔墙下布置次梁。则楼面布置如图2.1.1-2.1.2所示。

2.2梁尺寸估计

纵向主梁跨度8400mm,横向主梁跨度8400mm,6000mm,6600mm。框架梁截面高度一般取跨度1/12~1/8,截面宽度应取截面高度1/3~1/2,考虑:

8400/12~8400/8=700mm~1050mm

6600/12~6600/8=550mm~825mm

6000/12~6000/8=500mm~750mm

取主梁的高度h=700mm,宽度b=250mm。

次梁截面高度一般取跨度1/15~1/12,考虑:

8400/15~8400/12=560mm~700mm

6600/15~6600/12=440mm~550mm

6000/15~6000/12=400mm~500mm

为满足长跨次梁的承载能力和考虑施工,取次梁高度h=600mm,宽度b=250mm。

标准层楼面次梁种类有8400mm,6600mm,4200mm,2200mm,1600mm。由于卫生间荷载值较大,次梁CL6取高度h=700mm,次梁CL4取高度h=600mm,宽度b=250mm。其余次梁高取400mm,宽取200mm。

2.3板厚估计

板厚由次梁间距决定,通过板的受力情况、荷载大小来确定。查阅 《混凝土设计规范》可知:

板厚:对于民用建筑单向板,最小厚度为60mm;双向板最小厚度为80mm;密肋楼盖最小厚度为50mm,肋高最小为250mm;悬臂长度大于1200mm的悬臂板根部最小厚度为100。板的跨厚比:单向板不大于30;双向板不大于40。

2.1.1标准层楼面布置图

2.1.2屋面布置图

根据上图中楼板的划分,有单向板、双向板。双向板跨度最大为4200mm,h≥4200/40𝑚𝑚=105𝑚𝑚。各层楼板厚度取120mm,屋面楼盖板厚取120mm。

2.4柱尺寸估计

对于抗震设防区,柱的截面面积一般由轴压比限值控制。对于抗震等级为三级的框架,轴压比限值为0.85。一般取柱在竖向荷载下的轴力N_c(可近似取荷载标准值为12~18kN/m²),然后取N=(1.2~1.4)N_c。

1-2层柱

中柱:由于各轴线柱负荷面积不等,在此按最大负荷面积计算,故仅取N_c=14kN/m²,抗震等级为三级,N=1.2N_c,混凝土取C30,则f_c=14.3N/mm²,为使结构在纵横向抗侧刚度相当,框架中柱截面取为矩形。

N_c=8.4×(4.2 3)×14 ×5=4233.6kN

N=1.2N_c=5080.3kN

A≥N/0.85f_c=5080.3×1000/(0.85×14.3)=417959.7mm²

取中柱截面b×h=600mm×700mm

边柱:取N_c=15kN/m²,抗震等级为三级,N=1.3N_c,混凝土取C30,则f_c=14.3N/mm²,框架柱截面取为正方形。

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