南京职业技术学院1号科研楼结构设计

论文总字数：155607字

摘 要

本工程为南京职业技术学院1号科研楼，主体结构为五层，底层层高为4.2m，标准层层高均为3.9m。建筑长度为57.7m，宽度为23.46m，总建筑面积为8897m^2,。根据建筑体量和高度，初步决定采用钢筋混凝土框架结构。

结构设计的第一步是进行结构布置。首先估算了框架体系主体构件的尺寸，比如框架梁截面尺寸、框架柱截面尺寸、板的厚度等。再对整个楼盖进行计算，还有楼梯、基础等。计算分为两种形式，对整个结构需要用PKPM软件进行建模电算，得到电算的所有结果。除了电算之外还要进行手算，手算的主要内容是选取结构中的一榀框架，进行结构设计计算，需要计算此框架在竖向荷载、风荷载和地震荷载作用下的内力。考虑的不仅仅是单独的荷载作用，各种荷载需要进行组合，考虑最不利组合内力下的框架内力。手算的内容还包括楼梯的设计和基础的设计。楼梯设计包括：梯段板，平台板，平台梁，构造柱等。基础的设计包括：桩的选型，承台尺寸等。最后将手算和电算结果进行对比，对结果进行分析，找出手算和电算之间的差别。基于手算和电算两种计算方式，进行施工图的绘制，总计八张A1图纸。

关键词： 框架结构 钢筋混凝土 结构设计

Frame Structure Design Of The Research building

for NJCIT

Student：Jiyang Number：05111602

Supervision：Zhuhong

Abstract

The building is planned to be used as research building for NJCIT. The whole building has 5 floors and the bottom storey has a height of 4.2m when other floors get 3.9m. The length of the whole building is 57.7m and width is 23.46m. Total construction area is 8897 m². Based on the size of the building, reinforced concrete frame structure is used as the best fit structure.

The first step of the design is to place the columns. Sectional dimension should be estimated which column, beam, plate should be contained. The calculation of stairs , whole floor and foundation is also included. Two kinds of calculation are taken. First one is analysed by PKPM software. The second one is calculating by hand. I choose one frame of the structure to analyse. Many kinds of combination of internal force should be taken into consideration. I choose the most dangerous one for the structure to analyse the structural response. Besides, stairs calculation should contain the internal force, flat pallet, landing beam. Foundation calculation should include the choose of pile and design of cushion cap. Next, based on the result of two kinds of calculation, I analyse the difference between my calculation and software. Comparing the two kinds of calculation, I try to find the better method to calculate. In the end, I present 8 construction drawing as my achievement.

Keywords： Frame Construction, Reinforced concrete, Structure Design

目录

1.1 工程概况 6

1.1.1 工程名称 6

1.1.2 建设地点 6

1.2 建筑设计资料 7

1.3 基本数据 7

1.3.1抗震要求 7

1.3.2气象条件 7

1.3.3 岩土工程勘察土层报告 7

2.1结构选型 8

2.2 结构布置 8

2.3 初估截面尺寸 9

2.3.1框架梁 9

2.3.1.1 框架主梁 9

2.3.1.2 框架次梁 9

2.3.2 框架柱 10

2.3.3 板 12

3.1 竖向荷载计算 14

3.1.1 永久荷载计算 14

3.1.2 可变荷载计算 17

3.2 水平荷载计算 17

3.2.1 风荷载计算 17

4.1 楼面资料 19

4.2 楼面板设计 20

4.2.1 楼面板计算简图 20

4.2.2弯距计算 23

4.3 楼面次梁设计 35

4.3.1 CL-1、CL-2、CL-3、CL-4、CL-7、CL-10、CL-11 35

4.3.2 CL-5、CL-6、CL-8、CL-9 39

4.3.3 CL-13 42

5.1框架计算简图 47

5.1.1 计算简图说明 47

5.1.2 框架梁柱截面特征值 47

5.2 竖向荷载计算 49

5.2.1恒荷载计算 49

5.2.2楼面可变荷载计算 54

5.3竖向荷载作用下的内力计算 60

5.3.1永久荷载作用下 60

5.3.2可变荷载作用下 76

5.4 风荷载作用下的内力计算 98

5.4.1柱的修正抗侧刚度表 99

5.4.2 修正反弯点高度计算 99

5.4.3 内力计算表格 101

5.4.4 风荷载内力图 105

5.5 地震作用下的内力计算 107

5.5.1重力荷载代表值计算 108

5.5.3纵向框架水平地震作用下内力计算 114

6.1框架梁内力组合 121

6.1.1框架梁内力非抗震组合 122

6.1.2框架梁内力抗震组合 122

6.2框架柱内力组合 131

6.2.1 柱内力非抗震组合 132

6.2.2 框架柱内力抗震组合 136

7.1 框架梁截面设计 142

7.1.1 设计条件 142

7.1.2 构造要求 142

7.1.3 正截面受弯承载力计算 142

7.1.4 斜截面受剪承载力及剪压比验算 144

7.2 框架柱截面设计 152

7.2.1 设计条件 152

7.2.2 构造要求 152

7.2.3 正截面受弯承载力验算及轴压比验算 152

8.1基础设计资料 168

8.2 基础设计 168

8.2.1 基础选型 168

8.2.2 桩顶作用效应计算 168

8.2.3 单桩承载力计算 169

8.3 基础连梁设计 177

8.3.1 梁高的估算 178

8.3.2 基础连梁正截面计算 178

9.1设计资料 181

9.2 底层楼梯的结构设计 181

9.2.1梯段板设计 181

9.2.3平台梁计算 184

9.2.3平台柱设计 187

9.3 标准层楼梯的结构设计 187

9.3.1梯段板设计 187

9.3.3平台梁计算 190

9.3.3平台柱设计 192

第一部分 设计资料

1.1 工程概况

1.1.1 工程名称

南京职业技术学院1号科研楼

1.1.2 建设地点

江苏省南京市栖霞区仙林大学城文澜路99号

1.2 建筑设计资料

毕业设计工程为某出版社1号科研楼。工程的实际情况为：建筑场地在南京，建筑功能为杂志社科研楼与办公室。建筑总长度为57.7m，建筑总面积为8897 m2。建筑为五层，底层层高4.2 m，其余各层为3.9 m，屋顶最高点的高度为24.35 m。室内外高差为450 mm。

1.3 基本数据

1.3.1抗震要求

工程所在地抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.10g，场地类别为Ⅲ类，框架抗震等级为三级。

1.3.2气象条件

基本风压：ω₀＝0.4kN/m²

基本雪压：S₀=0.65 kN/m²

1.3.3 岩土工程勘察土层报告

表1.1 岩土勘察报告

第二部分 结构方案的选型及框架布置

2.1结构选型

根据建筑功能的要求，科研楼需要较大的使用空间。因此采用建筑平面布置灵活的钢筋混凝土框架结构体系。

2.2 结构布置

根据所给建筑图，布置框架结构。首先布置柱网和主次梁，结构保持和建筑图一致。柱网布置如下，其中方框表示柱：

图2.1 平面结构布置图

2.3 初估截面尺寸

根据本项目房屋要求抗震等级为三级，根据相关数据查阅抗震规范，决定楼盖、屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构。梁柱板混凝土等级均采用C30，钢筋均采用HRB400级钢筋。

2.3.1框架梁

2.3.1.1 框架主梁

根据《混凝土结构设计规程》9.2规定，框架结构的主梁截面高度h_b可按（1/12～1/8）lb确定，l_b为主梁计算跨度；梁净跨与截面高度之比不宜小于4。梁的截面宽度不宜小于200 mm，梁截面的高宽比不宜大于4。本工程梁跨度多为6400 mm，则框架梁高度为l_b/12=533 mm，结合建筑设计要求，取600 mm，b取300 mm。

综上，框架主梁的尺寸定为：300mm×600mm。

2.3.1.2 框架次梁

次梁h约为(1/18～1/12) l_b确定，b一般取(1/3～1/2)h，框架次梁跨度为6400 mm，次梁尺寸取为200mm×400mm。

考虑到施工时钢筋为连续布置，因此主梁宽度均相同，为300mm；在构造方面，窗户的尺寸统一，主梁当做过梁使用，高度均采用600mm。

综上，框架次梁的尺寸定为：200mm×400mm。

2.3.2 框架柱

考虑到工程规模和经济性，本工程采用现浇钢筋混凝土结构，建筑总高度24.35m（小于30m），抗震设防烈度为7度，地震分组为第一组，框架抗震等级为三级，框架柱最大轴压比。采用的混凝土为C30，。由于结构本身比较均匀且对称，把整个楼板平面分为A、B、C三个部分进行估算（见下图）。

C

A

B

图2.2 估算分区图

考虑到三块区域形状都比较规则，但是角柱受到不同方向的偏心荷载作用，受力比较复杂，出于安全考虑，内柱和边柱取相同的尺寸。为了节约材料和成本，柱子的尺寸可以分层布置，1~2层取相同尺寸，3~5层取相同尺寸。估算楼面荷载根据经验取10kN/m²。

A区：

⑴ 1~2层按底层中柱估算

其最大轴压力为：

由轴压比限值得：

取柱截面为正方形，则柱截面边长为550mm。综合考虑其他因素，为安全起见，取柱截面尺寸为600mm×600mm。

⑵ 3~5层按3层中柱估算

其最大轴压力为：

由轴压比限值得：

取柱截面为正方形，则柱截面边长为400mm，为安全起见，取柱截面尺寸为500mm×500mm。

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