摘 要

本设计通过查阅国家规范，借助结构力学求解器等相关软件对水域天际二期4号楼建筑结构进行设计，手算和电算结合。

设计主要统计了竖向的恒载和活载，横向的风和地震作用，再分析各种荷载下的内力，然后组合成最不利内力，最后完成截面设计。

关键词：国家规范；荷载分析；内力组合；截面设计

Abstract

Through consulting the national code, this design designs the building structure of No. 4 Building in the second phase of the water skyline with the help of structural mechanics solver and other related software, and combines manual calculation with computer calculation. The design mainly counts the vertical dead load and live load, the lateral wind and earthquake action, and then analyses the internal forces under various loads, then combines them into the most unfavorable internal forces, and finally completes the section design.

Key Words：National Code; Load Analysis; Internal Force Combination; Section Design

目录

第1章 绪论 1

第2章 设计资料与框架计算 2

2.1 设计资料 2

2.2 确定构件截面和框架计算简图 3

2.3 框架梁柱线刚度计算 3

第3章 荷载计算 6

3.1 恒载标准值计算 6

3.2.1 屋面和楼面活荷载标准值 7

3.2.2雪荷载 7

3.3 竖向荷载下框架受荷总图 7

3.3.1 A～B轴间框架梁 8

3.3.2 B～C轴间框架梁 10

3.3.3 A柱纵向集中荷载的计算 11

3.3.4 B柱纵向集中荷载的计算 12

3.3.5 C柱纵向集中荷载的计算 13

3.4 风荷载计算 14

3.5 水平地震作用计算 16

3.6 风荷载作用下的位移验算 17

第4章 内力计算与组合 20

4.1 恒荷载标准值作用下的内力计算 20

4.1.1 顶层恒载计算 20

4.1.2 一般层恒载计算 21

4.1.3 底层恒载计算 22

4.1.4 框架内力叠加 24

4.2 活荷载标准值作用下的内力计算 27

4.3 风荷载标准值作用下的内力计算 34

4.4 水平地震荷载标准值作用下的内力计算 36

4.5 内力组合 38

4.6 重力二阶效应计算 43

第5章 截面设计与配筋计算 47

5.1 框架柱截面设计 47

5.1.1 轴压比验算 47

5.1.2 截面尺寸复核 47

5.1.3 正截面受弯承载力计算 47

5.1.4 垂直于弯矩作用平面的受压承载力验算 51

5.1.5 斜截面受剪承载力计算 51

5.1.6 裂缝宽度验算 52

5.2 框架梁截面设计 52

5.3 板截面配筋设计 54

5.4 楼梯设计 56

5.4.1 梯段板设计 58

5.4.2 平台板设计 59

5.4.3 平台梁设计 60

5.5 基础设计 61

5.5.1 确定基础底面尺寸 62

5.5.2 基础配筋 62

5.5.3 地基沉降量验算 65

结束语 69

参考文献 70

致 谢 71

第1章 绪论

我国装配式混凝土建筑较发达国家仍有很大差距，目前我国新建装配式建筑占新建建筑面积的比例不足 5%。随着政策影响和市场导向，装配式混凝土建筑的大力推广必然成为未来建筑行业发展的新趋势^[1]，但是目前来讲，现浇式混凝土结构凭借稳定经济仍占据主导地位，本建筑结构按照现浇式混凝土结构设计。

近年来，各种高科技混凝土层出不穷，比如植生混凝土，植生混凝土顾名思义是指能让植物生长于其上的混凝土，是生态环保混凝土的一种，有时又被称作为植生生态混凝土^[2]。同时，结构的自振周期也涌现出了新的测量方法，基于环境激励法^[3]测量的数据也可以参考使用。

在构件设计时，要注意柱子不应承受扭转效应，因为有扭转偏心距的试件破坏具有弯扭破坏形态,无扭转偏心距作用的试件发生受弯破坏^[4]，截面设计时要保证配筋率达到规范要求，因为钢筋强度等级对梁的疲劳抗弯刚度影响不明显,配筋率是影响疲劳抗弯刚度的重要因素^[5]。

混凝土结构至今约有160年的历史，从1850至20世纪20年代，是钢筋混凝土发展的初级阶段，而从20世纪30年代开始，结构形式开始变得多样化，材料性能越来越强，施工方法不断革新，各种研究成果层出不穷，计算理论和设计方法不断完善，这些进步使得钢筋混凝土迈入了快速进步的阶段，发展至今^[6]。

房屋结构在规定的使用年限内，在各种永久荷载和可变荷载的作用下，在温度、徐变、收缩和地基不均匀沉降等影响下，应当具有足够的承载力，不能发生破坏或者失稳，并且应当具有足够的刚度，不能产生过大的侧移和挠度^[7]。钢筋混凝土结构较钢结构而言，应该具有足够的抗裂性能，在严寒或酷暑条件下仍能够使用^[8]。

本设计采用线弹性分析方法，采取适当的简化分析方法，如底部剪力法。在设计中，要考虑结构的二阶效应和构件的二阶效应是否会使荷载作用效应显著增大，并作出调整。

通过本次设计，我们能够串联起复杂的专业知识，对自己的所学产生深刻的认识。

第2章 设计资料与框架计算

2.1 设计资料

图2.1 结构平面布置图

2.2 确定构件截面和框架计算简图

框架分为两跨，跨度分别为7.5m，6.4m，可初步确定梁截面：b×h=300mm×600mm。

框架一般层高3.0m，并根据轴压比:

初步确定柱截面：b×h=600mm×600mm。

在框架的计算中，刚性连接框架的上部和基础。因为各层的构件均相同，取柱子轴线之间的距离为梁的计算长度，设定层高就是各柱子的计算高度，这样就可画出框架的简化计算图，如图2.2所示。

2.3 框架梁柱线刚度计算

对于结构中间的梁，受板的影响，取。

图2.2 计算简图

第3章 荷载计算

3.1 恒载标准值计算

3.2 活荷载标准值计算

3.2.1 屋面和楼面活荷载标准值

根据《荷载规范》^[10]查得：上人屋面：2.0KN/m²，楼面：2.0KN/m²。

3.2.2雪荷载

屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取大值。

3.3 竖向荷载下框架受荷总图

由板传递来的复杂形式的荷载，为了简化计算，把这些复杂的形式转化为均布荷载，这样可以画出板在承受复杂荷载情况下力的传递方式，如图3.1。

图3.1 板传荷载示意图

3.3.1 A～B轴间框架梁

屋面板传荷载：

A-A`段

A`-B 段

A`集中力

由结构力学求解器求得等效均布荷载

楼面板传荷载：

A-A`段

A`-B段

A`集中力

由结构力学求解器求得等效均布荷载

A～B轴间框架梁均布荷载为

屋面梁：恒载=梁自重 板传荷载

=3.97KN/m 25.16KN/m=29.13KN/m

活载=板传活载

=8.74KN/m

楼面梁：恒载=梁自重 板传荷载

=3.97KN/m 16.75KN/m=20.72KN/m

活载=板传活载

=8.74KN/m

3.3.2 B～C轴间框架梁

屋面板传荷载：

B-B`段

B`-C段

B`集中力

由结构力学求解器求得等效均布荷载

楼面板传荷载：

B-B`段

B`-C段

B`集中力

由结构力学求解器求得等效均布荷载

B～C轴间框架梁均布荷载为

屋面板：恒载=梁自重 板传荷载

=3.97KN/m 22.18KN/m=26.15KN/m

活载=板传活载

=9.09KN/m

楼面板：恒载=梁自重 板传荷载

=3.97KN/m 17.39KN/m=21.36KN/m

活载=板传活载

=9.09KN/m

3.3.3 A柱纵向集中荷载的计算

女儿墙^[11]自重（把墙的高度设定为1100mm，墙的压顶用100mm的混凝土）：0.24m×1.1m×18KN/m³ 25KN/m³×0.1m×0.24m (1.2m×2 0.24m)×0.5KN/m²=6.67KN/m。

天沟自重（玻璃瓦 现浇天沟，图3.2）

玻璃瓦自重 1.05m×1.1KN/m²=1.16KN/m

现浇天沟自重 25KN/m³×[0.60m (0.20m-0.080m)]×0.08m (0.6m 0.2m)×(0.5KN/m² 0.36KN/m²)=2.13KN/m

合计 3.29KN/m

图3.2 现浇天沟尺寸

顶层柱恒载=女儿墙及天沟自重 梁自重 板传荷载

=（6.67KN/m 3.29KN/m）×7.7m 3.97KN/m×(7.7m-0.3m) 14.59KN/m×7.7m=218.41KN

顶层柱活载=板传荷载

=7.63KN/m×7.7m

=59.75KN

标准层柱恒载=墙自重 梁自重 板传荷载

=6.13KN/m×（7.7m-0.3m) 3.97KN/m×（7.7m-0.3m) 13.25KN/m×7.7m=176.77KN

标准层柱活载=板传活载

=7.63KN/m×7.7m

=59.75KN

基础顶面恒载=底层外纵墙自重 基础梁自重

=6.13KN/m×（7.7m-0.3m) 3.97KN/m×（7.7m-0.3m)

=74.74KN

3.3.4 B柱纵向集中荷载的计算

顶层柱恒载=梁自重 板传荷载

=3.97KN/m*(7.7m-0.3m) 9.19KN/m*7.7m

=100.14KN

顶层柱活载=板传荷载

=5.00KN/m×7.7m

=38.5KN

标准层柱恒载=墙自重 梁自重 板传荷载

=4.16KN/m×（7.7m-0.3m) 3.97KN/m×（7.7m-0.3m) 8.84KN/m×7.7m

=128.23KN

标准层柱活载=板传活载

=5.00KN/m×8.1m

=38.5KN

基础顶面恒载=基础梁自重

=3.97KN/m×（7.7m-0.3m)

=29.38KN

3.3.5 C柱纵向集中荷载的计算

顶层柱恒载=女儿墙及天沟自重 梁自重 板传荷载

=（6.67KN/m 3.29KN/m）*8.1m 3.97KN/m*(8.1m-0.3m) 12.9KN/m*8.1m

=216.13KN

顶层柱活载=板传荷载

=5.06KN/m×8.1m

=41.80KN

标准层柱恒载=墙自重 梁自重 板传荷载

=6.13KN/m×（8.1m-0.3m) 3.97KN/m×（8.1m-0.3m) 9.69KN/m×8.1m

=157.27KN

标准层柱活载=板传活载

=5.06KN/m×8.1m

=41.80KN

基础顶面恒载=底层外纵墙自重 基础梁自重

=6.13KN/m×（8.1m-0.3m) 3.97KN/m×（8.1m-0.3m)

=78.78KN

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