论文总字数：71246字

摘 要

本工程为某教学楼设计，该楼为五层，总高19.5米，总建筑面积为2592m²。本设计依据设计要求和原始资料，运用钢筋混凝土、结构力学基本原理及土力学和对材料性质的深刻了解，遵守设计规则，保证建筑结构合理，所有材料的质量和强度合格，工艺良好。

本建筑设计分为三部分：建筑设计、结构设计、基础设计。

建筑设计采取积极措施来增强建筑物的外表强度和坚固性，给人以心理上的安全感。另外，还要有艺术的美感，要有时代气息。

结构体系是钢筋混凝土框架结构，用砌块做填充墙。结构设计是使结构物得到足够的强度、刚度和韧性的过程。结构体系选择后，进行荷载分析和强度分析，同时考虑与建筑经济学的关系，把材料制做安装所需成本、所用时间，以及结构使用期间的维修联系起来。

关键词：教学楼；建筑； 结构

This is a building project located, There are five storys in the building.The general height is 19.5m and building area is2592 square meters.The design is based on the design requirements, original information, application of mechanics RC, basic principles of structural mechanic, soil mechanics and well knowing material quality, obeying rules of design, ensuring the structures of architecture reasonable, and the quality and intensity of all materials are qualified, and the techniques are the same.

This architecture design is divided into three parts: architecture design, structural design，foundation design.

Architecture design will adopt available measures to increase constructions’ surface intensity and firmness. It will also give people safe felling on psychological. On the other hand it should be combined with art and the time at present.

Structural design is a process of making construction structures get enough intensity, stiffness and toughness. After structural system is chosen, carrying out the analysis of load and intensity, at mean time taking into account the associated relation with building economics, combining the time and cost of materials fabricating and fixing, and the maintenance of structure during operation and use period.

Key Words：architecture； structure

目 录

第一章 结构选型与布置 1

1.1结构选型 1

1.2结构布置 1

1.3设计例题已知条件 3

第二章 确定计算简图 4

2.1基本理论 5

2.2设计例题 6

2.2.1确定计算简图 9

2.2.2梁、柱截面尺寸 10

2.2.3材料强度等级 11

2.2.4荷载计算 11

第三章 框架内力计算 12

3.1计算方法 13

3.1.1竖向荷载作用下框架内力计算 14

3.1.2框架活荷载不利布置 16

3.1.3水平荷载作用下框架内力计算 19

3.2例题计算 25

3.2.1恒载作用下的框架内力 30

3.2.2活载作用下的框架内力 37

3.2.3风荷载作用下的位移、内力计算 52

3.2.4地震作用下横向框架的内力计算 42

第四章 框架内力组合 45

4.1荷载组合 46

4.2控制截面及最不利内力 47

4.2.1 控制截面 51

4.2.2最不利内力组合 51

4.3弯矩调幅 54

4.4例题计算 54

第五章 框架梁柱截面设计 55

5.1理论基础 56

5.2例题计算 67

第六章 楼梯结构计算设计 68

6.2例题设计 69

6.2.1梯段板计算 69

6.2.2休息平台板计算 70

6.2.3梯段梁TL1计算 70

第七章 现浇楼面板设计 71

7.2例题计算 71

7.2.1跨中最大弯矩 72

7.2.2求支座中点最大弯矩 72

7.2.3 A区格 73

7.2.4 E区格 74

第八章 基础设计 75

8.1 柱下独立基础设计 76

8.1.1按持力层强度初步确定基础底面尺寸 77

8.1.2抗震承载力验算 77

8.1.3地基软卧层强度验算 78

8.1.4地基变形验算 78

8.1.5确定基础高度 78

8.1.6基础底板配筋 79

8.2基础设计例题 80

8.2.1荷载计算 80

8.2.2确定基础底面积 81

8.2.3地基变形验算 82

8.2.4基础结构设计（混凝土选用C20） 83

1. PKPM在框架结构设计中的应用...............................................................................................................................84

9.3软件分析结果与手算结果比较.........................................................................................................................................84

9.3.1恒载软件结果与手算结果比较................................................................................................................................85

第一章 结构选型与布置

结构设计的主要内容包括：结构选型、结构布置、确定计算简图、选择合理简单的计算方法进行各种荷载作用下的内力计算、荷载效应组合、截面配筋设计（计算、构造）、绘施工图。

1.1结构选型

结构选型是一个综合性问题，应选择合理的结构形式。根据结构受力特点，常用的建筑结构形式有：混合结构、框架结构、框架－剪力墙结构、剪力墙结构（一般剪力墙结构、筒体剪力墙结构、筒中筒剪力墙结构）等。混和结构主要是墙体承重，由于取材方便，造价低，施工方便，我国广泛地应用于多层民用建筑中，但砌体结构强度低、自重大、抗震性能较差，一般用于7层及7层以下的建筑。框架结构是由梁、柱构件通过节点连接形成的骨架结构，框架结构的特点是由梁、柱承受竖向和水平荷载，墙体起维护作用，其整体性和抗震性均好于混合结构，且平面布置灵活，可提供较大的使用空间，也可构成丰富多变的立面造型，但随着层数和高度的增加，构件截面面积和钢筋用量增多，侧向刚度越来越难以满足设计要求，一般不宜用于过高的建筑，现浇框架结构适用最大高度见表1-1。框架－剪力墙结构是在框架中设置一些剪力墙，既能满足平面布置灵活，又能满足结构抗侧力要求，一般常用于10～25层的建筑中。剪力墙结构是依靠剪力墙承受竖向及水平荷载，整体性好、刚度大、抗震性能好，常用于20～50层的高层建筑。

现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度(m) 表1-1

结构选型时需充分了解各类结构型式的优缺点、应用范围、结构布置原则和大致的构造尺寸等，根据建筑物高度及使用要求，结合具体建设条件，进行综合分析，从而做出最终的决定。结构设计中，选择合理科学的建筑结构体系非常重要，是达到既安全可靠又经济合理的重要前提。

实际工程中，多层与小高层常采用框架结构体系。在我国，由于经济水平及其它条件的限制，混凝土框架结构比钢框架结构应用要广，因此本书以现浇钢筋混凝土框架结构作为分析实例。

1.2结构布置

进行混凝土框架结构布置的主要工作是合理地确定梁、柱的位置及跨度。其基本原则是：

(1)结构平面形状和立面体型宜简单、规则，使刚度均匀对称，减小偏心和扭转。

(2)控制结构高宽比，以减少水平荷载下的侧移，钢筋混凝土框架结构高宽比限值为：非抗震设防时为5，6度、7度抗震设防时为4，8度抗震设防时为3，9度抗震设防时为2。

(3)尽量统一柱网及层高，以减少构件种类规格，简化梁设计及施工。

框架结构的柱网尺寸，即平面框架的柱距(开间、进深)和层高，首先要满足生产工艺和其他使用功能的要求，柱网布置方式可分为内廊式、等跨式、不等跨式等几种，见图1-1；其次是满足建筑平面功能的要求，如图1-2；此外，平面应尽可能简单规则、受力合理，使各构件跨度、内力分布均衡，如图1-3。工程实践中常用的梁、板跨度：主梁（与框架柱相连且承担楼面板主要荷载的梁）跨度5～8m，次梁跨度4～6m，单向板跨1.7～2.5m，一般不得超过3m，双向板跨4m左右，荷载较大时宜取较小值，因为板跨直接影响板厚，而板的面积较大，板厚度的增加对材料用量及结构自重增加影响较大。

题目 ：宿迁光明小学教学楼一区（方案一）

1.1 工程概况

本工程为实际应用课题，地点在江苏省宿迁市，建筑结构的安全等级为二级、地基基础设计等级为丙级，抗震设防烈度为 8 度（第一组），设计基本地震加速度值为 0.3g。建筑场地长宽约为 45.0m×16.8m，总建筑面积约 2300m²，为五层混凝土框架结构。按照勘察报告，建筑物场地类别Ⅲ类、近震。

1.2 气象资料

1. 江苏宿迁 50 年基本风压 0.40kN/m²；场区地面粗糙度类别为 B 类；风振系数βz、体型系数μs 、高度系数μz 按规范选取；风荷载分项系数γw ＝1.4。

• 1. 基本雪压：S0=0.40kN/m²（雪荷载永久值系数分区为Ⅲ）；

1. 工程地质资料

具体地层结构分述如下：

①-层素填土：杂色，松散或稍密状态，厚度为 1.0m，成分以粘性土为主。场区普遍分

布。

②层含砂姜粘土：褐黄，硬塑，厚度为 5.1m，含少量铁锰氧化物，含砂姜约 5～20%，

粒径 5～50mm，有光泽，无摇震反应，干强度高，韧性高，场区普遍分布。

③层含砂姜粘土：褐黄～褐红色，硬塑，厚度为 6.0m，含少量铁锰氧化物，局部含有砂姜，砂姜约 5～10%，粒径 2～10mm，有光泽，无摇震反应，干强度高，韧性高。场区普遍分布。

④层含砂姜粘土：褐黄～褐红色，硬塑，该层未揭穿，最大揭露厚度为 9.60m，含少量铁锰氧化物，局部含有砂姜，砂姜约 8～10%，粒径 5～10mm，有光泽，无摇震反应，干强度高，韧性高。场区普遍分布。

地下水位：设计时可按本地区最高地下水位埋深取 0.50m。

各主要土层地基承载力特征值及压缩模量见下表：

各主要土层地基承载力特征值及压缩模量表

1. 结构和基础的安全等级
   1. 建筑结构的安全等级为二级；
   2. 抗震设防烈度为 8 度（第一组），设计基本地震加速度值为 0.3g；
   3. 建筑物场地类别Ⅲ类、近震；
   4. 本工程为五层混凝土框架结构，框架的抗震等级为二级；
   5. 地基基础设计等级：丙级。
2. 荷载取值

按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 采用，其中：活荷载可按满跨布置，其数值确定如下：屋面（不上人）活荷载取 0.5 kN/m²，楼面活荷载取 2.0

第二章 确定计算简图

2.2.1确定计算简图

本工程横向框架计算单元取图1-8中斜线部分所示范围，框架的计算简图假定底层柱下端固定于基础，按工程地质资料提供的数据，查《抗震规范》可判断该场地为Ⅱ类场地土，地质条件较好，初步确定本工程基础采用柱下独立基础，挖去所有杂填土，基础置于第二层粉质粘土层上，基底标高为设计相对标高–2.10 m（图8-5）。柱子的高度底层为：h₁ = 3.9 2.1–0.5 = 5.5m（初步假设基础高度0.5 m），二～四层柱高为h₂～h₄ = 3.9m。柱节点刚接，横梁的计算跨度取柱中心至中心间距离，三跨分别为：l = 6000、2400、6000。计算简图见图2-8。

2.2.2梁、柱截面尺寸

(1)框架柱：所有框架柱尺寸均为800*800

(2)梁：横向框架梁AB跨、CD跨：250×600，BC跨：250×400。纵向连系梁：250×500。

2.2.3材料强度等级

混凝土：均采用C30级

受力钢筋采用HRB400钢筋，其余采用HPB300钢筋。

2.2.4荷载计算

本例题以⑧轴线横向框架为计算分析对象。

1. 屋面横梁竖向线荷载标准值

a）恒载作用下结构计算简图 b）活载作用下结构计算简图

图 2-9 计算简图

（1）恒载（图2-9a）

屋面恒载标准值：

35厚架空隔热板 0.035×25 = 0.875 kN/m²

防水层 0.4 kN/m²

20厚1:3水泥砂浆找平层 0.02×20 = 0.4 kN/m²

120(100)厚钢混凝土现浇板 0.12×25 = 3 kN/m²

（AB，CD跨板厚取120；

BC跨取100） (0.10×25 = 2.5 kN/m²)

12厚纸筋石灰粉平顶 0.012×16 = 0.192 kN/m²

屋面恒载标准值： 4.87 kN/m²

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