摘 要

Abstract II

第一章 设计资料 1

1.1 工程名称 1

1.2 建设地点 1

1.3 设计原则 1

1.4 工程概况 2

1.5 设计主要依据和资料 2

1.6 结构方案设计及结构选型和布置 3

1.7 楼、屋面使用荷载 3

第二章 梁、柱截面尺寸及计算简图 4

2.1 结构平面布置图 4

2.2 梁、柱截面尺寸的估算 5

2.3 基础选型与埋置深度 6

2.4 框架计算简图 6

2.5 梁、柱相对线刚度计算 7

第三章 荷载计算及其内力分析 10

3.1 恒载标准值计算 10

3.2 活荷载标准值计算 11

3.3 框架梁线荷载计算 12

3.4 框架柱集中荷载计算 15

3.5 荷载作用下框架的固端弯矩 20

3.6 节点分配系数计算 22

3.7 力矩分配法计算荷载作用下框架内力 22

第四章 用结构力学求解器计算荷载作用下框架内力 31

第五章 风荷载作用 41

5.1 风荷载标准值 41

5.2 侧移刚度D及剪力分配系数计算 42

5.3 风荷载作用下框架侧移计算 43

5.4 风荷载作用下框架内力计算（D值法） 44

第六章 水平地震荷载作用 52

6.1 重力荷载代表值的计算 52

6.2 水平地震作用力的计算 53

6.3 水平地震作用下框架的侧移验算 56

6.4 水平地震荷载作用下框架内力计算（D值法） 57

第七章 荷载和内力组合 60

7.1 荷载组合类型 60

7.2 梁的内力组合 61

7.3 柱的内力组合 71

第八章 框架梁、柱配筋 82

8.1 框架梁配筋 82

8.2 框架柱配筋 93

第九章 板钢筋计算 112

9.1 板的类型 112

9.2 荷载设计值计算 113

9.3 截面设计 113

第十章 楼梯设计 117

10.1 设计参数 117

10.2 楼梯板计算 117

10.3 平台板计算 118

10.4 平台梁计算 120

第十一章 基础设计 122

11.1 地质资料 122

11.2 独立基础设计 122

11.3 联合基础设计 128

第十二章 PKPM电算结果分析 132

12.1 电算过程 132

12.2 结果分析 133

结论 135

参考文献 136

致谢 138

摘要

本设计为云南省红河中学教学楼设计，主要设计包括建筑设计和结构设计两部分。

该教学楼高22.20m，总建筑面积约为7200m²,耐火等级为二级，抗震设防烈度为7度。建筑设计的内容包括平面、立面及剖面设计。结构设计包括框架设计、构件设计和基础设计等。其中，框架采用钢筋混凝土横向框架承重布置方案，基础采用钢筋混凝土柱下独立基础和双柱联合基础。本设计主要对一榀横向框架进行了配筋设计。在确定了框架布局与分配统计得到各种荷载作用的大小之后，按底部剪力法计算得到水平地震作用力，再按D值法计算得出风荷载与地震作用下的结构内力；按弯矩二次分配法计算得出恒载与活载作用下的结构内力，并在此基础上，根据最不利原则进行内力组合，最后得到配筋结果。

关键词：框架结构、结构设计、建筑设计、荷载、配筋

Abstract

This design is the teaching building design of honghe middle school in yunnan province.

The teaching building is 22.20m high, with a total construction area of about 7200m². Its fireproof rating is level 2 and its seismic fortification intensity is 7. The content of architectural design includes plane, elevation and section design. Structural design includes frame design, component design and foundation design. Among them, the frame uses the reinforced concrete transverse frame bearing arrangement scheme, the foundation uses the reinforced concrete column under the independent foundation and the double column joint foundation. This design focuses on the reinforcement design of a horizontal frame. After determining the frame layout and distribution statistics to obtain the magnitude of various loads, the horizontal seismic forces were calculated according to the bottom shear method, and then the internal forces of the structure under wind load and earthquake action were calculated according to the D value method. The internal forces of the structure under the action of dead load and live load were calculated according to the quadratic distribution method of bending moment.

Keywords: Frame structure: Structural design; Architectural design; Load; Reinforcement

第一章 设计资料

1.1 工程名称

云南省红河中学教学楼设计

1.2 建设地点

云南省

1.3 设计原则

教学楼是人们学习知识的环境。随着时代的发展，教学建筑的内容和形式也在不断发生变化。教学建筑的建筑设计应坚持“以人为本”的设计理念，在满足各种功能的基础上创造适合学生学习的环境。经过对教学楼的设计过程和设计方法进行了研究，我认为设计应该具有以下特点：

1）合理性。从建筑外部到建筑，从入口到各个部门，我们必须合理规划，设计一个良好的引导系统。

2）舒适性,紧凑性。紧凑合理布置教室和其他辅助教室的空间。

3）环境的稳定性。

4）弹性。在未来的扩展中，可以灵活地扩展，并将损失降低到较低的水平。

5）安全经济。建设和维护教学楼所需的经费和人员尽量减少

1.4 工程概况

本工程为钢筋混凝土框架结构，总建筑面积大约为7200m²，设计使用年限为50年，建筑总高度为22.200m，共六层，属多层建筑。底层 4.2m，其余各层3.6m。室内外高差为 500mm，底层室内设计标高±0.000，女儿墙高1.5m，室内外高差为0.50m。建筑安全等级为二级，防火等级为二级。填充墙用加气混凝土砌块。装修要求一般标准。

依据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）和《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）,查得云南省地区基本雪压不考虑,基本风压=0.40kN/m²,本建筑按7度第三组抗震设防，设计基本地震加速度值为0.15g,建筑场地土类别为二类，地面粗糙度为B类。场地地势平坦，自然地表0.5m内为杂填土，填土以下为黏土，地基承载力特征值=250kN/m。

1.5 设计主要依据和资料

1.5.1设计依据

1. 国家及云南省现行的有关结构设计规范、规程及规定。

2. 本工程各项批文及甲方单位要求

3. 本工程的荷载严格按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）执行。

1.5.2设计资料

1. 房屋建筑学 武汉理工大学出版社
2. 混凝土结构（上、下） 武汉理工大学出版社
3. 土力学与基础工程 武汉理工大学出版社
4. 结构力学 高等教育出版社
5. 建筑结构抗震设计理论与实例 同济大学出版社
6. 土木工程专业毕业设计手册 武汉理工大学出版社
7. 建筑结构制图标准（GB/T50105-2010） 中国建筑工业出版社
8. 建筑设计防火规范（GB50016-2014） 中国建筑工业出版社
9. 民用建筑设计通则（GB50352-2005） 中国建筑工业出版社
10. 建筑结构荷载规范（GB50009-2012） 中国建筑工业出版社
11. 混凝土结构设计规范（GB50010-2010） 中国建筑工业出版社
12. 建筑地基基础设计规范（GB50007-2011） 中国建筑工业出版社
13. 建筑抗震设计规范（GB50011-2010） 中国建筑工业出版社

1.6 结构方案设计及结构选型和布置

钢筋混凝土框架结构是由梁柱共同连接而成的结构体系，承受竖向荷载和水平荷载。墙体起到了维护和隔断的作用。框架结构具有建筑布局灵活、室内空间大等优点。因此，本中学建筑的设计采用钢筋混凝土框架结构。

根据结构的不同布局，空间结构可分为横向承重、纵向承重、纵横向承重三种布置形式。教学楼的设计采用水平承重方案，竖向荷载主要由侧向框架承担，楼板为现浇板设置，次梁将荷载传至横向框架。横向框架也承受横向水平荷载和地震作用。在房屋的纵向方向上，纵向梁与横向框架连接。这些纵向梁和柱实际上形成一个纵向框架，其承受水平荷载和平行于房屋纵向方向的地震作用。

根据地质条件，采用独立基础和双柱联合基础。

所选材料如下：

（1）混凝土：梁、板、基础、柱均采用C35.

（2）墙体：墙采用250厚加气混凝土砌块，容重γ＝7.5kN/m³

（3）主筋：采用HRB400级钢筋。箍筋：采用HRB300级钢筋。

1.7 楼、屋面使用荷载

屋面为上人屋面活载：2.0kN/m2

活荷载标准值（教室，卫生间）：2.5kN/m2

活荷载标准值（走道）：3.5kN/m2

第二章 梁、柱截面尺寸及计算简图

2.1 结构平面布置图

2.2 梁、柱截面尺寸的估算

楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土梁板结构，由于板的跨度过大故设置次梁，区格板的边长比6.6/3.75=1.76,应按双向板计算。楼板厚度≥L/40=3750÷40=93.75mm,楼板厚度取120mm。梁截面高度按梁跨度的1/12～1/8估算，梁宽取截面高度的1/3～1/2，各层梁截面尺寸见表2.1。

柱子截面尺寸可以根据柱子的轴压比限制进行估算。根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第6.3.5条，一、二、三级且超过2层时柱子边长不宜小于400mm，截面长边与短边的边长比不宜大于3。

式中：——柱子截面面积；

——轴压比设计值；

——混凝土设计强度;

[]——轴压比限制，根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010表6.3.6抗震等级一、二、三、四级框架分别为0.65，0.75，0.85，0.90；

——考虑地震作用时柱子轴力增大系数，边柱取为1.3，中柱不等跨柱取1.25，等跨取1.2；

A——柱子负载面积；

——折算在单位面积上的重力荷载代表值，12-14kN/m²；

——为验算截面以上的楼层层数；

根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010表6.1.2查得本建筑的抗震等级为三级，取柱子轴压比为0.85，C35混凝土=16.7N/mm²,折算重力荷载代表值14kN/m²。则由上述公式计算柱子面积为：

边柱：

=1.3×6.6×3.75×12000×6/(16.7×0.85)

=163198.31mm²

边柱：

=1.25×6.6×3.75×12000×6/(16.7×0.85)

=156921.45mm²

=403.98mm

柱截面为正方形，取b×h＝600mm×600mm。

2.3 基础选型与埋置深度

基础选用柱下独立基础和双柱联合基础，室内外地坪高差为0.50m.

2.4 框架计算简图

取④轴上的一榀框架计算。一榀横向平面框架的计算简图如图2.2所示，取顶层柱的截面形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板底，2-6层柱计算高度即为层高，取3.6m,底层柱计算高度取至基础顶面，室内外高差为0.50m,基础顶面至室外地坪通常取0.50m,即 h1=4.2 0.5 0.5=5.2m.

2.5 梁、柱相对线刚度计算

框架在竖向荷载作用下，可忽略节点位移，按刚性方案设计，在水平荷载作用下，不能忽略节点位移，按弹性方案设计。

框架结构中，对现浇楼面的边框架梁取I_b=1.5I₀，中框架梁取I_b=2.0I₀，其中，I₀为梁矩形部分的截面惯性矩，I₀=bh3/12。梁的线刚度i_b=EcIb/l，l为梁的计算跨度。横梁的线刚度i_b计算见表2.2。混凝土C35的弹性模量Ec=3.15×10⁴N/mm².

表2.2 横梁的线刚度计算

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