1、天津大学 2006 届本科生毕业设计1第一章 结构设计的依据及方法1.1 设计的指导思想和要求1.1.1设计的指导思想设计严格遵守我国现行的规范或行业标准，包括混凝土结构设计规范GB50010-2002， 建筑抗震设计规范GB50011-2001， 建筑结构荷载规范GB50009-2001， 高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002。本设计的抗震设防烈度为 8 度，设计基本地震加速度值为 0.2g，须进行抗震设计。抗震设计遵循建筑结构抗震设计规范GB50011-2001 的有关规定，并由概念设计，抗震计算和抗震构造设计三部分组成。概念设计是指在规范、规程中难以做出定量规定的问题，必须由工程
2、师运用概念进行分析判断，综合各种因素得出结论，以便选择最佳的解决方案。这些概念和经验要贯穿在整个结构设计中，包括对计算简图的审核和对计算结果的处理中。概念设计是抗震设计的重要组成部分。抗震计算主要是在多遇地震下，按反应谱理论计算地震作用，用弹性方法计算内力及位移，并用极限方法设计构件。对于重要建筑和有特殊功能要求的建筑，用时程分析法补充计算，并进行大震作用下的变形验算，即两阶段设计方法，这样便可以定量地估计地震反应，以保证结构有足够的刚度和承载力。构造设计在抗震设计中同样占有重要作用。在设计时应采用各种措施改善结构的抗震性能，保证结构的延性，满足设防烈度下的要求。同时也要求通过构造措施实现在罕
3、遇地震作用下避免建筑物倒塌的目的。1.1.2设计要求抗震设计目标即三水准抗震目标：小震不坏，中震可修，大震不倒。 建筑抗震设计规范GB50011-2001 对三个水准的抗震设防要求规定为：第一水准：当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍可以使用；第二水准：当遭受相当于本地区设防烈度的地震影响时，建筑物可能破坏，但经一般修理即可恢复正常使用；第三水准：当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危险及生命的严重破坏。地震作用的随机性，不确定性，再加上结构进入弹塑性状态和不同层次的设计要求，给抗震设计带来一定的难度。抗震设计的理论还不完善，抗震设
4、计还带有一定程度的经验性。1.2 结构方案的选择天津大学 2006 届本科生毕业设计21.2.1结构方案1.2.1.1 建筑类别的确定根据建筑抗震设计规范GB50011-2001 第 3.1.1 条之规定，本建筑为丙类建筑。1.2.1.2 结构体系选择本建筑物总高度 32.5 米，主体工程八层，其平面尺寸为 53.015.0 米。框架结构体系：采用梁、柱组成的结构体系作为建筑竖向承重结构，并同时承受水平荷载。适用于多层及高度不大的高层建筑。优点是建筑平面布置灵活，可做成需要较大空间的会议室、餐厅、办公室和工业车间、实验室等，加搁墙后也可以做成小房间。框架结构的构件主要是梁和柱，可以预制或现浇，
5、布置比较灵活，立面也可变化。剪力墙结构体系：利用建筑物的墙体作为竖向承重和抵抗侧向力的结构。墙体同时也作为维护及房间分隔构件。现浇钢筋混凝土剪力墙结构的整体性好，刚度大，在水平力作用下侧向变形很小。墙体截面积大，承受力要求也比较容易满足。剪力墙的抗震性能也较好。框架剪力墙结构体系：在框架中设置一些剪力墙，就成了框架剪力墙结构体系。在这种体系中，剪力墙常常负担大部分水平荷载，结构总体刚度加大，侧移减小。同时，由于框架和剪力墙协同工作，通过变形协调，使各层层间变形趋于均匀，改善了纯框架和纯剪力墙结构中上部和下部层间变形相差较大的缺点，因而在地震作用下可减少非结构构件的破坏。综合以上几种体系的受力特
6、点，结合本工程的实际要求。根据工程经验，选用框架-剪力墙结构体系。依据建筑抗震设计规范GB50011-2001 第 6.1.2条依照烈度、结构类型及房屋的高度。8 度地区框架-剪力墙结构，总高度小于60 米时。框架的抗震等级为二级，剪力墙抗震等级为一级。据高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 3-2002 第 4.2.3 条，框 剪结构在 8 度地区高宽比不宜超过 4，本设计高宽比：32.5152.174，满足要求。1.2.2 结构布置1.2.2.1 柱网尺寸根据建筑物实际使用工程的要求，纵向采用等柱距 7.5 米，局部 8.0 米，横向柱网为 6.0 米和 3.0 米。1.2.2.2 长宽比根据
7、高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002 第 4.3.3 条, L/B=53/15=3.535, 满足要求。1.2.2.3 剪力墙布置及间距天津大学 2006 届本科生毕业设计3根据高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002 第 8.1.5 条，第 8.1.7条，第 8.1.8 条，1.框架剪力墙结构应设计成双向抗侧力体系，抗震设计时，结构两主轴方向均应布置剪力墙。2.纵横剪力墙组成 L 型、型等形式，并贯通建筑物全高。3.剪力墙对称布置在建筑物的楼梯间和电梯间，间距小于 40 米。1.2.2.4 变形缝据高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 3-2002 第 4.3.12 条，本结构平面布
8、置简单规则，结构布置对称，刚度分布均匀，且无局部重量差别过大，可不设变形缝。1.2.3 初步确定梁、柱、板的尺寸1.2.3.1 板厚的确定根据规范要求，民用建筑楼板厚度最小为 60mm，根据本设计情况，取楼板厚 100mm。1.2.3.2 框架梁截面根据高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 3-2002 第 6.3.1 条，框架梁截面高度按 hb=(1/101/18) lb确定。本设计取梁截面尺寸：750450，次梁取1/151/20 lb,本设计取 500300。1.2.3.3 框架柱根据高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 3-2002 第 6.4.2 条，柱截面由轴压比控制：c N/fcAc0.
9、85 (1-1)N= 1.2512qnS (1-2)1水平力产生的轴力附加值，7 度取 1.05，8 度取 1.12边柱角柱轴向力调整系数 1.11.2q单位楼面竖向荷载 1214 kPan截面以上楼层数S柱子的荷载面积柱由框架梁和剪力墙连接时轴向力折减系数 0.70.8按以上计算一层中柱的截面取 750750，为计算简便，取所有柱截面相同。天津大学 2006 届本科生毕业设计41.3 剪力墙数量及截面尺寸要求1.3.1 剪力墙数量在框架剪力墙结构中，剪力墙承受大部分水平剪力，但不宜承受过多的水平剪力。剪力墙如承受过多的水平剪力，将使框架承受的水平剪力太小，按过小的水平剪力设计框架是不安全的。
10、因此在一般实际工程中，对框架承受的底部水平剪力控制在结构底部剪力的 20%40%左右。1.3.2 剪力墙截面尺寸要求高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 3-2002 第 8.2.2 条，带边框剪力墙的截面厚度应符合下列规定：1.抗震设计时，一、二级剪力墙的底部加强部位均不应小于 200mm，且不应小于层高的 1/16；2.除第一项以外的其他情况下不应小于 160mm，且不应小于层高的 1/20；3.当剪力墙截面厚度不满足第 1、2 项要求时，应按本规程附录 D 计算墙体稳定。本设计取墙厚 300mm。1.4 材料混凝土强度：C50钢筋：采用 HPB235 HRB335 级钢筋，填充墙采用粉煤灰砌
11、块。天津大学 2006 届本科生毕业设计5第二章 结构设计的计算2.1 结构重力荷载计算2.1.1 单位荷载的计算计算单位荷载是为了计算重力荷载，对于本设计，以下所用的材料，构件的重量均按建筑结构荷载规范GB 50009-2001 选用。2.1.1.1 屋面荷载荷载项目 标准值（kPa） 设计值（kPa）油毡防水层 0.35 1：2.5 水泥砂浆找平层 20 厚 0.02200.4150 厚水泥蛭石保温层 0.1560.91：6 水泥焦渣最低 30 厚找 1.5坡度，振捣密实，表面抹光 0.03140.42100 厚钢筋砼屋面板 0.1252.5顶棚 5 厚 1：2.5 水泥砂浆罩面 0.00
12、5200.15 厚 1：3 水泥砂浆打底扫毛 0.005200.1屋面恒载（合计） 4.77 雪荷载 0.40.50.2屋面总荷载 4.972.1.1.2 楼面荷载1. 楼面 1：荷载项目 标准值（kPa） 设计值（kPa） 水磨石楼面 0.65100 厚钢筋砼屋面板 0.1252.5顶棚 8 厚石灰砂浆 0.008170.136顶棚 2 厚纸筋灰罩面 0.002160.032楼面恒荷载（合计） 3.318楼面活荷载 （50） 0.52.01.0楼面总荷载 4.318 2. 楼面 2 （一层门厅）天津大学 2006 届本科生毕业设计6荷载项目 标准值（kPa） 设计值（kPa） 20 厚花岗石
13、楼面灌稀水泥浆灌缝 0.0228=0.5630 厚 1：4 干硬性水泥砂浆结合层 0.0320=0.60100 厚钢筋混凝土屋面板 0.125=2.5顶棚 2 厚纸筋灰罩面 0.00216=0.0328 厚水泥砂浆 0.00817=0.136楼面恒荷载（合计） 3.828 楼面活荷载(50%) 0.52.01.0楼面总荷载 4.828 3. 梯间 （现浇部分折算成 180 厚现浇钢筋砼板）荷载项目 标准值（kPa） 设计值（kPa）10 厚水泥砂浆找平层 0.0120=0.2180 厚现浇砼结构层 0.1825=4.5 20 厚水泥砂浆抹灰 0.02200.4楼面恒载（合计） 5.1楼面活载
14、(50%) 0.52.01.0楼面总荷载 6.12.1.1.3 墙体自重1. 外墙：（300 厚）荷载项目 标准值（kPa） 设计值（kPa）贴瓷砖外墙面（包括水泥砂浆打底）共 25 厚 0.025250.625300 厚粉煤灰砌块 0.38.52.557 厚 1：3：3 水泥石灰膏砂浆打底 0.007140.0987 厚 1：3 石灰膏砂浆 0.007120.0842 厚纸筋灰罩面 0.002160.032 外墙自重 3.3892. 内墙：荷载项目 标准值（kPa） 设计值（kPa）2 厚纸筋灰罩面 0.002160.032 7 厚 1：3 石灰膏砂浆 0.007120.0847 厚 1：3
15、：3 水泥石灰膏砂浆打底 0.007140.098300 厚粉煤灰砌块 0.38.52.557 厚 1：3：3 水泥石灰膏砂浆打底 0.007140.0987 厚 1：3 石灰膏砂浆 0.007120.084天津大学 2006 届本科生毕业设计72 厚纸筋灰罩面 0.002160.032内墙自重 2.9783. 女儿墙：荷载项目 标准值（kPa） 设计值（kPa）水刷石墙面 25 厚 0.5300 厚粉煤灰砌块 0.38.52.5520 厚石灰砂浆抹灰 0.02170.34女儿墙自重 3.394. 剪力墙：（300 厚）荷载项目 标准值（kPa） 设计值（kPa）20 厚石灰砂浆抹灰 0.02
16、170.34300 厚钢筋砼墙 0.3257.520 厚石灰砂浆抹灰 0.02170.34剪力墙自重 8.182.1.1.4 梁柱自重1. 梁：（梁侧 20 厚水泥砂浆）(kN/m) 横向框架梁（450750）标准值 0.450.752520.020.7520+0.020.45209.218设计值 9.2181.211.061 纵向框架梁 （450750）标准值 0.450.752520.020.75200.020.45209.218设计值 9.2181.211.061 次梁：（300500）标准值 0.30.52520.020.5200.020.3204.47设计值 4.471.25.364
17、2. 柱：（柱侧 20 厚水泥砂浆）750750 (kN/m)标准值 0.750.752540.02（0.750.02）2015.295 设计值 15.2951.218.3542.1.1.5 门窗自重（kPa）钢框玻璃窗 0.4木门 0.2 钢铁门 0.4 2.1.2 各层重力荷载计算各层层高：第一层为 4.5 米，第二至第八层为 4 米，其中二至八层为标准层。天津大学 2006 届本科生毕业设计82.1.2.1 第一层1. 梁：9.218（7.56+8）4+9.218（62+3）8+2464.47=3704.056kN2. 柱：15.2954.532=2477.79kN3. 剪力墙：8.18
18、（66+3.22+2.43+1.22+0.452+4.05+8）4.5=2390.810 kN4. 外墙：3.389（87.5+4.32+32+62）4.5=1320.693kN5. 内墙：2.9784.5106=459.81kN6. 楼面：4.318（53.015.0-68）+4.82868=3457.29kN7. 楼梯：6.1（3.262+86）=527.04kN8. 门窗：1 门：0.444.54+0.251.22.5=31.80kN2 窗：0.455.753=34.50kN门窗总重：66.30kN第一层总重：14403.789 kN2.1.2.2 标准层：二八层1. 梁：9.218（7
19、.56+8）4+9.218（62+3）8+2464.47=3704.056kN2. 柱：15.295432=1957.76kN3. 剪力墙：8.18（66+3.22+2.43+1.22+0.452+4.05+8）4.5=2390.810 kN4. 外墙：3.389（53+15）24=1843.616kN5. 内墙：2.9781046+2.9781247.5-2.9784.324+2.97884=1017.713kN6. 楼面：4.318（53.015.0-68）+4.82868=3457.29kN7. 楼梯：6.1（3.262+86）=527.04kN8. 门窗： 门：0.21.22.513+
20、0.231.22.5=9.6kN 窗：0.435.7516=110.4kN门窗总重：120kN标准层总重：15263.005 kN2.1.2.3 女儿墙3.39（53+15）20.45=181.458 kN第八层总重：15263.005+181.458=15444.463 kN2.1.3 结构重力荷载代表值的计算天津大学 2006 届本科生毕业设计9将楼面的使用何载以及上下相邻层各半层的所有构件自重标准值集中于楼面标高处，形成一个多质点体系，固定端近似取在0.000m 处。表 2-1 结构重力荷载代表值汇总（单位：kN） 楼层 梁 柱 楼面 剪力墙 外墙 内墙 女儿墙 楼梯 门窗 Gi1 37
21、04.06 2202.48 3457.29 2390.81 1320.69 459.81 527.04 66.30 14403.792-7 3704.06 1957.76 3457.29 2390.81 1843.62 1017.71 527.04 120.00 15263.018 3704.06 1957.76 3457.29 2390.81 1843.62 1017.71 181.458 120.00 15444.46总和 121426.3验算：121426.289768.81=12.4312，16, 满足要求2.2 框架及剪力墙等效抗弯刚度的计算2.2.1 框架的计算2.2.1.1 柱的
22、线刚度 ic 的计算表 2-2 柱的线刚度 ic 楼层 截面 bh m2 层高 H m (bh3)/12 m4 (bh3)/12H (Ebh3)/12H第一层 0.750.75 4.5 2.636710 -2 5.85910-3 2.021105第二至八层 0.750.75 4.0 2.636710 -2 6.59210-3 2.274105注：( Ebh3)/12H 单位为 kNm，砼标号为 C50，E3.4510 7kPa。因纵横向的柱均为方柱，截面相同，故计算结果相同。2.2.1.2 梁线刚度 ib 的计算计算梁线刚度时分边框架和中框架计算，对边框架梁取 I1.5 Ir，对中框架梁取 I
23、2 Ir 。表 2-3 纵向框架梁线刚度（单位：kNm）类别 跨度 l（m） bh（m 2） J0（m 4） 系数 Jb（m 4） ib=（ EJb）/ l7.5 0.450.75 1.2310-2 2.46110-2 1.132105中框架 I2 I r 8.0 0.450.75 1.2310-2 2 2.46110-2 9.375104边框架 I1.5 Ir 7.5 0.450.75 1.2310-2 1.5 1.84610-2 8.492104表 2-4 横向框架梁线刚度（单位：kNm）类别 跨度 l（m） bh（m 2） J0（m 4） 系数 Jb（m 4） ib=（ EJb）/ l中
24、框架 I2 I r 3 0.450.75 1.2310-2 2 2.46110-2 2.830105天津大学 2006 届本科生毕业设计10边框架 I1.5I r 6 0.450.75 1.2310-2 1.5 1.84610-2 1.061105注：无两边无板的梁，砼标号 C50，E3.4510 7 kPa2.2.1.3 框架刚度的计算在框架剪力墙结构中，由于梁柱线刚度比较小，采用 D 值法计算框架刚度，以此计算内力和位移。计算框架总抗推刚度：CF hD 12ic/h2 (2-1)柱抗推刚度：D 12ic/h (2-2)表 2-5 值和 K 值的计算边柱 中柱 一般层ib2icib4K(i b2+ib4)/2icib1 ib2icib3 ib4K= (ib1+ ib2+ ib3+ ib4)/ 2 ic= K/（2+ K）底层ib1icK= ib1/ icib1 ib2icK= (ib1+ ib2)/ic=(0.5+ K)/(2+K)说明：计算 CF 是为了求框架剪力墙协同工作分析后的内力和位移。表 2-6 框架抗侧推刚度计算1. 第一层：方向柱类型(线刚度单位105 kNm)根数 K= ib/ic=(0.5+ K)/(2+K)CF12i c/h CF12i c/h横向1.0612.02116 0.525 0.406 2.188105 3.501106
