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1、第一章 绪论 1.1设计思想本设计从经济实用的角度出发，在设计上力求简单实用。结构布置上尽量采用对称形式以提高抗震性能和整体稳定性。在设计中参考了概念设计中一些经验和设计方法，从结构整体布置到框架梁柱的配筋。框架结构空间布置灵活，内外墙为非承重构件，可选用空心砌块，减轻自重，立面设计规则庄重。21世纪的高层建筑在设计中更突出地表现了以下特征：（1）空间的可变性；（2）形象的艺术性；（3）交通的方便性；（4）功能分区的明显性；（5）建筑的地域性。把握现代学生宿舍楼设计的职能，安全实用是设计追求的目标。建筑与周围环境相协调，做到和谐与统一。建筑外表采用白色瓷面砖，显得雅观、素净。建筑防火依照高层建
2、筑防火规范设计，依照宿舍楼基本要求及功能，给学生创造一个舒适、洁净的生活与学习空间。1.2 整体布局 合理布置建筑物总平面，要处理好各组成部分之间、内部和外部之间适宜的联系与分割；解决好通风、采光、朝向和使用等大的原则问题；同时做到与环境向协调。建筑周围场地开阔，交通便利。主体结构正面面向学校操场，无围墙限制，与教学楼有较为合理的分布，环境清幽。宿舍楼与图书馆相近，学生学习之余可以进入图书馆，给学生带来了一个较为舒适的生活。1.3 平面及立面设计1.3.1平面设计 学生宿舍楼的平面设计讲究大方、思路新颖，但考虑到该宿舍楼是建在抗震防烈度为7度的地震区，所以在平面上布置力求简单，高层主体选择了规
3、则的矩形平面。宿舍楼采用了矩形平面，学校的功能性辅助设施建在了宿舍楼群的有利位置，在服务半径上能够满足合理的要求。电梯井对称布置分布在主体结构内侧。 宿舍楼分为入口、宿舍、洗衣房、卫生间、活动室和楼梯、电梯间六部分，每部分都有各自的功能要求，并能够达成有机的整体。住宿是主要功能区，将它设置在主层部分，而将与之紧密相连的接待室安排在入口处便于宿舍管理人员对外来人员进行管理，保护学生住宿的安全不受侵犯。活动室是学生休息娱乐的场所，每层均留出一个场地供学生活动，交流，给学生的娱乐生活提供一个较好的平台。1.3.2立面设计建筑不仅要满足人们的生产、生活等物质功能的要求，而且满足人们精神文化方面的要求。
4、因此，不仅要赋予它实用属性，同时也要赋予它美观的属性。建筑立面的设计，就是在满足使用功能和经济合理的前提下，运用不同程度上给人以庄严、挺拔、明朗、轻快、简洁、朴素、大方、亲切的印象，获得美的感觉，满足人类的精神文明的需要。建筑立面可以看成是由墙体、梁柱等房屋结构构件、门窗洞口、阳台、雨蓬等部分组合而成的。恰当的确定这些组成部分和结构构件的比例和尺度，运用节奏韵律、虚实对比等手法，使建筑的外观与周围的环境、城市的规划相协调，从而实现建筑形式和内容的统一，是建筑立面设计的关键。本建筑中在立面设计上追求简洁，明快，具有简洁明朗的特点。由于采用了框架结构体系，对门窗洞口的布置较为灵活，故在门窗洞口的组
5、合中，充分运用了节奏韵律的手法，以求得整个立面形式上的统一。在标准层部分，外墙开窗上下对齐，同一层间水平布置，同时协调外门和雨篷的位置，尽可能的使门窗洞口在立面布局中上下对应，形成渐变而整洁的韵律。在立面设计的材料方面，底层部分外墙马赛克瓷砖贴面，增加整体的厚重感。以上粘白色瓷砖，从质地和色彩上与周围的绿化相协调，营造出一种清新和谐的氛围。采用内排水，雨水导入下水道流出建筑。平坡屋面排水均采用2%排水坡度。1.3.3交通布置整个学校建设在城市近郊，与城市干道相连，交通十分便利。校区周围设置隔离带，减轻了噪音的污染。宿舍楼建在办公楼后方，所处地理位置优越，前往辅助设施用房的服务半径不超过500m
6、。1.3.4房间布置标准间的开间可设为3.6m,进深为7.2m。房间布局一至八层均相同。1.4 防火设计本层建筑共八层,建筑高度为25.7m,该建筑应遵守高层民用建筑防火设计规范。1.4.1 建筑分类和耐火等级本建筑为普通的学生宿舍楼 ，属于二类高层建筑，其耐火等级不应低于二级。1.4.2 总平面布局（1）位置：高层建筑的底边至少有一个长边至少有一个长边或周边长度的1/4且不小于一个长边长度。（2）防火间距；高层建筑之间的防火间距不应小于13m。（3）消防车道：高层建筑的周围应设环形消防车道。本建筑设计中设有进入内院的消防车道。消防车道的宽度不应小于4m。消防车道下的管道和暗沟等，应能承受消防
7、车辆的压力。1.4.3 安全疏散（1）高层建筑每个防火分区的安全出口不应少于两个。高层建筑的安全出口分散布置，两个安全出口的距离不应小于15m。（2）高层建筑内走廊的净宽，应按通过人数每100人不小于1m计算。（3）外门的净宽不应小于1.2m，走廊的净宽双面布房不应小于1.4m。疏散楼梯间及其前室的门的净宽应按通过人数每100人不小于1m计算，但是最小净宽不应小于0.9m。（4）高层建筑的公共疏散门均应向疏散方向开启。（5）楼梯间出入口应该设前室，前室的面积，公共建筑不应小于6平方米。（6）前室和楼梯间的门均为乙级防火门，并应向疏散方向开启。1.4.4 电梯电梯由轿箱，电梯井道及运载设备等三部
8、分组成构成：电梯轿箱应造型美观，经久耐用，轿箱采用金属框架结构，内部用光洁有色钢板壁或有色钢板壁面，花格钢板地面，萤光灯局部照明以及不锈钢，操纵板。入口处则采用钢材或坚硬铝材制成的电梯门槛。电梯井道设计必须考虑防火要求，井道四周，应为防火结构，同时当井道内超过两部电梯时，需用防火围护结构予以隔开。第二章 结构方案确定及荷载计算2.1结构方案选择结构方案的确定是整幢建筑物设计的关键，其包括三个方面：结构形式、结构体系、结构布置。对于一幢八层学生宿舍楼采用框架结构体系是完全合理的，也是十分经济的。楼层平面采用了矩形，建筑物两边是对称的，由于两端突出较小，房屋的扭转效应就忽略不在考虑。2.2结构基本
9、尺寸的初步确定2.2.1板截面尺寸初步估计楼面板厚度取h=1/50L=1/503600=72mm，取120mm（L为跨度最大的板的短边尺寸），跨度最大的板尺寸7200mm3600mm。2.2.2梁截面尺寸及混凝土强度等级的选取 本设计中纵横向框架柱梁的跨度有7.2m,7.2m,2.4m三种，次梁高按的梁跨度，次梁宽按梁的高度。次梁高: ,取为600mm。次梁宽: ,取为300mm。故次梁截面尺寸取为。主梁截面尺寸的选取: 主梁高: =，取为600mm。主梁宽：=()=600=200-300mm，取为300mm。故主梁截面尺寸选取。表2-1 梁截面尺寸(mm)及混凝土强度等级表层次混凝土强度横梁
10、（bh）纵梁（bh）次梁（bh）AB跨、CD跨BC跨2-8C303006003004003006003006001C353506003504003506003006002.2.3 框架柱截面尺寸及混凝土的选取柱截面尺寸可以由 (2-1) (2-2) 式中：N柱的轴压比设计值 F按简支状态计算的柱的负载面积 折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值 考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，边柱取1.3，不等跨内柱取1.25，等跨内柱取1.2。 n验算截面以上楼层层数 柱的截面面积 混凝土轴心抗压强度设计值 框架柱的轴压比限值，对一级、二级和三级抗震等级分别取0.7本建筑高度约30m，查规范知本建筑的抗震
11、等级为二级，轴压比限制=0.8,各层的重力荷载代表值近似取为12kN/。各层柱的混凝土强度等级选用，1层选用C35，2-8层选用C30，其中突出屋顶的楼电梯间也采用C30。由建筑物平面图知，角柱边柱的负载面积分别为：3.6m3.6m,3.6m7.2m。柱截面面积为：边柱： 中柱： 取正方形柱，边柱截面尺寸460，中柱截面尺寸522。综合考虑其它因素，柱截面尺寸取值为：第1层：700mm700mm,2-8层：600mm600mm。2.3框架结构计算简图 图2.1 框架结构简图（单位：m） 基础选用肋梁式筏板基础，框架结构计算简图如图2.1所示，底层柱高为3.3+0.6+2.35-1-0.12=5
12、.13m,2-8层柱高均为3.0m，屋顶层高1.4m。2.4 荷载与荷载汇集2.4.1 荷载计算1、屋面及楼面的永久荷载标准值屋面（不上人）： 120厚钢筋混凝土板 250.12=3.0kN/ 三毡四油防水层，撒铺绿豆砂 0.4kN/ 40厚防水珍珠岩 40.04=0.16kN/ 20厚水泥砂浆找平层 200.02=0.4kN/ 150厚水泥蛭石保温层 50.15=0.75kN/ 15混合砂浆板底抹灰 170.015=0.26kN/ 合计 4.965kN/1-7层楼面： 20水泥砂浆加10水磨石面层 0.55kN/ 120厚钢筋混凝土板 250.12=3.0kN/ 15混合砂浆天棚抹灰 170
13、.015=0.26kN/ 合计 3.905kN/2、 屋面及楼面的可变荷载标准值不上人屋面均布活荷载标准值 0.5kN/ 楼面活荷载标准值 2.0kN/ 屋面雪荷载标准值 0.35kN/3、梁柱重力荷载计算梁柱可以根据其截面尺寸、材料容重等计算出单位长度上的重力荷载，对墙门窗等可计算单位面积上的重力荷载。计算结果见下表2-2。表2-2 梁柱重力荷载标准值层次构件 1边横梁0.350.6251.055.51256.4518649.922389.67中横梁0.350.4251.053.6751.7956.23次梁0.30.6251.054.7257.116536.76 纵梁0.350.6251.0
14、55.51256.5321146.6 柱0.70.7251.113.4755.13362488.562-8边横梁0.30.6251.054.2756.5518557.082150.35中横梁0.30.4251.053.1501.8951.03次梁0.30.6251.053.2817.216544.32纵梁0.30.6251.054.7256.632997.92 柱0.60.6251.059.903.0361069.2注：1）表中为考虑梁柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数，表示单位长度构件重力荷载；n为构件数量。 2）梁长度取净长；柱高度取层高（底层柱除外）。 3），的单位为m，的单位为
15、，的单位。4、墙、门、窗重墙体为240厚的粘土空心砖，外墙贴白色瓷砖（0.5KN/）,内墙面为20厚抹灰，则外墙单位面积重力荷载：0.5150.24170.02=4.44KN/；内墙单位面积重力荷载：150.24170.022=4.28KN/；木门：0.2kN/；铝合金窗取0.4kN/。2.4.2质点重力荷载代表值顶层重力荷载代表值=屋面恒荷载+1/2屋面活荷载+纵横梁自重+半层柱自重+半层墙体自重；其它层重力荷载代表值=楼面恒荷载+1/2楼面均布活荷载+纵横梁自重+上下各半层柱自重+上下各半层墙体自重。1-8层楼盖自重：1、屋面荷载：屋面均布横荷载标准值 ；屋面均布活荷载 ；2、楼面荷载：楼
16、面恒荷载标准值 ；楼面均布活荷载为方便起见，统一取为2.0KN/，则楼面均布活荷载标准值为：KN/。3、底层纵墙：4、底层横墙：5、底层门窗重：6、2-8层纵墙重：7、横墙重： 8、门窗重： 将各分项荷载相加，得集中于各层楼面的重力荷载代表值如下： 图2.2 各质点的重力荷载代表值 2.4.3框架侧移刚度计算 1、横梁的线刚度计算过程如下表2-3所示： 表2-3 横梁的线刚度计算表类别层次边横梁172002-8走道梁124002-82、柱的线刚度计算过程如表2-4所示：表2-4 柱线刚度计算表层次151502-53000 注：1）的单位为，的单位为 2），的单位为mm，的单位为Nmm。3、柱的
17、侧移刚度采用D值法计算，具体方法从略，计算结果见表2-5和2-6。表2-5 中框架柱侧移刚度D值层次边柱（14根）中柱（14根） 3-80.4170.173249120.7870.2824060891728020.4630.188270720.8760.3054392099388810.4490.38821743.530.8480.47326506.9448250.74表2-6 边框架柱侧移刚度D值层次边柱（4根） 中柱（4根） 3-80.3130.135194400.5900.2283283220908820.3480.148213120.6570.2473556822752010.3360
18、.35820062.330.5540.41323144.53172827 注： 的单位为Nmm 柱的侧移刚度按公式 （2-3） 其中：（一般层）， （底层） （2-4） （一般层），（底层） （2-5） （2-6） 表2-7 横向框架侧移刚度（单位：Nmm）层次 123-78 848334.02122140811263681126368由上表可见，故该框架为规则式框架。第三章 横向水平荷载作用下框架结构的内力分析3.1 横向水平地震作用下框架结构内力计算3.1.1 横向自振周期计算 对于屋面带突出屋顶间的房屋，应取主体结构顶点的位移。突出间对主体结构顶点位移的影响，可按顶点位移相等的原则，将其
19、重力荷载代表值折算到主体结构的顶层。屋面突出屋顶间的重力荷载可按下式计算： (3-1)式中：H为主体结构计算高度将折算到主体结构的顶层，即。表3-1 结构顶点的假想侧移计算层次 89408.869408.8611263688.35384.42 711793.521202.36112636818.82376.07 611793.532995.86112636829.29357.25 511793.544789.36112636839.76327.96 411793.556582.86112636850.23288.2 311793.568376.36112636860.71237.97 2117
20、93.580169.96122140865.64177.8 114979.3895149.34848334.02112.16112.16对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构,其基本自振周期(s)可按下式计算: （3-2）式中:计算结构基本自振周期用的结构顶点假想位移(m),即假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值作为水平荷载而算得的结构顶点位移；结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数,框架结构取0.60.7。计算基本周期，取，则。3.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算结构高度为27.53m，质量和刚度分布比较均匀，变形以剪切型为主，故可用底部剪力法计算水平地震作用。结构总水平地
21、震作用标准值,即 抗震设防烈度为7度，设计地震加速度0.1g，类场地，设计地震分组为第二组，地面粗糙程度为B类。则 ，基本地震周期影响系数 （3-3）式中：-地震影响系数曲线的阻尼调整系数，取1.0； -地震影响系数最大值，由建筑抗震设计规范查得7度多遇地震时取0.08。则 因为=1.40.4=0.56s,所以应该考虑顶部附加水平地震作用，顶部附加地震作用系数， 各质点的水平地震作用按式 (3-4)式中：结构水平地震作用标准值； 相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数； ，分别为集中于质点i，j的重力荷载代表值； ，分别为质点i，j的计算高度； 顶部附加水平地震作用系数； 顶部附加水平地震作
22、用。 将上述的、代入可得，（但是顶部附加水平地震作用折合到第8层水平地震作用）。表3-2 各质点横向水平地震作用及楼盖地震剪力计算表层数（m）（kN）（kNm）(kN)(kN)27.53922.7323430.80.0164 53.1753.17826.1311793.5223451.480.159515.531046.39723.1311793.5272783.660.194629.021675.41620.1311793.5237403.160.169547.962223.37 续表3-2 层数（m）（kN）（kNm）(kN)(kN) 517.1311793.5202022.660.144
23、466.902690.27414.1311793.5166642.160.118382.603072.87311.1311793.5131261.660.093301.543374.4128.1311793.595881.160.068220.483594.8915.1314979.3876844.220.055178.333773.223.1.3 水平地震作用的位移验算 水平地震作用下框架结构的层间位移和顶点位移的计算过程见表3.12,表中还计算了各层的层间弹性位移角。 表3-3 横向水平地震作用下的位移验算层次（kN）（N/mm）(mm)(mm)(mm)81046.3911263680.9
24、2919.233300071675.4111263681.55718.143300062223.3711263681.97416.643300052690.2711263682.38814.784300043072.8711263682.72812.619300033374.4111263683.19210.20300023594.8912214082.947.580300013773.22848334.024.4484.935130 由上表可见，最大层间弹性位移角发生在第3层，其值为（满足要求）。3.1.4 水平地震作用框架内力计算框架柱端剪力及弯矩分别按， (3-5) (3-6) (3-7
25、)式中：为i层j柱的刚度，h为层高，各柱反弯点高度比按式确定，其中由倒三角分布水平荷载下各柱标准反弯点高度比查得，底层柱需考虑修正值，第2层柱需考虑修正值，其余柱均无考虑修正值。为第i层j柱的剪力。其中，各层柱端弯矩及剪力计算结果见表3-4，梁端弯矩剪力及柱轴力计算见表3-5。表3-4 各层柱端弯矩及剪力计算层次（m）（kN）（N/mm）边柱中柱83.01046.3911263682491223.140.4170.2114.5154.914060837.670.7870.34438.8874.1373.01675.4111263682491237.030.4170.3538.8872.2140
26、60860.310.7870.4072.37108.5663.02223.3711263682491249.140.4170.4058.9788.454060880.040.7870.45108.05132.0753.02690.2711263682491259.450.4170.4580.2698.094060896.850.7870.45132.42159.8043.03072.8711263682491267.910.4170.4591.68112.0540608110.620.7870.494163.94167.5933.03374.4111263682491274.570.4170.
27、50111.86111.8640608121.480.7870.5182.22182.2223.03594.8912214082707279.680.4630.55131.47107.5743920129.270.8760.5193.91193.9115.133773.22848334.0221743.5396.710.4490.78384.99111.1326506.94117.90.8480.676408.87195.96表3-5 梁端弯矩剪力及柱轴力计算层次 边梁 中横梁 柱轴力边柱中柱 854.9139.487.213.1134.8834.882.429.07-13.11-15.96
28、786.7278.007.222.8869.3869.382.457.82-35.99-50.90 6127.33108.237.232.7296.2196.212.480.18-68.71-98.36 5157.06141.807.241.51126.05126.052.4105.04-110.22-161.89 4192.31158.837.248.77141.18141.182.4117.65-158.99-230.77 3203.59183.267.253.72162.90162.902.4135.75-212.71-312.80 2219.43199.137.258.13177.00
29、177.002.4147.50-270.84-402.17 1242.60206.237.262.34183.64183.642.4150.03-333.18-489.86 图3.1地震作用下框架的弯矩图 图3.2地震作用下得梁端剪力图及轴力图第四章 竖向荷载作用下的内力计算4.1 横向框架内力计算4.1.1 计算单元 取5轴线横向框架内力计算，计算单元宽度为7.2m，如图4.1所示。由于房间内布置有次梁，故直接传给该框架的楼面荷载则通过次梁和纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架，作用于各节点上。由于纵向框架梁的中心线与柱的中心线布重合，因此在框架节点上有集中力矩。 图4.1 横向框架计算单元
30、（单位：mm）4.1.2荷载计算1、恒载计算： 图4.2 各层梁上作用的恒载、代表横梁自重，为均布荷载形式。对于第8层，kN/m ，=3.15kN/m ，分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载，由于走道板是单向板，荷载大部分传给了纵梁，故极小部分传给横梁的荷载可忽略不计。由图4.1所示，几何可得=4.9653.6=17.87kN/m ，=0、分别为边纵梁，中纵梁传给柱的恒载，它包括梁自重，楼板重力荷载，计算如下： 集中力矩：=169.82=25.47 ； 2-7层：包括梁自重和其上横墙自重为均布荷载，其它荷载计算方法同上，结果为：=3.9053.6=14.058 =0 集中力矩：第1
31、层： 集中力矩： 2、 活荷载计算活荷载作用在各层框架梁上的荷载分布如图4.3所示 图4.3 各层梁上作用的荷载 (单位：mm) 对于第8层：，集中力产生的弯矩：同理在雪荷载作用下： ， ， ，对于2-7层：， 集中力矩 对于第1层： ， =32.40kN， =49.68kN， 表4-1 横向框架恒载汇总表层次 8 4.7253.1517.870169.82174.3625.4726.152-714.9973.1514.060199.7249.7230.5137.46115.7853.67514.060203.64253.8636.2044.43表4-2 横向框架活载汇总表层次 81.8(1.
32、26)08.1（5.67）12.42（8.69）1.22(0.85)1.8（1.30）2-77.2032.449.684.867.4517.2032.449.685.678.69 注：上表括号中的值为屋面雪荷载，值的单位为，的单位为，的单位为。3、内力计算梁端，柱端弯矩采用弯矩二次分配法计算，由于结构和荷载均对称，故计算时采用半榀框架。弯矩计算过程如下所示，梁端剪力可根据梁上竖向荷载引起的剪力相叠加而得，柱轴力可由梁端剪力和节点集中力叠加而得，且算柱底轴力还需考虑柱的自重。 （a） 恒载作用下 图4.4 横向框架弯矩的二次分配（的单位：） （b）活载作用下 图4.4 横向框架弯矩的二次分配（的
33、单位：） （b）活载作用下(雪荷载) 图4.5 横向框架弯矩的二次分配法（的单位：kNm） (a)恒载作用下 (b)活载作用下图4.6 竖向荷载作用下框架弯矩图（的单位：kNm） 表4-3 恒载作用下梁端剪力及柱轴力（单位：kN）层次荷载引起剪力弯矩引起剪力总剪力柱轴力ABBCABBC ABBCA柱B柱=865.273.780.3065.5764.973.78235.39265.09243.11272.81791.953.78-0.28091.6792.233.78556.46586.16614.76644.46691.953.78-0.35091.692.33.78847.76877.46986.481016.18591.953.78-0.35091.692.33.781168.761198.461358.21387.90491.953.78-0.35091.692.33.781489.761519.461729.921759.62391.953.78-0.35091.692.33.781810.761840.462101.64