S市九中學(xué)生公寓建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要：本次設(shè)計(jì)項(xiàng)目為豐城九中學(xué)生公寓大樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建筑面積6056.01㎡,樓高六層。該建筑結(jié)構(gòu)整體高22.6m,女兒墻高1m,其它各層均為3.6m。本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)論述兩個(gè)方面：一是建筑設(shè)計(jì)。在項(xiàng)目書的指導(dǎo)下，對(duì)施工環(huán)境、建筑高度等方面做出整體分析并參照建筑設(shè)計(jì)規(guī)范做方案，最終繪制出建筑設(shè)計(jì)圖。二是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是樓板、梁、柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)配筋的計(jì)算。在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。這個(gè)計(jì)算器是采取一個(gè)框架，手動(dòng)計(jì)算，并比較手動(dòng)計(jì)算的結(jié)果與PKPM軟件的結(jié)果。關(guān)鍵詞：公寓建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；工程設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u227871建筑設(shè)計(jì) LI1建筑設(shè)計(jì)1.1工程概況該項(xiàng)目命名為豐城九中學(xué)生公寓，采用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，總建筑面積約6000m2.考慮到豐城市本地抗震設(shè)防強(qiáng)度，確定不做抗震設(shè)計(jì)。該大樓共有6層，全部層高3.6m。建筑地址：江西省伊春市鳳城龍光東大道以北150米處。1.2設(shè)計(jì)要求該項(xiàng)目主要設(shè)計(jì)構(gòu)件為樓板、梁、柱、基礎(chǔ)、樓梯等，先依據(jù)建筑及結(jié)構(gòu)圖選取一榀框架再執(zhí)行實(shí)際負(fù)載模擬以獲得負(fù)載設(shè)計(jì)值。梁、柱截面和高度及板厚的設(shè)計(jì)，基礎(chǔ)的選擇，長(zhǎng)寬的設(shè)計(jì)及建筑構(gòu)造的選擇，根據(jù)荷載設(shè)計(jì)值計(jì)算樓梯型式。最后，利用荷載設(shè)計(jì)值對(duì)樓板、梁、柱等構(gòu)件進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)計(jì)算，并利用PKPM軟件進(jìn)行手工計(jì)算過(guò)程中的控制計(jì)算。圖1-1計(jì)算簡(jiǎn)圖(mm)圖1-2結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)類型基礎(chǔ)將上部結(jié)構(gòu)上的力傳遞給下部基礎(chǔ)，然后傳遞給基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)基礎(chǔ)時(shí)應(yīng)綜合考慮很多情況，包括建筑場(chǎng)地情況，工期與造價(jià)以及建筑物使用功能的規(guī)定等等，必須合理去選用適合建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案才能更好的達(dá)到實(shí)用性，經(jīng)濟(jì)性等要求。通過(guò)各方綜合考慮，該項(xiàng)目以獨(dú)立基礎(chǔ)為該建筑物的基本形式。2.2尺寸估算1、板厚尺寸估算從經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范可知，跨度和單向板和雙向板在很大程度上決定了板材的厚度和尺寸。參考最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，考慮板內(nèi)荷載情況和板型，結(jié)構(gòu)板的計(jì)算跨度可為3900mm，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，混凝土澆筑用雙向板最小厚度為跨度的1/40，單向板最小板厚為跨度的1/30，故h=3900/40=97.5毫米。借鑒《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》同時(shí)考慮到建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)造，雙向板厚度應(yīng)在80mm以上，單向板厚度應(yīng)在60mm以上，綜合分析和考慮確定本項(xiàng)目樓板厚h=120mm。2、氣象、地質(zhì)資料表2-1氣象、地質(zhì)資料3、對(duì)梁截面尺寸進(jìn)行估算橫向框架梁：梁高：取650mm梁寬：b=取300mm縱向框架梁：梁高取:h=400mm；梁寬取:b=250mm。4、估算梁的尺寸后可以對(duì)柱子的尺寸大小進(jìn)行估算，以B軸的柱子為例。柱子所受軸力：N=1.2×q×S×n=1.2×13×4.050×4.55×6=1724.814kN柱子的截面尺寸：A=由柱子的橫截面為正方形，可以得出柱子的邊長(zhǎng)的最小值為bc=hc=343.48mm根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)和理論模型的計(jì)算可以將柱子截面設(shè)計(jì)為邊長(zhǎng)為500mm。圖2-1第10軸一榀框架尺寸簡(jiǎn)圖(mm)3樓板的設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)信息樓面板采用標(biāo)準(zhǔn)層設(shè)計(jì)流程表示。樓面板平面結(jié)構(gòu)排列如圖3-1。計(jì)算跨度取為兩軸線間距，以簡(jiǎn)化手算步驟。樓面板恒載的標(biāo)準(zhǔn)值取5.0kN/m2，活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值取圖3-1標(biāo)準(zhǔn)層樓板平面布置3.2荷載計(jì)算從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，該結(jié)構(gòu)的樓面板，是按照雙向板來(lái)進(jìn)行計(jì)算的。（1）荷載的設(shè)計(jì)值恒荷載的設(shè)計(jì)值：g=1.2×5kN/m2=6kN/m2活荷載的設(shè)計(jì)值：q=1.4×2kN/m2=2.8kN/m2g+q/2=6kN/m2+2.8kN/m2/2=7.4kN/m2q/2=2.8kN/m2/2=1.4kN/m2g+q=6kN/m2+2.8kN/m2=8.8kN/m2（2）內(nèi)力計(jì)算表3-1板內(nèi)力計(jì)算（3）截面設(shè)計(jì)按規(guī)范，查表得知板料混凝土保護(hù)層厚20mm,該結(jié)構(gòu)用8型鋼筋作為受拉主筋從而得到跨中截面、短跨方向有效高（短跨方向鋼筋置于長(zhǎng)跨方向鋼筋外得到大截面有效高）：h在l01方向上跨中截面的有效高度：h支座處h0取96mm。截面彎矩的設(shè)計(jì)值不計(jì)折減影響。在配筋量的計(jì)算中，取力臂系數(shù)和鋼筋選取HRB335進(jìn)行配筋。配筋的結(jié)果如表3-2所示。表3-2板的配筋4荷載計(jì)算4.1框架梁柱相對(duì)線剛度計(jì)算(1)對(duì)梁的線剛度進(jìn)行計(jì)算：i(2)計(jì)算柱的線剛度：iii(3)為了設(shè)計(jì)方便，我們采用相對(duì)線剛度來(lái)代替各梁柱線剛度。EQ框架柱相對(duì)線剛度計(jì)算：底層柱：i其它層柱：i'(4)以底層柱子為對(duì)比，將所有梁柱的線剛度變成相對(duì)線剛度。AB跨線剛度：iBC跨線剛度：iCD跨線剛度：i圖4-1側(cè)移剛度計(jì)算簡(jiǎn)圖4.2恒載標(biāo)準(zhǔn)值1、屋面表4-1屋面參數(shù)表2、樓面表4-2樓面參數(shù)表4.3活載標(biāo)準(zhǔn)值1、屋面和樓面上的荷載標(biāo)準(zhǔn)值，根據(jù)規(guī)范可知：不上人屋面：0.5KN/m樓面：衛(wèi)生間2.5KN/m走廊3.5KN/m2、雪荷載，根據(jù)規(guī)范可知：屋面活荷載與雪荷載不都考慮，選取其中較大值進(jìn)行荷載組合。4.4恒載標(biāo)準(zhǔn)值1、A~B軸屋面層EQ屋面板荷載:2×5.28×1.95×1-2×0.292屋面梁：0.40×25×0.68-0.12抹灰層：=0.01×合計(jì)=22.119KN/m2、A~B軸樓面層:樓面荷載：=2×3.99×1.95×1-2×梁自重：=0.36×26×0.68-0.12EQ抹灰層:=0.01×0.65-0.12×20×2=0.212kN/m隔墻：=0.22×3.60-0.65粉刷：=3.60-0.65合計(jì)=24.65KN/m3、B~C軸屋面層:EQ屋面板荷載:=2×5.28×1.50×58=9.9EQ屋面梁：q2=0.30×25×0.50-0.12=2.85抹灰層：q合計(jì)=12.902KN/m4、B~C軸樓面層EQ樓面板荷載:=2×3.99×1.20×58=5.985EQ樓面梁：=0.30×25×0.65-0.12=3.975kN/mEQ抹灰層：=0.01×0.65-0.12×20×2=0.212kN/m合計(jì)=10.172KN/m5、A軸柱頂層集中荷載：板荷載:屋面梁自重：=25×0.25×EQ抹灰層：=0.01×0.40-0.12×2×17×女兒墻：合計(jì)=52.05kN6、A軸柱標(biāo)準(zhǔn)層集中荷載板荷載:=2×EQ樓面梁自重：=25×0.25×0.40-0.12×=5.95kNEQ抹灰層：=0.01×0.40-0.12×2×17×EQ外縱墻自重計(jì)算：=40.326kN合計(jì)=66.576kN7、B軸柱頂層集中荷載EQ屋面板荷載:=5.28×1.95×1-2×3.9×1EQ屋面梁：=25×0.25×0.40-0.12×5.95kNEQ抹灰層：=0.01×0.40-0.12×17×2×合計(jì)=41.87KN8、B軸柱標(biāo)準(zhǔn)層集中荷載EQ樓面板:=3.99×1.95×1.20×1-2×EQ樓面梁：=25×0.25×0.40-0.12×5.95kNEQ抹灰層：p3=0.01×內(nèi)縱墻：=48.645kN合計(jì)=77.225kN圖4-2恒荷載作用荷載簡(jiǎn)圖（kN）4.5活載標(biāo)準(zhǔn)值1、A~B軸EQ屋面板荷載:=2×2×1.95×1-2×0.292+2、A~B軸EQ樓面板荷載:=2×2×1.95×1-2×0.292+3、B~C軸EQ屋面板荷載:=2×2×1.20×58=3kN/m4、B~C軸EQ樓面板荷載:=2×2.5×1.20×58=3.75kN/m5、C~D軸EQ屋面板荷載:=2×2×1.95×1-2×0.292+6、C~D軸EQ樓面板荷載:=2×2×1.95×1-2×0.292+7、A軸柱頂層集中荷載EQ屋面板荷載:=2×2.00×1.95×5A軸柱集中荷載=9.5kN8、A軸柱其他各層集中荷載樓面上板荷載：=2×A軸柱豎向集中荷載=板傳荷載=9、B軸柱頂層豎向集中荷載EQ屋面板荷載傳遞給梁:1-2×13.66kNEQB軸柱豎向集中荷載=板傳荷載=p1=13.66kN10、B軸柱標(biāo)準(zhǔn)層豎向集中荷載EQ樓面板荷載傳遞給梁:p1=2.00×1.951.20×EQB軸柱豎向集中荷載=板傳荷載=p1=19.3kN圖4-3活載作用下荷載簡(jiǎn)圖（kN）4.6風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012），并且通過(guò)查閱設(shè)計(jì)基本資料得知風(fēng)荷載基本參數(shù)，從而可以計(jì)算出風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值W式中字母代表含義：表4-3風(fēng)載符號(hào)含義集中風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算成果見表4-4。表4-4風(fēng)載標(biāo)準(zhǔn)值圖4-4橫向風(fēng)荷載受力圖(kN)4.7位移驗(yàn)算EQ采用標(biāo)準(zhǔn)組合進(jìn)行計(jì)算非底層柱：K=底層柱：K=2~6層側(cè)向剛度計(jì)算:A軸：K=1.41,α=0.42B軸：K=3.20,α=0.62底層側(cè)向剛度計(jì)算:A軸：K=1.79,α=0.61B軸：K=4.06,α=0.75表4-5側(cè)向位移表4-6彎曲位移和剪切位移0.00009<1/550=0.0018抗側(cè)剛度滿足要求5內(nèi)力計(jì)算恒載下內(nèi)力計(jì)算是分層法與彎矩分配法相結(jié)合，先去掉一層，先將梁上梯形荷載換算成等效均布荷載后再利用彎矩分配法對(duì)彎矩二層加以分配，在前面各章中已求得恒載的標(biāo)準(zhǔn)值，故本章僅對(duì)彎矩加以分配，再作出彎矩圖，剪力圖，軸力圖等計(jì)算簡(jiǎn)圖。活載的計(jì)算簡(jiǎn)圖類似于恒載，因此不再重復(fù)。風(fēng)荷載下內(nèi)力計(jì)算主要有分層法、反彎點(diǎn)法、D值法等，首先是剪力的分配，通常是按照線剛度來(lái)分配，其次是反彎點(diǎn)位置的確定，最后是反彎點(diǎn)高度修正值的獲得，最后通過(guò)D值法來(lái)確定各個(gè)桿端彎矩的大小，其方法及流程如下。圖5-1第10軸一榀框架節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)圖5.1豎向恒載標(biāo)準(zhǔn)值作用下的內(nèi)力圖5-2恒荷載作用下彎矩分配圖（kN·m）圖5-3恒載作用下彎矩圖（kN·m）圖5-4恒載作用下剪力圖（kN）圖5-5恒載作用下軸力圖（kN）5.2豎向活載標(biāo)準(zhǔn)值作用下的內(nèi)力圖5-6活荷載作用下彎矩分配圖（kN·m）圖5-7活荷載作用下彎矩圖（kN·m）圖5-8活荷載作用下剪力圖（kN）圖5-9活荷載作用下軸力圖（kN）5.3風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下的內(nèi)力表5-1第A軸柱反彎點(diǎn)位置表5-2第B軸柱反彎點(diǎn)位置表5-3風(fēng)荷載下第A軸柱柱端彎矩和剪力計(jì)算表5-4風(fēng)荷載下第B軸柱柱端彎矩和剪力計(jì)算圖5-10風(fēng)荷載作用下彎矩簡(jiǎn)圖（kN·m）圖5-11風(fēng)荷載作用下剪力簡(jiǎn)圖（kN）圖5-12風(fēng)荷載作用下軸力簡(jiǎn)圖（kN）6內(nèi)力組合內(nèi)力組合前，通常應(yīng)做彎矩調(diào)幅處理，其幅度一般不得大于20%，且主梁、柱未做調(diào)幅處理，僅做次梁、板的調(diào)幅處理?？烧{(diào)幅的原因在于鋼筋混凝土本身的性質(zhì)，它主要考慮塑性鉸的存在，塑性鉸存在時(shí)內(nèi)力會(huì)重新分布，彎矩調(diào)幅后，可實(shí)現(xiàn)減少梁端鋼筋數(shù)量和方便施工。內(nèi)力組合之后按最不利內(nèi)力組合進(jìn)行配筋的計(jì)算。該結(jié)構(gòu)彎矩調(diào)幅后系數(shù)取為0.9符合要求，其具體結(jié)果如下:圖6-1調(diào)幅后恒載下彎矩簡(jiǎn)圖（kN·m）圖6-2調(diào)幅后活載下彎矩簡(jiǎn)圖（kN·m）7截面設(shè)計(jì)與配筋計(jì)算7.1梁配筋設(shè)計(jì)計(jì)算第6層：梁AB：1、左端M=-66.32kN·m選擇2@20，實(shí)配面積為628mm2配筋率:ρ(%)=2、跨中M=164.26kN·m選擇3@200，實(shí)際面積為943mm2配筋率:ρ(%)=9433、右端支座：M=-120.75kN·m選擇2@20實(shí)配面積為628mm2配筋率ρ(%)=628表7-1第6層配筋表表7-2第5層配筋表表7-3第4層配筋表表7-4第3層配筋表表7-5第2層配筋表表7-6第1層配筋表7.2梁斜截面受剪承載力計(jì)算取第六層作為典型，計(jì)算梁的斜截面受剪承載力VA右=142.44kN(1)對(duì)尺寸進(jìn)行驗(yàn)算：0.25根據(jù)結(jié)果，可知滿足。(2)對(duì)箍筋進(jìn)行計(jì)算:0.7剩余各層計(jì)算如下：表7-7第6層梁配筋表表7-8第5層梁配筋表表7-9第4層梁配筋表表7-10第3層梁配筋表表7-11第2層梁配筋表表7-12第1層梁配筋表7.3柱配筋計(jì)算取第六層為例，各層參照六層計(jì)算步驟：1、第A軸柱根據(jù)之前計(jì)算可知截面彎矩為115.76kN/m軸壓比：N根據(jù)上述條件可知，故γre根據(jù)柱受力平衡條件計(jì)算如下：x=大小偏壓是影響柱配筋的重要因素，大偏心受壓的標(biāo)準(zhǔn)是：當(dāng)x小于極限受壓高度時(shí)[6]；而小偏心受壓的判定標(biāo)準(zhǔn)是：當(dāng)x大于極限受壓高度時(shí)：x=28.22mm<0.55×505=266.85mm綜合考慮二階效應(yīng)對(duì)柱最不利截面的彎矩的影響，具體計(jì)算如下：1.04CM=e=先按對(duì)稱配筋考慮：1000×676.00×201.77-1.0×14.3×29.22×500×=288.52m計(jì)算配筋小于規(guī)范中柱最小配筋面積，構(gòu)造配筋即可滿足要求[7]:實(shí)配:8@20實(shí)際配筋率=4.99%2、第B軸柱彎矩為55.58kN/m軸壓比：N根據(jù)上述條件，可知γre根據(jù)柱子的受力特點(diǎn)，可知：x=大小偏壓是影響柱配筋的重要因素，大偏心受壓的標(biāo)準(zhǔn)是：當(dāng)x小于極限受壓高度時(shí)；而小偏心受壓的判定標(biāo)準(zhǔn)是：當(dāng)x大于極限受壓高度時(shí)[8]：x=32.62mm<0.55×476=266.75mm綜合考慮二階效應(yīng)對(duì)柱最不利截面的彎矩的影響，具體計(jì)算如下：取ζηnsM=e=按對(duì)稱配筋考慮柱截面配筋計(jì)算：1000×569.77×210.99-1.0×14.3×22.01×500×=289.7m根據(jù)規(guī)范，只需要按照構(gòu)造配筋:實(shí)配:8@20實(shí)際配筋率=54.99%柱配筋計(jì)算見附表A-117.4柱斜截面受剪承載力計(jì)算表7-13柱剪力表8樓梯設(shè)計(jì)8.1樓梯設(shè)計(jì)說(shuō)明從建筑圖中可以看出全部層高3.6米、3.9米是樓梯開間距離、6.7米是樓梯進(jìn)深距離、本次建筑設(shè)計(jì)采用雙跑樓梯。其中，每跑步樓梯踏步數(shù)11個(gè)、踏面數(shù)10個(gè)、踏步大小300m×150mm。本次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選擇了板式樓梯，其選用混凝土為C30、鋼筋為HRB400等級(jí)、具體平面布置圖如圖8-1所示。板厚取120mm。板的傾角，計(jì)算如下：α=cosα=0.894取1米寬的板帶為計(jì)算單元，如下：8.2樓梯荷載計(jì)算表8-1梯段板荷載計(jì)算表總荷載值P=1.2×6.9+1.4×2.0=11.09kN/m8.3樓梯截面設(shè)計(jì)lnM=hαξ=1-A圖8-1樓梯平面布置圖8.4平臺(tái)板荷載計(jì)算表8-2平臺(tái)板荷載計(jì)算表總荷載值：p=1.2×3.59+1.4×2.0=6.79kN/m8.5平臺(tái)板截面設(shè)計(jì)l0=2.0mM=h0=100-20=80mm8.6平臺(tái)梁荷載計(jì)算平臺(tái)梁的尺寸為250×450表8-3平臺(tái)梁荷載計(jì)算表8.7平臺(tái)梁截面設(shè)計(jì)(1)正截面：lM=截面按倒L形截面計(jì)算bh0=650-35=615mmαξ=1-1-2×A(2)斜截面：V=V51.88kN9基礎(chǔ)設(shè)計(jì)9.1設(shè)計(jì)信息本建筑屬于低層建筑，場(chǎng)地地基土質(zhì)均勻，有較好承載力，考慮到柱子的間距較大，綜合分析后決定采用獨(dú)立基礎(chǔ)[9]。參考豐城市的地質(zhì)勘探報(bào)告[11]，可知地基承載力特征值fak=180KPa，填土容重γ=16kN/m3，埋深d=1.5m，承載力修正值γmf9.2基礎(chǔ)配筋設(shè)計(jì)荷載：由上述計(jì)算，可知：M=53.02kN·mN=1806.76kN確定基底面積大小[12]：A≥AA=b×l=3.6m×3.6m=12.96Fk+Gk=1806.76+12.96×1.5×20=2195.56kNeP162.59kPa滿足要求。4、抗沖切驗(yàn)算[13]PP基礎(chǔ)高度為h=1000mm,有效高度為h0=h-40mm=960mm。b=3.6m>AAP基礎(chǔ)高度，滿足要求。5、內(nèi)力計(jì)算與配筋[14]ac=0.5m，b=3.1m基底凈反力:PM148[根數(shù)1000/150=6.67，取7根As=1407MA根數(shù)1000/150=6.67，取7根As圖9-1邊柱獨(dú)立基礎(chǔ)結(jié)論本工程選用的是框架結(jié)構(gòu)，工程名為豐城九中學(xué)生公寓建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)之初，是考慮到框架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)比較清晰，而且本科階段主要學(xué)習(xí)的也是混凝土框架結(jié)構(gòu)。本課題研究的第一個(gè)問題是框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法，本設(shè)計(jì)手算多采用彎矩分配法，反彎點(diǎn)法、D值法等一些常用計(jì)算方法，計(jì)算步驟都是按照混