毕业论文（设计）-求恩医院门诊楼结构设计.doc

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青岛工学院

毕业论文（设计）

求恩医院门诊楼结构设计

学生姓名郭世壮学号201007105208

指导教师夏玉峰

学院建筑工程学院

专业土木工程年级2010级

答辩日期2014年6月8日

青岛工学院

求恩医院门诊楼结构设计

完成日期：

指导教师签字：

评阅教师签字：

答辩小组组长签字：

答辩小组成员签字：

摘要

本设计为医院门诊楼的结构设计。

其中建筑设计部分为已知条件，建筑层数为5层，总高度20.25，建筑面积大约6000，抗震等级为三级，建筑整体为钢筋混土框架结构。

结合建筑部分，考虑风荷载、雪荷载及地震作用对建筑的影响。

本设计采用钢筋混凝土现浇式框架结构，在进行荷载计算和构件截面估算后，选取一榀框架进行计算，竖向荷载作用下用弯矩分配法计算出内力，横向荷载作用下用D值法计算出内力，并对最不利活荷载和最不利内力进行组合分析，从而进行配筋计算。

楼盖采用肋梁楼盖，在进行楼盖配筋计算时按双向板弹性理论的内力计算。

基础类型选用柱下独立基础。

在设计中始终贯彻安全、适用、耐久的原则。

关键词：

结构设计；框架结构；抗震设计；内力计算

Abstract

Thisdesignisaboutthestructuraldesignofthehospitaloutpatientbuilding.Thereareseveralknownconditionsaboutthebuildingdesign,asfollows.Thefive-storeybuildingistwentypointtwofivemeterstall,whichoccupiesaboutsixthousandsquaremetersandhasathirdclassofseismicmeasure.Additionally,thewholearchitectureisareinforcedconcreteframestructure.

Asforthepartofbuilding,takingtheinfluenceofthewindload,thesnowloadandtheearthquake,thisdesignchoosesthecast-in-placereinforcedconcreteframestructure.Accordingtothecalculationoftheloadandtheestimationofthecomponent’ssection,onecanselectastructureandcalculateitsinternalforcebymeansoftheDistributionMethodandtheDvaluemethodandmakeacombinatoryanalysisoftheultimatelylimitedloadandthemostdangerousinternalforce.Inthisway,thereinforcementcomputationisbeingfiguredup.Moreover,thefloorhasaribbedbeam.Andonemayusethetheoryofelasticityabouttwo-wayslabduringthecalculationofslabreinforcement.Theauthorchoosestheindependentunder-postfoundationasthebasetype.Onthewhole,thedesignfollowstheprincipleofsafety,applicationanddurability.

Keywords:

structuraldesign;framestructure;anti-seismicdesign;internalforcecalculation

目录

1工程概况 1

2结构方案布置 2

2.1竖向承重体系的选择 2

2.2水平承重体系选取 2

2.3基础形式选取 2

3结构布置 3

3.1结构平面布置图 3

3.2梁柱截面尺寸初选 5

3.3结构计算简图 6

4荷载计算 8

4.1恒载标准值计算 8

4.2活载标准值计算 11

4.3风荷载计算 12

4.4风荷载作用下的侧移验算 13

4.4.1框架侧移刚度计算 13

4.4.2风荷载作用下的水平位移验算 15

4.5地震作用计算 16

4.5.1重力荷载代表值计算 16

4.5.2横向自振周期的计算 16

4.5.3水平地震作用各楼层剪力计算 17

4.6地震作用下的位移验算 18

5内力计算 20

5.1恒荷载作用下的内力计算 20

5.1.1恒载M的计算 20

5.1.2恒载作用下的梁端剪力、跨中弯矩及柱的剪力、轴力计算 23

5.2活荷载作用下的内力计算 27

5.2.1活载M的计算 27

5.2.2活载作用下的梁端剪力、跨中弯矩及柱的剪力、轴力计算 29

5.3风荷载作用下的内力计算 32

5.4地震作用下的内力计算 37

6内力组合 41

6.1塑性调幅 41

6.2控制截面处内力 41

6.3内力组合类别 43

7框架截面设计 49

7.1框架梁的截面设计 49

7.2框架柱的截面设计 54

8楼板设计 60

9基础设计 62

9.1荷载计算 62

9.2基础截面设计 63

9.3地基承载力验算 64

9.4基础冲切验算 65

9.5基底配筋 67

参考文献 70

致谢 71

3

1工程概况

工程名称：

求恩医院门诊楼

工程规模：

建筑层数4~5层，建筑面积6000~8000平方米

结构类型：

多层现浇钢筋混凝土框架结构

场地类别：

Ⅱ类

场地特征周期：

0.35s

地面粗糙程度：

C类

设防烈度：

7度，第二组

地震加速度：

0.10g

基本风压：

0.4kN/m2

工程地质勘探资料：

地表填土为0.6m，填土下为2.5m厚的亚粘土层，承载力设计值为245kN/m2；再下层为1.8m中砂层，承载力设计值为320kN/m2；再往下为砾石层，承载力设计值为400kN/m2。

不考虑地下水位的影响。

冻土深度最大为0.5m。

建筑环境见图1-1。

图1-1建筑场地

2结构方案布置

选择合理的抗侧力结构体系，进行合理的结构或构件布置，使之具有较大的抗侧刚度和良好的抗风、抗震性能，是结构设计的关键。

同时还须综合考虑建筑物高度、用途、经济及施工条件等因素。

2.1竖向承重体系的选择

多层及高层建筑的结构体系大致有混合结构体系、框架结构体系、剪力墙结构体系、筒体结构体系、巨型结构体系。

框架是由梁、柱构件通过节点连接形成的骨架结构。

其特点是由梁、柱承受竖向和水平荷载，墙仅起维护作用，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。

钢筋混凝土框架结构按施工方式的不同，可分为全现浇式、装配式以及装配整体式框架结构三种形式。

本医院门诊楼设计充分考虑框架结构的优缺点和施工方法，决定采用钢筋混凝土全现浇式框架结构。

2.2水平承重体系选取

常见的横向承重体系包括：

现浇楼盖、叠合楼盖、预制板楼盖、组合楼盖等。

现浇楼盖结构可分为肋梁楼盖、密肋楼盖、平板式楼盖和无粘结预应力现浇平板楼盖等。

肋梁楼盖结构具有良好的技术经济指标，可以最大限度地节省混凝土和钢筋的用量，能充分发挥材料的作用，结构整体性好，抗震性能好，且结构平面布置灵活，易于满足楼面不规则布置、开洞等要求，容易适用各种复杂的结构平面及各种复杂的楼面荷载。

本设计选用现浇楼盖结构中的肋梁楼盖为该门诊楼的水平承重体系。

2.3基础形式选取

多层框架结构的基础，一般有柱下独立基础、条形基础、十字形基础、片筏基础，必要时也可采用箱形基础或桩基等。

基础类型的选择，取决于现场的工程地质条件、上部结构荷载的大小、上部结构对地基上不均匀沉降及倾斜的敏感程度以及施工条件等因素，还应进行必要的技术经济比较。

综上考虑，本设计的基础形式选取现浇柱下钢筋混凝土独立基础。

3结构布置

3.1结构平面布置图

1、柱网布置

本设计中，柱网布置比较合理，对称排列。

柱网布置图见图3-1。

2、承重框架的布置

柱网确定后，沿房屋的纵横向两个方向均应布置梁系，因此，实际的框架结构是一个空间受力体系。

但是为了计算方便起见，可以把实际空间框架结构看成纵横两个方向的平面的平面框架，这种简化仅限于方形或矩形的规则平面。

沿建筑物长向的称为纵向框架，沿建筑物短向的称为横向框架。

它们分别承受各自方向上的水平力，而楼面竖向荷载则依楼盖结构布置方式不同而按不同的方式传递。

按楼面竖向荷载传递路线的不同，承重框架的布置方案可以有横向框架承重、纵向框架承重和纵横向框架混合承重三种方案。

横向框架承重体系有利于提高建筑物的横抗侧刚度，纵向框架有利于房屋内的采光与通风，而混合框架整体性好，受力均匀，有利于抗震，由于本医院门诊楼考虑抗震，采用双向框架承重方案和现浇楼面的屋楼盖体系。

图3-1柱网布置图

3.2梁柱截面尺寸初选

1、柱截面尺寸

框架柱的截面尺寸根据柱的轴压比限值，按下列公式计算：

柱截面尺寸初估时，可用下列经验公式粗略确定：

（3-1）

式中——折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近似取15；

——按简支状态计算的柱的负荷面积；

——验算截面以上楼层层数；

——考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，边柱取1.3，中柱取1.25；

——混凝土轴压强度设计值；

—框架柱轴压比限值，查《建筑抗震设计规范》第6.3.6条；

——柱截面面积，取方形截面时边长为a。

因为柱的混凝土强度等级为C30，故，本方案为三级抗震等级，查《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）第6.3.6条知轴压比为0.75；中柱与边柱的负荷面积分别为（7+2.4）/2×3.6=16.92和3.5×3.6=12.6；所以得第一层柱截面面积为：

中柱：

边柱：

柱取方形截面，则中柱与边柱边长分别为385mm和338mm，根椐上述计算结果并综合考虑其它因素，本设计柱截面尺寸1-5层为bh=400mm×400mm。

2-5层柱高度为3.9m，底层柱高度为4.2+0.45+0.5=5.15m。

其中4.2m为底层层高，0.45m为室内外高差，0.5m为基础顶面至室外地面的高度。

2、梁截面尺寸

框架主梁截面高度，可取，且不小于400，为主梁的计算跨度。

不宜大于1/4净跨。

主梁截面宽度不宜小于及，为柱子宽度，且不应小于250。

边跨梁（AB、CD跨）：

取

取

中跨梁（BC跨）：

取

纵向框架梁：

取，

3.3结构计算简图

6号轴线的一榀框架结构的计算简图如图3-2所示。

各梁柱构件线刚度经计算后示于图3-2中。

其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇板的作用，取（为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。

图3-2框架结构计算简图

AB、CD跨梁：

BC跨梁：

纵向梁：

上部各层柱：

底层柱：

4荷载计算

4.1恒载标准值计算

1、屋面框架梁线荷载标准值

（1）屋面恒荷载标准值计算（不上人屋面）

25mm厚1：

2.5水泥砂浆抹平1×1m分格，密封胶嵌缝0.025×20=0.50kN/m2

隔离层（干铺玻纤布或低强度等级砂浆）

防水层：

1.2mm厚合成高分子防水卷材

刷基层处理剂一道

20mm厚1：

3水泥砂浆找平

保温层：

120mm厚硬质聚氨酯泡沫板

防水层：

1.5mm厚合成高分子防水涂料

刷基层处理剂一道

20mm厚1：

3水泥砂浆找平

0.05kN/m2

0.05kN/m2

0.05kN/m2

0.02×20=0.40kN/m2

0.06kN/m2

0.05kN/m2

0.05kN/m2

0.02×20=0.40kN/m2

40mm厚（最薄处）1：

8（重量比）水泥珍珠岩找坡层2%0.04×13=0.52kN/m2

100mm厚钢筋混凝土屋面板

素水泥浆一道

7厚1：

2.5水泥砂浆打底扫毛或划出纹道

7厚1：

2水泥砂浆找平

内墙涂料

0.10×25=2.50kN/m2

0.007×20=0.14kN/m2

0.007×20=0.14kN/m2

汇总

4.91kN/m2

（2）框架梁及粉刷自重

边跨（AB、CD跨）框架梁自重

边跨梁侧粉刷

中跨（BC跨）框架梁自重

中跨梁侧粉刷

0.30×0.60×25=4.50kN/m

2×（0.6-0.1）×0.02×17=0.34kN/m

0.25×0.50×25=3.13kN/m

2×（0.5-0.1）×0.02×17=0.27kN/m

（3）边跨（AB、CD跨）线荷载标准值

（自重，均布）

（恒载传来，梯形）

4.84kN/m

4.91×3.6=17.68kN/m

（4）中跨（BC跨）线荷载标准值

（自重，均布）

（恒载传来，三角形）

3.40kN/m

4.91×2.4=11.78kN/m

2、楼面框架梁线荷载标准值

（1）楼面恒荷载标准值计算

楼面恒载（除卫生间）

40mm厚C20细石混凝土（上部配Φ4双向间距200钢筋网），表面撒1：

1水泥砂子随打随抹平0.04×20=0.80kN/m2

素水泥浆一道

100mm厚现浇钢筋混凝土楼板

素水泥浆一道

7厚1：

2.5水泥砂浆打底扫毛或划出纹道

7厚1：

2水泥砂浆找平

内墙涂料

0.10×25=2.50kN/m2

0.007×20=0.14kN/m2

0.007×20=0.14kN/m2

汇总

3.58kN/m2

楼面恒载（卫生间）

40mm厚C20细石混凝土（上部配Φ4双向间距200钢筋网），表面撒1：

1水泥砂子随打随抹平0.04×20=0.80kN/m2

1.5mm厚合成高分子防水涂料

刷基层处理剂一道

30mm厚C20细石混凝土找坡抹平

素水泥浆一道

100mm厚现浇钢筋混凝土楼板

7厚1：

2.5水泥砂浆打底扫毛或划出纹道

7厚1：

2水泥砂浆找平

内墙涂料

0.05kN/m2

0.05kN/m2

0.03×20=0.60kN/m2

0.10×25=2.50kN/m2

0.007×20=0.14kN/m2

0.007×20=0.14kN/m2

汇总

4.28kN/m2

（2）边跨框架梁及梁侧粉刷自重（均布） 4.84kN/m

（3）边跨填充墙自重 0.20×（3.9-0.6）×6.5=4.29kN/m

填充墙墙面粉刷

内墙涂料

5mm厚1：

2.5水泥砂浆压实赶光

6mm厚1：

3水泥砂浆找平扫毛

2×（3.9-0.6）×0.005×20=0.66kN/m

2×（3.9-0.6）×0.006×20=0.79kN/m

9mm厚1：

1：

6水泥石灰膏砂浆打底或划出纹道2×（3.9-0.6）×0.009×17=1.01kN/m

刷界面剂一道

汇总

2.46kN/m

（4）中跨框架梁及梁侧粉刷自重（均布）3.40kN/m

（5）楼面边跨（AB、CD跨）线荷载标准值

（自重，均布）

（恒载传来，梯形）

（卫生间，恒载传来，梯形）

11.59kN/m

3.58×3.6=12.89kN/m

4.28×3.6=15.41kN/m

（6）楼面中跨（BC跨）线荷载标准值

（自重，均布）

（恒载传来，三角形）

3.40kN/m

3.58×2.4=8.59kN/m

3、屋面框架节点集中荷载标准值

（1）顶层边节点集中荷载

边柱纵向框架梁自重

边柱纵向框架梁粉刷

900mm高女儿墙自重

900mm高女儿墙粉刷

纵向框架梁传来屋面自重

0.25×0.40×3.6×25=9.00kN

2×（0.4-0.1）×0.02×3.6×17=0.73kN

0.9×0.2×3.6×6.5=4.21kN

0.9×0.02×3.6×17=1.10kN

0.5×3.6×0.5×3.6×4.91=15.91kN

汇总

30.95kN

（2）顶层中节点集中荷载

中柱纵向框架梁自重

中柱纵向框架梁粉刷

纵向框架梁传来屋面自重

0.25×0.40×3.6×25=9.00kN

2×（0.4-0.1）×0.02×3.6×17=0.73kN

0.5×（3.6+3.6-2.4）×0.5×2.4×4.91=14.14kN

0.5×3.6×0.5×3.6×4.91=15.91kN

汇总

39.78kN

4、楼面框架节点集中荷载标准值

（1）中间层边节点集中荷载

边柱纵向框架梁自重

边柱纵向框架梁粉刷

普通窗自重

窗上墙体自重

窗上墙体粉刷

窗下墙体自重

窗下墙体粉刷

窗边墙体自重

窗边墙体粉刷

框架柱自重

框架柱粉刷

连系梁传来楼面自重

9.00kN

0.73kN

1.5×1.8×0.45=1.22kN

1.50×0.8×0.2×6.5=1.56kN

1.5×0.8×（0.005×20+0.006×20+0.009×17）=0.45kN

1.5×0.9×0.2×6.5=1.76kN

1.5×0.9×（0.005×20+0.006×20+0.009×17）=0.50kN

2.1×3.5×0.2×6.5=9.56kN

2.1×3.5×（0.005×20+0.006×20+0.009×17）=2.74kN

0.4×0.4×3.9×25=15.6kN

（0.4×4-0.24×3）×0.02×（3.9-0.4）×17=1.05kN

0.5×3.6×0.5×3.6×3.58=11.60kN

汇总

55.75kN

（2）中间层中节点集中荷载

中柱纵向框架梁自重

中柱纵向框架梁粉刷

内纵墙自重

内纵墙粉刷

扣除门洞重加上门重

框架柱自重

框架柱粉刷

连系梁传来楼面自重

9.00kN

0.73kN

（3.9-0.4）×0.20×（3.6-0.4）×6.5=14.56kN

2×（3.9-0.4）×（3.6-0.4）×（0.005×20+0.006×20+0.009×17）=8.36kN

-2.1×1.0×（0.2×6.5+0.005×20+0.006×20+0.009×17-0.2）=-3.09kN

15.6kN

1.05kN

0.5×（3.6+3.6-2.4）×2.4×0.5×3.58=10.31kN

0.5×3.6×3.6×0.5×3.58=11.60kN

汇总

68.11kN

5、恒荷载作用下的计算简图

恒荷载作用下的计算简图如图4-1所示。

4.2活载标准值计算

楼面活荷载作用下的计算简图如图4-2所示。

图中各荷载值计算如下：

图4-1恒荷载作用下结构计算简图

图4-1活荷载作用下结构计算简图

4.3风荷载计算

风压标准值计算公式为：

（4-1）

式中风荷载标准值（kN/m2）；

基本风压（kN/m2）；

风荷载体型系数；

风压高度变化系数；

高度z处的风振系数。

因结构高度H=19.8m<30m，可取=1.0；对于矩形平面=1.3；可查《建筑结构荷载规范》。

将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如表4-1所示。

表中z为框架节点至室外地面的高度，A为一榀框架各层节点的受风面积，计算结果如图4-3所示。

表4-1风荷载计算

层次

z（m）

（kN/m2）

A（m2）

Pw（kN）

5

1.0

1.3

20.25

0.844

0.4

10.26

4.50

4

1.0

1.3

16.35

0.767

0.4

14.04

5.60

3

1.0

1.3

12.45

0.74

0.4

14.04

5.40

2

1.0

1.3

8.55

0.74

0.4

14.04

5.40

1

1.0

1.3

4.65

0.74

0.4

16.39

6.31

图4-3风荷载作用下结构计算简图

4.4风荷载作用下的侧移验算

4.4.1框架侧移刚度计算

“框架侧移刚度按求D值的方法计算，在计算梁的线刚度时，考虑到楼板对框架梁截面惯性矩的影响，中框架梁取，边框架梁取。

”因此中框架梁的