钢筋混凝土框架结构商场设计.doc

钢筋混凝土框架结构天天商场设计摘要本商场有购物与仓库，建筑造型独特，空间要求较高，主要介绍了结构体系的选择，结构弹性层间位移的控制，楼盖设计，梁柱连接节点，柱脚等设计要领，并结合施工实际对设计进行了分析。关键词：结构体系 结构弹性层间位移角 梁柱连接点AbstractThe commercial building consists of shopping ,storage. It is unique in shape and requests large space. This article mainly presents, the selection of structure system, the control of elastic story drift, the design gist of floor structure column and beam connections and column base which may be a reference for designer.Keywords: structure system Elastic story drift Column and beam connections column base第一章 绪 论 随着社会的不断发展，构成市场的基本条件也处在不断的发展变化之中，“需求”由买卖物品、吃与喝这些人类日常生活最基本的行为，逐步扩展到娱乐、休憩、文化、交际等，以及特殊专业性要求，现代商品经济的不断发展及其为社会提供的产品，在类型、品种、数量及质量上与日俱增，这种交易双方的变化发展必然导致其载体商业空间的形式规模不断发展，并成为城市文化的一个重要方面，如在我国古代的露天市场到后来的连片商业街，以至再后来的门廊、商店、百货楼，购物中心等等。现代商业设施的发展，有两极化趋势，即：一方面，朝复合化、集约化和巨大方向发展形成商店复合化的大规模商业空间，进而以充满活力的都市设施改变整个街道的景观；另一方面，点缀于街道中的小规模店铺渐渐专业化，而成为高档、讲究的商业设施。前者的魅力是在于把人汇集成人潮；而后者则在于即使并列之规模扩及市区。也仍能保持个人的活动的空间这将成就商业成熟化的表现。大型综合商店的要素及特点：1.外观形态：一般采用少开窗箱状，可借助于内容物与商标等商业特点的表现，构成易识别而美妙的外观。在新形式创造上多通过与其他机能（如餐厅、剧院、高楼等）以及公共性空间（广场、中庭等）的复合的方式寻求突破。2.开放空间：广场型、街道型、中庭型，不仅有利于丰富城市公共空间，而且成为更吸引人的潜在利润发展的空间。3.入口、出口尽量靠近交通流量大的城市的道路，开口要足够宽，与其规模及流量相匹配，入口设计有特色，有助于吸引无明确购买目标的顾客。4.营业厅：以电动扶梯为中心，采用回游性平面及布局，同时统筹考虑平面形状，柱距、层高、全天候条件及消防等方面设计。第二章 设 计 内 容2.1设计任务书由于人们的生活需求，拟建一幢综合性商场建筑，总建筑占地面积3000M²左右。2.1.1设计要求在建筑初步方案基础上，进行建筑、结构、基础设计，绘制施工图。（1）建筑部分要求完成以下内容：1） 总平面设计。2） 建筑的平面、立面、剖面设计。3） 主要节点构造设计。（2）结构部分要求完成以下内容：1） 结构方案与结构布置。2） 结构侧移计算。3） 框架受力分析与截面设计。4） 基础设计。5） 应用设计软件完成分析、设计，对比分析电算、手算主要结果。2.1.2设计成果（包括设计说明书和施工图两部分）1. 设计说明书要求包括以下各方面内容：1)设计概括。2)建筑设计说明。3)结构设计说明。4)结构计算书。5)外文参考资料翻译2. 设计施工图设计施工图要求包括以下一些施工图。1）底层、标准层、屋顶平面图。2）主要立面图23个。3）典型剖面图23个。4）楼梯、电梯井道、屋顶泛水、外墙、玻璃幕墙等详图若干。 （2）结构：1)基础布置图及详图。2)结构布置图。3)框架配筋图。1） 楼梯、雨蓬等详图。2.1.3设计资料（！）当地气象资料（略）（2）工程地质勘察资料（略）（3）抗震设防烈度为6度（0.05g）即不考虑抗震，建筑场地类别为类，基本风压0.4KN/M²，基本血压0.3KN/M²，地面粗糙度为C类，主导风向为东南风。 2.2 设计概况2.2.1工程概况该工程为一综合性建筑，地面共三层，总高14.15m，一层层高为4.5m，其余层层高为4.2m ,地下一层，层高3.6m。该建筑为框架结构。2.2.2设计过程遵循先建筑、后结构、再基础的设计过程。建筑设计根据建设用地条件和建筑使用功能，周遍城市环境特点，首先设计建筑平面，包括建筑平面选择、平面柱网布置、平面交通组织及平面功能设计；其次进行立面造型、剖面设计；然后考虑建筑分类、总平面布局、防火分区及安全疏散，进行防火设计；最后设计楼梯及电梯间。结构设计包括以下内容：（1）确定结构体系与结构布置。（2）根据经验对构件进行初估。（3）确定计算单元计算模型及计算简图。（4）荷载计算。（5）内力计算及组合。（6）构件及节点设计。（7）基础设计。2.2.3设计特点该工程为框架结构商场，建筑设计布局合理，造型美观，能较好利用环境及已有建筑物；平面空间较大，分隔灵活，具有良好使用性；立面注意对比与呼应、节奏与韵律，体现建筑物质功能与精神功能的双重特性；重视防火设计，考虑了防火分区及防烟分区。另外，本建筑设置地下室，利用它满足人防要求，并兼顾配电房、空调机房、通风机房、储物仓库等附属用房，同时使建筑基础良好地基土层中。结构设计密切结合建筑设计，经济合理，在框架体系中适当布置钢筋混凝土墙，使结构具有良好的抗震性能；结构分析的重点在于框架的工作分析。考虑毕业设计的特殊要求。2.3结构设计说明2.3.1设计方案及布置该建筑为商场，建筑布置灵活，有较大的空间，采用框架结构。由于楼层只有三层，高度为14.15m，6度非抗震，只需要框架来抵抗水平荷载能力。该工程采用全现浇结构体系，柱的混凝土等级为C30，梁、板的混凝土强度等级为C30。2.3.2构件初估1.柱截面尺寸的确定利用公式A=GnFfc(w-0.1)×1000，由于是框架荷载按11KN/考虑；负荷面积按F=（8×8+8×6）/2=50.1考虑，可取1.1。防烈度6度、抗震等级为三级，因此取0.9。底层中柱（n取4；C30的混凝土，fc=14.3Mpa）：A=a2=11×4×50.1/14.3×(0.8-0.1) ×1000=0.220 初步选定中柱为500mm×500mm，同理可选边柱截面为600mm×600mm.门柱为半径为400mm的圆柱。2.梁尺寸确定 框架梁宽取与墙等宽240mm，高取为l/8l/12跨长。根据梁跨度可初步确定横向框架梁：边跨240mm×650mm,中跨为240mm×500mm3.楼板厚度楼板为现浇双向板，根据经验板厚为120mm.2.3.3荷载计算 本建筑高度远小于60m，且风荷载不大，故可不算风荷载，由于地震烈度只有六度，故可以不算。、竖向荷载主要是结构自重（恒载）和使用荷载（活载）作用于板的恒载标准值：板自重+构造层（地面、顶棚）重力荷载=0.12×25+0.65+0.55=4.2 KN/（板面）作用于梁的恒载标准值：（见图）（板恒载×梁间距）+（板下每延长米自重）=（4.2×4.0）+0.3×（0.5-0.12）×25=21.90KN/m横墙（无门部分）自重标准值（250mm厚）：墙自重+墙面做法重力荷栽（0.25×19）+（0.02×17×2）=5.24 KN/（墙面）横墙（有门部分）自重标准值（250mm厚）：（横墙宽×层高）-（门面积）×5.24/（横墙宽×层高）=（46×4.5）-2×（3.816×3.95）×5.24/（46×4.5）=4.48 KN/纵墙自重标准值（240mm）（间宽×层高）-（窗面积）×（墙厚×材料标准容重）+（墙面做法重力荷载）/（开间宽×层高）=（8.0×4.5）-（3.55×7.2）×（0.25×19）+（0.025×20+0.020×17）/（8.0×4.5）=77.746KN算至横墙中线的每层典型试验室总恒载标准值和每平方米建筑面积恒载标准值（估计）： （整片板面积×4.2）+（板下每延长米自重×梁长×梁根数）+（外纵墙面积×5.47+窗重）+横墙面积×（5.24+3.84）+门重/2=水平恒荷载估算为楼面使用活荷载标准值为3.5 KN/雪荷载（该建筑物为平面屋顶）标准值：0.30 ×1.0=0.3（KN/）水平荷载的估算风荷载估算Ws=zzsWo(KN)水平荷载的估算水平地震作用由于地震烈度只有6度，因此不考虑抗震2.3.4内力计算及组合1.竖向荷载下的内力计算竖向荷载下内力计算首先根据楼盖的结构平面布置，将竖向荷载传递给每榀框架。框架结构在竖向荷载下的内力用分层法，连梁考虑塑性内力重分布而进行调幅，按固定梁计算。2.水平荷载下的内力计算水平力首先在总框架中，然后将总框架分得的分额按各榀框架的剪切刚度进行分配。最后计算单榀框架的内力。3.内力组合（1）荷载组合。荷载组合简化如下：1）1. 2×恒+1.4×活。2）1.2×重力荷载代表值+1.3×水平风荷载。2.3.5构件节点设计 构件设计包括框架梁柱、连梁，节点设计详见施工图。2.3.6基础设计对本建筑宜根据上部、工程地质、施工等因素优先用用整体性较好的箱形和筏形基础，根据城市规划，要求本建筑按人防工程考虑设置地下室，故采用箱形基础，根据地下室资料并结合地下室高度，取箱基埋置深度为3.6米。2.4结构设计计算书2.4.1框架的刚度计算（一）框架的等效剪切刚度1.梁的线刚度计算梁的线刚度计算见表2.41 梁 线 刚 度梁编号截面m混凝土等级EKN/Io=1/12hcbb3(m4)边框架梁中框架梁Ib=1.5Io(M4)Ib=EcIb/lb(KN.M)Ib=1.5Io(M4)Ib=EcIb/lb(KN.M)KL-10.24*0.65C3030.0*1065.5*10-38.25*10-336093.7511*10-348125KL-20.24*0.5C3030.0*1064.5*10-33.75*10-316406.255*10-321875表2.41 2.柱的线刚度计算柱的线刚度计算见表2.42 柱 线 刚 度层号柱子层高Ec(KN/)Ic(M4)Ic= EcIc/h(KN.M)3-4边（600*600）4.230.0*1061/12*0.6477142中（500*500）1/12*0.54372022边（600*600）4.530.0*1061/12*0.6472000中（500*500）1/12*0.54347221边（600*600）3.630.0*1061/12*0.6490000中（500*500）1/12*0.5443402表2.423.框架柱侧移刚度 框架柱侧移刚度（D）计算见表2.43对于高度小于50m且高宽比小于4的建筑物，仅考虑粮柱弯曲变形引起的柱侧移刚度，忽略柱的轴向变形。 框架柱侧向刚度（D）值计算层号位置K=ib/2ic(一般层)=K/（2+K）（一般层）D=aic12/h2K=ib/ic（底层）=（0.5+K）/2（底层）44 边框架边柱36093.75*2/2*77142=0.4680.468/（2+0.468）=0.1899918边框架中柱2*(36093.75+16406.25)/2*37202=1.4111.411/（2+1.411）=0.41410477边框架边柱2*48125/2*77142=0.6240.624/（2+0.624）=0.23812489中框架中柱2*(48125+21875)/2*37202=1.8821.882/（2+1.882）=0.485122742-3边框架边柱2*36093.75/2*72000=0.5010.501/（2+0.501）=0.2008533边框架中柱2*(36093.75+16406.25)/2*34722=1.5121.512/（2+1.512）=0.4318868边框架边柱2*48125/2*72000=0.6680.668/（2+0.668）=0.25010666中框架中柱2*(48125+21875)/2*34722=2.0162.016/（2+2.016）=0.502103291边框架边柱36093.75/2*90000=0.401（0.5+0.401）/（2+0.401）=0.37531250边框架中柱(36093.75+16406.25)/43402=1.209（1.209+0.5）/（2+1.209）=0.53321419边框架边柱48125/90000=0.535（0.5+0.535）/（2+0.535）=0.40834000中框架中柱(48125+21875)/43402=1.613（0.5+1.613）/（2+1.613）=0.58523509表2.432.4.2竖向荷载作用下框架的内力计算（一）框架内力计算以四轴横向框架为例1荷载及计算简图（1）屋面框架的线荷载的标准值 面层（防水层、隔热层、保温层、找平层）： 1.5 KN/ 120mm厚钢筋混凝土板： 0.12*25=3 KN/ 15m厚天棚水泥沙浆抹灰： 0.3 KN/吊顶棚 0.5 KN/活载： 0.7 KN/ 合计： 6.0 KN/(2)楼面荷载面层： 0.65 KN/15mm厚天棚水泥沙浆抹灰 0.3 KN/ 120mm厚钢筋混凝土板： 3 KN/吊顶棚 0.5 KN/活载：(商店) 3.5 KN/合计： 7.75 KN/(3)楼面荷载分配为等效均布荷载短向分配荷载 5/8aq长向分配荷载1-2（a/2b）²+(a/2b)³aq(4)横向框架梁上线荷载1） BC跨2） 四层梁自重（考虑抹灰） 0.25*0.65*25*1.1=4.47 KN/ 屋面板传给梁： 6*1-2(2/6)²+(2/8)³*2*2=21.5 KN/ 合计： 25.97 KN/2-3层 梁自重（考虑抹灰） 4.13 KN/楼面板传给梁： 7.75*4.2*0.832=27.09 KN/合计 ： 40.25 KN/隔墙250mm厚混凝土双面抹灰 2.43*(4.2-0.65)=8.62 KN/底层：梁自重（考虑抹灰） 4.47 KN/楼面板传给梁 27.09 KN/横隔墙250mm厚混凝土双面抹灰 2.43*(4.5-0.65)=9.35 KN/ 合计： 40.57 KN/3） CD跨：4层梁自重（考虑抹灰）: 0.25*0.5*25*1.1=3.44 KN/ 屋面板传给梁： 6*5/8*6/2=11.25 KN/合计: 14.69 KN/ 13层 梁自重 3.44 KN/ 楼面板传给梁 7.75*5/8*6/2=14.53 KN/ （3）横向框架柱集中荷载1)四轴次梁L-1线荷载： 4层： 梁自重（考虑抹灰）： 0.25*0.5*25*1.1=3.44 KN/屋面板传给梁： 21.5 KN/ 合计： 24.94 KN/23层：梁自重（考虑抹灰）： 3.44 KN/ 楼面板传给梁： 27.09 KN/ 合计： 30.53 KN/4轴梁端剪力：4层： 0.5*20.66*8=82.64 KN/2-3层： 0.5*27.37*8=109.48 KN/1层： 0.5*28.77*8=115.08 KN/ 1层 ：梁自重（考虑抹会）： 3.44 KN/2)B轴次梁KLC4层 ：均布线荷载、梁自重（考虑抹灰） 0.25*0.65*0.25*1.1= 4.47 KN/ 屋面板传给梁: 6*5/8*2=7.5 KN/合计： 11.97 KN/跨中集中荷载4轴 82.64 KN/23层：均布线荷载、梁自重（考虑抹灰） 4.47 KN/ 楼面板传给梁： 7.75*5/8*2=9.68 KN/合计： 14.15 KN/跨中集中荷载4轴传来 109.48 KN/1层：均布线荷载梁自重（考虑抹灰） 4.47 KN/楼面板传给梁自重 9.68KN/合计： 14.15 KN/跨中集中荷载（4轴传来） 115.08 KN/ 3)C轴次梁KL荷载4层：均布线荷载梁自重（考虑抹灰） 0.25*0.65*25*1.1=4.47 KN/屋面板传给梁： （6*5/8*2）+（6+6/2）=25.5 KN/ 合计： 29.97 KN/跨中集中荷载（4轴传来） 82.64 KN/ 3-2层均布线荷载梁自重 4.47 KN/楼面板传给梁 （ 6*5/8*2）+（7.75*6/2）=30.75 KN/ 合计： 35.22 KN/跨中集中荷载（4轴传来） 82.64 KN/1层：均布线荷载梁自重（考虑抹灰） 4.47 KN/ 楼面板传给梁 30.75 KN/合计： 35.22 KN/跨中集中荷载4轴来 115.08 KN/4)边柱集中荷载4层： p=(1/2*8*11.28+1/2*82.64)*2=172.88 KN/2-3层： 600mm*600mm柱自重（考虑粉刷）： 0.6*0.6*25*4.2*1.15=43.47 KN/p=(1/2*16.54*8+1/2*109.48)*2+43.47=285.27 KN/1层：600mm*600mm柱自重（考虑粉刷）：0.6*0.6*25*4.5*1.15=46.575 KN/p=1/2*17.83*8+1/2*115.08*2+46.575=304.295 KN/3.6m高柱自重： 0.6*0.6*25*3.6*1.15=37.26 KN/5)中柱集中荷载4层： p=(1/2*17.32*8+1/2*82.64)*2=221.2 KN/2-3层：500*500柱自重： 0.5*0.5*25*4.2*1.15=30.18 KN/ p=(1/2*23.1*8+1/2*109.48)*2=324.46 KN/1层：500*500柱自重： 0.5*0.5*4.5*25*1.15=32.344 KN/ p=(1/2*24.34*8+1/2*115.08)*2=309.8 KN/3.6m柱自重： 0.5*0.5*25*3.6*1.15=25.88 KN/框架竖向荷载如图2.41.12.风荷载计算风压标准值计算公式为 Ws=zzsWo因构件高度H=13.9 m<30m,可取z=1.0;对于矩形平面s=1.3; z可查荷载规范。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所示。表中z为框架节点至室外地面的高度，A为一榀框架个层节点的手风面积，计算结果如图2.41.2所示。 风 荷 载 计 算层次zsZ（m）zWoA(m²)Pw(KN)41.01.312.951.00.425.213.10431.01.38.751.00.425.213.10421.01.34.551.00.426.113.572表2.443框架弯矩计算 在竖向荷载作用下框架内力采用分层法进行简化计算，此时每层框架连同上下层柱组成基本计算单元，竖向荷载产生的梁固端弯矩分配，单元之间不再传递。梁的弯矩取分配后的数值；柱的弯矩取相邻两层单元对应柱端弯矩之和。（1）梁的固端弯矩（见表2.45） 5轴框架梁固端弯矩计算表层号固端弯矩形名称BC梁CD梁DE梁EF梁MbcMcbMcdMdcMdemedMefMfe4均布荷载-138.51138.51-44.0744.07-44.0744.07-44.0744.072-3均布荷载-216.37216.37-53.9153.91-53.9153.91-53.9153.911 均布荷载-216.37-216.37-53.9153.91-53.9153.91-53.9153.91表2.45(2)柱的线刚度（见表2.46） 5轴框架线刚度层号混凝土强度等级Kc(KN.M)0.9 Kc(KN.M)边柱中柱边柱中柱4C30771423720269427.833481.83-2C3072000347226480031249.81C3090000434029000043402表2.46(3)梁的线刚度：KL1 （b*h=0.25mm*0.65mm）3-1层： ib=EcIb/Lb=35707KL2 （b*h=0.25mm*0.5mm）31层 ib=EcIb/Lb=25000（4）分配系数：考虑框架对称性，取半框架进行计算。半框架的梁柱线刚度如图2.41.3所示。切断横粮线刚度为原来的2倍，分配系数按节点连接的各杆的转动刚度比值计算。例 B柱顶层节点。 下柱=4ic/(4ic+4ib)=4*69427.8/(4*69427.8+4*25000)=0.66(5)传递系数：底层柱传递系数为1/2，其余各层柱传递系数为1/3；梁远端固定传递系数为1/2，远端滑动铰支座传递系数为-1。（6）弯矩分配 （分配过程见图2.41.4）用分层法进行近似计算的梁柱最终弯矩值见图在竖向荷载作用下，对梁端负弯矩进行调幅，调幅系数取0.85。3梁剪力及柱轴力计算（1）梁端剪力：V=Vq(荷载引起剪力)+V m（弯矩引起剪力）=1/2ql+(M左M右)/l(2)柱轴力：N=V（梁端剪力）+P（节点集中力及柱自重）竖向荷载作用下梁端剪力及柱轴力计算见表2.47 竖向荷载作用下梁端剪力及柱轴力层号荷载引起的剪力弯矩引起的剪力总剪力柱轴力BC跨CD跨DE跨BC跨CD跨DE跨BC跨CD跨DE跨B柱C柱VqB=VqCVqC=VqDVqD=VqEVmB=-VmCVmC=VmDVmD=VmEVBVCVC=VDVD=VEN顶N底N顶N底4103.8844.0744.07-5.59-3.80-3.8098.29109.4740.2744.27268.07313.35326.62356.8316153.9153.91-11.59-3.58-3.58149.41172.5950.3353.9725.9769.4822.89853.07216153.9153.91-11.11-5.73-5.73149.89172.1148.1853.911161.091207.31280.271312.7116253.9153.91-11.11-5.73-5.73150.89173.1148.1853.911616.281653.31795.521821.4表2.47 2.4.3荷载效应组合本节内容仅列出4轴2层梁组合过程，其余层计算方法相同不再赘述。在只考虑竖向荷载情况下，按规定应分别计算出在恒载和活载作用下结构的内力，然后乘上各自的分项系数以获得恒载和活载组合时的内力，在本题目中，考虑了活载占全部竖向荷载的实际比例，当取竖向荷载的综合分项系数gq=1.25时，其计算结果十分相近，即1.2CGGK+1.4CQQK1.25(CGGK+CQQK)=1.25CGQGGQ为计算方便，本例仅计算出全部竖向荷载（恒载+活载）作用下结构的内力，当乘以综合分项系数gq=1.25，即只考虑竖向荷载的组合结果。（一）梁的支座弯矩形考虑到水平风作用可自左向右和自右向左作用，分别引起大小相等而方向相反的支座弯矩形和剪力。当竖向荷载效应与风作用效应组合时，支座弯矩和剪力按下列各式组合：梁支座负弯距组合的设计值：非抗震设计 -M=-（1.2MGK+1.4MQK） -M=-(1.2MGK+1.4MWK) -M=-1.35MGK+1.4c（MQK+MWK）梁支座正弯距组合的设计值：M=1.4MWK-1.0MGKM=1.4MWK-1.0（MGK+MQK）梁端剪力：V=1.2VGK+1.4VQKV=1.2VGK+1.4VWKV=1.2VGK+1.4c（VQK+VWK）1.35VGK+VQK支座正负弯矩、梁端剪力的组合结果见表2.48 框架梁内力组合层号支座弯矩剪力跨中最大弯矩弯矩名称MGQMWH125MGQ12MGQ+1.4MWH剪力名称VGQVWH125VGQ125VGQ+1.4VWH位置125MGQ12MGQ+1.4MWH4MBC-103.8814.34-129.85149.93VBC98.9-0.98123.625-7.52BC105.5542.44MCB-103.88-9.26-129.85142.81VCB-109.470.98-136.84-7.52MCD-44.078.48-55.0864.66VCD40.27-1.3150.337-5.91CD-13.9114.793MBC-16123.08-201.25233.56VBC149.41-2.07186.76-15.66BC145.3161.54MCB-161-9.28-201.25214.24VCB-172.59-1.73-215.74-15.21MCD-53.96.48-67.3876.45VCD50.33-2.7750.33-7.43CD20.6724.782MBC-16137.34-201.25253.53VBC149.89-3.71187.36-17.17BC143.47171.225MCB-161-7.63-201.25210.79VCB-172.11-3.71-215.14-17.17MCD-9.612.95-67.3885.51VCD48.18-4.0760.23-11.35CD13.5921.711表2.48注 1跨中最大正弯矩、支座最大负弯矩均按竖向荷载支座负弯矩调幅后，并跟风作用组合后的端弯矩求得。 2截面设计时取用括号内数值（二）梁的跨中最大弯矩跨中正弯矩： 式中：Mmax为梁跨范围内M=REMmax+GMGQ的最大正值；MGQMAX为竖向荷载（恒载和楼面活载）标准值引起的梁跨范围最大正弯矩。现以4轴二层KL1为例计算梁的跨中最大正弯矩。1仅考虑竖向荷载如图所示，仅考虑竖向荷载：剪力为零值点距为x,则149.47=4