建筑工程学院20093919马栋德.doc

西安建筑职工疗养院设计土木工程 马栋德指导老师 孙修礼摘要：该设计为西安市雁塔区建筑职工疗养院，结构选型为5层框架结构。设计内容包括两部分：建筑设计、结构设计，根据疗养院不同房间的使用要求，在平面布置和空间组织上按照疗养院设计规范的前提下进行布置，建筑设计尽量满足美观实用，符合规范要求；结构设计要根据建筑设计所用荷载数值以及西安市风载、雪载、地震荷载等进行结构布置以及基础、柱、梁、板的配筋计算,竖向荷载作用下的内力采用分层法计算，水平荷载作用下的内力采用D值法计算。对荷载进行内力组合时，取最不利组合进行配筋计算。关键词：疗养院；框架结构；建筑设计；结构设计The construction worker nursing home design of XiAn Student majoring in Civil Engineering Ma Dongde Tutor Name Sun Xiuli Abstract: The design for xi an yanta district construction worker sanatorium, structure model selection for 5 layers of frame structure. Design content including building design and structure design of two parts, according to different use requirement of the room, a nursing home in plane layout and space organization according to the nursing home is decorated, under the premise of design specifications of architectural design to meet the beautiful and practical, accord with specification requirements; Architectural structure design according to the load and xi an wind load, snow load, seismic load of structure arrangement and the beam, board, column, foundation reinforcement calculation. Finally, according to the calculation results, on the premise of meeting the structural requirements, choose configuration rebar and draw the structure chart.Key words: nursing homes; frame structure; architectural design; structure design第一章 建筑设计 西安建筑职工疗养院，位于西安市雁塔区。 5层的框架结构，房屋主体高度21.6m。设计基本信息：总建筑面积9000m2（内设疗养用房、理疗用房、医技用房、营养食堂、洗衣房等），设计使用年限70年，结构安全等级为二级，环境类别为一类。1.2设计资料 ：（1）沙土：厚0.5m，承载力特征值180KPa。 （2）中等风化岩：厚8.0m，承载力特征值10.5MPa。 （3）地下水：最高水位地表下3m。基本雪压：0.25kN/m2，基本风压：0.35kN/m2。各类房间荷载如表1-1所示；表1-1使用荷载 单位：kN/m2类别疗养用房理疗用房医技用房营养食堂挑出阳台标准值2.02.02.02.03.5类别楼梯间卫生间洗衣房走廊标准值3.52.02.02.5：基础混凝土强度为C25，垫层为C15，其余梁、柱、板、楼梯等构件混凝土强度均为C30；梁、柱纵向受力钢筋采用HPB400，箍筋采用HPB235和HRB335。：属于II类场地，抗震设防烈度为8度（0.02g），设计抗震分组为第一组。 1.3设计思想疗养院属于疗养类建筑，随着人民生活水平的不端提高，对疗养环境要求也越来越高，不仅要求疗养设施的完善，同时也对疗养建筑空间分布以及建筑美感有了较高的要求。该设计运用环境心里学和行为学的部分理论，深入分析使用者特殊的心里要求，融合周边的环境以及建筑，充分利用自然环境疗养的基础上，将建筑设计的更加美观，空间布置更加合理，为病人创造高质量的康复空间环境。1.4建筑设计说明1.4.1平面设计 平面设计以疗养院设计规范为主要的参考文献1，在符合规范的相关要求下进行变通，使设计更加人性化，切实做到以人为本。根据设计规范相应的要求，本设计每间疗养室内2床；床长边与装置采光窗外墙的墙面间距为1.00m；两床长边的间距为1.00m；靠通道的床端部与墙面间距为1.85m；卫生间面积为22002500（mm），其中浴缸尺寸为1520720450（mm），坐便器尺寸为750450（mm），冲洗器尺寸为510440（mm）；阳台净深1.50m；。综合以上设计疗养室的平面布置如1-1图所示：图1-1 疗养室的平面布置1.4.2建筑体型和立面设计建筑是一门艺术，为了体现建筑的动态美，我将建筑设计成层面积渐减的阶梯状；为了疗养院中的医护人员更方便的照顾疗养人员，同时为了增加建筑形态的多样性，我将建筑设计成L型，使得建筑实用的基础上更加美观。立面设计中注重水平与垂直尺度的协调，门窗面积达到规范要求的窗地比的基础上，注重门窗与洞口的比例关系。在屋顶处有大面积的采光玻璃屋顶，充分利用自然光，切实建设低碳的绿色建筑。墙面涂料采用天蓝，给人愉悦轻松的视觉感，与疗养院放松心情，平静情绪相吻合。1.4.3剖面设计由于考虑到该建筑首层有大面积餐厅，层高太矮会给人压迫感，因此首层层高取4.2m，根据疗养院设计规范中规定：疗养室净高不得小于2.6m，因此，其它层层高取3.6m。为防止室外雨水入侵，取室内外高差为0.45m。另外，考虑到疗养人员需要沐浴阳光以及简单的体育锻炼，屋面设置为上人屋面，且采用女儿墙高0.9m，栏杆高0.6m，栏杆在保证安全的基础上，不阻挡视线，可以眺望远处，视野开阔，有利于身心健康。总建筑高度21.6m。剖面是从建筑的底层楼梯开始剖切，剖到了门窗、墙体、楼梯三部分。1.5构造做法 根据设计说明书的地基基础条件，确定本建筑采用现浇钢筋混凝土独立基础。基础选择为矩形基础，埋深设为1.5m。 10mm水磨石；50mm水泥砂浆找平层抹面；120mm钢筋混凝土现浇屋面板；15mm混合砂浆抹灰层。 10mm厚地板砖；20mm厚抹面水泥砂浆；120mm厚钢筋砼屋面板；10mm厚砂浆抹灰。防水层用两毡三油；50mm厚保温层；20mm厚水泥砂浆找平层；2%隔热层找坡；120mm厚现浇钢筋混凝土屋面板；10mm厚抹灰层。 1.5.5屋面排水做法屋面排水采用女儿墙内天沟外排水，排水坡度为2%。第二章 结构设计2.1结构选型和结构布置2.1.1结构选型该建筑共6层，总面积约为9000m2，总长度62.4m55m，故应设防震缝。采用现浇混凝土框架结构，建筑墙体不承重。 首层结构平面布置如图2-1所示：图2-1 首层结构平面布置图选择8轴线上的一榀框架（两侧各取4050mm）进行手算，如图2-2所示；图2-2 一榀框架2.2梁柱截面尺寸 横向梁：l=8.1m h=(1.0/101.0/15)l=(1.0/101.0/15) 8.1=0.54m0.81m,取0.55m。 b=(1.0/21.0/3)h=(1.0/21.0/3) 0.55m=0.1830.275m，取0.20m。 b h=0.20m0.55m。 纵向梁：l=8.1m h=(1.0/101.0/15)l=(1.0/101.0/15) 8.1=0.54m0.81m,取0.55m。 b=(1.0/21.0/3)h=(1.0/21.0/3) 0.55m=0.1830.275m，取0.20m。 b h=0.20m0.55m。楼梯处梁：l=4.05mh=(1.0/101.0/15)l=(1.0/101.0/15) 8.1=0.54m0.81m,取0.55m。 b=(1.0/21.0/3)h=(1.0/21.0/3) 0.55m=0.1830.275m，取0.20m。 b h=0.20m0.55m。2.2.2柱截面尺寸 柱截面根通过轴压比计算确定，所用公式和2。柱子负荷面积如图2-3所示： 图2-3 柱子负荷面积NV=12.05.558.16.0=3236.76 kNN=1.10 NV =1.103236.76=3560.44 kN由得： 取边柱的截面尺寸为h=b=600mm。框架梁、柱截面尺寸如图2-4所示：图2-4 框架梁、柱截面尺寸。一榀框架进行计算，由于是采用的现浇楼板，求梁截面惯性矩时，取I=2I0 。根据地质条件以及抗震要求，设独立基础，框架梁镶嵌固定在基础顶面，底层柱高包括：基础顶到地面、室外地坪到第一层楼板、首层层高。所以底层柱高h=4.20+0.45-（-0.50）=5.15m，其他各柱高均为所在层层高3.60m。计算梁柱的线刚度（1）AB、CE梁i=E2 I0/l=2E1.0/120.20.553/8.1=6.84710-4E（m3）（2）BC梁i=E2 I0 /l=2E1.0/120.20.353/3.0=4.76410-4E（m3）（3）AD、EF悬挑梁i=E2 I0/l=2E1/120.20.353/1.7=8.40810-4E（m3）（4）A、B、C、E轴线底层柱i =2E1.0/120.60.63/5.15=2.09710-3E（m3）（5）A、B、C、E轴线其他层柱i =2E1.0/120.60.63/3.60=310-3E（m3）i=0.93.010-3E=2.7010-3E（m3）框架梁、柱线刚度如图2-5所示： （1）屋面恒荷载 0.35kN/m2 0.05015.0=0.75kN/ m2 0.500kN/m2 0.12025.00=3.00kN/ m2 0.0117.00=0.17kN/ m2 合计： 5.17kN/m2（2）二至五楼面荷载 0.0125.00=0.25kN/ m2 0.0520.00=1.00kN/ m2120mm 0.1225.00=3.00kN/ m215mm 0.01517=0.26kN/ m2小计 4.51kN/ m2为了简化计算，设卫生间总重量均布在楼板上。 10mm 0.0128.00=0.28kN/ m220mm 0.0220.00=0.40kN/ m2120mm 0.1225.00=3.00kN/ m210mm 0.0117.00=0.17kN/ m2小计 3.85kN/ m2不加卫生间墙容重的楼面荷载计算：3.852.12.4+4.51（4.058.1-2.12.4）/（4.058.1） =4.41kN/ m2卫生间的墙重： （2.1+2.3）3.6-2.11.50.18=10.15kN卫生间的门重： 2.11.50.35=1.10kN墙重和门重均布在房间楼板上：（10.15+1.10）/（4.058.1）=0.34kN/ m2 合计： 4.75kN/m2（3）底层楼面荷载除了卫生间墙重，其余均相同。卫生间的墙重： （2.1+2.3）4.2-2.11.50.18=12.26kN卫生间的门重： 2.11.50.35=1.10kN墙重和门重均布在房间楼板上：（10.15+1.10）/（4.058.1）=0.41kN/ m2 合计： 4.82kN/m2（4）20mm 0.0220.00=0.40kN/ m2120mm 0.1225.00=3.00kN/ m210mm 0.0117.00=0.17kN/ m2 合计： 3.57kN/m2（5）横梁自重 AB、CE梁 =200mm550mm 梁自重 0.20（0.55-0.10）25.00=2.25kN/m 抹灰 0.01（0.55-0.10）2.0017=0.15kN/m 合计： 2.40kN/mBC梁、DA悬挑梁 bh=200mm550mm梁 0.20（0.35-0.1）25=1.25kN/m抹灰 0.01（0.35-0.1）217=0.09kN/m 合计： 1.34kN/m（6）柱子： 柱 =600mm600mm 自重 0.600.6025=2.25kN/m 20mm 0.02（0.60+0.60）217=0.82kN/m 合计： 9.82kN/m（7）板传递到框架梁上的荷载。： 公式（）2 ：q=q 公式（） ：顶层AB、CE梁 =5.174.05/2（1-20.252+0.253）2=18.65kN/m2 g1=5.175/83/22=9.69kN/m2顶层AD、EF悬挑梁 g1=5.175/81.7/22=5.49kN/m2 g1=4.754.05/2（1-20.252+0.253）2=17.13kN/m2 g1=4.755/83/22=8.90kN/m2二至五层AD、EF悬挑梁 g1=4.755/81.7/22=5.04kN/m2 g1=4.824.05/2（1-20.252+0.253）2=17.39kN/m2 g1=4.825/83/22=9.03kN/m2底层AD、EF悬挑梁 g1=4.825/81.7/22=5.12kN/m2（8）横梁自重+横梁均布荷载 g2=2.40kN/m2 g2=1.36kN/m2顶层AD、EF悬挑梁 g2=1.36kN/m2 g2=2.40+0.2（3.6-0.55）8+20.0153.0517=8.84kN/m2 g2=1.34+0.2（3.6-0.35）8+20.0153.2517=8.20kN/m2二至五层AD、EF悬挑梁 g2=1.34+0.1（3.6-0.35）8+20.0153.2517=5.59kN/m2 2.40+0.2（4.2-0.55）8+20.0153.6517=10.10kN/m2 =1.34+0.2（4.2-0.35）8+20.0153.8517=9.46kN/m2底层AD、EF悬挑梁1.34+0.1（4.2-0.35）8+20.0153.8517=6.38kN/m2转变为均布荷载的竖向恒荷载分布如2-7所示；（8） ：5.175/84.05/24.05+5.171.7/2（1-20.212+0.213）4.052=87.36kN：0.2（0.55-0.12）8.125+20.015（0.55-0.12）8.117=19.19kN ：5.171/44.05/2（1-20.252+0.253）8.122+5.171/45/81.7/21.722=80.02kN 合计： 186.75kN顶层（）：5.175/84.05/24.05+5.173/2（1-20.372+0.373）4.052=101.78kN：0.2（0.35-0.12）8.125+20.015（0.35-0.12）8.117=10.27kN ：5.171/45/83/2232+5.171/44.05/2（1-20.252+0.253）8.122=90.07kN 合计： 202.12kN顶层悬挑梁上的纵梁：屋顶女儿墙+栏杆重量：0.90.28.18+0.90.028.117+8.10.123=17.62kN：5.171.7/2（1-20.212+0.213）4.052=32.79kN：0.2（0.35-0.12）8.125+20.015（0.35-0.12）8.117=10.27kN ：5.171/45/81.7/21.722=4.67kN 合计： 65.35kN（A、E轴线）：4.755/84.05/24.05+4.751.7/2（1-20.212+0.213）4.052=80.26kN：0.2（0.55-0.12）8.125+20.015（0.55-0.12）8.117=19.19kN ：3.69.82=35.35kN ：4.751/44.05/2（1-20.252+0.253）8.122+4.751/45/81.7/21.722=73.68kN外纵墙自重+抹灰重+门连窗自重：（3.6-0.55）（4.05-0.2）-30.9-1.52.10.28+（3.6-0.55）（4.05-0.2）-30.9-1.52.10.02172+（30.9+1.52.1）0.35=20.27kN 合计： 228.75kN（B、C轴）：4.755/84.05/24.05+4.751.7/2（1-20.372+0.373）4.052=93.51kN：0.2（0.35-0.12）8.125+20.015（0.35-0.12）8.117=10.27kN ：3.69.82=35.35kN：4.751/45/83/2232+4.751/44.05/2（1-20.252+0.253）8.122=82.75kN内纵墙自重+抹灰重+门连窗自重：（3.6-0.35）（4.05-0.2）-2.11.00.28+（3.6-0.35）（4.05-0.2）-2.11.00.02172+2.11.00.35 =24.48kN 合计： 246.36kN二至五层悬挑梁上的纵梁：3.571.7/2（1-20.212+0.213）4.052=22.64kN悬挑梁自重：0.2（0.35-0.12）8.125+20.015（0.35-0.12）8.117=10.27kN ：3.571/45/81.7/21.722=3.22kN：（3.6-0.35）4.05-32.40.18+（3.6-0.35）4.05-32.40.02172+32.40.35 =11.34kN 合计： 47.47kN（A、E轴线）：4.755/84.05/24.05+4.751.7/2（1-20.212+0.213）4.052=80.26kN：0.2（0.55-0.12）8.125+20.015（0.55-0.12）8.117=19.19kN：4.29.82=41.24kN次梁传来双向板自重：4.821/44.05/2（1-20.252+0.253）8.122+4.821/45/81.7/21.722=74.77kN外纵墙自重+抹灰重+门连窗自重：（4.2-0.55）（4.05-0.2）-30.9-1.52.10.28+（4.2-0.55）（4.05-0.2）-30.9-1.52.10.02172+（30.9+1.52.1） 0.35=20.76kN 合计： 236.22kN底层（）自重：4.755/84.05/24.05+4.751.7/2（1-20.372+0.373）4.052=93.51kN框架梁：0.2（0.35-0.12）8.125+20.015（0.35-0.12）8.117=10.27kN 框架柱：4.29.82=41.24kN次梁传来自重：4.821/45/83/2232+4.821/44.05/2（1-20.252+0.253）8.122=83.97kN+抹灰重+门连窗自重：（4.2-0.35）（4.05-0.2）-2.11.00.28+（4.2-0.35）（4.05-0.2）-2.11.00.02172+2.11.00.35=29.75kN 合计： 258.74kN底层悬挑梁上的纵梁：自重：3.571.7/2（1-20.212+0.213）4.052=22.64kN梁自重：0.2（0.35-0.12）8.125+20.015（0.35-0.12）8.117=10.27kN 次梁传来自重：4.821/45/81.7/21.722=3.27kN阳台外纵墙自重+抹灰重+门连窗自重：（4.2-0.35）4.05-32.40.18+（4.2-0.35）4.05-32.40.02172+32.40.35=14.94kN 合计： 51.12kN2.2.2 （1）可变荷载传到框架梁顶层AB、CE梁 g1=2.004.05/2（1-20.252+0.253）2=7.21kN/m2顶层梁 g1=2.005/83/22=3.75kN/m2顶层AD、EF悬挑梁 g1=2.005/81.7/22=2.12kN/m2其他层、CE梁 g1=2.004.05/2（1-20.252+0.253）2=7.21kN/m2其他层梁 g1=2.005/83/22=4.68kN/m2其他层AD、EF悬挑梁 g1=2.005/81.7/22=3.72kN/m2转变为均布荷载的竖向活荷载分布如2-8所示；（2）顶层（A、E轴线）：2.005/84.05/24.05+2.001.7/2（1-20.212+0.213）4.052=31.03kN ：2.001/44.05/2（1-20.252+0.253）8.122+2.001/45/81.7/21.722=33.97kN 合计： 64.82kN顶层（）：2.005/84.05/24.05+2.003/2（1-20.372+0.373）4.052=39.37kN ：2.001/45/83/2232+2.001/44.05/2（1-20.252+0.253）8.122=34.84kN 合计： 74.21kN顶层悬挑梁上的纵梁：2.001.7/2（1-20.212+0.213）4.052=12.68kN：2.001/45/81.7/21.722=1.81kN 合计： 14.49kN（A、E轴线）传来的活荷载：2.005/84.05/24.05+3.51.7/2（1-20.212+0.213）4.052=42.70kN活荷载：2.001/44.05/2（1-20.252+0.253）8.122+4.751/45/81.7/21.722=31.03kN 合计： 73.73kN（B、C轴）：2.005/84.05/24.05+2.003/2（1-20.372+0.373）4.052=44.08kN：2.501/45/83/2232+4.751/44.05/2（1-20.252+0.253）8.122=43.55kN 合计： 87.63kN悬挑梁上的纵梁：活荷载：3.501.7/2（1-20.212+0.213）4.052=22.20kN活荷载：3.501/45/81.7/21.722=3.16kN 合计： 25.36kN荷载分布图如下：2.4内力计算2.4.1内力计算（1）顶层如图2-9所示；悬挑梁固端弯矩Mda=0 Mfe= 0Mad= 1/2q1l21= 1/26.381.72= 9.87Mef= -1/2q1l21= -1/26.381.72= -9.87 AB、CE梁固端弯矩Mab=-Mba= -1/12q2l22= -1/1221.058.12= -115.09 Mce=-Mec= -1/12q2l22= -1/1221.058.12= -115.09 BC梁弯矩Mbc=-Mcb= -1/12q3l23= -1/1211.0332= -8.27 分配系数：A点：u下柱=1.288/（0.327+1.288）=0.798 u右梁=0.327/（0.327+1.288）=0.202 B点：u下柱=21.288/2（0.327+1.288）+0.227=0.745u左梁=20.372/2（0.327+1.288）+0.227=0.189 u右梁=0.227/2（0.327+1.288）+0.227=0.066杆端分配如图2-10所示：（2）标准层弯矩计算简图如图2-11所示；悬挑梁固端弯矩Mda=0 Mfe= 0Mad= 1/2q1l21= 1/210.631.72= 15.36Mef= -1/2q1l21= -1/210.631.72= -15.36 AB、CE梁弯矩Mab=-Mba= -1/12q2l22= -1/1225.978.12= -114.99 Mce=-Mec= -1/12q2l22= -1/1225.978.12= -114.99BC梁弯矩Mbc=-Mcb= -1/12q3l23= -1/1217.0932= -12.82 分配系数：A点：u上柱= u下柱=1.288/（0.327+1.288+1.288）=0.444 u右梁=0.327/（0.327+1.288+1.288）=0.112 B点：u上柱=u下柱=21.288/2（0.327+1.288+1.288）+0.227=0.427u左梁=20.372/2（0.327+1.288+1.288）+0.227=0.108 u右梁=0.227/2（0.327+1.288+1.288）+0.227=0.038杆端分配如图2-12所示：（3）底层计算简图如图2-13所示；悬挑固端弯矩Mda=0 Mfe= 0Mad= 1/2q1l21= 1/211.501.72= 16.62Mef= -1/2q1l21= -1/211.501.72= -16.62 AB、CE梁弯矩Mab=-Mba= -1/12q2l22= -1/1227.498.12= -150.30Mce=-Mec= -1/12q2l22= -1/1227.498.12= -150.30BC梁弯矩Mbc=-Mcb= -1/12q3l23= -1/1218.4932= -13.87 分配系数：A点：u上柱=1.288/（0.327+1.288+1）=0.493u下柱=1/（0.327+1.288+1）=0.382 u右梁=0.327/（0.327+1.288+1）=0.125 B点：u上柱= 21.288/2（0.327+1.288+1）+0.227=0.472u下柱=21/2（0.327+1.288+1）+0.227=0.367u左梁=20.372/2（0.327+1.288+1）+0.227=0.120 u右梁=0.227/2（0.327+1.288+1）+0.227=0.0.041杆端分配如图2-14所示：（4）弯矩值叠加后如图2-15、2-16所示：（5）计算梁的跨中弯矩顶层：、CE梁：M中=1/821.058.12-（104.48+108.18）/2=63.31BC梁： M中=1/811.0332-15.15=-2.74DA、EF悬挑梁：M中=3/86.831.72=7.404层：、CE梁：M中=1/825.978.12-（112.21+114.01）/2=99.88BC梁： M中=1/817.0932-15.23=4.00DA、EF悬挑梁：M中=3/810.631.72=11.523层：、CE梁：M中=1/825.978.12-（104.48+112.47）/2=101.52BC梁： M中=1/817.0932-15.78=3.45DA、EF悬挑梁：M中=3/810.631.72=11.522层：、CE梁：M中=1/825.978.12-（111.37+113.