某八层商业写字楼建筑结构设计(六)

取同前。
 ⑴ 求方向跨中截面钢筋
 
 选Φ8/10@85,
 ⑵ 求方向跨中截面钢筋
 
 
 选Φ8@110,
 ⑶求方向支座截面钢筋
 
 
 选Φ10@90,
 3.11.2.2  楼面板计算：取跨中截面
 板厚80mm  由上知：q=6.58
 A B2区格板的计算：
 计算跨度：   
 
    ,   取    
 由于B2区格有一边简支，无圈梁，内力折减系数为1.0。假设板的跨中钢筋在距支座处截断一半，故

 
 取跨中截面 
 支座截面   
 ⑴ 求方向跨中截面钢筋
 
 选Φ6@100,
 ⑵ 求方向支座截面钢筋
 
 ⑶ 求方向跨中截面钢筋
 
 
 ⑷ 求方向支座截面钢筋
 
 
 选Φ8@140,
 B  B1区格板的计算
计算跨度:      
 
 ,   取    
 由于B1区格为角区格，内力折减系数为1.0。又由于长边支座b为B1及B2的共同支座，故B1区格的
 
 按跨中钢筋全部伸入支座计算
 

 ⑴ 求方向跨中截面钢筋
 
 选Φ8/10@110,
 ⑵求方向跨中截面钢筋
 
 
 选Φ8@140,
 ⑶求方向支座截面钢筋
 
 
 选Φ10@110,
3.12 桩基础设计
 3.12.1 基础资料
 上部结构为框架结构，同一列柱子结下来的竖向荷载相同，本设计以横向中框架B柱为列，其传至基础的荷载N=1977.45KN,  M=145.82KN。
 该工程地质条件:场区地势平坦,土层分布比较规律,冻土深度40cm,地下水位深约7m左右。
 地基土指标:自然容重19KN/,液限25.5℅.塑性指数9.1,稠度0.3,孔隙比0.683,地基承载力按120~140KM/计,持力层为轻亚粘土.
10.2 确定桩的类型、材料和几何尺寸规格：
 根据工程地质勘察资料和设计任务书，拟确定采用钢筋混凝土预制桩，根据桩的规格，采用与现场静力荷载实验相同的规格，桩横截面300mm×300mm。桩长10m,承台厚度2.0-0.5=1.5，埋深2.0，桩顶嵌入承台0.1m，桩端进入持力层1.4m。
 材料：混凝土强度等级采用，受力主筋采用I级钢筋4 16
 3.12.2  确定单桩竖向承载力
 3.12.2.1  根据现场静载实验
 取极限荷载，=600kN取安全系数k=2.0
 则单桩竖向承载力标准值为：
 3.12.2.2由《建筑桩基技术规范》初步设计估算
 按静力学公式计算  
式中：——桩端土的承载力标准值，已知桩埋深11.9m,粉质土ρ=0.683,查表得：
   ——桩身的横向截面积，
    ——桩身周长，
  ——桩周土摩擦力标准值，根据空隙比e=0.683,查得=39.5kpa。
     
 取最低值：
 单桩承载力设计值：
 3.12.3 确定桩数和布桩
 3.12.3.1桩得数量
 先不计承台荷承台上覆土重，因偏心荷载，首先根据轴力和单桩容许承载力估计桩数：
       取桩数n=8
 3.12.3.2 考虑柱的中心距
 通常桩的中心距为（3~4）d=0.9~1.2m，取1.0m。
 3.12.3.3 桩的排列：采用行列式布置，如图所示
 3.12.3 桩承台设计
 据桩的排列，桩的外缘每边外伸净距为，则桩承台长度，承台宽度。
 图24 桩排列示意图

 承台及上覆土的平均重度，则承台及上覆土的重为：
 
 3.12.4 单桩受力验算
 3.12.4.1 按中心受压验算：计算各桩的平均受力，应满足公式要求
 
 ——桩基中单桩所承受得外力设计值 kN
 ——作用在桩基上得竖向力设计值，=1977.45
 ——桩承台及上覆土重，=230.4
 ——桩数，=8
 
 满足要求。
 3.12.4.2 按偏心荷载验算：
 计算承台四角边缘最不利的桩的受力情况
    
 
 偏心荷载作用下，最边缘桩受力安全。
 桩数的摩擦桩，不考虑群桩效应，因此不再进行群桩承载力验算。
3.13 构造要求
 由于影响地震作用和结构承载力的因素很复杂，在对地震破坏的机理还不十分确定的情况下，对结构的许多方面难以做出准确的计算，因此依据大量的实际工程经验及震害调查资料，《建筑结构抗震规范》（GBJ11-89）提出了一系列合理的结构构造措施以保证结构的抗震能力。
 3.13.1 梁的构造
 3.13.1.1 截面尺寸
 框架梁的截面一般由三个条件确定；①最小构造截面尺寸要求；②抗剪要求；③受压区高度的限值。
 框架梁的截面高度一般按（1/8～1/12）（为梁的计算跨度）估算，且不宜大于1/4净跨，梁的高宽比较小时，混凝土抗剪能力有较大降低，同时梁截面宽度不宜小于200mm和1/2（为柱宽），梁截面的最小尺寸还应满足竖向荷载作用下的刚度要求。
 为防止梁发生斜压破坏，保证混凝土具有一定的抗剪承载力和箍筋能够发挥作用，梁截面应满足抗剪要求：
 非抗震设计    当 ≤4时，≤0.25
               当≥6时，≥0.20
               当4＜＜6时，按直线内插法取用。
 抗震设计      ≤（0.20）
式中
 ——截面的腹板高度，矩形截面取有效高度，形截面取有效高度减去翼缘高度，形截面取腹板净高。
 为便框架具有足够的变形能力，梁的受压区高度应满足：
 非抗震设计     ≤
 抗震设计       一级       ≤0.25
                二级       ≤0.35
 梁的变形能力主要取决于梁端的塑性转动量，而塑性转动量主要与混凝土相对受压区高度有关。试验表明，当在0.25～0.35范围内时，梁的位移延性系数可达3～4。在计算相对受压区高度时，可考虑受压钢筋的作用。
 3.13.1.2  梁的纵向钢筋             
 非抗震设计时：
纵向受拉筋的最小配筋度
支座截面    =0.25%
跨中截面    =0.20%
 在梁端至少配置2Φ12钢筋伸入支座，或与支座负钢筋搭接，搭接长度为为1.2（见表30）。
 顶层框架梁的端节点负钢筋应伸入边柱内，伸入总长度不应小于1.2，而且其中至少有50%的钢筋伸过过梁底面1.2，其它层框架梁端节点负钢筋内应省如边柱内，伸入总长度不应小于。
 梁支座截面下部至少有两根钢筋伸入柱中，伸入总长度不少于20，若需要上弯，则水平锚固段不应小于10。
表26 纵向受拉筋的最小锚固长度表(mm)
钢筋类型 混凝土强度等级
 C15 C20 C25 ≥C30
Ⅰ级钢筋 40d 30d 25d 20d
月牙纹 Ⅱ级钢筋 50d 40d 35d 30d
 Ⅲ级钢筋 — 45d 40d 35d
冷拔低碳钢丝 250
        注：1.当月牙纹钢筋直径＞25mm时，其锚固长度按表中数值增加5采用；
            2.当螺纹钢筋直径≤25mm时，其锚固长度按表中数值减少5采用；
 3.在任何情况下，纵向受拉钢筋的锚固长度不应小于250mm。
 ⑤梁支座负钢筋至少字柱边起延长（为梁的净跨）方可截断。
 抗震设计时：
纵向受拉钢筋配筋率不应大于2.5%，也不应小于表31中的数值。
表31 抗震设计时，框架梁纵向受拉钢筋最小配筋百分率
抗震等级 支座 跨中
一 0.40 0.30
二 0.30 0.25
三、四 0.25 0.20
 考虑到水平力产生的剪力在框架梁总剪力中占的比例很大，且水平力往复作用下，梁中剪力反号，反弯点移动的因素，在框架梁中不采用弯起钢筋，梁中全部剪力由箍筋和混凝土共同承担。
 梁截面上部和下部至少分别配置两根贯通全跨的钢筋，一、二级框架梁其直径不小于14mm ，且不应小于梁端顶面和底面纵向钢筋中较大截面积的1/4，三、四级框架梁纵筋直径不小于12mm。
 在地震反复荷载作用下，梁中纵向钢筋埋入柱节点的相当长度范围内，混凝土与钢筋的粘结力易发生破坏，因此，应比非抗震框架的锚固长度大。
 一级框架         =+10
 二级框架         =+5
 三、四级框架     =
 一、二级框架梁纵向钢筋应伸过边柱节点中心线。当纵向钢筋在节点水平锚固长度不够时，应沿柱节点外边向下弯折。试验表明，伸入支座弯折锚固的钢筋，锚固力由弯折钢筋水平段的粘结强度和垂直段的弯折锚固作用所构成。水平段的粘结，是构成锚固的主要成份，它控制了滑移和变形，在锚固中起很大作用，故不应小于0.45。垂直段只在滑移变形较大时才受力，要求垂直段不小于10，因随垂直段加长，其作用相对减小，故限制最大垂直段长度为22。
纵向钢筋的接头，一级框架中应采用焊接；二级框架中宜采用焊
接。
 梁端部纵向受压钢筋与受拉钢筋面积的比值,一级框架不应小于0.5，二、三级框架不应小于0.3。因梁端部的底面和顶面纵向钢筋钢筋配筋量的比值，对梁的变形能力有较大影响。一方面，梁底面钢筋可增加负弯矩时塑性转动能力；另一方面，防止正弯矩作用时屈服过早或破坏过重而影响负弯矩作用是强度和变形能力的正常发挥。
 3.13.1.3 梁的箍筋
 非抗震设计时：
 ① 当梁中配有计算所需受压筋时，箍筋应为封闭形式；当一层内纵向钢筋多于三根时，应设置复合箍筋，当梁宽≤400，且一层内的纵向受压钢筋不应多于四根时，可不设置复合箍筋。
 ② 箍筋配筋率≤0.02
 ③ 箍筋的间距，在绑扎骨架中不应大于15，在焊接骨架中不应大于20，并应满足表32要求。
在梁中纵向钢筋搭接长度范围内，当搭接钢筋为受拉时，箍筋间
距不应大于5，且不应大于100；当搭接钢筋为受拉钢筋为受压时，箍筋间距不应大于10，且不应大于200（为纵筋最小直径）。
 抗震设计时：
表27 非抗震设计时框架梁箍筋最大间距（mm）
                  V
      h >0.07 ≤0.07
150<  ≤300 150 200
300<≤500 200 300
500<≤800 250 350
>800 300 500
箍筋应做135o弯钩，弯钩端头直段长度不应小于10（为箍
筋直径）。
 根据试验和震害调查，发现梁端破坏主要集中杂1.5～2.0倍梁高的范围内。为保证梁具有足够的延性，提高塑性铰区压区混凝土的极限压应变值，并防止塑性铰区最终发生斜裂缝破坏，在梁端纵筋屈服范围内，加密封闭式箍筋，对提够梁的变形能力十分有效。同时，为防止压筋过早压曲，应限制箍筋间距。试验表明，当纵向钢筋屈服区内配置箍筋间距小于6～8(为纵向钢筋直径)时，在压区混凝土彻底压溃前，压筋一般不会发生压曲现象，能充分发挥梁的变形能力。为此规定了梁的加密区长度，箍筋最大间距及最小直径，如表33所示。
 非加密区箍筋间距不应大于，及250mm
加密区箍筋的肢距，一、二级不应大于200mm ,三、四级不宜大于200mm。纵向钢筋每排多于4根时，每隔一根宜用箍筋或拉筋固定，梁端第一箍筋距柱边一般为50mm
表28 梁加密区长度、箍筋最大间距及最小直径（mm）
抗震等级 加密区长度（取较大值） 箍筋最大间距（取较小值） 箍筋最小直径
一 2,500 /4,6d,100 10
二 1.5,500 /4,8d,100 8
三 1.5,500 /4,8d,150 8
四 1.5,500 /4,8d,150 6
 注：为纵筋直径，为梁高。
④ 沿梁全长，箍筋的配筋率不应小于下列规定：
一级抗震         0.035
二级抗震         0.030
三、四级抗震     0.025
 3.13.2 柱的构造
 3.13.2.1 柱截面尺寸 
  框架柱截面尺寸一般由三个条件确定：
最小构造截面尺寸要求；
轴压比的要求
 抗剪要求。
 由构造要求，框架柱截面高度不宜小于400，柱截面宽度不宜小于300mm； 不应超过1.5，应尽量采用方柱。
 由于短柱的延性较差，容易产生见切破坏，故柱净高与柱截面在边长之比不宜小于4。若实际工程中避免不了的短柱，应采取构造措施，提高柱的延性及抗剪能力。
 当轴力过大时，柱的延性减小，易产生脆性破坏，所以柱的竖向荷载和地震作用组合下的轴力应满足轴压比的要求：
 一级框架      ≤0.7
 二级框架      ≤0.8
 三级框架      ≤0.9
 柱截面尺寸还应满足抗剪强度要求：
 非抗震设计    ≤0.25
 抗震设计      ≤（0.25）
 3.13.2.2 柱的纵向钢筋
框架柱宜采用对称配筋以适应水平荷载和地震作用正反两向的
要求。
 框架柱纵向钢筋最大配筋率（包括柱中全部纵筋）在非抗震时不应大于5%，抗震设计时不应大于4%，在搭接区段内不应大于5%；当柱净高与截面有效高度之比为3～4时（短柱），其纵向钢筋单边配筋率不宜超过1.2%，并沿柱全长采用符合箍筋。
 为保证柱的延性，框架柱中全部纵向钢筋截面面积与柱有效结脉内积之比不应小于(见表34)。
表29 框架柱纵向钢筋最小配筋百分率
 设计类别
 构   件 非抗震设计 抗震设计
  一 二 三 四
中柱、边柱 0.4 0.8 0.7 0.6 0.5
角柱 0.4 1.0 0.9 0.8 0.7
 ④ 框架柱中纵向钢筋间距不应过大，以便对核心混凝土产生约束作用。在非抗震设计时，不应大于350mm，抗震设计时，不应大于200mm。
⑤ 纵向钢筋的接头，一级框架应采用焊接接头，二级框架底层应采用焊接接头，其他层宜采用焊接接头，三级框架可采用搭接接头，但底层宜采用焊接接头。纵向钢筋接头应避开柱端加密区，同一截面内的接头钢筋面积不宜大于总钢筋面积的，相邻接头间距，焊接时不小于500mm,搭接时不小于600mm，接头最低点距楼板面至少750mm，并不小于柱截面长边尺寸。
 ⑥ 纵筋的搭接长度，非抗震设计时，不小于1.2;一级抗震设计时，不小于1.2+10;二级不小于1.2+5；三、四级不小于1.2。
⑦ 框架顶层柱的纵向钢筋应锚固在柱顶或伸入板、梁内，其锚固长
度自梁底面起算为,抗震设计时，一级不小于+10；二级不小于+5；三、四级不小于；且至少有10d以上的直钩长度，非抗震设计也不小于。
 3.13.2.3 柱的箍筋
 箍筋对框架柱的抗震能力至关重要，历次震害表明，箍筋过细，间距太大，构造不合适是框架柱破坏的重要原因。箍筋对柱的核心混凝土起着有效的约束作用，提高配箍率可以显著提高受压区混凝土的极限压应变，从而增加柱的延性，柱的箍筋有以下构造要求：
 ① 柱箍筋宜采用复合箍筋，当每边纵筋大于或等于4根时，宜采用井字型箍筋，有抗震设防要求时，纵筋至少每隔一根有箍筋或拉筋拉接，以固定其位置，并使纵筋在两个方向都有约束。如图**所示。
 ② 柱箍筋的肢距不宜大于200mm，为保证箍筋能在核心混凝土内锚固，在地震荷载下，混凝土保护层脱落后钢筋仍不散开，继续约束核心混凝土。箍筋应做135o弯钩，弯钩端头直段不小于10d（d为箍筋直径）。
 ③ 柱端箍筋加密区：截面高度（或圆柱直径）、柱净高的1/6和450mm三者中的较大值，对底层柱底，取刚性地面上下各500mm。一级框架角柱及任何框架中的短柱，需提高变形能力的柱，沿柱全高加密箍筋。
 ④ 加密区箍筋最大间距及最小直径应满足表35要求。
表30 加密区箍筋最大间距及最小直径（mm）
抗震等级 箍筋最大间距（采用较小值） 箍筋最小直径
一 6，100  10
二 8，100 8
三 8，150 8
四 8，150 6
 框架柱，截面尺寸不大于400mm时，箍筋最小直径可采用6；角柱、短柱箍筋间距不应大于100mm
 ⑤ 柱加密区箍筋的体积配箍率，应满足表36的要求（体积配箍率
；为混凝土体积；为在内箍筋的体积  ）。
 ⑥ 非加密区的箍筋不应小于加密区箍筋的50%，为施工方便，宜不
改变直径而将间距扩大一倍，但对一、二级抗震，间距不宜大于10d ,三级不宜大于15d（d为纵筋直径）。
 ⑦ 纵向钢筋搭接接头处，箍筋间距应符合以下要求：
 纵筋受拉时，不大于5d及100mm
 纵筋受压时，不大于10d及200mm
 根据以上的计算和构造要求，该框架底层梁及B柱的配筋见图结构配筋图。
表31柱加密区箍筋最小体积配箍率（%）
抗震等级 箍筋形式 柱轴压比
  〈 0.4 0.4～0.6 〉0.6
一 普通箍、复合箍 0.8 1.2 1.6
 螺旋箍 0.8 1.0 1.2
二 普通箍、复合箍 0.6～0.8 0.8～1.2 1.2～1.6
 螺旋箍 0.6 0.8～1.0 1.0～1.2
三 普通箍、复合箍 0.4～0.6 0.6～0.8 0.8～1.2
 螺旋箍 0.4 0.6 0.8
 注：计算箍筋体积配箍率时，不计重叠部分的箍筋体积。
 

致谢

 在本次毕业设计过程中，从建筑设计阶段到结构设计，均适时的得到了各位指导老师、答疑老师的热情辅导和鼓励，还有同学间的互帮互助。在设计阶段各位老师认真负责、兢兢业业、不辞劳苦，同学也是积极讨论问题总结经验教训，在此设计即将结束时，特对这些帮助过的老师、同学表示感谢。

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