南京一中江北校区（高中部）教师公寓楼结构设计文献综述

文献综述（或调研报告）：

1、框架结构

框架结构是最常用的竖向结构体系，除了单独用于单层和多层房屋外，还常常与其他竖向结构体系（如墙结构、筒结构、竖向桁架结构）组成框架-剪力墙结构、框架-筒体结构、框架支撑结构等复合框架结构。框架结构体系是介于砌体结构与框架-剪力墙结构之间的结构体系，一般是由竖直的柱和水平横梁所组成，梁柱交结处一般为刚性连接。框架结构具有建筑平面布置灵活，使用空间大、便于分隔、延性较好等特点，一般都是受到竖直荷载和水平荷载的共同作用，选择框架结构应综合考虑建筑功能的要求，以及建筑高度、高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地条件等因素。其设计应符合安全适用、技术先进、经济合理、便于施工的结构设计原则。

框架结构按其结构材料可分为钢框架、混凝土框架和钢-混凝土组合框架。钢框架结构所使用的钢梁、钢柱在工厂预制，运送到施工现场后再组拼成整体框架。钢框架具有自重轻、抗震性能好、施工速度快、机械化程度高等优点，但耐腐和耐火性较差，造价也比混凝土框架高。混凝土框架结构的可模性好，可以适应不同平面形状的要求，且造价相对较低，耐久性能好。但混凝土框架结构的现场施工量大、模板消耗量大、工期较长，同时也给环境带来了较大的压力。混凝土框架按其施工方法可分为现浇框架、装配式框架及装配整体式框架。现浇框架的整体性及抗震性能较好；装配式框架可实现构件的标准化，且工厂批量生产使得成本降低，但其抗震性能弱、整体性差，不宜在抗震设防区使用；装配整体式框架的部分梁、柱为预制构件，在吊装就位后焊接或绑扎节点区钢筋并浇捣混凝土，使得梁、柱形成整体结构，其兼具现浇框架和预制框架的优点但施工过程相对复杂。

优点：（1）结构轻巧，便于布置，有利于抗震；（2）不靠墙承重，使用方便，可形成大的使用空间；（3）框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，以缩短施工工期，较为经济。但同时，框架结构体系也具有以下缺点：（1）框架节点应力集中显著；（2）框架结构的侧向刚度小，属柔性结构框架，在强烈地震作用下，结构所产生水平位移较大，易造成严重的非结构性破性；（3）钢材和水泥用量较大，构件的总数量多，工序多，浪费人力，施工受季节、环境影响较大。故框架结构不适宜建造高层建筑，一般适用于建造不超过15层的房屋，适用于民用住宅、办公楼、旅馆、饭店、医院、大型商业建筑等，亦可用于工业车间等建筑。

2、抗震设计方法

目前我国《建筑抗震设计规范》中提出的建筑物基本的抗震设防目标如下：1）当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，建筑物—般不受损坏或不需修理仍可继续使用；2）当遭受本地区抗震设防烈度的地震影响时，建筑物可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用；3）当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。即建筑物抗震设防的目标就是要做到“小震不坏，中震可修，大震不倒”。为达到上述三点抗震设防目标，可以用多遇烈度、基本烈度和罕遇烈度这三个地震烈度水准来考虑。

为实现上述三个地震烈度水准的抗震设防要求，《抗震规范》提出了两阶段抗震设计方法。第一阶段设计是在方案布置符合抗震设计原则的前提下，按与基本烈度相对应的众值烈度的地震动参数，用弹性反应谱法求得结构在弹性状态下的地震作用效应并与其它荷载效应组合，对结构构件进行承载力验算和变形验算。这样可以保证第一水准下必要的承载力可靠度，同时满足第二水准损坏可修的设防要求，然后再通过概念设计和构造措施来满足第三水准的设防要求。对大多数结构，一般可只进行第一阶段的设计。对于《抗震规范》所规定的部分结构，如有特殊要求的建筑和地震时易倒塌的结构，还要进行第二阶段的设计，即在罕遇地震烈度作用下，验算结构薄弱层的弹塑性层间变形，以保证其满足第三水准大震不倒的设防要求。

四、方案（设计方案、或研究方案、研制方案）论证：

1.结构选型

1.1主体结构

本工程为教师公寓，室内空间布置较为灵活，采用装配整体式钢筋混凝土框架结构。装配整体式框架结构施工快，工期短，可以尽可能早的投入到使用中，同时后浇整体式节点连接抗震性能达到甚至超过现浇节点，结构整体的抗震性能好。

1.2基础

本工程工程地质条件良好，同时为减小对周围土体环境的影响，本工程采用PHC预应力高强混凝土管桩。

2.结构布置

承重框架布置时选用纵横向框架混合承重方案，在两个方向上均布置框架主梁以承受楼面荷载。这样房屋在两个方向均有较大的抗侧刚度，整体性能好，柱网布置基本对称，结构体型较为规整，可不考虑扭转作用。次梁的布置需要考虑各层的使用功能，同时使得结构传力路径更为清晰，还要根据墙的位置和板的跨度要求来综合确定，并考虑楼板局部开洞的影响。

各楼（屋）面使用功能和荷载分布的不同导致了梁柱分布的差异，楼层的布置可以分为两个标准层：

结构标准层（1）可作为二至五层楼面的梁柱布置形式，其框架主梁的跨度分别为9000mm、8400mm、7200mm、6400mm，次梁的跨度可分为7200mm、6400mm、5700mm、4500mm、2450mm。

结构标准层（2）可作为屋面的梁柱布置形式，其框架主梁的跨度分别为9000mm、8400mm、7200mm和6400mm，次梁的跨度可分为7200mm、6400mm、5700mm、4500mm、2450mm。

3.主要构件截面尺寸估算

3.1板厚估计

在进行板的截面尺寸估算时，主要根据刚度原则来确定板厚。《混凝土结构设计规范》对现浇混凝土板的跨厚比及最小厚度规定如下：对于板的跨厚比，钢筋混凝土单向板不大于30，双向板不大于40；对于板的最小厚度，单向板作屋面板时最小厚度为60mm，单向板作民用建筑楼板时最小厚度为60mm，双向板的最小厚度为80mm。同时考虑到采用装配整体式建筑，现浇层和预制层厚度均不应小于60mm。

根据各楼（屋）面板的划分可知，本设计中既有双向板也有单向板。双向板最大短边跨度为1500mm，h4500/40=112.5mm；单向板最大跨度为2100mm，h2100/30=70mm。

为了施工方便，使所有楼板厚度统一，各楼板厚度取为150mm，屋面板楼盖板厚度取为150mm。

3.2梁截面尺寸估计

估算梁的截面尺寸时仍可根据刚度原则来确定，在确定框架梁的截面高度时除了考虑跨度、间距、竖向荷载大小及材料强度等因素之外，还应考虑水平荷载的大小。

3.2.1主梁

截面高度h：框架主梁高度h可按照高跨比来确定，即主梁的截面高度可取跨度的1/12～1/8。本结构框架主梁的跨度可取以下几个代表值：L₁=9000mm，L₂=8400mm，L₃=7200mm，L₄=6400mm。主要截面估计尺寸如下：

??

综上结果，对于跨度为9000mm和8400mm的梁，为了施工方便，梁高统一取为750mm，对于跨度为7200mm和6400mm的梁，梁高取为650mm。

截面宽度b：梁的截面宽度可取截面高度的1/3~1/2，且不宜小于200mm，则主梁的截面宽度为

故取主梁截面宽度为b₁=300mm，b₂=300mm（同宽不同高）

3.2.2次梁

截面高度h：次梁的截面高度可取跨度的1/181/12。本结构框架次梁的跨度可取以下几个代表值：L₁=7200mm，L₂=6400mm，L₃=5700mm，L₄=4500mm，L₅=2450mm。次梁估计尺寸如下：

综上结果，为了施工方便，对于跨度为7200mm和6400mm的次梁梁高取为500mm，其余跨度次梁梁高取为400mm。

截面宽度b：梁的截面宽度可取截面高度的1/31/2，则次梁的截面宽度为

取次梁宽度，。

3.3框架柱截面尺寸估计

对于抗震设防区，柱的截面面积一般由轴压比限值控制。对于抗震等级为三级的框架，轴压比mu;_N要求满足N/f_cA≦0.85。 此外，柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm，截面高度与宽度的比值不宜大于3；圆柱的直径不宜小于350mm。

估算框架柱的截面尺寸时可先按负荷面积估算柱在竖向荷载下的轴力N_c（一般可近似取荷载基本组合值N_c=12kN/m²18kN/m²）；然后取N=(1.21.4)N_c；最后根据轴压比的要求估算出截面积。

对于本工程，我们取N=15kN/m²，抗震等级为三级，轴压比限值mu;_N为0.85，取N=1.3N_c，混凝土采用C40，则f_c=19.1N/mm²,框架柱截面取为正方形，则A=b²。考虑保守估计，统一将柱轴力放大1.2倍。估算结果如下：

由于本工程结构平面布置具有对称性明显的特点，考虑边柱角柱的放大效应，且为了避免一层出现薄弱层，综合以上所求，柱截面布置如下：

4.结构设计计算方法

屋面板及楼板计算时采用弹性计算方法；次梁计算时采用连续梁模型；计算框架在竖向荷载作用下的内力采用分层法，在水平荷载作用下的内力采用D值法；计算地震作用时采用底部剪力法。

根据规范计算结构承载力，进行挠度与裂缝验算。严格遵循强柱弱梁,强剪弱弯,强节点弱构件的原则。