某市消防站设计

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毕业设计(论文)

某市消防站设计

The design of a fire station

学生姓名xxx

学院名称土木工程学院

专业名称土木工程

指导教师xxx

年月日

内容摘要

本设计为某市消防站设计，主体为4层框架结构，设计内容包括建筑设计部分和结构设计部分。建筑部分包括建筑平面图，立面图，剖面图，楼梯详图以及建筑说明图，车库位于底层。结构计算内容有荷载计算，内力计算，内力组合，截面计算等几方面的计算和设计。标准层为3.5米，柱的尺寸采用600mm×600mm，边跨梁采用250mm×600mm，中跨梁采用250mm×400mm。本设计选取一榀框架进行计算。在确定计算简图之后，先进行了重力荷载代表值的计算,接着利用顶点位移法求出自振周期，按底部剪力法计算水平地震荷载作用大小，用D值法求出在水平地震作用和风荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。用分层法计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力，由所得的内力进行内力组合，再找出最不利的一组或几组内力组合进行梁、柱的配筋计算并绘图。接着进行楼板、楼梯，基础的配筋计算。完成了平台板，梯段板，平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。屋面为上人屋面，板的设计采用双向板设计。基础采用柱下独立基础，基础设计包括荷载计算，基础承载力计算，冲剪计算，基础配筋计算等等。板的设计采用双向板设计。

关键词：框架；结构设计；抗震设计；楼梯；基础

Abstract

This design of a fire station in a city, main body is 4 portal frame construction , design elements, including architectural design and structural design of some parts. Construction includes the construction plan, elevation, profile, stair details and construction that map at the bottom of the garage. Load the contents of the structure of the calculation, including load computation, endogenic force computation, endogenic force combination, section computation and so on several aspect computations and design. the key bed is 3.5 meters. The column size uses 600mm×600mm, frame girders uses 250 mm ×600 mm, mid- span girders uses 250mm×400mm. The purpose of the design is to do the anti-seismic design in the longitudinal frames of axis 3. When the directions of the frames is deter- mined, firstly the weight of each floor is calculated. Then the vibrate cycle is calculated by utilizing the peak-displacement method, then making the amount of the horizontal seismic force can be got by way of the bottom- shear force method. The seismic force can be assigned according to the shearing stiffness of the frames of the different axis. Then the internal force (bending moment, shearing force and axial force ) in the structure under the horizontal loads can be easily calculated. After the determination of the internal force under the dead and live loads, the combination of internal force can be made by using the Excel software, whose purpose is to find one or several sets of the most adverse internal force of the wall limbs and the coterminous girders, which will be the basis of protracting the reinforcing drawings of the components. The design of the stairs is also be approached by calculating the internal force and reinforcing such components as landing slab, step board and landing girder whose shop drawings are completed in the end. The roofing for on person roofing, The board design uses the bidirectional board design. the foundation uses under the column the independent foundation, the foundation designs including the load computation, the foundation supporting capacity computation, the punching shear computation, the foundation matches muscle computation and so on.

Keywords : frames, structural design, anti-seismic design，Staircase; Foundation

目录

1 绪论 (1)

1.1工程概况 (1)

1.1.1设计原始资料 (1)

1.1.2自然条件 (1)

1.2结构设计说明 (4)

1.2.1概述 (4)

1.2.2建筑平面设计 (4)

1.3建筑立面设计 (6)

1.4剖面设计 (7)

1.4.1层高和室内净高 (7)

1.5建筑细部具体构造做法 (8)

2结构设计 (11)

2．1设计资料 (11)

2.2结构方案选取 (11)

2.2.1竖向结构体系选取 (11)

2.2.2水平结构体系选取 (12)

2.2.3基础形式选取 (12)

2.3结构布置 (12)

2.3.1水平布置 (12)

2.3.2计算单元 (13)

2.4框架梁、柱尺寸确定 (14)

2.4.1框架梁尺寸估算 (14)

2.4.2框架柱尺寸估算 (14)

2.4.3板厚 (14)

2.4．4基础 (15)

2.4.5层高 (15)

2.4.6框架计算简图 (15)

2.5荷载计算 (16)

2.5.1恒荷载计算 (16)

2. 5.2楼面活荷载计算 (18)

2.5.3风荷载计算 (19)

2.5.4.地震作用计算 (20)

2.6内力计算 (25)

2.6.1恒荷载作用下内力计算 (25)

2.6.2风荷载作用下内力计算 (33)

2.6.3水平地震作用下内力计算 (40)

2.6.4活载作用下内力计算 (44)

2.7 梁端剪力及柱轴力、剪力的计算 (51)

2.8. 内力组合 (54)

2.8 .1框架梁内力组合 (54)

2.8.2 柱内力组合 (58)

3.截面设计 (62)

(62)

3.1 承载力抗力调整系数

RE

3.2 横向框架梁截面设计 (62)

3.2.1底层框架梁 (62)

3.2.2梁的斜截面强度计算 (64)

3.2.3第二、三、四层框架梁配筋 (65)

3.3 柱截面设计 (67)

3.3.1.底层B柱截面设计 (67)

3.3.2.标准层B柱截面设计 (72)

3.3.3底层A柱截面设计 (75)

3.3.4.标准层A柱截面设计 (79)

3.3.5.节点设计 (82)

3.4板的设计 (82)

3.4.1房间A设计 (82)

3.4.2房间C的设计 (86)

3.4.3房间B的设计 (87)

3.4.4房间D设计 (88)

3.4.5房间G的设计 (89)

3.4.6房间H设计 (90)

3.4.7房间E的设计 (91)

3.5楼梯设计 (92)

3.5.1 计算简图及截面尺寸 (92)

3.5.2 设计资料 (93)

3.5.3 梯段板设计 (93)

3.5.4 平台板计算 (94)

3.5.5 平台梁计算 (95)

3.6 基础设计 (96)

3.6.1 外柱独立基础设计 (96)

3.6.2内柱独立基础设计 (100)

参考文献 (108)

专题研究部分 (109)

致谢 (121)

1 绪论

1.1工程概况

1.1.1设计原始资料

工程为消防站大楼，位于某市市区。

消防站大楼建筑面积在4120㎡左右，建筑主体4层，底层为消防车库，二层及以上为战士宿舍，办公室，会议室等等。

1.1.2自然条件

（1）气象资料

某市自然条件及气候条件：

年平均温度14.2℃

最热月份平均温度31.6℃

最高气温40.6℃

最冷月份平均温度 -4.1℃

最低气温 -22.6℃

土壤冻结最大深度 240mm

年平均降雨量 869.9mm

日最大降雨量 213.0mm

相对湿度平均71%（冬季61%，夏季70%）

主导风向全年主导风向为偏东风

m 平均风速 3s

m 平均风速 19.3s

基本风压值 0.352

KN

m

m 夏季平均风速折算成距地面2m处数值 2.1s

积雪最大厚度 24cm

基本雪压 0.352

KN

m

（2）地质资料

地形地貌及土体工程地质特征

按土层沉积时代和土的物理力学性质，可分为14个工程地质层，可用到的为8个工程地质层，自上而下分别描述如下：

①素填土：灰黄色，松软。含植物根茎，局部夹有少量砖石碎块。该层

场地内均有分布，层厚0.50-2.50m，层底标高0.90-2.60m。该土层土质

不均，压缩性中高，工程性能差。地基承载力特征值为180KPa，素填土

重度为18kN/m3。

②粘土：黄褐色，可~硬塑。含铁锰质结核，夹青灰色条纹。刀切面光滑

有光泽，无摇振反应，干强度高，韧性高。该层场地内均有分布，层厚

2.00-4.00m，层底标高-1.84—-0.50m。压缩性中等，工程性能良好。

地基承载力特征值为230KPa，粘土重度为20kN/m3。

粉质粘土：灰黄色，可塑。含铁锰质斑点，夹青灰色条纹。刀切面稍③

1

有光泽，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。该层场地内均有分布，层

厚1.20-2.40m，层底标高-3.67—-2.34m。压缩性中等，工程性能中等。

地基承载力特征值为240KPa，粉质粘土重度为24.7kN/m3。

粉质粘土：灰黄-灰色，可软塑。局部夹少量薄层粉土，夹粉土较多时③

2

呈流塑状。刀切面稍有光泽，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。该层

场地内均有分布，层厚 1.00—3.70m，层底标高-6.74—-3.67m。压缩性

中等，工程性能中等。

粉质粘土：灰色，流塑。层状，夹少量薄层粉土。刀切面稍有光泽，④

2

粉土曾无摇振反应，干强度中等，韧性中等。该层场地内多有分布，④

1

较厚部位缺失，层厚1.50—6.90m，层底标高-11.98—-8.07m。压缩性中

等偏高，工程性能一般。

④

粉质粘土夹粉土：灰色，软塑为主。粉质含量较高，夹粉土薄层，夹3

粉土较多时呈流塑状。刀切面稍有光泽，摇振反应缓慢，干强度中等偏低，

韧性中等偏低。该层场地内均有分布，层厚 1.60—10.20m，层底标高

-19.91—-12.86m。压缩性中等，工程性能一般。

⑤粉质粘土：灰色，软~流塑。夹少量薄层粉土。刀切面稍有光泽，无摇

振反应，干强度中等，韧性中等。该层场地内均有分布，层厚 1.50—

12.50m，层底标高-30.42—-17.95m。压缩性中等，局部中等偏高，工程

性能一般。

⑧粉质粘土：灰黄~灰色，软塑为主，含铁锰质斑点，局部粉质含量较高，

呈流塑状。刀切面稍有光泽，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。该层

场地内均有分布，层厚 1.60—6.60m，层底标高-39.90—-35.66m。压缩

性中等，工程性能中等。

水文地质资料

场地地下水为孔隙潜水，勘察期间地下水位埋深为2.0米，受降水影

响明显，根据水质分析结果，按《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）

中第12.2节，判定场地地表水和地下水对钢筋混凝土和钢筋混凝土中的钢筋无腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性

在本场地内采集三组地下水位以上土壤样品进行易溶盐分析，结果详见附件“土壤易溶盐试验测试报告”。根据测试结果，判定地下水位以上土体对钢筋混凝土无腐蚀性，对钢筋混凝土中的钢筋无腐蚀性。

表1-1. 各土层渗透系数

注：由于室内渗透试验边界条件与实际有差别，故室内渗透试验值小于实际情况，建议实际使用时采用建议值。透水性判别依据为《工程地质手册》（第3版）。

1.2结构设计说明

1.2.1概述

在进行建筑设计时，我综合考虑了基地环境，使用功能，结构选型，施工材料，设备和建筑艺术等问题，合理安排了建筑内部各种使用功能和使用空间，并使建筑与周围外部环境相协调。

本设计为某市某消防站楼，呈矩形，主体四层，局部五层，总建筑面积4120㎡。底层为消防车库，二层及以上为战士宿舍，办公室和会议室等等。

消防站的规划布局，应综合考虑路网结构、公建与住宅布局、群体组合、绿地系统及空间环境等的内在联系，构成一个完善的、相对独立的有机整体，并应遵循下列原则：1.方便生活，有利组织管理；2.组织与居住人口规模相对应的公共活动中心，方便经营、使用和社会化服务；3.合理组织人流、车流，有利安全防卫；4.布置合理，空间丰富，环境美，体现地方特色。

居住区的空间与环境设计应遵守下列原则：1.合理布置公共服务设施，避免烟、气、味、尘及噪声对消防队员和工作人员的污染和干扰；2.建筑应体现地方风格、突出个性，群体建筑与空间层次应在协调中求变化；3.精心设置建筑小品，丰富与美化环境；4.注重景观与空间的完整性；5.公共活动空间的环境设计，应处理好建筑、道路、广场、院落、绿地和建筑小品之间及其与人活动之间的相互关系。居住区住宅建筑与规划设计，应综合考虑用地条件、选型、朝向、间距、绿地、层数与密度、布置方式、群体组合和空间环境等因素确定。

居住区公共服务设施包括教育、医疗卫生、文化体育、行政管理等设施。公共服务设施项目指标应按有关规范规定确定。绿地率新区建设不应低于30%。

1.2.2建筑平面设计

建筑平面设计是在熟悉使用空间及其使用要求的基础上，进一步分析建筑整体的使用要求，分析各使用空间之间及使用空间与交通联系空间之间的相互关系，综合考虑技术、经济和建筑艺术等方面的要求，结合整体规划、场地环境等具体条件，将各使用空间和交通联系空间在水平方向上相互联系和结合，组成一个有机的建筑整体。

在建筑平面设计过程中，由于设计题目为消防站，建筑的功能要求比较多，所以我首先从建筑的功能着手，分析其使用空间的结合。先把建筑中使用功能相同或联系紧密的使用空间组合在一起形成一区。平面设计必须按不同的功能要求分类并进行分区布局，使之既有明确的分区和隔离，又有必要的联系，一般而言，

对于使用中联系密切的各部分要相近布置，对于使用中有干扰的部分，则要求适当地分隔。同时考虑“闹静”与“动静”的关系和特点，将需要安静环境的用房尽可能离开产生噪声的用房布置。

1.2.2.1战士宿舍、招待所

战士宿舍和招待所设计应避免穿越卧室进入另一卧室，而且应保证卧室有直接采光和自然通风的条件。战士宿舍普遍兼有供学习之用的功能，以床、衣柜、写字台为必要家具布置卧室。

招待所是为了满足外来人员，或者战士家属，领导上级，兄弟单位来人时而设立的，这样为了方便他人，在现阶段消防站中，已成为必不可少的居住空间，本条要求保证这一空间能直接采光和自然通风，宜有良好的视野景观，有独立的卫生间。主要功能是接待客人，宜有适当的空间来布置家具。

1.2.2.2卫生间

本条要求每套住宅应设的三件洁具为便器、洗浴器和洗面器，有几点基本的要求：

一、以洁具低限尺度以及卫生活动空间计算最低面积；

二、淋浴空间与盆浴空间综合考虑，不考虑在淋浴空间设洗面器。

三、不考虑排便活动与淋浴活动的空间借用。

本条规定不得将卫生间直接布置在下层住户的卧室、起居室（厅）和厨房的上层，越层住宅中允许将卫生间布置在本套内的卧室、起居室（厅）、厨房的上层，并均应采取防水和隔声和便于检修的措施。

1.2.2.3贮藏空间

壁柜常因通风防潮不良造成贮藏室霉烂，本条要求对设于底层或靠外墙、靠卫生间等容易受潮的壁柜应采取防潮措施，所有壁柜内均应平整、光洁。

1.2.2.4门、窗

本条要求当窗台距地面低于0.90m时，采取防护措施。本消防站窗台设计距地面均高于0.9米，所有不需要采取防护措施。

面向走廊的窗，窗扇不应向走廊开启，否则应保证一定高度或加大走廊宽度，以免妨碍交通。

一般的房门总是向内开启的，可避免妨碍楼梯间的交通，本条规定外开时不应妨碍交通，一般可采用加大楼梯平台、设大小扇门、入口处设凹口等措施，以保证安全疏散。住宅各部位门洞的最小尺寸是根据使用要求的最低标准提出的，门的材料构造过厚或有特殊要求时，应留有余地。

1.2.2.5楼梯

本设计中，建筑主体为四层，故采用了楼梯作为垂直交通手段。本建筑共设三部楼梯，作为垂直交通工具。

（1）楼梯形式的选择：楼梯常见的形式有板式楼梯和梁式楼梯。梁式楼梯由踏步板、斜梁、平台板和平台梁组成，踏步板支承在斜梁上，斜梁再支承在平台梁上，作用于楼梯上的荷载先由踏步板传给斜梁，再由斜梁传至平台梁。梁式楼梯梯段板较薄，可以节省材料，当梯段板较长时，梁式楼梯较为经济，但这种楼梯施工复杂，外观也显得比较笨重。板式楼梯具有下表面平整，施工支模方便，外观比较轻巧的优点，是一种斜放的板，板端支承在平台梁上，作用于梯段上的荷载直接传至平台梁。当梯段跨度较小时，采用板式楼梯较为合适，但其斜板较厚，为跨度的1/25～1/30。本工程均采用板式楼梯。

（2）楼梯踏步的尺寸：考虑到人们行走的舒适性，便于疏散等要求，标准层取踏面宽280mm，踢面高159mm，（159×11≈1750mm）；底层楼梯踏面宽280mm，踏面高153mm（153×15≈2300mm）。楼梯坡度略小于30度。

（3）梯段和平台的尺寸：梯段宽取决于同时通过的人流的股数及是否经常有通过一些设备的需要，再结合本建筑的一些布置特点，梯段宽取2175mm。平台的深度不应小于梯段的宽度，取2250mm；

（4）楼梯扶手的确定：楼梯的扶手应坚固适用，其高度为1000mm。在楼梯的起始及终结处，扶手均自其前缘向前伸出300mm，且出于安全因素，扶手末端向下布置。

1.3建筑立面设计

建筑的立面设计是在符合使用功能和结构构造等要求的前提下对建筑空间造型的进一步美化，运用建筑造型和立面构图的一些规律，紧密结合平面、剖面的内部空间组合而进行的。因此在立面设计中一应反映出建筑的性格，即建筑的使用性质；二应反映内部空间及其组合情况；三应反映自然条件和民族特点的不同；四应适应基地环境和建筑规划的总体要求。

本设计在立面上看起来显的比较简单，但是在墙面涂料的色彩上，用分格条把这个立面的色调区别开来，分别刷有淡蓝色乳胶漆和白色乳胶漆，显的比较质朴、典雅。在窗户处理上，整个立面大体上采用了两种形式的窗户，较大的截面尺寸使得整个建筑显的很稳重。总体上说，整个建筑在立面设计上力求达到活泼、简洁、朴素、典雅的效果。通过对空间的综合利用，以端庄朴实无华的形象来表达教学建筑的丰富文化内涵，达到形式和内容的统一，使环境得到改善。

建筑形态是一种人工创造的物质形态。建筑形态构成是在基本建筑形态构成

理论基础上探求建筑形态构成的特点和规律。

为便于分析，把建筑形态同功能、技术、经济等因素分离开来，作为纯造型现象，抽象、分解为基本形态要素（点、线、面、体――空），探讨和研究其视觉特性和规律。

建筑形态构成的要素主要分为点、线、面、体四大要素。点有一定形状和大小，如体和面上的点状物、顶点、线之交点、体棱之交点、制高点、区域之中心点等。点的不同组合排列方式产生不同的表情。点在构图中有积聚性、求心性、控制性、导向性等作用。线分实存线和虚存线。实存线有位置、方向和一定宽度，但以长度为主要特征；虚存线指由视觉――心理意识的线，如两点之间的虚线及其所暗示的垂直于此虚线的中轴线，点列所组成的线及结构轴线等。

线在构图中有表明面与体的轮廓，使形象清晰，对面进行分割，改变其比例、限制、划分有通透感的空间等作用。面分实存面和虚存面。实存面的特征是有一定厚度和形状，有规则几何图形和任意图形；虚存面是由视觉――心理意识到的面，如点的双向运动及线的重复所产生的面感。

面在构图中有限定体的界限，以遮挡、渗透、穿插关系分割空间，以自身的比例划分产生良好的美学效果，以自身表面的色彩、质感处理产生视觉上的不同重量感等作用。面的空间限定感最强，是主要的空间限定因素。

体也有实体和虚体之分。实体有长、宽、高三个量度。形状上分为有规则的几何体和不规则的自由体，各产生不同的视觉感受，如方向感、重量感、虚实感等。虚体（空间）自身不可见，由实体围合而成，具有形状、大小、及方向感，因其限定方式不同，而产生封闭、半封闭、开敞、通透、流通等不同的空间感受。

1.4剖面设计

建筑剖面设计的任务是确定建筑各部分空间的高度、建筑的层数、建筑空间的利用以及处理建筑剖面中结构构造关系等问题。建筑剖面设计的实质是对使用空间、交通联系空间进行竖向的组合布局。建筑剖面设计和建筑的使用、造价、节约用地等有很大的关系，而且要结合平面一起考虑，才能有助于剖面设计的完成。层高是剖面设计的重要数据，是工程常用的控制尺寸。本设计中层高的确定除了考虑室内净高与结构、构造所需的高度外，还使其符合建筑模数的要求。建筑剖面组合则是根据建筑竖向使用要求，解决层高、层数和建筑在高度方向的安排方式，并协调这些因素与“造型力求简洁”之间的矛盾。

1.4.1层高和室内净高

消防站标准层高3.5m，宿舍室内有穿堂风，因而对流风速有所增加，室内湿

度却随穿堂风的增加而减小。因此要改善室内微小气候，关键是减小夏季辐射对室温的影响，改善平面布置的通风条件，组织穿堂风加速室内热气的散发。

招待所卫生间面积较小，顶板下的排水横管即便靠墙布置，其管底（特别是存水弯）的底部距楼、地面净距若太低，常常造成碰撞并且妨碍门、窗户开启。本条要求其净距不得低于2.20m。

1.5建筑细部具体构造做法

基础做法：

采用柱下独立基础，混凝土等级为C25，垫层为素混凝土，C10，垫层高100mm。地面做法：

1、10厚1：2厚水泥白石子磨光打蜡。

2、20厚1：3水泥砂浆找平层。

3、50厚C10混凝土随捣随抹。

4、100厚碎石或碎砖夯实。

5、素土夯实。

楼面做法：

1、楼板顶面为20mm厚水泥砂浆找平，5mm厚1：2水泥砂浆加“107”胶水

着色粉层面。

2、120mm厚现浇钢筋混凝土楼板。

3、楼板底面15mm厚纸筋石灰抹底，涂料两度。

屋面做法：

1，现浇楼板上铺膨胀珍珠岩保温层（檐口处厚100mm，2%自两侧檐口向中间找坡），

2，20厚1：2水泥砂浆找平层。

3，120厚现浇钢筋混凝土楼板。

4，SBS改性沥青防水卷材防水层4mm厚

5，15mm厚纸筋石灰抹布底

卫生间做法：

1、小瓷砖地面，素水泥浆檫缝

2、3～4厚1：4水泥胶合层

3、20厚1：3水泥砂浆找平层

4、素水泥砂浆结合层一道

5、100厚现浇钢筋混凝土楼板。

6、20厚的抹灰（石灰砂浆）

卫生间的墙面做法：瓷砖墙面

1) 5厚釉面砖白水泥浆擦缝

2) 6厚1 : 0.1 : 2.5水泥石灰膏砂浆结合层

3) 12厚1 : 3水泥砂浆打底

踢脚做法：

采用地砖踢脚、台度

1、8厚地砖素水泥擦缝；

2、5厚1：1水泥细砂结合层；

3、12厚1：3水泥砂浆打底。

内墙做法：

1、15厚1：3水泥砂浆打底；

2、5厚1：1水泥砂浆粘结层；

3、20厚抹灰；

外墙面做法：

1、15厚1：3水泥砂浆打底；

2、5厚1：1水泥砂浆粘结层；

3、20厚抹灰；

外墙饰面：

1、棕色仿石面砖饰面；

2、白色涂料饰面；

3、米色面砖饰面；

4、GRC成品欧式挂件；

5、墨绿色铝合金百叶。

散水做法：

混凝土水泥沙浆面散水（带垫层）

1、15厚1：2水泥砂浆抹面，压实抹光

2、60厚C15混凝土，上撒1：1水泥砂子压实抹光

3、120厚碎石或碎砖垫层

4、素土夯实，向外坡4%。

墙基防潮：

防水砂浆防潮层

20厚1：2水泥砂浆掺5%避水浆，位置一般在-0.06标高处坡道台阶：

花岗石台阶

1）花岗石条石规格厚度和宽度，按台阶设计要求，长度1000～1500表面剁平

2）30厚1 : 3水泥砂浆结合层

3）素水泥浆一道

4）100厚C15号现捣钢筋混凝土Φ6双向钢筋中距150mm（厚度不包括踏步三角部分），台阶面向外坡1％

5）150厚碎石或碎砖垫层

6）素土夯实（坡度按工程设计）

7）台阶横向两端M2.5号砂浆砖砌240厚地龙墙，横向总长度大于3米时，每隔3米加一道240厚地龙墙，地龙墙埋深在冰冻线以下，C10混凝土基础垫层600宽、300高。

2结构设计

2．1设计资料

结构类型：混凝土框架结构；

工程环境：本工程位于江苏省某市

抗震设防烈度：7度，第一组别，设计地震基本加速度值为0.2g；

场地土：Ⅲ类；

设计使用年限：50年；

框架抗震等级：3级；

结构安全等级：2级；

2.2结构方案选取

2.2.1竖向结构体系选取

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。常见的竖向结构体系包括砖混结构体系、框架结构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系以及筒体结构体系等。

砖混结构体系：主要由墙体承受竖向荷载，楼板层承受水平荷载，同时设置构造柱加强墙体的稳定性，设置圈梁增强建筑物的空间刚度及整体性。其自重大，且不利于抗震，加上浪费粘土资源，因此目前限制使用。

框架结构体系：由梁柱连接而成，具有建筑平面布置灵活、造型活泼等优点，可以形成较大的使用空间，易于满足多功能的使用要求。在结构受力性能方面，框架结构属于柔性结构，自振周期长，地震反应较小，经合理设计可具有较好的延性性能。其缺点是结构抗侧刚度较小，在地震作用下侧向位移较大。

剪力墙结构体系：由剪力墙同时承受竖向荷载和侧向力的结构，剪力墙是利用建筑外墙和内隔墙位置布置的钢筋混凝土结构墙，承受竖向荷载在墙体内产生的向下的压力及侧向力在墙体内产生的水平剪力和弯矩，因此剪力墙具有较大的承受侧向力的能力。但墙体太多，混凝土和钢筋的用量增多，材料强度得不到充分利用，既增加了结构自重，又限制了建筑上的灵活多变。

框架—剪力墙结构体系：既保留了框架结构建筑布置灵活、使用方便的优点，又具有剪力墙结构抗侧刚度大、抗震性能好的优点，同时充分发挥材料的强度作用，具有较好的技术经济指标。一般10～40层的高层建筑可采用该结构。

筒体结构体系：主要有核心筒和框筒结构组成的空间受力结构，筒体结构抗

侧刚度大，整体性好，建筑布置灵活，能提供很大的可以自由分隔的使用空间，特别适用于30层以上或100m以上的超高层建筑。

本消防站的建筑高度为19.1米，主体四层，局部五层，在楼层高度及建筑物高度均比较小的情况下，其结构的抗侧刚度及抗震性都较容易满足。根据现代住宅楼的功能使用性，要求建筑平面布置比较宽阔，可以形成较大的使用空间。因此，选用框架结构为该消防站的竖向结构体系。

2.2.2水平结构体系选取

常见的水平结构体系有：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。其余结构不详加说明。

叠合楼盖：在预制钢筋混凝土薄板上，再现浇一层钢筋混凝土并使之共同工作的楼盖结构。其优点是整体性好，刚度大，施工方便，节省模板。

预制板楼盖：可分为预制预应力大楼板和预制预应力多孔板，其施工方便，工业化程度高，但刚度较小，整体性差，抗震性弱，在抗震区使用较少。

组合楼盖：由底部的压型钢板和上部的混凝土现浇层组成。其优点是自重轻、楼板厚度小、节省模板、施工方便、施工周期较短；缺点是用钢量大，造价高。

因此，选用现浇楼盖结构中的肋梁楼盖为该消防站的水平结构体系。

2.2.3基础形式选取

框架结构柱下基础的常见形式有钢筋混凝土独立基础，条形基础，十字形基础，筏板基础，箱型基础以及桩基础等。因该地区工程地质条件较好，地基承载力较高，能满足一般建筑物的要求。加上建筑物柱网布置均匀，平面布置比较对称，因此上部荷载比较均匀且不大，同时考虑到经济因素，因此选择了柱下独立基础。

2.3结构布置

2.3.1水平布置

水平布置见图2-1：

图2-1：柱网布置

2.3.2计算单元

按楼面竖向传递路线的不同，承重框架的布置方案有横向框架承重、纵向框架承重和纵横向框架混合承重。

本设计选取比较有代表性的一榀框架作为计算单元，如图2-2所示

图2-2 一榀框架计算单元

2.4框架梁、柱尺寸确定

2.4.1框架梁尺寸估算

边跨（AB,CD ）梁取h=（1/12—1/8）×6600mm=550—825mm ，取h=600m ； b=（1/3—1/2）×600mm=200mm —300mm;

b ×h=250×600mm.

中跨（BC ）梁，取b ×h=250×400mm.

边柱（A ，D 轴）连系梁取250×600mm

中柱（B ，C 轴）连系梁取250×600mm

2.4.2框架柱尺寸估算

柱截面尺寸可按柱的轴压比按下列公式计算：

E

N F n g β=??? A C =N/([μN ]·fc)

N —为柱组合的轴压比设计值，

F —为简支状态计算柱的负载面积

g E ——为折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可根据实际荷载计算，也可取

12—15kN/m 。

β—对于边柱取1.3，不等跨取1.25，等跨取1.2；

n —为层数

c A —为柱截面的面积

Fc —为混凝土轴心抗压强度设计值，柱梁采用C30混凝土。

[μN ]—框架轴压比限值，该框架的抗震等级为3级，其轴压比限值为0.9，各

层的重力荷载代表值为近似去15Kn/m

边柱负载面积为3.3×4.5=14.85m 2

中柱负载面积为4.5×(3.3+1.2)=20.25m 2

边柱 Ac= （1.3×14.85×15×4）/（0.9×14.3×103）=0.1 m 2 中柱 Ac=（1.25×20.25×15×4）/(0.9×14.3×103）=0.12 m 2

综合考虑：边柱，中柱尺寸均取600×600

2.4.3板厚

填充墙采用200厚的非承重空心砖，门厅处为铝合金门窗，其余门为木门，窗为铝合金。楼盖及屋盖采用现浇混凝土结构，按结构要求，屋面、楼面均为120mm.，走廊板厚100mm

2.4．4基础

选用柱下独立基础，基础混凝土C25，钢筋HRB335，基础埋深1.85m。

2.4.5层高

取顶层的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板底，2—4层柱高即为层高，取 3.5m,底层柱高从基础顶面取至一层板底，即h=5200+150+500=5850mm=5.85m。

2.4.6框架计算简图

框架计算简图如图2—3所示

图2-3结构计算简图

AB,CD跨梁 i=2Ec×1/12 ×0.25×0.63/6.6=1.36×10-3Ec(m3)

BC 跨梁 i=2Ec×1/12 ×0.25×0.43/2.4=1.1×10-3Ec(m3)

上部各层柱 i=2Ec×1/12 ×0.6×0.63/3.5=3.085×10-3Ec(m3)

底层柱 i=2Ec×1/12 ×0.6×0.63/5.85=1.846×10-3Ec(m3)