独栋别墅计算书电算版(pkpm)-优秀本科毕业论文.doc

摘 要 本次毕业设计的题目是“独栋别墅结构设计”。这是对本科阶段所学知识的一次总结和实战，是综合运用所学知识分析和解决实际工程设计问题、由理论到实际的一个实践过程，也是为将来走上工作岗位后的实际工作奠定的一个良好的实践基础。在本次设计中，综合运用到了建筑和结构两方面的知识来完成毕业设计。首先要确定建筑方案，包括建筑平面布局、房间面积尺寸的确定、建筑立面、剖面图、大样图的绘制和建筑设计总说明等内容。在进入结构设计阶段后，我运用PKPM软件依次完成了结构布置方案和选型、荷载统计、SATWE设计参数的设置、SATWE计算结果分析、楼板的设计、框架梁设计、框架柱设计、独立基础设计以及楼梯设计等内容,并完成了部分结构施工图。关键词：SATWE，荷载统计，框架梁设计，框架柱配筋，基础设计、楼梯设计 1.建筑设计说明1.1 总平面设计 本设计为A市B区建新镇某2层独栋别墅,各层层高为3.3m，考虑通风和采光要求，采用了南北朝向。设计室内外高差为0.45米，设置了3级台阶作为室内外的连接。1.2 平面设计建筑的平面设计是针对建筑的室内使用部分进行的。建筑平面是表示建筑物在水平方向房屋各部分的组合关系。由于建筑平面通常较为集中反映建筑功能方面的问题，一些剖面关系比较简单的民用建筑，它们的平面布置基本上能够反映空间组合的主要内容，因此，首先从建筑平面设计入手。但是在平面设计中，我始终从建筑整体空间组合的效果来考虑，紧密联系建筑剖面和立面，分析剖面、立面的可能性和合理性，不断调整修改平面，反复深入。也就是说，虽然我从平面设计入手，但是着手于建筑空间的组合。各种类型的建筑，从组成平面各部分面积的使用性质来分析，主要可以归纳为使用部分和交通联系部分两大类。另外，对于一栋建筑来说，还有建筑的结构体系和围护体系，如墙、柱、隔断等构件所占的结构面积。1.2.1 使用部分的平面设计使用部分是由许多房间组成的。房间是建筑物最基本的使用单位，它通常以单个的形式出现。由于在功能使用上具有不同的特点和要求，使用部分的房间又分为使用房间（包括生活用房间、工作用房间和公共活动用房间）和辅助房间。1.2.2 交通联系部分的平面设计交通联系部分设计是否合理，不仅直接影响到建筑物内部各部分之间联系通行是否方便，还在很大程度上影响建筑的工程造价、用地、平面组合方式等。1.3 立面设计建筑的立面图反映的是建筑四周的外部形象。立面设计是在满足房间的使用要求和技术经济条件下，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。立面设计是为了满足使用功能和美化环境的需要而进行的。同时，还可起到改善环境条件、保护结构和装饰美化建筑物的作用。并且要考虑它的耐久性、经济性；正确处理与施工技术的关系。本方案立面设计充分考虑了别墅立面造型的要求，立面布置了很多圆弧形推拉式玻璃窗，采用白色欧式装饰檐口线条，样式新颖。在装饰方面采用米黄色饰面砖的外墙，窗框为白色塑钢框，柱子为白色罗马住，色彩搭配和谐。为了使建筑的立面更加丰富，把栏杆做成欧式风格，与整栋别墅立面造型容为一体，立面造型错落有致。1.4 剖面设计建筑剖面图反映出的是建筑物在垂直方向上各部分的组合关系。建筑的剖面设计的主要任务是确定建筑物各部分应有的高度、建筑的层数及建筑空间的组合关系。剖面设计主要表现为建筑物内部结构构造关系，以及建筑高度、层高、建筑空间的组合与利用。它和房屋的使用、造价和节约用地有着密切关系，也反映了建筑标准的一个方面。其中一些问题需要平、剖面结合在一起研究，才具体确定下来。门的高度根据人体尺寸来确定，窗高要满足通风采光要求。 屋面排水采用有组织排水，结构找坡。 2.结构布置方案及结构选型2.1 结构承重方案选择 根据建筑功能要求以及建筑施工的布置图，本工程确定采用框架承重方案，框架梁、柱布置参见结构平面图。 图2.1-1 一层结构布置 图2.1-2 二层结构布置2.2 主要构件选型及尺寸初步估算2.2.1 主要构件选型（）梁板柱结构形式：现浇钢筋混凝土结构（）墙体采用：加气混凝土砌块（）墙体厚度：外墙:200mm，内墙:200mm （）基础采用：天然地基浅基础 2.2.2 梁柱截面尺寸估算（） 主要承重框架:可取跨度较大者进行计算. 取L=6000mm h=(1/81/12)L=750mm500mm 取h=500mm. 250mm167mm 取b=250mm 满足b200mm且b/ 500/2=250mm故主要框架梁初选截面尺寸为：bh=250mm500mm（） 框架柱: b=(12/3)h 取b=h按轴压比验算:此建筑抗震等级为三级，=0.85 ，选C30型混凝土 = 14.3 考虑弯矩影响的调整系数，一般取1.11.3；恒载与活载的荷载分项系数的加权平均值，一般民用建筑可近似取1.25；楼层总荷载标准值，取1215；欲确定的柱楼层负荷面积，可根据柱网尺寸确定；欲确定的柱截面以上的楼层层数；框架柱的轴压比限值，根据结构的抗震等级查表取得；混凝土轴心抗压强度设计值。根据建筑抗震设计规范6.3.5条要求： 柱的截面尺寸，宜符合下列各项要求： 1 截面的宽度和高度，四级或不超过2层时不宜小于300mm，一、二、三级且超过2层时不宜小于400mm；圆柱的直径，四级或不超过2层时不宜小于350mm，一、二、三级且超过2层时不宜小于450。考虑到该建筑位于地震区，柱截面尺寸不宜小于300mm。故初选柱截面尺寸为 柱： bh=350mm350mm 柱子的高度：底层柱高h=3.3+0.45+0.3=4.05m（室内外高差450mm，基础顶面距外地面300mm）。二层柱子高h=3.3m 3.荷载统计 3.1 恒荷载3.1.1 板荷载 板恒载计算表 表3.11-1性质功能具体做法荷载标准值（kN/m2）客厅、卧室硬木地板（0.2）预埋木格栅（0.2)20厚水泥砂浆找平 （200.02=0.4）100厚板（250.1）15厚混合砂浆打底（170.015）隔音纸板吊顶（0.18）3.735卫生间30厚水泥砂浆，预留修面层（0.03x20=0.6）1.5厚聚氨酯防水涂料（0.05）刷基层处理剂一遍（0.05）20厚1:2水泥砂浆找平（0.0220=0.4）C15细石混凝土填充热水管道间，找坡不小于0.5%，最薄处不小于50厚20厚复合铝箔挤塑聚苯乙烯保温板100厚板（250.1）20厚板底抹灰（0.0217=0.34）5.94不上人屋面20厚细石混凝土（0.0224=0.48）高聚物改性沥青防水材料（0.38）20厚1:3水泥砂浆（0.0220=0.4）100厚聚苯乙烯泡沫塑料板（0.12=0.2）水泥珍珠岩找2%坡（最薄处20厚）（0.25=1）隔气层（0.02）20厚1:3水泥砂浆（0.0220=0.4）120厚板（250.12=3）20厚板底抹灰（0.0217=0.34）6.22露台陶瓷地毡露面（含找平层）（0.7）100厚板(2.5)20厚石灰砂浆粉刷层（0.0217=0.34）3.543.1.2 梁间线荷载 本工程内外墙都采用200厚加气混凝土砌块，外墙线荷载6.72KN/m, 内墙（1）线荷载6.44KN/m，内墙（2）线荷载6.67KN/m。具体何在布置见PKPM梁间荷载图注：转化为梁上线荷载时的计算公式：面荷载（层高-梁高） 屋面檐沟荷载：估为2.0KN/m加载到屋面边梁。3.2.活荷载 活荷载取值表 表3.2-1类型性质荷载标准值（kN/m2）楼面卧室、客厅、卫生间2.0露台2.5屋面不上人0.53.3风荷载0.7 3.4 PKPM荷载布置图 图 3.4-1 一层恒活荷载布置、梁间线荷载布置 （注：括号中表示活荷载大小） 图 3.4-2一层恒荷载导荷方式 （注：6.8处为楼梯间，板厚按0算） 图 3.4-3 屋面恒活荷载布置、梁间线荷载布置 图 3.4-5 屋面恒荷载导荷方式图 4 .SATWE设计参数信息4.1 总信息4.2 风荷载信息4.3 地震信息4.4 活荷信息4.5 调整信息4.6 设计信息4.7 配筋信息4.8 荷载组合 5.SATWE计算结果查看分析5.1 结构整体位移角 建筑抗震设计规范 表5.5.1 结构整体位移角，其中为多遇地震作用标准值产生的楼层内最大弹性层间位移；h为层高。 抗规：钢筋混凝土框架弹性层间位移角限值为 1/550。 图5.1-1 风作用下的位移角 图5.1-2 地震作用下的位移角分析：位移角数值符合规范要求，且由上图分析可知，地震作用下位移角大于风荷载作用下的位移角，所以本工程受地震作用控制。5.2 结构空间整体振动简图第一振型：以X方向平动 图5.2-1 结构第一振型平动图第二振型：Y方向平动 图 5.2-2 结构第二振型平动图第三振型：扭转为主 图 5.2-3 结构第三振型扭转图5.3 结构平均重度建筑抗震设计规范规定：框架结构与框架剪力墙结构参考值约为1214 各楼层的单位面积质量分布(单位:kg/m*2) 层号 塔号 单位面积质量 gi 质量比 max(gi/gi-1,gi/gi+1) 1 1 1288.35 1.34 2 1 960.84 1.00分析：平均重度为荷载的准确性和结构合理性的体现，由以上结果可知，一层平均重度为12.88，二层平均重度为9.60，由于本例为二层别墅高度不高、荷载不大，结果大致符合要求。5.4 结构刚度比 建筑抗震设计规范： 表3.4.3-2 Ratx1，Raty1 : X，Y 方向本层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度70%的比值 或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者 Floor No. 1 Tower No. Ratx1= 1.2626 Raty1= 1.2877 Floor No. 2 Tower No. 1 Ratx1= 1.0000 Raty1= 1.0000分析：由于Ratx1= 1.2626 Raty1= 1.2877，所以结构竖向规则。5.5 结构刚重比结构整体稳定验算结果 层号 X向刚度 Y向刚度 层高 上部重量 X刚重比 Y刚重比 1 0.882E+05 0.890E+05 4.05 4284. 83.43 84.14 2 0.998E+05 0.987E+05 3.30 1693. 194.63 192.48 该结构刚重比Di*Hi/Gi大于10,能够通过高规(5.4.4)的整体稳定验算 该结构刚重比Di*Hi/Gi大于20,可以不考虑重力二阶效应。分析：刚重比均大于20，所以结构整体稳定且不考虑重力二阶效应。5.6 楼层抗剪承载力及承载力比值 建筑抗震设计规范规定表3.4.3-2第三行;抗侧力结构的层间受剪承载力小于上一楼层的80%可视为楼层承载力突变。 楼层抗剪承载力、及承载力比值 Ratio_Bu: 表示本层与上一层的承载力之比 层号 塔号 X向承载力 Y向承载力 Ratio_Bu:X,Y 2 1 0.5939E+03 0.5925E+03 1.00 1.00 1 1 0.7249E+03 0.7312E+03 1.22 1.23 X方向最小楼层抗剪承载力之比: 1.00 层号: 2 塔号: 1 Y方向最小楼层抗剪承载力之比: 1.00 层号: 2 塔号: 1分析：根据抗规规定抗侧力结构层间受剪承载力不宜小于上一楼层的80%，所以不存在楼层承载力突变。5.7 结构周期与平动系数考虑扭转耦联时的振动周期(秒)、X,Y 方向的平动系数、扭转系数 振型号 周 期 转 角 平动系数 (X+Y) 扭转系数 1 0.4209 165.12 0.96 ( 0.90+0.06 ) 0.04 2 0.4172 74.92 1.00 ( 0.07+0.93 ) 0.00 3 0.3597 159.93 0.04 ( 0.04+0.00 ) 0.96 4 0.1432 47.77 0.92 ( 0.42+0.50 ) 0.08 5 0.1417 135.39 0.98 ( 0.50+0.48 ) 0.02 6 0.1253 19.89 0.10 ( 0.09+0.01 ) 0.90/分析：结构第一振型X方向平动系数0.90大于Y方向0.06，扭转系数为0.04，再根据前边结构空间振型简图，可知第一振型为X方向平动：同理可知第二振兴为Y方向平动。1、2振型周期分别为0.4209秒、0.4172秒可知结构X、Y方向刚度相近。5.8结构周期比 周期比为扭转周期与第一平动周期的比值，高层宜控制在0.9以下，多层不太需要控制周期比。 分析：周期比主要为控制结构扭转，减小扭转对结构产生的不利影响，也是反映抗扭刚度与抗侧刚度的比值的数值。本例 0.3597/0.4209=0.7833，故周期比符合要求，本结构属于规则建筑。5.9结构剪重比 根据建筑抗震设计规范5.2.5： Floor Tower Fx (kN) Vx (分塔剪重比) (整层剪重比(kN) Mx(kNm) Static Fx(kN) (注意:下面分塔输出的剪重比不适合于上连多塔结构) 2 1 126.99 26.99( 9.31%) ( 9.31%) 419.08 148.29 1 1 127.01 249.69( 7.53%) ( 7.53%) 1425.27 117.09 抗震规范(5.2.5)条要求的X向楼层最小剪重比 = 1.60% X 方向的有效质量系数: 100.00% Floor Tower Fy (kN) Vy (分塔剪重比) (整层剪重比) (kN) My (kNm) Static Fy(kN) (注意:下面分塔输出的剪重比不适合于上连多塔结构) 2 1 130.09 130.09( 9.54%) ( 9.54%) 429.31 148.29 1 1 130.10 255.60( 7.71%) ( 7.71%) 1459.11 117.09 抗震规范(5.2.5)条要求的Y向楼层最小剪重比 = 1.60% Y 方向的有效质量系数: 99.50%分析：剪重比是为了控制楼层的最小地震剪力，确保结构的安全性，计算结果均大于1.6%且振型参与系数大于90%，说明结构刚度符合要求，所以结果符合要求。5.10 结构位移比 高层建筑混凝土结构技术规程的3.4.5条规定：楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A、B级高度高层建筑均不宜大于该楼层平均值的1.2倍；且A级高度高层建筑不应大于该楼层平均值的1.5倍，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑，不应大于该楼层平均值的1.4倍。 = 工况 14 = X+偶然偏心地震作用规定水平力下的楼层最大位移 Floor Tower Jmax Max-(X) Ave-(X) Ratio-(X) h JmaxD Max-Dx Ave-Dx Ratio-Dx 2 1 41 4.22 4.08 1.04 3300. 41 1.38 1.27 1.09 1 1 17 2.85 2.81 1.02 4050. 17 2.85 2.81 1.02 X方向最大位移与层平均位移的比值: 1.04(第 2层第 1塔) X方向最大层间位移与平均层间位移的比值: 1.09(第 2层第 1塔) = 工况 15 = X-偶然偏心地震作用规定水平力下的楼层最大位移 Floor Tower Jmax Max-(X) Ave-(X) Ratio-(X) h JmaxD Max-Dx Ave-Dx Ratio-Dx 2 1 58 4.58 4.12 1.11 3300. 58 1.36 1.27 1.07 1 1 37 3.23 2.76 1.17 4050. 37 3.23 2.76 1.17= 工况 17 = Y+偶然偏心地震作用规定水平力下的楼层最大位移 Floor Tower Jmax Max-(Y) Ave-(Y) Ratio-(Y) h JmaxD Max-Dy Ave-Dy Ratio-Dy 2 1 44 4.69 4.19 1.12 3300. 44 1.50 1.32 1.14 1 1 22 3.19 2.87 1.11 4050. 22 3.19 2.87 1.11 Y方向最大位移与层平均位移的比值: 1.12(第 2层第 1塔) Y方向最大层间位移与平均层间位移的比值: 1.14(第 2层第 1塔) = 工况 18 = Y-偶然偏心地震作用规定水平力下的楼层最大位移 Floor Tower Jmax Max-(Y) Ave-(Y) Ratio-(Y) h JmaxD Max-Dy Ave-Dy Ratio-Dy 2 1 41 4.47 4.16 1.07 3300. 58 1.39 1.31 1.06 1 1 19 3.08 2.86 1.08 4050. 19 3.08 2.86 1.08 Y方向最大位移与层平均位移的比值: 1.08(第 1层第 1塔) Y方向最大层间位移与平均层间位移的比值: 1.08(第 1层第 1塔)分析：位移比主要为了控制结构平面的规则性，以免形成扭转，对结构产生不利影响。以上位移比都不超过1.2，所以符合规范要求。 6.板的设计6.1计算基本理论单向板：双向板（弹性方法计算）：， 跨中弯矩计算系数考虑混凝土泊松比0.2，跨中弯矩荷载取值：g+q/2(四边固定)+ q/2(四边简支)支座弯矩荷载取值：g+q(四边固定)，弯矩设计值折减情况:（1）中间跨和跨中截面及中间支座截面减少20%；（2）边跨跨中截面和楼板边缘起第二支座截面，lb/l01.5减少20%，1.5lb/l02.0减少10%，lb、l0分别为垂直和沿楼板边缘方向的计算跨度；（3）角区格不折减。6.2 各层楼板编号和边界条件 一层：11号房间为楼梯间，按板厚为0处理，四边为简支；房间5、7为卫生间，降板50mm，与其他板相邻边为简支；1号房间为露台，降板50mm，四边为简支。 图 6.2-1 一层楼板编号和边界条件 二层： 图 6.2-2 屋面楼板编号和边界条件 （*注：图片中锯齿段为固支边界，直线段为简支边界）6.3 板厚的确定混凝土结构设计规范：由计算简图可知，所有板都为双向板，最大板计算跨度为4000mm，故板厚可取为，故楼层板厚取为100mm，屋面板根据行业规定适当放大，取为120mm。6.4 楼板材料选择、板的最小配筋率 混凝土强度等级：C30 钢筋：选用高强度受力钢筋HRB400级热轧钢筋。 根据 混规 表8.5.1 注释2 ：板类受弯构件（不包括悬臂板）的受拉钢筋，当采用强度等级为400MPa、500Mpa的钢筋时，其最小配筋率应允许采用0.15和的较大值， 故此处板的最小配筋率为。6.5 楼板的计算参数 6.6 楼板配筋计算结果 6.6-1 一层楼板配筋计算结果图 6.6-2 屋面板配筋计算结果图6.7 楼板计算书 说明：计算结果为0边按简直计算；各板裂缝以及绕度验算略过。 混凝土结构设计规范9.6.1 ;楼层板各板块计算书：1号房间：一、基本资料：1、房间编号： 1 2、边界条件（左端/下端/右端/上端）：铰支/铰支/铰支/铰支/ 3、荷载： 永久荷载标准值：g 3.54 kN/m2 可变荷载标准值：q 2.50 kN/m2 计算跨度Lx = 3900 mm；计算跨度Ly = 2500 mm 板厚H = 100 mm； 砼强度等级：C30；钢筋强度等级：HRB400 4、计算方法：弹性算法。 5、泊松比：1/5. 6、考虑活荷载不利组合。二、计算结果： Mx =(0.02661+0.07618/5)*(1.20* 3.54+1.40* 1.25)* 2.52 = 1.57kNm 考虑活载不利布置跨中X向应增加的弯矩： Mxa =(0.02661+0.07618/5)*(1.4* 1.25)* 2.52 = 0.46kNm Mx= 1.57 + 0.46 = 2.03kNm Asx= 178.00mm2，实配 8200 (As 251.mm2) min 0.179% ， 0.251% My =(0.07618+0.02661/5)*(1.20* 3.54+1.40* 1.25)* 2.52= 3.06kNm 考虑活载不利布置跨中Y向应增加的弯矩： Mya =(0.07618+0.02661/5)*(1.4* 1.25)* 2.52 = 0.89kNm My= 3.06 + 0.89 = 3.95kNm Asy= 178.00mm2，实配 8200 (As 251.mm2) min 0.179% ， 0.251%2号房间：其中一边边界条件不唯一故省略。3号房间：一、基本资料：1、房间编号： 3 2、边界条件（左端/下端/右端/上端）：固定/铰支/固定/固定/ 3、荷载： 永久荷载标准值：g 3.73 kN/m2 可变荷载标准值：q 2.00 kN/m2 计算跨度Lx = 3900 mm；计算跨度Ly = 6000 mm 板厚H = 100 mm； 砼强度等级：C30；钢筋强度等级：HRB400 4、计算方法：弹性算法。 5、泊松比：1/5. 6、考虑活荷载不利组合。二、计算结果： Mx =(0.03710+0.01160/5)*(1.20* 3.73+1.40* 1.00)* 3.92 = 3.53kNm 考虑活载不利布置跨中X向应增加的弯矩： Mxa =(0.07500+0.02710/5)*(1.4* 1.00)* 3.92 = 1.71kNm Mx= 3.53 + 1.71 = 5.24kNm Asx= 178.00mm2，实配 8200 (As 251.mm2) min 0.179% ， 0.251% My =(0.01160+0.03710/5)*(1.20* 3.73+1.40* 1.00)* 3.92= 1.70kNm 考虑活载不利布置跨中Y向应增加的弯矩： Mya =(0.02710+0.07500/5)*(1.4* 1.00)* 3.92 = 0.90kNm My= 1.70 + 0.90 = 2.60kNm Asy= 178.00mm2，实配8200 (As 251.mm2) min 0.179% ， 0.251% Mx =0.07960*(1.20* 3.73+1.40* 2.00)* 3.92 = 8.82kNm Asx= 309.64mm2，实配 8140 (As 359mm2,可能与邻跨有关系) min 0.179% ， 0.359% My =0.05720*(1.20* 3.73+1.40* 2.00)* 3.92 = 6.34kNm Asy= 228.15mm2，实配8200 (As 251.mm2,可能与邻跨有关系) min 0.179% ， 0.251%4号房间：一、基本资料：1、房间编号： 4 2、边界条件（左端/下端/右端/上端）：固定/铰支/铰支/固定/ 3、荷载： 永久荷载标准值：g 3.73 kN/m2 可变荷载标准值：q 2.00 kN/m2 计算跨度Lx = 4000 mm；计算跨度Ly = 6000 mm 板厚H = 100 mm； 砼强度等级：C30；钢筋强度等级：HRB400 4、计算方法：弹性算法。 5、泊松比：1/5. 6、考虑活荷载不利组合。二、计算结果： Mx =(0.04535+0.01872/5)*(1.20* 3.73+1.40* 1.00)* 4.02 = 4.62kNm 考虑活载不利布置跨中X向应增加的弯矩： Mxa =(0.07277+0.02793/5)*(1.4* 1.00)* 4.02 = 1.76kNm Mx= 4.62 + 1.76 = 6.37kNm Asx= 229.63mm2，实配 8200 (As 251.mm2) min 0.179% ， 0.251% My =(0.01872+0.04535/5)*(1.20* 3.73+1.40* 1.00)* 4.02= 2.62kNm 考虑活载不利布置跨中Y向应增加的弯矩： Mya =(0.02793+0.07277/5)*(1.4* 1.00)* 4.02 = 0.95kNm My= 2.62 + 0.95 = 3.57kNm Asy= 178.00mm2，实配 8200 (As 251.mm2) min 0.179% ， 0.251% Mx =0.10265*(1.20* 3.73+1.40* 2.00)* 4.02 = 11.96kNm Asx= 446.56mm2，实配 8100 (As 503.mm2,可能与邻跨有关系) min 0.179% ， 0.503% My =0.07745*(1.20* 3.73+1.40* 2.00)* 4.02 = 9.02kNm Asy= 330.50mm2，实配8140 (As 359.mm2,可能与邻跨有关系) min 0.179% ， 0.359%5号房间：一、基本资料：1、房间编号： 5 2、边界条件（左端/下端/右端/上端）：铰支/铰支/铰支/固定/ 3、荷载： 永久荷载标准值：g 5.94