某高校学生公寓毕业设计计算书.docx

1前言这次设计是位于某城市郊区一所大学的学生公寓，其设计以学校周围的环境为依据，主要着重于经济实用，并追求舒适与协调，并注重与周围环境的协调统一。本次设计包含了对地质条件的调查研究，根据风压及雪压情况确定结构选型，进行结构整体设计，进行内力计算，内力组合以及结构承载力的验算，最后进行配筋计算，对大学期间所学知 识灵活应用。为了使学生所学的知识能够更好的运用在将来的实际工作中，并提高自己的知识面，使自己的能力能够进一步的提高，并加强对建筑软件的操作跟现代化的设计施工接轨，进入人机结合的先进时代。在毕业设计的过程中，根据我们自己所学习和掌握的专业课知识，主要进行结构设计，包括荷载计算、内力计算组合分析、结构配筋等等。在进行结构计算板的计算时，应用了PKPM设计软件，对其有一定的了解，并在绘图时熟练掌握了AutoCAD-Tarch,以上所有这些从不同方面基本达到了毕业设计目的与要求。2 建筑设计21 工程概况与地质资料2.1.1工程概况工程名称：2#学生公寓楼设计工程地点：某城市郊区面积与层数：总建筑面积3500m2左右；层数主体5层，层高3.6m，底层门厅3.9m，结构形式：框架结构。 功能要求：房间21.06m2 卫生间、楼梯间等按有关规定计算其数量与尺度，并设底层大厅。屋面为上人屋面。建筑标准：建筑等级级；防火等级级；采光等级级。2.1.2 地形地质以及气象条件 该工程所在地夏季气温为29.6度，冬季气温为3.2度。风向的主导风向为夏季东南风，冬季为西北风，基本风压为0.5KN/m2，雨雪条件为：基本雪压为0.5KN/m2，年降雨量为1560mm。填土,褐黄色，松散，湿，以粘性土为主，局部含快石和植物根系，层厚1m，不宜作为拟建建筑物的基础持力层。粉质黏土, 褐黄色，可塑，湿，含褐色铁锰氧化物结核，层厚1m，fak=200kPa，ES=7.7Mpa。3、粉质黏土, 褐黄色，硬塑，湿，含褐色铁锰氧化物结核，该层未穿透，fak=200kPa，ES=7.7Mpa。场地土15m深度范围内无液化土层。工程所在地场地地震效应：建筑物所在地区抗震设防烈度为6度，不考虑抗震设防。2.2 材料使用混凝土使用：框架梁、柱采用C30混凝土；基础主体采用C30混凝土，基础垫层采用100mm厚的C10混凝土；楼面板、屋面板采用C30混凝土，楼梯采用C25混凝土。钢筋的使用：框架结构采用HRB400的钢筋；其余结构采用HPB300的钢筋。墙体：外墙采用普通烧结砖（），而一侧墙体为水刷石面（）；内墙采用水泥空心砖（9.8KN/m)。 门窗：均为刚框玻璃窗，门窗表详见门窗表。2.3 建筑设计功能要求各层建筑平面图中房间布置要满足建筑使用功能的要求外，还应满足防火要求，各层平面图比例为1：100，其中，底层平面图中要标明室内外高差和画出指北针。楼地面标高，首层平面图应注明内外地坪标高，有坡度的房间还应注明坡度、坡向。立面图及剖面图的比例为1:100，标注均采用三道高度尺寸标注，各主要部位的标高，外墙的预留孔洞还应注出其定形和定位尺寸。建筑物两端的轴号。立面局部详图索引符号。2.4结构要求上部结构形式：现浇框架结构；基础结构形式：柱下交叉条形基础。其中，施工图要达到施工图的深度，而且要符合制图标注。结构计算设计，不要求完成工程全部结构设计工作，选取主体结构框架中一榀框架进行计算，计算内容与结果要图纸配套，且计算合理、方法简洁，计算结果正确无误。3 结构布置及建筑构件尺寸初选3.1 梁、柱截面尺寸的初选。主体结构为四层，层高均为3.6m，门窗详见门窗表，屋盖、楼盖均为现浇混凝土结构。板厚取120mm，h=120mmmm=90mm，初步符合要求。纵梁：L=7800mm，取h=700mm，取b=300mm，故。横梁：AB跨：主梁：L=6600mm，h= 取b=300mm。次梁：L=6600mm， 取b=250mm，故框架的次梁截面尺寸为BC跨：L=1800mm，h=，取h=300mm，取b=150mm。故BC跨框架梁的截面尺寸为 图3.1 结构平面布置图3.2 柱的截面尺寸估算柱的组合轴压值比的设计值的计算：考虑地震作用以后的门组设计要求的组合的轴力系数的增大值，根据设计要求取最靠近边上的柱子取为1.3，跨与跨之间距离相等的柱内柱子取为1.2，不相等跨距的柱子取为1.25，g折算后在单位面积上的重力荷载代表值，近似取F按简支状态计算柱的负荷面积，n验算截面以上楼层数。框架柱的验算：边柱和中柱的负荷面积见图如下：图3.2 边柱和中柱的负荷面积简图有计算简图可知边柱和中柱的负荷面积（图中阴影部分）建筑中所取得一榀桁架中中间柱子：建筑中所取得一榀桁架中最边上的柱子：中间的柱子：最靠近边上的柱子：按照我们所计算的结果和对建筑物设计和计算所应该考虑进去的各种各样的条件和因素。取柱子的截面形状为正方形，尺寸为400mm400mm=1600。为了使计算简便，中柱和边柱的尺寸取为相同，均为400mm400mm，实际工程中亦是偏安全的。所以我们预先把柱子的截面尺寸假定为400mm400mm。3.3框架结构的计算3.3.1 确定框架结构的计算简图 上面显示的单元结构的计算上面显示的单元结构的计算，对框架柱计算引脚框架，嵌入在基础顶面假定，框架梁柱的刚性，因为建筑物各层柱子的截面尺寸不变，所以根据建筑物设计的不同条件和不一样的设计要求来考虑建筑物所需要的尺寸和建筑物的高度进行设计计算。所以梁跨距离等于从柱截面中心轴之间的距离，从基础品面的顶面到底柱高度计算到二楼，建筑物室内外的高度不同，建筑物室内和室外存在着0.45m的高度差，建筑物的基础埋置在地面以下深度为0.5m，底层的高度酒是H = 3.9m+ 0.5m + 0.45m = 4.85m，从地板上的柱高的其余部分是一楼，是3.6m，可以绘制框架的计算简图。并根据所绘制的计算简图计算并设计各种结构的受力及刚度和抗震等各种因素影响。3.3.2建筑物的框架梁柱的不同楼层的线刚度计算和设计 对于建筑物结构中的框架梁、柱的刚度指的为相对线刚度，在框结构中，现浇楼板的楼盖可以作为梁的有效翼缘，而增大梁的有效翼缘，可增大梁的有效刚度，减少框架的侧移，为考虑这一有效的作用，在计算梁的截面惯性矩时，对于中框架梁取I=2（为梁的截面惯性矩）。=因为，所以：底层柱：（AD轴）令，则其余各杆件的线刚度（相对线刚度）即为： 图3.3 计算简图 4.建筑物不同结构部位的荷载计算4.1房屋建筑的不变的恒荷载的设计计算4.1.1屋面荷载的计算房屋不透水那一层结构即为高聚物改性沥青防水层（刚性）30mm厚的强度等级为C20颗粒很细的砂石混凝土： 1.00KN/房屋不透水那一层结构即为高聚物改性沥青防水层（柔性）三层毡四层沥青油铺成小石子： 0.5KN/20厚水泥砂浆找平： 20厚水泥砂浆找平：找坡层，40mm厚水泥砂浆3%找平：保温层：80厚矿渣水泥 结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 抹灰层：10厚混合砂浆 合 计： 6.89KN/4.1.2走廊楼面： 0.65 用120mm厚的钢筋混凝土板作为建筑物的结构层：抹灰层，10mm厚混合砂浆： 合计： 3.72KN/4.1.3 标准层及底层楼面 结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 抹灰层：10厚混合砂浆 合计： 4.33KN/4.1.4 楼梯（水泥砂浆楼面）：构造层： 0.5KN/结构层，100mm厚现浇混凝土板：抹灰层，10mm厚混合砂浆： 合计： 3.17KN/4.1.5梁自重纵梁：=300mm700mm自重： 抹灰10mm厚度 合计： 4.59KN/中横梁：=梁自重：抹灰层，10mm厚混合砂浆 合计： 1.36KN/边横梁：=自重：抹灰层，10mm厚混合砂浆： 合计： 3.21KN/基础梁：bh=200mm400mm 250.2m0.4m=2 4.1.6 柱自重柱：=自重： 抹灰层，10mm厚混合砂浆： 合计： 4.27KN/4.1.7 外纵墙自重标准层外墙：铝合金窗： 水刷石外墙面：水泥粉刷墙面： 合计： 7.36KN/底层外墙：铝合金窗：水刷石外墙面：石灰粗砂粉刷墙面： 合计： 11.04KN/4.1.8 内纵墙自重标准层内墙（纵墙）：水泥粉刷内墙面： 合计： 15.12KN/内隔墙自重（标准层）：水泥粉刷内墙面： 合计： 11.43KN/内隔墙自重（底层）：水泥粉刷内墙面： 合计： 8.05KN/4.1.9 栏杆自重4.2 屋面及楼面活荷载计算根据荷载规范查得：屋面：卧室 洗刷间 卫生间 走廊：2.5KN/上人屋面：2.0KN/雪荷载：屋面活荷载及雪荷载不同时考虑，取二者之中较大者。5.竖向荷载作用下的框架结构内力计算5.1 板传荷载计算 AB轴间框架梁板传至梁上的三角形或梯形荷载，为简化计算，可按相关方法等效为均布荷载，不同的屋面以及梁柱的荷载的传递的示意简单图如下图所示。形当荷载的传递方式为梯形时 当荷载的传递方式为三角形时： 通过屋面板传递过来的不变的荷载：通过屋面板传递过来的可变荷载：通过楼面板传递过来的不变的荷载：通过楼面板传递过来的可变的荷载： 图 4.1 楼面和屋面板的板传荷载传递方式简图梁本身的重量：4.59KN/mAB两个轴柱之间的框架形式的梁上面承担的均布荷载为房屋建筑的屋面上的梁承担的不变荷载=梁本身的重量+屋面板传递过来的均布荷载 = 房屋建筑的屋面上的梁承担的可变荷载=屋面板传均布荷载=6.61房屋建筑的楼面上的梁承担的不变荷载=梁本身的重量+楼面板传递过来的均布荷载 =房屋建筑的楼面上的梁承担的可变荷载=楼面板传均布荷载=6.615.2 BC轴间框架梁通过屋面板传递过来的不变的荷载： 通过屋面板传递过来的可变荷载: 通过楼面板传递过来的不可变的荷载： 通过楼面板传递过来的可变荷载： 梁本身的重量为： 1.13B C两个轴柱之间的框架形式的梁上面承担的均布荷载为房屋建筑的屋面上的梁承担的不变荷载=梁本身的重量+屋面板传递过来的均布荷载 =房屋建筑的屋面上的梁承担的可变荷载=屋面板传均布荷载 =房屋建筑的楼面上的梁承担的不变荷载=梁本身的重量+楼面板传递过来的均布荷载 = 房屋建筑的楼面上的梁承担的可变荷载=楼面板传均布荷载 =5.3 A(D) 轴柱纵向荷载计算房屋建筑最上面的楼层的柱子顶端女儿墙本身的重量（女儿墙本身的做法是：女儿墙本身的墙体高度为900mm，墙顶选用100mm厚的混凝土压顶）房屋建筑最上面楼层的柱子的不可变的荷载=女儿墙自身的重量+梁本身的重量+通过板传来荷载 房屋建筑最上面楼层的柱子的可变的荷载= 通过屋面板传递过来的荷载 =房屋建筑中间各楼层的柱子所承担荷载=墙体本身的重量+柱子本身的重量+楼面板传荷载 房屋建筑中间各楼层的柱子所承担的可变荷载 = 楼面板所传递过来的可变荷载 =建筑物的基础最上层的不可变的荷载 = 建筑物第一层外面的纵向墙体本身重量 + 基础上面设置的基础梁本身的重量础梁重 建筑物的基础最上层的可变的荷载 = 0 5.4 B (C) 轴柱纵向荷载计算房屋建筑最上面楼层的柱子的不可变的荷载=女儿墙自身的重量+梁本身的重量+通过板传递过来的荷载 房屋建筑最上面楼层的柱子的可变的荷载= 通过屋面板传递过来的荷载 房屋建筑中间各楼层的柱子所承担荷载=墙体本身的重量+柱子本身的重量+楼面板传荷载 房屋建筑中间各楼层的柱子所承担的可变荷载 = 楼面板所传递过来的可变荷载 建筑物的基础最上层的不可变的荷载 = 建筑物第一层外面的纵向墙体本身重量 + 基础上面设置的基础梁本身的重量础梁重 建筑物的基础最上层的可变的荷载 = 06 横向水平风荷载作用下的内力计算6.1风荷载计算根据设计时所遇到的真实的荷载情况和满足建筑物设计计算时的要求，我们要在既能满足实际情况又能简化我们计算时的繁琐的计算过程，我们应该把作用在外墙上的风荷载进行简化，看作是作用在梁上的集中荷载进行计算，但其大小应该和等效之前的荷载大小相等，所以作用在梁节点上的风荷载的集中荷载大小的标准值应该按下面的公式进行计算： 式中 -下层柱高； -上层柱高； B-迎风面的宽度，B=7.8m.表6.1 集中风荷载标准值距离地面的高度z/m风压高度变化系数风振系数风荷载体型变化系数基本风压18.751.231.01.30.53.61.816.8415.151.141.01.30.53.63.620.8111.551.041.01.30.53.63.618.987.951.001.01.30.53.63.618.254.351.001.01.30.54.353.620.156.2 建筑物不同部位的结构构件在风荷载的作用下的位移验算6.2.1 各结构构件的侧移刚度大小的计算表6.2 横向25层侧移刚度大小值的计算 结构构件A轴柱和D轴柱 0.535 8817B轴柱和C轴柱 0.592 9757 表6.3 横向底层D值的计算 构建名称A(D)轴柱 0.706 4754B(C)轴柱 0.750 5050 6.2.2 建筑物各结构构件在风荷载作用下的框架侧向位移的计算 建筑物的各结构构件在水平风荷载作用下的各层与层之间的水平方向的位移应该按下面的公式进行计算，并且满足设计的要求： 表6.4 风荷载作用下框架侧移计算层次 516.8416.84371480.000451/8000 420.8137.65371480.00101/3600 318.9856.63371480.00151/2400 218.2574.88371480.00201/1800 120.1595.03196080.00491/990侧移验算：层间侧移最大值 1/9901/550(满足要求)6.3 风荷载标准值作用下的内力计算 框架柱反弯点的位置：表6.5 A（D)轴框架柱的设计计算位置各楼层各楼层的层高标准反弯点高度比因上层层高变化的修正值因下层层高变化的修正值柱的反弯点高度比3.6m 2.30.42000.421.513.600m 2.30.45000.451.623.60m 2.30.50000.501.803.6m 2.30.50000.501.804.85m 3.10.55000.552.67表6.6 B（C)轴框架柱设计计算位置楼层各楼层的层高标准反弯点高度比因上层层高变化的修正值因下层层高变化的修正值柱的反弯点高度比3.62.910.45000.451.623.62.910.45000.451.623.62.910.50000.501.803.62.910.50000.501.804.854.00.55000.552.67由于设计时应该考虑的因素随着不同的结构构件有所不同，我们在进行设计计算是应该 根据建筑结构构件的实际受力情况进行计算，不能脱离实际情况框架柱的各个构件的端部的弯矩大小应按下面的公式进行计算： 框架梁的构件的端部的弯矩大小应该按照下面的公式进行求解： 对于建筑物中间部分的用于传递荷载和受力的柱子上的梁的内力应该按照下面的公式进行求解; 对于建筑物两边部分的用于传递荷载和受力的柱子上的梁的内力应该按照下面的公式进行求解; 表6.7 风荷载作用下A(D)轴柱剪力和梁端弯矩的计算层号516.843714888170.2373.991.518.336.038.33437.653714888170.2378.921.6217.6614.4523.69356.633714888170.23713.421.8024.1624.1638.61274.883714888170.23717.751.8031.9531.9556.11195.031960847540.24223.002.6750.2061.3582.15表 6.8 风荷载作用下B(C)轴柱剪力和梁端弯矩的计算层号516.843714897570.2634.431.628.777.186.881.89437.653714897570.2639.901.6219.6016.0421.025.76356.633714897570.26314.891.8026.8026.8033.639.21274.883714897570.26319.691.8035.4435.4448.8613.38195.031960850500.25824.522.6753.5265.4169.8319.13表 6.9 风荷载作用下框架柱轴力与梁端剪力 层号 梁端剪力/KN 柱轴力/KNAB(CD)跨 BC跨A(D)轴B(C)轴 52.305.682.303.38 46.7816.369.0812.96 310.9526.5720.0328.58 215.9038.6135.9351.29 123.0356.2758.9684.537 恒荷载作用下框架的内力7.1 内力计算在进行建筑物结构构件的内力计算的时候，我们应该把框架结构的内力计算分为竖向和横向荷载作用下的内力计算。在不同的荷载作用下结构构件的内力大小不同，并且相同荷载作用在不同的结构构件上框架的内力大小也不一样，所以在进行内力计算时候我们必须把各种互不相同的荷载情况都考虑在内，然后把这些受力情况进行综合处理，得到我们所需要的内力。建筑物各个结构构件所承受的不可变化的荷载，这是荷载内力计算的重要组成部分，在内力计算的过程中不可忽视；作用在框架上的竖向的荷载又可以变化的荷载和不能变化的荷载，不可变化的荷载上面已经进行了单独的考虑计算，所以现在我们就可以单独计算可以变化的荷载作用在不同结构构件上的内力，比如可以变化的荷载作用在 A-B轴柱之间的结构框架上的内力进行求解可以变化的荷载作用在A-B轴柱之间的结构构件的内力已经单独求解，所以还要考虑可以变化的荷载作用在B-C轴之间的结构构件上框架的内力进行求解对于不同的荷载情况已经进行了单独求解，但同时不能忽略了可变化的荷载作用在与A-B轴相对称的C-D轴间的结构构件上框架结构的内力求解；最后，还用一种时时刻刻都在变化着的荷载作用不可以忽略，那就是风荷载对建筑物结构构件内力的影响。故而各种荷载作用下的受力情况已经单独进行分析，但是对于前面的四种情况，建筑物的框架结构在不同的竖向的可以变化的或者不可以变化的荷载作用下，它们相对应的计算方法也互不相同，计算时千万不能弄混，从而造成计算结果与实际受力情况相差过大。在最后一种受力情况的分析与前面几种情况的分析方法完全不相同，他有他自己单独的 求解方法，所以在竖向的可以变化的荷载作用下，要根据实际受力情况和受力特点，采取适合他的方法，即为D值法。7.2 内力组合 前面我们已经分析出各种不同的荷载作用在不同的结构构件上对框架结构产生的内力是互不相同的，但是其中的任何一种受力情况都不能代表建筑结构构件的整体受力情况，所以我们应该把前面所分析出来的所有不利的受力情况进行综合考虑。根据一定的方法和原则对所有可能存在的受力情况组合起来进行全面的综合的考虑，求出最不利的内力，进行配筋计算，以及抗弯和抗剪压的计算。在进行内力组合时，按不同的荷载控制所求得的结果不同，所以我们要分别按照不可以变化的荷载和可以变化的荷载两种情况分别其主要作用进行求解，两种情况会求得不同的内力，比较两组内力，其中较大的即为不利的内力。梁支座边缘处的内力值 图7.1 不可以变化的荷载作用在框架上的内力图（单位：KNm）31图7.2 不可以变化的荷载作用在框架结构上的剪力图（单位：KN） 图7.3 不可以变化的荷载作用在框架结构上的轴力图（单位:KN)图7.4 可以变化的荷载作用分布在左边柱子与中间柱的M图（单位：KNm）图7.5 图7.6 图7.7 可以变化的荷载作用在中间柱建的弯矩图图7.8 图7.9 图7.10 图7.11 图7.12 式中 支座边缘截面的弯矩标准值； 梁柱中线交点处的弯矩标准值； 支座边缘截面的剪力标准值； 与M相对应的梁柱中线交点处的剪力标准值； 梁单位长度的均布荷载的标准值； 梁端支座宽度（即柱截面高度） 根据建筑物各种荷载组合后的内力求解的结果，我们可以进行分析然后得出一个显而易见的结论，那就是各层柱的最上面的最不利截面出现在上层的梁的底部；并且还可以看出柱子的最下面的不利的截面产生在下一层的结构梁的最顶端。但是这样计算的步骤过于复杂，我们可以对此进行一定的简化，从而方便我们的求解，同时还能满足安全和稳定性的要求。各内力组合见下列各表。由于本设计5层建筑，当建筑满足框架结构： 式中 - 第楼层的若性等效侧向刚度，可取该层剪力与层间位移的比值 - 第楼层重力荷载设计值，取1.2倍的永久荷载标准值与1.4倍的楼面可变荷载标准值的组合值； - 第楼层层高； - 结构计算总层数。 在此，经PKPM验算，该框架结构可不考虑重力二重效应楼层不可以变化的荷载可以变化的荷载可以变化的荷载风荷载左震右风弯矩最大值及相应的剪力值弯矩的最小值及相应的剪力值|剪力绝对值的最大值以及相应的弯矩值 顶层左M-67.62-23.6937.43-23.698.34-8.34+0.7+0.7+-109.1+0.6-120V97.8627.94-15.227.94-4.794.79136.97151.23中M75.6932.52-4.9132.521.93-1.93+0.7+0.7+0.6113.76V右M-65.28-31.7548.53-31.75-7.237.23+0.6-133.12+0.6-133.12V-85.50-23.7615.2-23.76-4.794.79-135.89-135.89 底层左M-63.89-25.2435.01-25.24113.69-113.69+0.7+0.7+-212.92+0.7+0.7+-212.92V82.3226.21-8.526.21-45.3145.31中M52.5821.422.8321.4225.76-25.76+0.7+0.7+98.13V右M-46.59-29.5334.39-29.53-73.6473.64+0.7+0.7+-161.63+0.7+0.7+-161.6V-54.16-21.5715.1-21.57-45.3145.31-131.63-131.6表7.1 用于承载力计算的框架由可变荷载效应控制的基本组合控制表（梁AB）注： 1.不可以变化的荷载作用为1.2倍的不变荷载标准值作用下弯矩和剪力值； 3.除去不变荷载外的可变荷载作用的内力值为可变荷载作用下弯矩和剪力值的1.4倍 4. 以上表格中的数值都必须取靠近支座边缘处的剪力值和弯矩值进行计算和组合； 5.表中弯矩的单位为KNm,剪力的单位为KN 表7.2 用于承载力计算的框架由永久荷载效应控制的基本组合控制表（梁AB）楼层不变荷载可变荷载可变荷载可变荷载弯矩最大值及相应的剪力值弯矩最小值及相应的剪力值剪力绝对值最大值及相应的弯矩值 顶层左M-76.07-16.5826.20-16.58+0.7+0.7-99.28+0.7+0.7-99.28V111.2319.56-10.6419.56138.61138.61中M85.1522.77-3.4422.77+0.7+0.7117.03V右M73.44-22.2333.97-22.23+-117.9+-117.9V-96.19-16.6310.64-16.63-129.45-129.45 底层左M-71.87-17.6724.51-17.67+0.7+0.7-96.61+0.7+0.7-96.61V92.6418.35-5.9518.35118.33118.33中M59.1514.991.9814.99+89.13V右M-52.41-20.6724.07-20.67+-93.75+-93.75V-60.93-15.0110.57-15.01-90.95-90.95注：1. 不变荷载的数值为不变荷载标准值作用下的弯矩和剪力的1.35倍. 2.可变荷载的数值均取为可变荷载标准值作用下的弯矩和剪力的1.4倍，然后再乘以0.7的折减系数。 表7.3 用于承载力计算的框架由永久荷载效应控制的基本组合表（梁BC）楼层不变荷载可变荷载可变荷载风荷载左震右风弯矩最大值及相应剪力弯矩最小值及相应剪力最大剪力绝对值及相应弯矩值 顶层左M-11.6333.1549.56-22.4415.37-15.37+0.6-43.29+0.680.30V9.11-37.842.1338.99-7.957.9552.87-31.19中M-7.312.3151.393.494.58-4.85+0.652.63V