万州区未来城小区1#住宅楼计算书本科毕业论文.doc

刘万元万州区未来城小区1#住宅楼设计重庆三峡学院毕业设计（论文）题目 重庆市万州区未来城小区1#住宅楼设计 院 系 土木工程学院 专 业 土木工程 年 级 2009级 学生姓名 刘万元 学生学号 200912044162 指导教师 付亚男 职称 讲师 完成毕业设计（论文）时间 2013 年 6 月目录摘要IAbstractII第1章 建筑方案设计说明11.1 设计要点11.1.1 建筑平面设计11.1.2 建筑立面设计11.1.3 建筑剖面设计11.2 建筑方案设计11.2.1 建筑平面设计11.2.2 建筑立面设计21.2.3 建筑剖面设计21.3 建筑设计说明2第2章 结构计算书32.1 设计资料32.11 工程概况32.1.2 建筑做法32.1.3 可变荷载32.1.4 地质条件32.1.5 设计内容42.2 上部结构布置42.3 上部结构分析82.3.1 计算简图82.3.2 竖向荷载计算92.3.3 水平风荷载计算132.3.4 竖向荷载作用下内力计算142.3.5 风荷载作用下的内力计算352.3.6 风荷载作用下的侧移计算372.4 梁柱构件设计382.4.1 内力组合382.4.2 截面设计442.5 板配筋计算502.5.1 荷载计算502.5.2 弯矩计算502.5.3 截面设计512.6 基础设计522.6.1 基础布置522.6.2 地基计算532.6.3 基础梁内力计算532.6.4 基础梁截面设计542.7 板式楼梯计算552.7.1 梯段板配筋562.7.2 平台板配筋562.7.3 平台梁配筋57致谢语58参考文献59重庆市万州区未来城1#住宅楼设计刘万元重庆三峡学院土木工程学院土木工程专业2009级 重庆万州 404000摘要本次毕业设计是一幢住宅楼设计，为多层钢筋混凝土框架结构。共六层，建筑物总面积为2475.12，高度21.9m。包括建筑设计和结构设计两部分内容。根据建筑设计和结构设计的要求以及场地地质条件，合理地进行结构选型和结构整体布置，确定各种结构构件的尺寸，选取一榀主要横向结构框架进行结构设计计算，包括：结构计算简图的确定，荷载计算，内力分析，内力计算等。考虑荷载形式有：恒荷载，活荷载，风荷载以及地震荷载作用。结构设计是在建筑物初步设计的基础上确定结构方案；选择合理的结构体系；进行结构布置，并初步估算，确定结构构件尺寸，进行结构计算，最后绘制图纸。关键词：框架结构 混凝土 建筑设计 结构设计 配筋AbstractThe graduation design is building in a residential building, for multi-layer steel reinforced concrete frame structure. Of six layers, the total area of the building is 2475.12 , the height of 21.9m. Including architectural design and structural design two parts. According to the architectural design and structure design, seismic requirements and site geological conditions, reasonable structure and the general layout structure selection, to determine the size of various structural components, the selection of a major lateral structure frame structure design calculation, including: to determine the structure calculation diagram, the load calculation, internal force analysis, internal force calculation, etc. Consider load form: constant load, live load, the wind load and seismic loads. Structure design is in the buildings are determined on the basis of preliminary design structure scheme; Selection of rational structure system; Structural layout, and preliminary estimate, determine the structure component size, structure calculation, and finally produce drawings. Keywords: frame structure; Concrete; Architecture design; Structure design; reinforcement2013届土木工程专业毕业设计（论文）第1章 建筑方案设计说明1.1 设计要点1.1.1 建筑平面设计依据建筑功能要求，确定柱网尺寸，然后再逐一定出个房间的开间和进深；根据交通、防火和疏散的要求确定楼梯间的位置和尺寸；确定墙体的材料和厚度。以及门窗的型号和尺寸。1.1.2 建筑立面设计确定门窗立面形式，门窗的立面形式一定要与立面整体效果相协调，与平面图对照，核对雨水管和雨棚等的位置。1.1.3 建筑剖面设计分析建筑物空间组合情况，确定其最合适的剖切位置，一般要求剖到楼梯及有高低错落的部位；进一步核实外墙窗台、过梁、圈梁楼板等在外墙高度的关系；根据平面图计算确定的尺寸，核对楼梯在高度方向上的梯段的尺寸。1.2 建筑方案设计本方案主要突出“经济实用，以人为本”，努力创造功能合理，经济适用，安全舒适，环境优美，满足人们日常生活需要。1.2.1 建筑平面设计整栋建筑为南北朝向，建筑物主入口朝向为北面。整栋住宅楼为现浇混凝土框架结构，在框架结构的平面布置上，柱网是竖向承重构件，定位轴线在建筑平面上形成网络。既满足建筑平面布置和适用功能的要求，又要是结构受力合理，构件种类少，施工方便，柱网布置还应与建筑分隔墙布置相协调，一般常将柱子设在纵横建筑墙交叉点上，以尽量减少柱网对建筑适用功能的影响。各房间的开间和进深根据现行住宅建筑设计规范划定。建筑物的总长为37.80m，总宽度为11.10m，总面积2475.12m2。1.2.2 建筑立面设计该住宅楼在立面上采用凸窗，不仅能满足室内采光的要求，同时可以使人们拥有更广阔的视野，更大限度地感受自然、亲近自然，还增加了立面的美观效果。1.2.3 建筑剖面设计建筑物的剖面图要反映出建筑物在垂直方向上各部分的组合关系。剖面设计的主要任务是确定建筑物各部分应有的高度、建筑物的层数及建筑空间的组合关系。在建筑物的层高上，层高均为3.0m，室内外高差为0.9m。建筑物为六层，总建筑的高度为21.9m。此设计满足“经济、适用、美观”的总体要求，建筑简洁、富有现代气息。1.3 建筑设计说明本工程为万州区未来城小区1 #住宅楼建筑结构设计，该工程总面积为2475.12m2。根据任务书上提供的资料：常年主导风向为西北风，基本风压为0.4KN /m2，本建筑场地为II级阶地地貌，不考虑抗震设计。本工程设计取底室内楼面为设计0.000标高；图中标注除特别注明外，标高以米（m）计，尺寸以毫米（mm）计。第2章 结构计算书2.1 设计资料2.11 工程概况未来城小区六层住宅楼，其标准层建筑平面图如图2-1 所示，房屋总长度37.80m，总宽度11.10m，建筑总面积约2475.12m2 。层高均为3m,总高度21.9m。室内外高差900mm，室内设计标高0.000，如图 2-2所示拟采用现浇混凝土框架结构，混凝土条形基础。设计使用年限50年，结构安全等级为二级，不考虑抗震设防。2.1.2 建筑做法墙体采用200mm厚A3.5加气混凝土块，0.000以下采用M7.5水泥砂浆、0.000以上采用M5.0混合砂浆。内粉刷为混合砂浆底，纸筋灰面，厚20mm，内墙涂料。楼面为20mm厚水泥砂浆找平，5mm厚1:2水泥砂浆加“108”胶水着色粉面层；底板为15mm厚纸筋面石灰抹底，涂料两度。屋面为现浇楼板上铺膨胀珍珠岩保温层，1:2水泥砂浆找平层厚20mm，二毡三油防水层。2.1.3 可变荷载建设地点基本风压wo=0.4KN/m2 ，室内楼面可变荷载标准值2.0 KN/m2，上人屋面楼面可变荷载标准值2.5 KN/m2，楼梯可变荷载标准值2.5 KN/m2，组合值系数0.7。2.1.4 地质条件（1）本建筑场地为II级阶地地貌，勘探深度内从自然地面以下土层依次为：新近堆积黄土，承载力特征值ak（kPa）为160 kPa，层厚2.0m左右。砂、砾石层，承载力特征值ak（kPa）为200 kPa，层厚35m左右。卵石层，承载力特征值ak（kPa）为280 kPa。（2）水文地质条件本场地内无不良环境水文地质条件，地下水位深6.0米。地下水对混凝土无腐蚀性。2.1.5 设计内容试设计一榀横向框架及相应的横向条形基础。2.2 上部结构布置 采用纵横向框架承重方案，因总长度未超过伸缩缝最大间距，不设伸缩缝，如图 所示构件截面尺寸估算如下：双向板的最大跨度为4.2m，板厚应满足hl/40=105mm，现取h=120mm。横向框架梁，取h=l/12=4200mm/12=350mm，b=h/2=175mm，取b=200mm纵向框架梁，取bxh=200mmx350mm；连梁取bxh=200mmx300mm。永久荷载标准值按12 N/m2 估算，可变荷载标准值为2 N/m2 ，则底层中柱轴力估算值：N=1.2x12x3.6x4.5+1.4x2x3.6x4.5x6KN=1671.84KN以1.4N按轴心受压构件估算所需截面面积。取配筋率=1 ，则所需截面面积A=1.4N/0.9（fc+f）=149462mm2，现取bxh=400mmx400mm。图2-2 某住宅楼剖面图第 59 页 共 59 页2013届土木工程专业毕业设计（论文）图2-1 标准层建筑平面图图2-3 标准层结构平面布置图2.3 上部结构分析2.3.1 计算简图梁柱刚接，柱固结于基础顶面，结构计算简图如图2-4所示。图2-4 横向框架计算简图横向框架的计算单元取一个开间，即3.6m宽。框架梁的计算长度取左右相邻柱形心之间的距离，即轴线距离；框架柱的计算高度取上下层横梁中心线之间的距离。假定基础顶面距1000mm，则底层计算高度为：基础顶面到室外地面的距离（1.0m）+室内外高差（0.9m）+层高（3.0m）-梁高（0.35m）/2=4.752m。因上部各层横梁尺寸相同、楼面做法相同（楼面建筑层厚度相同），其余层计算高度等于层高为3.0m。计算框架梁截面惯性矩时考虑到现浇板的作用，取I=2.0Io （Io为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。梁、柱线刚度的计算过程 列于表2-1.表2-1 梁、柱的线性刚度构件名称截面惯性矩Io/mm4等效惯性矩I/mm4构件长度/m线刚度i（KNm）相对线刚度框架梁FD跨0.2x0.353/12=0.00072x0.0007=0.00142.70.0014/2.7=5.18x10-4E1.17DB跨0.2x0.353/12=0.00072x0.0007=0.00144.20.0014/4.2=3.33x10-4E0.75BA边跨0.2x0.353/12=0.00072x0.0007=0.00144.20.0014/4.8=3.33x10-4E0.75框架柱底层0.4x0.43/12=0.00210.00214.7520.0021/4.752= 4.42x10-4E1其余层0.4x0.43/12=0.00210.00213.00.0021/3.0=7.0x10-4E1.582.3.2 竖向荷载计算一、永久荷载1）、屋面面荷载二毡三油防水层 0.35KN/m220厚1:2水泥砂浆找平层 0.02x20 KN/m2=0.40 KN/m2100厚140厚（2找坡）膨胀珍珠岩 （0.10+0.14）/ 2x7 KN/m2=0.84 KN/m2120厚现浇钢筋混凝土楼板 0.12x25 KN/m2=3.00 KN/m215厚纸筋灰抹底 0.015x16 KN/m2=0.24 KN/m2合计 4.83 KN/m22）楼面面荷载25厚水泥砂浆面层 0.025x20 KN/m2=0.50 KN/m2120厚现浇钢筋混凝土楼板 0.12x25 KN/m2=3.00 KN/m215厚纸筋灰抹底 0.015x16 KN/m2=0.24 KN/m2合计 3.74 KN/m23）梁自重200x350梁：0.20x（0.35-0.12）x25KN/m+2x（0.35-0.12）x0.34 KN/m=1.3064 KN/m200x300梁：0.20x（0.30-0.12）x25 KN/m+2x（0.30-0.12）x0.34 KN/m=1.0564 KN/m4）柱子自重0.40x0.40x25 KN/m+（2x0.40+2x0.40）x0.34 KN/m=4.109 KN/m5）楼（屋）面板传给横向框架梁的线荷载楼（屋）面板传给横向框架梁的线荷载，最左边边跨梁是三角形分布，中跨梁和右边边跨梁是梯形分布，如图2-5 所示。图2-5 框架梁负荷范围顶层梁（FD跨）：g1=4.83x2.7 KN/m=13.041 KN/m顶层梁（DB和BA跨）：g2=4.83x3.6 KN/m=17.388 KN/m其余层梁（FD跨）：g1=3.74x2.7 KN/m=10.098 KN/m其余层梁（DB和BA跨）：g2=3.74x3.6 KN/m=13.464 KN/m6）横梁自重、横墙均布线荷载顶层梁：g2=1.3064 KN/m其余层梁：g2=1.3064 KN/m+（3.0-0.35）x1.4 KN/m=5.0164 KN/m7）纵向框架梁传给柱上的集中荷载及柱自重顶层（A轴）：屋顶女儿墙 1.2x3.6x2.95KN=12.744 KN屋面板传来 1.82x4.83 KN=15.6492 KN框架梁自重 3.6x1.3064 KN=4.703 KN合计 G=33.096 KN顶层（C轴）： 板传来 2x1.82x4.83KN=31.2984KN 框架梁自重 3.6x1.3064 KN=4.703 KN合计 G=36.001 KN顶层（F轴）：屋面板传来 （1.82+1.35x3.6-1.352）x4.83KN= 30.32KN 框架梁自重 3.6x1.3064 KN=4.703 KN合计 G=35.023 KN顶层（H轴）： 屋顶女儿墙： 1.2x3.6x2.95KN=12.744 KN屋面板传来 （1.35x3.6-1.352）x4.83KN= 14.671KN 框架梁自重 3.6x1.3064 KN=4.703 KN合计 G=32.118 KN 其余层（A轴）： 外纵墙 （3.0-0.35）x3.6x1.4KN-1.8x1.8x（1.4-0.45）KN=10.278KN楼面板传来 1.82x3.74KN=12.12 KN框架梁自重 3.6x1.3064 KN=4.703 KN架柱自重 3.0x4.109KN=12.326KN合计 G=39.427 KN其余层（C轴）：内纵墙 （3.0-0.35）x3.6x1.4KN=13.356KN楼面板传来 2x 1.82x3.74KN=24.235KN 框架梁自重 4.703KN框架柱自重 12.326KN合计 G=54.620 KN其余层（F轴）： 内纵墙 13.356KN 楼面板传来 （1.82+1.35x3.6-1.352）x3.74KN= 23.478KN框架梁自重 4.703KN框架柱自重 12.326KN合计 G=53.863 KN 其余层（H轴）： 外纵墙 （3.0-0.35）x3.6x1.4KN-1.8x1.8x（1.4-0.45）KN=10.278KN楼面板传来 （1.35x3.6-1.352）x3.75KN=11.36KN框架梁自重 4.703 KN框架柱自重 12.326KN合计 G=38.667 KN二 、楼（屋）面可变荷载1、 楼（屋）面可变荷载传到横向框架梁上的线荷载楼（屋）面可变荷载由楼（屋）板传给框架梁，传递方式与楼（屋）面永久荷载相同。顶层梁线荷载（FD跨）：q=2.7x2.5KN/m=6.75KN/m梁线荷载（DB、BA跨）：q=3.6x2.5 KN/m=9.0 KN/m其余层梁线荷载（FD跨）：q=2.7x2.0KN/m=5.4 KN/m梁线荷载（DB、BA跨）：q=3.6x2.0 KN/m=7.2 KN/m单位：KN/m图2-6（a）永久荷载单位：KN/m图2-6（b）楼（屋）面可变荷载2、 楼（屋）面可变荷载由纵向框架梁传给柱的集中荷载 楼（屋）面可变荷载由纵向框架梁传给柱的集中荷载，传递方式与楼（屋）面永久荷载相同 。顶层梁（A轴）：Q=15.65x2.5/4.83KN=8.10KN顶层（B轴）：Q=31.3x2.5/4.83KN=16.20KN顶层（D轴）：Q=30.32x2.5/4.83KN=15.69KN顶层（F轴）：Q=14.67x2.5/4.83KN=7.59KN其余层（A轴）：Q=12.12x2.0/3.74KN= 6.48KN其余层（B轴）：Q=24.24x2.0/3.74KN=12.96 KN其余层（D轴）：Q=23.48x2.0/3.74KN=12.56 KN其余层（F轴）：Q=11.36x2.0/3.74KN= 6.07KN楼面可变荷载分布如图2-6（b）所示。2.3.3 水平风荷载计算框架结构的水平风荷载简化为作用在楼层位置的集中荷载。风荷载标准值计算公式为：k=zsz0楼层位置的集中风荷载：Fw=B x h x k因结构高度小于30m，可取z=1.0；对于矩形平面形状，s=1.3；z查基本教程附录A.7可得；B是单元宽度，此处取3.6m；h为上下楼层高度的平均值。计算结果如表2-2。表2-2 水平风荷载计算楼层zsz/mzWk(KN/m2)B/mH/mFw /KN61.01.318.91.230.643.63.06.9151.01.315.91.140.593.63.06.3741.01.312.91.080.563.63.06.0531.01.39.91.000.523.63.05.6221.01.36.91.000.523.63.05.6211.01.33.91.000.523.63.456.46风荷载分布如图2-7所示。单位：KN图2-7 横向框架风荷载分布2.3.4 竖向荷载作用下内力计算一、永久荷载作用下 作用在柱子上的集中永久荷载仅产生柱轴力，不必进行内力分析。因竖向永久荷载作用下结构的侧移可以忽略，故可以采用弯矩分配法计算内力。内力的正负号采用如下规定：节点弯矩以逆时针为正，杆端弯矩以顺时针为正；杆端剪力以顺时针为正；轴力以压为正。取如图2-8所示进行结构分析。图2-8 框架结构计算简图1、计算各杆件的分配系数UV=(6X0.52)/(6X0.52+6X1.58)=0.248UT=1-RQ =0.752VU=(6X0.52)/(6X0.52+6X1.58+1X1.5)=0.221VS=(6X1.58) /(6X0.52+6X1.58+1X1.5)=0.672VW=(1X1.5) /(6X0.52+6X1.58+1X1.5)=0.107WV=(6X0.75)/(6X0.75+6X1.58+6x1.17)=0.214WR=(6X1.58)/(6X0.75+6X1.58+6x1.17)=0.451WX=(6X1.17)/(6X0.75+6X1.58+6x1.17)=0.335XW=(6X1.17)/(6X1.58+6x1.17)=0.425XQ=(6X1.58)/(6X1.58+6x1.17)=0.575同理可求得其他杆端的分配系数，详见表2-3所示。2、计算固端弯矩图2-9 梯形分布荷载对于图2-9 所示梯形分布荷载，其固端弯矩：MgAB= MgBA =取=0.5，即为三角形分布荷载的固端弯矩：MgAB= MgBA =各杆件的固端弯矩见表2-3。1、 分配与传递经过三轮分配与传递，精度已达到要求，计算过程详见表3。2、 最后杆端弯矩将各杆端的固端弯矩和各次分配、传递的弯矩相加，即得到杆端的最终弯矩，见表3.3、 跨中弯矩在梁的杆端弯矩基础上叠加相应简支梁弯矩，得到跨中弯矩。对于图2-9所示梯形分布荷载的跨中弯矩：M中=取=0.5，即为三角形分布荷载的跨中弯矩。永久荷载下的弯矩如图2-10a所示，图中节点弯矩之和并不完全等于零，系计算误差所致。4、 杆件剪力逐个将杆件取脱离体，利用力矩平衡条件可求出杆件剪力。杆件剪力计算结果见表2-4，剪力图如图2-10b所示。表2-4 永久荷载作用下剪力（单位：KN）左边跨中间跨有边跨层高LRLRLR6 11.01 24.19 21.9351.07 24.81 58.61 5 11.842450 15.5640.98 17.1747.43 4 11.7624.58 15.5640.98 17.3647.24 3 11.7624.58 15.5840.96 17.3047.30 2 11.7324.61 15.5640.98 17.3447.26 1 11.7624.58 15.5640.98 17.3847.22 5、 柱轴力自顶层向下，逐个节点取脱离体，利用竖向平衡条件，可求得柱轴力，如图2-10c所示。单位：KNm图2-10（a） 永久荷载下弯矩图单位：KN图2-10（b） 永久荷载下剪力图单位：KN图2-10（c） 永久荷载下轴力图表2-3 永久荷载下的弯矩的分配与传递节点XWVUT杆端XQXWWXWRWVVWVSVUUVUTTUTMTS分配系数0.5750.4250.3350.4510.2140.1070.6720.2210.7520.2480.450.450.01固端弯矩-12.0312.03-30.5130.52-33.6733.6722.05分配与传递9.382.651.65-1.38-2.75-9.49-0.25-0.13-7.550.170.3312.983.121.56-6.53-6.53-0.15-1.89-3.78-15.10.082.69-2.063.23-3.27-4.25最终弯矩12.07-10.7610.93-11.55-30.6030.7216.21-32.4415.1-18.37-14.08-10.7821.98节点SRQP杆端STSNSVSRRSRWRORQQRQXQPPQPIPO分配系数0.010.440.440.010.010.430.430.130.120.440.440.440.440，12固端弯矩-22.050.95-0.9515.3-15.3-15.3分配与传递6.49-4.754.69-0.63-0.081.735.375.372.690.156.466.460.150.082.785.555.551.51-0.05-0.1-4.13-4.13-1.25-0.920.873.95-3.042.92最终弯矩-21.9812.9510.411.05-0.97-8.88-7.1714.92-14.210.068.158.248.47-14.71表2-3 永久荷载下的弯矩的分配与传表2-3 永久荷载下的弯矩的分配与传递节点ONML杆端OPOROJONNONSNMMNMTMLLMLELK分配系数0.130.430.430.010.010.440.440.010.10.450.450.450.45固端弯矩15.3-0.950.95-22.0522.05分配与传递-0.973.23-3.277.897.890.180.090.76-0.95-1.89-8.49-8.49-4.25-1.84-6.08-6.08-0.14-0.07-4.01-8.01-8.010.090.18-2.453.97-4.08最终弯矩14.22-7.05-8.53-11.