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 I
Abstract II
第1章 建筑方案设计说明 1
1.1 设计要点 1
1.1.1 建筑平面设计 1
1.1.2 建筑立面设计 1
1.1.3 建筑剖面设计 1
1.2 建筑方案设计 1
1.2.1 建筑平面设计 1
1.2.2 建筑立面设计 2
1.2.3 建筑剖面设计 2
1.3 建筑设计说明 2
第2章 结构计算书 3
2.1 设计资料 3
2.1．1 工程概况 3
2.1.2 建筑做法 3
2.1.3 可变荷载 3
2.1.4 地质条件 3
2.1.5 设计内容 4
2.2 上部结构布置 4
2.3 上部结构分析 8
2.3.1 计算简图 8
2.3.2 竖向荷载计算 9
2.3.3 水平风荷载计算 13
2.3.4 竖向荷载作用下内力计算 14
2.3.5 风荷载作用下的内力计算 35
2.3.6 风荷载作用下的侧移计算 37
2.4 梁柱构件设计 38
2.4.1 内力组合 38
2.4.2 截面设计 44
2.5 板配筋计算 50
2.5.1 荷载计算 50
2.5.2 弯矩计算 50
2.5.3 截面设计 51
2.6 基础设计 52
2.6.1 基础布置 52
2.6.2 地基计算 53
2.6.3 基础梁内力计算 53
2.6.4 基础梁截面设计 54
2.7 板式楼梯计算 55
2.7.1 梯段板配筋 56
2.7.2 平台板配筋 56
2.7.3 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

Abstract
The 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; reinforcement

2013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

2.1．1 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ƒak（kPa）为160 kPa，层厚2.0m左右。
砂、砾石层，承载力特征值ƒak（kPa）为200 kPa，层厚3~5m左右。
卵石层，承载力特征值ƒak（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h≥l/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+1.4x2x3.6x4.5]x6KN=1671.84KN
以1.4N按轴心受压构件估算所需截面面积。取配筋率ρ=1％ ，则所需截面面积
A=1.4N/[0.9（fc+ρf）]=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（KN·m）
相对线刚度
框架梁
FD跨
0.2x0.353/12=
0.0007
2x0.0007=0.0014
2.7
0.0014/2.7=5.18x
10-4E
1.17
DB跨
0.2x0.353/12=
0.0007
2x0.0007=0.0014
4.2
0.0014/4.2=3.33x
10-4E
0.75
BA边跨
0.2x0.353/12=
0.0007
2x0.0007=0.0014
4.2
0.0014/4.8=3.33x
10-4E
0.75
框架柱
底层
0.4x0.43/12=0.0021
0.0021
4.752
0.0021/4.752= 4.42x10-4E
1
其余层
0.4x0.43/12=0.0021
0.0021
3.0
0.0021/3.0=7.0x
10-4E
1.58

2.3.2 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/m2
20厚1:2水泥砂浆找平层 0.02x20 KN/m2=0.40 KN/m2
100厚~140厚（2％找坡）膨胀珍珠岩 （0.10+0.14）/ 2x7 KN/m2=0.84 KN/m2
120厚现浇钢筋混凝土楼板 0.12x25 KN/m2=3.00 KN/m2
15厚纸筋灰抹底 0.015x16 KN/m2=0.24 KN/m2

合计 4.83 KN/m2

2）楼面面荷载
25厚水泥砂浆面层 0.025x20 KN/m2=0.50 KN/m2
120厚现浇钢筋混凝土楼板 0.12x25 KN/m2=3.00 KN/m2
15厚纸筋灰抹底 0.015x16 KN/m2=0.24 KN/m2

合计 3.74 KN/m2

3）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/m
200x300梁：0.20x（0.30-0.12）x25 KN/m+2x（0.30-0.12）x0.34 KN/m=1.0564 KN/m

4）柱子自重
0.40x0.40x25 KN/m+（2x0.40+2x0.40）x0.34 KN/m=4.109 KN/m

5）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/m

6）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/m

7）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：ωk=βzμsμzω0
楼层位置的集中风荷载：Fw=B x h x ωk
因结构高度小于30m，可取βz=1.0；对于矩形平面形状，μs=1.3；μz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
βz
μs
z/m
μz
Wk
(KN/m2)
B/m
H/m
Fw /KN
6
1.0
1.3
18.9
1.23
0.64
3.6
3.0
6.91
5
1.0
1.3
15.9
1.14
0.59
3.6
3.0
6.37
4
1.0
1.3
12.9
1.08
0.56
3.6
3.0
6.05
3
1.0
1.3
9.9
1.00
0.52
3.6
3.0
5.62
2
1.0
1.3
6.9
1.00
0.52
3.6
3.0
5.62
1
1.0
1.3
3.9
1.00
0.52
3.6
3.45
6.46
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
μUV=(6X0.52)/(6X0.52+6X1.58)=0.248
μUT=1-μRQ =0.752
μVU=(6X0.52)/(6X0.52+6X1.58+1X1.5)=0.221
μVS=(6X1.58) /(6X0.52+6X1.58+1X1.5)=0.672
μVW=(1X1.5) /(6X0.52+6X1.58+1X1.5)=0.107
μWV=(6X0.75)/(6X0.75+6X1.58+6x1.17)=0.214
μWR=(6X1.58)/(6X0.75+6X1.58+6x1.17)=0.451
μWX=(6X1.17)/(6X0.75+6X1.58+6x1.17)=0.335
μXW=(6X1.17)/(6X1.58+6x1.17)=0.425
μXQ=(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а=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а=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2-10·a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2-10·b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
L
R
L
R
L
R
6
11.01
24.19
21.93
51.07
24.81
58.61
5
11.84
24．50
15.56
40.98
17.17
47.43
4
11.76
24.58
15.56
40.98
17.36
47.24
3
11.76
24.58
15.58
40.96
17.30
47.30
2
11.73
24.61
15.56
40.98
17.34
47.26
1
11.76
24.58
15.56
40.98
17.38
47.22
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2-10·c所示。

单位：KN·m
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
X
W
V
U
T
杆端
XQ
XW
WX
WR
WV
VW
VS
VU
UV
UT
TU
TM
TS
分配系数
0.575
0.425
0.335
0.451
0.214
0.107
0.672
0.221
0.752
0.248
0.45
0.45
0.01
固端弯矩

-12.03
12.03

-30.51
30.52

-33.67
33.67

22.05

分
配
与
传
递
9.38
2.65
1.65

-1.38
-2.75
-9.49
-0.25
-0.13

-7.55

0.17
0.33
12.98
3.12
1.56

-6.53
-6.53
-0.15

-1.89
-3.78
-15.1

0.08
2.69

-2.06

3.23

-3.27

-4.25

最终弯矩
12.07
-10.76
10.93
-11.55
-30.60
30.72
16.21
-32.44
15.1
-18.37
-14.08
-10.78
21.98

节点
S
R
Q
P
杆端
ST
SN
SV
SR
RS
RW
RO
RQ
QR
QX
QP
PQ
PI
PO
分配系数
0.01
0.44
0.44
0.01
0.01
0.43
0.43
0.13
0.12
0.44
0.44
0.44
0.44
0，12
固端弯矩
-22.05

0.95
-0.95

15.3
-15.3

-15.3

分
配
与
传
递

6.49

-4.75

4.69

-0.63

-0.08

1.73
5.37
5.37
2.69

0.15
6.46
6.46
0.15
0.08

2.78
5.55
5.55
1.51

-0.05
-0.1
-4.13
-4.13
-1.25

-0.92

0.87

3.95

-3.04

2.92

最终弯矩
-21.98
12.95
10.41
1.05
-0.97
-8.88
-7.17
14.92
-14.2
10.06
8.15
8.24
8.47
-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
O
N
M
L
杆端
OP
OR
OJ
ON
NO
NS
NM
MN
MT
ML
LM
LE
LK
分配系数
0.13
0.43
0.43
0.01
0.01
0.44
0.44
0.01
0.1
0.45
0.45
0.45
0.45
固端弯矩
15.3

-0.95
0.95

-22.05
22.05

分
配
与
传
递

-0.97

3.23

-3.27

7.89
7.89
0.18
0.09

0.76

-0.95
-1.89
-8.49
-8.49
-4.25

-1.84
-6.08
-6.08
-0.14
-0.07

-4.01
-8.01
-8.01

0.09
0.18

-2.45

3.97

-4.08

最终弯矩
14.22
-7.05
-8.53
-1
1.