昌黎县公路局职工住宅楼结构设计毕业论文.doc

本科毕业设计昌黎县公路局职工住宅楼结构设计*燕 山 大 学2013年 6 月 本科毕业设计昌黎县公路局职工住宅楼结构设计学院（系）： * 专 业：09土木工程（建工） 学生 姓名： * 学 号： * 指导 教师： * 答辩 日期：2013年6月17日 摘要 燕山大学毕业设计任务书学院：里仁学院 系级教学单位：建环系学号*学生姓名*专 业班 级09土木工程（房建）题目题目名称昌黎县公路局职工住宅楼设计题目性质1.理工类：工程设计 （ ）；工程技术实验研究型（ ）；理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ）2.管理类（ ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ）题目类型1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题目来源科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主要内容1. 初步的建筑方案设计；2. 结构方案的选择与结构布置；3. 构件截面初设计；4.结构体系在竖向荷载和水平荷载作用下的内力分析；5. 结构侧移计算及截面验算；6. 梁，柱，楼面板的设计；7. 基础的设计；8. 节点的设计 基本要求建筑方案合理，功能区分明确，平、立面布置正确，满足设计任务书的要求。建筑施工图表达全面，达到规定的深度，符合设计规范。 框架结构内力分析和计算准确，图表完整，满足规定的计算工作量。结构施工图表达有一定深度，符合结构设计规范。绘制施工图共810张。参考资料建筑结构荷载规范（GB 50009-2011）混凝土结构设计规范（GB 50010-2010）建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）建筑地基基础设计规范（GB50007-2012）全国统一建筑工程基础定额土木工程专业毕业设计指导周 次1-23-56-89-1112-1415-17应完成的内容准备相关毕业设计资料；设计初步建筑方案；确定结构方案；绘制结构布置图。截面估算、荷载统计；次梁、楼板、楼梯设计，绘制配筋草图。一榀框架竖向荷载及水平荷载作用下的内力计算；绘制内力图；框架荷载效应组合；梁柱构件设计；基础设计计算；绘制施工图。施工图修改；输入计算书。计算书与施工图修改打印、装订，准备答辩。指导教师： 职称： 年 月 日系级教学单位审批： 年 月 日摘要 本设计主要进行了结构方案中横向框架轴框架的抗震设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算,接着利用顶点位移法求出自震周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力） 。接着计算竖向荷载（恒载、活荷载以及雪荷载）作用下的结构内力，并找出最不利的一组或几组内力组合。 选取最安全的结果计算配筋并绘图。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计（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）、楼盖的设计（完成了板的配筋和次梁的配筋） 、基础的设计（完成了独立基础的配筋及手画基础图）以及楼盖的设计。 关键词框架结构；结构设计；抗震设计III 燕山大学本科生毕业设计（论文）AbstractThe purpose of the design is to do the anti-seismic design in the longitudinal frames of axis. When the directions of the frames is determined, 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，axial force snow 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.The design of floors lab，foundation and floors lab is also be completed in the end. Keywordsframes structure; structural design; anti-seismic design39 目 录摘要 .IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 工程概况11.3 设计资料21.5 设计内容21.6 计算方法2第2章 结构布置及计算简图的确定52.1 结构平面布置52.1.1 确定梁柱的截面尺寸5第3章 楼板的设计与计算93.1楼面板93.1.1荷载统计93.1.2板的计算10 3.2 次梁的截面设计12第4章 楼梯设计174.1 梯段板设计174.1.1 荷载统计174.1.2 截面设计174.2 平台板设计184.2.1 荷载统计184.2.2 截面设计184.3 平台梁设计194.3.1 荷载统计194.3.2 截面设计19第5章 横向框架在水平荷载作用下的计算215.1重力荷载代表值计算215.1.1 梁、柱荷载统计215.1.2 墙、板荷载统计225.1.3 重力荷载代表值统计225.2 横向框架的水平地震作用和位移计算235.2.1 横向框架梁、柱线刚度计算235.2.2 侧移刚度D计算245.2.3 结构基本自震周期的计算255.2.4 横向水平地震作用计算255.3横向框架在水平地震作用下的内力计算275.4横向框架在风荷载作用下的内力计算32第6章 横向框架在水平荷载作用下的计算.396.1 横向框架在竖向荷载作用下的计算单元396.2 横向框架在竖向荷载作用下的荷载统计406.2.1 竖向荷载在恒荷载作用下的计算406.3 横向框架在恒荷载作用下的内力计算446.3.1 用弯矩二次分配法计算弯矩446.3.2 绘制内力图50第7章 横向框架内力组合557.1 框架梁内力组合557.2框架柱的内力组合557.2.1 框架柱的内力组合557.2.2 框架柱的弯矩设计值的调整65第8章 框架梁柱截面设计678.1框架梁截面设计678.1.1 主梁的截面设计678.2框架柱截面设计718.2.1柱的剪跨比和轴压比验算718.2.2 柱的正截面计算728.2.2 柱的斜截面承载力的计算75第9章 基础设计799.1设计说明799.2荷载计算799.3地基承载力设计值的确定799.4柱下独立基础设计80结论86参考文献87致谢89第1章 绪论 第1章 绪论1.1 课题背景本课题为毕业设计，该建筑结构形式为多层钢筋混凝土框架结构设计，以实现大学四年专业知识的综合应用。主要依据是材料力学、结构力学、混凝土等专业知识，毕业设计任务书，以及建筑结构荷载规范GB500092011和建筑抗震设计规范GB500112010等设计规范。通过毕业设计对大学期间所学的知识做一个系统的总结和应用，通过自己查阅、搜集有关设计资料使我所学的知识得以综合的应用，提高综合知识的应用能力，对所学过的知识得以系统的深化。并培养我独立解决建筑设计、结构设计的内容和步骤，及掌握建筑施工图结构施工图绘制的方法，为今后工作打下良好的基础。同时毕业设计是大学生在毕业前半年的最后学习和综合训练的实践性学习环节，是学习深化、拓宽、综合教学的重要过程；是学生学习、研究与实践成果的全面总结；是学生综合素质与实践能力培养效果的全面检验；是学生毕业及学位资格认定的重要依据；也是衡量高等教育质量和办学效益的重要评价内容 。所以我们每一个毕业生都应该认真的努力完成自己的毕业设计，使自己成为社会需要的人才。近年来框架结构在世界各地又有了很大的发展，许多城市普遍兴建了包括商场、住宅、旅馆、办公楼和多功能建筑等各种类型的框架建筑。土木工程专业学生毕业后参加或从事框架结构设计已成为必须面对的现实之一。因此，根据本专业特点和所学的知识，按照未来工作的需要选择了已建实际工程，通过设计使我们更好的掌握多高层建筑结构的分析理论和基本设计方法，为今后工作奠定良好的基础。1.2 工程概况工程名称：昌黎县公路局职工住宅楼，建设地点：秦皇岛市 建筑面积：3020.13m2。建筑层数：地上6层。建筑高度:20.0m。建筑物等级：三级。耐火等级为二级。建筑物耐久年限50年。结构类型：框架结构。抗震设防裂度：7度。1.3 设计资料1工程地质条件：根据地质勘察报告，常年地下水位于地表下6m，水质对混凝土无侵蚀性。地表下黄土分布厚度大于15m。垂直及水平分布较均匀，为可塑性状态，中等压缩性，弱湿陷性，属级非自重湿陷性黄土地基。土的重度为19KN/ m3，孔隙比为0.8，液性指数为0.833。地基承载力特征值fak=150KN/ m2。土壤最大冻结深度为0.5m。2基本雪压：0.25kN/m2。3抗震设防烈度：7度，设计地震分组为第二组，设计地震加速度为0.10g，水平地震影响系数最大值为0.08，特征周期值为0.55s。4抗震等级设计：三级。1.4 主要结构材料1混凝土强度等级：C30。2钢筋：级，级钢筋。1.5 涉及内容1结构方案的选择与结构布置；2构件截面初步设计；3结构体系在竖向荷载和水平荷载作用下的内力分析；4结构侧移计算及截面验算；5梁、柱、楼面板的设计；6基础的设计。1.6 计算方法本次毕业设计采用人工手算方式进行，关键环节采用了如下计算方法：1楼盖设计：塑性理论方法。2次梁设计：塑性铰线法。3结构自振周期：能量法。4水平地震作用：底部剪力法。5框架结构竖向荷载作用下的受力分析：结构力学求解器法。6框架结构水平荷载作用下的受力分析：D值法。第2章 结构布置及计算简图的确定 第2章 结构布置及计算简图的确定2.1 结构平面布置根据结构的使用功能及建筑设计的要求，进行了建筑平面、立面及剖面设计，主楼结构6层，底层层高5.0，其他楼层层高3.0m，填充外墙采用200mm厚蒸压粉煤灰加气混凝土砌块墙，内墙采用100mm厚蒸压粉煤灰加气混凝土砌块墙。采用钢门和铝合金门窗。楼盖和屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，按跨高比条件，跨度4200m的板，板厚hl0/45=4200/45=93.33mm，故屋面板和楼面板厚度均取100 mm厚。详细结构平面布置见建筑设计图。2.1.1 确定梁柱的截面尺寸(1) 框架梁截面尺寸初估梁的截面尺寸应满足承载力，刚度及延性要求。由混凝土结构规范（GB50010-2010）有关要求：截面宽度不宜小于200mm，截面高度与宽度的比值不宜大于4，净跨与截面高度的比不宜小于4。主梁的跨度一般在58m为宜，梁高为跨度的1/151/10，次梁的跨度一般在46m，梁高为跨度的1/181/12，梁宽为梁高的1/31/2，纵向钢筋的配筋率一般为0.6%1.5%。主梁 轴线间：横向框架梁：BC跨：mm CD跨：mm纵向框架：h= b= 次梁：按最大跨度的进行计算： 主次梁混凝土设计强度均采用C30(=14.3 N/ m2，=1.43 N/ m2)。(2) 框架柱截面尺寸初估 混凝土结构规范（GB50010-2010）中，有关要求：柱截面尺寸大于400mm，纵向钢筋间距不宜大于200mm,纵向受力筋宜对称布置，最大配筋小于5%。柱截面尺寸根据式： (2-1) (2-2)估算。由抗震规范可知该框架结构的抗震等级为三级，其轴压比限值= 0.8，层的重力荷载代表值近似取12 kN/m2，由建筑图可知边柱及中柱的负载面积分别为：边柱m2, m2，中柱为m2。柱截面面积为：边柱： mm2 mm2中柱： mm2根据计算结果并结合规范有关规定，本设计柱截面尺寸取值：1层600mm600mm 26层为500mm500mm表2-1框架梁柱截面尺寸初步设计层数混凝土强度等级横梁（hb）纵梁（hb）次梁（hb）BC跨CD跨16C30图2.1 结构平面布置图第3章 楼板的设计与计算 第3章 楼板的设计与计算3.1楼面板混凝土强度等级C30，受力钢筋为HRB335级钢筋，其它钢筋为HRB300级钢筋，板的布置图见前面的结构布置图。3.1.1荷载统计3.1.1.1 楼面及屋面板的永久荷载标准值屋面（上人）：保护层：30厚水泥砂浆 kN/m2防水层（柔性）：三毡四油铺小石子 0.4kN/ m2找平层 ： 20厚水泥砂浆找平 20kN/ m2保温层：20厚水泥蛭石保温层 kN/ m2结构层：100厚现浇钢筋混凝土板 kN/ m2抹灰层：20厚混合砂浆 kN/ m2合计 5.05kN/ m2标准层楼面：水泥花砖地面 0.60kN/ m2结构层：100厚现浇钢筋混凝土板 kN/ m220厚混合砂浆抹面 kN/ m2合计 3.84kN/ m2卫生间地面：小瓷砖地面 0.55kN/ m230厚水泥砂浆找平（含1.2厚高分子防水材料）0.02=0.6kN/ m290厚钢筋混凝土板 2520厚混合砂浆抹面 kN/ m2合计 3.74kN/m2 3.1.1.2 屋面及楼面可变荷载标准值不上人屋面均布荷载标准值 0.5kN/ m2楼梯活荷载 2.0kN/ m2卫生间活荷载 2.5kN/ m2屋面雪荷载 0.25kN/ m23.1.2板的计算在各层楼盖平面，梁系把楼盖分为一些双向板和单向板。如果各板块比较均匀，可按连续单向板或双向板查表进行内力计算；本建筑物中的板均可按照双向板查表。如果各板块分布不均匀，精确的计算可取不等跨的连续板为计算模型。用力矩分配法求解内力；比较近似的简便方法是按单独板块进行内力计算，但需要考虑周边的支撑情况。板块的计算跨度近似取轴线之间的矩离。3.1.2.1 双向板配筋计算m，m， 按双向板计算(1) 荷载设计值恒荷载设计值 kN/ m2活荷载设计值 kN/ m2 kN/ m2 kN/ m2 kN/ m2(2) 内力计算举B-1为例，计算如下：m，m，单位板宽跨中弯矩：kNm kNm 单位板宽支座弯矩：kNm kNm (3)截面设计室内保护层厚度取15mm，卫生间取20mm。适用B8钢筋作为受力主筋。则lx短跨方向跨中截面有效高度mm方向跨中截面有效高度：mm支座处均为81mm卫生间区格板计算如下:支座处为76mm截面弯矩设计值不考虑折减，计算配筋量时，取内力臂系数,板筋选用HRB335. kN/ m2配筋计算结果见表3-1.表3-1 B-1板配筋计算位置截面/mm/ kNm /m/ m2适用钢筋适配钢筋跨中方向813.03131B8200251.0方向732.82136B8200251.0支座方向81-7.89441B10170462.0方向81-7.70462B10170462.0同理其他双向板得配筋为：表3-2 B-2板配筋计算位置截面/mm/ kNm /m/ m2适用钢筋适配钢筋跨中方向813.10134B8200251.0方向731.9091B8200251.0支座方向81-11.98519B10150523.0方向81-8.36362B10200393.0表3-3 B-3板配筋计算位置截面/mm/ kNm /m/ m2适用钢筋适配钢筋跨中方向814.53 196B8200251.0方向731.5976B8200251.0支座方向81-10.10438B10170462.0方向81-11.98519B10150523.0表3-4 B-4板配筋计算位置截面/mm/ kNm /m/ m2适用钢筋适配钢筋跨中方向812.2899B8200251.0方向732.12102B8200251.0支座方向81-7.63331B10200393.0方向81-7.74335B10200393.0表3-5 B-5板配筋计算位置截面/mm/ kNm /m/ m2适用钢筋适配钢筋跨中方向760.8941B8200251.0方向680.4322B8200251.0支座方向76-4.5195B8200251.0方向76-4.5195B8200251.03.1.2 次梁的截面设计次梁的计算按考虑塑性内力重分布的方法计算。混凝土C30，主筋：HRB335，箍筋：HPB300。 (1)荷载统计楼面次梁：由板传来的三角形荷载： 11.26kN/m 次梁自重： 0.9kN/m次梁粉刷： 0.12kN/m活荷载设计值： 6.82kN/m荷载总设计值： 20.98kN/m屋面次梁：板传来的永久荷载： 14.78kN/m 次梁自重 0.9kN/m 次梁粉刷： 0.12kN/m可变荷载设计值 2.56kN/m荷载总设计值 18.36kN/m(2)计算简图次梁截面250mm200mm，图8.1 计算简图(3)内力计算kNmkN (4)正截面强度计算1)计算截面的确定次梁工作时，板可作为翼缘参加工作。在跨中截面，翼缘受压可按T形梁计算。翼缘的计算宽度取下列值中的小者，支座截面受拉，仍按矩形截面进行计算。因=0.460.1，故仅按计算跨度l和梁净跨考虑。边跨：按计算跨度考虑：=6.0/3=2.0m由于所以按矩形截面计算。2) 正截面强度计算 为了简化计算，去最大荷载进行验算。 mm所以选用314。取=461mm2 (5)斜截面强度计算表8-3 次梁斜截面强度计算截面A支座B支座0.2514.32002151.0=153.7kNV满足要求0.714.3200215=43.04kNV 按构造配置箍筋箍筋直径、肢数B8 双肢箍筋实际配筋B8200，=452mm2B8200，=452mm2第4章楼梯设计 第4章 楼梯设计由建筑图可知，此住宅楼标准层高3.0m，踏步尺寸150mm260mm，采用C30混凝土，板采用HRB335钢，梁纵筋采用HRB400钢，箍筋采用HRB335钢。有规范可查的楼梯均布活荷载标准值为kN/m2。4.1 梯段板设计取板厚h=100 mm，约为板斜长的1/30，板倾斜角=100/260=0.38，=0.93。取1m宽板带计算。4.1.1 荷载统计梯段板的荷载计算列于表4-1中。恒荷载分项系数为1.2，活荷载分项系数为1.4。总荷载设计值为=1.26.38+1.43.5=12.56 kN/m。表4-1 梯段板荷载统计表荷载类型荷载标准值/ kNm恒荷载水磨石面层(0.26+0.1)0.65/0.3=0.78三角形踏步0.380.260.125/0.3=0.82混凝土斜板0.125/0.93=2.69板底抹灰0.0217/0.93=0.37小计4.66活荷载2.04.1.2 截面设计板水平计算跨度为=2.5m，弯矩设计值为=5.24kNm板的有效高度=100-20=80mm=0.057=0.029=224.9mm选配B10200，=251.0mm，分布筋每级踏步1B8。4.2 平台板设计设平台板厚h=80mm，取1m宽板带计算。4.2.1 荷载统计平台板的荷载计算见表4-2。恒荷载分项系数为1.2，活荷载分项系数为1.4。总荷载设计值=1.22.99+1.42.0=6.39kN/m。表4-2 平台板荷载统计表荷载类型荷载标准值/ kNm恒荷载水磨石面层0.6570 mm厚混凝土板0.0825=2.00板底抹灰0.0217=0.34小计2.99活荷载2.04.2.2 截面设计平台板的计算跨度为=1.3m弯矩设计值为=1.08kNm板的有效高度=80-20=60mm=0.021=0.990=60.61mmAsmin=120mm选配B8200,=251.0mm。4.3 平台梁设计设平台梁截面尺寸为200mm300mm。4.3.1 荷载统计平台梁的荷载计算见表4-3。恒荷载分项系数为1.2，活荷载分项系数为1.4。总荷载设计值=1.28.04+1.43.38=14.38kN/m。表4-3 平台梁荷载统计表荷载类型荷载标准值/ kNm恒荷载梁自重0.2(0.3-0.08)25=1.10粱侧粉刷0.02(0.3-0.08)217=0.15平台板传来2.991.3/2=1.94梯段板传来4.662.08/2=4.85小计8.04活荷载2.0(1.3/2+2.08/2）=3.384.3.2 截面设计计算跨度为=2.7m弯矩设计值为=13.10kNm剪力设计值=17.98kN截面按照倒L形计算，=200+580=600mm梁的有效高度=300-35=265mm经判别属于第一类T行截面，=0.004=0.998=137.6mm选配2C10，=157mm。配置B8200箍筋，则斜截面受剪承载力为 满足要求第5章 横向框架在水平荷载作用下的计算 第5章 横向框架在水平荷载作用下的计算5.1重力荷载代表值计算本设计实例的建筑高度为20.0m50m，以剪切变形为主，且质量和高度均匀分布，故可采用底部剪力法计算水平地震作用。首先需要计算重力荷载代表值。5.1.1 梁、柱荷载统计表5-1 构件荷载统计层次构件b /m h /mr/ kNmG/kNm/mn/kN/kN1短边横梁0.20.3251.051.5752.91359.38429.04长边横梁0.20.4251.052.15.313144.69短纵梁0.20.35251.051.8383.324145.57长纵梁0.20.35251.051.8383.61279.40柱0.60.6251.109.95.0432128.502128.502至6短边横梁0.20.3251.051.5752.91359.38527.78长边横梁0.20.4251.052.15.313144.69次梁0.20.25251.051.3133.31251.99次梁0.20.25251.051.3133.0415.76次梁0.20.25251.051.3131.447.35次梁0.20.25251.051.3131.824.73次梁0.20.25251.051.3133.6418.91短纵梁0.20.35251.051.8383.324145.57长纵梁0.20.35251.051.8383.61279.40柱0.50.5251.106.8753.039804.38804.385.1.2 墙、板荷载统计墙体：外墙，隔户墙为200mm厚蒸压粉煤灰加气混凝土砌块，内墙面为100mm厚，内外墙两侧均为20mm 厚抹灰，则外墙，隔户墙单位墙面重力荷载为 kN/ m内墙单位面积重力荷载为 kN/ m第一层 横墙kN 纵墙 kN第2至6层 横墙 kN 纵墙 kN板的荷载统计第1至6层 kN第1层重量为4588.8KN第1至6层重量为3357.8KN5.1.3 重力荷载代表值统计 kN同理可知kNkNkNkNkN 各质点重力荷载代表值如图5.1图5.1 各质点重力荷载代表5.2 横向框架的水平地震作用和位移计算5.2.1 横向框架梁、柱线刚度计算考虑现浇楼板对梁刚度的加强作用，故对中框架梁的惯性矩乘以2.0，对边框架梁的惯性矩乘以1.5。框架梁的线刚度详见表5-2，框架柱的线刚度详见表5-3。表5-2 框架梁线刚度计算类别/(N/mm2)bh/mmmm/mm4/mm/ Nmm/ Nmm/ Nmm边横梁3.001042003507.14610836005.9551098.9331091.19110103.001042004001.06710960005.3351098.0031091.0671010表5-3 框架柱线刚度计算层数/mm/(N/mm2)bh/mmmm/mm4/ Nmm2630003.01045005005.20810105.208109150003.01046006001.810106.4810105.2.2 侧移刚度D计算柱的侧移刚度按下式进行计算: (5-1)根据梁柱线刚度比的不同，结构中的柱可分为中框架中柱和边柱，边框架中柱及楼梯间柱等。计算结果见表5-4。表5-4 柱的侧移刚度D值计算(单位：Nmm-1)楼层D根数B轴边框边柱0.2050.09364582B轴中框边柱0.1540.071493011C轴边框中柱0.4340.178123602C轴中框中柱0.3250.140972211D轴边框边柱0.2290.10371522D轴中框边柱0.1720.0795486112734581B轴边框边柱0.1650.30795492B轴中框边柱0.1240.294914511C轴边框中柱0.3480.360111972C轴