金城地产-2#住宅楼建筑结构设计-毕业论文.doc

河南科技大学毕业设计（论文）金城地产2#住宅楼建筑结构设计摘 要根据建筑设计和结构承重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，选取一品主要横向结构框架进行结构设计计算，用PKPM软件对该品结构框架进行PK电算和整栋框架结构进行SATWE电算，完成楼梯设计和基础设计，绘制出相关建筑和结构施工图。作为一个土木工程专业毕业的本科生，毕业设计是大学阶段尤为重要的一个环节，它是对我们大学阶段所学知识的一次综合运用，不但使我们各方面的知识系统化，而且使所学知识实践化。通过毕业设计，要求我们了解并且掌握建筑设计的全过程，培养我们独立分析解决实际问题的能力及创新能力，并锻炼我们调查研究，收集资料查阅资料及阅读中、外文文献的能力，使我们能受到类似与工程师的基本训练。通过一个完整的毕业设计，外面将对于相关设计规范、手册、标准图以及工程实践中常用的方法有较系统地认识了解。关键词：框架结构，结构设计，内力计算，荷载，钢筋混凝土BINHU DISTRICT 2 RESIDENTIAL BUILDINGSDESIGNABSTRACTAccording to architectural design and structural loading requirements and geological conditions, we could make sensible selection of structure and the arrange of the whole structure. After the identification of structural sizes, we shall select a product that is mainly a horizontal structure for design calculation, using the software of PKPM to PK calculate for the structural framework of the product and SATWE calculate for the entire frame structure .Completing the stair design and basic design leads to drawing out the drawings of relevant architectural and structure. As a undergraduate majoring in engineering, graduation is a particularly important part, which is a comprehensive application of the knowledge we have learned in the university. It not only makes our knowledge systematic, but makes the knowledge practical. The graduation, requiring us to understand and grasp the whole process of architectural design , trains our independent ability to analyze and solve practical problems and innovation, and strengthens the capacity of our research, collection and reading foreign literature, so that we can get the training similar to engineers basic training. Through a complete graduation, we will get systematic knowledge about related design specifications, manuals, standard drawings and common methods using in engineering practice .KEY WORDS: frame,structural design,internal force,lateral loads,reinforced concrete 目 录前 言1第一章 建筑设计说明31.1 工程概况31.2采光、通风、防火设计31.2.1采光、通风设计31.2.2防火设计31.3建筑细部设计41.4方案构思41.5设计过程41.6建筑做法5第二章 结构设计说明7第一节 结构布置及计算简图72.1.1设计资料72.1.2结构选型72.1.3结构布置82.1.4确定计算简图82.1.5截面尺寸初估92.1.6刚度计算10第二节荷载统计122.2.1恒荷载标准值122.2.2活荷载标准值142.2.3竖向荷载作用下框架受荷总图152.2.4风荷载统计23第三节、竖向荷载作用框架内力计算252.3.1、恒载作用下的内力计算272.3.2 活载作用下的内力计算382.3.3 风荷载标准值作用下的内力计算49第四节 内力组合542.4.1 梁端控制截面542.4.2 框架梁内力组合582.4.3 框架柱内力组合64第五节 配筋计算762.5.1框架梁配筋计算762.5.2框架柱配筋计算812.5.3楼板配筋设计107第六节 地下室设计计算1142.6.1恒载作用下的内力计算1162.6.2活载作用下的内力计算1182.6.3内力组合1192.6.4配筋计算1232.6.5 楼板的结构平面布置128第七节 筏板基础及侧壁计算1332.7.1设计数据1332.7.2地基承载力修正及验算1332.7.3地下室侧壁配筋计算1332.7.4地下室筏板配筋计算135第八节 楼 梯 计 算1432.8.1梯段板1432.8.2平台板1442.8.3 平台梁（与梯板相连）144结论147参考文献149致谢151VII 前 言本设计是按照河南科技大学规划与建筑工程学院2011年毕业设计要求做的毕业设计，题目为“金城地产2#住宅楼建筑结构设计”，内容包括建筑设计、结构设计两部分。毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。过去的四年使我已经对专业基本知识有了一定程度的了解，毕业设计前又仔细的研究了混凝土结构设计规范、建筑结构荷载规范等规范；在毕业设计中期，我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计；在毕业设计后期，主要进行设计手稿的整理，并用电脑绘图并得到老师的审批和指正，使我圆满的完成了任务，在此表示衷心的感谢。毕业设计的三个月里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、计算书撰写以及外文的翻译，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。在绘图时熟练掌握了AutoCAD，天正，及PKPM辅助软件.以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。框架结构设计的计算工作量很大，在计算过程中以手算为主，辅以一些计算软件的校正。由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。 2011年6月1号第一章 建筑设计说明1.1 工程概况（1）工程名称：金城地产2#商住楼（2）建设地点：嵩县县城永安街东侧、人民路西侧、文化路南侧、伊河大堤北侧，原体育场内（3）设计概况：采用框架结构，地上8层，有地下小车库。板式住宅，户型为三室两厅一厨两卫。室内外高差0.45m。（4）拟建地的基本雪压 So=0.25N/m2,基本风压 W00.45 N/m2，地面粗糙度为B类。 （5）不考虑抗震设防。 （6）材料选用 混凝土：采用C30. 钢筋：柱纵向钢筋采用热轧钢筋HRB335，地下室伐板基础及地下室墙体受力钢筋采用HRB400,其余采用热轧钢筋HPB235. 墙体：外墙、分户墙采用灰砂砖，其尺寸为240mm*120mm*60mm，重度 r=18KN/；内墙采用250厚水泥空心砖，其尺寸为300mm*250mm*110mm ，重度 r=9.8KN/.楼梯间为300m剪力墙 铝合金门窗：0.35N/m2；木门，0.2N/m21.2采光、通风、防火设计1.2.1采光、通风设计在设计中选择合适的门窗位置，取得良好的效果以便于通风。1.2.2防火设计本工程耐火等级为二级，建筑的内部装修、陈设均应做到难燃化，以减少火灾的发生及降低蔓延速度，公共安全出口设有两个，可以方便人员疏散。在疏散门处应设有明显的标志。各层均应设有手动、自动报警器及高压灭火水枪。1.3建筑细部设计1、建筑热工设计应做到因地制宜，保证室内基本的热环境要求，发挥投资的经济效益。2、建筑体型设计应有利于减少空调与采暖的冷热负荷，做好建筑围护结构的保温和隔热，以利节能。3、采暖地区的保温隔热标准应符合现行的民用建筑节能设计标准相关的规定。4、室内应尽量利用天然采光。5、为满足防火和安全疏散要求，设有一部楼梯，一部电梯。6、办公楼内的布置与装修以清新自然为主，卫生间的地面铺有防滑地板砖，墙面贴瓷砖。1.4方案构思设计采用目前国内通用的钢筋混凝土结构。本设计充分考虑到总体规划提出的要求、建筑高度、抗震设防烈度和周围环境的关系，确定本结构的建筑平面布置简单、规则、对称、长宽比不大，对抗震有利，结构具有较好的整体性；因建筑物长度较大，且两边为局部两层的建筑，为满足设计要求，设置了两条伸缩缝；同时考虑到结构不同使用功能的需求，建筑平面布置较为灵活，可以自由分割空间，选用框架结构；立面注意对比与呼应、节奏与韵律，体现建筑物质功能与精神功能的双重特性。1.5设计过程建筑设计根据建筑用地条件和建筑使用功能、周边城市环境特点，首先设计建筑平面，包括建筑平面选择、平面柱网布置、平面交通组织及平面功能设计；其次进行立面造型、剖面设计；最后设计楼梯和卫生间。本设计满足建筑单位的使用要求，技术措施合理，同时，通风、采光、消防等技术指标均满足相应的规范和规定。1.6建筑做法1、屋面做法：刚性防水屋面(有保温层) ：防水层：30厚C25细石砼找平层：15厚1:3水泥砂浆找平找坡层：40厚水泥石灰焦渣砂浆找平保温层：80厚矿渣水泥结构层：120 厚结构层抹灰层：10厚板底抹灰2、楼面做法：水磨石地面结构层：120厚钢筋砼板抹灰层：12厚水泥沙浆第二章 结构设计说明第一节 结构布置及计算简图2.1.1设计资料 (1)、工程名称：金城地产2#商住楼 (2)、工程概况：建筑总高25.6m，共8层，地下室一层（地下车库），室内外高差为0.45m，1层层高3.6m，2-8层层高3.0m，具体情况可参见结构平面布置图。 (3)、拟建地的基本雪压 So=0.35N/m2,基本风压 W00.45 N/m2，地面粗糙度为B类。 (4)、不考虑抗震设防。 (5)、材料选用 混凝土：采用C30. 钢筋：柱纵向钢筋采用热轧钢筋HRB335，地下室伐板基础及地下室墙体受力钢筋采用HRB400,其余采用热轧钢筋HPB235. 墙体：外墙、分户墙采用灰砂砖，其尺寸为240mm120mm60mm，重度 r=18KN/；内墙采用250厚水泥空心砖，其尺寸为300mm250mm110mm ，重度 r=9.8KN/. 铝合金门窗：0.35N/m2；木门，0.2N/m2 2.1.2结构选型(1)、根据该设计的适用功能和建筑设计要求，对于八层商住楼，因框架结构体系的主要特点是平面布置比较灵活，能提供较大的室内空间，对于商住楼是较适合的结构体系，考虑该建筑处于6度地震设防区，故采用现浇钢筋混凝土框架结构（横向承重）体系。(2)、屋面：采用现浇钢筋混凝土板作承重结构，屋面板按上人屋面的使用荷载选用。(3)、楼面：采用现浇钢筋混凝土板，板厚120。(4)、楼梯结构：结构采用钢筋混凝土板式楼梯。(5)、天沟：采用现浇天沟，具体情况参见建筑施工图。(6)、电梯间:采用剪力墙结构。2.1.3结构布置标准层结构柱网布置如图2-1。图2-1 标准层结构柱布置图选取其中一榀进行计算其结构布置如图22。图22框架结构计算简图2.1.4确定计算简图假定框架柱嵌固于地下室顶板顶面，框架梁与柱刚接。由于各层柱截面尺寸不变，故梁跨等于柱截面形心线之间的距离。底层柱高从地下室顶板顶面算至一层板底,故底层柱高为3.6m，2-8层柱高为3.0m，由此可绘出框架的计算简图如图2-3所示。图2-3 计算简图2.1.5截面尺寸初估 多层框架为超静定结构，在内力计算之前，要先估算梁、柱的截面尺寸及结构所用材料的强度等级，以求得框架中各杆的线刚度及其相对线刚度。混凝土等级：C30 ()（1）、梁截面尺寸估算根据h=()l，b=()h，估算梁的截面尺寸如下表所示。层次砼强度等级ABBCCDKL2B18C30250500200400250500250500（2）、柱截面尺寸估算根据轴压比限值按下列公式计算： 和 (公式2-1)各层的重力荷载可近似的取14KN/m2，边柱和中柱的负荷面积分别为3.03.0m2和3.03.9m2。由，N1.25NV可得柱得截面面积： 边柱 中柱 根据上述估算得结果并综合考虑其因素，本设计所有柱的截面尺寸500mm500mm。2.1.6刚度计算其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取中跨I=2.0 I0 。（I0 为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。AB梁 3.0107KN/m220.25mm（0.5mm）3/4.2m 3.72104KL2 3.0107KN/m220.20mm（0.4mm）3/1.8m 3.56104KL3 3.0107KN/m220.25mm（0.5mm）3/6.0m 2.61104柱：底层柱3.0107KN/m20.50mm（0.50mm）3/3.6m =4.341042-8层柱3.0107KN/m20.50mm（0.50mm）3/3.0m 5.2104 令i2-81.0，则其余杆件的相对线刚度为： 则框架的相对刚度简图如图14所示。图24相对刚度简图第二节荷载统计2.2.1恒荷载标准值（1）、屋面防水层（刚性）30厚C20细石混凝土防水 1.00 kN/m2 防水层（柔性）三毡四油铺小石子 0.40 kN/m2 找平层：15厚水泥砂浆 0.015m20 kN/m3=0.30 kN/m2找平层：15厚水泥砂浆 0.015m20 kN/m3=0.30 kN/m2找坡层：40厚水泥石灰焦渣砂浆3找平 0.04m14kN/m3=0.56 kN/m2保温层：80厚矿渣水泥 0.08m14.5 kN/m3=1.16 kN/m2100mm厚钢筋混凝土楼盖 0.12m25 kN/m3=3.00 kN/m2 抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m17kN/m3=0.17 kN/m2 合计： 6.59 kN/m2 （2）、标准层楼面大理石面层，水泥砂浆擦缝 30厚1:3干硬性水泥砂浆，面上撒2厚素水泥 1.16 kN/m2 水泥浆结合层一道结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.12m25 kN/m3=3.00 kN/m2抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m17 kN/m3=0.17 kN/m2 合计： 4.33 kN/m2 （3） 、梁自重bh250mm500mm梁自重： 25 kN/m30.25m（0.50m0.12m）=2.38 kN/m抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m（0.50m0.12m+0.25m）17 kN/m32=0.22 kN/m 合计： 2.60 kN/m bh200mm400mm梁自重： 25 kN/m30.20m（0.40m0.12m）=1.40 kN/m抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m（0.40m0.12m+0.20m）17 kN/m32=0.16 kN/m 合计： 1.56 kN/m （4）、柱自重bh500mm500mm柱自重： 25 kN/m30.50m0.50m=6.25 kN/m抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m（0.50m0.50m）17 kN/m32=0.34 kN/m 合计： 6.59 kN/m (5)、外纵墙自重标准层：纵墙 (3.0m-0.4m-1.5m) 18 kN/m30.24m=4.75 kN/m铝合金窗 0.35 kN/m31.50m=0.53 kN/m水刷石外墙面 0.92 kN/m水泥粉刷内墙面 0.66 kN/m 合计： 6.86 kN/m 底层：纵墙 18 kN/m3（3.6m-0.4m-2.1m）0.24m=4.75 kN/m铝合金窗 0.35 kN/m32.10m=0.74 kN/m水刷石外墙面 0.92 kN/m水泥粉刷内墙面 0.66 kN/m 合计： 7.07 kN/m (6)、内墙自重标准层：墙体 18kN/m32.40m0.24m=11.23 kN/m水泥粉刷内墙面 1.87 kN/m 合计： 13.10 kN/m 2.2.2活荷载标准值根据荷载规范查得：上人屋面： 2.0 kN/m商场：3.5kN/m2 楼面： 住宅 ：2.0kN/m2 卫生间：2.5kN/m2 屋面雪荷载：SkrSo1.00.35 kN/m20.35 kN/m2屋面活荷载和雪荷载不同时考虑，两者中去较大值。2.2.3竖向荷载作用下框架受荷总图图25 板传荷载示意图（1）AB轴间框架梁屋面板传荷载：恒载：6.59 kN/m2120.3620.363 215.57 kN/m活载： 2.0 kN/m2120.3620.363 24.68 kN/m楼面板传荷载：恒载：4.33 kN/m2120.3620.363 210.13 kN/m活载： 2.0 kN/m2120.3620.363 24.68 kN/m梁自重： 2.60kN/mAB轴间框架梁荷载为：屋面梁：恒载梁自重板传荷载 2.60 kN/m15.57 kN/m18.17 kN/m活载板传荷载4.68 kN/m楼面梁：恒载梁自重板传荷载 2.60kN/m10.13 kN/m11.02 kN/m12.73kN/m 活载板传荷载4.68 kN/m（2）BC轴间框架梁 屋面板传荷载： 恒载：6.59 kN/m2211.53 kN/m 活载：2.0 kN/m223.50 kN/m 楼面板传荷载： 恒载：4.33 kN/m227.58 kN/m 活载：2.0 kN/m223.50 kN/m 梁自重： 1.56 kN/mBC轴间框架梁荷载为：屋面梁: 恒载梁自重板传荷载1.56 kN/m11.53 kN/m 13.09 kN/m活载板传荷载3.50 kN/m楼面梁： 恒载梁自重板传荷载1.56 kN/m7.58 kN/m9.14kN/m 活载板传荷载3.50kN/m2（3）CD轴间框架梁恒载：6.59kN/m2120.2520.253 217.61 kN/m活载：2.0 kN/m2120.2520.253 25.34kN/m楼面板传荷载：恒载：4.33kN/m2120.2520.253 211.56 kN/m 活载：2.0 kN/m2120.2520.253 25.34 kN/m 梁自重： 2.60 kN/mCD轴间框架梁受荷：屋面梁： 恒载梁自重板传荷载2.60 kN/m17.61 kN/m20.21 kN/m活载板传荷载4.5kN/m楼面梁： 恒载梁自重板传荷载2.60 kN/m11.56 kN/m14.16kN/m 活载板传荷载5.34kN/m （4） A轴柱纵向集中荷载计算图2-6现浇天沟尺寸顶层柱:女儿墙自重（做法：墙高1100m，100mm的混凝土压顶）： 0.24m1.1m18 kN/m3+25 kN/m30.1m0.24m+(1.2m2+0.24m) 0.5 kN/m2=6.67 kN/m天沟自重（琉璃瓦+现浇天沟，图1-6）：琉璃瓦自重：1.05m1.1 kN/m2=1.16 kN/m现浇天沟自重：25 kN/m30.60m+(0.20m-0.080m) 0.08m+(0.6m+0.2m) (0.5 kN/m2+0.36 kN/m2)=2.13 kN/m合计 3.29 kN/m顶层柱恒载 =女儿墙及天沟自重+梁自重+板传荷载 （6.67 kN/m3.29 kN/m）3m+1.56 kN/m(3.0m-0.5m)+6.59 kN/m1.5m5/823m 29.88kN+3.90 kN+37.07 kN =70.85 kN顶层柱活载板传活载 2.34 kN/m23m 7.02kN标准层柱恒载墙自重+梁自重板传荷载6.89 kN/m（3.0m-0.5m）+1.56 kN/m(3.0m-0.5m)+4.33 kN/m1.5m5/823m=45.59 kN顶层柱活载板传活载 2.34 kN/m23m 7.02kN（5）B轴柱纵向集中荷载计算顶层柱恒载梁自重板传荷载 1.56 kN/m（3.0m-0.5m）+6.59 kN/m21.5m5/823m+6.59 kN/m23m(1-20.472+0.473) 3m=80.12kN顶层活载板传活载 2.0 kN/m25/823m+2.02.0 kN/m21.5m1220.473 23m 11.25 kN +11.88 kN=23.13 kN标准层柱恒载梁自重板传荷载内墙自重 =6.89 kN/m（3.0m-0.5m）+1.56 kN/m（3.0m-0.5m）+4.33 kN/m23.0m1220.473 3m =47.3 kN标准层柱活载板传活载 2.0 kN/m25/823m+2.02.0 kN/m21.5m1220.473 23m 11.25 kN +11.88 kN=23.13 kN（6）C轴柱纵向集中荷载计算顶层柱:女儿墙自重（做法：墙高1100m，100mm的混凝土压顶）：0.24m1.1m18 kN/m3+25 kN/m30.1m0.24m+(1.2m2+0.24m) 0.5 kN/m2=6.67 kN/m天沟自重（琉璃瓦+现浇天沟，图1-6）：琉璃瓦自重：1.05m1.1 kN/m2=1.16 kN/m现浇天沟自重：25 kN/m30.60m+(0.20m-0.080m) 0.08m+(0.6m+0.2m) (0.5 kN/m2+0.36 kN/m2)=2.13 kN/m合计 3.29 kN/m顶层柱恒载 =女儿墙及天沟自重+梁自重+板传荷载 （6.67 kN/m3.29 kN/m）3m+1.56 kN/m(3.0m-0.5m)+6.59 kN/m1.5m5/823m 29.88kN+3.90 kN+37.07 kN =70.85 kN顶层柱活载板传活载 2.34 kN/m23m 7.02kN标准层柱恒载墙自重+梁自重板传荷载6.89 kN/m（3.0m-0.5m）+1.56 kN/m(3.0m-0.5m)+4.33 kN/m1.5m5/823m=45.59 kN顶层柱活载板传活载 2.34 kN/m23m 7.02kN（7）D轴柱纵向集中荷载计算顶层柱恒载梁自重板传荷载 1.56 kN/m（3.0m-0.5m）+6.59 kN/m21.5m5/823m+6.59 kN/m23m(1-20.472+0.473) 3m=80.12kN顶层活载板传活载 2.0 kN/m25/823m+2.02.0 kN/m21.5m1220.473 23m 11.25 kN +11.88 kN=23.13 kN标准层柱恒载梁自重板传荷载内墙自重 =6.89 kN/m（3.0m-0.5m）+1.56 kN/m（3.0m-0.5m）+4.33 kN/m23.0m1220.473 3m =47.3 kN标准层柱活载板传活载 2.0 kN/m25/823m+2.02.0 kN/m21.5m1220.473 23m 11.25 kN +11.88 kN=23.13 kN 图2-7竖向受荷总图注：1：图中各值的单位为Kn2：图中数值为标准值2.2.4风荷载统计 为了简化计算，作用在外墙面上的风荷载可近似用作用在屋面梁和楼面梁处得等效集中荷载替代。作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值：Wk=zsz0(hi+hj)B/2式中： 0：基本风压，0=0.5kN/m3 z ： 风压高度变化系数，因建设地点位于某县城内，所以地面粗糙度为C类 s ：风荷载体型系数，根据建筑物的体型查的=1.3 z ：风振系数，基本自振周期对于钢筋混凝土框架结构可用T1=0.08n（n是建筑物层数）估算，大约为0.64s0.25s应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响，；(公式2-2) hi：下层柱高hj：上层柱高，对顶层为女儿墙高度的2倍B：迎风面的宽度，B=3.0m离地高度Z/mzzs0/(kN/)hi/mhj/mwk/kN25.050.921.581.30.4532.46.9122.050.871.531.30.45337.0319.050.821.491.30.45336.4516.050.761.451.30.45335.8213.050.741.381.30.45335.3910.050.741.321.30.45335.127.050.741.241.30.45334.854.050.741.161.30.453.634.992.2.4.1风荷载作用下的位移计算： 横向2-8层D值计算构件名称i=ib/2icc=i/(2+i)D=cic12/h2A轴柱0.720.26518409B轴柱1.400.41228620C轴柱1.190.37325911D轴柱0.500.20013894D=18409+28620+25911+13893=86833 kN/m 横向底层D值计算构件名称i=ib/icc=（0.5+i）/(2+i)D=cic12/h2A轴柱0.860.47619128B轴柱1.680.59223790C轴柱1.420.56122544D轴柱0.600.42316988D=19128+23790+22544+16998=82460 kN/m2.2.4.2风荷载作用下框架侧移计算：水平荷载作用下框架的层间侧移可按下式计算： (公式2-3)式中 一 第j层总剪力； 一第j层所在柱的抗侧刚度之和； 一第j层得层间侧移；