三层宿舍楼毕业设计计算书.doc

摘要本课题是一宿舍楼的框架结构的设计，结构设计主要是取一榀框架，为三层、三跨，进行梁柱截面尺寸的估算，竖向荷载作用下及水平风荷载作用下的框架内力计算，梁柱的内力组合，配筋计算和桩基础计算。框架内力计算方法为：恒载计算时采用弯矩二次分配法，活载计算时采用分层法逐层求得；计算风荷载时运用D值法计算。而后，根据规范进行内力组合，然后进行梁柱的截面校核及配筋计算。最后，楼板按弹性计算双向板配筋，桩基础进行承台的验算及配筋计算。关键词 框架；结构设计；内力计算；内力组合；桩基础Abstract This project is a dormitory design of a concrete frame construction. In the part of the frame calculation under vertical loads the frame is irregular which contain 3 layers and 3 span. Carried out to estimate the size of column section. The design of structure is made up of a frame calculation under vertical loads, the calculation of wind load under horizontal loads, the association of internal farces ,disposing steel bar for beams and column, two-way slab calculation, and pile foundation calculation. The framework of the method of calculating internal forces: Dead load used in the calculation of secondary bending moment distribution method, Live load calculations obtained using layer-by-layer stratification; In horizontal wind load calculation used D value method. Then, According to regulate internal force to portfolio, Column and then proceed to check and reinforcement of the cross-section calculation. Finally, the floor plate by a flexible two-way,reinforcement calculated, Pile caps based on the calculation of check and reinforcement.Keywords frames；structural design；calculating internal forces；the internal force combination；pile foundation目录摘要Abstract1.工程概况11.1 设计资料11.1.1设计项目名称11.1.2建设地点11.1.3建筑介绍11.1.4地质条件11.1.5气象资料11.1.6材料:12.结构设计22.1结构布置方案及结构选型22.2确定结构计算简图22.2.1三个假设：22.2.2结构计算简图：22.3主要构件选型32.4梁截面尺寸的确定32.4.1主梁截面尺寸的确定32.4.2次梁截面尺寸的确定42.5柱截面尺寸的确定52.5.1按轴力估算52.5.2按轴压比验算62.6梁柱线刚度计算63.荷载计算83.1设计资料83.2 恒载计算83.2.1梁自重83.2.2柱自重93.2.3墙自重及装饰93.2.4屋面板面荷载标准值93.2.5楼板面荷载标准值103.2.6屋面框架节点荷载103.2.7 楼面框架节点荷载113.2.8恒荷载作用在框架梁上的荷载123.3 活荷载计算133.3.1活荷载作用在框架梁上的均布荷载143.3.2活荷载作用在框架柱上的集中荷载143.4 风荷载标准值计算164.框架内力计算184.1恒载作用下框架内力计算184.1.1梁的固端弯矩计算184.1.2节点弯矩分配系数计算194.1.3恒载作用下框架弯矩计算204.1.4弯矩调幅204.1.5恒载作用下框架梁、柱的剪力计算204.1.6恒载作用下框架柱轴力计算244.1.7梁跨中最大弯矩的计算254.2活荷载作用下内力计算274.2.1梁的固端弯矩计算274.2.2节点弯矩分配系数计算284.2.3活载作用下框架弯矩计算294.2.4弯矩调幅和控制截面内力计算304.2.5活载作用下框架梁、柱剪力计算304.2.6活载作用下框架柱轴力计算324.2.7梁跨中最大弯矩计算334.3水平荷载作用下框架内力计算334.3.1 风荷载下的内力计算方法334.3.2柱剪力的计算344.3.3框架D值计算344.3.4各柱反弯点高度的计算344.3.5框架各柱的杆端弯矩、梁端弯矩计算354.3.6梁剪力及框架柱的轴力计算375内力组合395.1削峰395.2控制截面最不利的内力计算405.3框架内力组合405.4框架柱内力组合416.截面设计与配筋计算426.1设计资料说明426.2框架梁截面设计426.2.1梁跨中截面设计426.2.2梁支座截面设计436.2.3斜截面受剪承载力计算436.3框架柱截面设计456.3.1轴压比验算456.3.2截面尺寸复核466.3.3正截面受弯承载力验算466.3.4垂直于弯矩作用平面的受压承载力验算476.3.5斜截面受剪承载力验算497.楼板板配筋517.1荷载计算517.2双向板计算517.2.1弯矩计算517.2.2截面设计537.3单向板537.3.1荷载计算537.3.2内力计算547.3.3配筋计算548.基础设计558.1桩数确定及布置558.2基桩竖向承载力验算568.3承台抗冲切验算568.3.1柱对承台的冲切验算568.3.2角桩冲切验算578.4承台抗剪验算578.5承台受弯计算及配筋589.楼梯设计599.1 结构平面布置599.2 梯段板的设计599.2.1荷载计算599.2.2 内力计算609.2.3配筋计算609.3 平台板的设计609.3.1荷载计算619.3.2 内力计算619.3.3 配筋计算619.4 平台梁的设计619.4.1荷载计算619.4.2内力计算629.4.3配筋计算62参考文献65附录65致谢651.工程概况1.1 设计资料1.1.1设计项目名称：1.1.2建设地点：1.1.3建筑介绍：层数为 3层，建筑面积约2252平方米,楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土框架结构，属于民用建筑，防潮层以下墙体采用MU10.0机制砖，防潮层以上墙体采用粘土多孔砖，工程结构合理使用年限为50年。1.1.4地质条件：经地质勘察部门确定，此建筑场地为二类近震场地，设防烈度为6度。1.1.5气象资料：全年主导风向：全年西北风，夏季为东南风 基本风压：0.7 kN/m 基本雪压：0.3 kN/m1.1.6材料:柱采用C25，纵筋采用HRB335，箍筋采用HPB235，梁采用C25，纵筋采用HRB335，箍筋采用HPB235。基础采用C20，纵筋采用HRB335，箍筋采用HPB235。 2.结构设计2.1结构布置方案及结构选型根据建筑功能要求以及建筑施工布置图，本工程确定采用框架承重方案，框架梁、柱布置见结构布置见图2.1。图2.1 结构平面布置图2.2确定结构计算简图2.2.1三个假设：（1）平面结构假设：认为每一方向的水平力只由该方向的抗侧结构承担，垂直于该方向的抗侧力结构不受力；（2）板在自身平面内在水平荷载作用下，框架之间不产生相对位移；（3）不考虑水平荷载作用下的扭转作用2.2.2结构计算简图：根据结构平面布置图以第9轴作为计算单元，见图2.2图2.2结构计算单元2.3主要构件选型梁板柱结构形式：现浇钢筋混凝土结构。墙体采用：粘土多孔砖。墙体厚度：外墙:240mm，内墙:120mm。基础采用：桩基础。2.4梁截面尺寸的确定2.4.1主梁截面尺寸的确定 (1)跨度为8000mm的主梁。(主梁)高度为 取高度为 取宽度为 。初选截面尺寸为：。惯性矩为：（其中边框架梁，中框架梁）。(2)跨度为7200mm的主梁。(主梁)高度为 取高度为 取宽度为 。初选截面尺寸为：。(3)跨度为4000mm的主梁。(主梁)高度为 取高度为 取宽度为 。初选截面尺寸为：KL(3)惯性矩为：（其中边框架梁，中框架梁）2.4.2次梁截面尺寸的确定 (1)跨度为7200mm的次梁。(次梁)高度为 取高度为 取宽度为 。初选截面尺寸为：。(2)跨度为6200mm的次梁。(次梁)高度为 取高度为 取宽度为 。初选截面尺寸为： (3)跨度为4000mm的次梁。(次梁)高度为 取高度为 取宽度为 。初选截面尺寸为：。(4)跨度为3600mm的次梁。(次梁)高度为 取高度为 取宽度为 。初选截面尺寸为：。2.5柱截面尺寸的确定2.5.1按轴力估算边柱： 内柱： 2.5.2按轴压比验算 选C30型混凝土 =14.3 N/mm2 =0.9 边柱： 内柱： 边柱截面取bh=350mm450mm惯性矩为内柱截面取bh=350mm500mm惯性矩为 底层柱柱高：H=3770 mm；顶层柱柱高：H=3330mm；标准层柱高：H=3300mm框架梁柱现浇，屋面及楼面采用100mm厚现浇钢筋混凝土。2.6梁柱线刚度计算横梁线刚度计算过程及柱线刚度计算过程见表2.1和表2.2表2.1 横梁线刚度计算表类别砼弹性模量截面尺寸贯性矩跨度梁线刚度中框架梁边梁2508008000中间梁2504004000表2.2 柱梁线刚度计算表层数柱位置柱高度砼弹性模量截面尺寸贯性矩线刚度3边柱3330350450内柱33303505002边柱3300350450内柱33003505001边柱3770350450内柱3770350500取值作为基准值1，算得梁、柱的相对线刚度如图2.3所示。 图2.3 梁、柱的相对线刚度3.荷载计算3.1设计资料（1）设计标高：室内设计标高0.000，室内外高差300mm。（2）墙身做法：墙身采用粘土多孔砖，用M5混合砂浆砌筑。内墙面：普通白涂料二涂，8厚1:1:6水泥石灰膏砂浆找平，12厚1:3水泥砂浆分层赶平，砖墙面。外墙面：乳丙酸涂料二度罩面，8厚1:2水泥砂浆压光，12厚1:2水泥砂浆分层找平，砖墙面。（3）楼面做法：20厚1:2水泥砂浆找平抹光，水泥浆一道（内惨建筑胶）。（4）屋面做法（自上而下）：40厚C20细石混凝土面层，40厚硬质聚苯乙烯挤塑泡沫塑料板，4厚SBS改性沥青防水卷材一道，20厚1:3水泥砂浆找平，最薄处20厚1:6水泥炉渣找坡层。 3.2 恒载计算楼面荷载分配按双向板进行荷载等效分配，如右图3.1所示。短向分配：长向分配： 图3.1 双向板荷载分配示意图3.2.1梁自重自重： 0.25(0.8-0.1)254.38kN/m梁侧抹灰： 2(0.8-0.1)0.02200.56 kN/m自重： 0.25(0.7-0.1)253.75 kN/m 梁侧抹灰： 2(0.7-0.1)0.02200.48 kN/m自重： 0.25(0.4-0.1)251.875kN/m梁侧抹灰： 2(0.4-0.1)0.02200.24 kN/m自重： 0.25(0.55-0.1)252.81 kN/m梁侧抹灰： 2(0.55-0.1)0.02200.36 kN/m自重： 0.25(0.5-0.1)252.5 kN/m梁侧抹灰： 2(0.5-0.1)0.02200.32 kN/m自重： 0.25(0.4-0.1)251.88 kN /m梁侧抹灰： 2(0.4-0.1)0.02200.24 kN/m自重： 0.25(0.35-0.1)251.56 KN/m梁侧抹灰： 2(0.35-0.1)0.02200.20 kN/m3.2.2柱自重 顶层内柱： 0.350.5025(3.33-0.10)14.13 kN 粉刷： (0.352+0.502)0.02(3.33-0.10)202.19 kN标准层内柱： 0.350.5025(3.30-0.10)14.00 kN粉刷： (0.352+0.502)0.02(3.30-0.10)202.18 kN底层内柱： 0.350.5025(3.77-0.10)16.06 kN粉刷： (0.3520.502)0.02(3.30-0.10)202.18kN 顶层边柱： 0.350.45(3.33-0.10)2512.72 kN 粉刷： （0.3520.452)0.02(3.33-0.10)202.07kN标准层边柱： 0.350.45(3.30-0.10)2512.60 kN粉刷： 2(0.350.45)0.02(3.30-0.10)202.05kN底层边柱： 0.350.45(3.77-0.10)2514.45kN粉刷： 2(0.350.45)0.02(3.30-0.10)202.05 kN3.2.3墙自重及装饰隔墙、半砖墙及装饰 0.1215(0.012200.00820)22.6 kN/m 外墙240墙及装饰 0.2415(0.012200.00820)24.4 kN/m3.2.4屋面板面荷载标准值面层： 40mm厚C20细石混凝土 0.04220.88 kN/m 隔热层：0厚硬质聚苯乙烯挤塑泡沫塑料板 0.040.5=0.02 kN/m防水层：4厚SBS改性沥青防水卷材 0.0040.4=0.0016 kN/m找坡层：20mm厚最薄处1:6水泥炉渣 0.02140.28 kN/m找平层：20mm厚1:3水泥砂浆 0.02200.4 kN/m结构层：100mm厚现浇混凝土楼板 0.1252.5 kN/m顶棚： 20mm厚水泥砂浆抹底 0.02200.4 kN/m屋面荷载 4.48 kN/m 3.2.5楼板面荷载标准值面层：20厚水泥砂浆面层 0.02200.4 kN/m结构层：100mm厚现浇混凝土楼板 0.1252.5 kN/m顶棚： 20mm厚水泥砂浆抹底 0.02200.4 kN/m楼面荷载 3.3 kN/m3.2.6屋面框架节点荷载A轴框架梁自重： 3.753.6227kN梁侧抹灰： 0.483.623.46kN女儿墙重： 4.42.97.291.87kN 梁传来屋面重 0.93.64.48229.03kNA节点集中荷载 =151.36 kN集中力引起的附加弯矩为：151.360.10515.89B轴框架梁自重： 3.753.6227kN梁侧抹灰： 0.483.623.46 kN次梁传来自重： 2.56.2/41.884.0/4+1.563.6/47.16 kN梁侧抹灰： 0.326.2/40.244.0/4+0.203.6/40.92kN女儿墙重： 4.42.97.291.87kN梁传来屋面 3.61.84.48(2.6+6.2)1.8/24.48=64.51kNB节点集中荷载 194.92kN集中力引起的附加弯矩为：194.920.1325.34次梁传来自重： 2.813.62+2.56.20.527.98 kN梁侧抹灰： 0.363.62+0.326.20.53.58kN梁传来屋面重 29.0364.5193.54kN 1/A轴节点集中荷载 125.10kN次梁传来自重： 1 .563.65.62kN梁侧抹灰： 0.203.60.72kN 1/B轴节点集中荷载 6.34 kN3.2.7 楼面框架节点荷载 A轴框架梁自重： 3.753.6227kN梁侧抹灰： 0.483.623.46kN墙重： 1.107.24.434.85kN梁传来楼面重 0.93.63.30221.38kNA节点集中荷载 =86.69kN集中力引起的附加弯矩为：86.690.1059.10B轴框架梁自重： 3.753.6227 kN梁侧抹灰： 0.483.623.46 kN次梁传来自重： 2.56.2/41.884.0/4+1.563.6/47.16 kN梁侧抹灰： 0.326.2/40.244.0/4+0.203.6/40.92kNKL(2)上墙重： (3.330.7)7.21.51.824.459.56kNLL(2)上墙重： (3.330.5)6.22.6/222.81kN窗重： 1.51.820.452.43 kN梁传来屋面重 3.61.83.30(2.6+6.2)1.8/23.30=47.52kNB节点集中荷载 170.86kN集中力引起的附加弯矩为：170.860.1322.21次梁传来自重： 2.813.62+2.56.20.527.98 kN梁侧抹灰： 0.363.62+0.326.20.53.58 kNLL(2)上墙重： (3.330.5)6.22.6/222.81kNLL(1)上墙重： (3.330.55)7.21.51.824.464.31kN梁传来屋面重 29.0364.5193.54 kN 1/A轴节点集中荷载 212.22 kN次梁传来自重： 1 .563.65.62 kN梁侧抹灰： 0.203.60.72 kNLL(3)上墙重： (3.330.35)3.64.447.20kN1/B轴节点集中荷载 53.54 kN在一层有玻璃采光顶（防火玻璃），故需加上其荷载重。一层B节点集中荷载二层B节点集中荷载玻璃重，即(1.6+3.6)10.45+(1.6+3.6)0.50.450.5+210.50.45170.86+3.37=174.23 kN集中力引起的附加弯矩为：173.940.1322.61kNm一层1/B节点集中荷载(1.6+3.6)10.50.45255.88 kN3.2.8恒荷载作用在框架梁上的荷载跨：A1/A所受荷载为梁自重引起的均布荷载，即4.94kN/m， 1/AB所受荷载为板重引起的梯形荷载和梁自重引起的均布荷载两部分组成，4.483.616.13 kN/m，4.94 kN/m。跨(跨相同)：梁上荷载为由梁自重引起的均布荷载，即2.12kN/m。跨(跨相同)：A1/A所受荷载为梁自重引起的均布荷，即4.94kN/m，1/AB所受荷载为板重引起的梯形荷载，梁自重引起的均布荷载以及梁上墙自重引起的均布荷载三部分组成，3.33.611.88 kN/m，4.94+6.5811.52kN/m跨：所受荷载为玻璃采光顶引起的三角形荷载和梁自重引起的均布荷载两部分组成，0.452.00.90 kN/m，2.12kN/m。恒荷载作用下框架的荷载简图(标准值) 如图3.2所示。图3.2 恒荷载作用简图(标准值)为方便计算，根据力等效，梁上的荷载转化为均布荷载，转化后的恒荷载作用简图如图3.3所示。3.3 活荷载计算查荷载规范：宿舍楼面均布活荷载标准值为2.0 kN/m上人屋面均布活荷载标准值为2.0 kN/m不上人屋面均布活荷载标准值为0.5 kN/m。屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取大值。图3.3 恒荷载作用下等效简图（标准值）3.3.1活荷载作用在框架梁上的均布荷载跨(各层均相同)： A1/A所受荷载为0,1/AB所受荷载为梯形荷载，为7.2 kN/m。 跨(唯一层有，视玻璃采光顶为不上人屋面)：BC所受荷载为三角形荷载，为1.0 kN/m3.3.2活荷载作用在框架柱上的集中荷载屋面框架节点: A节点: 0.93.62.06.48kN集中力引起的附加弯矩为： 6.480.1050.68 B节点: 3.61.82+(2.6+6.2)1.828.80 kN集中力引起的附加弯矩为： 28.800.133.74 1/A节点: 6.4828.8035.28kN楼面框架节点:普通层和屋面相同。在一层有玻璃采光顶（防火玻璃），故需加上其荷载重：28.8(1.6+3.6)10.5+(1.6+3.6)0.50.50.5+210.50.532.55 kN集中力引起的附加弯矩为：32.550.134.23(1.6+3.6)10.50.522.60kN活荷载作用下框架的荷载简图(标准值) 如图3.4所示。图3.4 活荷载作用简图(标准值)为方便计算，根据力等效，梁上的荷载转化为均布荷载，转化后的活荷载作用简图如图3.5所示。图3.5 活荷载作用下等效简图（标准值）3.4 风荷载标准值计算 风荷载标准值计算公式为: ，本地区基本风压0.7 kN/m2 ,因结构高度H=10.2m30m，可取1.0,由荷载规范查（体形系数），迎风面取0.8，背风面0.5, 可查荷载规范，Z为框架节点至地面的高度，A为一榀框架上受到风荷载的面积，地面粗糙程度为B类。将风荷载换算成作用于框架节点上的集中荷载，计算过程如表3.1所示，集中力作用图如图3.6所示。表3.1 集中风荷载标准值计算层次A(m2)P(kN)31.01.310.21.010.70.9232.8730.2421.01.36.871.00.70.9123.8721.7211.01.33.571.00.70.9124.7322.50图3.6 风荷载集中力作用简图4.框架内力计算4.1恒载作用下框架内力计算恒载作用下框架的荷载简图，如图3.2和图3.3所示。4.1.1梁的固端弯矩计算梁端弯矩以绕杆端顺时针转向为正，反之为负。由荷载求固端弯矩，框架梁上的荷载作用简图可见图4.1,并列其梁端弯矩计算公式。（a）（b）（c）图4.1 几种荷载作用下杆端弯矩根据图4.1中所示的各种荷载作用形式下梁端的弯矩计算公式，可计算出框架中各层梁端的弯矩，计算过程可见表4.1。计算恒载作用下的梁端、柱端弯矩采用二次分配法计算。由于结构和荷载对称，故计算时可取半框架。表4.1 各层梁固端弯矩计算表作用荷载层号梁端位置弯矩产生形式集中力产生弯矩()均布荷载产生弯矩()跨中集中力产生弯矩()恒载3A-135.25-83.41-218.66B左39.2783.41122.68B右-2.83-3.17-6.002A-229.44-95.57-325.01B左66.6195.57162.18B右-2.83-26.77-29.601A-229.44-95.57-325.01B左66.6195.57162.18B右-3.57-27.94-31.514.1.2节点弯矩分配系数由前述的线刚度比可求得各杆端的弯矩分配系数，计算杆端弯矩分配系数时，由于计算简图中的中间跨梁跨长为原梁长的一半，故其线刚度应为原值的两倍，如：框架上和两节点相关杆端弯矩分配系数。点： 点： 点： 点： 4.1.3恒载作用下框架弯矩计算弯矩二次分配法计算步骤如下：因框架结构和作用荷载对称，仅取半跨进行分析。将各节点处竖向荷载作用下各跨梁的固端弯矩进行第一次分配。将所有杆端分配弯矩向远端传递，传递系数均取1/2。将各节点传递弯矩而产生的新的不平衡弯矩进行第二次分配。将各杆端的固端弯矩，分配弯矩和传递弯矩相加得各杆端弯矩。注意：在节点作用有集中力矩，应考虑集中力矩的分配（矩形框中即为集中力矩）。弯矩计算过程如图4.2所示。恒载作用下的弯矩图即M图如图4.3所示4.1.4弯矩调幅考虑梁端弯距调幅(调幅系数为0.85，跨中不调),调幅后的梁端弯矩示于图4.3中的括号内。4.1.5恒载作用下框架梁、柱的剪力计算剪力以顺时针为正，反之为负。梁剪力由梁上荷载和梁端弯矩两部分引起。AB梁的剪力计算简图如图4.4所示，BC梁的剪力计算简图如图4.5所示，A柱剪力计算简图如图4.6所示。图4.4 AB梁的剪力计算简图 图4.2 弯矩二次分配计算过程(单位：)图4.3 恒载作用下M图(单位：) 以梁为例计算其剪力(其余各梁剪力计算列与表4.2中)：kNkN图4.5 BC梁的剪力计算简图 以梁为例计算其剪力(其余各梁剪力计算列与表4.2中)： kN kN 图4.6 A柱剪力计算简图以下计算各层中A柱与B柱的剪力：A柱： kN kN kNB柱： kN kN kN表4.2 恒载下梁剪力计算(单位：kN)层次总剪力AB跨BC跨3158.91-91.317.41-7.412236.82-118.7631.01-31.011235.44-120.1433.30-33.30恒载作用下的梁柱剪力图即V图，如图4.7所示。图4.7 恒荷载作用下V图(单位：kN)4.1.6恒载作用下框架柱的轴力计算柱轴力以受压为正，受