高校学生公寓楼结构设计计算书.doc

西 京 学 院本科毕业设计（论文）题 目：某高校学生公寓楼结构设计院 系：工程技术系学生专业：土木工程学 生：张志峰学 号：0600060222指导老师：郑军兴2010年4月摘 要本工程为某高校学生公寓楼，主体为5层钢筋混凝土框架结构，层高3.3米，建筑物总高度为21.3米，总建筑面积要求达到4723.2平方米，每间4至6人要求设计，有独立的卫生间和阳台，最大能满足900人入住。本次毕业设计中，第一部分设计是结构部分的设计，在这部分设计中，首先进行的是结构选型,根据各结构体系的优缺点，及本工程的实际情况，在符合经济的条件下，采用钢筋混凝土框架结构体系。其次进行结构平面布置，根据荷载情况，在满足结构受力合理，荷载传递简捷、梁宜拉通，避免凌乱，及满足建筑要求和方便施工等原则下，进行纵、横向梁布置，并根据规范和经验公式，进行主次梁截面初步估算。手算第四轴框架上的荷载，用PK计算其内力并配筋。在设计过程中，广泛采用天正、Auto CAD绘图软件来辅助绘图。在整个设计过程中，严格遵循相关的专业规范的要求，参考相关资料和有关最新的国家标准规范，对设计的各个环节进行综合全面的科学性考虑。总之，适用、安全、经济、使用方便是本设计的原则。设计合理可行的建筑结构方案是现场施工的重要依据。本设计书包括如下部分：1 工程概况；2 楼盖设计；3 荷载计算；4 框架结构的受力分析、计算和设计；5 桩基础设计。关键词 钢筋混凝土，框架，结构设计University students dormitory structural designeBy : ZhangZhifeng NO: 0600060222Instructs teacher: ZhengJunxing Xijing UniversityAbstractThis is a students dormitory of a University l in the Xian newly developed area. Its function is provides the residence for the school student. It is a multi-layer reinforced concrete frame. It has five stories, the height of the first storey is 3.3 meters, and the height of other stories are all 3.3 meters. The height of the whole building is 18.5 meters. The total floor space is 4723.2 square meters. One room can live four students, has the independence the bathroom and the balcony. Altogether can live 440 people.This paper includes the following parts:1. The survey of the program.2. The design of the floor slab.3. The calculation of the load.4.The mechanical analysis，calculation and design of the frame.5. The design of the pile base.Keywords Reinforced concrete, frame, the design of the structure目 录第一章 工程概况1第二章 楼盖设计22.1 设计资料22.2 楼盖盖的结构平面布置图22.3 板的设计32.4 次梁的设计5第三章 框架结构布置及计算简图83.1 梁柱尺寸83.2 计算简图83.3 梁柱线刚度9第四章 恒荷载内力计算104.1 恒荷载计算104.2 恒荷载作用下内力计算12第五章 活荷载内力计算205.1 活荷载计算205.2 活荷载作用下内力计算20第六章 风荷载内力计算276.1 风荷载计算276.2 内力计算28第七章 地震作用内力计算317.1 重力荷载代表值计算317.2 水平地震作用计算327.3 一榀框架内力计算34第八章 内力组合378.1 梁内力组合378.2 柱内力组合41第九章 截面设计449.1 梁截面设计449.2 柱截面设计47第十章 基础设计5310.1 边柱基础5310.2 中柱基础55参考文献58致谢5 前 言1 毕业设计的目的：毕业设计是土木工程专业学生毕业前的最后学习和综合训练的阶段，是知识深化、拓宽、教学的重要过程，是学生学习、研究和实践的全面总结，也是对学生综合素质与工程实践能力的全面检验，是实现本科培养目标的重要阶段。通过毕业设计，着重培养学生综合分析和解决问题的能力、组织管理和社交能力，培养学生独立工作的能力以及严谨、扎实的工作作风和事业心、责任感。为学生将来走上工作岗位，顺利完成所承担的建设任务奠定基础。毕业设计的任务是，综合运用大学四年所学理论基础及专业知识，通过进一步的学习和设计训练，使学生熟悉建筑空间环境组合设计和构造设计的基本原理和方法，具备一般工业与民用建筑设计的基本技能；能够根据不同情况，合理地选择结构、构造方案；能熟练地进行结构设计计算；较好地掌握计算机在建筑、结构设计计算中的应用，提高分析和解决实际问题的能力，学会利用各种设计资料，为适应实际工作打下良好的基础。2 毕业设计时间安排：设计准备阶段 0.5 周建筑设计阶段 6 周 结构设计阶段 7 周答辩前准备及答辩 1 周（5月中旬）合 计 14.5周第一章 工程概况本工程为西安某高校学生宿舍。工程为五层现浇钢筋混凝土框架结构。工程所在地抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.20g，设计地震分组为第一组，场地类别为类。屋面做法：钢筋混凝土现浇板，20mm石灰砂浆抹底，20mm水泥砂浆找平，80160厚（3%找坡）膨胀珍珠岩保温层，四层作法防水层（一毡二油上铺小石子）。楼面做法：钢筋混凝土现浇板，20mm石灰砂浆抹底，20mm水泥砂浆找平，水磨石面层。墙身做法：由普通砖砌筑而成，普通砖自重18kN/m3，厚度240mm。门窗做法：门为木门，自重0.2 kN/m2，窗为钢窗玻璃窗，自重0.4 kN/m2。活荷载：上人屋面均布活荷载标准值2.0kN/m2，楼面活荷载标准值2.0kN/m2。常年主导风向为东北风，基本风压0.35KN/ m2，基本雪压0.2KN/ m2,室外计算温度t=-8-32年降水量：634.0mm，日最大降水量92.3mm地基情况：表面为0.5米原耕种土。下为湿陷性黄土，地耐力标准值为本设计计算书包括楼盖、框架主体结构、基础部分的计算和设计。第二章 楼盖设计2.1 设计资料1）楼面做法：钢筋混凝土现浇板，20mm石灰砂浆抹底，20mm水泥砂浆找平，水磨石面层。2）楼面荷载：均布活荷载标准值2kN/m23）材料：混凝土强度等级为C30；梁内受力纵筋为HRB335，其余为HPB235钢筋2.2 楼盖盖的结构平面布置图 见图2-1图2-1 楼盖结构平面布置图2.3 板的设计（弹性理论）1）荷载计算活荷载标准值： 2.0 kN/m2恒荷载标准值：水磨石面层 0.65 kN/m220厚水泥砂浆找平0.0220=0.40kN/m2100mm厚钢筋混凝土楼板 0.125=2.5kN/m220mm厚石灰砂浆抹底 0.0217=0.34kN/m2 小计 3.89 kN/m2荷载设计值g=1.23.89=4.67kN/m2 ，q=1.42.0=2.8kN/m2q/2=1.4kN/m2，g+q/2=6.07kN/m2，g+q=7.47kN/m2）弯矩计算弯矩值计算表表2-1ABCDl01 (m)2.43.62.43.6l02 (m)7.27.27.27.2l01/l020.330.500.330.50m1(0.04+0.20.0038) 6.072.42+(0.0965+0.20.0174) 1.42.42=2.248(0.0397+0.20.0042) 6. 073.62+(0.0212+0.20.0862) 1.43.62=3.923(0.0400+0.20.0038) 6.072.42+(0.0205+0.20.0880) 1.42.42=1.749(0.04+0.20.0038) 6.073.62+(0.0559+0.20.0079) 1.43.62=4.121m2(0.0038+0.20.04) 6. 072.42+(0.0174+0.20.0965) 1.42.42=3.05(0.0042+0.20.0397) 6.073.62+(0.0862+0.20.0212) 1.43.62=2.607(0.0038+0.20.0400) 6. 072.42+(0.0880+0.20.0205) 1.42.42=1.160(0.0038+0.20.04) 6.073.62+(0.0079+0.20.0559) 1.43.62=1.236m1-0.08297.472.42=-3.600-0.08297.473.62=-8.101-0.08297. 472.42=-3.600-0.08297. 473.62=-8.101m2-0.05707. 472.42=-2.476-0.05707. 473.62=-5.570-0.05707.472.42=-2.476-0.05707.473.62=-5.5703）截面设计截面有效高度：假定选用8钢筋，则l01方向跨中截面的h01=80mm；l02方向跨中截面的h02=70mm；支座截面h0=80mm。最小配筋率smin=0.27%，则Asmin=0.27%1000100=270mm2截面设计时取用的弯矩设计值：中间跨的跨中截面及中间支座截面减小20%；边跨跨中截面及楼板边缘算起的第二个支座截面处，当lb/l01.5时减小20%，当lb/l0=1.52.0时减小10%；楼板的角区格不折减。为了便于计算，近似取=0.95，计算过程见下表楼面板配筋计算表表2-2 跨中截面h0(mm)m (kNm)As(mm2)配筋实配As (mm2)Al01方向800.82.248=1.798112.668180279l02方向700.80.713=0.57040.828180279Bl01方向803.923245.808180279l02方向702.607186.688180279Cl01方向801.749109.598180279l02方向701.16083.068180279Dl01方向804.121329.688150335l02方向701.23686.528180279支座截面h0(mm)m (kNm)As(mm2)配筋实配As (mm2)A-A80-0.82.476=-1.981124.128180279A-B80-5.570349.008140359A-C80-2.476155.148180279C-D80-5.570349.008140359B-B80-5.570349.008140359B-D80-8.101505.768100503边缘支座截面h0(mm)m (kNm)As(mm2)配筋实配As (mm2)B80-5.570349.008140359Dl01方向80-8.101505.768100503l02方向80-5.570349.008140359C80-2.476155.1481802792.4 次梁的设计次梁L跨度7.2m，次梁截面高度h=l/18l/12=7200/187200/12=400mm600mm，取h=600mm，截面宽度取b=200mm。（1）荷载设计值板传来的荷载p=2pe=23.76kN/m次梁自重0.2(0.6-0.1)251.2=3kN/m次梁粉刷0.02(0.6-0.1)2+0.2171.2=0.5kN/m填充墙自重和粉刷 0.24(3.3-0.6) 18+0.022(3.3-0.617) 2=15.34 kN/m则荷载总设计值g+q=42.6kN/m（2）内力计算弯矩设计值：跨中 支座 剪力设计值：跨中 支座 （3）正截面受弯承载力计算跨中按T形截面计算翼缘宽度=1400mm混凝土强度等级为C30，fc=14.3N/mm2，ft=1.43N/mm2。纵向受力钢筋采用HRB335，fy=300N/mm2;箍筋采用HPB235，fyv=210N/mm2故跨中为第一类T形截面，可按矩形截面进行计算Asmin=242mm2跨中：配置414(As=615mm2)支座：配置420(As=1256mm2)（4）斜截面受剪承载力计算验算截面尺寸,，由下式可知截面尺寸满足要求计算所需箍筋采用6双肢箍筋，计算截面尺寸由,得取s=200mm第三章 框架结构布置及计算简图3.1 梁柱尺寸1梁高 hb=(1/121/8)l横向 hb=600900mm，取800mm纵向 hb=600900mm，取700mm过道 hb=200300mm，考虑到次梁高度为600mm，也取为600mm梁宽 b=(1/21/3)h400266,300200,统一取b=300 mm2柱截面尺寸本工程为现浇钢筋混凝土结构，8度设防，高度30m，抗震分组为第一组，类场地，取底层中柱估算柱尺寸，根据经验荷载为15kN/m2：N=5157.2(3.6+1.2)=2592kN由轴压比限值得Ac=201399mm2 柱截面尺寸为500mm500mm3.2 计算简图取轴线处框架，两端悬挑单独计算。初步设计基础顶面离室外地面500mm，则底层层高为3.3+0.5+0.5=4.3m图3-1 框架结构计算简图3.3 梁柱线刚度(其中E=3.0104N/mm2)AB,CD跨梁 i=2E0.30.83/7.2=3.5610-3EBC跨梁 i=2E0.30.63/2.4=4.510-3E上部各层柱i= E0.54/3.3=1.610-3 E底层柱 i= E0.554/4.3=1.810-3 E将梁柱线刚度标于计算简图中第四章 恒荷载内力计算4.1 恒荷载计算1屋面框架梁线荷载标准值20厚水泥沙浆找平0.0220=0.40kN/m280160厚（3%找坡）膨胀珍珠岩(0.08+0.16)27=0.84kN/m2四层作法防水层 0.36kN/m2100mm厚钢筋混凝土楼板 0.125=2.5kN/m220mm厚石灰砂浆抹底 0.0217=0.34kN/m2 屋面恒荷载 4.44 kN/m2边框架梁自重 0.30.825=6kN/m边框架梁粉刷 2(0.8-0.1)0.0217=0.48kN/m中框架梁自重 0.30.625=4.5kN/m2中框架梁粉刷 2(0.6-0.1)0.0217=0.34kN/m则作用于屋面框架梁上线荷载标准值为：g5AB1=6.48kN/m g5BC1=4.84kN/mg5AB2=m4.443.6=15.98kN/g5BC2=4.442.4=10.66kN/m2楼面框架梁线荷载标准值20mm厚水泥砂浆找平 0.0220=0.40kN/m2100mm厚钢筋混凝土楼板 0.125=2.5kN/m220mm厚石灰砂浆抹底 0.0217=0.34kN/m2水磨石面层 0.65 kN/m2 楼面恒荷载 3.89 kN/m2边框架梁自重及粉刷 6.48kN/m中框架梁自重及粉刷 4.84kN/m边跨填充墙自重 0.24(3.3-0.8)18=10.8kN/m填充墙粉刷 (3.3-0.8)0.02217=1.7kN/m则作用于楼面框架梁上线荷载标准值为：gAB1=6.48+10.8+1.7=18.98kN/m gBC1=4.84kN/m gAB2=3.893.6=14.00kN/m gBC2=3.892.4=9.34kN/m3屋面框架节点集中荷载标准值纵向框架梁自重 0.30.87.225=43.2kN纵向框架梁粉刷 2(0.8-0.1)0.027.217=3.43kN纵向框架梁传来的屋面恒荷载 2(3.6/2)24.44=28.77kN次梁自重及粉刷 0.60.2257.2/2+20.02(0.6-0.1)7.2/2=10.87kN次梁传来的屋面恒荷载 (1-20.252+0.253)4.443.67.2/2=51.25kN1m高女儿墙自重及粉刷 17.20.2418+217.20.0217=36kN 则顶层边节点集中荷载为：G5A=176.52kN纵向框架梁自重及粉刷 43.1+3.43=46.63kN纵向框架梁传来的屋面恒荷载 28.77+(1-20.172+0.173)4.447.22.4/2=65.10kN次梁自重、粉刷及传来的屋面恒荷载 10.87+51.25=62.12kN 则顶层中节点集中荷载为：G5B=173.85kN4楼面框架节点集中荷载标准值纵向框架梁自重及粉刷 46.63kN纵向框架梁传来的楼面恒荷载 2(3.6/2)23.89=25.21kN次梁自重及粉刷 10.87kN次梁传来的楼面恒荷载 (1-20.252+0.253)3.893.67.2/2=44.9kN钢窗自重 (21.01.7+1.22.6) 0.42=5.216kN墙体自重 (3.37.2-6.52)0.2418=74.48kN墙面粉刷 2(3.37.2-6.52)0.0217=13.07kN框架柱自重 0.5023.325=20.63kN柱面粉刷40.50.0217=0.68kN 中间层边柱节点集中荷载为：GA=241.69kN纵向框架梁自重及粉刷 46.63kN纵向框架梁传来的楼面恒荷载25.21+(1-20.172+0.173)3.897.22.4/2=57.04kN次梁粉刷、自重及传来的楼面恒荷载 10.87+44.9=55.77kN木门自重 21.02.60.2=1.04kN墙体自重 (3.37.2-5.2)0.2418=80.18kN墙面粉刷 20.02(3.37.2-5.2)17=12.62kN框架柱自重及粉刷 20.63+0.68=21.31kN 中间层中柱节点集中荷载为：GB=274.59kN4.2 恒荷载作用下内力计算1计算简图图4-1 计算简图2荷载等效顶层边跨 顶层中跨 中间层边跨 中间层中跨 荷载等效后的计算简图如下图4-2 等效后的计算简图3固端弯矩计算顶层边跨 顶层中跨 中间层边跨 中间层中跨 4分层计算弯矩（取半结构计算）1）顶层分配系数计算如下内力计算过程如下（单位：kNm）表 4-11-41-22-12-52-30.2880.7120.4910.1990.310-89.4789.47-5.5225.7763.7031.85-28.43-56.86-23.04-35.908.1920.2410.24-2.52-5.03-2.04-3.170.731.790.90-0.44-0.18-0.2834.69-34.6970.13-25.26-44.87M图见下页（单位：kNm）图4-3 顶层弯矩图2）中间层分配系数计算如下内力计算过程如下（单位：kNm）表4-23-63-13-44-34-24-74-50.2240.2240.5520.4100.1660.1660.258-135.86135.86-5.1330.4330.4375.0037.5-34.49-68.97-27.93-27.93-43.407.737.7319.049.52-1.95-3.90-1.58-1.58-2.460.440.441.080.54-0.22-0.09-0.09-0.1438.638.6-77.2110.33-29.6-29.6-51.13M图见下页（单位：kNm）图4-4 中间层弯矩图3）底层分配系数计算如下内力计算过程如下（单位：kNm） 表4-33-63-13-44-34-24-74-50.2120.2650.5230.3930.1590.1990.249-135.86135.86-5.1328.836.0071.0535.53-32.68-65.35-26.44-33.09-41.416.938.6617.098.55-1.68-3.36-1.36-1.71-2.130.360.450.880.44-0.17-0.07-0.09-0.1136.0945.11-81.2111.54-27.87-34.89-48.78M图如下（单位：kNm）图4-5 底层弯矩图5不平衡弯矩分配计算过程见如下（单位：kNm），方框内为原不平衡弯矩表4-4左梁上柱下柱右梁4.859.1612.87-9.16-7.91-9.873.0611.566.097.50-8.42-5.387.4012.87-13.49-6.84-9.874.7212.877.18.09-9.87-6.597.7819.56-15.57-6.59-9.875.0912.876.627.86-9.87-6.698.7915.04-15.41-6.11-9.294.9412.879.463.88-9.87-8.30-2.77-6.731.962.466跨中弯矩计算7剪力计算 图4-6 恒荷载作用下的M图（单位：kNm）8轴力计算框架结构的剪力图和轴力图如下（单位：KN）图4-7 恒荷载作用下的V，N图（单位：KN）第五章 活荷载内力计算5.1 活荷载计算1框架梁线荷载标准值qAB=2.03.6=7.2kN/mqBC=2.02.4=4.8kN/m2框架节点集中荷载标准值边节点：纵向框架梁传来的活荷载 3.622.0/2=12.96kN次梁传来的活荷载 (1-20.252+0.253)2.03.67.2/2=23.09kN则QA=36.05kN中节点：纵向框架梁传来的活荷载 12.96+(1-20.172+0.173)2.07.22.4/2=31.58kN则QB=31.58+23.09=54.67kN5.2 活荷载作用下内力计算1计算简图图5-1 计算简图2荷载等效顶层边跨 中跨 荷载等效后的计算简图如下：图5-2 等效后的计算简图3固端弯矩计算边跨 中跨 4分层计算弯矩1）顶层内力计算过程如下（单位：kNm）表5-11-41-22-12-52-30.2880.7120.4910.1990.310-27.6927.69-1.447.9719.729.86-8.87-17.73-7.19-11.192.556.323.16-1.55-0.63-0.9810.52-10.5221.43-7.82-13.61M图如下（单位：kNm）图5-3 顶层弯矩图2）中间层内力计算过程见表（单位：kNm） 表5-23-63-13-44-34-24-74-50.2240.2240.5520.4100.1660.1660.258-27.6927.69-1.446.206.2015.297.65-6.95-13.90-5.63-5.63-8.741.561.563.831.92-0.79-0.32-0.32-0.497.767.76-15.5222.57-5.95-5.95-10.67M图如下（单位：kNm）图5-4 中间层弯矩图3）底层内力计算过程如下（单位：kNm）表5-3 3-63-13-44-34-24-74-50.2120.2650.5230.3930.1590.1990.249-27.6927.69-1.445.877.3414.487.24-6.58-13.16-5.33-6.66-8.341.401.743.441.72-0.68-0.27-0.34-0.437.279.08-16.3522.81-5.60-7.00-10.21M图见图5-5（单位：kNm）图5-5 底层弯矩图5不平衡弯矩分配计算过程如下（单位：kNm），方框内为原不平衡弯矩表5-4左梁上柱下柱右梁0.971.842.59-1.04-1.58-1.980.613.512.141.88-2.61-1.851.232.59-3.37-1.21-1.981.182.591.431.62-1.98-1.321.432.59-2.86-1.32-1.981.022.591.331.58-1.98-1.341.773.03-3.10-1.23-1.870.992.591.900.78-1.98-1.66-0.55-1.350.390.49不平衡弯矩调整之后即可得出活荷载作用下框架弯矩图（单位：kNm）图5-6 活荷载作用下的M图（单位：kNm）6跨中弯矩计算7剪力计算中跨端部剪力各边跨段部剪力：8轴力计算框架结构的剪力图和轴力图如下（单位：kN）V N图5-7 活荷载作用下的V，N图（kNm）第六章 风荷载内力计算基本风压w0=0.35kN/m2，地面粗糙度为B类。6.1 风荷载计算wk=zszw0，建筑物高度30m，故z=1.0迎风时s1=+0.8，背风时s2=-0.5，则s=0.8+0.5=1.3计算过程见下表表6-1楼层高度H(m)zwkA(m2)P(kN)五171.180.53723.7612.76四13.71.10.50023.7611.88三10.41.010.45923.7610.91二7.11.00.45523.7610.81一3.81.00.45527.3612.45计算简图（单位：kN）图6-1 计算简图6.2 内力计算1抗侧刚度和反弯点高度确定计算过程见下表表6-2楼层KD(104kN/m)y0y12y23y3yhh-yh边柱五2.2250.532.80.410101.351.95四2.2250.532.80.45010101.491.81三2.2250.532.80.50010101.651.65二2.2250.532.80.50010101.651.65一1.980.622.170.5500.7702.371.93中柱五5.040.723.810.450101.491.81四5.040.72