-某六层钢筋混凝土框架结构设计土木工程优秀学士学位论文.doc

SHANGHAI UNIVERSITY毕业设计（论文）UNDERGRADUATE PROJECT (THESIS)题 目: 某六层钢筋混凝土框架结构设计学 院 土木工程专 业 土木工程学 号 学生姓名 指导教师 起讫日期2013.3.5-2013.6.14上海大学毕业设计（论文）目 录摘要-ABSTRACT-第一章 设计依据-11.1设计依据及任务要求-11.2参考文献-2第二章 建筑设计-32.1建筑设计概述-32.2平面设计-82.3剖面设计-112.4立面设计-13第三章 结构设计-153.1设计依据-153.2结构方案选择-153.3 梁、板、柱截面设计-163.4框架结构计算简图及结构平面布置-18第四章 结构设计计算-214.1荷载计算-204.2水平地震荷载作用下框架的侧移及内力计算-224.3竖向荷载作用下框架内力计算-394.4框架内力组合-584.5截面设计-70第五章 楼梯设计计算-80 5.1梯段板计算-80 5.2休息平台板计算-81 5.3梯段梁计算-82第六章 楼面板设计计算-83 6.1 A区块设计计算-83 6.2 B区块设计计算 -84第七章PKPM计算结果-87 7.1结构设计信息-87 7.2第一层标准内力-88参考文献-127致谢-128I六层住宅楼设计摘要本次毕业设计题目为某六层钢筋混凝土框架住宅楼设计。总建筑面积约为2500m2 ，本工程结构设计采用框架结构。主体结构为6层框架结构。一至六层层高均为2.9m，室外地坪-0.6m。本设计分为建筑与结构设计两部分。其中主要有住宅楼平面、立面、剖面建筑设计，结构布置、结构选型、一榀框架的完整计算：包括荷载计算、地震力计算、内力计算、内力组合、截面设计及配筋计算。在手算的基础上，还使用了PKPM系列结构设计专用软件进行了校核。关键词：住宅楼、钢筋混凝土、框架结构ABSTRACTThis undergraduate project is a residential building.The total building area is 2500m2. The main structure is 6-storey framework. The height of 1st to 7th floor is 2.9m. The height of ground floor is -0.6m.This project consists of two parts.The first part is architectural design and another part is structural design. The main contents include graphic design, profile design, facade design of the office, structural arrangement, selection of tructure.The project also include complete calculation of one unit of the building: load calculation、seismic force calculation、internal force calculation、combination of internal forces calculation、beam and column design calculation 、reinforcement calculation. In addition to manual calculation, I also use PKPM series of structural design software to check.Key words: resdential building、reinforced concrete、frame structure第一章 设计依据1.1设计依据及任务要求1工程名称：某六层框架住宅楼设计。2建设单位：某建设单位。3建设场地：拟建建筑物位于上海市某郊区区。4新建住宅楼规模：总建筑面积2500平方米，无地下室。5本项目拟定开工日期：2013年10月1日，竣工日期：2014年9月30日。 6 工程简介及使用要求 :某框架住宅楼，该楼主要用于居民居住，为两室一厅一卫小户型结构，建筑总面积及房间使用要求详见参考表1-1。为满足使用要求，且经济美观，要综合考虑建筑、结构、施工等多方面因素如下。1）气象条件冬季采暖室外计算温度5C。主导风向：东北。基本风压0.55kN/m2。基本雪压：0.25kN/m2。年降雨量：1632mm；日最大降雨量：92mm；时最大降雨量：56mm；雨季集中在5、10月份。土壤最大冻结深度450mm。2）水文、地质条件：地下水稳定埋深0.51.0m，属潜水类型。地下水对混凝土结构不具腐蚀性，但在干湿交替条件下对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性。抗震设防烈度为7度，场地类别为II类。根据场地岩土工程条件和建筑物荷载较大的特点，建议本工程采用钻孔灌注桩基础或静压预制桩基础。有效桩长宜控制在30m以内。3）施工条件建设场地平坦，道路通畅，水、电就近可以接通，基本具备开工建设条件。拟参与投标的施工单位技术力量和机械化水平均较高。 房间及面积参考表 表1-1序号房间名称数量面积（）备注1卧室11152卧室21153客厅1244餐厅1105卫生间156厨房167阳台161.2参考文献本次毕业设计参考了各类建筑规范及文献资料，严格按照规范指标设计施工图房屋建筑学（教材）基础工程（教材）工程结构抗震设计（教材）钢筋混凝土结构设计（教材）民用建筑设计通则 GB50352-2005混凝土结构设计规范GB50010-2002建筑地基基础设计规范GB50011-2002建筑抗震设计规范 GB50011-2010建筑设计防火规范GB50016-2006第二章 建筑设计2.1建筑设计概述1.建筑概况1.设计题目某六层钢筋混泥土框架结构设计 2.建筑地点及基地平面图 本建筑位于上海市，场地平坦，由主管批准拟建基地平面图 3.建筑介绍：建筑面积约2500m2，楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土框架结构，楼板厚度取120mm，0.000以下填充墙采用粘土实心砖,0.000以上填充墙为300厚粘土空心砖.内隔墙,分户墙为200厚粘土空心砖墙，层数为6层，标准层高均为2.9m，底层层高为2.9米，室内外地坪高差为0.6米2.建筑技术条件资料 1.气象条件：某市地区基本风压0.55kn/m2，基本雪压0.25 kN/m2。2.地质条件：见表2-1 表2-1序号岩土分类土层深度(m)厚度范围（m）重度1234杂填土粘 土淤泥粉质粘土淤泥质粘土0.00.850.852.102.108.058.518.250.851.255.9510.21818.217.516.9注：1）天、地下水。2）表中给定土层由自然地平算起。建筑地点：建筑场地类别为二类场地土，设防烈度为7,设计基本加速度值为0.10g。3.设计部分： 1.设计理念 本建筑采用框架结构，是某住宅楼多层建筑，住宅使用年限为50年。2.建筑平面的设计：建筑平面是表示建筑物在水平方向房屋各部分的组合关系。在平面设计中，始终需要从建筑整体空间组合的效应来考虑，紧密联系建筑剖面和立面，分析剖面、立面的的可能性和合理性；也就是说，我们从平面设计入手，但是要着眼于建筑空间的组合。各种类型的民用建筑，从组合平面各部分面积的使用性质来分析，主要可归纳为使用部分和交通联系部分两大类：使用部分是指主要使用活动和辅助使用活动的面积，即各类建筑物中的使用房间和辅助房间。交通联系部分是指建筑物中各个房间之间、楼层之间和房间内外之间联系通行的面积，即各类建筑物中的走廊、门厅、过道、楼梯、电梯等占的面积。3.建筑体型和立面设计建筑物在满足使用要求的同时，它的体型、立面，以及内外空间组合等，还会给人们在精神上以某种感受。建筑物的美观问题，既在房屋外部形象和内部空间处理中表现出来，又涉及到建筑群体的布局，它还和建筑细部设计有关。建筑物的体型和立面，即房屋的外部形象，必须受内部使用功能和技术经济条件所约束，并受基地群体规划等外界因素的影响。建筑物的外部形象，并不等于房屋内部空间组合的直接表现，建筑体型和立面设计，必须符合建筑造型和立面构图方面的规律性，把适用、经济、美观三者有机地结合起。（1）建筑体型和立面设计的要求对房屋外部形象的设计要求，有以下几个方面 反映建筑功能要求和建筑类型的特征 结合材料性能、结构构造和施工技术的特点 掌握建筑标准和相应的经济指标 适应基地环境和建筑规划的群体布置 符合建筑造型和立面构图的一些规律（2）建筑体型的组合建筑物内部空间的组合方式，是确定外部体型的主要依据。建筑体型反映建筑物总的体量大小，组合方式和比例尺度等，它对房屋外型 的总体效应具有重要影响。建筑体型的组合要求，主要有以下几点： 完整均衡、比例恰当建筑体型的组合，首先要求完整均衡，这对较为简单的几何形体和对称的体型，通常比较容易达到。对于较为复杂的不对称体型，为了达到完整均衡的要求，需要注意各组成部分体量的大小比例关系，使各部分的组合协调一致，有机联系，在不对称中取得均衡。主次分明，交接明确建筑体型的组合，还需要处理好各组成部分的连接关系，尽可能做到主次分明，交接明确。建筑物有几个形体组合时，应突出主要形体，通常可以由各部分体量之间的大小、高低、宽窄，形状的对比，平面位置的前后，以及突出入口等手法来强调主体部分。交接明确，不仅是建筑造型的要求，同样也是房屋结构构造上的要求。体型简洁、环境协调简洁的建筑体型易于取得完整统一的造型效果，同时在结构布置和构造施工方面也比较经济合理。当然，造型本身是离不开功能要求的，它一般是内部空间的直接反映。但是，简洁、完美的造型要求以及不同建筑的外部性格特征又会反过来影响到平面布局及平面形状。建筑物的体型还需要与周围建筑，道路相呼应配合，考虑和地形、绿化等基地环境的协调一致，使建筑物在基地环境中显得完整统一、本置得当。使用功能平面组合的优劣主要体现在合理的功能分区及明确的流线组织两个方面。当然，采光、通风、朝向等要求也应予以充分的重视。（1）功能分区合理（2）流线组织明确（3）建筑立面设计建筑立面可以看成是由许多构造部件所组成：它们有墙壁体、梁柱、墙墩等构成房屋的结构构件，有门窗、阳台、外廊等和内部使用空间直接连通的部件，以及台基、勒脚、檐口等主要起到保护外墙作用的组成部分。恰当地确立这些组成部分和构部件的比例和尺度，运用节奏韵律、虚实对比等规律，设计出体型完整，形式与内容统一的建筑立面。完整的立面设计，并不只是美观问题，它和平面、剖面的设计一样，同样也有使用要求，结构构造等功能的技术方面的问题。尺度和比例尺度正确和比例协调，是使立面完整统一的重要方面。节奏感和虚实对比节奏韵律和虚实对比，是使建筑立面富有表现力的重要设计手法。材料质感和色调配置一幢建筑物的体型和立面，最终是以它们的形状、材料质感和色彩多方面的综合，给人们留下一个完整深刻的外观形象。重点及细部处理突出建筑物立面中的重点，既是建筑造型的设计手法，也是房屋使用功能的需要。4.抗震设计建筑物由于受气温变化、地基不均匀沉降以及地震等因素的影响，使结构内部产生附加应力和变形。解决的办法有二：一是加强建筑物的整体性；二是预先在这些变开敏感部位将结构断开，留出一定的缝隙，以保证各部分建筑物在这些缝隙中有足够的变形宽度而不造成建筑物的破损。（1）沉降缝 沉降缝的设置沉降缝主要满足建筑物各部分在垂直方向的自由沉降变形，故应将建筑物从基础到顶面全部剖断开。沉降缝的宽度随地基情况和建筑物的高度不同而定，参见表2-2：随地基情况和建筑物的高度不同沉降缝的宽度 表2-2地基情况建筑物高度沉降缝宽度（mm）一般地基H5mH=510mH=1015m305070软弱地基23层45层5层以上508080120120湿陷性黄土地基3070(2) 防震缝在地震区建造房屋，必然充分考虑地震对建筑造成的影响。为此我国制定了相应的建筑搞震设计规范。对多层应尽量选用合理的建筑结构方案，不设防震缝。当必须设置防震缝时，其最小宽度应符合下列要求：高度不超过15m时，可采用70mm；高度超过15m时，按不同设防列度增加缝宽：6度地区，建筑每增高5m，缝宽增加20mm；7度地区，建筑每增高4m，缝宽增加20mm；8度地区，建筑每增高3m，缝宽增加20mm；9度地区，建筑每增高2m，缝宽增加20mm；防震缝应沿建筑物全高设置，缝的两侧应布置双墙或双柱，或一墙一柱，使各部分结构都有较好的刚度。一般情况下，防震缝基础可不分开，但在平面复杂的建筑中，或建筑相邻部分刚度差别很大时，也需将基础分开。按沉降缝要求的防震缝也应将基础分开。 防震缝因缝隙较宽，在构造处理时，应充分考虑盖缝条的牢固性以及适应变形的能力。5.房屋层数的确定和剖面的组合形式影响确定房屋层数的因素很多，主要有房屋本身的使用要求，选用的结构类型，以及建筑防火等。建筑剖面的组合形式，主要由建筑物中各类房间的高度和剖面形状、房屋的使用要求和结构布置特点等因素决定的。剖面的组合方式大体上有以下几种：(1)单层单层剖面便于房屋中各部分人流或物品和室外直接联系。(2) 多高层多层剖面的室内交通联系比较紧凑，适应于有较多相同高度房间的组合，垂直交流通过楼梯联系。高层剖面能在占地面积较小的条件下，建造使用面积较多的房屋，这种组全有利于室外辅助设施和绿化等。(3) 错层和跃层错层剖面是在建筑物纵向或横向剖面中，房屋几部分之间的楼地面高低错开，它主要适应于结合坡地地形建造房屋。6.建筑空间的组合和利用建筑平面设计中，我们已经初步分析了建筑空间在水平方向的组合关系以及结构布置等有关内容，剖面设计院中将着重从垂直方向考虑各种高度房间的空间组合，楼梯在剖面的位置，以及建筑空间的利用等问题。(1) 建筑空间的组合高度相同或接近的房间组合高度相同、使用性质接近的房间可以组合在一起。高度相差较大房间的组合 在多层和高层房屋的剖面中，高度相差较大的房间可以根据不同高度房间的多少和使用性质，在房屋垂直方向上进行分层组合。在旅馆建筑中通常把房间高度较高的餐厅、会客、会议等部分组织在楼下的一、二层或顶层，旅馆的客房部分相对来说它们的高度要低一些，可以按客房标准层的层高给合。楼梯在剖面中的位置 楼样在剖面中的位置，是和楼梯在建筑平面中的位置以及建筑平面的组合关系密切联系在一起的。(2) 建筑体型的组合建筑物内部空间的组合方式，是确定外部体型的主要依据。建筑体型反映建筑物总的体量大小，组合方式和比例尺度等，它对房屋外型 的总体效应具有重要影响。建筑体型的组合要求，主要有以下几点： 整体均衡、比例恰当 建筑体型的组合，首先要求完整均衡，这对较为简单的几何形体和对称的体型，通常比较容易达到。对于较为复杂的不对称体型，为了达到完整均衡的要求，需要注意各组成部分体量的大小比例关系，使各部分的组合协调一致，有机联系，在不对称中取得均衡。主次分明，交接明确建筑体型的组合，还需要处理好各组成部分的连接关系，尽可能做到主次分明，交接明确。建筑物有几个形体组合时，应突出主要形体，通常可以由各部分体量之间的大小、高低、宽窄，形状的对比，平面位置的前后，以及突出入口等手法来强调主体部分。交接明确，不仅是建筑造型的要求，同样也是房屋结构构造上的要求。体型简洁、环境协调简洁的建筑体型易于取得完整统一的造型效果，同时在结构布置和构造施工方面也比较经济合理。建筑物的体型还需要与周围建筑，道路相呼应配合，考虑和地形、绿化等基地环境的协调一致，使建筑物在基地环境中显得完整统一、本置得当。2.2平面尺寸设定1.住宅楼楼总长度为30米，建筑两侧宽度为11.4米。楼体的形状设为一字形的原因是便于楼层内各个房间的整体布置和能够充分采光，并且规则的结构更符合美观的要求。本楼进深设置为5.7米，开间设置为3.3米。一般卧室房间面积约为14平方米。具体平面尺寸见图2-1到图2-4图2-1 底层平面 图2-2 标准层平面 图2-3 顶层平面 图2-4 屋顶平面 2.室内外台阶：由于室内外高差为0.6m，踏步高为0.16m，踏步宽为0.26m。3.楼梯：该建筑设置一折形双跑楼梯，踏步宽度为260mm，踏步高度为160mm梯段宽度为1400mm，平台宽度为1800mm，满足建筑设计防火规范中，平台宽度大于等于梯段宽度的要求。2.3剖面设计1层高设计根据规范要求住宅楼高度不小于2.6m，本工程设计层高为2.9米。剖面尺寸详见图2-5图2-5 剖面图2室内采光和通风根据民用建筑设计规范中规定，为满足房间采光通风要求。根据通风采光的要求设计门窗洞口如下表2-3： 门窗表 表2-3门窗型号数量门窗尺寸(宽mm高mm)设置位置M1410002100进户门M289002100卧室M347502100厕所M4418002400厨房M5426002400阳台C1418001500次卧室C2415001500厨房C3418001800主卧室C4433202000，13002000阳台3楼、屋面及墙面工程做法1）屋面做法见图2-6水泥砂浆保护层油毡防水层（三毡四油）保温层（聚苯乙烯泡沫塑料板）找平层（水泥砂浆,按2%找坡）钢筋混凝土楼板纸筋抹灰 2）楼面做法见图2-7 图2-6 屋面板分层水磨石地面钢筋混凝土楼板钢丝网抹灰吊顶 3）地面做法 40厚C20混凝土随捣随抹表面撒1:1水泥黄砂压实抹光150厚碎石夯实,灌M2.5混合砂浆素土夯实 4）内墙做法双面15厚1：3水泥砂浆抹灰 图2-7 楼板分层200厚加气混凝土墙5）外墙做法，见图2-8双面15厚1：3水泥砂浆抹灰300厚加气混凝土墙膨胀聚苯乙烯板加薄层抹灰并用玻璃纤维加强 图2-8 外墙分层2.4立面设计1色彩立面色彩四面均为白色，暗灰色屋顶，白色给人以干净、整洁的感觉。2 窗间比例关系根据住宅楼设计规范，住宅楼高度在2.8m到3.2m之间，窗户之间的距离一般是1.0m，该住宅楼楼层高为2.9m，窗户之间竖向距离为1.0m。尺寸详见图2-6及图2-7。图2-6 正南立面 图2-7 正北立面3 踢脚水泥砂浆踢脚高120mm,8厚1：0.5：2.5水泥石灰膏砂浆找平,8厚1：3水泥砂浆打底。4女儿墙女儿墙高0.9米，宽300mm。 图2-8东立面图 图2-9 西立面图第三章 结构方案设计说明3.1设计依据1参考文献高层建筑结构设计和计算教材混凝土结构教材工程结构荷载与可靠度设计原理教材采用中华人民共和国现行国家标准规范和规程进行设计，主要有：建筑结构荷载规范 GB50009-2012混凝土结构设计规范GB50010-2002建筑抗震设计规范 GB50011-20102 地下水稳定埋深0.51.0m。3本工程的混凝土结构环境类别：室内正常环境为一类，室内潮湿、露天及水土直接接触部分为二类a。4所在地区的抗震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度0.1g，场地类别为II类。550年一遇基本风压：0.55，雪压0.25kN/m2,地面粗糙度为B类,风载体形系数为1.3。楼面和屋面活荷载：按建筑结构荷载规范 GB500092001取值，具体数值（标准值）为：楼面2.0；楼梯2.5；不上人屋面：0.5。 3.2结构选型1结构体系选择由土建成本方面来考虑砌体结构约为 700，钢筋混凝土框架结构约为14001500，剪力墙成本约为18002000，框架剪力墙结构的成本约为15001800，钢结构的成本高昂。根据结构受力特点及结构造价方面的考虑本建筑设计为钢筋混凝土多层框架结构。该普通住宅楼，为建筑耐久年限为二级，建筑防火等级为三级，结构重要性等级为二级，建筑抗震等级为三级。建筑抗震设防类别为乙类，框架抗震等级三级。地上共6层，层高2.9m，基底标高为设计相对标高-2.1m，室外地坪标高为-0.6m,故底层柱子长度为4.5m。计算时将第七品横向框架作为计算框架。采用独立基础。2主要材料（1）设计中采用的各种结构材料，必须具有出厂质量证明书，或验收报告单，并在进场后按现行国家有关标准的规定进行校验，校验合格后方可在工程中进行使用。（2）按抗震设计的框架梁柱的纵向受力钢筋，在施工中不宜以强度等级较高的钢筋替代原设计中的钢筋。如需要替换时，应按照钢筋受拉承载力设计值相等的原则进行替换。施工中也不宜随意增加钢筋截面面积。（3）钢筋1）HPB235;2）HRB335;（4）混凝土强度等级：基础垫层C10，主体框架结构及基础为C20。（5）砌筑材料：填充墙用200厚及300厚加气混凝土，水泥砂浆等级为M10，混合砂浆等级为M5。3.3梁、板、柱截面设计1框架梁横梁： L=5700mm h=L/12L/8=475mm712mm 取h=600mmb=h/3h/2=200mm300mm 取b=300mm即横梁尺寸取 h x b =300mm x 600mm纵梁：L=3300mmh=L/12L/8=275mm412mm 取h=400mm梁宽 取b=200即纵梁尺寸取b x h=200mm x 400mm2板：取板厚120，混凝土C20，钢筋HPB2353柱：框架柱： 其中为轴压比，对非抗震地区=0.8 ，N柱轴力设计值 ，A柱截面面积 ，fc砼轴心抗压强度设计值，n验算截面以上楼层层数，F折算在单位面积上的重力荷载代表值，框架结构近似取12，边柱和中柱的负荷面积分别为和。边柱： 中柱：分别对应的柱子边长为276mm及357mm故取柱截面尺寸为3.4框架结构计算简图和结构平面布置图3-1 框架结构计算简图图3-2 结构平面布置图第四章 结构设计计算4.1荷载计算以轴线横向框架为计算分析对象1.恒载1.屋面横梁竖向线荷载标准值 20mm厚1:2水泥砂浆找平 100140mm厚（2%找坡）膨胀珍珠岩 120mm厚现浇钢筋混凝土楼板 15mm厚纸筋石灰抹底 屋面恒荷载 AC,BC框架梁自重 梁侧粉刷 因此作用在顶层框架梁上的线荷载为：梁自重： 板传来的荷载： 2.楼面横梁竖向线荷载标准值 20mm厚1:2水泥砂浆找平 120mm厚现浇钢筋混凝土楼板 15mm厚纸筋石灰抹底 楼面恒荷载 AC,BC框架梁自重及粉刷 因此作用在中间层框架梁上的线荷载为：梁自重： 板传来的荷载： 3.屋面横梁节点集中荷载标准值 AC，BC框架柱连系梁自重 粉刷 0.9m女儿墙自重 粉刷 连系梁传来屋面自重 顶层边节点集中荷载 中柱连系梁自重 粉刷 连系梁传来屋面自重 顶层中节点集中荷载 4.楼面横梁节点集中荷载标准值（未考虑填充墙重量） AC，BC框架柱连系梁自重 粉刷 连系梁传来屋面自重 中间层边节点集中荷载 中间柱连系梁自重 粉刷 连系梁传来屋面自重 中间层节点集中荷载 2活载： 4.2水平荷载作用下框架的侧移及内力计算本设计住宅楼抗震设防烈度为7 度，高度19m，查规范知其抗震等级为三级。查建筑抗震设计规范（GB500112010）1建筑总重力荷载代表值 （1）集中于屋盖处的质点重力荷载代表值 50%雪载 屋面恒载 横梁 纵梁