学士学位论文--某小区住宅楼设计的建筑与结构设计.doc

目录
摘 要............................................................3
Abstract.............................................................. 4
第 1 章 工程概况................................................. 5
第 2 章 结构选型与布置................................................6
2.1 结构承重方案选择........................................... 6
2.2 结构布置....................................................... 6
第 3 章 框架计算简图及梁柱线度.....................................7
3.1 计算单元选取....................................... 7
3.2 梁的截面尺寸算.................................................... 7
3.3 柱的截面尺寸初选.......................................... 7
3.4 现浇板厚度初选........................................ 8
3.5 结构计算简图.................................................. 8
第 4 章 荷载计算......................................................10
4.1 恒载标准值计算.............................................10
4.1.1 屋面框架梁线荷载标准值....................................11
4.1.2 楼面横梁竖向线荷载标准值.............13
4.1.3 屋面框架节点集中荷载标准值...........14
4.2 地震作用计算............................................... 18
4.2.1 重力荷载代表值 Gi 的计算................ 18
4.2.2 地震作用计算....................................20
第 5 章 内力计算........................................................24
5.1 恒载作用下的框架内力.................................24
5.1.1 弯矩分配系数....................................24
5.1.2 杆件固端弯矩......................................29
5.1.3 节点不平衡弯矩.................................30
5.1.4 内力计算.............................................30
5.2 活载作用下的框架内力.................................39
5.2.1 梁固端弯矩........................................39
5.2.2 纵梁偏心引起的柱端附加弯矩.................39
5.2.3 满跨活载布置及节点不平衡弯矩.........39
5.2.4 内力计算............................................41
5.3 地震作用下横向框架内力计算.....................44
5.3.1 0.5（雪+活）重力荷载作用下横向框架的内力计算.............. 45
5.3.2 地震作用下横向框架的内力计算................52
第 6 章 框架内力组合................................................57
6.1 组合................................................................. 57
第 7 章 框架梁、柱截面设计....................................67
第 8 章 楼梯设计....................................................69
8.1 梯段板设计.................................................... 70
8.2 平台板设计................................................... 71
8.3 梯段梁 TL 计算..........................................72
第 9 章 板的设计......................................................74
9.1 跨中最大弯矩............................................. 74
9.2 内力计算..................................................... 74
9.2.1 楼面板计算........................................74
9.2.2 屋面板计算..........................................81
第 10 章 基础设计......................................................88
10.1 荷载计算..................................................... 88
10.2 确定基础面积.............................................89
10.2.1 A 柱................................................. 90
10.2.2 B 柱.......................................... 91
10.2.2 C 柱............................................... 91
10.2.2 D 柱.................................................. 91
10.3 基础结构设计..............................................92
10.3.1 荷载设计值.....................................92
10.3.2 A 柱................................................. 92
10.3.3 B 柱.............................................. 94
10.3.4 C 柱................................................ 95
10.3.5 D 柱................................................ 96
参考文献.................................................................... 97
致 谢........................................................ 97
附录............................................................ 99
附录 1 外文译文................................................... 99
附录 2 任务书................................................... 108
附录 3 开题报告.................................................. 113

摘要
本设计是郑州某小区住宅楼设计的建筑与结构设计，考虑建筑布置的要求，结构选型选择框架结构，结构布置尽量满足使用，耐久，美观三方面的要求。
本设计选取住宅楼的一榀作为计算模型，采用手算。其中恒载，活载的计算采用二次弯矩分配法。在内力组合的过程中考虑荷载满跨布置，并考虑地震作用，找出荷载的最不利组合，并由此进行这一榀框架的配筋。在计算书中还进行了板配筋的计算和基础的计算。
本设计主要包括两部分，第一是建筑设计，第二是结构设计。本着安全，适用，美观和节约的原则进行设计，共七层，整个建筑外形呈平面外形，与周围其他建筑相互协调，既满足了实用要求也体现了美观。在选择材料方面优先考虑安全耐用，其次是价格合理经济实惠。整个建筑从方案选型到结构设计都严格按照设计手册及相关规范，在构造方面也进行充分考虑，以满足住宅功能要求。
关键词：框架，地震作用，住宅楼，D 值法，二次弯矩分配

Abstract
This design is a district in Zhengzhou residential building of architecture and structure design，Considering the requirement to architecture distribution, choose
frame as the structure, the distribution of structure try to meet the requirements in aspects of utility, Durability and Aesthetics.
This design chooses one story of the building as the calculation model, and calculated by hand. Herein the calculation of Dead Load and Live Load applied the Moment Redistribution Method. During the process of internal force combination,consider the calculation of full span distribution load，and Considered earthquake，to get the most disadvantageous Load Effect Combination, hence carry out thereinforcement for this frame. In the calculation sheet，also there are calculation tothe slab reinforcement and foundation.
The design content mainly includes two major parts: First construction plan design; Second structural design. In line with is safe, suitable, artistic and the frugal principle carries on the design. The main structure used within the corridor,a total of seven-story，flat shape of the building in shape, and mutual coordination of the surrounding buildings, both to meet the practical requirements also reflects the beautiful. Priority in choosing safe, durable materials, followed by the reasonable prices affordable. Selection of the building to the structural design from the program in strict accordance with the Design Manual and related specifications,in terms of the construction to give full consideration to meet the business functional requirements.
Keywords: Frame, Seismic action ， Residential building, Matrix Displacement
Method, Second moment distribution method

第1章
工程概况
(1)工程名称：郑州市某小区住宅楼；
(2)建设地点：郑州市；
(3)建筑高度：共 22.11m,共 7 层,层高 3.0m,室内外高差 0.45m；
(4)风雪条件：基本风压为 0.40kN/m （n=50 年） ；
基本雪压为 0.40kN/m （n=50 年） ；
(5)工程抗震设防烈度：7 度，设计基本地震加速度值为 0.15g，设计地震分组为第二组，
查《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010），抗震等级为三级；
(6)工程地质：场地平坦、无障碍物，经地质、文物勘探，地质良好，地下无古代建筑，地基土为粘性土为主，建筑场地类别为Ⅱ类；
(7)材料选用：
混凝土：C30；
钢筋：钢筋选用热轧钢筋 HRB335 级和 HPB300 级；
墙体：外墙、内墙、隔墙均采用非承重空心砖（γ=3.6kN/m3）；
门窗：塑钢窗（γ=0.5kN/m2），木门（γ=0.20kN/m2）；

第2章
结构选型与布置
2.1 结构承重方案选择
本工程采用现浇钢筋混凝土框架结构，建筑形状为一字型。
1.梁﹑板﹑柱结构形式：现浇钢筋混凝土结构
2.墙体厚度：外墙:200mm，内墙:200mm
3.楼梯采用现浇板式楼梯
4.基础采用柱下独立基础
2.2 结构布置
结合建筑的平面、立面和剖面布置情况，本教学楼的结构柱网平面布置如图 2-1 所示。
图 2-1 结构平面布置图
6

华北水利水电大学毕业设计
第 3 章 框架计算简图及梁柱线刚度
3.1 计算单元选取
框架计算单元如图 3-1 所示，取⑦轴上的一榀框架计算。假设框架柱嵌固于基础顶面
框架梁与柱刚接。由于各层柱的截面尺寸不变，故梁跨等于柱截面形心轴之间的距离。底
层柱高从基础顶面算至二层楼面。如图 3-1 所示。
3.2 梁的截面尺寸估算
边跨梁（AB 跨）：取 h≥l/12=3600/12=300mm,取 h=450，则 b=300mm。
中跨梁（BC、CD 跨）：取 h≥l/12=4500/12=375,取 h=450mm,则 b=300mm。
纵向框架梁：取 b×h=300mm×600mm。次梁：b×h=300mm×350mm。
3.3 柱的截面尺寸初选
柱截面尺寸一般根据柱的轴压比限制按下式估算：
Ac ³
N
[m N ] f c
该框架结构在 7 度抗震设防地区，楼层总高 22.11m £ 24m，查《建筑抗震设计规范》
（GB50011—2010）得抗震等级为三级，轴压比限值[ m N ]=0.9。N=βFgEn,边柱β取 1.3，中
柱取 1.25，fc=14.3N/mm2
对于边柱 N=1.3×A1×14×7=1.3×6.9×2.25×14×7=1977.89kN
N1977.89 ´ 103
所以，Ac=== 153681.82 mm²
[m N ] f c0.9 ´ 14.3
对于中柱 N=1.25×A2×14×7=1.25×6.9×4.5×14×7=3803.63kN
N3803.63 ´ 103
Ac=== 295541.96 mm²
[m N ] f c0.9 ´ 14.3
综合计算结果并考虑其他因素选取边柱和中柱截面为：b×h＝550mm×550mm
7

华北水利水电大学毕业设计
3.4 现浇板厚度初选
连续双向板：h ³ L/40=120mm，取 h=120mm
3.5 结构计算简图
本工程横向框架计算单元如图 3-2 所示，框架的计算简图假定底层柱下端固定于基础，
按地质资料提供的数据，查《建筑抗震设计规范》可判断该场地为Ⅱ类场地土，地质条件
较好，初步确定本工程基础采用柱下独立基础。基础埋深一般为建筑高度的 1/15～
1/20,H=22.11m。基础埋深取 1.65m。柱子的高度底层为 h1=3.0+1.65+0.45-0.5=4.6m（初
步假定基础高度 0.5m）。二～五层柱高度为 h2～h7=3.0m。柱节点刚接，横梁的计算跨度
取柱中心至中心间距离，三跨分别为 l=3600mm、4500mm、4500mm。
8

华北水利水电大学毕业设计
图 3-2 框架计算简图
9

华北水利水电大学毕业设计
第4章
荷载计算
本例中的荷载传递示意图如下图所示，板传至梁上的三角形或梯形荷载为均布荷载。
图 4-1 荷载传递示意图
4.1 恒载标准值计算
10

华北水利水电大学毕业设计
4.1.1 屋面框架梁线荷载标准值
图 4-2 恒载作用下结构计算简图
11

华北水利水电大学毕业设计
图 4-3 活载作用下计算简图
1)
屋面恒荷载标准值计算
12

华北水利水电大学毕业设计
35mm 厚架空隔热板
防水层
20mm 厚 1:3 水泥砂浆
130mm 厚现浇钢筋混凝土板
20mm 厚石灰砂浆抹底
0.035×25=0.875 kN / m 2
0.4 kN / m 2
0.02×20kN/m3=0.4 kN / m 2
0.13×25kN/m =3.25 kN / m 2
3
0.02×17kN/m =0.34 kN / m 2
3
合 计 5.27 kN / m 2
2)
框架梁及粉刷自重
a) 各跨梁自重
b) 边框梁侧粉刷
0.3×0.45×25=3.375 kN / m
2×（0.45-0.13）×0.02×17=0.218 kN / m
合 计 3.593 kN / m 2
3)
作用在顶层框架梁上的线恒荷载标准值
各跨梁自重
板传来的荷载
g7AB1=g7BC1=g7CD1=3.593 kN / m 2
g7AB2=5.27×3.6=18.972 kN / m 2
g7BC2=5.27×4.5=23.715 kN / m 2
g7CD2=5.27×6.6=34.782 kN / m 2
4)
作用在顶层框架梁上的线活荷载标准值
q7AB=0.7×3.6=2.52 kN / m 2
q7BC=0.7×4.5=3.15 kN / m 2
q7CD=0.7×6.6=4.62 kN / m 2
4.1.2 楼面横梁竖向线荷载标准值
1)
楼面恒荷载标准值计算
水磨石面层
20mm 厚水泥砂浆面层
结构层：120mm 厚现浇混凝土楼板
13
0.65 kN / m 2
0.02×20=0.4 kN / m 2
0.12×25=3.00 kN / m 2

华北水利水电大学毕业设计
抹灰层：20mm 厚混合砂浆
0.02×17=0.34 kN / m 2
合计 4.64 kN / m 2
2)
各跨框架梁及粉刷自重（均布）
3.593 kN / m
3）作用在楼面层框架梁上的线恒荷载标准值
各跨梁自重
板传来的荷载
gAB1=gBC1=gCD1=3.593 kN / m 2
gAB2=4.64×3.6=16.704 kN / m 2
gBC2=4.64×4.5=20.88 kN / m 2
gCD2=4.64×6.6=30.624 kN / m 2
4）作用在顶层框架梁上的线活荷载标准值
qAB=2×3.6=7.2 kN / m 2
qBC=2×4.5=9.0 kN / m 2
qCD=2×6.6=13.2 kN / m 2
4.1.3 屋面框架节点集中荷载标准值
图 4-4 恒载顶层集中力
1)
恒载
D 点：
14

华北水利水电大学毕业设计
边跨连系梁自重
梁粉刷
0.6m 高女儿墙
墙粉刷
连系梁传来的屋面自重
次梁自重的传递
0.3×0.6×6.9×25=31.05 kN
2×（0.6-0.13）×0.02×6.9×17=2.21 kN
0.6×6.9×3.6=14.9 kN
0.6×2×0.02×6.9×17=2.82 kN
5.27×3.3×1.65×2=57.39 kN
0.5×0.3×0.35×4.5×25×3/6.9×2=5.14 kN
板→次→主→柱的荷载 0.5×5.27×（1.2+4.5）×1.65/2×2×2×3/6.9=21.56 kN
次梁粉刷
2×（0.35-0.13）×0.02×4.5×17×3/6.9×2×0.5=0.30 kN
合计 G7D=135.37 kN
C 点：
中跨连系梁自重
梁粉刷
0.3×0.6×6.9×25=31.05 kN
2×（0.6-0.13）×0.02×6.9×17=2.21 kN
连系梁传来的屋面自重 5.27×3.3×1.65×2+5.27×(2.4+6.9)×2.25/2=112.53 kN
次梁自重的传递
0.5×0.3×0.35×4.5×25×3/6.9×2=5.14 kN
板→次→主→柱的荷载 0.5×5.27×（1.2+4.5）×1.65/2×2×2×3/6.9=21.56 kN
次梁粉刷
2×（0.35-0.13）×0.02×4.5×17×3/6.9×2×0.5=0.30 kN
合计 G7C=172.79 kN
B 点：
中跨连系梁自重
梁粉刷
连系梁传来的屋面自重
31.05 kN
2.21 kN
[2.55/6.9×5.27×(3.3+5.1)×1.8/2+5.27×1.8×
0.9×0.5×6/6.9]×2+5.27×(2.4+6.9)×2.25/2=92.01 kN
次梁自重的传递
板→次→主→柱的荷载
5.1/6.9×0.3×0.35×3.6×25×2×0.5=6.98 kN
[5.27×3.6×1.8×0.5+5.27×(3.6+1.8)×0.9/2]×
5.1/6.9×0.5×2=22.09 kN
次梁粉刷
2×（0.35-0.13）×0.02×3.6×17×5.1/6.9×2×0.5=0.40 kN
15

华北水利水电大学毕业设计
合计 G7B=154.74 kN
A 点：
边跨连系梁自重
梁粉刷
0.6m 高女儿墙
墙粉刷
连系梁传来的屋面自重
0.3×0.6×6.9×25=31.05 kN
2×（0.6-0.13）×0.02×6.9×17=2.21 kN
0.6×6.9×3.6=14.9 kN
0.6×2×0.02×6.9×17=2.82 kN
[2.55/6.9×5.27×(3.3+5.1)×1.8/2+5.27×
1.8×0.9×0.5×6/6.9]×2=36.87 kN
次梁自重的传递
板→次→主→柱的荷载
次梁粉刷
6.98 kN
22.09 kN
0.40 kN
合计 G7A=117.32 kN
2)
活载
Q7D=0.5×0.7×(1.2+4.5)×1.65/2×2×2×3/6.9+0.7×3.3×1.65×2=10.49 kN
Q7C=0.5×0.7×(1.2+4.5)×1.65/2×2×2×3/6.9+0.7×3.3×1.65×2+0.7×
(2.4+6.9)×2.25/2=17.81 kN
Q7B=[2.55/6.9×0.7×(3.3+5.1)×1.8/2+0.7×1.8×0.9×0.5×6/6.9]×2+0.7 ×
(2.4+6.9)×2.25/2+[0.7×3.6×1.8×0.5+0.7×(3.6+1.8)×0.9/2]×5.1/6.9×0.5×
2=15.39 kN
Q7A=[2.55/6.9×0.7×(3.3+5.1)×1.8/2+0.7×1.8×0.9×0.5×6/6.9]×2+[0.7×
3.6×1.8×0.5+0.7×(3.6+1.8)×0.9/2]×5.1/6.9×0.5×2=7.83 kN
4.1.4 楼面框架节点集中荷载标准值
16

华北水利水电大学毕业设计
图 4-5 恒载中间层节点集中力
1)
恒载
D 点：
边柱连系梁自重
边柱纵向连系梁粉刷
连系梁传来的楼面自重
次梁自重传来的荷载
板→次→主→柱的荷载
次梁粉刷
31.05 kN
2.21 kN
4.64×3.3×1.65×2=50.53 kN
5.14 kN
0.5×4.64×（1.2+4.5）×1.65/2×2×2×3/6.9=18.97 kN
0.30 kN
合计 GD=108.21 kN
C 点：
中柱连系梁自重
边柱纵向连系梁粉刷
31.05 kN
2.21 kN
连系梁传来的楼面自重 4.64× 3.3×1.65×2+4.64×（2.4+6.9）×2.25/2=99.08 kN
次梁自重传来的荷载
板→次→主→柱的荷载
次梁粉刷
5.14 kN
0.5×4.64×（1.2+4.5）×1.65/2×2×2×3/6.9=18.98 kN
0.30 kN
合计 GC=156.76 kN
B 点：
边柱连系梁自重
17
31.05 kN

华北水利水电大学毕业设计
边柱纵向连系梁粉刷
连系梁传来的楼面自重
次梁自重传来的荷载
板→次→主→柱的荷载
次梁粉刷
2.21 kN
81.01 kN
6.98 kN
19.45 kN
0.40 kN
合计 GD=141.1 kN
A 点：
边柱连系梁自重
边柱纵向连系梁粉刷
连系梁传来的楼面自重
次梁自重传来的荷载
板→次→主→柱的荷载
次梁粉刷
31.05 kN
2.21 kN
32.46 kN
6.98 kN
19.45 kN
0.40 kN
合计 GD=92.55 kN
框架柱自重
GA’=GB’=GC’=GD’=0.55×0.55×3×25=22.69 kN
2)
活载
QD=10.49/0.7×2=29.97 kN
QC=17.81/0.7×2=50.89 kN
QB=15.39/0.7×2=43.97 kN
QA=7.83/0.7×2=22.37 kN
4.2 地震作用计算
4.2.1 重力荷载代表值 Gi 的计算
1) 集中于屋盖处的质点重力荷载代表值 G7
18

华北水利水电大学毕业设计
50%雪载
屋面恒载
横梁
纵梁
女儿墙
柱重
横墙
纵墙
0.5×0.4×49.5×12.6=124.74 kN
5.27×49.5×12.6=3286.90 kN
3.593×（4.5×2+3.6）×10=452.72 kN
（31.05+2.21）×6×4+（0.3×0.6×2.7×25）×3×4=944.04 kN
0.6×3.6×（49.5+12.6）×2=268.27 kN
0.55×0.55×25×1.8×40=544.5 kN
3.6×（23×4.5×1.5+16×3.6×1.5）=869.94 kN
3.6×[6×(4.8×1.5-3.6×2.1/2)+3×(2.1×1.5-0.9×2.1/2)+3×
(2.7×1.5-1.2×2.1/2)+3×(1.8×1.5-0.9×2.1/2)+6×4.8×1.5+3×2.1×1.5+3×2.7
×1.5+3×1.8×1.5+6×(3.3×1.5-1.8×2.1/2)+6×(3×1.5-1.8×2.1/2)+3×(2.7×
1.5-1.8×2.1/2)+6×3.3×1.5+3×2.7×1.5]=705.67 kN
塑钢窗
27×0.9×2.1×0.5×0.4=10.21 kN
合计
G7=7206.99 kN
2) 集中于三、四层处的质点重力荷载 G2~G6
50%楼面活载
楼面恒载
横梁
纵梁
柱重
横墙
纵墙
塑钢窗
0.5×2.0×49.5×12.6=623.7 kN
4.64×49.5×12.6=2893.97 kN
452.72 kN
944.04 kN
544.5×2=1089 kN
869.94×2=1739.88 kN
705.67×2=1411.34 kN
10.21×2=20.42 kN
合计
3) 集中于二层处的质点重力荷载标准值 G1
G2=G3=G4=G5=G6=9175.07 kN
50%楼面活载
楼面恒载
19
623.7 kN
2893.97 kN

华北水利水电大学毕业设计
横梁
纵梁
柱重
横墙
纵墙
塑钢窗
452.72 kN
944.04 kN
0.55×0.55×25×（2.3+1.5）×40=1149.5 kN
869.94+869.94×2.3/1.5=2203.85 kN
705.67+705.67×2.3/1.5=1787.70 kN
20.42 kN
合计 G1 =10075.9 kN
4.2.2 地震作用计算
1) 框架柱的抗侧移刚度
在现浇楼盖中，中框架的抗弯惯性矩取 I=2I0，边框架梁取 I=1.5I0；其中 I0 为框架梁按矩
形截面计算的截面惯性矩。横梁，柱的线刚度见下表：
表 4-2 横梁、柱线刚度
截面尺寸
杆件
B(mm)
边框架梁
边框架梁
中框架梁
中框架梁
底层框架柱
中层框架柱
300
300
300
300
550
550
H(mm)
450
400
450
450
550
550
EC
(kN / mm )
2
Ec
L
(kN • mm )
i=
2.28×107
2.85×107
3.04×10
3.8×107
4.98×107
7.63×10
7
7
相对刚度
30
30
30
30
30
30
1
1.25
1.33
1.67
2.18
3.35
每层框架柱总的抗侧移刚度：
其中 K =
åi
2iz
c
（一般层），
K=
åi
iz
c
（底层） K = å ic / 2iZ (一般层)
；
ac =
12a c × izK0.5 + K
（一般层） a c =，（底层） D=；
2+ K2+ Khj2
表 4-3 框架柱横向侧移刚度 D 值
项目
K = å ic / 2iZ (一般层)
a c = K / (2 + K )(一般层)
20
D =a c • iz • (12 / h 2 ) 根数

华北水利水电大学毕业设计
层
柱类型
及截面
边框架边柱 1
（550×550）
边框架中柱 1
（550×550）
边框架中柱 2
二
（550×550）
至
边框架边柱 2
七
（550×550）
层
中框架中柱 1
（550×550）
中框架中柱 1
（550×550）
中框架中柱 2
（550×550）
边框架中柱 2
（550×550）
边框架边柱 1
（550×550）
边框架中柱 1
（550×550）
边框架中柱 2
（550×550）
边框架边柱 2
底 （550×550）
层 中框架边柱 1
（550×550
中框架中柱 1
（550×550
中框架中柱 2
（550×550
中框架边柱 2
（550×550
K = å iC / iZ (底层)
0.37
0.67
0.60
0.30
0.50
0.90
0.79
0.40
1.15
2.06
1.83
0.92
1.53
2.75
2.44
1.22
a c = (0.5 + K ) / (2 + K )(底层)
0.16
0.25
0.23
0.13
0.2
0.31
0.28
0.17
0.52
0.63
0.61
0.49
0.58
0.68
0.66
0.53
（kN/mm）
16.28
25.43
23.40
13.23
20.35
31.54
28.49
17.29
14.69
17.79
17.23
13.84
16.38
19.20
18.64
14.97
2
2
2
2
8
8
8
2
2
2
2
2
8
8
8
8
注： ic 为梁的线刚度， iz 为柱的线刚度。
底层：∑D=2×(14.69+17.79+17