体院住宅楼结构设计-大学毕业设计.doc

本 科 毕 业 设 计沈阳体院住宅楼结构设计系（院） 石油与天然气学院专 业 土 木 工 程 班 级 0601 学 生 指导教师 2010 年 5 月 29 日摘 要本设计主要讲述了拟建住宅楼建筑结构设计的设计过程，它为钢筋混凝土框架结构。共六层，底层为车库，层高2.2米，其他层层高均为2.8米。建筑物总高度为18.4米。本住宅楼属于建筑中的民用筑类，在设计计算中参考了较多的相关书目，并且严格按照建筑设计规范来完成建的。其主要分为两大部分：第一部分为建筑设计。建筑设计是在总体规划的前提下，根据任务书的要求，综合考虑基地环境，使用功能，结构施工，材料设备，建筑设计及建筑艺术问题，解决建筑物的使用功能和空间的安排。依据建筑物的概念，建筑方针的原则，完成了拟建住宅楼以下几方面的设计：建筑布局，基本单元设计，公共部分设计，空间组合设计，屋面设计，建筑立面设计及建筑防火设计等等。第二部分为结构设计。结构设计由荷载计算，框架结构的受力分析，计算和设计，楼板设计，楼梯设计和基础设计等组成。该建筑的抗震设防烈度为7度，抗震等级为三级，考虑水平地震作用和风荷载对横向框架的影响，采用反弯点法计算内力。竖向荷载作用下，横向框架内力计算采用分层法计算，而内力组合比较了竖向荷载组合和竖向荷载与地震力组合时对框架梁，柱产生的不利影响，取两者中较大值对框架梁，柱进行截面设计。关键词：钢筋混凝土；框架；结构设计ABSTRACTThis thesis tell the design processes of a residential building in the national garden of someplace。It is six -layer reinforced concrete frame. It has six stories, the height of the first storey is 4.05 meters, and the height of other stories are all 2.8 meters. The height of the whole building is 18.4 meters.The teaching building belong to public buildings of civil building, in design of calculating consulting more relevant book lists, and finished according to the design specification of the building strictly. This design is divided into two major parts mainly: The first part is the architectural design。The architectural design is on the premise of master plan, according to the request of task book, considering the base environment synthetically, the function of use, the structure constructs, material equipment, architectural design and artistic question of the building , solve the function of use of the building and arrangement in the space. Whether according to concept design of building, principle policy of building,the design should finish the following aspects. The overall arrangement of the building , the elementary cell is designed, the public part is designed, the space is made up and designed, the roofing is designed, the elevation design of the building and building fire prevention and design etc. The second part is structural design. Structural design is consisted by calculation of wind load ,design of frame, stair design, board design with the foundation designing etc. making up. Should build provide fortification against earthquakes earthquake intensity 7 , antidetonation grade for being tertiary , consider horizontal earthquake function impact on horizontal frame and apply the method of for force calculate ,Vertical to load function, horizontal frame internal force calculate and adopt the method of to assign France, and internal force make up vertical to is it make up and not vertical to load with earthquake strength setting a roof beam in place to frame Keywords: reinforced concrete, frame, the design of the structure 目录第1章 设计条件11.1建筑设计资料11.1.1工程地质报告摘要11.1.2 气象条件摘要11.1.3 活荷载11.1.4 该地区基本烈度为7度（近震）1第2章 结构选型及布置22.1结构布置及计算简图的确定22.2承重方案选择22.3梁、柱截面尺寸初估22.4结构计算简图4第3章 荷载计算53.1恒荷载计算53.1.1屋面及楼面恒荷载计算53.1.2屋面及楼面活荷载计算63.1.3梁，柱，墙，门窗重力荷载的计算63.1.4荷载等效转化93.1.5 屋面框架节点集中荷载标准值103.2屋面及楼面活荷载计算11第4章 横向框架侧移刚度计算124.1计算梁、柱的线刚度124.1.1梁的线刚度计算124.1.2 柱的线刚度计算134.2 柱的侧移刚度D值的计算134.2.1框架侧移刚度D值的计算134.2.2不同层刚度D值的计算14第5章 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算145.1 横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算145.1.1 风荷载作用计算145.1.2风荷载作用下框架结构内力计算155.2 横向地震力荷载作用下框架结构内力和侧移计算185.2.1 基本情况185.2.2 地震力荷载标准值195.2.3 横向自振周期计算205.2.4 横向水平地震作用计算215.2.5 地震力荷载作用下的水平位移验算235.2.6水平地震作用下框架内力计算23第6章 竖向荷载作用下横向框架结构的内力计算286.1 恒荷载作用下的内力计算286.1.1 线刚度计算286.1.2 恒荷载转化286.1.3 分层法计算恒荷载作用下梁端弯矩296.1.4 恒载作用下的剪力计算386.2 活荷载作用下的内力计算406.2.1 活荷载转化406.2.2 分层法计算活荷载作用下梁端弯矩406.2.3 活载作用下的剪力计算45第7章 梁、柱的内力组合467.1梁的内力组合467.1横梁内力组合477.2框架柱内力组合50第8章 梁、柱的截面设计578.1框架梁的配筋计算 （仅以一层梁为例说明计算过程）：578.1.1正截面受弯承载力计算578.1.2斜截面受弯承载力计算618.2 柱截面设计628.2.1已知条件628.2.2构造要求638.2.3剪跨比和轴压比验算638.2.4柱正截面承载力计算658.2.5柱斜截面承载力计算748.3节点设计778.4楼板设计778.4.1 A区格板的计算77第9章 基础设计819.1基础截面计算819.2地基承载力及基础冲切验算819.2.1地基承载力验算819.2.2地基抗冲切验算829.3基础底板配筋计算83第10章 结束语85参考文献86致 谢88第1章 设计条件1.1建筑设计资料本建筑为某拟建住宅楼。采用钢筋混凝土全现浇框架结构，建筑面积3000 m2，占地面积 467.28 m2 。 共六层楼，底层层高2.2m，其余各层层高均为2.8m。本建筑总长为47.2m，总宽为9.9m，建筑总高为18.4m。1.1.1工程地质报告摘要拟建场地为池塘经人工填筑而成，地形平坦，场地分层情况如下：第1层为杂填土，厚0.5m;第2层为灰色粘土，厚8m;第3层为褐色粉质粘土(未揭穿)。拟建场地范围内，浅部填土为上层滞水，主要受大气降水及地表排水影响，地下水位为1.52.0m;承压孔隙含水层。地下水对混凝土无侵蚀性。1.1.2 气象条件摘要主导风向：东北风基本风压： W0=0.55KN/m2基本雪压： S0=0KN/m21.1.3 活荷载查建筑结构荷载规范可知上人屋面均布活荷载标准值为2.0KN/m2 楼面活荷载为： 2.0KN/m2楼梯活荷载为： 2.0 KN/m21.1.4 该地区基本烈度为7度（近震）第2章 结构选型及布置2.1结构布置及计算简图的确定主体结构共6层，底层层高2.2m，其余各层层高均为2.8m，填充墙砌240厚空心砌块砖，门窗详见门窗表，楼层屋盖均为现浇钢筋砼结构。板厚取100 mm：2.2承重方案选择该建筑为住宅楼，采用横向框架承重方案，三柱两跨不等跨的形式。柱网布置形式详见建筑平面图。2.3梁、柱截面尺寸初估1.梁截面尺寸的估算：1.BD跨：主梁：L=5400,取500，取200故框架横纵梁的截面尺寸为bh=250500故框架横纵梁的截面尺寸为bh=2004002.AB跨：主梁：L=4500,取500，取200故框架梁的截面尺寸为bh=200500估算梁的截面尺寸（）及各层混凝土强度等级 表2.1层数混凝土强度等级横梁（bh）纵梁（bh）次梁（bh）AB跨BD跨20050020040016C302005002005002.柱截面尺寸的估算框架柱截面尺寸根据柱的轴压比限制，按下式计算：1.柱组合的轴压比设计值按照公式11计算： (11)式中：为考虑地震作用组合后柱轴力压力增大系数，边柱取1.3，等跨内柱取1.2,不等跨取1.25；: 为按照简支状态计算柱的负荷面积；：为折算后在单位面积上的重力荷载代表值，近似取14KN/;: 为验算截面以上楼层层数；2.框架柱验算 (12)由计算简图21可知边柱和中柱的负载面积可知：中柱：（5.44.5）/2(3.9+3.9)/2=19.3边柱：（3.93.9）/25.4/2=10.5边柱：中柱：根据上述计算结果，并综合考虑其他因素，取柱截面为正方形，初步估计柱的尺寸为500500250000，为计算简便中柱和边柱的尺寸相同，均为500500。故初选柱的尺寸为500500。2.4结构计算简图图2-1 框架结构梁，柱尺寸注：室内外高差0.30m,基础埋深0.5m,底层h=0.3+0.5+2.2=3.0m第3章 荷载计算3.1恒荷载计算3.1.1屋面及楼面恒荷载计算1.屋面防水层（刚性）30厚C20细石混凝土 1.0KN/找平层（柔性）3毡4油油铺小石子 0.4 KN/找平层：15厚水泥砂浆 0.015m200.3 KN/找坡层：40厚水泥石灰砂浆3找平0.04m140.56 KN/保温层：80厚矿渣水泥0.08m14.51.16KN/结构层：100厚现浇钢筋混凝土板0.1m252.5KN/抹灰层：10厚混合砂浆0.01m170.17KN/合计 6.09 KN/2.标准层楼面：大理石楼面大理石面层，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 1.16KN/水泥浆结合层1道结构层：100厚现浇钢筋混凝土板0.1m252.5KN/抹灰层：10厚混合砂浆0.01m170.17KN/合计：3.83 KN/3.楼梯，水泥砂浆楼面构造层：0.5KN/结构层：100厚现浇钢筋混凝土板0.1m252.5KN/抹灰层：10厚混合砂浆0.01m170.17KN/合计：3.17 KN/3.1.2屋面及楼面活荷载计算1. 根据荷载规范查得 ：上人屋面：2.0KN/楼 面：2.0KN/(宿舍楼)2.雪荷载Sk=0 KN/屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者取大者.3.1.3梁，柱，墙，门窗重力荷载的计算1.梁自重：1.边横梁，中横梁，纵梁：bh=200500梁自重： 25 KN/0.2m(0.5m-0.1m)=2.0 KN/抹灰层10厚混合砂浆： 0.01m(0.5m-0.1m)2+0.2m17 KN/=0.170KN/合计：2.170 KN/2.次梁：bh=200400梁自重：25 KN/0.20m(0.4m-0.1m)=1.5KN/m抹灰层10厚混合砂浆： 0.01m(0.4m-0.1m)2+0.20m17 KN/=0.136 KN/合计：1.636 KN/3.基础梁：bh=200400梁自重：25 KN/0.20m0.4m=2.0KN/m2.柱自重： 1.柱：bh=500500柱自重：25 KN/0.5m0.5m=6.25KN/m抹灰层10厚混合砂浆： 0.01m0.5m417 KN/=0.34 KN/合计：6.59 KN/2.构造柱：bh=240240柱自重：25 KN/0.24m0.24m=1.44KN/m抹灰层10厚混合砂浆： 0.01m0.24m0.24m217 KN/=0.16 KN/合计：1.6 KN/3.外纵墙自重：标准层纵墙：（2.8-1.5）m0.24m18 KN/=5.616 KN/m铝合金窗：0.35 KN/1.5m=0.525 KN/m瓷砖外墙面：（2.8m-1.5m）0.5 KN/=0.65 KN/m水泥粉刷墙面：（2.8m-1.5m）0.36 KN/=0.845KN/m合计：7.636 KN/底层：卷闸门：0.45 KN/2.2m=0.99 KN/m瓷砖外墙面：2.20.5 KN/=1.1 KN/m合计：2.09 KN/4.内墙自重：标准层纵墙：（2.8m-0.5m）0.12m18 KN/=4.968 KN/m水泥粉刷内墙面：2.3m0.36 KN/2=1.656 KN/m合计：6.624 KN/底层：纵墙：（3.0m-0.5m）0.12m18=5.4 KN/m水泥粉刷内墙面：2.5m0.36 KN/2=1.8 KN/m合计：7.2 KN/3.1.4荷载等效转化1.DB轴间框架梁：屋面板传荷载：恒载：活载：楼面板传荷载：恒载：活载：梁自重：2.17KN/mDB轴间框架梁均布荷载为：屋 面 梁：恒载梁自重板传荷载2.17 KN/m+19.35 KN/m=21.52 KN/m 活载板传荷载6.357KN/m楼面板传荷载：恒载梁自重板传荷载2.17 KN/m+12.174 KN/m=14.344 KN/m 活载板传荷载6.357 KN/m2. BA轴间框架梁：屋面板传荷载：恒载：活载：楼面板传荷载：恒载：活载：梁自重：2.17KN/mBA轴间框架梁均布荷载为：屋 面 梁：恒载梁自重板传荷载2.17 KN/m+17.67 KN/m=19.84 KN/m 活载板传荷载5.80 KN/m楼面板传荷载：恒载梁自重板传荷载2.17 KN/m+11.11 KN/m=13.28 KN/m 活载板传荷载5.80 KN/m3.1.5 屋面框架节点集中荷载标准值顶层柱：D轴,A轴柱纵向集中荷载计算： 女儿墙自重：（做法：墙高1100,100的混凝土压顶）边柱连系梁自重: 粉刷： 连系梁传来屋面自重： KN边节点D，A集中荷载： = 40.53KN中柱连系梁自重: 粉刷： 连系梁传来屋面自重：KNB节点集中荷载： 57.12KN3.1.4楼面框架节点集中荷载：边柱联系梁自重(含粉刷)0.200.52.1725+0.02（0.5-0.1）22.1717=6.02KN 次梁自重（含粉刷） 0.200.401.64250.5+（0.40-0.1）0.021.6417=1.72KN钢窗自重： 11.51.50.45=1.01 KN窗下墙体自重： （3.9-1.5）0.90.2418=9.33 KN 窗下墙体粉刷： 20.02（2.8-1.5）17=0.88KN 框架柱自重(含粉刷)： 0.500.502.825+0.502.80.02217=18.49 KN联系梁传来楼面自重： KN 中间层边节点集中荷载： 60.61 KN中柱联系梁自重(含粉刷)： 9.75+1.06=10.81 KN次梁自重(含粉刷)： 1.72 KN内纵墙自重(含粉刷，扣除门洞重加上门重)： （3.9-0.9）(2.8-0.4)0.1218=15.55 KN（3.9-0.9）(2.8-0.4)20.0217=4.90 KN框架柱自重(含粉刷)： 18.49KN联系梁传来楼面自重： KN中间层中节点集中荷载： 97.78KN3.2屋面及楼面活荷载计算上人屋面均布活荷载标准值 : 2.0kN/m2屋面雪荷载标准值 : 0kN/m2 =KN KN=KNKN第4章 横向框架侧移刚度计算4.1计算梁、柱的线刚度4.1.1梁的线刚度计算梁柱混凝土标号均为 C30，EC=3.0*107KN/m2，在框架结构中，现浇层的楼面可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧移。考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的框架梁取I=2I0。梁的线刚度计算 表4-1类型跨度截面积线刚度500高5.40.200.5023150500高4.50.200.5027777注：表中(KNm)4.1.2 柱的线刚度计算 柱的线刚度计算 表4-2注：表中(KNm)4.2柱的侧移刚度D值的计算其中为柱侧移刚度修正系数，为梁柱线刚度比，不同情况下，、取值不对于一般层： 对于底层： 4.2.1框架侧移刚度D值的计算层次边柱D轴（13根）边柱A轴（13根）中柱（15根）KDiKDiKDi2至60.4150.182144800.910.293245100.4980.1991702784107010.4440.320281890.9100.481333700.5330.4082831912613404.2.2不同层刚度D值的计算首层的侧移刚度：=1261340N/mm其他层的侧移刚度：=841070N/mm 图4-1 相对线刚度第5章 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算5.1 横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算5.1.1 风荷载作用计算荷载标准值基本风压w0=0.55kN/m2，地面粗糙度为C类。本章计算以左风为例。，建筑物高度18.4m30m，故z=1.0。对于矩形平面，s=1.3计算过程见下表（其中z为框架节点至室外地面的高度；A为一榀框架各层节点的受风面积: A6=3.9(1.1+2.8/2）=9.75 m2A5=A4=A3=A2=3.92.8=10.92 m2A1=3.92.8/2 +3/2)=11.31 m2 表5-1楼层高度z(m)zwk(kN/m2)A(m2)P(kN)六16.50.780.519.754.97五13.70.740.5610.926.12四10.90.740.4810.925.24三8.10.740.4810.925.24二5.30.740.4810.925.24一2.50.380.2511.312.835.1.2风荷载作用下框架结构内力计算采用D值法。在求得框架第I层的层间剪力后，I层j柱分配到的剪力以及柱上、下端的弯矩、分别按下列各式计算：柱端剪力计算公式为柱端弯矩计算公式为 ， 需要注意的是，风荷载作用下的反弯点高比是根据表：均布水平荷载作用下各层标准反弯点高度比查得。梁端弯矩、剪力以及柱轴力分别按照下列公式计算：； ； 层柱端弯矩及剪力计算 表5-2层次hV边柱DKYM下M上62.84.97841070144800.100.4150.210.060.2252.811.09841070144800.220.4150.350.220.4042.816.33841070144800.330.4150.410.380.5432.821.57841070144800.430.4150.450.540.6622.826.81841070144800.540.4150.550.830.6813.029.641261340281890.660.4440.771.520.46层柱端弯矩及剪力计算 表5-3层次hV边柱AKYM下M上62.84.97841070170270.100.4980.250.070.2152.811.09841070170270.220.4980.350.220.4042.816.33841070170270.330.4980.450.420.5132.821.57841070170270.430.4980.450.540.6622.826.81841070170270.540.4980.550.830.6813.029.641261340283190.660.5330.731.440.53层柱端弯矩及剪力计算 表5-4层次hV中柱BKYM下M上62.84.97841070245100.170.9100.350.170.3152.811.09841070245100.380.9100.410.440.6342.816.33841070245100.560.9100.450.700.8632.821.57841070245100.730.9100.450.921.1222.826.81841070245100.910.9100.551.271.0213.029.641261340333701.010.9100.731.971.06梁端弯矩及剪力轴力计算 表5-5层次梁DB梁BA柱轴力M左M右LVM左M右LV边柱D中柱B边柱A60.220.145.40.070.170.314.50.110.070.040.1150.460.365.40.150.440.84.50.270.22 0.160.3840.760.585.40.250.721.34.50.450.470.360.8331.040.825.40.341.01.824.50.630.810.651.4621.220.815.40.381.071.944.50.671.190.942.0311.291.055.40.431.282.334.50.801.621.312.93 风荷载作用下弯矩、剪力、轴力图 5.2 横向地震力荷载作用下框架结构内力和侧移计算5.2.1 基本情况本建筑抗震设防烈度为7度，房屋高度未超过30m的丙类建筑，抗震等级为三级。框架属于规则框架，采用底部剪力法计算框架承受的水平地震作用，根据工程地质报告和土的类型划分，判定为二类场地，由设计地震分组为第一组查相关规范得特征周期系数Tg=0.35s.5.2.2 地震力荷载标准值地震力荷载标准值包括全部恒荷载值和部分活荷载值。其中屋盖处活载仅取雪荷载一半。重力荷载值按整个框架结构计算，然后平均分配到各榀框架。计算见下表（一）重力荷载代表值计算G=qs1屋面雪荷载标准值不考虑。2屋面、楼面活荷载标准值Q1k=Q2k=Q3k=Q4k=Q5k=Q6k=2.0(9.947.2-62.62)=2.0436.08=872.16kN 3屋盖、楼盖自重G6k=6.09436.08=2655.7kNG1k=G2k=G3k=G4k=G5k=3.83436.08=1670.2kN4女儿墙自重G=1.1（9.92+47.22-2.62）0.2419=546.74kN5顶层楼梯间自重（高2.2m）2.662.23.17+(64+2.64)2.20.2419+2(64+2.64)2.20.0217=505.2kN6二六层柱梁墙等自重柱自重（45根柱）0.50.52.82545=785.5kN柱粉刷0.542.80.021745=85.68kN梁（含粉刷）自重2.17（9.911+3.92+64）+1.633.94=330.71kN门面积 2.10.936=68.04m2窗面积 1.51.514+2.41.84+1.51.24+0.91.24=60.28m2门窗自重 68.040.2+60.280.45=40.73kN墙体自重 19(47.22+9.92+8.412+203.3)0.242.8-(68.04+60.28)0.24=4342.68kN墙体粉刷(47.22+9.92+8.412+203.3)2.8-(68.04+60.28)20.0217=447.76k小计6032.56kN7底层柱梁墙等自重柱自重 0.50.53.02545=843.75kN柱粉刷0.542.20.021745=64.26kN梁（含粉刷）自重2.17（9.911+3.92+64）+1.633.94=330.71kN门面积 2.41.824=103.68m2窗面积 0m2门窗自重103.680.45=46.66kN墙体自重 19 (9.92+64+2.62)0.242.2=491.57kN墙体粉刷(9.92+64+2.62)2.220.0217=73.30KN小计1850.77kN恒荷载取全部，活荷载取50%，各层重力荷载集中于楼屋盖标高处，其代表值汇总如下：5.2.3 横向自振周期计算 （二）地震作用计算按顶点位移法计算，考虑填充墙对框架刚度的影响，取基本周期调整系数=0.6。计算公式为,式中为顶点位移（单位为m）过，按D值法计算，过程如下表： 表5-6层次Gi（kN）（kN）Di(kN/m) (m)(m)67159.727159.728410700.00850.194258138.28152988410700.01800.185748138.282343.288410700.02860.167738138.2831574.568410700.03750.139128138.2839712.848410700.04720.101616047.2845760.1212613400.05440.0544T1=1.70.6=0.449s5.2.4 横向水平地震作用计算 该工程所在地抗震设防烈度为7度，场地类别为类，设计地震分组为第一组，则，为水平地震影响系数最大值。由于 ，则顶点附加地震作用系数，相应于结构基本自振周期的地震影响系数根据反应谱曲线计算（式中为阻尼调整系数,除有专门规定外,建筑结构的阻尼比应取0.05,相应的）， 结构的等效总重=