土工工程专业毕业论文.docx
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土工工程专业毕业论文
多层住宅楼设计
[摘要]
本设计主要进行了结构方案承重墙的抗震设计。
在确定砖混布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算,接着利用顶点位移法求出自震周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。
接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力。
是找出最不利的一组或几组内力组合。
选取最安全的结果计算配筋并绘图。
此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计。
完成了平台板，梯段板，平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。
[关键词]结构设计抗震设计
[Abstract]
Thepurposeofthedesignistodotheanti-seismicdesigninthelongitudinalframes.Whenthedirectionsoftheframesisdetermined,firstlytheweightofeachflooriscalculated.Thenthevibratecycleiscalculatedbyutilizingthepeak-displacementmethod,thenmakingtheamountofthehorizontalseismicforcecanbegotbywayofthebottom-shearforcemethod.Theseismicforcecanbeassignedaccordingtotheshearingstiffnessoftheframesofthedifferentaxis.Thentheinternalforce（bendingmoment,shearingforceandaxialforce）inthestructureunderthehorizontalloadscanbeeasilycalculated.Afterthedeterminationoftheinternalforceunderthedeadandliveloads,thecombinationofinternalforcecanbemadebyusingtheExcelsoftware,whosepurposeistofindoneorseveralsetsofthemostadverseinternalforceofthewalllimbsandthecoterminousgirders,whichwillbethebasisofprotractingthereinforcingdrawingsofthecomponents.Thedesignofthestairsisalsobeapproachedbycalculatingtheinternalforceandreinforcingsuchcomponentsaslandingslab,stepboardandlandinggirderwhoseshopdrawingsarecompletedintheend.
[Thekeyword]structuraldesign,anti-seismicdesign
引言
通过毕业设计，可以培养学生综合运用新学的知识，分析和解决本专业实际工程问题的能力。
毕业设计涉及面广，从建筑设计、施工、材料、交工全面的知识范筹，以至于具体的工序。
能够充分检验毕业生能否胜任土木建筑施工管理能力，理论知识与实际应用有机结合，在实践中加深理解，巩固新学的专业理论。
认真地做好毕业设计，不但是对毕业生的考评，同时以交给辛勤指导我们的老师一份满意的答卷。
一、设计依据：
《建筑结构设计统一标准》，GBJ68-84
《建筑结构荷载规范》，GBJ9－87
《混凝土结构设计规范》（1993年及1996年局部修订）GBJ10－89
《建筑抗震设计规范》（1993年局部修订）GBJ11－89
《建筑地基基础设计规范》GBJ7－89
《钢筋混凝土结构设计与施工规程》JGJ3－91
《混凝土结构与砌体结构》
现行国家有关规范，标准和规程。
二、工程概况
1、建筑和结构特征
本工程建筑面积:
1717㎡,四层,结构形式为砖混,耐火等级为二级,抗震等级设防烈度为六度,设计使用年限为三类（50年）.
2、建设地点和环境特征
该工程地点位于青岛市，位置优越,东侧崂山，风景秀丽，交通便利。
3、项目管理特点及总体要求
在工程施工中，坚决惯彻百年大计，质量第一和预防为主的方针，组建一个以项目经理为首的项目部，集优秀管理人才精良设备和有经验的施工队伍投入本工程，确保工程质量达标。
采用先进的管理手段，信息化技术作为主要的管理手段，建立信息化管理平台，实行智能化、信息化管理，在施工过程中对整个工程的工期、质量、成本进行有效的控制。
本工程用料、施工设备均提前7－15天提供使用计划。
合理安排各工序之间的穿插施工。
加强现场的管理及调度。
总体要求以优良样板工程，青岛市安全文明示范工地为目标，以目标管理统揽全局，确保优质低耗。
安全文明、高速完成施工任务。
三、结构计算书
本工程墙体除内墙卫生间为120厚，其他均为240厚粉煤灰蒸压砖，所有墙身－0.6米处均设掺5％防水剂的水平防潮层，厨房及卫生间变压式排风道选用图集《L05J104》－PAGE6/PAGE7，其中厨房PG116断面尺寸为320×240，预留洞口尺寸430×240，所有排风道出屋面详见L05J104-20。
地面工程，卫生间地面低于相邻地坪20㎜，地面1％坡向地漏，阳台非封闭的，地面应低于相邻地坪30；室外空调机板标高同相应结构板标高，底部作滴水。
防水工程，屋面防水等级为二级，施工中选用的防水材料应符合《屋面工程技术规范》中相应的等级要求。
屋面均为有组织排水，檐沟纵向坡度>10％，檐沟内加设一道防水层，落水管为φ110PVC及配套的雨水斗；卫生间地坪低于相邻室内坪20㎜，加设一道防水层沿墙体上翻300㎜，空调室外机冷凝水由φ75空调冷凝水管统一排放。
门窗工程，门窗制作应满足防渗、防变形、隔热保温等要求。
门窗表尺寸均表留洞尺寸。
砼构件主筋保护层厚度：
梁柱25㎜；板15㎜
砼强度：
垫层C15，基础C20，基础以上C20。
钢筋Ⅰ级钢fy＝210N/mm2；Ⅱ级钢fy＝310N/mm2；Ⅲ级钢fy＝340N/mm2。
荷载：
1）基本风压值Wo＝0.6KN/㎡。
2）结构风荷载体型系数简图及取值，按《建筑结构荷载规范》GBJ9－81取值。
3）楼面活载取值：
首层施工荷载5.0Kpa，面层及吊顶1.5Kpa；房间、客厅活载1.5Kpa，面层吊顶1.0Kpa；挑阳台活载2.5Kpa，面层及吊顶1.0Kpa，内阳台活载1.5Kpa，面层及吊顶1.0Kpa，上人屋面活荷载1.5Kpa，屋面及吊顶3.5Kpa；非上人屋面活载0.7Kpa，面层及吊顶2.0Kpa。
3.1砌体材料和砌体的力学性能
本工程砌体材料采取粉煤灰蒸压砖，规格240×115×55，强度MU10，砌体采用砂浆M5。
砌体轴心抗压强度的平均值fm，
fm＝R1fα1（1+0.07f2）R2
式中：
R1—随砌体中块体类别和砌合方法变化的参数
R2—砂浆强度对砌体强度的修正系数
α—与砌体块材高度有关的系数
f1f2—分别为各中块体和砂浆抗压强度平均值Mpa
砌体抗压强度标准值fk
fk＝fm（1－1.645δf）
式中：
δf—各类砌体在各种受力情况下的强度异系数
砌体抗压强度设计值f
f＝fk/rf
一般情况下宜按施工控制等级为B级考虑，取rf＝1.6（C级时取rf＝1.8）根据块材的性能，计算本工程所选用的粉煤灰蒸压砖，其抗压强度满足设计要求。
3.2砌体结构构件的承载力计算
3.2.1砌体结构设计基本规定
砌体结构承载力极限状态设计值以下式计算：
ro（1.2SGR+1.4SQ1K＋rQiψciSQik）≤Rcfak……
式中：
ro—结构重要性系数，本工程安全系数为二级（设计使用年限为50年）不应小于1.0
SGR—永久荷载标准值的效应
SQ1K—在基本组合中起控制作用的一个可变荷载标准值的效应；
SqiK—第I个可变荷载标准值的效应
Rcf—结构构件的抗力系数
RQi—第I个可变荷载的组合值系数，一般情况下应取0.7
F—砌体的强度设计值，发＝fR/rf
fR—砌体的强度标准值
rf—砌体结构的材料性能分项系数，一般情况下宜按施工控制等级为B级考虑，取rf＝1.6
fm—砌体强度平均值
Qf—砌体强度标准值
Ak—n个可参数标准值
本工程檐高12.1米,计算砌体结构承载力满足要求
3.2.2砌体受拉受弯受剪构件
本工程以4交A轴窗间墙为计算:
窗间跺长度为1400mm,宽度2400mm,层高2.8米,檐高12.1米,砖砌体自重19KN/m3,砼自重2.45T,板厚120mm,根据荷载计算,墙体受压荷载小于136KN.由MU10的烧结蒸压砖与M5混合砂浆查表得出砌体抗压强度设计值f=1.58Mpa,当蒸压材料为蒸压粉煤灰砖砌体,ra为0.9,
由β=Ho/h=13.5查表得系数ψ=0.782,则此墙垛底截面的承载力为,
ψraτA=0.782×0.9×1.5×1400×240=346.43>136
得出此墙垛截面安全.
3.3房屋的结构布置方案及基础计算
混合结构中的墙体一般具有承重和围护作用,使承重与围护功能一体化.由于砌体的抗压强度并不高,抗拉抗弯抗剪强度又很低,所以混合结构中使墙柱等承重构件具有足够的承载力,是保证房屋结构安全可靠和正常使用的关键.混合结构房屋主要由屋盖,楼盖,内外纵墙横墙（山墙）,基础等承重构件组成,它们相互联合共同构成承重空间体系.按结构的承重体系和荷载的传递线路,本工程房屋顶结构布置方案采用纵横墙承重体系.
荷载的重要传递路线为
屋（楼）面梁纵墙
屋（楼）面荷载屋（楼）面板基础地基
横墙
本工程地基属于微风化花岗岩,地基承载力400Mpa,此种地基所承载力远远大于本工程所给的压力.（临边建筑,以此地基均建高层,故基础承载力不再计算）
3.4墙柱的构造要求
墙柱高厚比
墙柱的允许高厚比[β]墙,柱高厚比的最大允许限值称为允许高厚比,用[β]表示.影响允许高厚比的因素有砂浆的强度等级,砌体的类型,构件的类型（墙柱）,荷载作用方式及构件的重要性和门窗洞口的消弱,施工质量等,《砌体规范》根据以往设计经验和现阶段材料质量及施工技术水平确立允许高厚比值.
墙柱的允许高厚比[β]值
砂浆强度等级
墙
柱
M2.5
22
15
M5
24
16
≥M7.5
26
17
注:
1.毛石墙.柱的允许高厚比按表中数值降低20%采用.
2.组合砖砌体构件的允许高厚比,可按表中数值提高20%,但不能大于28.
3.验算施工阶段砂浆尚未硬化的新砌体高厚化比时,允许高厚比对土墙取14对柱取1/6.
自承重墙是房屋中的次要构件,且仅承受自重作用.根据弹性稳定理论,其临界荷载值高于荷载作用于墙体顶端时临界荷载.自承重墙的允许高厚比,比同条件下的承重墙允许高厚比大.即允许高厚比乘以一个大于1的修正系数u1,见下表:
非承重墙厚度h/mm
240
180
120
90
u1
上端有支撑点
1.2
1.32
1.44
1.5
注:
1.上端为自由端的允许高厚比,除按上述规定提高外,尚可提高30%.
2.对厚度小于90mm的墙,当双面不低于M10的水泥砂浆抹面包括抹面层的墙厚不小于90mm时,可按墙厚等于90mm验算高厚比.
3.当n不是上述数值时,可按插入法取值.
对于有门窗洞口的墙体,包括承重墙和自承重墙,由于截面削弱对稳定不利,《规范》采用系数u2对允许高厚比加以修正
u2=1-0.4bs/s
式中s-相邻窗间墙之间或壁柱之间的距离
bs-在宽度s范围内门窗洞口的宽度
在式中,当u2小于0.7时,仍采用0.7;当洞口宽度nh≤1/5h（h为墙高度）时,u2应取1.0.
墙.柱高厚比验算
1）矩形截面墙.柱的高厚比验算,矩形截面高厚比应按下列验算
β=Ho/h≤M1,M2[β]
式中：
Ho—墙柱计算高度,见附表
h—墙厚或矩形柱与Ho相对应的边长
M1—自承重墙允许高厚比修正系数见u1修正系数表,对承重墙柱取1.0
M2—有门窗洞口允许高厚比的修正系数,无门窗洞口时u2=1.0
[β]—墙柱允许高厚比
确定计算高度Ho及允许高厚比[β]时尚应注意以下规定.
⑴当与墙连接的相邻两横墙间的距离S≤u1u2[β]h时,墙的高度可不受高厚比限制.
⑵变截面柱的高厚比可按上下截面分开验算.验算上柱高厚比时,墙柱的允许高厚比[β]以其值乘以1.3后采用.
本工程层高2.8米,楼板厚120mm,为现浇砼.内外墙240mm,卫生间.储藏室隔墙厚为120mm,砂浆强度等级为M5,砖为MU10,纵横墙混合承重.依据一层平面图计算各墙厚的高厚比.
确定房屋静力计算方案
依据图纸相邻横墙的最大间距为S=7.8m,经查表知,楼盖<32m,属刚性方案.
查表砂浆强度M5时,[β]取24.
外纵墙高厚比验算:
由于内纵墙的厚度砌筑砂浆,墙体高度均与外纵墙相同,洞口宽度小于外纵墙洞口宽度,如外纵墙高厚比验算满足要求,外内纵墙也满足要求.依图:
S=7.5m>2H=2.8×2=5.6m
外纵墙为承重墙,u1=1.0
u2=1-0.4bs/s=1-0.4×1.5/6.9=0.91>0.8
β=Ho/h=2.8/0.24=11.7故满足要求.
3.5过梁,墙梁,挑梁及雨棚的构造要求
本工程窗口宽1800mm,墙厚h=240mm,层高2800mm,窗台高900mm,窗高1500mm,墙面双面粉刷,墙体自重标准值为5.24KN/㎡.过梁净跨1800mm,在过梁上墙体高度为0.5米处传来楼板荷载,设计值为No=150KN.过梁下砌体采用MU10的砖和M5混合砂浆砌筑.设计此钢筋砼过梁.
钢筋砼过梁按受弯构件计算.要进行截面受弯承载力和斜截面受剪承载力以及梁下砌体的局部受压承载力验算.
钢筋砼过梁的截面高度为墙厚h=（1/8-1/14）lo,lo为过梁计算跨度,取lo=1.05ln（ln为过梁净跨度）,截面宽度为墙厚或L形.
1>受弯承载力,钢筋砼过梁按最大弯距设计值所在截面的平衡条件,求出受拉钢筋面积As.按下列步骤进行:
ho=h-a
as=M/a1fobho2≤a5m22
rs=0.5（H√1-2as）
或ξ=1-√1-2as≤ξb
As=M/fyrsho≥ρminbho
As=ξbho*fcm/fy≥ρminbho
式中：
ho—过梁正截面有效高度
a—受拉钢筋形心至受拉边缘的距离,单排钢筋a=35mm,双排钢筋a=60mm
b—过梁截面宽度
M—由梁上荷载设计值产生的最大弯距
As—截面抵拉距系数
Rs—内力臂系数
ξ=X/ho—相对受压区高度,且ξ≤ξb=0.614（HRB235级钢筋）,0.555（HRB335级钢筋）
a1fc—砼弯曲抗压强度设计值
fy—纵向受拉钢筋抗拉强度设计值
ρmin—纵向受拉钢筋最小配筋率,C35号以下砼ρmin=0.15%;C40-C60砼ρmin=0.2%.
2>抗剪承载力验算,钢筋砼过梁,其截面取值一般较大荷载相对较小,每常V≤0.07fcbh5,因此按构造配箍筋.
式中：
V—过梁支座截面剪力设计值
fc—砼抗压强度设计值
3>过梁下砌体局部受压承载力验算,过梁下砌体局部受压承载力验算,可不考虑上部荷载的影响.由于过梁与其上砌体共同工作,构成刚度极大的组合深梁,变形极小,故其有效支承长度可取过梁的实际支承长度,同时n=1.
过梁下局部受压可取承载力按下列公式进行验算:
N1≤rfAl
式中r-砌体局部抗压强度提高系数
Al-梁端有效支承面积
F-砌体抗压强度设计值
N1-梁端支承压力设计值
本工程C1的钢筋砼过梁设计计算如下:
一>选择过梁截面尺寸
梁截面跨度:
lo=1.05ln=1.05×1800=1890mm
梁截面高度:
h=（1/8-1/14）lo=（236～135）mm
取h=240mmb=h=240mm
二>选择材料
拟选取C20砼,fc=9.6Mpa,ft=1.1Mpa
受拉钢筋用HRB235级,fy=210Mpa
三>荷载
砌体自重:
hw=1.0m>ln/3=1.8/3=0.6m
取:
hw=ln/3=0.6m
则g1=1.2×5.24×0.6=3.77KN/m
过梁自重:
g2=25×1.2×0.24×0.24=1.73KN/m
楼板荷载,楼板砌体高度0.5mq1=14KN/m
合计q=g1+g2+q1=3.77+1.73+14=19.5KN/m
四>求弯距设计值,劳动设计值
M=1/8ql2=1/8×19.5×1.892=8.7KN·m
V=1/2qln=1/2×19.5×1.8=17.55KN
五>求受拉钢筋面积（按单排配置）
ho=h-35=240-40=200mm
αs=M/a1fcbho2=8.7×1.06/9.6×240×2002=0.0944<αsmax=0.426
ξ=1-√1-2as=1-√1-2×0.0944=0.1
As=ξbho*a1fc/fy=0.1×240×200×1.0×9.6÷210=219mm2
选用3Φ12（A=339mm2）
六>梁端下砌体局部受压承载力验算:
Nl=1/2qlo=1/2×19.5×1.89=18.427KN
查表得f=1.5Mpa
αo=10√hl/f=10√240/1.5=126mm<240mm,取αo=240mm
局压计算面积
Ao=h（a+h）=0.24×（0.24+0.24）=0.115㎡
Al=αob=0.24×0.24=0.0576㎡
ψ=1.5-0.5Ao/Al=1.5-0.5×2=0.5
γ=1+0.35√Ao/Al-1=1+0.35×√0.1152/0.0576-1=1.35>1.25
故取γ=1.25,对过梁b=1
Nu=brfAl
=1×1.25×1.19×103×0.0576
=85.68>ψNo+Ne=0.5×48+18.4275=42.4275KN
局部承压满足要求,截面配筋详见结构图.
3.6板的结构要求
根据本工程空间布局,楼盖采用双向肋形楼盖.在肋形楼盖中,梁（墙）所支撑的板的平面尺寸接近或等于正方形,即板的长边L2与短边L1之比小于或等于3时,则这种板在两个方向均受力工作.双向板必须是四边都是有支撑的,如果板的长短边之比L2/L2≤3,而是两边有支承,就不是双向板,因此双向板一般也称四边支承板.
3.6.1双向板的受力特点
对于四边简支的单跨正方形板,当荷载逐渐增加时,第一批裂缝出现在板的下面中间部位,随后沿着对角线的方向向四角扩展,在板上面的四角附近边出现垂直于对角线方向而向大体上成圆形的裂缝出现,促使板下面对角线方向裂缝的进一步扩展,最后跨中钢筋达到屈服,整个板即告破坏.对于四边简支的矩形板,第一批裂缝出现在板底平行于长边的方向.当荷载继续增加时,这些裂缝逐渐延长,并沿450角向四角扩展,在板上面的四角边开始出现裂缝,最后使整个板发生破坏.
不论是简支的方形板或矩形板,当受到荷载作用时,板的四角均有翘起的趋势.因此,板传给四边支座的压力,并不是沿边长均匀分布的,而是各边的中部较大,两端较小.
板中钢筋的布置方向,对破坏荷载的数值并无特别的影响.但平行于四边配筋的板,第一批裂缝出现前所能承担的荷载,比平行于对角线方向配筋的板要大一些.
此外,在其他条件相同时,采用强度较高的砼较为优越.当配筋率相同时,采用较细的钢筋较为有利.当钢筋的用量相同时,板中间部分排列较密者比均匀排列者更适用些.
3.6.2双向板的构造要求
一>截面尺寸
考虑到需要双向布置受力筋所以双向板的厚度h,一般不宜小于80mm.本工程板厚120mm.同时为了满足板的刚度要求,简支板取h≥lx/45;连续板取h≥lx/50（lx为短跨跨度）.
二>内力折减系数
四边与梁整体连接的双向板,考虑支承梁对板产生推力的有力影响,应将计算弯距乘以下列折减系数后,再进行配筋计算.
⑴连续板中间区格的跨中截面及支座截面折减系数为0.8.
⑵对于边区格的跨中截面及各自楼板边缘算起的第二支座截面,当led/l<1.5时,折减系数为0.8;当1.5⑶对角区格的各截面不应折减.
3.6.3板的配筋
通常双向板的受力钢筋沿纵横向两个方向布置。
考虑到短跨方向弯距比长跨方向弯距大，为充分利用板的有效高度，应将短跨方向受力筋放在长跨方向受力筋的外侧，因此取值可按:
短跨:
ho=h-25mm
长跨:
ho=h-35mm
式中，h为板厚，以mm计。
双向板的配筋方式类似于单向板，有弯起式和受式配筋两种。
为简化施工，目前在施工中多采用分受式配筋。
但是，对于跨度及荷载较大的楼盖板,为提高刚度和节约钢筋，宜采用弯起式配筋。
当内力按弹性理论计算时，所求的弯距是中间板带的最大弯距。
至于靠近支座的边缘。
板带，其弯距已大为减少，故配筋也可减少。
因此，通常将每个区格按纵横两个方向划分为两个宽均为lx/4（lx为短跨的跨度）的边缘板带和一个中间板带。
边缘板带单位宽度上的配筋量不少于中间板带单位宽度上配筋量的50%.
3.6.4实际设计计算:
本工程楼盖为钢筋砼现浇双向板的结构布置（图纸附后）。
选取
-
;
-
轴为计算实例。
楼面活荷载设计值ρ=8KN/㎡，悬挑部分活荷载ρ=2KN/㎡楼板厚120mm，搁置长度60mm，加上面层粉刷等自重的恒荷载设计值q=4KN/㎡。
砼强度等级为C20，（fc=9.6Mpa）。
钢筋采用RPB235级钢筋（fy=210Mpa）。
另外用一部分HRB335级钢筋。
下面用弹性理论计算各区格的弯距,进行截面设计配筋附图。
区格A:
lx=4500mm，ly=3600mm，ly/lx=3.6/4.5=0.8
查表四边嵌固时的弯距系数和四边简支时弯距系数如下表所示:
四边嵌固、四边简支的弯距系数表
Ly/lx
支承条件
Mx
My
Mox
Moy
0.8
四边嵌固
0.0561
0.0334
—
—
四边简支
0.0271
0.0144
-0.0664
-0.0559
附:
承受均布荷载时双向板按弹性理论计算系数公式。
说明:
一>符号Bc=Eh/12（1-μ2）
式中Bc-刚度
E-弹性模量
h-板厚
μ-泊松比
Mx,Mxma2-分别为平行于Lx方向板中心点的弯距和板跨内最大弯距;
My,Myma2-分别为平行于ly方向板中心点的弯距和板跨内最大弯距;
Mxo-固定边中点沿lx方向的弯距
Myo-固定边中点沿ly方向的弯距
取钢筋砼的泊松比μ=0.2,则可求A区格板的跨中弯距和支座弯距如下:
Mx=0.0271（g+p/2）ly2+
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