土木工程专业设计41221476.docx
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土木工程专业设计41221476
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）
1引言
本毕业设计的课题由老师选定，主要研究设计宿舍楼设计，采用现浇钢筋混凝土框架结构，共四层，毕业设计是大学教学计划的一个重要的组成部分,它培养了我们综合运用所学基础和专业知识,提高了我们实践能力，在理论上联合了实际。
本毕业设计课题是设计高校宿舍楼,其中包括建筑设计,结构设计两大部分，结构设计包括确定结构体系与结构布置、根据经验对构件初估、确定计算单元计算模型及计算简图、荷载计算、内力计算、选择配筋等内容,在此我选择了第五榀框架进行了计算,在设计的过程中参考了很多资料，结合规范和实际情况设计了宿舍楼，对于建筑设计，参考了房屋建筑学，研究宿舍楼各部分的组合原理、构造方法以及建筑空间环境，从而设计出总平面布置图，平面图、立面图以及剖面图。
对于结构设计主要参考了混凝土上、中两册，建筑结构抗震等。
设计过程以手算为主，设计完成后，数据都是符合规范要求。
2工程概况
2.1工程简介
2.2自然条件
工程地质条件如下简介：
（1）根据勘察报告，建筑场地土类别为Ⅱ类，场地土自上而下分布为：
①人工填土、②中砂、③粘土质粉砂、④粘土、⑤粉砂、⑥中砂、⑦细砂、⑧粉质粘土。
本工程的持力层为②层中砂，②层地基承载力特征值为160kPa，压缩模量为Es＝6.0MPa，③层地基承载力特征值为150kPa，压缩模量为Es＝5.0MPa，场地土对混凝土结构没有腐蚀性。
⑵基本风压：
0.75kN㎡
⑶该地区地震设防烈度为6度，设计地震分组为第一组，场地类别是第Ⅱ类，设计基本地震加速度为0.05g。
2.3设计资料
2.3.1设计要求
（1）层高：
首层层高3.6米，标准层层高3.3米；
（2）层数：
4层，1至4层均为学生宿舍；
（3）每层均设置公用洗漱间、卫生间及浴室；
（4）辅助用房：
值班室、储藏室、配电室等；
（5）结构形式采用钢筋混凝土框架结构，楼板采用现浇钢筋混凝土楼板。
2.4建筑方案
2.4.1平面设计
该公寓楼根据使用要求，结合场地条件，结构选型等情况，按照建筑模数选择开间和进深，进而选择合理的建筑平面为灵活分割使用空间创造条件。
该公寓楼在设计时保证了住宿、娱乐用房的良好朝向、光照及通风。
2.4.2建筑设计要点
⑴用房采用的是单走廊，双面布房，走廊轴线宽度2.4m，两个楼梯间。
⑵建筑内设有洗漱间、卫生间各两间，对称分布于建筑平面。
⑶建筑立面1至4层对齐。
⑷屋面采用不上人屋面，做保温、防水层，设女儿墙但不设置屋檐以及顶部不凸出楼梯。
（5）混凝土强度等级梁C30,柱C40，受力钢筋采用Ⅱ级。
2.4.3防火要求
为了满足防火等级的要求，建筑安全出口为三个，分别设在建筑的前部和端部，走道和楼梯的最小宽度均大于1.1m。
2.4.4楼梯设计
⑴设计要求
在设计中要求楼梯坚固、耐久、防火，做到上下通行方便，便于搬运家具物品，有足够的通行宽度和疏散能力。
此外，楼梯尚有一定的美观要求。
楼梯间设计应符合现行国家标准《建筑防火规范》和《民用建筑设计规范》的相关规定。
⑵构件规定
楼梯梯段净宽不应小于1.1m，六层及六层以下住宅，一边设有栏杆的梯段净宽不应小于1米，楼梯踏步宽度不应小于0.26m，踏步高不应大于0.175m，楼梯平台净宽不应小于楼梯梯段净宽，且不得小于1.2m。
楼梯下面净空高度的控制为：
梯段上净高大于2200mm,楼梯平台处梁底的净高大于2000mm。
平台深度的计算应从结构边开始，考虑安全因素，平台边缘应退离转角或门边大约一个踏面宽的位置。
3结构选型和布置
3.1结构选型
本结构设计采用钢筋混凝土框架结构体系
3.2结构布置
根据建筑功能要求，横向尺寸较短纵向尺寸较长，故采用横向框架承重方案，具体结构布置详见图3.1。
3.1框架结构平面布置图
施工方案采用楼板柱整体现浇方案，楼盖方案采用整体式肋形梁板结构。
楼梯采用整体现浇板式楼梯，基础方案采用柱下独立基础。
3.3截面尺寸初步估计
边跨梁：
，取，。
中跨梁：
，取，。
纵向框架梁：
，取，。
柱，取。
板厚：
，取。
结构计算简图如图3-2所示。
底层层高为3.6m，其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取（为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。
AB、CD跨梁：
BC跨梁：
上部各层柱：
底层柱：
图3.2结构计算简图
4荷载计算
4.1恒载计算
4.1.1屋面框架梁荷载标准值
4厚高聚物改性沥青防水卷材防水层
20厚1:
3水泥砂浆保护层
水泥珍珠岩（最薄40mm）2%找坡
100厚憎水膨胀珍珠岩
100厚现浇楼板
20厚1:
3水泥砂浆找平层
15mm厚纸筋石灰抹灰
屋面恒载
边跨框架梁自重
梁侧粉刷
边跨框架梁总重
边跨框架梁自重
梁侧粉刷
中跨框架梁总重
因此作用在顶层框架梁的线荷载为：
4.1.2楼面框架梁线荷载标准值
水磨石地面
100厚钢筋混凝土楼板
15厚石灰抹底
楼面恒载
边跨框架梁及梁侧粉刷
边跨填充墙自重
填充墙粉刷自重
中跨框架梁及梁侧粉刷
因此作用在中间层框架梁的线荷载为：
4.1.3屋面框架节点集中荷载标准值
柱纵向边框架梁自重0.25×0.4×4.2×25=10.5kN
边柱纵向框架梁粉刷（0.4-0.1）×2×0.02×4.2×17=0.8568kN
1000高女儿墙自重1×0.24×4.2×5.5=5.544kN
1000高女儿墙粉刷4.2×0.02×17×2=2.856kN
框架梁传来屋面自重4.2×2.1×4.476×0.5=19.739kN
顶层边节点集中荷载
中柱纵向框架梁自重0.25×0.4×4.2×25=10.5kN
中柱纵向框架梁粉刷0.8568kN
纵向框架梁传来屋面自重0.5×4.2×4.22×4.476=19.739kN
0.5×（4.2+4.2-2.6）×1.3×4.476=16.875kN
顶层中节点集中荷载：
4.1.4楼面框架节点集中荷载标准值
边柱纵向框架梁自重10.5kN
边柱纵向框架梁粉刷0.8568kN
铝合金窗自重.4×2.3×0.5=2.76kN
窗下墙体自重0.9×3.8×0.24×5.5=4.5144kN
窗下墙体粉刷0.9×0.02×2×17×3.8=2.3256kN
窗边墙体自重1.4×2.3×0.24×5.5=4.2504kN
窗边墙体粉刷1.4×0.02×2×2.3×17=2.1896kN
框架柱自重0.4×0.4×3.6×25=14.4kN
框架柱粉刷0.92×0.02×3.6×17=1.1261kN
纵向框架梁传来楼面自重0.5×4.2×4.22×3.405=15.016kN
中间层边节点集中荷载
中柱纵向框架梁自重10.5kN
中柱纵向框架梁粉刷0.8568kN
内纵墙自重（3.6-0.4）×0.2×4.2×5.5=14.784kN
墙粉刷（3.6-0.4）×0.02×2×17×4.2=9.1392kN
扣除门洞重加上门重-2.1×1×（1.78-0.2）=-3.318kN
框架柱自重14.4kN
框架柱粉刷0.02×1×17×3.6=1.224kN
纵向框架梁传来楼面自重0.5×4.2×4.22×3.405=15.016kN
0.5×（4.2+4.2-2.6）×1.3×3.405=12.837kN
中间间层中节点集中荷载
4.2活荷载计算
4.2.1屋面活荷载
4.2.2楼面活荷载
活荷载作用下的结构计算简图。
图4.1活载作用下的计算简图
4.3风荷载计算
风荷载：
基本风压0.5kNm2，风荷载体型系数1.3，风压高度变化系数按B类粗糙度查表4.1，查得高度变化系数。
表4.1B类粗糙度风压高度变化系数
离地高度m
5-10
15
20
30
1.0
1.14
1.25
1.42
作用于屋面梁和梁节点处的集中风荷载标准值如下表4.2：
，其中：
；
：
高度Z处的风振系数。
因高度H=19.25m<30m，故取；
--基本风压，取=0.5kNm2；
表4.2柱顶集中风荷载标准值
层数
离地高度
高度变化系
各层柱顶集中风荷载标准值
4
15.15
1.10
F4=0.5×1.3×1.0×1.10×3.6×3.6=7.79kN
3
11.55
1.01
F3=0.5×1.3×1.0×1.01×3.6×3.6=7.15kN
2
7.95
1.0
F2=0.5×1.3×1.0×1.0×3.6×3.6=7.08kN
1
4.35
1.0
F1=0.5×1.3×1.0×1.0×（2.175+1.8）×3.9=7.56kN
图4.2风荷载作用下的结构计算简图
4.4地震作用计算
4.4.1重力荷载代表值计算
本工程仅需考虑水平地震作用，建筑高度为13.2m，质量和刚度沿高度均布，故可采用底部剪力法来计算水平地震作用。
作用于屋面梁及各层楼面梁处的重力荷载代表值：
屋面梁处：
G=结构构件自重+50%雪荷载
楼面梁处：
G=结构构件自重+50%活荷载
顶层
屋面恒荷（7.2+7.2+2.4）×（4.2×16+3.6×2）×5.14=6061.910kN
梁L1（b××600mm）自重及梁侧粉刷:
（4.2-0.5）×16+3.1×2×2×0.3×（0.6-0.1）×25+（4.2-0.5）×16+3.1×2×0.02×2×（0.6-0.1）×17+（7.2-0.5）×40×0.3×（0.6-0.1）×25+（7.2-0.5）×40×（0.6-0.1）×0.02×2×17=1470.24kN
梁L2（b××500mm）自重及梁侧粉刷:
（2.4-0.5）×0.25×18×（0.5-0.1）×25+（0.5-0.1）×2×0.02×17×（2.4-0.5）×18=94.80kN
女儿墙自重：
（4.2×16+3.6×2+（7.2+2.4+7.2））×2×0.24×0.9×18+4.2×16+3.6×2+（7.2+2.7+7.2）×2×0.02×1×2×17=794.83kN
柱重：
（3.6-0.1）2×（0.5×0.5×25×20×4+1.28×0.02×20×17×4）=770.14kN
活荷载：
（7.2+7.2）×70.2×0.25+70.2×2.4×0.25=294.84kN（取一半）
G5=6061.910+1470.24+94.80+794.83+770.14+294.842=9340kN
标准层
楼面板及其粉刷：
（7.2+7.2+2.4）×（4.2×16+3.6×2）×3.74=4410.81kN
梁L1自重:
1470.24kN梁L2自重:
94.80kN
墙自重：
（3.6-0.6）×（4.2-0.5）×16×2+（3.6-0.5）×（3.6-0.6）×4×（0.24×18+0.02×17）+
（3.6-0.6）×（7.2-0.5）×2×20×（0.24×18+0.02×17）+（3.6-0.5）×（2.4-0.5）×18×（0.24×18+0.02×17）=5017.70kN
柱重：
770.14×2=1540.28kN
活荷载：
（7.2+7.2）×70.2×2.0+70.2×2.4×2.5=2442.96kN（取一半）
G=4410.81+1470.24+94.80+5017.70+1540.28+2442.962=13755kN
底层
楼面板及其粉刷：
（7.2+7.2+2.4）×（4.2×16+3.6×2）×3.74=4410.81kN
梁L1自重:
1470.24kN梁L2自重:
94.80kN
柱自重：
727.35+（4.85-0.1）2×0.5×0.5×25×80+1.28×0.02×（4.85-0.1）2×17×80=1726.12kN
活荷载：
（7.2+7.2）×74.85×2.0+74.85×2.4×2.5=2442.96kN（取一半）
墙自重：
5017.70kN
G=4410.81+1470.24+94.80+5017.70+1726.12+2442.962=13941kN
4.4.2地震作用下框架侧移刚度计算
梁的线刚度计算如下表4.3
表4.3梁的线刚度计算
截面
b×h
（m2）
跨度
l
（m）
矩形截面惯性矩I0
（m4）
边框架梁
中框架梁
Ib=1.5I0
（m4）
Kb=EcIbl
（kN·m）
Ib=2.0I0
（m4）
Kb=EcIbl
（kN·m）
0.3×0.6
7.2
5.4×10-3
8.10×10-3
3.37×104
10.8×10-2
4.50×104
0.25×0.5
2.4
2.6×10-3
3.90×10-3
4.87×104
5.20×10-2
6.50×104
柱的线刚度如下表4.4
表4.4柱的线刚度表
层次
Ec（Nmm2）
b×hmm2
Icmm4
EcIc）
1
4850
3.0×104
500×500
5.21×109
3.68×104
2-4
3600
3.0×104
500×500
5.21×109
4.26×104
柱的侧移刚度计算如下表4.5
表4.5柱的侧移刚度计算
层次
截面
b×h
（m2）
层高
）
矩形截面惯性矩Ic
（m4）
线刚度
Kc=
（kN·m）
K=（一般层）
K=（底层）
（一般层）（底层）
A、D轴边框架边柱
2～4
0.5×0.5
3.6
5.21×10-3
4.83×104
0.70
0.26
13838
1
0.5×0.5
4.85
5.21×10-3
3.68×104
0.92
0.49
11980
A、D轴中框架边柱
2～4
0.5×0.5
3.6
5.21×10-3
4.83×104
0.93
0.32
17031
1
0.5×0.5
4.85
5.21×10-3
3.68×104
1.22
0.53
12958
B、C轴边框架中柱
2～4
0.5×0.5
3.6
5.21×10-3
4.83×104
1.40
0.41
21821
1
0.5×0.5
4.85
5.21×10-3
3.68×104
2.45
0.66
16136
B、C轴中框架中柱
2～4
0.5×0.5
3.6
5.21×10-3
4.83×104
2.69
0.57
30337
1
0.5×0.5
4.85
5.21×10-3
3.68×104
3.53
0.73
17847
表4.6各层D值汇总
2～4
（D值×根数）
1
（D值×根数）
边柱
A、D
13838×8
11980×8
A、D
17031×32
12958×32
中柱
B、C
21821×8
16136×8
B、C
30337×32
17847×32
∑D（kNm）
4.4.3自振周期计算
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T=0.6。
计算公式为T1=1.7T，式中为顶点位移（单位为m），按D值法计算，见表4.7
表4.7横向框架定点位移计算
层次
Gi（kN）
∑Gi（kN）
Di
∆i-∆i-1=∑GiD（m）
∆i（m）
4
13755
23095
0.0139
0.1299
3
13755
36850
0.0222
0.1160
2
13755
50605
0.0305
0.0938
1
13941
64546
0.0588
0.0588
T1=1.7×0.6×=0.38s
4.4.4横向水平地震作用计算
对地震作用按6度计算，基本地震加速度0.05g、Ⅱ类场地，设计地震一组，则
Tg=0.45s，采用底部剪力法计算。
由于T1=0.38s<1.4Tg=1.4×0.45=0.63s，故不考虑顶点附加地震作用。
计算结果列于表4.8
结构底部剪力为：
FEK=max×0.85=0.12×0.85×64546=6583.69kN
表4.8各层地震作用及楼层地震剪力
层次
层高）
高度（m）
（kN）
Fi（kN）
（kN）
4
3.6
15.65
13755
194633
0.291
1915.85
3515.69
3
3.6
12.05
13755
149242
0.223
1468.16
4983.85
2
3.6
8.45
13755
103850
0.155
1020.47
6004.32
1
4.85
4.85
13941
59249
0.088
579.37
6583.69
4.4.5变形计算
表4.9变形验算
层次
层间剪力
Vi（kN）
层间刚度
Dｉ
（m）
层高hi（m）
层间相对
弹性转角
备注
4
3515.69
0.00212
3.6
11557
3
4983.85
0.00301
3.6
11096
2
6004.32
0.00362
3.6
1912
1
6583.69
0.00599
4.85
1710
5内力计算
5.1恒荷载作用下的内力计算
以一榀中框架为例，恒载作用下的内力计算采用分层法，这里以顶层为例说明分层法的计算过程，其他层（中间层、底层）计算过程与顶层相同。
中柱的线刚度采用框架梁柱实际线刚度的0.9倍，按照固端弯矩相等的原则，先将梯形分布荷载及三角形分布荷载，化为等效为均布荷载。
顶层等效均布荷载为：
用弯矩分配法并利用结构的对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为：
kN·m
kN·m
kN·m
标准层等效均布荷载为：
表5.1分层法分配系数及恒载作用下固端弯矩计算结果（kNm）
节点
单元
A
分配系数
位置
A下柱
A上柱
AB端
顶层
0.68
-
0.32
中层
0.4
0.4
0.2
底层
0.347
0.444
0.209
固端弯矩
顶层
-
-
-59.84
中间层
-
-
-65.01
底层
-
-
-65.01
节点
单元
B
分配系数
位置
ＢＡ端
Ｂ下柱
Ｂ上柱
BC端
顶层
0.259
0.550
-
0.191
中层
0.167
0.355
0.355
0.123
底层
0.181
0.300
0.385
0.134
固端弯矩
顶层
59.85
-
-
-5.04
中间层
65.01
-
-
-4.25
底层
65.01
-
-
-4.25
节点
单元
C
分配系数
位置
Ｃ端
Ｃ下柱
Ｃ上柱
CD端
顶层
0.259
0.550
-
0.259
中层
0.167
0.355
0.355
0.167
底层
0.181
0.300
0.385
0.181
固端弯矩
顶层
59.85
-
-
-59.85
中间层
65.01
-
-
-68.19
底层
65.01
-
-
-68.19
节点
单元
D
分配系数
位置
BC端
D下柱
D上柱
顶层
0.32
-
0.68
中层
0.2
0.4
0.4
底层
0.209
0.347
0.444
固端弯矩
顶层
59.85
-
-
中间层
68.19
-
-
底层
68.19
-
-
A下柱
AB
传递
BA
B下柱
BG端
传递
G端
0.68
0.32
0.259
0.550
0.191
--59.85
40.70
19.15
6.38
--3.98
--11.93
--25.34
---8.8
8.8
2.71
1.27
0.42
--0.11
--0.23
--0.08
43.41
-43.41
54.61
-25.57
--29.04
--1.28
将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得整个框架在恒载作用下的弯矩图。
叠加后框架内各节点弯矩不一定达到平衡，为提高精度，可将节点不平衡弯矩再分配一次进行修正，修正后恒载作用下的弯矩图如图5.3所示。
并求得框架各梁柱的剪力和轴力如图5.4所示。
梁剪力表
A
B左
B右
C左
C右
D
4
58.21
-61.48
12.68
-12.52
62.59
-58.2
3
64.89
-65.13
11.40
-9.84
65.09
-64.93
2
64.64
-65.38
11.49
-9.75
65.44
-64.58
1
63.8
-66.22
11.89
-9.35
65.49
-64.57
柱轴力表
A柱
柱b*h
层高
容重
总重
G
A顶
A底
4
0.6*0.6
3.3
25
29.7
33.78
91.99
121.68
3
0.6*0.6
3.3
25
29.7
67.2
253.78
283.48
2
0.6*0.6
3.3
25
29.7
67.2
415.32
445.02
1
0.6*0.6
3.6
25
42.3
67.2
576.02
618.32
B柱
柱b*h
层高
容重
总重
G
B顶
B底
4
0.6*0.6
3.3
25
29.7
41.56
115.72
145.42
3
0.6*0.6
3.3
25
29.7
83.53
305.46
335.16
2
0.6*0.6
3.3
25
29.7
83.51
495.54
525.24
1
0.6*0.6
3.6
25
42.3
83.51
686.86
729.16
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