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1、某住宅楼设计_土木工程毕业设计计算书经典例题结构设计2.1 结构设计说明2.1.1 工程概况1 工程名称：*住宅楼。2 建设地点：本工程位于山东省青岛市。 3 本设计采用青岛市的地质、气象资料，结构考虑抗震，设防烈度为7度，近震，类场地。4 工程概况：建筑面积4140，6层框架结构，层高3m。室内外高差-0.600m。设计使用年限50年。2.1.2 设计资料1 气象资料：(1) 基本风压：W=0.43 kN/m2。(2) 基本雪压：基本雪压S=0.25kN/。2 活荷载：楼面活载均布活荷载标准值：2.0 kN/m2。厨房楼面均布活荷载标准值：2.0 kN/m2。浴室、卫生间楼面均布活荷载标准值
2、：2.0 kN/m2 。走廊、楼梯均布活荷载标准值：2.0 kN/m2 。屋面均布活荷载标准值：非上人屋面：0.5 kN/m2上人屋面：2.0 kN/m2 。2.2 建筑做法说明1 墙身做法：工程为框架结构，内墙和外墙采用混凝土空心砌块，用M5混合砂浆砌筑。外墙作法为：刷涂料墙面 ，240厚水泥空心砖，20厚石灰粗沙料刷层。2 屋面做法：找平层：15厚水泥砂浆；防水层：40厚C20细石混凝土防水（刚性防水），三毡四油防水层（柔性防水）；找平层：15厚水泥砂浆；找坡层：40厚水泥石灰焦渣砂浆2%找平；保温层：80厚矿渣水泥；结构层：120厚现浇钢筋混凝土板；抹面层：15厚水泥砂浆天棚抹灰，反光涂
3、料保护。3 标准层楼面：面层：10厚地砖，素水泥砂浆填缝；结合层：4厚水泥胶结合层；找平层：20厚1：3水泥砂浆找平层，素水泥砂浆一道；结构层：120厚现浇钢筋混凝土板；抹面层：15厚水泥砂浆天棚抹灰。4 卫生间、厨房楼地面做法：面层，10厚300300防滑陶瓷地面砖，稀水泥浆填缝；结合层： 1:2干硬性水泥砂浆结合层最薄处20厚，从门口向地漏找坡1%；素水泥砂浆一道；高分子聚合物水泥复合防水涂料厚，四周沿墙刷起150高；结构层：120厚现浇钢筋混凝土板；板底抹面层：15厚水泥砂浆天棚抹灰。5 底层楼面做法：20厚1:2水泥砂浆抹面压光；素水泥砂浆结合层一道；80厚C10混凝土；素土夯实。6
4、水泥砂浆顶棚做法：钢筋混凝土板用水加10%火碱清洗油腻，1:1:4水泥石灰砂浆中层8厚；1:2.5水泥砂浆7厚；喷石灰浆两道，共厚15 mm。7 门窗做法：户内采用木门，户门采用防盗门，窗子采用铝合金窗。8 女儿墙做法：刷涂料墙面，240厚水泥蒸气砖，100厚混凝土压顶，10厚水泥砂浆层。2.3 结构布置及计算模型的确定2.3.1 结构布置与选型该工程采用现浇钢筋混凝土框架结构1 屋面、楼面结构：现浇钢筋混凝土屋面板，按上人屋面的使用荷载取用；2 楼梯结构：采用现浇钢筋混凝土楼梯；3 基础：采用机械与人工开挖独立基础。本建筑的材料选用如下：混凝土：采用C30；钢筋：纵向受力钢筋采用热轧钢筋HR
5、B335，其余采用热轧钢筋HPB235；墙体：外墙、分户墙采用灰砂砖，其尺寸为240mm120mm60mm，重量 =18 kN/m2； 窗：钢塑门窗， =0.35 kN/m2；门：木门， =0.2 kN/m2。平面结构布置如图2-1所示。竖向结构布置图如图2-2所示。图2-1 结构平面布置图 图2-2 竖向结构布置图2.3.2 梁柱截面尺寸的估计1、 框架横梁截面尺寸：框架横梁截面高度h=(1/121/8)L,截面宽度：b= (1/31/2)/h，板厚h/L50本结构取：h=500mm,b=250mm,板厚100mm。2、 框架柱截面尺寸：底层框架柱尺寸估计：假设结构的荷载设计值为12kN/m
6、m2,则底层中柱的轴力设计值为N=123.755.256=1417.5kN结构采用C30混凝土, fc =14.3 N/mm2 假设柱截面尺寸bh=400mm400mm，则柱的轴压比为：故确定取柱截面尺寸为400mm400mm。为了简化施工，各柱截面从底层到顶层不改变。3、确定框架计算简图框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接，底层柱高从基础顶面算至二层楼面，室内外高差-0.600m，基础顶面至室外地坪通常取-0.5m,故基顶标高至0.000m，距离定为-1.1m，二层楼面标高为3.0m，故底层标高为4.1m。其余各层标高从楼面算至上一层楼面（即层高）均为3m。2.3.2 框架梁柱线刚度计算工程
7、采用现浇钢筋混凝土结构，对于中框架梁I=2I，结构采用C30混凝土Ec=310N/mm。左跨梁：iEI/L=3.010721/120.25(0.5)3/4.2=3.72104 kNm右跨梁：i右梁EI/L=3.010721/120.25(0.5) /6.3=2.48104 kNmAC轴底层柱：i底柱EI/h=3.01071/12 (0.4)3/4.1=1.56104 kNm其余各层柱： i余柱EI/h=3.01071/12 (0.4)3/3=2.13104 kNm令i余柱1.0 , 其余各杆的相对线刚度为：i，左跨梁3.72104/2.131041.75； i，右跨梁2.48104/2.131
8、041.16；i，余柱0.73框架梁柱的相对线刚度计算简图，如图2-3所示。图2-3 梁柱相对线刚度2.4 荷载计算2.4.1 荷载标准值计算1、 恒荷载标准值计算(1) 屋面找平层：15厚水泥砂浆 0.01520=0.30 kN/m2 防水层：40厚C20细石混凝土防水（刚性防水） 1.0 kN/m2 三毡四油防水层 0.4 kN/m2找平层：15厚水泥砂浆 0.01520=0.30 kN/m2找坡层：40厚水泥石灰焦渣砂浆2%找平 0.0414=0.56 kN/m2保温层：80厚矿渣水泥 0.0814.5=1.16 kN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.125=2.5 kN/m2
9、抹面层：15厚水泥砂浆天棚抹灰 0.3 kN/m2合 计： 7.02 kN/m2(2) 标准层楼面面 层：30厚干硬性水泥砂浆，素水泥砂浆填缝 1.16kN/m2结构层：100厚现浇钢筋混凝土板 0.125=2.5 kN/m2 抹面层：10厚水泥砂浆天棚抹灰 0.117= 0.17kN/m2合 计： 3.83 kN/m2 (3) 梁自重自 重： 25(0.5-0.1)0.25=1.75 kN/m抹 灰：梁底抹灰+两侧抹灰 (10厚混合砂浆) 0.01 (0.5-0.10.25)217=0.22 kN/m合 计： 2.72 kN/m(4) 柱自重 bh=400mm400mm自 重： 0.40.4
10、25=4 kN/m 抹灰层：10厚混合砂浆(四面抹灰) 0.010.24417=0.272 kN/m合 计： 4.272 kN/m(5) 卫生间、厨房楼地面面 层：10厚陶瓷地面砖，素水泥砂浆填缝 0.0119.8=0.198 kN/m2结合层：20厚干硬性水泥砂浆结合层 0.0220=0.4 kN/m2 素水泥砂浆一道结构层：80厚现浇钢筋混凝土板 0.0825=2 kN/m2抹面层：15厚水泥砂浆天棚抹灰 0.3 kN/m2 合 计： 2.9 kN/m2(6) 阳台恒载面 层：20厚水泥砂浆抹面 0.220=0.4 kN/m2 结构层：80厚现浇钢筋混凝土板 0.0825=2 kN/m2抹
11、面层：15厚水泥砂浆天棚抹灰 0.3 kN/m2合 计： 2.7 kN/m2(7) 墙体外墙：标准层：纵墙 0.950.2418=4.10 kN/m铝合金窗 0.351.65=0.58 kN/m水刷石外墙面 （3-1.05）0.5=0.68 kN/m水刷粉刷内墙面 （3-1.65）0.36=0.49 kN/m合计： 5.85 kN/m底层：纵墙 (4.1-1.65-0.6-0.4)0.2418=6.26 kN/m铝合金窗 0.351.65=0.58 kN/m水刷石外墙面 0.68 kN/m水刷粉刷内墙面 0.49 kN/m合计： 8.01 kN/m(8) 女儿墙釉面砖墙面 0.50.6=0.3
12、 kN/m240厚水泥蒸气砖 180.240.6=2.59 kN/m100厚混凝土压顶 250.10.24=0.6 kN/m10厚水泥砂浆层 0.1200.60.012=0.014 kN/m 合 计： 3.500 kN/m2、 活荷载标准值计算楼面活载均布活荷载标准值：2.0 kN/m2。厨房楼面均布活荷载标准值：2.0 kN/m2。浴室、厕所楼面均布活荷载标准值：2.0 kN/m2 。走廊、楼梯均布活荷载标准值：2.0 kN/m2 。屋面均布活荷载标准值：非上人屋面：0.5 kN/m2上人屋面：2.0 kN/m。3 、风载、雪载标准值根据工程所在地，工程采用山东省青岛市地质气象资料，风载荷、
13、雪荷载取青岛市的风载、雪载设计值，即：风载取W=0.43 kN/m2，雪载取S0=0.25 kN/m2。屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，计算时取两者中较大者。2.4.2 竖向荷载计算 1、AB轴间框架梁确定办传递给梁的荷载时，要一个板区格一个区格的考虑，确定每个板区格上的荷载传递时，先要区分此板区格是单向板还是双向板，若为单向板，可沿板的短跨作中线，将板上荷载平均分给两长边的梁；若为双向板，可沿四角作45线，将区格板分为四小块，将每小块板上的荷载传递给与之相邻的梁，板传至梁上的三角形梯形荷载可等效为均布荷载。短跨方向传递5aq/8，长方向传递1-2(a/2b) 2+(a/2b) 3aq。由平面结
14、构布置图中选一榀进行和在计算，框架单元板传力路线如图2-4所示：图2-4 板传力线路图屋面板传给梁的荷载：三角形：P=P P=（gq） 公式（2-1）梯形：P=（1-2）P 公式（2-2）恒载:6.52=16.88kN/m活载：2=5.18kN/m楼面板传给梁的荷载：恒载：3.83=9.92kN/m活载：2=5.18kN/m梁自重标准值： 2.72 kN/mAB轴间框架梁均布荷载为：屋面梁：恒载=梁自重板传荷载=2.7216.88=19.60 kN/m活载=板传荷载=5.18 kN/m楼面梁：恒载=梁自重板传荷载=2.729.92=12.64 kN/m活载=板传荷载=5.18 kN/m2、BC
15、轴间框架梁屋面板传给梁的荷载：恒载：6.52=25.62kN/m活载：2=7.86kN/m楼面板传给梁的荷载：恒载：3.83=15.05kN/m活载：2=7.86kN/m梁自重标准值=2.72 kN/mBC轴间框架梁均布荷载为：屋面梁：恒载=梁自重板传荷载=2.7225.62=28.34 kN/m活载=板传荷载=7.86 kN/m楼面梁：恒载=梁自重板传荷载=2.7215.05=17.77 kN/m活载=板传荷载=7.86 kN/m3、柱纵向集中荷载计算（1）A轴柱纵向集中荷载的计算顶层：恒载=梁自重板传荷载女儿墙自重=2.72（）3.56.52（1.81.95）=29.88kN活载=板传活载
16、=2（1.81.95）=2.34kN标准层：恒载=墙自重梁自重板传荷载=5.853.752.723.353.831.17=31.7kN活载=2.34kN基础顶面恒载=底层外纵墙自重基础梁自重 =8.013.352.53.35=35.21kN（2）B轴柱纵向集中荷载：= =顶层：恒载=梁自重板传荷载=2.723.350.56.521.2=15.58kN活载=20.51.2（0.8150.839）=1.98kN标准层：恒载=9.1123.831.980.5=12.9kN活载=1.98kN基础顶面恒载=基础梁自重=2.53.35=8.375kN（3）C轴柱纵向集中荷载顶层：恒载=梁自重板传荷载女儿墙
17、自重=2.72（）3.56.52（1.81.95）=29.88kN活载=板传活载=2（1.81.95）=2.34kN标准层：恒载=墙自重梁自重板传荷载=5.853.752.723.353.831.17=31.7kN活载=2.34kN基础顶面恒载=底层外纵墙自重基础梁自重 =8.013.352.53.35=35.21kN框架在竖向荷载作用下的受荷总图如图2-5所示： 图2-5 框架恒载受力图由于A、C二轴的纵梁外边线分别与该二轴柱的外边线齐平。故此二轴上的竖向荷载与柱轴线偏心，A轴的偏心距80mm，C轴偏心距80mm。2.4.3 风荷载计算1、 风荷载标准值计算将计算单元范围内的外墙面上的分布风
18、荷载，简化为等量作用于楼面处的集中风荷载，计算公式如公式2-1所示： 公式(2-3)S风荷载体形系数，本工程H/B=18.6/10.5=1.71,取S =1.3Z风压高度变化系数，本工程建设地点为城市郊区，取B类地面粗糙程度；0风荷载基本风压值；Z 风振系数。基本自振周期T1 对于钢筋混凝土框架结构可用T1=0.08n估算，大约为0.64s0.25s，应考虑风压脉动对结构的影响hi下层柱高；hj上层柱高，对于顶层女儿墙取墙高的2倍；B值计算单元迎风面积宽度。B=3.75m风振系数：Z=1+Z/Z脉动大系数，取=1.18；脉动影响系数，查表得=0.475；Z振型系数，Z= Hi/H ；Z风压高度
19、变化系数。计算过程如表2-1所示：表2-1 各层楼面处集中风荷载标准值计算层数离地高度zzs0hihj风压力6181.291.471.30.4332.410.735151.141.451.30.433310.44121.0561.391.30.43339.23391.01.311.30.43338.24261.01.221.30.43337.67131.00.121.30.43330.75 2 、风载作用下的位移验算位移计算时，各荷载值均采用标准值抗侧移刚度D的计算如表2-22-3所示：表2-2 横向AC轴26层D值计算构件名称=ib/2ic=K/(2+K)D= 12/h2A轴柱K=23.72
20、104/(22.13104)=1.750.4713348B轴柱K=(3.722+2.482)104/2.132104=2.910.5916756C轴柱K=22.48104/(22.13104) =1.160.3710508D=133481675610508=40612表2-3横向AC轴底层D值计算构件名称=ib/ic=D= 12/h2A轴柱K=23.72104/(21.56104)=2.380.667350B轴柱K=(3.722+2.482)104/21.56104=3.970.758352C轴柱K=22.48104/(21.56104)=1.590.586459D=735083526459=
21、221613、 风载作用下抗侧移刚度D的计算水平荷载作用下框架的层间侧移按以下公式计算：Uj= Vj/Dij 公式(2-4)Vj第i层的总剪力；Dij第j层所有柱的抗侧移刚度之和；Uj第j层的层间侧移。风荷载作用下框架楼层层间位移与层高之比的计算，计算如表2-4:表2-4风荷载作用下框架楼层层间位移与层高之比的计算层数WjVjDuj/muj/h610.7310.73406120.00031/10000510.421.13406120.00051/600049.2330.36406120.00071/428638.2438.6406120.00101/300027.6746.27406120.0
22、0111/272710.7547.02221610.00211/1952 侧移验算：对于框架梁结构楼层层间最大侧移与层高之比的限值为1/550,该工程的框架结构层间侧移为1/1952，满足1/19521/550要求，则框架的侧移刚度足够。2.4.4 地震荷载计算本工程为市郊的民用住宅，设计采用青岛市抗震设防标准，设防烈度为76度，类场地，设计抗震分组为第一组。考虑边柱偏心力矩的影响，建筑高度为18.6米，在地震作用下以剪切变形为主。结构的质量和刚度沿高度均匀分布，采用底部剪力法计算水平地震的作用。1、 重力荷载代表值计算屋面处重力荷载代表值=结构和构配件自重标准值+0.5雪荷载标准值楼面处重力
23、荷载代表值=结构和构配件自重标准值+0.5楼面活荷载标准值其中结构和构配件自重取楼面上、下各半层层高范围内(屋面处取顶层的一半)的结构及构配件的自重。(1) 屋面处重力荷载标准值的计算：板自重=6.5210.7464.18=4494.19kN梁自重=1105.64kN柱自重=34.27（20232）=845.46kN女儿墙自重=3.5（10.7464.18）=262.22kN外墙自重=866.03kNG=G=4494.191105.64845.46262.22866.03=7573.54kN（2）标准层楼面处重力荷载标准值的计算G=3.8310.7464.18=2639.99kNG=1105.
24、64kNG=845.46kNG=866.03kNG=G=2639.991105.64845.46866.03=5457.12kN（3）底层楼面处重力荷载标准值的计算G=3.8310.7464.18=2639.99kNG=1105.64kNG=845.461.19=1006.1kNG=866.03kNG=2639.991006.11030.581105.64=5782.31kN（4）屋面雪荷载标准值：G=0.2510.7464.18=172.32kN（5）楼面活荷载标准值：G=2.010.7464.18=1378.56kN（6）总荷载代表值计算：屋面处：G= G0.5 G=7573.540.51
25、72.32=7659.70kN楼面处：G= G0.5 G=5457.120.51378.56=6146.4kN底层处：G= G0.5 G=5782.310.51378.56=6471.59kN2、框架抗侧移刚度D和结构自震周期（1）横向D值计算：计算过程见表2-5、2-6所示：表2-5 横向D值26层构件D值数量DA轴柱1334820266960B轴柱1675623385388C轴柱1050823241684D=894032表2-6 横向D值底层构件D值数量DA轴柱735020 147000B轴柱835223192096C轴柱645923148557D=487653(2) 结构基本自振周期计算
26、1) 经验公式：T =0.250.000532) 假设顶点位移T计算周期T1表2-7 假设顶点位移T计算层次GiGiDuiui67659.77659.78940320.00860.19156146.413806.18940320.01540.182446146.419953.58940320.02230.16736146.426100.98940320.02920.144726146.432247.38940320.03610.115516471.5938718.894876530.07940.07948结构基本自振周期考虑非结构墙的影响折减系数=0.6,则结构的基本自振周期为=0.45s3)
27、 能量法计算T1计算过程如表2-8所示： 公式（2-5）表2-8 Giui和Giui2计算层次GiDuiGiuiGiui267659.78940320.1911463.00279.4356146.48940320.18241121.10204.4946146.48940320.1671026.45171.4236146.48940320.1447889.38128.6926146.48940320.1155709.9181.9916471.594876530.07948513.8440.805723.68906.82数字代入计算公式：T1=23.140.6=0.48s取T=0.45 S3 、多
28、遇水平地震作用下的计算:由于工程建设地区的设防烈度为7度，场地土为类，设计抗震分组为第一组，经 查表得=0.08，Tg=0.35s。G=0.85 G=0.8538718.89=32911.06 kN由于TgT2Tg，所以 =（） =0.064衰减系数，取=0.9T1=0.45s1.4 T g=0.49 s不考虑顶部附加水平地震作用的影响。将结构简化为多质点体系，结构底部纵向水平地震作用的标准值FEK=1GEq=0.06432911.06=2106.31 kN质点i的水平地震作用标准值，楼层地震剪力及层间位移：Fi=GiHi/GiHiFEK 公式（2-6）Fi、Vi和ui的计算如表2-9所示：表
29、2-9 Fi、Vi和ui的计算层号GiHiGiHiGiHiFiViDui67659.719.1146300.27458026.75672.79672.518940320.0007556146.416.198957.04458026.75455.071127.588940320.0012646146.413.180517.84458026.75370.381497.968940320.0016836146.410.162078.64458026.75285.561783.528940320.0019926146.47.143639.44458026.75200.741984.268940320.
30、0022216471.594.126533.52458026.75122.052106.314876530.00432地震作用下的位移验算：底层：ui/4.1=0.00432/4.1=1/9491/550,满足地震位移验算的要求。顶层：ui/3=0.00075/3=1/40001/550, 满足地震位移验算的要求。2.5 内力计算2.5.1 恒载作用下的内力计算1、 横梁固端弯矩的计算：受力简图如图2-6所示：图2-6弯矩计算简图Mab=-1/12qL Mba=1/12qL 公式（2-7）AB跨固端弯矩：顶层：M=28.81kNmM=28.81kNm标准层：M=-18.58kNmM=18.58
31、kNmBC跨固端弯矩：顶层：M=-93.73kNm M=93.73kNm标准层：M=-58.77kNm M=58.77kNm2、各节点杆端分配系数的确定杆端分配系数用以下公式进行计算： 公式（2-8）顶层：节点 A6：=0.636 =0.364节点 B6： =0.297节点 C6：=0.537 =0.463标准层：节点 A5：=0.267 = 0.267 =0.467节点 B5：=0.356 =0.204 =0.204 = 0.236节点 C5：=0.367 =0.316 =0.316底层：节点A1：=0.21 =0.287=0.503节点 B1：=0.377 =0.25= 0.216 =0.
32、157节点 C1：=0.401 =0.346=0.253杆端分配系数分配如图2-7： 图2-7 杆端分配系数3、力矩分配计算如表2-10所示：表2-10 力矩分配计算6层上柱下柱右梁 左梁上柱下柱右梁左梁上柱下柱0.3640.6360.4480.2560.2970.5370.463-28.8128.81-93.7393.7310.48718.32329.08416.6219.281-50.333-43.3972.48114.5429.1624.1-25.1679.641-9.286-6.196-10.8275.3333.0483.536-0.191-0.1646.772-6.77272.389
33、23.768-96.0852.847-52.845层上柱下柱右梁 左梁上柱下柱右梁左梁上柱下柱0.2670.2670.4670.3560.2040.2040.2360.3670.3160.316-18.5818.58-58.7758.774.9614.9618.67714.3088.1998.1999.485-21.569-18.571-18.5715.2442.4817.1544.3398.314.1-10.7854.743-21.699-9.286-3.973-3.973-6.948-2.100-1.203-1.203-1.3929.6318.2928.2926.2323.469-9.69
34、735.12715.30611.096-61.46251.575-31.978-19.5654层上柱下柱右梁 左梁上柱下柱右梁左梁上柱下柱0.2670.2670.4670.3560.2040.2040.2360.3670.3160.316-18.5818.58-58.7758.774.9614.9618.67714.3088.1998.1999.485-21.569-18.571-18.5712.4812.4817.1544.3394.14.1-10.7854.743-9.286-9.286-3.235-3.235-5.658-0.624-0.358-0.358-0.4145.0754.374
35、.374.2074.207-8.40736.60311.94111.941-60.48447.019-23.487-23.4873层上柱下柱右梁 左梁上柱下柱右梁左梁上柱下柱0.2670.2670.4670.3560.2040.2040.2360.3670.3160.316-18.5818.58-58.7758.774.9614.9618.67714.3088.1998.1999.485-21.569-18.571-18.5712.4812.4817.1544.3394.14.1-10.7854.743-9.286-9.286-3.235-3.235-5.658-0.624-0.358-0.358-0.4145.0754.374.374.2074.207-8.40736.60311.94111.941-60.48447.019-23.487-23.487
