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1、毕业设计宿舍楼摘要 摘 要 本论文综合运用所学的专业知识，根据设计任务书的要求进行了钢筋混凝土结构办公楼的建筑设计、结构设计。 设计过程遵循先建筑后结构再基础的顺序进行。建筑设计，依据建筑总体规划要求、建筑用地条件和基地周边的环境特点，首先设计建筑平面， 其次进行立面造型、剖面设计。建筑设计应满足使用功能和造型艺术的要求，并适应未来发展与灵活改造的需要。 结构设计密切联系建筑设计，以现行的有关规范为依据，主要包括结构选型及结构布置、确定计算简图及计算单元、荷载计算、侧移控制、内力组合、构件设计、楼梯设计、基础设计等内容 。本工程采用钢筋混凝土结构框架结构体系，选择了有代表性的一榀框架进行计算。
2、对于竖向荷载作用采用弯矩分层法，水平荷载作用采用D值法。设计计算整个过程中综合考虑了技术经济指标和施工工业化的要求。 关键词： 建筑设计 结构设计 荷载计算 I 摘要 ABSTRACT This thesis uses the professional knowledge synthetically according to the request of the design program. The design of the office building includes architectural design, structural design and construction m
3、anagement design. The design process follows the order: firstly, architectural design; secondly, structural design; lastly, the foundation design. The architectural design, according to the master plan of the building, the site condition, peripheral urban environment, and characteristic of the base
4、design the building plain at first. The elevation design is carried on secondly, considering building classify and fire prevention. The architectural design should meet the needs of the functional requirement, the use requirement and development and flexible transformation in the future. Structural
5、design maintains close ties with the architectural design, which is based on current relevant codes. It includes the structure style, the preliminary estimation for the structural members, confirmation of the sketch and unit for calculation, sideway control, load calculation, component design, slab-
6、stairs design, floor overlay design and foundation design. This project adopts cast-in-place reinforced concrete structure (transverse bearing), which has chosen a representative frame to calculate. Vertical load function adopts moment distribution method, level load function adopts D value method,
7、and seismic load function adopts equivalent base shear method. Keywords: Architectural design Structural design Load calculation II 目录 目录 前言 1 第一章 建筑设计方案 2 1.1工程地质条件 2 1.2设计标高 2 1.3活荷载标准值 2 1.4主要建筑做法 2 第二章 建筑结构选型、平面布置及计算简图 3 2.1结构选型 3 2.2框架结构平面布置 3 2.3构件截面初估 3 2.4确定计算简图 4 第三章 荷载计算6 3.1恒载标准值计算 6 3.2活
8、载标准值计算 8 第四章 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算10 4.1横向框架侧移刚度计算 10 4.2风荷载作用下的内力分析及计算 10 4.3地震作用作用下的内力计算及侧移验算 14 第五章 竖向荷载作用下框架结构内力计算22 5.1恒荷载作用下的内力计算 22 5.2活荷载作用下的内力计算 28 第六章 结构内力组合 35 第七章 梁的截面设计 42 第八章 柱截面设计 50 8.1底层A柱截面设计 50 8.2底层B柱截面设计57 8.3节点设计64 III 目录 第九章 板的计算 65 9.1 设计资料65 9.2 AF区格板的计算65 第十章 楼梯设计 70 10.1 计
9、算简图及截面尺寸 70 10.2设计资料71 10.3 梯段板设计71 10.4平台板计算72 10.5平台梁计算73 第十一章 基础设计 75 11.1确定基础底面尺寸75 11.2 校核地基承载力75 11.3 验算基础高度76 11.4 基础底板配筋78 结论80 致谢81 参考文献82 IV 前言 前 言 结构设计是土木工程毕业设计的重要阶段，毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。 本组毕业设计题目为高等商业专科学校学生宿舍楼设计。在结构前期，我复习了结构力学、土力学与基础工程、混凝土结构、建筑结构抗震设计等知识，并借阅了抗震规范、
10、混凝土规范、荷载规范、砌体规范、地基基础规范等规范。在网上搜集了不少资料，并做了笔记。在结构设计中期，我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行计算和分析。在结构设计后期，主要进行设计手稿的电脑输入和PKPM 计算出图，并得到老师的审批和指正，使我圆满的完成了任务，在此表示衷心的感谢。结构设计的六周里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。在进行内力组合的计算时，进一步了解了Excel；在绘图时熟练掌握了AutoCAD，PKPM 等专业软件。以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。框
11、架结构设计的计算工作量很大，在计算过程中以手算为主，辅以一些计算软件的校正。由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。 本工程为四川省绵阳市高等商业专科学校学生宿舍楼设计，采用现浇钢筋混凝土框架结构，横向框架承重。根据规划及房屋使用要求采用六层的结构，层高为3.3m。建筑平面布置，剖面布置及各节点祥图详见建筑图。 - 1 - 第一章 建筑设计方案 第一章 建 筑 设 计 方 案 11工程地质条件 1.1.1地形地貌、地层岩性 该场地地形平整，无滑坡，无液化土层等不良地质现象，地基承载力fk=200kPa 1.1.2抗震设防烈度、场地土类型和建筑场地类别 该场区抗震设防烈度为
12、6度；设计基本地震加速度值为0.05g，设计分组为第二组，特征周期值为0.40s；场地地基土属中软场地土，场地类别属II类。 1.1.3最大冻结深度及土的冻胀性类别 该场区最大冻结深度为0.15米，土的冻胀类别属不冻胀。 1.1.4不良地质现象 经现场勘察及资料收集证实，场区内无其它不良地质现象存在，因此该场区较适宜该建筑物的建设。 1.1.5自然条件 该地区主导风向为东北风，平均气温16.3度左右，最高气温38度，最低气温5度；年降雨量800mm，最大雨量110mm/日。基本风压值0.30KN/m2。 12设计标高 室内设计标高0.00，室内外高差450mm 13活荷载标准值 活荷载：楼面活
13、荷载标准值为2.0KN/m2，走廊、门厅活荷载标准值为2.5KN/m2，楼梯活荷载采用3.5KN/m2，屋面采用不上人屋面均布活荷载标准值为0.5KN/m2。 1.4主要建筑做法 主要建筑做法说明见建筑做法总说明。 门窗做法：主要入口为铝合金门，其他为木门，窗均为铝合金窗,门窗尺寸见建筑做法总说明门窗表 - 2 - 第二章 建筑结构选型、平面布置及计算简图 第二章 建筑结构选型、平面布置及计算简图 2.1结构选型 本工程是高等商业专科学校学生宿舍楼设计，建筑面积为6100，层数为6层，根据使用要求采用框架结构，楼面采用现浇板，框架梁、柱为现浇整体构件，基础采用钢筋混凝土柱下独立基础。 2.2框
14、架结构平面布置 框架结构平面布置如下图： 图2-1 结构平面布置 2.3构件截面初估 1.梁截面尺寸的确定： 主梁： 边跨梁： h=(1/81/12)l=(1/81/12)7100=600900，取h=700mm,b=300mm 中跨BC梁：取h=500mm,b=300mm 次梁： h=(1/81/12)l=(1/81/12)3900=217325，取h=350mm,b=200mm 2.框架柱截面的初步估定： - 3 - 第二章 建筑结构选型、平面布置及计算简图 框架柱要求ACNunfc，un为轴压比限值，该框架结构的抗震等级为三级，轴压比限值为0.9，各层重力荷载代表值近似取14KN/。 边
15、柱：N=1.33.97.2/2146=1533KN ACNun15331032=119127mm=，取600mm600mm fc0.914.3对于内柱：N=1.253.9/2146=1904KN ACNun19041032=147954mm=，取600mm600mm fc0.914.32.4确定计算简图 梁柱混凝土标号均为C30，EC=3104N/mm2，在框架结构中，现浇楼面或预制楼面，但只有现浇楼面可以作为有效的翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧移，考虑这一有利作用，在计算截面惯性矩的时候，对现浇楼面边框架梁取I=1.5IO，对中框架梁取I=2IO,根据地质资料，确定基础顶面离室外地面为5
16、00mm，由此求得底层层高为4.25m。 横梁线刚度计算表 表2-1 类别 边横梁 走道梁 EC /N/mm 2bh /mmmm 300700 300500 IO /mm 8.581010 l /mm 7200 7200 2ECIO/l /N/mm 7.151010 30000 30000 3.131010 8.931010 柱线刚度计算表 表2-2 层次 1 26 EC /N/mm 2bh /mmmm 600600 600600 IO /mm 10.81010 h /mm 4250 3300 ECIO/l /N/mm 7.621010 30000 30000 10.81010 9.82101
17、0 - 4 - 第二章 建筑结构选型、平面布置及计算简图 图2-2 结构计算简图 - 5 - 第三章 荷载计算 第三章 荷载计算 3.1恒载标准值计算 1.屋面 4mm厚APP卷材防水层 0.35KN/ 20mm厚1：2水泥砂浆找平 0.0220=0.4KN/ 120mm厚膨胀珍珠岩保温层 /27=0.8KN/ 100mm现浇钢筋混凝土屋面板 0.125=2.5KN/ 15mm厚纸筋石灰抹灰 0.01516=0.24KN/ 屋面恒荷载 4.29KN/ 边跨梁框架梁自重 0 .30.725=5.25KN/ =5.66KN/梁侧侧粉 20.0217=0.408 KN/中跨梁框架梁自重 0 .30.
18、525=3.75KN/ =4.02KN/梁侧侧粉 20.0217=0.27 KN/因此作用在顶层框架梁上的线荷载为： g6AB1=g6CD1=5.66KN/m g6BC1=4.02KN/m g6AB2=g6CD2=4.293.9=16.73KN/m g6BC2=4.292.1=9KN/m2.标准层楼面 25mm厚水泥砂浆面层 0.02520=0.5KN/ 100mm现浇钢筋混凝土屋面板 0.125=2.5KN/ 15mm厚纸筋石灰抹灰 0.01516=0.24KN/ 楼面恒荷载 3.24 KN/ 边跨框架梁及梁侧粉刷 5.66KN/ 边跨填充墙自重 0 .2419=11.86KN/ =13.6
19、3KN/墙面粉刷 0.02217=1.768 KN/中跨框架梁及梁侧粉刷 4.02 KN/ 因此作用在中间层框架梁上的线荷载为： gAB1=gCD1=5.66+13.63=19.29KN/m gBC1=4.02KN/m gAB2=gCD2=3.243.9=12.64KN/m gBC2=3.242.1=6.8KN/m- 6 - 第三章 荷载计算 3.屋面框架梁节点集中荷载标准值： 边柱连系梁自重 0.20.353.925=6.83KN 粉刷 0.0223.917=0.663KN 1m高女儿墙自重 13.90.2419=17.78KN 粉刷 10.0223.917=2.65KN 连系梁传来屋面自重
20、 0.53.90.53.94.29=16.31KN 顶点边节点集中荷载 G6A=G6D=44.23KN 中柱连系梁自重 0.20.353.925=6.83KN 粉刷 0.223.917=0.663KN 连系梁传来屋面自重 0.51.054.29=12.84KN 0.53.90.53.94.29=16.31KN 顶点中节点集中荷载 G6B=G6C=36.64KN 4.楼面框架梁节点集中荷载标准值： 边柱连系梁自重 0.20.353.925=6.83KN 粉刷 0.0223.917=0.663KN 铝合金窗自重 2.41.80.45=1.94KN 窗下墙体自重 0.241.153.619=18.8
21、8KN 粉刷20.021.153.617=2.82KN 窗边墙体自重1.21.80.2419=9.85KN 粉刷1.21.820.0217=1.47KN 框架柱自重粉刷0.60.63.325=29.7KN 连系梁传来楼面自重 0.53.90.53.93.24=12.32KN 中间层边节点集中荷载 GA=GD=86.36KN 中柱连系梁自重 6.83KN 粉刷 0.663KN 内纵墙自重 3.6(3.3-0.35)0.2419=48.43KN 粉刷 3.6(3.3-0.35)20.0217=7.22KN 扣除门洞重加上门重 -2.410.2419+2.410.2=-10.46KN 框架柱自重 2
22、9.7KN 粉刷 1.88KN 连系梁传来楼面自重 0.5(3.9+3.9-2.1)1.053.24=9.7KN - 7 - 第三章 荷载计算 0.53.91.953.24=12.32KN 中间层中节点集中荷载 GB=GC=106.28KN 5.恒荷载作用下的结构计算简图： 图3-1 恒荷载作用下的结构计算简图 3.2 活荷载标准值计算 楼面活荷载作用下结构计算简图如图3-2 各荷载值计算如下： p6AB=p6CD=0.53.9=1.95KN/m p6BC=0.52.1=1.05KN/m P6A=P6D=0.53.90.53.90.5=1.9KN p6B=p6C=0.5(3.9+3.9-2.1
23、)1.050.5+0.253.93.90.5=3.4KN/m - 8 - 第三章 荷载计算 pAB=pAB=23.9=7.81KN/m pBC=2.52.1=5.25KN/m PA=PD=0.253.97.22=14.04KN PB=PC=14.04+0.253.92.52.1=19.16KN 图3-2 楼面活荷载作用下结构计算简图 - 9 - 第四章 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算 第四章 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算 4.1横向框架侧移刚度计算 计算柱的侧移刚度 D=aC12iCh2， 柱侧移刚度D计算公式：其中aC为柱侧移刚度修正系数，K为梁柱线刚度比， K=对
24、一般层KKcbKbK0.5+KK=ac=ac=2Kc，2+K，对底层2+K ，横向框架柱侧移刚度D计算表 表4-1 D=aC12iCh2 层次 层高 h/m 柱 根数 K aC 0.489 0.635 0.267 0.451 D 113802 N/mm 边柱 中柱 边柱 中柱 2 2 2 2 0.938 2.11 0.728 1.637 24755 32146 28892 48694 1 4.25 26 3.3 155172 D1=113802D2155172=0.7330.7，该框架为规则框架。 4.2风荷载作用下的内力分析及计算 4.2.1风压标准值计算 2w=0.3KN/m0风压标准值计
25、算公式为：w=bzmsmzw0，基本风压： 因结构高度H=20.3m30m,可取bz=1.0，对于矩形平面ms=场地粗糙度C类，mz可查建筑结构荷载规范，将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如表所示，表中z为框架节点至室外地面的高度，A为一榀框架各层节点所受风面积，计算结果如表4-2所示 风荷载计算 表4-2 层次 bZ mS Z(m) mZ w0 A PW - 10 - 第四章 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算 6 5 4 3 2 1 1 1 1 1 1 1 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 20.25 16.95 13.65 10.35 7.05
26、3.75 0.844 0.779 0.74 0.74 0.74 0.74 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 10.34 12.87 12.87 12.87 12.87 13.75 3.4 3.91 3.71 3.71 3.71 3.97 3.43.913.713.713.713.97图4-1 风荷载作用下的结构计算简图 4.2.2风荷载作用下侧移计算及内力分析 1.侧移计算 水平荷载作用下框架的层间侧移可按下式计算Duj=VjDij，各层的层间侧移值，求得以后顶点侧移为各层的层间侧移之和，框架在风荷载作用下的侧移计算表 风荷载作用下的侧移计算表 表4-3 各层风荷载 层数 层间剪
27、力 侧移刚度D(KN/m) 层间侧移 DujhPW/KN 3.4 Vj/KN 3.4 Duj/m 0.000022 6 155172 - 11 - 1150608第四章 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算 5 4 3 2 1 3.91 3.71 3.71 3.71 3.97 7.31 11.02 14.73 18.44 22.41 155172 155172 155172 155172 113802 0.0000471 0.000071 0.000095 0.00011 0.000196 1 700501 464671 347631 277691 21582框架总侧移u=Duj=0.0
28、0054，层间侧移最大值为2.风荷载作用下的框架内力分析 11，满足侧移限值 21582500风荷载作用下的结构计算简图如图4-1，内力计算采用D值法，各柱的剪力分配公式为 Vij=DijDj=1mVpi ijP6=3.4VP6=3.4P5=3.91VP5=7.31K=0.728c=0.267V6=0.63K=0.728c=0.267V5=1.36K=0.728c=0.267V4=2.05K=0.728c=0.267V3=2.74K=0.728c=0.267V2=3.43K=0.938c=0.489V1=4.87K=1.64c=0.451V6=1.07K=1.64c=0.451V5=2.3K=
29、1.64c=0.451V4=3.46K=1.64c=0.43V3=4.63K=1.64c=0.45V2=5.79K=2.11c=0.653V1=6.34y0=0.3M上=1.46M下=0.62y0=0.4M上=2.69M下=1.8y0=0.414M上=4M下=2.8y0=0.45M上=4.98M下=4.06y0=0.5M上=5.66M下=5.66y0=0.65，y2=0M上=7.25M下=13.45y0=0.382M上=2.18M下=1.35y0=0.432M上=4.31M下=3.28y0=0.45M上=6.28M下=5.14y0=0.482M上=7.92M下=7.36y0=0.3M上=9.5
30、6M下=9.55y0=0.55，y2=0M上=12.13M下=14.82P4=3.71VP4=11.02P3=3.71VP3=14.73P2=3.71VP2=18.44P1=3.97VP1=22.41图4-2风荷载作用下内力计算 剪力在各柱间的分配(KN);各柱反弯点及柱端弯矩(KNm) - 12 - 第四章 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算 梁端弯矩按下式计算，其中梁线刚度见结构计算简图2-2，由梁端弯矩进一步求得梁端的剪力，具体过程如表4-4所示 lribibbtr公式：M=lr(Mc+Mc)， Mb=lr(Mcb+Mct) ib+ibib+iblb梁端弯矩剪力及柱的轴力计算表
31、表4-4 AB跨梁 层次 6 5 4 3 2 1 l MbBC跨梁 柱轴力 Mbr KN/m L m Vb KN l MbMbr KN/m 1.21 3.14 5.31 7.25 9.4 L m Vb KN A柱轴力 B柱轴力 KN 0.34 1.15 2.55 4.44 6.84 9.97 KN 0.81 2.99 6.65 11.66 18.21 26.55 KN/m 1.46 3.31 5.8 7.78 9.72 12.91 KN/m 0.97 7.2 0.34 1.21 2.52 7.2 0.81 3.14 4.25 7.2 1.4 5.31 2.1 1.15 2.1 2.99 2.1
32、 5.06 2.1 6.9 2.1 8.95 5.81 7.2 1.89 7.25 7.52 7.2 2.4 9.4 9.64 7.2 3.13 12.04 12.04 2.1 11.47 0.971.461.212.523.313.144.255.85.315.817.787.257.529.49.645.143.281.552.181.464.310.626.281.87.922.89.565.667.3612.137.259.555.664.0642.694.989.7212.9112.0414.82A13.45B- 13 - CD第四章 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算 图4
33、-3 风荷载作用下框架弯矩图 0.630.341.071.150.810.341.360.812.31.43.461.894.632.992.991.152.055.066.652.552.746.911.664.443.432.45.798.9518.216.844.873.136.3411.4726.559.97ABCD图4-4 风荷载作用下框架剪力、轴力图 4.3地震作用作用下的内力计算及侧移验算 4.3.1重力荷载代表值计算 各层重力荷载代表值去全部楼面恒载，一半活载，上下各半层的建筑结构代表值 1.顶层重力荷载代表值： 屋面恒载 3.94.29=276.1KN 1m高女儿墙自重 13
34、.90.24192=35.57KN 纵横梁自重 5.667.22+4.022.1+4=119.92KN 半层柱自重 40.5=62.1KN 半层横墙自重 0.520.2419+21.220.5=81.74KN 半层纵墙自重 20.5+34.960.52=90.6KN 恒载+0.5活载 81.14+276.1+35.57+119.92+62.1+90.61+0.50.53.9=682.13KN - 14 - 第四章 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算 2. 25层重力荷载代表值： 楼面恒载 3.93.24=208.5KN 上下半层纵墙重 90.612=181.22KN 上下半层横墙重 8
35、1.742=163.48KN 纵横梁自重 119.92KN 上下半层柱自重 62.12=124.2KN 楼面层活载 3.9=132.8KN 恒载+0.5活载 163.48+208.5+181.22+119.92+124.2+0.5132.8=863.72KN 3.底层重力荷载代表值： 楼面恒载 3.93.24=208.5KN 上下半层纵墙重 90.61+90.613.75/3.3=193.58KN 上下半层横墙重 81.74+81.743.75/3.3=174.63KN 纵横梁自重 119.92KN 上下半层柱自重 62.1+62.13.75/3.3=132.67KN 楼面层活载 3.9=13
36、2.8KN 恒载+0.5活载 208.5+193.58+174.63+119.92+132.67+0.5132.8=895.7KN 则一榀框架的总重力荷载代表值Gi： i=1nGi=1ni=G1+G2+G3+G4+G5+G6=682.13+863.724+895.7=5032.71KN 4.3.2地震力计算 1.横向自震周期的计算 运用顶点位移法计算，对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构，基本自震周期可按下式来计算： T1=1.7yTuT 式中，uT计算结构基本自震周期用的结构顶点假想位移 yT结构基本自震周期考虑非承重砖墙影响的折减系数，取0.7 故先计算结构的顶点假想位移，计算过程如
37、表4-5 结构的顶点假想位移计算表 表4-5 - 15 - 第四章 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算 层次 6 5 4 3 2 1 Gi/KN 628.13 863.72 863.72 863.72 863.72 895.7 VG/KN iD/N/mm iDui/mm 4.05 9.96 15.53 21.09 26.67 44.2 ui/mm 121.53 117.48 107.52 91.99 70.9 44.2 628.13 1545.85 2409.57 3273.29 4137.01 5032.71 155172 155172 155172 155172 155172 11
38、3802 由上表计算基本周期T1： T1=1.7yTuT=1.70.70.12153=0.415 2.水平地震作用及楼层地震剪力计算 该建筑结构高度远小于40m，质量和刚度沿高度分布均匀，变形以剪切变形为主，因此用底部剪力法来计算地震作用。 首先，计算总水平地震作用标准值，即底部剪力FEk： 式中： 1相应于结构基本自震周期的水平地震影响系数 Geq结构等效总重力荷载，多质点取总重力荷载代表值的85% 特征周期为0.40S，抗震设防烈度为6度，查表得水平地震影响系数最大值max=0.04 由水平地震影响系数曲线来计算1： 1=(TgT)gmax=(0.40.9)0.04=0.03870.415 FEk=1Geq Geq=0.85Gi=0.855032.71=4277.8KN 式中，g衰减系数，取0.9 FEk=1Geq=0.03874277.8=165.54KN 因为T1=0.4151.4Tg=1.40.4=0.56 所以不需要考虑顶部附加水平地震作用
