土木工程毕业设计论文成都市某医院结构设计.doc

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1、西 南 交 通 大 学本科毕业设计成都市某医院结构设计D年 级: 土木04级17班学 号: 20040491姓 名: 专 业: 土木工程指导老师: 2008年6 月 西南交通大学毕业设计 第 III 页 院 系 土木工程学院 专 业 土木工程 年 级 土木04级17班 姓 名 陈 雁 题 目 成都市某医院结构设计 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日毕业设计任务书班 级 土木04级17班 学生姓名 陈 雁 学号 20040491 发题日期： 2006 年 4 月 3 日 完成日期： 6月 8 日题 目 成都市某医院

2、结构设计 1、本论文的目的、意义 1、要求学生通过毕业设计，熟悉结构设计的相关规范，巩固专业课讲到的结构设计知识，初步掌握多层及高层建筑物，结构布置，结构计算及主要结构施工图绘制的全过程，从而使学生对多高层房屋结构的设计方法和设计能力得到训练。 2、培养学生正确的设计思想、理论联系实际的工作作风和严肃认真的科学态度；训练和提高学生的设计能力、理论计算能力、查阅相关文档的能力、计算机软件使用能力和文字表达、整理能力。 2、学生应完成的任务 1、设计计算部分： 梁柱结构布置； 荷载布置； 输入设计参数；配筋电算；（5）一榀框架和框架下的基础手算。 2、施工图部分： 建筑平面图； 框架柱施工图； 标

3、准层框架梁施工图； 顶层框架梁施工图； 楼梯施工图；平面板配筋施工图。 3、设计说明书应书写清楚，字迹工整；中英文摘要500字以上；计算参数取之有理；手算楼梯计算过程清晰计算正确；施工图要求内容表达正确，线条分明，尺寸齐全，图面整洁，字体工整，且有必要的文字说明。 3、论文各部分内容及时间分配：（共 12 周）第一部分 毕业实习 ( 1 周) 第二部分 电 算 ( 8 周) 第三部分 计算书及施工图整理 ( 2 周) 评阅及答辩 答 辩 ( 1 周)备 注 指导教师： 年 月 日审 批 人： 年 月 日 西南交通大学毕业设计 第 75 页 摘 要本毕业设计是成都市某医院的结构设计，在西南交通大

4、学建筑勘察设计研究院的建筑方案图的基础上进行的。此医院总共分三个部分，第一部分长71.1m，宽15m，第二部分长19.5m，宽39m，这两部分都为两层。第三部分长63.9m，宽15m，共三层。这些部分的底层标准层层高为5.0m，其他层标准层高为3.9m。在建筑师设计意图的基础上采用框架结构体系，用中国建筑科学研究院开发的PKPM系列软件的SATWE模块进行结构的空间整体分析、设计和验算。由于软件功能和权限的限制，本设计结构的空间分析部分为电算，同时进行了一榀框架和其柱底下基础的手算工作，做到既能够熟练掌握目前主流的结构设计程序SATWE，又有明确清晰的传力路径和结构设计的基本概念来指导结构设计

5、，在设计过程中，把程序当作是结构设计的计算工具，而不是结构设计本身。一榀框架和其柱底下基础手算部分计算的主要内容为结构构件的空间布置、荷载计算、截面尺寸估算、构件受力分析、配筋设计、验算等。电算过程中，主要用到了PKPM系列软件的两个基本模块：PMCAD和SATWE。在截面估算和结构初步布置的基础上用前者完成结构的空间模型的建立和大致荷载的输入，同时在这里确定钢筋和混凝土的等级，用后者输入结构设计的总信息，比如：地震设防烈度、框架的抗震等级、地震加速度、基本风压、各种内力调整系数等等，实现人机的交互从而达到人工干预程序的目的，最后输出内力和变形信息，画出各个部位结构构件的平法施工图。关键词：毕

6、业设计；钢筋混凝土；结构分析；SATWEAbstractThis graduation design is about the structure of a hospital in Chengdu, which on the basis of the architecture design of Southwest jiaotong university, This building can divide into three parts. The length of the first part is about 71.1 meter and the width about 15 meter

7、. The length of the second one is about 19.5 meter and the width about 39 meter. Both of them have two floors. And the length of the third one is about 63.9 meter and the width about 15 meter, which own three floors.This design is composed of two sections: analysis by program SATWE, analysis myself.

8、 The handworker counting consists of several aspects, included preliminary selection of members size, counting model of frame, loads counting , lateral displacement counting of transverse frame ,internal force analysis of horizontal loads and vertical loads, interal force combinations, design of sec

9、tion. Horizontal earthquake counting use the underlying shears way. Counting of vertical loads bending moment use double divided bending way.Design of section use ultimate condition way. Because this frame belongs to third class frame,I have not count intersection of piont and have not obeyed the or

10、der of “strong column and weak beam”. Drawings consist of 8 parts, layout map of standard layer structure and section, steel map of the typical fame and floor, layout and section map of foundations, and last the shop drawing of a standard stairway. In the reinforced concrete frame design, the proces

11、s of automated counting by computer includes following steps. At first, build a model of the building by PMCAD. Second, input the load information of the building, which include self weight, earthquake load, wind load and live load and so on. Third, through the analysis of the space frame of the rei

12、nforced concrete frame with SATWE, get the information of section of frame components. At the same time, also get the drawing about board by PMCAD aiming the layout the shop drawing of the whole building to build up a building down-to-earth.Counting a manually by myself make me more familiar with my

13、 major,especially our major such as Stucture mechanics,Material mechanics,Mathmatics.key words：Graduation design ； reinforced concrete; Structure analysis; SATWE 目 录AbstractV第1章 设计概况11.1 建筑设计说明11.2 结构设计说明11.2.1 气候资料11.2.2 结构信息11.2.3 材料信息21.3 结构特点21.4 屋面、楼面及墙体做法21.4.1 屋面做法21.4.2 楼面做法21.4.3 墙体做法2第2章 结

14、构设计部分32.1 结构荷载计算32.1.1 活载标准值：32.1.2 恒载标准值：32.1.3 楼梯荷载标准值的导算：52.2 构件截面尺寸的估算62.2.1 柱截面估算62.2.2 梁截面82.2.3 楼面板82.3 设计计算流程8第3章 PMCAD建立空间模型103.1 PMCAD交互式数据输入103.1.1 建立轴线关系103.1.2 形成节点103.1.3 定义构件103.1.4 楼层定义103.1.5 输入楼层信息103.1.6 建立荷载标准层113.1.7 楼层组装113.2 输入次梁楼板113.2.1 楼板开洞113.3 输入荷载信息11第4章 SATWE结构分析204.1 接

15、PM生成SATWE数据204.1.2 特殊构件补充定义214.1.3 多塔结构补充定义214.1.4 生成SATWE数据文件214.1.5 数据检查214.2 结构分析与构件内力计算214.3 构件配筋设计与验算214.4 PM砼次粱内力与配筋计算21第5章 SATWE输出结果225.1 图形输出形式计算结果225.1.1 各层配筋简图225.1.2.梁弹性挠度225.1.3 柱轴压比225.1.4 各荷载工况下内力简图225.1.5 基础设计荷载简图305.1.6 地震力作用下的层位移305.1.7 地震力作用下的层位移角305.1.8 地震力作用下的层间剪力305.1.9 风力作用下的层位

16、移305.1.10 风力作用下的层位移角305.1.11 风力作用下的层间剪力305.2 文本输出形式计算结果355.2.1 结构设计信息文本353.3.1 位移输出文件385.2.2 各层内力标准值415.2.3 各层配筋文件415.3 绘制结构施工图41第6章 2轴线上的框架计算426.1框架梁截面尺寸(见附图)426.2框架柱截面尺寸456.3水平地震荷载作用下典型框架的内力计算456.4风荷载作用下，典型框架的内力计算506.5竖向荷载作用下，典型框架的内力计算526.5.1 竖向荷载计算526.5.2荷载作用下内力的计算546.6 内力组合与截面抗震计算596.6.1 底层框架的内力

17、组合和截面设计59第7章 柱下独立扩展基础设计697.1 基础上荷载的分析697.2 基础设计69第8章 结构构造设计728.1 梁的构造设计728.2 柱的构造设计72结 论74致 谢75参考文献76第1章 设计概况1.1 建筑设计说明本工程是成都某医院的结构设计，分为三个部分，第一部分长71.1m，宽15m，第二部分长19.5m，宽39m，这两部分都为两层。第三部分长63.9m，宽15m，共三层。这些部分的底层标准层层高为5.0m，其他层标准层高为3.9m。室内高度0.000m，室外高度0.300m，结构屋面高为12.0m，非上人屋面。建筑图另详。1.2 结构设计说明1.2.1 气候资料成

18、都市属亚热带湿润季风气候区，气候温和、四季分明、无霜期长、雨量充沛、日照较少。多年年平均气温为16.2，年极端最高气温为37.3，年极端最低气温为-5.9，最热月出现在78月，月平均气温为25.4和25.0，最冷月出现在1月, 月平均气温为5.6；年总降水量为918.2mm，雨量主要集中在78月,月降雨量分别为225mm和229mm，降雨最少月份为12和1月。1.2.2 结构信息结构类型：3层，全现浇钢筋混凝土框架结构。抗震设防烈度：7.5度。（场地土为类，设计地震分组为第一组）。场地土工程地质条件：结构位于对结构抗震有利的密实均匀中硬土上，地基为砂质黏土，地基承载力分别取300kN/m2，基

19、础埋深取0.5m。地基主要受力范围内无软土层及液化土层。结构安全等级：二级。设计使用年限：五十年。结构重要性分类：丙类。结构抗震等级：三级。（高度小于30米、抗震烈度为7.5度的一般跨度结构）基本风压：0.30 k N/m2基本雪压：0.30 k N/m2环境类别：二类a1.2.3 材料信息钢筋混凝土结构中，柱、梁、板所用混凝土皆为C30；基础所用混凝土为C20；梁、柱的主筋和吊筋均为HRB400, 箍筋均为HPB335；板配筋皆为HPB 235。1.3 结构特点按照建筑师的设计意图，本楼为3层且每层房间结构都较规则，大多数开间大小均约为,还有宽度为3m的走廊，为体现结构设计的“安全、适用、经

20、济、美观”的要求，拟以现浇混凝土框架结构体系来完成结构设计。1.4 屋面、楼面及墙体做法1.4.1 屋面做法按不上人屋面设计，采用卷材屋面，具体做法： 彩色三元乙丙符合卷材用cx-404胶粘结 刷冷底子油二道 25mm厚1:2.5水泥砂浆找平 起始层厚50mm2水泥炉渣找坡： 刷冷底子油二道 25mm厚1:3水泥砂浆找平 结构层100mm厚 1.4.2 楼面做法 结构层100mm厚 30mm厚的水泥砂浆找平 20mm厚1:2水结合层带地砖 20mm厚板府抹灰 1.4.3 墙体做法200mm厚加气混凝土砌块双面抹灰 2.8kN/m2第2章 结构设计部分2.1 结构荷载计算此次毕业实际安装的PKP

21、M系列软件为05年单机版，能够自动计算结构中梁和柱构件的自重，但是不能够计算楼面和屋面板的自重，应手工计算设计活载和结构中楼面板、屋面板、填充墙、窗户、门等的需要计算的恒载及规范规定的活载。2.1.1 活载标准值：根据荷载规范查得：不上人屋面： 0.5 kN/m2楼面 2.0 kN/m2走廊 2.5 kN/m2楼梯 2.5 kN/m2雪荷载（成都地区，按50年设计） 0.1 kN/m2（屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取大值。）2.1.2 恒载标准值：屋面部分 彩色三元乙丙符合卷材用cx-404胶粘结 刷冷底子油二道 25mm厚1:2.5水泥砂浆找平 起始层厚50mm2水泥炉渣找坡：当跨度

22、为15m 时，设双向坡 当跨度为19.5m 时，设双向坡 当跨度为8.4m 时，设单向坡 刷冷底子油二道 25mm厚1:3水泥砂浆找平 结构层100mm厚 所以屋面恒载：轴线1- 4跨度为15m：轴线B-E跨度为19.5m：轴线C-E跨度为8.4m：；综上统一取屋面恒载为楼面部分 结构层100mm厚 30mm厚的水泥砂浆找平 20mm厚1:2水结合层带地砖 20mm厚板府抹灰 所以楼面恒载墙荷标准值的计算墙，系指填充墙而不是剪力墙。墙荷载都导算到支撑这片墙的梁上，此设计简化了对窗户和门洞口的荷载考虑。对荷载分布的影响，一致认为荷载是线性分布在梁上的，在计算墙荷载的时候考虑每根梁的梁高。在此分层

23、计算，计算结果及图示如下：一般填充墙自重底层高，截面为截面为截面为 截面为截面为二三层，截面为截面为截面为 截面为截面为女儿墙自重屋面以上为女儿墙，取其高度1.2m，墙厚200mm，则2.1.3 楼梯荷载标准值的导算：楼梯的结构形式根据结构构件的布置情况可以有多种类型，为了体现清晰的传力途径，此处设计为标准的梁板楼梯，休息平台由层间梁和支撑在短柱上的平台梁支撑，梯段支撑在两端的梯梁上。在结构的空间分析中，可认为楼梯间为空，但是需要把楼梯的自重荷载标准值、活载标准值导算到结构上，也可以虚构的楼板来设计。楼梯信息由建筑物层高和结构布置，按照规范：2踏步高度踏步长度600mm，标准层层高为3900m

24、m，所以设踏步高度为150mm、宽度为300mm，楼梯间轴线间距为1800mm，设梯板净宽为1500mm，休息平台的净宽为1500mm，上平台的净宽为1500mm，经过初步估算，确定梯板的厚度为200mm，梯梁的截面尺寸bh为200mm300mm。荷载导算荷载导算的过程中认为平台板和梯段板都是简支在梁上的，平台板的四分之一的重传递到一根短柱上，平台板的二分之一的重传递到层间梁上，再进一步传递到框架柱上，因为这部分力比较小而且在PMCAD建立空间模型的时候没有设层间梁，所以忽略这部分重量。梯段的重量平均分布到两个梯梁上，再传递到短柱上。2.2 构件截面尺寸的估算截面的估算主要是指按照受荷面积估算

25、柱子截面，剪力墙的截面尺寸一般从建筑图上量取并结合经验设定，梁的截面估算主要按经验根据跨度进行。2.2.1 柱截面估算柱子截面设计中，应该合理改变柱子截面，因为不同高度处的柱子承受的重力荷载是不同的，越靠上的柱子承受的重力荷载越小，改变柱子截面也在一定程度上实现了“技术先进，经济合理”的设计原则，但兼顾虑施工的方便，截面的改变次数不宜过多，截面尺寸的改变量宜大于50，并为50的模数，且不同的柱子最好在同一楼层改变截面。柱子截面估算方法截面的估算过程中，认为柱子的轴力N为受荷面积上的重力荷载，即：柱子的轴力：考虑水平作用的轴力增大系数，分柱位按经验选用，如表2.2.1-1：表2.2.1-1轴力增

26、大系数表：柱子位置边柱不等跨内柱等跨内柱1.312512：柱子以上楼层的层数：柱子的受荷面积：受荷面积上的重力密度，按照设计经验一般可以取1215 kN/m2，根据工程具体情况可以做适当调整,如表2.2.1-2：表2.2.1-2 重力密度表结构形式或部位框架结构1114框剪结构1215剪力墙结构1316框筒结构1315地下室20柱子轴力在截面估算的过程中认为由混凝土本身承受，所以界面面积的估算可以由材料应力应变的关系得出，即：柱子的截面面积：柱子的轴力：混凝土抗压强度：柱子的轴压比限制值，可以查高层建筑混凝土结构技术规程，也可以按经验近似取值，如表2.2.1-3：表2.2.1-3轴压比表结构类

27、型抗震等级框架柱一级0.7二级0.8三级0.9柱子截面估算步骤为了尽量使最后设计的柱子配筋不为构造配筋，同时达到通过毕业设计掌握结构设计基本方法的目的，选用较小的重力密度值估算处较小的截面，通过若干次的修改使结构设计得到优化，所以取14 kN/m2；因为本工程的主次框架方向区别不是很明显，所以柱子截面选为方形；统一按边柱考虑，取轴压比0.9；为计算方便取轴压力增大系数1.2；查混凝土结构设计规范得到C30混凝土的抗压强度为=14.3Mpa； 受荷面积，且在结构构件设计中，考虑一定的模数，同时尽量避免同一楼层上柱子截面的种类过多给施工带来不便，必须归并计算数据，且满足柱子截面的构造要求，边长35

28、0mm，具体的柱子截面见结构布置部分。2.2.2 梁截面按建筑抗震设计规范（GB50011_2001），梁的截面尺寸，应符合下列标准：截面宽度不宜小于200mm；截面高宽比不宜大于4；净跨与截面高度的比值不宜小于4；根据经验： 对于跨度较小的梁，其截面尺寸可能会满足以上经验公式，可以从构造的角度考虑，设为200300。具体的梁截面尺寸见结构布置部分。2.2.3 楼面板住宅板厚不宜小于80mm。楼面恒载和活载不大，依经验，商场、住宅、屋面板厚皆取100mm。2.3 设计计算流程PMCAD交互式数据输入；输入次梁楼板；输入荷载信息；PMCAD生成SATWE数据；结构分析与构件内力计算；构件配筋设计

29、与验算；分析结果图形和文本显示；绘制梁、柱施工图；绘结构平面图；设计基础。第3章 PMCAD建立空间模型3.1 PMCAD交互式数据输入这部分工作的主要目的是建立结构空间模型，通常的做法是：3.1.1 建立轴线关系 其中的正交轴网操作可以快速地建立平面规则简单的轴网，平行轴线操作可以建立细部的轴线。3.1.2 形成节点 在PKPM中，一个节点把一个杆件或者一段墙分成两段，也是杆件和墙体定位的依据，当构件布置完成后可执行网格形成操作里的清理网点命令，以清除没用的节点。3.1.3 定义构件 主要包括墙、梁、柱三种结构构件。墙信息主要包括墙体厚度和高度；梁信息主要包括梁的材料、梁截面的宽度、梁截面的

30、高度；柱信息主要包括材料、截面宽度，截面高度。3.1.4 楼层定义 包括梁、柱、墙布置。为了提高计算精度，优化计算，通常把次梁当作主梁在结构布置部分输入。凡结构布置不同或者构件截面尺寸不同的楼层，都作为一个单独的结构标准层。一般按照从上到下或者从下到上的顺序建立结构标准层，考虑本工程结构布置和截面变化的具体情况，设置6个结构标准层，结构标准层于自然楼层的对应关系见表：3.1.4-1结构标准层与自然楼层的对应关系表结构标准层号自然楼层备注12F结构布置变化23F结构布置变化3#屋顶结构布置变化结构布置中，通常先布置柱，各层的结构布置如附图。3.1.5 输入楼层信息楼层信息包括楼板厚度，梁、板、柱

31、、剪力墙混凝土强度等级，统一输入板厚100，考虑合理的轴压比，混凝土强度等级输入信息如表3.1.5-1：表3.1.5-1 混凝土强度等级信息结构层号结构构件部位梁板柱墙1、2、3C25C20C30C253.1.6 建立荷载标准层荷载标准层是指恒载和活载分别相同的荷载分布。本工程考虑医院的活载不同，屋面和楼面的恒载不同，所以建立三个荷载标准层，如下表3.1.6-1：表3.1.6-1荷载标准层表荷载标准层号恒载活载对应自然层13.92.02F23.92.03F35.50.5屋顶3.1.7 楼层组装楼层组装，主要包括两部分操作：楼层组装和输入设计参数。楼层组装主要输入楼层层高，自然楼层、荷载标准层、

32、结构标准层三者的对应关系；设计信息主要包括总信息、材料信息、地震信息、风荷载信息、绘图参数，其中材料信息中可以把混凝土容重设置为25 kN/m3,以考虑两侧的粉刷重量，地震信息部分周期折减系数视填充墙的数量而定，因为填充墙会增加结构的质量从而降低结构的自振周期。3.2 输入次梁楼板输入次梁楼板中的主要操作是布置楼板开洞和降低楼板标高、修改楼板厚度、设置层间梁等。3.2.1 楼板开洞主要是楼梯全房间洞、楼层退台、楼层架空。具体楼板开洞信息见平面布置图。3.3 输入荷载信息荷载信息主要是指楼面的恒载和活载，梁上的恒载和活载，其中楼面板恒载和活载在楼层组装操作中已设置，在此只许修改局部房间荷载布置，

33、如走廊。梁上线性荷载主要是由填充墙体传来的恒载。梁荷载按按荷载计算部分的计算结果布置图3.3-1 1标准层右边部分梁上恒载图3.3-2 1标准层右边部分梁上活载图3.3-3 2标准层右边部分梁上恒载图3.3-4 2标准层右边部分梁上活载图3.3-5 3标准层右边部分梁上恒载图3.3-6 3标准层右边部分梁上活载第4章 SATWE结构分析4.1 接PM生成SATWE数据在PMCAD中建立好结构的空间模型之后，应该输入接受分析计算必需的参数，即接PM生成SATWE数据，主要有以下几步操作。4.1.1 分析与设计参数补充定义总信息主要修改内容：考虑梁侧粉刷重量，所以设置混凝土容重25 kN/m3模拟

34、施工加载1 风荷载信息主要修改内容：修正后的基本风压0.3 kN/m2地震信息主要修改内容：因为本结构的长宽相差不大，所以考虑双向地震力作用；因为填充墙的数量比较多，所以设置周期折减系数0.7活荷信息主要修改内容：因为房屋高度不高，所以设置柱、墙设计时活荷载不折减调整信息主要修改内容：考虑混凝土开裂，所以设置梁端负弯矩调幅系数0.85；梁设计弯矩放大系数1.1；考虑连梁的支撑较弱，所以设置连梁刚度折减系数0.7；因为中梁和板是整体浇注的，所以设置中梁刚度放大系数1.9设计信息主要修改内容：由结构的刚重比决定是否考虑P-效应，此处不考虑；配筋信息荷载组合4.1.2 特殊构件补充定义特殊构件补充定

35、义主要是设置角柱和铰接梁，因为在PMCAD中建立空间模型的时候把所有的次粱当作主粱输入，所以在这里把所有的次粱的支撑条件设为两端铰接，但是在出图的时候需要手工在次粱的两端配置矢量的钢筋，一般为次粱跨中截面钢筋数量的1/3左右。角柱主要是指在两个方向上都只有一边支撑的柱子，通常认为角柱就是布置在房屋四角的柱子，因为角柱可能承受地震的扭转作用，受力比较复杂，在构造上需要箍筋全高加密，所以在此需要定义角柱。4.1.3 多塔结构补充定义多塔结构通常是指支撑在同一基础或地下室顶板上的若干个独立的多高层建筑，因为本工程是一个仅是三层的结构，所以跳过此步操作。4.1.4 生成SATWE数据文件点击此命令，计算机自动完成数据生成工作。4.1.5 数据检查点击此命令，计算机自动完成数据检查工作。4.2 结构分析与构件内力计算点击此命令，计算机自动完成结构分析与构件内力计算工作。4.3 构件配筋设计与验算点击此命令，计