土木工程毕业设计（论文）-长安大学生公寓楼设计.doc

西安工业大学毕业设计(论文)本科毕业设计(论文)题目：长安大学生公寓楼设计院 （系）： 建筑工程学院 专 业： 土木工程 班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 2015年 06月长安大学生公寓楼设计摘要该毕业设计题目是长安大学生公寓楼设计，建筑面积4793.6m2 ，建筑总高度21.60m，共6层，层高3.6m，结构形式为框架结构。本工程设计结合地方地质及水文气候条件，依据各设计规范，使设计结果既符合设计标准，又满足使用要求，经济合理性。该设计主要包括建筑设计和结构设计两部分。其中建筑设计部分主要从建筑物功能与形式的关系等几个方面进行了探索，主要完成了建筑平面设计、立面设计和剖面设计。结构设计部分，根据任务书要求，在进行构件截面估算和荷载计算后，设计主要进行了结构方案中3轴横向框架的设计。在确定框架布局之后，先进行了截面的初步设计，梁柱侧移刚度和重力荷载代表值得的计算，通过顶点位移法与底部剪力法求出了在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）,接着再求出竖向恒载，活载,并用弯矩二次分配法进行内力分配，求出竖向荷载作用下的内力（弯矩、剪力、轴力）。接下来进行内力组合并找出最不利的内力组合，选取最不安全的内力组合进行计算配筋计算。此外还进行了结构方案中的楼梯、楼板和基础等的设计。最后使用cad绘制施工图。关键词：框架结构 ；结构设计；内力组合ichangan university student dormitory buildingabstractthe graduation design topic is the chang an university student apartment building design, construction area of 4793.6 m2, building a total height of 21.60 m, a total of 6 layer, the height of 3.6 m, the structure form is frame structure. the project design combining with local geological and hydrological conditions, on the basis of the design specification, make a design results both comply with the design standards, and meets the requirement of economic rationality.the design mainly includes the architectural design and structure design of two parts. the architectural design of buildings from such aspects as the relationship between function and forms has explored, mainly completed building plane design, elevation and profile design. structure design part, according to the specification requirements, after the member section estimation and load calculation, design the main structure scheme of three axis transverse frame design. after in determining the frame layout, first has carried on the preliminary design of the section, beam lateral stiffness and gravity load on behalf of the calculation is, through the vertex displacement method and the bottom shear method under horizontal load of the structure internal forces (bending moment, shear force and axial force), then calculated the vertical dead load and live load, and the internal force distribution, the bending moment secondary distribution method to calculate internal force under the vertical load (bending moment, shear force and axial force). the internal force of internal force combination and find out the most unfavorable combination, selecting the most unsafe calculation of reinforcement calculation of internal force combination. in addition, the structure scheme of the stairs, floor and foundation design, etc. finally using cad drawing construction drawings. key words: frame structure; structure design; combination of internal forcei目 录中文摘要i英文摘要ii主要符号表vi1 工程概况11.1工程名称11.2工程介绍11.3工程条件12 建筑设计说明22.1建筑主要技术经济指标22.2建筑内容2 2.2.1平面功能分析2 2.2.2建筑立面和剖面22.3构造处理2 2.3.1墙面构造处理2 2.3.2门窗选用2 2.3.3其他33.结构设计说明43.1结构体系的选择4 3.1.1结构体型选型4 3.1.2其他结构选型43.2结构计算简图4 3.2.1柱网布置43.3框架结构承重方案的选择53.4框架结构的计算简图54 截面尺寸的初步确定及线刚度6i4.1梁柱截面尺寸的初步确定6 4.1.1框架梁的尺寸6 4.1.2框架柱的尺寸64.2板厚的确定74.3梁柱线刚度74.4各层横向框架侧移刚度计算85 荷载计算105.1恒荷载标准值的计算105.2活荷载标准值的计算115.3重力荷载代表值的计算11 5.3.1底层梁柱11 5.3.2 25层梁柱126 水平荷载作用下内力及抗侧移验算156.1横向自振周期的计算156.2水平地震作用及楼层地震剪力的计算156.3水平地震作用下的位移验算176.4水平地震作用下框架内力计算187 重力荷载作用下的内力计算227.1计算单元的选择与确定227.2恒载计算237.3活载计算237.4内力计算258 横向框架内力组合308.1结构抗震等级308.2框架的内力组合308.3跨间最大弯矩的计算309 框架梁柱截面设计389.1框架梁38 9.1.1梁的正截面受弯承载力计算38i 9.1.2、梁斜截面受剪承载力计算：419.2框架柱的设计41 9.2.1柱的剪跨比和轴压比41 9.2.2柱正截面承载力计算42 9.2.3框架梁柱节点核芯区截面抗震验算4410 楼板设计4710.1楼板类型及设计方法选择4710.2弯矩计算及截面设计4711 楼梯设计5011.1结构平面布置5011.2楼梯板设计5111.3平板设计5111.4平台梁设计5212 基础设计5412.1设计说明5412.2荷载计算5412.3地基承载力设计值5412.4持力层验算5412.5基础抗冲切验算5512.5内力计算与配筋5657参考文献58致 谢59毕业设计（论文）知识产权声明60毕业设计（论文）独创性声明61i主要符号表sgk 永久荷载效应的标准值；sqk 可变荷载效应的标准值；g 永久荷载的分项系数；q 可变荷载的分项系数；t 结构自振周期；fy、fy 普通钢筋的抗拉、抗压强度设计值；vcs 构件斜截面上混凝土和箍筋的受剪承载力设计值；as、as 纵向非预应力受拉钢筋合力点、纵向非预应力受压钢筋合力点至截面近边的距离；b 矩形截面宽度、t 形截面的腹板宽度；d 钢筋直径或圆形截面的直径；c 混凝土保护层厚度；e、e 轴向力作用点至纵向受拉钢筋合力点、纵向受压钢筋合力点的距离；e0 轴向力对截面重心的偏心距；ea 附加偏心距；ei 初始偏心距；h 截面高度；ih0 截面有效高度； hf、hf t形截面受拉区、受压区的翼缘高度； as、as 受拉区、受压区纵向非预应力钢筋的截面面积； 1 受压区混凝土矩形应力图的应力值与混土轴心抗压强度设计值的比值； sv 箍筋和钢筋的配筋率； v 间接钢筋或箍筋的体积配筋率； fek 结构总水平地震作用标准值； geq 重力荷载代表值、等效总重力荷载代表值； ma 水平地震影响系数最大值；re 承载力抗震调整系数； mc 节点柱端截面组合弯矩设计值之和； mb 节点梁端截面组合弯矩设计值；c 柱端弯矩增大系数i1 工程概况1.1工程名称长安大学生公寓1.2工程介绍根据需要及各方面综合考虑，本建筑设计为矩形平面布置，各层层高3.6m，层数为6层，建筑长50.4m，宽15.0m总建筑面积4793.6m2 ，建筑总高度：21.60m。每间容纳人数4人，每层设公共卫生间。1.3工程条件（1）场地条件：该建筑位于西安市北郊，建筑场地平坦，无不良土质现象，场地类别为二类。（2）气象条件：基本雪压0.20kn/m2，基本风压0.35kn/m2（3）地质条件：该处地表有0.40.9m的回填土，fk=5060kpa；其下为黄土状土（粉质粘土），可塑，局部硬塑，不具湿陷性，属中压塑性土，厚2.73.9米，地基容许承载力fk=200kpa；其下为粉砂粉细砂，未穿透，厚度大于25米，fk=180kpa，es=14.5mpa。常年地下水位低于-9.5m，对混凝土无腐蚀性。土壤平均容重：；土壤最大冻结深度为45cm。032 建筑设计说明2.1建筑主要技术经济指标（1）耐火等级：二级（2）屋面防水等级：级（3）结构形式：框架结构（4）抗震设防烈的：8度2.2建筑内容2.2.1平面功能分析本建筑设计内廊，走廊宽3.0m，满足宿舍楼设计规范里的安全，通行与疏散要求；大楼底层设有三个入口，主体内各层都设有三部楼梯，各有单独的入口，具体尺寸及做法详见建筑施工图。a.房间布置：本公寓楼设有宿舍、门卫室、厕所。主要功能以学生居住生活为主；纵横向布置的房间均设有用来通风及采光的窗户，且满足宿舍楼设计规范中通风及采光的要求。b.安全设施(1)疏散要求方面：最远端房间的门距离楼梯距离15m；中间楼梯至少可以并列通过三个人，合乎建筑规范要求。(2)防火要求方面，在各个楼道内均设有消防栓。2.2.2建筑立面和剖面建筑立面：符考虑设计的是办公楼楼，立面尽量简洁，大方。建筑剖面：剖切线通过楼梯，选取比较有代表的地方剖切，剖面图详细的显示楼梯的尺寸和房间大小等。具体见建筑立面与剖面。2.3构造处理2.3.1墙面构造处理a.内外纵横墙均为240mm厚，卫生间的标高比室内标高低20mm。b.防潮处理：墙身水平防潮处理，在标高为0.06m处铺设3%防水剂的细石混凝土厚60mm；垂直防潮处理，在所有外墙壁窗台标高以下采用防水砂浆。2.3.2门窗选用所有各个房间的门均采用防火木门，进大厅的正门采用推拉式铝合金玻璃门，走廊两侧门也采用铝合金玻璃门；窗户均采用铝合金推拉窗。2.3.3其他（1）设计标高：室内设计标高为0.000m，室外标高为-0.600m。（2）墙身做法：混凝土空心砖，外墙采用水刷石墙面，内墙采用水泥粉墙面。（3）屋面做法：30厚c20细石混凝土防水层，15厚水泥砂浆找平，40厚水泥石灰焦渣砂浆找坡，120现浇钢筋混凝土板，10厚混合砂浆抹灰。13.结构设计说明3.1结构体系的选择3.1.1结构体型选型本学生公寓楼设计采用钢筋混凝土现浇框架结构体系，地震设防烈为8度，设计基本加速度值为0.20g，根据任务书要求采用框架结构体系。3.1.2其他结构选型（1）屋面结构：采用钢筋混凝土板（2）楼层结构：所有楼板均采用现浇钢筋混凝土板（3）楼梯结构：现浇钢筋混凝土板式楼梯（4）基础：采用柱下独立基础3.2结构计算简图3.2.1柱网布置本学生公寓楼采用柱距7.2m的内廊式柱网。边跨为6.0m，中间跨为3.0m，楼层层高3.6m。如下图。图3.1柱网布置图3.3框架结构承重方案的选择竖向荷载的传力途径：楼板的均布活载和恒载经次梁间接或直接传至主梁，再由主梁传至框架柱，再传至地基，最后传至地基。根据以上楼盖的平面布置及竖向荷载的传力途径，本办公楼框架的承重方案为横向框架承重方案。3.4框架结构的计算简图如下图：图3.2取横向一榀框架进行计算，选取3号轴线的一榀框架。取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，各层层高均为3.6m，底层柱高度从基础顶面到一层板顶面，根据地质条件基础顶面标高定为-1.1m，即：h1=3.6+1.1=4.7m614 截面尺寸的初步确定及线刚度4.1梁柱截面尺寸的初步确定4.1.1框架梁的尺寸框架梁的截面尺寸应根据承受竖向荷载的大小、梁的跨度、框架间距等因素综合考虑。一般按以下公式估算：hb=（1/81/18）l0 （4.1）bb=（1/21/4）hb （4.2）l0 ：梁的计算跨度hb：梁的截面高度bb：梁的截面宽度本方案hb取l0/10=6000/10=600mm, bb取h0/2=600/2=300mm梁截面初步确定为300mm600mm4.1.2框架柱的尺寸框架柱的截面尺寸根据柱的轴压比限值，按下列公式计算：（1）柱组合的轴压力设计值n=fg e n （4.3） 注：考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数。f：按简支状态计算柱的负载面积。 g e ：折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近似的取14kn/m2。 n：为验算截面以上的楼层层数。（2）acn/unfc （4.4）该框架结构的抗震等级为二级，根据建筑抗震设计规范11.4.16条，查得其轴压比限值为un=0.75,各层重力荷载代表值近似取14kn/m2,fc 为混凝土轴心抗压强度设计值，对于c30，查得14.3n/mm2。(3）计算过程：n=fg e n=1.37.54.5145=4717.44knacn/unfc=4717.44103/0.75/14.3=412325.20mm2即为642mm642mm 底层取650mm650mm 标准层取600mm600mm 表4.1柱截面尺寸（mm） 层次混凝土等级bh26c306006001c30650650表4.2梁截面尺寸（mm）混凝土等级横梁（bh）纵梁（bh）次梁ab跨、cd跨bc跨300600250450c303006003004504.2板厚的确定根据楼板最小厚度规定和跨后比的要求来确定板厚。边跨：3600/40=90mm，取板厚h=90mm走廊同样取90mm4.3梁柱线刚度框架梁线刚度为ibeci0/l。在框架结构中，可将现浇楼面视作梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧移。考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架梁取，对中框架梁取。柱线刚度为 i0=bh3/12 计算结果见下表：表4.3横梁线刚度ib计算表类别ec(n/mm)b*h(mm*mm)l(mm)1.5eci0/l(n*mm)2.0eci0/l(n*mm)ab、cd跨3.010430060060004.0510105.41010bc跨3.010430060030003.4510104.61010表4.4纵梁线刚度表ib类别ec(n/mm)b*h(mm*mm)l(mm)2.0eci0/l(n*mm)纵梁3.010430060072004.51010表4.5柱线刚度表ic层次ec(n/mm)hc(mm)b*h(mm*mm)eci0/l(n*mm)13.010447006506509.41010253.010436006006009.010104.4各层横向框架侧移刚度计算柱的线刚度按式d=c12ic/h2来计算，c为柱的侧移刚度系数，根据梁柱线刚度比的不同，结构布置图中的柱可分为中框架中柱和边柱，边框架中柱和边柱等。利用公式： 标准层 i=ib/2ic 底层 i=ib/ic a=i/(2+i) a=（0.5+i）/(2+i) d=12i/h2 d=12i/h2 （4.5）表4.6标准柱26层框架侧移刚度计算构件名称 i=ib/2ic=i/(2+i) d=12ic/h2(n/mm)a轴柱中 25.41010 /29.01010=0.600.2319166.67边 24.051010 /291010=0.450.18 15000.00b轴柱中 2(5.4 +4.6)1010/29.01010=1.11 0.36 30000.00边 2(4.05+3.45)1010/29.01010=0.83 0.29 24166.67c轴柱中 2(5.4+4.6)1010/29.01010=1.11 0.36 30000.00边 2(4.05+3.45)1010/29.01010=0.83 0.29 24166.67d轴柱中 25.41010 /29.01010=0.600.2319166.67边 24.051010 /29.01010=0.360.18 15000.00其中 a,b,c,d边柱各2根中柱各6根 则标准柱框架侧移刚度：d=2(15000+24166.67)2+62(19166.67+30000)=746666.72表4.7 底层柱框架侧移刚度计算表构件名称 i=ib/2ic=i/(2+i) d=12ic/h2(n/mm)a轴柱中 5.41010 /9.41010=0.570.4221446.81边 4.051010 /9.41010=0.430.38 19404.26b轴柱中 (5.4 +4.6)1010/9.41010=1.06 0.51 26042.55边 (4.05+3.45)1010/9.41010=0.80 0.46 23489.36c轴柱中 (5.40+4.60)1010/9.41010=1.06 0.51 26042.55边 (4.05+3.45)1010/9.41010=0.80 0.46 23489.36d轴柱中 5.41010 /9.41010=0.570.42 21446.81边 4.051010 /9.01010=0.430.38 19404.26其中 a,b,c,d边柱各2根中柱各10根 则底层柱框架侧移刚度：d=22(19404.26+23489.36)+26(21446.81+26042.55)=741446.80由此可知，横向框架的层间侧移刚度为：一层：d=741446.80二六层：d=746666.72d1/d2=741446.80/746666.72=0.990.7 故该框架为规则框架，符合抗震概念设计要求。5 荷载计算5.1恒荷载标准值的计算部位 构造 荷载 屋面 防水层30厚c20细石混凝土 1.0kn/m2找平层15厚水泥砂浆 0.01520=0.3kn/m2找坡层40厚水泥石灰焦渣砂浆3%找坡 0.0414=0.56kn/m2结构层120厚现浇混凝土板 0.1225=3.0kn/m2抹灰层10厚混合砂浆 0.0117=0.17kn/m2 5.03kn/m2 走廊楼面 10mm普通瓷砖地面 0.0117.8=0.18 kn/m2 20mm水泥砂浆结合层 0.0220=0.4kn/m2 结构层90厚现浇钢筋混凝土板 0.0925=3.0kn/m2 抹灰层10厚混合砂浆 0.0117=0.17kn/m2 2.42kn/m2 标准层楼面 10mm普通瓷砖地面 0.0117.8=0.18 kn/m2 20mm水泥砂浆结合层 0.0220=0.4kn/m2 结构层90厚现浇钢筋混凝土板 0.0925=3.0kn/m2 抹灰层10厚混合砂浆 0.0117=0.17kn/m2 2.42kn/m2梁自重 bh=300mm600mm 250.3（0.6-0.09）=3.83kn/m 抹灰层10厚混合砂浆 1.50.0117=0.26kn/m 4.09kn/m bh=300mm450mm 250.30（0.45-0.09）=2.70kn/m 抹灰层10厚混合砂浆 1.50.0117=0.26kn/m 2.96kn/m bh=350mm450mm 250.25（0.45-0.09）=2.05kn/m 抹灰层10厚混合砂浆 1.50.0117=0.20kn/m 2.45kn/m柱自重 bh=600mm600mm 250.60.6=9.0kn/m 抹灰层10厚混合砂浆 1.80.0117=0.31kn/m 9.31kn/m bh=650mm650mm 250.650.65=10.56 kn/m 抹灰层10厚混合砂浆 1.80.0117=0.31kn/m 10.87kn/m 墙自重 首层 （3.6+0.60-0.6）0.2410.30=8.90kn/m铝合金窗 0.95kn/m水刷石墙面 0.75kn/m水泥粉墙面 0.54kn/m 11.4kn/m标准层 （3.6-0.6）0.2410.3=7.40kn/m铝合金窗 0 .95kn/m水刷石墙面(wai 0.75kn/m水泥粉墙面 0.54kn/m 9.64kn/m女儿墙： 0.241.218+0.10.2425+0.75=6.10kn/m5.2活荷载标准值的计算根据荷载规范查得屋面、楼面活载标准值：不上人屋面： 0.5kn/m2楼面：宿舍 2.0kn/m2 卫生间 2.5kn/m2 走廊 2.0kn/m2 楼梯 2.0kn/m2雪荷载标准值： 0.20kn/m25.3重力荷载代表值的计算5.3.1底层梁柱表5.1底层梁重力荷载代表值类别净 跨（mm）截 面（mm）密 度（kn/m3）体 积（m3）数 量(根)单 重（kn）总 重（kn）横梁6000300600251.0816274323000300450250.405810.1381纵梁7200300600251.2962832.40907.20 次梁6000250450250.6751416.88236.25表5.2底层柱重力荷载代表值类别计算高度（mm）截 面（mm）密 度（kn/m3）体 积（m3）数 量（根）单 重（kn）总 重（kn）底层柱4700650650251.993249.641588.60内外填充墙（含门窗）重的计算： a.横墙：横墙荷载：11.40kn/mab跨、cd跨墙：墙厚240mm，计算长度6000mm，计算高度3600-600=3000mm。长度：（6.0-0.65）16=85.6m总重：11.485.6=975.84knbc跨墙：墙厚240mm，计算长度3000mm，计算高度3600-450=3150mm。长度：（3.0-0.65）2=4.7m总重：4.711.4=53.58kn 内填充墙：墻厚240mm，计算长度6000mm，计算高度3600-450=3150mm长度（6.0-0.6）13=70.2mm总重=11.470.2=800.28kn横墙总重： 1975.84+53.58+800.28=1829.70kn b.纵墙：27跨外墙：厚度240mm，计算长度：（7.2-0.65）26=170.3m，计算高度：3.6-0.6=3.0m 总重：11.4170.3=1941.42kn 楼板恒载、活载的计算：净面积(3.365.76)26+5.76+6.96+50.162.76=681.72m2恒载：2.42681.72=1649.76kn活载：2.0681.72=1363.44kn 由以上可知，一层重力荷载代表值为（楼面恒载+50%楼面均布活载+纵横梁自重+楼面下层的柱及纵横墙体自重+上层柱及墙体自重一半）g1=g 恒+0.5g活=432+81+907.2+236.25+1588.6+1829.7+1941.42+1649.76+0.51363.44+0.5(1040+432+81+907.2+236.25+2106.72+54.72+984.6)=11361.70kn5.3.2 25层梁柱表5.3 25层梁的重力荷载代表值类别净 跨（mm）截 面（mm）密 度（kn/m3）体 积（m3）数 量(根)单 重（kn）总 重（kn）横梁6000300600251.081627432横梁3000300450250.405810.1381纵梁7200300600251.2962832.4907.2次梁6000250450250.6751416.88236.25表5.3 标准层柱的重力荷载代表值类别计算高度（mm）截 面（mm）密 度（kn/m3）体 积（m3）数 量（根）单 重（kn）总 重（kn）标准柱3600600600251.303232.51040内外填充墙的计算： a.横墙：横墙荷载：11.40kn/mab跨、cd跨墙：墙厚240mm，计算长度6000mm，计算高度3600-600=3000mm。长度：（6.0-0.6）16=86.4m 总重：11.486.4=984.6knbc跨墙：墙厚240mm，计算长度3000mm，计算高度3600-600=3000mm。 长度：（3.0-0.6）2=4.8m总重： 11.44.8=54.72kn b.纵墙：17跨纵墙：计算厚度：240mm，计算高度：3600-600=3000，计算长度：（7.2-0.6）20=184.8m总重：11.4184.8=2106.72kn 楼板恒载、活载的计算 净面积3.365.7628+50.162.76=680.34m2恒载：2.42680.34=1646.42kn活载：2.0680.34=1360.68kn由以上可知，25层重力荷载代表值为（楼面恒载+50%楼面均布活载+纵横梁自重+楼面上下各半层的柱及纵横墙体自重） g1=g 恒+0.5g活=432+81+907.2+236.25+1040+984.6+54.72+861.84+1646.42+2156.7+0.51360.68=9031.09k顶层重力荷载代表值包括：屋面恒载+50%活载+纵横梁自重+半层柱自重+半层墙体自重恒载：5.0350.415.0=3538.08kn 活载：2.050.415.0=378kn 雪载：0.250.415.0=231.8kn 由以上可知，顶层重力荷载代表值为g6=g 恒+0.5g活 =3538.08+0.5378+151.2+432+81+907.20+236.25+0.510400.5（984.6+54.72+2106.72） =7628.47kn女儿墙重力荷载代表值：g=（50.42+152）1.20.2418=678.07kn图5.1 各质点重力荷载代表值6 水平荷载作用下内力及抗侧移验算6.1横向自振周期的计算横向自振周期的计算采用结构顶点的假想位移法。基本自振周期t1（s）可按下式计算： t1=1.7t （ut）1/2 （6.1） 注：ut假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值gi作为水平荷载而算得的结构顶点位移。t结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数，取0.7。ut按以下公式计算：vgi=gk （6.2）（u）i= vgi/d ij （6.3） ut=（u）k （6.4）注：d ij 为第i层的层间侧移刚度。 （u）i为第i层的层间侧移。 （u）k为第k层的层间侧移。 结构顶点的假想侧移计算过程见下表表6.1 结构顶点