土木工程--5层住宅楼设计2546平，计算书.doc

第1章 建筑设计和结构设计概况1.1 建筑设计概况1.1.1 工程简介及设计依据1. 工程简介 本工程地处小区，首层为小棚层，地上五层为住宅楼，顶层为阁楼层，建筑总高度为20.5m，住宅部分层高为2.8m，小棚层层高为2.2m,建筑总面积为2546.62m2 。建筑耐火等级为二级，抗震设防烈度为7度，地震分组为第一组，安全等级为二级，设计使用年限为50年。2. 设计依据（1）民用建筑设计通则（GB50352-2005）（2）住宅设计规范 （GB500961999）2003年版（3）住宅建筑规范 （GB503682005）（4）建筑设计防火规范（GB50016-2006）（5）山东建筑做法图集（L06J002）3. 方案特点（1）建筑平面：建筑平面为矩形12.9m29.7m，对抗震有利。 （2）建筑立面：简洁、明快。（3）防火设计：按耐火等级为二级设计。1.1.2 装修处理 墙面：外墙面：参见L06J002外墙20；内墙面：参见L06J002内墙5；卫生间墙面：参见L06J002内墙30。楼地面：地面：参见L06J002地3；楼梯间楼面：参见L06J002楼19；卫生间地面：参见L06J002楼17；其余楼面：参见L06J002楼1。顶棚：小棚顶棚：参见L06J002棚31；其余顶棚：参见L06J002棚1；门窗：单元门为防盗门，入户门为防盗门，室内门为木质门。窗为铝合金窗。填充墙采用加气混凝土砌块200厚，厕所隔墙采用100厚。1.2 结构设计概况1.2.1 设计规范1.建筑结构荷载规范 （GB50009-2001）2006年版2. 建筑抗震设计规范（GB50011-2010）3.混凝土结构设计规范 （GB50010-2002）4.建筑结构制图标准 （GB/T50105-2001）5.建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）6. 混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图03G101-11.2.2 自然条件1. 基本风压：0.55，基本雪压：0.402. 抗震设防烈度：7度3. 场地土的类别：二类4. 地面粗糙程度：B类5. 工程地质概况： (1)第一层：人工杂填土 平均厚度为1.29 (2)第二层：细砂 平均厚度为4.54 (3)第三层：细砂粉土 平均厚度为2.46 1.2.3 楼层使用荷载（活荷载）卫生间、厨房、楼梯间2.0，非上人屋面0.5。1.2.4 结构形式 本工程采用框架结构，框架抗震等级为三级。梁、板、柱均为现浇混凝土。本建筑总长为29.2小于55，故不需要设置伸缩缝，结构布置比较均匀，故不必设置沉降缝，防震缝也不必设置。混凝土强度等级为C30，基础为柱下独立基础，基础垫层混凝土强度等级C15。柱、梁的纵向钢筋采用HRB335，箍筋采用HRB400，板的钢筋采用HRB400。第2章 结构布置与计算简图2.1 结构布置2.1.1 布置原则框架的结构布置既要满足建筑功能的要求，又要使结构受力合理，方便施工。柱网均匀对称，梁全部贯通对结构有利。建筑及抗侧力结构的平面布置宜规则对称，立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小。应尽量避免结构缺梁、缺柱、凹凸等平面不规则框架和错层、内收、外挑等竖向不规则框架。本建筑总长为29.2小于55，故不需要设置伸缩缝，结构布置比较均匀，故不必设置沉降缝，防震缝也不必设置。2.1.2 柱网布置见图2.1324图2.1 结构布置2.2 计算简图的确定2.2.1 以7轴线作为计算单元1. 框架层高的确定本工程采用柱下独立基础，埋深初步确定基础顶标高为，考虑到其他一些偶然因素将底层柱高取为4.4米，故小棚层的计算层高为4.4，其余层计算层高根据上下层横梁轴线之间的距离确定，本工程上下层横梁截面高度相同，层高也相同，故计算层高等于楼层高度2.8。2. 框架跨度的确定相邻柱轴线之间的距离决定了框架的跨度，等截面柱的轴线与截面形心重合，柱截面尺寸沿高度变化时，柱轴线与较小截面的形心线重合。 计算简图见图2.2 框架类型（a） 框架类型（b） 框架类型（c）图2.2 计算简图2.2.2 梁、板、柱截面尺寸的估算1 . 初步估算梁板的截面尺寸梁高h=（1/101/15）L 梁宽b=（1/21/3）hAB跨度为4500,则h=250375 故取h=400,b=200其余框架梁均取h=400，b=200卫生间次梁均取h=300，b=200板厚度L，且考虑到埋设管线等原因，故取=100。2 . 初步估算柱的截面尺寸柱截面尺寸可根据式估算。因为抗震烈度为7度，总高度，查表可知该框架结构的抗震等级为三级，其轴压比限值；各层的重力荷载代表值近似取12，由图2.2可知边柱及中柱的负载面积分别为和。由公式可得第一层柱截面面积为边柱 中柱 如取柱截面为正方形，则边柱和中柱截面高度分别为和。根据上述计算结果并综合考虑其它因素，本设计框架柱截面尺寸一层取值其余层取值均为。第3章 重力荷载及重力荷载代表值的计算3.1 重力荷载的计算3.1.1 楼（屋）面的荷载计算红色英红瓦 0.55 30厚1:3水泥砂浆找平 200.03=0.6 60厚挤塑板保温层 0.151.5厚防水卷材两道 0.120厚1:3水泥砂浆 200.02=0.40100厚钢筋混凝土板 0.125= 2.520厚石灰砂浆 170.02=0.34合计： 4.64 2. 楼面做法30厚1：3干硬性水泥砂浆结合层 200.03=0.601.5厚合成高分子防水涂料 0.0130厚C20细石混凝土找坡抹平 200.03=0.60素水泥砂浆一道 0.02100厚现浇混凝土楼板 250.1=2.50满刮2-3厚柔性耐水腻子 0.01合计： 3.743屋面及楼面可变荷载标准值查建筑荷载规范 GB50009-20011）不上人屋面均布活荷载标准值 0.52）楼面活荷载标准值 2.0 3）屋面雪荷载标准值 = =0.4 （式中 为屋面积雪分布系数）3.1.2 墙、门、窗重力荷载计算1外墙外墙弹性涂料30厚抹灰 0.0317=0.51 聚苯保温层50厚 0.50.05=0.025 200厚加气混凝土砌块 80.2=1.6 刷界面处理剂 0.01 内墙面为20厚抹灰 170.02=0.34 合计：2.485 取 2.52内墙内墙涂料7厚1：0.3：2.5水泥石灰膏砂浆压实抹光 170.007=0.119 7厚1：0.3：3水泥石灰膏砂浆找平扫毛 170.007=0.1197厚1：1：6水泥石灰膏砂浆打底扫毛 170.007=0.119刷界面处理剂 0.01240厚加气混凝土砌块 60.24=1.44刷界面处理剂 0.01 6厚1：1：6水泥石灰膏砂浆打底扫毛 170.006=0.1026厚1：1：0.3水泥石灰膏砂浆找平扫毛 170.006=0.102 6厚1：0.3：2.5水泥石灰膏砂浆压实抹光 170.006=0.102 合计： 2.12 取 2.123木门 0.204铝合金门窗 0.63.1.3 梁重力荷载代表值见表3.1表3.1 梁柱重力荷载代表值层次构件b/mh/mr/(kN/m3)g (kN/m)/mn/总共/1-6层横梁0.20.4251.052.14.1977.49523.50.20.4251.052.13.9540.950.20.4251.052.13.2747.040.20.4251.052.11.1716.170.20.4251.052.11.5618.90.20.5251.052.6255.1226.78 纵梁0.20.4251.052.12.229.240.20.4251.052.12.3628.980.20.4251.052.11.727.140.20.4251.052.12.6632.760.20.4251.052.13.5644.10.20.4251.052.13.2320.160.20.4251.052.13.4535.70.20.4251.052.15.2221.840.20.4251.052.14.3218.060.20.4251.052.14.9220.58次梁0.20.3251.051.5752.4315.120.20.3251.051.5752.329.660.20.3251.051.5751.124.620.20.3251.051.5753.2426.880.20.3251.051.5754.9220.587层横梁0.20.4251.052.14.6986.94458.60.20.4251.052.13.6752.920.20.4251.052.14.4436.960.20.5251.052.6255.7229.93纵梁0.20.4251.052.12.2418.480.20.4251.052.12.3419.320.20.4251.052.11.727.140.20.4251.052.12.6421.840.20.4251.052.13.5429.40.20.4251.052.13.2213.440.20.4251.052.13.4428.560.20.4251.052.15.2221.840.20.4251.052.14.3218.060.20.4251.052.14.9220.58次梁0.20.4251.052.11.225.040.20.4251.052.12.4210.080.20.4251.052.12.6316.380.20.4251.052.13.6430.240.20.4251.052.14.419.241层柱0.50.5251.056.56254.436104010402-5层0.450.45251.055.322.836536.3536.36层0.450.45251.055.320.81772.35317.10.450.45251.055.323.0591460.450.45251.055.322.65798.69 3.2 重力荷载代表值的计算3.2.1 各质点重力荷载代表值计算1小棚层的计算（1）外墙总重：10.82.22.3752+（26.4+43.24+40.25）2.375+10.81.82.3752+（11.31.8+18.81.81+17.51.8）2.375=669.68 kN（2）内墙总重：（4.12.27+2.182.67+5.082.6+22.4+11.722.6+3.562.6+5.722.6+6.882.6+3.42.25+3.582.64+3.622.12+4.32.3+5.222.22+2.42.4+3.42.3+1.722.6）2.12+94.391.82.12=503.962.12=1068.4 kN（3）楼板总重：383.133.74=1432.91 kN（4）梁柱总重：523.5+1040=1563.5 kN（5）楼面活荷载总重：383.13 kN2标准层部分计算（1）外墙总重：（12.622.4+11.22.4+12.42.5+15.72.5+16.32.5+11.752.6+1.222.65+1.472.64）2.375=229.9162.375=546.1 kN（2）内墙总重：(4.12.48+3.82.43+2.362.6+2.22.6+2.062.63+2.62+3.32.49+52.4+262.5+21.62.5+12.6) 2.12=344.1022.12=729.2 kN（3）楼板总重：421.2623.74=1575.52 kN（4）梁柱总重：523.5+536.256=1059.7 kN（5）楼面活荷载总重：421. 62 kN3阁楼层部分计算（1）外墙总重：（11.050.82+26.10.82+213.6+1.62.82）2.375=227.05 kN（2）内墙总重：（13.520.6+2.2525.6+5.06256+4.4175+10.742+6.913+90.3+7.293+5.22.7+2.6954）2.12=279.712.12=592.98 kN（3）楼板总重：404.714.64=1877.9 kN（4）梁柱总重：458.6+317.072=775.67 kN（5）楼面活荷载总重：80.942 kN集中于各楼层标高处的重力荷载代表值，为计算单元范围内的各楼层楼面上的重力荷载代表值及上下各半层的墙柱等重量。计算时，将阁楼层折算到下一层，各可变荷载的组合按规定采用，屋面上的可变荷载均取雪荷载。重力荷载代表值综合如图 3.1所示图3.1 重力荷载代表值第4章 横向框架侧移刚度的计算4.1 框架梁、柱的线刚度4.1.1 框架梁线刚度的计算见表4.1表4.1 框架梁线刚度的计算类别层次()()()()()()AB梁3.02004001.145001.11.466BD梁3.02004001.142001.1791.571DE梁3.02004001.137001.3391.784CE梁3.02005002.154001.7552.344.1.2 柱线刚度的计算见表4.2 表4.2 柱线刚度计算层次144002800注：惯性矩 线刚度4.2 横向框架的侧移刚度 表4.3 中框架柱侧移刚度D计算表层次柱1A-2（7）0.4130.3788319.9175576.2E-7(3)0.5020.48804.1B-2（5）0.4130.3788319.9B-7（2）0.8550.47510454.9D-8(2)0.5020.48804.1D-7(1)0.9450.49110807.12-6A-2（7）0.40.1679358217643.2E-7(3)0.4870.19610983B-2（5）0.40.1679358B-7（2）0.830.29316418.5D-8(2)0.4870.19610983D-7(1)0.9160.31417595.2表4.4 边框架柱侧移刚度D计算表层数柱2-6A-1/A-170.30.137284.687303.7B-1/B-170.6230.23813336.5D-1/D-170.6880.25614345.1E-1/E-170.3660.1558685.51A-1/A-170.310.3517725.670345.02B-1/B-170.6420.4329508.5D-1/D-170.7090.4469816.6E-1/E-170.3770.3698121.8表4.5 楼梯间柱侧移刚度D计算表层次柱1 E-3/E-50.4940.3998782.171005.2C-3/C-50.4940.3998782.1E-11/E-120.3770.3698121.8D-11/D-120.7090.4469816.12-5E-3/E-50.4790.19310814.989321C-3/C-50.4790.19310814.9E-11/E-120.3660.1558685.5D-11/D-120.6880.25614345.16E-3/E-50.6390.24213560.6111399C-3/C-50.6390.24213560.6E-11/E-120.4870.19610983D-11/D-120.9160.31417595.2注：底层 ， 一般层 ， 由以上计算得，横向框架梁的层间侧移刚度（单位：N/mm）见表4.6 表4.6 层间侧移刚度层次123456316926.42394267.9394267.9394267.9394267.9416345.9根据以上验算方法进行验算，该框架为横向规则框架。第5章 横向水平荷载作用下框架内力和侧移的计算5.1 地震荷载作用下框架的内力和侧移计算 5.1.1 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算见表5.1表5.1 假想侧移的计算层次/mm/mm669816981416345.916.8289.154332.311313.2394267.928.7272.344332.315645.4394267.939.7243.634332.319977.6394267.950.7203.924332.324309.8394267.961.7153.214677.328987.1316926.491.591.1根据高规附录B B.0.2条规定知结构基本自震周期，其中的量纲为m，取，则 (5.1)5.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算本工程中，结构高度不超过40 m，质量和高度沿高度分布比较均匀，以剪切变形为主，故可采用底部剪力法计算水平地震作用。1结构等效总重力荷载代表值 2计算水平地震影响系数 查建筑抗震设计规范GB50011-2001得二类场地一组特征周期值 Tg=0.35s。 设防烈度为 7 度的地震影响系数最大值故 3计算结构总的水平地震作用标准值 因为，所以应考虑顶部附加水平地震作用。顶部附加地震作用系数按下式计算。 各质点横向水平地震作用按下式计算： (5.2) 计算结果见下表5.2 表5.2 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次Hi（m）Gi（）GiHi（）Vi （）618.46981128450.40.371456.29456.29515.64332.267582.320.195171.66627.9485412.84332.255452.160.16140.85768.79653104332.2433220.125110.04878.83427.24332.231191.840.0979.227958.06114.44677.320580.120.05951.9381009.999各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布如下图。图5.1纵向水平地震作用分布 图5.2层间剪力分布5.1.3 水平地震作用下的位移验算水平地震作用下框架结构的层间位移 和顶点位移分别按下列公式计算： (5.3) (5.4)各层的层间弹性位移角 ，根据建筑结构抗震规范 （GB50011-2010），考虑砖填充墙抗侧力作用的框架，层间弹性位移角限值0.0165627.94854332.2 11313.20.05550.0164768.79654332.215645.40.04910.0163878.8344332.219977.60.0440.0162958.0614332.224309.80.03940.01611009.9994677.328987.10.03480.016 5.1.5 水平地震作用下内力的计算选取7轴横向框架进行计算1计算单元上所受集中力的计算 表5.5 计算单元的集中力 层次/( N/mm)/( N/mm)/6456.29416345.954354.759.65171.66394267.954354.723.74140.85394267.954354.719.43110.04394267.954354.715.2279.227394267.954354.710.9151.938316926.447075.67.7注：2左震作用下框架的弯矩、剪力、轴力计算如下（1）柱端弯矩：利用修正反弯点法求柱端弯矩，根据下列公式 (5.6) (5.7) (5.8) (5.9)计算结果见表5.6至5.8表5.6 各柱柱端弯矩层次654321hi/mm28002800280028002800440059.623.719.415.210.97.7DijN/mm54354.754354.754354.754354.754354.747075.6A柱Di1935893589358935893588498.8Vi1-9.6-13.5-16.6-19.1-21.1-30.2左震-25.4-28-29.9-30.7-28.8-20.51.59.816.522.930.3110.5Ni10.411.78.62.1-6.1-0.8B柱Di116418.516418.516418.516418.516418.513954.8Vi1-19.8-25.6-31.9-36.6-39.9-36.8左震-41-43.9-50.8-54.8-54.5-41.814.627.738.647.657.2120.2Ni30.343.155.567.579.2105.3D柱Di117595.217595.217595.217595.217595.214794.2Vi1-21.6-27.6-34.7-39.5-43.7-38.4左震-43.8-46.6-54.6-58.9-59.3-46.516.630.642.651.763.1122.5Ni16.426.735.342.949.969E柱Di154354.754354.754354.754354.754354.79827.8Vi1-8.4-16.5-19.3-22.5-24-30.9左震-22.1-32.8-33.6-35.3-33.2-24.81.513.420.627.833.9111.4Ni36.368.6107.5151197.3256.9 3梁端弯矩、梁剪力、柱轴力的计算根据下列公式 (5.10) (5.11) (5.12)和节点竖向力平衡可得柱的轴力表5.7 梁端弯矩、剪力、柱轴力计算表层次ABBDDE LVbLVbLVb615.3-13.84500-6.413.1-12.84200-6.216.1-18.43700-9.2529.6-28.74500-12.829.9-29.74200-14.233.6-34.33700-18.1439.8-38.54500-17.340-39.74200-19.145.5-47.13700-24.7347.3-45.84500-20.547.6-47.34200-22.754.1-55.93700-29.3251.7-504500-22.552.1-51.84200-24.959.2-61.13700-32.1150.9-494500-22.249.9-49.44200-23.658.1-60.73700-32.1注：柱轴力中的负值为拉力，表中M单位为，N、V单位为，L单位为mm。地震力作用下框架计算简图及相应的弯矩图、剪力图、轴力图见图5.3-5.9图5.3左震计算简图图5.4左震弯矩图图5.5 左震剪力图图5.6左震轴力图图5.7右震弯矩图图5.8右震剪力图图5.9右震轴力图5.2 风荷载作用下框架的内力和侧移计算 5.2.1 风荷载标准值作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值：Wk=zsz0 (hi+hj)B/2式中 基本风压0=0.55kN/m2风压高度变化系数，地面粗糙度为B类；风荷载体型系数，根据建筑物的体型查得：=+0.8+0.5=1.3;风振系数，因为建筑高度为20.5 m小于30m,H/B=20.5/29.2=0.7小于1.5，据建筑结构荷载规范，建筑高度小于30即可不计算，取=1.0。hi下层柱高。hj上层柱高。B迎风面的受荷宽度，B=29.7 m 计算时将阁楼层折算到下一层，计算过程见表5.8表5.8 集中风荷载标准值层次离地高度 z/m0(kN/m2)hi/mhj /mW总 /Wk /619.51.2411.30.552.80.846.66.08515.61.1511.30.552.82.867.239.27412.81.0811.30.552.82.863.148.7310111.30.552.82.858.468.0627.2111.30.552.82.858.468.0614.4111.30.554.42.875.1611.16 计算简图见下图。 图5.10左风计算简图5.2.2风荷载作用下的水平位移验算水平荷载作用下框架的层间侧移可按照以下公式计算：j=Vj/Dij式中 Vj第j层的总剪力；Dij第j层所有柱的抗侧刚度之和；j第j层的层间侧移。第一层层间侧移值求出以后，就可以计算各楼板标高处的侧移值的顶点侧移值，各层楼板标高处的侧移值是该层以下各层层间侧移之和。顶点侧移是所有各层层间侧移之和。j层侧移 顶点侧移框架在风荷载作用下侧移的计算见表5.9表5.9 风荷载作用下框架侧移计算层数集中力楼层剪力抗侧刚度层间位移层位移层高度位移角66.086.0854354.70.1123.257280059.2715.3554354.70.2823.145280048.724.0554354.70.4432.863280038.0632.1154354.70.5912.42280028.0640.1754354.70.7391.8292800111.1651.3347075.61.091.094400由表5.9，风荷载作用下框架最大层间位移角为小于，满足规范要求。5.2.3风荷载作用下框架结构内力计算风荷载作用下框架结构内力计算过程与水平地震作用下的相同。7轴线横向框架在风荷作用下的弯矩，梁端剪力及柱轴力见图。计算结果见表5.10、表5.11。 表5.10各层柱端弯矩及剪力及轴力计算层次654321hi/mm280028002800280028004400（kN）6.089.278.78.068.0611.16Dij(N/mm)54354.754354.754354.754354.754354.747075.6A柱Di1935893589358935893588498.8Vi1-0.4-2.5-3.8-5.1-6.4-11.8左风-3.1-6.8-8.4-9.9-10.6-11.4-1.80.22.24.57.440.8Ni1728.939.348.255.775.8B柱Di116418.516418.516418.516418.516418.513954.8Vi1-2.2-4.7-7.5-10-12.4-13.7左风-5.7-9.5-13.3-16.4-18.6-170.43.77.611.516.143.3Ni29.843.757.571.184.5111.6D柱Di117595.217595.217595.217595.217595.214794.2Vi1-2.6-5.1-8.1-10.7-14-14.3左风-6.3-9.9-14.2-17.5-20.4-1914.48.612.518.844.2Ni2639.552.564.977101.6E柱Di154354.754354.754354.754354.754354.79827.8Vi1-0.7-2.9-4.5-6.1-7.2-11.3左风-3.3-7.2-9.4-11.2-12-10.2-1.20.83.268.239.6Ni20.63857.579.3103141.2注:表中M的量纲为,以左侧受拉为正，V量纲为表5.11梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次ABBDDELVLVLV62.0-1.84500-0.81.8-1.84200-0.82.3-2.63700-1.355.0-4.94500-2.15.1-5.14200-2.45.8-63700-3.148.7-8.44500-3.78.7-8.64200-4.19.9-10.23700-5.3312.2-11.84500-5.312.3-12.24200-5.813.9-14.43700-7.5215.2-14.74500-6.615.4-15.34200-7.317.5-183700-9.4117-16.44500-7.416.6-16.44200-7.819.3-20.43700-10.7注:1）表中M单位为，V单位，L的单位为mm图5.11左风弯矩图图5.12左风剪力图图5.13左风轴力图图5.14右风弯矩图图5.15右风剪力图图5.16右风轴力图第6章 竖向荷载作用下框架结构的内力计算6.1 计算单元的确定取7轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为2.75m，如图6.1所示。传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影线所示，计算单元范围内的其余楼面荷载则通过次