民用住宅的结构设计研究.docx

民用住宅的结构设计研究 摘要：本文介绍了民用住宅的结构设计的思想和设计细节，还对住宅结构的有关承受力做了理论性验算。 关键词：民用住宅 结构设计 建筑 中图分类号： TU241.5文献标识码：A 文章编号： 随着民用住宅进入商品行列，人们对住宅标准的要求越来越高，尤为重视它的功能是否齐全、布局是否合理，质量是否过硬。因此，对民用住宅设计提出了新的要求。 为了体现建筑设计的实用性、通用性、安全性、可行性，本文采用常规的建筑设计理念，结合当前人们关注防震等安全系数的重点，以某六层民用住宅楼设计为载体，展示设计思想和设计风格。楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土框架结构，楼板厚度取120mm，填充墙采用水泥空心砖。 1建筑设计 1.1建筑设计的要求和依据 本设计满足用户正常生活的基础上，并为使用者提供良好舒适的环境；采用合理的技术措施，正确选用建筑材料，根据建筑空间组合的特点，选择合理的结构、施工方案，使房屋整体性较好，坚固稳定，经久耐用，建造施工方便；考虑建筑外型美观要求。建筑物不仅仅要满足人们正常使用的需要，同时还要很好的与周围的现有环境有机的结合起来，满足使用者对建筑美观的要求和需要，以达到视觉和精神上统一的效果；符合总体规划要求。 设计要考虑人体尺度和人体活动所需的空间尺度，预留家具、设备的尺寸和使用它们的必要空间；结合所在地的气候特征。日照和主导风向通常是确定房屋朝向和间距的主要因素；了解地形、水文地质条件和地震烈度；建筑模数和模数制。为了提高建筑施工技术的水平，降低工程成本并提高房屋设计和建造的质量和速度，建筑设计应采用国家规定的建筑统一模数制。本建筑的柱距、开间、进深和层高等尺寸都采用3M的模数。 1.2建筑平面设计 鉴于篇幅，本文选择有代表性的主体，卧房、起居室和厨房来展示设计构思。 （1）卧室设计 卧室可分为主、次两种，功能有睡眠、休息、读写、储藏和化妆等。设计要点：面积满足人体活动、家具及使用家具所占空间、交通路线所占空间要求;形状采用矩形，以便灵活布置家具、施工和统一开间和进深，进深和开间之比要小于2;卧室宜布置在南向，两卧室之间不要互相串通形成套间，要通过门窗的设置组织良好的通风和采光；每户至少有一个卧室能获得冬至日满窗日照不少于1小时。 （2）起居室设计 起居室俗称客厅，用于团聚、会客、娱乐，往往兼做交通的枢纽。设计要点：）空间设计原则是开放灵活、弹性利用、增强应变、突出个性、适于表现自我；起居室有一个或几个不设门的完整墙面以便布置沙发、茶几、饭桌、家用电器等家具陈设，在开间、进深尺寸上要与卧室、厨厕及楼梯间一起综合考虑。起居室在住宅套的布局中应处于住宅套的前部，靠近门厅、餐厅布置，应有直接采光和通风；保证起居室安定性，在平面设计中应尽量减少交通穿越干扰,起居室穿越交通最好角穿越或短边穿越；起居室设计应做到公私分明、动静分离、合理分区、尽量避免户内干扰。 （3）厨房设计 厨房里的炊具设备包括：灶台、冰柜、水池和碗柜等，要求给排水管道相对集中，并采用现浇楼板，能直接对外开窗进行通风采光。厨房设计应满足炊事的设备及操作活动要求，并使操作者伸手弯腰的动作减少到最低限度；应充分考虑厨房通风排烟，利用主导风向组织穿堂风；厨房通风派风应与居室通风相分割开，避免厨房油烟气味对居室内干扰。 1.3剖面设计 建筑剖面表示建筑物在垂直方向的房屋各部分的组合关系。剖面设计主要分析建筑物各部分应有的高度、层数、建筑空间的组合和利用，以及建筑剖面中的结构、构造关系。住宅层高2.8m。对于易积水且经常用水冲洗的房间，如卫生间、厨房，室内地面应低于同层其它房间地面20mm，以防溢水；窗台的高度主要根据室内使用要求、人体尺度和家具设备的高度来确定，卧室、厨房窗台高度取0.9mm，窗台的构造处理上注意防水；楼梯间开间2.6m，进深5.4m，取h175mm、b280mm；底层： 踏步数 n2450/156=14级；设为两跑楼梯n16、n28级；梯段宽B1100mm；息平台宽D=1500mm；标准层：踏步数 N=2800/175=16级 。 1.4屋面排水设计 混凝土屋面渗漏，应做到排水畅通，本工程屋面坡度为2%，落水洞口坡度为5%，并呈凹坑；屋面防水材料采用合成高分子、高聚物改性沥青等新型防水卷材。 采用有组织排水。雨水管沿建筑物四周共8个，满足排水要求。雨水管直径为100mm，材质为PVC。 2结构设计 2.1结构布置与选型 本建筑设计使用年限50年。活荷载资料如下，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：2.0 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。设计选用材料如下，混凝土：采用C30、C25；钢筋：纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB335，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=18kN/m2；窗：钢塑窗，=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 3对设计进行安全性能验算 3.1框架柱截面尺寸设计 假设结构的荷载设计值为12kN/m2,则底层中柱的轴力设计值为 N=123.65.46=1399.68kN 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。 3.2框架梁柱线刚度验算 工程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=310 N/mm 。 左跨梁：i EI/L=3.010721/120.25(0.5)3/5.4=2.89104 kNm 右跨梁：i右梁EI/L=3.010721/120.25(0.5)/5.4=2.89104 kNm AC轴底层柱： i底柱EI/h=3.01071/12 (0.4)4/4.65=1.37104 kNm 其余各层柱： i余柱EI/h=3.01071/12 (0.4)4/2.8=2.06104 kNm 令i余柱1.0 , 其余各杆的相对线刚度为： i，左跨梁2.89104/2.061041.4； i，右跨梁2.89104/2.061041.4； i，余柱1.37104/2.061040.66； 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 3.3地震荷载验算 本工程设计为市郊的民用住宅楼，设计采用某市抗震设防标准，设防烈度为7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19.4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。 屋面处重力荷载标准值的计算： 板自重=7.0211.0447.04=3645.64kN 梁自重=1012.25kN 柱自重=34.27（20232）=845.46kN 女儿墙自重=3.5（11.0447.04）=203.28kN 外墙自重=782.54kN G = G=3645.641012.25845.46203.28782.54=6489.17kN 标准层楼面处重力荷载标准值的计算 G =4.3311.0447.04=2248.66kN G=1012.25kN G =845.46kN G =782.54kN G = G=2248.661012.25845.46203.28+782.54=4792.4kN 底层楼面处重力荷载标准值的计算 G =4.3311.0447.04=2248.66kN G=1012.25kN G =845.461.34=1132.92kN G =782.54 kN G =2248.661132.921048.61012.25=5442.43kN 屋面雪荷载标准值： G雪=0.411.0447.04=207.73kN 楼面活荷载标准值： G =2.011.0447.04=1038.64kN 总荷载代表值计算： 屋面处：G = G 0.5 G =6489.170.5207.73=6593.035kN 楼面处：G = G 0.5 G =4792.40.51038.64=5311.72kN 底层处：G = G 0.5 G =5442.430.51038.64=5961.75kN 3.4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(2-1) µS?D风荷载体形系数，本工程H/B=17.55/10.8=1.674,取µS =1.3 µZ?D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?D风荷载基本风压值； Z?D 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?D下层柱高； hj?D上层柱高，对于顶层女儿墙取墙高的2倍； B?D值计算单元迎风面积宽度。B=3.6m 风振系数：Z=1+Z/µZ ?D脉动大系数，取=1.18； ?D脉动影响系数，查表得=0.475； Z?D振型系数，Z= Hi/H ； µZ?D风压高度变化系数。 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 （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 表2-3横向AC轴底层D值计算 总结 民用住宅设计形式灵活多样，因势而动。本文从安全、实用、规范、环境等多方面设计了本民用居民楼工程，只能起抛砖引玉的作用，对设计各