南华大学土木工程毕业设计计算书

1、南华大学城市建设学院本科毕业设计毕业设计 题 目 武警衡阳支队一中队营房 学院名称 城 市 建 设 学 院 指导教师 赵 振 华 老 师 职 称 讲 师 班 级 建 工 103 班 学 号 20104490325 学生姓名 郝 浪 浪 2014年5月28日 摘 要 本毕业设计为营房楼建筑结构设计，设计工作由建筑设计和结构设计组成。建筑设计包括建筑平面、立面、剖面设计等，结构设计包括上部结构设计和基础设计。 该营房楼的建筑设计平面布置简单，是一个很规则的多层框架混凝土结构设计。内部房间布置也很有规律，但也能很好的满足建筑功能要求。在设计中，尽量做到适用性、经济性、安全性、美观性等设计理念。在通风

2、采光方面，也严格按照规范来做，尽量做到各个房间能自然采光通风，达到节能的目的。 该营房楼的上部结构设计包括：根据建筑设计来确定结构体系为框架结构、确定结构主要材料为钢筋混凝土，结构平面布置，初步选用材料类型、强度等级等，根据经验初步确定构件的截面尺寸，结构荷载计算及各种荷载作用下结构的内力分析，荷载效应组合，构件的截面设计等。此外还包括某些必要构造措施。需要依据结构专业相关规范、图集等。基础设计包括单桩承载力计算、承台计算等。除此之外，还有楼梯设计和雨篷设计。 计算方法：竖向荷载采用弯矩二次分配法，水平荷载采用D值法。关键词：框架结构；建筑设计；结构设计；基础设计；计算方法ABSTRACT T

3、his graduation design is a barracks building structure design, design work is made up of architectural design and structural design. Architectural design including building plane, elevation, section design, structure design including the design of the upper structure and foundation design. The barra

4、cks building architectural design layout is simple, is a very regular multilayer frame concrete structure design. Inside the room layout is regular, but also can be a very good meet the building functional requirements. In the design, applicability, economy, security, try to be beautiful sex such as

5、 design concept. In terms of ventilation, lighting, and in strict accordance with the specifications to do, try to make each room can be natural lighting and ventilation, achieve the goal of energy saving. Floor of the building of the upper structure design includes: according to the architectural d

6、esign to determine the structure of frame structure, determine the main material for reinforced concrete structure, structure layout, preliminary selection of material type, strength grade, etc., according to the experience of a preliminary determination artifacts, the section size of structural loa

7、d calculation and analysis of the internal force under various load structure, load effect combination, the component of the cross section design, etc. In addition also includes some necessary structural measures. Need according to the structure of professional related specification, atlas, etc. Fou

8、ndation design including the bearing capacity of single pile, pile caps calculation, etc. Besides, there are also stairs and awning design. Vertical load calculation method: USES the bending moment secondary distribution method, horizontal load using the D value method. Key Words: Frame structure，Ar

9、chitectural design，Structure design，Foundation design ，Calculation method 目 录摘要iiAbstractIII第1章 建筑设计11.1工程概况11.2设计资料1 1.2.1工程地质条件1 1.2.2水文地质条件1 1.2.3工程所用材料11.3平面设计2 1.3.1使用部分平面设计2 1.3.2交通联系部分平面设计21.4立面设计31.5剖面设计4 1.5.1各层建筑层高设计4 1.5.2通风采光设计4 1.5.3排水设计51.6装饰工程51.7该建筑设计特点 51.8建筑设计总结 5第2章 结构方案选择及结构布置62.

10、1结构方案的选择6 2.1.1结构形式6 2.1.2基础形式6 2.1.3楼梯布置方案6 2.1.4楼梯形式6 2.1.5变形缝的设置7 2.1.6材料的选用72.2截面尺寸估算7 2.2.1梁截面估算7 2.2.2板截面估算8 2.2.3柱截面估算8第3章 荷载计算113.1荷载取值113.2屋面恒载11 3.2.1现浇板坡屋面11 3.2.2挑檐荷载11 3.2.3雨篷荷载113.3楼面恒载11 3.3.1宿舍、学习室11 3.3.2办公室12 3.3.3图书阅览室12 3.3.4游艺室12 3.3.5中队学习室12 3.3.6体育活动室12 3.3.7卫生间13 3.3.8公共水房13

11、3.3.9弹药、枪库13 3.3.10空调隔板133.4楼梯间荷载13 3.4.1楼梯平台板荷载13 3.4.2楼梯梯段板荷载143.5墙体荷载计算143.6柱子自重153.7梁自重153.8风荷载计算16第4章 结构布置194.1平面结构布置194.2板的设计19第5章 楼梯的计算215.1楼梯的计算21 5.1.1LT1的计算 215.2 雨篷的设计24第6章 框架结构计算306.1 基础知识30 6.1.1结构布置图31 6.1.2计算单元316.2计算简图31 6.2.1计算简图32 6.2.2框架横向刚度计算336.3框架结构荷载计算简图 336.4 横向风荷载作用下框架的内力和侧移

12、计算34 6.4.1风荷载作用下的水平位移验算34 6.4.2风荷载作用下的框架柱剪力及柱端弯矩35 6.4.3风荷载作用下的梁端、跨中弯矩、剪力及柱轴力366.5 竖向荷载作用下横向框架的内力计算37 6.5.1荷载计算37 6.5.2活荷载的计算简图38 6.5.3恒载作用下的内力计算39 6.5.4计算分配系数43 6.5.5框架爱弯矩二次分配及弯矩图44 6.5.6梁端剪力、轴力456.6 活荷载内力作用下横向框架的内力计算46 6.6.1活荷载作用下的荷载计算46 6.6.2活荷载作用下的梁端剪力、轴力496.7 内力组合50第7章 截面设计567.1 横向框架梁截面设计56 7.1

13、.1梁正截面截面设计56 7.1.2梁斜截面受剪承载力计算597.2 柱截面设计66 7.2.1柱正截面截面受弯承载力计算66 7.2.2柱斜截面受剪承载力计算70第8章 基础设计728.1设计资料728.2确定桩端持力层、承台埋深728.3确定单桩的竖向承载力及水平承载力特征值728.4初步确定承台尺寸738.5群桩基础中单桩承载力验算738.6承台结构计算74 8.6.1承台受弯验算与承台配筋74 8.6.2承台受冲切承载力验算75 8.6.3承台受剪切验算768.7桩身结构设计计算77 8.7.1桩身强度验算77 8.7.2桩身构造设计77第9章 手算与电算结果的比较分析789.1手算与

14、电算结果比较809.2误差原因及分析80参考文献81致谢82第1章 建筑设计1.1 工程概况该272武警中队营房楼建设地点是湖南衡阳，为一栋4层钢筋混凝土框架结构体系，建筑面积约3440m2。营房楼各层建筑平面图、剖面图、门窗表等见建筑施工图，图号建施。各层的层高皆为3.6米，屋顶不上人。第1层为架空层，为了综合利用建筑空间，该层设有餐厅；第24层为办公室、宿舍、学习室等，室内外高差0.45m。建筑设计使用年限50年。1.2 设计资料1.2.1 工程地质条件工程地质情况自上而下描述如下： 杂填土：为人工堆填而成。黄色、褐黄色，由粘性土及风化岩块等组成，含建筑垃圾及植物根系，处于松散稍密、稍湿湿

15、润状态，层厚1.54.5m。 粉质粘土：黄色褐黄色，处于可塑硬塑、稍湿湿润状态，层厚0.07.9m。 全风化泥质粉砂岩：紫红色、桔黄色、灰白色，裂隙极发育，岩心多风化成土状，局部有软硬相间现象，但具原岩构造，层理清晰可见。全场分布，层厚0.98.0m。 强风化泥质粉砂岩：紫红色，岩石风化强烈，岩心呈碎块状、短柱状，岩质极软，锤击声哑，易碎，水稳性差，遇水易崩解，全场分布，层厚1.35.8m。 中风化泥质粉砂岩：紫红色、桔黄色、，中厚层状结构。岩体完整程度为软破碎较完整。岩石层理发育，单层层厚0.151.0m， 全场分布。qpa=2500kPa.1.2.2水文地质条件场地水文地质条件简单，杂填土

16、层含上层滞水；粉质粘土层为相对隔水层；基岩裂隙发育，含裂隙水。地下水对钢筋混凝土无腐蚀性。3抗震设防烈度：假定本地区非抗震设防1.2.3 工程所用材料梁、板的混凝土均采用C30的混凝土，柱的混凝土采用C35的混凝土，梁、柱主筋选用HRB400，箍筋选用HPB335，板受力钢筋选用HPB235；墙体材料采用MU10烧结轻质空心砖和M5的砌筑砂浆。VII图1.1 总平面图1.3 平面设计建筑平面图是表示建筑物在水平方向房屋各部分的组合关系，它是建筑施工图的基本样图，是假想用一水平的剖切面沿门窗洞位置将房屋剖切后，对剖切面以下部分所作的水平投影图。它能反映出房屋的平面形状、大小和布置；墙、柱的位置、

17、尺寸和材料，以及门窗的类型和位置等。该建筑主要用处是供武警官兵住宿，为了充分利用建筑空间，底层设有餐厅，供武警官兵用。平面的组合形式采用内廊式，平面形状为矩形，体型系数为0.17，小于规范规定的0.35；各个朝向的窗墙比皆满足规范规定值，采光通风良好；建筑坐向为东南方向，出入口通向主要干道；单体建筑符合整体规划要求，与周围环境协调适应。1.3.1 使用部分平面设计房间平面的形状和尺寸，主要是由房间的使用功能，活动特点，家具布置方式，以及通风采光等特点决定的。在满足使用功能的同时，经济性、舒适性也是确定房间平面形状和尺寸的重要因素。l 门厅设计门厅作为建筑物的主要出入口，尤其对于这种人流量比较大

18、，底层还兼做公共餐厅的营房楼，显得尤为重要。因此，底层的门厅尺寸设为8400×6000，采用3600mm宽，2100mm高的玻璃大门，不仅有利于通风采光，还有利于紧急情况下人员疏散。门厅的左侧是大楼值班室和更衣室，走廊的尽头是公共餐厅，右侧是接待室、公共洗澡堂，楼梯设在大楼的中部和右侧边部。门厅的出入口设有两根砖砌大圆柱，撑起一个不上人的大雨棚。l 宿舍设计宿舍是营房楼的主要组成部分，也是武警官兵生活起居活动最频繁的地方。因此，它的设计是否合理，直接关系到武警官兵身心健康。所有宿舍设计都采用一种设计方案：进深6000mm，开间8400mm，层高3600mm；标准9人间，床采用单层单人

19、床；安全通道采用内走廊；左右两边设有公共卫生间（4200mm×6000mm）它的通风管道设在走廊顶部。l 门窗设计为了使建筑能更好的通风采光，窗墙面积比又满足规范要求，由于过道是内走廊式，且是一条狭长的通道，因而建筑物两端的过道通风采光窗基本占用整个墙体；底层公共活动空间，由于地势标高底，窗的尺寸在满足窗墙比的情况下，也采用了比较大的尺寸；楼梯窗采用1800mm×1800mm的窗。整栋建筑的门，主要设有宿舍内开式防盗门（1200mm×2100mm），它们的做法详见规范98ZJ681 GJM201。l 屋顶平面设计本设计中的屋顶为不上人的屋顶，从经济角度和施工角度出

20、发，采用了坡屋顶设计。在屋顶上采用挑檐排水，排水坡取2。建筑图中只画出屋盖，没有画出屋面架空隔热层。防水采用刚性防水。l 辅助房间的设计建筑物中的辅助房间不是建筑物的主要组成不分，它只是对建筑物空间的合理利用，辅助建筑物功能的发挥。因而它的位置一般处在建筑物比较差的位置。本栋营房楼的平面结构布置简单，具有很好的对称性，因而建筑当中的空间位置也无所谓的好坏之分。主楼的主要辅助房间是公共卫生间、办公室等。它的位置处在大楼的正中央，方便大楼中所有武警官兵使用。1.3.2交通联系部分设计l 走廊依据建筑设计防火规范和房屋建筑学知识，走道宽度应按人流股数并结合门开启的方向来确定，同时考虑建筑防火、安全疏

21、散的要求，一般要求双排房间走道宽度为2000mm3000mm。考虑到本栋大楼每层只有40人，且楼梯设在建筑正中央，并结合学校其他营房楼的走廊宽度，取其宽度为2400mm。l 楼梯本栋营房楼设有两部楼梯，设在建筑正中央和右侧边部。依据房屋建筑学中的知识，营房楼楼梯踏步高140mm160mm，踏步宽度大于280mm，因此取踏步高度150mm，宽度300mm。共24踏步，双跑式，每跑12步。图1.2 鸟瞰图图1.3首层平面图1.4 立面设计建筑立面设计是建筑功能、建筑构造和建筑美学的统一体，建筑师通常通过色彩、材质、尺度、比例、方向、形状及其组合，运用对比、差异、统一、呼应和穿插、几何性、次序性、节

22、奏和韵律等美学原理，在满足建筑功能的基础上，尽可能创造立面和外观的美感；同时,立面的外观也受社会文化、经济水平、地方习俗等影响。但由于知识水平和知识偏重点不同，本栋建筑就没有那么完好的表现建筑立面图的功效，只是力求其美学效果与之靠近：外墙面砖采用白色面砖，窗户玻璃采用蓝色玻璃；大楼正中央用玻璃幕墙，大楼门厅入口设置两根直径400mm的圆柱，并用大理石装饰，其上设有3600mm×8400mm的大雨棚；屋顶设有4根直径为150mm的白色落水管，位置位于楼梯和公共卫生间两墙角处。图1.4 正立面图图1.5正立面图效果图1.5剖面设计1.5.1各层建筑层高设计l 室内外高差0.45m；l 底

23、层层高3.6m，净高3.5m；l 标准层层高3.6m，净高3.5m；l 屋顶为不上人屋面；1.5.2 通风采光设计根据建筑节能要求，每个房间均采用自然采光，且在满足窗墙比的情况下，尽量采用大的窗户，使的通风采光更良好。1.5.3 排水设计屋面采用有组织排水：分水岭设于建筑纵向中线，排水坡度为2；设有0.42m的挑檐，排水坡度为0.5；在楼梯和公共卫生间四墙角设有4根直径150mmPVC落水管，采用外排式。这样既能使屋面防水性和耐久性增强，又不影响建筑立面造型。1.6 装饰工程装饰工程在建筑工程中所占的费用比例，也是一个很大的数字，因而可以想象其重要性。好的装饰装修，能给人以赏心悦目的感觉，特别

24、是这种用于生活起居的公共住房，装饰装修就显得格外重要了。建筑物的各部分构造做法详见建筑设计图纸和结构设计计算。1.7 该建筑设计特点该营房楼的建筑设计平面布置简单，是一个很规则的多层框架结构设计。内部房间布置也很有规律，但也能很好的满足建筑功能要求。在设计中，尽量做到适用性、经济性、安全性、美观性等设计理念。在通风采光方面，也严格按照规范来做，尽量做到各个房间能自然采光通风，达到节能的目的。以上是该建筑设计的优点所在，但也有其不好的地方。由于设计计算知识有限，在设计中，都尽量想让结构布置趋于简单明了，方便结构分析时计算。比如说柱距的很小，次梁布置也不均匀，局部间距取的太小。这些缺陷在以后的设计

25、当中值得注意和改进。1.8建筑设计总结在为期三周的建筑设计阶段，查规范，查教科书，看样图，画草图，再到各个问题的细化，整个过程中，不仅熟悉了建筑设计的步骤，同时对房屋建筑的细部构造规范有了一定的了解。在画图过程中，学会了如何熟练的使用建筑专业设计软件天正，也进一步熟练了AutoCAD的操作技能，这是我在该阶段感受最深的，最有成就感的地方。第2章 结构平面布置2.1 结构方案2.1.1、结构形式该建筑采用纵横两向承重布置，因为该建筑属武警中队营房楼设计，功能性房间较多，而且为了结构布置的合理，通常采用纵横墙布置方案。其荷载传递路线为： 横墙楼（屋）面板 梁 纵墙 基础地基 横墙纵横墙承重方案既可

26、以保证有灵活的布置房间，又具有较大的空间刚度和整体性。2.1.2、 基础形式 采用钢筋混凝土桩基础！这种形式的基础有利于减小地基反力，利用基础的整体刚度还可以调整产生的不均匀沉降。承台顶面距室外-0.6m（自室外地坪算起），室内、外地坪高度差为0.45m。 2.1.3、 楼盖布置方案该建筑统一采用现浇钢筋混凝土空心楼盖。 优点1)适用范围广: 这种楼盖形式特别适用于大跨度、大荷载、大开间的多高层建筑。2)节约材料: 由于现浇钢筋混凝土空心楼盖与传统结构形式相比自重轻, 梁、柱和基础承受的荷载小, 从而混凝土、钢材用量减少, 模板损耗量也小于传统形式。3) 提高净空: 由于现浇钢筋混凝土空心楼盖

27、板自重减轻, 使主次梁截面及配筋有所降低, 从而使净空高度增加。特别是板柱式现浇钢筋混凝土空心楼盖对提高楼层净空高度更为显著。4)使用功能多变: 使用功能改善, 可灵活隔断楼面平板, 有利房间灵活隔断, 适合于大开间布置, 不受传统的承重墙约束。5) 隔音保温效果好 缺点1) 当车库采用机械停车位时, 不宜采用现浇混凝土空心楼盖。机械停车位需用化学锚栓固定停车位轨道。而空心楼盖上翼缘较薄, 难以固定化学锚栓。2) 房间开间、进深较小的建筑不宜采用现浇钢筋混凝土空心楼盖。2.1.4、 楼梯形式 楼梯形式的选择取决于所处位置、楼梯间的平面形状与大小、楼层高低与层数、人流多少与缓急等因素。该建筑选用

28、梁式平行双跑楼梯。2该建筑设计选用板式楼梯。板式楼梯由梯段板、休息平台和平台梁组成。梯段是斜放的齿形板，支承在平台梁上和楼层梁上，底层下端一般支承在地垄墙上。板式楼梯的优点是下表面平整，施工支模较方便，外观比较轻巧。缺点是斜板较厚，约为梯段板斜长的125130，其混凝土用量和钢材用量都较多，一般适用于梯段板的水平跨长不超过3m时。 图2.1 板式楼梯的组成  2.1.5变形缝的设置 沉降缝设置于：建筑主体结构高度悬殊，重量差别过大；地基不均匀；同一建筑结构不同的单元采用不同基础形式的建筑。防震缝设置于：建筑有较大错层时；建筑各部分结构刚度或荷载相关悬殊时；地基不均

29、匀，各部分沉降相差过大时。 本工程建筑结构平面尺寸较短，结构均匀，高度一致，刚度均匀，地基均匀良好，结合上述条件，不需要设缝。 2.1.6材料的选用混凝土：柱采用C35（），梁、板采用C30（）钢筋：受力钢筋HRB400,绑扎钢筋HPB300 砖：水泥空心砖 ，砌筑砂浆选用M7.5的混合砌筑砂浆。2.2 截面尺寸估算 2.2.1梁截面估算 梁： ； 建筑抗震设计规范规定：梁的截面尺寸，宜符合下列各项要求： （1） 截面宽度不宜小于200mm； （2） 截面高宽比不宜大于4； （3） 净跨与截面高度之比不宜小于4。 主梁：主梁跨度为2400mm：Hb（1/81/12）l=（1/81/1

30、2）×2400=200300mmBb=(1/21/3)×400mm=133200mm取Hb=400mm, Bb=250mm主梁跨度为6000mm：Hb（1/81/12）l=（1/81/12）×6000=500750mmBb=(1/21/3)×600mm=200300mm取Hb=600mm, Bb=250mm主梁跨度为8400mm：Hb（1/81/12）l=（1/81/12）×8400=7001050mmBb=(1/21/3)×700mm=233350mm取Hb=700mm, Bb=300mm次梁跨度为6000mm：次梁：Hb（1/12

31、1/15）l=（1/121/15）×6000=400500mmBb=(1/21/4)×400mm=100200mm取Hb=400mm, Bb=250mm综上：主梁尺寸为400×250mm,600×250mm,700×300mm 次梁尺寸为400×250mm2.2.2板截面估算板尺寸的确定此结构楼层统一采用现浇楼板。 （1）单向板的截面设计要点： 现浇钢筋混凝土单向板的厚度h除应满足建筑功能外，还应符合下列要求： 跨度小于1500mm的屋面板 h50mm 跨度大于等于1500mm的屋面板 h60mm 民用建筑楼板 h60mm 工业建筑楼

32、板 h70mm 行车道下的楼板 h80mm 此外，为了保证刚度，单向板的厚度尚应不小于跨度的1/40（连续板）、1/35（简支板）以及1/12（悬挑板）。 （2）双向板的截面设计要点： 双向板的厚度不宜小于80mm。由于饶度不另作验算，双向板的厚度与短跨跨长的比值应满足刚度要求： 简支板 （工程中一般取为） 连续板 综合楼板层强度，刚度等结构要求，以及防水，隔音（声）等建筑功能要 求和水电设备安装管道穿越等设计要求。板尺寸：b=(1/351/45)L=(1/351/45)×4200mm=93120mm取B=120mm 2.2.3柱截面估算 柱的截面尺寸一般由满足抗震要求的柱轴压比确定

33、： 柱轴压力设计值： 式中：考虑地震作用组合柱轴力增大系数，边柱1.3，不等跨内柱1.25， 等跨内柱1.2 F：按简支状态柱的受荷面积 ge：楼面荷载近似取值 1215kN/m2 n：验算截面以上楼层层数 Ac：柱估算截面面积 ：柱轴压比限值，按抗震等级确定 建筑抗震设计规范规定： 柱的截面尺寸，宜符合下列各项要求： （1）截面的宽度和高度均不宜小于300mm；圆柱直径不宜小于350m； （2）剪跨比宜大于2； （3）截面长边与短边的边长比不宜大于3。柱截面尺寸的确定（1）柱 1）中柱的截面估算按中柱的负荷面积估算底层柱的轴力：恒载 活载 估算柱轴力设计值 中柱的截面尺寸为。 2）边柱的截面

34、估算1轴：按边柱的负荷面积估算底层柱的轴力：恒载活载估算柱轴力设计值 边柱的截面尺寸为。A轴：按边柱的负荷面积估算底层柱的轴力：恒载活载估算柱轴力设计值 边柱的截面尺寸为。 3）角柱的截面估算按角柱的负荷面积估算底层柱的轴力：恒载 活载 估算柱轴力设计值 考虑角柱受作用复杂等因素，暂取角柱截面尺寸为。第3章 荷载计算3.1活荷载取值屋面活载：0.5KN/m2楼面活载：2.0KN/m2基本风压：0.4KN/m2基本雪压：0.35KN/m23.2 屋面荷载3.2.1 现浇板坡屋面（120厚）瓦屋面 1.1kN/30厚水泥砂浆卧瓦层 0.75kN/30厚挤塑板保温层 0.1kN/20厚水泥砂浆找平层

35、 0.02×20=0.4kN/SBS防水卷材防水层 0.2kN/20厚水泥砂浆找平层 0.02×20=0.4kN/120厚钢筋混凝土板 0.12×25=3kN/20厚石灰砂浆板底粉刷 0.02×17=0.34kN/-恒载标准值 =6.29kN/活载标准值 0.50kN/3.2.2 挑檐 4.0kN/3.2.3 雨篷（120mm厚）120厚钢筋混凝土板 0.12×25=3.0kN/ 永久荷载标准值 0.7kN/m2-恒载标准值 =3.7kN/活载标准值 0.7kN/3.3 楼面荷载3.3.1 宿舍、学习室（120mm厚）（二四层）楼面面层 0.8

36、kN/120厚钢筋混凝土板 0.12×25=3.0kN/20厚石灰砂浆板底粉刷 0.02×17=0.34kN/瓷砖地面 0.55kN/-恒载标准值 =4.69kN/活载标准值 2.0kN/3.3.2 办公室（120mm厚）（二四层）楼面面层 0.8kN/120厚钢筋混凝土板 0.12×25=3.0kN/20厚石灰砂浆板底粉刷 0.02×17=0.34kN/瓷砖地面 0.55kN/-恒载标准值 =4.69kN/活载标准值 2.0kN/3.3.3 图书阅览室（120mm厚）（三层）楼面面层 0.8kN/120厚钢筋混凝土板 0.12×25=3.0kN/20厚石灰砂浆板底粉刷 0.02×17=0.34kN/瓷砖地面 0.55kN/-恒载标准值 =