五层中学学生宿舍毕业设计-土木毕业设计.doc

中学学生宿舍结构设计摘要本工程为光州新区第一中学学生宿舍，其功能是为学校学生提供住所。本工程为多层现浇钢筋混凝土框架结构，共五层，底层层高3.3米，其他层层高均为3.3米，建筑物总高度为18.5米，总建筑面积为4022.15平方米。4人间设计，有独立的卫生间和阳台，能满足440人入住。本设计书包括如下局部：1 工程概况；2 楼盖设计；3 荷载计算；4 框架结构的受力分析、计算和设计；5 桩根底设计。关键词 钢筋混凝土，框架，结构设计Middle school student's dormitory structural designeBy : ZhouYuan NO: 03121250Instructs teacher: WuGang Department of Civil Engineering, XiangFan UniversityAbstractThis is a student's dormitory of a middle school in the Guangzhou newly developed area. Its function is provides the residence for the school student. It is a multi-layer reinforced concrete frame. It has five stories, the height of the first storey is 3.3 meters, and the height of other stories are all 3.3 meters. The height of the whole building is 18.5 meters.The total floor space is 4022.15 square meters. One room can live four students, has the independence the bathroom and the balcony. Altogether can live 440 people.This paper includes the following parts:1. The survey of the program.2. The design of the floor slab.3. The calculation of the load.4.The mechanical analysis，calculation and design of the frame.5. The design of the pile base.Keywords Reinforced concrete, frame, the design of the structure目 录第一章 工程概况1第二章 楼盖设计22.1 设计资料22.2 楼盖盖的结构平面布置图22.3 板的设计32.4 次梁的设计5第三章 框架结构布置与计算简图83.1 梁柱尺寸83.2 计算简图83.3 梁柱线刚度9第四章 恒荷载力计算104.1 恒荷载计算104.2 恒荷载作用下力计算12第五章 活荷载力计算205.1 活荷载计算205.2 活荷载作用下力计算20第六章 风荷载力计算276.1 风荷载计算276.2 力计算28第七章 地震作用力计算317.1 重力荷载代表值计算317.2 水平地震作用计算327.3 一榀框架力计算34第八章 力组合378.1 梁力组合378.2 柱力组合41第九章 截面设计449.1 梁截面设计449.2 柱截面设计47第十章 根底设计5310.1 边柱根底5310.2 中柱根底55参考文献5857 / 65第一章 工程概况本工程为光州新区第一中学学生宿舍。工程为五层现浇钢筋混凝土框架结构。工程所在地抗震设防烈度为7度，设计根本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第一组，场地类别为类。屋面做法：钢筋混凝土现浇板，20mm石灰砂浆抹底，20mm水泥砂浆找平，80160厚3%找坡膨胀珍珠岩保温层，四层作法防水层一毡二油上铺小石子。楼面做法：钢筋混凝土现浇板，20mm石灰砂浆抹底，20mm水泥砂浆找平，水磨石面层。墙身做法：由普通砖砌筑而成，普通砖自重18kN/m3，厚度240mm。门窗做法：门为木门，自重0.2 kN/m2，窗为钢窗玻璃窗，自重0.4 kN/m2。活荷载：上人屋面均布活荷载标准值2.0kN/m2，楼面活荷载标准值2.0kN/m2。常年主导风向为东南风，根本风压650N/m2，年最高温度39，最低温度4。地质条件：用地地形平缓，地下水位标高约4m,无侵蚀性；场地地层主要物理力学性质指标，物理状态和容许承载力值见下述。土层分布从上到下为：，k=100Kpa ；1m，k=80Kpa ；c层：粘土，厚34m，硬塑状态，塑性指数Ip 空隙比e=0.54，k=200Kpa ；d层：粉质粘土，厚约4m，硬塑，Ip =14，I=0.17，e=0.75，k=180Kpa 本设计计算书包括楼盖、框架主体结构、根底局部的计算和设计。第二章 楼盖设计2.1 设计资料1楼面做法：钢筋混凝土现浇板，20mm石灰砂浆抹底，20mm水泥砂浆找平，水磨石面层。2楼面荷载：均布活荷载标准值2kN/m23材料：混凝土强度等级为C30；梁受力纵筋为HRB335，其余为HPB235钢筋2.2 楼盖盖的结构平面布置图见图2-1图2-1 楼盖结构平面布置图2.3 板的设计弹性理论1荷载计算 kN/m2恒荷载标准值： kN/m2×200kN/m2×2×2小计 kN/m2荷载设计值×=4.67kN/m2×22，g+q/2=6.07kN/m2，g+q=7.47kN/m2弯矩计算弯矩值计算表表2-1ABCDl01 (m)3.6l02 (m)7.2l01/l020.33030.50m14×38) ×6.07×2+965×174) ××2=97×42) ×6. 07×3.62+212×862) ××3.62=×0.0038) ×6.07×2+205×880) ××2=4×038) ×6.07×2+559×079) ××3.62=m238×4) ×6. 07×2+174×965) ××254×97) ××3.62+862×212) ××3.62=×0.0400) ×6. 07×2+880×205) ××260038×4) ×6.07×3.62+079×559) ××3.62=1.236m129×7.47×2=-29×7.47×3.62=-×7. 47×2=-829×7. 47×3.62=-m20×7. 47×2=-0×7. 47×3.62=-×7.47×2=-70×7.47×3.62=-3截面设计截面有效高度：假定选用8钢筋，如此l01方向跨中截面的h01=80mm；l02方向跨中截面的h02=70mm；支座截面h0=80mm。最小配筋率smin=0.27%，如此Asmin=0.27%×1000×100=270mm2截面设计时取用的弯矩设计值：中间跨的跨中截面与中间支座截面减小20%；边跨跨中截面与楼板边缘算起的第二个支座截面处，当lb/l0<1.5时减小20%，当lb/l0=1.52.0时减小10%；楼板的角区格不折减。为了便于计算，近似取=0.95，计算过程见下表楼面板配筋计算表表2-2 跨中截面h0(mm)m (kNm)As(mm2)配筋实配As (mm2)Al01方向80×=8180279l02方向70×=8180279Bl01方向808180279l02方向708180279Cl01方向808180279l02方向708180279Dl01方向808150335l02方向701.2368180279支座截面h0(mm)m (kNm)As(mm2)配筋实配As (mm2)A-A80×=-8180279A-B808140359A-C80-8180279C-D80-8140359B-B80-8140359B-D808100503边缘支座截面h0(mm)m (kNm)As(mm2)配筋实配As (mm2)B80-8140359Dl01方向80-8100503l02方向80-8140359C80-81802792.4 次梁的设计次梁L跨度7.2m，次梁截面高度h=l/18l/12=7200/187200/12=400mm600mm，取h=600mm，截面宽度取b=200mm。1荷载设计值板传来的荷载p=2pe=2kN/m×(0.6-0.1)×25×1.2=3kN/m×(0.6-0.1)×2+0.2×17××(3.3-0.6) ××2××17) × kN/m如此荷载总设计值g+q=kN/m2力计算弯矩设计值：跨中 支座 剪力设计值：跨中 支座 3正截面受弯承载力计算跨中按T形截面计算翼缘宽度=1400mm混凝土强度等级为C30，fc2，ft2。纵向受力钢筋采用HRB335，fy=300N/mm2;箍筋采用HPB235，fyv=210N/mm2故跨中为第一类T形截面，可按矩形截面进展计算Asmin=242mm2跨中：配置414(As=615mm2)支座：配置420(As=1256mm2)4斜截面受剪承载力计算验算截面尺寸,，由下式可知截面尺寸满足要求计算所需箍筋采用6双肢箍筋，计算截面尺寸由,得取s=200mm第三章 框架结构布置与计算简图3.1 梁柱尺寸1梁高 hb=(1/121/8)l横向 hb=600900mm，取800mm纵向 hb=600900mm，取700mm过道 hb=200300mm，考虑到次梁高度为600mm，也取为600mm梁宽 b=(1/21/3)h400266,300200,统一取b=300 mm2柱截面尺寸本工程为现浇钢筋混凝土结构，7度设防，高度<30m，抗震等级为三级，取底层中柱估算柱尺寸，根据经验荷载为15kN/m2：N=5×15×7.2×(3.6+1.2)=2592kN由轴压比限值得Ac=201399mm2为安全起见，取底层柱截面尺寸为550mm×550mm，其他层为500mm×500mm3.2 计算简图取轴线处框架，两端悬挑单独计算。初步设计根底顶面离室外地面500mm，如此底层层高为+0.5=4.3m图3-1 框架结构计算简图3.3 梁柱线刚度(其中×104N/mm2)AB,CD跨梁 i=2E×××3×10-3EBC跨梁 i=2E×××3/=×10-3E上部各层柱i= E××4/=×10-3 E底层柱 i= E××0.554/4.3=×10-3 E将梁柱线刚度标于计算简图中第四章 恒荷载力计算4.1 恒荷载计算1屋面框架梁线荷载标准值20厚水泥沙浆×0kN/m280160厚3%找坡膨胀珍珠岩(0.08+0.16)÷2×7=0.84kN/m22×2×2屋面恒荷载 4.44 kN/m2××25=6kN/m边框架梁粉刷 2×(0.8-0.1)××××中框架梁粉刷 2×(0.6-0.1)×2×如此作用于屋面框架梁上线荷载标准值为：g5AB1g5BC14kN/mg5AB2=4.44×3.68kN/mg5BC2=4.44×=1kN/m2楼面框架梁线荷载标准值×0kN/m2×2×2水磨石面层 0.65 kN/m2楼面恒荷载 3.89 kN/m24kN/m×(3.3-0.8)×18=kN/m填充墙粉刷 (3.3-0.8)××2×17=kN/m如此作用于楼面框架梁上线荷载标准值为：gAB1=6.48+=kN/m gBC14kN/m gAB2×3.6=kN/m gBC2×=kN/m3屋面框架节点集中荷载标准值××7.2×25=4kN纵向框架梁粉刷 2×(0.8-0.1)××7.2×17=3.43kN纵向框架梁传来的屋面恒荷载 2×(3.6/2)2×4.44=kN××25×7.2/2+2××(0.6-0.1)×次梁传来的屋面恒荷载 (1-2×5253)×4.44×3.6×kN1m高女儿墙自重与粉刷 1×7.2××18+2×1×7.2××17=36kN 如此顶层边节点集中荷载为：G5A=1kN纵向框架梁自重与粉刷 4+3.43=kN纵向框架梁传来的屋面恒荷载 +(1-2×7273)×4.44×7.2×/2=kN次梁自重、粉刷与传来的屋面恒荷载 10.87+5=6kN 如此顶层中节点集中荷载为：G5B=1kN4楼面框架节点集中荷载标准值纵向框架梁自重与粉刷 kN纵向框架梁传来的楼面恒荷载 2×(3.6/2)2×3.89=2kN次梁传来的楼面恒荷载 (1-2×5253)××3.6×kN钢窗自重 (2×××2.6) ××2=kN墙体自重 (3.3×7.2-)××18=kN墙面粉刷 2×(3.3×7.2-)××17=13.07kN框架柱自重 0.502×3.3×25=kN柱面粉刷4×0.5××17=0.68kN 中间层边柱节点集中荷载为：GA=2kN纵向框架梁自重与粉刷 kN纵向框架梁传来的楼面恒荷载2+(1-2×7273)××7.2×/2=kN次梁粉刷、自重与传来的楼面恒荷载 10.87+4=5kN木门自重 2×××kN墙体自重 (3.3×7.2-)××18=kN墙面粉刷 2××(×)×17=1kN框架柱自重与粉刷 +0.68=kN 中间层中柱节点集中荷载为：GB=kN4.2 恒荷载作用下力计算1计算简图图4-1 计算简图2荷载等效顶层边跨 顶层中跨 中间层边跨 中间层中跨 荷载等效后的计算简图如下图4-2 等效后的计算简图3固端弯矩计算顶层边跨 顶层中跨 中间层边跨 中间层中跨 4分层计算弯矩取半结构计算1顶层分配系数计算如下力计算过程如下单位：kNm表 4-11-41-22-12-52-3M图见下页单位：kNm图4-3 顶层弯矩图2中间层分配系数计算如下力计算过程如下单位：kNm表4-23-63-13-44-34-24-74-5M图见下页单位：kNm图4-4 中间层弯矩图3底层分配系数计算如下力计算过程如下单位：kNm 表4-33-63-13-44-34-24-74-5M图如下单位：kNm图4-5 底层弯矩图5不平衡弯矩分配计算过程见如下单位：kNm，方框为原不平衡弯矩表4-4左梁上柱下柱右梁6跨中弯矩计算7剪力计算图4-6 恒荷载作用下的M图单位：kNm8轴力计算框架结构的剪力图和轴力图如下单位：KN V N图4-7 恒荷载作用下的V，N图单位：KN第五章 活荷载力计算5.1 活荷载计算1框架梁线荷载标准值qAB=×3.6=kN/mqBC=×=kN/m2框架节点集中荷载标准值边节点：2×次梁传来的活荷载 (1-2×5253)××3.6×kN如此QA=kN中节点：纵向框架梁传来的雪荷载 12.96+(1-2×7273)××7.2×/2如此QB=kN5.2 活荷载作用下力计算1计算简图图5-1 计算简图2荷载等效顶层边跨 中跨 荷载等效后的计算简图如下：图5-2 等效后的计算简图3固端弯矩计算边跨 中跨 4分层计算弯矩1顶层力计算过程如下单位：kNm表5-11-41-22-12-52-3M图如下单位：kNm图5-3 顶层弯矩图2中间层力计算过程见表单位：kNm 表5-23-63-13-44-34-24-74-5M图如下单位：kNm图5-4 中间层弯矩图3底层力计算过程如下单位：kNm表5-3 3-63-13-44-34-24-74-5M图见图5-5单位：kNm图5-5 底层弯矩图5不平衡弯矩分配计算过程如下单位：kNm，方框为原不平衡弯矩表5-4左梁上柱下柱右梁不平衡弯矩调整之后即可得出活荷载作用下框架弯矩图单位：kNm图5-6 活荷载作用下的M图单位：kNm6跨中弯矩计算7剪力计算中跨端部剪力各边跨段部剪力：8轴力计算框架结构的剪力图和轴力图如下单位：kNV N图5-7 活荷载作用下的V，N图kNm第六章 风荷载力计算根本风压w0=0.65kN/m2，地面粗糙度为B类。6.1 风荷载计算wk=zszw0，建筑物高度<30m，故z迎风时s1，背风时s2，如此s计算过程见下表表6-1楼层高度H(m)zwkA(m2)P(kN)五170.9971四10.930三10.853二0.845一3.80.845计算简图单位：kN图6-1 计算简图6.2 力计算1抗侧刚度和反弯点高度确定计算过程见下表表6-2楼层KD(104kN/m)y0y12y23y3yhh-yh边柱五0.530.410105四0.535010109三0.530.500101051.65二0.530010101.651.65一0.620.5500.770中柱五0.7250101.49四0.720.500101051.65三0.72010101.651.65二0.72010101.651.65一0.772.700.7702.372剪力在各层分配单位：kN，见如下图VP5=1V5=V5=VP4=V4=V4=VP3=V3=V3=1VP2=V2=V2=VP1=V1=V1=28.57图6-2 剪力分配图3柱端弯矩计算单位：kNm119.55232556图6-3 柱端弯矩图4风荷载作用下的力图图6-4 风荷载作用下的M图单位：kNm V N图6-5 风荷载作用下的V，N图单位：kN第七章 地震作用力计算7.1 重力荷载代表值计算1屋面活荷载标准值××2楼面活荷载标准值××3屋盖、楼盖自重××××4女儿墙自重××(16.8+43.2)×2×××(16.8+43.2)×2×2×17=600kN5二五层墙柱等自重×××25+4××××17)×××2×22×××××2×××××22 ××梁自重 (28×××7.2+10×××7.2+7×××2.4) ×××2×17=480.66kN 小计6底层墙柱等自重×××25+4××××17)×××2=66.56 m2×××2=149.56 m2×××××22××××2×17=477.77kN 小计各层重力荷载代表值汇总如下：7.2 水平地震作用计算1各层D值汇总D单位：104kN/m计算过程见下表表7-1层次边柱 (根)边柱D中柱 (根)中柱DD五1616四1616三1616二1616一16162顶点位移计算将重力荷载代表值Gi作为水平荷载uT=+=3根本自振周期4根本自振周期水平地震影响系数设计地震分组第一组，场地类别类，Tg=0.35s，地震加速度0.10g，多遇地震下max5结构底部剪力标准值6各层水平地震作用标准值，故不需考虑顶部附加地震作用7各层水平地震层间剪力楼层水平地震剪力最小值验算如下：楼层最小地震剪力系数，故满足要求8多遇地震下弹性层间位移计算过程见下表 表7-2楼层hi (m)Vi (kN)Di (104kN/m)ue (m)ee五1/550=四三二一2373故满足要求7.3 一榀框架力计算1层间剪力在各柱分配计算过程见下表表7-3楼层边跨中跨五四三二一2 反弯点高度确定计算过程见下表表7-4楼层Ky0y12y23y3yhh-yh边柱五0.410105四5010101.49三0.500101051.65二010101.651.65一0.5500.770中柱五50101.49四0.500101051.65三010101.651.65二010101.651.65一0.5500.7703柱端弯矩计算单位：kNm图7-1 柱端弯矩图4地震作用下的力力图图7-2 地震荷载作用下的M图单位：kNmV N图7-3 地震荷载作用下的V，N图单位：kN第八章 力组合本章中单位统一为：弯矩kNm，剪力kN，轴力kN。根据前面的力计算结果，即可进展框架各梁柱各控制截面上的力组合，其中梁的控制截面为梁端柱边与跨中，由于对称性，每层梁取5个控制截面。柱分为边柱和中柱，每根柱有2个控制截面。力组合使用的控制截面标于如下图。图8-1 控制截面图8.1 梁力组合1计算过程见下页表中，弯矩以下部受拉为正，剪力以沿截面顺时针为正注：1地震作用效应与重力荷载代表值的组合表达式为：其中，SGE为相应于水平地震作用下重力荷载代表值效应的标准值。而重力荷载代表值表达式为：Gk恒荷载标准值；Qik第i个可变荷载标准值；Qi第i个可变荷载的组合之系数，屋面活荷载不计入，活荷载均0.5。考虑到地震有左震和右震两种情况，而在前面第八章计算地震作用力时计算的是左震作用时的力，如此在下表中有1.2(和1.2()-两列，分别代表左震和右震参与组合。2因为风荷载效应同地震作用效应相比拟小，不起控制作用，如此在如下组合中风荷载力未参与，仅考虑分别由恒荷载和活荷载控制的两种组合，即×和两列。梁力组合计算表表8-1 楼层截面恒荷载活荷载地震作用()MVMVMVMV五1-6-23-1-4-2-15-0-四1-1223-4-1-4-5-0-三1-1-12124.313-1-2-4-1-5-0-二1-1-23-2-4-5-0-一1-223-1-1-4-1-5-0梁力组合计算表续表楼层截面()-×MVMVMV 五1-23-4-5-四1-23-14-5-三1-23-14-5-二1-23-4-5-一1-213-4-5-梁力组合计算表续表楼层截面MmaxMmin|Vmax|五1-23-14-5-四1-21