毕业设计某学生公寓楼设计.doc

本科毕业论文（设计） 题目：某学生公寓楼设计姓 名： 杨 冬 学 号： 062022404329 专 业： 土木工程 院 系： 土木与工业工程学院土木工程系指导老师： 潘福婷 洪长瑾 实习单位： 合肥工大建设监理有限责任公司完成时间： 二一年五月二十日 安徽新华学院教务处制目 录内容摘要IABSTRACT21.绪 论31.1 工程背景31.1.1 设计资料31.1.2 材料41.2 工程特点42.结构设计52.1 框架结构设计计算52.1.1 工程概况52.1.2 设计资料62.1.3 梁柱截面、梁跨度及柱高度的确定62.1.4 荷载计算92.1.5 水平地震作用下框架的侧向位移验算162.1.6 水平地震作用下横向框架的内力分析222.1.7 竖向荷载作用下横向框架的内力分析272.1.8 内力组合392.1.9 截面设计502.2板的计算782.2.1 设计资料782.2.2 楼面板782.2.3 屋面板832.3 楼梯设计872.3.1 计算简图及截面尺寸882.3.2 设计资料882.3.3 梯段板设计892.3.4 平台板计算902.3.5 平台梁计算912.5本章小结99参考文献100致 谢101综述102内容摘要本设计主要进行了结构方案中框架7轴框架的抗震设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算,接着利用顶点位移法求出自振周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力，找出最不利的一组或几组内力组合。 选取最安全的结果计算配筋并绘图。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计并完成了平台板，梯段板，平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。关键词： 框架，结构设计，抗震设计 ABSTRACT The purpose of the design is to do the anti-seismic design in the longitudinal frames of axis7. When the directions of the frames is determined, firstly the weight of each floor is calculated .Then the vibrate cycle is calculated by utilizing the peak-displacement method, then making the amount of the horizontal seismic force can be got by way of the bottom-shear force method. The seismic force can be assigned according to the shearing stiffness of the frames of the different axis. Then the internal force (bending moment, shearing force and axial force ) in the structure under the horizontal loads can be easily calculated. After the determination of the internal force under the dead and live loads, the combination of internal force can be made by using the Excel software, whose purpose is to find one or several sets of the most adverse internal force of the wall limbs and the coterminous girders, which will be the basis of protracting the reinforcing drawings of the components. The design of the stairs is also be approached by calculating the internal force and reinforcing such components as landing slab, step board and landing girder whose shop drawings are completed in the end.Keywords : frames，structural design, seismic design某学生公寓楼设计在当今社会，土建行业飞速发展，建筑越来越人性化，为了更好的去了解什么样的建筑形式更适用于当今学生，以及更好的去掌握建筑结构的设计原理和规范，本人对本课题进行了分析和探究。1.绪 论1.1 工程背景本项目为6层钢筋混凝土框架结构体系，占地面积约为905.03m2，总建筑面积约为5430.18 m2；层高3.6m,平面尺寸为18.55m×54.55m。采用柱下独立基础，室内地坪为±0.000m，室外内高差0.45m。框架梁、柱、楼面、屋面板板均为现浇。1.1.1 设计资料1.1.1.1 气象资料基本风荷载W。=0.35kN/ m2；基本雪荷载为0.6 kN/ m2。年降水量680mm。1.1.1.2 地质条件建筑场地地形平坦，土壤性质：表面为1m 厚的杂填土，均匀性差，杂填土下为粘土层（e=0.7,Il=0.78,=17.5 kN/m2,=150），类场地土地下水位：常年地下水位低于自然地面以下5.5m。1.1.1.4 地震设防烈度7度1.1.1.5 抗震等级三级1.1.1.6 设计地震分组场地为1类一组Tg（s）=0.4s （建筑结构抗震设计）1.1.2 材料柱采用C30，纵筋采用HRB335，箍筋采用HPB235，梁采用C30，纵筋采用HRB335，箍筋采用HPB235。基础采用C30，纵筋采用HRB335,箍筋采用HPB235。1.2 工程特点本工程为六层，主体高度为22.8米，属多层建筑。多层建筑采用的结构可分为钢筋混凝土结构、钢结构、钢-钢筋混凝土组合结构等类型。根据不同结构类型的特点，正确选用材料，就成为经济合理地建造多层建筑的一个重要方面。经过结构论证以及设计任务书等实际情况，以及本建筑自身的特点，决定采用钢筋混凝土结构。框架结构体系是由梁、柱构件通过节点连接构成，既承受竖向荷载，也承受水平荷载的结构体系。这种体系适用于多层建筑及高度不大的高层建筑。本建筑采用的是框架机构体系，框架结构的优点是建筑平面布置灵活，框架结构可通过合理的设计，使之具有良好的抗震性能；框架结构构件类型少，易于标准化、定型化；可以采用预制构件，也易于采用定型模板而做成现浇结构，本建筑采用的现浇结构。 由于本次设计是学生公寓楼设计，要求有灵活的空间布置，故采用钢筋混凝土框架结构体系。2.结构设计2.1 框架结构设计计算2.1.1 工程概况本工程为6层钢筋混凝土框架结构体系，占地面积约为905.03 m2，总建筑面积约为5430.18 m2；层高3.6m平面尺寸为18.55m×54.55m。采用独立基础，室内地坪为±0.000m，室外内高差0.45m。框架平面同柱网布置如下图：图2-1 框架平面柱网布置框架梁柱现浇，屋面及楼面采用100mm厚现浇钢筋混凝土。2.1.2 设计资料2.1.2.1气象条件基本风荷载W。=0.35kN/ m2;基本雪荷载为0.6 KN/ m2，全年主导风向为东南风。2.1.2.2楼、屋面使用荷载走道：2.5kN/ m2；宿舍：2.0kN/ m2；阳台：2.5kN/ m2；厕所：2.0kN/ m2；为安全考虑，均按2.5kN/ m2计算。2.1.2.3 工程地质条件（1） 地形：地形较为平坦，临主要道路。（2） 土壤性质：表面为1m 厚的杂填土，均匀性差，杂填土下为粘土层（e=0.7,Il=0.78,=17.5 kN/m2,=150），类场地土。（3）地下水位：常年地下水位低于自然地面以下5.5m。（4） 建筑结构安全等级为二级；地震设防烈度为：7度，水平地震影响系数最大值=0.08，场地类别：类。2.1.2.4 屋面及楼面做法屋面做法：20mm厚1：2水泥砂浆找平；100140mm厚（2%找坡）膨胀珍珠岩；100mm厚现浇钢筋混凝土楼板；15mm厚纸筋石灰抹灰。楼面做饭：25mm厚水泥砂浆面层； 100mm厚现浇钢筋混凝土楼板 15mm纸筋石灰抹灰 2.1.3 梁柱截面、梁跨度及柱高度的确定2.1.3.1 初估截面尺寸（1）L1:取跨度较大者进行计算.l=7800mm h=(1/81/12) l =650mm975mm取h=700mm. l n/h>4 ， 217mm325mm 取b=300mm 满足b>200mm故横向边框架梁初选截面尺寸为：b×h=300mm×700mmL2梁由于跨度较小，截面尺寸取为b×h=300×600（2）L3、L4：L=7200 mm h=(1/101/18)L=400720 mm 取h=700mm 217325 mm 取b=300mm取b=300mm×700故横向中跨框架梁初选截面尺寸为：b×h=300mm×700mm（3）L5：h=(1/141/18)L=(1/141/18)×7200=400514 b=(1/21/3)h=167250mm 取b=250mm×500表2-1 梁的截面尺寸 层次截面尺寸（bh）混凝土强度L1300mm×700mmC25L2300mm×600mmC25L3300mm×700mmC25L4300mm×700mmC25L5 250mm×500mm C25（4）框架柱:框架为三级抗震等级，查表轴压比限值近似=0.9，单位负荷面积上的重力荷载代表值近似取，混凝土强度等级。柱尺寸可由轴压比确定，可采用下式估算，然后再求边长： （2-1） （2-2）：柱组合的轴压力设计值；：按简支计算的柱的负载面积；：折算在单位上的重力代表值，可取12-14 ；：考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，边柱可取1.3不等跨内柱取1.25，等跨内柱取1.2；：柱的截面面积；n: 验算截面以上的楼层层数；：混凝土轴心抗压强度设计值。对C30，查得=14.3 边柱： ACN/Nfc=1.3×(3.9×7.2) ×12×6×103/(0.9×14.3)=204218.18 mm2中柱： ACN/Nfc=1.25×(5.1×7.2) ×12×6×103 /(0.9×14.3)=256783.22mm2柱的截面为正方形则边柱和中柱截面高度分别为452mm和507mm经综合分析，本工程各层柱的截面尺寸和混凝土强度等级见表2-2：表2-2 柱的截面尺寸 层次截面尺寸（bh）混凝土强度16550mm550mmC30（5）板： H(1/451/50)=72mm80mm取板厚为100mm2.1.3.2 梁、柱的计算跨度和高度梁的跨度：取轴线间距，即边跨梁为7800,中间跨梁为2400；底层柱高：设基础底面标高为2.3M,基础高度为1米，则底层柱高3.6+2.3-1.0=4.9M其他层柱高：取层高，即为3.6M。2.1.4 荷载计算2.1.4.1 屋面均布恒载二毡三油防水层 0.35 kN/ m2冷底子油热玛蹄脂 0.05 kN/ m220mm厚1：2水泥砂浆找平 0.02 ×20=0.4 kN/ m2100140厚(2%坡度)膨胀珍珠岩 (0.1+0.14)×7/2=0.84 kN/ m2100mm厚现浇钢筋混凝土楼板 0.1×25=2.5 kN/ m215mm厚纸筋石灰抹底 0.015×16=0.24 kN/ m2共计 4.38 kN/ m2屋面恒载标准值为：（54+0.55）×（7.8×2+2.4+0.55）×4.38=4432.13 kN2.1.4.2 楼面均布恒载按楼面做法逐项计算水磨石地面 0.65 KN/m225厚水泥砂浆找平 0.025×20=0.05 kN/ m2100厚现浇钢筋混凝土楼板 0.1×25=2.5 kN/ m215厚纸筋石灰抹灰 0.015×16=0.24 kN/ m2共计 3.44 kN/ m2楼面恒载标准值为：（54+0.55）×（7.8×2+2.4+0.55）×3.44=3480.94 kN2.1.4.3 屋面均布活载计算重力荷载代表值时，仅考虑屋面雪荷载：0.6×（54+0.55）×（7.8×2+2.4+0.55）=607.14 kN2.1.4.4 楼面均布活荷载楼面均布活荷载对于宿舍、厕所为2.0KN/ m2，走道、阳台为2.5 kN/ m2，为计算方便，偏安全的统一取均布活荷为2.5 kN/ m2。楼面均布活荷载标准值为：2.5×（54+0.55）×（7.8×2+2.4+0.55）=2529.76 kN2.1.4.5 梁柱自重（包括梁侧、梁底、柱的抹灰重量）L1： b×h=0.3m×0.7m 长度7.25m 每根重量 0.7×7.25×25×（0.02×2+0.3）=43.14 kN 根数 10×2×6=120根L2： b×h=0.3m×0.6m 长度1.85m 每根重量 0.6×1.85×25×（0.02×2+0.3）=9.435 kN 根数 10×6=60根L3： b×h=0.3m×0.7m 长度6.65m 每根重量 0.7×6.65×25×（0.02×2+0.3）=39.57kN 根数 12×2×6=144根L4： b×h=0.3m×0.7m 长度3.05m 每根重量 0.7×3.05×25×（0.02×2+0.3）=18.15kN 根数 6×2×6=72根L5： b×h=0.25m×0.5m 长度7.25m 每根重量 0.5×7.25×25×（0.02×2+0.25）=26.28 kN 根数 6×2×6=72根Z1： 截面 0.55×0.55 m2 长度4.9m 每根重量 （0.55+0.02×2）²×4.9×25=42.64 kN 根数 10×4=40根Z2： 截面 0.55×0.55 m2 长度3.6m 每根重量 （0.55+0.02×2）²×3.6×25=31.33 kN 根数 10×4×5=200根表2-3 梁柱自重梁（柱）编 号截面（m2）长度（m）根数每根重量（kN）L10.3×0.77.2512043.14L20.3×0.61.85609.435L30.3×0.76.6514439.57L40.3×0.73.057218.15L50.25×0.57.257226.28Z10.55×0.554.94042.64Z20.55×0.553.620031.332.1.4.6 墙体自重外墙墙厚250mm，采用瓷砖贴面；内墙墙厚200mm，采用水泥砂浆抹面，内外墙均采用粉煤灰空心砌块砌筑。单位面积外墙体重量为：7.0×0.25=1.75 kN/ m2 单位面积外墙贴面重量为：0.5 kN/ m2单位面积内墙体重量为：7.0×0.2=1.4 kN/ m2单位面积内墙贴面重量为（双面抹面）：0.36×2=0.72 kN/ m2表2-4 墙体自重墙体每片面积（m2）片数重量（KN）底层纵墙外墙6.65×4.2012外墙墙体586.53927.045外墙墙面167.583.05×4.206外墙墙体134.505外墙墙面38.43内墙6.65×4.2012内墙墙体469.224819.17内墙墙面241.323.05×4.204内墙墙体71.736内墙墙面36.89底层横墙外墙7.25×4.24外墙墙体213.15309.845外墙墙面60.91.85×4.32外墙墙体27.84外墙墙面7.955内墙7.25×4.412内墙墙体535.92 2102.616内墙墙面275.6167.25×4.220内墙墙体852.6内墙墙面438.48续表2-4墙体每片面积（）片数重量（kN）其他层纵墙外墙6.65×2.9012外墙墙体404.985640.01外墙墙面115.713.05×2.906外墙墙体92.87外墙墙面26.535内墙6.65×2.912内墙墙体323.988584.365内墙墙面166.623.05×2.95内墙墙体61.915内墙墙面31.842其他层横墙外墙7.25×2.904外墙墙体147.175214.2外墙墙面42.051.85×3.02外墙墙体19.425外墙墙面5.55内墙7.25×3.112内墙墙体377.581463.224内墙墙面194.1847.25×2.920内墙墙体588.7内墙墙面302.76女儿墙纵墙54.55×1.22纵墙墙体229.11394.73纵墙墙面65.45横墙18.55×1.22横墙墙体77.91横墙墙面22.26阳台拦板每层统一取3.6×1.1×（1.75+0.5）×0.1×24=17.1072KN2.1.4.7 荷载总汇顶层重力荷载代表值包括屋面恒载+50%屋面雪载+纵横梁自重+半层柱自重+半层墙体自重+女儿墙自重。顶层恒载：4432.13kN顶层活载：607.14kN顶层梁自重：+=43.14×20+9.435×10+39.57×24+18.15×12+26.28×12=2439.99kN顶层柱自重：31.33×40=1253.2kN顶层墙自重：640.01+584.365+214.2+1463.224=2901.799 kN女儿墙自重Q6：394.73 kN阳台拦板自重Q7：17.1072KNG6=+1/2+1/2+1/2+ Q6 =9647.92 kN其他层重力荷载代表值包括楼面恒载+50%活载+纵横梁自重+楼面上下各半层的柱、阳台拦板及纵横墙体自重。G5=3480.94+1/2×2529.76+43.14×20+9.435×10+39.57×24+18.15×12+26.28×12+31.33×40+2901.799 +17.1072KN =11340.81 kNG5=G4=G3=G2=11340.81 kN=3480.94+1/2×2529.76+43.14×20+9.435×10+39.57×24+18.15×12+26.28×12+1/2×31.33×40+1/2×42.64×40+1/2×4158.676+1/2×2901.799 +17.1072KN =12195.45kN门窗荷载计算M-1、M-2、 M-3、M-5采用木门，单位面积钢框门重量为0.2 kN/ m2M-4、M-6采用钢框门，单位面积木门重量为0.4kN/ m2C-1、C-2、C-3、C-4均采用钢框玻璃窗，单位面积钢框玻璃窗重量为0.45 kN/表2-5 门窗重量计算层号门窗号单位面积（m2）数量重量(kN)底层M-10.9×2.1217.93840.32M-21.8×2.11914.364M-31.8×2.121.512M-41.5×2.422.88M-51.2×2.421.152M-61.8×2.435.184C-11.8×1.554.86C-31.2×0.952.43续表2-5层号门窗号单位面积（m2）数量重量(kN)二至六层M-10.9×2.1259.4539.924M-21.8×2.12115.876M-31.8×2.121.512M-41.5×2.422.88C-11.8×1.544.86C-21.5×1.232.43C-31.2×0.941.944C-40.9×1.220.972（1）底层实际重量：=12195.45-335.18+40.32=11900.59 kN（335.18为洞口重，40.32为门窗自重）.（2）二至六层实际重量：G2=G3=G4=G5=11340.81-360.817+39.924=11019.917kNG6=9647.92-360.817+39.924=9327.027KN建筑物总重力荷载代表值=65307.285kN2.1.5 水平地震作用下框架的侧向位移验算2.1.5.1 横向线刚度混凝土 C30 kN/ m2 图2-2 重力荷载代表值在框架结构中，有现浇楼面或预制板楼面。而现浇板的楼面，板可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧移。为考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架取=1.5（为梁的截面惯性矩）。对中框架取=2.0。若为装配楼板，现浇层的楼 图2-5 质点重力荷载值面，则边框架梁取=1.2，对中框架取=1.5。 横向线刚度计算见表2-6。2.1.5.2 横向框架柱的侧移刚度D值柱线刚度列于表2-7，横向框架柱侧移刚度D值计算见表2-8。2.1.5.3 横向框架自振周期按顶点位移法计算框架的自振周期。顶点位移法是求结构基本频率的一种近似方法。将结构按质量分布情况简化为无限质点的悬臂直杆，导出以直杆顶点位移表示的基本公式。表2-6横向刚度计算梁号L截面b×h(m2)跨度l（m）惯性矩I0=bh3/12(m4)边框架梁中框架梁Ib=1.5I0(m4)Kb=EIb/l(KN·M)Ib=2I0(m4)Kb=EIb/l(KN·M)L10.3×0.77.88.58×10-312.87×10-34.95×10-417.16×10-36.6×10-4L20.3×0.62.45.4×10-38.1×10-310.13×10-410.8×10-313.5×10-4L30.3×0.77.28.58×10-312.87×10-35.36×10-417.16×10-37.15×10-4L40.3×0.73.68.58×10-312.87×10-310.73×10-417.16×10-314.3×10-4表2-7 柱线刚度柱号截面（m2）柱高度（m）惯性矩线刚度（m4）（kN·m）0.55×0.554.97.6×10-34.65×1040.55×0.553.67.6×10-36.33×104表2-8横向框架柱侧移刚度D值计算 项目柱类型层根数底层边框架边柱50.511118764边框架中柱30.714165944中框架边柱0.5611303816中框架中柱0.7631773216606200二至六层边框架边柱0.281164704边框架中柱0.544318844中框架边柱0.3432010416中框架中柱0.61435987161090872这样，只要求出结构的顶点水平位移，就可以按下式求得结构的基本周期： （2-3）式中基本周期调整系数，考虑填充墙使框架自振周期减少的影响，取0.6；框架的顶点位移。在未求出框架的周期前，无法求出框架的地震力及位移；是将框架的重力荷载视为水平作用力，求得的假想框架顶点位移。然后由求出，再用求出框架结构的底部剪力，进而求出框架各层剪力和结构真正的位移。横向框架顶点位移计算见表2-9。表2-9 横向框架顶点位移层次（kN）（kN）（kN/m）层间相对位移69327.0279327.02710908720.00860.2617511019.91720346.94410908720.01870.2531411019.91731366.86110908720.02880.2244311019.91742386.77810908720.03890.1956211019.91753406.69510908720.04900.1567111900.59065307.2856062000.10770.1077T1=1.70=1.7×0.6×=0.5222.1.5.4 横向地震作用计算在类场地，7度设防区，设计地震分组为第二组情况下，结构的特征周期=0.4s，水平地震影响系数最大值=0.08。由于=0.522<=1.4×0.4=0.56（s），不需考虑顶点附加地震作用。按底部剪力法求得的基底剪力，若按分配给各层，则水平地震作用呈倒三角形分布。对一般层，这种分布基本符合实际。但对结构上部，水平作用小于按时程分析法和振型分解法求得的结果，特别对于周期比较长的结构相差更大。地震的宏观震害也表明，结构上部往往震害很严重。因此，即顶部附加地震作用系数考虑顶部地震力的加大。考虑了结构周期和场地的影响。且修正后的剪力分布与实际更加吻合。=0.08+0.01=0.08×0.522+0.01=0.0518 （2-4）结构横向总水平地震作用标准值： =（/ ）0.6××0.85I （2-5）=（0.4/0.522）0.6×0.08×0.85×65307.285=3785.33kN各层横向地震剪力计算见表2-8，表中： （2-6）横向框架各层水平地震作用和地震剪力见图2-3。表2-10 各层横向地震作用及楼层地震剪力层次（m）（m）（kN）（kN）（kN）63.622.99327.0272135890.242868.42868.4253.619.311019.9172126840.241864.831733.2543.615.711019.9171730130.196703.342436.5933.612.111019.9171333410.151541.862978.4523.68.511019.917936690.106380.383358.8314.94.911900.59559330.063226.073584.90图2-3 横向框架各层水平地震作用和地震剪力2.1.5.5 横向框架抗震变形验算详见表2-11。表2-11 横向框架抗震变形验算层次层间剪力（kN）层间刚度（kN）层间位移（m）层高（m）层间相对弹性转角6868.4210908720.000803.61/450051733.2510908720.001593.61/226442436.5910908720.002233.61/161432978.4510908720.002733.61/131923358.8310908720.003083.61/116913584.906062000.005914.91/829注：层间弹性相对转角均满足要求。=1/450。（若考虑填充墙抗力作用为1/550）2.1.6 水平地震作用下横向框架的内力分析本设计取中框架为例，柱端计算结果详见表2-12、表2-13。地震作用下框架梁柱弯矩，梁端剪力及柱轴力分别见表2-14、图2-4，图2-5。表2-12 A轴柱（边柱）柱端弯矩计算层次层高h层间剪力层间刚度y(m)63.6868.42109087220104161.0430.3537.4420.1653.61733.25109087220104321.0430.4069.1246.0843.62436.59109087220104451.0430.4589.172.933.62978.45109087220104551.0430.45108.989.123.63358.83109087220104621.0430.5111.6111.614.93584.9060620013038771.420.65132.06245.25注：表中： 表2-13 B轴柱（中柱）柱端弯矩计算层次层高h层间剪力层间刚度y(m)63.6868.42109087235987293.1750.4557.4246.9853.61733.25109087235987573.1750.45112.8692.3443.62436.59109087235987803.1750.5144.0144.033.62978.45109087235987983.1750.5176.4176.423.63358.831090872359871103.1750.519819814.93584.90606200177321054.3230.55231.53282.98该框架为对称结构,D轴柱与A轴柱相同，C轴柱与B轴柱相同。图2-4 地震作用下中框架弯矩图（kNm）图2-5 地震力作用下框架梁端剪力及柱轴力(kN)2.1.7 竖向荷载作用下横向框架的内力分析仍以中框架为例进行计算,AB跨、CD跨为双向板、BC跨为单向板。2.1.7.1 荷载计算第6层梁的均布线荷载 图2-6 荷载折减示意图 AB跨：屋面均布恒载传给梁 4.38×3.6×0.906=14.29kN/m横梁自重（包括抹灰）