毕业设计、结构设计 某实验楼01 栋结构设计.doc

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1、毕业设计报告(论文) 题目: 某实验楼-01栋结构设计 所属系 土木工程系 专 业 土木工程 学 号 02106425 姓名 高 坚 指导教师 孙健 钟定兰 起讫日期 2010.3 - 2010.6 设计地点 东南大学成贤学院 毕业设计报告（论文）诚信承诺本人承诺所呈交的毕业设计报告（论文）及取得的成果是在导师指导下完成，引用他人成果的部分均已列出参考文献。如论文涉及任何知识产权纠纷，本人将承担一切责任。学生签名：日 期：某实验楼-01栋结构设计摘 要此次毕业设计内容为某实验楼-01栋结构设计，该楼的总建筑面积大约是4255平方米，共五层。本建筑采用钢筋混凝土全现浇框架结构体系。基础采用柱下独

2、立基础，B、C轴之间的基础采用双柱联合基础。此次结构设计内容分手算和电算。手算的主要内容为设计的总说明、构件尺寸的初步确定、框架的计算简图、荷载计算、楼梯设计及基础设计；电算时，先用PMCAD软件进行结构平面布置，检查平面数据，输入次梁楼板，输入荷载数据，形成PK文件，画结构平面图，然后使用PK进行框架计算；最后用SAT-8软件进行框架的空间结构计算，输出框架梁柱配筋梁、柱配筋图及内力计算结果。由于此框架抗震等级为三级框架，所以没有进行节点抗震设计，但是在梁柱截面设计时要采用“强柱弱梁”原则。施工图绘图共八张，包括图纸目录及结构设计总说明、基础平面布置图及其详图、楼梯结构布置图及配筋图、梁平法

3、施工图、柱平法施工图、楼板配筋图。由于结构设计分析中采用了手算和电算两种方式，本文对两种方式的计算结果进行了比较分析，及时发现其不同的部分，并分析找出了原因。关键词：实验楼、结构设计、框架结构、柱下独基、双柱联合基础The structure design of a laboratory buildingAbstractThe theme of this graduation design is structure design of a laboratory building. The total building area is about 4255m2.It consists of 5

4、stories .The building is a frame building made by reinforced concrete. Foundation use independent under column. The foundation between B and C axis use the double-column joint foundation.This designing include structural calculations and construction of two parts. The handworker counting consists of

5、 several loads counting， lateral displacement counting of transverse frame， internal force of section and check design of the foundation. There are three steps in the course of automated counting. Firstly， make a model of the building by PMCAD; secondly， count the typical frame by PK; in the end ，co

6、unt the whole space frame and put out the drawing that you wanted by SAT-8. I have not count intersection of point but this design obeys the order of “strong column and weak beam” because this frame belongs to third class frame. Blueprints s consists of 8 parts， layout map of standard layer structur

7、e& section， steel map of the typical fame & floor， layout & section map of foundations.I need to check the result data and find the mistake or difference between them because I use two kind of ways included handworker and automated counting in the course of counting. And then find out the causes.Key

8、words: the laboratory building; structure design; frame structure; independent foundation under column; double-column joint foundation目 录第一章 前言1第二章 工程概况和结构设计方案22.1 工程概况22.2 结构设计方案22.2.1 框架结构承重方案的选择32.2.2 梁截面的初步确定32.2.3 柱尺寸估算3第三章 结构设计53.1 荷载计算53.1.1 楼屋面做法53.1.2 楼屋面可变荷载标准值53.2 框架内力计算53.2.1 采用结构设计软件PKP

9、M进行计算53.2.2 简化计算（手算风荷载作用下一榀框架内力计算）63.3 顶层板、次梁结构计算123.3.1 屋面梁格布置123.3.2 板的结构计算133.3.3 次梁的结构计算143.4 楼梯结构计算173.4.1 设计资料173.4.2 楼梯板设计173.4.3 平台板计算183.4.4 平台梁设计203.5 基础结构计算213.5.1 工程概况213.5.2 基础选型213.5.3 联合基础设计283.6 结构设计软件与近似计算法对框架内力、板、次梁的计算结果的比较与分析31第四章 结束语32谢 辞33参考文献34附录35第一章 前言结构设计是土木工程毕业设计的重要阶段，是毕业前的

10、综合学习阶段，是针对大学生期间所学专业知识的全面总结和整理，因此很有意义。本人毕业设计题目为某实验楼-01栋。在结构设计过程中我参考了结构力学、材料力学、钢筋混凝土结构、土力学与基础工程、建筑结构结构抗震设计，抗震规范、混凝土规范、荷载规范、砌体规范、地基规范等规范还有在网上收集了不少资料都对我的设计起了不少的帮助。在结构设计中，我通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行设计手稿的电脑输入以及结合PKPM软件和CAD绘图，在指导老师的帮助下，我才得以完成设计任务。在结构设计的十二周时间里，在指导老师的帮助引导下，经过设计计算，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。巩固了专业知识、提高了

11、综合分析、解决问题的能力。在进行内力组合的计算时，也借以 Excel，Word的帮助；在绘图时熟练掌握了AutoCAD，PKPM等专业软件。以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。框架结构设计的计算量很大，在计算过程中以手算为主，辅以一些计算软件的校对。有疏漏和不足之处敬请各位老师的给予指出改正，在此表示衷心地感谢。 高坚 2010年5月第二章 工程概况和结构设计方案2.1 工程概况本工程为实验楼结构设计。工程为五层，一层层高4.8m，二三四层为层高3.8m，五层层高为4m。建筑面积4255平方米，工程所在地抗震设防烈度为7度，抗震等级为三级，设计地震分组为第一组，场地类别为类，设计

12、基本地震加速度为0.10g，工程所在地基本风压值0.40 kN/m，基本雪压值为0.65kN/m。楼盖及屋盖均采用现浇混凝土结构，板厚分别为100mm（楼面），120mm（屋顶）。建筑场地的工程地资料：1、根据工程地质勘察报告，拟建场地工程地质情况见表2.1：表2.1 拟建场地工程地质情况 岩土层名称土层深度（m）稠密度/风化程度地基承载力特征值混凝土预制桩人工挖孔灌注桩qsa(kpa)qpa1(kpa)qsa(kpa)qpa2(kpa)杂填土00.5松散10细砂0.55.5稍密15010-1粉质粘土5.59.9可塑1603326-2粉质粘土9.913.2硬塑18041180032900-3粉

13、质粘土13.216.3坚硬200452700361100-1花岗岩16.318.9全风化473100601200-2花岗岩18.925.6强风化10044008014002、地下水情况无侵蚀性，最高水位距地表 2.0 m。3、气候条件本地区主导风向为西南风，基本风压值见表1，基本雪压值为 0.65 。建筑施工场地较为平整，施工用水，电，路畅通。工程所用的预制构件及建筑材料本地区均能供应，施工单位吊装机械和运输机械均较完备。2.2 结构设计方案本设计选为框架结构。对于框架结构，在结构建筑特点方面：它是由钢筋混凝土梁、柱、节点及基础为主框，加上楼板、填充墙、屋盖组成的结构形式。楼板和横梁连在一起，

14、横梁和柱通过节点连为一体，形成承重结构，将荷载传至基础，力的传递路线比较明确。对于整个房屋全部采用这种结构形式的称为框架结构。框架可以是等跨或不等跨的，也可以是层高相同或不完全相同的。墙体是填充墙，仅起围护和分隔作用。在结构受力性能方面：框架结构构件截面较小，因此框架结构的承载力和刚度都较低，楼层越高，水平位移越慢，高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力，所以框架结构属于柔性结构，自振周期较长，地震反应较小，经过合理的结构设计可以具有较好的延性性能。因此，根据框架结构的自身特点，在进行建筑、结构设计时，国际上流行采用“三统一”的原则，即“统一柱面、统一层高、统一荷载”的模式设计。2.2.1

15、框架结构承重方案的选择由于楼的进深较大，使用空间较大。当仅采用横向承重方案时，横向框架梁的截面高度大可增加框架的横向侧移刚度。因此，本实验楼框架的承重方案采用现浇整体式纵横向承重框架。2.2.2 梁截面的初步确定梁截面尺寸估算梁截面高度一般取梁跨度的1/121/8进行计算，梁宽取梁高的1/31/2。本方案边横梁的高度取700mm，截面宽度取300mm，可得梁的截面初步定为bh=300mm700mm。各种梁截面可见表2.2。表2.2 梁截面尺寸表（mm）混凝土等级横向框架梁（bh）纵向框架梁（bh）次梁（bh）C303007003007002505502.2.3 柱尺寸估算本楼采用柱距为8m的内

16、廊式柱网，边跨为8m，中间跨为2.5m。柱截面尺寸估算：根据柱的轴压比限值按下列公式计算：(1)估算荷载：恒荷载（包括楼盖、墙体等）标准值可按1013kN/m2估算。在本案中采取10kN/m2，活载标准值为2kN/m2。(2)估算柱的轴向力：负荷面积为8m5.25m，则柱底承受的轴向力的设计值为： kN(3)估算柱的截面尺寸：取柱的轴向力为1.2N，按轴心受压柱进行估算。假定柱的配筋率为1，稳定系数为1，混凝土强度为C30，于是可得：1.23108103=1（14.3 Ac +0.01 Ac300）Ac=207200mm2取bchc=500mm500mm综合以上结构并考虑其他因素所取柱子截面b

17、h=500mm500mm。第三章 结构设计3.1 荷载计算3.1.1 楼屋面做法根据建筑类别（框架实验楼）查98J122工程做法P6表查得屋面防水等级为级，10年。根据平屋面和不上人屋面要求选择以下屋面、楼面做法：(一)屋面做法防水层：APP改性沥表防水卷材 0.05 kN/m找平层：25mm1：3水泥沙浆 250.02=0.5 kN/m2保温层：120mm厚水泥珍珠岩 0.124=0.48 kN/m2找坡层：白灰炉渣最薄处30mm厚 0.0317=0.51 kN/m结构层：120mm厚钢筋砼现浇板 0.1225=3.00 kN/m 20mm厚板底抹灰 0.0218=0.34 kN/m =5.

18、75kN/（二）楼面做法瓷砖地面（包括细石水泥粗砂打底） kN/m2100厚钢筋混凝土板 kN/m2V型轻钢龙骨吊顶 kN/m2 kN/m23.1.2 楼屋面可变荷载标准值 查建筑荷载规范GB50009-2001不上人屋面均布荷载标准值 kN/m2楼面活荷标准值 kN/m2走廊活荷载标准值 kN/m2卫生间活荷载标准值 kN/m23.2 框架内力计算3.2.1 采用结构设计软件PKPM进行计算（一）执行PMCAD主菜单1，开始建模。根据建筑平、立、剖面图输入轴线。结构图中尺寸是指中心线尺寸，而非建筑平面图中的外轮廓尺寸，根据上一层建筑平面的布置，在本层结构平面图中适当增设次梁，只有楼层板、梁、

19、柱等构件布置完全一样（位置、截面、材料），并且层高相同时，才能归并为一个结构标准层。再估算（主、次）梁、板、柱等构件截面尺寸，并进行构件定义。对于梁，主梁高度取跨度的1/81/12，宽度取高度的1/31/2；次梁的高度取跨度的1/121/16，宽度取高度的1/31/2。对于框架柱，抗震规范第6.3.1条规定，矩形柱长和宽都要大于300mm，同时控制柱的轴压比。接着选择各标准层进行梁、柱构件布置。柱只能布置在节点上，主梁只能布置在轴线上，考虑外轮廓平齐采取偏心。然后在荷载定义下输入楼、屋面恒、活荷载。最后根据建筑方案，将各结构标准层和荷载标准层进行组装，形成结构整体模型，并且确定总信息、地震信息

20、、风荷载信息等等。（二）执行PMCAD主菜单2，布置次梁楼板。此处次梁是指未在主菜单1布置过的次梁，对于已将其当作主梁在主菜单1布置过的梁，不得重复布置。对楼梯间进行全房间开洞，对个别房间板厚发生变化的，按照设计实际作局部修改，对有悬挑板的梁上布置悬挑板。根据实际情况需要，拷贝前层的楼板开洞、修改板厚、设悬挑板、次梁布置等信息。（三）执行PMCAD主菜单3，输入荷载信息。对个别房间进行楼面荷载修改，如板厚有变化的房间的楼面恒载、厕所的楼面恒载及门厅、走道、楼梯间的楼面活荷载等。对梁承受的非板传来的荷载（如填充墙等）进行输入，注意，对梁承受填充墙荷载的需考虑窗洞、楼梯间全房间开洞的须根据实际情况

21、计算梯段传至楼层梯梁的均布恒（活）载、梯段及休息平台经平台梯梁（梯柱）传至下层框架梁的集中恒（活）载。程序能对梁的自重、板的导荷进行自动计算，这些荷载都不能在此处重复计算，荷载的输入是指程序不能计算和导算的外加荷载，一定要根据实际情况进行计算输入，不得多输，更不能漏掉荷载。此外，根据实际情况选择前面已经布置好的任意一层作荷载拷贝，还可根据实际情况选择是否拷贝楼面荷载、梁间荷载、节点荷载等信息。（四）ST8计算对所建模型进行导荷及配筋，根据实际情况调整软件的各种参数，以符合实际情况及安全保证，如果先前所建模型不满足要求，就可以通过计算出的各种图形看出，可以通过对计算出的受力图，内力图，弯矩图等等

22、对电算结果进行分析，找出模型中的不足并加以调整，反复至电算结果满足要求为止。3.2.2 简化计算（手算风荷载作用下一榀框架内力计算）本工程地面粗糙程度属于B类，计算多层框架风荷载时，一般可取高度为10m处风压高度变化系数z=1.0，即10m风压荷载按均布考虑，10m以上按梯形直线分布。因本工程层数不多，总高度不大，为简化计算，按均布考虑，10m 以下取z=1.0，10m以上的风压高度变化系数按女儿墙顶标高处确定（为简化起见近似以2层和3层之间的中点为分界）。女儿墙顶面标高为21.4m，查混凝土结构与砌体结构表14-7得z=1.18；查荷载规范得风荷载体形系数，迎风面s=0.8，背风面s=-0.

23、5故风荷载标准值对于10m以下 kN/m对于10m以上 kN/m取轴线的框架进行计算，得计算简图如图3.1所示：图3.1 轴线框架在风荷载作用下的计算简图楼层处相应集中风荷载设计值为：材料：柱、梁均采用C30梁、柱线刚度：梁、柱混凝土弹性模量：C30，kN/mm2 横梁线刚度：因为结构为现浇整体式框架，中框架取故横梁线刚度为： AB、CD跨： kNm BC跨： kNm柱的线刚度为：1层：边柱、中柱：kNm24层：边柱、中柱： kNm5层：边柱、中柱： kNm梁、柱线刚度如图3.2所示：图3.2 梁、柱线刚度注：线刚度单位：109Nmm 风荷载作用下的框架内力采用反弯点法计算： 第五层:V5=2

24、3.65kN第四层:V4=23.65+28.1=51.75kN第三层:V3=51.75+28.1=79.85kN第二层:V2=79.85+22.14=101.98kN第一层:V1=101.98+27.37=129.35kN由于各 层柱的线刚度相同，柱高也相同。故五层各柱的上下柱端弯矩:kNm四层各柱的上下柱端弯矩:kNm三层各柱的上下柱端弯矩:kNm二层各柱的上下柱端弯矩:kNm一层柱的上端弯矩:kNm一层各柱的上下柱端弯矩:kNm在求得柱端弯矩后，由节点的弯矩平衡条件可逐个计算出各梁端的弯矩:以第一层演算如下，其余各层见表。kNmkNmkNmkNmkNm kNm计算结果详见表3.1。左风作用

25、下框架的弯矩、剪力和轴力如图3.3和3.4所示（右风作用下的内力与此相同，但符号相反且柱A与柱D内力互换，柱B 和柱C内力互换）：表3.1 风荷载作用下的框架内力计算各梁梁端弯矩（单位：kN.m）层梁 号A BB CC D1123.429.3794.0394.0329.37123.4290.9321.6469.2969.2921.6490.93365.8115.6650.1550.1515.6665.81437.718.9728.7428.748.9737.71511.832.819.019.012.8111.83 图3.3 风荷载作用下轴线框架内力（弯矩图） 注：图示数据单位为kNm图3.4

26、 风荷载作用下轴线框架内力（剪力与轴力）注：图示数据单位为kN。左侧为剪力，右侧为轴力3.3 顶层板、次梁结构计算3.3.1 屋面梁格布置屋面梁格布置图如图3.5所示。图3.5 屋面梁格布置图方案确定（按塑性内力重分布理论）纵向边跨7 m，中间跨8m，横向板跨度有2.65m、2.5m、2.7m，显然 均大于2，应按单向板考虑。3.3.2 板的结构计算（一）荷载设计值（1）、 活荷载标准值:q=0.5kN/m2 (不上人屋面)（2）、恒荷载标准值：g=5.75kN/m2（3）、设计值： 全部线荷载：g+q=6.9+0.7=7.6kN/m 计算简图如图3.6图3.6 单向板计算简图（二）单向板计算

27、：板厚120，次梁尺寸bh=250550跨度差：（2700-2500）2500=8%10%。板有7跨，可按5跨等跨连续板进行计算。混凝土等级C30，fc=14.3kN/m2，钢筋等级HPB235。板的弯矩 板的各跨跨中弯矩设计值和各支座弯矩设计值见表3.2表3.2 板的弯矩计算板的弯矩设计值截面位置边跨跨中离端第二支座离端第二跨跨中和中间跨跨中中间支座弯矩系数1/14-1/111/16-1/142.87-3.652.512.87注：配筋计算各截面的配筋结果见表3.3表3.3 板的配筋计算截面位置边跨跨中离端第二支座B离端第二跨跨中和中间跨跨中中间支座边支座间间间M(kN/m)2.87-3.56

28、2.512.5x0.8=2-2.87-2.32.510.0220.0280.0190.0160.0220.0180.0190.0220.0280.0190.0160.0220.0180.019As/mm214218112398142114123注：b=1000mm，h=120，h0=h-as=120-25=95mm，14.3N/mm2， ，1.43N/mm2，N/mm2。计算结果表明：均小于0.35，符合塑性内力重分布的条件。，所以取=0.31%。=181/（1000120）=0.15%32.03故属于第一类T型截面。 查表得， 选配14，As=308mm，可按构造配筋，箍筋，平台梁配筋如图3

29、.10所示。 图3.10 平台梁配筋图3.5 基础结构计算3.5.1 工程概况室外地坪-0.3；基础埋深不宜小于0.5m；锥形基础的边缘高度，不宜小于200mm；混凝土等级采用C20；基础保护层厚度取40mm；在板底下浇注一层100mm厚C15素混凝土垫层且两边各伸出基础 100mm；钢筋选用HPB235级钢筋。AD轴柱采用独立扩展基础，BC轴柱采用联合基础。3.5.2 基础选型（一） 拟定基底尺寸基础埋深为-1.8m，基础底面位于细砂层（0.55.5）。上柱断面为500500，基础部分柱断面保护层加大，两边各增加50mm。荷载确定：由PKPM在D+L时组合得出底层柱的受力(采用荷载的标准值计

30、算)见表3.5：表3.5 D+L（标准值）时组合得出底层柱的受力边柱11.6中柱0.17.110.31244.51911.4-11.8-17.419.7-0.4 土的平均重度，（细砂层）， 底层墙，基础连系梁传来荷载：墙重：0.000以上：3.60.24.8=3.5kN/m0.000以下：190.241.8=8.2kN/m连梁重（400300）250.40.3=3kN/m3.5+8.2+3=14.7kN/m边柱： 取。总重：设， =2.5m，=3m，=7.5m2。中柱：基础埋深为-1.8m，基础底面位于细砂层（0.55.5）。土的平均重度，（细砂层），取。设， =3.09m。取b=3，=4m，

31、A=12m2。由于B，C轴距只有2.5m，故将两柱做成双柱联合基础。近似按中心受压设计。（计算过程见下节）（二）地基承载力验算计算基底反力：边柱：基底型心竖向力：=1381.5kN基底型心处弯矩：偏心距：基础边缘最大最小反力： 故承载力满足要求。同样可算得中柱的设计也满足要求：基底型心竖向力：=2477.4kN偏心距： 基础边缘最大最小净反力： ，故承载力满足要求。（三）基础抗冲切验算边柱基础截面抗冲切验算：，取。故冲切破坏锥体落在基础底面以外。，因偏心受压，取冲切力：抗冲切力： ，满足要求。中柱基础截面抗冲切验算：，取。故冲切破坏锥体落在基础底面以内。，因偏心受压，取冲切力：抗冲切力： ，满

32、足要求。（四）配筋计算（采用荷载的设计值，即承载能力极限状态下荷载的基本组合）荷载值见表3.6表3.6承载能力极限状态下荷载的基本组合时柱底内力边柱14.2中柱0.18.712.71518.02348.0-14.4-21.524.20.1选用HRB235钢筋。边柱边净反力：A柱基底面：1518+14.77=1617kN/m 长边：，选配，1810短边：，满足要求。中柱边净反力： 弯矩：长边，选配，2712弯矩：短边，选配，2510。 ，满足要求。轴线A柱，独立基础示意图如图3.11所示。 图3.11 轴线D柱独立基础图轴线D柱，独立基础示意图3.12所示。图3.12 轴线D柱独立基础图3.5.3 联合基础设计轴线BC柱联合基础示意图如图图3.13 轴线BC柱联合基础示意图（一）拟定基底尺寸B、C柱500mm500mm，轴线距离2500mm，因此可采用联合基础。考虑B、C柱荷载对称，所以近似按中心受压基础计算，埋深1.8m。，故取。 ，取。（二）地基承载力验算基础边缘最大反力 ，故承载力满足要求。（三）基础抗冲切验算柱边基础截面抗冲切验算：，取得 。冲切力：抗冲切力：，满足要求。（四）抗剪切验算kN，。满足要求。（五）