学生宿舍楼建筑结构设计.doc

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1、-!本科毕业设计(论文)题目：潍坊学院学生宿舍楼建筑结构设计教学单位： 工程技术系 专 业： 土木工程 学 号： 1009291086 姓 名： 陈阳 指导教师： 徐振中 刘长江 2014年 4月第一章 建筑设计11.1建筑概况1第二章 结构设计22 .1结构体系选择与结构平面布置22.2 承重方案的选择22.3 结构布置22.3.1结构平面布置原则22.3.2结构竖向布置原则22.4结构总体布置32.5框架梁尺寸确定42.6柱的尺寸选择42.7板的尺寸选择52.8材料选择62.9计算简图的确定62.10重力荷载设计72.10.1屋面做法72.10.2 楼面做法72.10.3 卫生间做法72.

2、10.4 外墙做法72.10.5内墙做法72.11楼层荷载代表值计算82.11.1梁、柱自重82.11.2各层墙体自重92.11.3楼面自重122.11.4楼梯板自重122.11.5卫生间自重122.11.6屋楼面活荷载12第三章 地震作用下框架内力计算133.1各层重力荷载代表值133.2横向框架侧移刚度计算143.2.1横梁线刚度计算143.3 柱线刚度ic计算153.4柱的侧移刚度D值计算163.5横向框架自震周期173.6水平地震作用下的位移验算183.6.1水平地震作用下，横向框架的内力计算193.6.2水平地震作用下框架边柱剪力和柱端弯矩标准值203.6.3水平地震作用下梁端弯矩，

3、剪力以及柱轴力计算20第四章 荷载作用下框架结构的内力计算254.1计算单元的选取254.2荷载计算254.2.1 恒荷载计算264.2.2 活荷载计算274.3内力计算314.3.1 固端弯矩314.3.2 弯矩分配32第五章 内力组合计算375.1梁端剪力及柱轴力计算375.2横向框架内力组合385.2.1结构抗震等级385.2.2框架内力组合385.3内力的组合方法455.4框架梁设计475.4.1承载力抗震调整系数475.4.2梁控制截面及内力计算485.5梁截面配筋计算495.5.1 AB跨正截面配筋计算495.5.2 BC跨正截面配筋计算515.6主梁斜截面设计535.6.1 AB

4、跨.545.6.2 CD跨545.7 次梁设计555.7.1 荷载设计值计算555.7.2正截面承载力计算565.8次梁斜截面受剪承载力计算57第六章 柱及楼板计算586.1柱的构造要求586.2 柱的轴压比、剪跨比验算596.3柱正截面承载力计算606.4柱正截面配筋计算626.5柱斜截面配筋计算686.5.1柱斜截面承载力验算686.6楼板设计706.6.1截面设计726.6.2单向板计算736.7 楼梯设计746.7.1 楼梯板设计746.7.2 荷载计算756.7.3截面计算766.7.4平台板设计776.7.5 荷载计算776.7.6截面设计776.7.7平台梁设计776.7.8 荷

5、载计算776.7.9 截面设计78总 结80致 谢81参考文献82-!第1章 建筑设计1.1建筑概况潍坊学院学生宿舍楼建筑结构设计，主体为多层钢筋混凝土框架结构，总建筑面积5281.8平方米，平面布置要求具备学生宿舍楼的基本的功能，立面处理力求简洁、明快、美观大方.1.2主要技术条件（1）温度：年平均气温约为15.7，极端最高温度为43.0，极端最低温度为-14.0。（2）冬季主导风向为东北、东风，夏季主导风向为东南、东风，基本风压为0.40KN/ m2，地面粗糙度为B类。（3）雨雪条件：年平均降水量1021.3mm，日最大降水量110mm，1小时最大降水量68mm。最大积雪深度190mm，基

6、本雪压为0.65KN/ m2，土壤最大冻结深度为0.30m。（4）地质条件：自然地表0.8m内为填土，填土下层为2.8m厚细-中粗砂，再下为卵砾石层，地基承载力特征值为500-600KN/m2。地下水位稳定埋深9.5-10.8m，属潜水类型。地下水对混凝土结构不具有腐蚀性，但在干湿交替条件下对钢筋混凝土结构中的钢筋具有弱腐蚀性。建筑场地平坦，道路通畅，水电就近可以接通，基本具备开工建设条件。第2章 结构设计2 .1结构体系选择与结构平面布置结构体系应该满足使用功能要求，尽可能的与建筑形式相一致，有足够的承载力，刚度和延性，施工简便，经济合理。该工程选用的结构体系为框架体系。（1）建筑平面布置灵

7、活，能获得较大空间，易于满足多功能的使用要求。 （2） 建筑立面容易处理。墙体只起维护作用，结构自重较轻。（3） 计算理论较成熟，在一定的高度范围内造价较低，施工简便。（4） 在结构受力性能方面，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。（5）其缺点是结构抗侧刚度较小，在地震作用下侧向位移较大。因此，框架结构体系一般适用于非地震地区、或层数较少的高层建筑。在抗震设防烈度较高的地区，其建筑高度应严格控制。2.2 承重方案的选择根据楼盖的平面布置及竖向荷载传力途径。框架承重方案分为：横向框架承重、纵向框架承重和纵横向承重等几种。在实际工程中，一般采用

8、横向承重方案是在横向布置框架承重梁。因房屋横向较短，柱数量较少，当采用横向承重方案时，横向框架梁的截面高度大，可增加框架横向侧移刚度。当柱网平面接近正方形时，现浇楼面为双向板，此时，宜采用纵横向框架承重。本设计采用的是纵横向承重方案。2.3 结构布置2.3.1结构平面布置原则结构平面形状宜简单、规则、对称刚度和承载力分布均匀，不应采用严重不规则的平面形状。结构的主要抗侧力构件应对称布置，尽量使结构的刚度中心和质量中心重合，避免地震时引起结构扭转及局部应力集2.3.2结构竖向布置原则结构竖向布置应使体型规则、均匀，避免有较大的外挑和内收，质量沿高度方向均匀分布，结构的承载力和刚度宜自下而上逐渐减

9、小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变. 2.4结构总体布置多层建筑中控制侧向位移成为结构设计的首要问题。在设计中通常通过控制高宽比来实现。在工程中，高宽比H/B3，满足要求。柱网布置尺寸还受梁跨比限制，梁跨比一般在69之间为宜。本工程采用内廊式柱网布置，见下图图2.1 柱网布置2.5框架梁尺寸确定主梁尺寸确定主梁设计： h=(1/81/12)L 其中L为梁的跨度，梁截面尺寸应满足承载力，刚度及延性要求 纵框架梁6.6m跨: h=(1/121/8)x6600=(550825) 取h=700b=(1/21/3)x700=(233350) 取b=3002.7m跨: h=(1/121/8)x270

10、0=(225338) 取h=700(考虑施工因素) b=(1/21/3)x700=(233350) 取b=300 横框架梁4.2m跨: h=(1/121/8)x4200=(350525) 取h=500b=(1/21/3)x500=(167250) 取b=2503.6m跨: h=(1/121/8)x3600=(300450) 取h=450b=(1/21/3)x450=(225150) 取b=300次梁尺寸确定 次梁设计： h=(1/121/18)L 其中L为梁的跨度，梁截面尺寸应满足承载力，刚度及延性要求进深: 6.6m跨: h=(1/121/18)x6600=(550825) 取h=600b=

11、(1/21/3)x600=(200300) 取b=250表2.1梁截面尺寸及各层混凝土强度等级梁截面尺寸及各层混凝土强度等级层次砼强度等级主梁次梁走道梁25C30300x700250x600300x7001C30300x700250x600300x7002.6柱的尺寸选择（1）根据建筑抗震设计规范第6.3.6和6.3.7，柱的截面尺寸宜符合下列要求：1 柱截面的宽度和高度均不宜小于300 mm；圆柱直径不宜小于350mm 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；4 柱的轴压比不宜超过0.8。框架柱的截面尺寸一般根据柱的轴压比限值按下列公式估算： 其中 N柱组合的轴压力设计值；

12、 考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，边柱取1.3,不等跨内柱取1.25,等跨内柱取1.2； gE折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可根据实际计算，也可近似取1215 kN/m2； n验算截面以上楼层层数； F案简支状态计算的柱的负载面积； Ac柱截面面积；N框架柱轴压比限值，对一级、二级、三级抗震等级分别取0.7、0.8、0.9；f混凝土轴心抗压强度设计值；计算底层柱截面尺寸：本工程为三级抗震等级，轴压比限值N=0.7,各层重力荷载代表值近似取12.0 KN/m2，柱的混凝土强度等级不低于C30，本设计柱采用C30混凝土，fc=14.3N/mm2 ft=1.43 N/mm2。根据计算本设

13、计柱截面尺寸取值如下：每层： 360mm250mm 2.7板的尺寸选择当时，可按单向板计算，单向板常用跨度1.72.5，一般不超过3m,板厚与跨度最小比值，走道板，按单向板计算，取100板厚。板厚应在满足建筑功能和方便施工的条件下尽可能薄，现浇板的厚度一般以100mm为模数，其厚度应根据使用环境、受力情形、跨度等条件综合确定。现浇板最小厚度为80mm，故取板厚为100mm，其中屋面、楼面、楼梯平台板的厚度均为100mm，卫生间的板厚为100mm。2.8材料选择本工程抗震等级为三级，故混凝土等级不宜低于C20，则梁、柱采用C30，板、楼梯均采用C30。根据钢筋混凝土设计规范，结构构件中的纵向受力

14、钢筋宜选用、级钢筋，箍筋宜选用、级钢筋。根据建筑抗震设计规范，普通钢筋宜选用延性、韧性和可焊性较好的钢筋，故本设计中梁、柱的受力钢筋选用HRB335级钢筋，箍筋选用HRB235级钢筋。2.9计算简图的确定计算的一榀框架作为计算单元。计算简图：本工程竖向五层，计算跨度以轴线距离为准（即形心线距离为准），梁轴线取至板底，25层柱高即为层高3.6m；底层柱高度从基础顶面算起，即=3.6+0.45+0.5=4.55m如下图：图2.2横向框架计算简图2.10重力荷载设计2.10.1屋面做法(1) 屋面均布恒载二毡三油防水层(绿豆砂保护层) 0.35 kN/冷底子油热玛蹄脂 0.05 kN/20mm厚1：

15、2水泥砂浆找平 0.02 20=0.4 kN/100140厚(2%坡度)膨胀珍珠岩 (0.1+0.14)7/2=0.84 kN/100mm厚现浇钢筋混凝土楼板 0.125=2.5 kN/15mm厚纸筋石灰抹底 0.01516=0.24 kN/共计 4.38 kN/2.10.2 楼面做法按楼面做法逐项计算25厚水泥砂浆找平 0.02520=0.05 kN/100厚现浇钢筋混凝土楼板 0.125=2.5 kN/15厚纸筋石灰抹灰 0.01516=0.24 kN/共计 3.24 kN/2.10.3 卫生间做法地砖防水楼面： 2.0 kN/ 100mm现浇钢筋混凝土板： 0.125=2.5 kN/ 1

16、5mm厚顶棚抹灰： 0.21 kN/ 合计： 4.71 kN/2.10.4 外墙做法外墙300厚混凝土陶粒砌块，陶粒砌块的容重=7.0kg/m30.37.0=2.1 kN/合计2.1 KN/2.10.5内墙做法1采用200mm陶粒空心砌块 7X0.2=1.4 KN/2内墙装饰（两面） 2mm厚纸巾石灰罩面（双面） 160.002=0.064 kN/12mm厚1：3：9水泥石灰砂浆打底分开抹平（双面） 200.012=0.48 kN/ 合计1.944 KN/2.11楼层荷载代表值计算2.11.1梁、柱自重表2.2各楼层梁、柱重力荷载计算层次构件bhgn一层横梁6.60.30.7251.055.5

17、16.616661.51612.01纵梁6.60.30.7251.055.516.620727.32纵梁3.60.30.7251.055.513.68158.69横梁2.70.30.45251.053.942.6764.50次梁0.250.6251.054.596.6101192.831192.83柱251.19.94.55321441.441441.44二至五层横梁6.60.30.7251.055.517.5642644.806448.04纵梁6.60.30.7251.055.516.6802909.28纵梁3.60.30.7251.055.513.632634.75横梁2.70.30.45

18、251.053.943.628286.83次梁0.250.6251.054.596.6404771.314771.31柱251.19.93.61284561.924561.922.11.2各层墙体自重表2.3各层墙体计算表层次类型单位面积荷载自重（kN/）面积（）总荷载（kN）一层填充外墙70.3=2.1(6.6-0.6)(3.6-0.7)4+(6.6-0.6)(3.6-0.7)12-（2.1x2.0）20- (3.3-2.7)(3.6-0.7)x2 =201.16422.44填充内墙70.2=1.4(6.6+0.1)(3.6-0.6) 10+(6.6-0.7) (3.6-0.7)12-(0.

19、9x2.1)18-(1.52.4) 2-(3.3-0.6) (3.3-0.7)4=362.94508.12外墙饰面0.544201.16109.43内墙饰面0.544362.94197.44塑钢窗C-10.4(2.12.0) 2084C-2(2.11.0) 44.2MLC-1(2.02.0) 248.0木门M-10.2(2.72.7) 2414.58合计1393.21层次类型单位面积荷载自重（kN/）面积（）总荷载（kN）标准层填充外墙70.3=2.1(6.6-0.6)(3.6-0.7)4+(6.6-0.6)(3.6-0.7)12-（2.1x2.0）22- (2.0x2.0)2=188.243

20、95.30填充内墙70.2=1.4(6.6+0.1)(3.6-0.6) 10+(6.6-0.7) (3.6-0.7)12-(0.9x2.1)20-(1.52.4) 2-(3.3-0.6) (3.6-0.7)2=372.66521.72外墙饰面0.544188.24102.4内墙饰面0.544372.66202.73塑钢窗C-10.4(2.12.0) 2084C-2(2.11.0) 44.2MLC-3(2.02.0) 248.0木门M-10.2(1.02.1) 2414.58合计1367.55层次类型单位面积荷载自重（kN/）面积（）总荷载（kN）五层填充外墙7x0.3=2.1(6.-0.6)(

21、3.6/2-0.7)4+(6.6-0.6)(3.6/2-0.7)12-（2.1x2.0）20- (2.0x2.0)2=17.5636.88填充内墙7x0.2=1.4(6.6+0.1)(3.6/2-0.6) 10+(6.6-0.7) (3.6/2-0.7)12-(0.9x2.1)20-(1.52.4)-2x(3.3-0.6)(3.6/2-0.7)2=124.68174.55外墙饰面0.54436.8820.06内墙饰面0.544174.5594.96塑钢窗C-10.4(2.12.0) 2084C-2(2.11.0) 44.2MLC-1(2.02.0) 248.0木门M-1(1.02.1) 244

22、.2合计434.052.11.3楼面自重3.2417.6x39.6=2258.15 KN2.11.4楼梯板自重楼梯板自重按投影面积算，板厚取100mm，装饰与楼面相同。1.53.2426.63.3=120.29 KN2.11.5卫生间自重4.711.26.6x3.32=279.77 KN2.11.6屋楼面活荷载1）屋面活荷载（屋面活荷载取雪荷载0.25KN/39.617.60.25=174.24KN2)楼面活荷载： 2.0 KN/一层（2.76.62)2+(6.66)2.0=1393.92KN二至四层：（2.76.62)2+(6.66)2.0=1393.92KN第3章 地震作用下框架内力计算3

23、.1各层重力荷载代表值表3.1各层集中质量层次楼层面梁1/2下柱1/2上柱1/2上墙1/2下墙楼梯总荷载一3052.682804.8871570709684120.38811.78二3052.682804.8570570684684120.38485.78三3052.682804.8570570684684120.38485.78四3052.682804.8570570684684120.38485.78五3052.682804.85706847111.48注:单位为：kN图3.1 重力荷载代表值3.2横向框架侧移刚度计算3.2.1横梁线刚度计算1.横梁的线刚度计算梁的线刚度： 式中：-混凝土

24、弹性模量 -梁的计算跨度 -梁截面惯性矩 -梁矩形部分的截面惯性矩表3.2横梁的线刚度ib类别层次bhI0l0ib1.5 ib2.0ib边框架中框架AB跨梁153.001043007008.5810966003.4310105.1510106.861010CD跨梁153.001043007008.5810966003.4310105.1510106.861010走道梁153.001043004502.2810927002.6310103.9510105.261010注：EC单位为：kN/mm2； ib 单位为：KNmm；b、h、l0单位为：mm；I0单位为mm43.3 柱线刚度ic计算主线刚度

25、计算见表6.2。混凝土强度等级均为C30柱的线刚度= 式中：-柱截面惯性距 -柱的计算高度表3.3柱线刚度kc计算层次bh145503.003602501.087.122436003.003602501.089.00536003.003602501.089.00图3.2一榀边框架梁 柱线刚度3.4柱的侧移刚度D值计算计算公式：式中：-柱侧移刚度修正系数，=(一般层)，=（底层）. -表示梁柱线刚度之比，（一般层），（底层）表3.4 侧移刚度计算表层次柱D=12根数底层边柱A柱0.80.4714961.942481467.02B柱2.770.6921965.402C柱2.770.6921965.

26、402D柱0.800.4714961.942中柱A柱1.090.5116235.295B柱3.700.7423557.095C柱3.700.7423557.095D柱1.090.5116235.295二五层边柱A柱0.570.2220870.3721039296.44B 柱1.950.4944462.962C柱1.950.5044462.962D柱0.570.2220870.372中柱A柱0.760.2825407.415B柱1.600.5751722.225C柱2.630.5751722.225D柱0.760.2825407.4153.5横向框架自震周期抗震设计地震分组为第一组，类场地，本框

27、架结构的特征周期，设防烈度为7度抗震，按顶点位移计算框架的自震周期，先求出顶点的水平位移，公式：，计算框架的基本周期，周期折减系数0.7，为假想位移。表3.5横向框架考虑的顶点位移层次（KN）（KN）（KNm）层间相对位移（m）57111.487111.4810392960.0070.16648485.7815597.310392960.0200.15938485.7824083.0410392960.0230.13928485.7832568.8210392960.0300.11618811.7841380.6 481467 0.0860.086=0.48S水平地震作用及楼层地震剪力计算场地

28、类别为类,7度设防烈度时,结构的特征周期=0.35s和水平地震影响系数=0.12因为=0.48s.0.49s，故不考虑顶部附加地震作用.（多质点应取总重力荷载代表值的85%）。=（0.120.8541380.6=4336.26kN表3.6各项质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表（单位：kN）层次（m）(m)（kN）(kN)53.67111.4818.95134762.50.231172.21172.243.68485.7815.35130256.70.191049.12226.333.68485.7811.7599707.90.15800.83027.123.68485.788.15691

29、59.10.10600.63627.714.558811.784.5540092.20.06360.43988.1注）：1.表中=；.i单位为kN； 各质点水平地震作用及楼层剪力沿房屋高度的分布见下图：图3.3水平地震作用和层间剪力示意图 单位（kN）3.6水平地震作用下的位移验算弹性变形验算，为防止框架结构中的非结构构件再多与地震作用（或风荷载）下出现过重破坏，应限制房屋的层间位移（按弹性方法计算）表3.7水平地震作用下的位移计算层数层间剪力（KN）层间刚度（KN/m）层高层间位移角限值51177.210392960.00123.60.0003342226.310392960.00213.6

30、0.0006033027.110392960.00303.60.0008123627.710392960.00343.60.0009713988.14814670.00834.550.0018附：抗震变形验算查表得钢筋混凝土框架弹性层间位移角限制，根据验算层间最大位移角发生在第二次层0.00181/550，满足要求。水平地震作用下，横向框架内力计算3.6.1水平地震作用下，横向框架的内力计算横向框架柱端弯矩及剪力计算：选一榀框架进行柱端弯矩剪力计算，用D值法计算，求得第i层的层间剪力以及该层柱上下端弯矩 分别按下式计算 3.6.2水平地震作用下框架边柱剪力和柱端弯矩标准值表3.8水平地震作用下

31、框架边柱剪力和柱端弯矩标准值层数边柱y53.61177.2538222106523.2960.350.22520.4470.4143.62226.36463901263943.530.320.2132.91123.833.63027.16463901263959.190.320.2144.75168.3423.63627.76463901263970.930.320.2153.62201.7214.553988.15248801159588.10.550.30140.08326.85表3.9水平地震作用下框架中柱剪力和柱端弯矩标准值层数中柱y53.61177.25382221986135.72

32、0.560,2131.34107.9643.62226.36463901986168.410.560.2151.72194.5633.63027.16463901986193.010.560.2170.32264.5223.63627.764639019861111.460.560.2184.26316.9914.553988.152488013857105.290.950.30167.41390.633.6.3水平地震作用下梁端弯矩，剪力以及柱轴力计算梁端弯矩、剪力及柱轴力按下式计算：分别表示节点左、右梁的线刚度分别表示节点左、右梁的弯矩表示柱在i层的轴力梁端剪力的计算：表3.10梁的剪力计

33、算层次边横梁走道梁(KNm)(KNm)L(m)(KNm)(KNm)(KNm)L(m)(KNm)570.4162.616.621,1145.3545.352.737.74144.24131.06.643.6994.8994.892.779.03201.25183.46.661.06132.84132.842.7110.72246.47224.66.674.77162.7162.72.7135.61380.47321.36.6111.39231.37231.372.7192.7表3.11水平地震作用下柱轴力层数N轴力（KN）边柱中柱5-21.11-16.594-64.8-51.93-125.86-

34、101.542-200.63-162.371-312.02-243.68注：柱轴力中的负号表示拉力，当为左震作用时，左侧两根柱子为拉力，对应的右震两根柱为压力。地震作用下梁端弯矩M见图3.4地震作用下梁柱V及N见下图3.5及3.6 图3.4左震作用下的框架弯矩图（KN/M）图3.5 左震作用下粱端剪力图（KN）图3.6竖向荷载作用下柱端轴力图（KN）第4章 荷载作用下框架结构的内力计算取横向框架进行计算，计算单元宽度为6.6m，由于各层布置有次梁，故直接传给该框架的荷载如图中的水平阴影线所示，在竖向荷载作用下梁端弯矩可以考虑塑性内力重分布。4.1计算单元的选取根据支座弯矩相等条件在梯形荷载作用

35、下，计算等效荷载图4.1 荷载等效图我国的混凝土结构设计规范（GB500102002）对钢筋混凝土板有以下规定：当时，可按沿短跨方向受力的单向板计算；当时，宜按双向板计算，如仍按单向板设计，应加强短边支座的构造钢筋；当时，应按单向板设计。本设计符合第二种情况，所以遵守双向板荷载传递方式，如图7.2所示。4.2荷载计算4.2恒荷载作用计算简图4.2.1 恒荷载计算（1）五层恒荷载计算代表横梁自重，为均布荷载形式=1.05（为考虑梁的粉刷自重）=0.30.7251.05=5.513为房间板传给横梁的线荷载=4.383.6=13.01、分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒荷载。它包括次梁自重、楼板重

36、和内墙等的重力荷载。 集中力矩 （2）14荷载计算,代表横梁自重，均为线荷载形式。=5.51KN/M =5.51KN/M代表房间和走道梁传给横梁的梯形荷载=3.243.3=10.69KN/M =10.69KN/M、分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒荷载。它包括次梁自重、楼板重和内墙等的重力荷载。集中力矩4.2.2 活荷载计算4.3 梁上活荷载作用计算简图(1) 五层：活载活载（取均布荷载标准值）（不考虑地震作用，活载取屋面活载和雪荷载中的最大值）不上人屋面0.5 雪荷载0.20、分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒荷载。它包括次梁自重、楼板重和内墙等的重力荷载。=3.30.5=1.65KN/m 对于二四层楼板=2.03.3=6.6KN/M 将以上恒荷载计算结果汇总见表4.1，活载见表4.2表4.1横向框架恒载汇总表层次()