土木工程专业毕业设计.doc

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1、1 引言本毕业设计的课题由老师选定，主要研究设计宿舍楼设计，采用现浇钢筋混凝土框架结构，共四层，毕业设计是大学教学计划的一个重要的组成部分,它培养了我们综合运用所学基础和专业知识,提高了我们实践能力，在理论上联合了实际。本毕业设计课题是设计高校宿舍楼,其中包括建筑设计,结构设计两大部分，结构设计包括确定结构体系与结构布置、根据经验对构件初估、确定计算单元计算模型及计算简图、荷载计算、内力计算、选择配筋等内容, 在此我选择了第五榀框架进行了计算,在设计的过程中参考了很多资料，结合规范和实际情况设计了宿舍楼，对于建筑设计，参考了房屋建筑学，研究宿舍楼各部分的组合原理、构造方法以及建筑空间环境，从而

2、设计出总平面布置图，平面图、立面图以及剖面图。对于结构设计主要参考了混凝土上、中两册，建筑结构抗震等。设计过程以手算为主，设计完成后，数据都是符合规范要求。 2 工程概况2.1工程简介 该工程为某中学学生宿舍楼。集住宿、娱乐等为一体，其房间构成为学生宿舍、辅助用房、娱乐活动室等，总建筑面积达3000左右。2.2自然条件 工程地质条件如下简介： （1）根据勘察报告，建筑场地土类别为类，场地土自上而下分布为：人工填土、中砂、粘土质粉砂、粘土、粉砂、中砂、细砂、粉质粘土。本工程的持力层为层中砂，层地基承载力特征值为160 kPa，压缩模量为Es6.0MPa，层地基承载力特征值为150 kPa，压缩模

3、量为Es5.0 MPa，场地土对混凝土结构没有腐蚀性。 基本风压：0.75kN/ 该地区地震设防烈度为6度，设计地震分组为第一组，场地类别是第类，设计基本地震加速度为0.05g。2.3 设计资料2.3.1设计要求 (1) 层高：首层层高3.6米，标准层层高3.3米； (2) 层数：4层，1至4层均为学生宿舍； (3) 每层均设置公用洗漱间、卫生间及浴室； (4) 辅助用房：值班室、储藏室、配电室等； (5) 结构形式采用钢筋混凝土框架结构，楼板采用现浇钢筋混凝土楼板。2.4 建筑方案2.4.1 平面设计 该公寓楼根据使用要求，结合场地条件，结构选型等情况，按照建筑模数选择开间和进深，进而选择合

4、理的建筑平面为灵活分割使用空间创造条件。该公寓楼在设计时保证了住宿、娱乐用房的良好朝向、光照及通风。2.4.2 建筑设计要点 用房采用的是单走廊，双面布房，走廊轴线宽度2.4m ，两个楼梯间。 建筑内设有洗漱间、卫生间各两间，对称分布于建筑平面。 建筑立面1至4 层对齐。 屋面采用不上人屋面，做保温、防水层，设女儿墙但不设置屋檐以及顶部 不凸出楼梯。 (5) 混凝土强度等级梁C30,柱C40，受力钢筋采用级。2.4.3 防火要求 为了满足防火等级的要求，建筑安全出口为三个，分别设在建筑的前部和端部，走道和楼梯的最小宽度均大于1.1m。2.4.4 楼梯设计 设计要求 在设计中要求楼梯坚固、耐久、

5、防火，做到上下通行方便，便于搬运家具物品，有足够的通行宽度和疏散能力。此外，楼梯尚有一定的美观要求。 楼梯间设计应符合现行国家标准建筑防火规范和民用建筑设计规范的相关规定。 构件规定 楼梯梯段净宽不应小于1.1m，六层及六层以下住宅，一边设有栏杆的梯段净宽不应小于1米，楼梯踏步宽度不应小于0.26m，踏步高不应大于0.175m，楼梯平台净宽不应小于楼梯梯段净宽，且不得小于1.2m。 楼梯下面净空高度的控制为：梯段上净高大于2200mm , 楼梯平台处梁底的净高大于2000mm。 平台深度的计算应从结构边开始，考虑安全因素，平台边缘应退离转角或门边大约一个踏面宽的位置。3 结构选型和布置3.1结

6、构选型本结构设计采用钢筋混凝土框架结构体系3.2结构布置根据建筑功能要求，横向尺寸较短纵向尺寸较长，故采用横向框架承重方案，具体结构布置详见图3.1。3.1框架结构平面布置图施工方案采用楼板柱整体现浇方案，楼盖方案采用整体式肋形梁板结构。楼梯采用整体现浇板式楼梯，基础方案采用柱下独立基础。3.3截面尺寸初步估计 边跨梁：，取，。 中跨梁：，取， 。 纵向框架梁：，取，。 柱，取。 板厚：，取。 结构计算简图如图3-2所示。底层层高为3.6m，其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取 （为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。 AB、CD跨梁： BC跨梁： 上部各层柱： 底层柱：注：图中数字

7、为线刚度，单位：图 3.2 结构计算简图4 荷载计算4.1 恒载计算4.1.1 屋面框架梁荷载标准值4厚高聚物改性沥青防水卷材防水层 20厚1:3水泥砂浆保护层 水泥珍珠岩（最薄40mm）2%找坡 100厚憎水膨胀珍珠岩 100厚现浇楼板 20厚1:3水泥砂浆找平层 15mm厚纸筋石灰抹灰 屋面恒载 边跨框架梁自重 梁侧粉刷 边跨框架梁总重 边跨框架梁自重 梁侧粉刷 中跨框架梁总重 因此作用在顶层框架梁的线荷载为： 4.1.2 楼面框架梁线荷载标准值水磨石地面 100厚钢筋混凝土楼板 15厚石灰抹底 楼面恒载 边跨框架梁及梁侧粉刷 边跨填充墙自重 填充墙粉刷自重 中跨框架梁及梁侧粉刷 因此作用

8、在中间层框架梁的线荷载为： 4.1.3 屋面框架节点集中荷载标准值柱纵向边框架梁自重 0.250.44.225=10.5kN边柱纵向框架梁粉刷 （0.4-0.1）20.024.217=0.8568kN1000高女儿墙自重 10.244.25.5=5.544kN1000高女儿墙粉刷 4.20.02172=2.856kN框架梁传来屋面自重 4.22.14.4760.5=19.739kN顶层边节点集中荷载 中柱纵向框架梁自重 0.250.44.225=10.5kN中柱纵向框架梁粉刷 0.8568kN纵向框架梁传来屋面自重 0.54.24.2/24.476=19.739kN 0.5(4.2+4.2-2

9、.6)1.34.476=16.875kN顶层中节点集中荷载： 4.1.4 楼面框架节点集中荷载标准值边柱纵向框架梁自重 10.5kN边柱纵向框架梁粉刷 0.8568kN铝合金窗自重 .42.30.5=2.76kN窗下墙体自重 0.93.80.245.5=4.5144kN窗下墙体粉刷 0.90.022173.8=2.3256kN窗边墙体自重 1.42.30.245.5=4.2504kN窗边墙体粉刷 1.40.0222.317=2.1896kN框架柱自重 0.40.43.625=14.4kN框架柱粉刷 0.920.023.617=1.1261kN纵向框架梁传来楼面自重 0.54.24.2/23.4

10、05=15.016kN中间层边节点集中荷载 中柱纵向框架梁自重 10.5kN中柱纵向框架梁粉刷 0.8568kN内纵墙自重 （3.6-0.4）0.24.25.5= 14.784kN墙粉刷 （3.6-0.4）0.022174.2=9.1392kN扣除门洞重加上门重 -2.11(1.78-0.2)=-3.318kN框架柱自重 14.4kN框架柱粉刷 0.021173.6=1.224kN纵向框架梁传来楼面自重 0.54.24.2/23.405=15.016kN 0.5(4.2+4.2-2.6)1.33.405=12.837kN中间间层中节点集中荷载 4.2 活荷载计算4.2.1 屋面活荷载 4.2.

11、2 楼面活荷载 活荷载作用下的结构计算简图。 图 4.1活载作用下的计算简图4.3风荷载计算 风荷载：基本风压0.5 kN/m2，风荷载体型系数1.3，风压高度变化系数按B类粗糙度查表4.1，查得高度变化系数。表4.1 B类粗糙度风压高度变化系数 离地高度/m5-101520301.01.141.251.42作用于屋面梁和梁节点处的集中风荷载标准值如下表4.2： ，其中： ；：高度Z处的风振系数。因高度H=19.25m30m，故取； -基本风压，取=0.5kN/m2； 表4.2柱顶集中风荷载标准值层数离地高度高度变化系各层柱顶集中风荷载标准值415.151.10F4=0.51.31.01.10

12、3.63.6=7.79kN311.551.01F3=0.51.31.01.013.63.6=7.15kN27.951.0F2=0.51.31.01.03.63.6=7.08kN14.351.0F1=0.51.31.01.0(2.175+1.8)3.9=7.56kN 图 4.2 风荷载作用下的结构计算简图4.4地震作用计算4.4.1 重力荷载代表值计算 本工程仅需考虑水平地震作用，建筑高度为13.2m，质量和刚度沿高度均布，故可采用底部剪力法来计算水平地震作用。作用于屋面梁及各层楼面梁处的重力荷载代表值：屋面梁处：G = 结构构件自重 + 50%雪荷载楼面梁处：G = 结构构件自重 + 50%活

13、荷载顶层 屋面恒荷（7.2+7.2+2.4）（4.216+3.62）5.14=6061.910kN 梁L1（bh=300mm600mm）自重及梁侧粉刷:(4.2-0.5)16+3.1220.3(0.6-0.1)25+(4.2-0.5)16+3.120.022(0.6-0.1)17+(7.2-0.5)400.3(0.6-0.1)25+(7.2-0.5)40(0.6-0.1)0.02217=1470.24 kN梁L2（bh=250mm500mm）自重及梁侧粉刷:(2.4-0.5)0.2518(0.5-0.1)25+(0.5-0.1)20.0217 (2.4-0.5)18=94.80 kN 女儿墙自

14、重：(4.216+3.62+（7.2+2.4+7.2）)20.240.918+4.2 16+3.62+（7.2+2.7+7.2）20.021217=794.83 kN柱重：（3.6-0.1）/2（0.50.525204+1.280.0220174） =770.14 kN活荷载：（7.2+7.2）70.20.25+70.22.40.25=294.84 kN（取一半）G5=6061.910+1470.24+94.80+794.83+770.14+294.84/2=9340kN标准层楼面板及其粉刷：（7.2+7.2+2.4）（4.216+3.62）3.74=4410.81kN梁L1自重:1470.2

15、4 kN 梁L2自重:94.80 kN墙自重：(3.6-0.6) (4.2-0.5) 162+(3.6-0.5)(3.6-0.6)4(0.2418+0.0217)+(3.6-0.6) (7.2-0.5) 220(0.2418+0.0217) +(3.6-0.5) (2.4-0.5) 18(0.2418+0.0217) =5017.70 kN柱重：770.142=1540.28 kN 活荷载：（7.2+7.2）70.22.0+70.22.42.5=2442.96 kN（取一半)G=4410.81+1470.24+94.80+5017.70+1540.28+2442.96/2=13755kN底层楼

16、面板及其粉刷：（7.2+7.2+2.4）（4.216+3.62）3.74=4410.81kN 梁L1自重:1470.24 kN 梁L2自重:94.80 kN 柱自重：727.35+（4.85-0.1）/20.50.52580+1.280.02 （4.85-0.1）/21780=1726.12 kN活荷载：（7.2+7.2）74.852.0+74.852.42.5=2442.96 kN（取一半)墙自重：5017.70 kNG=4410.81+1470.24+94.80+5017.70+1726.12+2442.96/2=13941kN4.4.2地震作用下框架侧移刚度计算梁的线刚度计算如下表4.3

17、表4.3梁的线刚度计算截面bh(m2)跨度l(m）矩形截面惯性矩I0（m4）边框架梁中框架梁Ib=1.5I0(m4)Kb=EcIb/l(kNm)Ib=2.0I0(m4)Kb=EcIb/l(kNm)0.30.67.25.410-38.1010-33.3710410.810-24.501040.250.52.42.610-33.9010-34.871045.2010-26.50104柱的线刚度如下表4.4表4.4柱的线刚度表层次hc/mmEc/(N/mm2)bh/mm2Ic/mm4EcIc/hc/(kN.m)148503.01045005005.211093.681042-436003.01045

18、005005.211094.26104柱的侧移刚度计算如下表4.5表4.5柱的侧移刚度计算层次截面bh(m2)层高h(m)矩形截面惯性矩Ic(m4)线刚度Kc=(kNm)K= (一般层)K=（底层） (一般层) （底层）A、D轴边框架边柱240.50.53.65.2110-34.831040.700.261383810.50.54.855.2110-33.681040.920.4911980A、D轴中框架边柱240.50.53.65.2110-34.831040.930.321703110.50.54.855.2110-33.681041.220.5312958B、C轴边框架中柱240.50.

19、53.65.2110-34.831041.400.412182110.50.54.855.2110-33.681042.450.6616136B、C轴中框架中柱240.50.53.65.2110-34.831042.690.573033710.50.54.855.2110-33.681043.530.7317847表4.6各层D值汇总层次D值柱类型24(D值根数)1(D值根数)边柱A、D138388119808A、D17031321295832中柱B、C218218161368B、C30337321784732D(kN/m)4.4.3自振周期计算按顶点位移法计算，考虑填充墙对框架刚度的影响，取

20、基本周期调整系数T =0.6。计算公式为T1=1.7T，式中为顶点位移（单位为m），按D值法计算，见表4.7表4.7横向框架定点位移计算层次Gi（kN）Gi(kN）Dii-i-1=Gi/D(m)i(m)413755230950.01390.1299313755368500.02220.1160213755506050.03050.0938113941645460.05880.0588T1=1.70.6=0.38s4.4.4横向水平地震作用计算对地震作用按6度计算，基本地震加速度0.05g、类场地，设计地震一组，则Tg=0.45s，采用底部剪力法计算。由于T1=0.38s1.4Tg=1.40.4

21、5=0.63s，故不考虑顶点附加地震作用。计算结果列于表4.8 结构底部剪力为：FEK=max0.85=0.120.8564546=6583.69kN表4.8各层地震作用及楼层地震剪力层次层高 hi（m）高度（m）（kN）Fi(kN)（kN）43.615.65137550.2911915.853515.6933.612.05137550.2231468.164983.8523.68.45137550.1551020.476004.3214.854.8513941592490.088579.376583.694.4.5变形计算表4.9变形验算层次层间剪力Vi（kN）层间刚度D（m）层高hi（m）

22、层间相对弹性转角备注43515.690.002123.61/155734983.850.003013.61/109626004.320.003623.61/91216583.690.005994.851/710 5 内力计算5.1 恒荷载作用下的内力计算以一榀中框架为例，恒载作用下的内力计算采用分层法，这里以顶层为例说明分层法的计算过程，其他层（中间层、底层）计算过程与顶层相同。中柱的线刚度采用框架梁柱实际线刚度的0.9倍，按照固端弯矩相等的原则，先将梯形分布荷载及三角形分布荷载，化为等效为均布荷载。顶层等效均布荷载为：用弯矩分配法并利用结构的对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为：kNm

23、kNmkNm标准层等效均布荷载为： 表 5.1 分层法分配系数及恒载作用下固端弯矩计算结果（kN/m）节点单元A分配系数位置A下柱A上柱AB端顶层0.68-0.32中层0.40.40.2底层0.3470.4440.209固端弯矩顶层-59.84中间层-65.01底层-65.01节点单元B分配系数位置端下柱上柱BC端顶层0.2590.550-0.191中层0.1670.3550.3550.123底层0.1810.3000.3850.134固端弯矩顶层59.85-5.04中间层65.01-4.25底层65.01-4.25节点单元C分配系数位置端下柱上柱CD端顶层0.2590.550-0.259中层

24、0.1670.3550.3550.167底层0.1810.3000.3850.181固端弯矩顶层59.85-59.85中间层65.01-68.19底层65.01-68.19节点单元D分配系数位置BC端D下柱D上柱顶层0.32-0.68中层0.20.40.4底层0.2090.3470.444固端弯矩顶层59.85-中间层68.19-底层68.19-A下柱AB传递BAB下柱BG端传递G端0.680.320.2590.5500.191-59.8540.7019.156.38-3.98-11.93-25.34-8.88.82.711.270.42-0.11-0.23-0.0843.41-43.4154

25、.61-25.57-29.04-1.28将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得整个框架在恒载作用下的弯矩图。叠加后框架内各节点弯矩不一定达到平衡，为提高精度，可将节点不平衡弯矩再分配一次进行修正，修正后恒载作用下的弯矩图如图5.3所示。并求得框架各梁柱的剪力和轴力如图5.4所示。梁剪力表AB左B右C左C右D458.21-61.4812.68-12.5262.59-58.2364.89-65.1311.40-9.8465.09-64.93264.64-65.3811.49-9.7565.44-64.58163.8-66.2211.89-9.3565.49-64.57 柱轴力表A柱柱b*h层高容重总重

26、GA顶A底40.6*0.63.32529.733.7891.99121.6830.6*0.63.32529.767.2253.78283.4820.6*0.63.32529.767.2415.32445.0210.6*0.63.62542.367.2576.02618.32B柱柱b*h层高容重总重GB顶B底40.6*0.63.32529.741.56115.72145.4230.6*0.63.32529.783.53305.46335.1620.6*0.63.32529.783.51495.54525.2410.6*0.63.62542.383.51686.86729.16C柱柱b*h层高容重

27、总重GC顶C底40.6*0.63.32529.741.56115.58145.2830.6*0.63.32529.785.654305.86335.5620.6*0.63.32529.786.654496.4526.610.6*0.63.62542.385.654600.94643.24D柱柱b*h层高容重总重GD顶D 底40.6*0.63.32529.733.7891.98121.6830.6*0.63.32529.768.34257.95287.6520.6*0.63.32529.768.34417.57447.2710.6*0.63.62542.368.34580.18622.48图 5

28、.3 弯矩图（单位：kNm）图 5.4 梁剪力图（单位：kN）图 5.4 柱轴力图（单位：kN）5.2 活荷载作用下的内力计算以一榀中框架为例，用分层法计算。 顶层等效均布荷载为：用弯矩分配法并利用结构的对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为：kNmkNmkNm 标准层等效均布荷载为：用弯矩分配法并利用结构的对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为：kNmkNmkNm将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得整个框架在恒载作用下的弯矩图。叠加后框架内各节点弯矩不一定达到平衡，为提高精度，可将节点不平衡弯矩再分配一次进行修正，修正后恒载作用下的弯矩图如图5.5所示。并求得框架各梁柱的剪力和轴力如图

29、5.6所示。图 5.5 弯矩图（单位：kNm）图 5.6 梁剪力图（单位：kN） 图 5.6 柱轴力图（单位：kN）5.3 风荷载作用下的内力计算以一榀中框架为例，内力计算采用D值法，以左风为例计算，右风符号相反。计算过程如表5.2、5.3、5.4所示。表 5.2 风荷载作用下边柱的弯矩和剪力层号边柱剪力K44.130.200.830.420.212.20.639.270.201.850.420.354.02.1214.410.202.90.420.494.94.7120.640.245.00.60.76.314.7表 5.3 风荷载作用下中柱的弯矩和剪力层号中柱剪力K44.130.31.20

30、.740.322.71.339.270.32.80.740.45.53.7214.410.34.30.740.457.86.4120.640.265.41.050.69.113.6表 5.4 梁端弯矩和柱轴向力标准值层次边跨梁中跨梁柱轴力边柱中柱42.2-1.5-0.621.20-1.20-10.620.3834.6-3.81-1.42.99-2.99-2.492.021.4727.0-6.44-2.245.06-5.06-4.224.263.45111-8.68-3.826.82-6.82-5.687.547.11最后绘制风荷载作用下框架的弯矩图（图5.7）及风荷载作用下的框架梁剪力、柱轴力

31、图（图5.8）。 图 5.7 风荷载作用下的框架弯矩图（kNm） 图 5.8 风荷载作用下的框架梁剪力、柱轴力图（kN）5.4 水平地震作用下的内力分析一般情况下，只按楼层地震剪力标准值分析求得梁的柱内力标准值即可，但也可采用楼层剪力标准值直接分析求出内力标准值，供以后内力组合之用，现采用后一方法。以一榀中框架为例，将楼层地震剪力标准值按各柱的D值分配求得各柱的剪力标准值，近似按各楼层水平地震作用为倒三角形分布情形确定各柱的反弯点，计算柱端的弯矩标准值。根据节点平衡条件，将节点处逐段弯矩之和按节点两侧梁的线刚度按比例分配，求得梁端标准值。然后计算梁端的地震剪力标准值，并由节点两侧梁端剪力标准值

32、之差求得柱的地震轴向力标准值，计算结果分别列于表5.5、5.6、5.7。以左震为例计算，右震符号相反。表 5.5 水平地震作用下边柱的弯矩和剪力层号边柱层间剪力K4365.860.0134.80.420.218.73.33699.110.0139.10.420.3519.510.52930.530.01312.10.420.4920.419.6110670.01516.00.60.722.652.6表 5.6 水平地震作用下中柱的弯矩和剪力层号中柱层间剪力K4365.860.0217.70.740.3217.38.13699.110.02114.680.740.429.119.42930.53

33、0.02119.540.740.4535.529.0110670.01819.21.050.636.154.1表 5.7 梁端地震弯矩和柱地震轴向力的标准值层号边跨梁中跨梁柱轴力边柱中柱48.7-9.69-3.077.61-7.61-7.613.073.27322.8-20.83-7.2716.37-16.37-16.3710.349.64230.9-30.74-10.2724.1624.16-24.1620.6119.5142.2-36.46-13.1128.6428.64-28.6433.7230.26最后绘制地震作用下的框架弯矩图（5.9）及地震作用下的框架梁剪力、柱轴力图（5.10）。

34、图 5.9 地震作用下的框架弯矩图（kNm） 图 5.10 地震作用下的框架梁剪力、柱轴力图（kN）6 内力组合荷载组合时考虑四种荷载组合形式：（1）恒荷载+活荷载、（2）恒荷载+活荷载、（3）恒荷载。横梁内力组合见表6.1表6.1横梁内力组合表层次位置内力荷载类型内力组合恒活地震1.2+1.41.35+1.01.2（+0.5）1.34AM-154.10 -17.46 83.82 -209.36 -225.50 -279.22 -111.58 V97.05 29.80 20.10 158.18 160.82 114.24 154.44 B左M-190.18 -20.66 60.93 -257.14 -277.40 -301.54 -179.68 V97.05 30.68 20.10 159.41 161.70 114.77 154.