土木工程毕业设计（论文）-学生公寓楼设计.doc

郑州华信学院毕业设计 汝阳县一高三号学生公寓楼设计本科生毕业设计 题 目：学生公寓楼设计指导教师： 职称： 学生姓名： 学号：1专 业： 土木工程 院 （系）： 建筑工程学院 答辩日期： 2014年05月17日 2014年05月17日目 录第1章 工程概况 1第2章 结构布置及荷载收集 2 2.1 梁、柱截面及柱的确定 2 2.2 重力荷载计算 5 2.3 重力荷载代表值的计算 7 第3章 框架侧移刚度的计算 14第4章 水平地震力作用下框架结构的内力和侧移验算 16 4.1 框架自振周期的计算 16 4.2 各质点水平地震作用计算 16 4.3 水平地震作用下的位移验算17 4.4 水平地震作用下框架内力的计算验算 18 第5章 水平风荷载作用下框架结构的内力和侧移计算 21 5.1 风荷载标准值 21 5.2 风荷载作用下的水平位移验算 22 5.3 风荷载作用下的框架内力计算 23第6章 竖向荷载作用下的内力计算 25 6.1 横向框架计算单元的确定 25 6.2 竖向荷载计算 25 6.3 竖向荷载作用下的内力计算 28第7章 内力组合 35 7.1 框架梁内力组合 35 7.2 框架柱内力组合 39第8章 截面计算 43 8.1 框架梁设计 43 8.2 框架柱设计 45 8.3 楼板设计 49第9章 楼梯设计 58第10章 基础设计 63致谢70参考文献71i第1章 工程概况1.1工程概况工程名称：汝阳县一高三号学生公寓楼 工程位置：洛阳市工程总面积：4880.4，共六层，矩形，每层层高均为3.3结构形式：框架结构1.2项目简介本工程为位于汝阳县一高生活区内，用于向全院男生提供住宿服务，结构形式为框架结构。1.3设计条件自然条件场地为类抗震设防烈度：7度，抗震等级：三级。设计地震加速度为0.05g。故设计地震参数为,防火等级：二级 基本风压：0.4kn/基本雪压：0.35kn/楼面活载：寝室、活动室、 2.0 kn/走廊、厕所、楼梯 2.5 kn/1.4设计要点建筑平面设计根据建筑功能的要求，确定柱网的尺寸，然后逐一确定各房间的开间和进深。根据交通、防火与疏散的要求，确定楼梯间的位置和尺寸。确定墙体所用材料和厚度，以及门窗的型号和尺寸。建筑立面设计确定门窗的立面形式。与平面图对照，核对雨水管等的位置及做法。建筑剖面设计根据建筑物空间组合情况，确定剖面位置在门厅部位。进一步核实外墙窗台、过梁、楼板等在外墙高度上的构造关系，确定选用哪种类型的窗台、过梁、楼板以及形状和材料。根据平面图计算确定的尺寸，核对楼梯在高度方向上的梯段的尺寸。建筑平面设计、立面设计、剖面设计详见建筑图。第2章 结构布置及荷载收集2.1梁、柱截面及柱的确定 本房屋主体结构为6层,层高均为3.3m。填充墙采用200mm厚加气混凝土空心砌块。门为铝合金门，洞口尺寸为1.8m2.1m。窗为塑钢窗。洞口尺寸为1.8m1.8m。楼盖及屋盖采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚为100mm。梁、柱采用混凝土的设计强度为c30（fc=14.3 n/mm2,ft=1.43 n/mm2）。梁截面高度按跨度的估算:取跨度较大者进行计算纵向：取l=3600mm h=(1/101/15)l=360mm240mm 取h=400mm. b=(1/21/3)h=200mm114.3mm 取b=200mm 所以纵向主梁初选截面尺寸为bh=200400mm横向其他主梁：取l=5400mm h=(1/101/15)l=540mm360mm 取h=500mm. b=(1/21/3)h=250mm167mm 取b=300mm 次要承重框架： 取l=5400mm h=(1/121/18)l=300mm450mm 取h=400mmb=(1/21/3)h=300mm133mm 取b=200mm故次要框架梁初选截面尺寸为：bh=200mm400mm梁的截面尺寸如表2.1-1表2.1-1 梁的截面尺寸（mm）混凝土强度等级横梁（bh）纵梁 （bh）次梁（bh）ab跨、bc跨、cd跨c30300500250400200400柱的截面有公式估算。由该框架结构的抗震等级为三级，其轴压比限值=0.9，一六层采用c30混凝土。各层重力荷载代表值近似取15kn/m2。由图1.2-1知可知边柱及中柱的负载面积分别为7.22.7m2和7.24.05m2。故第一层柱的截面面积为边柱 mm2中柱 mm2柱截面采用正方形，则边柱和中柱截面分别为403mm403mm和494mm494mm。故柱采用正方形截面，边柱和中柱截面分别为500mm500mm和500mm500mm。基础采用独立基础，基础埋深为1.20m。框架结构计算简图如图2.1-2所示。取柱的形心线作为柱的轴线;两轴线取至板底，26层柱的高度即为层高。底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即h=3.3+0.6+1.67-1.20=4.37m。72 横向框架图2.1-2 框架计算简图2.2 重力荷载计算2.2.1屋面荷载屋面永久荷载标准值: 4厚sbs改性沥青防水层 0.4 kn/20厚1:3水泥砂浆找平层 0.02200.4 kn/1:10水泥珍珠岩找坡2%最薄处20厚 0.09400.36 kn/20厚sbs改性沥青隔气层 0.05 kn/20厚1:3水泥砂浆找平层 0.02200.4 kn/现浇钢筋混凝土屋面板 0.1252.5 kn/20厚混合砂浆抹面刮大白 0.02170.34 kn/ 合计 =4.45 kn/屋面可变荷载标准值: 不上人屋面均布或荷载标准值 0.5kn/ 屋面雪荷载标准值: 0.35kn/2.2.2楼面荷载楼面永久荷载标准值: 10厚1:1水泥细砂浆，贴地面砖，素水泥浆擦缝 0.25 kn/ 20厚1:3水泥砂浆找平层 0.0220=0.4 kn/ 100厚钢筋混凝土楼板 0.125=2.5 kn/ 20厚混合砂浆抹面刮大白 0.0217=0.34 kn/ 合计 = 3.49 kn/楼面活荷载标准值： 寝室，过道： 2.0 kn/2.2.3卫生间荷载 永久荷载标准值： 地面砖 0.65 kn/20厚1：3水泥砂浆搓麻 0.0220=0.4 kn/ 20厚水泥砂浆防水保护层 0.02200.4 kn/ 100厚现浇钢筋混土楼板 0.1252.5 kn/pvc吊顶 0.2 kn/ 10厚水泥砂浆 0.01200.2 kn/ 恒载总计: 4.35 kn/活荷载标准值： 2.5 kn/2.2.4楼梯荷载楼梯恒载：30厚1:1水泥砂浆贴地面砖素水泥浆擦缝 0.65 kn/楼梯板重 0.12253 kn/ 楼梯合计: 3.65 kn/ 楼梯可变荷载： 2.5 kn/ 2.2.5墙体自重外墙单位面积自重：3.0厚抹面胶浆外刷外墙涂料 0.02 kn/2.0厚抹面胶浆上贴玻纤网 0.02 kn/5厚粘板粘剂粘结层 0.02 kn/20厚1:2.5水泥砂浆找平层 0.02200.4 kn/250厚加气混凝土砌块墙体 0.256.01.50 kn/20厚混合砂浆抹面刮大白 0.02170.34 kn/ 外墙自重： 2.30 kn/内墙单位面积自重：20厚混合砂浆抹面刮大白 0.021720.68 kn/200厚加气混凝土砌块墙体 0.206.01.20 kn/ 内墙自重： 1.88 kn/2.2.6梁自重主框架梁截面为300mm500mm，抹灰为20mm0.300.5025+20.02170.5=3.954 kn/m 次框架梁截面为250mm400mm，抹灰为20mm0.250.425+20.02170.4=2.772 kn/m次梁梁截面为200mm400mm，抹灰为20mm2.2.7女儿墙自重60厚eps板保温层 0.060.50.03 kn/100厚现浇钢筋混土 0.1252.5 kn/60厚水泥砂浆 0.06201.2 kn/60厚粘土实心砖 0.06181.08 kn/ 合计： 4.81 kn/2.2.8柱自重柱截面为500mm500mm2.2.9门窗自重0.45 kn/2.3重力荷载代表值的计算一层高为4.37m。其余各层高为3.3m。第一层：柱： 取上下各半层柱高柱数量：36柱重： 梁:300500梁梁长度 梁自重 250400梁梁长度 梁自重 200400梁梁长度（5.42.75.4-0.253）6（5.42.71.80.2520.125）2（7.20.2）2109.05 m梁自重 1.052.272109.05260.15kn楼板：楼板面积（除卫生间和洗漱间外） 653.95自重 3.49653.952282.286 kn活载 2.0653.951307.92 kn卫生间和洗漱间面积34.84自重 4.3534.84151.554 kn活载 2.534.8487.10 kn墙：外墙： 300500梁下墙墙高 4.37/23.3/20.53.335 m墙长（5.42.75.40.53）236.96 m自重 1.973.33536.96242.825 kn250400梁下墙墙高 4.37/23.3/20.43.435 m墙长 （7.20.5）82107.2 m自重 1.973.435107.2725.42 kn内墙： 300500梁下墙墙高 4.37/23.3/20.53.335 m墙长 （5.40.5）14=68.6 m自重 1.823.33568.6416.38 kn250400梁下墙墙高 4.37/23.3/20.43.435 m墙长 （7.20.5）1493.8 m自重 1.823.43593.8586.41 kn200400梁下墙墙高 4.37/23.3/20.43.435 m墙长（7.20.2）2+（5.4-0.05）14（3.61.80.20.25）93.85m自重 1.823.43593.85586.72 kn首层与其他层布置不同，计算荷载时应扣除在一层中多算的墙体自重300500梁下墙墙高 4.3720.51.685 m墙长 （5.40.5）210.8 m自重 1.821.68510.833.12 kn200400梁下墙墙高 4.3720.41.785 m墙长 （5.40.4）420 m自重 1.821.7852064.974 kn门窗洞口所占墙体面积 外墙 226.172 内墙 96.266 所占墙体重量外墙 248.113 kn内墙 175.203 kn门窗自重 100.425 kn楼梯间：面积（3.60.05）（7.20.2）249.7 恒载 3.6549.7181.405kn活载 2.549.7124.25kn综上所述：g1924.42448.38624.03260.152282.286151.554242.825725.42416.38586.41586.7233.1264.974248.113175.203100.425181.4050.5（1307.9287.10124.25）7551.64kn第二五层：柱： 取上下各半层柱高3.300.103.20m柱数量： 36柱重： 792 kn梁:300500梁自重 1.053.954108 448.38 kn250400梁自重 1.052.772214.4624.03kn 200400梁自重 260.15 kn楼板：楼板面积（除卫生间和洗漱间外） 653.95自重 3.49653.952282.286 kn活载 2.0653.951307.92 kn卫生间和洗漱间面积34.84自重 4.3534.84151.554 kn活载 2.534.8487.10 kn墙：外墙：300500梁下墙墙高 3.300.502.80 m墙长 36.96 m自重 1.972.8036.96203.87 kn250400梁下墙墙高 3.30.42.90 m墙长 107.2 m自重 1.972.90107.2612.43 kn内墙：300500梁下墙墙高 3.300.502.80 m墙长 68.6m自重 1.822.8068.6349.59 kn250400梁下墙墙高 3.30.402.90 m墙长 93.8 m自重 1.822.9093.8495.08 kn200400梁下墙墙高 3.300.42.90 m墙长 93.85 m自重 1.822.9093.85495.34 kn门窗洞口所占墙体重量：304.90 kn门窗自重 73.18 kn楼梯间：恒载 181.405 kn活载 124.25 kn综上所述：g2g3g4g57047.88kn第六层：柱： 取上下各半层柱高3.30/20.101.55m柱数量： 36柱重： 473 kn梁:300500梁自重 448.38 kn250400梁自重 624.03 kn200400梁自重 260.15 kn另外，楼梯顶上防火屋顶梁200300重 61.53 kn楼板：屋顶面荷为4.5kn/楼板面积 861.59自重 3877.16 kn活载 1723.18 kn墙：外墙：300500梁下墙墙高 3.30/20.501.15 m墙长 36.96 m自重 1.971.1536.9683.73 kn250400梁下墙墙高 3.3/20.41.25 m墙长 107.2 m自重 1.971.25107.2263.98 kn内墙：300500梁下墙墙高 3.30/20.501.15 m墙长 68.6m自重 1.821.1568.6143.58 kn250400梁下墙墙高 3.3/20.401.25 m墙长 93.8 m自重 1.821.2593.8213.40 kn200400梁下墙墙高 3.300.41.25 m墙长 93.85 m自重 1.821.2593.85213.51 kn屋顶楼梯间墙体重： 251.03 kn 门窗洞口所占墙体重量：165.61 kn门窗自重 39.47 kn女儿墙重： 600.13 kn楼梯间：恒载 181.405 kn活载 124.25 kn综上所述：g67242.54kn图2.3-1 各质点的重力荷载代表值第3章 框架侧移刚度的计算3.1横向框架侧移刚度计算梁、柱采用c30混凝土。由于采用现浇钢筋混凝土板中框架的惯性矩增大系数为2.0，边框架增大系数为1.5。柱的线刚度首层柱其它层柱梁的线刚度边框架边跨梁 边框架中跨梁中框架边跨梁中跨架中跨梁柱的侧移刚度表3.1-1 边框架侧移刚度d值（n/mm）层次角柱（4根）中柱（4根）260.5500.41213961.6500.593079120874810.7280.450101152.1840.6411440898092表3.1-2 中框架侧移刚度d值（n/mm）层次角柱（14根）中柱（14根）260.7330.45234842.2000.643340079637610.9710.495111262.9120.69515621374458以上数据由，(标准层)，（底层），求得表3.1-3 横向框架层间侧移刚度d值（n/mm）层次12345674255010051241005124100512410051241005124由表3.1-3可见0.7, 因此该框架为规则框架。第4章 水平地震力作用下框架结构的内力和侧移计算4.1 框架自振周期的计算假想将各层的重力荷载代表值作为水平荷载作用于各层处，计算顶点位移。表4.1-1 结构顶点的假想侧移计算层次(kn)(kn/m)67242.5410051247242.540.0070.19557047.88100512414290.420.0140.18847047.88100512421338.300.0210.17437047.88100512428386.180.0280.15327047.88100512435434.050.0350.12517551.6474255042985.700.0900.090按如下公式计算，其中的量纲为m,取=0.6，则 s4.2 各质点水平地震作用计算由工程概况和规范知，本场地设防烈度为7度，设计地震加速度为0.05g时，max=0.28。设计地震分组为第一组，抗震等级为三级，tg=0.35s。故 因=0.453s1.4=1.40.35=0.49s故不需考虑顶部附加水平地震作用。由于结构高度不超过40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切型为主，故可采用底部剪力法计算水平地震作用。结构总水平地震作用标准值底部剪力由公式计算各层剪力如表4.2-1所示表4.2-1 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层数620.877242.54151151.830.2799644.30644.30517.577047.88123831.220.2293527.821172.12414.277047.88100573.220.1863428.841600.96310.977047.8877315.230.1432329.631930.5727.677047.8854057.230.1001230.422161.0114.377551.6433000.680.0611140.642301.65图4.2-1 水平地震作用分布 图4.2-2 层间剪力分布4.3 水平地震作用下的位移验算水平地震作用下框架结构的层间位移和顶点位移分别按公式和公式计算，计算结果如表4.3-1。表4.3-1 横向水平地震作用下的位移验算层数6644.3010051240.64112.3433001/514851172.1210051241.16611.7033001/283041600.9610051241.59310.5433001/207131930.5710051241.9218.9433001/171822161.0110051242.1507.0233001/153512301.657425504.8714.8743701/897因此最大层间位移弹性角发生在第一层，其值为1/897 1/550故满足规范要求。4.4 水平地震作用下框架内力的计算 取图2.1-2中的轴线横向框架内力为例，说明计算方法。框架柱端剪力及弯矩分别按下列公式计算：柱端弯矩：上端 下端 柱端剪力 各柱反弯点高度比y按公式确定。本结构底层柱需考虑修正值，第二层柱需考虑修正值，其余柱不需修正。具体计算过程及结果见表4.4-3,表4.4-4。表4.4-1 角柱反弯点高度的计算（查规范）层次60.7330.320000.3250.7330.400000.4040.7330.450000.4530.7330.450000.4520.7330.500000.5010.9710.650000.65表4.4-2 中柱反弯点高度的计算（查规范）层次62.2000.410000.4152.2000.460000.4642.2000.500000.5032.2000.500000.5022.2000.500000.5012.9120.560000.56表4.4-3 水平地震作用下各层边柱柱端弯矩及剪力计算层次边柱63.3644.3010051242348415.050.7330.3215.9033.7853.31172.1210051242348427.390.7330.4036.1554.2243.31600.9610051242348437.410.7330.4555.5567.8933.31930.5710051242348445.110.7330.4566.9881.8723.32161.0110051242348450.490.7330.5083.3183.3114.372301.657425501112654.190.9710.65161.0475.78表4.4-4 水平地震作用下各层中柱柱端弯矩及剪力计算层次边柱63.3644.3010051243340021.412.2000.4128.9741.6953.31172.1210051243340038.952.2000.4659.1269.4143.31600.9610051243340053.202.2000.5087.7887.7833.31930.5710051243340064.152.2000.50105.85105.8523.32161.0110051243340071.812.2000.50118.49118.4914.372301.657425501562176.092.9120.56186.20146.30梁端弯矩 梁端剪力 柱轴力 边柱为各层梁端剪力按层叠加，中柱轴力为柱两侧剪力之差，亦按层叠加。表4.4-5 水平地震作用下梁端弯矩、剪力计算层次ab跨bc跨633.7813.905.48.8327.7927.792.720.59570.1232.795.419.0765.5965.592.748.594104.0448.975.428.3497.9397.932.772.543137.4264.545.437.40129.09129.092.795.622150.2974.785.441.68149.56149.562.7110.791159.0988.265.445.81176.53176.532.7130.76表4.4-6 水平地震作用下柱轴力计算层次柱轴力654321边柱8.8327.956.2493.64135.52181.13中柱11.7641.2885.48143.7212.81297.76图4.4-1 左震作用下框架弯矩图 图4.4-2 左震作用下梁柱端剪力及柱轴力图第5章 水平风荷载作用下框架结构的内力和侧移计算5.1 风荷载标准值由荷载规范规定知，本建筑是高度小于30m且高宽比小于1.5的房屋结构，故不考虑风振系数，取。仍取图中轴线横向框架，其负载宽度为7.2m。因此沿房屋高度的分布风荷载标准值：q(z)=7.20.65=4.68由规范知，迎风面体型系数为0.7，背风面为-0.6。故各楼层标高处的q(z)计算如下表所示。表5.1-1 沿房屋高度分布风荷载标准值层次(迎风面)(迎风面)620.871.280.7-0.64.193.59517.571.200.7-0.63.933.37414.271.120.7-0.63.673.14310.971.030.7-0.63.372.8927.671.00.7-0.63.282.8114.371.00.7-0.63.282.81图5.1-1 风荷载沿房屋高度的分布（单位：kn/m）框架结构分析时，应按静力等效原理，将上图分布荷载转化为节点荷载。例如第三层的集中荷载计算过程如下：图5.1-2 等效节点集中风荷载（单位：kn）5.2 风荷载作用下的水平位移验算由求得的水平集中荷载，计算层间剪力，然后根据轴线框架的层间侧移刚度，计算出各层的相对侧移和绝对侧移。计算过程见表5.2-1表5.2-1层次（kn）（kn）（n/mm）（mm）（mm）（mm）621.1321.1310051240.020.0233001/165000524.0845.2210051240.040.0633001/82500422.4467.6610051240.070.1333001/47143320.8688.5210051240.090.2233001/36667220.17108.6910051240.110.3333001/30000122.16130.857425500.280.6143701/15607由上表可最大层间位移角为1/156071/550，故满足规范位移要求5.3 风荷载作用下框架内力计算5.3-1 角柱反弯点高度的计算（查规范）层次60.7330.320000.3250.7330.400000.4040.7330.450000.4530.7330.450000.4520.7330.500000.5010.9710.650000.65表5.3-2 中柱反弯点高度的计算（查规范）层次62.2000.410000.4152.2000.460000.4642.2000.500000.5032.2000.500000.5022.2000.500000.5012.9120.560000.56表5.3-3 水平风载作用下各层边柱柱端弯矩及剪力计算层次边柱63.321.13113768234844.360.7330.324.619.7953.345.22113768234849.330.7330.4012.3218.4843.367.661137682348413.970.7330.4520.7425.3533.388.521137682348418.270.7330.4527.1333.1623.3108.691137682348422.440.7330.5037.0237.0214.37130.85534941112627.210.9710.6577.3041.62表5.3-4 水平风载作用下梁端弯矩、剪力计算层次ab跨bc跨69.794.035.42.568.058.052.75.96523.0910.685.46.2521.3621.362.715.82437.6717.645.410.2435.2835.282.726.13353.9025.225.414.6550.4350.432.737.36264.1531.845.417.7863.6963.692.747.18178.6442.045.422.3584.0884.082.762.28表5.3-5 水平风载作用下柱轴力计算层次柱轴力654321边柱2.568.8119.0533.7051.4873.83中柱3.4012.9728.8651.5780.97120.90表5.3-6 水平风载作用下各层中柱柱端弯矩及剪力计算层次边柱63.321.13113768334006.202.2000.418.3912.0853.345.221137683340013.272.2000.4620.1523.6543.367.661137683340019.862.2000.5032.7732.7733.388.521137683340025.992.2000.5042.8842.8823.3108.691137683340031.912.2000.5052.6552.6514.37130.85534941562138.212.9120.5693.5173.47图5.3-1 水平风载作用下框架弯矩图 图5.3-2 水平风载作用下梁柱端剪力及柱轴力图第6章 竖向荷载作用下的内力计算6.1 横向框架计算单元的确定取轴线横向框架进行计算，计算单元为宽度为7.2m，如图所示。由于房间内有次梁，故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影所示，计算单元范围内的其余楼面荷载则通过次梁和纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架，作用于各节点上。由于纵向框架梁的中心线与柱的中心线不重合，因此在框架节点上还作用有集中力矩。图6.1-1 横向框架计算单元6.2 竖向荷载计算恒载计算恒荷载作用下各层框架梁上的荷载分