高层住宅楼建筑结构设计(校优秀毕业设计).doc

X X 大 学 毕 业 设 计 分类号 编号X X 大 学毕 业 设 计金都广场1#高层住宅楼建筑结构设计Architectural and Structural Design of NO.1 Apartment in Jindu Square Residential Community 申请学位： 工学学士 院 系： 土木工程学院 专 业： 土木工程 姓 名： X X X 学 号： XXXXXXXXX 指导老师：X X X （教授）XXXX年X月X日 XX大学ivXX 大 学 毕 业 设 计摘 要本设计为XX市金都广场1#高层住宅楼建筑结构设计。依据XX市市中心规划和住宅建筑使用要求，综合考虑与周围建筑协调、层高、总高、平面布置、立面处理等建筑设计因素，使本建筑建筑风格保持与周围建筑基本一致。结构体系选用钢筋混凝土框架-剪力墙结构。在结构设计中，主要进行了刚度计算、荷载计算、内力组合、截面设计和楼梯设计等，绘制了建筑施工图和结构施工图。整个结构在设计过程中，严格遵循相关的专业规范的要求，参考相关资料和有关最新的国家标准规范，对设计的各个环节进行综合全面的科学性考虑，严格遵守适用、安全、经济、使用方便的设计原则。关键词：钢筋混凝土框架-剪力墙结构；刚度；地震；风荷载；竖向荷载；内力组合；截面设计；楼梯设计。X X 大 学 毕 业 设 计 目 录 任务书i 摘要iv 第1章 工程概况及结构选型11.1工程概况11.2结构选型及布置1第2章结构抗侧刚度计算52.1结构计算单元和计算简图52.2总剪力墙的等效抗弯刚度62.3总框架的抗推刚度142.4连梁的约束刚度202.5结构刚度特征值22第3章重力荷载及重力荷载代表值243.1重力荷载标准值的计算243.2重力荷载代表值30第4章横向荷载计算324.1横向风荷载324.2横向水平地震作用34第5章水平荷载作用下结构内力与位移计算375.1位移计算与验算375.2剪重比验算375.3总框架、总剪力墙和总连梁内力计算385.4横向风荷载作用下构件内力计算425.5横向水平地震作用下构件内力计算48第6章竖向荷载作用下结构内力计算536.1计算单元536.2荷载计算536.3构件内力计算56第7章内力组合及抗震调整597.1抗震等级的确定597.2框架梁内力组合及抗震调整597.3框架柱的内力组合及抗震调整61第8章截面设计648.1框架梁截面设计648.2框架柱截面设计678.3框架梁柱节点核心区截面抗震验算73第9章板的配筋计算769.1板的设计资料769.2板的内力计算769.3板的截面设计77第10章 楼梯设计8010.1基本资料8010.2梯段板设计8010.3平台板设计8110.4平台梁设计82附录 内力组合表85致谢 88参考文献89第1章 工程概况及结构选型1.1 工程概况1.1.1 建筑概况该工程为XX金都广场1#高层住宅楼，建设地点为XX市XX区。该工程有两个单元，共六户，大套、小套各一户，其余四户为中套，建筑面积为每栋13413.2平方米（不含地下室面积），另地下室面积为803.1平方米，其建筑层数为地上十二层，地下一层，地下室层高为2.8米，地上各层层高为2.8米，建筑总高为34.8米，室内外高差为1200mm。1.1.2 结构类型该结构为钢筋混凝土框架-剪力墙结构，其安全等级为二级，类场地，设计地震分组为第一组，抗震等级框架为三级，剪力墙为二级，抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，地震基本加速度为0.1g，防火设计建筑类别为二类住宅，耐火等级为二级，屋面防水等级为二级，设计使用年限为50年。1.2 结构选型及布置1.2.1 结构选型该建筑经过对建筑高度、使用要求、材料用量、抗震要求、造价等因素综合考虑后，宜采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构。1.2.2 结构平面布置1.变形缝设置抗震设计时，高层建筑宜调整平面形状和结构布置，尽可能地采取建筑、结构和施工等措施不设“三缝”。根据混凝土结构设计规范8.1.1中规定可知，对于有保温或隔热措施的建筑物，对于现浇式框架结构伸缩缝最大间距为55m，对于剪力墙结构伸缩缝最大间距为45m，对于框架-剪力墙结构依据结构的具体情况取框架和剪力墙之间的数值；再依据高层建筑混凝土结构技术规程3.4.10中规定可知，框架结构房屋，高度不超过15m时抗震缝不应小于100mm；超过15m时，6度、7度、8度和9度分别每增加高度5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm；对于框架-剪力墙结构房屋不应小于框架结构中规定数值的70。因本工程为框架-剪力墙结构，总长度为65.490m，总高度为33.6m，故需设变形缝，缝宽为210mm。2.柱网布置框架-剪力墙结构是在框架中设置一些剪力墙，因此结构布置应先确定柱网。确定柱网就是确定柱距和跨度，柱网布置首先要满足生产工艺和其他使用功能的要求，其次要满足建筑平面功能的要求，要力求做到柱网平面简单规则、受力合理。1.2.3竖向布置 结构竖向布置宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内敛；侧向刚度宜下大上小逐渐均匀变化；抗震设计时结构竖向抗侧力构件宜上下连续贯通；上部楼层收进部位和收进后的水平尺寸应满足高层建筑混凝土结构技术规程3.5.5条的要求。1.2.4楼盖体系结构布置（标准层）1. 布置方式该结构为高层框剪结构，所以采用纵横向承重方案。2. 梁的尺寸梁的尺寸选择原则是按跨度决定的，主梁尺寸为l/10l/15，其中l为主梁的计算跨度，h400mm；次梁尺寸为l/12l/18，其中l为次梁的计算跨度，h300mm。3. 验算横墙间距根据高层建筑混凝土结构技术规程8.1.8规定可知，抗震设防烈度为7度时横墙间距l4B且50m。 本结构剪力墙的最大间距为13.8m50m，又4B=417.9=71.6m，可见横墙间距满足要求。1.2.5构件尺寸初估1. 梁的截面尺寸梁截面尺寸应根据竖向荷载大小、梁跨度、抗震设防烈度、混凝土强度等级等因素综合考虑，梁混凝土强度等级采用C35。框架主梁的高度h可按l/10l/15确定，其中l为主梁的计算跨度；次梁的高度h可按l/12l/18确定，其中l为次梁的计算跨度。梁净跨与截面高度之比不宜小于4；梁的截面宽度不宜小于200mm，梁截面的高宽比不宜大于4。本结构主梁尺寸为300mm500mm，次梁尺寸为200mm300mm，240mm400mm，250mm 400mm。2. 柱的截面尺寸柱的混凝土强度等级采用C35。其截面尺寸根据轴压比限值预估。根据混凝土结构设计规范11.4.16可知，框架柱抗震等级为三级的框架-剪力墙结构柱轴压比0.90。即按式下式初估 (1.1) 式中： N 为柱的组合轴压力设计值 混凝土轴心抗压强度设计值 A 柱的截面面积矩形截面柱的边长，非抗震设计时不宜小于250mm，抗震设计时不宜小于300mm，柱的剪跨比宜大于2，柱的截面高宽比不宜大于3。为避免剪切破坏，柱净高与截面长边之比不宜小于4，柱截面尺寸应满足抗剪要求。本结构柱的截面尺寸均为500mm500mm。3. 墙的截面尺寸剪力墙的混凝土强度等级采用C35。剪力墙的截面厚度，根据高层建筑混凝土结构技术规程7.2.1知，抗震设计时，抗震等级为二级的剪力墙底部加强部位均不应小于200mm，其他情况下墙厚度不应小于160mm，剪力墙的总高度与总长度之比H/L宜大于2，墙肢截面高度与墙厚之比不宜小于3，否则应视为柱。本结构剪力墙的厚度为240mm。1.2.6材料梁、柱、剪力墙的混凝土强度等级为C35，板的混凝土强度等级为C30。板、梁、柱、墙等构件的纵向钢筋和箍筋均为HRB400。1.2.7绘制结构平面布置图与剖面图，见图1 .1，图1.2。 图1.1 结构平面布置图 图1.2 剖面示意图 第2章 结构抗侧刚度计算2.1 结构计算单元和计算简图该结构为框架-剪力墙结构，所以计算单元为整个结构平面。按照总框架与总剪力墙之间的联系和相互作用方式，框架-剪力墙结构的计算简图可简化为铰结体系和刚结体系两种。铰结体系中，框架和剪力墙之间通过楼板联系或虽有连梁但刚度很小，其对墙肢的约束很弱，在计算简图中总剪力墙和总框架之间的联系可简化为铰结连杆；在刚结体系中，框架和剪力墙之间通过连梁联系，连梁对墙和柱都产生约束作用，但对柱的约束作用将反映柱的D值中，因而计算简图中，连梁与总剪力墙相连处理成刚结。本结构为刚结体系，计算简图见图2.1。 图2.1 结构计算简图因该建筑设有整体刚度较大的地下室，将结构嵌固端取在地下室顶板，因而底层柱的下端取至地下室的顶部；因梁板现浇，所以其他各层均取板底为梁截面的形心线。 2.2 总剪力墙的等效抗弯刚度 W-1为横向剪力墙，且为整体截面墙。其截面尺寸见图2.2。 图2.2 W-1截面等效抗弯刚度 查表可知知混凝土强度等级为C35，故故 W-2墙为带翼缘的整截面墙，其有效翼缘宽度取至门窗洞口的墙长度。其截面尺寸见图2.3等效抗弯刚度 图2.3 W-2截面 查表可知知混凝土强度等级为C35，故故 W-3墙为带翼缘的整截面墙，其有效翼缘宽度取6倍的墙厚，即取1440mm。其截面尺寸见图2.4等效抗弯刚度 图2.4 W-3截面 查表可知 知混凝土强度等级为C35，故 故 W-4墙为带翼缘且开有洞口的墙，洞口尺寸为1500mm1400mm，其有效翼缘宽度剪力墙上端取至窗户洞口，下端剪力墙净距的一半，即取1230mm。 剪力墙类型判别： 由于 空洞面积/墙面面积=（1.41.5)/(2.85.64)=0.130.16 孔洞至墙边距离1.74米大于孔洞长边尺寸1.5米 故根据整截面墙的判断条件可知这段墙体虽开有空口但仍为整截面剪力墙。其截面尺寸见图2.5 （a）开有洞口处 （b）未开洞口处 图2.5 W-4截面等效抗弯刚度 a)开有洞口处 b)未开洞口处 故 查表可知知混凝土强度等级为C35，故故 W-5墙为带翼缘的整截面墙，其有效翼缘宽度取至窗边。其截面尺寸见图2.6 图2.6 W-5截面等效抗弯刚度 查表可知知混凝土强度等级为C35，故故 W-6墙为带翼缘且开有洞口的墙，其有效翼缘宽取剪力墙净距的一半，即取1130mm。其截面尺寸见图2.7 图2.7 W-6截面 对于图2.7所示剪力墙，首先应判断剪力墙的类型各墙肢截面面积、惯性矩计算如下： 剪力墙对组合截面形心的惯性矩I计算如下： 洞口上连梁的折算惯性矩洞口高度均为2.1m，连梁截面高度为2.8-2.1=0.7m各列连梁计算跨度为 各连梁的截面面积和惯性矩为 各列连梁折算惯性矩为 将上述数据及代入 ，由表可知，故该墙为壁式框架。壁式框架的刚度应计入总框架的剪切刚度之内，具体计算见后。 W-7墙为带翼缘的整截面墙，其有效翼缘宽取剪力墙净距的一半，即取1130mm。其截面尺寸见图2.8 图2.8 W-7截面等效抗弯刚度 查表可知知混凝土强度等级为C35，故故 所以，总剪力墙等效抗弯刚度为： 2.3 总框架的抗推刚度2.3.1 梁、柱截面的线刚度 梁、柱截面的线刚度, 见表2.1，2.2表2.1 横梁线刚度计算表类别层次b/mml/mmBC跨1123.1530050042003.12.3253.4884.650CD跨1123.1530050048003.12.0343.0514.068DE跨1123.1525040018001.32.2753.4124.550DF跨1123.1530050057003.11.7132.5703.426EF跨1123.1530050039003.12.5043.7565.008 表2.2 柱线刚度ic计算表类别层次（）b/mmh/mm/B、C、D、E、F轴1123.15500500 28005.215.86 2.3.2 柱的抗推刚度计算 现以第一层B列8轴柱为例，说明计算方法 其余各柱侧移刚度计算结果见表 表2.3 B列柱侧移刚度D(N/mm) 层次8轴处柱 10轴处柱 2-120.7940.284254730.5950.229205404601310.7940.463415280.5950.42237851 79379表2.4 C列柱侧移刚度D(N/mm)层次2轴处柱3轴处柱5轴柱 2-121.2790.390349811.2790.390349811.4710.4243803010799211.2790.543487031.2790.543487031.4710.56850941 148347层次8轴处柱11轴处柱 2-120.6940.258231411.1030.355318415498210.6940.443397341.1030.5174637286106 表2.5 D列柱侧移刚度D(N/mm)层次4轴处柱 2-120.8550.299268192681910.8550.4754260542605表2.6 E列柱侧移刚度D(N/mm) 层次2轴处柱3轴处柱5轴柱 2-120.6940.258231410.6940.258231410.6940.258231416942310.6940.443397340.6940.443397340.6940.44339734119202层次8轴处柱11轴处柱 2-121.4880.427539060.5210.2075390610781211.4880.57628750.5210.40562875125750 表2.7 F列柱侧移刚度D(N/mm)层次2轴处柱3轴处柱4轴柱 2-120.5850.226202710.5850.226202710.8550.299268196736110.5850.420376710.5850.420376710.8550.47542605 1179472.3.3 壁式框架侧移刚度前面已判别出W-6墙为壁式框架，W-6墙的立面示意图及壁梁和壁柱的刚域长度等尺寸见图2.9 图2.9 W-6墙的立面尺寸及刚域长度（单位：mm）带刚域框架梁、柱的刚域长度计算如下：左跨梁 1-11层 12层 取 右跨梁 1-11层 12层 左柱 1-11层 12层 故 1层 2-11层 12层 中柱 1-11层 12层 故 1层 2-11层 12层 右柱 1-11层 12层 故 1层-11层右柱不考虑刚域的影响 1层 2-11层 12层 带刚域杆件的等效刚度按式计算，其中，按式计算。梁的等效线刚度计算结果见表2.8，柱的等效线刚度计算结果见表2.9。 表2.8 壁式框架梁等效线刚度计算表类别层次Ec/A 左跨梁1-1131686.860.6990.5891.881236312.54.1720.1938.96右跨梁1-1131686.860.6990.5891.641236312.53.620.21610.63 表2.9 壁式框架柱等效线刚度计算表类别层次Ec/A 左柱123321.20.2500.82.8672-113321.20.2500.81.64213321.20.2880.7761.509中柱123352.790.4740.6781.6222-113352.790.4740.6782.51013352.790.5910.6292.477右柱1232113.91.3020.4341.1042-1132113.91.3650.4236.615132113.91.7830.3596.416在表2.8中，计算时因连梁为矩形截面，故取1.2；在表2.9中，计算时，因左、中、右柱的均为T形截面，根据查表可知分别为1.78、2.13、1.85。壁梁和壁柱的等效刚度求出后，壁式框架就可视为普通框架，如图2.10所示，图中注明了梁和柱的相对线刚度（实际刚度除以）。由图2.9可求得框架柱的侧移刚度，计算结果见表2.10。 图2.10 壁式框架的等效刚度表2.10 壁式框架梁等效线刚度D(N/mm)计算表层次左柱中柱右柱121.8900.4861221357.1240.7811110405.5570.735711273043022111.1450.364914831.4020.4121582840.2480.11011137536114211.2460.5381623011.4210.5622782990.2560.3354296938702932.3.4总框架的剪切刚度总框架的剪切刚度按式计算，计算结果见表2.11。 表2.11 F列柱侧移刚度D(N/mm)层次框架壁式框架 12280048040237003043022-1128004804022800361142128007193362450870293 在框架-剪力墙结构协同工作计算中所用的总框架剪切刚度按式2.1计算 (2.1)计算结果列于表2.11中的最末一栏。将框架和壁式框架合成总框架，其剪切刚度等于二者剪切刚度之和，即 2.4 连梁的约束刚度为了简化计算，计算连梁的约束刚度时，可不考虑剪力墙翼缘的影响。本结构两个连梁，分别为1轴处和11轴处，且两个连梁净跨长与截面高度之比均小于5，故要考虑剪切变形的影响，连梁截面尺寸为250mm400mm。1轴处连梁的计算如图2.11所示，连梁刚域长度为 图2.11 1轴处连梁计算图将上列数据代入下式中，其中由表2.1取值，考虑到梁与楼板现浇为整体，且1轴处梁处于边梁位置，故将乘以1.5。 连梁的约束刚度为 则 11轴处连梁的计算如图2.12所示，11轴处连梁刚域长度为 图2.12 11轴处连梁计算图 将上列数据代入下式中，其中由表2.1取值，考虑到梁与楼板现浇为整体，故将 乘以2。 连梁的约束刚度为 则 故可知总连梁的约束刚度为。在框架-剪力墙结构协同工作分析中，由于各层连梁均相同，故所用的总连梁约束刚度为Cb=23.0571108N。2.5 结构刚度特征值结构刚度特征值按式2.2计算 (2.2) 计算地震作用下框架-剪力墙结构的内力和位移时，式中的可取0.550，即 计算风荷载作用下框架剪力墙结构的内力和位移时，式中的可取1.0，即 第3章 重力荷载及重力荷载代表值 3.1 重力荷载标准值3.1.1 屋面及楼面的永久荷载标准值1. 屋面(上人)60厚聚苯板保温层 0.50.06=0.031.5厚聚氨酯防水层 0.0520厚1:3水泥砂浆找平层 200.02=0.4120厚钢筋混凝土板 250.12=3.0板底抹灰另详 合计 3.482.一到十一层楼面：(1)地面砖楼面10厚地面砖，砖背面刮水泥浆粘贴，稀水泥浆擦缝 0.6530厚1：3干硬水泥砂浆结合层 200.03=0.6 100厚钢筋混凝土板 250.1=2.5板底抹灰另详 合计 3.75(2)磨光花岗岩楼面(用于楼梯间)20厚磨光花岗岩石板板背面刮水泥浆粘贴稀水泥浆擦缝 280.02=0.56 30厚1：3干硬水泥砂浆结合层 200.03=0.6120厚钢筋混凝土板 250.12=3.0板底抹灰另详 合计 4.16 (3)地面砖防水楼面(用于卫生间）10厚防滑地面砖,砖背面刮水泥浆粘贴,稀水泥浆擦缝 0.6520厚1：3干硬水泥砂浆结合层表面撒水泥粉 200.02=0.41.5厚合成高分子防水涂料刷基层处理剂一道 0.0520厚水泥砂浆找坡抹平 200.02=0.4030厚干硬水泥砂浆结合层 200.03=0.60100厚钢筋混凝土板 250.1=2.5板底抹灰另详 合计 4.63. 电梯机房地面活载： 恒载：100mm混凝土板 0.125=2.5 板底抹灰另详 恒载合计 4.顶棚：素水泥浆一道10厚1:0.3:2.5水泥石灰膏砂浆扫毛 170.01=0.1720厚1:0.3:3水泥石灰膏砂浆打底 170.02=0.34刮腻子一遍 0.12白色乳胶漆两遍 合计 0.633.1.2 屋面及楼面可变荷载标准值上人屋面均布活荷载标准值2.0楼面活荷载标准值2.0屋面雪荷载标准值 电梯机房活荷载3.1.3 梁、柱、墙、窗重力荷载标准值的计算3.1.3.1梁重力荷载标准值计算计算梁重力荷载时应从梁截面高度中减去板厚，表中hn、ln分别表示梁截面净高度和净跨长，为混凝土容重。横梁计算结果见表3.1 ，纵梁重力荷载计算结果见表3.2 。 表3.1 横梁重力荷载计算表层次构件b/mhn/m(kN /m3)g(kN/m)ln/mn/根数GiGi1-11层AB跨0.30.4251.13.30 1.12311.09 192.69 BC跨0.30.4251.13.30 1.12311.09 0.30.4251.13.30 3.96226.14 CD跨0.30.4251.13.30 4.04566.66 0.20.2251.11.10 4.5329.97 0.20.2251.11.10 1.2511.38 DF跨0.30.4251.13.30 5.2234.32 0.30.4251.13.30 3.14110.36 0.30.4251.13.30 1.5615.15 0.250.3251.12.06 1.52526.29 0.20.2251.11.10 1.52511.68 0.20.2251.11.10 3.65514.02 FG跨0.30.4251.13.30 1.3814.55 12层AB跨0.30.38251.13.14 1.12310.53 166.76 BC跨0.30.38251.13.14 1.12310.53 0.30.38251.13.14 3.96224.83 CD跨0.30.38251.13.14 4.04563.33 DF跨0.30.38251.13.14 5.2232.60 0.30.38251.13.14 3.1419.84 0.30.38251.13.14 1.5614.89 0.250.28251.11.93 1.52525.87 续表层次构件b/mhn/m(kN /m3)g(kN/m)ln/mn/根数GiGiFG跨0.30.38251.13.14 1.3814.33 楼电梯层EG跨0.20.18251.10.99 4.1614.12 13.730.30.28251.12.31 4.1619.61 表3.2 纵梁重力荷载计算表层次构件b/mhn/m(kN /m3)g(kN/m)ln/mn/根数GiGi1-11层1-2轴梁0.20.2251.11.10 3.9614.36 203.63 0.30.4251.13.30 3.7224.42 0.250.3251.12.06 3.9318.11 2-3轴梁0.20.2251.11.10 313.30 0.30.4251.13.30 2.54325.15 0.250.3251.12.06 316.19 3-5轴梁0.20.2251.11.10 4.514.95 0.30.4251.13.30 4.56230.10 0.30.4251.13.30 3.96113.07 0.250.3251.12.06 3.9318.11 4-6轴梁0.250.3251.12.06 1.613.30 0.20.2251.11.10 1.8512.04 0.30.4251.13.30 1.615.28 5-8轴梁0.20.2251.11.10 3.213.52 0.20.2251.11.10 1.7511.93 0.30.4251.13.30 4.24113.99 7-9轴梁0.250.3251.12.06 3.06212.62 8-11轴梁0.20.2251.11.10 3.213.52 0.30.4251.13.30 4.5229.70 12层1-2轴梁0.30.38251.13.14 3.7223.20 165.07 0.20.18251.10.99 312.97 2-3轴梁0.30.38251.13.14