计算说明书：大庆市某小区框架式住宅楼设计

毕业设计任务书总说明1、建筑设计任务和要求：1.1、设计中要体现与贯彻“功能适用、经济合理、造型美观、环境相宜”的原则。1.2、掌握各类建筑的特殊功能要求。1.3、建筑功能合理，造型要体现建筑自身特点及北方建筑特色，力求方案有所创新。1.4、结构选型应体现结构可靠性、经济性和合理性，充分考虑寒冷地区的特点，采用先进技术、新型材料，重视节约能源。1.5、说明书应阐明方案特点、建筑形式、结构处理、装修等。1.6、布图合理，图面整洁。1.7、图纸内容及规格：图纸名称图 纸 内 容图纸规格图纸比例建筑总平面图、设计总说明（3000字）、图纸目录、门窗表A11：500或1：1000建筑底层、标准层平面图A11：100或1：150建筑正立面、侧立面、剖面图A11：100或1：150建筑扩大单元平面图（住宅类）A21：50建筑楼梯详图、电梯井道详图、电梯机房详图A21：10或1：20建筑节点详图A21：10或1：20结构基础平面图、剖面图、详图A11：100或1：150结构二层楼面结构布置图及配筋图A11：100或1：150结构框架配筋图（一榀）及梁柱断面图A11：100或1：20结构剪力墙配筋图（高层）A11：100或1：150结构楼梯配筋图A21：50或1：252、结构设计要求：2.1、选用安全可靠、经济合理的承重结构方案。2.2、正确确定结构计算简图。2.3、结构内力计算可用计算机程序，但必须用手算校核。2.4、设防烈度按度考虑、场地特征周期分区为二区、场地土为类。 2.5、对基础、墙体、梁板、柱按现行设计规范作详细准确的设计计算。 2.6、设计计算书和说明书要完整。2.7、图纸要求：1）基础平面图、断面图；2）梁板结构布置图；3) 主要结构配筋图（框架配筋图、连续梁配筋图 、现浇楼板配筋图、剪力墙配筋图、楼梯雨蓬配筋图等）至少手画两张。4）主要节点详图5）中、英文摘要不少于300词。6）关键词3-5个。3 地质条件 1m 人工填土 =15KN/M3 粉质粘土松散、稍密W=53，18.8KN/M3 5m e=0.93 IL=0.35 Es=10MPa fk=190KPa 粘土W=24.2，IL=0.40 18.5KN/M3 10m e=0.82 Es=12MPa fk=210KPa 4 进度要求建筑设计3周，结构设计7周，审核图纸、计算书和答辩1周。I2 框架式住宅设计任务书 根据国家关于城镇住宅建设政策，为满足城市居民住房的需要，拟在黑龙江某市建造一批采用框架结构，轻质墙体的工业化住宅。设计要求与条件如下：1 设计要求1）建筑面积为 90、110m2、140 m2，一梯两户。2）户型：三室二厅、三室二厅二卫（140 m2）；3）建筑层高：3.0m；4）建筑层数：6层；5）建筑平面系数，不得低于48（居住系数），70（使用系数）；6）结构形式：钢筋混凝土框架承重，内外围护结构采用轻质板材或砌体；7）平面形式不限，但是要考虑平面组合的可能性。2 设计条件1）周围环境：（1）一般住宅区；（2）城市中心区、市面繁华、建筑密集。2）地质资料见总说明3）机械化施工程度：可以满足较高程度的机械化施工要求；4）水、暖、电：由城市区域统一供给。3 质量要求1）争取每户均有好朝向房间；2）房间面积、尺寸、形状应满足相应家庭的人口家具设备布置的需要；3) 厨房应有直接采光和通风条件；4) 必须满足相应的防火规范要求；5) 厕所应考虑设置淋浴或浴盆的条件；6) 每户设服务阳台，根据需要可适当增设生活阳台；7) 充分利用辅助和交通面积、提高面积使用效率；8) 设计方案应有利于节约能源；9) 建筑装修应根据修建地点的环境与城建要求，建筑外貌应朴素、大方、美观；II 10)、室内采光可根据房间的不同性质，保证最低要求；11)、充分利用室内空间，适当设置某些简易的设施，如隔板、吊柜等。4 参考资料：1) 建筑设计资料集（3）。中国建筑工业出版社2) 建筑设计规范大全(1,5)3) 新颖住宅方案选粹。中国建筑工业出版社4) 建筑结构设计手册。安徽科技出版社5) 地基基础实用设计与施工手册。中国建筑工业出版社摘 要本工程为居民住宅，建筑面积2824.28m2，占地面积470.71m2，六层，总高19.3m，采用钢筋混凝土框架式结构，柱下独立基础，设计基准期50年，结构安全等级为二级，抗震设防烈度为7度。建筑设计本着“功能适用，经济合理，造型美观，环境相宜”的原则，以国家相应规范、标准为依据，完成了设计任务书所要求的建筑平面设计，立面、剖面、建筑节点详图设计，共画出建筑图4张。结构设计本着“安全，适用，耐久”的原则，进行了竖向荷载汇集，水平荷载汇集，内力计算，内力组合，结构抗震验算，板、梁、柱、楼梯、雨蓬、基础等结构构件的设计。共画出结构图4张。关键词： 住宅 框架结构 设计 AbstractThis engineering isresidence the build area is2824.28 square metre. , and the gross building area is470.71 . It has frame structure housefloor and the gross height is 19.3m .The build adopt-structure , the design base year is 50 years , the safe grade is three, and the earthquake intensity sale is 7 . the architectural design is on the principle of function applicable , economic feasible , model fair and environment harmonious . Besides , the design is on the base of building conde and building regulation of our country .I have finished architectural plan design that the design description require .And on the base of which , I have finished block diagram , profile view and architectural plan .The gross archintectural drawing are 4 pieces . The structure design is on the principle of safe . applicable and permanent . And on the base of it . I have done vertrical load collect , horizontal load collect , stress calculate , stress coalesce , struct earthquake-resistant design . Besides .I have designed beam . floor slab . column . stair . rain roof and foundation and so on . The gross construction drawing are 5 pieces . Key words : Residential . Frame Structure . Design .目 录1 工程概况 （1）2 结构布置及计算简图 （1）3 重力荷载计算 （2）3.1 屋面积及楼面永久荷载标准值 （2）3.2 屋面积及楼面可变荷载标准值 （3）3.3 梁、柱、墙、门、窗重力荷载计算 （3）3.4 重力荷载代表值 （3）4 框架侧移刚度计算 （4）4.1 横向框架侧移刚度计算 （4）4.2 纵向框架侧移刚度计算 （6）5 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算 （8）5.1 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算 （8）5.2 横向风荷载作用下框架结构的内力和侧移计算 （12）6 竖向荷载作用下框架结构的内力计算 （16）6.1 横向框架内力计算（16）6.2 横向框架内力组合 （27）7 截面设计 （40）7.1 框架梁 （40）7.2 框架柱 （44）8 罕遇地震作用下弹塑性变形验算 （49）8.1罕遇地震作用下的楼层剪力 （49）8.2楼层受剪承载力计算 （50）9 板的设计 （53）9.1 荷载设计值 （53）10. 楼梯的设计 （56）10.1 楼梯板的设计 （56）10.2 平台板设计 （57）10.3 平台梁的设计 （58）11雨蓬板设计 （59）12 基础设计 （60）12.1 工程地质条件 （60）12.2 基底面尺寸 （60）12.3 初步选择基础尺寸 （61）12.4验算持力层地基承载力 （61）12.5地基变形特征验算 （61）12.6基础高度验算 （63）12.7基础配筋计算 （64）参考文献结束语VII 1 工程概况本工程为大庆市学苑小区繁华地段的住宅小区的学苑住宅楼，为框架式结构房屋。总建筑面积2824.28平方米,建筑纵向长42.56米,横向长11.06m.主体结构共6层，层高为3.0m基本风压W0=0.55kN/m2,基本雪压为0.45kN/m2，建设场地的地震基本烈度为7度，建筑结构抗震等级为框架三级，场地特征周期为二区，场地土为II类，地面粗糙度为C类。建筑结构的安全等级为二级，设计使用年限为50年。2 结构布置及计算简图根据房屋的使用功能及建筑设计的要求，进行了建筑平面，立面及剖面设计，其标准建筑平面，结构平面和剖面示意图分别见建施-02,结施-02,建施-03。住宅外墙采用空心混凝土砌块，墙厚为400mm。内墙采用空心混凝土砌块，墙厚为200mm。门为木门和钢门，门洞尺寸1.2m2.0m、1.0m2.0m、 0.9m2.0m、0.8m2.0m、 0.7m2.0m窗为节能塑钢窗，洞口尺寸为1.8m1.7m,1.5m1.7m，1.2m1.2m。楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取100mm.梁截面高度按梁跨度的1/12-1/8估算，由此估算的梁截面尺寸见表1,表中还给出了各层梁，柱和板的混凝土强度等级。其设计强度：C35()，C30()表1 梁截面尺寸（mm）及各层混凝土强度等级层次混凝土强度等级横梁（bh）纵梁(bh)AB跨BD跨纵梁1C353504003004003004002-6C30300400250400250400由已知条件查表可知该框架结构的抗震等级为三级，其轴压比限值=0.9,各层的重力荷载代表值近似取15KN/mm。则边柱及中柱的负载面积3.9 2.55m和3.93.45m。由式A 得各层柱截面面积为：边柱： A中柱： 如取柱截面为正方形，则边柱和中柱截面长度分别为267mm和336mm。根据以上计算结果并考虑其它因素，柱截面尺寸取值为：1层 600mm600mm2-6层 500mm500mm基础选用柱独立基础，基础埋深1.95 m,基础高0.95m。框架结构计算简图如图1所示,取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线；梁轴线取至板底，2-6层柱高即层高取3.0m.底层柱高度从基础顶面算至一层楼底即h=3.0+0.9+1.95-0.95-0.1=4.8m 取h=4.8m 图 1 框架结构计算简图3 重力荷载计算3.1 屋面及楼面的永久荷载标准值屋面（上人）30厚细石混凝土保护层 22 三毡四油防水层 0.4kN/ 20厚水泥砂浆找平层 20150厚水泥蛭石保温层 5100厚钢筋混凝土板 25V型轻钢龙骨吊顶 0.25kN/ 合计 4.96 kN/ 1-5层楼面：瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 0.55100厚钢筋混凝土板 25V型轻钢龙骨吊顶 0.25kN/ 合计 3.30 kN/ 3.2 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 kN/m楼面活荷载标准值 2.0 kN/m屋面雪荷载标准值 =0.45kN/m（式中为屋面积雪分布系数，取）3.3 梁、柱、墙、门、窗重力荷载计算梁、柱可根据截面尺寸，材料容重及粉刷等计算长度上的重力荷载；对墙，窗，门等可计算单位面积上的重力荷载。具体过程重略，计算结果见表2表2 梁、柱重力荷载标准值层次构件BmHmRkN/m3G/（kN/m）L/MnG/KNG/KN1左横梁0.350.4251.053.684.513214.99989.88中横梁0.30.4251.053.152.41398.28右横梁0.30.4251.053.153.613147.42纵梁0.30.4251.053.15424529.2柱0.60.6251.19.94.5522316.62320.62-6左横梁0.30.4251.053.154.513184.29830.03中横梁0.250.4251.052.632.41381.9右横梁0.250.4251.052.633.613122.85纵梁0.250.4251.052.63424441柱0.50.5251.056.563521023.751023.75注：表中为考虑梁柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数；g表示单位长度构件重力荷载；n为构件数量，梁长度取净长，柱长度取层高。外墙为400mm厚砌块，外墙面贴瓷砖（0.5kN/m）内墙面为20mm厚抹灰，则外墙单位墙面重力荷载为： 0.5+0.4011.8+170.02=5.44内墙为200mm厚砌块，两侧均为20mm厚抹灰，则内墙单位墙面重力荷载为： 0.2011.8+1720.02=2.92木门单位面积重力荷载为0.2kN/m；塑钢窗单位面积重力荷载为0.4kN/m3.4 重力荷载代表值集中于各楼层标高处的重力荷载代表值G为计算单元范围内各层楼面上的重力荷载代表值及上下各半层的墙柱等重量，计算G时，各可变荷载的组合值按表1.16的规定采用，屋面上的可变荷载均取雪荷载。具体过程略，计算结果见图2 图 2 各质点的重力荷载代表值4 框架侧移刚度计算4.1 横向框架侧移刚度计算横向侧移刚度计算方法如下。横梁线刚度计算过程见表3，计算过程见表4.表3 横梁线刚度类别层次左横梁13.153504001.86745001.311.962.612-63.03004001.645001.071.62.13走道梁13.153004001.624002.103.154.22-63.02504001.33324001.672.503.33右横梁13.153004001.636001.42.12.82-63.02504001.33336001.111.672.22表4 柱线刚度计算表层次145003.156006001.087.562-630003.05005005.215.21柱的侧移刚度D值按下式计算D=,(为柱的侧移刚度修正系数，可由表2 所列公式计算。)根据梁、柱线刚度比的不同，柱分为中框架中柱和边柱，边框架中柱和边柱以及楼梯间柱等。现以第2层横梁B-3柱的侧移刚度计算为例，说明计算过程，其余柱的计算过程略，计算结果见表5-7. 第2层B-3柱及其与其相连的梁的相对线刚度如图3所示图中数据取自表3和4，由表2可得梁柱线刚度比为 图3 梁的相对线刚度由式表5 中框架柱侧移刚度D值（N/mm）层次左边柱11左中柱7右边柱7右中柱73-60.3070.1339246.341.0500.34423898.210.3200.1389576.400.8000.28619837.36474893.520.3420.14610135.581.1790.37125752.210.4000.16711571.540.9040.31121615.6152406710.2770.34114327.060.9610.49320726.150.2960.34714564.520.7410.45319013.51537727表6 边框架柱侧移刚度D值（N/mm）层次A-1，A-13B-1，B-13，C-1，C-13D-1，D-133-60.3070.1339246.341.0500.34423898.210.3200.1389576.4037646.8420.3420.14610135.581.1790.37125752.210.3620.15310631.9982077.4910.2770.34114327.060.9610.49315229.880.2960.34714564.5257785.14续表6层次B-4，B-5，B-11，B-12，C-4，C-5，C-11，C-12D-4，D-5，D-11，D-12KaDKaD3-60.9600.32422518.250.3200.1389576.40218451.621.0850.35224418.510.7230.26618440.54269110.310.8890.48120192.310.1980.31713331.46214864.3将上述不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，即得框架各层层间侧移刚度，见下表7表7框架各层层间侧移刚度层次123-6810376.4875254.7730992由表7可见=0.9260.7,故该框架为横向规则框架。4.2纵向框架侧移刚度计算。表8 纵梁线刚度类别层次纵梁13.153004001.639001.291.942.582-63.02504001.3339001.031.542.0513.153004001.636001.42.12.82-63.02504001.3336001.111.672.2213.153004001.633001.532.293.052-63.02504001.3333001.211.822.4213.153004001.627001.872.83.732-63.02504001.3327001.482.222.96表9纵向中框架柱侧移刚度D值（N/mm）层次B-1，B-13，C-1，C-13中柱8中柱62-60.3200.13895784.60.8920.30821420.830.7880.28219621.92672236.5220.3620.15310632.991.0080.33523272.270.8900.30821387.12357032.7910.2960.34714564.520.8260.46919707.310.3950.37311533.56285117.90续表9 层次B-4，B-10B-5，B-9C-4，C-10C-5，C-93-60.8530.29920768.030.8210.29120201.640.7110.26218214.630.6780.25317586.87153542.420.9640.32522589.590.9270.31721995.970.9640.32522589.590.7670.27719239.7172829.710.7900.46219420.350.7600.45619171.710.6580.43618301.860.6280.42918027.82149843.5表10纵向边架柱侧移刚度D值（N/mm）层次A-1，A-13，D-1，D-13中柱8中柱63-60.3200.1389578.460.6690.25117408.140.4340.17812384.80251887.7120.3620.15310632.990.7560.27419050.340.6680.25017378.46299205.4210.2960.34714564.520.6200.42717949.870.2740.34014289.47287593.88续表10层次A-4，A-10A-5，A-9D-4，D-10D-5，D-93-60.7470.27218877.770.7220.26518420.520.6040.23216116.560.5800.22515607.75138045.220.8430.29720603.720.8160.29020121.300.6830.25517678.320.6550.24717136.05151078.810.6910.44318591.740.6690.43813514.580.5600.41417387.460.5370.40917166.33133320.2表11纵向框架各层层间侧移刚度层次123-6855875.5980146.7870887.3可见=0.8730.7,故该框架为纵向规则框架。5 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算5.1 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算5.1.1 横向自振周期计算结构顶点的假想侧移由式计算。计算过程见下表12表12结构顶点的假想侧移层次64091.874091.877309925.60154.8456424.5610516.4373099214.39149.2446424.5616940.9973099223.18134.8536424.5623365.5573099231.96111.6826424.5629790.1187525434.0479.7117225.9937016.181037645.6845.68按式计算基本周期，其中的量纲为m，取=0.7则 5.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算因为本设计方案中结构高度不超过40m,质量和刚度沿高度分布较均匀，变形以剪切型为主，故可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按式 计算即 =因为本设计场地特征周期为二区，场地土为二类，Tg=0.4S TgT1 =0.46S5 Tg 所以 因1.4T 所以可不考虑顶部附加水平地震作用。各质点的水平地震作用按式 计算具体过程见表10。各楼层地震剪力按式，结果见表13中。表13各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次619.84091.8781019.030.188417.40417.40516.86424.56107932.60.251557.72975.13413.86424.5688658.930.206458.131433.25310.86424.5669385.250.161358.541791.7927.86424.5650111.570.116258.942050.7314.87225.9934684.750.081179.232229.96各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见图45.1.3 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 ，计算过程见下表11。表中还计算了各层的层间弹性位移角由表14可见，最大层间弹性位移角发生在第3层，其值为1/5991/550，满足图 4 楼层地震剪力5.1.4 水平地震作用下框架内力计算以平面图中（6）轴线横向框架内力计算为例，说明计算方法，其余框架内力计算略。框架柱端剪力及弯矩分别按式和 计算，其中取自表5，取自表7，层间剪力取自表13。各柱反弯点高度比y按式确定，其中由表查得。本计算中底层柱需考虑修正值，第2层柱需考虑修正值，其于柱均无修正。具体过程及结果见下表14表14横向水平地震作用下的位移验算层次6417.407309920.5711.4130001/52535975.137309921.3310.8430001/224841433.257309921.969.5130001/153031791.797309922.457.5530001/122322050.738752542.345.0930001/128012229.968103762.752.7548001/1744梁端弯矩，剪力及柱轴力分别按式， 和 和式计算。其中梁线刚度取自表2，具体过程见表15。表15 各层柱端剪力及弯矩计算层次/m/KN边柱y63.0417.4073099292465.280.3070.11.5814.2553.0975.13730992924612.330.3070.259.2527.7543.01433.25730992924618.130.3070.3519.0435.3533.01791.79730992924622.670.3070.427.2040.7923.02050.738752551013623.750.3420.5136.3434.9114.82229.968103761432739.420.2770.89168.4220.82续表15层次/m/KN中柱y63.0417.407309922389813.651.050.3514.3326.6153.0975.137309922389831.881.050.438.2657.3843.01433.257309922389846.861.050.4563.2677.3133.01791.797309922389858.581.050.4579.0896.6523.02050.738752552575260.341.1790.590.5190.5114.82229.968103762072657.030.9610.65177.9495.82注：表中M量纲为V量纲为kN 表16 梁端弯矩剪力及柱轴力计算层次边横梁 中横梁 柱轴力边柱（A）边柱（C）614.2510.214.55.4416.4016.402.413.675.448.23529.3427.514.510.1644.2044.202.436.8315.6034.90444.6044.334.519.7371.2371.232.459.3635.3374.53359.8361.354.529.1398.5798.572.482.1464.46127.54262.1165.064.535.70104.53104.532.487.11100.16178.95157.1572.744.535.93113.58113.582.494.65136.09237.67图 5 左地震作用下框架弯矩图，梁端剪力及柱轴力图5.2 横向风荷载作用下框架内力和侧移计算5.2.1 风荷载标准值风荷载标准值按式，基本风压由荷载规范第7.3节查得:3/42.0=0.12由表查得 V=0.40；，由表查得: 取图轴线横向框架，其负载宽度为3.9m,由式得沿房屋高度的分布风荷载标准值为：根据各楼层标高处的高度由表1.11查取,代入上式可得各楼层标高处的 q(z),见下表17；q(z)沿房屋高度的分布见图 6（a）表17 沿房屋高度分布风荷载标准值层次619.819.810.841.602.30516.819.80.850.761.572.03413.819.80.700.741.471.87310.819.80.550.741.371.7427.819.80.390.741.271.6114.819.80.240.741.171.48荷载规范规定，对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋结构，应采用风振系数来考虑风压脉动的影响。本设计中房屋高度H=19.5m1.5,由表14可见沿房屋高度1.16-1.61范围内变化，即风压脉动的影响较大。因此，该房屋应考虑风压脉动的影响.框架结构分析时，应按静力等效原理将图6（a）的分布风荷载转化为节点集中荷载（a）风荷载沿房屋高度的分布（单位:kN/m） (b)等效节点、集中风荷载（单位:kN）图 6 框架上的风荷载荷载规范规定，对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋结构，应该用风振系数来考虑风压脉动的影响。本工程房屋高度H=19.3m1.5，由表17可见，沿房屋高度在0.74到0.84范围内变化，即风压脉动的影响教小。框架结构分析时，应按静力等效原理将图6（a）的分荷载转化为节点集中荷载，如图6（b）所示。例如计算第4、5层集中荷载、的计算过程如下： 5.2.2 风荷载作用下的水平位移验算根据图6（b）所示的水平荷载由式计算层间剪力，然后依据表12求出轴线框架的层间侧移刚度，再按式计算各层的相对侧移和绝对侧移。计算过程见表18表18 风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算层次12345611.468.499.129.8511.046.0756.0344.5736.0826.9617.116.077010671775662896628966289662890.800.620.540.410.260.090.801.421.962.372.632.721/60061/48311/55121/73771/116261/32789由表18可见，风荷载作用下框架的最大层间位移角为1/11626远小于1/550，满足规范要求。5.2.3 风荷载作用下框架结构内力计算风荷载作用下框架结构内力计算过程与水平地震作用下的相同，计算略图轴线横向框架在风荷载作用下的弯矩。梁端剪力及柱轴力见表（19）图7表19各层柱端剪力及弯矩计算层次/m/KN边柱y63.06.076628992460.850.3070.10.252.2853.017.116628992462.390.3070.251.795.3743.026.9556628992463.760.3070.353.957.3333.036.086628992465.030.3070.46.049.0623.044.5771775101366.290.3420.519.639.2514.255.03701061432711.250.2770.8948.045.94层次/m/KN中柱y63.015.8354564160854.670.6040.253.5010.5153.029.9254564160858.830.6040.359.2717.2243.042.30545641608512.480.6040.4014.7822.4633.053.04545641608515.650.6040.4521.1325.8223.062.19545641608518.350.6040.5128.0826.9714.869.93393451244322.120.8260.6661.3231.59表20梁端弯矩剪力及轴力计算层次边横梁中横梁柱轴力边柱（A）边柱（C）中柱（B）62.281.644.50.87