土木工程毕业设计（论文）-旅馆建筑与结构设计.doc

前言本设计是按照学院2014年毕业设计要求编写的毕业设计。题目为“*旅馆建筑与结构设计”。内容包括建筑设计、结构设计两部份。知识的积累将成为我们日后学习、工作、继续深造和生活的资本和力量。本次设计能够帮助我们把所学的基础知识及专业知识综合化和系统化，成为一个完整而统一的知识体系，为我们以后的工作和继续深造打下了坚实的基础,使每一位同学都受益匪浅。框架结构的设计始于欧美，二十世纪后得到了世界各地大范围的使用，其结构建筑平面布置灵活，使用空间大。延性较好。其具有良好的抗震能力。对旅馆楼等重要建筑结构非常适用。能满足其较大的使用面积要求。框架结构的研究，对于建筑的荷载情况，分析其受力，采用不同的方法分别计算出各种荷载作用下的弯矩、剪力、轴力，然后进行内力组合，挑选出最不利的内力组合进行截面的承载力计算，保证结构有足够的强度和稳定性。在对竖向荷载的计算种采用了弯矩分配法，对水平荷载采用了D值法，对钢筋混凝土构件的受力性能，受弯构件的正截面和斜截面计算都有应用。本结构计算选用一榀框架为计算单元，采用手算的简化计算方法，其中计算框架在竖向荷载下的内力时使用的弯距二次分配法，不但使计算结果较为合理，而且计算量较小，是一种不错的手算方法。本设计主要通过工程实例来强化大学期间所学的知识，建立一个完整的设计知识体系，了解设计总过程，通过查阅大量的相关设计资料，提高自己的动手能力。这次设计是在结构教研室各位老师的悉心指导下完成的，在此向你们表示衷心的感谢！鉴于水平有限，设计书中还存在不少缺点甚至错误，敬请老师批评和指正。1 建筑设计1.1 设计资料1) 工程名称： *旅馆2) 气象条件：*地区，C类地面，基本风压KN/ m3) 工程地质条件：建筑物场地地形平坦，经勘探未发现地下水，场地位2类一组 (抗震结构规范表3.2)地震设防烈度为7度，抗震等级为二级。1.2 工程概况 本项目为6层钢筋混凝土框架结构体系，占地面积约为1391.04，总建筑面积约为8346.24；底层层高3.6m,标准层层高3.3m，平面尺寸27.6m50.4m。室内地坪为0.000m，室内外高差0.45m。 框架梁柱现浇，屋面、楼面分别采用120mm和100mm厚现浇钢筋混凝土。1.3 材料使用1）混凝土：梁柱板均使用C30混凝土。2）钢筋：纵向 受力钢筋采用热轧钢筋HRB335,其余采用热轧钢筋HPB235。3）墙体：a. 外纵墙采用390厚混凝土空心小砌块，两侧墙体均为20厚抹灰。b. 内隔墙采用250厚水泥空心砖,两侧均为20mm厚抹灰。c. 卫生间隔墙采用60厚砖墙，内侧贴瓷砖（0.5KN/）外侧为20厚抹灰。D. 女儿墙采用250厚加气砼砌块（7KN/）两侧均为20厚抹灰，墙高900mm。 4）窗：均为铝合金窗（0.4KN/m2）。5）门：除，为铝合金门（0.4KN/m2），其它均为木门(0.2KN/m2)。1.4 结构选型 1） 结构体系选型：采用钢筋混凝土现浇框架结构体系。 2） 屋面结构：采用现浇混凝土肋型屋盖，刚柔性结合的屋面，屋面板厚120mm。 3） 楼面结构：采用现浇混凝土肋型屋盖，板厚100mm。4）楼梯结构：采用现浇板式双跑楼梯。5） 天沟：采用现浇天沟。2 结构方案2.1结构体系 本建筑为旅馆办公楼，内设有客房、娱乐室、餐厅等，房间使用面积变化大，故选择建筑平面布置比较灵活的框架结构体系，框架结构建筑立面容易处理，结构自重较轻。且本建筑楼层数为六层，选用钢筋混凝土框架结构能够获得较好的经济效益。2.2 结构布置及梁,柱截面尺寸的初选2.2.1梁柱截面尺寸初选 主体结构共6层，首层层高为3.6m，2-6层高均为3.3m，建筑总高为20.1m。根据旅馆的使用功能要求，并考虑柱网的布置原则，本工程主体柱网为7.2m7.8m和7.2m2.1m。楼面板厚取100 mm：=90mm ；屋面板取120mm。 1）梁截面尺寸的估算：1.AB跨：(1).主梁：L=7800高 =（）7800=975mm650mm ,取700mm宽 b=（）=350mm200mm ,取300mm故框架横纵梁的截面尺寸为bh=300700;(2).次梁：L=7200 =（）7200=900mm600mm ,取700，b取300故框架次梁的截面尺寸为bh=3007002.BC跨：(1).主梁：L=2100=（）2100=262mm175mm,取450b=（）=225mm150mm ,取250mm 故框架梁的截面尺寸为bh=250450表2-1估算梁的截面尺寸（）及各层混凝土强度等级Tab 2-1 The sectional size of a roof beam of the form and grade of intensity of every layer concrete层数混凝土强度等级横梁（bh）纵梁（bh）次梁（bh）AB,CD,EF跨BC,DE跨16C30300700250450300700300700 2）柱截面尺寸的估算框架柱截面尺寸根据柱的轴压比限制，按下式计算：1.柱组合的轴压比设计值按照公式11计算： (11)式中：为考虑地震作用组合后柱轴力压力增大系数，边柱取1.3，等跨内柱取1.2,不等跨取1.25；: 为按照简支状态计算柱的负荷面积；：为折算后在单位面积上的重力荷载代表值，近似取14KN/;: 为验算截面以上楼层层数；2.框架柱验算 (12) 注： 为框架柱轴压比限值，本方案为二级框架，则取0.8为混凝土轴心抗压强度设计值，本方案为C30混凝土，则取14.3kN/ 2由计算简图21可知边柱和中柱的负载面积可知：中柱：（7.27.2）/2(7.8+2.1)/2=7.24.95边柱：（7.27.2）/27.8/2=7.23.9边柱：=（1.21.37.23.9141036）/19.110.8=240812mm 2中柱：=（1.21.257.24.95141036）/19.110.8=293890mm 2根据上述计算结果，并综合考虑其他因素，取柱截面为正方形，初步估计柱的尺寸为600600360000293890mm 2，为计算简便中柱和边柱的尺寸相同，均为600600。 故初选柱的尺寸为600600；2.2.2 结构布置如图2-2 所示： 图2-1 结构平面布置图Figure 2-1 structure of a floor plan 注：梁的尺寸：L1=300700, L2=300700,L3=250450，边柱、内柱的尺寸均为：6006002.3框架结构的计算简图 图2-2 结构计算简图 Fig.2-2 Drawing of the structural design注：室内外高差0.45m,基础埋深0.5m,h=0.45+0.5+3.6=4.55m3 重力荷载计算3.1 屋面及楼面的永久荷载标准值 1)屋面 上人屋面30mm厚细石混凝土保护层 高聚物改性沥青防水卷材 20mm厚1:3水泥蛭石砂浆保温层 40mm厚1:8水泥膨胀珍珠岩 20mm厚1:3水泥砂浆找平 100mm厚现浇钢筋混凝土屋面板 20mm厚板下混合砂浆抹面 合计：4.81 KN/ 2)15层楼面：大理石面层，水泥砂浆擦缝30厚1：3干硬性水泥砂浆面上撒2厚素水泥 1.16KN/水泥浆结合层一道结构层：100厚现浇钢筋混凝土板0.1m252.5KN/抹灰层：10厚混合砂浆0.01m170.17KN/合计：3.83 KN/ 3)女儿墙 6厚水泥砂浆罩面 0.00620=0.12 kN/m212厚水泥砂浆打底 0.01220=0.24 kN/m2240厚砖墙 0.2417 =4.080 kN/m2 20厚水泥砂浆找平层 0.0220 =0.4 kN/m2合 计：4.84kN/m2 4)楼梯，水泥砂浆楼面构造层：0.5KN/结构层：100厚现浇钢筋混凝土板0.1m252.5KN/抹灰层：10厚混合砂浆0.01m170.17KN/合计：3.17 KN/3.2 屋面及楼面可变荷载标准值 1)根据荷载规范查得: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（旅馆）浴室、厕所活荷载标准值 2.0 kN/ m走廊、门厅、活荷载标准值 2.0 kN/ m 2)雪荷载: Sk=1.00.45 KN/=0.45KN/ 屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者取大者.3.3 梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算 1）梁、柱可根据截面尺寸，材料容重及粉刷等计算出单位长度上的重力荷载；对墙、门、窗等可计算出单位面积上的重力荷载。计算结果见表3-1。 表3-1 梁、柱重力荷载标准值 Tab 3-1 Roof beam , post gravity load standard value层次构件b，mh，m，kN/mG，kN/mli，mnGi，kNGi，kN1边横梁0.300.7025.001.055.5137.2271071.633429.57中横梁0.250.4525.001.052.9531.51879.73次梁0.300.7025.001.055.5137.5618750.14纵梁0.300.7025.001.055.5136.6421528.07柱0.600.6025.001.109.9003.6541924.56续表3-126边横梁0.300.7025.001.055.5137.2271071.633429.57中横梁0.250.4525.001.052.9531.51879.73次梁0.300.7025.001.055.5137.5618750.14纵梁0.300.7025.001.055.5136.6421528.07柱0.600.6025.001.109.9003.3541764.18注：1）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。2）梁长度取净长；柱长度取层高。2）墙体自重 （1）外墙为390mm厚混凝土空心小砌块，两侧均为20mm厚抹灰，则外墙单位墙面重力荷载为： 11.80.39+170.022=5.282 KN/ m（2）内墙为250mm厚水泥空心砖，两侧均为20mm厚抹灰，则内墙单位墙面重力荷载为： 10.30.25+170.022=4.28KN/ m（3）木门单位面积重力荷载为0.2 KN/ m；铝合金门单位面积重力荷载取0.4 KN/ m，铝合金窗单位面积重力荷载取0.4 KN/ m。（4）客房卫生间隔墙采用60mm厚砖墙，内侧贴瓷砖（0.5KN/ m），外侧为20mm厚抹灰，则卫生间墙单位墙面重力荷载为： 0.0617+0.0217+0.5=1.86KN/ m墙体自重计算见表3-2.表3 -2 墙体重量 Tab 3-2 The weight of wall层次编 号高 度 （m） 长 度 （m）重 量 （KN）1层外墙AB，CD，EF轴3.6-0.7=2.97.2 6=43.25.2822.943.2=661.48BC，DE轴3.6-0.45=3.151.5 4=6.05.2823.156=99.83A轴，F轴3.6-0.7=2.950.45.28232.950.4=1544.04 内墙 B轴2.9364.282.936=446.83C轴2.928.84.282.928.8=357.47D轴2.9364.282.936=446.83E轴2.9364.282.936=446.832轴-8轴3.6-0.7=2.97.818+7.82=1564.282.9156=1936.272-6层外墙AB，CD，EF轴3.3-0.7=2.67.26=43.25.2822.643.2=593.27BC，DE轴3.3-0.45=2.851.54=6.05.2822.856.0=90.32A轴，F轴3.3-0.7=2.650.45.2822.650.4=1384.3内墙B轴2.650.44.282.650.4=560.85C轴2.6364.282.636=400.61D轴2.6364.282.636=400.61E轴2.6364.282.636=400.612轴-8轴3.3-0.7=2.67.837=163.84.282.6163.8=1822.771层墙体自重外墙：661.48+99.83+1544.04-（2.41.825+1.81.810+6.03.0+1.82.13）（5.282-0.4）=1476.68 KN内墙：446.83+357.47+446.83+446.83+1936.27+4.282.945.6-（2.42.19+0.92.110+1.82.12）（4.28-0.2）=3907.19KN一层墙体自重为：1476.68+3907.19=5383.87KN2-6层墙体自重为：外墙：593.27+90.32+1384.3-（1.81.830+2.41.84）（5.282-0.4）=1509 KN内墙：560.85+400.61+400.61+400.61+1822.77+4.282.6130.8-（0.92.136+2.42.12）（4.28-0.2）-（1.51.85）（4.28-0.4）=4669.88 KN2-6层墙体自重为：1509+4669.88=6178.88KN 3）门重力荷载标准值汇总表 表3-3门重力荷载标准值汇总Tab 3-3 Load making variably up value coefficient门 标 号 尺 寸（m）荷载标准值16.03.0G=0.4KN/ m21.52.1G=0.4KN/ m32.42.1G=0.2KN/ m40.92.1G=0.2KN/ m51.62.1G=0.2KN/ m 4）窗重力荷载标准值汇总表表3-4窗重力荷载标准值汇总Tab 3-4 Load making variably up value coefficient窗标号尺寸（m）荷载标准值12.41.8G=0.4KN/ m21.81.8G=0.4KN/ m31.51.8G=0.4KN/ m3.4 重力荷载代表值集中于各质点的重力荷载Gi，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。各可变荷载的组合值系数按表3-5的规定采用：无论是否为上人屋面，其屋面上的可变荷载均取雪荷载。表3-5 可变荷载组合值系数Tab 3-5 Load making variably up value coefficient可变荷载种类组合值系数雪荷载0.5屋面积灰荷载0.5屋面活荷载不考虑续表3-5按实际情况考虑的楼面活荷载1.0按等效均布荷载考虑的楼面活荷载藏书库、档案库0.8其他民用建筑0.5吊车悬吊物重力硬 钩 吊 车0.3软 钩 吊 车不考虑简单的计算过程如下：顶层重力荷载代表值包括：屋面恒载、50%屋面荷载、半层梁自重、半层柱自重、半层墙自重。其它层重力荷载代表值包括：楼面荷载、50%楼面均布活荷载、梁自重、楼面上下个半层的柱自重、墙自重。主体结构总面积 A=27.650.4=1391.04m第一层：G1=3.831391.04+ 0.52.01391.04+3429.57+（1924.56+1764.18）/2 +3.1715.168+（5383.87+6178.88）/2= 17822.12kN第二五层：G2=G3=G4=G5= 3.831391.04+0.52.01391.04+3429.57+1764.18+6178.88+3.1715.168= 18139.43kN第六层：G6=5.81391.04+0.50.451391.04+0.52.01391.04+3429.57+1764.18/2+6178.88/2+4.84(27.6+50.4) 2+3.1715.168= 17976.28 kN机房：Ge =5.815.87.8+0.50.4515.87.8+5.2823.0(7.8+15.8)2+3.1715.168+30= 1568.53kN 注：电梯机房设备近似按30kN计算。综上所诉：各层重力荷载代表值如下： 第一层 G1=17822.12 kN 第三五层 G2=G3= G4= G5=18139.43 kN 第六层 G6= 17976.28 kN 机房： Ge = 1568.53kN 建筑物总重力荷载标准值为:G =17822.12+18139.43 4+17976.28+1568.53= 48920.29 kN 图3-1 各质点重力荷载标准值Fig 3-1 drawing of dynamic calculation4 框架侧移刚度计算4.1框架梁柱的线刚度计算 梁的线刚度；本结构为现浇楼盖，故考虑楼板的影响，对现浇楼面的边框架梁取I=1.5I0（I0为梁的截面惯性矩），对中框架梁取I=2.0I0，对于楼电梯间梁取I=I0。柱线刚度；其中为柱的截面惯性矩，h为框架柱的计算高度。横梁的线刚度计算结果列于表4-1，柱线刚度列于表4-2。表4-1 横梁线刚度计算表Tab 4-1 Line rigidity ib reckoner of the crossbeam类别层次ECN/mmb mmh，mmI0，mm4l，mmEcI0/lNmm1.5EcI0/lNmm2.0EcI0/lNmm边横梁163.01043007008.57510978003.29810104.94710106.5961010走道梁163.01042504501.89810921002.71110104.06710105.4221010表4-2 柱线刚度ic计算表Tab 4-2 Thread rigidity ic reckoner of the post层次hc，mmEc，N/mm2bh，mm2I0，mm4EcI0/hc，Nmm145503.01046006001.08010107.12110102633003.01046006001.08010109.81810104.2横向框架柱侧移刚度D值计算柱侧移刚度D值按下式计算； 式中，为柱侧移刚度修正系数，对不同情况按下式计算；其中表示梁柱线刚度比。根据梁、柱线刚度比的不同，结构平面布置图中的柱可分为中框架中柱和边柱，边框架中柱和边柱以及楼电梯间柱等。现以第26层C-1柱的侧移刚度计算为例，说明计算过程，其余柱的计算过程从略，计算结果分别见表4-3表4-4。第2层C-1柱及与其相连的梁的相对线刚度如图4-1所示，图中数据取自表4-1和表4-2。图4-1 C-1柱及与其相连梁的相对线刚度 Figure 4-1 C-1 column and its connected Liangs relative stiffness则梁柱线刚度比为； =0.918 c= = 0.315得： D =c= 0.315=34079N/mm表4-3中框架各柱侧移刚度D值（N/mm）Tab 4-3 The frame post side of China moves rigidity D value层次边柱（8根）中柱（22根）DicDi1cDi210.9260.487201011.6880.5932447769930220.6720.251271551.2440.380411111121682360.6720.251271551.2440.380411111121682表4-4 边框架柱侧移刚度D值(N/mm)Form 4-4 The frame post side moves rigidity D value层次A-1，A-9，F-1，F-9B-1，B-9，C-1，C-9，D-1，D-9，E-1，E-9DicDi1cDi210.6950.443182851.2660.5412233025178020.5040.201217460.9180.31534079359616360.5040.201217460.9180.31534079359616表4-5 楼，电梯间框架柱侧移刚度D值(N/mm)Tab 4-5 Load making variably up value coefficient层次E-2，E-3，E-4，E-5，E-7，E-8，F-2，F-3，F-4，F-5，F-7，F-8，DicDi1cDi211.1420.523215870.4630.3911613922635620.6120.234253160.3360.14415579245370360.6120.234253160.3360.14415579245370将上述不同情况下得到的同层框架柱侧移刚度相加，即得框架各层层间侧移刚度Di，如表4-6所示。表4-6 横向框架层间侧移刚度（N/mm）Tab 4-6 The side moves rigidity among the horizontal frame layer层次123456Di147743817266681726668172666817266681726668由表可知，D1 / D2=1477438 / 1726668=0.860.7,故该框架为规则框架，满足竖向规划建筑的要求。5 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算5.1 横向自振周期计算本设计采用顶点位移法计算结构自振周期，因建筑为带有屋面局部突出间的房屋，突出间对主体结构顶点位移将产生影响，故按顶点位移相等的原则，将屋面突出部分重力荷载代表值折算到主体结构的顶层，计算如下；按公式5-1 （5-1）将折算到主体结构的顶层，即Ge=1568.53(1+)=1912.00 KN结构顶点的假想位移由公式5-2公式5-4。计算过程间表5-1，其中第6层的Gi为G6与Ge之和。 （5-2） （5-3） （5-4）计算。计算过程见表5-1 表5-1 结构顶点的假想位移计算Tab 5-1 The imagination displacement of the summit pinnacle of the structure is calculated层次Gi，kNVGi，kNDi，N/mmui，mmui，mm619888.2819888.28172666811.52237.27518139.4338027.71172666822.02225.75418139.435616753203.73318139.4374306.57172666843.03171.20续表5-1218139.4392446.00172666853.54128.17117822.12110268.12147743874.6374.63结构基本周期按公式5-5计算；T1=1.7T （5-5）计算基本周期T1,其中T的量纲为m，取T=0.7，则T1=1.70.7=0.58s5.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算本设计中，结构主体高度不超过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计算如下：Geq = 0.85Gi= 0.85109924.65=93435.95KNa1= ()0.9 amax=(0.35/0.58 )0.90.08=0.051FEK = a1 Geq=0.05193435.95=4765.23 KN因1.4Tg=1.40.35=0.49s0.016,剪重比满足要求。5.5水平地震作用下框架内力计算以图2-2中轴线横向框架内力计算为例，说明计算方法，其余框架内力计算从略。设计采用D值法计算水平地震作用下的框架内力。框架柱端剪力及弯矩分别按公式5-10和公式5-11。 Vij= (5-10) Mijb= Vijyh (5-11) Miju= Vij(1-y)h 计算，其中Dij取自表4-3，Dij取自表4-6，层间剪力取自表5-1。各柱反弯点高度比y按公式5-12。 y=y0+y1+y2+y3 (5-12)确定。本例中各层梁截面相同，即线刚度相同故不考虑y1修正值，且只有一，二层分别需考虑修正值y2和y3，其余柱均无修正。具体计算过程及结果见表5-4表5-5。表5-5 各层边柱端弯矩及剪力计算Tab 5-5 The square of post end of every side layer and strength calculated层次hi，mVi，KNDijN/mmDi1Vi1KyMi1bMi1u63.301225.2717266682715519.270.6720.2717.1746.4253.302176.8617266682715534.240.6720.3640.6872.3143.302951.6017266682715546.420.6720.4061.2791.91续表5-533.303549.50 17266682715555.820.6720.4582.89101.3123.303970.5617266682715562.440.6720.50103.03103.0314.554210.5614774382010157.290.9260.65169.4491.23表5-6各层中柱端弯矩及剪力计算Tab 5-6 The square of post end of every side layer and strength calculated层次hi，mVi，KNDijN/mmDi2Vi2KyMi2bMi2u63.301225.2717266684111129.171.2240.3533.6962.5753.302176.8617266684111151.831.2240.4170.13100.9143.302951.6017266684111170.281.2240.45104.37127.5633.303549.50 17266684111184.511.2240.46128.29150.6023.303970.5617266684111194.541.2240.50155.99155.9914.554210.5614774382447769.761.6880.63199.97117.44注：表中M量纲为KNm，V量纲为KN。梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按公式5-13公式5-15 Mbl= (5-13) Mbr= Vb= (5-14) Ni= (5-15)计算。其中梁线刚度取自表5-1，具体计算过程见表5-7。表5-7 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算Tab 5-7 Square of roof beam end , strength and axis of a cylinder calculated层次边横梁走道梁柱轴力MblMbrlVbMblMbrlVb边柱N中柱N646.4234.347.810.3528.2228.222.126.88-10.35-16.53589.4873.877.820.9460.7360.732.157.84-31.29-53.434132.59108.507.830.9189.1989.192.184.94-62.20-107.463162.58139.947.838.78115.03115.032.1109.55-100.98-178.232185.92156.037.843.84128.25128.252.1122.14-144.82-256.531194.26150.077.844.14123.36123.362.1117.49-188.96-329.88注：1）柱轴力的负号表示拉力，当为左地震作用时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。 2）表中M单位为kNm ，V单位为KNm ，N单位为KN，l单位为m。水平地震作用下框架的弯矩图、梁端剪力图及柱轴力图如图所示。图5-2 地震作用下的框架弯矩图Fig 5-2 The sqare of frame under earthquake图5-3 地震作用下的框架梁端剪力及柱轴力图Fig 5-3 The strengh of beam and axis of pillar under earthquake6. 横向风荷载作用下框架结构内力计算6.1 风荷载标准值计算基本风压0=0.45KN/ m T1=0.55s，由荷载规范查得风荷载体型系数s=0.8（迎风面），s= - 0.5（背风面）， C类地区，H/B=20.55/50.4=0.408；由表查v=0.40，T1=0.58s，0T1=0.450.58=0.15KN.s/m,=1.26,则风振系数由下式计算； Z =1+=1+本建筑仍取轴线横向框架，其负载宽度为7.2m，根据各层标高处的高度Hi由表查取z，代入上式可得各楼层标高处的q(z)见下表6-1，q