毕业设计（论文）-荷载效应计算----青岛校区学生公寓南楼B座设计.doc

荷载效应计算毕业设计荷载效应计算-青岛校区学生公寓南楼B座设计学生姓名：学 号：专业班级：指导教师： 摘 要本论文为中国石油大学（华东）青岛校区学生公寓南楼B座设计。按照要求平面形式布置为通廊式公寓格局，每个房间布置6个床位、均设阳台，集中式卫生间、盥洗室，楼内设置洗衣房、淋浴间、活动室等附属用房。该建筑采用钢筋混凝土框架结构，六层。结构设计主要进行了：确定梁、柱截面尺寸及框架计算简图，荷载计算，框架的弹性侧移验算，内力分析，内力组合，梁、柱截面设计，楼板、楼梯和桩基础设计等。手算结果表明：当风荷载比地震作用小时，在进行地震作用抗侧移验算的同时可不需要进行风荷载的抗侧移验算；在桩基设计时，应根据地质条件、荷载大小等因素合理选择桩体和承台的类型。关键词:荷载计算；内力分析；侧移验算；桩基础ABSTRACTChina University of Petroleum（East of China） is going to build students apartments. This project is the south building of students apartments. The plane shape of this building must be propylaea pattern, and there are six beds in one room, concentrated toilets and bathrooms. Every room should have a balcony. Besides, it should have washhouse, shower rooms, active rooms, and so on. This building is reinforcing concrete frame structure, below six layers. The main content of the design includes the design data ,the decision of the sectional dimension of beam and column, simplified sketch of structure, the calculation of load and check the sideway of the frame , analysis and combination of member force, design of sectional sizing ,stairway, floor, and pile foundation etc.Through calculation, we can get the conclusion as follow: if the wing load is much lighter than the earthquake action, we dont need to check the sideway of frame under the wind load when we check the sideway under the earthquake action. When it comes to design of pile foundation, we should select the style of the pile and platform reasonably.Keywords: Calculation of the load; Analysis of internal force; Checking of the sideway; Pile foundation目 录第1章 前言1第2章 工程概况与设计资料22.1工程概况222设计资料2第3章 结构布置及结构计算简图4 3.1初估各梁截面尺寸4 3.2柱网布置433结构计算简图4第4章 荷载计算64.1恒荷载计算64.2活荷载计算84.3风荷载计算104.4重力荷载代表值10第5章 荷载效应计算125.1水平地震作用下框架的侧移计算125.2水平地震作用下框架内力计算175.3风荷载作用下框架的层间侧移验算195.4风荷载作用下框架内力计算2055恒荷载作用下框架内力计算215.6活荷载作用下框架内力计算29第6章 内力组合336.1梁内力组合336.2柱内力组合33第7章 框架梁、柱截面设计347.1梁截面设计347.2柱截面设计40第8章 板结构设计498.1设计资料498.2荷载设计值计算498.3计算跨度498.4弯矩计算508.5截面设计51第9章 楼梯设计529.1楼梯板设计529.2平台板设计539.3平台梁设计54第10章 桩基的设计5610.1桩的平面布置及承载力验算5610.2 承台板厚度验算5810.3 承台受弯承载力计算59第11章 结论61致谢62参考文献63附录A64附录B66第1章 前 言毕业设计是对大学四年所学基础知识和专业知识的回顾和总结，是培养学生综合运用所学知识解决实际问题的一个重要环节。通过本次毕业设计的综合训练，使学生掌握结构设计的基本方法和步骤；熟悉进行实际工程设计的基本流程；熟悉相关的设计规范；培养学生建筑设计、理论计算、实验研究、综合管理、外文和计算机应用能力，以及进行社会调查、查阅文献资料和文字表达等基本技能；为将来独立从事设计工作奠定基础。框架结构的设计已日趋完善，其涉及到的主要技术问题有结构荷载计算、内力计算、梁柱板等构件的截面设计等内容。框架结构的荷载计算和内力计算是整个结构设计的重要内容。框架结构主要承受竖向荷载和水平荷载作用，是一个空间受力体系，但是在实际工程中，一般都将其简化为平面结构进行计算。目前已发展了多种平面框架的内力计算方法。如计算水平荷载效应的反弯点法和D值法等。由于在水平荷载效应计算中，反弯点法做了梁柱之间的线刚度比为无穷大、柱子反弯点高度为定值等一系列假定，使得计算结果与实际工程有较大差距，所以目前应用的较多的是对柱的抗侧刚度和反弯点高度进行了修正的D值法。本课题结合青岛校区D型学生公寓工程进行，主要进行学生公寓南楼B座的设计。设计内容包括建筑设计与结构设计两部分，以结构设计为主。建筑设计主要包括建筑方案的确定和建筑施工图的绘制。结构设计主要完成一份完整的结构计算书和绘制结构施工图。结构设计计算书的主要内容包括：结构方案选择及布置、计算简图与荷载计算；内力计算及内力组合；框架设计；楼板（盖）设计；楼梯设计；基础设计。结构施工图包括：楼板（盖）结构布置图；框架梁柱配筋图；楼梯配筋图及详图；基础平面图及详图；并附必要的建筑设计和结构设计说明。第2章 工程概况与设计资料2.1 工程概况中国石油大学（华东）青岛校区拟建学生公寓,需满足2600个总床位的要求，分南北楼，共3栋。要求建筑风格与校区的总体规划相符，平面形式为通廊式公寓格局，每个房间可布置6个床位，集中式卫生间、盥洗室，每个房间均设阳台。楼内设置洗衣房、淋浴间、活动室等附属用房。本论文为南楼B座设计，钢筋混凝土框架结构，初步确定平面总尺寸约为5318，建筑层数为地上六层，标准层层高3.20m。2.2 设计资料（1）设计标高：室内设计标高0.000相对于绝对标高5.60m，室内外高差600mm。（2）墙身做法：墙身为蒸压粉煤灰砖，用M5混合砂浆砌筑，内粉刷为混合砂浆底，纸筋灰面厚20mm，“803”内墙涂料两度，外粉刷为1：3水泥砂浆底，后20mm，陶瓷锦砖贴面。（3）屋面做法：二毡三油防水层，冷底子油热玛蹄脂二道，200mm厚水泥石保温层，20mm厚水泥砂浆找平层，120mm钢筋混凝土整浇层，15mm厚粉底。（4）楼面做法：水磨石地面、120mm厚钢筋混凝土整浇层、15mm厚粉底。混凝土强度等级为C25，纵筋2级，箍筋1级。（5）卫生间楼面做法：细石混凝土找坡最薄处30mm厚坡向地漏0.5%，15mm厚水泥砂浆找平，1.5mm厚聚氨酯防水涂料，25mm厚1：3干硬性水泥砂浆结合层，10mm厚防滑地面砖（300mm300mm）、稀水泥擦缝。（6）门窗做法：塑钢框玻璃窗。（7）地质资料：属于级建筑场地。（8）气象资料：气象资料：平均气温12.30C,最高气温250C，最低气温-0.40C；极端最高气温34.40C，极端最低气温-160C。主导风向：冬季-西北，夏季-东南，基本风压0.60kPa。最大积雪深度230mm，基本雪压0.20kPa。（9）抗震设防：建筑抗震设防烈度6度，设计基本地震加速度0.05g，设计地震分组为第二组1。（10）活荷载：屋面活荷载2 kN/ m2 ； 宿舍楼面活荷载2 kN/ m2； 走廊楼面活荷载2 kN/ m22。（11）所用材料：混凝土C25 ： fc=11.9N/,ft3；混凝土C30 fc=14.3N/,ft；HPB235级钢筋 ：fy=210N/；HRB335级钢筋：fy=300N/，=0.55。第3章 结构布置及结构计算简图3.1 确定各梁柱截面尺寸 3.1.1 初估梁截面尺寸边跨梁：h=（/121/8）L=600900 取h=700mm b=300mm中跨梁：h=600mm b=250mm柱间联系梁：bh=250mm600mm 现浇楼板厚120mm3.1.2 柱截面估算假定结构每平方米总荷载设计值为12kNN=1273.68=1814.4kN 取bh=400mm400mm =0.793=0.9所以可以取bh=400mm400mm。3.2 柱网布置柱网布置图如图3-1。3.3 结构计算简图3.3.1计算梁柱的线刚度边跨梁：i=2E1/120.250.5/77.4410E(m)中跨梁：i=2E1/120.250.5/2.124.810E(m)上柱： i=E1/120.40.4/3.26.6710E(m)下柱： i=E1/120.40.4/4.34.9610E(m) 3.3.2 柱子的高度的确定标准层：h=3.6m；底层：h=3.6+0.45+0.5=4.85m；取出轴线一榀框架并计算各梁、柱线刚度，得计算简图如图3-2所示。图3-1 柱网布置图 图3-2 结构计算简图（注明：图中的数字为梁柱的线刚度，单位为10-4E（m3）第4章 荷载计算4.1 恒荷载计算 4.1.1 屋面框架梁线荷载标准值20厚1：3水泥砂浆找平层 kN/二毡三油防水层： 0.35 kN/冷底子油热玛蹄脂二道： 0.05 kN/200mm厚水泥石保温层： 0.26=1.2 kN/120mm钢筋混凝土整浇层： 0.1225=3 kN/15mm厚粉底： 0.01517=0.26 kN/共计 5.26 kN/边跨（AB，CD）跨框架梁自重： 0.250.525=3.13 kN/m梁侧粉刷： 2（0.5-0.12）0.01517=0.1938 kN/m共计 3.32 kN/m中跨（BC跨）跨框架梁自重： 0.250.525=3.125 kN/m梁侧粉刷： 2（0.4-0.12）0.01517=0.1428 kN/m共计 3.27kN/m因此作用在顶层框架梁上的线荷载为：g6AB1= g6CD1= 3.32 kN/m g6BC1=3.27kN/mg6AB2= g6CD2= 5.263.6=18.94kN/m g6BC2=11.05 kN/m。 4.1.2 楼面框架梁线荷载标准值水磨石地面： 0.65 kN/120mm厚钢筋混凝土整浇层： 0.1225=3 kN/15mm厚粉底： 0.01517=0.255 kN/共计 3.91kN/边跨梁及梁侧粉刷： 3.32 kN/m边跨填充墙自重： 0.24（3.2-0.5）16=10.37kN/m墙面粉刷： （3.2-0.5）0.015172=1.38kN/m共计 11.75 kN/m中跨框架梁及梁侧粉刷： 3.27 kN/m因此，作用在中间层框架梁的线荷载为：gAB1= gCD1= 3.32 +11.75=15.07kN/m gBC1=3.27 kN/mgAB2= gCD2= 3.913.6=14.08kN/m gBC2=8.21 kN/m。 4.1.3 屋面框架梁节点集中荷载标准值边柱联系梁自重： 0.250.53.625=11.25kN粉刷： 0.015（0.5-0.12）23.617=0.7 kN1m女儿墙自重： 13.60.2416=13.82 kN粉刷： 10.01523.617=1.836 kN联系梁传来屋面自重： 3.63.65.26/4=17.04 kN顶层边节点集中荷载： G6A=G6D=44.65kN中柱连系梁自重： 0.250.53.625=9kN粉刷： 0.015（0.4-0.12）23.6170.51kN连系梁传来屋面自重： （3.6+3.6-2.1）2.15.26/414.09kN3.62.15.26/49.9kN G6B=G6C=33.53kN4.1.4 楼面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重： 11.25kN粉刷: 0.7kN铝合金窗自重： 2.41.80.451.94kN窗下墙体自重： 0.240.93.21611.06kN粉刷： 20.0150.93.2171.47kN窗边墙体自重： 0.240.4（3.2-1.4）162.76kN粉刷： 0.4（3.2-1.4）20.01517=0.37kN框架柱自重： 0.40.43.22512.8kN粉刷： 0.0153.217（0.4-0.24）3+0.40.718kN连系梁传来楼面自重： 3.63.63.91/412.67kN中间层边节点集中荷载 GA=GB=55.74kN中柱连系梁自重： 9kN粉刷： 0.51kN内纵墙自重： 3.2（3.2-0.4）0.241634.41kN粉刷： 3.2（3.2-0.4）20.015174.57kN扣除门窗洞口加上门重： -2.11.0（5.24-0.2）-10.58kN框架柱自重： 12.8kN粉刷： 0.718kN联系梁传来楼面自重： （3.6+3.6-2.1）2.13.91/410.47kN3.61.83.91/212.67kN中间层中节点集中荷载： 74.57kN 4.1.5 恒荷载作用下的结构计算图恒荷载作用下的结构计算图见图4-1。4.2 活荷载计算屋面活荷载0.5 kN/，雪荷载 0.2 kN/，所以只考虑两者中的大值。p6AB=p6CD=3.60.5=1.8kN/m p6BC=0.52.1=1.05 kN/mP6A=P6D=3.63.60.5/4=1.62 kN/mP6C=P6B= (3.6+3.6-2.1) 1.050.5/2+3.63.60.5/4=2.96kNpAB=pCD=23.6=7.2kN pBC=22.1=4.2 kN/mPA=PD=3.63.62/4=6.48 kN/mP6C=P6B= (3.6+3.6-2.1) 1.052/2+3.63.62/2=11.84kN活荷载作用下的结构计算简图见图4-2。图4-1 恒荷载作用下的结构计算图图4-2 活荷载作用下结构计算简图4.3 风荷载计算风压标准值计算公式 zzs0。 因为结构高度为H20.3m30m 取风振系数z1.0； 风荷载体型系数s=1.3；风压高度变化系数z根据规范查询得。风荷载计算见表4-1。表4-1 风荷载计算表层次zsz（m）z0A（）Pw（kN）611.319.81.2460.69.369.10511.316.61.1750.611.5210.56411.313.41.090.611.529.79311.310.21.0060.611.529.04211.370.880.611.527.91111.33.80.6080.612.65.98注：z为计算框架节点至室外地坪的高度。风荷载作用下结构计算简图如图4-3。4.4 重力荷载代表值由设计资料可知，该地设防烈度为6度，类场地，采用C25混凝土现浇六层框架结构，抗震等级为四级。其计算简图可表示为有6个集中质量的多自由度体系，楼、屋盖处的集中荷载代表值计算如下：顶层G6屋面荷载+50屋面活荷载+屋盖纵横梁自重+女儿墙自重+屋面下半层的柱及墙自重9113.88 kN标准层Gi第三层楼面荷载+50楼面活荷载+第三纵横梁自重+楼面上下半层的柱及墙自重11010.37 kN底层G1第一层楼面荷载+50楼面活荷载+第一纵横梁自重+楼面上下半层的柱及墙自重12076.43 kN建筑物总重力荷载代表值为：G=9113.88+411010.37+12076.43=65251.79 kN地震荷载作用简图如右图4-4。 图4-3 风荷载作用下得结构计算简图图4-4 地震荷载作用简图第5章 荷载效应计算5.1 水平地震作用下框架的侧移计算 5.1.1 梁的侧移刚度对于现浇楼盖，在计算框架梁的截面惯性矩时，对边框架梁取Ib=1.5I0（I0为矩形梁的截面惯性矩）；对中框架梁取Ib=2 I0，采用C25混凝土，Ec=2.80104N/mm2。梁的线刚度计算如表5-1。表5-1 梁的线刚度计算表梁号截面bh（m2）跨度惯性矩/10-3m4边框架梁中框架梁Ib=1.5I0kb（104）Ib=2I0kb（104）L10.50.257.002.63.91.565.22.08L20.50.252.102.63.92.605.23.47L30.50.253.62.63.93.035.24.04L40.50.255.42.63.92.025.22.70L50.50.253.92.63.92.805.23.73L60.50.253.62.63.91.525.22.02L70.50.255.42.63.91.015.21.35L80.50.253.92.63.91.405.21.87L90.50.257.52.63.90.735.20.97L100.50.257.52.63.91.465.21.94 5.1.2 柱的线刚度柱的线刚度计算如表5-2。 表5-2 柱的线刚度计算柱号截面bh（m2）柱高/m惯性矩Ic=bh3/12（m4）线刚度Kc/kNmZ10.40.44.32.1310-31.39104Z20.40.43.22.1310-31.86104横向框架计算简图见图5-1。图5-1 横向框架计算简图（杆件附近的数字为梁或者柱的线刚度，单位：104 kNm） 5.1.3 横向框架柱侧向刚度横向框架柱侧向刚度D值计算见表5-3。表5-3 横向框架柱侧向刚度D值计算表层次柱类型K=Kb/2Kc(一般层） K=Kb/Kc（底层）=K/（2+K）（一般层）=（0.5+K）/（2+K）各柱刚度Dim=12Kc/h2根数底层边框边柱1.120.51946844边框中柱2.990.69963094中框边柱1.50.571515528中框中柱3.990.750676220D323552标准层边框边柱0.840.29664474边框中柱2.340.539117524中框边柱1.120.359782528中框中柱2.980.5981304320D552746 5.1.4 横向框架自振周期按定点位移法计算框架自振周期T1=1.70 （5-1）式中 0考虑填充墙影响的周期调整系数，取0.60.7，本工程中 0=0.6； 框架的顶点位移； T1自振周期。横向框架顶点位移的计算见表5-4。 表5-4 横向框架顶点位移的计算表层次Gi/kNGi/kND/kN/m层间相对位移=Gi/Di/m69133.889133.885527460.01650.4835511010.3720144.255527460.03640.4670411010.3731154.625527460.05640.4305311010.3742164.995527460.07630.3742211010.3753175.365527460.09620.2979112076.4365251.793235520.20170.2017所以T1=1.70=1.70.6=0.7092（s） 5.1.5 横向地震作用由抗震规范查得在类场地，6度区，结构特征周期Tg和地震影响系数max，Tg=0.4（s），max=0.04。因为T1= 0.7092（s）Tg=0.4（s），=maxT1= 0.7092（s）1.40.4=0.56(s)，应考虑顶点附加地震作用。n=0.08 T1 +0.01=0.0727结构横向总水平地震作用标准值： FEK=Geq=max0.85Geq=1325.05kN各层横向地震剪力计算如下表5-5。Fi=，ue=表5-5 各层横向地震作用下Fi、Vi、ue计算层次hiHiGi(kN)GiHi(kNm)GiHi/GiHiFiVi(kN)D( kN/m) ue10-3m63.220.391331854180.2382922925527460. 553.217.1110101882770.2422975895527461.143.213.9110101530440.1962418315527461.533.210.7110101178110.15118610165527461.823.27.511010825780.10613011475527462.114.34.312076519290.06781.912293235523.8779057 5.1.6 横向框架抗震变形验算多遇地震作用下，层间弹性位移验算见下表5-6。表5-6 横向变形验算层次hi(m)Vi(kN)D(kN/M)ue(m)层间相对位移e63.2292.445527460.00051/604853.2589.395527460.00111/300143.2830.775527460.00151/212933.21016.585527460.00181/174023.21146.825527460.00211/154214.31228.723235520.00381/1132层间弹性相对转角均满足要求ee=1/550。横向框架各层水平地震作用、地震剪力分布图见图5-2。图5-2 横向框架各层水平地震作用、地震剪力分布5.2 水平地震作用下框架内力计算以轴横向框架为例进行计算，在水平地震作用下框架柱剪力及弯矩计算采用D值法，其计算如表5-7。在水平地震作用下框架柱弯矩及剪力和轴力图见图5-3、5-4。图5-3 地震荷载作用下的弯矩图（kNm）37图5-4 地震荷载作用下的剪力和轴力（kN）5.3 风荷载作用下框架的层间侧移验算风荷载作用下的结构计算简图如图4-3所示。内力计算采样D值法。横向风荷载作用，横向框架层间弹性位移验算结果如表5-8所示。表5-8 横向框架层间弹性位移验算层号层间剪力V /kN层间刚度D/kN/m Hu/ H69.15527460.0000163.21/194372550519.665527460.0000363.21/89969429.455527460.0000533.21/60061338.495527460.0000703.21/45954246.45527460.0000843.21/38120152.383235520.0001624.31/26561从表中所列验算结果可以看出，横向风荷载作用的弹性变形满足要求。5.4 风荷载作用下框架内力计算由第3.3节可知结构在风荷载作用下的计算简图 ，由D值法计算结构在风荷载作用下的内力。计算过程及结果见表5-9至5-10。风荷载作用下框架的弯矩、剪力、轴力图见5-5、5-6。表5-9 风载作用下的柱端弯矩层次边柱中柱60.1880.710.363.531.950.312.840.455.004.0950.1883.700.417.034.800.316.1340.1410.808.8340.1885.540.459.757.970.319.190.514.7014.7030.1887.330.4612.6010.560.3112.000.519.2019.2020.1888.720.513.9613.960.3114.480.523.1623.1610.21611.310.614.4821.720.2915.030.5521.6526.46表5-10 梁端风载弯矩和轴力层次边柱处中柱处剪力轴力McMcAB梁BC梁边柱中柱63.5-3.550.38-1.9-3.1-0.77-3.0-0.77-2.2159.0-9.014.90.38-5.6-9.3-2.08-8.9-2.85-6.79414.6-14.623.50.38-8.8-14.7-3.34-14.0-6.19-10.7320.6-20.633.90.38-12.7-21.2-4.75-20.2-10.9-15.4224.5-24.542.40.38-12.9-26.5-5.77-25.2-16.7-19.4128.4-28.444.80.38-16.8-28.0-6.46-26.7-23.2-20 图5-5 风荷载作用下框架的弯矩图（kNm） 图5-6 剪力、轴力图（kN）5.5 恒荷载作用下框架内力计算 5.5.1 计算方法的选用 取出顶层、标准层进行分析。其结构计算简图见图5-7、5-8所示。 图5-7 顶层荷载计算简图 图5-8 底层、中间层荷载计算简图 5.5.2 等效均布荷载的计算图5-7、5-8中梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成，先将梯形分布荷载及三角形分布荷载化为等效均布荷载（见图5-9、5-10），等效均布荷载的计算公式如图5-11所示。根据固端弯矩相等的原则可知：图5-9 顶层等效均布荷载 图5-10 底层、中间层等效均布荷载 (5-2)式中 为矩形均布荷载峰值；为梯形均布荷载峰值；=a/l=1.8/7=0.257(如图5-11)。图5-11 梯形