土木工程毕业设计（论文）-郑州人文学院3#学生公寓楼设计

郑州华信学院毕业设计 郑州人文学院3#学生公寓楼设计第1章 建筑设计说明1.1 工程概况1.1.1 建设地点：河南省郑州市金水路1.1.2 工程名称：郑州人文学院3#学生宿舍楼全套图 纸加扣 3346389411或30122505821.1.3 工程概况： 六层混凝土框架填充墙结构，建筑面积4666m2，楼板及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取120mm，填充墙采用加气混凝土砌块。建筑总高为20.500 m，共6层，每层层高3.30 m，室内外高差0.6 m。1.1.4 地理条件： 夏季主导风向为东南风，冬季主导风向为东北风.基本风压w0=0.45 kN/m2，基本雪压S0=0.4 kN/m2。（1） 地质条件：地面粗糙度为B类。地势较平坦，地表下土层分布较不均匀，分为四层：第一层0-0.8m杂填土；第二层0.8-1.8m粉土层，地基承载力160kPa；第三层1.8-4.8m,粘土层，地基承载力190kPa；第四层4.8-15.0m砾砂层，地基承载力特征值为300kPa。（2） 地下水位：勘察期间，在勘探深度12m以内未见到地下水，由于地下水位埋藏较深设计和施工中可不考虑其影响。 (3) 抗震设防烈度为7度，建筑耐火等级二级，建筑设计基准期为50年。1.2 设计说明1.2.1 设计依据 （1）建设行政主管部分对本项目的批复文件。 （2）与甲方签订的设计合同及经甲方同意的建筑方案。（3）现行国家有关建筑工程设计规范、标准： 宿舍建筑设计规范 (JGJ36-2005) 建筑抗震设计规范 (GB50011-2010) 建筑设计防火规范 (GB50016-2006) 混凝土结构设计规范 (GB50010-2010) 建筑结构荷载规范 (GB50009-2012)1.2.2 方案说明(1)该工程为郑州人文学院3#学生宿舍楼楼，建筑结构形式为钢筋混凝土框架结构，建筑主体高度为20.500 m，基础形式为独立基础。(2)本设计中柱距为7.20m，进深为5.40m。 (3)按二级防火要求，楼梯设在了建筑三分之一处，且在建筑的两端和楼梯口均有安全出口，满足防火要求。(4)本设计中建筑长57.600m，在建筑左右两侧设有厕所，厕所地面低于同层教室地面20mm。(5)为了防潮和预防洪水季节雨水进入室内，设室内外高差，高差600mm。 (6)为了采光通风满足要求，窗地比均大于1/7，窗台高900mm。(7)屋面防水采用三级防水，上人屋面。1.2.3 等级说明(1)根据建筑抗震设计规范，本工程为丙类建筑。(2)本工程安全等级为二级，设计使用年限为50年。(3)本工程抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g。设计地震分组为第一组；场地类别为类。(4)建筑物抗震等级：框架为三级。(5)本工程地基基础设计等级为乙级。1.2.4 建筑防火 (1)建筑分类：二类。 耐火等级:二级 （2） 防火分区：每层设一个防火分区 （3）疏散楼梯形式（封闭）1.2.5 材料与构造(1)材料外墙采用250厚加气混凝土砌块，外抹20抹灰,3mm厚外墙涂料。内墙采用200厚加气混凝土砌块。(2)砌体墙与钢筋混凝土交接处附加400宽钢丝网压缝，水泥钉固定，外抹灰。外墙阻燃聚苯乙烯保温密度20kg/m,导热系数0.042。(3)卫生间结构楼板比楼层标高降低20mm。(4)屋面防水、保温：屋面防水为三级。防水层耐用年限10年。采用SBS防水设防，屋面采用阻燃聚苯乙烯泡沫塑料板阻燃聚苯乙烯保温板密度(5)屋面做法：40厚C30细石混凝土(双向6150)，30厚挤塑板，1.2厚三元乙丙橡胶卷材，20厚1：2.5水泥砂浆找平层(刷基层处理剂一遍)，钢筋混凝土屋面(3%坡度)。(6) 墙身防潮 采用1:2.5水泥砂浆掺3%防水剂20厚与-0.4处（凡有钢筋混凝土梁充满处，可不设防潮层。(7)外墙面作法：外墙为乳白色外墙涂料，楼梯间采用浅兰色外墙涂料，聚合物水泥基防水涂膜1.0厚，1：2.5水泥砂浆打底15厚(掺防水剂)。(8)内墙面作法： 1：1：6水泥石灰砂浆打底15厚，面刮腻子5厚，喷涂内墙乳胶漆涂料；防水做法：(卫生间、厨房等处适用)1：2.5水泥砂浆打底15厚(掺5%防水剂)，纯水泥膏贴200300瓷砖满贴至天花底。(9)墙体作法：本工程框架填充墙为MU5加气混凝土砌块，M5混合砂浆，外墙厚度为250mm，内墙厚度为200mm。 （10）门窗： 塑钢门窗，白玻璃门窗等设计仅给出洞口尺寸，其材料、节点构造及加工安装等均由生产单位负责。 门窗立口：外墙无特殊注明外为外皮内返120立口，内墙立口居中。 木门均采用一二等红松及相近材质木材制作，木材须经干燥处理，含水 率合格后方能加工。 门亮子及一般门的门窗玻璃采用3mm的平板玻璃，镶大块玻璃的玻璃门 窗应采用5mm的平板玻璃。 塑钢玻璃及白玻璃门窗厚度由加工安装单位自定。 门、窗所有五金均按照要求配全。（11）屋面排水 女儿墙外排水，落水管直径为100mm。第2章 结构布置及荷载收集2.1梁、柱截面及柱高的确定 本房屋主体结构为6层,层高均为3.3m。填充墙外墙为250厚加气混凝土砌块，内墙为200厚加气混凝土砌块。楼盖及屋盖采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚为100mm。梁截面高度按跨度的1/12-1/8估算，宽度按高度的1/2-1/3估算。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C30300500300500200400 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=0.9，一至六层采用C30混凝土。各层重力荷载代表值近似取15KN/m2。由图2.1-1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，2-6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。图2.1-1 结构平面布置图 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（1）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/100厚阻燃聚苯乙烯泡沫塑料保温板 0.50.10.05 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 =4.50 KN/（2）屋面可变荷载标准值: 上人屋面均布或荷载标准值 2.0KN/ 屋面雪荷载标准值: 0.4KN/2.2.2.楼面荷载（1）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/ （2）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（1）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/20厚1:2.5水泥砂浆找平层 0.02200.4 KN/250厚混凝土 0.256.0=1.5KN/20厚混合砂浆抹面刮大白 0.02170.34 KN/ 外墙自重： 2.26 KN/ （2）内墙单位面积自重：20厚混合砂浆抹面刮大白 0.021720.68 KN/200厚炉渣空心砌块墙体 0.206.0 1.2KN/ 内墙自重： 1.88KN/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300mm500mm，抹灰为20mm0.300.525+20.02170.4=2.772 KN/m次梁梁截面为200mm400mm，抹灰为20mm0.20.425+20.02170.4=2.272 KN/m2.2.7.女儿墙自重100厚现浇钢筋混土 0.1252.5 KN/60厚水泥砂浆 0.06201.2 KN/250厚粘土实心砖 0.25184.5 KN/ 合计： 7.2 KN/2.2.8.柱自重柱截面为500mm500mm 0.50.5251.1=6.875 KN/2.2.9.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 4.3723.3020.103.735 m柱数量：36柱重： 6.8753.73536924.42KN梁:300500梁梁长度 （5.42.75.40.53）9+（7.2-0.5)84322.4 m梁自重 1.053.954322.41338.5KN200400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 4.3723.320.53.335 m墙长（5.42.75.40.53）2+(7.2-0.5)82144.16 m自重 2.53.335144.161201.9 KN内墙：300500梁下墙墙高 4.3723.320.53.335 m墙长 （5.40.5）14+（7.20.5）14=68.6 m自重 2.03.33568.61083.2 KN200400梁下墙墙高 4.3723.320.43.435 m墙长（7.20.2）2（5.4-0.05）14（3.61.80.20.25）93.85m自重 2.03.43593.85644.75 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 2.01.68510.836.40 KN200400梁下墙墙高 4.3720.41.785 m墙长 （5.40.4）420 m自重 2.01.7852071.4 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 1072.41 KN200400梁 自重 260.15 KN楼板： 自重 2282.286 KN 活载 1307.92 KN卫生间和洗漱间自重 151.554 KN活载 87.10 KN墙：外墙：300500梁下墙墙高 3.300.502.80 m墙长 144.16 m自重 2.52.80144.161009.12 KN内墙：300500梁下墙墙高 3.300.502.80 m墙长 162.4m自重 2.02.80162.4909.44 KN200400梁下墙墙高 3.300.42.90 m墙长 93.85 m自重 2.02.9093.85544.33 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 1072.41 KN200400梁 自重 260.15 KN另外，楼梯顶上防火屋顶梁200300 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 144.16 m自重 2.51.15144.16414.46KN内墙：300500梁下墙墙高 3.30/20.501.15 m墙长 162.4m自重 2.01.15162.4373.52 KN200400梁下墙墙高 3.300.41.25 m墙长 93.85 m自重 2.01.2593.85334.63 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2.2.3-1 各质点的重力荷载代表值第3章 框架侧移刚度的计算 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。3.1 柱的线刚度3.1.1.首层柱 3.1.2.其它层柱 3.2 梁的线刚度3.2.1 边框架边跨梁 3.2.2 边框架中跨梁 3.2.3. 框架边跨梁 3.2.4 中跨架中跨梁 3.3 柱的侧移刚度表3.3-1 边框架侧移刚度D值（N/mm）层次边柱（4根）中柱（4根）2-60.5500.41213961.6500.593079120874810.7280.450101152.1840.6411440898092表3.3-2 中框架侧移刚度D值（N/mm）层次边柱（14根）中柱（14根）2-60.7330.45234842.2000.643340079637610.9710.495111262.9120.69515621374458以上数据由，(标准层)，（底层），求得表3.3-3 横向框架层间侧移刚度D值（N/mm）层次12345674255010051241005124100512410051241005124由表3.3-3可见 ,因此该框架为规则框架。第4章 水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算4.1 水平地震力作用下框架结构的内力和侧移计算4.1.1 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4.1.1-1 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 4.1.2 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0.15g时，max=0.08。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4.1.2-1所示表4.1.2-1 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4.1.2-1 水平地震作用分布 图4.1.2-2 层间剪力分布4.1.3 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和顶点位移分别按公式和公式计算。计算结果如表4.1.3-1表4.1.3-1 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.4.1.4 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 （4.1） 下端 （4.2）柱端剪力 （4.3） 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间表4.1.4-4,表4.1.4-5。表4.1.4-1 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4.1.4-2 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4.1.4-3 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4.1.4-4 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 （4.4） 梁端剪 （4.5） 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4.1.4-5 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4.1.4-6 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4.1.4-1 左震作用下框架弯矩图 图4.1.4-2 左震作用下梁柱端剪力及柱轴力图4.2 水平风荷载作用下框架结构的内力和侧移计算4.2.1 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)=7.20.45=3.24 （4.6） 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)计算如表4.2.1-1表4.2.1-1 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4.2.1-1 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4.2.1-2 等效节点集中风荷载（单位：KN）4.2.2 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4.2.2-1表4.2.2-1 各楼层的相对侧移和绝对侧移层次（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4.2.3 风荷载作用下框架内力计算表4.2.3-1 角柱反弯点高度的计算（查规范）层次层次60.7330.320000.3250.7330.400000.4040.7330.450000.4530.7330.450000.4520.7330.500000.5010.9710.650000.65表4.2.3-2 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4.2.3-3 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4.2.3-4 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