土木工程毕业设计（论文）-商水高级中学学生公寓楼设计

郑州华信学院毕业设计 商水高级中学学生公寓楼设计 目 录第1章 工程概况1 1.1 结构布置及计算简图1 1.2 梁板的截面尺寸1 1.3 柱截面尺寸2第2章 重力荷载计算6 2.1 屋面及楼面永久荷载标准值6 2.2 屋面及楼面可变荷载计算6 2.3 梁.柱.墙.门.窗重力荷载计算6 2.4 重力荷载代表8第3章 框架侧移刚度计算10 3.1 横向框架线刚度10 3.2 各柱的侧移刚度11第4章 横向水平荷载作用下框架结构的内力计算和侧移计算12 4.1 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算12 4.2 横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算15第5章 竖向荷载作用下框架结构的内力计算19 5.1 横向框架内力计算19 5.2 横向框架内力组合25第6章 截面设计36 6.1 框架梁36 6.2 框架柱38第7章 楼梯设计43 7.1 板设计43 7.2 平台板的设计45 7.3 平台梁的设计45第8章 现浇混凝土双向板楼盖配筋设计47 8.1 荷载设计值47 8.2 弯矩计算48 8.3 截面设计48第9章 基础设计50 9.1 工程地质条件50 9.2 求地基承载力设计值50 9.3 初步选择基础尺寸50 9.4 计算持力层地基承载力51 9.5 地基变形特征计算（规范法）51 9.6 基础高度计算52致 谢59参考文献60全套图 纸加扣 3346389411或3012250582III 第1章 工程概况 拟建6层中学寝室楼，建筑面积5866.56，拟建房屋所在地的设计地震参数，s，气象条件：基本风压：。=0.35kN/ ；雪荷载：0.45kN/m2；地面粗糙度为B类。 自然地表下1.2m为填土，填土下层为0.8m粉质粘土，承载力标准值为200kPa,再下为2.8m粘土，承载力为300kPa。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。1.1 结构布置及计算简图 该工程是建设在周口市商水县城，框架结构房屋。主体结构部分共六层，高度均为3.6米。外墙采用加气空心混凝土砌块，外墙250mm，内墙200mm，楼盖和屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构,外门为铝合金，其余为木门，抗震设防烈度为6度、场地类别为类。1.2 梁板的截面尺寸横梁：截面高度（其中为跨度）取h=600mm 截面宽度（h为梁的截面高度） 取b=300mm纵梁： 截面高度（其中为跨度） 取h=650mm 截面宽度（h为梁的截面高度） 取b=300mm次梁：梁板具体尺寸见表1.2-1表1.2-1 梁板的截面尺寸层次混凝土强度等级横梁（bh）纵梁(bh)次梁（bh）AB跨BC跨2-6C303006003004003006503005001C303006003004003006503005001.3 柱截面尺寸 框架为二级抗震等级，查表轴压比限值近似；单位负荷面积上的重力荷载代表值近似取12，混凝土强度等级。边柱：中柱： 如果取柱截面正方形,柱的截面为正方形则边柱和中柱截面高度分别为416mm和492mm经综合分析，本工程各层柱的截面尺寸和混凝土强度等级见表1.3-1 表1.3-1 各柱的截面尺寸层次截面尺寸（bh） 混凝土强度1-6 600mm600mmC30 根据地质条件及层数等的条件,基础选用柱下独立基础，基础埋深取1.95m,取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线；梁轴线取至板底，则一层柱高3.6+0.45+1.95-0.9-0.1=5.1m,其余各层取层高3.6m . 框架结构计算见简图如图1.3-3所示。 图1.3-1 二至五层平面图图1.3-2 结构布置图 图1.3-3 框架结构计算简图第2章 重力荷载计算 2.1 屋面及楼面永久荷载标准值屋面恒荷40厚细石混凝土保护层 220.04=0.88 三毡四油防水层 0.4 20厚水泥砂浆找平层 200.02=0.40 10mm厚板底抹灰 170.01=0.17 100mm厚钢筋混凝土板 250.10=2.5 合计： 4.35 楼面恒荷 瓷砖地面（包括水泥砂浆打底） 17.80.008=0.55 100mm厚现浇钢筋混凝土楼板 0.1025=2.5 10mm厚板底抹灰 170.01=0.17 合计： 3.22 2.2 屋面及楼面可变荷载计算不上人屋面均布活荷载标准值： 2.0 屋面雪荷载标准值： 0.45楼面活荷载标准值 2.0卫生间活荷载标准值： 3.592.3 梁.柱.墙.门.窗重力荷载计算分别表示梁截面净跨度。g表示单位长度梁重力荷载。 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何载；对墙，门，窗等，计算出单位面积上的荷载。（计算结果见表2.3-1）表2.3-1 梁，柱重力荷载计算表层次构件b(m)h(m)一边横梁0.30.6251.056.36.10018677.5652665.346中横梁0.30.4251.054.22.200990.720纵梁0.30.65251.054.3316.60016455.621次梁0.30.50251.056.8256.400321441.44柱0.600.60251.1011.6195.100362133.248二六边横梁0.30.6251.056.36.15018677.5652582.191中横梁0.30.4251.054.22.2500990.720纵梁0.30.65251.054.3316.65016372.466次梁0.30.50251.056.8256.400321441.44柱0.600.60251.109.9003.600361283.04外墙：20mm厚水泥砂浆罩面 200.02=0.4 60mm厚苯板保温层 0.15 20mm厚水泥砂浆 200.02=0.4 250mm厚加气混凝土砌块 7.50.25=1.875 20mm厚抹灰内墙面 0.0220=0.4 合计： 2.675 内墙：双侧20mm厚抹灰 170.022=0.68 200mm厚加气混凝土砌块 7.50.2=1.5 合计： 2.18 女儿墙： 双侧20mm厚水泥砂浆罩面 200.02=0.4 200厚加气混凝土砌块 7.50.20=1.5 合计： 1.9 卫生间： 双侧20mm厚水泥砂浆罩面 200.02=0.4 200厚加气混凝土砌块 7.50.2=1.5 合计： 1.9 木门： 0.2 铝合金窗： 0.4 普通钢板门： 0.45 2.4 重力荷载代表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规定采用，屋面上的可变荷载均取雪荷载。计算结果见图2.4-1。图2.4-1 各质点的重力荷载代表值一层墙的自重: 内墙： 内墙洞： 合计： 标准层墙自重： 同一层方法相同为 板重力荷载标准值： 女儿墙自重：重力荷载代表值G取节后和构件自身标准值和各可变荷载组合值之和，各可变荷载组合值系数为：雪荷载（0.45）、屋面活荷载(0.0)、按等效均匀分布荷载计算的楼面活载：(0.5)。首层：各质点的重力荷载代表值见表2.4-1。表2.4-1 各质点的重力荷载代表值GI质点12345614362.83511238.10411238.10411238.10411238.10410613.963第3章 框架侧移刚度计算 3.1 横向框架线刚度 梁的线刚度其中为混凝土弹性模量；为梁的计算跨度；为梁截面惯性矩现浇楼面中框架梁取2.0，边框架梁取，为梁矩形部分的截面惯性矩；各层各跨梁线刚度计算见表3.1-1。各层计算柱的线刚度，其中为柱的截面惯性矩，h为框架柱的计算高度，结果见表3.1-2。 表3.1-1 横梁的线刚度ib计算类别层次边横梁67006700中横梁128002800表3.1-2 各层计算柱的线刚度ic计算类 别层次柱510060060036003.2 各柱的侧移刚度柱的侧移刚度D值按下式计算： （3.1）式中，为柱侧移刚度修正系数，对不同情况按照表柱的侧移刚度修正系数取值。计算结果见下表。表3.2-1 中框架侧移刚度D计算表层次边柱（12）中柱（12）0.7480.454183401.2340.538216524799040.7270.266221671.2010.37531250641004表3.2-2 边框架柱侧移刚度D计算表层次A-1,A-17,F-1,F-17C-1, C-17,D-1,D-170.5610.414167190.9260.487196661455400.5450.214178330.9000.31025833174664表3.2-3 楼梯间柱侧移刚度D计算表层次A-5,A-13B-5,B-1310.3740.368148610.6170.42717244642100.3640.154128330.6000.2311872263110表3.2-4 横向框架侧移刚度D计算表层次123456689654878778878778878778878778878778Di /D2=689654/878778=0.7850.7故该框架为规则框架第4章 横向水平荷载作用下框架结构的内力计算和侧移计算4.1 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算4.1.1 横向自振周期计算结构顶点的假象侧移计算由下列公式计算 （4.1） 为集中在k层楼面处的重力荷载代表值；为把集中在各层楼面处的重力荷载代表值视为水平菏载而得的第i层的层间剪力；为第i层的层间侧移刚度；、分别为第i、k层的层间侧；s为同层内框架柱的总数。计算结果见表4.1.1-1。表4.1.1-1 结构顶点的假象侧移计算层次610613.96310613.96387877812.1289.7511238.10421852.06787877824.9277.6411238.104330907252.7311238.10444328.27587877850.4215.0211238.10455566.37987877863.2164.6114362.83569929.214689654101.4101.4 按式计算基本周期，其中的量纲为m，取，则 4.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算计算水平地震作用: 用底部剪力法结构水平地震作用标准值Geq ： 二类场地第二分组值，查表 =0.35s T1 =0.641s T15 所以应考虑顶部附加水平地震作用顶部附加地震作用系数: 各个质点的水平地震作用按 式中：分别为集中于质点的重力荷载代表值；分别为质点的计算高度；表4.1.2-1 横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次624.110613.963255796.5080.264639.794639.794519.511238.104219143.0280.228552.5501192.344415.911238.104178685.8540.186450.7641643.108312.311238.104138228.6790.144348.9791992.08728.711238.10497771.5050.102247.1932239.2815.114362.83573250.4590.076184.1832423.463各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度分布图见图4.1.2-1。 (a)水平地震做用分布 (b)层间剪力分布图4.1.2-1 横向水平地震作用及楼层地震剪力4.1.3水平地震作用下位移计算表4.1.3-1 横向水平地震作用下位移计算层次6639.7948787780.72812.143.61/494551192.3448787781.35711.4123.61/265341643.1088787781.87010.0553.61/192531992.0878787782.2678.1853.61/158822239.288787782.5485.9183.61/141312324.4636896543.3703.3703.61/1513由上表可见最大层间弹性位移发生在地二层，其值为1/10211/550，满足要求4.1.4 水平地震作用下框架内力计算 表4.1.4-1 各层柱端弯矩及剪力计算层次边柱中柱yy63.6639.7948787782216716.100.7270.3319.1338.833125022.751.2010.3831.1250.7853.61192.3448787782216730.080.7270.4043.3264.973125042.401.2010.4568.6983.9543.61643.1088787782216741.450.7270.4567.0782.073125058.431.2010.48100.97109.3833.61992.0878787782216750.250.7270.4581.4199.503125070.841.2010.50127.51127.5123.62239.288787782216756.490.7270.50101.68101.683125079.631.2010.50144.33144.3315.12423.4636896541834064.450.7480.63207.08121.622165276.091.2340.58225.06162.98梁端弯矩，剪力及柱轴力分别按下列各式计算： (4.2) 式中：分别表示节点左、右梁的线刚度；分别表示节点左、右梁的弯矩；为柱在i层的轴力，以受压为正。表4.1.4-2 梁端弯矩，剪力及柱力轴计算层次边梁走道梁柱轴力边柱N中柱N638.8330.726.710.5420.0620.062.813.37-10.54-2.83584.1069.626.723.2945.4545.452.830.30-33.83-9.844125.39107.736.735.3270.7470.742.847.16-69.15-21.683166.57138.236.746.1890.2590.252.860.17-115.33-35.672183.09164.466.752.66107.38107.382.871.59-167.99-54.601223.30185.926.762.00121.39121.392.880.93-229.99-73.53 水平地震作用下框架的弯矩图、梁端剪力及柱轴力图见图4.1.4-1。 (a)框架弯矩图(KNm) （b)梁端剪力及轴力图(KN)图4.1.4-1 左地震作用下框架弯矩、梁端剪力及柱轴力图4.2 横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算 4.2.1 风荷载标准值 风荷载标准值按照式 （4.3）计算，式中：为基本风压，由菏载规范查得。=0.35kN/，（迎风面），（背风面）。B类地区，查得；,0.185，查得脉动系数=1.27。 取轴线为例，其负载宽度为6.7m，则沿房屋的计算高度的分布风荷载标准值计算结果见表4.2.1-1。表4.2.1-1 沿房屋高度分布的风荷标准值层次624.11.0001.3201.4044.4032.752519.50.8091.2501.3453.9952.497415.90.6601.1621.30335972.248312.30.5101.0631.2563.1721.98328.70.3611.0001.1932.8351.77215.10.2121.0001.1132.6441.653 菏载规范规定，对于高度不大于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，本例房屋高度，例如，第1层的集中荷载的计算过程如下： (a)风荷载沿房屋高度的分布 (b)节点集中风荷载 图4.2.2-1 框架上的风荷载 4.2.2 风荷载作用下水平位移计算表4.2.2-1 风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算层次12345618.5316.7618.6421.0225.7423.05123.74105.2188.4569.8148.7923.05799841068341068341068341068341068341.550.930.830.650.460.221.552.533.364.014.474.691/32901/36731/43371/55381/78261/16364风荷载作用下框架的最大层间位移角为1/32901/550满足规范要求4.2.3 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的相同，计算结果见表4.2.3-1、表4.2.3-2、图4.2.3-1。表4.2.3-1 各层柱端弯矩及剪力计算层次边柱中柱yy63.623.05106834221674.780.7270.305.1612.04312506.741.2010.368.7415.5353.648.791068342216710.120.7270.4014.5721.863125014.271.2010.4121.0630.3143.669.811068342216714.480.7270.4121.3730.753125020.421.2010.4533.0940.4333.688.451068342216718.350.7270.4529.7336.343125025.871.2010.4642.8450.2923.6105.211068342216721.830.7270.5039.2939.293125030.771.2010.5055.3955.3915.1123.74799841834028.370.7480.6391.1553.532165233.491.2340.62105.90105.90表4.2.3-2 端弯矩，剪力及柱力轴计算层次边梁走道梁柱轴力612.0415.536.74.186.126.122.84.18-4.08-0.10527.0223.666.77.6815.3915.392.810.26-11.86-2.48445.3237.266.712.5124.2324.232.816.15-24.37-6.12357.7150.336.716.4032.8532.852.821.90-40.77-11.62269.0259.536.719.4838.7038.702.825.80-60.25-17.94192.8272.906.725.1147.3947.392.831.59-85.36-24.42 （a)框架弯矩图 （b）梁端简历及主轴力图 图4.2.3-1 横向框架在风荷载作用下的弯矩、梁端剪力和柱轴力图 第5章 竖向荷载作用下框架结构的内力计算5.1 横向框架内力计算5.1.1 计算简图 取4轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为6.7m，如图5.1.1-1所示 图5.1.1-1 横向框架计算单元5.1.2 荷载计算5.1.2.1 恒荷计算 在图5.1.2.2-1中，代表横梁自重，为均布荷载形式。对于第6层 分别为房间和走道梁传给横梁的梯形荷载和三角形荷载，由图8所示几何关系可得 分别代表为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载，它包括梁自重、楼板重和女儿墙等的重力荷载，计算如下图5.1.2.1-1 各层梁上作用的荷载集中力矩对25层，包括梁自重和其上横墙自重，为均布荷载。其他荷载计算方法同第6层，结果为 对于第一层: 5.1.2.2 活荷的计算 活荷载作用下各层框架上的荷载分布如图5.1.2.2-1所示。图5.1.2.2-1 各层梁上作用的荷载对于第6层 同理，在屋面雪荷载作用下，雪荷载为0.45 =0.453.6=1.62kN/m =0.453.0=1.35kN/m =3.61.820.45= 5.832kN 9.68kN 对第2-5层 对第1层 对于1到6层活荷载的计算结果见表5.1.2.2-1。表5.1.2.2-1 横向框架恒荷载汇集表层次66.34.218.915.75161.89187.7016.1918.772512.844.211.599.66152.55175.8615.2617.59112.844.211.599.66155.96174.8219.5021.85 表5.1.2.2-2 横向框架活荷载汇集表层次67.2（1.98）6.0（1.65）25.92（7.13）43.02（11.03）2.59（0.71）4.30(1.18)257.26.025.9243.022.594.3017.26.025.9243.023.245.385.1.2.3内力计算 梁端、柱端弯矩采用弯矩二次分配法计算。由于结构和菏载均对称，故计算时用半框架。计算过程如图5.1.2.3-1，所得弯矩如图5.1.2.3-2。计算结果见表5.2.2-3，表5.2.2-4。 (a)恒荷载作用下 (b)活荷载作用下 图5.1.2.3-1 横向框架弯矩的二次分配法(a)恒荷载作用下 (b)活荷载作用下图5.1.2.3-2 竖向菏载作用下框架弯局图表5.1.2.3-1 恒荷载作用下梁端简历及柱轴力层次荷载引起剪力弯矩引起剪力总剪力柱轴力AB跨BC跨AB跨BC跨AB跨BC跨A柱B柱666.3218.11+0.85067.1765.4718.11229.06264.70271.28306.92570.2913.55+0.67070.9669.6213.55488.21523.85565.95601.59470.2913.55+0.79071.0869.5013.55747.48783.12860.50896.14370.2913.55+0.79071.0869.5013.551006.751042.391155.051190.69270.2913.55+0.73071.0269.5613.551265.961301.601449.661485.30170.2913.55+1.29071.5869.0013.551552.761588.401766.291801.93表5.1.2.3-2 活荷载作用下梁端剪力及柱轴力层次荷载引起剪力弯矩引起剪力总剪力柱轴力AB跨BC跨AB跨BC跨AB跨BC跨A柱B柱=617.34(4.77)4.5(1.24)0.04(0.702)017.38(4.79)17.30(4.75)4.5(1.24)43.30(11.92)64.82(17.02)517.344.50.11(0.10)017.45(17.44)17.23(17.24)4.586.67(55.28)129.57(81.78)417.344.50.37017.7116.974.5130.3(98.91)194.06(146.27)317.344.50.37017.7116.974.5173.93(142.54)258.55(210.76)217.344.50.08017.4216.974.5217.27(185.88)323.33(275.54)117.344.50.18017.5217.164.5260.71(229.32)388.02(340.22)5.2 横向框架内力组合5.2.1 结构抗震等级 结构的抗震等级根据结构类型、地震烈度、房屋高度等因素确定。框架为二级抗震。5.2.2 框架梁内力组合 本设计方案中考虑了四种方案，即，。此外，对于本方案这种内力组合与考虑地震作用的组合相比一般较小，对结构设计不起控制作用，故不予考虑。各层梁的内力组合见表5.1.2.3-1，表中，两列中的梁端弯矩M为经过调幅后的弯矩（调整系数为0.75）。现以第一层AB考虑地震作用的组合为例，说明各内力的组合方法。对支座负弯矩按相应的组合情况进行计算，求跨间最大正弯矩时，可根据梁端弯矩组合值及梁上荷载设计值，由平衡条件确定。由图5.2.2-1和图5.2.2-2 图5.2.2-1 荷载作用下的计算图形 图5.2.2-2 布和三角形荷载作用下的计算图形 若，说明,其中x为最大正弯矩截面至A支座的距离，则x可由下式求解：，将求得的x值代入下式即可求得跨间最大正弯矩值 若，说明，则 ； 若，则同理，可求得三角形分布荷载和均布荷载作用下的的计算公式 x 由下式解得： 本设计中，梁上荷载设计值 左震 则x可由 解得则 右震 则 剪力计算：AB跨 左震： 右震 则 28 郑州华信学院毕业设计 商水高级中学学生公寓楼设计 表5.2.2-1 框架梁内力组合层次截面位置内力一层AM-62.49-18.9892.82223.3018.05-215.86152.93-282.50-103.34-101.56153.92V71.5817.5225.1162.0076.33139.6113.44150.46114.15110.42M-55.66-18.0172.90185.92-181.342.37-239.47123.07-93.15-92.01V69.0017.1625.1162.OO136.0672.78147.6410.62110.31106.82M-12.01-4.0147.39121.3940.25-79.18105.74-130.97-20.22-20.03130.93V13.554.5031.5980.93-17.8761.73-73.31105.5422.7922.56跨间-157.79125.07-107.84107.84-三层AM-64.24-21.1857.71166.57-31.06-179.4995.06-229.75-107.90-106.79134.01V71.0817.7116.4046.1886.95128.2730.50132.56113.67110.09M-60.05-19.2250.53138.23-159.95-32.61-197.4772.08-100.29-98.97V69.5016.9716.4046.18125.4584.12130.5728.52110.80107.16M-10.73-3.6432.8590.2523.93-58.8576.70-99.29-18.10-17.97118.40V13.554.5021.9060.17-5.6649.52-50.3782.6022.7922.56跨间-106.2892.61-78.5878.58- 六层AM-55.6-16.8(-5.66)12.0438.83-72.73-103.07-19.75-95.46-91.87-90.25101.72V67.1717.38(4.79)4.0810.5497.36107.6465.7389.02108.06104.94M-51.04-16.72(-5.54)15.5330.72-101.76-62.62-83.37-23.46-85.52-84.52V65.4717.30(4.75)4.0810.54105.5095.2287.2463.96105.68102.788M-17.09-4.96(-1.03)6.1220.06-19.05-34.461.95-37.17-28.03-27.4544.21V18.114.50(1.24)4.1813.3722.1432.675.9935.5428.9528.03跨间-63.61100.46-13.0513.05-表5.2.2-2 A柱柱端弯矩及轴力组合层次截面内力NMM6柱顶M53.6118.42(6.35)12.0438.8372.37102.7113.2588.9790.7590.12102.7113.2590.75N229.0643.30(11.92)4.0810.54344,.29334.57201.24221.79352.53335.49334.57210.24352.53柱底M-34.