六层三跨大学宿舍结构受力计算书--土木工程-毕业课程设计.docx

湖南农业大学全日制普通本科生毕业设计诚 信 声 明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名： 年 月 日目 录 摘要 1 关键词 1 1 前言 2 2 建筑设计 2 2.1 建筑概况及主体结构选型 2 2.2 墙体方案及布置 3 2.3 其他结构选型 3 3 结构设计 4 3.1 结构布置与荷载计算 4 3.1.1 结构布置 4 3.1.2 结构材料 4 3.1.3 梁、板、柱截面尺寸估算 5 3.1.4 荷载统计 8 3.1.5 重力荷载代表值计算 10 3.2 内力计算 18 3.2.1 框架侧移刚度计算 18 3.2.2 横向水平地震作用下框架内力和侧移计算 20 3.2.3 横向水平风荷载作用下框架内力和侧移计算 28 3.2.4 竖向荷载作用下框架内力计算 34 3.3 内力组合 50 3.4 框架结构截面设计与配筋计算 57 3.4.1 设计参数 57 3.4.2 框架梁截面设计与配筋计算 57 3.4.3 框架柱截面设计与配筋计算 59 3.4.4 楼板截面设计与配筋计算 62 3.5 楼梯设计 67 3.5.1 设计参数 67 3.5.2 楼梯板截面设计与配筋计算 67 3.5.3 平台板截面设计与配筋计算 68 3.5.3 平台梁截面设计与配筋计算 70 3.6 基础设计 71 3.6.1 设计条件 71 3.6.2 A(D)柱下基础设计 72 3.6.3 B(C)柱下基础设计 74 4 结论 75 参考文献 76 致谢 77红宇大学宿舍设计学 生：李金玺指导老师：魏 刚(湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128) 摘 要：本设计为红宇大学宿舍楼，采用现浇钢筋混凝土框架结构,建筑面积为4283.04m2。本设计主要进行了结构方案中横向框架A，B，C，D轴框架结构的设计。结构设计选取轴框架为计算单元进行计算。设计综合考虑恒载、活载、风载和地震作用,恒活分开计算。内力组合考虑风荷载作用、地震作用，选用最不利荷载进行配筋计算，充分保证结构的安全性与实用性。关键词：框架结构；内力组合；配筋计算The Dormitory Design of Hong Yu UniversityStudent: Li Jinxi Tutor:Wei Gang (College of Oriental technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)Abstract: Its the design for dormitory design of hong yu University. It use reinforced concrete frame structure with a building area of 4283.04m2. It mainly designs the horizontal frame of A, B, C, D axis and chooses the number 2 frame as calculation unit. It considers the constant load, live load ,wind and seismic action, and each calculates separately. The combination of internal force considers seismic action and choose the most unfavorable combination to configurate steel, which fully guarantees the safety of and practical applicability of the whole structure. key words: frame structure; the combination of internal force; reinforcement calculation1 前言 毕业设计是我们大学阶段极其重要的环节之一，是对土木工程专业知识的一次大检验，是对我们大学所学的专业知识的一次综合运用，是正式进入工作前的必经过程。在大学四年里，学到的知识多样而复杂，而此次毕业设计，能为我们梳理好知识脉络，了解并且掌握土木工程设计的全过程，切实掌握结构设计为主的各项专业综合技能。我所选的毕业课题是”红宇大学宿舍楼”。宿舍设计看似简单，千篇一律，实则是学生度过一半大学时光的地方。另外，宿舍除了要具有足够的空间并且各项设施齐全，以满足生活需要以外，最重要的是必须具有可靠的安全与稳定系数，充分保障学生人身安全与学校财产安全。因此，越来越多的人开始关注并重视学校硬件设施，尤其是宿舍规模、规划布局，建筑形象、结构设计。在本次设计中，结构为现浇钢筋混凝土框架结构，建筑层数：六层，总建筑面积为4283.04m2。设计涵盖建筑、结构的各个方面，充分保障设计的可行性、安全性与实用性，能为学生营造一个良好的住宿环境。本次设计中，能合理布置建筑平面与空间，较为准确地计算材料用量，保证建筑可靠度。建筑设计中基本采用规则对称结构，有利于结构抗震。各个宿舍均开设大尺寸窗洞，充分保障采光通风要求。结构设计综合考虑恒载、活载、风载和地震作用,恒活分开计算。由于建筑侧移较小,选择无侧移迭代法进行恒活载计算。风载以及地震作用下的内力分析采用D值法。内力组合考虑风载和地震作用，选用最不利荷载进行配筋计算，充分保证结构的安全性与实用性。设计中，通过查阅相关资料，阅读参考书籍文献，询问指导老师，同时积极与同学讨论，我学会了房建设计的基本方法，进一步巩固已学的课程，将课本知识运用到了实处。了解了相关规范要求，为今后的独立设计奠定基础。培养了独立思考、解决设计过程中遇到的问题以及理论知识联系实际工程问题的能力。同时锤炼了细致严谨，精益求精的专业精神。但由于专业知识尚为不足，实践经验缺乏，该设计也有些许多不足之处，希望各位领导、老师斧正。2 建筑设计2.1 建筑概况及主体结构选型 该建筑为红宇大学宿舍楼，建筑层数为：六层，总建筑面积为4283.04m2。建筑总长46.6m，总宽15.0m，总高度为18.1m，各层层高为3.0m，室外标高为-0.1m，基础高度为0.9m。主体采用混凝土现浇框架结构。 建筑总平面布置有单车棚、绿化，满足学生通行与环境要求，为学生提供舒适而便宜的生活环境。宿舍楼内配备有双人宿舍60间、四人宿舍48间、八人宿舍48间。其中双人宿舍建筑尺寸为2.5m6.5m，能满足定员2人的容积需求，四人宿舍建筑尺寸为3.5m6.5m，能满足定员4人的容积需求，八人宿舍建筑尺寸为4m6.5m，能满足定员八人的容积需求。由于房屋柱网不得大于8m，故宿舍楼柱网尺寸为7m6.5m，8m6.5m，7.5m6.5m，4.1m6.5m，4.5m6.5m，4.5m2m。建筑基本采用规则对称结构，有利于结构抗震。各个宿舍均开设大尺寸窗洞，充分保障采光通风要求。宿舍楼流线设置较为合理，能充分满足学生日常生活要求。宿舍楼两侧均设置有大门，方便通行。2.2 墙体方案及布置 变形缝：由建筑设计得知该建筑物的总长度46.6m0.53m边柱：（8000+8000）/2*6500/2=26000000=26=6*26m2*14kN/m2=2184kN=1.25*1.05*1.1*2184kN=3153.15kN=3153.15kN/(0.9*14300kN/m2)0.245令框架柱截面为正方形，则b=h0.50m角柱：8000/2*6500/2=13000000=13=6*13*14kN/m2=1092kN=1.25*1.05*1.2*1092kN=1719.9kN=1719.9kN/(0.9*14300kN/m2)0.137令框架柱截面为正方形，则b=h0.37m综合考虑各方面因素，构造柱本设计取值如下：B=h=600mm框架梁截面尺寸估算：主梁：主梁梁高为跨度的1/141/10，梁宽为主梁梁高的1/31/2取跨度较大者进行计算纵向最大跨度为6.5m：6500*1/106500*1/14=650464.3mm，取550mm,550*1/3550*1/2=183.3275mm，取250mm，即b*h=250mm*550mm横向最大跨度为8m：8000*1/148000*1/10=572800mm，取700mm，700*1/3700*1/2=233350mm，取250mm，即b*h=250mm*700mm次梁：次梁梁高为跨度的1/141/18，梁宽为次梁梁高的1/31/2取跨度较大者进行计算最大跨度为4m：4000*1/144000*1/18=285.5222.2mm，取250mm，250*1/3250*1/2=83125mm，取200mm即b*h=200mm*250mm表1 梁截面尺寸估算Table 1 Estimates of the beam surface 混凝土等级纵梁（）横梁（）主梁次梁C30250*700200*250250*550 板尺寸估算：板厚与跨度的最小比值：连续单向板l/40（l为短向） 连续双向板l/50最大板跨为2500mm*4000mm 为双向板4000/50=80mm,取板厚100mm厚。3.1.4 荷载统计屋面荷载统计：屋面恒荷载标准值统计：4厚SBS改性沥青防水层 0.4kN/m220厚1:3水泥砂浆找平层 0.02200.4kN/m21:10水泥珍珠岩找坡2%最薄处20厚 0.09400.36kN/m220厚SBS改性沥青隔气层 0.05kN/m220厚1:3水泥砂浆找平层 0.02200.4kN/m2100厚现浇钢筋混凝土屋面板 0.1252.5kN/m220厚混合砂浆抹面刮大白 0.02170.34kN/m2合计 4.45kN/m2屋面可变荷载标准值:不上人屋面均布活荷载标准值 0.5kN/m2屋面雪荷载标准值: 0.35kN/m2楼面荷载统计：楼面恒荷载标准值统计：10厚陶瓷地砖： 17.8*0.01=0.178kN/m220厚1:4干硬性水泥砂浆： 20.0*0.02*2=0.80kN/m2100厚现浇混凝土楼板： 25.0*0.10=2.50kN/m2合计： 3.478kN/m2楼面活荷载标准值： 2.0kN/m2卫生间荷载统计：卫生间恒荷载标准值统计：10厚陶瓷地砖： 17.8*0.01=0.178kN/m220厚水泥砂浆搓麻 20.0*0.02=0.40kN/m220厚抗渗水泥砂浆保护层： 20.0*0.02=0.40kN/m2100厚现浇混凝土楼板： 25.0*0.10=2.50kN/m2合计 3.478kN/m2卫生间活荷载标准值 2.5kN/m2楼梯荷载统计：楼梯恒荷载标准值统计：30厚1:1水泥砂浆贴地面砖素水泥浆擦缝 0.65kN/m2楼梯板重 25*0.12=3kN/m2合计： 3.65kN/m2楼梯活荷载标准值 2.5kN/m2墙体自重：外墙单位面积自重：2.0厚专用界面漆刷外墙涂料 0.02kN/m220厚1:2.5水泥砂浆找平 0.02*20=0.4kN/m2240厚机制普通砖 0.24*19=4.56kN/m220厚混合砂浆磨平刮白 0.02*20=0.4kN/m2合计： 5.38kN/m2内墙单位面积自重：20厚混合砂浆磨平刮白（双面） 2*0.02*20=0.8kN/m2120厚机制普通砖 0.12*19=2.28kN/m2合计： 3.08kN/m2120厚PVC空心轻质隔墙： 0.27kN/m2女儿墙自重60厚EPS板保温层 0.060.50.03kN/m2100厚现浇钢筋混土 0.1252.5kN/m260厚水泥砂浆 0.06201.2kN/m260厚粘土实心砖 0.06181.08kN/m2合计： 4.81kN/m2梁自重：纵梁：截面尺寸为250mm*550mm，抹灰20mm 0.25*0.55*25+0.02*0.55*20*2+0.02*0.25*20=3.9775kN/m横梁：截面尺寸为250mm*700mm，抹灰20mm 0.25*0.7*25+0.02*0.7*20*2+0.02*0.25*20=5.035kN/m次梁：截面尺寸为100mm*250mm，抹灰20mm 0.1*0.25*25+0.02*0.25*20*2+0.02*0.1*20=0.865kN/m柱自重：柱截面为600mm*600mm 0.6*0.6*25*1.1=9.9kN/m门窗自重： 0.45kN/m3.1.5 重力荷载代表值的计算首层：柱：每层层高均为3.0m取上下各半层柱高：3.0/2*2-0.1=2.9m柱数量：32根柱自重：9.9*2.9*32=918.72kN梁：250*550梁：（6.5+2.0+6.5-0.55*3）*15=200.25m梁自重：3.9775*200.25*1.05=836.32kN250*700梁：46.6*4=186.4m梁自重：5.035*186.4*1.05=985.45kN150*250梁（46.6-4.1-0.25*15）*2=77.5m梁自重：0.865*155*1.05=70.39kN板：楼板面积（除卫生间）：598.9自重：598.9*3.478=2082.98kN活载：598.9*2.0=1197.8kN卫生间面积：46.8自重：46.8*3.478=162.78kN活载：46.8*2.5=117kN墙：外墙：250*550梁下墙：墙高：3.0-0.1-0.55=2.35m墙长：15m数量：2自重：5.38*15*2.35*2=379.29kN250*700梁下墙：墙高：3.0-0.1-0.7=2.2m墙长：21.5m，21m数量：2,2自重：5.38*42.5*2.2*2=1006.06kN内墙：250*550梁下墙：墙高：3.0-0.1-0.55=2.35m墙长：6.5m数量：26自重：6.5*2.35*26*3.08=1223.23kN250*700梁下墙：墙高：3.0-0.1-0.7=2.2m墙长：21.5m，21m数量：2,2自重：42.5*2.2*2*3.08=575.96kN隔墙：墙高：2.9m墙长：2.52m数量：26自重：2.52*2.9*26*0.27=51.31kN门窗洞口所占墙体面积：外墙：51.6内墙：87.34隔墙：43.68所占墙体重量：外墙：277.61kN内墙：269.01kN隔墙：11.8kN门窗自重：82.18kN楼梯间：4.1*6.5*2=53.3自重：53.3*3.65=194.55kN活载：53.3*2.5=133.25kN综上所述：G1=918.72+836.32+985.45+70.39+1197.8+2082.98+162.78+117+379.29+1006.06+1223.23+575.96+51.31-277.61-269.01-11.8+82.18+194.55+133.25=9459.41kN 标准层：柱：每层层高均为3.0m取上下各半层柱高：3.0/2*2-0.1=2.9m柱数量：32根柱自重：9.9*2.9*32=918.72kN梁：250*550梁：（6.5+2.0+6.5-0.55*3）*15=200.25m梁自重：3.9775*200.25*1.05=836.32kN250*700梁：46.6*4=186.4m梁自重：5.035*186.4*1.05=985.45kN150*250梁（46.6-4.1-0.25*15）*2=77.5m梁自重：0.865*155*1.05=70.39kN板：楼板面积（除卫生间）：598.9自重：598.9*3.478=2082.98kN活载：598.9*2.0=1197.8kN卫生间面积：46.8自重：46.8*3.478=162.78kN活载：46.8*2.5=117kN墙：外墙：250*550梁下墙：墙高：3.0-0.1-0.55=2.35m墙长：15m数量：2自重：5.38*15*2.35*2=379.29kN250*700梁下墙：墙高：3.0-0.1-0.7=2.2m墙长：21.5m，21m数量：2,2自重：5.38*42.5*2.2*2=1006.06kN内墙：250*550梁下墙：墙高：3.0-0.1-0.55=2.35m墙长：6.5m数量：26自重：6.5*2.35*26*3.08=1223.23kN250*700梁下墙：墙高：3.0-0.1-0.7=2.2m墙长：21.5m，21m数量：2,2自重：42.5*2.2*2*3.08=575.96kN隔墙：墙高：2.9m墙长：2.52m数量：26自重：2.52*2.9*26*0.27=51.31kN门窗洞口所占墙体面积：外墙：39.84内墙：87.34隔墙：43.68所占墙体重量：外墙：214.34kN内墙：269.01kN隔墙：11.8kN门窗自重：76.89kN楼梯间：4.1*6.5*2=53.3自重：53.3*3.65=194.55kN活载：53.3*2.5=133.25kN综上所述：G2=G3=G4=G5=918.72+836.32+985.45+70.39+1197.8+2082.98+162.78+117+379.29+1006.06+1223.23+575.96+51.31-214.34-269.01-11.8+76.89+194.55+133.25=9516.83kN顶层：柱：每层层高均为3.0m取上下各半层柱高：3.0/2*2-0.1=2.9m柱数量：32根柱自重：9.9*2.9*32=918.72kN梁：250*550梁：（6.5+2.0+6.5-0.55*3）*15=200.25m梁自重：3.9775*200.25*1.05=836.32kN250*700梁：46.6*4=186.4m梁自重：5.035*186.4*1.05=985.45kN150*250梁（46.6-4.1-0.25*15）*2=77.5m梁自重：0.865*155*1.05=70.39kN板：屋顶面积：699自重：598.9*3.478=2082.98kN 699*4.45=3110.55kN活载：699*2.0=1197.8kN 699*0.85=594.15kN墙：外墙：250*550梁下墙：墙高：3.0-0.1-0.55=2.35m墙长：15m数量：2自重：5.38*15*2.35*2=379.29kN250*700梁下墙：墙高：3.0-0.1-0.7=2.2m墙长：21.5m，21m数量：2,2自重：5.38*42.5*2.2*2=1006.06kN内墙：250*550梁下墙：墙高：3.0-0.1-0.55=2.35m墙长：6.5m数量：26自重：6.5*2.35*26*3.08=1223.23kN250*700梁下墙：墙高：3.0-0.1-0.7=2.2m墙长：21.5m，21m数量：2,2自重：42.5*2.2*2*3.08=575.96kN隔墙：墙高：2.9m墙长：2.52m数量：26自重：2.52*2.9*26*0.27=51.31kN女儿墙自重：4.81*73.92=355.56kN门窗洞口所占墙体面积：外墙：39.84内墙：87.34隔墙：43.68所占墙体重量：外墙：214.34kN内墙：269.01kN隔墙：11.8kN门窗自重：76.89kN楼梯间：4.1*6.5*2=53.3自重：53.3*3.65=194.55kN活载：53.3*2.5=133.25kN综上所述：G6=10296.31kN图2 各楼层重力荷载代表值Fig.2 Each floor gravity load representative value3.2 内力计算3.2.1 框架侧移刚度计算横向框架的侧移刚度梁、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。梁柱的线刚度柱（单位）： 梁（单位）：边框架边跨梁：边框架中跨梁：中框架边跨梁：中框架中跨梁：柱的侧移刚度D值：其中为柱侧移刚度修正系数，查表得到(标准层)，（底层）底层边跨边柱（4根）：底层中跨边柱（12根）：底层边跨中柱（4根）：底层中跨中柱（12根）：标准层边跨边柱（4根）：标准层边跨中柱（4根）：标准层中跨边柱（12根）：标准层中跨中柱（12根）：故该框架为规则框架3.2.2 横向水平地震作用下框架内力和侧移计算:横向自震周期计算:对于质量和刚度沿高度分布均匀的框架结构，基本自振周期：框架结构取表2 结构顶点的假想侧移计算Table2 Hypothetical lateral displacement calculation of structural vertices层数Gi / kND I / Nmm-1VGi / kNui / mmui / mm610296.31131788810296.317.813138.552续表2层数Gi / kND I / Nmm-1VGi / kNui / mmui / mm59516.83131788819813.1415.403130.73949516.83131788829329.9722.255115.33639516.83131788838846.8029.47793.08129516.83131788848363.6336.69863.60419459.41214905657823.0426.90626.906 所以：自振周期由工程概况和相关规范得知，本场地设防烈度7度，设计地震加速度0.10g，设计地震分组为第一组，抗震等级3级，场地类别为类，Tg=0.35s。因为故不考虑顶部附加水平地震作用。查表得知抗震设防烈度为7度时，底部剪力：由公式：计算各层剪力如表3所示表3 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表Table3 Calculation table of seismic action and floor earthquake shear of each particle层数Hi / mGi / kNGiHi / kNmGiHi/GjHjFi / kNVi / kN61810296.31185333.580.30212402.6532402.6535159516.83142752.450.23271884.8614257.5144129516.83114201.960.18621480.8495768.363399516.8385651.470.13961110.2396878.602269516.8357100.980.0931740.4247619.026139459.4128378.230.0467371.4057990.431图3 横向水平地震作用及楼层地震剪力Fig.3 transverse horizontal seismic action and floor seismic shear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，计算结果如下：表3 横向水平地震作用下的位移验算Table3 Checking calculation of displacement of horizontal seismic action层数62402.65313178881.82326.4930000.0006054257.51413178883.23024.6730000.0010745768.36313178884.37721.4430000.0014536878.60213178885.21917.0630000.0016127619.02613178885.78111.8430000.0016817990.43121490566.0636.0630000.00176由上表可知层间最大弹性位移角发生在第一层，其值为0.001761/550=0.00181满足要求水平地震作用下框架内力计算：选择整个框架结构中一榀横向框架进行内力计算，说明计算方法，其余框架内力计算略。横向框架计算简图见下图：图4 横向框架计算单元Fig.4 Horizontal frame calculation unit对于地震荷载作用下的各柱剪力分配应放入整个楼层中，按照抗侧刚度在同层柱中进行分配。求得每层层间剪力后，层柱分配到的剪力及该柱上下端的弯矩分别按下式进行计算： 各柱反弯点高度比y按公式确定。本结构上下层梁线刚度无变化，上下层层高无变化，故不考虑反弯点高度比修正值。具体计算过程及结果见下表：表4 各层柱端弯矩及剪力计算（边柱）Table 4 Layers column end moment and shear calculation(side column)层数hi /mVi /kND ij /Nmm-1边柱Di1 / Nmm-1Vi1 / kNkY / mM bi2 / kNmM ui2 / kNm632402.713178884622484.2730.3210.1537.923214.896534257.5131788846224149.3110.3210.30134.380313.553435768.4131788846224202.2980.3210.40242.758364.136336878.6131788846224241.2330.3210.45325.665398.034237619.0131788846224267.1980.3210.55440.877360.717137990.4214905653856200.2420.3960.80480.581120.145表5 各层局端弯矩及剪力计算(中柱)Table 5 Layers of central office bending moment and shear calculations (column)层数hi /mVi /kND ij /Nmm-1中柱Di1 / Nmm-1Vi1 / kNkY / mM bi2 / kNmM ui2 / kNm632402.7131788865808119.9720.4570.2589.979269.937534257.5131788865808191.2890.4570.35200.853373.014435768.4131788865808288.0420.4570.45388.857475.269336878.6131788865808343.4480.4570.45463.655566.689237619.0131788865808390.4170.4570.55644.188527.063137990.4214905685392317.4960.5930.70666.742285.746 梁端弯矩、剪力及轴力分别按下式计算：表6 梁端弯矩及剪力计算Table 6 End of the beam bending moment and shear force calculation层数AB跨BC跨LVbLVb6214.89663.5416.542.836206.502206.5022.0206.5025351.476108.9896.570.841354.191354.1912.0354.1914498.516159.1596.5101.181517.233517.2332.0517.2333640.792224.9366.5133.189730.993730.9932.0730.9932686.382233.2156.5141.476757.899757.8992.0757.8991561.022218.9066.5119.989711.400711.4002.0711.400表7 柱轴力计算 Table 7 column axia