幸福小区B1住宅楼工程结构设计.doc

四川农业大学土木工程专业毕业设计 幸福小区B1住宅楼工程结构设计一.设计概况1.1 建设项目名称都江堰市幸福小区B1住宅楼建筑结构设计1.2建设地点都江堰市，场地平整，地段交通方便，地势平坦，东西两地均为开发性用地1.3 设计资料1.3.1地质水文资料由地质勘察报告，其地质土层构造为：a层：耕植土，厚约0.7M，k=100Kpa；b层：淤泥质土，厚约0.51m，k=80Kpa；c层：粘土，厚34m，硬塑状态，塑性指数Ip=14，液性指数I=0.17空隙比e=0.54，k=200Kpa；d层：粉质粘土，厚约4m，硬塑，Ip=14，I=0.17，e=0.75，k=180Kpa1.3.2气象资料风向：常年主导风向为西北风，基本风压300N/m2，基本雪压250 N/m2。月最高平均气温24.4，月最低平均气温4.6。1.3.3抗震设防要求八度。1.3.4底层室内主要地坪标底层室内主要地坪标高为0.000，相当于绝对标高31.45m。二结构方案布置及结构选型3.1结构布置方案及结构选型见图3-13.1.1结构承重方案选择根据建筑功能要求以及建筑施工的布置图，本工程确定采用框架承重方案，框架梁、柱布置参见结构平面图。3.1.2主要构件选型及尺寸初步估算1. 主要构件选型（）梁板柱结构形式：现浇钢筋混凝土结构 （）墙体采用：空心页岩砖（）墙体厚度：内外墙均为200mm （）基础采用：柱下独立基础2. 梁柱截面尺寸估算（） 主要承重框架:因为梁的跨度较接近（5600，6000）,可取跨度较大者进行计算.取L=6000 h=(1/101/15)L=500mm400mm 取h=500mm.b=250mm 满足b200mm且b/ 500/2=250mm故主要框架梁初选截面尺寸为：bh=250mm500mm（） 次要承重框架(见图3-1)：图3-1图3-1次梁布置平面图(2-4)次梁l1跨度2900mm次梁截面高度h=l/18l/12=2900/182900/12=160mm240mm，取h=250mm，截面宽度取b=120mm。次梁l2跨度4.1m，次梁截面高度取h=350mm，截面宽度取b=150mm。次梁l3跨度4.4m，次梁截面高度取h=350mm，截面宽度取b=150mm。次梁l4跨度4.1m，次梁截面高度取h=350mm，截面宽度取b=150mm。次梁l5跨度4.4m，次梁截面高度取h=350mm，截面宽度取b=150mm。次梁l6跨度4.4m，次梁截面高度取h=250mm，截面宽度取b=120mm。次梁l7跨度4.2m，次梁截面高度取h=350mm，截面宽度取b=150mm。所有次梁尺寸均取h=400mm，b=200mm.根据结构平面布置图,选定第(21)轴线作为计算单元. 如图所示框架梁跨度(按柱中心线确定) AC跨: 6000 mm CE跨: 5600mm 框架柱高度：取底层:H1=3000+450+550 =4000mm 其它层:H2=H3=H4=H5=H6=3000m框架计算简图如图(图3-2)3.1.3 梁柱惯性矩,线刚度,相对线刚度计算1. 梁柱惯性矩计算横向框架主梁：纵向框架主梁：柱：2. 梁柱线刚度计算根据公式 i=EI/l,可以得出梁柱的线刚度如下(E=EC)梁：id c=2.66109E/6000=4.43105E ic a=2.66109E/5600=4.75105E柱：底层i=8.45105E 标准层：i=10.25105E3. 梁柱相对线刚度计算(图3-2)三.楼板设计和荷载计算3.1楼板设计3.1.1设计资料1）楼面做法：100mm钢筋混凝土现浇板，20mm石灰砂浆抹底，20mm水泥砂浆找平，水磨石面层 2）材料：混凝土强度等级为C30；梁内受力纵筋为HRB335，其余为HPB235钢筋3.1.2楼盖的结构平面布置(见图2-1)图2-1楼盖的结构平面布置3.1.3 板的设计（弹性理论）1）荷载计算恒荷载标准值：水磨石面层：0.65 kN/m2 20厚水泥沙浆找平0.0220=0.4kN/m2100mm厚钢筋混凝土楼板：0.1025=2.5 kN/m2 20mm厚石灰沙浆抹底：0.0117=0.34kN/m2小计 3.89kN/m2荷载设计值：g=1.23.89=4.558kN/m2 ，q=1.42.0=2.8kN/m2q/2=1.4kN/m2，g+q/2=5.958kN/m2，g+q=7.35kN/m22）弯矩计算计算过程见下页(表2-1)中。3）截面设计截面有效高度：假定选用8钢筋，则l01方向跨中截面的h01=100-20=80mm；l02方向跨中截面的h02=70mm；支座截面h0=80mm。最小配筋率：取smin=0.2%，则Asmin=0.2%1000100=200mm24）板的布置图：(见图2-2)图2-2 48表2-1弯矩值计算表ABCDEFGHIl01 (m)250027003400290027002900250027003400l02 (m)290041004100440042004400290041004400l01/l020.860.660.770.690.640.660.860.660.77m1(0.0241+0.20.0158) 5.962.52+(0.0316+0.20.0217) 1.42.52=1.25(0.034+0.20.0099) 5.962.72+(0.0295+0.20.0642) 1.42.72=1.88(0.0241+0.20.0158) 5.963.42+(0.0376+0.20.0195) 1.43.42=1.28(0.0326+0.20.0109) 5.962.92+(0.0497+0.20.014) 1.42.92=2.23(0.0341+0.20.0091) 5.962.72+(0.077+0.20.0261) 1.42.72=1.28(0.034+0.20.0099) 5.962.92+(0.0295+0.20.0642) 1.42.92=1.28(0.0241+0.20.0158) 5.962.52+(0.0329+0.20.0361) 1.42.52=1.28(0.034+0.20.0099) 5.962.72+(0.077+0.20.065) 1.42.72=2.36(0.0286+0.20.0136) 5.963.42+(0.0322+0.20.046) 1.43.42=2.69m2(0.00158+0.20.0241) 5.962.52+(0.0217+0.20.0316) 1.42.52=0.96(0.0099+0.20.034) 5.962.72+(0.0642+0.20.0345) 1.42.72=1.08(0.0136+0.20.029) 5.963.42+(0.0195+0.20.0376) 1.43.42=1.08(0.0109+0.20.0326) 5.962.92+(0.0109+0.20.326) 1.42.92=1.08(0.0091+0.20.0341) 5.962.72+(0.0265+0.20.077) 1.42.72=1.08(0.0099+0.20.0341) 5.962.92+(0.0642+0.20.0295) 1.42.92=1.6(0.00155+0.20.0241) 5.962.52+(0.0116+0.20.0526) 1.42.52=1.08(0.0099+0.20.034) 5.962.72+(0.0265+0.20.077) 1.42.72=1.09(0.0136+0.20.0286) 5.963.42+(0.046+0.20.0322) 1.43.42=1.08m1-0.06177.32.52=-2.66-0.0767.32.72=-3.82-0.09167.33.42=-7.31-0.07417.32.92=-4.30-0.07717.32.72=-2.66-0.0767.32.92=-4.41-0.06177.32.52=-2.66-0.0767.32.72=-3.82-0.06877.33.42=-5.48m2-0.05497.32.52=-2.37-0.0577.32.72=-2.86-0.07567.33.42=-6.03-0.0577.32.92=-3.3-0.05697.32.72=-2.86-0.0577.32.92=-3.31-0.05497.32.52=-2.37-0.0577.32.72=-2.86-0.05627.33.42=-4.48为了便于计算，内力臂系数近似取=0.95，计算过程见下表 (表2-2 2-3) 表2-2屋面板配筋计算表跨中截面h0(mm)m (kNm)As(mm2)配筋实配As (m2)Al01方向801.251048200251l02方向700.96968200251Bl01方向801.081578200251l02方向701.381388200251Cl01方向802.672238200251l02方向701.661668200251Dl01方向802.031868200251l02方向701.061098200251El01方向802.281908200251l02方向701.071078200251Fl01方向802.061808200251l02方向701.61608200251Gl01方向801.281078200251l02方向701.081088200251Hl01方向802.6361978200251l02方向701.091098200251Il01方向802.692258200251l02方向702.072088200251表2-3边缘支座截面h0(mm)m (KNm)As(mm2)配筋实配As (mm2)A80-6.69419.210180436Bl01方向80-9.57599.610140561l02方向80-6.69419.210180436Dl01方向80-4.75297.610200393l02方向80-3.90244.410200393El01方向80-5.25328.910200393l02方向80-4.62289.510200393F80-4.91305.110200393Hl01方向80-9.57599.610180654l02方向80-6.69419.210180436 支座截面h0(mm)m (kNm)As(mm2)配筋实配As (mm2)A-B80-3.12598200251A-J80-2.11758200251B-E80-2.62178200251B-M80-3.12598200251B-J80-3.12598200251C-M80-4.840110200393C-l80-5.848410160491D-E80-3.42848180279D-J80-2.62178200251E-E80-2.31928200251E-H80-2.62178200251E-K80-3.12598200251F-K80-3.02518200251F-L80-3.52928170296G-H80-3.12598200251G-J80-2.11758200251H-J80-3.12598200251H-M80-3.12598200251I-L80-4.4136810180359板J,K,L,M按单向板处理，由于这些板不连续，因此假定其两端固定，且不连续，且不考虑双向板的影响1）作用在单向板的荷载与双向板相同q+g=7.35KN/m2）计算简图(图2-3) 3）弯矩设计值M=1/12qJ: 支座 M=1.47KN/m跨中M=0.74KN/m 同上：K: 支座 M=1.47 KN/m 跨中M=0.74 KN/mL: 支座M=0.28 KN/m 跨中M=0.14 KN/mM:支座M=1.47 KN/m 跨中M=0.74 KN/m因为当M=1.47 KN/m时，计算受拉钢筋面积为124，所以单向板均按最小配筋取As =251，由于单向板支座处弯矩均小于双向板弯矩，因此在单向板与双向板相接处统一按双向板考虑。 3.2荷载标准值计算3.2.1 永久荷载1. 作用于框架梁上的荷载1) 屋面恒载三毡四油屋面防水层 0.4kN/m21:3水泥沙浆找平层 20mm 0.4kN/m2水泥蛭石板保温层 60mm 0.12kN/m21:8水泥炉渣找坡 80mm 1.44kN/m21:3水泥沙浆找平层 20mm 0.4kN/m2现浇钢筋混凝土板 80mm 2.kN/m2板底抹灰 20mm 0.4kN/m2 合计5.1kN/m2 2) 楼面恒载 水磨石地面 0.65kN/m2现浇钢筋混凝土板 80mm 2.0kN/m2板底抹灰 20mm 0.4kN/m2 合计3.05kN/m3) 梁自重 横向框架梁： 2.5kN/m 次要框架梁： 2kN/m4) 柱自重 上层柱： 18.75 kN /根底层柱： 20.25 kN /根 5）墙自重及两面抹灰 女儿墙： 4.56KN/m 两面抹灰： 0.68kN/m 共计：5.24kN/m26层：外墙标准层墙: 20.3KN/m 内墙标准层墙: 13.1KN/m底层: 外墙标准层墙: 28.12KN/m 内墙标准层墙: 28.12KN/m 图3-32. 作用在框架梁恒载计算楼面荷载分配按双向板进行荷载分配 为了便于计算，这里将三角形和梯形荷载换算为等效均布荷载： 短向分配（三角）：5aq/8 长向分配（梯形）：(参见图3-3)A1=3（4.432-3.4）31.7=4.59m2 = A3 A2=33.431.7=2.89m2=A4C3=3 （4.132-2.7）31.35=3.71m2 =C1 C2=32.731.35=1.82 m2=C1 D2=3（2.932-2.5）31.25=2.06m2 =D4 D1=32.531.25=1.56m2=D3顶层：G A1=5.134.59=23.4KN= G A3 GB1=5.130.3534.4= 7.85KNG l1=1.334.4=6.56KN GA2=5.132.29=14074KN= GA4G F=0.835.134.1=16.73KN Gl8=0.7532.9=2.18 KNGl2=1.334.1=5.74KN Gc1=5.133.71=18.92KNGc2=1.8235.1=9.28KN GD2=5.132.06=10.51 KNFm = (Gl2+GA1+GA3+GF1)+(GA2+GB1+GL1+GA1) 332=67.1KN Fn =( G c2+ Gd11+ G D2+ G C1+ G c3+ G L4)+ (GA2+ G B1+ GL1+ G A1) 332=64.44 KNql3=1.3KN/m= ql9 qA3=6.54N/m qam=6.5432+2.5=15.58N/m qmc =2.5KN/m D1: qD1=4.52N/m qCN=4.332+2.5=11.1N/m qEN =2.5+4.5232=11.54KN/m标准层:GA1=GA3=3.394.59=15.56KN GA2=3.392.89=8.0KN= GA4 GB1 =3.390.35+4.4=5.22KN GF1=3.390.84.1=11.12KN GL1=(13.1+1.3)4.4=63.36KN GL8=(13.1+0.75)2.9=40.17KNGL2=(13.1+1.3)4.1=50.04KN GC1=3.393.71=12.58KN GC2 =3.391.82=6.17KN GD1=3.395.1=17.29KN GD2=3.391.56=5.29KN GE1 =3.392.291.25=12.29KNFM = ( G l2+ G A1+ G A3+ G F1)+ (GA2+ G B1+ GL1+ G A1) 332=116KN FN= ( G c2+ Gd11+ G D2+ G C1+ G c3+ G L4)+ (GA2+ G B1+ GL1+ G A1) 332=125.73KNqC2=2.73.39=2.86KN/m qD1=0.6691.953.55=4.631KN/mqA3= 0.53.43.39=4.53KN/m qL3=14.4KN/m qC2=0.7091/22.53.39=3KN/m qcn=14.4+2.862=20.12KN/m2.1.2.2 恒荷载作用在框架柱上的集中荷载GL5=4.1(2.5+5.2)=25.52KN G L5=20.2+8.7=91.02 KNGL9=14KN G L9=14.4+13.16=93.6 KNGL5=4.1(2.5+5.2)=25.52KN G L5=20.2+8.7=91.02 KNGL3=62.5=15 KN G L5=15+13.16=93.6 KN顶层：FA=(GA4+GB1+GA1+Gl1)3+Gl5+GA4+GA5+Gl3+Fm3/2=83.57KNFc=(GA4+GB1+GA1+Gl1)3+ Gl5+GA4+GA5+Gl3+Fm3/2=131.8KNFE =(GA4+GB1+ GA1+ Gl1) 3+ Gl5+GA4 +GA5+ Gl3+Fm3/2=89.18KN标准层： FA= 188.89 KN Fc= 185.18 KN FE=230.9 KNA列柱：六层： F6= 83.57 KN F6= 98.27 KN 五层： F5=287.66 KN F5= F5+15.19=302.85KN四层： F4= 491.94 KN F4= 506.93 KN 三层： F3= 695.82 KN F3= F3+15.19=711.11KN二层： F2= 899.9 KN F2= 915.09 KN 一层： F1= 1103.99 F1=1119.7KNC列柱：六层： F6=131.8KN F6=146.99KN 五层： F5=332.17 KN F5=347.36 KN四层： F4= 532.54KN F4=547.33KN 三层： F3=732.91 KN F3= 748.1KN二层： F2= 933.28KN F2=948.7 KN 一层： F1= 1133.65KN F1= 1153.9KNE列柱： 六层： F6= 89.18KN F6= 104.37KN 五层： F5= 335.27KN F5=350.46 KN四层： F4= 581.36KN F4=596.55KN 三层： F3= 827.45KN F3= 842.64KN二层： F2=1073.54 KN F2= 1088.73KN 一层： F1= 1319.63KN F1= 1339.88KN 3.2.2 竖向可变荷载查荷载规范：楼面均布活荷载标准值为2.0kN/m2,上人屋面均布活荷载标准值为2.0kN/m2。 AC跨： AM:q=5.13 kN/m CE跨： CN: q=3.38 kN/m NE:3.55 kN/mFM= (1.89+1.69)31.5+(0.81+0.56)31.5+0.7533.331.5=21.78 kN FN=31.34kN FE=35 kN FC=48.46 kN FAM=17.5 kN3.2.3风荷载标准值计算风压标准值计算公式为：w=ZSZ0 本地区基本风压为：w0=0.3楼高H30m；地面粗糙类别为C类；风振系数：Z=1+Hi/H3/Z 表3-1层次123456Hi（第i层距离室外地面的高度）3.456.459.4512.4515.4518.45H=20.65m B11.6m H/B2 查表：脉动影响系数=0.45表3-2离地面高度（m）z3.456.459.4512.4515.4518.45风压高度系数Z0.40.590.70.770.850.91结构高度H=20.230m,故取Z=1.0,S=1.3 表3-3离地面高度（m）z3.456.459.4512.4515.4518.45k0.340.500.590.650.720.77转化为集中荷载（受荷面与计算单元同）6层： FW6K=7.89KN 5层： FW5K=.9.16KN 4层： FW4K=8.43KN 3层： FW3K=7.63KN 2层： FW2K=6.7KN 1层： FW1K= 7.88KN（如图6所示）3.2.4 水平地震作用计算1.重力荷载代表值（恒载+0.5活载）1) 恒载屋面重力值：G面=2946K 楼板重力值：G板=1985KN梁重力值： G梁=811K 柱重力值： G上柱=731KN G底柱=789KN墙重力值：标准层G女儿墙=639KN G标墙=2480KNG底墙=3527KN 底层600734/3=8009 KN2.4.1.2 活荷载 Q=2.0348.9311.6=1155KN 2.4.1.3 重力荷载代表值 G6= G板+G梁+G上柱/2+G女儿墙+G标墙/2=7767（不包括屋面活荷载）G5= G板+G梁+G上柱+ G标墙+F活/2=10085KNG2=G3=G4=G5 =10085KN G1= G板+G梁+G上柱/2+G底柱/2+G标墙/2+G底墙+F活/2=11115KN质点重力荷载代表值(见图3-7) 图3-72) 水平地震作用计算1各层D值汇总（D单位：104kN/m）计算过程见(表3-4)表3-4层次边柱 (根)边柱D中柱 (根)中柱D边柱 (根边柱DD六131.29132.36131.3765.26五131.29132.36131.3765.26四131.29132.36131.3765.26三131.29132.36131.3765.26二131.29132.36131.3765.26一131.59131.99131.6267.22顶点位移计算（将重力荷载代表值Gi作为水平荷载）uT=+=0.3033基本自振周期 S4基本自振周期水平地震影响系数设计地震分组第二组，场地类别类，Tg=0.40s，地震加速度0.20g，多遇地震下max=0.085结构底部剪力标准值 6各层水平地震作用标准值，故需考虑顶部附加地震作用 n=0.08T1+0.07=0.122顶部附加的集中水平地震作用为：Fn=nFek=0.12232516=282.6KN7各层水平地震层间剪力 8多遇地震下弹性层间位移 计算过程见下表（3-5）表3-5楼层hi (m)Vi (kN)Di (104kN/m)ue (m)ee六3803.765.260.001230.00041五31373.565.260.002100.0007四 31836.565.260.002810.00094三32192.665.260.003360.00112二 32441.965.260.003740.00125一42598.967.60.0038410.00096故满足要求 3.3 荷载作用下框架的内力分析3.3.1恒荷载作用下框架的内力分析恒荷载作用下框架的受荷简图如图所示1.横荷载作用下框架的弯矩计算1) 梁的固端弯矩可按下面方法求得AC跨：顶层：M A6C667.134.4431.62/6221KN M C6A657.7NM A6C6-46.8 M C6A646.8KN M A6C6 36.8 KN M C6A627.8KNA C 标准层A6C6M A6C6-36.3Nm MC6A699.7KNmM A6C6-82.5KNm MC6A62.5KNmM A6C6-24.5KNm M C6A618.5KNm总计：M A6C6-143.3Nm M C6A6CE跨： 标准层：M C5E5-88.09 M E5C588KNmM C5E5-88.4KNmM E5C588.4KNm总计M C5E5-176.4KNmM E5C5176.4KNm顶层 M C6E6-45.1KNmM E6C645.1KNm M C6E6-108.3KNm M E6C6108.3KNm1. 梁的跨内最大弯矩的求法。CE跨 C6E6段弯矩的求法：Q C6E632.22KNQ E6C632.22KNQ C6E667.78KNQ E6C667.78KN跨中K点弯矩M76.7KNC5E5段弯矩：E5C562.8KNQE5C593.1KNQC5E562.8KNQE5C593.1KN跨中K点弯矩Mk131.4KNm恒载作用下的弯矩图（见图3-9）2. 恒载作用下框架的剪力计算 由简图和推导公式进行计算3. 恒荷载 作用下框架的轴力计算（见图3-11）3.3.2活荷载作用下框架的内力计算1.楼面活载作用下框架的内力计算由于楼面活载4.0KN/m2,故按活载满布的情况计算。为减小误差，将最终结果中，梁的跨中弯矩扩大1.2倍，支座弯矩不变。1) 楼面活载作用下框架的弯矩计算 EC跨： MCE-31KNmMEC31KNmAC跨： MAC-21.72KNm MCA29.99KNm上柱下柱左梁右梁上柱下柱左梁右梁下柱上柱0.6980.3020.2280.5270.2450.2960.704-31.730.2-313122.179.590.180.420.2-9.18-21.826.530.094.80.06-4.59-9.18-21.82-4.62-2-0.06-0.014-0.0722.75-22.7524.08-24.0835.120.32-35.440.831.980.4110.4110.1780.1490.3420.3420.1610.1880.4060.406-31.7630.2-313113.0513.055.660.120.280.280.12-5.82-12.58-12.5811.096.530.062.830.21-2.910.06-6.3-10.93-7.27-7.27-3.14-0.02-0.04-0.04-0.033.236.966.9616.9112.31-29.2233.130.450.24-33.8228.47-11.93-16.540.4110.4110.1780.1490.3420.3420.1610.1880.4060.406-31.7630.2-313113.0513.055.660.120.280.280.12-5.82-12.58-12.586.536.530.062.830.140.14-2.910.06-6.3-6.3-5.39-5.39-2.340.030.070.170.032.485.065.0914.1914.19-28.3833.180.490.49-33.7627.6-13.8-13.80.4110.4110.1780.1490.3420.3420.1610.1880.4060.406-31.7630.2-313113.0513.055.660.120.280.280.12-5.82-12.58-12.586.536.530.062.830.140.14-2.910.06-6.3-6.3-2.71-2.71-1.170.030.070.070.042.445.275.216.8717.34-34.2133.180.490.50-33.7728.39-14.7-13.690.4410.3680.1310.1180.3660.3660.170.2070.3630.435-31.7630.2-31311411.696.070.130.290.240.14-6.26-11.25-13.496.530.073.040.14-3.130.07-6.3-2.91-2.43-1.26-0.2-0.30.07-6.317.629.26-26.8833.370.230.21-33.*9926.07-8.99-17.084.630.114.5活荷载作用弯矩图见（图3-13）3.3.3风荷载作用下内力分析。采用D值法，其计算结果如下 ：7.85KN=0.127=0.232=0.135VA=2.02KNVC=3.69KNVE=2.149.16KN=0.127=0.232=0.135VA=2.35KNVC=4.3KNVE=2.51KN8.43KN=0.127=0.232=0.135VA=KNVC=3.96KNVE=2.3KN7.63KN=0.127=0.232=0.135VA=KNVC=3.58KNVE=2.09KN6.7KN=0.127=0.232=0.135VA=KNVC=3.15KNVE=1.83KN7.85KN=0.373 =0.046=0.38VA=KNVC=3.01KNVE=2.46KNACE风荷载作用