中学四层学生宿舍楼设计计算书

本科生毕业论文 (设计 ) 中学四层学生宿舍楼设计  院     系：   土木工程学院     专     业：     土木工程       班     级：    13级 专升本      学     号：    5703130066     学生姓名：     石爽爽         联系方式：       指导老师： 唐东旗  职称： 副教授  2015年 05 月   独  创  性  声  明  本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计）是本人在指导老师指导下取得的研究成果。除了文中特别加以注释和致谢的地方外，论文（设计）中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在论文（设计）中作了明确的说明并表示了谢意。  学生签名：              年   月    日  授  权  声  明  本人完全了解许昌学院有关保留、使用本科生毕业 论文（设计） 的规定，即：有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业 论文（设计） 的复印件和磁盘，允许毕业 论文（设计） 被查阅和借阅。本人授权许昌学院可以将毕业 论文（设计） 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编 论文（设计） 。  本人论文（设计）中有原创性数据需要保密的部分为（如没有，请填写“无”）：  学生签名：                年    月    日  指导教师签名：  年    月     日   前  言  该部分内容分为中学四层学生宿舍楼的结构计算部分，该部分以一榀框架为计算基础。结构计算书是结构计算中最重要的部分，它主要由五部分组成，框架梁的配筋计算，框架柱的配筋计算，基础计算，楼梯配筋计算，板的配筋计算等。在计算方法上，对水平地震作用采用底部剪力法，基础部分，由于层数较少，地质条件较好，所以采用了柱下独立扩展基础。  根据所给题目和要求，结合 现实 情况， 我首先 通过调查研究及搜集有关技术资料，分 三阶段 阶段完成建筑方案 ，第一阶段，建筑方案初选，第二阶段，节点截面的选择，第三个阶段最终确定建筑方案设计的各个方面的尺寸大小。  建筑设计部分基于工程概况对方案的平面、立面、剖面、节点设计的选择方案和结构特色进行阐述。结构设计部分是对各个设计部分的计算方案的选取，大致思路的说明解释。   1 中学四层学生宿舍楼设计  摘     要  本次毕业设计内容为中学四层学生宿舍楼，该工程总建筑面积为 建筑基地面积为 。主体的结构形式采用钢筋混凝土框架结构，框架结构空间分割灵活，受力均匀，有利于满足房间布置的要求。梁、柱和楼板均采用为现浇形式。该设计共分为两大部分内容，第一部分是建筑设计部分，主要包括工程的基本概况，设计的主要依据，建筑物的平面、立面、剖面以及细部构造等；第二部分为结构设计部分，主要包括结构的平面布置，荷载的汇集、地震作用的计算、风荷载计算、一榀框架的计算、楼板的配筋、基础以及楼梯的配筋等。该设计主要运 用大学期间所学的房屋建筑学、混凝土结构设计、土力学与基础工程等教材，参考文献主要为土木工程行业现行国家相关规范和图集。  关键词： 办公楼；框架结构；建筑设计；结构设计；荷载汇集；地震作用；现行国家相关规范和图集   2  of of of of by is to of of of is of is of of of      to 3 目   录  摘  要 1 5 5 6 6 6 6 6   7 7 9 10 10 13 14 15 15 15 17 18 18 26 31 34 40   41 43 43  4 50 53 53 53 58 58 59 59 59   60   60 60 60 60 62 参考文献 63 致   谢 64  5 本工程是中学四层学生宿舍楼，建筑平面图如图 1示。层高为 内外高差 础顶面距室外地面为 600 。承重结构体系拟采用现浇钢筋混凝土框架结构。  图 1  建筑平面图  本设计资料  （ 1）工程名称：中学四层学生宿舍楼  （ 2）建设地点：许昌市东城区  （ 3）本工程地震设防烈度为七度，地震加速度为 地为类建筑场地，丙类建筑，地基基础设计等级为丙级。  （ 4）气象资料：基本风压： ，   基本雪压：  （ 5）地质资料：  本工程地质情况自上而下依次为：    杂填土，层厚 ，地基承载力 100黄土状粉土，层厚 4米， 130工程以该层为持力层，；  粉质粘土，层厚 2米， 150 （ 6）水文资料：勘探范围内未见地下水，最大冻土深度 考虑地下水位影响。   6 要建筑做法  面做法（自上而下）：  30030025泥砖、 20  1:泥砂浆结合层、高聚物改性沥青防水卷材、基层处理剂、 20 :3 水泥砂浆找平层、水泥膨胀珍珠岩保温以及找坡层（最薄处 50 ， 2%自两侧檐口向中间找坡）、 120现浇钢筋混凝土屋面板。  面做法（自上而下）： 13 缸砖面层、 2 纯水泥浆一道、 20 1:2 水泥砂浆结合层、 120 15  身做法（自上而下） :240 厚混凝土空心小砌块填充墙、 1:泥砂浆砌筑、内墙粉刷为混合砂浆底、 20 厚低筋灰面、“ 803”内墙涂料两度。外墙粉刷为 20 厚 1:3 水泥砂浆底、外墙涂料。  窗做法：  外窗采用塑钢窗，入室门采用夹板木门，入户门为玻璃双开门。  网布置  本方案采用内廊式结构布置类型。采用对称的三跨柱网，边跨跨度为 间跨是走廊，跨度为 间方向柱距为 梯间有加柱，柱距为 柱网布置方式满足结构的合理性和施工的可行性的要求。  重体系  因为混合承重具有较好的整体工作的性能。因此该方案采用纵向和横向混合的承重体系。即 楼面 载荷作用由横向和纵向的框架承受。   结构布置图   7 图 2结构布置图  件截面尺寸的确定  框架梁截面尺寸  框架梁截面尺寸应满足结构承载力、刚度及延性要求，截面高度一般取梁跨度的1/12 1/8。当梁的负载面积较大或载荷较大时，宜取上限值。为防止梁产生剪切脆性破坏，梁的净跨度与截面高度之比不应小于 4，梁的截面宽度可取 1/3 1/2 梁高，同时不小于 1/2柱宽，且不宜小于 250 框架梁：边跨（ ）梁        L =5600 01=550  1=250      50550跨（ ）梁   取50   b=250 50550柱（ 系梁  : 取50  b=250 50750柱（ 系梁  : 取50  b=250 50750梯间 :横向 ( 7 - 8 轴、 16-17轴  )梁 :   取50      b=25050450向（ 7 轴、 8 轴、 16轴、 17 轴）梁 : 取50 b=25050550框架梁：         取50  b=250      50450  框架柱截面尺寸  框架柱的部分受荷载面积形式如下图 3  8 图 3框架柱受荷形式  框架柱混凝土选用 架抗震等级为三级，轴压比N=据轴压比， 初 步估算框架柱截面尺寸时可以按公式  计算。  1、根据框架柱的轴向压力设计值 21nG 可以确定柱截面尺寸：  （ 1） 2 轴和 C 轴相交的中间柱：   21nG  =14（  4 =为50 450=202500 故中柱截面尺寸可以取cc 450450 2） 3 轴和 A 轴相交的边柱：   21nG  =14（  4 =虑到边柱承受偏心荷载的作用较大，并且跨度也大，故取 A 轴边柱截面尺寸为  cc 450450 3） 1 轴与 A 轴相交角柱：  角柱虽然承受面荷载面积较小，但由于角柱承受双向偏心荷载的作用较大，受力比较复杂，故截面尺寸取与 A 轴相同，即：cc 450450、校核框架柱截面尺寸是否满足结构要求：  （ 1）按照构造要求框架柱的截面的边长不宜小于 400 （ 2）为了避免构件发生剪切形式破坏，柱净高与截面边长之比宜大于 4. 2.34。   9 （ 3）框架柱的截面高度和宽度一般可取层高的 1/10 1/15 H（ 1/10 1/15）  1/10 1/15） 3200=320213 由上可知，已确定的框架柱满足以上对框架柱的要求，故所选框架柱的截面尺寸均满足要求。  构计算简图  框架梁线刚度计算：对于边跨梁 I=于中跨梁 I=2 左边梁 =E 2 1/12   10中跨梁 =E 2 1/12   10左边梁 =右边梁i  =10框架柱线刚度计算。根据地质条件、室内外高差，基顶标高可定为 底层柱高为 刚度如下：  底柱 =E 1/12（ 10m3 i/ 余柱=E 1/12（ 4/10构计算简图如图 3  10 图 3 结构计算简图  注：图中数字为线刚度，单位： 10为计算各节点杆端弯矩分配系数的依据。  荷载计算  面框架梁线荷载标准值计算   屋面恒荷载标准值计算  300 300 25  水泥砖                     20= 20=(2 7= 25=3 2/15                     17=：                                     框架梁及粉刷自重计算  重：                25=  11 梁侧粉刷：                       2 （ 17= 重：                          25= 梁侧粉刷：                       2 （ 17= 边跨（ 荷载标准值：  屋面边跨梁其自重传来（均布）         屋面恒荷载传来（梯形）               中跨（ 荷载标准值  屋面中跨梁其自重传来（均布）         屋面恒荷载传来（三角形）            4   楼面恒荷载标准值计算  13                     16= 20= 25=3 2/15                    17=：                                 边跨框架梁及粉刷自重                         边跨填充墙自重：                    （ 6= 填充墙面粉刷自重：                 2 （ 17= 中跨框架梁及粉刷自重：                       楼面边跨框架梁上的线荷载标准值：  楼面边跨梁自重传来（均布）               楼面恒荷载传来（梯形）                   楼面中跨框架梁上线荷载标准值  楼面中跨梁自重传来（均布）              楼面恒荷载传来（三角形）                 面框架节点集中荷载标准值计算   顶层边节点集中荷载   12 边柱纵向框架梁自重：               25=粉刷：         2 （ 17=               6=粉刷：               2 17=纵向框架梁传来层面自重：       （ 1/2 1/2 =汇总                                             4D= 顶屋中节点集中荷载：  中柱纵向框架梁自重：               25=粉刷：               2 （ 17=纵向框架梁传来屋面自重：         1/2 （ ） 汇总：                                            4C= 中间层边节点集中载荷  边柱纵向框架梁自重：                                粉刷：                                   塑钢窗自重：                             窗下墙体自重  ：                （ 6=粉刷：              2 （ 17=窗边墙体自重：                         6= 粉刷：                       2 17=框架柱自重：                              25=16.2 粉刷：       （ 3） （ 17=汇总：                                    D= 中间层中节点集中荷载  中柱纵向框架梁自重：                       粉刷：                                 内纵墙自重：           （ （ 6=粉刷：            2 （ （ 17= 13 框架柱自重：                                  16.2 粉刷 :                                  中柱纵向框架梁出楼面自重：    （ ） 粉刷 :                       3.8 汇总                                   C=恒荷载作用下计算简图如图 4 图 4荷载作用下计算简图  面活荷载计算  .2  .0  1/2 2=  1/2 () 3/2+ 2=  .2  .0   2=  () 3/2 2+ 2= 楼面活荷载作用下结构简图如图 4示：   14 图 4荷载作用下的计算简图  荷载计算  风压标准计算公式为：        0wW 查资料可知，基本风压  20 /4.0 ，因为房屋建筑高度小于 30m，所以风震系数0.1s ,对于矩形的平面来说 3.1s ，查建筑结构荷载规范可得风压高度系数 z， A 是一榀框架各层节点的受风面积，将风荷载换算成作用于框架每层节点的集中荷载，计算结果如下表：  表 4                 风荷载计算  层次  z  s  Z  (m) Z  0 (2m ) A ( 2m ) )(   15 按照静力等效原理，可以将分布荷载转化为节点集中荷载，如图所示：  图 4效节点集中风荷载  荷载计算  屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按雪荷载计算公式    0计算  式中 ，为屋面积雪分布系数 ， 取= = 2+ 5风荷载作用下的侧移验算  架侧移刚度计算  框架侧移刚度按 D 值法计算， 计算梁的线刚度虑到楼板对框架梁截面惯性矩的影响，。边框架梁的线刚度为中框架梁的线刚度的 。所有梁、柱的线刚度见表 5  16 表 5       梁柱线刚度表（ 10 层次  边框架梁  中框架梁  柱  )( )( 2 据 h ，可计算出各框架柱的侧移刚度，根据梁、柱线刚度之比 架柱可以分为中框架中柱和边柱、边框架中柱和边柱。现以第二层 B - 3 轴的侧移刚度计算为例，说明其计算过程，其余柱的计算过程从略，计算过程分别见表 5 5 第二层 B - 3 柱及与其相连系的梁的线刚度如图 5示，由节点转动影响系数c可得梁柱线刚度比 k 为： K=321 = 2=2212h =10 33   按例可计算出各种类型框架柱的侧移刚度，如下表所示：   17 表 5          边框架柱的侧移刚度 10 层次  边柱 柱 K  c  K  c  2  5         中框架柱的侧移刚度 10 层次  边柱（ 22根）  中柱（ 22根）  K  c  K  c  2 以上不同层次计算得出的框架侧移刚度相加，即可得框架各层层间侧移刚度， 10算为标准单位 N/这里 =104N/得，换算的结果见下表：  表 5      不同层框架柱侧移刚度 层次   10 N/ 1 045500 283440 荷载作用下水平位移验算  根据图 4式 sj 算层间剪力后根据表 5值求出轴线框架的层间侧移刚度，再按式 )( 和式 ik  计算各层的相对位移和绝对位移。计算过程如下：  表 5    风荷载作用下框架层间剪力及侧移验算  层次  1 2 3 4 )(18 )10( 33  ( 80580 65400 65400 65400 )(  (ii ,远小于 1/550，满足规范要求。  6. 内力计算  载作用下的内力计算    本例在恒载作用下的内力计算采用分层法。由图 3构计算简图 中取出顶层、中间任一层、以及底层进行内力分析，顶层的结构计算简图如图 6a）所示，中间层和底层的计算简图如图 6c） 所示。在图 6底层外的所有柱线刚度取框架柱实际线刚度的    在图 6a）、（ c）中梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成，在时可直接根据图示荷载计算，也可根据固端弯矩相等的原则进行计算，先将梯形分布荷载及三角形分布荷载，化为等效均布荷载，（如图 b、 d 所示）。等效均布荷载的计算公式如图 6  19 图 6分层法计算单元简图  图 6 荷载的等效  梯形荷载化为等效均布荷载：  顶   层 :  )21(g 3214'4 B 边=1+(  2414'4 85 边= 14= 中间层：2321'4 g)21(g 中=1+(  21' 85 中=   20 底   层： '边g= '中g= 端弯矩       图 6b）所示结构内力计算，可以采用弯矩分配法进行计算，并可以利用结构对称性取二分之一结构进行计算。我们注意到，除底层外，柱的线刚度需要乘以修正系数 且除底层外其他各层柱的弯矩传递系数均取 1/3。  线刚度的修正：底层柱  i =10 其他层柱 i =1010 修正后的梁柱线刚度见下表：  表 6                  梁柱  线刚度表（ 10）  层次  梁  柱  )( 2 为示例，本例只给出中间层结点的分配系数和固端弯矩的计算过程，其他各层结点的分配系数以及固端弯矩的计算过程同理，其结果列于表 6。  中间层   中间层   21 中间层固端弯矩计算：  ''12/1边边 B =1/12  2'3/1中中 C =1/3 .1  2'6/1中中 B =1/6  由纵向框架梁在边柱上的偏心距  顶   层：0404 e =    中间层：00 e =  底   层：00 e =  表 6 分层法分配系数及恒载作用下固端弯矩计算结果（ ）  结  点  单元  A B E A 下柱  A 上柱  B 下柱  B 上柱  分配  系数  顶   层        中间层    底   层    固端  弯矩  顶   层          间层             层          ：弯矩中的负号表示方向（下同）。  弯矩分配法计算过程如图 6 6 6算所得结构单元的见图 6  22 图 6 顶层弯矩分配法计算过程  图 6 中间层弯矩分配法计算过程  图 6 底层弯矩分配法计算过程  在求得图 6b）、（ d）所示的结构单元中梁端弯矩之后，如果要求梁的跨中弯矩，则需注意不能按等效分布荷载计算，需要根据求得的支座弯矩和各跨的实际荷载 23 分布（如图 6按平衡条件进行计算。框架梁在实际分布荷载作用下按简支梁计算的跨中弯矩  在实际荷载作用下，框架梁的跨中弯矩 20 右左 计算。  （ a）顶层边跨梁               （ b）顶层中跨梁  （ c）中间层及底层边跨梁           （ d）中间层及底层中跨梁  图 6梁在实际分布荷载 （ ） 作用下按简支梁计算的跨中弯矩 （ ）  1、顶层：边跨最大弯矩 =（  中跨最大弯矩 =  2、中间层：边跨最大弯矩 =（  中跨最大弯矩 =  3、底层：边跨最大弯矩 =（  中跨最大弯矩 =  恒载作用下的弯矩如图 6  24 图 6  整体框架的弯矩图 ( )  1、剪力计算：  （ 1）顶层： =1/2 65.2  =1