【《S市九中学生公寓建筑结构设计》6300字】

S市九中学生公寓建筑结构设计摘要：本次设计项目为丰城九中学生公寓大楼结构设计，建筑面积6056.01㎡,楼高六层。该建筑结构整体高22.6m,女儿墙高1m,其它各层均为3.6m。本次设计重点论述两个方面：一是建筑设计。在项目书的指导下，对施工环境、建筑高度等方面做出整体分析并参照建筑设计规范做方案，最终绘制出建筑设计图。二是结构设计，主要是楼板、梁、柱的结构设计和基础配筋的计算。在基础设计中，采用柱下独立基础。这个计算器是采取一个框架，手动计算，并比较手动计算的结果与PKPM软件的结果。关键词：公寓建筑；结构设计；工程设计目录TOC\o"1-3"\h\u227871建筑设计 LI1建筑设计1.1工程概况该项目命名为丰城九中学生公寓，采用建筑结构设计，总建筑面积约6000m2.考虑到丰城市本地抗震设防强度，确定不做抗震设计。该大楼共有6层，全部层高3.6m。建筑地址：江西省伊春市凤城龙光东大道以北150米处。1.2设计要求该项目主要设计构件为楼板、梁、柱、基础、楼梯等，先依据建筑及结构图选取一榀框架再执行实际负载模拟以获得负载设计值。梁、柱截面和高度及板厚的设计，基础的选择，长宽的设计及建筑构造的选择，根据荷载设计值计算楼梯型式。最后，利用荷载设计值对楼板、梁、柱等构件进行配筋设计计算，并利用PKPM软件进行手工计算过程中的控制计算。图1-1计算简图(mm)图1-2结构简图2结构设计2.1基础结构类型基础将上部结构上的力传递给下部基础，然后传递给基础。设计基础时应综合考虑很多情况，包括建筑场地情况，工期与造价以及建筑物使用功能的规定等等，必须合理去选用适合建筑结构特点的基础设计方案才能更好的达到实用性，经济性等要求。通过各方综合考虑，该项目以独立基础为该建筑物的基本形式。2.2尺寸估算1、板厚尺寸估算从经验和规范可知，跨度和单向板和双向板在很大程度上决定了板材的厚度和尺寸。参考最新国家标准，考虑板内荷载情况和板型，结构板的计算跨度可为3900mm，根据相关规范，混凝土浇筑用双向板最小厚度为跨度的1/40，单向板最小板厚为跨度的1/30，故h=3900/40=97.5毫米。借鉴《混凝土结构设计规范》同时考虑到建筑结构构造，双向板厚度应在80mm以上，单向板厚度应在60mm以上，综合分析和考虑确定本项目楼板厚h=120mm。2、气象、地质资料表2-1气象、地质资料3、对梁截面尺寸进行估算横向框架梁：梁高：取650mm梁宽：b=取300mm纵向框架梁：梁高取:h=400mm；梁宽取:b=250mm。4、估算梁的尺寸后可以对柱子的尺寸大小进行估算，以B轴的柱子为例。柱子所受轴力：N=1.2×q×S×n=1.2×13×4.050×4.55×6=1724.814kN柱子的截面尺寸：A=由柱子的横截面为正方形，可以得出柱子的边长的最小值为bc=hc=343.48mm根据实际工作经验和理论模型的计算可以将柱子截面设计为边长为500mm。图2-1第10轴一榀框架尺寸简图(mm)3楼板的设计3.1设计信息楼面板采用标准层设计流程表示。楼面板平面结构排列如图3-1。计算跨度取为两轴线间距，以简化手算步骤。楼面板恒载的标准值取5.0kN/m2，活荷载的标准值取图3-1标准层楼板平面布置3.2荷载计算从计算结果来看，该结构的楼面板，是按照双向板来进行计算的。（1）荷载的设计值恒荷载的设计值：g=1.2×5kN/m²=6kN/m²活荷载的设计值：q=1.4×2kN/m²=2.8kN/m²g+q/2=6kN/m²+2.8kN/m²/2=7.4kN/m²q/2=2.8kN/m²/2=1.4kN/m²g+q=6kN/m²+2.8kN/m²=8.8kN/m²（2）内力计算表3-1板内力计算（3）截面设计按规范，查表得知板料混凝土保护层厚20mm,该结构用8型钢筋作为受拉主筋从而得到跨中截面、短跨方向有效高（短跨方向钢筋置于长跨方向钢筋外得到大截面有效高）：h在l01方向上跨中截面的有效高度：h支座处h0取96mm。截面弯矩的设计值不计折减影响。在配筋量的计算中，取力臂系数和钢筋选取HRB335进行配筋。配筋的结果如表3-2所示。表3-2板的配筋4荷载计算4.1框架梁柱相对线刚度计算(1)对梁的线刚度进行计算：i(2)计算柱的线刚度：iii(3)为了设计方便，我们采用相对线刚度来代替各梁柱线刚度。EQ框架柱相对线刚度计算：底层柱：i其它层柱：i'(4)以底层柱子为对比，将所有梁柱的线刚度变成相对线刚度。AB跨线刚度：iBC跨线刚度：iCD跨线刚度：i图4-1侧移刚度计算简图4.2恒载标准值1、屋面表4-1屋面参数表2、楼面表4-2楼面参数表4.3活载标准值1、屋面和楼面上的荷载标准值，根据规范可知：不上人屋面：0.5KN/m楼面：卫生间2.5KN/m走廊3.5KN/m2、雪荷载，根据规范可知：屋面活荷载与雪荷载不都考虑，选取其中较大值进行荷载组合。4.4恒载标准值1、A~B轴屋面层EQ屋面板荷载:2×5.28×1.95×1-2×0.292屋面梁：0.40×25×0.68-0.12抹灰层：=0.01×合计=22.119KN/m2、A~B轴楼面层:楼面荷载：=2×3.99×1.95×1-2×梁自重：=0.36×26×0.68-0.12EQ抹灰层:=0.01×0.65-0.12×20×2=0.212kN/m隔墙：=0.22×3.60-0.65粉刷：=3.60-0.65合计=24.65KN/m3、B~C轴屋面层:EQ屋面板荷载:=2×5.28×1.50×58=9.9EQ屋面梁：q2=0.30×25×0.50-0.12=2.85抹灰层：q合计=12.902KN/m4、B~C轴楼面层EQ楼面板荷载:=2×3.99×1.20×58=5.985EQ楼面梁：=0.30×25×0.65-0.12=3.975kN/mEQ抹灰层：=0.01×0.65-0.12×20×2=0.212kN/m合计=10.172KN/m5、A轴柱顶层集中荷载：板荷载:屋面梁自重：=25×0.25×EQ抹灰层：=0.01×0.40-0.12×2×17×女儿墙：合计=52.05kN6、A轴柱标准层集中荷载板荷载:=2×EQ楼面梁自重：=25×0.25×0.40-0.12×=5.95kNEQ抹灰层：=0.01×0.40-0.12×2×17×EQ外纵墙自重计算：=40.326kN合计=66.576kN7、B轴柱顶层集中荷载EQ屋面板荷载:=5.28×1.95×1-2×3.9×1EQ屋面梁：=25×0.25×0.40-0.12×5.95kNEQ抹灰层：=0.01×0.40-0.12×17×2×合计=41.87KN8、B轴柱标准层集中荷载EQ楼面板:=3.99×1.95×1.20×1-2×EQ楼面梁：=25×0.25×0.40-0.12×5.95kNEQ抹灰层：p3=0.01×内纵墙：=48.645kN合计=77.225kN图4-2恒荷载作用荷载简图（kN）4.5活载标准值1、A~B轴EQ屋面板荷载:=2×2×1.95×1-2×0.292+2、A~B轴EQ楼面板荷载:=2×2×1.95×1-2×0.292+3、B~C轴EQ屋面板荷载:=2×2×1.20×58=3kN/m4、B~C轴EQ楼面板荷载:=2×2.5×1.20×58=3.75kN/m5、C~D轴EQ屋面板荷载:=2×2×1.95×1-2×0.292+6、C~D轴EQ楼面板荷载:=2×2×1.95×1-2×0.292+7、A轴柱顶层集中荷载EQ屋面板荷载:=2×2.00×1.95×5A轴柱集中荷载=9.5kN8、A轴柱其他各层集中荷载楼面上板荷载：=2×A轴柱竖向集中荷载=板传荷载=9、B轴柱顶层竖向集中荷载EQ屋面板荷载传递给梁:1-2×13.66kNEQB轴柱竖向集中荷载=板传荷载=p1=13.66kN10、B轴柱标准层竖向集中荷载EQ楼面板荷载传递给梁:p1=2.00×1.951.20×EQB轴柱竖向集中荷载=板传荷载=p1=19.3kN图4-3活载作用下荷载简图（kN）4.6风荷载标准值根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012），并且通过查阅设计基本资料得知风荷载基本参数，从而可以计算出风荷载标准值W式中字母代表含义：表4-3风载符号含义集中风荷载标准值的计算成果见表4-4。表4-4风载标准值图4-4横向风荷载受力图(kN)4.7位移验算EQ采用标准组合进行计算非底层柱：K=底层柱：K=2~6层侧向刚度计算:A轴：K=1.41,α=0.42B轴：K=3.20,α=0.62底层侧向刚度计算:A轴：K=1.79,α=0.61B轴：K=4.06,α=0.75表4-5侧向位移表4-6弯曲位移和剪切位移0.00009<1/550=0.0018抗侧刚度满足要求5内力计算恒载下内力计算是分层法与弯矩分配法相结合，先去掉一层，先将梁上梯形荷载换算成等效均布荷载后再利用弯矩分配法对弯矩二层加以分配，在前面各章中已求得恒载的标准值，故本章仅对弯矩加以分配，再作出弯矩图，剪力图，轴力图等计算简图。活载的计算简图类似于恒载，因此不再重复。风荷载下内力计算主要有分层法、反弯点法、D值法等，首先是剪力的分配，通常是按照线刚度来分配，其次是反弯点位置的确定，最后是反弯点高度修正值的获得，最后通过D值法来确定各个杆端弯矩的大小，其方法及流程如下。图5-1第10轴一榀框架节点标号图5.1竖向恒载标准值作用下的内力图5-2恒荷载作用下弯矩分配图（kN·m）图5-3恒载作用下弯矩图（kN·m）图5-4恒载作用下剪力图（kN）图5-5恒载作用下轴力图（kN）5.2竖向活载标准值作用下的内力图5-6活荷载作用下弯矩分配图（kN·m）图5-7活荷载作用下弯矩图（kN·m）图5-8活荷载作用下剪力图（kN）图5-9活荷载作用下轴力图（kN）5.3风荷载标准值作用下的内力表5-1第A轴柱反弯点位置表5-2第B轴柱反弯点位置表5-3风荷载下第A轴柱柱端弯矩和剪力计算表5-4风荷载下第B轴柱柱端弯矩和剪力计算图5-10风荷载作用下弯矩简图（kN·m）图5-11风荷载作用下剪力简图（kN）图5-12风荷载作用下轴力简图（kN）6内力组合内力组合前，通常应做弯矩调幅处理，其幅度一般不得大于20%，且主梁、柱未做调幅处理，仅做次梁、板的调幅处理。可调幅的原因在于钢筋混凝土本身的性质，它主要考虑塑性铰的存在，塑性铰存在时内力会重新分布，弯矩调幅后，可实现减少梁端钢筋数量和方便施工。内力组合之后按最不利内力组合进行配筋的计算。该结构弯矩调幅后系数取为0.9符合要求，其具体结果如下:图6-1调幅后恒载下弯矩简图（kN·m）图6-2调幅后活载下弯矩简图（kN·m）7截面设计与配筋计算7.1梁配筋设计计算第6层：梁AB：1、左端M=-66.32kN·m选择2@20，实配面积为628mm2配筋率:ρ(%)=2、跨中M=164.26kN·m选择3@200，实际面积为943mm2配筋率:ρ(%)=9433、右端支座：M=-120.75kN·m选择2@20实配面积为628mm2配筋率ρ(%)=628表7-1第6层配筋表表7-2第5层配筋表表7-3第4层配筋表表7-4第3层配筋表表7-5第2层配筋表表7-6第1层配筋表7.2梁斜截面受剪承载力计算取第六层作为典型，计算梁的斜截面受剪承载力VA右=142.44kN(1)对尺寸进行验算：0.25根据结果，可知满足。(2)对箍筋进行计算:0.7剩余各层计算如下：表7-7第6层梁配筋表表7-8第5层梁配筋表表7-9第4层梁配筋表表7-10第3层梁配筋表表7-11第2层梁配筋表表7-12第1层梁配筋表7.3柱配筋计算取第六层为例，各层参照六层计算步骤：1、第A轴柱根据之前计算可知截面弯矩为115.76kN/m轴压比：N根据上述条件可知，故γre根据柱受力平衡条件计算如下：x=大小偏压是影响柱配筋的重要因素，大偏心受压的标准是：当x小于极限受压高度时[6]；而小偏心受压的判定标准是：当x大于极限受压高度时：x=28.22mm<0.55×505=266.85mm综合考虑二阶效应对柱最不利截面的弯矩的影响，具体计算如下：1.04CM=e=先按对称配筋考虑：1000×676.00×201.77-1.0×14.3×29.22×500×=288.52m计算配筋小于规范中柱最小配筋面积，构造配筋即可满足要求[7]:实配:8@20实际配筋率=4.99%2、第B轴柱弯矩为55.58kN/m轴压比：N根据上述条件，可知γre根据柱子的受力特点，可知：x=大小偏压是影响柱配筋的重要因素，大偏心受压的标准是：当x小于极限受压高度时；而小偏心受压的判定标准是：当x大于极限受压高度时[8]：x=32.62mm<0.55×476=266.75mm综合考虑二阶效应对柱最不利截面的弯矩的影响，具体计算如下：取ζηnsM=e=按对称配筋考虑柱截面配筋计算：1000×569.77×210.99-1.0×14.3×22.01×500×=289.7m根据规范，只需要按照构造配筋:实配:8@20实际配筋率=54.99%柱配筋计算见附表A-117.4柱斜截面受剪承载力计算表7-13柱剪力表8楼梯设计8.1楼梯设计说明从建筑图中可以看出全部层高3.6米、3.9米是楼梯开间距离、6.7米是楼梯进深距离、本次建筑设计采用双跑楼梯。其中，每跑步楼梯踏步数11个、踏面数10个、踏步大小300m×150mm。本次结构设计选择了板式楼梯，其选用混凝土为C30、钢筋为HRB400等级、具体平面布置图如图8-1所示。板厚取120mm。板的倾角，计算如下：α=cosα=0.894取1米宽的板带为计算单元，如下：8.2楼梯荷载计算表8-1梯段板荷载计算表总荷载值P=1.2×6.9+1.4×2.0=11.09kN/m8.3楼梯截面设计lnM=hαξ=1-A图8-1楼梯平面布置图8.4平台板荷载计算表8-2平台板荷载计算表总荷载值：p=1.2×3.59+1.4×2.0=6.79kN/m8.5平台板截面设计l0=2.0mM=h0=100-20=80mm8.6平台梁荷载计算平台梁的尺寸为250×450表8-3平台梁荷载计算表8.7平台梁截面设计(1)正截面：lM=截面按倒L形截面计算bh0=650-35=615mmαξ=1-1-2×A(2)斜截面：V=V51.88kN9基础设计9.1设计信息本建筑属于低层建筑，场地地基土质均匀，有较好承载力，考虑到柱子的间距较大，综合分析后决定采用独立基础[9]。参考丰城市的地质勘探报告[11]，可知地基承载力特征值fak=180KPa，填土容重γ=16kN/m3，埋深d=1.5m，承载力修正值γmf9.2基础配筋设计荷载：由上述计算，可知：M=53.02kN·mN=1806.76kN确定基底面积大小[12]：A≥AA=b×l=3.6m×3.6m=12.96Fk+Gk=1806.76+12.96×1.5×20=2195.56kNeP162.59kPa满足要求。4、抗冲切验算[13]PP基础高度为h=1000mm,有效高度为h0=h-40mm=960mm。b=3.6m>AAP基础高度，满足要求。5、内力计算与配筋[14]ac=0.5m，b=3.1m基底净反力:PM148[根数1000/150=6.67，取7根As=1407MA根数1000/150=6.67，取7根As图9-1边柱独立基础结论本工程选用的是框架结构，工程名为丰城九中学生公寓建筑结构设计，设计之初，是考虑到框架结构的受力特点比较清晰，而且本科阶段主要学习的也是混凝土框架结构。本课题研究的第一个问题是框架结构的计算方法，本设计手算多采用弯矩分配法，反弯点法、D值法等一些常用计算方法，计算步骤都是按照混