土木工程(结构工程)毕业设计计算书

1、本 科 生 毕 业 论 文论文题目： 姓名：学号：班级：班年级：2011级专业：土木工程（结构工程）学院：建筑工程学院指导教师： 完成时间：2015年 5 月20日东华理工大学毕业设计 ABSTRACT 作 者 声 明本人以信誉郑重声明：所呈交的学位毕业设计（论文），是本人在指导教师指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，不包含他人成果及为获得东华理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本设计（论文）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本毕业设计（论文）引起的法律结

2、果完全由本人承担。本毕业设计（论文）成果归东华理工大学所有。特此声明。 毕业设计（论文）作者（签字）： 签字日期： 年 月 日 本人声明：该学位论文是本人指导学生完成的研究成果，已经审阅过论文的全部内容，并能够保证题目、关键词、摘要部分中英文内容的一致性和准确性。 学位论文指导教师签名： 年 月 日 目 录绪论11. 工程概况21.1 设计资料21.2 工程地质条件21.3 设计荷载22. 结构方案设计32.1 结构形式32.2 材料选用32.3 结构布置32.4 构件截面尺寸的初步选定43. 框架侧移刚度计算73.1 框架梁的线刚度73.2 框架柱的线刚度73.3 框架柱的位移刚度D值84.

3、 荷载计算94.1 恒载标准值计算94.2 活荷载标准值114.3 重力荷载代表值的计算114.4 荷载分层总汇125. 横向水平荷载作用下计算135.1 横向水平地震荷载作用下框架结构的内力和侧移计算135.2 横向风荷载作用下框架结构的内力和侧移计算216. 竖向荷载作用下的内力计算29 6.1 确定计算单元29 6.2 荷载计算29 6.3 内力计算337. 框架内力组合计算437.1 内力调幅437.2 框架梁内力组合448. 截面设计558.1 框架梁558.2 框架柱599. 板的设计639.1 楼面板布置图639.2 荷载设计值639.3 计算跨度649.4 弯矩计算649.5

4、截面设计6510. 楼梯设计6710.1 楼梯概况6710.2 楼梯板设计6710.3 平台板计算6910.4 平台梁设计7011. 基础设计7211.1 基础选型及柱底荷载7211.2 工程地质条件7211.3 基本尺寸与桩数确定7211.4 桩基受力计算7411.5 桩基沉降计算7411.6 桩身结构设计7411.7 承台设计74结论78致 谢79参考文献80附录81东华理工大学毕业设计 绪论 绪论 考虑到现浇式钢筋混凝土框架结构的整体性相对较强、抗震性能良好。其结构适用于多高层的办公楼、住宅楼、教学楼和商场等民用建筑。框架结构是高次超静定结构，其由刚接构成的梁柱来传递荷载。本次工程为江西

5、省赣州市兴国平川中学学生宿舍楼，综合安全和经济效益考虑，采用现浇钢筋混凝土框架结构。建筑面积为4241.87m2，建筑总高度为19.8m，每层楼层高相同（3.3m），楼层数为6层且采用不上人屋面。工程所在地的场地类型为中软场地土，场地类别为II类建筑场地。出于安全考虑，本结构抗震设防烈度为7度。在此次的毕业设计中，我根据任务书的要求和指导老师的帮助，本着“适用，经济，美观”的原则，完成了本工程的结构设计，并结合相关专业软件对比，从而绘制出施工图。83东华理工大学毕业设计 工程概况 1. 工程概况1.1 设计资料建筑名称：江西省赣州市兴国平川中学学生宿舍楼建筑地点：江西省赣州市兴国县建筑面积：4

6、241.87m2 建筑层数及各层高度：六层建筑，建筑总高度为19.8m，各楼层高度为3.30m 设计标高：室内地坪 结构形式：框架体系，现浇楼板 抗震设防烈度：7度 建筑等级：丙类 抗震等级：三级 设计使用年限：50年1.2 工程地质条件 （1）人工填土：厚度为2.5m，桩侧土的极限侧阻力标准值qsk=60kpa （2）黏土：厚度为5.5m,桩侧土的极限侧阻力标准值qsk=60kpa （3）粉质黏土：厚度为8.0m，桩侧土的极限侧阻力标准值qsk=85kpa，桩 端阻力标准值qpk=2000kpa。 （4）砂砾石层（未见底）1.3 设计荷载 （1）楼面： 住宅 ： 2.0kN/m2 卫生间：

7、2.5kN/m2 （2）屋面（不上人）： 0.5kN/m2 （3）走廊： 2.0kN/m2 （4）楼梯： 2.0kN/m2 （5）屋面雪荷载： 0.35kN/m2东华理工大学毕业设计 结构方案设计 2. 结构方案设计2.1 结构形式 根据任务书要求，因为框架结构的抗震性能较好，且整体性好，室内空间可灵活布置，可采用隔断来分割空间，从而适应不同的空间使用需求。因此该学生宿舍楼采用现浇式钢筋混凝土框架结构。参考任务书和设计资料，本工程基础拟选用桩基础。2.2 材料选用 （1）柱：C30混凝土，纵筋用钢筋，箍筋钢筋； （2）梁：C30混凝土，主筋用钢筋，箍筋用钢筋； （3）板：C30混凝土，钢筋用；

8、 （4）基础：C30混凝土，主筋用钢筋，构造钢筋用钢筋2.3 结构布置因为楼板是搭在梁上，所以楼板所受的荷载以及楼板自重均传至楼板下的框架梁，再由框架梁传至框架柱（框架柱支撑梁），最后所有的荷载均传至基础和地基。在了解了框架结构竖向荷载的基本传力方式后，本宿舍楼的受力模式采用横向框架承重方案，这样就可以增大横向框架梁的截面高度，从而增加框架的横向侧移刚度。 结构布置图见图1：图1 结构布置图2.4 构件截面尺寸的初步选定2.4.1 横向框架梁的截面尺寸因为框架梁的计算跨度柱形心为准且建筑轴线与柱轴线重合，所以横梁计算跨度如下图2所示： 图2 梁的计算跨度 框架梁截面的高度一般取,其中为框架梁的

9、计算跨度。横向框架梁： （1）边跨，边跨梁高度：所以取梁截面高，取宽。 （2）中跨,中跨梁高度：因需满足：，所以取梁截面高，因为梁的宽度b满足：且，所以取宽 （3）边跨,所以梁DF截面尺寸与梁AC相同。即取梁截面高，取宽。2.4.2 纵向框架梁的截面尺寸 纵向框架梁取，取梁截面高度因为梁的宽度且，所以取 2.4.3 框架柱的截面尺寸选定框架柱的截面面积可根据柱子的轴压比确定： （1）柱组合的轴压力设计值： 注:柱轴压力增大系数（在地震作用组合后，边柱取，中柱 取） 简支状态计算柱的负载面积，本工程中：边柱的负载面积为 ，中柱负载面积为 重力荷载代表值（折算在单位建筑面积上的，取） N 验算截面

10、以上的楼层层数。 （2） 注： 框架柱轴压比限值，本工程项目的抗震等级为三级， 由规范可知取为0.9。 混凝土轴心抗压强度设计值，对于C30混凝土， 对于边柱： 对于中柱： 对于抗震等级为三级且层数超过2层时，柱子截面尺寸不应小于，由计算以及综合各因素考虑，该框架结构柱子截面尺寸均取：，所以偏于安全。 综合以上计算，该结构各层梁柱截面尺寸见表1和表2所示：表1 梁的截面尺寸层次混凝土等级梁（bh）横向纵向16C30边跨250600250450C30中跨250400表2 柱截面尺寸层次混凝土等级bh16C305005002.4.4 楼板尺寸估算由规范得现浇钢筋混凝土板板厚要求如下： （1）一般的

11、民用建筑楼板，双向板最小厚度为，单向板最小值为 （2）双向板不小于，单向板不小于本设计中，综合安全和经济效益等考虑，选取板的厚度为100mm。东华理工大学毕业设计 框架侧移刚度计算 3. 框架侧移刚度计算3.1 框架梁的线刚度 梁的线刚度计算公式： 注：其中混凝土弹性模量 梁的截面惯性矩 梁的计算跨度 由于本工程采用现浇楼面，所以取梁截面惯性矩，本工程中梁柱使用的混凝土均为C30，所以混凝土弹性模量=3.0104N/mm2 。即梁的线刚度：边跨梁C线刚度：中跨梁D线刚度:边跨梁F线刚度：3.2 框架柱的线刚度 柱的线刚度计算： 注：其中混凝土弹性模量 柱的截面惯性矩 框架柱的计算高度 各层柱：

12、梁柱相对线刚度见图3：图3 梁柱相对线刚度3.3 框架柱的位移刚度D值 柱的侧移刚度值由公式可得： 注：其中柱侧移刚度修正系数（查表可知） 框架柱的计算高度表3 框架柱的侧移刚度D值（单位为N/mm） 层次边柱（24根）中柱（24根）10.950.49255391.600.58302301338456 2至60.950.32166791.600.4422933950688所以该框架为规则框架（因为，所以满足要求）东华理工大学毕业设计 荷载计算 4. 荷载计算4.1 恒载标准值计算4.1.1 屋面均布恒载 30厚C30细石混凝土保护层 3+3厚双层SBS改性沥青防水卷材 20厚水泥砂浆找平层 8

13、0厚矿渣水泥保温层 100厚现浇钢筋混凝土板 20mm厚板底粉刷抹平 合计 5.54kN/m24.1.2 标准层楼面10厚水磨石地面 20厚水泥砂浆打底 100厚钢筋混凝土楼板 10mm厚纸筋石灰抹底 合计 3.71kN/m2 4.1.3 梁自重 横向边跨梁AB截面尺寸: =250mm600mm 梁自重 梁侧粉刷（20mm厚抹灰） 合计： 横向中跨梁BC截面尺寸: =250mm400mm 梁自重 梁侧粉刷（20mm厚抹灰） 合计： 横向边跨梁CD: =250mm600mm 梁自重 梁侧粉刷（20mm厚抹灰） 合计： 纵向框架梁截面尺寸均为：=250mm450mm 梁自重 梁侧粉刷（20mm厚抹

14、灰） 合计： 4.1.4 柱自重 截面尺寸：=500mm500mm 柱自重 柱粉刷（20mm厚抹灰） 合计： 4.1.5 墙自重 （1）外墙自重 墙体（240mm粘土厚空心砖） 外墙面贴瓷砖 内墙面（20mm厚抹灰） 合计 4.44kN/m2 （2）内墙自重 墙体（240mm粘土厚空心砖） 两侧均为20mm厚抹灰 合计 4.28kN/m2 4.2 活荷载标准值 楼面： 住宅 ： 2.0kN/m2 卫生间： 2.5kN/m2 屋面（不上人）： 0.5kN/m2 走廊： 2.0kN/m2 楼梯： 2.0kN/m2 屋面雪荷载： 0.35kN/m2 由规范可知：对于屋面活载取0.5kN/m2（屋面均

15、布活荷载不应与雪荷载同时考虑，两者中取大值）4.3 重力荷载代表值的计算 屋面恒载标准值： 5.54kN/m2722.7m2=4003.8kN 楼面恒载标准值 (忽略开洞情况)：3.71kN/m2722.7m2=2681.2kN 屋面均布活荷载:0.5kN/m2722.7m2=361.4kN楼面均布活荷载标准值:2.0kN/m2722.7m2=1445.4kN （1）梁柱自重 各层框架梁总重：（124.09+2.72.6）12+3.0549.54= 1277.1kN 标准层柱总重：6.93kN/m3.3m48= 1097.7kN 首层柱总重：6.93kN/m3.3m48= 1097.7kN （

16、2）墙体自重 首层墙体重： 标准层墙体重： 4.4 荷载分层总汇 由竖向荷载传递的基本路径及各类荷载组合，可以将各楼层荷载汇总如下： （1）顶层重力荷载代表值的计算方法：屋面恒载 + 50%屋面活载 + 梁自重 + 半层柱自重 + 半层墙体自重 标准层重力荷载代表值的计算方法：楼面恒载 + 50%楼面均布活荷载 + 梁自重 + 楼面上下各半层的柱及纵横墙体自重 （2）各层重力代表值的计算： 顶层： G6= 4003.8+0.5361.4+1277.1+0.51097.7+0.53782.7= 7901.8kN 标准层： Gi= 2681.2+0.51445.4+1277.1+1097.7+37

17、82.0= 9560.7kN 首层： G1= 2681.2+0.51445.4+1277.1+0.51097.7+0.53782.7= 7121.2kN综上计算可得，集中于各个楼层楼面重力荷载代表值如图4所示：图4 各层重力荷载代表值东华理工大学毕业设计 横向水平荷载作用下计算 5. 横向水平荷载作用下计算5.1 横向水平地震荷载作用下框架结构的内力和侧移计算5.1.1 横向自振周期计算 因为本框架结构的质量和刚度沿高度分布均匀，所以基本自振周期(s），可按照如下公式： 1.7 注：结构顶点假想位移（将集中在各层楼面处的重力荷载 代表值作为水平荷载进行计算），单位是m 折减系数（结构基本自振周

18、期考虑非承重砖墙影响，其中 框架结构取，本工程中取值为0.7） 按以下公式计算： VGi/D ij 注：集中在第层楼面处的重力荷载代表值 把第层楼面处的重力荷载代表值看作为水平荷载作用的 第层的层间剪力 第层间侧移刚度 第层层间侧移表4 结构顶点的假想侧移层次67901.87901.89506888.31181.9259560.717462.595068818.37173.6149560.727023.295068828.42155.2439560.736583.995068838.48126.8229560.746144.695068848.5488.3417121.253265.81338

19、45639.8039.80 本工程中取 则：1.70.7=0.5s5.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算该学生宿舍楼建的高度不超过40m，质量和刚度沿高度分布均匀，因此在计算水平地震作用时可以利用底部剪力法。 （1）结构总水平地震作用的标准值计算： 注：基本自振周期的水平地震影响系数 等效重力荷载 （2）等效重力荷载的计算： =0.85(7121.2+9560.74+7901.8)=45275.93kN （3）水平地震影响系数的计算： 注：特征周期（查表可得s） 结构自振周期 阻尼调整系数（计算公式为） 水平地震影响系数最大值（查表可得） 所以: =0.05145275.93=2309.0

20、7kN=0.42=0.5由以上计算知：顶部附加水平地震作用应被考虑进去。顶部附加地震作用系数：顶部附加水平地震作用：2309.07=254 kN 分别将1到6层看成6个质点质点，则水平地震作用： 注：和分别表示集中于质点和的重力荷载代表值 和分别表示质点和的计算高度 结构总水平地震作用的标准值 顶部附加地震作用系数 将和带入上式中得： 所以各层地震剪力计算可见表5：表5 横向水平地震作用下楼层地震剪力表层次619.87901.8156455.60.251515.8515.8516.59560.7157751.60.254522.01037.8413.29560.7126201.20.20341

21、7.21455.039.99560.794650.90.152312.41767.426.69560.763100.60.102209.61977.013.37121.223500.00.03878.12055.15.1.3 水平地震作用下的位移计算 框架结构在水平地震作用下的层间位移和顶点位移分别为： Vi/D ij 注:第层的重力荷载代表值 各楼层地震剪力值 第层间侧移刚度 第层层间侧移 各层的层间弹性位移角： 表6 横向水平地震作用下的位移验算层次6515.89506880.548.6433001/611151037.89506881.098.133001/302841455.09506

22、881.537.0133001/215731767.49506881.865.4833001/177421977.09506882.083.6233001/158712055.113384561.541.5433001/2143综合上表数据，最大层间弹性位移角发生在第层，因为第2层：，所以符合的要求，查找弹性层间位移角限值表得：。 5.1.4 水平地震作用下框架内力计算 表7 横向地震下各层边柱柱端弯矩及剪力计算层次(N/mm)边柱63.3515.8950688166799.050.950.3510.45 19.41 53.31037.89506881667918.210.950.4527.0

23、4 33.05 43.31455.09506881667925.530.950.47540.02 44.23 33.31767.49506881667931.010.950.551.17 51.17 23.31977.09506881667934.680.950.557.22 57.22 13.32055.113384562553939.210.950.6584.11 45.29 表8 横向地震下各层中柱柱端弯矩及剪力计算层次(N/mm)中柱63.3515.89506882293312.44 1.60.3815.60 25.45 53.31037.89506882293325.03 1.60.

24、4537.17 45.43 43.31455.09506882293335.10 1.60.4855.60 60.23 33.31767.49506882293342.63 1.60.570.34 70.34 23.31977.09506882293347.69 1.60.578.69 78.69 13.32055.113384563023046.42 1.60.62595.74 57.44 梁端弯矩 剪力以及柱轴力计算方式如下： k 其中：节点左梁的线刚度； 节点右梁的线刚度； 节点左梁的弯矩； 节点右梁的弯矩； 为柱在i层轴力（以压为正） 框架以第六层的计算为例：边梁： 走廊： 柱轴力计算

25、：边柱：中柱：其他楼层的梁端弯矩、剪力及柱轴力的计算方法同上，现列表如下：表9 梁端弯矩、剪力以及柱轴力表层次边梁走道梁柱轴力边柱N中柱N619.417.89 6.00 4.55 15.0915.092.60 11.61 -4.55 -7.06 533.513.61 6.00 7.85 36.1936.192.60 27.84 -12.40 -27.05 471.2728.96 6.00 16.71 57.7657.762.60 44.43 -29.11 -54.77 391.1937.06 6.00 21.37 74.6874.682.60 57.45 -50.48 -90.85 2108.

26、3944.05 6.00 25.41 88.3788.372.60 67.98 -75.89 -133.42 1102.5141.66 6.00 24.03 80.7380.732.60 62.10 -99.92 -171.49 水平地震作用下结构的各内力图如图5和图6所示：图5 框架弯矩图(kNm)图6 梁端剪力和轴力图（kN）5.2 横向风荷载作用下框架结构的内力和侧移计算5.2.1 风荷载标准值风荷载标准值计算公式： 注：风荷载标准值（单位为kN/m2） 为基本风压（单位为kN/m2) 风荷载体型系数 为风压高度变化系数 为高度z处的风振系数 此工程的基本风压为0.3kN/m2，即=0.

27、3kN/m2 ，查表得：迎风面，背风面。由建筑设计资料可知，此工程项目地面粗糙度指数为B类地区，H/B=19.8/49.5=0.40 (其中H为建筑物总高度，B为迎风面宽度），所以可查得脉动影响系数=0.42。 因为这栋学生宿舍楼层总高度30m并且高宽比1.5，所以忽略脉动风压的影响，风振系数取。 查找规范表得：风荷载体型系数=0.8+0.5=1.3。查找规范表，并利用内差法可算出风压高度变化系数沿房屋高度的分布风荷载标准值为：（负载宽度为4.5m）1.35例如以第六层为例计算： 迎风面：kN/m 背风面：kN/m 同理其他各楼层风荷载标准值均可算出。 所以沿房屋高度分布风荷载标准值，如表10

28、所示：表10 沿房屋高度分布风荷载标准值层次(m)(kN/m)(kN/m)迎风面背风面619.801.001.241.001.340.84516.500.831.171.001.260.79413.200.671.081.001.170.7339.900.501.001.001.080.6826.600.331.001.001.080.6813.300.171.001.001.080.68风荷载沿房屋高度的分布如图7所示：图7 风荷载沿房屋高度分布（kNm） 5.2.2 等效节点集中风荷载 在分析框架结构时，应运用静力等效原理，将分布风荷载转等效为节点集中荷载： =3.53kN =6.76kN

29、 =6.19kN =5.89kN =5.81kN =5.81kN 等效节点集中风荷载：如下图所示图8 等效节点集中风荷载（kN）5.2.3 风荷载作用下的水平侧移验算 （1）框架的层间侧移： 根据上图图8所示的水平风荷载，可以计算出层间剪力，由上式便可以算出各层层间侧移。J层侧移 顶点侧移 按照上述公式各层层间侧移刚度均可算出，从而计算出各层的相对侧移和绝对侧移，如表11所示：表11 层间位移表层次(N/mm)63.533.53792240.041.321/8250056.7610.29792240.131.281/2538546.1916.48792240.211.151/1571435.8

30、922.37792240.280.941/1178625.8128.15792240.360.661/916715.8133.991115380.300.301/11000 （2）侧移验算：综上可知，在风荷载作用下框架的最大值为：1/9167，所以符合设计规范。5.2.4 横向风荷载作用下框架内力计算 （1）柱端弯矩及剪力 由以上公式可计算出横向风荷载下各层柱的内力，如表12和表13所示： 表12 横向风荷载下各层边柱柱端弯矩及剪力计算层次(N/mm)边柱63.33.5379224166790.74 0.950.350.86 1.59 53.310.2979224166792.17 0.950

31、.453.22 3.93 43.316.4879224166793.47 0.950.485.44 6.01 33.322.3779224166794.71 0.950.507.77 7.77 23.328.1579224166795.93 0.950.509.78 9.78 13.333.99111538255397.78 0.950.6516.69 8.99 表13 横向风荷载下各层中柱柱端弯矩及剪力计算层次(N/mm)中柱63.33.5379224229331.02 1.60.381.28 2.09 53.310.2979224229332.98 1.60.454.42 5.41 43.

32、316.4879224229334.77 1.60.487.56 8.19 33.322.3779224229336.48 1.60.510.68 10.68 23.328.1579224229338.15 1.60.513.45 13.45 13.333.99111538302309.21 1.60.62519.00 11.40 （2）梁端弯矩及剪力 k 其中：节点左梁的线刚度； 节点右梁的线刚度； 节点左梁的弯矩； 节点右梁的弯矩； 为柱在i层轴力（以压为正）由以上方法可计算出各层梁内力和柱的轴力，如表14所示：表14 梁端弯矩 剪力以及柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力边柱N中柱N61.59

33、 0.65 6.00 0.37 1.24 1.24 2.60 0.95 -0.37 -0.58 54.79 1.95 6.00 1.12 3.97 3.97 2.60 3.05 -1.49-2.51 49.23 3.75 6.00 2.16 7.48 7.48 2.60 5.75 -3.65 -6.1 313.21 5.37 6.00 3.10 10.82 10.82 2.60 8.32 -6.75 -11.32 217.55 7.13 6.00 4.11 14.31 14.31 2.60 11.01 -10.86-18.22 118.77 7.63 6.00 4.40 14.74 14.74

34、 2.60 11.34 -15.26 -25.16 横向风荷载作用下结构内力图如图9和图10所示：图9 框架弯矩图图10 梁端剪力和柱轴力图东华理工大学毕业设计 竖向荷载作用下的内力计算 6. 竖向荷载作用下的内力计算6.1 确定计算单元选取下图图11所示的计算单元宽度进行内力计算，宽度为。 图11 横向框架计算单元6.2 荷载计算 对于各类型荷载转化为均布荷载的方法，如图12所示： a)三角形分布荷载 b)梯形分布荷载图12 分布荷载转化为等效均布荷载 （1）恒载计算 1）顶层横梁自重：边跨：q1=4.09kN/m 中跨：q2=2.704kN/m 板传荷载：边跨：q2=5.542.25=12.47kN/m 中跨：q2=5.542.6=14.40kN/m 集中荷载 (、为边纵梁、中梁传递到柱子上的恒载)：集中力矩：M1=93.811.73kNm M2=93.111.64kNm 2）标准层横梁自重：边跨：q1=4.09+4.282.7=15.64kN/m 中跨：q2=2.704kN/m 板传荷载：边跨：q2=3.712.25=8.35kN/m 中跨：q2=3.712.6=9.65kN/m 集中荷载： 集中力