某高校五层学生公寓建筑结构设计.doc

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1、摘要本工程学生公寓位于德阳市某高校内，其功能是为学校学生提供住所。本工程为多层现浇钢筋混凝土框架结构，共五层，底层层高3.3米，其他层层高均为3.3米，建筑物总高度为18.5米，总建筑面积为4022.15平方米。4人间设计，有独立的卫生间和阳台，能满足440人入住。本设计书包括如下部分：工程概况；楼盖设计；荷载计算；框架结构的受力分析、计算和设计；关键词 : 钢筋混凝土， 框架， 结构设计目 录中文摘要I主 要 符 号 表IV第一章 工程概况1第二章 楼盖设计22.1 设计资料22.1.1楼面做法：22.1.2楼面荷载：22.1.3材料：22.2 楼盖盖的结构平面布置图 见图2-122.3 板

2、的设计（弹性理论）32.3.1荷载计算32.3.2弯矩计算32.3.3截面设计52.3.4 次梁的设计6（1）荷载设计值6（2）内力计算6（3）正截面受弯承载力计算7（4）斜截面受剪承载力计算7第三章 框架结构布置及计算简图93.1 梁柱尺寸93.1.1梁高93.1.2柱截面尺寸93.2 计算简图93.3 梁柱线刚度10第四章 恒荷载内力计算114.1 恒荷载计算114.1.1屋面框架梁线荷载标准值114.1.2楼面框架梁线荷载标准值114.1.3屋面框架节点集中荷载标准值124.1.4楼面框架节点集中荷载标准值124.2 恒荷载作用下内力计算134.2.1计算简图134.2.2荷载等效134

3、.2.3固端弯矩计算144.2.4分层计算弯矩（取半结构计算）14第五章 活荷载内力计算225.1 活荷载计算225.1.1框架梁线荷载标准值225.1.2框架节点集中荷载标准值225.2 活荷载作用下内力计算235.2.1计算简图235.2.3固端弯矩计算245.2.4分层计算弯矩245.2.5不平衡弯矩分配265.2.6跨中弯矩计算275.2.7剪力计算285.2.8轴力计算28第六章 风荷载内力计算306.1 风荷载计算306.2 内力计算316.2.1抗侧刚度和反弯点高度确定316.2.2剪力在各层分配（单位：kN）316.2.3柱端弯矩计算（单位：kNm）326.2.4风荷载作用下的

4、内力图33第七章 地震作用内力计算347.1 重力荷载代表值计算347.1.1屋面活荷载标准值347.1.2楼面活荷载标准值347.1.3屋盖、楼盖自重347.1.4女儿墙自重347.1.5二五层墙柱等自重347.1.6底层墙柱等自重357.2 水平地震作用计算357.2.1各层D值汇总（D单位：104kN/m）357.2.2顶点位移计算（将重力荷载代表值Gi作为水平荷载）357.2.3基本自振周期367.2.4基本自振周期水平地震影响系数367.2.5结构底部剪力标准值367.2.6各层水平地震作用标准值367.2.7各层水平地震层间剪力367.2.8多遇地震下弹性层间位移377.3 一榀框

5、架内力计算377.3.1层间剪力在各柱分配377.3.2反弯点高度确定387.3.3柱端弯矩计算（单位：kNm）397.4.4地震作用下的内力力图39第八章 内力组合418.1 梁内力组合418.2 柱内力组合46第九章 截面设计499.1 梁截面设计499.1.1正截面受弯承载力计算499.1.2斜截面受弯承载力计算519.2 柱截面设计529.2.1已知条件529.2.2构造要求529.2.3剪跨比和轴压比验算539.2.4柱正截面承载力计算539.2.5柱斜截面承载力计算56致 谢58参考文献59主 要 符 号 表S 荷载效应组合设计值；R 结构构件抗力的设计值；S_A 顺风向风荷载效应

6、；S_C 横风向风荷载效应；T 结构自振周期；H 结构顶部高度；B 结构迎风面宽度；S_K 雪荷载标准值；S_0 基本雪压；_K 风荷载标准值；_0 基本风压；_(CR) 横风向共振的临界风速； 坡度角；_Z 高度Z 处的风振系数；_G 阵风系数；_0 结构重要性系数；_G 永久荷载的分项系数；_Q 可变荷载的分项系数；_C 可变荷载的组合值系数；_F 可变荷载的频遇值系数；_Q 可变荷载的准永久值系数；_R 屋面积雪分布系数；_Z 风压高度变化系数；_S 风荷载体型系数； 风荷载地形地貌修正系数； 风荷载脉动增大系数； 风荷载脉动影响系数； 结构阻尼比。3 第一章 工程概况 第一章 工程概况

7、本工程为某高校学生宿舍。工程为五层现浇钢筋混凝土框架结构。工程所在地抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.20g，设计地震分组为第一组，场地类别为类。屋面做法：钢筋混凝土现浇板，20mm石灰砂浆抹底，20mm水泥砂浆找平，80160厚（3%找坡）膨胀珍珠岩保温层，四层作法防水层（一毡二油上铺小石子）。楼面做法：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。墙身做法：由普通砖砌筑而成，普通砖自重18kN/m3，厚度240mm。门窗做法：门为木门，自重0.2 kN/m2，窗为钢窗玻璃窗，自重0.4 kN/m2。活荷载：上人屋面均布活荷载标准值2.0kN/m2，楼面

8、活荷载标准值2.0kN/m2。常年主导风向为东北风，基本风压650N/m2，年最高温度32，最低温度8。年降水量：624.0mm，日最大降水量92.3mm地基情况：表面为0.5米原耕种土。下为湿陷性黄土，地耐力标准值为本设计计算书包括楼盖、框架主体结构计算和设计。 第二章 楼盖设计 第二章 楼盖设计2.1 设计资料2.1.1楼面做法：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。2.1.2楼面荷载：均布活荷载标准值2kN/m22.1.3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2.2 楼盖盖的结构平面布置图 见图2-1图2-1

9、楼盖结构平面布置图 西南科技大学毕业设计（论文） 2.3 板的设计（弹性理论）2.3.1荷载计算活荷载标准值： 2.0 kN/m2恒荷载标准值：水磨石面层 0.65 kN/m220厚水泥砂浆找平0.0220=0.40kN/m2100mm厚钢筋混凝土楼板 0.125=2.5kN/m220mm厚石灰砂浆抹底 0.0217=0.34kN/m2 小计 3.89 kN/m2荷载设计值g=1.23.89=4.67kN/m2 ，q=1.42.0=2.8kN/m2q/2=1.4kN/m2，g+q/2=6.07kN/m2，g+q=7.47kN/m2.3.2弯矩计算弯矩值计算表表2-1ABCDl01 (m)2.4

10、3.62.43.6l02 (m)7.27.27.27.2l01/l020.330.500.330.50m1(0.04+0.20.0038) 6.072.42+(0.0965+0.20.0174) 1.42.42=2.248(0.0397+0.20.0042) 6. 073.62+(0.0212+0.20.0862) 1.43.62=3.923(0.0400+0.20.0038) 6.072.42+(0.0205+0.20.0880) 1.42.42=1.749(0.04+0.20.0038) 6.073.62+(0.0559+0.20.0079) 1.43.62=4.121m2(0.0038+

11、0.20.04) 6. 072.42+(0.0174+0.20.0965) 1.42.42=3.05(0.0042+0.20.0397) 6.073.62+(0.0862+0.20.0212) 1.43.62=2.607(0.0038+0.20.0400) 6. 072.42+(0.0880+0.20.0205) 1.42.42=1.160(0.0038+0.20.04) 6.073.62+(0.0079+0.20.0559) 1.43.62=1.236m1-0.08297.472.42=-3.600-0.08297.473.62=-8.101-0.08297. 472.42=-3.600-0

12、.08297. 473.62=-8.101m2-0.05707. 472.42=-2.476-0.05707. 473.62=-5.570-0.05707.472.42=-2.476-0.05707.473.62=-5.5702.3.3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=80mm；l02方向跨中截面的h02=70mm；支座截面h0=80mm。最小配筋率smin=0.27%，则Asmin=0.27%1000100=270mm2截面设计时取用的弯矩设计值：中间跨的跨中截面及中间支座截面减小20%；边跨跨中截面及楼板边缘算起的第二个支座截面处，当lb/l01.5时减小

13、20%，当lb/l0=1.52.0时减小10%；楼板的角区格不折减。为了便于计算，近似取=0.95，计算过程见表2-2楼面板配筋计算表表2-2 跨中截面h0(mm)m (kNm)As(mm2)配筋实配As (mm2)Al01方向800.82.248=1.798112.668180279l02方向700.80.713=0.57040.828180279Bl01方向803.923245.808180279l02方向702.607186.688180279Cl01方向801.749109.598180279l02方向701.16083.068180279Dl01方向804.121329.688150

14、335l02方向701.23686.528180279支座截面h0(mm)m (kNm)As(mm2)配筋实配As (mm2)A-A80-0.82.476=-1.981124.128180279A-B80-5.570349.008140359A-C80-2.476155.148180279C-D80-5.570349.008140359B-B80-5.570349.008140359B-D80-8.101505.7681005035边缘支座截面h0(mm)m (kNm)As(mm2)配筋实配As (mm2)B80-5.570349.008140359Dl01方向80-8.101505.7681

15、00503l02方向80-5.570349.008140359C80-2.476155.1481802792.3.4 次梁的设计次梁L跨度7.2m，次梁截面高度h=l/18l/12=7200/187200/12=400mm600mm，取h=600mm，截面宽度取b=200mm。（1）荷载设计值板传来的荷载p=2pe=23.76kN/m次梁自重0.2(0.6-0.1)251.2=3kN/m次梁粉刷0.02(0.6-0.1)2+0.2171.2=0.5kN/m填充墙自重和粉刷 0.24(3.3-0.6) 18+0.022(3.3-0.617) 2=15.34 kN/m则荷载总设计值g+q=42.6

16、kN/m（2）内力计算弯矩设计值：跨中 支座 剪力设计值：跨中 支座 （3）正截面受弯承载力计算跨中按T形截面计算翼缘宽度=1400mm混凝土强度等级为C30，fc=14.3N/mm2，ft=1.43N/mm2。纵向受力钢筋采用HRB335，fy=300N/mm2;箍筋采用HPB235，fyv=210N/mm2故跨中为第一类T形截面，可按矩形截面进行计算Asmin=242mm2跨中：配置414(As=615mm2)支座：配置420(As=1256mm2)（4）斜截面受剪承载力计算验算截面尺寸,，由下式可知截面尺寸满足要求计算所需箍筋采用6双肢箍筋，计算截面尺寸由,得取s=200mm55 第三章

17、 框架结构布置及计算简图 第三章 框架结构布置及计算简图3.1 梁柱尺寸3.1.1梁高 hb=(1/121/8)l横向 hb=600900mm，取800mm纵向 hb=600900mm，取700mm过道 hb=200300mm，考虑到次梁高度为600mm，也取为600mm梁宽 b=(1/21/3)h400266,300200,统一取b=300 mm3.1.2柱截面尺寸本工程为现浇钢筋混凝土结构，8度设防，高度30m，抗震等级为三级，取底层中柱估算柱尺寸，根据经验荷载为15kN/m2：N=5157.2(3.6+1.2)=2592kN由轴压比限值得Ac=201399mm2为安全起见，取底层柱截面尺

18、寸为550mm550mm，其他层为500mm500mm3.2 计算简图取轴线处框架，两端悬挑单独计算。初步设计基础顶面离室外地面500mm，则底层层高为3.3+0.5+0.5=4.3m图3-1 框架结构计算简图3.3 梁柱线刚度(其中E=3.0104N/mm2)AB,CD跨梁 i=2E0.30.83/7.2=3.5610-3EBC跨梁 i=2E0.30.63/2.4=4.510-3E上部各层柱i= E0.54/3.3=1.610-3 E底层柱 i= E0.554/4.3=1.810-3 E将梁柱线刚度标于计算简图中 第四章 恒荷载内力计算图 第四章 恒荷载内力计算4.1 恒荷载计算4.1.1屋

19、面框架梁线荷载标准值20厚水泥沙浆找平0.0220=0.40kN/m280160厚（3%找坡）膨胀珍珠岩(0.08+0.16)27=0.84kN/m2四层作法防水层 0.36kN/m2100mm厚钢筋混凝土楼板 0.125=2.5kN/m220mm厚石灰砂浆抹底 0.0217=0.34kN/m2 屋面恒荷载 4.44 kN/m2边框架梁自重 0.30.825=6kN/m边框架梁粉刷 2(0.8-0.1)0.0217=0.48kN/m中框架梁自重 0.30.625=4.5kN/m2中框架梁粉刷 2(0.6-0.1)0.0217=0.34kN/m则作用于屋面框架梁上线荷载标准值为：g5AB1=6.

20、48kN/m g5BC1=4.84kN/mg5AB2=4.443.6=15.98kN/mg5BC2=4.442.4=10.66kN/m4.1.2楼面框架梁线荷载标准值20mm厚水泥砂浆找平 0.0220=0.40kN/m2100mm厚钢筋混凝土楼板 0.125=2.5kN/m220mm厚石灰砂浆抹底 0.0217=0.34kN/m2水磨石面层 0.65 kN/m2 楼面恒荷载 3.89 kN/m2边框架梁自重及粉刷 6.48kN/m中框架梁自重及粉刷 4.84kN/m边跨填充墙自重 0.24(3.3-0.8)18=10.8kN/m填充墙粉刷 (3.3-0.8)0.02217=1.7kN/m则作

21、用于楼面框架梁上线荷载标准值为：gAB1=6.48+10.8+1.7=18.98kN/m gBC1=4.84kN/m gAB2=3.893.6=14.00kN/m gBC2=3.892.4=9.34kN/m4.1.3屋面框架节点集中荷载标准值纵向框架梁自重 0.30.87.225=43.2kN纵向框架梁粉刷 2(0.8-0.1)0.027.217=3.43kN纵向框架梁传来的屋面恒荷载 2(3.6/2)24.44=28.77kN次梁自重及粉刷 0.60.2257.2/2+20.02(0.6-0.1)7.2/2=10.87kN次梁传来的屋面恒荷载 (1-20.252+0.253)4.443.67

22、.2/2=51.25kN1m高女儿墙自重及粉刷 17.20.2418+217.20.0217=36kN 则顶层边节点集中荷载为：G5A=176.52kN纵向框架梁自重及粉刷 43.1+3.43=46.63kN纵向框架梁传来的屋面恒荷载 28.77+(1-20.172+0.173)4.447.22.4/2=65.10kN次梁自重、粉刷及传来的屋面恒荷载 10.87+51.25=62.12kN 则顶层中节点集中荷载为：G5B=173.85kN4.1.4楼面框架节点集中荷载标准值纵向框架梁自重及粉刷 46.63kN纵向框架梁传来的楼面恒荷载 2(3.6/2)23.89=25.21kN次梁自重及粉刷

23、10.87kN次梁传来的楼面恒荷载 (1-20.252+0.253)3.893.67.2/2=44.9kN钢窗自重 (21.01.7+1.22.6) 0.42=5.216kN墙体自重 (3.37.2-6.52)0.2418=74.48kN墙面粉刷 2(3.37.2-6.52)0.0217=13.07kN框架柱自重 0.5023.325=20.63kN柱面粉刷40.50.0217=0.68kN 中间层边柱节点集中荷载为：GA=241.69kN纵向框架梁自重及粉刷 46.63kN纵向框架梁传来的楼面恒荷载25.21+(1-20.172+0.173)3.897.22.4/2=57.04kN次梁粉刷、

24、自重及传来的楼面恒荷载 10.87+44.9=55.77kN木门自重 21.02.60.2=1.04kN墙体自重 (3.37.2-5.2)0.2418=80.18kN墙面粉刷 20.02(3.37.2-5.2)17=12.62kN框架柱自重及粉刷 20.63+0.68=21.31kN 中间层中柱节点集中荷载为：GB=274.59kN4.2 恒荷载作用下内力计算4.2.1计算简图图4-1 计算简图4.2.2荷载等效顶层边跨 顶层中跨 中间层边跨 中间层中跨 荷载等效后的计算简图如下图4-2 等效后的计算简图4.2.3固端弯矩计算顶层边跨 顶层中跨 中间层边跨 中间层中跨 4.2.4分层计算弯矩（

25、取半结构计算）1）顶层分配系数计算如下内力计算过程见表 4-1（单位：kNm）表 4-11-41-22-12-52-30.2880.7120.4910.1990.310-89.4789.47-5.5225.7763.7031.85-28.43-56.86-23.04-35.908.1920.2410.24-2.52-5.03-2.04-3.170.731.790.90-0.44-0.18-0.2834.69-34.6970.13-25.26-44.87M见图4-3（单位：kNm）图4-3 顶层弯矩图2）中间层分配系数计算如下内力计算过程见表4-2（单位：kNm）表4-23-63-13-44-3

26、4-24-74-50.2240.2240.5520.4100.1660.1660.258-135.86135.86-5.1330.4330.4375.0037.5-34.49-68.97-27.93-27.93-43.407.737.7319.049.52-1.95-3.90-1.58-1.58-2.460.440.441.080.54-0.22-0.09-0.09-0.1438.638.6-77.2110.33-29.6-29.6-51.13M见图4-4（单位：kNm）图4-4 中间层弯矩图3）底层分配系数计算如下内力计算过程如下（单位：kNm） 表4-33-63-13-44-34-24-7

27、4-50.2120.2650.5230.3930.1590.1990.249-135.86135.86-5.1328.836.0071.0535.53-32.68-65.35-26.44-33.09-41.416.938.6617.098.55-1.68-3.36-1.36-1.71-2.130.360.450.880.44-0.17-0.07-0.09-0.1136.0945.11-81.2111.54-27.87-34.89-48.78M见图4-5（单位：kNm）图4-5 底层弯矩图5不平衡弯矩分配计算过程见表4-4（单位：kNm），方框内为原不平衡弯矩表4-4左梁上柱下柱右梁4.859.

28、1612.87-9.16-7.91-9.873.0611.566.097.50-8.42-5.387.4012.87-13.49-6.84-9.874.7212.877.18.09-9.87-6.597.7819.56-15.57-6.59-9.875.0912.876.627.86-9.87-6.698.7915.04-15.41-6.11-9.294.9412.879.463.88-9.87-8.30-2.77-6.731.962.466跨中弯矩计算7剪力计算 图4-6 恒荷载作用下的M图（单位：kNm）8轴力计算框架结构的剪力图和轴力见图4-7（单位：KN） V N图4-7 恒荷载作用下

29、的V，N图（单位：KN） 第五章 活荷载内力计算图 第五章 活荷载内力计算5.1 活荷载计算5.1.1框架梁线荷载标准值qAB=2.03.6=7.2kN/mqBC=2.02.4=4.8kN/m5.1.2框架节点集中荷载标准值边节点：纵向框架梁传来的活荷载 3.622.0/2=12.96kN次梁传来的活荷载 (1-20.252+0.253)2.03.67.2/2=23.09kN则QA=36.05kN中节点：纵向框架梁传来的雪荷载 12.96+(1-20.172+0.173)2.07.22.4/2=31.58kN则QB=31.58+23.09=54.67kN 西南科技大学毕业设计（论文） 5.2

30、活荷载作用下内力计算5.2.1计算简图图5-1 计算简图5.2.2荷载等效顶层边跨 中跨 荷载等效后的计算简图5-2：图5-2 等效后的计算简图5.2.3固端弯矩计算边跨 中跨 5.2.4分层计算弯矩1）顶层内力计算过程如表5-1（单位：kNm）表5-11-41-22-12-52-30.2880.7120.4910.1990.310-27.6927.69-1.447.9719.729.86-8.87-17.73-7.19-11.192.556.323.16-1.55-0.63-0.9810.52-10.5221.43-7.82-13.61M图如5-3（单位：kNm）图5-3 顶层弯矩图2）中间

31、层内力计算过程见表5-2（单位：kNm） 表5-23-63-13-44-34-24-74-50.2240.2240.5520.4100.1660.1660.258-27.6927.69-1.446.206.2015.297.65-6.95-13.90-5.63-5.63-8.741.561.563.831.92-0.79-0.32-0.32-0.497.767.76-15.5222.57-5.95-5.95-10.67M如图5-4（单位：kNm）图5-4 中间层弯矩图3）底层内力计算过程如下（单位：kNm）表5-3 3-63-13-44-34-24-74-50.2120.2650.5230.3

32、930.1590.1990.249-27.6927.69-1.445.877.3414.487.24-6.58-13.16-5.33-6.66-8.341.401.743.441.72-0.68-0.27-0.34-0.437.279.08-16.3522.81-5.60-7.00-10.21M图见图5-5（单位：kNm）图5-5 底层弯矩图5.2.5不平衡弯矩分配计算过程如表5-4（单位：kNm），方框内为原不平衡弯矩表5-4左梁上柱下柱右梁0.971.842.59-1.04-1.58-1.980.613.512.141.88-2.61-1.851.232.59-3.37-1.21-1.98

33、1.182.591.431.62-1.98-1.321.432.59-2.86-1.32-1.981.022.591.331.58-1.98-1.341.773.03-3.10-1.23-1.870.992.591.900.78-1.98-1.66-0.55-1.350.390.49不平衡弯矩调整之后即可得出活荷载作用下框架弯矩图（单位：kNm）图5-6 活荷载作用下的M图（单位：kNm）5.2.6跨中弯矩计算5.2.7剪力计算中跨端部剪力各边跨段部剪力：5.2.8轴力计算框架结构的剪力图和轴力图如下（单位：kN）V N图5-7 活荷载作用下的V，N图（kNm） 第六章 风荷载内力计算图 第六章 风荷载内力计算基本风压w0=0.35kN/m2，地面粗糙度为B类。6.1 风荷载计算wk=zszw0，建筑物高度30m，故z=1.0迎风时s1=+0.8，背风时s2=-0.5，则s=0.8+0.5=1.3计算过程见下表表6-1楼层高度H(m)zwkA(m2)P(kN)五171.180.99719.0819.02四13.7