土木工程(结构工程)毕业设计--中学学生宿舍楼.doc
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本科生毕业论文
论文题目
:
姓名
:
学号
:
班级
:
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
目录
绪论 1
1.工程概况 2
1.1设计资料 2
1.2工程地质条件 2
1.3设计荷载 2
2.结构方案设计 3
2.1结构形式 3
2.2材料选用 3
2.3结构布置 3
2.4构件截面尺寸的初步选定 4
3.框架侧移刚度计算 7
3.1框架梁的线刚度 7
3.2框架柱的线刚度 7
3.3框架柱的位移刚度D值 8
4.荷载计算 9
4.1恒载标准值计算 9
4.2活荷载标准值 11
4.3重力荷载代表值的计算 11
4.4荷载分层总汇 12
5.横向水平荷载作用下计算 13
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 13
5.2横向风荷载作用下框架结构的内力和侧移计算 21
6.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 33
7.框架内力组合计算 43
7.1内力调幅 43
7.2框架梁内力组合 44
8.截面设计 55
8.1框架梁 55
8.2框架柱 59
9.板的设计 63
9.1楼面板布置图 63
9.2荷载设计值 63
9.3计算跨度 64
9.4弯矩计算 64
9.5截面设计 65
10.楼梯设计 67
10.1楼梯概况 67
10.2楼梯板设计 67
10.3平台板计算 69
10.4平台梁设计 70
11.基础设计 72
11.1基础选型及柱底荷载 72
11.2工程地质条件 72
11.3基本尺寸与桩数确定 72
11.4桩基受力计算 74
11.5桩基沉降计算 74
11.6桩身结构设计 74
11.7承台设计 74
结论 78
致谢 79
参考文献 80
附录 81
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。
82
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:
4241.87m2
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:
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;
(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(b×h)
横向
纵向
1~6
C30
边跨
250×600
250×450
C30
中跨
250×400
表2柱截面尺寸
层次
混凝土等级
b×h
1~6
C30
500×500
2.4.4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=3.0×104N/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:
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)
1
0.95
0.49
25539
1.60
0.58
30230
2至6
0.95
0.32
16679
1.60
0.44
22933
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
80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/m2
4.1.2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:
=250mm×600mm
梁自重
梁侧粉刷(20mm厚抹灰)
合计:
横向中跨梁BC截面尺寸:
=250mm×400mm
梁自重
梁侧粉刷(20mm厚抹灰)
合计:
横向边跨梁CD:
=250mm×600mm
梁自重
梁侧粉刷(20mm厚抹灰)
合计:
纵向框架梁截面尺寸均为:
=250mm×450mm
梁自重
梁侧粉刷(20mm厚抹灰)
合计:
4.1.4柱自重
截面尺寸:
=500mm×500mm
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/m2×722.7m2=4003.8kN
楼面恒载标准值(忽略开洞情况):
3.71kN/m2×722.7m2=2681.2kN
屋面均布活荷载:
0.5kN/m2×722.7m2=361.4kN
楼面均布活荷载标准值:
2.0kN/m2×722.7m2=1445.4kN
(1)梁柱自重
①各层框架梁总重:
(12×4.09+2.7×2.6)×12+3.05×49.5×4=1277.1kN
②标准层柱总重:
6.93kN/m×3.3m×48=1097.7kN
③首层柱总重:
6.93kN/m×3.3m×48=1097.7kN
(2)墙体自重
①首层墙体重:
②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+0.5×361.4+1277.1+0.5×1097.7+0.5×3782.7=7901.8kN
标准层:
Gi=2681.2+0.5×1445.4+1277.1+1097.7+3782.0=9560.7kN
首层:
G1=2681.2+0.5×1445.4+1277.1+0.5×1097.7+0.5×3782.7=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
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/∑Dij
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
6
7901.8
7901.8
8.31
181.92
5
9560.7
17462.5
18.37
173.61
4
9560.7
27023.2
28.42
155.24
3
9560.7
36583.9
38.48
126.82
2
9560.7
46144.6
48.54
88.34
1
7121.2
53265.8
39.80
39.80
本工程中取则:
1.70.7=0.5s
5.1.2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+9560.7×4+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:
=0.051×45275.93=2309.07kN
=×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=254kN
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
6
19.8
7901.8
.6
0.251
515.8
515.8
5
16.5
9560.7
.6
0.254
522.0
1037.8
4
13.2
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- 土木工程 结构 工程 毕业设计 中学 学生 宿舍楼