土木工程专业毕业设计41221476

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1 引言

本毕业设计的课题由老师选定，主要研究设计宿舍楼设计，采用现浇钢筋混凝土框架结构，共四层，毕业设计是大学教学计划的一个重要的组成部分,它培养了我们综合运用所学基础和专业知识,提高了我们实践能力，在理论上联合了实际。

本毕业设计课题是设计高校宿舍楼,其中包括建筑设计,结构设计两大部分，结构设计包括确定结构体系与结构布置、根据经验对构件初估、确定计算单元计算模型及计算简图、荷载计算、内力计算、选择配筋等内容, 在此我选择了第五榀框架进行了计算,在设计的过程中参考了很多资料，结合规范和实际情况设计了宿舍楼，对于建筑设计，参考了房屋建筑学，研究宿舍楼各部分的组合原理、构造方法以及建筑空间环境，从而设计出总平面布置图，平面图、立面图以及剖面图。对于结构设计主要参考了混凝土上、中两册，建筑结构抗震等。设计过程以手算为主，设计完成后，数据都是符合规范要求。

1

2 工程概况

2.1工程简介

该工程为某中学学生宿舍楼。集住宿、娱乐等为一体，其房间构成为学生宿舍、辅助用房、娱乐活动室等，总建筑面积达3000㎡左右。

2.2自然条件

工程地质条件如下简介：

（1）根据勘察报告，建筑场地土类别为Ⅱ类，场地土自上而下分布为：①人工填土、②中砂、③粘土质粉砂、④粘土、⑤粉砂、⑥中砂、⑦细砂、⑧粉质粘土。本工程的持力层为②层中砂，②层地基承载力特征值为160 kPa，压缩模量为Es＝6.0MPa，③层地基承载力特征值为150 kPa，压缩模量为Es＝5.0 MPa，场地土对混凝土结构没有腐蚀性。

⑵基本风压：0.75kN㎡

⑶该地区地震设防烈度为6度，设计地震分组为第一组，场地类别是第Ⅱ类，设计基本地震加速度为0.05g。

2.3 设计资料

2.3.1设计要求

(1) 层高：首层层高3.6米，标准层层高3.3米；

(2) 层数：4层，1至4层均为学生宿舍；

(3) 每层均设置公用洗漱间、卫生间及浴室；

(4) 辅助用房：值班室、储藏室、配电室等；

(5) 结构形式采用钢筋混凝土框架结构，楼板采用现浇钢筋混凝土楼板。2.4 建筑方案

2.4.1 平面设计

该公寓楼根据使用要求，结合场地条件，结构选型等情况，按照建筑模数选择开间和进深，进而选择合理的建筑平面为灵活分割使用空间创造条件。该公寓楼在设计时保证了住宿、娱乐用房的良好朝向、光照及通风。

2.4.2 建筑设计要点

⑴用房采用的是单走廊，双面布房，走廊轴线宽度2.4m ，两个楼梯间。

⑵建筑内设有洗漱间、卫生间各两间，对称分布于建筑平面。

⑶建筑立面1至4 层对齐。

⑷屋面采用不上人屋面，做保温、防水层，设女儿墙但不设置屋檐以及顶部

不凸出楼梯。

(5) 混凝土强度等级梁C30,柱C40，受力钢筋采用Ⅱ级。

2.4.3 防火要求

为了满足防火等级的要求，建筑安全出口为三个，分别设在建筑的前部和端部，走道和楼梯的最小宽度均大于1.1m。

2.4.4 楼梯设计

⑴设计要求

在设计中要求楼梯坚固、耐久、防火，做到上下通行方便，便于搬运家具物品，有足够的通行宽度和疏散能力。此外，楼梯尚有一定的美观要求。

楼梯间设计应符合现行国家标准《建筑防火规范》和《民用建筑设计规范》的相关规定。

⑵构件规定

楼梯梯段净宽不应小于 1.1m，六层及六层以下住宅，一边设有栏杆的梯

3

段净宽不应小于1米，楼梯踏步宽度不应小于0.26m，踏步高不应大于0.175m，楼梯平台净宽不应小于楼梯梯段净宽，且不得小于1.2m。

楼梯下面净空高度的控制为：梯段上净高大于2200mm , 楼梯平台处梁底的净高大于2000mm。

平台深度的计算应从结构边开始，考虑安全因素，平台边缘应退离转角或门边大约一个踏面宽的位置。

3 结构选型和布置

3.1结构选型

本结构设计采用钢筋混凝土框架结构体系

3.2结构布置

根据建筑功能要求，横向尺寸较短纵向尺寸较长，故采用横向框架承重方案，具体结构布置详见图3.1。

3.1框架结构平面布置图

施工方案采用楼板柱整体现浇方案，楼盖方案采用整体式肋形梁板结构。

楼梯采用整体现浇板式楼梯，基础方案采用柱下独立基础。

3.3截面尺寸初步估计

边跨梁：，取，。

中跨梁：，取，。纵向框架梁：，取，。

柱，取。

板厚：，取。

结构计算简图如图3-2所示。底层层高为3.6m，其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取（为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。

AB、CD跨梁：

)

m

(

10

15

6/

6.0

30

.0

12

1

23

4

3E E

i

liang

-

?

=

?

?

?

=

BC跨梁：

)

m

(

10

11

.

11

4.2/

4.0

30

.0

12

1

23

4

3

liang liang

E E

i-

?

=

?

?

?

=

上部各层柱：

)

m

(

10

73

.

32

3.3/

6.0

12

1

3

4

4

zhu zhu

E E

i-

?

=

?

?

=

底层柱：

)

m

(

10

22.98

7.4/

6.0

12

1

3

4

4

zhu zhu

E E

i-

?

=

?

?

=

5

注：图中数字为线刚度，单位：

图 3.2 结构计算简图

4 荷载计算

4.1 恒载计算

4.1.1屋面框架梁荷载标准值

4厚高聚物改性沥青防水卷材防水层

20厚1:3水泥砂浆保护层

水泥珍珠岩（最薄40mm）2%找坡

100厚憎水膨胀珍珠岩

100厚现浇楼板

7

20厚1:3水泥砂浆找平层 15mm 厚纸筋石灰抹灰

屋面恒载 边跨框架梁自重

梁侧粉刷 2m /kN 34.0170.020.52=??? 边跨框架梁总重 边跨框架梁自重

梁侧粉刷 中跨框架梁总重 因此作用在顶层框架梁的线荷载为：

m /kN 799.182.4476.42424=?==CD AB g g m /kN 638.116.2476.424=?=BC g 4.1.2 楼面框架梁线荷载标准值

水磨石地面 100厚钢筋混凝土楼板 15厚石灰抹底

楼面恒载 边跨框架梁及梁侧粉刷

边跨填充墙自重 填充墙粉刷自重 中跨框架梁及梁侧粉刷 因此作用在中间层框架梁的线荷载为：

m /43kN .904.23.309.411=++==CD AB g g

m /301kN .412.4405.322=?==CD AB g g m /853kN .86.2405.32=?=BC g 4.1.3 屋面框架节点集中荷载标准值

柱纵向边框架梁自重 0.25×0.4×4.2×25=10.5kN

边柱纵向框架梁粉刷 （0.4-0.1）×2×0.02×4.2×17=0.8568kN 1000高女儿墙自重 1×0.24×4.2×5.5=5.544kN 1000高女儿墙粉刷 4.2×0.02×17×2=2.856kN 框架梁传来屋面自重 4.2×2.1×4.476×0.5=19.739kN 顶层边节点集中荷载

中柱纵向框架梁自重 0.25×0.4×4.2×25=10.5kN 中柱纵向框架梁粉刷 0.8568kN 纵向框架梁传来屋面自重 0.5×4.2×4.22×4.476=19.739kN 0.5×(4.2+4.2-2.6)×1.3×4.476=16.875kN 顶层中节点集中荷载： 4.1.4 楼面框架节点集中荷载标准值

边柱纵向框架梁自重 10.5kN

边柱纵向框架梁粉刷 0.8568kN 铝合金窗自重 .4×2.3×0.5=2.76kN 窗下墙体自重 0.9×3.8×0.24×5.5=4.5144kN 窗下墙体粉刷 0.9×0.02×2×17×3.8=2.3256kN 窗边墙体自重 1.4×2.3×0.24×5.5=4.2504kN 窗边墙体粉刷 1.4×0.02×2×2.3×17=2.1896kN 框架柱自重 0.4×0.4×3.6×25=14.4kN 框架柱粉刷 0.92×0.02×3.6×17=1.1261kN 纵向框架梁传来楼面自重 0.5×4.2×4.22×3.405=15.016kN 中间层边节点集中荷载

中柱纵向框架梁自重 10.5kN 中柱纵向框架梁粉刷 0.8568kN 内纵墙自重（3.6-0.4）×0.2×4.2×5.5= 14.784kN 墙粉刷（3.6-0.4）×0.02×2×17×4.2=9.1392kN 扣除门洞重加上门重 -2.1×1×(1.78-0.2)=-3.318kN 框架柱自重 14.4kN 框架柱粉刷 0.02×1×17×3.6=1.224kN 纵向框架梁传来楼面自重 0.5×4.2×4.22×3.405=15.016kN 0.5×(4.2+4.2-2.6)×1.3×3.405=12.837kN 中间间层中节点集中荷载

9

4.2 活荷载计算

4.2.1 屋面活荷载

2.1kN/m 4.20.544=?==CD AB P P

kN 09.40.51.32.6)-4.2(4.20.50.54.2/24.20.544=??+?+???==C B P P 2.205kN 0.54.2/24.20.544=???==D A P P 4.2.2 楼面活荷载

8.4kN/m 4.22.0=?==CD AB P P 8.82kN 2.04.2/24.20.5=???==D A P P

245kN .182.51.32.6)-4.2(4.20.52.04.2/24.20.5=??+?+???==C B P P 活荷载作用下的结构计算简图。

图 4.1活载作用下的计算简图

4.3风荷载计算

风荷载：基本风压0.5 kNm2，风荷载体型系数1.3，风压高度变化系数按B类粗糙度查表4.1，查得高度变化系数。

表4.1 B类粗糙度风压高度变化系数

离地高度m 5-10 15 20 30

1.0 1.14 1.25 1.42

作用于屋面梁和梁节点处的集中风荷载标准值如下表4.2：

，其中：；

11

：高度Z 处的风振系数。因高度H=19.25m<30m ，故取； --基本风压，取=0.5kNm 2；

表4.2柱顶集中风荷载标准值

层

数 离地高度 高度变化

系 各层柱顶集中风荷载标准值

4 15.1

5 1.10 F4=0.5×1.3×1.0×1.10×3.6×3.6=7.79kN 3 11.55 1.01 F3=0.5×1.3×1.0×1.01×3.6×3.6=7.15kN 2 7.95 1.0 F2=0.5×1.3×1.0×1.0×3.6×3.6=7.08kN 1 4.35

1.0

F1=0.5×1.3×1.0×1.0×(2.175+1.8)×3.9=7.56kN

图 4.2 风荷载作用下的结构计算简图

4.4地震作用计算

4.4.1重力荷载代表值计算

本工程仅需考虑水平地震作用，建筑高度为13.2m，质量和刚度沿高度均布，故可采用底部剪力法来计算水平地震作用。作用于屋面梁及各层楼面梁处的重力荷载代表值：

屋面梁处：G = 结构构件自重 + 50%雪荷载

楼面梁处：G = 结构构件自重 + 50%活荷载

顶层

屋面恒荷（7.2+7.2+2.4）×（4.2×16+3.6×2）×5.14=6061.910kN

梁L1（b××600mm）自重及梁侧粉刷:

(4.2-0.5)×16+3.1×2×2×0.3×(0.6-0.1)×25+ (4.2-0.5)×16+3.1×2×0.02×2×(0.6-0.1)×17+(7.2-0.5)×40×0.3×(0.6-0.1)×25+(7.2-0.5)×40×(0.6-0.1)×0.02×2×17=1470.24 kN

梁L2（b××500mm）自重及梁侧粉刷:

(2.4-0.5)×0.25×18×(0.5-0.1)×25+(0.5-0.1)×2×0.02×17× (2.4-0.5)×18=94.80 kN

女儿墙自重：

(4.2×16+3.6×2+（7.2+2.4+7.2）)×2×0.24×0.9×18+4.2× 16+3.6×2+（7.2+2.7+7.2）×2×0.02×1×2×17=794.83 kN

柱重：（3.6-0.1）2×（0.5×0.5×25×20×4+1.28×0.02×20×17×4） =770.14 kN

活荷载：（7.2+7.2）×70.2×0.25+70.2×2.4×0.25=294.84 kN（取一半）

G5=6061.910+1470.24+94.80+794.83+770.14+294.842=9340kN

13

标准层

楼面板及其粉刷：（7.2+7.2+2.4）×（4.2×16+3.6×2）×3.74=4410.81kN

梁L1自重:1470.24 kN 梁L2自重:94.80 kN

墙自重：

(3.6-0.6) ×(4.2-0.5) ×16×2+(3.6-0.5)×(3.6-0.6)×4×(0.24×

18+0.02×17)+

(3.6-0.6) ×(7.2-0.5) ×2×20×(0.24×18+0.02×17) + (3.6-0.5)

×(2.4-0.5) ×18×(0.24×18+0.02×17) =5017.70 kN

柱重：770.14×2=1540.28 kN

活荷载：（7.2+7.2）×70.2×2.0+70.2×2.4×2.5=2442.96 kN（取一半)

G=4410.81+1470.24+94.80+5017.70+1540.28+2442.962=13755kN

底层

楼面板及其粉刷：（7.2+7.2+2.4）×（4.2×16+3.6×2）×3.74=4410.81kN

梁L1自重:1470.24 kN 梁L2自重:94.80 kN

柱自重：727.35+（4.85-0.1）2×0.5×0.5×25×80+1.28×0.02×

（4.85-0.1）2×17×80=1726.12 kN

活荷载：（7.2+7.2）×74.85×2.0+74.85×2.4×2.5=2442.96 kN（取一半)

墙自重：5017.70 kN

G=4410.81+1470.24+94.80+5017.70+1726.12+2442.962=13941kN

4.4.2地震作用下框架侧移刚度计算

梁的线刚度计算如下表4.3

表4.3梁的线刚度计算

截面b×h (m2) 跨度

l

(m）

矩形截面

惯性矩I0

（m4）

边框架梁中框架梁

I b=1.5I0

(m4)

K b=E c I b l

(kN·m)

I b=2.0I0

(m4)

K b=E c I b l

(kN·m)

0.3×0.6 7.2 5.4×10-38.10×10-3 3.37×10410.8×10-2 4.50×104 0.25×

0.5

2.4 2.6×10-3

3.90×10-3

4.87×104

5.20×10-2

6.50×104柱的线刚度如下表4.4

表4.4柱的线刚度表

层次E c(Nmm2) b×hmm2I c mm4E c I c)

1 4850 3.0×104500×500 5.21×109 3.68×104

2-4 3600 3.0×104500×500 5.21×109 4.26×104

柱的侧移刚度计算如下表4.5

表4.5柱的侧移刚度计算

层次截面

b×h

(m2)

层高

)

矩形截面

惯性矩I c

(m4)

线刚度

K c=

(kN·m)

K= (一般

层)

K=（底层）

(一般层)

（底层）

A、D轴边框架边柱

2～4

0.5×

0.5 3.6

5.21×

10-3

4.83×1040.70 0.26 13838

1

0.5×

0.5 4.85

5.21×

10-3

3.68×1040.92 0.49 11980

A、D轴中框架边柱

2～4

0.5×

0.5 3.6

5.21×

10-3

4.83×1040.93 0.32 17031

1 0.5× 4.85 5.21× 3.68×104 1.2

2 0.5

3 12958

15

0.5 10-3

B 、

C 轴边框架中柱

2～4

0.5×

0.5 3.6

5.21×10-3

4.83×104

1.40 0.41 21821

1

0.5×0.5

4.85

5.21×10-3

3.68×104

2.45 0.66 16136

B 、

C 轴中框架中柱

2～4

0.5×

0.5 3.6

5.21×10-3

4.83×104

2.69 0.57 30337

1

0.5×0.5

4.85

5.21×10-3

3.68×104

3.53 0.73 17847

表4.6各层D 值汇总

4.4.3自振周期计算 按顶点

位移法计算，考虑填充墙对框架刚度的影响，取基本周期调整系数T =0.6。计算公式为T1=1.7T ，式中为顶点位移（单位为m ），按D 值法计算，见表4.7

表4.7横向框架定点位移计算

层次 G i （kN ） ∑G i (kN ） D i ?i-?i-1=∑G i D(m)

?i (m) 4

13755

23095

0.0139

0.1299

2～4

(D 值×根数)

1 (D 值×根数) 边柱

A 、D

13838×8

11980×8 A 、D 17031×32 12958×32 中柱

B 、C

21821×8 16136×8 B 、C

30337×32

17847×32

∑D(kNm)

3 13755 36850 0.0222 0.1160 2 13755 50605 0.0305 0.0938 1 13941 64546 0.0588 0.0588 T1=1.7×0.6×=0.38s

4.4.4横向水平地震作用计算

对地震作用按6度计算，基本地震加速度0.05g、Ⅱ类场地，设计地震一组，则

T

g =0.45s，采用底部剪力法计算。由于T

1

=0.38s<1.4T

g

=1.4×0.45=0.63s，故不

考虑顶点附加地震作用。计算结果列于表4.8

结构底部剪力为：F

EK

=max×0.85=0.12×0.85×64546=6583.69kN

表4.8各层地震作用及楼层地震剪力

层

次

层高）高度（m）（kN）Fi(kN) （kN）4 3.6 15.65 13755 194633 0.291 1915.85 3515.69 3 3.6 12.05 13755 149242 0.223 1468.16 4983.85 2 3.6 8.45 13755 103850 0.155 1020.47 6004.32 1 4.85 4.85 13941 59249 0.088 579.37 6583.69 4.4.5变形计算

表4.9变形验算

层次层间剪力

V i（kN）

层间刚度

Dｉ

（m）

层高h i

（m）

层间相对

弹性转角

备注

4 3515.69 0.00212 3.6 11557

17

5 内力计算

5.1 恒荷载作用下的内力计算

以一榀中框架为例，恒载作用下的内力计算采用分层法，这里以顶层为例说明分层法的计算过程，其他层（中间层、底层）计算过程与顶层相同。中柱的线刚度采用框架梁柱实际线刚度的0.9倍，按照固端弯矩相等的原则，先将梯形分布荷载及三角形分布荷载，化为等效为均布荷载。 顶层等效均布荷载为：

72.81)3.03.021(09.4)21(3224324A B1'

?+?-+=+-+=AB g a a g g 边

m /kN 50.102.4818

5

2.70485244BC1'

=?+=+

=BC g g g 中 用弯矩分配法并利用结构的对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为：

59.85619.9512

1

g 12122'4-=??-=-

=边边l M AB kN·m 20.162.410.5031

g 3122'G 4=??-=-=中中l M B kN·m

10.082.410.506

1

g 6122'4G =??-=-=中中l M B kN·m

标准层等效均布荷载为：

3 4983.85 0.00301 3.6 11096 2 6004.32 0.00362 3.6 1912 1

6583.69

0.00599

4.85

1710

19

76.14)3.03.021(164.9)21(32232A B1'

1?+?-+=+-+=AB g a a g g 边

m /85kN .89.848

5

2.704852BC1'

=?+=+

=BC g g g 中 02.16)3.03.021(164.9)21(32232A B1'

2?+?-+=+-+=AB g a a g g 边

表 5.1 分层法分配系数及恒载作用下固端弯矩计算结果（kNm ）

节点

单元 A

分配系数

位置 A 下柱 A 上柱 AB 端 顶层 0.68 - 0.32 中层 0.4 0.4 0.2 底层 0.347 0.444 0.209 固端弯矩

顶层 - - -59.84 中间层 - - -65.01 底层 -

- -65.01

节点

单元 B

分配系数

位置 ＢＡ端 Ｂ下柱 Ｂ上柱 BC 端 顶层 0.259 0.550 -

0.191 中层 0.167 0.355 0.355 0.123 底层 0.181 0.300 0.385 0.134 固端弯矩

顶层 59.85 - - -5.04 中间层 65.01 - - -4.25 底层

65.01

- - -4.25

节点

单元 C 分配系数

位置 Ｃ端 Ｃ下柱 Ｃ上柱 CD 端 顶层 0.259 0.550 -

0.259 中层 0.167 0.355 0.355 0.167 底层 0.181 0.300 0.385 0.181 固端弯矩

顶层 59.85 - - -59.85 中间层 65.01 - - -68.19 底层 65.01

- - -68.19

节点 单元 D

将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得整个框架在恒载作用下的弯矩图。叠加后框架内各节点弯矩不一定达到平衡，为提高精度，可将节点不平衡弯矩再分配一次进行修正，修正后恒载作用下的弯矩图如图5.3所示。并求得框架各梁柱的剪力和轴力如图5.4所示。

梁剪力表

柱轴力表

分配系数

位置 BC 端 D 下柱 D 上柱 顶层 0.32 - 0.68 中层 0.2 0.4 0.4 底层 0.209 0.347 0.444 固端弯矩

顶层 59.85 - - 中间层 68.19 - - 底层 68.19 - -

A 下柱 A

B 传递 BA B 下柱 BG 端 传递 G 端 0.68 0.32 0.259 0.550 0.191 --59.85 40.70 19.15 6.38 --3.98 --11.93 --25.34 ---8.8 8.8 2.71 1.27 0.42 --0.11 --0.23 --0.08 43.41

-43.41

54.61

-25.57

--29.04

--1.28

A B 左 B 右 C 左 C 右 D 4 58.21 -61.48 12.68 -12.52 62.59 -58.2 3

64.89

-65.13 11.40 -9.84 65.09 -64.93 2 64.64 -65.38 11.49 -9.75 65.44 -64.58 1 63.8

-66.22

11.89

-9.35

65.49

-64.57

A 柱

柱b*h 层高 容重 总重 G A 顶 A 底