云纺国际商住楼建筑结构设计毕业论文
2020-04-05 11:04
摘 要
本设计题目为云纺国际商住楼建筑结构设计，设计过程严格按照规范要求，使用了计算机辅助软件，包括AUTOCAD、PKPM、天正建筑、结构力学求解器。
设计内容主要包括建筑设计部分和结构设计部分。由于本次设计为商住楼结构建筑设计，建筑设计部分主要要完成的内容包括，底层商户的选型，货架位置，采光等；标准层住房的选型，采光以及通风等。而结构设计部分主要要完成的任务包括，底层的结构平面布置图、楼梯间剖面图、屋顶排水图；荷载统计，水平荷载作用下的内力计算，并绘制相关的弯矩图，轴力图，剪力图，以及内力组合；对梁、柱、板、楼梯以及基础进行内力计算、配筋计算和设计；绘制各构件截面的配筋图与建筑整体的结构施工图。
关键词：商住楼；水平荷载；内力组合；截面尺寸；配筋
Abstract
This design topic is Yunfang International Commercial Building Design. The design process is strictly in accordance with the specifications and uses computer-aided software, including AUTOCAD, PKPM, Tianzheng Building, structural mechanics solver.
The design content mainly includes the architectural design part and the structural design part. Since this design is a commercial and residential building structure design, the main contents to be completed in the architectural design include: the selection of the bottom tier merchants, the location of the shelves, lighting, etc.; the selection of the standard tier housing, lighting and ventilation. The main tasks to be completed in the structural design section include the underlying structural floor plan, the stairwell profile, and the roof drainage diagram; load statistics, calculation of internal forces under horizontal loads, and drawing of relevant bending moment diagrams, axial force diagrams, shears Strive to force, as well as internal force combinations; perform internal force calculations, reinforcement calculations, and designs for beams, columns, slabs, stairs, and foundations; draw reinforcement diagrams for the cross-sections of various components and the structural construction drawings for the entire building.
Key words: commercial residential buildings; Horizontal load; Internal force combination; Section size; Reinforce
目 录
第1章 绪论 1
第2章 荷载统计和内力计算与组合 2
2.1 设计资料 2
2.2 结构选型及梁柱截面尺寸估算 2
2.2.1 结构选型 2
2.2.2 梁柱截面尺寸估算 3
2.3 计算简图的确定 3
5
2.4 荷载统计 5
2.4.1 恒载标准值 5
2.4.2 活载标准值 7
2.5 竖向荷载下框架受荷总图 7
2.6 风荷载标准值计算 12
2.6.1 柱抗侧移刚度D的计算 14
2.6.2 风荷载作用下位移验算 15
2.7 水平地震作用计算 15
2.8 内力计算 18
2.8.1 恒载标准值作用下的框架内力计算 18
2.8.2 横向风荷载作用下的框架内力计算 33
2.8.3 活载标准值作用下的框架内力计算 43
2.8.4 水平地震作用下的框架内力计算 46
2.9 内力组合 49
2.9.1 竖向荷载作用下的梁端弯矩调幅计算 49
2.9.2 控制截面处内力值的计算 50
2.9.3 内力组合 50
第3章 构件截面设计与配筋计算 53
3.1 框架柱截面设计 53
3.1.1 轴压比验算： 53
3.1.2 截面尺寸复核： 53
3.1.3 框架柱正截面受弯承载力计算： 53
3.1.4 垂直于弯矩作用平面的受压承载力计算 55
3.1.5 斜截面受剪承载力验算 56
3.1.6 框架梁截面设计 56
3.2 楼面版设计 59
3.2.1 荷载计算 59
3.2.2 配筋计算 59
3.3 楼梯设计 61
3.3.1 踏步计算 62
3.3.2 楼梯斜梁计算 63
3.3.3 平台板计算 64
3.3.4 平台梁计算 65
3.4 基础设计 66
3.4.1 作用于基础顶面上的荷载计算 66
3.4.2 基础底面尺寸及埋置深度 67
3.4.3 基础高度验算 68
3.4.4 基础底板配筋计算 71
第4章 结束语 73
参考文献 74
致 谢 75
第1章 绪论
商住楼是指使用性质为商、住两用的楼房，一般来说，商住楼底层（或数层）为商场、商店、商务，其余为住宅。它不仅仅是商务用，也不仅仅是住宅用，因此，在设计时尤其需要对商务与住宅分开设计。
一般来说，商住楼的底层为商用，通常出租给各商户，因此底层一般设计为大开间，高层高。而对于标准层则作为住宅使用，可参考一般住宅楼设计。需要注意的是，除了需要注意一般住宅楼设计时的注意事项外，还需考虑加大房屋的隔音效果，防水效果等。最好将楼梯设计在商户的背面，将住宅用户与商场客户想隔开，有助于社区安全。
在结构选择上，我国商住楼一般都采用框架结构。这是因为框架结构有以下几个优点：1. 框架结构的梁柱都是现浇的，在结构布置时具有很强的灵活性；2. 框架结构的梁柱截面尺寸和形状选择自由，可以根据建筑的功能选择最合适的截面；3. 现浇的梁柱在建造时相较简单，有助于建筑的及时完工；4.框架结构的承载力构件为梁柱构件，它们主要都是现浇装配的钢筋混凝土结构。由于钢材的强度高，变形能力大，框架结构一般都具有一定的延展性。5. 由于框架梁柱都是现浇装配的特性，故可以在已知满足设计规范要求的前提下，对框架梁柱的截面尺寸和截面形状进行一定的调节，以达到满足建筑结构美观、实用的目的。
本次设计项目为纺国际商住楼建筑结构设计，总建筑面积约为2800平方米，建筑层数为6层，建筑总高20.25米。采用整体现浇钢筋混凝土框架结构，地面粗糙度为B类，基础场地类别为Ⅱ类，建筑重要性类别为丙类，使用年限为50年。基础为柱下独立基础。
在设计过程中，将使用《混凝土结构设计》、《混凝土结构设计原理》、《工程结构抗震设计》、《高层建筑结构设计》、《房屋建筑学》、《土地学与基础工程》等专业课程的基本内容。除此之外，还将使用包括AUTOCAD、天正建筑、PKPM、结构力学求解器在内的相关计算机辅助软件。
此次毕业设计，将是对于我们大学四年所学知识的全部运用，在一个设计中，不仅能让我们对建筑工程设计的全过程有了更加清晰的认识，还串联起了我们大学四年所学的知识，让我们对所学内容有了更好的理解，并且能够学以致用，运用到解决实际问题中去，这不仅锻炼了我们运用理论知识来解决实际问题的能力，更是为我们将来迈向作岗位打下了坚实的基础。
第2章 荷载统计和内力计算与组合
2.1 设计资料
工程名称：云纺国际商住楼建筑结构设计。
工程概况：建筑位于河南省郑州市。它的总建筑面积达2800平方米。一共有6层，总高为20.25米。第一层高3.9米，其余层高3.0米。室内外高差0.5米。
结构平面布置图如如图2.1[1]所示。
地质条件：地面粗糙度为类别B类，基础场地类别为Ⅱ类。
气候数据：基本风压为=0.45kN/m2[2]。
抗震防设：抗震烈度为7度。
材料：
钢筋：框架结构的梁和柱的纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB400，楼梯斜梁、平台梁中纵向受力钢筋和基础底板受力钢筋采用HRB335级，其余采用热轧钢筋HPB300级。
墙体：选用200厚空心砌块填充墙，用1:2.5水泥砂浆砌筑，重度γ = 11.8kN/m3。
混凝土：框架结构的梁和柱采用C30混凝土，楼梯与基础采用C20混凝土
2.2 结构选型及梁柱截面尺寸估算
2.2.1 结构选型
选择结构的形式是一个工程的开始。当结构选型合理时，才能保证建筑在以后不会出现问题。一旦结构选型合理了，就能减少经济支出，方便施工。它的基本原则为：满足使用条件；经济合理；施工简便；受力性能好。
结构类型如下：
结构体系：采用钢筋混凝土现浇框架结构体系。
屋面结构：采用现浇钢筋混凝土屋盖，刚柔性相结合的屋面，屋面板厚120mm。
楼面结构：全部采用现浇钢筋混凝土楼盖，板厚120mm。
楼梯结构：采用钢筋混凝土梁式楼梯。
2.2.2 梁柱截面尺寸估算
柱的截面选择为方形，截面尺寸一般取b = (1/12~1/18)H，其中H为层高。
由结构计算简图可以看出，最大层高为底层层高，其H值为4900mm。
有b = (1/12~1/18)H=(1/12~1/18)×4900=（272~408）mm。
根据高宽比取2.0，并且选择为方形柱，所以h=2b=2×300=600mm，取b=h
故柱截面尺寸b×h=600mm×600mm。
梁的最小截面高度h=(1/8~1/14)l0[3]，其中l0表示柱和墙或柱和柱之间的距离。
由结构计算简图可以看出，l0最大值为5600mm，
h=(1/8~1/14)l0=(1/8~1/14)×5600=400~700mm，
选取梁高度h=600mm。
矩形截面梁的高宽比 h/b一般取2.0~2.5，所以梁的宽度b=300mm。
最终，梁的截面尺寸b×h=300mm×600mm。
2.3 计算简图的确定
总的来说，不同的结构和梁的连接时不同的，而在本次工程选择的现浇楼面中，板的钢筋和梁的钢筋相互绞在一起，然后混凝土一起浇灌，这样的整体性比较好[4]。一般来说中框架梁取I = 2I0[4] 。其中，I0为梁按矩形截面计算得到的惯性矩，。梁的线刚度为，其中E为混凝土弹性模量，l为框架梁计算跨度。
梁：
kN·m
kN·m
柱：底层柱：
kN·m
标准层柱：
kN·m
取=1.0，则其余杆件的线刚度为=0.53，=0.54，=0.61。
框架的梁和柱用单线条代表，每条单线条就代表了梁和柱形心轴所在的位置。所以，梁的跨度为跨左、右两边柱截面形心轴线间距。
底层柱高从基础顶面算至二层楼面，基础顶面标高定为-1.0m，首层层高为3.9m，故底层柱高4.9m。其余各层柱高均为3.0m，计算简图如图2.2所示。
取⑨轴上的一榀框架进行设计计算，。
2.4 荷载统计
2.4.1 恒载标准值
（1）屋面恒载标准值
30厚C20细石混凝土防水 1.0kN/m2
三毡四油铺小石子 0.4kN/m2
120厚现浇钢筋混凝土板 0.12×25=3.0kN/m2
10厚混合砂浆 0.01×17=0.17kN/m2
10厚水泥砂浆 2×0.01×20=0.40kN/m2
80厚矿渣水泥 0.08×14.5=1.16kN/m2
40厚水泥石灰焦渣砂浆 3‰找平 0.04×14=0.56kN/m2
合计 6.69kN/m2
（2）楼面恒载标准值
大理石面层，水泥砂浆擦缝
30厚1:3干硬性水泥砂浆，面上撒2厚素水泥 1.16 kN/m2
水泥浆结合层一道
120厚现浇钢筋混凝土板 0.12×25=3.0kN/m2
10 厚混合砂浆 0.01×17=0.17kN/m2
合计 4.33kN/m2
（3）梁自重
b×h=300mm×600mm
梁自重 25×0.3×（0.60-0.12）=3.6 kN/m
10厚混合砂浆 0.01×[(0.60-0.12)×2 0.3]×17=0.21 kN/m
合计 3.81kN/m
（4）柱自重
b×h=600mm×600mm
柱自重 25×0.6×0.6=9 kN/m
10 厚混合砂浆 0.01×0.6×4×17=0.41kN/m
合计 9.41kN/m
（5）外墙自重
标准层：
200mm厚空心砌块填充墙 （3.0-1.7-0.6）×0.2×11.8=2.52kN/m
水刷石外墙面 （3.0-1.7-0.6）×0.5=0.35kN/m
水泥粉刷内墙面 （3.0-1.7-0.6）×0.36=0.25kN/m
合计 3.12kN/m
底层
200mm 厚空心砌块填充墙 （4.9-1.7-0.6）×0.2×11.8=9.36kN/m
水刷石外墙面 1.6×0.5=1.22kN/m
水泥粉刷内墙面 1.6×0.36=1.70kN/m
合计 10.74kN/m
（6）内墙自重
标准层：200mm 厚空心砌块填充墙 （3.0-0.6）×0.2×11.8=8.64kN/m
水泥粉刷内墙面 （3.0-0.6）×0.36×2=1.73kN/m
计 10.37kN/m
底层：200mm 厚空心砌块填充墙 （4.9-0.6）×0.2×11.8=15.48kN/m
水泥粉刷内墙面 3.3×0.36×2=4.02kN/m
合计 19.50kN/m
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