中建福地星城1号楼建筑结构设计毕业论文
2020-04-08 12:04
摘 要
本设计为中建福地星城1号楼建筑结构设计，建筑地点位于湖北省武汉市洪山区。本建筑为多层住宅楼，建筑占地面积约500平方米，标高21.00米，共8层（含地下室）。整个设计过程分为建筑设计和结构设计两部分。
建筑设计阶段，需要对建筑平面和立面布置进行综合设计。其中，平面设计要确保房间、楼梯和柱网等布置合理，能满足具体功能的实现，同时还要考虑人性化需求；房屋立面设计则包括楼梯设计、层高确定等。
结构设计阶段，要在满足安全性的前提下，尽可能实现其可靠性、适用性和耐久性。这一阶段需要选择结构体系，确定为钢筋混凝土框架结构；初步确定梁柱截面尺寸；对结构在风、地震及竖向荷载作用下的内力进行分析及荷载效应组合，完成主要结构构件的设计；同时借助PKPM、结构力学求解器等软件对计算结果进行校正；最后绘制建筑结构及主要构件的施工图。
关键词：框架结构；竖向荷载；地震作用；内力组合
Abstract
This design is a building structure design for No.1 Building of China Fudi Star City, located in Hongshan District, Wuhan, Hubei Province. The building is a multi-storey residential building with an area of about 500 square meters and an elevation of 21.00 meters. It has a total of 8 floors (including a basement). The entire design process is divided into two parts: architectural design and structural design.
At the stage of architectural design, a comprehensive design of the architectural plane and facade layout is required. Among them, the plane design must ensure that the rooms, stairs and column nets are arranged properly, can meet the realization of specific functions, and at the same time consider the need of humanity; facade design includes the design of the stairs, the height of the floor, etc.
At the stage of structural design, under the premise of satisfying safety, we should achieve its reliability, applicability, and durability as much as possible. At this stage, we need to select the structural system and determine it as a reinforced concrete frame structure; preliminarily determine the beam-column section size; analyze the internal forces of the structure under wind, earthquake and vertical loads and combine the load effects to complete the design of the main structural components; At the same time, with the help of PKPM, structural mechanics solver and other software to correct the calculation results; finally draw the building structure diagram and the main component diagram.
Key Words：Frame structure；Vertical loads；earthquake load；Internal force combination
目录
第1章 绪论 1
第2章 设计资料 2
第3章 结构选型及梁柱截面尺寸确定 3
3.1 结构选型 3
3.2 梁柱截面尺寸估计 3
3.2.1 框架柱截面粗估 3
3.2.2 框架梁截面粗估 3
第4章 框架计算简图及梁柱线刚度 5
4.1 确定框架计算简图 5
4.2 梁柱线刚度计算 5
第5章 荷载统计 7
5.1 恒载统计 7
5.2 活载统计 9
第6章 竖向荷载下框架受荷计算 10
6.1 框架梁受荷计算 10
6.2 框架柱受荷计算 14
第7章 风荷载计算 21
7.1 风荷载标准值计算 21
7.2 风荷载作用下的位移验算 22
第8章 水平地震作用计算 24
8.1 自振周期T1计算 24
8.2 水平地震影响系数α1计算 25
8.3 水平地震作用标准值计算 25
8.4 框架侧移计算 26
第9章 结构内力计算 27
9.1 恒荷载标准值作用下的内力计算 27
9.1.1 分配系数计算 27
9.1.2 恒载作用下各节点弯矩分配计算 28
9.1.3 跨中弯矩计算 31
9.1.4 恒载作用下框架剪力计算 31
9.1.5 恒载作用下框架柱剪力计算 34
9.2 横向风荷载作用下的框架内力计算 34
9.2.1 各柱反弯点位置计算 34
9.2.2 框架柱剪力和梁端弯矩计算 36
9.3 活载标准值作用下的框架内力计算 38
9.4 水平地震作用下的框架内力计算 38
第10章 荷载作用效应组合 42
10.1 竖向荷载作用下的弯矩调幅计算 42
10.2 控制截面的选取 42
10.3 承载能力极限状态的荷载组合 44
10.4 正常使用极限状态的荷载组合 45
10.5 重力二阶效应 45
第11章 截面设计与配筋计算 56
11.1 框架柱截面设计与配筋计算 56
11.1.1 轴压比验算 56
11.1.2 截面尺寸校核 56
11.1.3 正截面受弯承载力计算 57
11.1.4 垂直于弯矩作用平面的受压承载力验算 61
11.1.5 斜截面受剪承载力验算 61
11.1.6 裂缝宽度验算 62
11.2 框架梁截面设计与配筋计算 64
11.2.1 正截面受弯承载力计算 64
11.2.2 斜截面受剪承载力计算 64
11.2.3 裂缝宽度验算 64
第12章 楼板设计 67
12.1 荷载统计 67
12.2 配筋计算 67
第13章 楼梯设计 69
13.1 梯段板设计 69
13.2 平台板设计 70
13.3 平台梁设计 71
第14章 基础设计 73
14.1 确定地基承载力特征值 73
14.2 荷载计算 73
14.3 地基承载力验算 74
14.4 柱边基础截面抗冲切验算 75
14.5 基础底板配筋计算 75
第15章 手算与电算数据分析 77
结束语 78
参考文献 79
致谢 80
绪论
建筑的结构体系指的是承受结构永久荷载和活载下产生的竖向荷载、承受风荷载作用下的水平荷载以及地震作用下产生的水平（竖向）荷载作用的骨架，对于不同的建筑，应根据其设计要求、结构布置选择合适的结构体系[1]。
当前，我国多层住宅楼的结构以钢筋混凝土框架结构为主。对于框架结构，其骨架由梁和柱两部分组成，结构所受荷载由框架承担。框架结构建筑平面布置灵活，通过设置隔墙可以分隔空间，实现不同使用功能的需求；而且其结构构件类型较少，对于结构设计、内力计算、建筑施工都比较简单。框架结构设计要求兼具安全性、可靠性、适用性以及耐久性，在结构局部发生破坏后仍能保持整体稳定性[1]。实际上，通过合理设计可以将钢筋混凝土框架结构变成能抵抗大荷载和大变形的延性框架。由此可见，对于考虑地震作用的建筑结构，抗震性能较好的延性框架结构是比较合适的结构体系。
本设计的内容为中建福地星城1号楼建筑结构设计，建筑地点位于湖北省武汉市洪山区。本建筑为多层住宅楼，占地面积约500平方米，标高21.00米，共8层（含地下室）。结构抗震设防烈度为6度，场地类别为Ⅱ类，对应抗震等级为四级。基本风压0.35kN/m2，地表粗糙度为C类。建筑重要性类别丙类，设计使用年限为50年，环境类别为一类。结构采用钢筋混凝土现浇框架结构体系，基础选择柱下独立基础。
建筑结构设计涉及多个学科知识，包括《工程制图学》、《混凝土结构设计》、《高层建筑结构设计》、《结构力学》、《土力学》等，同时还涉及到CAD、结构力学求解器、PKPM等软件的使用，是一个综合性极强的设计过程。此次毕业设计相较于课程设计，其涉及科目更广，要求更高；不仅能够对本科所学相应专业知识进行复习梳理，更从整体的角度将各科内容结合起来，要求能够融会贯通，同时也能为自己未来的学习和工作打好基础，提供经验。
设计资料
- 工程名称：中建福地星城1号楼建筑结构设计
建筑地点：湖北省武汉市洪山区
- 工程概况：多层住宅楼，建筑总高23.15米，共8层（含地下室）。每层层高3.0米（地下室高2.15米），室内外高差1.0米。
图 2.1 标准层平面图
- 武汉地区温度最低-5℃，最高37℃。
- 基本风压：ω0=0.35kN/m2，地表粗糙度为C类。
- 基本雪压：s0=0.5kN/m2。
- 抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为一组，场地类别为Ⅱ类，对应抗震等级为四级。
- 设计使用年限为50年，环境类别为一类。
- 材料选用：
混凝土：采用C40混凝土。
钢筋：纵向受力钢筋采用HRB400，其余采用HPB300。
墙体：外墙、分户墙采用灰砂砖，尺寸为240mm×120mm×60mm，重度γ=18 kN/m3；内隔墙采用混凝土空心小砌块，尺寸为390mm×190mm×190mm，重度为γ=11.8kN/m3。
门窗：木门γ=0.2kN/m2，钢门γ=0.4kN/m2，塑钢窗γ=0.4kN/m2。
结构选型及梁柱截面尺寸确定
3.1 结构选型
结构体系：采用钢筋混凝土现浇框架结构体系。
楼面结构：采用现浇钢筋混凝土楼盖，楼面板厚100mm。
屋面结构：采用现浇钢筋混凝土屋盖，屋面板厚100mm。
楼梯结构：采用钢筋混凝土板式楼梯。
3.2 梁柱截面尺寸估计
3.2.1 框架柱截面粗估
近似取柱支撑的楼面荷载面积上的竖向荷载产生的轴向力估计值为Nv=14kN/m2。
B轴柱负载最大，为：N=1.2Nv·S·n=1.2×14×(4.2 6.3)/2×(3.6 5.35)/2×8=3157.56kN。抗震等级为四级的框架结构柱轴压比限值为0.9[2]，可得：
（3.1）
取柱截面为方形柱，则b=h=429mm。由结构图可知，A、B、C轴柱受力较大，故确定其框架柱均为：bc×hc=500×500。
对于D轴柱：N=1.2Nv·S·n=1.2×14×(2.5 2.85)/2×(3.6 5.35)/2×8=449.4kN。
（3.2）
取b=h=161mm。柱截面宽度和高度在四级抗震时不宜小于350mm[2]，故取D轴柱截面为bc×hc=350×350。
3.2.2 框架梁截面粗估
梁的截面尺寸应符合下列要求：截面宽度不宜小于200mm，截面高宽比不宜大于4，净跨与截面高度之比不宜小于4[3]。
（1）纵向框架梁
A轴框架梁：l0max=6700mm，h=(1/14~1/8) l0=478mm~837mm。
取h=650mm，b=(1/4~1/2)h=162.5mm~325mm，确定A轴框架梁b×h=300×650。
B、C、D轴框架梁：l0max=5350mm，h=(1/14~1/8) l0=382mm~668.75mm。
取h=650mm，b=300mm
综上，确定纵向框架梁截面为b×h=300×650。
（2）横向框架梁
AB跨梁：l0max=6300mm，h=(1/14~1/8) l0=450mm~787.5mm。
取h=600mm，b=(1/4~1/2)h=150mm~300mm，确定AB跨梁b×h=250×600。
BC跨梁：l0max=4200mm，h=(1/14~1/8) l0=300mm~525mm。
取h=500mm，b=(1/4~1/2)h=125mm~250mm，确定AB跨梁b×h=250×500。
CD跨梁：由于CD轴跨度较小，故取CD跨梁与BC跨梁相同，为b×h=250×500。
（3）楼面次梁
跨度较大的次梁：l0max=6300mm，h=(1/18~1/12) l0=350mm~525mm。
取次梁截面：h=450mm，b=200mm。
跨度较小的次梁：取次梁截面：h=250mm，b=150mm。
（4）现浇楼板
h=(1/50~1/40) l0=(1/50~1/40) ×4200=84~105mm，取楼板厚：h=100mm。
框架计算简图及梁柱线刚度
4.1 确定框架计算简图
取②轴上的一榀框架计算。假定框架柱嵌固于基础顶面，柱与柱之间刚性连接。由于各层柱截面尺寸不发生变化，故梁跨度等于柱截面形心轴间距。由于所设计建筑有地下室，故底层柱高从基础顶面算至地面一层楼面，基底标高根据地质条件、室内外高差，定为-3.00m，地面一层楼面标高0.00m，故底层柱高3.00m。其余各层柱高从楼面算至上一层楼面（即层高），均为3.00m。由此可绘出框架的计算简图，如图4.1所示。
4.2 梁柱线刚度计算
对于有现浇楼面的梁，宜考虑楼板的作用[4]。可近似按下式计算梁的截面惯性矩：一侧有楼板，取I=1.5Ir；两侧有楼板，取I=2.0Ir。式中，Ir为按矩形截面计算的梁截面惯性矩。
左边跨梁：
中跨梁： 
右边跨梁：
由于底层与标准层柱高一致，故其线刚度也相同。
A~C轴柱：
D轴柱：
令iA~C轴柱=1.0，其余各杆件的相对线刚度为：
框架梁柱线刚度如图4.1所示。
图 4.1 框架梁柱线刚度
荷载统计
5.1 恒载统计
本框架结构各构件恒载见表5.1~5.3。
表 5.1 楼（屋面）恒载计算表
名称及部位 | 用料做法 | 厚度(mm) | 容重(kN/m3) | 重量(kN/m2) | 恒载标准值(kN/m2) |
上人屋面 | 25mm厚1：4干硬性水泥砂浆 结合层 | 25 | 20 | 0.50 | 5.30 |
高聚物改性沥青防水卷材 | 3 |
| 0.10 | ||
找平层：1：3水泥砂浆找平层 | 15 | 20 | 0.30 | ||
聚苯保温板 | 100 | 3 | 0.30 | ||
找坡层：1：8水泥膨胀珍珠岩找2‰坡，最薄处≥20mm | 40 | 15 | 0.60 | ||
找平层：1：3水泥砂浆找平层 | 15 | 20 | 0.30 | ||
结构层：100厚现浇钢筋混凝土楼板 | 100 | 25 | 2.50 | ||
抹灰层：10厚混合砂浆 | 10 | 17 | 0.17 | ||
标准层楼面 以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。 相关图片展示：
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