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瑛晟花园小镇住宅楼建筑结构设计毕业论文

 2020-02-18 10:02  

摘 要

本文是一篇关于住宅楼建筑结构设计的计算书,严格按照设计步骤,依据设计规范,并利用多种设计软件进行辅助设计,以尽可能保证满足设计要求。

设计分为建筑设计和结构设计两个阶段,建筑设计用于设计建筑外形与设计实用功能,结构设计则用以实现建筑设计所需的功能并保证建筑的安全与可靠。本次设计属于建筑结构设计。结构设计有着严格的程序与严谨的规范。在进行结构设计前要进行实地勘探,获取地形、土质等设计信息。依据实际信息,我们需要继续进行结构的选型布置,初步估算构件尺寸,画出计算简图,并由此进行荷载的统计工作。荷载统计完毕,我们需要将建筑模型进行简化,从而进行内力的计算,再将计算完毕的内力按照多种不同情况进行内力组合来讨论何种最不利情况最有可能导致结构破坏。最后依据计算所得到的最不利内力进行配筋计算,并完成施工图的绘制。

关键词:结构设计;内力计算;截面设计

Abstract

This paper is a calculation book about the design of residential building structure. It strictly follows the design steps, according to the design specifications, and uses a variety of design software to carry out auxiliary design, so as to ensure that the design requirements are met as far as possible.

Design is divided into two stages: architectural design and structural design. Architectural design is used to design architectural shape and design practical functions. Structural design is used to realize the functions required by architectural design and ensure the safety and reliability of the building. This design belongs to the design of building structure. Structural design has strict procedures and strict specifications. Before structural design, field exploration should be carried out to obtain design information such as topography and soil quality. According to the actual information, we need to continue the selection and layout of the structure, preliminarily estimate the size of the components, draw the calculation sketch, and then carry out the load statistics. After the load statistics are completed, we need to simplify the building model to calculate the internal forces. Then we can combine the calculated internal forces according to different situations to discuss what the most disadvantageous situation is most likely to lead to structural damage. Finally, the reinforcement is calculated according to the most disadvantageous internal force, and the drawing of construction drawings is completed.

Key words:Structural design ;Calculation of internal force ;Section design

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

第2章 设计资料及相应内力统计与组合 2

2.1 设计资料 2

2.2 结构选型 2

2.3 梁柱截面尺寸估算 3

2.4 确定计算简图 3

2.5 荷载统计 5

2.5.1 恒载设计值 5

2.5.2 活载标准值 7

2.6 竖向荷载作用下荷载受荷总图 7

2.7 风荷载计算 13

2.7.1 集中风荷载标准值计算 13

2.7.2 柱抗侧移刚度D的计算 16

2.7.3 风荷载作用下位移验算 16

2.8 水平地震作用计算 17

2.9 内力计算 19

2.9.1 恒载标准值作用下的框架内力计算 19

2.9.2 横向风荷载作用下的框架内力计算 32

2.9.3 活载标准值作用下的框架内力计算 40

2.9.4 水平地震作用下的框架内力计算 43

2.10 内力组合 46

2.10.1 竖向荷载作用下的梁端弯矩调幅计算 46

2.10.2 内力组合 49

第 3 章 各构件的计算与设计 54

3.1 框架柱截面设计 54

3.1.1 轴压比验算 54

3.1.2 截面尺寸复核 54

3.1.3 框架柱正截面受弯承载力计算 54

3.1.4 垂直于弯矩作用平面的受压承载力计算 56

3.1.5 斜载面受剪承载力计算 56

3.2 框架梁截面设计 57

3.2.1 正截面受弯承载力计算 57

3.2.1 斜截面受剪承载力计算 57

3.3 楼面板的计算与设计 61

3.3.1 荷载计算 61

3.3.2 弯矩计算 61

3.3.3 配筋计算 62

3.4 楼梯计算与设计 62

3.4.1 踏步计算 63

3.4.2 楼梯斜梁计算 64

3.4.3 平台板计算 65

3.4.4 平台梁计算 66

3.5 基础设计 67

3.5.1 作用于基础顶面上的荷载计算 67

3.5.2 基础地面尺寸和埋置深度 69

3.5.3 基础高度验算 70

3.5.4 基础底板配筋计算 72

第4章 结束语 74

参考文献 75

致谢 76

第1章 绪论

本次毕业设计是要设计一幢多层住宅楼,毕业设计是本科教学的重要的一环,通过本次设计达到以下目标:

(1)培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力;

(2)掌握设计的程序、步骤、方法,做好基本功的训练;

(3)通过本次设计提高学生解决实际问题的综合能力,缩短与实际之间的距离,为学生的社会工作奠定坚实的基础。

住宅楼是分布最广泛,也是最为常见的建筑类型。住宅楼属于人口密集的建筑,所以对建筑本身有着安全性可靠性的要求。在正常使用情况下,不应出现大范围的影响使用的破坏情况,再遇到地震等其他突发性灾害的时候,具有一定抗连续倒塌,抗坍塌的能力。

目前,我国的建筑仍以钢筋混凝结构为主,钢筋混凝土具有造价低,材料广泛,承载力强,可塑性强等特点,因此被广泛运用,并在今后的十几年都将活跃在各大建筑类型中。经过多方面考虑,此次设计选择框架结构来进行设计,而框架结构也有着平面布置灵活,结构稳定,能够提供较大室内空间等特点,是本次设计的上佳选择。

本次设计为六层住宅楼的建筑结构设计,涉及多本规范以及各门专业课的知识,当然还要借助一些软件来进行设计的计算和辅助工作。在毕业设计前期,我首先进行信息搜集,记录设计地区的一些设计参数,并且温习了课本的专业课知识与相关规范。设计时,我们在指导老师的帮助下,互相交流,严格按照设计的步骤来进行本次设计,从荷载统计,到内力计算,再到内力组合,构件配筋,我学习到了很多知识,并能够运用PKPM软件来画梁柱、楼梯等的施工图,以及建筑CAD来画平面图、立面图等。在设计的后期经过一系列的修改,期间得到指导老师的帮助与指正,在此表示衷心的感谢。由于自己设计水平有限,难免有疏忽的地方,敬请各位批评指正!

第2章 设计资料及相应内力统计与组合

2.1 设计资料

工程名称:瑛晟花园小镇住宅楼建筑结构设计

工程概况:工程地点位于山东省泰安市,总建筑面积约3300平方米,建筑总高为20.7m,建筑总层数为六层,首层层高为4.5m,标准层和顶层层高均为3.0m,室内外高差为0.45m。结构布置平面图如图2.1所示:

图 2.1 结构平面布置图

气候数据:基本风压 =0.40 kN/,基本雪压

地质条件: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。

抗震设防:抗震烈度为7度,设计基本地震加速度为0.10g,设计地震分组为第三组[1]

材料选择:框架梁、柱和屋板、楼板均采用 C30 混凝土,基础和楼梯采用 C20 混凝土。钢筋: 框架梁、柱纵向受力普通钢筋,采用热轧钢筋 HRB400,楼梯斜梁、平台梁中纵向普通受 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[2]。墙体:240 厚空心砌块填充墙。

2.2 结构选型

结构选型的基本原则[3]是:满足使用要求;受力性能好;施工简便;经济合理。 结构选型涉及的内容较多,应根据建筑的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、基础、材料和施工等因素,经技术、经济条件比较综合确定。依据上述基本原则,考虑多方面因素,本次设计选型如下:

建筑结构体系: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肋形屋盖,刚柔性结构的屋面,屋面板厚120mm。

楼面结构: 全部采用现浇钢筋混凝土肋形楼盖,板厚120mm。

楼梯结构: 采用钢筋混凝土的梁式楼梯。

2.3 梁柱截面尺寸估算

梁的最小截面高度:(1/14~1/8)[4],其中为柱与柱或柱与墙之间的距离。

依据结构计算简图,取轴线间最大值,最大值为4200mm。

由此有,考虑经验情况和构造安全性要求,取梁高为500mm,矩形截面梁的高宽比一般采用2.0-2.5,据此选择截面梁宽度b=300mm,最终截面梁的尺寸为 。

框架柱截面一般采用方形,截面尺寸一般取,其中H为层高,底层高度最大,高度为5950mm。于是有。由于选择方形柱,h=b,所以取h=500mm=b。因此柱子截面为。

2.4 确定计算简图

楼面结构不同,与框架梁的连接构造也不尽相同。在现浇楼面中,楼面板的钢筋与框架梁的钢筋交织在一起,混凝土同时进行浇灌,整体性较好[5]。所以,在计算框架梁的截面惯性矩时,要考虑楼面板与梁连接使梁的惯性矩增加的有利影响。在确定计算简图时,为简化起见,底层柱高可从基础顶面算至露面标高处,中间层柱高可从下一层楼面标高算至上一层楼面标高,顶层柱高可从顶层楼面标高算至屋面标高[4]

对于左边跨梁,即A-B轴间框架,有

对于中间跨梁,即B-C轴间框架,有

对于右边跨,则有

对于底层柱,有

标准层柱

令=1.0,则其余的杆件的相对线刚度为:,,,

取⑥轴上的一榀框架进行设计计算,假定框架柱嵌固在基础顶面,框架梁与柱刚接,由于各层柱截面尺寸不变,故梁跨等于柱截面形心轴线之间的距离。框架各构件在计算简图中均用单线条表示。各单线条代表各构件形心主轴所在的位置线。由于室内外高差,底层柱高5.95m,其余各层高3.0m。计算简图如下图所示:

图2.2 框架计算简图

2.5 荷载统计

2.5.1 恒载设计值

(1)屋面恒载标准值

防水层(刚性)30mm厚 C20 细石混凝土防水 1.0kN/

防水层(柔性)三毡四油铺小石子 0.4 kN/

结构层 120mm厚现浇钢筋混凝土板 0.12

抹灰层 10mm厚混合砂浆 0.01

找平层 15mm厚水泥砂浆 0.015

保温层 80mm厚矿渣水泥 0.08

找坡层 40mm厚水泥石灰焦渣砂浆2%找平 0.04

合计 6.89 kN/

(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/

水泥砂浆结合层一道

结构层 120厚现浇钢筋混凝土板 0.12

抹灰层 10mm厚混合砂浆 0.01

合计 4.33

梁自重

梁自重

抹灰层 10厚混合砂浆

合计 3.03

柱自重

柱自重

抹灰层 10厚混合砂浆

合计 6.59

外墙自重(标准层)

240mm厚纵墙

水刷石外墙面

水泥粉刷内墙面

合计 5.18

外墙自重(底层)

240mm厚纵墙

水刷石外墙面

水泥粉刷内墙面 2.1

合计 10.88

内墙自重(标准层)

240mm厚纵墙

水泥粉刷内墙面

合计 12.6

内墙自重(底层)

240mm厚纵墙

水泥粉刷内墙面

合计 18.15

女儿墙自重

墙高 1200mm =5.18

100mm的混凝土压顶

合计 7.2

2.5.2 活载标准值

屋面和楼面标准活荷载取值

上人屋面 2.0

楼面 2.0

雪荷载 0.35

屋面活载和雪荷载不同时考虑,取其中较大值。

2.6 竖向荷载作用下荷载受荷总图

本次设计中框架结构采用整体式双向楼板,整体式双向板传递给梁的载荷较为复杂,通常用沙堆法,或塑性铰线法确定梁的荷载分配。从每一区格板四角处作45°角线与平行于长边的中线相交,将整块分成四个板块,每个板块上的荷载传给相邻的支承梁,因此双向板传递给支承梁的荷载分布为:双向板长边支承梁上荷载呈梯形分布,短边支承梁上荷载呈三角形分布。双向板支承梁可按弹性理论或塑性理论进行内力分析[4]

图 2.3 三角形及梯形荷载换算为等效均布荷载示意图

板传至梁上的三角形或梯形荷载按照上述方法近似简化为等效均布荷载,标准层板荷 载传递示意图如图所示:

图 2.4 标准层板荷载传递示意图

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