土木工程(结构工程)毕业设计--中学学生宿舍楼

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 (73)

11.1 基础选型及柱底荷载 (73)

11.2 工程地质条件 (73)

11.3 基本尺寸与桩数确定 (73)

11.4 桩基受力计算 (75)

11.5 桩基沉降计算 (75)

11.6 桩身结构设计 (75)

11.7 承台设计 (75)

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。

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0.000m

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q sk=60kpa

（2）黏土：厚度为5.5m,桩侧土的极限侧阻力标准值q sk=60kpa

（3）粉质黏土：厚度为8.0m，桩侧土的极限侧阻力标准值q sk=85kpa，桩

端阻力标准值q pk=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

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400

HRB钢筋，箍筋HRB300钢筋；

（2）梁：C30混凝土，主筋用HRB400钢筋，箍筋用HRB300钢筋；

（3）板：C30混凝土，钢筋用HRB300；

（4）基础：C30混凝土，主筋用HRB335钢筋，构造钢筋用HRB300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l h )10/1~15/1(=,其中l 为框架梁的计算跨度。 横向框架梁：

（1）边跨mm l AC 6000=，边跨梁高度：mm l h AC AC 600~400)10/1~15/1(== 所以取梁截面高mm h AC 600=，取宽mm h b AC AC 250)2/1~3/1(==。

（2）中跨mm l CD 2600=,中跨梁高度：mm l h CD CD 260~173)10/1~15/1(== 因h 需满足：mm h 400≥，所以取梁截面高mm h CD 400=，因为梁的宽度b 满足：

h b 4

1

≥

且mm b 200≥，所以取宽mm b CD 250= （3）边跨mm l l AC DF 6000==,所以梁DF 截面尺寸与梁AC 相同。即取梁截面 高mm h DF 600=，取宽mm b DF 250=。

2.4.2 纵向框架梁的截面尺寸

纵向框架梁取mm l h 450~300)10/1~15/1(==，取梁截面高度mm h CD 450= 因为梁的宽度h b 4

1

≥且mm b 200≥，所以取mm b 250=

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： B Fng N β=

注:β——柱轴压力增大系数（在地震作用组合后，边柱取3.1，中柱

取25.1）

F ——简支状态计算柱的负载面积，本工程中：边柱的负载面积为 235.4m ?，中柱负载面积为23.45.4m ?

B g ——重力荷载代表值（折算在单位建筑面积上的，取2/0.14m KN ） N ——验算截面以上的楼层层数。

（2） c

N c f N A ][μ≥

注：[]N μ ——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。

c f ——混凝土轴心抗压强度设计值，对于C30混凝土， 2/3.14mm N f c =

对于边柱：KN Fng N B 2.147414635.43.1=????==β

246.1145453

.149.01000

2.1474][mm f N A c N c =??=≥

μ

对于中柱：KN Fng N B 75.20311463.45.425.1=????==β

213.1578673

.149.01000

75.2031][mm f N A c N c =??=≥

μ

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mm 400400?，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：mm h b c c 500500?=?，

C A mm A >=?=2250000500500，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mm 80，单向板最小值为mm 60 （2）双向板不小于a l 50/1，单向板不小于a l 40/1

本设计中，综合安全和经济效益等考虑，选取板的厚度为100mm 。

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： l

I E i b

c b =

注：其中c E ——混凝土弹性模量 b I ——梁的截面惯性矩 l ——梁的计算跨度

由于本工程采用现浇楼面，所以b I 取梁截面惯性矩o b I I 0.2=，本工程中梁柱使用的混凝土均为C30，所以混凝土弹性模量c E =3.0×104N/mm 2 。

即梁的线刚度：

边跨梁A C 线刚度：N/mm 105.460001126002502100.31034

?=?????==AC b c b l I E i

中跨梁C D 线刚度:N/mm 1008.326001124002502100.31034

?=?????==CD b c b l I E i

边跨梁D F 线刚度：N/mm 105.460001126002502100.31034

?=?????==AC b c b l I E i

3.2 框架柱的线刚度

柱的线刚度计算： h

I E i c

c c =

注：其中c E ——混凝土弹性模量 c I ——柱的截面惯性矩

h ——框架柱的计算高度

各层柱：N/mm 1073.43300

112500500100.31034

?=????==h I E i c c c

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D 值由公式可得： 2

12h i D c

c

α= 注：其中c α——柱侧移刚度修正系数（查表可知） h ——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）

i D ∑

K

c α

1

i D

K

c α

2

i D

1 0.95 0.49 25539 1.60 0.58 30230 1338456 2至6

0.95

0.32

16679

1.60

0.44

22933

950688

所以该框架为规则框架（因为7.0/21>∑∑D D ，所以满足要求）

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 2m /kN 66.02203.0=?

3+3厚双层SBS 改性沥青防水卷材 2

0.48kN/m 0.242=?

20厚水泥砂浆找平层 2kN/m 4.002.020=? 80厚矿渣水泥保温层 2m /kN 16.108.05.14=? 100厚现浇钢筋混凝土板 2kN/m 5.210.025=? 20mm 厚板底粉刷抹平 2m /kN 34.002.017=? 合计 5.54kN/m 2

4.1.2 标准层楼面

10厚水磨石地面 2kN/m 65.0 20厚水泥砂浆打底 2kN/m 4.002.020=? 100厚钢筋混凝土楼板 2kN/m 5.21.025=? 10mm 厚纸筋石灰抹底 2kN/m 16.01601.0=?

合计 3.71kN/m 2

4.1.3 梁自重

横向边跨梁AB 截面尺寸: h b ?=250mm ×600mm

梁自重 kN/m 75.36.025.025=?? 梁侧粉刷（20mm 厚抹灰） kN/m 34.017)1.06.0(02.02=?-??

合计： kN/m 09.4

横向中跨梁BC 截面尺寸: h b ?=250mm ×400mm

梁自重 kN/m 5.24.025.025=?? 梁侧粉刷（20mm 厚抹灰） kN/m 204.017)1.04.0(02.02=?-?? 合计： 2.704kN/m

横向边跨梁CD: h b ?=250mm ×600mm

梁自重 kN/m 75.36.025.025=?? 梁侧粉刷（20mm 厚抹灰） kN/m 34.017)1.06.0(02.02=?-?? 合计： kN/m 09.4

纵向框架梁截面尺寸均为：h b ?=250mm ×450mm

梁自重 kN/m 81.245.025.025=?? 梁侧粉刷（20mm 厚抹灰） kN/m 24.017)1.045.0(02.02=?-?? 合计： 3.05kN/m 4.1.4 柱自重

截面尺寸：h b ?=500mm×500mm

柱自重 kN/m 25.65.05.025=?? 柱粉刷（20mm 厚抹灰） kN/m 68.01702.05.04=??? 合计： 6.93kN/m

4.1.5 墙自重 （1）外墙自重

墙体（240mm 粘土厚空心砖） 2

k N /m 6.31524.0=?

外墙面贴瓷砖 2k N /m 5.0

内墙面（20mm 厚抹灰） 2

k N /m 34.01702.0=?

合计 4.44kN/m 2

（2）内墙自重

墙体（240mm 粘土厚空心砖） 2

k N /m 6.31524.0=?

两侧均为20mm 厚抹灰 2

k N /m 68.0202.017=??

合计 4.28kN/m 2

4.2 活荷载标准值

楼面： 住宅 ： 2.0kN/m 2

卫生间： 2.5kN/m 2

屋面（不上人）： 0.5kN/m 2 走廊： 2.0kN/m 2 楼梯： 2.0kN/m 2 屋面雪荷载： 0.35kN/m 2

由规范可知：对于屋面活载取0.5kN/m 2（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/m 2×722.7m 2=4003.8kN

楼面恒载标准值 (忽略开洞情况)：3.71kN/m 2×722.7m 2=2681.2kN 屋面均布活荷载:0.5kN/m 2×722.7m 2=361.4kN

楼面均布活荷载标准值:2.0kN/m 2×722.7m 2=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：

3782.7kN )79.834549852(284)2629212.15121272(44

4=G =.×.×.+×.×.+×.×.-?-? ②标准层墙体重：

kN .3782)94.834549852(284)2629212.15121272(44

4=G =.×.×.+×.×.+×.×.-?-?

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：

= 4003.8+0.5×361.4+1277.1+0.5×1097.7+0.5×3782.7= 7901.8kN

G

6

标准层：

G

= 2681.2+0.5×1445.4+1277.1+1097.7+3782.0= 9560.7kN

i

首层：

= 2681.2+0.5×1445.4+1277.1+0.5×1097.7+0.5×3782.7= 7121.2kN

G

1

G如图4所示：

综上计算可得，集中于各个楼层楼面重力荷载代表值

i

图4 各层重力荷载代表值