住宅楼设计计算书论文

'住宅楼设计计算书毕业论文结构设计2.1结构设计说明2.1.1工程概况1工程名称：**住宅楼。2建设地点：本工程位于山东省青岛市。3本设计采用青岛市的地质、气象资料，结构考虑抗震，设防烈度为7度，近震，Ⅱ类场地。4工程概况：建筑面积4140㎡，6层框架结构，层高3m。室内外高差-0.600m。设计使用年限50年。2.1.2设计资料1气象资料：(1)基本风压：W=0.43kN/m2。(2)基本雪压：基本雪压S=0.25kN/㎡。2活荷载：楼面活载均布活荷载标准值：2.0kN/m2。厨房楼面均布活荷载标准值：2.0kN/m2。浴室、卫生间楼面均布活荷载标准值：2.0kN/m2。走廊、楼梯均布活荷载标准值：2.0kN/m2。屋面均布活荷载标准值：非上人屋面：0.5kN/m2上人屋面：2.0kN/m2。2.2建筑做法说明1墙身做法：工程为框架结构，内墙和外墙采用混凝土空心砌块，用M5混合砂浆砌筑。外墙作法为：刷涂料墙面，240厚水泥空心砖，20厚石灰粗沙料刷层。2屋面做法：-61- 找平层：15厚水泥砂浆；防水层：40厚C20细石混凝土防水（刚性防水），三毡四油防水层（柔性防水）；找平层：15厚水泥砂浆；找坡层：40厚水泥石灰焦渣砂浆2%找平；保温层：80厚矿渣水泥；结构层：120厚现浇钢筋混凝土板；抹面层：15厚水泥砂浆天棚抹灰，反光涂料保护。3标准层楼面：面层：10厚地砖，素水泥砂浆填缝；结合层：4厚水泥胶结合层；找平层：20厚1：3水泥砂浆找平层，素水泥砂浆一道；结构层：120厚现浇钢筋混凝土板；抹面层：15厚水泥砂浆天棚抹灰。4卫生间、厨房楼地面做法：面层，10厚300×300防滑陶瓷地面砖，稀水泥浆填缝；结合层：1:2干硬性水泥砂浆结合层最薄处20厚，从门口向地漏找坡1%；素水泥砂浆一道；高分子聚合物水泥复合防水涂料１厚，四周沿墙刷起150高；结构层：120厚现浇钢筋混凝土板；板底抹面层：15厚水泥砂浆天棚抹灰。5底层楼面做法：20厚1:2水泥砂浆抹面压光；素水泥砂浆结合层一道；80厚C10混凝土；素土夯实。6水泥砂浆顶棚做法：钢筋混凝土板用水加10%火碱清洗油腻，1:1:4水泥石灰砂浆中层8厚；1:2.5水泥砂浆7厚；喷石灰浆两道，共厚15mm。7门窗做法：户内采用木门，户门采用防盗门，窗子采用铝合金窗。8女儿墙做法：刷涂料墙面，240厚水泥蒸气砖，100厚混凝土压顶，10厚水泥砂浆层。2.3结构布置及计算模型的确定2.3.1结构布置与选型该工程采用现浇钢筋混凝土框架结构1屋面、楼面结构：现浇钢筋混凝土屋面板，按上人屋面的使用荷载取用；2楼梯结构：采用现浇钢筋混凝土楼梯；3基础：采用机械与人工开挖独立基础。本建筑的材料选用如下：混凝土：采用C30；钢筋：纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB335，其余采用热轧钢筋HPB235；墙体：外墙、分户墙采用灰砂砖，其尺寸为240mm×120mm×60mm，重量=18kN/m2；窗：钢塑门窗，=0.35kN/m2；门：木门，=0.2kN/m2。平面结构布置如图2-1所示。竖向结构布置图如图2-2所示。-61- 图2-1结构平面布置图图2-2竖向结构布置图2.3.2梁柱截面尺寸的估计-61- 1、框架横梁截面尺寸：框架横梁截面高度h=(1/12～1/8)L,截面宽度：b=(1/3～1/2)/h，板厚h/L≥50本结构取：h=500mm,b=250mm,板厚100mm。2、框架柱截面尺寸：底层框架柱尺寸估计：假设结构的荷载设计值为12kN/mm2,则底层中柱的轴力设计值为N=12×3.75×5.25×6=1417.5kN结构采用C30混凝土,fc=14.3N/mm2假设柱截面尺寸b×h=400mm×400mm，则柱的轴压比为：故确定取柱截面尺寸为400mm×400mm。为了简化施工，各柱截面从底层到顶层不改变。3、确定框架计算简图框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接，底层柱高从基础顶面算至二层楼面，室内外高差-0.600m，基础顶面至室外地坪通常取-0.5m,故基顶标高至0.000m，距离定为-1.1m，二层楼面标高为3.0m，故底层标高为4.1m。其余各层标高从楼面算至上一层楼面（即层高）均为3m。2.3.2框架梁柱线刚度计算工程采用现浇钢筋混凝土结构，对于中框架梁I=2I，结构采用C30混凝土Ec=3×10N/mm。左跨梁：i＝EI/L=3.0×107×2×1/12×0.25×(0.5)3/4.2=3.72×104kNm右跨梁：i右梁＝EI/L=3.0×107×2×1/12×0.25×(0.5)/6.3=2.48×104kNmA～C轴底层柱：　　i底柱＝EI/h=3.0×107×1/12(0.4)3/4.1=1.56×104kNm其余各层柱：　i余柱＝EI/h=3.0×107×1/12(0.4)3/3=2.13×104kNm令i余柱＝1.0,其余各杆的相对线刚度为：i，左跨梁＝3.72×104/2.13×104＝1.75；-61- i，右跨梁＝2.48×104/2.13×104＝1.16；i，余柱＝0.73框架梁柱的相对线刚度计算简图，如图2-3所示。图2-3梁柱相对线刚度2.4荷载计算2.4.1荷载标准值计算1、恒荷载标准值计算(1)屋面找平层：15厚水泥砂浆0.015×20=0.30kN/m2防水层：40厚C20细石混凝土防水（刚性防水）1.0kN/m2三毡四油防水层0.4kN/m2找平层：15厚水泥砂浆0.015×20=0.30kN/m2找坡层：40厚水泥石灰焦渣砂浆2%找平0.04×14=0.56kN/m2保温层：80厚矿渣水泥0.08×14.5=1.16kN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土板0.1×25=2.5kN/m2抹面层：15厚水泥砂浆天棚抹灰0.3kN/m2-61- 合计：7.02kN/m2(2)标准层楼面面层：30厚干硬性水泥砂浆，素水泥砂浆填缝1.16kN/m2结构层：100厚现浇钢筋混凝土板0.1×25=2.5kN/m2抹面层：10厚水泥砂浆天棚抹灰0.1×17=0.17kN/m2合计：3.83kN/m2(3)梁自重自重：25×(0.5-0.1)×0.25=1.75kN/m抹灰：梁底抹灰+两侧抹灰(10厚混合砂浆)0.01×(0.5-0.1＋0.25)×2×17=0.22kN/m合计：2.72kN/m(4)柱自重b×h=400mm×400mm自重：0.4×0.4×25=4kN/m抹灰层：10厚混合砂浆(四面抹灰)0.01×0.24×4×17=0.272kN/m合计：4.272kN/m(5)卫生间、厨房楼地面面层：10厚陶瓷地面砖，素水泥砂浆填缝0.01×19.8=0.198kN/m2结合层：20厚干硬性水泥砂浆结合层0.02×20=0.4kN/m2素水泥砂浆一道结构层：80厚现浇钢筋混凝土板0.08×25=2kN/m2抹面层：15厚水泥砂浆天棚抹灰0.3kN/m2合计：2.9kN/m2(6)阳台恒载面层：20厚水泥砂浆抹面0.2×20=0.4kN/m2结构层：80厚现浇钢筋混凝土板0.08×25=2kN/m2抹面层：15厚水泥砂浆天棚抹灰0.3kN/m2合计：2.7kN/m2(7)墙体外墙：标准层：纵墙0.95×0.24×18=4.10kN/m铝合金窗0.35×1.65=0.58kN/m-61- 水刷石外墙面（3-1.05）×0.5=0.68kN/m水刷粉刷内墙面（3-1.65）×0.36=0.49kN/m合计：5.85kN/m底层：纵墙(4.1-1.65-0.6-0.4)×0.24×18=6.26kN/m铝合金窗0.35×1.65=0.58kN/m水刷石外墙面0.68kN/m水刷粉刷内墙面0.49kN/m合计：8.01kN/m(8)女儿墙釉面砖墙面0.5×0.6=0.3kN/m240厚水泥蒸气砖18×0.24×0.6=2.59kN/m100厚混凝土压顶25×0.1×0.24=0.6kN/m10厚水泥砂浆层0.1×20×0.6×0.012=0.014kN/m合计：3.500kN/m2、活荷载标准值计算楼面活载均布活荷载标准值：2.0kN/m2。厨房楼面均布活荷载标准值：2.0kN/m2。浴室、厕所楼面均布活荷载标准值：2.0kN/m2。走廊、楼梯均布活荷载标准值：2.0kN/m2。屋面均布活荷载标准值：非上人屋面：0.5kN/m2上人屋面：2.0kN/m。3、风载、雪载标准值根据工程所在地，工程采用山东省青岛市地质气象资料，风载荷、雪荷载取青岛市的风载、雪载设计值，即：风载取W=0.43kN/m2，雪载取S0=0.25kN/m2。屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，计算时取两者中较大者。2.4.2竖向荷载计算1、A～B轴间框架梁确定办传递给梁的荷载时，要一个板区格一个区格的考虑，确定每个板区格上的荷载传递时，先要区分此板区格是单向板还是双向板，若为单向板，可沿板的短跨作中线，将板上荷载平均分给两长边的梁；若为双向板，可沿四角作45°-61- 线，将区格板分为四小块，将每小块板上的荷载传递给与之相邻的梁，板传至梁上的三角形梯形荷载可等效为均布荷载。短跨方向传递5aq/8，长方向传递[1-2(a/2b)2+(a/2b)3]aq。由平面结构布置图中选一榀进行和在计算，框架单元板传力路线如图2-4所示：图2-4板传力线路图屋面板传给梁的荷载：三角形：P=P’P’=（g＋q）公式（2-1）梯形：P=（1-2）P’公式（2-2）恒载:6.52×=16.88kN/m活载：2×=5.18kN/m楼面板传给梁的荷载：恒载：3.83×=9.92kN/m活载：2×=5.18kN/m-61- 梁自重标准值：2.72kN/mA～B轴间框架梁均布荷载为：屋面梁：恒载=梁自重＋板传荷载=2.72＋16.88=19.60kN/m活载=板传荷载=5.18kN/m楼面梁：恒载=梁自重＋板传荷载=2.72＋9.92=12.64kN/m活载=板传荷载=5.18kN/m2、B～C轴间框架梁屋面板传给梁的荷载：恒载：6.52×=25.62kN/m活载：2×=7.86kN/m楼面板传给梁的荷载：恒载：3.83×=15.05kN/m活载：2×=7.86kN/m梁自重标准值=2.72kN/mB～C轴间框架梁均布荷载为：屋面梁：恒载=梁自重＋板传荷载=2.72＋25.62=28.34kN/m活载=板传荷载=7.86kN/m楼面梁：恒载=梁自重＋板传荷载=2.72＋15.05=17.77kN/m活载=板传荷载=7.86kN/m3、柱纵向集中荷载计算（1）A轴柱纵向集中荷载的计算顶层：恒载=梁自重＋板传荷载＋女儿墙自重-61- =2.72×（）＋3.5×＋6.52×（1.8＋1.95）=29.88kN活载=板传活载=2×（1.8＋1.95）=2.34kN标准层：恒载=墙自重＋梁自重＋板传荷载=5.85×3.75＋2.72×3.35＋3.83×1.17=31.7kN活载=2.34kN基础顶面恒载=底层外纵墙自重＋基础梁自重=8.01×3.35＋2.5×3.35=35.21kN（2）B轴柱纵向集中荷载：==顶层：恒载=梁自重＋板传荷载=2.72×3.35＋0.5×6.52×1.2×=15.58kN活载=2×0.5×1.2×（0.815＋0.839）=1.98kN标准层：恒载=9.112＋3.83×1.98×0.5=12.9kN活载=1.98kN基础顶面恒载=基础梁自重=2.5×3.35=8.375kN（3）C轴柱纵向集中荷载顶层：恒载=梁自重＋板传荷载＋女儿墙自重=2.72×（）＋3.5×＋6.52×（1.8＋1.95）=29.88kN活载=板传活载=2×（1.8＋1.95）=2.34kN标准层：恒载=墙自重＋梁自重＋板传荷载=5.85×3.75＋2.72×3.35＋3.83×1.17=31.7kN活载=2.34kN基础顶面恒载=底层外纵墙自重＋基础梁自重-61- =8.01×3.35＋2.5×3.35=35.21kN框架在竖向荷载作用下的受荷总图如图2-5所示：图2-5框架恒载受力图由于A、C二轴的纵梁外边线分别与该二轴柱的外边线齐平。故此二轴上的竖向荷载与柱轴线偏心，A轴的偏心距80mm，C轴偏心距80mm。2.4.3风荷载计算1、风荷载标准值计算将计算单元范围内的外墙面上的分布风荷载，简化为等量作用于楼面处的集中风荷载，计算公式如公式2-1所示：公式(2-3)µS―风荷载体形系数，本工程H/B=18.6/10.5=1.71,取µS=1.3µZ―风压高度变化系数，本工程建设地点为城市郊区，取B类地面粗糙程度；ω0―风荷载基本风压值；βZ―风振系数。基本自振周期T1对于钢筋混凝土框架结构可用T1-61- =0.08n估算，大约为0.64s～0.25s，应考虑风压脉动对结构的影响hi―下层柱高；hj―上层柱高，对于顶层女儿墙取墙高的2倍；B―值计算单元迎风面积宽度。B=3.75m风振系数：βZ=1+ξυψZ/µZξ―脉动大系数，取ξ=1.18；υ―脉动影响系数，查表得υ=0.475；ψZ―振型系数，ψZ=Hi/H；µZ―风压高度变化系数。计算过程如表2-1所示：表2-1各层楼面处集中风荷载标准值计算层数离地高度µzβzµsω0hihj风压力6181.291.471.30.4332.410.735151.141.451.30.433310.44121.0561.391.30.43339.23391.01.311.30.43338.24261.01.221.30.43337.67131.00.121.30.43330.752、风载作用下的位移验算位移计算时，各荷载值均采用标准值抗侧移刚度D的计算如表2-2～2-3所示：表2-2横向A～C轴2～6层D值计算构件名称=Σib/2ic=K/(2+K)D=12/h2A轴柱K=2×3.72×104/(2×2.13×104)=1.750.4713348B轴柱K=(3.72×2+2.48×2)104/2.13×2×104=2.910.5916756C轴柱K=2×2.48×104/(2×2.13×104)=1.160.3710508ΣD=13348＋16756＋10508=40612表2-3横向A～C轴底层D值计算构件名称=Σib/ic=D=12/h2A轴柱K=2×3.72×104/(2×1.56×104)=2.380.667350B轴柱K=(3.72×2+2.48×2)104/2×1.56×104=3.970.758352C轴柱K=2×2.48×104/(2×1.56×104)=1.590.586459ΣD=7350＋8352＋6459=22161-61- 3、风载作用下抗侧移刚度D的计算水平荷载作用下框架的层间侧移按以下公式计算：　ΔUj=Vj/ΣDij公式(2-4)Vj―第i层的总剪力；ΣDij―第j层所有柱的抗侧移刚度之和；ΔUj―第j层的层间侧移。风荷载作用下框架楼层层间位移与层高之比的计算，计算如表2-4:表2-4风荷载作用下框架楼层层间位移与层高之比的计算层数WjVjΣDΔuj/mΔuj/h610.7310.73406120.00031/10000510.421.13406120.00051/600049.2330.36406120.00071/428638.2438.6406120.00101/300027.6746.27406120.00111/272710.7547.02221610.00211/1952侧移验算：对于框架梁结构楼层层间最大侧移与层高之比的限值为1/550,该工程的框架结构层间侧移为1/1952，满足1/1952<1/550要求，则框架的侧移刚度足够。2.4.4地震荷载计算本工程为市郊的民用住宅，设计采用青岛市抗震设防标准，设防烈度为76度，Ⅱ类场地，设计抗震分组为第一组。考虑边柱偏心力矩的影响，建筑高度为18.6米，在地震作用下以剪切变形为主。结构的质量和刚度沿高度均匀分布，采用底部剪力法计算水平地震的作用。1、重力荷载代表值计算屋面处重力荷载代表值=结构和构配件自重标准值+0.5×雪荷载标准值楼面处重力荷载代表值=结构和构配件自重标准值+0.5×楼面活荷载标准值其中结构和构配件自重取楼面上、下各半层层高范围内(屋面处取顶层的一半)的结构及构配件的自重。(1)屋面处重力荷载标准值的计算：板自重=6.52×10.74×64.18=4494.19kN-61- 梁自重=1105.64kN柱自重=3×4.27×（20＋23×2）=845.46kN女儿墙自重=3.5×（10.74＋64.18）=262.22kN外墙自重=866.03kNG=G=4494.19＋1105.64＋845.46＋262.22＋866.03=7573.54kN（2）标准层楼面处重力荷载标准值的计算G=3.83×10.74×64.18=2639.99kNG=1105.64kNG=845.46kNG=866.03kNG=G=2639.99＋1105.64＋845.46＋866.03=5457.12kN（3）底层楼面处重力荷载标准值的计算G=3.83×10.74×64.18=2639.99kNG=1105.64kNG=845.46×1.19=1006.1kNG=866.03×kNG=2639.99＋1006.1＋1030.58＋1105.64=5782.31kN（4）屋面雪荷载标准值：G=0.25×10.74×64.18=172.32kN（5）楼面活荷载标准值：G=2.0×10.74×64.18=1378.56kN（6）总荷载代表值计算：屋面处：G=G＋0.5G=7573.54＋0.5×172.32=7659.70kN楼面处：G=G＋0.5G=5457.12＋0.5×1378.56=6146.4kN底层处：G=G＋0.5G=5782.31＋0.5×1378.56=6471.59kN2、框架抗侧移刚度D和结构自震周期（1）横向D值计算：计算过程见表2-5、2-6所示：表2-5横向D值2～6层构件D值数量ΣDA轴柱1334820266960B轴柱1675623385388C轴柱1050823241684-61- ΣD=894032表2-6横向D值底层构件D值数量ΣDA轴柱735020147000B轴柱835223192096C轴柱645923148557ΣD=487653(2)结构基本自振周期计算1)经验公式：T=0.25＋0.000532)假设顶点位移μT计算周期T1表2-7假设顶点位移μT计算层次GiΣGiΣDΔuiui67659.77659.78940320.00860.19156146.413806.18940320.01540.182446146.419953.58940320.02230.16736146.426100.98940320.02920.144726146.432247.38940320.03610.115516471.5938718.894876530.07940.07948结构基本自振周期考虑非结构墙的影响折减系数=0.6,则结构的基本自振周期为=0.45s3)能量法计算T1计算过程如表2-8所示：公式（2-5）表2-8ΣGiui和ΣGiui2计算层次GiΣDuiGiuiGiui267659.78940320.1911463.00279.4356146.48940320.18241121.10204.4946146.48940320.1671026.45171.4236146.48940320.1447889.38128.6926146.48940320.1155709.9181.9916471.594876530.07948513.8440.805723.68906.82数字代入计算公式：T1=2×3.14×0.6=0.48s取T=0.45S3、多遇水平地震作用下的计算:-61- 由于工程建设地区的设防烈度为7度，场地土为Ⅱ类，设计抗震分组为第一组，经查表得=0.08，Tg=0.35s。G=0.85×G=0.85×38718.89=32911.06kN由于Tg24.078kN，满足要求。-61- -61-'