{原创}五层学生宿舍楼框架结构毕业设计计算书

本科毕业设计

题目河南工程学院20号宿舍楼姓名

专业土木工程

学号

指导教师

郑州科技学院土木建筑工程学院

二○一六年五月

目录

中文摘要........................................................... I 英文摘要.......................................................... II 前言.............................................................. I V 1建筑设计说明.. (1)

1.1工程概况 (1)

1.2设计构思 (1)

1.2.1设计依据 (1)

1.2.2建筑标准 (1)

1.2.3平面组合 (2)

1.2.4疏散组织 (2)

1.3墙体设计 (2)

1.4门窗设计 (2)

1.5地面做法 (2)

1.6顶棚做法 (3)

1.7屋面做法 (3)

2结构设计说明 (4)

2.1设计基础资料 (4)

2.1.1气象条件 (4)

2.1.2工程地质条件 (4)

2.1.3地震作用 (4)

2.2结构方案的选择 (4)

2.2.1承重体系 (4)

2.2.2施工方案 (4)

2.2.3柱网尺寸 (5)

2.2.4梁的截面尺寸 (5)

2.2.5板的截面尺寸 (5)

2.2.6柱的截面尺寸 (5)

2.2.7基础类型 (6)

2.2.8抗震缝设置 (6)

3重力荷载代表值的计算及框架侧移刚度计算 (7)

3.1荷载计算 (7)

3.1.1上人屋面恒载 (7)

3.1.2楼面和楼梯休息平台恒载 (7)

3.1.3卫生间，洗衣间和宿舍晾衣室楼板恒载 (7)

3.1.4竖直投影下，每平米梯段恒载 (8)

3.1.5首层构件自重计算 (8)

3.1.6中间层构件自重计算 (10)

3.1.7顶层构件自重计算 (12)

3.2重力荷载代表值的计算 (13)

3.2.1一层质点重力荷载代表值 (13)

3.2.2二三四层质点重力荷载代表值 (14)

3.2.3五层质点重力荷载代表值 (14)

3.3框架侧移刚度计算 (14)

3.3.1确定计算简图 (14)

3.3.2梁柱刚度计算 (15)

4水平荷载作用下框架内力计算 (19)

4.1水平地震作用下框架内力计算 (19)

4.1.1自振周期计算 (19)

4.1.2水平地震作用计算 (19)

4.1.3横向水平地震作用下的位移验算 (20)

4.1.4横向水平地震作用下框架内力计算 (21)

4.2风荷载作用框架内力计算 (25)

4.2.1风荷载标准值计算 (25)

4.2.2风荷载转化为节点集中荷载 (26)

4.2.3风荷载作用下的水平位移验算 (27)

4.2.4风荷载作用下框架结构内力计算 (27)

5竖向荷载作用下框架内力计算 (31)

5.1计算单元的确定 (31)

5.2荷载计算 (31)

5.2.1恒载计算 (32)

5.2.2活载计算 (33)

5.3梁端固端弯矩计算 (34)

5.3.1恒载作用下梁端固端弯矩的计算 (34)

5.3.2活载作用下梁端固端弯矩的计算 (35)

5.4杆端弯矩分配系数 (35)

5.4.1五层杆端弯矩分配系数 (35)

5.4.2二、三、四层杆端弯矩分配系数 (36)

5.4.3一层杆端弯矩分配系数 (36)

5.5梁端、柱端弯矩二次分配 (37)

5.6竖向荷载作用下梁端剪力的计算 (43)

5.6.1恒荷载作用下KJ-3梁端剪力 (43)

5.6.2活荷载作用下KJ-3梁端剪力 (44)

5.7竖向荷载作用下柱轴力的计算 (45)

5.7.1恒荷载作用下柱轴力 (45)

5.7.2活荷载作用下柱轴力 (45)

6内力组合 (47)

6.1弯矩调幅 (47)

6.1.1恒荷载作用下梁端弯矩的换算及调幅 (47)

6.1.2活荷载作用下梁端弯矩的换算及调幅 (48)

6.2梁、柱内力组合 (49)

6.2.1框架梁内力组合 (49)

6.2.2框架柱内力组合 (51)

7框架结构配筋计算 (55)

7.1框架梁配筋计算 (55)

7.1.1梁正截面配筋计算 (55)

7.1.2梁斜截面配筋计算 (59)

7.2框架柱配筋计算 (61)

7.2.1轴压比及剪压比的验算 (61)

7.2.2柱正截面受压承载力计算 (62)

7.2.3柱斜截面受剪承载力计算 (64)

8现浇板设计 (67)

8.1弯矩计算 (68)

8.2双向板A的设计 (68)

8.3双向板B的设计 (69)

9楼梯设计 (71)

9.1梯段板的设计 (71)

9.1.1荷载及内力计算 (71)

9.1.2配筋计算 (71)

9.2平台板的设计 (71)

9.2.1荷载及内力计算 (72)

9.2.2配筋计算 (72)

9.3平台梁设计 (72)

9.3.1荷载及内力计算 (72)

9.3.2配筋计算 (73)

10基础设计 (76)

10.1基础埋置深度的确定 (76)

10.2外柱（A、D轴）基础设计 (76)

10.2.1确定地基承载力 (76)

10.2.2确定基底截面尺寸 (77)

10.2.3验算持力层承载力 (77)

10.2.4基础结构设计 (77)

10.3内柱（B、C轴）基础设计 (80)

10.3.1确定基础合力和合力作用点 (81)

10.3.2确定基底截面尺寸 (81)

10.3.3基础结构设计 (81)

10.4地梁的设计 (84)

结论 (86)

致谢 (87)

参考文献 (88)

河南工程学院20号宿舍楼

摘要

本工程为河南工程学院20号宿舍楼，建筑采用规则大柱柱网设计，建筑为五层，长51.00m，宽18.90m，建筑面积一共为4819.50m2，建筑高度为22.20m。底层布置门厅、管理室等；各层均设卫生间；辅助用房：储藏室，洗衣房，公共活动室等；楼梯间及走道的布局简捷通畅，满足防火规范的要求；屋面为上人屋面。

随着社会的不断发展和人们物质水平的提高，框架结构将会得到较大发展，对于框架结构的设计需要设计者对结构方案的可行性，对问题的分析能力与解决能力，并对所有的结果认真分析、判断，准确无误后方可应用于实际工程。

本工程结构设计采用多层钢筋混凝土框架结构，基本步骤为：结构计算简图的确定；荷载计算；水平与竖向内力分析；内力组合；梁、柱截面设计、板的设计、楼梯间的设计、基础的设计以及施工图的绘制等。其中，内力计算考虑恒荷载和活荷载以及水平地震作用和风作用；基础选用柱下独立基础和双柱联合基础。在进行截面设计时，遵循了强剪弱弯，强柱弱梁，强节点强锚固的设计原则，且满足构造要求。

本设计从建筑到结构是一个较为完整的设计过程，通过毕业设计复习和巩固了以前所学知识，把主要课程联系成一个完整的体系，并运用于设计中；本次毕业设计培养了我进行独立设计的基本能力，为毕业后的工作打下了坚实的基础。

关键词:框架结构；混凝土；建筑设计；结构设计

DORMITORY BUILDING, HENAN INSTITUTE

OF ENGINEERING, 20

Abstract

The project for 20 quarters on the building of Henan Institute of engineering construction using the rules of the column column design, the construction of five layers, long 51m, wide 18.9m, construction area of a total of 4819.5, building height for 22.20m. Underlying layout hall, management room; each layer are equipped with bathroom; auxiliary room: storage room, laundry room, public activity room; staircases and aisle layout simple and smooth, to meet the requirements of fire safety regulations;

With the improvement of social development and people's material level, the framework will get great development, for frame structure design to the designer of the scheme feasibility, analysis ability of the problem and solving ability, and all the careful analysis, judgment, accurate without error before it can use in practical engineering.

The design of engineering structures using multilayer reinforced concrete frame structure and basic steps: Determination of structure calculation diagram; load calculation; horizontal and vertical internal force analysis; internal force combination; between beam and column section design, board design, stair design, basic design and engineering diagram drawing. Among them, the internal force calculation to consider the constant load and live load and horizontal earthquake effect and wind; column and plate design by using the theory of elasticity; plasticity theory was adopted for the design of the beam; the basis of selection of under column independent foundation and double column combined foundation. In section design, following a strong shear weak bending, strong column and weak beam, strong node

strong anchoring design principle, and to meet the construction requirements.

This design from construction to structure is a more complete design process, through the graduation design review and consolidate the previous knowledge to link the main course into a complete system, and applied to the design; this graduation design I trained for independent design of the basic ability, lay a solid foundation for the job after graduation.

Key words: Frame structure; Concrete; Architectural design; Structural design

前言

毕业设计是教学过程的最后阶段采用的一种总结性的实践教学环节。通过毕业设计，学生可以综合应用所学的各种理论知识和技能，进行全面、系统、严格的技术及基本能力的练习。

在刚刚接手任务书的设计初期，我温习了四年来所学的教材和图书馆中的一些书目，目并借阅了各类设计规范，努力熟悉设计需要的各个步骤，尽量挤出时间去练习建筑软件和办公软件，争取为后面有技术难度的的建筑设计及结构计算打下基础；在毕业设计中期，通过将四年来所学的基本理论、专业知识、基本技能和实习中所得到的一些经验进行组合，通过反复思考和认真校对，逐步地进行建筑、结构设计，并按要求绘出图纸；在毕业设计后期，主要进行的是设计书手稿电子版的编辑和图纸的仔细修改，经过认真听取和改正老师的审批和指正，最终圆满地完成了任务书的要求。

在毕业设计的这几个月里，在指导老师孜孜不倦的帮助下，经过各种专业资料查阅、设计手工和电脑计算、反覆地论文撰写等，加深了对各种新规范、规程、手册等相关设计要求的理解，巩固了许多平时记不熟的专业知识，提高了综合各种情况下分析重难点的水平，加强了解决突发性问题的能力；在绘图时熟练掌握了AutoCAD、天正、PKPM等绘图软件和office、word、excel等办公软件的使用技巧，通过自己不断的努力学习，从各个方面，逐步地达到了毕业设计的目的与要求，充分利用了这次锻炼和学习机会。

河南工程学院20号宿舍楼是框架结构，设计的计算工作量很大，在整个计算过程中以手算数据为主，通过各种计算软件的不断校正，才得以完成设计任务。由于自己对知识的掌握不够牢固，缺乏设计实物的经验，难免在整个计算过程中留下有不妥和疏忽的地方，敬请各位指导老师批评指正。

1建筑设计说明

1.1工程概况

（1）工程名称：河南工程学院20号宿舍楼。

（2）工程地点：河南工程学院校园内。

（3）面积、层数和层高：总建筑面积4819.50 m2，总使用面积4204.90 m2，层数5层，层高3.60m，女儿墙1.50m，室内标高±0.000，室内外高差0.600m。

（4）结构形式：框架结构

（5）本工程基地地势平坦，基地内水电暖道路等公用条件已具备。

1.2 设计构思

本建筑为大学男生宿舍楼，属于常见的多层民用建筑。

1.2.1设计依据

（1）《建筑构造》；

（2）《房屋建筑学》；

（3）《民用建筑设计防火规范》；

（4）《建筑设计资料集》第二版；

（5）《中南地区通用建筑设计标准图集》；

（6）《宿舍建筑设计规范》；

（7）《民用建筑设计通则》；

（8）按现行规范（标准）编写的有关教材；

1.2.2 建筑标准

①建筑等级Ⅱ级；

②防火等级Ⅱ级；

③采光等级Ⅱ级；

④建筑结构安全等级为二级。

⑤抗震设防烈度为7度。

1.2.3平面组合

①底层布置门厅、管理室等；

②各层均设卫生间；

③辅助用房：储藏室，洗衣房，公共活动室等；

④楼梯间及走道的布局简捷通畅，满足防火规范的要求；

⑤屋面为上人屋面。

1.2.4疏散组织

紧急情况下，楼内人员可从左中右三个楼梯间下楼，通过建筑中间及两侧大门进行疏散，及时逃离宿舍楼，到达安全场地。

1.3墙体设计

（1）使用加气混凝土砌块制作300mm厚外墙和200mm厚内墙，使用石膏板制作100mm厚轻质隔墙。

（2）外墙，外贴瓷砖，内刷20厚混合砂浆；内墙，内外均刷20厚混合砂浆。

1.4门窗设计

门由甲方选购，窗由专业厂家设计制作，所有的门洞口均做1:3水泥砂浆护角。

1.5地面做法

（1）普通地面做法：

①30厚水磨石地面；

②30厚1:3干硬水泥砂浆结合层（内掺建筑胶）；

③60厚C15混凝土垫层；

④150厚3:7灰土；

⑤素土夯实。

（2）卫生间，洗衣间地面做法：

①30厚水磨石地面；

②30厚1:3干硬水泥砂浆结合层（内掺建筑胶）；

③1:5合成高分子涂膜防水，四周翻起150高；

④1:3水泥砂浆找坡，最薄处20厚；

⑤60厚C15混凝土垫层，素土夯实。

（3）普通楼面和楼梯间做法：30厚水磨石地面

（4）卫生间，洗衣间楼面做法

①30厚水磨石地面；

②1:5合成高分子涂膜防水；

③水泥砂浆找坡，最薄处20。

1.6顶棚做法

均为20厚水泥砂浆

1.7屋面做法

①30厚细石混凝土；

②三毡四油；

③20厚水泥砂浆；

④1:3水泥砂浆找坡，最薄处20厚；

⑤1:6水泥蛭石找坡2％，最薄处30。

2 结构设计说明

2.1 设计基础资料

2.1.1气象条件

基本风压：0.45kN/m2（地面粗糙程度按C类），基本雪压：0.40kN/m2，最大冻土深度0.18m。

2.1.2工程地质条件

详见任务书

2.1.3地震作用

抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第二组，二类场地。

2.2结构方案的选择

在建筑设计方案的基础上，根据设计使用功能、建筑高度、抗震设防烈度等选择结构方案。

2.2.1承重体系

框架体系是由若干个平面框架通过连系梁连接而成的空间结构体系。在此体系中，平面框架是基本的承重构件，它可以沿房屋的横向布置，也可以沿房屋的纵向布置，有时甚至可以沿房屋的纵横向混合布置。本建筑选用纵横向框架混合承重。

2.2.2施工方案

框架结构施工方案有现浇式、装配式、装配整体式，结合建筑场地的实际情况，本建筑采用现浇式。

2.2.3柱网尺寸

民用建筑柱网是根据使用功能确定的，通常取300mm 的倍数。建筑常采用三跨内廊式，两跨不等跨或者多跨等跨的框架布置方案。考虑到宿舍楼建筑要求的特点，选择柱网尺寸为：纵向7.2m ；横向：7.8m ，2.7m ，7.8m 。

2.2.4梁的截面尺寸

现浇框架中，梁的截面高度可根据对应柱网设置，一般取梁高h=（1/18~1/10）l ，其中l 为梁的跨度；梁的截面宽度可取b=（1/3~1/2）h ，为了使端部节点传力可靠，梁宽不应小于200mm 。为了保证梁平面外的稳定性，梁截面的高宽比不宜大于4。再综合扰度控制、荷载等原因。本建筑梁尺寸为：300mm×800mm ，300mm×700mm ，300mm×400 mm ，200 mm×600mm 。

2.2.5板的截面尺寸

楼板分为双向板和单向板，根据《混凝土结构设计规范》9.1.2条：板的跨厚比，对于单向板不大于30，双向板不大于40。本设计均为双向板，且短边跨度为3.6m 和2.7m ，取h=120mm 。为简化计算，其他平台板、楼面板和屋面板厚度均取120 mm 。

2.2.6柱的截面尺寸

确定原则：由《建筑抗震设计规范》（以下简称《抗规》）6.3.5条，矩形截面柱边长不宜小于400mm ，柱截面高宽长边与短边的边长比不宜大于3；由《建筑抗震设计规范》表6.3.6知：二级框架结构柱轴压比限制为0.75。抗震设计时宜采用方柱，根据轴压比确定柱子截面尺寸，以KJ-3中（受荷面积最大）柱子为例计算：

轴压比限制条件：

c c c

N

b h 0.75f

注：根据抗震设防烈度、结构形式、房屋的高度，确定抗震等级为二级，轴压比限制为0.75，据此进行验算。

按使用荷载 ，初步估算每层楼设计总荷载为14kN/m 2，轴压比：

c c c

N b h 0.75f ≥

=248004.182

mm 且令c c b =h 解得：c c b =h ≥497.18mm ，取c c b =h =600mm 。

2.2.7基础类型

框架结构由梁、柱、板等基本构件构成，因此框架结构能为建筑提供灵活的使用空间，但承载力和刚度都较低，抗震性能差。基础形式的选取是保证框架结构承载力和抗震性能的有效手段，对框架结构的安全性、经济性及适用性都有较大的影响，因而要给与重视。根据房屋重量和地质情况，选择独立浅基础形式，由于走廊宽度有限，本建筑基础形式为：柱下独立基础和双柱联合基础。基础埋深：1.5m 。初步设计基础高1m 。

2.2.8抗震缝设置

由于建筑物总长51m 小于55m ，查规范可知，不需要设置变形缝。

3重力荷载代表值的计算及框架侧移刚度计算

3.1 荷载计算

3.1.1上人屋面恒载

（1）保护层:30mm厚细石硂24×0.03=0.72kN/m2（2）防水层：三毡四油0.40kN/m2（3）找平层：20mm水泥砂浆20×0.02=0.40kN/m2

（4）保温层：1:6水泥蛭石找坡2，最薄处30mm5×0.125=0.63kN/m2

（5）结构层：120mm钢筋硂楼板25×012=3.0kN/m2（6）顶棚层：20mm厚水泥砂浆20×0.02=0.40kN/m2合计： 5.55kN/m2（突出屋顶的楼梯间屋顶，保护层：20mm水泥砂浆，其它同上，故容重:5.23kN/m2）

3.1.2楼面和楼梯休息平台恒载

（1）30mm厚水磨石地面0.65kN/m2（2）120mm钢筋硂楼板25×0.12=3.0kN/m2（3）20mm厚水泥砂浆0.02×20=0.40 kN/m2合计： 4.05 kN/m2 3.1.3 卫生间，洗衣间和宿舍晾衣室楼板恒载

（1）30mm厚水磨石地面0.65kN/m2（2）1:5厚合成高分子涂膜防水0.05kN/m2（3）水泥砂浆找坡，最薄处20mm0.02×20=0.40kN/m2

（4）120mm钢筋硂楼板25×0.12=3.0kN/m2（5）20mm厚水泥砂浆0.02×20=0.40kN/m2合计： 4.50kN/m2

3.1.4竖直投影下，每平米梯段恒载

（1）30mm厚水磨石地面（0.3+0.15）×1/0.3×0.65kN/m2

（2）踏步自重1/2×0.15×0.3×1/0.3×25=1.88kN/m2

（3）斜板自重0.12×1/0.894×0.3×1/0.3×25=3.36kN/m2

（4）20mm厚水泥砂浆0.02×1/0.894×0.3×1/0.3×20=0.45kN/m2合计： 6.67kN/m2

（板倾角：

150

tan0.5

300

α==，26.6

α= ，cos0.894

α=）

3.1.5首层构件自重计算

（1）梁柱自重计算

初步设基础埋深1.5m，基础高1m，故首层柱高=3.6+1.5-1+0.6=4.7m,则计算高度H=4.7/2+3.6/2=4.15m。（考虑板重已计入，故梁柱计算时扣除板厚）

表3.1梁柱自重

（2）墙体自重计算

除宿舍门为木门（0.20kN/m2）外，其它门为钢框玻璃门（0.45kN/m2）；窗

为钢框玻璃窗（0.45kN/m2）。

A.外墙自重计算

a.外贴瓷砖0.50kN/m2

b.蒸压加气混凝土砌块0.3×5.5=1.65kN/m2

c.20mm厚混合砂浆0.02×17=0.34kN/m2

合计： 2.49kN/m2

外墙总面积=（4.15-0.7）×6.6×14+（4.15-0.8）×7.2×4+（4.15-0.4）×2.1×2=431.01m2

外墙开门面积=1.8×2.4×2+3×2.4=15.84m2

外墙开窗面积=2.1×1.5×（14-2+14-3）+1.2×1.5×2+2.1×1.35×3=84.56m2外墙净面积=431.01-15.84-84.56=330.61m2

外墙自重=330.61×2.49+15.84×0.45+84.56×0.45=868.40kN

B.内墙自重计算

a.20mm厚混合砂浆0.02×17=0.34kN/m2

b.蒸压加气混凝土砌块0.3×5.5=1.65kN/m2

c.20mm厚混合砂浆0.02×17=0.34kN/m2

合计：1.78kN/m2

内墙总面积=（4.15-0.7）×6.6×13+（4.15-0.8）×7.2×12+（4.15-0.6）×7.9×13=950.04m2

内门面积=19×0.9×24=41.04m2

内窗面积=1.5×1.5×2=4.5m2

内墙洞口面积=3.2×（4.15-0.7）×3+（2.4×（4.15-0.7）+0.9×（4.15-0.6））×2=56.07m2

内墙净面积=950.04-41.04-4.5-56.07=848.43m2

内墙自重=848.43×1.78+41.04×0.2+4.5×0.45=1520.44kN

C.轻质石膏板隔墙（0.27kN/m2）

隔墙总面积=18×3.4×（4.15-0.12）=246.64m2

隔墙门面积=18×2.4×2.4=103.68m2

隔墙净面积=246.64-103.68=142.96m2

隔墙自重=142.96×0.27+103.68×0.45=85.26kN

（3）楼板自重计算

卫生间面积=3.5×7.9×2=55.3m2

洗衣间面积=3.4×7.9×2=53.72m2

楼梯间面积=3.4×7.8×3=79.56m2

晾衣间面积=18×1.2×3.4=73.44m2

储物室面积=3.4×7.9=265.86m2

活动室面积=7.8×7.0=54.6m2

总面积=51×18.9=963.9m2

一般楼板面积=963.9-79.56-73.44-55.3-53.72=701.88m2

楼板自重=701.88×4.05+（55.3+53.72+73.44）×4.5=3663.68kN （4）楼梯自重计算

梯段自重=（3.4-0.1）×3.3×6.67=72.64kN

平台板自重=（7.8-3.3）×3.4×4.05=61.97kN

平台梁自重=0.2×（0.40-0.12）×25×2×3.4=11.22kN

单个楼梯间自重=72.64+61.97+11.22=145.83kN

3.1.6中间层构件自重计算

（1）梁柱自重见表3.2