框架住宅楼的结构设计毕业设计

1引言本次设计为我们的毕业设计，本次设计的目的在于能让我们在这些年来所学到知识做一项有效的总结。在设计中实现知识与能力的深化和升华。让我们对结构设计的整套流程有一个清晰的认识，培养自己严肃认真的设计态度和实事求是的工作作风。是走进社会之前最后的一次实践过程。本设计是一栋11层框架住宅楼的结构设计，内容包括建筑图的熟悉、确定相关的结构设计参数、构建结构模型（PKPM）、调整模型为合理结构，画结构施工图。通过这五个步骤的配合在结合相关的规范最后完成结构设计。本设计是按设计任务书的要求，收集多方面的资料，依据高层建筑结构设计规程1、建筑抗震设计规范2、混凝土结构设计规范3、建筑结构荷载规范4等规范或规程设计的。2设计概况2.1设计项目名称xxxx住宅楼结构设计2.2设计项目地点四川省2.3设计项目基本资料2.3.1地质水文资料根据工程地质勘测报告，项目场地地形平坦、地貌单一。场地内分布的地层主要由采砂后剩余的卵石及少量粘性土、建筑垃圾组成的素填土和由粘土矿物及少量粉砂质、岩屑等组成的粉砂质泥岩组成。场地主要岩土物理指标见地质勘探报告.中风化层可作为建筑基础持力层。地下水位距地表约为4m，对建筑基础无太大影响。2.3.2气象资料项目场地位于四川，属亚热带湿润气候区，多年年平均气温摄氏17，年降雨量1367mm，7、8月雨季，最多达300mm以上，年降雨日数181天，单日最大降雨量246.5mm，相对湿度80%；月平均风速1.01.6m/s，春、夏风速略大，秋、冬稍小，全年平均风速1.3m/s，基本风压为0.3KN/m2，地面粗糙度B类。2.3.3地震信息地震设防烈度7度（0.1g），地震分组第3组，场地类别类。3结构选型建筑结构设计因满足经济使用、安全可靠、耐久的基本原则。结构的选型需要在满足建筑使用功能的前提下，结合设计项目场地的实际情况，选择合理、经济、符合规范要求的结构类型，达到结构的最优化。本次设计项目采用钢筋混凝土框架结构，主要原因包括：1、框架结构在住宅楼中具有以下优势：自重轻、节省材料；平面布置灵活，有利于建筑使用功能的实现，特别是需要较大空间的建筑结构；2、根据建筑施工图中的要求，结构设计为框架结构，为满足建筑设计的要求，符合建筑设计的使用功能和空间要求，选择框架结构；3、本次设计项目抗震设防烈度为7度，高度为34.450m，符合高规中抗震设防烈度7度区框架结构最大50m高度的要求；4、框架结构整体性、刚度较好，经过合理的设计可以达到较好的抗震效果。1最后决定本项目采用钢筋混凝土框架结构。4梁、柱截面尺寸及楼板厚度初定4.1柱截面尺寸初定4.1.1规范相关要求二级抗震等级且层数超过2层时柱截面不宜小于400mm；柱的剪跨比宜大于2；柱截面长短边的比值不宜大于3。24.1.2建筑设计要求柱截面宽度以400mm、500mm为主，受力较大柱可适当的增加；柱截面与建筑设计出入较大需与建筑设计人员协商；板式住宅楼宜采用长方柱，需注意柱长方向的设置。4.1.3柱截面尺寸初选结合规范和建筑设计的要求，柱截面尺寸优先选用：400mmX400mm、400mmX500mm、400mmX600mm、500mmX500mm，且满足梁钢筋的水平锚固的要求。4.2梁截面尺寸初定4.2.1规范相关要求框架结构主梁截面高度可按计算跨度的1/10-1/18确定；梁净跨与截面高度之比不宜小于4；梁的截面宽度不宜小于截面高度的1/4，也不宜小于200mm。4.2.2建筑设计要求梁截面宽度以200mm为主，受力较大梁可适当的增加；梁截面高度不宜大于600mm，以满足净高要求；外围梁统一高度为500mm；梁截面宽度大于200mm或者截面高度大于600mm需与建筑设计人员协商。4.2.3主梁截面尺寸初选结合规范和建筑设计的要求，主梁截面尺寸优先选用：200mmX500mm、200mmX600mm；次梁截面尺寸优先选用：200mmX300mm、200mmX400mm。4.3楼板厚度初定4.3.1规范相关要求板的长短边比值小于2时应按双向板计算；长短边比值大于2小于3时宜按双向板计算；长短边比值大于3时宜按沿短边方向受力的单向板计算；钢筋混凝土单向板跨厚比不大于30，双向板不大于40。34.3.2建筑设计要求板厚宜以90mm为主，局部跨度较大板厚可适当增加，满足建筑净高要求即可。4.3.3板厚初选结合规范和建筑设计的要求，为更好的满足建筑的稳定性，以双向板布置为主，板厚选取单向板按短跨的1/30取值，双向板按1/38取值。双向板厚度具体取值如表4-1。双向板短向跨度板厚恒载取值（kN/m2）屋面及露台恒载取（kN/m2）L3400h=90Q=3.8不用3400L3800h=100Q=4.0Q=5.53800L4200h=110Q=4.3Q=5.84200L4600h=120Q=4.5Q=6.04600L4900h=130Q=4.8Q=6.34900L5300h=140Q=5.0Q=6.55300L5700h=150Q=5.3Q=6.8表4-15荷载取值5.1活荷载取值4根据建筑结构荷载规范相关活荷载取值情况如下：（1）门厅、走廊 2.0（2）厨房、卫生间： 2.0（3）阳台、入户花园： 2.5（4）公共楼梯（含平台） 3.5（5）客厅、卧室、书房 2.0（6）上人屋面及露台： 2.0（7）不上人屋面： 0.5（8）电梯机房 7.05.2恒荷载取值5.2.1楼面恒荷载取值根据建筑楼面作法，楼层面层荷载 1.1 kN/m2 楼板板底面层荷载 0.4 kN/m2 楼面面层荷载合计 1.5 kN/m25.2.2屋面层恒荷载取值屋面由于保温层的设置荷载取 2.5 kN/m2楼面或屋面的总恒荷载还包括楼板自身的钢筋混凝土荷载，各板厚恒荷载见表1.5.3线荷载取值5.3.1 200mm厚外墙线荷载取值外墙采用加气混凝土砌块墙厚200mm: 0.208.5=1.7 kN/m2内侧粉刷： 0.4 kN/m2 外墙瓷砖： 0.5 kN/m2Q=1.7+0.40 +0.5=2.6 kN/m2外墙线荷载=2.6X（楼层高度-梁截面高度）kN/m5.3.2 200mm厚内墙线荷载取值200mm内墙采用普通空心砖空心率:20%墙厚200mm： 0.1880%19=2.7 kN/m2双面粉刷： 0.8 kN/m2Q=2.7+0.40 +0.4=3.5 kN/m2 200mm内墙线荷载=3.5X（楼层高度-梁截面高度）kN/m5.3.3 100mm厚内墙线荷载取值100mm内墙采用普通空心砖空心率:20%墙厚200mm： 0.0880%19=1.2 kN/m2双面粉刷： 0.8 kN/m2Q=1.2+0.40 +0.4=2.0 kN/m2 100mm内墙线荷载=2.0X（楼层高度-梁截面高度）kN/m5.3.4其他线荷载取值（一般情况）阳台栏板： Q=5.0 kN/M楼梯间栏板： Q=5.0 kN/M空调板： Q=3.0 kN/M女儿墙荷载： Q=6.0 kN/M5.3.5线荷载折减外墙开平窗时隔墙线荷载折减系数：0.7；外墙开推拉门时隔墙线荷载折减系数：0.5；外墙设凸出墙面800的凸窗时按整墙面砖墙计算，800的凸窗按实际情况计算隔墙线荷载；内墙门洞不折减。5.4荷载取值注意的其他问题（1）墙下未设梁时，板上恒载应考虑附加墙重的折算荷载；（2）外圈梁暂定500高，计算荷载时内框架梁量高可按400考虑；（3）非固定轻质隔墙按隔墙每延米自重的30%做为楼面活荷载算，且不小于1.0 kN/m3；（4) 有门窗洞口的墙体荷载应视具体情况予以折减，但折减的类型不宜多于3种；（5) 墙面装饰采用石材时，其线荷载应根据石材厚度另行计算；（6) 阳台拦板、屋面女儿墙等根据建筑大样图按实际计算；（7) 楼梯间荷载按面载输入，并取对边导荷模式，消防楼梯活载按3.5 kN/m2（包括平台板）；（8）雨蓬、屋面天沟应考虑充满水时的荷载；（9）高低相邻的屋面，根据具体情况，在设计低屋面构件时应适当考虑施工荷载，该荷载应不小于4.0 kN/m2，并在图上予以说明。6重要参数选取6.1柱、梁、板混凝土强度及保护层厚度的选取（1）框架结构柱混凝土强度沿着高度逐渐减小变化情况为：C35*4-C30*4-C25*3；（2）上部梁混凝土强度均采用C25；（3）板混凝土强度均采用C25；（4）梁、板、柱的混凝土保护层厚度根据混凝土结构的环境类别，在符合混凝土保护层的最小厚度的要求下梁、板的保护层厚度取25mm，柱的保护层厚度取30mm。5环境类别板、墙梁、柱一1520二a2025二b2535三a3040三b4050表6-16.2PKPM主要参数的选取6 76.2.1总信息图6-1 （1）结构材料信息：钢筋混凝土结构；（2）混凝土容重 (kN/m3)：26.00；（3）钢材容重 (kN/m3)：78.00；（4）水平力的夹角：一般取0度，地震力，风力作用方向，逆时针为正。当结构分析所得的【地震作用最大的方向】大于15度时，宜将其输入验算。水平力夹角可在WZQ.OUT中查看。（5）嵌固层所在层号：1（本工程无地下室基础嵌固为1）。6.2.2风荷载信息（1）修正后的基本风压 (kN/m2)：0.30（根据荷载规范按50年一遇选取）；（2）地面粗糙程度：B类（B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区，比较符合本设计项目的实际情况）；（3）风荷载作用下结构的阻尼比(%)：5.00（混凝土结构取值0.05）；（4）风荷载作用下舒适度验算阻尼比(%)：2.00（高规按10年一遇分压混凝土阻尼比为0.02）；（5）承载力设计时风荷载效应放大系数：1.0（高规规定大于60米取1.1）。图6-26.2.3地震信息（1）计算振型数：15（高层结构单塔取大于等于15且为3的倍数）；（2）地震烈度：7度（按抗规选取）；（3）场地类别：类（按地勘报告选取）；（4）设计地震分组：三组（按抗规选取）；（5）框架的抗震等级：二级（按抗规选取）；（6）周期折减系数：0.70(框架砖填充墙取0.6-0.7)。6.2.4活荷信息（1）柱、墙活荷载是否折减：折算（层数小于等于3层时不折减）；（2）传到基础的活荷载是否折减：折算（层数小于等于3层时不折减）；（3）考虑结构使用年限的活荷载调整系数：1.00（高规规定使用年限为50年取1.0）。图6-36.2.5调整信息（1）梁端弯矩调幅系数：0.85（高规规定现浇框架梁端负弯矩调幅系数可取0.8-0.9）；（2）梁活荷载内力增大系数：1.00（考虑活荷载不利布置取1.0）；（3）梁扭矩折减系数：0.4（高层建筑结构楼面梁受扭计算时应考虑现浇楼盖对梁的约束作用。当计算中未考虑现浇楼盖对梁扭矩的约束作用时，可对梁的计算扭矩予以折减）；（4）实配钢筋超配系数：1.15（按高规确定）。图6-46.2.6设计信息（1）结构重要性系数：1.0 (设计年限50年取1.00)；（2）是否考虑 P-Delt 效应：否（要看电算结果wmass.out文件中是否满足重力二阶效应）；（3）抗震设计的框架梁端配筋考虑受压钢筋：是（省梁顶钢筋并且对抗震有利）；（4）梁柱保护层厚度：室内正常环境（一类）梁取25mm 柱取30mm6.2.7PKPM主要电算结果的控制（1）结构位移控制：位移比（层间位移比）是控制结构平面不规则性的重要指标。（2）周期比控制：周期比是控制结构扭转效应的重要指标。它的目的是使抗侧力的构件的平面布置更有效更合理，使结构不至出现过大的扭转。也就是说，周期比不是要求就构足够结实，而是要求结构承载布局合理。高规第4.3.5 条对结构扭转为主的第一自振周期Tt 与平动为主的第一自振周期T1 之比的要求给出了规定。如果周期比不满足规范的要求，说明该结构的扭转效应明显，设计人员需要增加结构周边构件的刚度，降低结构中间构件的刚度，以增大结构的整体抗扭刚度。（3）刚度比控制：规范规定，抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相临上部楼层侧向刚度的70%或其上相临三层侧向刚度平均值的80%。（4）刚重比控制：Di*Hi/Gi大于10,能够通过高规(5.4.4)的整体稳定验算；结构刚重比Di*Hi/Gi大于20,可以不考虑重力二阶效应。（5）剪重比控制：按规范要求最小剪重比不应小于1.6%。7构件配筋规定及经验总结本设计工程的地震设防烈度7度（0.1g），框架抗震等级为二级，构件的配筋规范都做了相应的规定。7.1柱配筋规定及经验总结7.1.1柱配筋相关规定（1）柱的纵向钢筋宜对称配置；（2）截面变长大于400mm的柱，纵向钢筋间距不宜大于200mm；（3）柱的纵向受力钢筋的最小总配筋率应按表7-1采用，同时每一侧配筋率不应小于0.2%； 类别抗震等级一二三四中柱和边柱0.9（1.0）0.7（0.8）0.6（0.7）0.5（0.6）角柱、框支柱1.10.90.80.7表7-1（4）柱箍筋加密区的箍筋最大间距和最小直径按表7-2采用； 抗震等级箍筋最大间距（采用较小值，mm）箍筋最小直径（mm）一6d，10010二8d，1008三8d，150（柱根100）8四8d，150（柱根100）6（柱根8）表7-2注：1 d为柱纵筋最小直径 2 柱根指底层柱下端箍筋加密区（5）柱箍筋加密区的箍筋肢距二级抗震不宜大于250mm；（6）柱箍筋加密区的体积配箍率二级抗震不应小于0.6%；（7）柱总配筋率不应大于5%；7.1.2柱配筋经验总结（1）柱配筋主要以PKPM电算结果为依据进行配置，特殊构造需按实际情况分析并进行适当的调整配置；（2）方柱箍筋应使用井字箍并且箍筋配置应符合大箍套小箍及隔一布一的原则；（3）柱配筋要特别注意柱角筋的配置，除满足电算要求外，应根据整体的钢筋配置情况合理的选取；（4）对于短柱，比如楼梯间的柱子，箍筋应全高加密但纵筋不宜过大；（5）特别注意不同截面尺寸、不同的钢筋直径，所能布置的钢筋数量的限值；（6）各抗震等级的柱配筋要求不同，在设计配筋时应以设计项目抗震等级为前提，按规范要求进行柱的配筋。7.2梁配筋规定及经验总结7.2.1梁配筋相关规定（1）梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值，除按计算确定外，二级抗震不应小于0.3；（2）梁端纵向受拉钢筋的配筋率不宜大于2.5%，沿梁全长顶面、底面的配筋，二级抗震不应少于214，且分别不应少于梁顶面、底面两端纵向配筋中较大截面面积的1/4；（3）二级抗震框架梁内贯通中柱的每根纵向钢筋直径，框架结构不应大于矩形截面柱在该方向截面尺寸的1/20；（4）梁端箍筋加密区的长度、箍筋的最大间距和最小直径应按表7-3采用； 抗震等级加密区长度(采用较大值，mm)箍筋最大间距（采用较小值，mm）箍筋最小直径（mm）一2hb，500hb/4，6d，10010二1.5hb，500hb/4，8d，1008三1.5hb，500hb/4，8d，1508四1.5hb，500hb/4，8d，1506表7-3注：1 d为纵向钢筋直径，hb为梁截面高度；（5）梁端加密区的箍筋肢距二级抗震不宜大于250mm和20倍箍筋直径的较大值（6）梁上部钢筋水平方向的净间距不应大于30mm和1.5d，梁下部钢筋水平方向的净间距不应小于25mm和d。7.2.2经验总结（1）梁配筋主要以PKPM电算结果为依据进行配置，特殊构造需按实际情况分析并进行适当的调整配置；（2）梁配筋以梁平法表示，必须熟悉梁平法的表示规则；（3）梁箍筋间距一般选用100mm、150mm、200mm三种类型；（4）柱两端的梁钢筋配置应尽量选用相同直径的钢筋；（5）悬挑梁钢筋宜按实际情况放大，箍筋全长加密；（6）各抗震等级的梁配筋要求不同，在设计配筋时应以设计项目抗震等级为前提，按规范要求进行梁的配筋。7.3板配筋规定及经验总结7.3.1板配筋相关规定（1）板中受力钢筋的间距，板厚不大于150mm时不宜大于200mm；（2）钢筋从混凝土梁边、柱边伸入板内的长度不宜小于Lo/4，其中计算跨径Lo对单向板按受力方向考虑，对双向板按短边方向考虑；（3）在楼板角部，宜沿两个方向正交、斜向平行或放射状布置附加钢筋；（4）在温度、收缩应力较大的现浇板区域，应在板的表面双向配置防裂构造钢筋，配筋率均不宜小于0.1%，间距不宜大于200mm。板筋图例详见图7-1图7-17.3.2经验总结（1）板配筋主要以PKPM电算结果为依据进行配置，特殊构造需按实际情况分析并进行适当的调整配置；（2）板支座钢筋最小长度应为500mm，相邻板标高相同时板支座钢筋宜拉同并且钢筋长度宜取较大值；（3）板的跨度小于2m时，支座筋宜拉同；（4）屋面应设置温度筋，可采用双向拉同形式，也可采用搭接形式。8基础设计8 9基础设计是结构设计一个重要部分，基础如果出问题上部结构再合理坚固也是空谈。基础设计是本次设计过程比较困难的环节，遇到了较多的问题。本次基础设计的主要步骤：（1）根据地质勘察报告建议的基础类型确定本次基础采用灌注桩基础；（2）根据地质勘察报告提供的地质信息确定持力层；（3）选择桩径以及混凝土强度计算桩身强度以及单桩承载力设计值；（4）根据PKPM计算的柱下最大轴力布置桩基础并编写基础说明。本次设计项目根据地质勘察报告选用冲钻孔灌注桩，地基持力层为中风化粉砂质泥岩；设计选用600mm与800mm两种桩径，单桩承载力设计值分别为3000KN和4500KN,相关的计算参数见表8-1。具体桩布置情况及说明见结构施工图。岩土名称主要参数极限端阻力标准值Qrk(kPa)极限侧阻力标准值Qsik(kPa)负摩擦系数n素填土00.35强风化粉砂质泥岩160中风化粉砂质泥岩2600表8-19楼梯设计为了更加接近实际的受力情况，本次设计在PKPM建模中楼梯以实际情况进行布置。楼梯采用板式楼梯，钢筋采用HRB400，混凝土采用C25，梯梁截面取200400，梯梁的钢筋配筋根据电算结果进行；梯板采用理正工具进行计算确定板厚h及配筋；平台板厚度h=100mm，并按最小配筋率配置；根据实际情况设置构造柱。10结束语这次的毕业设计基本完成了任务书规定的要求，在导师的细心指导之下，再结合平时上课学习到的理论知识，我比较完整的完成了一栋框架住宅楼的结构设计，把理论知识转化成设计成果。通过这次的设计，让我第一次系统的了解到整个结构设计的流程，他包括刚开始建筑图分析，结构选型，结构设计参数的确定，PKPM建模，调整合理经济的结构，画结构施工图，基础设计。这其中每个部分缺一不可，一环扣一环，每一个部分都可以让自己学到很多东西，这其中我也发现了很多的错误，真是这些错误让我的能力在这次的毕业设计中得到了提升。这次的毕业设计，也让我对以后的工作有一个比较清晰的认识，让我更加有信心走向工作岗位，结构设计需要耐心和细心，做到这两点就成功了一半，这也是这次毕业设计中深刻体会到的。在以后的工作中，我要加倍努力做一名优秀的结构设计师。参考文献1JGJ32010. 高层建筑混凝土结构技术规程.2GB500112010. 建筑抗震设计规范.3GB500102010. 混凝土结构设计规范.4GB200092001. 建筑结构荷载规范(2006年版).511G101-1. 平法配筋图集.6中国建筑科学研究院. PMCAD用户手册及技术条件.7王小红，罗建阳. 建筑结构CADPKPM软件应用. 中国建筑工业出版社，2004.8GB500072011. 建筑地基基础设计规范.9JGJ942008. 建筑桩基技术规范.10朱炳寅. 建筑结构设计规范应用图解手册. 中国建筑工业出版社，2005.致 谢非常感谢XXX老师在我大学的最后学习阶段毕业设计阶段给自己的指导，是他给了我耐心的指导和无私的帮助。为了指导我们的毕业设计，他放弃了自己的休息时间，无私奉献的敬业精神令人钦佩，在此我向他表示我诚挚的谢意。同时，感谢所有任课老师和所有同学在这四年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下！附录附录一：xxxx住宅楼建筑施工图附录二：xxxx住宅楼结构施工图附录三：xxxx住宅楼结构设计计算书附录四：xxxx住宅楼结构设计岩土工程勘察报告20