土木工程专业设计

目录一 . 工程概况 .- 1 -二 . 设计资料与设计依据 .- 1 -（一）基本条件 .- 1 -（二）设计依据 .- 1 -三 . 建筑设计 .- 1 -（一）办公区 .- 1 -（二）大厅部分 .- 2 -四 . 结构设计 .- 2 -（一）结构布置 .- 2 -（二）荷载计算 .- 5 -（三）内力分析 .-12-（四）内力组合 .-22-（五）截面设计 .-24-（六）框架部分板配筋计算 .-36-（七）楼梯设计 .-39-（八）檩条设计 .-41-（九）牛腿设计 .-42-（十）柱的吊装验算 .-43-（十一）抗风柱设计 .-45-（十二）基础设计 .-47-致谢 .-54-参考文献 .-55-土木工程专业毕业设计一. 工程概况本工程为某大学土木馆结构试验室，包括实验大厅与办公楼两部分，总建筑面积5232.49 ，主要建筑功能为结构试验与办公，设有150kN 中级制 A2 级桥式吊车。总长48m，厂房跨度m，室内外高差600mm。15二. 设计资料与设计依据（一）基本条件、气象条件基本风压 0.55kN/m2，基本雪压为 0.4 kN/m 2。12、设计标高室内设计标高 0.000m,与绝对标高相当，室内外高差0.6m.3、地质条件地下水埋深 0.3-1.5m，各土层为：杂填土平均厚度1.36m，主要成分为碎石. 坡积土；粉质粘土平均厚度1.57m，含水量 w 13.0- 28.9%，比重Gs 2.7 - 2.74 ，重度18.8 - 19.6kN/m , 塑性指数 p 8.518.4 ，液性指数-0.68 - 0.69，承载力标准值为 f k 100kPa ；中砂 平均厚度 2.7m，承载力标准值为 fk85kPa ；淤泥质粉土平均厚度 7.86m，塑性指数p 6.2 10.9 ，液性指数1.22 2.2，承载力标准值为 f k60kPa ；粘土在地面下 13.02m，塑性指数p 10.325.9 ，液性指数-0.31 0.334、抗震设防抗震设防烈度为七度，设计基本加速度为0.1g，属第一组（二）设计依据1、建筑结构荷载规范（ GB5009-2001）2、混凝土结构设计规范（GB50010-2002）3、山东省建筑标准设计 -建筑做法说明（ DBJT14-2）4、建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）5、建筑设计防火规范（ GBJ16-87）6、抗震设计规范（ GB50011-2001）三. 建筑设计（一）办公区1、屋面做法现浇楼板上铺膨胀珍珠岩保温层（檐口处厚30mm，2%自檐口向中间找坡，102 水泥砂浆找平层厚20mm，二毡三油防水层，撒绿豆砂保护。2、楼面做法楼板顶面 20mm 厚水泥砂浆找平， 5mm 厚 1：2 水泥砂浆加“ 107”胶水着色粉面层，楼板底面为15mm 厚纸筋面石灰抹底，涂料两度。3、墙面做法墙身为粉煤灰砌块，用M5 混合砂浆砌筑，内粉刷为混合砂浆底，纸筋灰面厚 20mm，“ 803”内墙涂料两度，外粉刷为 1： 3 水泥砂浆底厚 20mm，陶瓷锦砖贴面。4、门窗做法门窗做法见门窗表。5、材料选用混凝土强度等级为C30,钢筋采用 HRB400.其它型号见配筋图 .（二）大厅部分1、屋面：为带保温层双层压型钢板，槽钢檩条，钢材采用Q235-B ，焊条采用 E43 型。2、屋架形式：采用三角形芬克式屋架3、排架柱：采用钢筋混凝土排架。4、吊车梁： G323（二）（标准图集）5、轨道连接： G325（二）（标准图集）6、混凝土强度等级为C30,钢筋采用 HRB400.其它型号见配筋图 .四. 结构设计（一）结构布置1 柱网布置图 1柱网布置图2 结构基本尺寸及几何特性 :(1) 办公区：框架结构梁柱板截面尺寸确定如下 : 现浇板尺寸初步确定采用双向板结构，楼面板厚度h4000（ 1/401/35） =（ 100-114）mm，所以板厚统一选取120mm 梁截面尺寸主梁截面高度 h=(1/14 1/8) 6000=429 750mm 取 h=500mm,宽度 b=（ 1/2-1/3 ）500=（ 250-167）mm取 b=250mm，次梁截面高度 h=(1/18 1/12) 4000=222333mm 取 h=400mm,宽度 b=（ 1/2-1/3） 400=(133-200)mm取 b=250mm. 框架柱柱截面尺寸2c，考虑柱截面根据轴压比确定：轴压比 nN/(Af ) 。假定柱轴向压力标准值为12 kN/m地震作用下三级框架轴压比限值0.8 ，以及弯矩影响系数1.25 ：Ac 1.2126 11.252.75 100025725 mm2 ，取柱截面尺寸 400mm400mm14.30.9500mm由.此得底层层高为 4.3 m 。 根据地质资料，确定基础顶面离室外地面为各梁柱构件的线刚度：主梁： i2 Ebh 32E0.250.53 / 6.08.710 4E12l12次梁： i2Ebh 32E0.250.43 / 4.06.710 4E12l12悬挑梁： i2 Ebh 32E0.25 0.43 / 1.5 17.8 10 4 E12l1223 层柱： iEbh 3E0.40.43 / 3.26.710 4E12l12底柱： iEbh 310.40.43 / 4.35.010 4E12l12（ 2）大厅区： 钢筋混凝土排架柱： .排架柱的高度由设计资料知，吊车轨顶标高为8.6m，吊车起重量为 15t，厂房跨度 15m，可求得吊车跨度为 L k=15-0.75 2=13.5m，吊车梁高度为 hb=0.9m，牛腿顶面标高7.5m，柱顶标高为 9.6m，取室内地面至基础顶面的距离为 2.1 m，则柱计算总高度 H.上柱高度 HL 和下柱 高 度 Hu 分 别 是 ： H=9.6+2.1=11.7mHL=7.5+2.1=9.6mHu=11.7-9.6=2.1m .柱的截面尺寸及几何特征及自重柱的截面尺寸：根据柱的高度 .吊车起重量及工作级别 A2 等条件，确定柱的截面尺寸：上柱b h400mm400mm 的矩形截面，下柱b h hi bi400mm700mm150mm100mm 的工字型截面图 2排架柱基本尺寸柱的尺寸和牛腿部位尺寸见下表：表 1柱截面尺寸及相应的计算参数计算参数（柱号）截面尺寸（ mm ）面积（ mm 2）惯性矩（ mm4）自重（ kN/ ）A ，B上柱矩形 4004001.610521.3 1084下柱I400 900150 1001.610598 1084 屋盖布置：屋架跨度为 15m，屋架间距为 6m，屋面坡度为 1/2.5，屋面材料为带保温层双层压型钢板，槽钢檩条（坡向间距为 660 ），钢材采用 Q235-B ，焊条采用 E43 型。支撑布置： 上弦横向水平支撑：设置于房屋两端。 纵向水平支撑：设置于上弦平面沿两纵向柱列。 垂直支撑；在跨中央设置一道。 系杆：在垂直支撑节点处，下弦平面内沿通长设置系杆。图 3屋盖布置图采用三角形芬克式屋架，几何尺寸与杆件编号见下图图 4屋架几何尺寸与杆件编号（二）荷载计算1 办公区：（ 1）恒荷载计算作用在框架梁上的荷载：20 厚 1:2 水泥砂浆找平20 0.02=0.4kN/ 30 厚膨胀珍珠岩7 0.03=0.84 kN/ 120mm钢筋混凝土现浇板25 0.12=3.0kN/ 15mm厚纸筋板底抹灰0.015 16=0.24 kN/ 屋面永久荷载标准值 ：4.48 kN/楼面荷载25mm厚水泥砂浆面层0.02520=0.5 kN/ 120mm厚现浇混凝土板25 0.12=3.0 kN/ 15mm厚纸筋板底抹灰0.015 16=0.24 kN/ 楼面永久荷载标准值 ：3.74 kN/构件自重标准值框架梁： 250 500 截面0.250.5 25=3.125kN/m.梁侧粉刷2(0.5-0.12)0.02 17=0.26kN/m合计：3.385kN/m250400 截面0.25 0.4 25=2.5kN/m梁侧粉刷2(0.4-0.12)0.02 17=0.19kN/m合计：2.69kN/m框架柱底层柱： 0.4 0.4 4.3 25=17.2kN柱面粉刷 0.4 0.02 172 4.3=0.96kN合计： 17.2 kN/ 根上层柱： 0.4 0.4 3.2 25=12.8kN柱面粉刷 0.40.02 1723.2=0.72kN 合计： 12.8kN/ 根内墙0.24（ 3.2-0.4） 8+0.8=6.2 kN/m外墙0.37（ 3.2-0.4） 8+0.8=9.1 kN/m走廊墙0.12 18+0.8=1.76kN/m铝合金窗0.45 kN/楼屋面荷载分配按双向板进行荷载分配，作用在顶层梁上的线荷载为：g3 AB12.69 kN / m ， g3BC12.69kN / m ，g 3 AB 24.48417.92 kN / m ， g3 BC 24.481.5 6.72kN / m作用在中间层梁上的线荷载为：gAB12.699.111.79kN / m ， gBC12.696.2 8.89kN / mgAB 23.74414.96kN / m ， g BC 23.741.5 5.61kN / m节点集中荷载：G A33.385(664)491.99kN624.48G B 3G A391.99kN ， GC 31.37568.25kN ， GC2GC11.76 6 10.56kNA 列顶层上柱： G A391.99kN , G A 2237.74kN , G A1383.49kN下柱： GA3104.79 kN ， G A 2250.54kN ， G A1400.69kNB列同 A列图 5恒荷载计算简图图 6活荷载计算简图（ 2） 活荷载标准值屋面（上人屋面） 2.0kN/ 楼面2.0kN/p2.048.0kN / m， p3 AB2.0 1.53.0kN / m ，p2 ABp1ABp8.0kN / m ，3 AB3 ABp2 BCp1BCp3BC3.0kN / mP3A1(6 6 4)42.016kNP3B，2P2 AP2 BP1 AP1 BP3 A16kN（ 3） 风荷载计算风荷载标准值计算公式为： wk=zs z wo.因结构高度 H=10.9m30m,可取 z=1.0 ，对于矩形平面仅考虑迎风面，取 s=1.3 ，z根据标高按 A 类粗糙度由规范查得 , 将风荷载换算成作用于框架节点上的集中荷载，计算过程如下表所示，其中Z 为框架节室外地面的高度， A 为一榀框架各节点的受风面积 .表 2风荷载计算层次 zsZ(m) zwoA()Pw(kN)31.01.310.21.010.559.66.9321.01.37.01.00.5519.213.7311.01.33.81.00.552115.02图 7风荷载计算简图图 8地震荷载计算简图（ 4）地震荷载计算抗震设防烈度 7 度，组，场地类型二类，结构特征周期Tg=0.43，地震加速度 0.1g ，结构阻尼比为 0.03 ，地震影响系数0.08 ，建筑高度 9.6m，且质量 . 刚度沿高度均匀分布。计算水平地震作用：作用于屋面梁各楼面梁处重力荷载代表值为：屋面梁处： Gew=结构和构件自重 +0.5 雪荷载楼面梁处： Gew=结构和构件自重 +0.5 活荷载各质点重力荷载代表值：G32375.768kNG22953.295kNG13528.435kN结构刚度计算：框架边柱侧移刚度值D 按下列情况确定：标准层：Ki B1iB 2，K2ic2 K底层： Ki B1，0.5K，ic2K表 3框架边柱侧移刚度值D计算层截面弹性层高惯性矩Ka12线 刚D=a12 i C数模 量Ic度h i2hi2Eci C30.4 2.553.20.002110.331.1170856596.50.4107720.42.553.20.002110.331.1170856596.50.4107710.42.554.30.00161.30.550.6127504551.10.41075总框架等效刚度总框架只有边柱各九根：D3=296596.5=175767kN/m剪切刚度 F3 =h3 D3=562454.4kN，D2=29 6596.5=175767kN/m 剪切刚度 F2 =h2 D2=562454.4kN ，D1=294551.1=99511.2kN/m剪切刚度 F1 =h1 D1=427898.2kN总框架的等效剪切刚度为：562454.43.2562454.43.2427898.24.3GF10.7508380.4kN结构基本自振周期： （顶点位移法） T11.70T表 4层间位移计算层间相对位移Gi (kN )Gi (kN )Di ( kN / m)Gi层数i层间位移D i32375.7682375.7681757670.013520.0135222375.7685329.0631757670.030320.0438413528.4358857.99899511.20.089020.13286a0 为基本周期折减系数取0.6 ， T 为横向框架顶点位移1T1 1.70.6 (0.13286) 20.372( s)横向水平地震作用：Tgr总水平地震作用： FEK0.85 1 GEmax 0.085T1 0.3721.4Tg0.561T1可不考虑顶点地震附加作用，则FEK0.85 0.0858857.998639.99kN用底部剪力法将总水平地震作用沿结构高度分配：FiGi H i FEK (1n )GiH i表 5水平地震作用内力计算层数层高高度重量Gi H iG i H i水平 力剪力弯矩G iH iF iQihiH iG iFi H i33.210.72375.7254200.405259.3259.32774.523.27.52953.2221490.3530225.9485.21694.214.34.33528.4151720.2418154.8639.9665.64总计627425134.4结构变形验算表 6结构变形验算表层数F iQ iDuu / h3259.3259.31757670.001480.0004632225.9485.21757670.002760.000861154.8639.999511.20.006430.0015顶点位移 u / h(0.00148 0.00276 0.00643) /10.7 0.0009972 大厅区（ 1）屋架荷载： 荷载标准值： 按屋面水平投影计算：永久荷载标准值带保温层双层压型钢板屋面：0.5/0.9285=0.5385kN /檩条自重 （预估）0.15 kN /屋架及支撑自重0.12+0.011L=0.12+0.01115=0.285 kN /总计qk=0.974 kN / 活荷载标准值 ：0.4 kN / 风荷载：由资料及计算得到：风载高度变化系数为1.38，屋面迎风面体积变化系数为-0.328，背风面 -0.5。受风后的设计值为：迎风面：w1=-1.4 0.3281.38 0.55=-0.3491kN/背风面： w2=-1.4 0.5 1.380.55=-0.5313 kN/w1cosa=-0.34910.9285=-0.324 kN/w2cosa=-0.53130.9285=-0.4933 kN/w1 w2 在水平垂直面上分力小于荷载分项系数取1.0 时的永久荷载，故受拉杆件在永久荷载与风荷载组合下内力不变号，则风荷载不参与内力组合。 上弦集中荷载与节点荷载集中荷载图 9上弦集中荷载简图节点荷载图 10 上弦节点荷载简图表 7 荷载设计值计算表荷载形式集中荷载设计值 P节点荷载设计值 P=P备注恒载4.298kN8.596 kNP=1.2 0.974 0.66 0.92856=4.298 kN活载2.059 kN4.118 kNP=1.4 0.40.660.9285 6=4.298 kN恒载 +活载6.357 kN12.714 kNP=4.298+2.059=6.357 kN（ 2）排架柱荷载 恒载： .屋盖恒载标准值带保温层双层压型钢板屋面：0.5/0.9285=0.5385kN /檩条自重0.15 kN /屋架及支撑自重0.12+0.011L=0.12+0.01115=0.285 kN /总计qk=0.974 kN /屋盖自重标准值：G1=0.975 615/2=43.9KN . 吊车梁以及轨道自重标准值：G3=39.5+0.8 6=44.3KN . 柱自重标准值：上柱 G2=42.1=8.4KN；下柱 G4=4 8.9=35.6KN 屋面活载：取均布活载与雪荷载较大者，即雪荷载标准值0.4 kN /作用在柱顶的屋面活载标准值Q1=0.46 15/2=18KN，作用位置与G1 作用位置相同。 吊车荷载： 15t 吊车技术参数指标： 起重量 150KN，最大轮压Pmax=160KN小轮压 Pmin=30KN,B=5.65m,K=4.4m ，Q1=55KN . 吊车竖向荷载：Dmax=Pmaxyi=160(1+1.6/6)=202.67KN最Dmin=Pminyi=30 (1+1.6/6)=38KN . 吊车横向水平荷载：作用在每个轮子上的吊车横向水平制动力：吊车横向水平系数 =0.1 得 T=1/2（Q+g）=1/2 0.1（ 150+55）=10.25 KN 同时作用在吊车两端每个排架柱上的吊车横向水平荷载标准值：Tmax=Tyi=10.25(1+1.6/6)=12.98KN 风荷载：风荷载标准值按公式：由k= zzs0 计算。本地区的基本风压：2 .作用在柱上的均布荷载：考虑高度查表取值： 柱顶标高 9.6m，室外地坪标高 -0.600m 则柱顶离室外地面高度为 10.2m 查得风压高度系数 z=1.408；风荷载体形系数 s=0.8，单层厂房不考虑风振系数 s=1 作用在排架柱的风荷载标准值：q=B zzs0=61.0 0.81.376 0.55=0.613 KN/m 2 .作用在柱顶的集中荷载：水平集中荷载 Fw =屋架端面风荷载Fw1+屋顶风荷载水平分力Fw2 。Fw1zs0 Bh10.81.00.55611.49.63.96kNFw2zs1s 20 Bh20.50.61.00.55611.911.10.264kNFw =7.92-4.95=2.97KN . 荷载汇总表见下表表 8荷载汇总表荷 载 类A（ B）柱简图型N(KN)G1A =164.5KNG2A 12KN 恒载G2A + G4A =12+44.3=56.3KNG3A =32KN屋 面 活G1A =47.31KN载Dmax 在 A 柱：吊 车 竖G4A=337.5KN向荷载Dmin 在 A 柱：G4A=99KNM(KN m)M 1A= KN mM 2A+M 4A=90.17+6.56-20.14=76.59KN mM 1A=2.37KN mM 2A=11.83KN mM 4A=135 KN mM 4A=39.6KN m吊 车 横向 水 平Tmax 11.76KN （一台 30/5）荷载Fw2.97KN风荷载q13.72KN/m ，q21.61 KN/m（三）内力分析1 办公区：计算单元取中间横向一榀框架进行分析计算， 分别计算出恒载 . 活载 . 风载以及地震荷载作用下的弯矩图 . 剪力图 . 轴力图，对竖向荷载作用下：考虑梁端弯矩调幅（取系数 0.85 ）调幅后跨中最大弯矩M coM oM A M B ，（ A,MB 为梁端弯矩， M0 为两端简支下跨中弯矩）M2同时将梁端节点弯矩换算至梁端柱边弯矩值，以备内力组合用。图 11恒荷载轴力图（ kN）图 12恒荷载弯矩图（ kNM）图 13恒荷载剪力图（ kN）图 14活荷载弯矩图（ kNM）图 15活荷载剪力图（ kN）图 16活荷载轴力图（ kN）图 17右风荷载弯矩图（ kNM）图 18右风荷载剪力图（ kN）图 19右风荷载轴力图（ kN）图 20左地震荷载弯矩图（ kNM）图 21左地震荷载剪力图（ kN）图 22左地震荷载轴力图（ kN）图 23右地震荷载弯矩图（ kNM）图 24右地震荷载剪力图（ kN）图 25右地震荷载轴力图（ kN）2 大厅区（ 1） 屋架内力分析及组合 由力学求解器求得屋架杆件内力系数（如图）-15.81-16.44-15.18-1.34-1.347.50-16.763.000-16.13-2.854.50-17.39-1.343.00-1.3416.5013.509.00图 26按荷载规范规定：只需考虑全跨荷载作用下的内力组合。表 9屋架杆件内力组合表杆件杆件恒载活载内力组合内力系数恒载内力内力系数活载内力恒载+活载名 称编号12345=2+41-17.39-149.48-17.39-71.61-221.092-16.13-138.653-16.13-66.42-205.07上弦3-16.76-144.07-16.76-69.02-213.09杆4-16.44-141.32-16.44-67.70-209.025-15.18-130.49-15.18-62.51-193.416-15.81-135.90-15.81-65.11-201.01下弦716.50141.8316.5067.95209.78813.50116.0513.5055.59171.64杆99.077.369.037.06114.4210-1.34-11.52-1.34-5.52-17.0411-2.85-24.5-2.85-11.74-36.24腹杆123.0025.793.0012.3539.14134.5038.684.5018.5357.21147.5064.477.5030.8995.36150.000.000.000.000.00 上弦杆弯矩计算端节间跨中正弯矩为：M 1=0.8M0=0.8PL/4=0.8 6.3570.92851.32/4=1.56 kN/m 中间节间跨中正弯矩和中间节点负弯矩为：M 2=0.6M0=0.6PL/4=0.6 6.3570.92851.32/4=1.20 kN/m（ 2）排架柱内力分析：该大厅为单跨等高排架，可用剪力分配法进行排架内力分析。内力的正负号规定见下图图 27内力正负号定义图 恒荷载作用下的排架内力计算屋架传递荷载作用下的内力G1=43.9KNM 11=G1e1=43.90.05=2.2KNmM 12=G1e2=43.90.2=8.8KN mn=IU/I L =21.3/98=0.217 =HU /H=2.1/11=0.1931211M 11C1nC10.33KN211.654R11131Hn312M12CC311.298R123 1.04KN2131HnN1164.58KNR1R11R125.2KN由柱自重产生的内力上柱 ：G2M 22G2 e2 1.68 kNmR2C 3M 220.198KN=8.4NH下柱： G4=35.6kNN 4=35.6kN .吊车梁以及轨道产生的内力G3=44.3KNM 32G3e317.72 kN mR3 C3M322.09kNN 3 44.3kNH恒荷载作用下的计算简图以及内力图：图 28 .屋面活载作用下的排架内力计算活荷载 Q=18 作用位置与 G1 作用位置相同，由G1 作用下的内力可得：18R1.370.56kN43.9M 11Q180.9kN2.22.2G143.9M 12183.6kN8.843.9N=18kN活荷载作用下的计算简图和内力图：图 29 吊车荷载作用下的内力分析竖向荷载作用下的排架内力计算由于结构对称性，仅考虑当Dmax 作用在 D 柱时：D柱：MDD max e3202.670.4 81kNmC柱：MCD min e3380.415.2kNm312C31.29823111nM D81M CRDC3H1.298119.56kNRCC3 H剪力分配系数：DC0.5 ,柱顶剪力： VDRDDRDRC9.560.59.561.791.79kN5.67kNVC RCCRDRC1.79 0.5 9.56 1.795.67 kN吊车竖向荷载下的内力图图 30吊车竖向荷载下的内力图 .吊车横向水平荷载作用下的排架内力计算吊车横向水平荷载Tm ax 作用于吊车梁顶面，考虑向左作用：已知n=0.217=0.27C柱：TCTmax12.98kND 柱：TDTmax 12.98kNy9.68.62 1.83 0.4160.2C 5n0.722H U0.4812.1213