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1、某高校青年教师公寓设计1 绪论毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段,是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。本组毕业设计题目为某高校青年教师公寓设计。在毕设前期,我温习了结构力学、钢筋混凝土、建筑结构抗震设计房屋建筑学等课程的知识,并借阅了建筑抗震设计规、混凝土结构设计规、建筑结构荷载规、房屋建筑制图统一标准、建筑结构荷载规等规、标准。在毕设中期,我通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计。在毕设后期,主要进行设计手稿的电脑输入,并得到老师的审批和指正,使我圆满的完成了任务,在此表示衷心的感。毕业设计的三个月里,在
2、指导老师的指导、帮助下,经过资料查阅、设计计算、论文撰写以及外文的翻译,加深了对新规、规程、手册等相关容的理解。巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。在进行力组合的计算时,进一步了解了Word、Excel等办公软件。在绘图时熟练掌握了AutoCAD,天正建筑软件,熟悉了PKPM结构设计软件,以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。框架结构设计的计算工作量很大,辅以一些计算软件计算。由于自己水平有限,难免有不妥和疏忽之处,敬请各位老师、同学批评指正。青年教师公寓设计为教师创造一个良好、舒适的生活环境,并为他们提供一个人性化的社会交往场所。国外特别注意和追求人性化设计,包括安全
3、、舒适、特别注意卫生和防火,以便保护教师的人生和财产安全。并且能够节能让青年教师养成节约的习惯,和高效进行设计和施工,让教师能及时入住。在建筑设计中,行业追求安全、实用、美观；同样,结构设计中,遵行安全、节能、高效；在设计过程中实行安全、节省、高效,特别是计算机应用于建筑设计中,在材料方面要求高强度、低自重,防火耐腐的新型材料运用于现实的工程中,成为设计的主流方向。而且,所有的设计都要符合国家的规和标准。完成一框架结构的建筑初步设计,结构设计以及结构施工图设计；同时能够应用结构设计软件-PKPM,计算机绘图软件-AutoCAD或探索者进行结构分析和施工图的绘制；最后可以应用简化近似计算方法对局
4、部结构进行手算。最后再次感我的指导老师和各位同学的指导和帮助。2设计概况2.1 建设项目名称某高校青年教师公寓设计2.2 设计资料2.2.1 地质水文资料根据工程地质勘测报告,拟建场地地势平坦,0.201.80m的素填土,为松散状态,下面是3.005.40m的粉质粘土层,其承载力的特征值为300kN/m2,可作为天然地基持力层。勘测期间未见地下水位。2.2.2 气象资料全年主导风向：偏南风 夏季主导风向：东南风 冬季主导风向：北风 全年温度： 极端最低气温-2C,最低平均气温05C 极端最高气温39C,最高平均气温30C最大降雨量为：110mm/小时基本风压为： 0.35kN/m2B类场地基本
5、雪压为： 0.50kN/m22.2.3 基本情况和做法抗震设防要求：七度设防,地震加速度值为0.10g,设计地震分组为第一组,类场地。底层室主要地坪标高为0.000,相当于绝对标高31.45m。建筑安全等级为二级。做法说明：设计标高：室设计标高0.000相当于绝对标高31.500m,室外高差450mm。墙身做法：墙身粉煤灰清渣空心砌块填充墙,用M5混合砂浆砌筑。粉刷为混合砂浆底,纸筋灰面,厚20mm,803墙涂料两度。外粉刷为1：3水泥砂浆底,厚20mm,踢脚为高100mm的脚线砖。楼面做法：楼板顶面为20mm厚水泥砂浆找平,上铺地板砖。屋面做法：屋面板上面涂4mm厚的改性沥青防水涂料,并用1
6、：8煤屑砼找坡3%最薄处20mm,20mm水泥砂浆找平；再做180高,500宽的砖墩；上40mm厚预制砼盖板隔热层。3 结构布置及结构选型3.1 计算简图根据建筑功能要求以及建筑施工的布置图,本工程确定采用框架承重方案,框架梁、柱布置参见结构平面图。3.2 主要构件尺寸初步估算3.2.1 梁截面尺寸估算3.2.1.1 主要承重框架因为梁的跨度相差较大7200mm3300mm,可取跨度较大者进行计算,取L=7200mm,h=L=720mm600mm,取h=600mm,300mm200mm,取b=250mm,满足b200mm且b/ 500/2=250mm。故主要框架梁初选截面尺寸为：bxh=250
7、mmx600mm。3.2.1.2 次要承重框架 取L=3300mm,h=L=275mm220mm,取h=300mm,150mm100mm,取b=250mm故次要框架梁初选截面尺寸为：bxh=250x300 mm。3.2.2 柱截面尺寸估算x3600=240mm187mm b=h 取b=h验算：,取竖向标准值N=13KN/m,选型混凝土 =11.9N=1.25x13x3.3xx5=1246.78KN=104771.1mm,=323.7mm因此取hxb=400x400满足截面要求。3.3 结构的计算简图确定3.3.1 三个假设平面结构假定：认为每一方向的水平力只由该方向的抗侧力结构承担,垂直于该方
8、向的抗侧力结构不受力；楼板在自身平面在水平荷载作用下,框架之间不产生相对位移；不考虑水平荷载作用下的扭转作用。3.3.2 计算简图根据结构平面布置选定3轴线作为计算单元,如图3.1框架梁跨度：AB、CD跨:7200mm,BC跨: 21000mm,框架柱高度：其它层:=3600mm,框架计算简图如图3.1.c,底层:=3600+450+1000=5050mm,如图3.2:图3.1计算简图3600图3.2底层柱高计算3.4 梁柱刚度计算3.4.1 梁柱线刚度计算AB、CD梁：BC梁：上层柱：底层柱：3.4.2 梁柱相对线刚度计算 取值作为基准值1.算得梁柱的相对线刚度标于图3.3:图3.3各杆件刚
9、度图4 荷载标准值计算4.1 恒荷载4.1.1 框架梁上的线荷载4.1.1.1 屋面恒载标准值40厚砼预制板 0.04x25=1.00kN/m2180高500宽砖墩折算厚度0.043m 0.04x7=0.28kN/m220厚1:3水泥沙浆找平层 0.02x20=0.4kN/m21:8水泥炉渣找坡最薄处20mm厚 = 2.43kN/m215厚1:3水泥沙浆保护层 0.015x20=0.3kN/m24厚改性沥青涂料 0.04x10=0.4kN/m2100厚现浇钢筋混凝土板 0.1x25=2.5kN/m2 合计： 7.31kN/m2 边跨AB、CD框架梁自重： 0.6x0.25x25=3.75kN/
10、m梁侧粉刷： 2x0.6-0.1x0.02x17=0.34kN/m中跨梁自重BC跨： 0.3x0.25x25=1.875kN/m梁侧粉刷： 2x0.3-0.1x0.02x17=0.136kN/m因此作用在屋顶框架梁上的线荷载为：=4.09kN/m=2.01kN/m=7.31x3.3=24.12kN/m= 7.31x2.1=15.35kN/m4.1.1.2 楼面恒载标准值水磨石地面 0.65kN/m2100厚现浇钢筋混凝土板 2.5kN/m215厚纸筋石灰抹底 0.24kN/m2 合计：3.55kN/m2边跨填充墙自重：0.12x3.6-0.6x7=2.52kN/m墙两侧粉刷：3.6-0.6x0
11、.02x2x17=2.04kN/m因此作用在中间层框架梁上的线荷载为：=4.09+4.56=8.65kN/m=2.01kN/m=3.55x3.3=11.72kN/m=3.55x2.1=7.46kN/m4.1.2 框架节点集中荷载4.1.2.1 屋面框架节点集中荷载边柱连系梁自重: 0.3x0.25x3.3x25=6.190kN梁两侧粉刷: 2 x x0.02x3.3x25=0.451kN 女儿墙及屋檐自重 1x0.1x3.3x25+0.5x3.3x6.27=18.6kN面层及粉刷: 0.2x1.0x3.3x20+0.5x0.02x3.3x16=13.8kN连系梁传来屋面自重: 7.2x1.65
12、x7.31=86.84kN合计:= 125.88kN中间柱的集中荷载：柱连系梁自重及粉刷: 6.641kN连系梁传来板自重: 86.84+7.31xx1.05x0.5=97.47kN合计: = 104.11kN4.1.2.1 楼面框架节点荷载标准值边柱连系梁自重及粉刷: 6.641kN框架柱自重: 0.4x0.4x3.6x25=14.4kN框架柱粉刷自重: 1x0.02x3.6x17=1.224kN塑钢窗自重: 1.8x1.5x0.45=1.215kN窗上下墙体自重: 0.24xx1.5x7=3.02kN粉刷: 2x0.02x1.2x1.5x17=1.22kN窗与柱墙体自重: 0.04x3.0
13、x0.24x7=0.201kN连系梁传来楼面自重: 12.30kN合计: = 40.2KN4.1.2.2 次梁集中荷载次梁自重及粉刷: 6.641kN次梁传来屋面自重: 12.30+5.1x3.3x0.25x3.55=26.18kN卫生间墙体自重: 0.12x1.96x0.9x7=1.482kN粉刷: 2x0.02x1.96x0.9x17=1.20kN合计:= 35.51kN4.1.2.3 中间柱的集中荷载中柱连系梁自重及粉刷: 6.641kN框架柱自重及粉刷: 15.62kN墙墙体自重: 3.3-0.4x3.0x0.24x7=14.62kN两侧粉刷: 3.3-0.4x3.0x0.02x17=
14、2.96kN扣除门洞加上门重: -2.1x1.0 x7=-10.58kN连系梁传来板自重: 26.18kN合计: =53.44kN恒载作用下的结构计算简图如图4.1所示：4.2 活荷载=0.5x3.3=1.65kN/m,= 0.5x2.1=1.05kN/m= 0.5x3.3x0.5x3.3x0.5=1.36kN= 0.5x3.3+3.3-2.1x1.05x0.5+x3.3x3.3x0.5=3.72kN=2x2.1=4.2kN/m,PAB= P BC = 2x3.3=6.6kN/m= 0.5x3.3x0.5x3.3x2=5.44kN= 0.5x3.3+3.3-2.1x1.05x2.0+x3.3x
15、3.3x2.0=14.90kN注：线荷载的单位为KN/m图4.1 荷载简图b活载作用下结构计算简图a恒载作用下结构计算简图恒载作用下的结构计算简图如图4.1所示：4.3 风荷载标准值计算风压标准值计算公式为：w 本地区基本风压为：=0.35kN/m2风载体型系数： =0.8-0.5=1.3楼高H30m；地面粗糙类别为B类；风振系数：=1 根据查建筑结构荷载规列表如下：表4.1 风载计算过程表层次kN/m2kN/m2m2kN51.01.318.451.2160.350.559.525.2741.01.314.851.1360.350.5211.886.1431.01.311.251.0350.3
16、50.4711.885.5921.01.37.251.0000.350.4611.885.4111.01.34.050.8100.350.3717.0156.274.4 水平地震作用计算4.4.1 重力荷载代表值恒载+0.5活载卫生间荷载计算: =x7+ x17-2.1x0.9 x0.45x0.9x-2.9x15=55.95KN=2x4.09x7.2+2.01x2.1+24.12x7.2+7.2-3.3x0.5x2+15.35x2.1x0.5x2.1+125.88x2+104.11x2+51.2/2x2+0.51.65x7.2+7.2-3.3x0.5x2+1.05x2.1x2.1x0.5+1.
17、36x2+3.72x2 x8+121.29/2+106.08/2+55.95/2=7340KN=2x8.65x7.2+2.01x2.1+11.72x5.1+5.1-3.3x0.5x2+7.46x2.1x0.5x2.1x3+40.2+35.55+53.44x2+0.56.6x5.1+5.1-3.3x0.5x2+4.2x2.1x2.1x0.5x3+5.44x2+14.92x4 x8+59.68/2=4770KN=4770+0.24x1.45x3.3x6+7.2x2x7+ 2x0.02x3.3x6+7.2x2x8/2=5226kNG5=7340kNG4=4770kNG3=4770kNG2=4770k
18、NG1=5226kN质点重力荷载代表值见图4.3图4.3 重力荷载代表值图4.2 风荷载图4.4.2 多遇水平地震力作用下框架的侧移验算4.4.2.1 横梁线刚度为了简化计算,框架梁截面惯性矩增大系数取1.2AB、CD跨：=12.5x105x3x104=37.5x109NmmBC跨：=5.36x105x3x104=16.08x109 Nmm4.4.2.2 柱的线刚度底层：=5.93x105x3x104=17.79x109Nmm其它层：=4.22x105x3x104=12.66x109Nmm 4.4.2.3 框架柱的侧移刚度D值 表4.2 底层柱D值的计算柱子k=kb/kc=0.5+/D=12k
19、c/h2 A、D柱子2.110.6355315B、C柱子3.010.7015868表4.3 其他层柱D值的计算柱子k=kb/2kc=/D=12kc/h2 A、D柱子2.960.5976998B、C柱子4.230.67979594.4.2.4 计算框架自振周期各层D值汇总,见表4.4按顶点位移法计算,考虑轻质砌块墙对框架刚度的影响,取基本周期调整系数=0.8,计算公式为,式中T为顶点位移。按D值法计算。见表4.5,=0.80s。表4.4 各层D值汇总 D值/层次柱类型25层D值x根数1层D值x根数边柱A、D轴6998x18=1259645315x18=95670中柱B、C轴7959x18=143
20、2625868x18=105624DKN/m269226201294层次 5734073402692260.0270.34944770121102692260.0450.32234770168802692260.0630.27724770216502692260.0800.21415226268762012940.1340.134表4.5横向框架顶点位移计算4.4.2.5 水平地震作用标准值和位移的计算多遇地震作用下,设防烈度为7度,查表=0.08,=0.35s。4.4.2.6 水平地震作用计算因为=0.80s1.4x=1.4x0.35=0.49s.尚需考虑顶部附加水平地震作用。=0.08x0
21、.80-0.02=0.044结构总水平地震作用标准值：=0.038x0.85x26876=869.09KN顶部附加的集中水平地震作用为：=0.044x869.09=38.24KN各层地震作用及楼层剪力计算过程见表4.6则：底层：满足,二层： 满足那么,横向框架各层水平地震作用和地震剪力如图4.4表4.6 各层地震作用及楼层剪力层次himHimGikNGiHiFikNVikN53.619.4573401427630.414343.97382.210.001443.615.85477075604.50.219181.96564.170.002133.612.25477058432.50.17014
22、1.24705.410.002623.68.65477041260.50.12099.70805.110.003015.055.05522626391.30.07763.98869.090.0043横向框架各层水平地震作用和地震剪力如图4.4b各层剪力图a水平地震作用图4.4 地震作用下剪力图5 框架的力分析5.1 恒荷载作用下框架的力分析5.1.1 荷载等效5.1.1.1 屋顶荷载等效图5.1 荷载等效说明图等效说明:,；,把荷载转化为均布荷载=28.21kN/m = 1.65kN/m=2.01+x15.35=11.60kN/m = x1.05=0.66kN/m5.1.1.2 楼面荷载等效图
23、5.2 荷载等效图把梯形荷载转化为均布荷载=8.65+x11.72=18.31kN/m= x6.6=5.44kN/m=2.01+x7.46=6.67kN/m,=8.65+x7.46=12.31kN/m= x4.2=2.63kN/m图5.3 五层AB跨计算简图5.1.2 恒载作用下框架的弯矩计算5.1.2.1 梁的固端弯矩五层各固端弯矩：AB跨：,=6.6x0.075=0.495 KNm28.21x7.22/12-18.6x0.5-0.52x8.25-0.495-134.21KNm28.21x7.22/12+0.495=122.36KNmBC跨：11.60x2.12/3-0.49522.07KN
24、m ,22.07KNm图5.4 其他层AB跨计算简图标准层各固端弯矩：AB跨： 35.55x2.1x5.12/7.2237.46KNm35.55x2.12x5.1/7.2215.42KNm12.31x7.22/1253.18KNm53.18KNm17.27KNm23.91kNm=12.1x0.075=0.91 KNm37.4653.1817.27-0.91108.82KNm15.42+53.18+23.91+0.9193.42KNmBC跨：=13.64x0.075=1.02KNm -6.67x2.12/3-1.02-10.82KNm10.82KNm5.1.2.2 弯矩二次分配根据梁、柱相对线刚
25、度,算出各节点的弯矩分配系数如图所示,因为框架、荷载亦对称,中跨中点无转角,故仅需计算一半即可。计算中框架各杆件的相对线刚度如上述如图3.3所示,此时中跨相对线刚度必须乘以修正系数。用弯矩分配法计算框架力,传递系数为,各节点分配二次即可。5.1.2.3 梁的跨最大弯矩五层最大弯矩：=-=108.53KNm=-=33.04KNm四层最大弯矩： AB段弯矩的求法：28.24KN-7.31KN0.5x12.31x7.244.42KN -44.42KN9.92KN-20.68KN28.24+44.42+9.9282.58KN-7.31-44.42-20.68-72.41KN集中力作用点点弯矩：上柱下柱
26、右梁左梁上柱下柱右梁0.3220.6780.5920.2810.127134122.3622.0743.1590.8559.3728.1812.7413.2229.6945.439.055.3011.1721.5410.224.6261.6761.6786.8847.4539.430.2430.2430.5140.4620.2190.2190.100108.8293.4210.8226.4426.4455.9338.1618.0918.098.2621.5813.2219.0827.9714.099.053.823.828.082.231.061.060.4844.2035.8480.0581
27、.0033.2428.2019.560.2430.2430.5140.4620.2190.2190.100108.8293.4210.8226.4426.4455.9338.1618.0918.098.2613.2213.2219.0827.979.059.051.971.793.784.562.162.160.9937.8737.8775.7578.6729.3029.3020.070.2430.2430.5140.4620.2190.2190.100108.8293.4210.8226.4426.4455.9338.1618.0918.098.2613.2214.2619.0827.979
28、.059.672.042.044.324.272.032.030.9337.6238.6676.2978.9629.1729.7920.010.2620.1870.5510.4930.2340.1670.106108.8293.4210.8228.5120.3559.9640.7219.3313.798.7613.2220.3629.989.051.871.333.9310.324.903.502.2243.6021.6865.2972.3633.2817.2921.8010.84-8.65图5.5 恒载弯矩二次分配法-72.41x5.1-0.5x18.31x5.12-50.65KNm跨中K点
29、弯矩：=72.41x3.6-18.31x3.6x1.8-61.50KNm四层AB跨跨中弯矩K点弯矩最大,即61.50KNm由此可以知道,各层梁弯矩最到都在跨中=15.88KNm三层最大弯矩：=72.41x3.6-18.31x3.6x1.8-64.82KNm =16.39KNm二层最大弯矩：72.41x3.6-18.31x3.6x1.8-64.40KNm=16.33KNm一层最大弯矩：72.41x3.6-18.31x3.6x1.8-73.20KNm =18.12KNm恒载作用下的弯矩图如图5.65.1.3 恒载作用下框架的剪力计算五层剪力：梁：AB跨：60.33KN-83.33KNBC跨：12.
30、18KN-12.18KN图5.6 恒载作用下的弯矩图柱：-28.85KN-22.41KN四层剪力：梁：AB跨：82.58KN 82.58-12.31x2.1=56.72 KN 56.72-35.55=21.28KN 21.28-18.31x5.1=-72.02KNBC跨：7.00KN -7.00KN柱： -20.48KN-15.97KN根据受力情况和观察,3-1层梁的剪力跟4层计算结果一样,其柱的剪力见下计算：三层柱 -20.97KN-16.24KN二层柱 -22.85KN-17.52KN一层柱 -6.43KN-5.14KN剪力图如图5.7所示5.1.4 恒载作用下框架的轴力根据荷载分布图图4
31、.1a及剪力图图5.7进行计算：5.1.4.1 边柱计算5层：=集中荷载+梁端剪力=125.88+60.33=186.21kN=+柱自重=186.21+15.62=201.83kN4层：=集中荷载+梁端剪力=40.20+186.21+82.58=308.99kN=+柱自重=308.99+15.62=324.61kN图5.7 恒载作用下的剪力图3层：=集中荷载+梁端剪力=40.20+308.99+82.58=431.77kN=+柱自重=431.77+15.62=447.39kN2层：=集中荷载+梁端剪力=40.20+431.77+82.58=554.56kN=+柱自重=554.56+15.62=
32、570.18kN1层：=集中荷载+梁端剪力=40.20+554.56+82.58=677.34kN=+底层柱自重=677.34+21.91=699.25kN5.1.4.1中柱计算5层：=集中荷载+梁端剪力左边+右边=104.11+83.33+12.81=200.25kN=+柱自重=200.25+15.62=215.87kN4层：=集中荷载+梁端剪力左边+右边=53.44+200.25+72.02+7.00=332.71kN= +柱自重=332.71+15.62=348.33kN3层：=集中荷载+梁端剪力左边+右边=53.44+332.71+72.02+7.00=465.17kN= +柱自重=4
33、65.17+15.62=480.79kN2层：=集中荷载+梁端剪力左边+右边=53.44+465.17+72.02+7.00=597.63kN= +柱自重=597.63+15.62=613.25kN1层：=集中荷载+梁端剪力左边+右边=53.44+565.63+72.02+7.00=698.09kN= +底层柱自重=698.09+21.91=720.00kN恒载作用下的轴力图如图5.8图5.8 恒载作用下的轴力图5.1.5 恒载作用下框架的弯矩调幅弯矩调幅系数,梁端取0.8,跨中取1.2五层：边跨：=61.67x0.8=49.34 =-86.88x0.8=-69.04=108.53x1.2=1
34、30.26中跨：=39.43x0.8=31.54 =-33.04x1.2=39.65四层：边跨：=80.05x0.8=64.04 =-81.00x0.8=-64.80=-61.50x1.2=73.80中跨：=19.56x0.8=15.65 =15.88x1.2=19.06三层：边跨： =75.75x0.8=60.60 =-78.67x0.8=-62.9464.82x1.2=77.78中跨：=20.07x0.8=16.06 =16.39x1.2=19.67二层：边跨：=76.29x0.8=61.03 =-78.96x0.8=-63.68=1.2x64.40=77.28中跨：=20.01x0.8=
35、16.01 =1.2x16.33=19.60一层：边跨： =65.29x0.8=52.23 =-72.36x0.8=-57.89=73.20x1.2=87.84中跨：=21.80x0.8=17.44 =18.12x1.2=21.745.2 活载作用下的力计算5.2.1 活载作用下的弯矩5.2.1.1 梁的固端弯矩因为活载比较小,根据规可以满跨布置荷载,荷载布置可参见图5.9下图,图5.9 荷载满跨布置图屋顶层弯矩的计算：AB跨：-7.13 KNm 7.13 KNmBC跨：-0.97KNm 0.97KNm楼层活荷载弯矩：AB跨：-15.70KNm6.46KNm-11.36 KNm11.36KNmx4x7.2-3x5.1-8.09 KNmx6x7.22-8x7.2x5.1+3x5.1211.21KNm-15.7-11.36-8.09-35.15 KNm 6.46+11.36+11.2129.03 KNmBC跨：-3.87KNm 3.87KNm5.2.1.2 弯矩二次分配根据梁、柱相对线刚度,算出各节点的弯矩分配系数
