土木工程毕业设计--公寓综合楼结构设计

1第1章设计基本资料1.1设计初步资料一.工程名称：某公寓综合楼二.工程概况：建筑面积6550.6m2，建筑总高为25.2m，建筑层数为六层，局部为七层，室内外高差为0.30m。三．建设地点：南宁市区内。四.相对风向：东南风，基本风压0.35kN/m2，地面粗糙度为B类。五.水文资料：经勘探未发现地下水。六．地质条件：1.地震烈度：本工程地震设防烈度为6度，场地类型：Ⅱ类。2.地质资料：50cm表土以下为亚粘土，地基承载力特征值为200Kpa。七．施工条件：由省级施工单位施工。八.材料使用：1.混凝土：柱使用C30混凝土，梁板使用C25混凝土。2.钢筋：纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB335,其余采用热轧钢筋HPB235。3.墙体：框架填充墙体均采用M7.5混合砂浆砌筑MU5.0砖渣混凝土空心砌块190厚。4.楼面：所有房间及走廊均为水磨石楼面(卫生间铺防滑地砖)。5.屋面：采用二毡三油防水卷材，架空隔热陶制大阶砖。6.门：木门。7.窗：铝合金窗。第二章结构选型与布置2.1结构选型一般的，结构选型包括选择合理结构类型和结构体系，结构的选型应遵循如下的原则：结构方案应满足建筑上的使用要求和结构要求，并且应综合考虑其安全可靠，经济合理，技术先进，施工方便，力学性能，以及工程所在地的可能条件等因素。2.1.1结构类型建筑采用的结构可分为砌体结构，钢筋混凝土结构，钢结构，钢-钢筋混凝土组合结构等类型。根据不同结构类型的特点，正确选用材料，就成为经济合理地建造建筑的一个重要方面。砌体结构是一种古老的结构类型，特别适用于底层的民用建筑，砌体结构可以分为无筋砌体结构，配筋砌体结构，约束砌体结构等，其具有取材方便，具有良好的耐火性能和较好的耐久性能，使用期限较长，施工方法简单快速，节约木材。缺点是砌体的强度较低，导致结构的构件尺寸较大，建筑的自重较大，同时也对抗震不利。钢筋混凝土结构具有造价较低、取材丰富、并可浇筑各种复杂断面形状，而且强度高、刚度大、耐火性和延性良好，结构布置灵活方便，可组成多种结构体系等优点，因此，在建筑中得到广泛应用。当前，我国的高层建筑中钢筋混凝土结构占主导地位。到目前为止，我国已建成多幢200m以上的钢筋混凝土建筑。但钢筋混凝土结构的主要缺点是构件占据面积大、自重大、施工速度慢等。钢结构具有强度高、构件断面小、自重轻、延性及抗震性能好等优点；钢构件易于工厂加工，施工方便，能缩短现场施工工期。近年来，随着高层建筑建造高度的增加，以及我国钢产量的大幅度增加，采用钢结构的高层建筑也不断增多。钢和钢筋混凝土相结合的组合结构和混合结构。这种结构可以使两种材料互相取长补短，取得经济合理、技术性能优良的效果。组合结构是用钢材来加强钢筋混凝土构件的强度，钢材放在构件内部，外部由钢筋混凝土做成，成为2钢骨（或型钢）混凝土构件，也可在钢管内部填充混凝土，做成外包钢构件，成为钢管混凝土。前者可充分利用外包混凝土的刚度和耐火性能，又可利用钢骨减小构件断面和改善抗震性能，现在应用较为普遍。混合结构是部分抗侧力结构用钢结构，另一部分采用钢筋混凝土结构（或部分采用钢骨混凝土结构）。多数情况下是用钢筋混凝土做筒（剪力墙），用钢材做框架梁、柱。混合结构的特点是强度高，施工快，耐久性较好。结合本工程的特点，综合考虑建筑使用要求，建筑的高度，建筑所处的区域，施工的方便与经济性等因素，选用钢筋混凝土结构是最为合适的，因其可以充分发挥钢筋混凝土结构的优点，易满足各项要求。2.1.2结构体系：结构体系是指结构抵抗外部作用的构件总体组成的方式。在建筑中，抵抗水平力成为确定和设计结构体系的的关键问题。建筑中常用的结构体系有框架、剪力墙、框架-剪力墙、筒体以及它们的组合。1、框架结构体系框架结构体系是由梁、柱构件通过节点连接构成，既承受竖向荷载，也承受水平荷载的结构体系。这种体系适用于多层建筑及高度不大的高层建筑。框架结构的优点是建筑平面布置灵活，可以做成有较大空间的会议室、餐厅、车间、营业室、教室等。需要时，可用隔断分隔成小房间，或拆除隔断改成大房间，因而使用灵活。外墙用非承重构件，可使立面设计灵活多变。框架结构可通过合理的设计，使之具有良好的抗震性能。但由于高层框架侧向刚度较小，结构顶点位移和层间相对位移较大，使得非结构构件（如填充墙、建筑装饰、管道设备等）在地震时破坏较严重，这是它的主要缺点，也是限制框架高度的原因，一般控制在10～15层。框架结构构件类型少，易于标准化、定型化；可以采用预制构件，也易于采用定型模板而做成现浇结构，有时还可以采用现浇柱及预制梁板的半现浇半预制结构。现浇结构的整体性好，抗震性能好，在地震区应优先采用。2、剪力墙结构体系剪力墙结构体系是利用建筑物墙体承受竖向与水平荷载，并作为建筑物的围护及房间分隔构件的结构体系。剪力墙在抗震结构中也称抗震墙。它在自身平面内的刚度大、强度高、整体性好，在水平荷载作用下侧向变形小，抗震性能较强。在国内外历次大地震中，剪力墙结构体系表现出良好的抗震性能，且震害较轻。因此，剪力墙结构在非地震区或地震区的高层建筑中都得到了广泛的应用。在地震区15层以上的高层建筑中采用剪力墙是经济的，在非地震区采用剪力墙建造建筑物的高度可达140m。目前我国10～30层的高层住宅大多采用这种结构体系。剪力墙结构采用大模板或滑升模板等先进方法施工时，施工速度很快，可节省大量的砌筑填充墙等工作量。剪力墙结构的墙间距不能太大，平面布置不灵活，难以满足公共建筑的使用要求；此外，剪力墙结构的自重也比较大。为满足旅馆布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共房间，以及在住宅底层布置商店和公共设施的要求，可将剪力墙结构底部一层或几层的部分剪力墙取消，用框架来代替，形成底部大空间剪力墙结构和大底盘、大空间剪力墙结构；标准层则可采用小开间或大开间结构。当把底层做成框架柱时，成为框支剪力墙。这种结构体系，由于底层柱的刚度小，上部剪力墙的刚度大，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大的内力及塑性变形，致使结构破坏较重。因此，在地震区不允许完全使用这种框支剪力墙结构，而需设有部分落地剪力墙。3、框架-剪力墙结构体系框架-剪力墙结构体系是在框架结构中布置一定数量的剪力墙所组成的结构体系。由于框架结构具有侧向刚度差，水平荷载作用下的变形大，抵抗水平荷载能力较低的缺点，但又具有平面布置较灵活、可获得较大的空间、立面处理易于变化的优点；剪力墙结构则具有强度和刚度大，水平位移小的优点与使用空间受到限制的缺点。将这两种体系结合起来，相互取长补短，可形成一种受力特性较好的结构体系-框架-剪力墙结构体系。剪力墙可以单片分散布置，也可以集中布置。4、筒体结构体系3筒体结构为空间受力体系。筒体的基本形式有三种：实腹筒、框筒及桁架筒。用剪力墙围成的筒体称为实腹筒。在实腹筒的墙体上开出许多规则的窗洞所形成的开孔筒体称为框筒，它实际上是由密排柱和刚度很大的窗裙梁形成的密柱深梁框架围成的筒体。如果筒体的四壁是由竖杆和斜杆形成的桁架组成，则成为桁架筒，；如果体系是由上述筒体单元所组成，称为筒中筒或组合筒。通常由实腹筒做内部核心筒，框筒或桁架筒做外筒。筒体最主要的受力特点是它的空间受力性能。无论哪一种筒体，在水平力作用下都可以看成固定于基础上的箱形悬臂构件，它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力，并具有很好的抗扭刚度。因此，该种体系广泛应用于多功能、多用途，层数较多的高层建筑中。从本工程来看，其有教室区与宿舍区两部分组成，建筑有六层，局部为七层，建筑总高为25.2m，教室区需要较大的空间，宿舍区的房间较多，其空间布置较简单，选用框架结构体系较为合理。2.2结构布置2.2.1结构平面布置建筑的开间、进深尺寸和选用的构件类型应符合建筑模数，以利于建筑工业化。在一个独立的结构单元内，宜使结构平面形状和刚度均匀对称。需要抗震设防的建筑，其平面布置应符合下列要求：1．平面宜简单、规则、对称、减少偏心；2．平面长度不宜过长，突出部分长度不宜过长，值宜满足规范的要求；3．不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。该结构的平面为矩形，形状规则，长67m,宽17.6m,○1轴线到○4轴线为教室区，○15到○18轴线为宿舍区。结构的平面不需要进行特殊处理。2.2.2结构竖向布置高层建筑中控制侧向位移常常成为结构设计的主要控制因素。而且随着高度增加，倾覆力矩也相应迅速增大。因此，高层建筑的高宽比不宜过大。一般将高宽比控制在5～6以下，当设防烈度在8度以上时，限制应更严格一些。建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收，这些应遵循《高层规程》中的具体规定。该工程竖向体型简单规则，无任何错层或突变，无须需要特别处理。2.2.3变形缝的设置在建筑中，为防止结构因温度变化和混凝土收缩而产生裂缝，常隔一定距离设置温度伸缩缝；在高层部分和低层部分之间，由于沉降不同设置沉降缝；在地震区，建筑物各部分层数、质量、刚度差异过大或有错层时，设置防震缝。温度缝、沉降缝和防震缝将高层建筑划分为若干个结构独立的部分，成为独立的结构单元。该工程因长方向较长，需要考虑温度变化对建筑的影响，需要设置伸缩缝，缝设置在○4轴线到○5轴线之间，缝宽为300mm。2.3构件截面尺寸估算主体结构共6层，局部7层，层高均为3.6m，内外墙的做法：内外墙均砌190厚空心砌块砖，门窗详见门窗表，楼层屋盖均为现浇钢筋砼结构。板厚的估算：3000100754040lhmmmm，现取板厚取100mm。2.3.1梁柱截面尺寸初选一.梁截面尺寸的估算1.AC，DF跨：(1).主梁：L=7500mm11937.5625812hLmmmm,取700mm1135023323bhmmmm，取300mm4故框架横纵梁的截面尺寸为b×h=300mm×700mm(2).一级次梁：L=7500mm116254171218hLmmmm,取500mm，b取250mm故框架一级次梁的截面尺寸为b×h=250mm×500mm(3).二级次粱：L=3000mm，现取用200mm×400mm。2.BC跨：该跨的跨度较小，有2400mm，可以将该主梁连通，粱的截面也取用300mm×700mm。表2-1估算梁的截面尺寸(mm)及各层混凝土强度等级层数混凝土强度等级横梁（b×h）纵梁（b×h）横次梁（b×h）纵次粱（b×h）AC,DF跨CD跨1～6C25300×700300×700300×750250×500200×400二.柱截面尺寸的估算框架柱截面尺寸根据柱的轴压比限制，按下式计算：1.柱组合的轴压比设计值按照公式2－1计算：(1.11.2)NFgn(2－1)式中：F:为按照简支状态计算柱的负荷面积；g：为折算后在单位面积上的重力荷载代表值，近似取14kN/m2;n:为验算截面以上楼层层数；2.框架柱验算1.05cccNbhf(2－2)式中的轴压比1.05是根据建筑的抗震设防等级确定的。由计算简图2.1可知边柱和中柱的负载面积可知：中柱：2(7.52.4)/2734.65Fm边柱：2(4.54.5)/27.5/216.88Fm边柱：21.2/(1.234.651410006)/14.31.0244246.2ccANfmm中柱：21.2/(1.216.881410006)/14.31.0118986.3ccANfmm根据上述计算结果，并综合考虑其他因素，取中柱截面为正方形，初步估计柱的尺寸为22550mm550mm=302500mm244246.2mm，边柱的尺寸考虑到框架梁纵向钢筋的锚固要求,框架柱的截面高度h最小为600mm,选其尺寸为22400mm600mm=240000mm118986.3mm。5图2.1柱轴压比计算图2.4框架框架计算简图，刚度计算2.4.1框架计算简图现取○2轴线上的框架进行计算，其计算简图如2.2所示。2.4.2框架刚度计算在框架结构中，现浇楼板的楼可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架