大学土木工程专业任务书-毕业论文.doc

大学土木工程专业毕业设计任务书
一、设计资料：
1、气象资料：
本地区年平均气温14.5oC;
年降雨量1400mm;
主导风向：夏季：南、南偏东；冬季：北、西北；
基本风压：0.45KN/m2;
最大积雪深度170mm，基本雪压0.4 KN/ m2；
2、工程地质及水文地质资料：
地基容许承载， II类场地（详见地质勘测报告）；
最高地下水位：自然地面下0.8m；
本工程的+0.000相当于绝对标高5.35m；
3、 地震设防基本烈度：6度；
4、 楼面和屋面活荷载按建筑结构荷载规范取用；
5、 建材供应情况：所有建筑材料能保证供应；
施工条件：该工程由具有一级资质的企业施工，施工单位实力雄厚，机具及技术力量均能满足要求；
7、设计标高：室内设计标高+0.000，室内外高差2600mm；
8、墙身做法：
墙身为粉煤灰轻渣空心砌块填充墙，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，外墙为贴瓷砖墙面。
9、楼面做法：
水磨石地面（顶面20mm水泥砂浆打底，5mm厚粉刷；底面15mm厚纸筋石灰抹底）；
10、屋面做法：现浇楼板上铺膨胀珍珠岩保温层（檐口处厚100mm，2%自两侧檐口向中间找坡），1:2水泥砂浆找平层厚20mm，二毡三油防水层，撒绿豆砂浆保护；
11、门窗做法：门厅处为铝合金门窗，其他均为木门、钢窗；
12、活荷载：屋面活荷载2.0 ;楼面活荷载2.0 ；走廊楼面活荷载2.5 ；电梯机房7.0 ；盥洗室2.0 。

二、结构布置及结构计算简图的确定：
结构平面布置见图1，各构件尺寸确定如下：
梁：框架梁：
取
联系梁：取
柱：角柱截面
中柱截面
楼板：楼板现浇楼板厚 100
根据地质资料，确定基础顶面离室外地面为500mm，由此可得底层层高为3.15m。各梁柱构件的线刚度如图所示。其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取 ，结构计算简图如图3所示。
梁：
柱：上部各层柱：

底层柱：

图1，结构平面布置图（局部） （注：B轴为框架方向计算轴）
图2，荷载分布简图

图3： 结构计算简图
三、荷载计算：
1、恒荷载计算：
1.1屋面框架梁线荷载标准值：
1.1.1屋面恒荷载：
20mm厚1：2水泥砂浆找平
100~140厚（2%找坡）珍珠岩
100mm厚现浇钢筋混凝土楼板
15mm厚纸筋石灰抹底
→

1.1.2框架梁：
自重
粉刷
→
因此，作用在顶层框架上的线荷载为：

1.2楼面框架梁线荷载标准值：
1.2.1楼面恒荷载
25mm厚水泥沙浆面层
100mm厚现浇钢筋混凝土楼板
15mm厚纸筋石灰抹底
→
1.2.2框架梁：
粉刷及自重
1.2.3填充墙：
自重
粉刷
→
因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为：

1.3屋面框架节点集中荷载标准值：
1.3.1跨中集中荷载：
连系梁：
自重
粉刷
连系梁传来屋面自重：
→

1.3.2顶层边节点集中荷载：
边柱连系梁：
自重
粉刷
1m高女儿墙：
自重
粉刷
边梁传来屋面荷载
传来跨中集中荷载
→
1.3.3顶层中柱节点集中荷载
次梁：
自重
粉刷
连系梁传来屋面自重
连系梁传来集中荷载
→

1.4楼面框架节点集中荷载标准值：
1.4.1跨中集中荷载：
连系梁：
自重
粉刷
连系梁传来屋面自重：
→
1.4.2楼面边节点集中荷载：
边柱连系梁：
自重
粉刷
钢窗自重：
窗下墙体：
自重
粉刷
窗边墙体：
自重
粉刷
框架柱：
自重
粉刷
边梁传来屋面荷载
传来跨中集中荷载
→

1.4.3楼面中柱节点集中荷载
次梁及连系梁：
自重
粉刷
内墙：
自重
粉刷
传来屋面自重
传来集中荷载
→

图4 恒荷载作用下的结构计算简图
2、活荷载计算：
活荷载作用下的结构计算简图如图5所示，图中各荷载值计算如下
2.1屋面活荷载
（i＝1,2,3,4,5）
（i＝1,2,3,4,5）

跨中集中荷载 （i＝1,2,3,4,5）
2.2楼面活荷载
（i＝1,2,3,4,5）
（i＝1,2,3,4,5）

跨中集中荷载 （i＝1,2,3,4,5）

图5 楼面活荷载作用下的结构计算简图

3、风荷载计算：
风压标准计算公式：
因结构高度，可取，对于矩形截面，可查荷载规范，将风荷载换成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如表1所示，表中为框架节点至室外地面的高度，A为一榀框架各层节点的受风面积，
计算结果如图6所示：
层次

（m）

6

22.2
1.287
0.45
12.48
9.40
5
18.3
1.213
12.87
9.13
4
14.4
1.123
12.87
8.46
3
10.5
1.014
12.87
7.63
2
6.6
1.0
12.87
7.53
1
2.7
1.0
10.89
6.37

图 6：风荷载计算结果（单位：kN）
四、内力计算：
1、恒载作用下的内力计算：
恒载（竖向荷载）作用下的内力计算采用分层法，根据假定，除底层柱以外，上部柱线刚度取框架柱实际线刚度的0.9倍。对于对称结构，取半结构计算。
1.1标准层：
计算简图：

分解为三种荷载分别计算杆端弯矩。以杆件左端的杆端弯矩为例，计算过程如下：

线性荷载，计算时，可以取等效均布荷载为

所以，杆件左端的杆端弯矩

半结构中的其它杆件的各个杆端弯矩采用相同的方法求出，然后采用弯矩分配法进行标准层的弯矩计算，并绘出标准层弯矩图。计算过程及弯矩图如下：
图7：标准层弯矩分配法计算过程

根据分层法的假定，除底层柱以外的上部各层柱的传递系数取为，底层柱取为。绘出标准层弯矩图如下：

图8：标准层弯矩计算结果（单位：kN.m）
1.2顶层：

图9：顶层弯矩分配计算过程

图10：顶层弯矩计算结果（单位：kN.m）

1.3底层：
杆端弯矩同标准层

图11：底层弯矩分配计算过程

图12：底层弯矩计算结果（单位：kN.m）
图13：恒载弯矩图，右边括号内为柱边梁截面弯矩值 (单位： ）

将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得整个框架结构在活载作用下的弯矩图。很显然，叠加后框架内各节点弯矩并不一定能达到平衡，这是由于分层法计算的误差所造成的。为提高精度，可将节点不平衡弯矩再分配一次进行修正，修正后的弯矩图如上。跨中弯矩需根据求得的支座弯矩和各跨的实际荷载分布按平衡条件计算，进而可求得框架各梁柱的剪力和轴力。同时将梁端节点弯矩换算至梁端柱边弯矩值，以备内力组合时用。框架梁在恒荷载作用下的剪力轴力图如图所示，其中剪力图为已经换算成柱边梁截面的剪力值。

图14：恒载作用下梁剪力、柱轴力图（单位：kN）
2、活荷载作用下的内力计算：
楼面活荷载作用下的内力计算采用分层法，活载满跨布置，不考虑活荷载分布的最不利组合，同样采用弯矩分配法计算。计算方法以及过程同恒荷载计算，本处仅给出结果，计算过程略。
2.1顶层：
图15：顶层活载弯矩图（单位：kN.m）

2.2标准层：

图16：标准层活载弯矩图（单位：kN.m）

2.3底层：

图17：底层活载弯矩值 （单位：kN.m）
同恒载计算一样，将节点不平衡弯矩再分配一次进行修正,得到竖向荷载作用下修正后的弯矩值，进而求得框架各梁柱的剪力和轴力。将弯矩和剪力换算到柱边梁截面以备内力组合时用，修正后的弯矩图、剪力图和轴力图如下所示：

图18：活载弯矩图，右边括号内为换算到柱边截面的梁弯矩值（单位：kN.m）

图19：活载作用下梁剪力、柱轴力图（单位：kN）

3、风荷载作用下的内力计算：
风荷载作用下的结构计算简图如前所示，内力计算用D值法，计算过程见图。由于A柱与E柱内力相同，B、C、D柱弯矩相同。为简洁起见，此处仅给出A、B柱的计算过程。由附表可以查得，，即，由前图可见，风荷载分布接近于均布荷载，故由附表11-1查得：
图20：风荷载作用下内力计算简图
注：左半图：剪力在各柱间的分配；右半图：各柱柱端弯矩计算

图21：风荷载作用下的弯矩图（单位：kN.m）
注：左半图标注为柱的弯矩，右半图标注为梁的弯矩

图22：风荷载作用下的剪力、轴力图（单位：kN）

五、内力组合及构件设计：
内力组合与构件设计以第五层的构件为例。梁和柱的控制截面选取入下图所示：

图23：梁柱控制截面示意图
1、梁的内力组合与构件设计
梁设计采用C30混凝土，三级钢筋HRB40
各梁跨中弯矩按实际的支承条件和荷载情况根据静力平和求得，结果见表
1.1梁内力组合：
截面
1
2
3
4
5
6
恒载

-95.3
181.9
-211.41
-194.77
150.62
-174.49

121.31
—
-152.07
139.38
—
-134
活载

-30.8
61.19
-65.3
-60.12
52.03
-54.31

32.18
—
-41.32
37.52
—
-35.98
风载

9.04
1.46
6.13
6.13
0
6.13

1.9
1.9
1.9
1.53
1.53
1.53
1.2×恒
+1.4×活

—
303.95
—
—
253.59
—

-157.48
—
-345.11
-317.3
—
-285.42

190.62
—
-240.33
219.78
—
-211.17
1.2×恒+0.9
×1.4×(活+风)

—
297.3
—
—
246.3
—

-164.56
—
-343.69
-317.2
—
-285.54

188.51
2.39
-235.74
215.45
1.93
-207.05
1.2截面设计与选配钢筋：

截面

选用钢筋
实际钢筋
1

157.48
756

1206
2

303.95
1372

1526
3

345.11
1771

1884
4

317.3
1610

1884
5

253.59
1289

1526
6

285.42
1432

1526

1.3 梁受剪承载力复核
箍筋取
由于梁上均布荷载约占总荷载的75％，因此受剪承载力可以按下式计算：

>
受剪承载力满足要求。梁中不需要配置弯起钢筋。

2、柱的内力组合与构件设计
以第五层柱为例进行计算
柱设计采用C30混凝土，三级钢筋HRB400
初选尺寸为 ，采用对称配筋
2.1第五层柱的内力组合
截
面
荷
载

A柱
B柱
C柱
上
下
上
下
上
下
恒载

61.21
60.77
-11.3
-9092
0
0

195.52
341.83
317.31

31.28
-5.44
0
活载

23.16
19.61
-4.36
-3.21
0
0

43.35
105.65
95.6

10.97
-1.94
0
风载

3.65
2.43
4.69
3.84
4.69
3.84

0.75
0.16
0

1.56
2.19
2.19
1.2×恒
+1.4×活

105.88
100.38
-19.66
-16.4
0
0

295.34
558.11
514.61

52.89
-9.24
0
1.2×恒
+0.9×1.4
×(活+风)

107.23
100.69
-24.96
-20.79
5.91
4.84

290.19
543.52
501.23

53.32
-11.73
2.76

2.2 截面设计与选配钢筋：
杆件
截面

配筋
面积
A柱
上
107.23
290.19
369.52
1.05
598.99
45.1
464.56

615
下
100.69
290.19
366.98
1.06
578.99
45.1
422.11

615
B柱
上
-24.96
543.52
65.92
1.32
277.01
84.5
405

615
下
-20.79
543.52
58.25
1.36
269.22
84.5
405

615
C柱
上
5.91
501.23
31.79
1.63
241.82
77.89
405

615
下
4.84
501.23
29.66
1.68
239.83
77.89
405

615

六、楼板计算：
楼板包含有单向板和双向板，取各自其中一块进行计算。
设计采用C30混凝土，一级钢筋HPB235
1、双向板的计算：
1.1荷载计算：
， ，

， ；

1.2弯矩计算：
计算跨度： ，

据此查表得：
固支

铰支

由上述系数求得：

1.3截面设计：
有效高度：短跨方向取
长跨方向取
支座截面
板四边与梁整体连接，弯矩折减20％
取，。
列表计算如下：
截面

实配钢筋
配筋
实配面积
跨中
长跨方向
80

265

335
短跨方向
70

120

251
支座
长跨方向
80

340

419
短跨方向
80

242

314

2、单向板计算：

2.1 荷载计算：
，

2.2 截面设计

板水平计算跨度：
弯矩设计值：
截面有效高度

< =满足要求

选，
支座处按构造配筋

七、楼梯计算：
设计资料：
采用板式楼梯。层高3.9m，踏步尺寸。
C30混凝土，一级钢筋HPB235
楼梯上均布荷载标准值。
楼梯结构布置如下图：

图24：楼梯结构平面

1、 楼梯板计算：
1.1计算资料
板倾斜度：，；
设板厚
取1m宽板带计算

1.2荷载计算：
恒载
水磨石面层
三角形踏步
斜板
板底抹灰
→
活荷载 2.5
组合的总荷载设计值：
1.3截面设计：
板水平计算跨度：
弯矩设计值：
有效高度

满足要求

选配，实配钢筋面积]
分布筋，每级踏步下2根
1.4半柱设计：
柱子采用构造配筋，取 箍筋采用
2、 平台板计算
取平台板厚，取1m宽板带计算
2.1荷载计算：
恒载
水磨石面层
100厚混凝土板
板底抹灰
→
活荷载 2.5
组合后的总荷载设计值：
2.2 截面设计：
板的计算跨度：
弯矩设计值：
有效高度：

满足要求

选配钢筋，实配钢筋面积
分布筋配；

3、平台梁的计算
梁截面
设计采用C30混凝土，二级钢筋HRB335
3.1荷载计算：
恒载
梁自重
粉刷
平台板传来荷载
楼梯
→
活荷载
荷载设计值：
3.2截面设计：
平台梁截面： ，
可得
弯矩设计值：
剪力：
梁跨中截面按倒L形梁计算：

∴属于第一类T形截面，则：

满足要求

选配，实配钢筋面积
支座处配，箍筋
校核斜截面受剪承载力计算：

满足要求

八、基础设计
资料：
根据杭州市勘察设计研究院提供的岩土工程勘察报告，③层消除液化后作基础持力层。
拟采用截面为的先张法预应力管桩，桩长。基桩竖向承载力值，水平承载力，承台混凝土强度等级为C30，配筋二级钢筋HRB335。
1、确定桩数及布桩
基桩持力层、桩材、桩型、外形尺寸及单桩承载力设计值均已选定，桩身结构设计从略。
初选桩数：
取桩数为4根
桩距

图24：桩基础示意图
2、初选承台尺寸
取承台尺寸为
详细尺寸及布柱如图所示。
承台埋深，承台高，桩顶伸入承台，钢筋保护层取
承台有效高度为：
3、桩顶荷载设计值
取承台及其上土的平均重度 ，
3.1平均单桩受力计算：
<
3.2最大单桩承载力计算：

均符合要求
3.3基桩水平力设计值

无须验算考虑群桩效应的基桩水平承载力设计值。
4、承台冲切承载力验算
4.1柱边冲切
冲跨比与冲切系数为：

符合要求
4.2承台受角桩冲切

符合要求

5、承台受剪切承载力计算
承台为正方形，沿两个正交方向的剪切力计算相同。
剪跨比：

剪切系数

6、承台受弯承载力计算
承台为正方形，沿两个正交方向的弯矩计算相同，以下以方向为例

选配钢筋为， ，沿平行轴方向布置。
方向配筋相同，沿平行轴布置。
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