土木工程专业毕业设计计算书-教授花园钢结构住宅设计.doc

土木工程专业毕业设计计算书-教授花园钢结构住宅设计.doc

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本科毕业设计说明书

题目：

院（部）：

土木工程学院

专业：

土木工程

班级：

土木

姓名：

学号：

指导教师：

完成日期：

建筑大学毕业设计说明书

目录

山东建筑大学毕业设计说明书

摘要 V

ABSTRACT VI

1前言

1.1钢结构住宅的优点及研究意义 -1-

1.2钢结构住宅可行性分析 -2-

1.3我国钢结构建筑基本情况 -2-

1.4钢结构住宅发展前景 -3-

2建筑设计

2.1设计要求 -4-

2.2工程简介 -4-

2.3建筑防火设计 -4-

2.4新技术、新材料的应用 -5-

2.5防水做法 -5-

2.5.1屋面防水 -5-

2.5.2楼面防水 -5-

2.6墙体 -5-

2.6.1墙身防潮 -5-

2.6.2墙身砌筑 -5-

2.7外装修 -6-

2.8门窗工程 -6-

2.9其它 -6-

3结构设计

3.1结构方案布置 -7-

3.1.1结构形式选择 -7-

3.1.2柱网布置 -7-

3.1.3楼板形式选择 -7-

3.1.4材料的确定 -8-

3.2楼板计算 -8-

3.2.1荷载统计 -8-

3.2.2板的设计 -12-

3.2框架设计 -16-

3.3.1截面选择 -16-

3.3.2选取计算单元 -17-

3.3.3荷载计算 -18-

3.4内力计算 -21-

3.4.1计算简图 -21-

3.4.1内力计算 -21-

3.5内力组合 -38-

3.6结构、构件验算 -39-

3.6.1框架柱 -39-

3.6.2框架梁 -43-

3.6.3结构侧移验算 -43-

3.7框架连接设计 -44-

3.7.1主梁与柱栓焊连接设计 -45-

3.7.2柱脚设计 -46-

3.8基础设计 -53-

3.8.1中柱基础 -54-

3.8.2边柱基础 -54-

3.8.3柱下钢筋混凝土短柱设计 -54-

3.8.4基础梁设计 -54-

3.9楼梯设计 -68-

3.9.1楼梯板设计 -68-

3.9.2平台板设计 -70-

3.9.3平台梁设计 -70-

4施工设计

4.1工程概况 -73-

4.1.1总体概况 -73-

4.1.2设计概况 -73-

4.1.3工程、水文及气象概况 -74-

4.1.4施工技术经济条件 -74-

4.1.5工程特点 -74-

4.1.6工地临时设施 -74-

4.2施工平面布置 -75-

4.2.1施工布置原则 -75-

4.2.2平面布置 -75-

4.3单位工程施工进度计划 -75-

4.3.1施工进度计划 -77-

4.3.2划分施工流水段 -77-

4.3.3施工工艺流程 -77-

4.3.4土方与基础工程施工方案 -77-

4.3.5钢结构安装工程 -78-

4.3.6垂直运输和脚手架 -81-

4.3.7砌筑工程 -82-

4.3.8门窗工程 -83-

4.3.9工程量的计算 -84-

4.4主要技术组织措施 -86-

4.4.1质量保证措施 -93-

4.4.2文明施工措施 -98-

4.4.3安全施工措施 -99-

4.4.4雨季施工措施 -100-

4.4.5高温季节施工措施 -101-

结论 -102-

谢辞 -103-

参考文献 -104-

济南教授花园钢结构住宅设计

（方案九）

摘要

综合运用所学专业知识，进行了济南教授花园钢结构住宅的建筑设计、结构设计和施工组织设计。

本工程六层钢框架住宅设计，长73.035米，宽12米，层高为2.8m，建筑高度为18.3m，建筑面积5258.52。

建筑设计力求简洁明快，具有时代感并与周围环境相结合。

主体采用钢框架结构，钢筋混凝土楼板。

首先确定结构方案并进行荷载统计、梁柱截面选择及刚度验算，然后计算风载作用下的框架内力及恒载、活载作用下的框架内力，经内力组合后得出构件的最不利组合内力，最后进行梁、柱截面验算、节点设计、楼板、楼梯配筋计算，绘制施工图。

计算竖向荷载效应时采用分层法，计算水平荷载效应时采用D值法；在荷载组合时，考虑以可变荷载效应控制的组合和以永久荷载效应控制的组合方式；在活荷载计算过程中，采用满布荷载法；框架节点设计采用栓焊混合连接的方式；基础采用柱下独立基础。

在施工组织设计中，结合建筑、结构情况将各层分为三个流水施工段。

关键词：

建筑设计；钢框架；内力分析；节点设计；施工组织设计

TheDesignOfSteelStructureResidenceOfprofessorsInJiNan

（Scheme9）

ABSTRACT

Basedontheprofessionalknowledgeforlearned,thebuildingofprofessorinJiNanwasdesigned.Theworksincludethreeparts:

architecturedesign,structuredesignandconstructiondesign.

Thisprojectisresidentialbuildingof6-floors,steelstructure,whichislocatedinJinan.Itis73.035mlong,12.0mwide.Theheightofeverystoryis2.8mandtheheightofthewholebuildingis18.3m.Thetotalareais5258.52.

Architecturedesigntrieshardforsimpleandclear,whichhastheagesfeelsandassortwithsurroundingsenvironment.

Steelframeandreinforceconcretefloorwereusedinthestructure.Firstly,thesizeofthebeamandcolumnwasdeterminedbythetypeofthestructureandthecalculationoftheloads.Secondly,theinnerforcesoftheframeunderthewindload,thedeadload,andthelivingloadswereanalyzedseparately.Bythecombinationoftheinnerforces,themostdangerousforcescanbegot,andthenthesteelbeam,steelcolumn,theframeconnectionsandreinforceconcretefloorcanbedesigned.Afterthese,thedrawingcanbemade.Intheprogressofinternalforceanalysis,theverticalforcesarecalculatedbythelayer-wisemethod,andthehorizontalforcesarecalculatedbytheDmethod.Intheprocessoftheliveloadcalculation,fullloadisused.Mixedconnectionwithweldingandboltswasusedinsteelframe,andindependentfoundationundercolumnwasadopted.

Inthepartoftheconstructionorganizationdesign,basedonthearchitecturedesignandstructuredesign,constructionofeachlayerwasdividedintothreesegments.

KeyWords:

architecturedesign;steelframe;internalforceanalysis;connectiondesign;constructionorganizationdesign

-103-

1前言

1.1钢框架住宅的优点及研究意义

钢结构是以钢材为材料做成受力构件的结构。

钢结构住宅依其自重轻，基础造价低，适用于软弱地基，安装容易，施工快，周期短，投资回收快，施工污染环境少，抗震性能好等综合优势而受到各方的重视

钢结构与其它结构――砖混结构、砼结构相比，在使用功能、设计、施工，以及综合经济方面都具有优势，在住宅建筑中应用钢结构的优点主要体现在以下几个方面：

一、能合理布置功能区间

利用钢材强度高的特点，设计可采用大开间布置，使建筑平面能够合理分隔，灵活方便，创造开放式住宅。

而传统结构（砖混结构、砼结构）由于材料性质限制了空间布置的自由，以往开间一般常在3.2米、3.4米、3.6米，如果过大，就会造成板厚、梁高、柱大，出现'肥梁胖柱'现象，不但影响美观，而且自重增大，增加造价，购房者在二次装饰时，经常由于自行改变墙体位置，增加隐患。

二、施工方便、工期短

现浇混凝土需要连续施工,在我国北方地区受到施工季节的影响。

钢结构的大部分构件在工厂生产,运往现场通过焊接或螺栓进行整体组装,可全天候作业。

施工现场作业量小,减少了施工临时用地,与传统建筑材料相比,对周围环境污染小,提高了施工的机械化水平。

由于钢结构本身可作为劲性结构承担结构荷载和施工荷载,施工时可以节省支模、拆模的材料,由此降低成本,大大加快施工速度。

资金价值在施工中充分体现,减少资金成本,对开发商的销售和资金回笼极为有利。

根据统计，同样面积建筑物，钢结构比砼结构工期，可缩短三分之一，而且可节省支模材料。

三、自重轻、抗震性能好

相同建筑面积的建筑楼层，钢结构自重轻，根据比较，六层轻钢结构住宅的重量，仅相当于四层砖混结构住宅的重量。

而且钢材具有延性，能比较好的消耗地震带来的能量，所以抗震性能好，结构安全度高。

四、综合造价低

钢结构承载力高,可以实现结构的大开间布置,构件截面小,与混凝土结构和砖混结构相比,自重比较轻,地基的处理比较容易,可以采用天然基础型式。

由于基础在工程造价中占有比重比较大,上部结构重量轻可以降低基础的造价,从而减少整个项目的投资。

钢结构施工机械化高的特点,从另一方面减少了人工费用和模板等其它辅助材料费用。

五、符合住宅产业化和可持续发展的要求

钢结构适宜工厂大批量生产,工业化、商品化程度高。

它能将节能、防水、隔热、门窗等先进的成品集合在一起,实现综合成套应用,将设计、生产、施工安装一体化,提高住宅的产业化水平。

今后随着城市建设的发展,城市改造需要拆除大量的旧建筑,钢结构比传统结构的拆除更容易实施,钢材回收利用率高、拆除成本低、污染较小,符合可持续发展的要求

综上所述，钢结构是适合创新的住宅结构体系。

钢结构可随着人们审美观的不同，使用功能要求的不同，设计各种造型、尺度、空间的新型房型。

生产厂家能高精度、高质量、高速度完成，使建筑物达到既美观又经济的效果

随着高科技的发展，人们的观念与生活方式也将不断更新与变化，对住宅总体质量的要求也将不断提高，为此，住宅设计必然需要考虑与这些不断变化的因素相协调、相适应，从而出现弹性设计的新天地。

而钢结构又是最适合住宅弹性设计的结构体系。

1.2钢结构住宅可行性分析

钢结构住宅建筑是住宅建筑的一个分支，与砖石结构、钢筋混凝土结构、木结构一样是住宅建筑的重要组成部分，它以工厂化生产的钢梁、钢柱为骨架，同时配以新型轻质、保温、隔热、高强的墙体材料作为围护结构建造而成，其主要承重骨架是由钢构件或钢管（园管或矩形管）混凝土构件所组成。

它在美国、英国等国家的发展应用已有上百年历史，由于具备其他结构无法比拟的优点，钢结构住宅已经给住宅产业和建筑行业带来了一场深层次的革命，从设计、施工、到一系列新材料的使用都出现了革命性的变化，因而在国际范围内代表了未来的住宅发展新模式。

我国钢结构住宅起步很晚，大规模研究开发、设计制造、施工安装钢结构住宅还是近二三年才发展起来。

目前在北京、天津、山东莱芜、安徽马鞍山、上海、广卅和深圳等地开展低层、多层和高层钢结构住宅试点工程，已经建成30多万平方米，最近北京赛博思金属结构有限公司将建造12万平米外企职工公寓，天津市建筑设计院为唐山设计了10万平米的钢结构住宅，这些都说明了钢结构住宅发展势头良好。

1.3我国钢结构建筑基本情况

近年来，随着城市建设的发展和高层建筑的增多，我国钢结构发展十分迅速，钢结构住宅作为一种绿色环保建筑，已被建设部列为重点推广项目。

特别是在我国大中城市中，人多、土地资源少，而人们对住宅密度、环境绿地等要求越来越高的情况下，较大范围应用钢结构住宅，是我国生产力发展到一定阶段的必然产物。

1985年在上海建造的金沙江大酒店，是第一幢自己设计并使用国产H型钢材料制造和安装的高层钢结构建筑。

1996年，深圳建成了高度325米的帝王大厦，是国内第一幢超高层钢结构大厦。

2002年3月，一座高达18层、采用H型钢建造的钢结构住宅楼在安徽省马鞍山市动工建设。

它是我国住宅产业从钢筋混凝土跨进钢结构模式的重要标志。

上海同时有6幢钢结构高层住宅在建设，最终他们将建到100米、34层，这在国内还是首次。

北京住宅也启用了钢结构，位于朝阳区十里堡的晨。

光家园B区，全部采用H型钢钢梁、钢柱。

2002年9月开盘的北京金宸公寓，填补了国内高层住宅钢结构体系建筑的空白。

同时，也标志着我国住宅的开发和建设已步入了全新的住宅钢结构体系时代。

1.4钢结构住宅发展前景

住宅产业化是我国住宅业发展的必由之路，因为这将成为推动我国经济发展新的增长点。

钢结构住宅体系易于实现工业化生产，标准化制作，而与之相配套的墙体材料可以采用节能、环保的新型材料，它属绿色环保性建筑，可再生重复利用，符合可持续发展的战略，因此钢结构体系住宅成套技术的研究成果必将大大促进住宅产业化的快速发展，直接影响着我国住宅产业的发展水平和前途

目前，国内的建筑业生产效率较低，尚属劳动密集型产业，而钢结构住宅属于高技术高效率的产业，加快对钢结构住宅的研究，将促进建筑业向技术密集型产业转化，并将带动建材、冶金、信息机械尤其是钢铁企业的发展。

钢结构住宅的发展将带动住宅施工行业的革新。

如果说钢筋混凝土结构的发展使施工从手工业进入了机械化，那么钢结构的应用就将使住宅施工实现现代化。

“钢结构是环保住宅，钢结构符合可持续发展概念”。

有专家预言：

3年内钢结构住宅将成为建筑现代化发展的一个重要标志。

21世纪钢结构将占领广阔的建筑市场。

2建筑设计

2.1设计要求

本工程要求为钢框架结构住宅楼，建筑设计要求造型美观大方、新颖，色彩搭配得当。

每户按“分得开，住的下”的原则，设计大小不同的居室以满足住户的要求，且卧室应尽量设置在南向。

厨房每户独用，设置洗池、案台和灶台，并考虑储藏设施，可设置服务阳台。

卫生间每户独用，设置便器、浴缸或淋浴、洗脸盆等。

每户必须设置一生活阳台及必要的储藏设施。

建筑造型和装饰方面简单明快，具有时代感，并要注意与周围环境相协调。

具体体现“以人为本”的设计理念。

建筑物的平面、空间布置要合理，注意消防、交通通风及采光的相关要求。

2.2工程简介

⑴本工程为济南教授花园六层钢结构框架住宅楼，建设地点为山东省济南市。

地上六层，总高度18.3m，建筑物长68.400m，宽12.400m，总建筑面积5326.83。

⑵以室内地坪作为相对标高m，女儿墙高0.9m，室内外高差0.6m，层高2.8m，共三个单元，一梯两户，相同户型；结构安全等级为二级，耐火等级为二级，抗震设防烈度为六度，建筑使用年限为50年。

⑶本工程结构形式为钢框架结构，外墙、内墙均别为200mm厚加气混凝土砌块。

2.3建筑防火设计

⑴防火间距：

本设计中拟建建筑与周围建筑的放火间距均符合《建筑设计防火规范》GBJ16-87（2001年版）的有关规定；

⑵安全疏散：

楼梯净宽为1200mm，满足消防疏散要求；

⑶根据防火规范要求，所有管井（送排风及排烟井除外）在管线安装完毕后，在每层楼板处后浇钢筋混凝土上下防水分隔，该处楼板应预留联接钢筋，后浇钢筋混凝土的厚度和配筋与相邻楼板相同，电缆井，管道井与层间吊顶相连通的孔洞空隙，应以硅酸铝纤维等不然材料填塞密实；

⑷凡穿过防火墙及楼板的各类管道，在管道四周孔隙处用细石混凝土填实；

⑸轻钢结构构件喷涂防火隔热涂料，生产厂家产品需满足下列耐火极限要求：

①轻钢屋面：

耐火极限达0.5小时；

②轻钢梁：

耐火极限达1.5小时；

③轻钢柱：

耐火极限达2.5小时。

2.4新技术、新材料的应用

⑴建筑：

防水方面采用SBS橡胶改性沥青涂膜防水层，性能优越，施工方便，减少环境污染；

⑵水：

生活给水管采用PP-R复合管，排水管采用芯层发泡UPVC管；

⑶电：

采用节能灯。

2.5防水做法

2.5.1屋面防水

屋面采用卷材防水，涂膜2mm厚，由专业防水施工队按规程施工所有防水层，四周均涂卷至屋面泛水高度，穿板面管道或泛水以下，外墙穿管，安装后严格用细石混凝土封严，管根四周嵌防水胶，与防水层闭和。

2.5.2楼面防水

卫生间加设聚氨脂防水涂层，涂膜厚度为2mm，分两次涂刷，管根嵌防水胶，地沟内侧做防水涂层，除注明外，卫生间、厨房、阳台标高均比相应的楼面低20mm，凡有水湿的房间，楼地面找坡，坡向地漏或排水口，坡度0.5%-1%，以不积水为原则，凡管道穿过此类房间均需预埋套管，高出地面30mm，地面预留风洞，洞边做混凝土砍边，高100mm或踢脚高。

2.6墙体

2.6.1墙身防潮

做法采用25厚1：

2水泥砂浆加5%防水剂，只做水平防潮。

2.6.2墙身砌筑

⑴外墙：

0.000以下采用200厚加砌混凝土砌块，M5水泥砂浆砌筑；

0.000以上采用200厚加砌混凝土砌块，M5混合砂浆砌筑。

⑵内墙：

内隔墙体采用200厚加气混凝土砌块

⑶填充墙均砌至梁或板底，与结构框架柱及构造柱采用通长混凝土配筋带或拉结筋进行连接，板带设于门、洞口的上部及下部，施工楼面时，应预留竖向配筋；窗、洞口两侧预埋C25混凝土块锚固窗框。

2.7外装修

⑴本工程室内外装修装饰材料和颜色需通过样品或施工样板，由甲方和建筑师共同选定；

⑵为避免外墙雨水渗漏，外墙抹灰中加适量防水剂，并应保证砌筑蒸压粉煤灰砌块时，砂浆饱满，垂直和水平缝中均不得有漏浆现象并不得有通缝。

2.8门窗工程

⑴本工程门窗按不同材料和用途分别编号；

⑵本工程所有门窗选用的玻璃厚度和框料均应满足安全强度要求，其抗风压变形，雨水渗透，空气渗透，平面内变形，保温隔声及耐撞击等性能指标均应符合国家现行产品标准的规定；

⑶框料表面要求光滑平整，门窗、五金配件由厂家提供样品及构造大样，由业主和构造师共同商定。

2.9其它

⑴所有砌体或砌块管道井、风井均采用20厚1：

2水泥砂浆抹面，无法二次抹灰的管道井、风井均用砌筑砂浆随砌随抹平、压光；

⑵屋面排水为外排水方式；

⑶凡露明铁件均刷防锈漆两度

⑷凡与砌体、混凝土接触的木材表面，均须做防腐处理，所有排水管（含埋设暗管）应加强防锈处理；

⑸一层所有外窗均加设铁护栏，用户自定；

⑹楼梯栏杆垂直杆件间净空不应大于110mm，楼梯处栏杆扶手垂直高度为1000mm，顶层栏杆水平段高度为1200mm；

⑺所有窗台高度小于900mm时，需设不小于1050mm的护栏。

⑻建筑做法参见墙身大样图。

3结构设计

3.1结构方案布置

3.1.1结构形式选择

建筑物的结构形式应满足传力可靠，受力合理的要求。

对多层钢结构建筑，可采用纯框架结构形式，框架应双向刚接，如果结构刚度要求较高纯框架难以满足要求，可采用支撑框架结构形式。

本工程位于六度抗震设防地区，结构只有六层，高度只有18.3m（含女儿墙），满足《高层民用建筑结构技术规范》及《建筑抗震设计规范》的要求，纯框架形式很容易满足，故采用钢框架结构形式。

3.1.2柱网布置

柱网尺寸首先应尽最大限度的满足建筑使用功能的要求，然后根据造价最省的原则，充分考虑加工、安装条件等因素综合确定。

布置柱网是要考虑板的厚度，根据以上条件，确定本工程的柱网如下：

图3.1住宅楼左半部分柱网及主次梁布置

3.1.3楼板形式选择

楼板的方案选择首先要满足建筑设计要求、自重小和便于施工的原则，还要保证楼盖的刚度。

压型钢板组合楼盖具有结构性能好、施工方便等特点，并且可以有效的减小楼板的厚度。

本工程中板的计算跨度不大，因而板的厚度也不会很厚，体现不出压型钢板组合楼盖的优势。

因而，本工程采用现浇钢筋混凝土楼板。

采用C30混凝土和HRB400级钢筋.由于Lo2/Lo1,除阳台外，均采用双向板。

3.1.4材料的确定

本工程各结构、构件拟采用的材料如下：

⑴框架梁、柱

本工程中框架梁、柱均采用Q345钢，材料性能应满足《低合金高强度结构钢》（GB/T1591）的要求。

采用手工焊、E43系列焊条。

满足《低合金焊条》（GB/T5118）的要求。

自动焊和半自动焊的焊丝应满足《熔化焊用焊丝》（GB/T14957）的要求。

⑶板

板采用C30混凝土，采用HRB400级钢筋。

⑷基础

基础选用C30混凝土，采用HRB400级钢筋；

垫层选用C15混凝土，100厚。

3.2楼板计算

3.2.1荷载统计

⒈恒荷载标准值

⑴屋面

屋41现喷硬质发泡聚氨酯保温防水屋面

棚2涂料顶棚

100mm厚C25钢筋混凝土板0.1×25=2.5kN/

40厚1:

8水泥膨胀珍珠岩找坡0.04=0.16kN/

60厚现场喷涂硬质发泡聚氨酯保温防水层0.060.033kN