实验一中教学楼计算书.doc

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1、 西南科技大学本科生毕业设计 摘要：毕业设计是我们专业课学习的最后一个综合实践性教学环节。本文主要介绍了成集中学教学楼的设计.在设计中,认真贯彻了“适用、安全、经济、美观”的设计原则，进一步掌握了建筑与结构设计全过程、基本方法和步骤。本设计主要包括建筑设计和结构设计两部分。建筑设计，包括平面定位图设计、平面设计、立面设计、剖面设计。结构设计，框架结构设计主要包括：结构选型，梁、柱、墙等构件尺寸的确定，重力荷载计算、横向水平作用下框架结构的内力和侧移计算、纵向地震作用计算、水平地震作用下横向框架内力分析、竖向荷载作用下横向框架的内力分析、内力组合、截面设计、基础设计。其中,基础设计又包括基础选型

2、、基础平面布置、地基计算等。在设计的过程中我严格按照最新规范及有关规定进行设计，其中采用的计算方法均参照有关书籍。关键词： 教学楼设计 ， 框架结构 ， 结构计算Abstract：The design projection for graduation is the last practice teaching segment of study of our specialized courses. In this paper a select scheme in bid for the planning design of a middle school. This design mainl

3、y includes the architectural design and structural design. The architectural design includes the plane fixed position drawing design,the plane drawing design and sign to face the design, section design. The structure design, the mission of the frame structural design mainly have: the type selection

4、,the size of beams、pillars、walls etc., the gravity load calculation, the calculation of internal force and lateral moving in the function of the horizontal force, lengthways earthquake function calculation, the internal force analysis of the crosswise frame in the function of the horizontal earthqua

5、kes, the internal force analysis of the crosswise frame in the function of the vertical load and also includes the dint combine、section design、foundation design. Foundation design also concludes footing layout selection, footing plane disposition, and foundation calculation.Had seriously carried out

6、 the code of design :“fitting、safety、economical、beautiful outlook”and the basic measure and procedure in the whole design of architecture and structure.Keywords： teaching-building ,Frame structure , structural calculation 前言11 结构设计说明21.1 工程概况21.2 设计主要依据和资料2 1.2.1 设计依据21.2.2 设计资料21.3 结构设计方案及布置31.4变形缝

7、的设置31.5 构件初估41.5.1 柱截面尺寸的确定41.5.2 梁尺寸确定41.5.3 楼板厚度41.6 基本假定与计算简图41.6.1 基本假定41.6.2 计算简图41.7荷载计算41.8 侧移计算及控制51.9 内力计算及组合51.9.1 竖向荷载下的内力计算51.9.2 水平荷载下的计算51.9.3 内力组合51.10 基础设计61.11 施工材料61.12 施工要求及其他设计说明62 设计计算书62.1 设计原始资料62.2 结构布置及计算简图72.3 荷载计算92.3.1 恒载标准值计算92.3.2 活荷载标准值计算112.3.3 竖向荷载下框架受荷总图122.3.4 重力荷载

8、代表值计算172.4 地震作用计算202.4.1 横向框架侧移刚度计算202.4.2横向自振周期计算232.4.3 横向水平地震力计算242.4.4 水平地震作用下的位移验算252.4.5 水平地震作用下框架内力计算262.5 竖向荷载作用框架内力计算312.5.1 梁柱端的弯矩计算332.5.2 梁端剪力和轴力计算442.6 风荷载计算462.7内力组合4828截面设计512.8.1 框架梁的配筋计算（仅以一层梁为例说明计算过程）522.8.2框架柱配筋计算54283节点设计582.9 楼板设计592.9.1 B，D区格板的计算592.9.2 A, C单向板计算:632.10 楼梯设计（采用

9、平行双跑楼梯）642.10.1踏步板计算652.10.2 斜梁设计662.10.3 平台板设计672.10.4 平台梁的设计692.11基础设计712111 独立基础设计72b) 基底尺寸的确定73C) 确定基础高度74d) 基底配筋762112 联合基础设计792.12 纵向连续梁设计842.12.1 荷载计算852.12.2 计算简图852.12.3 内力计算862 .12.4 配筋计算873 电算部分893.1 各标准层平面简图893.2 各标准层恒荷载平面图923.3 各标准层活荷载平面图933.4 各层梁间荷载平面图953.6现浇板配筋面积图983.7 板裂缝图1003.8 SATW

10、E对话框1023.9 梁裂缝图、梁挠度图1093.10 梁柱配筋验算图113 前言毕业设计是土木工程专业学生加强动手能力培养的重要的环节，是联系课堂所学理论知识和工作中处理问题的强劲纽带。本设计是某中学教学楼设计，包括建筑设计和结构设计两个部分。以结构设计为主线，即以结构选型与布置、选取计算模型与结构内力分析、构件设计与构造、施工图绘制为主线，将所学的结构力学、混凝土结构、地基与基础等各学科的知识有机的联系起来。设计内容包括（建筑设计部分）平面设计立面设计、剖面设计、及相应的构件设计，（结构设计部分）计算模型的选取、荷载计算、内力分析、构件设计、施工图设计等。本设计从毕业设计的任务出发，从每个

11、设计细节，都严格遵循设计规范的要求。建筑设计，主要以中小学设计规范为标准，阐明教学楼设计的各个细节，如：教室、卫生间的布置等。结构设计主要从受力计算和构造措施两个方面进行构件的相应设计，受力分析计算，从计算图的选取，内力分析，以及配筋施工图绘制，每一个细节做了详尽的叙述。本设计从题目的初选到设计终稿的选定历经半年时间，在设计的过程中得到了院领导的大力支持和关心，特别是辅导老师郭仕群、马锋老师的悉心指导，在此谨向他们表示衷心的感谢。 由于设计者的水平有限，设计中难免出现疏漏和错误之处，请参阅者批评指正。1 结构设计说明1.1 工程概况某中学教学楼，设计要求建筑面积约2000-4000m2，3-4

12、层。经多方论证，初步确定设为四层，结构为钢筋混凝土框架结构。1.2 设计主要依据和资料1.2.1 设计依据 a) 国家及河南省现行的有关结构设计规范、规程及规定。b) 本工程各项批文及甲方单位要求。c) 本工程的活载取值严格按建筑结构荷载规范（GB50009-2001）执行。1.2.2 设计资料 1 房屋建筑学 武汉工业大学出版社2 混凝土结构（上、下） 武汉理工大学出版社3 基础工程 同济大学出版社4 建筑结构设计 东南大学出版社5 结构力学 人民教育出版社6 地基与基础 武汉工业大学出版社7 工程结构抗震 中国建筑工业出版社8 简明建筑结构设计手册 中国建筑工业出版社9 土木工程专业毕业设

13、计指导 科学出版社10 实用钢筋混凝土构造手册 中国建筑工业出版社11 房屋建筑制图统一标准（BG50001-2008） 中国建筑工业出版社12 建筑结构制图标准（BG50105-2001） 中国建筑工业出版社13 建筑设计防火规范（GBJ1687） 中国建筑工业出版社14 民用建筑设计规范（GBJI0I8-7） 中国建筑工业出版社15 综合医院建筑设计规范（JGJ49-88） 中国建筑工业出版社16 建筑楼梯模数协调标准（GBJI0I-87） 中国建筑工业出版社17 建筑结构荷载规范（GB5009-2012） 中国建筑工业出版社18 建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068-2001） 中

14、国建筑工业出版社19 混凝土结构设计规范（GB500102010） 中国建筑工业出版社20 地基与基础设计规范（GB5007-2002） 中国建筑工业出版社21 建筑抗震设计规范（GB500112010） 中国建筑工业出版社22 砌体结构 中国建筑工业出版社23 简明砌体结构设计施工资料集成 中国电力出版社24 土木工程专业毕业设计指南 中国水利水电出版社25 土建工程图与AutoCAD 科学出版社26 简明砌体结构设计手册 机械工业出版社27 砌体结构设计手册 中国建筑工业出版社28 砌体结构设计规范（GB500032011） 中国建筑工业出版社本工程采用框架结构体系，抗震等级为四级。本工程

15、耐火等级为二级，其建筑构件的耐火极限及燃烧性能均按民用建筑设计规范（GBJI0I8-7）执行.全部图纸尺寸除标高以米为单位外均以毫米为单位。本工程结构图中所注标高均为结构标高。1.3 结构设计方案及布置 钢筋混凝土框架结构是由梁，柱通过节点连接组成的承受竖向荷载和水平荷载的结构体系。墙体只给围护和隔断作用。框架结构具有建筑平面布置灵活，室内空间大等优点，广泛应用于电子、轻工、食品、化工等多层厂房和住宅、办公、商业、旅馆等民用建筑。因此这次设计的成集中学教学楼采用钢筋混凝土框架结构。按结构布置不同，框架结构可以分为横向承重，纵向承重和纵横向承重三种布置方案。本次设计的教学楼采用横向承重方案，竖向

16、荷载主要由横向框架承担，楼板为预制板时应沿横向布置，楼板为现浇板时，一般需设置次梁将荷载传至横向框架。横向框架还要承受横向的水平风载和地震荷载。在房屋的纵向则设置连系梁与横向框架连接，这些联系梁与柱实际上形成了纵向框架，承受平行于房屋纵向的水平风荷载和地震荷载。1.4变形缝的设置在结构总体布置中，为了降低地基沉降、温度变化和体型复杂对结构的不利影响，可以设置沉降缝、伸缩缝和防震缝将结构分成若干独立的单元。当房屋既需要设沉降缝，又需要设伸缩缝，沉降缝可以兼做伸缩缝，两缝合并设置。对有抗震设防要求的的房屋，其沉降缝和伸缩缝均应该符合防震缝的要求，并进可能做到三缝合一。1.5 构件初估1.5.1 柱

17、截面尺寸的确定柱截面高度可以取，H为层高；柱截面宽度可以取为。选定柱截面尺寸为500 mm500mm1.5.2 梁尺寸确定 框架梁截面高度取梁跨度的l/8l/12。该工程框架为纵横向承重，根据梁跨度可初步确定框架梁300mm600mm1.5.3 楼板厚度 楼板为现浇双向板，根据经验板厚取130mm。1.6 基本假定与计算简图1.6.1 基本假定第一：平面结构假定：该工程平面为正交布置，可认为每一方向的水平力只由该方向的抗侧力结构承担，垂直于该方向的抗侧力结构不受力。第二：由于结构体型规整，布置对称均匀，结构在水平荷载作用下不计扭转影响。1.6.2 计算简图在横向水平力作用下，连梁梁对墙产生约束

18、弯矩，因此将结构简化为刚结计算体系，计算简图如后面所述。1.7荷载计算作用在框架结构上的荷载通常为恒载和活载。恒载包括结构自重、结构表面的粉灰重、土压力、预加应力等。活荷载包括楼面和屋面活荷载、风荷载、雪荷载、安装荷载等。高层建筑水平力是起控制作用的荷载，包括地震作用和风力。地震作用计算方法按建筑结构抗震设计规范进行，对高度不超过40m以剪切为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，可采用底部剪力法。竖向荷载主要是结构自重（恒载）和使用荷载（活载）。结构自重可由构件截面尺寸直接计算，建筑材料单位体积重量按荷载规范取值。使用荷载（活荷载）按荷载规范取值，楼面活荷载折减系数按荷载规范取用。1.8

19、侧移计算及控制框架结构的侧移由梁柱杆件弯曲变形和柱的轴向变形产生的。在层数不多的框架中，柱轴向变形引起的侧移很小，可以忽略不计。在近似计算中，一般只需计算由杆件弯曲引起的变形。 当一般装修标准时，框架结构在地震作用下层间位移和层高之比、顶点位移与总高之比分别为1：650，1：700。 框架结构在正常使用条件下的变形验算要求各层的层间侧移值与该层的层高之比不宜超过1/550的限值。1.9 内力计算及组合1.9.1 竖向荷载下的内力计算竖向荷载下内力计算首先根据楼盖的结构平面布置，将竖向荷载传递给每榀框架。框架结构在竖向荷载下的内力计算采用分层法计算各敞口单元的内力，然后在将各敞口单元的内力进行叠

20、加；连梁考虑塑性内力重分布而进行调幅，按两端固定进行计算。1.9.2 水平荷载下的计算 利用D值法计算出框架在水平荷载作用下的层间水平力，然后将作用在每一层上的水平力按照该榀框架各柱的刚度比进行分配，算出各柱的剪力，再求出柱端的弯矩，利用节点平衡求出梁端弯矩。1.9.3 内力组合第一：荷载组合。荷载组合简化如下：（1）恒荷载+活荷载、（2）恒荷载+风荷载、（3）恒荷载+活荷载+风荷载、（4）恒荷载+地震荷载+活荷载。第二：控制截面及不利内力。框架梁柱应进行组合的层一般为顶上二层，底层，混凝土强度、截面尺寸有改变层及体系反弯点所在层。框架梁控制截面及不利内力为：支座截面，Mmax，Vmax，跨中

21、截面，Mmax。框架柱控制截面为每层上、下截面，每截面组合：Mmax及相应的N、V，Nmax及相应M、V，Nmin及相应M、V。1.10 基础设计在荷载作用下，建筑物的地基、基础和上部结构3部分彼此联系、相互制约。设计时应根据地质资料，综合考虑地基基础上部结构的相互作用与施工条件，通过经济条件比较，选取安全可靠、经济合理、技术先进和施工简便的地基基础方案。根据上部结构、工程地质、施工等因素，优先选用整体性较好的独立基础。1.11 施工材料第一：本工程中所采用的钢筋箍筋为级钢，fy=210N/m,主筋为级钢，fy=300N/m。第二：柱梁钢筋混凝土保护层为35mm,板为15mm。第三：钢筋的锚固

22、和搭接按国家现行规范执行。第四：本工程所有混凝土强度等级均为C30。第五：墙体外墙及疏散楼梯间采用240厚蒸压灰砂砖。第六：当门窗洞宽1000mm时,应采用钢筋砖过梁,两端伸入支座370并弯直钩;门窗洞宽1000mm时,设置钢筋混凝土过梁。1.12 施工要求及其他设计说明第一：本工程上部楼板设计时未考虑较大施工堆载（均布），当外荷载达到3.0Kn/m时，应采取可靠措施予以保护。第二：本工程女儿墙压顶圈梁为240mm120mm，内配48，F6250，构造柱为240mm240mm，内配410，6250，间隔不大于2000mm第三；施工缝接缝应认真处理，在混凝土浇筑前必须清除杂物，洗净湿润，在刷2度

23、纯水泥浆后，用高一级的水泥沙浆接头，再浇筑混凝土。第四：未详尽说明处，按相关规范执行。2 设计计算书2.1 设计原始资料（1）.冬季主导风向东北平均风速2.6 m/s，夏季主导风向东南平均风速2.6 m/s，最大风速23.7 m/s。(2).常年地下水位低于-1.3m，水质对混凝土没有侵蚀作用。(3).最大积雪厚度0.32m，基本雪压SO=0.4KN/M2,基本风压WO=0.4 KN/M2,土壤最大冻结深度0.09m。(4).抗震设防烈度7度，设计地震分组第三组.(5).地质条件序号岩石名称厚度Fak(MPa)1耕土1.1-2黏土2.82503黏土9.41102.2 结构布置及计算简图 根据该

24、房屋的使用功能及建筑设计的需求，进行了建筑平面、立面、及剖面设计其各层建筑平面剖面示意图如建筑设计图，主体结构4层，层高均为3.9m。填充墙面采用240 mm厚的灰砂砖砌筑，门为木门，窗为铝合金窗，门窗洞口尺寸见门窗表。楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取130mm，梁载面高度按梁跨度的1/121/8估算，由此估算的梁载面尺寸见表1，表中还给出柱板的砱强度等级。C30（fc=14.3N/mm2，ft=1.43N/mm2）表1 梁截面尺寸层次砼强度横梁（bh）纵梁(bh)AB跨BC跨CD跨1-4C30300600250500300600250500柱载面尺寸可根据式N=FgEn AcN

25、/UNfc估算表2查得该框架结构在30m以下，抚震得级为三级，其轴压比值UN=0.9表2 抗震等级分类结构类型烈 度6789框架结构高度/m30303030303025框架四三三二二一一剧场、体育等三二一一表3 轴压比限值结构类型 抗 震 等 级一二三框架结构0.70.80.9柱截面尺寸：柱截面高度可取h=（1/15-1/20）H，H为层高；柱截面高度可取b=（1-2/3）h，并按下述方法进行初步估算。a） 框架柱承受竖向荷载为主时，可先按负荷面积估算出柱轴力，再按轴心受压柱验算。考虑到弯矩影响，适当将柱轴力乘以1.2-1.4的放大系数。b） 对于有抗震设防要求的框架结构,为保证柱有足够的延性

26、,需要限制柱的轴压比,柱截面面积应满足下列要求。 c) 框架柱截面高度不宜小于400mm,宽度不宜小于350mm。为避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比不宜大于4。根据上述规定并综合考虑其他因素，设计柱截面尺寸取值统一取500500mm。基础采用柱下条形基础，基础+距离室外地平0.5，室内外高差为0.45,框架结构计算简图如图所示，取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板底，2-4层柱高度即为层高3.9m，底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即h1=3.9+0.45+0.5=4.85m。框架计算简图见图1。图1 框架计算简图2.3 荷载计算2.3.1 恒载标准值计算屋面：刚性防水屋面(有

27、保温层) ：豫J01-2005 12/7 40厚C20细石砼内配直径4间距150双向钢筋 0.8 kN/m2 20厚1:3水泥砂浆找平 0.02x20=0.4kN/m2 70厚水泥防水珍珠岩块或沥青珍珠岩保温层 0.07x10=0.7 kN/m2 20厚1:3水泥砂浆找平层 0.02x20=0.4 kN/m2100 厚结构层 0.1x25=2.5 kN/m212厚板底抹灰 0.012x20=2.5 kN/m2合 计 4.82kN/m2楼面：水磨石地面(10mm面层,20mm水泥砂浆打底，素水泥打底)0.65kN/m2130厚钢筋砼板 250.13=3.25 kN/m212厚水泥沙浆0.0122

28、0=2.5 kN/m2 合 计 4.14 kN/m2梁自重：边跨梁 bXh=300600mm梁自重 250.3(0.6-0.13)=3.75kN/m抹灰层：12厚水泥砂浆0.012(0.6-0.13)2+0.0120.3200.312kN/m 合计 4.062kN/m2中间跨梁 bXh=250500mm梁自重 250.25(0.5-0.13)=3.00kN/m抹灰层：12厚水泥砂浆0.012(0.5-0.13)2+0.0120.25200.26kN/m 合计 3.26kN/m2柱自重：bXh=500500mm柱自重 250.500.50=6.25kN/m抹灰层：12厚水泥砂浆 0.0120.5

29、04200.48kN/m 合计 6.73kN/m外纵墙自重：标准层：纵墙（240灰砂砖） 18(3.9-0.5-1.8)0.24=6.48kN/m铝合金门窗 0.351.8 =0.63kN/m水泥粉刷外墙面 0.36(3.60-1.80)=0.756kN/m水泥粉刷内墙面 0.36(3.60-1.80)=0.756kN/m合计 8.622kN/m2底层：纵墙（240灰砂砖） 18(4.85-1.80-0.50-0.40)0.24=9.288kN/m铝合金门窗 0.351.8=0.63kN/m釉面砖外墙面 0.5(4.35-1.80-0.50)=1.025kN/m水泥粉刷内墙面 0.756kN/

30、m合计 11.70kN/m内纵墙自重：标准层：纵墙（240灰砂砖） 18(3.90-0.50)0.24=14.688kN/m水泥粉刷墙面0.36(3.90-0.5)2.00=2.448kN/m合计 17.136kN/m2底层：纵墙（240灰砂砖） 18(4.85-0.50-0.40)0.24=17.06kN/m水泥粉刷墙面 0.363.902=2.808kN/m合计 19.87kN/m2.3.2 活荷载标准值计算第一：面和楼屋面活荷载标准值根据荷载规范查得：上人屋面 2.0楼面：教室 2.0走道 2.5第二：雪荷载 0.4屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取大值。2.3.3 竖向荷载下框架受

31、荷总图本次设计的教学楼纵向柱距为4.50m,横梁跨度为6.90m，单区格板为4.50m6.90m。L1/L2=1.52所以按双向板传递荷载，板上荷载分配如图所示。图2 板面荷载分配图图3 计算单元的选取第一：A-B轴间框架屋面板荷载：板传至梁上的三角形和梯形荷载等效为均布荷载 恒载 活载 楼面板荷载：恒载 活载 梁自重 A-B轴间框架梁均布荷载： 屋面梁 恒载=梁自重+板传荷载 活载=板传荷载 楼面梁 恒载=梁自重+板传荷载 活载=板传荷载 第二：B-C轴间框架梁均布荷载：屋面板传荷载：恒载 活载 楼面板荷载：恒载 活载 梁自重 B-C轴间框架梁均布荷载： 屋面梁 恒载=梁自重+板传荷载 活载

32、=板传荷载 楼面梁 恒载=梁自重+板传荷载+墙自重 活载=板传荷载 第三：C-D轴间框架梁均布板荷载同A-B轴第四：A柱纵向集中荷载计算顶层柱： 女儿墙自重(做法:墙高 900mm,100mm砼压顶) 顶层柱恒载=梁自重+板传荷载+板传荷载 标准层柱：标准层柱恒载=墙自重 +梁自重+板传荷载 第五：B柱纵向集中荷载计算顶层柱：顶层柱恒载=梁自重+板传荷载 标准层柱：标准层柱恒载=内纵墙自重+梁自重+板传荷载 基础顶面恒载=底层内总墙+基础梁自重 结构在进行梁柱的布置时柱轴线与梁的轴线不重合，因此柱的竖向荷载对柱存在偏心。框架的竖向荷载及偏心距如图4所示。图4 框架竖向荷载图2.3.4 重力荷载

33、代表值计算结构的重力荷载代表值应取结构和构件自重标准值加上各可变荷载组合值，即其中可变荷载为雪荷载 屋面活载 楼面活载：教室 走道 （1） 屋面处的重力荷载代表值的计算女儿墙的计算 屋面板结构层及构造层自重的标准层 顶层的墙重 （2） 其余层楼面处重力荷载代表值计算（3） 底层楼面处重力荷载代表值计算（4） 屋顶雪荷载标准值 （5） 楼面活荷载标准值 （6） 总重力荷载标准值 2.4 地震作用计算2.4.1 横向框架侧移刚度计算横梁线刚度ib计算过程见下表4，柱线刚度ic计算见表5。表4 横梁线刚度ib计算表层次类 别Ec/(N/mm2)bh/mm2Io/mm4L/mmEcIo/L(N.mm)

34、1.5EcIo/L2EcIo/L1-4AB跨3.01043006005.410963002571010 3.8510105141010BC跨3.0104250500261092100371101055710107431010表5 柱线刚度ic计算表层次hc/mmEc/(N/mm2)bh/mm2Ic/mm4EcIc/hc/(N.mm)148503.010450050032210102-439003.01045005004001010取BC跨梁的相对线刚度为1.0，则其他为：AB 跨 BC跨 1层柱 2-4层柱相对刚度I 0.69 1.0 0.43 0.54框架梁柱的相对线刚度如图4，作为计算各节

35、点杆端弯矩分配系数的依据。图5 计算简图柱的侧移刚度按式D=c计算，式由系数c为柱侧移刚度修正系数，由相关的表可查，根据梁柱线刚度比的不同。例如，中框架柱分中柱和边柱，边柱梁分中柱和边柱等，现以第2层B-3柱的侧移刚度计算为例，其余见表6表6 框架柱侧移刚度A ,D轴中框架边柱层次线刚度(一般层)(一般层)根数( 底层)(底层)132210101580.581954462-440010101 .270.388122456A-1,5、D-1,5轴边框架边柱层次cDi根数132210101 .190.53870642-440010100950.32100994B C轴中框架中柱层次cDi根数132210104360.7641255062-440010103140.611192786B C轴