铁道桥梁专业毕业设计.doc

目录1 绪论12 设计资料32.1气象条件32.2基本资料32.3建筑做法32.4活荷载42.5所用材料43 结构布置及计算简图的确定53.1结构平面布置图53.2结构计算简图64 荷载计算64.1 恒荷载计算64.2活荷载计算144.3 风荷载计算154.4 重力荷载代表值计算165 内力分析175.1 水平地震作用下内力计算175.2恒载作用下内力计算215.3活载作用下内力计算235.4风荷载作用下内力计算246 内力组合266.1 梁内力组合266.2 柱内力组合287 框架梁、柱截面设计297.1框架梁截面设计297.2框架柱的截面设计338 楼板配筋设计388.1结构布置388.2C区格双向板设计（以顶层楼面板设计为例）388.3次梁的计算419 楼梯设计439.1平面布置439.2 梯段板设计439.3 PTB-1平台板设计469.4 平台梁设计47结论：49致谢：50参考文献51总结52英文翻译601 绪论根据设计材料提供的建筑场地的地质条件及所在地区的抗震烈度，确定出拟建建筑物的抗震等级为二级，建筑物的设计过程包括建筑设计和结构设计两部分，我们主要以结构设计为主。建筑设计部分：考虑了各种因素对建筑物的影响，采用了能够满足多方面使用要求，又比较经济、合理、美观、适用的方案。在进行设计的过程中，满足了规范对学生宿舍楼的高宽比、隔音、安全出口、消防、节能等要求。结构设计部分：分别从结构体系、结构总体布置、屋盖的结构方案、基础方案的选择及结构计算等多方面进行了论述。结构计算大致分为以下几个步骤：构件布置：按建筑方案中的平、立、剖面进行设计，确定各构件的截面及布置，绘出结构计算简图并初选梁、柱截面。荷载统计：在选截面的基础上，按从上倒下的顺序进行，在荷载的取值按各房间的使用功能及位置查找荷载规范，完成恒载及活载的统计，并求出重力荷载代表值。框架水平地震作用下侧移验算：先算出各个构件的侧移刚度，再根据顶点位移法计算结构的自振周期，按底部剪力法求水平地震剪力，顶点无附加水平地震作用。横向框架内力分析：分析了横向框架在水平地震剪力和竖向荷载作用下的内力。用弯矩二次分配法计算梁端、柱端弯矩、剪力。内力组合：对恒载、活载及地震作用下横向框架的内力进行组合，找出最不利的内力组合，作为对框架梁、柱进行截面设计，和截面配筋计算的依据。板的设计：用弹性理论对板进行设计，求出板的配筋。设计成果：平面图四张，立面、剖面一张，楼梯剖面、楼梯配筋图、楼梯详图及楼板配筋图一张。楼、屋盖的结构布置、横向框架、纵向框架配筋图各一张，墙身大样图一张，建筑总说明及结构总说明等。计算机应用：使用了AUTO CAD、EXCL表格制作和WORD进行了排版设计。在设计过程中我严格按照现行建筑设计规范和现行结构设计规范进行设计，并取一榀框架进行内力配筋计算，绘制建筑施工图和结构施工图，在设计的过程中我还参考了有关的教材和图集，房建、混凝土结构、抗震等，但是由于我们的水平有限和经验的缺乏，以及资料的不足，还有许多不合宜之处，希望各位老师提出批评指正。2 设计资料2.1气象条件冬季采暖室外计算温度-9度。主导风向：西南、东北风，冬季以北风、西北风为主；夏季以偏风、东北风为主。基本风压0.45kN/m2。基本雪压：0.40kN/m2。年降雨量：570.3mm；雨季集中在降水集中在78月份月份。土壤最大冻结深度0.7m。2.2基本资料本建筑为唐山市远大保险公司办公楼，共3层，室内地面标高：±0.000，室外标高：-0.450m，采用现浇钢筋混凝土框架结构。设计使用年限50年建筑总面积1732.8m2结构安全等级二级结构层数地上3层结构重要性系数1.0结构形式框架结构抗震设防烈度8度框架抗震等级二级设计特征周期0.55s场地类别类抗震构造措施二级地基承载力100kPa2.3建筑做法墙身做法：内外墙厚均为200mm，±0.000以上采用MU2.5陶粒空心砌块（容重不大于8kN/m3），M5混合砂浆砌筑，内粉刷20mm 厚石灰砂浆，喷内墙涂料。外墙为剁假石墙面。±0.000以下采用MU1.0烧结页岩砖，M7.5水泥砂浆砌筑。楼面做法：10mm 厚花岗岩面层20mm 厚1:2.5 水泥砂浆找平层钢筋混凝土楼面板楼板底面为20mm厚纸筋灰石灰打底，涂料两度。屋面做法：水泥炉渣2%找坡，20厚1：2.5水泥砂浆找平，二粘三油防水层上铺小豆石干铺100mm 厚加气混凝土保温层，表面平整扫净铺油毛毡隔离层一道，40厚C25刚性防水层钢筋混凝土屋面板粉底（喷涂料）卫生间做法：防滑地砖10厚，20厚1：2.5水泥砂浆粘结层，高分子防水卷材一层大于等于1.2厚，20厚1：2.5水泥砂浆向地漏找坡，现浇钢筋混凝土板，楼板底面20厚纸筋灰石灰打底，涂料两度。门窗做法：门庭处为铝合金门，其他均为木门、塑钢窗。其他说明：女儿墙厚200mm，高500mm，采用陶粒空心砌块砌筑。除标高单位为m以外，其余均为mm。2.4活荷载屋面活荷载2.0kN/,办公室楼面活荷载2.0kN/，走廊楼面活荷载2.5kN/2.5所用材料混凝土C30: ，； HPB235级钢筋:； HRB335级钢筋: ， 。3 结构布置及计算简图的确定图3.1 结构平面布置3.1结构平面布置图结构平面布置图如图3.1所示，各梁柱截面尺寸确定如下：边跨梁（AB、CD跨）：取h=l/8l/12,取h=600,b=250中跨梁（CD跨） ：取h= l/8l/12，取400,b=250边柱（A轴、D轴）连系梁：取h=600,b=250中柱（B轴、C轴）连系梁: 取h=600,b=250次梁：取h=l/8l/12，取h=200,b=500对于多层民用框架结构，一般可通过满足轴压比限值进行截面设计。本设计中房屋高度H<30，抗震等级为二级，轴压比取0.8，各层重力代表值近似取12/。由图2-1可知：边柱、中柱的受荷面积分别为A=6.3×6.3/2=19.85，A=6.3×（2.4+6.3）/2=27.41，则竖向荷载下柱截面面积为：边柱：Nv=1.3×6.3×6.3/2×12×103×3=928746/Ac928746/(0.8×11.9)=97557.4mm2中柱：Nv=1.25×6.3×（2.4+6.3）/2×12×103×3=1233225/ Ac1233225/(0.8×11.9) =129540.4mm2选柱截面为3.2结构计算简图根据地质资料确定基础顶面离室外地面为700，由此求得底层高为4.75，取号轴线横向框架计算简图如图3.2所示。图3.2 结构计算简图4 荷载计算4.1 恒荷载计算梁重： b×h=250×600mm2 3.13kN/m b×h=250×400mm2 1.88kN/m b×h=200×500mm2 2.00kN/m柱：自重+粉刷内柱：b×h=500×500mm2 6.66kN/m 外柱：b×h=500×500mm2 6.81kN/m墙体：自重+粉刷内墙： 1.68kN/m外墙： 1.84kN/m4.1.1屋面框架梁线荷载标准值水泥炉渣2%找坡（140mm厚）：0.14÷2×12=0.84 kN/m220mm厚水泥砂浆找平：0.02×20=0.4 kN/m2二粘三油防水层上铺小豆石：0.3 kN/m2100mm 厚加气混凝土保温层：0.1×6=0.6 kN/m240mm厚C25刚性防水层：0.04×22=0.88 kN/m2100mm钢筋混凝土屋面板：0.1×25=2.5 kN/m2 屋面恒荷 6.56 kN/m2边跨框架梁自重： 3.13 梁侧粉刷： 2×（0.6-0.1）×0.02×17=0.34中跨框架梁自重： 1.88 梁侧粉刷： 2×（0.4-0.1）×0.02×17=0.20因此，作用在顶层框架梁上的线荷载为：g3AB1=g3CD1=3.47g3BC1=2.08g3AB2=g3CD2= 1/2×3.0×5.57=8.36g3BC3= g3CD3=1/2×3.3×5.57=10.82等效后：g3AB= g3CD=3.47+8.36+(12×0.2622+0.2623)×9.19=19.924.1.2楼面框架梁线荷载标准值10mm 厚花岗岩面层： 0.01×15.4=0.15 kN/m220mm 厚水泥砂浆找平层： 0.02×20=0.4 kN/m2100mm钢筋混凝土楼面板： 0.1×25=2.5 kN/m220mm厚纸筋灰石灰打底： 0.02×16=0.32 kN/m2 楼面恒荷 3.37 kN/m2边跨框架梁自重及粉刷： 3.47 边跨跨填充墙自重及粉刷： 1.68×3=5.04中跨框架梁自重及粉刷： 2.08 因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为：gAB1=3.47+5.04= 8.51gBC1=2.08gAB2= 1/2×3.0×3.37=5.06gAB3 =1/2×3.3×3.37=5.56等效后：gAB= 8.51+5.06+(12×0.2622+0.2623)×5.56=18.474.1.3卫生间楼面框架梁线荷载标准值防滑地砖10厚： 0.55 20厚1：2.5水泥砂浆粘结层： 0.02×20=0.420厚1：2.5水泥砂浆向地漏找坡： 0.02×20=0.4100厚现浇钢筋混凝土板： 0.1×25=2.5楼板底面20厚纸筋灰石灰： 0.02×16=0.32 卫生间楼面恒荷 4.17kN/m2因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为：gCD1=8.51gCD2= 1/2×3.0×4.17=6.26gCD3=1/2×3.3×4.17=6.88等效后：gAB= 8.51+6.26+(12×0.2622+0.2623)×6.88=20.834.1.4屋面框架节点集中荷载标准值边柱：连系梁自重： 3.47×6.3=21.42kN500高女儿墙自重： 1.84×0.5×6.3=5.08kN次梁传连系梁集中荷载： 1/4×6.3×3.0×5.57+ (6.3-3.3+6.3)×3.3/2×5.57/4+2.27×1/4×6.3=51.26kN连系梁传递板荷载： 1/2×3.3×1/2×3.3×5.57=15.16kN 顶层边节点集中荷载 G3A= G3D=93.62 kN 中柱：连系梁自重： 21.42kN 次梁传连系梁集中荷载： 51.26kN 连系梁传板： 2.4/2×6.3×5.57+15.16=63.91kN 顶层中节点集中荷载 G3B= G3C=130.28 kN4.1.5楼面框架节点集中荷载标准值边柱：连系梁自重： 21.42 kN 框架柱自重： 6.81×3.6=24.52 kN窗墙重及粉刷： 3×(6.30.5)2×1.8×1.8 ×1.84+2×1.8×1.8×0.4=22.68kN次次梁传连系梁集中： 1/4×3×6.3×3.37+1/2×(6.3+6.33.3) ×3.3×1/2×1/2×3.37+2.27×1/4×6.3=32.42kN 连系梁传板荷载： 1/2×3.3×3.3×3.37=9.17kN 楼板边节点集中荷载 GA=110.21 kN中柱：连系梁自重： 21.42 kN 框架柱自重： 6.66×3.6=23.98 kN窗墙重及粉刷： 3×(6.30.5)2.1×1.2 ×1.68+2.1×1.2×0.2=26.01kN次次梁传连系梁集中荷载: 32.42kN 连系梁传板荷载： 9.17+1/2×2.4×6.3×3.37=34.65kN 楼面中节点集中荷载 GB=138.48kN 4.1.6卫生间楼面框架节点集中荷载标准值边柱：连系梁自重： 21.42 kN 框架柱自重： 24.52 kN 窗墙重及粉刷： 3×(6.30.5)1.8×1.8-1.2×0.9 ×1.84+(1.8×1.8+1.2×0.9)×0.4=26.45kN次次梁传连系梁集中荷载: 1/4×3×6.3×3.37+1/2×(6.3+6.33.3) ×3.3×1/2×1/2×4.17+2.27×1/4×6.3+1.68×1/4×6.3×3=43.43kN连系梁传板荷载： 1/2×3.3×3.3×4.17=11.35kN 楼板边节点集中荷载 GD=127.17 kN 中柱：连系梁自重： 21.42 kN 框架柱自重： 23.98 kN 窗墙重及粉刷： 26.01kN 次次梁传连系梁集中荷载: 43.43kN 连系梁传板荷载： 11.35+1/2×2.4×6.3×3.37=36.83kN 楼面中节点集中荷载 GC=1151.67 kN汇总以上计算结果可得本框架在恒荷载作用下的计算简图如图3-1。图3-1 恒荷载作用下的计算简图4.2活荷载计算P3AB1= P3CD1= 1/2×3×2=3.0P3AB2= P3CD2=1/2×3.3×2=3.3P3AB= P3CD=3.0+(1-2×0.2622+0.2623) ×3.3=5.91 kN/mP3BC= 0PAB1=PCD1= P3AB1=3.0PAB2=PCD2= P3AB2=3.3PAB= 5.91 kN/mPBC=0P3A=P3D=1/2×3.3×1/2×3.3×2+1/2×(6.3-3.3+6.3)×3.3/2×1/2×2+1/4×3.0×6.3×2=19.14 P3B=P3C=19.14+1/2×2.4×6.3×2=34.26KNPA=PD=19.14PB=PC=19.14+1/2×2.4×6.3×2.5 =38.04汇总以上计算结果可得本框架在活荷载作用下的计算简图如图3-2。图3-2 活荷载作用下的计算简图4.3 风荷载计算由式（3-1）可算得风荷载的面荷载。 （3-1）其中因结构高度H<30且高宽比<1.5，故可取1.0；对于矩形平面1.3；由规范查得 。将风荷载换算成作用框架每层节点的集中荷载，计算过程如表3-1所示。表3-1 风荷载计算层次Z(m)()A()P()31.01.311.250.740.4514.496.2721.01.37.650.740.4522.689.8211.01.34.050.740.4522.689.82本框架在风荷载作用下的计算简图如图33。图4.3 风荷载作用下的计算简图（）4.4 重力荷载代表值计算由设计资料可知，该工程所在地地震设防烈度为8度，框架抗震等级为二级、类场地，因此，本框架结构抗震模型可表示3个集中质量的多自由度体系，各层楼盖、屋盖处的集中荷载代表值计算如下：G3=屋面恒载+0.5屋面雪载+屋面纵横梁自重+屋面下半层的柱及墙体自重+女儿墙自重=5.57×6.3×15.2+0.5×0.4×6.3×15.2+3.47×(6.3×2+6.3×4)+2.27×6.3×2+2.08×2.4+(6.81+6.66) ×2×1.8+(1.2×6.3×6-1.8×1.8×3×2.1×1.2-2.1×0.9×2) ×1.68+0.5×1.84×6.3×2=828Kn同理：G1= 843 kN ； G2=843 kN5 内力分析5.1 水平地震作用下内力计算5.1.1 框架刚度计算 因为在计算结构地震作用时，需要确定结构假想位移，所以先计算框架刚度。考虑到现浇楼板作用，在计算梁的惯性矩时，取边跨框架梁惯性矩，中跨框架梁惯性矩，为矩形截面梁的截面惯性矩，框架采用C30混凝土（×106）。AB跨 梁： i=2EC/12×250×6003/6300=142.858×104 EC (mm3)BC跨 梁： i=2 EC /12×250×4003/2400=111.112×104 EC (mm3)上部各层柱： i= EC /12×500×5003/3600=144.676×104 EC (mm3)底 层 柱： i= EC /12×500×5003/4750=109.649×104 EC (mm3)5.1.2 结构基本自振周期计算本工程主体结构的总高度为<40，且质量和刚度沿高度方向分布比较均匀，可以采用底部剪力法计算水平地震作用，为此须事先确定结构基本自振周期。现采用顶点位移法计算，其计算过程列于表5.1和表5.2。表5.1 横向框架柱侧向刚度D值计算表23层柱类型Kb/2Kc= /（2+ ）各柱刚度D根数外柱0.990.33132612内柱1.760.47188872D642961层柱类型=Kb/Kc= (0.5+)/（2+ ）各柱刚度D根数外柱1.30.5697992内柱2.320.65113742D42346表5.2横向框架顶点位移计算表层号Gi/kNGi/kND/kN/m层间相对位移=Gi/Di/m3828828642960.01290.095928431671642960.0260.8318432414423460.0570.57取调整系数0=0.8则， T1=1.7=1.7×0.8×0.09591/2=0.42s5.1.3 多遇水平地震作用标准值计算本结构为8度近震、类场地，查抗震规范可得：因为0.1T1Tg ,所以,=max=0.16。 T1=0.42s1.4 Tg，故不需考虑顶部附加水平地震作用，结构的底部剪力为Geq=0.85Gi=0.85×2414=2051.9kNFEk= Geq×1=0.16×2051.9=328.3kN各层水平地震作用按式（4-1）计算 i=1,2,n （4-1）各楼层地震作用标准值和地震剪力标准值的计算结果是F1=62.79，F2=110.38，F3=155.13；V1=155.13，V2=265.51，V3=328.35.1.4 横向框架弹性变形验算多遇地震作用下，横向框架层间的弹性验算结果见表5.3所示，其中楼层间的地震剪力应取标准值。从表中验算知，因此，多遇水平地震作用的变形验算满足要求。表5.3 层间弹性位移验算层号层间剪力层间刚度层高3155.13642960.00243.61/15001/5502265.51642960.00413.61/8781328.3423460.00784.751/6085.1.5 水平地震作用下横向框架内力分析利用D值法计算出各柱剪力和反弯点高度见表5.4,5.5；根据剪力值和反弯点高度求得柱端弯矩，根据节点平衡可求得梁端弯矩，弯矩图最终结果见图5.1。根据剪力、轴力、弯矩的关系可求得剪力、轴力图如图5.22。表5.4 各柱剪力层号层间剪力层间刚度柱刚度柱剪力外柱内柱外柱内柱3155.131326118887642963245.572265.5113261188876429654.76781328.39799113744234675.9788.18表5.5反弯点高度层号321柱外柱内柱外柱内柱外柱内柱0.40.4380.450.4880.7750.585Y=h1.441.581.621.763.682.78图5.1 水平地震作用下弯矩图（左震）图5.2 水平地震作用下剪力、轴力图5.2恒载作用下内力计算载由矩形均布荷载和梯形两部分组成，先将梯形均布荷载等效成矩形均布荷载。由固端弯矩相等原则可知:梯形： (4-2)前面荷载统计已等效完成。（=0.262）为简化计算中间层和底层恒荷载按卫生间统一取值，由结构的对称性取计算简图如图5.3对二层以上各柱线刚度乘以0.9的系数后再计算分配系数。（1） 顶层内力计算过程见图4-3；（2） 标准层内力计算过程见图4-4；（3） 底层内力计算过程见图4-5。 图5.3 顶层内力计算 图5.4 标准层内力计算 图5.5 底层内力计算 图5.6 恒载作用修正后弯矩图 （） 图5.7 恒载作用剪力、轴力图 （）将以上各单元计算结果叠加可得弯矩。将叠加后的弯矩不平衡节点进行再次分配，修正后的弯矩图如图5.6，进而可求得框架各梁、柱的剪力和轴力如图5.7。5.3活载作用下内力计算与恒载作用同理，可得活载作用下计算弯矩图，梁、柱的剪力和轴力图如图5.8、5.9。图5.8 活载作用弯矩图（）图5.9 活载作用剪力、轴力图 ()5.4风荷载作用下内力计算利用反弯点法计算结构在风荷载下的内力。风荷载作用下框架的弯矩、剪力、轴力图见图4-10、4-11。计算结果见表4-6。表4-6 风荷载下的柱端弯矩层次边柱中柱D/DVyiMUMLD/DVyiMUML30.251.571.802.832.830.251.571.802.832.8320.254.021.807.247.240.254.021.87.247.2410.256.483.1720.5420.540.256.483.1720.5410.26 图4-10 风荷载作用弯矩图（左风） ()图4-15 风荷载作用剪力、轴力图 ()6 内力组合6.1 梁内力组合梁内力组合见表6.1。梁最不利组合如表6.2所示。表6.2 梁最不利组合分类 组合规则梁编号Vb无地震组合可变荷载控制=1.2×+1.4×+0.6×1.4×1-72.97 69.13 -73.55 95.02 2-73.47 59.87 -74.67 93.05 3-48.18 89.88 -59.90 88.03 4-19.91 -13.60 -19.91 7.74 5-15.62 -11.48 -15.62 5.47 6-21.72 -19.49 -21.72 3.24 永久荷载控=1.35×+0.7×1.4×+0.6×1.4×1-71.86 72.61 -72.30 96.53 2-72.95 62.61 -73.83 94.53 3-47.34 94.17 -58.70 88.87 4-19.59 -13.14 -19.59 8.04 5-15.14 -10.86 -15.14 5.76 6-21.16 -18.75 -21.16 3.54 有地震组合=1.2×+1.3×1155.48 62.49 155.94 149.19 -250.96 -262.74 2132.81 73.66 85.72 134.51 -240.45 -200.66 346.53 91.57 13.75 98.81 -120.72 -108.23 4128.33 -10.69 128.33 150.12 -152.12 -152.12 587.28 -8.71 87.28 104.69 -107.11 -107.11 624.89 -15.22 24.89 46.08 -58.14 -58.14 表6.1 梁内力组合荷载类型梁编号Mlb0MlbMcbMrbMrb0Vb0Vb恒荷载AB1-54.97-32.6345.54-36.50-59.8160.4556.72AB2-61.01-37.5339.5-39.79-63.8460.1356.4AB3-44.99-25.3860.98-32.19-53.5156.2153.08BC1-10.61-8.09-7.09-8.09-10.612.51.98BC2-8.66-6.53-5.53-6.53-8.662.51.98BC3-14.48-11.19-10.01-11.19-14.482.51.98活荷载AB1-22.04-14.307.98-16.00-24.1617.4616.65AB2-22.46-14.647.58-16.20-24.4117.4316.62AB3-18.08-11.0711.56-14.34-22.1717.7716.96BC1-4.55-3.64-3.64-3.64-4.55-BC2-4.33-3.46-3.46-3.46-4.33-BC3-6.67-5.34-5.34-5.34-6.67-重力荷载AB1-65.99-39.7849.53-44.50-71.89-65.05AB2-72.24-44.8543.29-47.89-76.05-64.71AB3-54.03-30.9166.76-39.36-64.60-61.56BC1-12.89-9.91-8.91-9.91-12.89-1.98BC2-10.83-8.26-7.26-8.26-10.83-1.98BC3-17.82-13.86-12.68-13.86-17.82-