三十六中学2号教学楼设计毕业设计计算书.doc

毕业设计框架结构体系设计大连市第三十六中学2号教学楼设计学 生 姓 名： 万 骞 指导教师： 王志云 专业名称： 土木工程 所在学院： 海洋与土木工程学院 2012年6月摘 要本次设计题目为框架结构体系设计大连市第三十六中学2号教学楼设计，设计内容包括建筑设计以及结构设计两大部分，其中以结构设计为主，包括了荷载计算，竖向荷载内力分析，水平荷载内力分析，内力组合，框架配筋，板配筋，基础设计和板式楼梯的计算等八大板块。同时通过PKPM进行了结构分析参照，配合CAD进行设计制图，最终圆满的完成了本次毕业设计。本次毕业设计主要运用大学四年所学的知识，解决现实中的问题。从而使我们更深一步的了解我们所学的知识。 关键词： 教学楼; 框架； AbstractThis design subject multi-storey teaching building the framework - the thrity-six high school in Dalian, the design includes architectural design and structural design of two parts, of which the main structural design, including load calculations, vertical load force analysis, the level of internal force load analysis, internal force composition, frame reinforcement, reinforcement plates, base plate design and the calculation of stairs eight blocks. At the same time structural analysis carried out by PKPM reference design with CAD drawing, the most important successful completion of this graduation project. The main use of university graduation four years have learned to solve real problems. So that our deeper understanding of what we learned.Key words: Teaching Building; framework;目录摘 要IAbstractII前 言1第一章 方案论述21.1建筑方案论述21.1.1设计依据21.1.2设计内容、建筑面积、标高21.1.3层间构成和布置21.1.4采光和通风31.1.5防火及安全31.1.6各部分工程构造31.1.7本建筑设计的主要特点41.2 结构方案论述51.2.1基本资料51.2.2结构尺寸及采用的材料61.2.3荷载种类及其组合71.2.4计算方法7第二章 荷载计算82.1荷载汇集及截面尺寸的选取82.1.1 截面尺寸选取82.1.2 荷载汇集2第三章 竖向荷载作用下的内力分析73.1.荷载传递路线73.2恒载73.3活荷载83.4框架计算简图93.5 梁固端弯矩103.6内力分配系数计算113.7弯矩分配与传递12第四章 水平荷载作用下的框架内力分析204.1梁线刚度214.2柱的侧移刚度214.3水平地震作用分析224.5风荷载作用下的框架内力分析28第五章 荷载组合及最不利内力确定325.1梁的内力组合345.1.1梁端弯矩的调幅345.1.2控制截面内力计算365.1.3梁控制截面的内力组合405.2柱控制截面的内力组合46第六章 框架结构配筋计算506.1框架梁配筋计算516.1.1截面尺寸516.1.2材料强度516.1.3配筋率516.1.4计算公式516.2框架柱配筋计算576.2.1截面尺寸576.2.2材料强度576.2.3框架柱端弯矩和剪力调整576.2.4框架柱配筋计算58第七章 现浇板配筋计算627.1荷载计算637.2配筋计算63第八章 基础设计648.1地基承载力验算668.2基础抗冲切验算668.3基础底面配筋计算67第九章 板式楼梯计算679.1梯斜板689.1.1板厚689.1.2荷载699.1.3截面设计699.2平台板计算709.2.1荷载计算709.2.2截面设计709.2.3平台梁计算719.2.4靠近墙平台梁72技术经济分析72结 论74参考文献75致 谢78文献综述79前 言本次我的毕业设计的题目是框架结构体系设计，结构形式为现浇钢筋混凝土结构。此次设计的目的旨在通过综合运用大学四年中所学到的专业知识，充分利用图书馆，现代网络等现有资源完成一个包括建筑方案和结构方案的确定，结构计算，建筑施工图和结构施工图的绘制以及经济技术分析，中英文摘要等内容的一个完整的设计任务，从而让我们通过设计了解建筑设计的一般过程，掌握建筑设计的全部内容，同时也可以培养我们综合运用基础理论和基本技能的能力，分析和解决实际问题的能力，还可以掌握AutCAD绘图设计软件，以及office等办公软件的操作。更重要的是通过这次设计还可以让我们对大学所学的知识进行一次全面的融合，这是对我们大学这四年来所学知识的一次具体的运用，对我将来以后走上工作岗位的帮助是很大的。第一章 方案论述1.1建筑方案论述1.1.1设计依据（1） 依据土木工程专业毕业设计任务书。（2） 遵照国家规定的现行相关设计规范。1.1.2设计内容、建筑面积、标高（1）本次设计的题目为“框架结构体系设计大连市第三十六中学2号教学楼设计。”（2）本建筑主体结构为四层，层高均为3.6m 。建筑面积：8000m2。 （3）室内外高差0.450m，室外地面标高为-0.450m。 1.1.3层间构成和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。1.1.4采光和通风 本建筑主体结构采用回式结构，建筑中的房间，主要都采用了开大窗的形式，足以满足建筑对采光和通风的要求，为同学老师上课办公提供了一个舒适的环境。由于是本建筑地北方，窗户大会影响到建筑的保温和节能，因此采用双层中空玻璃塑钢窗，更好的满足采光要求.1.1.5防火及安全 防火和安全是现代建筑中的一个需要重点考虑的因素。在本设计中，楼梯宽度，房间门的宽度，走道长度，采光等均严格按照国家建筑防火规范进行设计，满足防火疏散的要求。1.1.6各部分工程构造（1） 屋面：为不上人屋面 防水层：改性沥青防水层 20mm厚1:3水泥沙浆找平层 80mm厚苯板保温层 150mm焦渣找坡100mm厚钢筋混凝土板20mm厚混合砂浆抹灰（2） 楼面：水磨石地面 100mm厚钢筋混凝土板（3） 卫生间：面砖地面20mm厚水泥砂浆保护层 防水剂（2道）15mm厚水泥砂浆找平100mm厚钢筋混凝土板（4）室外台阶： 花岗岩条石 30厚1：3干硬性水泥砂浆结合层 100厚C15现浇混凝土 300厚中粗砂垫层（5）墙体： 外墙 20厚1：3水泥砂浆抹灰 370厚空心砖墙体 20厚水泥砂浆抹面 内墙 20厚1：3水泥砂浆抹灰 180厚空心砖 楼梯间240实心砖墙 20厚水泥砂浆抹面（6）门窗构件： 本建筑中窗均采用塑钢窗，门均采用实木门。1.1.7本建筑设计的主要特点 本建筑的主要特点为U形建筑。各功能区分区清晰，结构形式较为简单，建筑外墙面采用白色墙砖装饰能够给人一种简洁明快，朝气蓬勃的感觉。主体结构是四层，房间布置合理，经济实用。1.2 结构方案论述1.2.1基本资料（1）抗震条件：本工程抗震设防烈度为7度（0.1g）。（2）气象条件：该地区基本雪荷载0.40kN/m2，基本风压：0.6kN/m2. （3）工程地质条件：类场地, 地基土持力层为均匀弱风化岩层,承载力为400KPa,地下水位-6.0M ,水质无侵蚀性。（1）结构形式目前，多层建筑结构中常采用的结构形式有砌体结构，钢筋混凝土结构和钢结构，这三种结构各有它们自己的特点。砌体结构以砖墙为主体，加配钢筋混凝土圈梁和构造柱，因此可根据各地情况的特点因地制宜、就地取材、降低造价，是理想的多层建筑结构形式。但是由于砌体结构由砖墙承重决定了它的开间和进深受到了一定的限制，而且砌体结构对抗震也非常不利。而本设计又是一个位于抗震7度设防地区的综合楼工程，这就决定了本设计不适合采用砌体结构。钢结构具有强度高、构件重量轻、平面布置灵活、抗震性能好施工速度快等特点。但由于我国钢产量不多，而且施工技术也不是很成熟，因此钢结构建筑造价特别高，因此目前钢结构通常用于跨度大、高度大、荷载大、动力作用大的各种建筑及其他土木工程结构中，而很少运用于五，六层的商业或办公建筑中，因此本设计也不适合采用钢结构。现浇钢筋混凝土框架结构是一种抗震性能好，施工技术成熟，原材料资源丰富，成本和能耗较低，可模性、整体性、刚性，防火性能和耐久性能均较好的结构形式，而且框架结构具有房间布局灵活等特点。所以现浇钢筋混凝土框架结构已经成为现代工程建设中的主要结构型式。正因为现浇钢筋混凝土框架结构有这些特点，而且随着商品混凝土、钢模板和一些新的施工工艺的涌现，现浇框架结构的建筑周期极大缩短、施工质量明显提高、建筑造价不断降低，这些符合了的结构特点和施工要求，符合当地的施工条件，所以本设计将现浇钢筋混凝土框架结构作为其主要结构形式。 （2）基础形式基础可以分成深基础和浅基础。考虑到本建筑自重较小，地质条件良好，从技术需要的角度考虑选择天然地基上的浅基础。目前多层框架结构中最常用的浅基础形式有无筋扩展基础，柱下钢筋混凝土独立基础，柱下钢筋混凝土条形基础。其中无筋扩展基础是刚性基础，所选材料抗拉强度大但抗拉和抗弯强度很低，设计时，要求一定的刚性角，所以基础相对很高，基坑深度加大，基底压力增加，也不利于抗震。柱下钢筋混凝土条形基础则多用于处理地基软弱而荷载又较大时的工程问题。根据本工程的地质勘测资料显示，本工程地下水位比较深。另外，地下土层地质良好，没有软弱层，而且地下都是弱风化岩层，地基承载力比较高，因此采用施工方便，技术成熟的柱下独立基础更为经济适用。1.2.2结构尺寸及采用的材料 框架柱，梁及楼板，楼梯等均为现浇混凝土结构：（1）框架柱框架柱截面尺寸为500500mm。采用C30混凝土；纵筋采用HRB335级钢筋，箍筋采用HPB235级钢筋。 （2）框架梁框架横梁截面尺寸为300700mm，框架纵梁截面尺寸为300600mm，采用C25混凝土；纵筋采用HRB335级钢筋，箍筋采用HPB235级钢筋。（3）现浇板房间的现浇楼板板厚度为100mm，走廊的现浇板厚度为100mm，采用C25级混凝土；HPB235级钢筋。（4）基础基础形式为钢筋混凝土柱下独立基础，基础底面尺寸为20002000mm，基础高度为2mm，混凝土强度等级为C25；采用HRB335级钢筋。基础底做100mm厚C15混凝土垫层。（5）楼梯楼梯为现浇折板式楼梯，并设有平台梁，楼梯踏步宽度为300mm，高度为150mm，楼梯斜板厚度为130mm，混凝土强度等级为C25，采用HPB235级钢筋。平台梁截面尺寸为200400mm，混凝土强度等级为C25，纵向钢筋采用HRB335级钢筋，箍筋采用HPB235级钢筋。（6）墙体填充墙，外墙300mm厚空心砖墙，内墙240mm厚空心砖,楼梯间采用240实心砖墙；砂浆等级为M5。1.2.3荷载种类及其组合 （1）荷载种类 荷载可分为恒荷载，活荷载，风荷载和地震荷载，其中地震荷载在设计中只考虑水平地震荷载，不考虑竖向地震荷载。（2）荷载组合在荷载组合中分别考虑无地震作用下的组合和有地震作用下的组合。其中梁端取最大负弯矩和最大正弯矩所对应的组合，以及最大剪力所对应的组合；梁跨中取最大正弯矩对应的组合；柱取最大弯矩绝对值，最大轴力和最小轴力三者所对应的组合。1.2.4计算方法用底部剪力法计算水平地震作用；用D值法计算框架结构在水平地震作用下的内力；用力矩二次分配法计算竖向荷载作用下的框架内力。第二章 荷载计算2.1荷载汇集及截面尺寸的选取2.1.1 截面尺寸选取（1）框架柱：根据轴压比公式初步估定柱截面尺寸：N/fcbh0.9（三级框架） （框架柱的负荷面积内恒载按10kN/m2初估，活载为0kN/m2）Nc =GS W Nc 式中， G=1.2; 设计防震要求7度，取值为1.0 ；S柱的楼面负荷面积；W-单位楼面面积上竖向载取14KN/m2 Nc柱截面以上楼层数包括楼盖由AN/0.9fc 取 bc=hc=500×500mm（2）框架梁：由挠度、裂度控制 h=(1/81/12)l b=(1/21/3)h 选定横向框架梁截面尺寸为bb×hb=300mm×700mm 选定纵向框架梁截面尺寸为bb×hb=300mm×600mm选定次梁截面尺寸为 bb×hb=250mm×500mm；（3）楼板厚度：1/50×3900=78mm 取h=100mm 楼梯板选为130mm2.1.2 荷载汇集（1）恒载 1）屋面（不上人）： 改性沥青防水层 0.3kN/m2 20mm厚1：3水泥砂浆找平 20×0.02=0.4kN/m2 100mm厚再生聚苯乙烯板保温 3.5×0.1=0.35kN/m2 焦渣找坡最薄处30mm 平均厚120 mm 10×0.12=1.2kN/m2 100mm厚钢筋混凝土板 25×0.10=2.5kN/m2 20mm厚板下抹灰 17×0.02=0.34kN/m2 =5.10kN/m22）楼面： 水磨石地面 0.65kN/m2100mm厚钢筋混凝土板 2.50kN/m220mm厚板下混合砂浆抹灰 0.34kN/m2 =3.5kN/m23）梁重：（考虑梁上抹灰，取梁自重26kN/m3）横向框架梁：26×0.70×0.3=5.46kN/m纵向框架梁：26×0.60×0.3=4.68kN/m4）墙重：（砌体与抹灰之和） 外墙： 底 层：19×0.3=5.7 kN/m2 其他层：10.3×0.3=3.09 kN/m2 内墙： 底 层：19×0.24=4.56 kN/m2 其他层：10.3×0.24=2.472 kN/m2 抹灰：外墙面外抹灰：20厚水泥砂浆 0.40kN/m2 外墙面内抹灰及内墙面抹灰：20厚石灰砂浆 0.34 kN/m2总墙重：外墙：3.09+0.4+0.34=3.83 kN/m2 内墙：2.472+0.34×2=3.152 kN/m25）柱：27×0.50×0.50=6.75kN/m（考虑到柱子抹灰，取柱子自重27kN/m3）6）门、窗： 门：0.2kN/m2 窗：0.4kN/m2（2）活荷载：上人屋面 2.0楼面：教室 2.0闭架书库 辅助书架 5.5开架阅览室 3.0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。 基本风压 0.6 2.计算简图及层数划分如图：计算简图及层数划分 3.各层重力荷载代表值计算如下：重力荷载G4算(五层上半层) 女 儿 墙：现浇钢筋混凝土，高度0.9M，厚度0.10M 26 kN/m3×245m×0.10M×0.9M=573.3 kN屋面自重： 5.10 kN/m2×52.7m×19.8m = 5311.65 kN纵向框架梁: 4.68 kN/m×52.7m×4根= 986.54kN横向框架梁：5.46 kN/m×19.8m×10根= 1081.08kN 次梁： 3.25kN/m×8.4m×13根=448.6kN 柱 子： 6.75 kN/m3×3.6m/2×40根=486 kN外 墙： 3.83×3.6/2×245-2.1×1.0×25=1488kN内 墙： 3.125×3.6/2×(105.4+8.4×1.2)-(25×1.1×0.3+14×1.5×1.0)=713.05 kN窗重量： 0.4×2.1×1.0×25=21 kN门重量： 0.2×29.25=5.85kN三层上半层的恒载 恒= G4 恒 三层上半层的活载：考虑抗震取雪载0.4kN/m2 ，(无震组合取屋面施工荷载0.5kN/m2) 活=0.4kN/m2×（52.7×19.8）=626.08kN= G5活G4=恒+0.5活= G5恒+0.5 G5活 =10451.6kN重力荷载G3算 (三层下半层+二层上半层)：三层下半层柱 子：6.75×40×3.6/2=486 kN外 墙：3.83×3.6/2×245-2.1×0.8×50=1528.17kN内 墙：3.125×3.6/2×（104.5+8.4×12）-（25×1.1×1.8+14×1.5×0.8）=961 kN窗重量：0.4×2.1×0.8×25= 16.8kN门重量：0.2×66.3=13.26kN恒3=3005.23 kN二层上半层楼板自重：3.5×52.7×19.8=3652.11 kN 纵向框架梁：4.68×52.7×4=986.54 kN 横向框架梁：5.46×19.8×10=1081.08kN 柱 子： 6.75×3.6/2=486 kN外 墙： 3.83×3.6/2×245-2.1×1.0×25=1488kN内 墙： 3.125×3.6/2×(105.4+8.4×1.2)-(25×1.1×0.3+14×1.5×1.0)=713.05 kN窗重量： 0.4×2.1×1.0×25=21 kN 门重量： 0.2×29.25=5.85kN 恒4上=8433.63 恒= G3 活=2×8.4×42×2+2.5×3×(52.7+16.8)+2.5×8.4×2.4+5.5×7.2×19.8=2766.93=G4活G3=恒+0.5活= G4恒+0.5 G4活=13270.93kNG3 = G2 =13270.9kNG4=10451.6 kNG3=13270.93kNG2=13270.93kNG1=14192.06kN第三章 竖向荷载作用下的内力分析 弯矩二次分配法是一种近似计算方法，即将各节点的不平衡弯矩同时作分配和传递，并以两次分配为限。3.1.荷载传递路线荷载传递路线3.2恒载（1）屋面梁上线荷载标准值：梁重： 左跨梁 0.3×0.7×26=5.46kN/m右跨梁 0.3×0.7×26=5.46kN/m屋面板荷载：屋面板左边跨为。3×8.4m，属于单向板，为均布荷载：右边跨为3×8.4m，属于单向板，为均布形荷载：屋面梁上线荷载标准值为：左边跨：g1=5.10×3+5.46=20.76kN/m中间跨：g3=5.46kN/m右边跨：g2=5.10×3+5.46=20.76kN/m（2）楼面梁上线荷载标准值： 左边跨：g3=3.5×3+5.46+3.6×3.152=27.31kN/m右边跨：g4=3.5×3+5.46+3.6×3.152=27.31kN/m3.3活荷载（1）屋面 左边跨 q1=0.4×3=1.2 kN/m 右边跨 q2=0.4×3=1.2 kN/m（2）楼面 左边跨 q3=2.0×3=6.0kN/m 右边跨 q4=2.0×3=6.0kN/m 中间跨 q5=2.5×3=7.5kN/m3.4框架计算简图框架恒载与活载计算简图3.5 梁固端弯矩梁端弯矩以绕杆端顺时针为正，反之为负 M固=QL2/12 4-1表4-1竖向荷载作用下框架的固端弯矩左右左 边 跨中 间 跨右 边 跨跨度均布荷载固端弯矩跨度均布荷载固端弯矩跨度均布荷载固端弯矩左右左右左右恒载 顶层8.420.76-122.07122.0735.46-4.0954.0958.420.76-122.07其他层8.427.31-160.58160.5835.46-4.0954.0958.427.31-160.58160.58活载顶层8.41.2-7.0567.05631.2-0.90.98.41.2-7.0567.056其他层8.46-35.2835.2837.5-5.6255.6258.46-35.2835.283.6内力分配系数计算线刚度S及相对线刚度计算线刚度S及相对线刚度构件名称线刚度S（ KN/m³）相对线刚度框架梁左边跨3.6 0.84右边跨3.6 0.84中间跨10.082.34框架柱25层4.311层2.90.673.7弯矩分配与传递方法：首先将各点的分配系数填在相应方框内，将梁的固端弯矩填写框架横梁相应位置上，然后将节点放松，把各节点不平衡弯矩同时进行分配。假定远端固定进行传递（不向滑动端传递），右（左）梁分配弯矩向左（右）梁传递，上（下）分配弯矩向下（上）柱传递（传递系数均为0.5）。第一次分配弯矩传递后，再进行分配系数计算： 横载作用下的弯矩分配：下柱悬臂右梁上柱下柱左梁右梁上柱下柱左梁右梁上柱下柱左梁悬臂上柱0.540.460.240.20.560.240.560.20.540.4600-122.1122.1-4.0954.095-122.1122.1065.918056.152-28.3-23.6-66.0828.32166.08323.601-65.934-56.166028.1050-11.8-15.728.0833.04115.651-33.04-28.08-28.10511.80050-8.8040-7.5-10.9-9.09-25.4610.91425.4659.09488.804437.50007085.2180-85.22-54.9117.5-62.654.88562.602-117.5-85.23585.234600.3500.30.350.190.160.450.20.190.450.160.20.350.300.350-160.6160.6-4.0954.095-160.6160.6056.21048.1856.21-29.7-25-70.43-31.329.73670.42725.04131.3-56.21-48.180-56.2128.1050-12.5232.959-15.724.0935.214-14.1615.651-35.21-24.0914.16-28.10512.52040-32.97-16.990-14.56-16.99-5.6-4.72-13.27-5.8995.603613.2724.71885.89916.993114.5655016.99367.3250-139.572.179-51154.9-52.58-51.3650.9952.58-154.951.36-67.322139.5060-72.180.3500.30.350.190.160.450.20.190.450.160.20.350.300.350-160.6160.6-4.0954.095-160.6160.6056.21048.1856.21-29.7-25-70.43-31.329.73670.42725.04131.3-56.21-48.180-56.2132.120-12.5228.105-16.424.0935.214-14.8716.433-35.21-24.0914.87-32.1212.52040-28.11-16.70-14.31-16.7-5.32-4.48-12.6-5.6015.320512.6014.48045.60116.696614.3114016.69771.6330-139.367.618-51.5155.2-51.91-51.7751.48951.91-155.251.77-71.633139.2520-67.620.2700.330.40.140.170.480.210.140.480.170.210.270.3300.40-160.6160.6-4.0954.095-160.6160.6043.362052.99864.24-21.9-26.6-75.12-32.8721.91175.12226.60632.87-43.362-52.9980-64.2400-13.328.105026.537.561-14.870-37.56-26.514.87013.30290-28.11-3.9970-4.885-5.921-6.89-8.36-23.61-10.336.886923.6128.362710.333.996564.8846805.920839.3650-125.886.424-28.8152.1-65.27-58.0628.79865.268-152.158.06-39.365125.790-86.4219.68 -14.4014.40 -19.68活载作用下的弯矩分配下柱悬臂右梁上柱下柱左梁右梁上柱下柱左梁右梁上柱下柱左梁悬臂上柱0.540.460.240.20.560.240.560.20.540.4600-7.0567.056-0.90.9-7.0567.05603.810203.2458-1.48-1.23-3.4471.47743.44741.2312-3.8102-3.245806.1740-0.616-2.971.6231.72372.9657-1.724-1.623-6.1740.61560-3.0020-2.557-0.09-0.08-0.2130.09140.21330.07623.001542.5568606.98270-6.983-4.537.371-2.8374.53452.837-7.372-6.98276.982700.3500.30.350.190.160.450.20.190.450.160.20.350.300.350-35.2835.28-5.6255.623-35.2835.28012.348010.58412.348-5.63-4.74-13.34-5.9315.634813.3464.74515.931-12.348-10.5840-12.356.1740-2.3721.9051-2.975.2926.6728-0.7392.9655-6.672-5.2920.739-6.1742.372560-1.905-1.9970-1.712-1.997-1.57-1.32-3.717-1.6521.56943.71711.32161.6521.99731.7119701.997316.5250-28.7812.256-10.234.51-16.01-8.32210.1716.013-34.518.322-16.52528.78050-12.260.3500.30.350.190.