四层教学楼计算书.doc

四层教学楼计算书 郑州华信学院本科毕业计任务书院系： 建筑工程学院 专业： 土木工程 班级： 08土木工程班学号： 0803110728 姓名： 周扬 指导教师： 刘伟一、毕业设计（论文）题目河南交通职业技术学院建工系教学楼二、毕业设计（论文）工作内容与基本要求（一）毕业设计目标：通过毕业设计，应能达到培养学生综合分析和解决问题的能力、独立工作的能力以及严谨扎实的工作作风等目的，为其将来走上工作岗位，顺利完成工作任务奠定基础。（二）选题背景：框架结构具有建筑平面布置灵活，室内空间大等优点。本课题选择河南交通职业技术学院建工系教学楼作为毕业设计内容，既有现实意义，又有实际工程背景，是十分重要的实践教学环节。通过本课题可使学生尽早了解房屋设计全程，为毕业参加实践打下初步基础，同时也可提高运用所学知识的综合能力。（三）项目概况：建设地点：拟建建筑位于郑州市白沙园区河南交通职业技术学院校内；项目概况：本项目为河南交通职业技术学院建工系教学楼，建筑面积4000平方米，建筑层数为4-6层，框架结构；设计要求：合理确定平面柱网尺寸；布置房间；确定楼梯数量、位置；满足室内采光、通风要求；建筑房间要求：值班室、收发室、普通教室、合班教室、多媒体教室、资料室、制图室、教研室、教师休息室、会议室、配电室、厕所等；建筑标准：建筑等级二级，耐火等级二级，层高3.9m。基本资料：基本雪压0.4KN/，准永久值系数0.2；基本风压0.45KN/。场地类别：类。表层为耕植土，厚度0.50.7米，其下为粉质粘土，塑性指数10.5，液性指数0.25。承载力特征值为120Kpa，基础形式为条形基础。（四）途径方法：教师辅导，学生自主查阅资料，结合参观相关建筑实例。学生应参观一定数第 1 页 共 117 页 量的实际工程，了解类似工程的最新进展；同时收集必要的设计规范、手册及参考书籍，掌握AUTOCAD与PKPM等绘图及结构分析软件的使用。要求完成建筑设计与上部结构设计。建筑设计要满足建筑功能、消防功能以及其它安全方面的要求，完成建筑平面、立面、剖面等基本设计任务；上部结构设计是毕业设计的主要 毕业设计（论文）时间：2012 年 2 月 14 日至 2012 年 5月 25 日第 2 页 共 117 页 计 划 答 辩 时 间： 2012 年 5 月 28 日 专业（教研室）审批意见： 第 3 页 共 117 页 审批人签名： 郑州华信学院毕业设计开题报告表 第 4 页 共 117 页 第 5 页 共 117 页 第 6 页 共 117 页 课题性质指：1.理论研究；2.应用（实验）研究；3.工程设计；4.软件设计；5.其他； 第 7 页 共 117 页 摘要. 101 绪论. 111.1工程概况. 112.建筑做法. 112.1设计说明. 112.2概述. 112.3建筑平面设计. 122.3卫生间. 122.5门、窗. 122.6楼梯. 122.7建筑立面设计. 122.8剖面设计. 123.结构选型. 134.框架计算简图及梁柱线刚度. 134.1 计算单元的选取. 134.2 梁柱截面初选：. 134.3 结构计算简图. 155.荷载计算. 175.1恒荷载标准值计算. 175.2 活荷载标准值计算. 205.3竖向荷载下框架受荷载总图. 215.4 水平地震作用. 266.内力计算. 326.1 恒载作用下结构的内力计算. 326.2活载作用下的内力计算. 396.3 重力荷载代表值作用下的内力计算. 436.4 横向水平地震作用下的内力计算. 487.内力组合. 548.截面设计. 54第 8 页 共 117 页 8.1 框架横梁截面设计. 548.2 框架柱截面设计(抗震等级为三级） . 618.3次梁截面设计. 798.4板的设计. 819.楼梯设计. 859.1设计资料. 859.2踏步板(TB)设计 . 869.3 平台板设计. 879.4 平台梁设计. 8810.基础设计. 9010.1作用在基础顶面的荷载计算. 9010.2 A轴柱基础计算. 9310.3 BC联合基础计算 . 97 10.4 D轴柱基础计算. 100 致谢. 104第 9 页 共 117 页 摘要本设计为河南交通职业技术学院建工系教学楼，主体为五层框架结构。包括建筑设计和结构设计两部分。建筑设计包括建筑的平面图，立面图，剖面图，以及建筑说明图。结构计算内容有荷载计算，内力计算，内力组合，截面计算，基础设计等几方面。在确定计算简图之后，选取一榀框架进行计算，进行了重力荷载代表值的计算,通过顶点位移法求出自振周期，按底部剪力法计算水平地震荷载作用大小，用D值法求出在水平地震作用和风荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。用分层法计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力，由所得的内力进行内力组合，找出最不利的一组或几组内力组合进行梁、柱的配筋计算并绘图。屋面为不上人屋面，采用双向板设计。基础采用柱下独立基础，包括荷载计算，基础承载力计算。 关键词 结构设计；框架；抗震设计；基础第 10 页 共 117 页 1 绪论1.1工程概况1.1.1设计资料本工程为五层钢筋混凝土框架结构教学楼设计，建筑面积4000平方米。主要功能和要求：普通教室，制图室，资料室，教研室，多媒体教室，综合教室，卫生间,配电室，制图室，档案室，教师休息室，资料室，收发室等。设计要考虑动静分区、交通便捷顺畅、采光、通风、防火等内容，同时必须满足现行规范要求。1.1.2自然条件地质情况：该处地层分布均匀、土层良好，在8度范围内无可液化土层，地基承载力满足建筑物采用浅基础设计所需，地基承载力Fak=170kPa。气象条件：基本风压：0.45kN/m2，基本雪压0.40 kN/m2抗震设防烈度：郑州市的地震基本烈度为7度（50年超越概率10），建筑地震影响按近震，场地类别按类。建筑抗震设计规范（GB50011-2001）中确定郑州地震抗震设防烈度为7度，建筑物抗震等级为III级设计基本地震加速度0.10g。 2.建筑做法2.1设计说明在进行设计之前，充分的熟悉了设计任务书并进了调研，对施工现场进行了实地考察，并结合本工程的特点、当前教学楼设计的动态和方向，充分研究之后开始进行设计。本设计满足现行标准和规范规定，能够满足使用功能和要求。2.2概述在进行教学楼设计时，综合考虑了使用功能、结构类型、施工工艺和特点、建筑艺术等问题，合理安排了建筑内部各种使用功能和使用空间，并使建筑与周围外部环境相协调。教室的设计充分考虑了使用功能和要求，满足采光、通风、视觉和听觉等要求，前后设置门洞满足紧急疏散要求。走廊的设计充分考虑了每层的人流量保障畅通无阻。第 11 页 共 117 页 2.3建筑平面设计在熟悉使用空间及其使用要求的基础上，进一步分析建筑整体的使用要求，分析各使用空间之间及使用空间与交通联系空间之间的相互关系，综合考虑技术、经济和建筑艺术等方面的要求，结合整体规划、场地环境等具体条件，将各使用空间和交通联系空间在水平方向上相互联系和结合，组成一个有机的建筑整体。2.3卫生间卫生间层层设置并满足使用要求，带有洗手功能。2.5门、窗门窗：外窗采用塑钢门窗，门为玻璃门2.6楼梯楼梯结构：采用钢筋混凝土板式楼梯。2.7建筑立面设计建筑的立面设计是在符合使用功能和结构构造等要求的前提下对建筑空间造型的进一步美化，运用建筑造型和立面构图的一些规律，紧密结合平面、剖面的内部空间组合而进行的。本设计在立面上看起来显的比较简单，但是在墙面的装饰上，用分格条把这个立面分隔成若干块，显的比较质朴。整个立面大体上采用了两种形式的窗户，较大的截面尺寸使得整个建筑显的很稳重。总体上说，整个建筑在立面设计上力求达到活泼、简洁、朴素、典雅的效果。通过对空间的综合利用，以端庄朴实无华的形象来表达教学建筑的丰富文化内涵，达到形式和内容的统一，使环境得到改善。2.8剖面设计建筑剖面设计的实质是对使用空间、交通联系空间进行竖向的组合布局。建筑剖面设计和建筑的使用、造价、节约用地等有很大的关系，而且要结合平面一起考虑，才能有助于剖面设计的完成。层高是剖面设计的重要数据，是工程常用的控制尺寸。本设计中层高的确定除了考虑室内净高与结构、构造所需的高度外，还使其符合建筑模数的要求。 第 12 页 共 117 页 图1-1 结构平面布置图 3.结构选型结构体系选型：采用钢筋混凝土现浇框架结构体系。详见图（1-1）。屋面结构：采用现浇混凝土肋型屋盖。刚柔性相结合的屋面，屋面板厚120mm。楼面结构：采用现浇混凝土肋型楼盖，楼面板厚120mm。楼梯结构：采用钢筋混凝土板式楼梯。4.框架计算简图及梁柱线刚度4.1 计算单元的选取框架计算单元如图（1-1）所示，取轴上的一榀框架计算。假设框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。由于各层柱的截面尺寸不变，故梁跨等于柱截面形心轴之间的距离。底层柱高从基础顶面算至二层楼面。4.2 梁柱截面初选：4.2.1梁截面初选框架梁： 房间主梁h=ç且h³l15=750015æ1è141ö1öæ1l=÷ç÷´7500=536mm937.5mm8øè148ø =300mm第 13 页 共 117 页 取主梁尺寸b=450mm，h=700mm。房间次梁 h=(118112)l=417mm625mm且h³l25=300mm取次梁尺寸 b=300mm，h=500mm。走廊横梁 h=(且h³118112)l=417mm625mm l15=270015=180mm为防止梁两侧截面差异过大，取走廊横梁尺寸b=300mm，h=500mm。 4.2.2柱截面初选建筑总高度按15.6m计算，小于30m高的现浇框架结构，设防烈度7度，查抗震设计规范，该框架为三级抗震。最大轴压比0.85，假定各层采用C40混凝土，查得C40：fc=19.1N/mm2，估算负载最大的中柱，每平方米荷载为12kN/m2。竖向荷载产生的轴力估计值：Nv=1.25´12´(1.35+3.75)´8.4´4=2570.4KN/m 2水平荷载增大系数按1.1估算，即：Nv=1.1´2570.4=2827.44KN/m2Ac³2827.44´100.85´19.13=174157.0mm 2故取柱截面为正方形，根据上述计算结果并综合考虑，本设计A轴、B轴、C轴、D轴各柱截面尺寸从底层到顶层都取为450mm×450mm。构件尺寸选取见图（4-1）第 14 页 共 117 页 图4-1 结构构件初选图4.3 结构计算简图基础顶面标高为-0.50m，计算简图如图（4-2）所示。各梁柱线刚度经计算后示于图（4-2）中。其中，在求梁截面惯性矩时，考虑到现浇板的作用，对于中框架梁取I=2Io，对于边框架梁取I=1.5Io。1.5E´17500´450´7003横向边框架梁：iAB=iCD=1.5E´1=25.73´103-4E(m)3iBC=27001´450´700=71.46´103-4E(m)32E´´450´7007500横向中框架梁：iAB=iCD2E´1=34.30´103-4E(m)3´300´5002700iBC=纵向边框架梁:=23.20´10-4E(m)3第 15 页 共 117 页 1.5E´i1=1.5E´i2=1.5E´i3=184001´700´450=22.97´103-43E(m)312660017500´700´450=29.23´103-4E(m) 3´700´450=25.73´10-4E(m)3E´1底层边柱：i=E´4550´4504=7.50´104-4E(m) 31底层中柱：i=4550´500=7.50´101´4504-4E(m) 3E´其余边柱、中柱：i=3600=9.5´10-4E(m) 3 第 16 页 共 117 页 图4-2 梁柱线刚度示意图 / ´10-4Em35.荷载计算5.1恒荷载标准值计算5.1.1屋面中南标 屋17 2.18kN/m22结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.12´25=3.0kN/m抹灰层：中南标 顶2 0.15kN/m2 合 计： 5.33kN2/ m5.1.2标准层楼面2中南标 楼6 0.65kN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.12´25=3.0kN/m抹灰层：中南标 顶2 0.15kN2/ m合 计： 3.80kN2/ m5.1.3各层卫生间楼面中南标 楼33 2.26kN2/ m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.12´25=3.0kN/m抹灰层：中南标 顶2 0.15kN2/ m合 计： 5.41kN2/ m5.1.4梁自重主梁：b´h=450mm´700mm梁自重 25×0.45×（0.7-0.12）=6.53kN/m 抹灰层：中南标顶2 0.15×(0.7-0.12)×2+0.45=0.24kN/m 合 计： 6.67kN/m次梁、走廊横梁 b´h=300mm´500mm梁自重 25×0.3×(0.50-0.12)=2.85kN/m 抹灰层：中南标顶2合 计： 0.15×(0.50-0.12)×2+0.3=0.16kN/m 3.01kN/m第 17 页 共 117 页 5.1.5柱自重b×h=450mm×450mm柱自重 25×0.45×0.45=5.06kN/m 抹灰层：中南标 0.02×0.45×4×17=0.61kN/m 合 计： 5.67kN/m5.1.6 A、D纵墙自重标准层纵墙+铝合金门窗（7.5-0.45）×(3.6-0.7)-2.7×2.1×2 ×0.2×6+2.7×2.1×0.35/7.5=1.72kN/m 合 计：底 层纵墙+铝合金门窗（7.5-0.45）×(4.55-0.7-0.5)-2.7×2.1×2 ×0.2×6+2.7×2.1×0.35/7.5=2.23kN/m 2.7×2.1×2×0.5/7.5=0.82kN/m合 计：3.70kN/m5.1.7 B、C轴纵墙自重 标准层纵墙+铝合金门窗（7.5-0.45）×(3.6-0.7)-1×2.1×2 ×0.2×6+1×2.1×0.35×2/7.5=2.80kN/m 2×（7.5-0.45）×(3.6-0.7)-1×2.1×2×0.02×20/7.5=1.73kN/m 合 计：4.53kN/m第 18 页 共 117 页 底 层纵墙+铝合金门窗（7.5-0.45）×(4.55-0.7-0.5)-1×2.1×2 ×0.2×6+1×2.1×0.35×2/7.5=3.27kN/m 2×（7.5-0.45）×(4.55-0.7-0.5)-1×2.1×2×0.02×20/7.5=2.07kN/m 合 计：5.37kN/m5.1.8 外横墙自重标准层横墙+铝合金门窗(7.5-0.45)×(3.6-0.7) ×0.2×6/7.5=3.27kN/m (7.5-0.45)×(3.6-0.6) ×0.02×20/7.5=1.09kN/m 外墙6 (7.5-0.45)×(3.6-0.6) ×0.5/7.5=1.36kN/m合 计：5.72kN/m底层：横墙+铝合金门窗(7.5-0.45)×(4.55-0.7-0.5) ×0.2×6/7.5=3.78kN/m （7.5-0.45)×(4.55-0.7-0.5) ×0.02×20/7.5=1.26kN/m 外墙6 （7.5-0.45)×(4.55-0.7-0.5) ×0.5/7.5=1.57kN/m 合 计：6.61kN/m5.1.9 （3.6-0.7）×0.2×6=3.48kN/m 2×（3.6-0.7)×0.02×20=2.32kN/m 合 计： 5.80kN/m 底层横墙 （4.55-0.7-0.5）×0.2×6=4.02kN/m第 19 页 共 117 页 2×（4.25-0.7-0.5)×0.02×20=2.68kN/m合 计： 6.70kN/m5.1.10走廊尽头墙自重标准层（2.7-0.45）×（3.6-0.7）-2.1×1.8 ×0.2×6+2.1×1.80×0.35/2.7 =1.71kN/m （2.7-0.45）×（3.6-0.7）-2.1×1.8 ×0.02×20/2.7=0.41kN/m外墙6 （2.7-0.45）×（3.6-0.7）-2.1×1.8 ×0.5/2.7= 0.51kN/m合 计：2.63kN/m底层：（2.7-0.45）×（4.55-0.7-0.5）-2.4×1.8 ×0.2×6+2.4×1.80×0.35/2.7 =1.99kN/m （2.7-0.45）×（4.55-0.7-0.5)-2.4×1.8 ×0.02×20/2.7=0.48kN/m外墙6 （2.7-0.45）×（4.55-0.7-0.5）-2.4×1.8×0.5/2.7= 0.60kN/m合 计：3.07kN/m5.1.11女儿墙墙体 1.2 ×0.2×6=1.44kN/m 混凝土压顶 2.5 ×0.1 ×0.2= 0.5kN/m 合 计： 1.94kN/5.2 活荷载标准值计算5.2.1屋面和楼面活荷载标准值根据建筑结构荷载规范（GB500092001）查得不上人屋面 0.5 kN/m2楼面：教室、试验室、会议室、厕所 2.0 kN/m2第 20 页 共 117 页 走廊、门厅、楼梯 2.5kN/m25.2.2雪荷载Sk=1.0×0.40=0.40kN/m2屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取大值。5.3竖向荷载下框架受荷载总图经计算，走廊的现浇板长边和短边之比大于3，按单向板计算；其余现浇板板块的长边与短边比均不大于3.0，宜按双向板计算，从四角出45o平分线，区格板被分为四个小块，每小块荷载传给与之相邻的的梁，见板传荷示意图(图5-1)。板传至梁上的三角形或梯形荷载等效为均布荷载(图5-2)。 图5-1 板传荷载示意图第 21 页 共 117 页 图5-2三角形及梯形荷载换算为等效均布荷载示意图5.3.1屋面板传荷情况板传至梁上的三角形荷载或梯形荷载等效为均布荷载，荷载传递图见图4-2。 a1=2.17.5=0.28 12´a1+a1=0.865 23a2=1.657.5=0.22 23 12´a2+a2=0.914AB轴间屋面板传荷载恒载：均布荷载：5.33×2.1×0.865+5.33×1.65×0.914+6.67=24.39kN/mA柱集中荷载：5.33×2.1×5/8×4.2+5.33×1.65×5/8×3.3+1.94×7.5+6.67×(7.5-0.45)+3.01×7.5×0.5+5.33×2.1×0.865×7.5×0.5+5.33×1.65×0.914×7.5×0.5=186.83kN活载：均布荷载：0.50×2.1×0.865+0.5×1.65×0.914=1.66kN/mA柱集中荷载：0.50×2.1×5/8×4.2+0.5×1.65×5/8×3.3+0.5×2.1×0.865×7.5×0.5+0.5×1.65×0.914×7.5×0.5=10.69KNBC轴间屋面板传荷载恒载：第 22 页 共 117 页 均布荷载：3.01kN/mB柱集中荷载：5.33×2.7×1/2×4.2+5.33×2.7×1/2×3.3+5.33×2.1×5/8×4.2+5.33×1.65×5/8×3.3+5.33×2.1×0.865×7.5×0.5+5.33×1.65×0.914×7.5×0.5+6.67×（7.5-0.45）=214.96kN活载：均布荷载：0kN/mB柱集中荷载：0.5×2.7×1/2×4.2+0.5×2.7×1/2×3.3+0.5×2.1×5/8×4.2+0.5×1.65×5/8×3.3+0.5×2.1×0.865×7.5×0.5+0.5×1.65×0.914×7.5×0.5=15.75kNCD轴间屋面板传荷情况和AB轴完全相同，同时C柱=B柱，D柱=A柱。5.3.2三层楼面板传荷情况AB轴间楼面板传荷载恒载：均布荷载：3.8×2.1×0.865+3.8×1.65×0.914+6.67=19.30kN/mA柱集中荷载：3.8×2.1×5/8×4.2+3.8×1.65×5/8×3.3+2.82×(7.5-0.45)+5.8×（7.5-0.45）+6.67×(7.5-0.45)+3.01×7.5×0.5+3.8×2.1×0.865×7.5×0.5+3.8×1.65×0.914×7.5×0.5=200.34kN活载：均布荷载：2×2.1×0.865+2×1.65×0.914=6.65kN/mA柱集中荷载：2×2.1×5/8×4.2+2×1.65×5/8×3.3+2×2.1×0.865×7.5×0.5+2×1.65×0.914×7.5×0.5=42.77kNBC轴间楼面板传荷载恒载：均布荷载：3.01kN/mB柱集中荷载：3.8×2.7×1/2×4.2+3.8×2.7×1/2×3.3+3.8×2.1×5/8×4.2+3.8×1.65×5/8×3.3+5.8×(7.5-0.45)+3.8×2.1×0.865×7.5×0.5+3.8×1.65×0.914×7.5×0.5+6.67×(7.5-0.45)+4.53×(7.5-0.45)=281.88kN第 23 页 共 117 页 C柱集中荷载：3.8×2.7×1/2×4.2+3.8×2.7×1/2×3.3+5.41×2.1×5/8×4.2+3.8×1.65×5/8×3.3+0.5×5.8×7.5+5.41×2.1×0.865×7.5×0.5+3.8×1