土木工程专业毕业设计.doc

土木工程 毕业设计院 系： 城市建设学院指导老师： 学生姓名： 完成日期： 摘 要本毕业设计题目是孝感市第一高级中学教学楼五层钢筋混凝土框架结构体系，该教学楼的总建筑面积大约是4571.84平方米，共五层，底层层高为3.9m，标准层层高为3.6m。本建筑采用钢筋混凝土全现浇框架结构体系。基础采用柱下独立基础。 本设计内容包括建筑设计、结构手算和两部分。其中建筑设计主要根据建筑的重要性，工程地质勘查报告，建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式，本工程采用的是框架结构。 手算部分计算书的主要内容有工程概况、构件尺寸的初步确定、框架的计算简图、荷载计算、框架横向侧移计算、框架在水平风载、竖向荷载作用下的内力计算分析和计算、内力组合、截面设计、楼梯设计及基础设计。其中计算水平地震力作用下时采用极限状态设计方法。在梁柱截面设计时要采用“强柱弱梁”原则。在设计过程中采用了手算和电算两种方式，对计算结果进行校核，及时发现设计中的错误以及与电算不同的部分，找出原因。关键词：毕业设计，教学楼，框架结构，内力组合，截面设计ABSTRACTThe graduation design topic is the five floors reinforced concrete frame of the No. 1 middle school in Xiaogan City. The total construction area of the teaching building is about 4571.84 square meters ,it has five floors , the height of the bottom floor is 3.9m,the height of the standard floor is 3.6m. The building is used cast-in-place reinforced concrete frame .And the building foundation is used an independent under-post foundation.The design includes architectural design, structural calculation. Architectural design bases on the importance of the building, engineering geological survey report, the type of construction sites, the height of the building and the number of the floors to determine the buildings structure, this project uses a frame structure.Hand-counted part of the calculations main contents include project profiles, component dimensions of the initially identified ,the framework of the structure calculation diagram ,load calculation ,calculation of the framework of horizontal lateral, the framework contained in the horizontal wind ,vertical load calculation ,analysis and calculation of internal forces ,internal force composition, cross section design, stair design and basic design. When we consider the calculation of the level of earthquake force ,we should use limit state design method. In the beam and column design ,we should obey the principle of “strong column and weak beam”.In the process of designing ,we use hand and computer computation to check the result, then we can find the errors of designing and the different part of computing ,and we will know the reasons. Key words :graduate design, teaching building, frame structure, internal force composition, cross section design.目 录摘 要IABSTRACTII1 工程概况12 设计资料12.1 气象资料12.2 地质资料12.3 抗震设防要求12.4 选用材料13 结构平面布置13.1结构平面布置图13.2框架柱截面尺寸确定24 楼板设计54.1恒荷载54.2活荷载64.3荷载设计值计算64.4屋面板配筋计算74.5楼面板配筋计算95 重力荷载计算115.1梁、柱、墙、窗门重力荷载计算115.2 重力荷载代表值135.3 框架侧移刚度计算155.4 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算165.4.1横向自振周期计算165.4.2水平地震作用及楼层地震剪力计算165.4.3 水平地震作用下的位移验算185.4.4水平地震作用下框架内力计算186 风荷载计算236.1框架梁柱线刚度计算236.2框架柱抗侧移刚度计算236.3集中风荷载标准值的计算247 竖向荷载下框架受荷总图267.1板荷载传递的计算方法确定267.2 在A-B 轴间框架梁267.3 在B-C轴间框架梁277.4 C-D轴间框架梁287.5 A轴柱纵向集中荷载的计算287.6 B轴柱纵向集中荷载的计算288 内力计算298.1 恒活荷载作用下的弯矩计算298.2 恒活荷载作用下的梁柱端剪力计算338.3 恒活荷载作用下柱轴力计算349 内力组合409.1 框架结构梁的内力组合409.2 框架结构柱的内力组合4010 构件配筋计算5310.1框架梁截面设计5310.1.1正截面受弯承载力计算5310.1.2 斜截面受剪承载力计算5810.1.3 裂缝宽度控制验算5910.1.4 受弯构件的挠度验算6010.2框架柱截面设计6110.2.1 轴压比验算6110.2.2 截面尺寸复核6210.2.3正截面受弯承载力计算6210.2.4斜截面受剪承载力计算6610.2.5裂缝宽度验算6611 楼梯设计7511.1 梯段板设计7611.2 平台板设计7711.3 平台梁设计7812 基础设计7912.1设计资料7912.2荷载计算8012.3地基承载力设计值的确定8012.4边柱独立基础设计80结 论84参考文献85致 谢861 工程概况该工程为五层框架结构体系，建筑面积为4571.84m2，建筑物平面为“一”形。走廊宽度2.4m，底层层高为3.90m，标准层层高为3.60m室内外高差0.45m，其它轴网尺寸等详见平面简图。抗震设防7度。2 设计资料2.1 气象资料主导风向：东南风，全年平均风速4.5m/s；全年平均降雨量：1112mm；最热月相对湿度：80%；雪荷载：基本雪压0.50kN/m2风荷载：基本风压0.35kN/m22.2 地质资料地下水位在地表以下2.0m处，最大冻土深度为0.8m，地基承载力：。2.3 抗震设防要求该地区基本烈度为7度，设计基本地震加速度值=0.10g，设计地震分组第一组，场地土类别为II，。 2.4 选用材料梁板柱的混凝土均选用，梁柱纵向受力筋选HRB400，箍筋选用HPB300，板受力钢筋选用HRB400。3 结构平面布置3.1结构平面布置图根据建筑功能要求及框架结构体系，通过分析荷载传递路线确定梁系布置方案。如图3-1。 图3-1柱网平面布置图3.2框架柱截面尺寸确定（1）框架梁、柱的截面尺寸应满足承载力、刚度和施工的要求，设计尺寸时可参考以往经验确定，同时满足构造要求。以下给出截面尺寸估算公式：纵向框架梁：h=(1/81/12)L= (1/81/12) ×4200(取跨度较大)=350525 L纵向外柱距， 取h=500mm b=(1/21/3)h=200300，考虑抗震取b=250mm 横向边跨梁：h=(1/81/12)L= (1/81/12) ×7500(取跨度较大)=625937.5 L纵向外柱距， 取h=700mm b=(1/21/3)h=233.3350，考虑抗震取b=300mm横向中跨梁：取h=400mm，b=300mm （2）柱的截面尺寸：式中：根据抗震设防烈度为7度时取0.85，边柱取1.3，不等跨内柱取1.25， gE各层的重力荷载代表值取14kN/m2S柱的负荷面积，如图3-2所示，对于边柱为4.20×3.75=15.75m2，对于中柱为4.20×4.95=20.79m2 图3-2柱的负荷面积边柱=117.91×103mm2中柱=149.66×103mm2如取柱截面为矩形，初选柱的截面尺寸为：边柱为b×h=500mm×500mm=250.0×103mm2>117.91×103mm2中柱为b×h=500mm×500mm=250.0×103mm2>149.66×103mm2其惯性矩（3） ×4.20m=0.093m，取楼板厚h=100mm框架的计算单元如图3-3所示，取轴的一榀框架计算。假定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，故梁跨等于轴线之间的距离。底层柱高从基础顶面算至二层楼层，基顶的标高根据地址条件室内外高差定为0.70m，一层楼面标高为3.90m，室内外高差为0.45m，故底层的柱子高度=0.70+3.90=4.60m，二层柱高楼面算至上一层楼面(即层高)故均为3.60m。由此给出框架计算简图如图3-3所示。框架截面尺寸见图3-3：图3-3 框架截面尺寸图4 楼板设计图4-1标准层楼板平面布置图采用现浇钢筋混凝土结构，把楼盖分为一些双向板和单向板，板厚取100mm。4.1恒荷载表4-1 屋（楼）面恒载计算表名称及部位用料做法厚度(mm)容重(kN/m3)重量(kN/m2)恒荷载标准值上人屋面(18.000)屋6浅色地砖30.305.40C25细石混凝土40251.00聚苯保温板303.00.09双层SBS（3+3）改性沥青防水卷材60.101:2.5水泥砂浆找平层20200.401:8水泥陶粒找2%坡，最薄处不小于2054150.81钢筋混凝土楼板100252.50板底吊顶0.20非上人屋面(21.600)屋61:2.5水泥砂浆保护层20200.403.70石灰砂浆5200.10双层SBS（3+3）改性沥青防水卷材60.101:3水泥砂浆找平层20200.40表4-1 屋（楼）面恒载计算表（续）名称及部位用料做法厚度(mm)容重(kN/m3)重量(kN/m2)恒荷载标准值钢筋混凝土楼板100252.50板底吊顶0.20铺地砖楼面（房间）（厚30mm）楼1010厚地砖铺平拍实，水泥浆擦缝10200.203.3020厚1:4干硬性水泥砂浆结合层20200.40钢筋混凝土楼板100252.50板底轻钢龙骨吊顶0.20铺地砖防水楼面(卫生间)（厚100mm）楼2710厚地砖铺平拍实，水泥浆擦缝10200.205.25卫生间25厚1:4干硬性水泥砂浆结合层25200.5015厚水泥砂浆找平层15200.3050厚C15细石砼找坡，最薄处不小于3050251.25钢筋混凝土楼板100252.50板底吊顶0.504.2活荷载 不上人层面活荷载 0.5 kN/ 房间活荷载 2.0 kN/ 楼梯活荷载 3.5 kN/ 卫生间活荷载 2.5 kN/ 走廊楼面活荷载 2.5kN/m24.3荷载设计值计算屋面板：g=5.40kN/m2×1.2=6.48kN/m2q=2.0kN/m2×1.4=2.80kN/m2g+q/2=6.48+2.80/2=7.88kN/m2q/2=2.8/2=1.4kN/m2g+q=6.48+2.80=9.28kN/m2楼面板：g=3.30kN/m2×1.2=3.96kN/m2q=2.0kN/m2×1.4=2.80kN/m2g+q/2=3.96+2.80/2=5.36kN/m2q/2=2.8/2=1.4kN/m2g+q=3.96+2.80=6.76kN/m2走廊板：g=3.30kN/m2×1.2=3.96kN/m2q=2.5kN/m2×1.4=3.50kN/m2g+q/2=3.96+3.50/2=5.71kN/m2q/2=3.50/2=1.75kN/m2g+q=3.96+3.50=7.46kN/m2卫生间板：g=5.25kN/m2×1.2=6.30kN/m2q=2.5kN/m2×1.4=3.50kN/m2g+q/2=6.30+3.50/2=8.05kN/m2q/2=3.50/2=1.75kN/m2g+q=6.30+3.50=9.80kN/m24.4屋面板配筋计算1、屋面板A的配筋计算：（1）荷载设计值：g+q/2=6.48+2.80/2=7.88kN/m2，q/2=2.8/2=1.4kN/m2，g+q=6.48+2.80=9.28kN/m2（2）计算跨度：=4.20-0.30=3.90m，=7.50-0.25=7.25m弯矩计算：跨中最大弯矩为当内支座固定时在g+q/2作用下的跨中弯矩值与内支座铰支时在q/2作用下的跨中弯矩值之和。混凝土的泊松比取；支座最大负弯矩为当内支座固定时g+q作用下的支座弯矩。=3.90/7.25=0.5379，查表得=(0.0389+0.2×0.0052)×7.88×3.902+(0.0910+0.2×0.0201)×1.40×3.902=6.80kN·m=(0.0052+0.2×0.0389)×7.88×3.902+(0.0201+0.2×0.0910)×1.40×3.902=2.37kN·m=-0.0818×9.28×3.902=-11.54kN·m=-0.0571×9.28×3.902=-8.06kN·m板保护层厚取20mm，选用10钢筋作为受力主筋，则lx短跨方向跨中截面有效高度为：76mm；ly方向跨中弯短截面有效高度为：68mm； 支座处h0均为75mm截面处弯短设计值不考虑折减，取内力臂系数=0.95，板筋选用HRB400,=360N/mm2,配筋表如下：表4-2 A区格配筋计算位置截面ho(mm)M(kN.m)As(mm2)选配钢筋实配钢筋跨中方向766.80 241.8 8200251方向682.37 101.8 8200251支座A边支座（l01向）75-11.54 449.9 10150523A边支座（l02向）76-8.06 309.9 81503352、 其余屋面板的配筋计算：表4-3弯矩值计算表BCDE2.153.91.571.9753.95.0751.9752.150.5513 0.7685 0.7949 0.9186 2.05 5.17 0.81 1.03 0.74 3.25 0.54 0.90 -3.49 -9.70 -1.53 -2.07 -2.45 -7.94 -1.28 -1.95 表4-4 屋面板配筋计算区格位置截面(mm)M(kN.m)As(mm2)选配钢筋实配钢筋B跨中方向762.05 78.7 8200251方向680.74 31.7 8200251支座支座（l01向）76-3.49 134.3 8200251支座（l02向）76-2.45 94.2 8200251C跨中方向765.17 199.0 8200251方向683.25 139.8 8200251支座支座（l01向）75-9.70 373.3 10200393支座（l02向）76-7.94 305.6 8150335D跨中方向760.81 31.0 8200251方向680.54 23.1 8200251支座支座（l01向）76-1.53 58.8 8200251支座（l02向）76-1.28 49.2 8200251E跨中方向761.03 39.7 8200251方向680.90 38.5 8200251支座支座（l01向）76-2.07 79.8 8200251支座（l02向）76-1.95 74.8 82002514.5楼面板配筋计算（1）荷载设计值：普通房间：g+q/2=5.36kN/m2，q/2=1.4kN/m2，g+q=6.76kN/m2走廊板：g+q/2=5.71kN/m2，q/2=1.75kN/m2，g+q=7.46kN/m2卫生间板：g+q/2=8.05kN/m2，q/2=1.75kN/m2，g+q=9.80kN/m2 表4-5 弯矩值计算表ABCDE2.152.153.91.571.9754.003.95.0751.9752.150.53750.5513 0.7685 0.7949 0.9186 5.28 1.80 5.61 0.87 1.12 1.87 0.67 3.54 0.58 0.97 -8.41 -2.81 -10.25 -1.61 -2.19 -5.87 -1.97 -8.39 -1.35 -2.05 表4-6 楼面板配筋计算表区格位置截面(mm)M(kN.m)As(mm2)选配钢筋实配钢筋A跨中方向765.28 203.0 8200251方向681.87 80.4 8200251支座支座（l01向）76-8.41 323.4 8200251支座（l02向）76-5.87 225.8 8200251B跨中方向761.80 69.2 8200251方向680.67 28.7 8200251支座支座（l01向）76-2.81 107.9 8200251支座（l02向）76-1.97 75.8 8200251C跨中方向765.61 215.7 8200251方向683.54 152.1 8200251支座支座（l01向）75-10.25 392.2 10200393支座（l02向）76-8.39 322.7 8200251D跨中方向760.87 33.6 8200251方向680.58 25.1 8200251表4-6 楼面板配筋计算表（续）区格位置截面(mm)M(kN.m)As(mm2)选配钢筋实配钢筋支座支座（l01向）76-1.61 62.1 8200251支座（l02向）76-1.35 52.0 8200251E跨中方向761.12 43.0 8200251方向680.97 41.8 8200251支座支座（l01向）76-2.19 84.3 8200251支座（l02向）76-2.05 79.0 82002515 重力荷载计算5.1梁、柱、墙、窗门重力荷载计算梁、柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷等计算出单位长度上重力荷载；对墙、门、窗等计算出单位面积上重力荷载。具体计算过程从略，计算结果见表5-1：表5-1 梁、柱重力荷载标准值层次构件mmm1边横梁0.30.6251.054.73 7.00 28926.10 1493.99 中横梁0.30.3251.052.36 1.90 1462.84 纵 梁0.250.4251.052.63 3.70 52505.05 柱0.50.5251.16.88 4.60 561771.00 17712边横梁0.30.6251.054.73 7.00 28926.10 1493.99 中横梁0.30.3251.052.36 1.90 1462.84 纵 梁0.250.4251.052.63 3.70 52505.05 柱0.50.5251.16.88 3.60 561386.00 13863边横梁0.30.6251.054.73 7.00 28926.10 1493.99 中横梁0.30.3251.052.36 1.90 1462.84 纵 梁0.250.4251.052.63 3.70 52505.05 柱0.50.5251.16.88 3.60 561386.00 13864边横梁0.30.6251.054.73 7.00 28926.10 1493.99 表5-1 梁、柱重力荷载标准值(续)层次构件mmm中横梁0.30.3251.052.36 1.90 1462.84 纵 梁0.250.4251.052.63 3.70 52505.05 柱0.50.5251.16.88 3.60 561386.00 13865边横梁0.30.6251.054.73 7.00 28926.10 1493.99 中横梁0.30.3251.052.36 1.90 1462.84 纵 梁0.250.4251.052.63 3.70 52505.05 柱0.50.5251.16.88 3.60 561386.00 13866边横梁0.30.6251.054.73 7.00 266.15 85.58 中横梁0.30.3251.052.36 1.90 00.00 纵 梁0.250.4251.052.63 3.70 2459.90 柱0.50.5251.16.88 3.70 41853.28 101.75外墙体为240mm厚标准砖，外墙面做保温层再瓷砖贴面（），内墙面为20mm厚抹灰，则外墙单位长度重力荷载为：0.5×(3.1×3.7-1.8×2.1)+18×0.24×(3.1×3.70-1.8×2.1)+17×0.02×(3.1×3.70-1.8×2.1)+0.35×1.8×2.1/3.70=11.08kN/m内纵墙为240mm厚蒸压加气混凝土砌块，两侧均为20mm厚抹灰，则内纵墙单位长度重力荷载为：5.5×0.24×(3.1×3.70-1.0×2.1)+17×0.02×2×(3.1×3.70-1.0×2.1)+0.35×1.0×2.1/3.70=5.26kN/m内横墙为240mm厚蒸压加气混凝土砌块，两侧均为20mm厚抹灰，则内横墙单位长度重力荷载为：5.5×0.24×2.9+17×0.02×2×2.9=5.80kN/m女儿墙体为240mm厚的普通转，外墙面刷涂料（），内面为水泥粉刷（），则女儿墙单位长度重力荷载为：18×0.24×1.2+0.5×1.2+0.36×1.2=6.22kN/m。5.2 重力荷载代表值集中于各楼层标高处的重力荷载代表值计算结果见图5-1，计算过程如下：1.第一层：=楼面恒荷载×面积=3.30×967.38=3192.35kN=纵梁自重+横梁自重=1493.99kN=第一层柱子自重/2+第二层柱子自重/2=(1771+1386)/2=1578.50kN=外纵墙自重+内纵墙自重+横墙自重=26×11.08×3.70+26×5.26×3.70+13×7.0×5.80+(0.5×2.9×7.0+18×0.24×2.9×7.0+17×0.02×2.9×7.0)=2204.46kN=楼面活荷载×面积/2=2.0×967.38/2=967.38kN=3192.35+1493.99+1578.50+2204.46+967.38=9436.68kN2.标准层：=楼面恒荷载×面积=3.30×967.38=3192.35kN=纵梁自重+横梁自重=1493.99kN=本层柱子自重/2+上一层柱子自重/2=1386kN=外纵墙自重+内纵墙自重+横墙自重=26×11.08×3.70+26×5.26×3.70+13×7.0×5.80+(0.5×2.9×7.0+18×0.24×2.9×7.0+17×0.02×2.9×7.0)=2204.46kN=楼面活荷载×面积/2=2.0×967.38/2=967.38kN=3192.35+1493.99+1386+2204.46+967.38=9244.18kN3.第五层：=6.22×144.0=895.68kN=楼面恒荷载×面积=5.40×967.38=5223.85kN=纵梁自重+横梁自重=1493.99kN=本层柱子自重/2=693.0kN=(外纵墙自重+内纵墙自重+横墙自重)/2=26×11.08×3.70+26×5.26×3.70+13×7.0×5.80+(0.5×2.9×7.0+18×0.24×2.9×7.0+17×0.02×2.9×7.0)/2=1102.23kN=楼面活荷载×面积/2=2.0×842.39/2=842.39kN=895.68+5223.85+1493.99+693.0+1102.23+842.39=10251.14kN4.第六层：=(18×0.24×0.9+0.5×0.9+0.36×0.9)×23.4=109.09kN=楼面恒荷载×面积=3.7×34.94=129.28kN=纵梁自重+横梁自重=85.58kN=本层柱子自重/2=101.75/2=50.88kN=(外纵墙自重+内纵墙自重+横墙自重)/2=(0.5×2.9×7.0+18×0.24×2.9×7.0+17×0.02×2.9×7.0)/2+0.5×(3.1×3.7-2×1.8×2.1)+18×0.24×(3.1×3.7-2×1.8×2.1)+17×0.02×(3.1×3.7-2×1.8×2.1)-0.35×2×1.8×2.1/2=61.14kN=屋面活荷载×面积/2=0.5×34.94/2=8.74kN=109.09+129.28+85.58+50.88+61.14+8.74=444.69kN图5-1 各质点的重力荷载代表值 5.3 框架侧移刚度计算框架侧移刚度横梁线刚度计算过程见表5-2，柱线刚度计算结果见表5-3。表5-2 横梁线刚度计算表类别层次(N/m)(mm)()边梁163.0×104300×7008.58×10975003.57×101051450.0 - 中梁163.0×104300×4000.16×10924001.78×1010- 40000.0 表5-3 柱线刚度计算表层次(mm)(mm2)(mm4)()2636003.0×104500×5000.521×10943402.8 146003.0×104500×5000.521×10933967.4 横向D值的计算一.底层： (5-1) (5-2) (5-3)二.标准层：(5-4)， (5-5)， (5-6)故横向框架的侧移刚度见表5-4表5-4 横向框架各层侧向D值构件名称6层A、D轴柱1.185 0.372 14955 29911 B、C轴柱2.107 0.513 20617 41235 25层A、D轴柱1.185 0.372 14955 418750 B、C轴柱2.107 0.513 20617 577288 1层A、D轴柱1.515 0.573 11042 309177 B、C轴柱2.692 0.680 13105 366947 5.4 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算5.4.1横向自振周期计算用假想顶点位移计算结构基本自振周期，计算过程见表5-5表5-5 假想顶点位移计算结果层次Gi(kN)Gi(kN)D(kN/m)6444.69 444.692671146 0.006 0.176 510251.14 10695.84 996038 0.011 0.169 49244.18 19940.02 996038 0.020 0.159 39244.18 29184.20 996038 0.029 0.139 29244.18 38428.38 996038 0.039 0.109 19436.68 47865.07 676124 0.071 0.071 结构基本自振周期考虑非结构墙影响折减系数=0.6，则结构的基本自振周期为：=1.7×0.6×=0.428s 5.4.2水平地震作用及楼层地震剪力计算由于该工程所在地区抗震设防烈度为7度，场地为类，设计地震分组为第一组，由表查得=0.08，结构高度不超过，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切型为主，故可用底部剪力法计算水平地震作用，结构总水平地震作用标准值按下式计算，即。=0.85×47865.07=40685.31kN=0.0668×40685.31=2718.44kN因ss，所以不考虑顶部附加水平地震力作用，各质点水平地震作用按式(5-7)计算，具体计算过程见表5-6。各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见图5-1。 表5-6 各质点横向水平地震