房建类毕业设计高校教学楼设计.doc

目 录引言2第1章 建筑设计说明31.1基本概况 31.2工程地质条件 31.3主体结构工程和装饰工程 31.4毕业设计任务内容3第2章 框架结构布置及计算简图 52.1梁、柱截面尺寸 52.2材料强度等级 52.3计算简图 52.4荷载计算 62.5地震作用 9第三章 框架内力计算143.1恒载作用下的框架内力计算 143.2活载作用下的框架内力 223.3地震作用下横向框架的内力计算 38第4章 框架内力组合 47第5章 框架梁、柱截面设计 56第6章 楼梯786.1 楼梯梯段斜板设计786.2 平台板设计806.3 平台梁设计81第7章 基础设计837.1 荷载计算837.2 确定基础底面积847.3 基础变形验算877.4 基础结构设计89结论 93致谢 94参考文献95附表1（计算结构力学验算）96附表2（英文翻译）98引 言本设计为高校教学楼设计，通过对专业课程的全方面综合的应用，进行建筑，结构和绘图等方面的全面训练，并设计出合理可靠的方案。本宿舍楼结构层数为5层，采用框架结构，体型对称，平面轮廓呈L形，层高3.6m。本体系采用整体现浇钢筋混凝土楼（屋）盖，纵横向承重方案。柱子采用450mm×450mm矩形钢筋混凝土现浇柱；主梁选用300mm×600mm矩形混凝土现浇梁，本次设计首先完成了建筑方案设计，确定了建筑物各细部的构造做法，并完成了主要建筑施工图的绘制。结构分析采用PKPM软件计算，并由此绘制结构施工图。首先根据框架剪力墙布局确定各构件尺寸，然后在PMCAD中建模，并输入几何信息和荷载信息。在TAT中采用串联刚片系模型和振型分解反应谱法计算地震作用，采用空间杆系薄壁柱模型和矩阵位移法进行结构内力计算。在输出的计算结果的基础上，进行建筑体型的规则性分析和结构设计的合理性分析。最后，依据计算结果，结合相应的结构构造要求，绘制结构施工图，写出相应的设计说明。根据对计算结果的分析，所有指标均达到国家行业规范和规程的要求，而且建筑图与施工图纸均符合制图标准。通过结果分析，验证了本次框架剪力墙结构设计方案的可行性。第1章 设计资料及要求1.1、基本概况经上级主管部门批准，拟按一般标准建造一栋五层框架结构某高校教学楼。该工程为钢筋混凝土框架结构，横向框架不少于三跨，总建筑面积不小于5000m2。设计使用年限为50年，结构安全等级为二级，环境类别为一类。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.1g，第一组。建筑室内外高差600mm，室外标高即为现有自然地面标高。不考虑风荷载设计。1.2、工程地质条件自然地表以下1m内为杂填土，重度=17kN/m3；杂填土下为3m厚可塑性粘土，重度为=18kN/m3，液性指数IL=0.62,含水率=23.1%，天然孔隙比e=0.8，ES1-2=7/9MPa，ck=/18/20/25kpa，k=8/10/12度；再下为砾石土层，重度为=20kN/m3，天然孔隙比e=0.8，ES1-2=15/20MPa，ck=8/10/15kpa，k=16/18/20度，液性指数IL=0.50,含水率=15.2%。粘土承载力特征值为180kN/m2，砾石土层承载力特征值为300kN/m2。各土层分布均匀，场地土类别为类，地基基础设计等级为丙级。基础埋深范围内无地下水。1.3、主体结构工程和装饰工程采用现浇混凝土框架结构，肋梁楼盖。混凝土强度等级为C30，钢筋采用HPB235级和HRB400级钢筋。内外墙均采用粉煤灰混凝土空心砌块，厚度200mm，重量参见最新结构荷载设计规范。需根据建筑设计和结构承重、抗震方面的要求及场地地质条件，合理地进行结构选型和结构整体布置，统一构件编号及各种结构构件的定位尺寸，绘制出结构布置图。1.4、毕业设计任务内容1.4.1、毕业设计的意义根据建筑设计和结构承重、抗震方面的要求以及场地地质条件，合理地进行结构选型和结构整体布置，确定各种结构构件的尺寸，选取一榀主要横向结构框架进行结构设计计算，用计算结构力学程序对该榀结构框架进行电算与手算结果进行对比分析；完成楼梯设计和基础设计；用PKPM软件对整栋框架结构进行SATWE电算；绘制出相关建筑和结构施工图。通过本模拟设计，可使学生综合土木工程专业各课程的知识，了解建筑设计方法，熟悉结构设计与分析过程。1.4.2、毕业设计的主要内容（0）外文资料翻译、调研、复习相关主干课程（1）建筑设计，绘制建筑施工图（2）结构平面布置（楼盖布置、估算构件截面尺寸）和荷载计算（3）竖向荷载作用下横向框架内力计算（采用弯矩二次分配法）、计算结构力学程序核算（4）水平地震荷载作用下横向框架内力计算及侧移计算（采用D值法）、计算结构力学程序核算（5）横向框架梁、柱内力组合（列表进行）和截面设计（6）主楼梯的结构设计（7）柱下基础设计（8）绘制横向框架、主楼梯、基础结构施工图（9）用PKPM软件对整栋框架结构进行SATWE电算并绘制出标准层结构平面图（板配筋图）和梁配筋平面图（10）电子版毕业设计文件的输入、打印和装订（11）指导教师审核，评阅教师审核，毕业设计答辩1.4.3、提交的成果第2章 框架结构布置及计算简图2.1梁、柱截面尺寸框架柱：一般才有450*450，门柱处取用600*600 梁：横向框架AB、CD跨300mm*600mm，BC跨300mm*500mm，纵向连续梁300mm*500mm2.2材料强度等级混凝土：均采用C30级。钢筋：采用HPB235钢筋、HRB400钢筋2.3计算简图 图2-12.4荷载计算2.4.1屋面横梁竖向线荷载标准值(1)横载（图2-2） 屋面恒载标准值35mm厚架空隔热板 0.035 ×25=0.87KN/M2防水层 0.4KN/M220mm厚1：3水泥砂浆找平层 0.02×20=0.4KN/M2 120mm钢筋混凝土板 0.12×25=3KN/M2 屋面标准值： 4.08 KN/M2(BC跨取100) 0.1×25=2.5 KN/M212mm厚劲石灰粉平顶 0.012×16=0.192 KN/M2屋面恒载标准值 4.87 KN/M2) （4.37 KN/M2） 梁自重边跨AB、BC跨： 0.3×0.6×25=4.5 KN/M梁侧粉刷 2×（0.6-0.12）×0.02×17=0.33 KN/M 4.83 KN/M中跨BC跨 0.3×0.6×25=3.75KN/M梁侧粉刷 2×（0.6-0.1）×0.03×17=0.272 KN/M 4.02KN/M作用在顶层框架梁上的线活荷载标准值为：梁自重： g5AB1= g5CB1=4.83KN/M , g5BC1=4.02KN/M板传来的荷载： g5AB2=g5CD2=4.87×4.5=21.9 KN/Mg5BC2 =4.37×3=13.11KN/M (2)活载（图2-3） 作用在顶层框架梁上的线荷载标准值为： q5AB =q5CD =0.7×4.5=3.15KN/M q5BC =0.7×3.0=2.1KN/M2.4.2楼面横梁竖向线荷载标准值(1)恒载25厚水泥砂浆面层 0.025×20=0.5 KN/M2120(100)厚钢筋混凝土楼板 0.12×25=3KN/M2 0.1×25=2.5 KN/M212厚底粉刷 0.012×16=0.192 KN/M2楼面横载标准值 （3.692 KN/M2） （3.192 KN/M2）边跨(AB、CD)框架梁自重 4.83KN/M中跨（BC）梁自重 4.03KN/M作用在楼面层框架梁上的线荷载标准值为：梁自重 ： gAB1 = gCD1 =4.83KN/M gBC1 =4.03KN/M板传来的荷载： gAB2 = gCD2 =3.692×4.5=16.61KN/M gBC2=3.192×3=9.576KN/M(2)活载（图2-3）楼面活载： qAB =qCD=2×4.5=9.0KN/M qBC =2×3.0=6.0KN/M2.4.3屋面框架节点集中荷载标准值(1)恒载边跨连系梁自重 0.3×0.5×4.5×25=16.875KN粉刷 2×(0.5-0.12) ×0.02×4.5×17=1.16 KN900mm高女儿墙 0.9×4.5×3.6=14.58KN 粉刷 0.9×2×0.02×4.5×17=2.754KN 连系梁传来屋面自重 0.5×4.5×0.5×4.5×4.87=24.65KN 顶层边节点集中荷载 G5A=G5D=60.02KN 中柱连系梁自重 0. 25×0.5×4.5×25=16.875KN粉刷 【（0.5-0.12）+（0.5-0.1）】×0.02×4.5×17=1.19KN连系梁传来屋面荷载 1/2×4.5×1/2×4.5×4.87=24.65KN 0.5×（4.5+4.5-3）×3/2×4.37=17.30KN顶层节点集中荷载 G5B=G5C=60.015KN(2)活载Q5A=Q5D=1/2×4.5×1/2×4.5×0.7=3.54KNQ5B=Q5C=1/2×4.5×1/2×4.5×0.7+1/2×(4.5+4.5-3.0) ×3.0/2×0.7=6.7KN2.4.4楼面框架节点集中荷载标准值(1)恒载边柱连系梁自重： 16.875KN粉刷 1.16KN连系梁传来楼面自重 18.69KN 36.725KN 中间层边节点集中荷载 GA=GD=36.725KN 框架柱自重: GA=GD=0.45×0.45×3.6×25=18.225KN 中柱连系梁自重： 18.225KN粉刷: 1.19KN 连系梁传来楼面自重： 1/2×(4.5+4.5-3.0) ×3/2×3.192=14.32KN 1/2×4.5×1/2×4.5×3.692=18.69KN 52.425KN中间层中节点集中荷载 GB=GC=52.425KN 柱传来的集中荷载 18.225KN (2)活载QA=QD=1/2×4.5×1/2×4.5×2.0=10.13KN QB=QC=1/2×4.5×1/2×4.5×2.0+1/2×(4.5+4.5-3.0) ×3/2×2.5=21.375KN2.5地震作用2.5.1建筑物总重力荷载代表值Gi的计算2.5.2集中于屋盖处得质点重力荷载代表值：50%雪载： 0. 5×0.65×15×45=219.4KN 屋面恒载: 4.87×45×6.9×2+4.37×45×3.0=3496.23KN横梁： (4.83×7.2×2+4.02×3) ×16=1220.8KN纵梁： (18.225+1.19) ×15+（18.225+1.19）×15×2=873.67KN女儿墙： 0.9×3.6×（45+15）×2=388.8KN柱重： 0.45×0.45×25×1.8×24+0.5×0.5×25×1.8×4=263.7KN横墙： 3.6×19×6.9×1.8+(3.0×1.8-1.5×2.1/2)×2=877.06KN纵墙： ( 4.5×1.8-3.3×2.1/2) ×18×3.6+4.5×1.8×3.6×18=825.22KN钢窗： 20×3.3×1.8×1/2×0.4=23.76KN G5=8188.5N2.5.3集中于三、四、五层处得质点重力荷载代表值G4G2：50%楼面活载： 0.5×2.0×17×45=675KN楼面恒载: 3.692×45×6.9×2+3.192×45×3.0=2637.46KN横梁： 1220KN纵梁： 873.675KN柱重： 263.7×2=527.4KN横墙： 877.06×2=1754.12KN纵墙： 825.22×2=1650.44KN钢窗： 30.5×2=61KN G4=G3=G2=8857.3KN2.5.4集中于二层处重力荷载标准值G1：50%楼面活载： 675KN楼面恒载: 2637.46KN横梁： 1220KN纵梁： 873.68KN柱重： 0.45×0.45×25×(2.6+1.8) ×24+0.5×0.5×25×(2.6+1.8)×4=644.6KN横墙： 877+877×2.6/1.8=2143.8KN纵墙： 825.22+825.22×2.6/1.8=2017.2KN钢窗： 23.76×2=47.52KNG1=12617KN2.5.5地震作用计算4.2.1框架柱的抗侧移刚度： 考虑楼盖对框架梁的影响，在现浇楼盖中，在计算梁、柱刚度时，中框架梁的抗弯惯性矩I=2I0 ；边框架梁取I=1.5I0；I0为框架梁按矩形截面计算的截面惯性矩。横梁、柱的线刚度见表2-1。 梁、柱线刚度 表2-1杆件截面尺寸Ec(kN/mm2)Io(mm4)I(mm4)L(mm)i=EcI/L(kN.mm)相对刚度B(mm)H(mm)边框架梁300600305.9×1098.65×10969003.2×1071边框架梁300500303.13×1094.69×1093003.98×1071.25中框架梁300600305.9×1091.18×10969004.36×1071.36中框架梁300500303.13×1096.25×1093005.31×1071.66底层框架柱450450303.42×1093.42×10952001.68×1070.52中层框架柱450450303.42×1093.42×10936002.42×1070.75每层框架柱总的抗侧移刚度见2-2表 框架柱横向侧移刚度D值 表2-2项目K=iC/2iz（一般层）K=ic/iz（底层）c=K/(2+K)（一般层） c=(0.5+K)/(2+K)（底层）D=ciz(12/h2）根数层柱类型及截面二至五层边框架边柱（450×450）1.330.408.964 边框架中柱（450×450）2.670.5712.774 中框架边柱（450×450）2.580.5612.5417中框架中柱（450×450）4.020.679.3615底 层边框架边柱（450×450）1.920.614.534 边框架中柱（450×450）4.320.765.654 中框架边柱（450×450）2.600.673.1017中框架中柱（450×450）5.800.813.7015 底层：D=4×（4.53+5.65）+17×3.1+2×4.28+15×3.7=157.12KN/mm二五层：4×（8.96+12.77）+17×12.54+2×10.10+15×9.36=460.7KN/M2.5.6框架自振周期计算：则自振周期为：T1=1.70=1.7×0.6×0.465 =1.334s其中0 为考虑结构非承重砖墙的结构折减系数，对于框架取0.6，为框架顶点水平位移，计算见表2-3 框架顶点假想水平位移计算表 表2-3层Gi(kN)Gi(kN)D(kN/mm)=Gi/D (层间相对位移）总位移（mm)58188.518188.51460.717.77465.2448857.3117045.82460.737.05447.47 38857.3125903.13460.756.22410.4228857.3134760.44460.775.45354.2019037.9043798.34157.12278.75278.75楼层地震作用和地震剪力标准值计算表 表2-4层Hi(m)Gi(kN)GiHiFi=Fn+Fn(顶层） Fi=GiHiFEK(1-n)/GiHi(其他层)楼层剪力Vi(kN)519.6 8188.51160494.79522.46522.46416.0 8857.31141716.96447.80970.26312.4 8857.31109830.64357.531327.7928.8 8857.31 77944.33253.731581.5215.2 9037.946997.08152.991734.512.5.7地震作用计算根据地震设防烈度7度，类土，设计烈度为第一组，查建筑抗震设计规范，特征周期Tg=0.35s ，max=0.081=（Tg/T1 ）0.9max=（0.35/0.551）0.9×0.08=0.053结构等效总重力荷载：Geq=0.85GL =0.85×43798.34=37228.6KNT1 >1.4 Tg=1.4×0.35=0.49s，故需考虑框架顶部附加集中作用 n= 0.08 T1+0.07=0.08×0.551+0.07=0.114框架横向水平地震作用标准值为：结构底层：FEK=1 Geq=0.053×37228.6=1972.92KN各层得地震作用和地震剪力标准值由表2-4计算列出，图示见图2-4。GiHi=53696.79Fn=n×FEK=0.114×1972.92=224.91KN图2-4 横向框架的地震作用第3章 框架内力计算3.1恒载作用下的框架内力计算3.1.1弯矩分配系数由于该框架为对称结构，取框架的一半进行计算，如图3-1。 （a）恒载 ； （b）承担产生的节点不平衡弯矩图3-1 横向框架承担的恒载节点不平衡弯矩节点A1：SA1A0=4iA1A0=4×0.52=2.08 SA1B1=4iA1B1=4×1.36=5.44 SA1A2=4×0.75=3 (相对刚度见2-1)S=4(0.52+1.36+0.75)=10.52uA1A0=SA1A0/S=2.08/10.52=0.197 uA1B1= SA1B1/S=5.44/10.52=0.517uA1A2= SA1A2/S=3/10.52=0.285节点B1:SB1D1=2×1.66=3.32 S=4×(0.52+1.36+0.75)+2×1.66=13.84uB1A1=4×1.36/13.84=0.393 uB1B2 =4×0.75/13.84=0.216uB1D1 =2×1.66/13.84=0.239uB1B0=4×0.52/13.84=0.150节点A2: S=4×(0.75+1.36+0.75)=11.52uA1A2= uA2A3 = 4×0.75/11.52=0.262uA2B2= 4×1.36/11.52=0.475节点B2: S=4×(0.75+1.36+0.75)+2×1.66=14.85 uB2A2 =4×1.36/14.85=0.368 uB2B1 = UB2B3 =0.75×4/14.85=0.406uB2D2=1.66×4/14.85=0.449节点A5: S=4×(1.36+0.75)=8.44 uA5B5A2= 4×1.36/8.44=0.644 uA5A4=4×0.75/8.44=0.355节点B5: S=4×(0.75+1.36)+2×1.66=11.76uB5A5=4×1.36/11.76=0.462uB5B4=4×0.75/11.76=0.255uB5D4=2×1.66/11.76=0.2823.1.2杆件固端弯矩 固端弯矩一律以顺时针方向为正（1） 横梁固端弯矩 杆端弯矩一律以顺时针方向为正，如图3-1图3-1杆端及节点弯矩正方向1）顶层横梁: 自重作用：M A5B5= - M B5A5=-1/12ql2=-1/12×4.83×6.92=-19.24 kNmM B5D5=-1/3 ql2=-1/3×4.02×1.52=-3.02KN mM D5B5=1/2M B5D5= -1.51KN m 板传来的荷载作用： MA5B5= -MB5A5= -1/12ql2(1-2a2/l2+a3/l3)=-1/12×21.9×6.92×(1-2×2.252/6.92+2.253/6.93)=-71.42 KN m M B5A5= -5/95 ql2=-5/96×13.11×3.02=-6.14 KN m M D5B5= -1/32ql2=-1/32×13.11×3.02=-3.68 KN m2）二五层横梁 自重作用：M A1B1= - M B1A15= -1/12ql2=-1/12×4.83×6.92=-19.24 kNmM B1D1= -1/3 ql2= -1/3×4.02×1.52=-3.02KN mM D1B1=1/2M B1D1= -1.51KN m板传来的荷载作用： MA1B1=-MB1A1= -1/12ql2(1-2a2/l2+a3/l3)=-1/12×16.61×6.92×(1-2×2.252/6.92+2.253/6.93) = -54.17 KN m M B1D1= -5/95 ql2=-5/96×9.56×3.02=-4.4