综合教学楼计算书毕业设计.doc

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1、摘 要 毕业设计内容主要包括两大部分：第一建筑方案设计；第二结构设计。包括粱，柱，楼板，楼梯，基础结构。结构设计主要进行了结构方案中横向框架8轴框架的抗震设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算,接着利用顶点位移法求出自震周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力，找出最不利的一组或几组内力组合。 最后应用CAD软件画出设计的建筑和结构图。然后截面强度验算，包括预应力配筋计算、承载力极限状态验算、正常使用极限状态验算、应力验算等，通过计算可以验证该建筑各项指标都满足规范

2、要求。整个结构在设计过程中，严格遵循相关的专业规范的要求，参考相关资料和有关最新的国家标准规范，对设计的各个环节进行综合全面的科学性考虑。总之，本着安全，适用，美观和节约的原则进行设计。主体五层，采用内廊式主体结构，整个建筑外形呈槽型字形布置，与周围其他建筑相互协调，既保持了足够的间距满足采光通风要求也体现了美观。在结构方主要采用砌体结构，局部加设独立柱和大梁，采用横墙承重方案，充分考虑大空间教室的跨度进行梁板的设计，消防等方面进行了充分考虑。关键词： 框架结构设计；抗震设计;ABSTRACTThe design content mainly includes two major parts:

3、 First construction plan design; Second structural design. Including beams, columns, slabs, stairs, foundation structure. The purpose of the structure design is to do the anti-seismic design in the longitudinal frames of axis 8. When the directions of the frames is determined, firstly the weight of

4、each floor is calculated .Then the vibrate cycle is calculated by utilizing the peak-displacement method, then making the amount of the horizontal seismic force can be got by way of the bottom-shear force method. The seismic force can be assigned according to the shearing stiffness of the frames of

5、the different axis. Then the internal force (bending moment, shearing force and axial force ) in the structure under the horizontal loads can be easily calculated. After the determination of the internal force under the dead and live loads, the combination of internal force can be made by using the

6、Excel software, whose purpose is to find one or several sets of the most adverse internal force of the wall limbs and the coterminous girders.The last application of CAD software to draw a diagram of the design of buildings and structures. Then the cross-section strength calculation , including pres

7、tressed reinforcement calculations, bearing capacity limit state checking , the normal use of the limit state in design and stress check can be verified by calculating the indicators of the building to meet the specification requirements . The entire structure in the design process, strictly follow

8、the relevant norms of the professional requirements, reference information and the latest national standards, the design of all aspects of a comprehensive scientific consideration. In short, in line with is safe, suitable, artistic and the frugal principle carries on the design.In main body five, Th

9、e main structure of the inner corridor, architectural appearance of a groove shape layout , with periphery other construction intercoordinations, also maintained the enough spacing to satisfy the natural lighting to ventilate the request also to manifest has been artistic. Mainly uses in the structu

10、re side builds the body structure, partial Canada supposes and the summer beam, uses the load-bearing plan, fully considered the big spatial classroom the span carries on Liang Ban the design, and to resisted earthquakes has carried on , was satisfying resists earthquakes, aspect and so on fire prev

11、ention has carried on the full consideration. Keywords: framework for the structural design of seismic design;earthquake resistant design；目 录1 绪论11.1工程背景11.2设计内容12 结构设计22.1工程概况22.2设计资料22.2.1气象条件22.2.2抗震设防22.2.3材料22.3框架结构梁柱截面确定32.3.1 结构平面布置32.3.2 框架梁截面尺寸确定42.3.3框架柱截面尺寸初估52.4横向框架在竖向荷载作用下的计算简图及内力计算72.4

12、.1横向框架在恒荷载作用下的荷载计算72.4.2横向框架在恒荷载作用下的内力计算152.4.3横向框架在活荷载作用下的荷载计算222.4.4横向框架在活荷载作用下的内力计算262.4.5横向框架在重力荷载作用下的荷载计算292.4.6横向框架在重力荷载作用下的内力计算312.5横向框架在风荷载作用下的内力和位移的计算362.5.1横向框架在风荷载作用下的计算简图362.5.2 横向框架在风荷载作用下的位移计算382.5.3横向框架在风荷载作用下的内力计算402.6横向框架在水平地震荷载作用下的内力和位移计算442.6.1重力荷载代表值的计算442.6.2横向框架的水平地震荷载作用和位移计算47

13、2.6.3横向框架在地震荷载作用下的内力计算512.7框架梁柱内力组合562.7.1一般规定562.7.2框架梁抗震组合572.7.3 框架柱抗震组合632.8框架梁柱截面设计662.8.1框架梁截面设计662.8.2框架柱截面设计702.9裂缝宽度验算732.10节点设计732.11楼板配筋计算732.12楼梯设计752.12.1楼梯梯段斜板的设计752.12.2平台板设计782.13基础设计802.13.1初定基础底面积812.13.2 计算基底最大压力Pmax812.13.3 地基承载力验算812.13.4 基础冲切力验算822.13.5 根据抗弯验算进行配筋计算82参考文献84致 谢8

14、6附 录871 绪论1.1工程背景表1 工程背景建筑用途综合教学建筑面积10640m2主体层数5室内外高差-0.6m局部层数4建筑总高18m标准层高3.9m非标准层高4.2m基底标高-1.6m楼梯结构形式板式地质条件本施工场地位于大同盆地北部冲湖积平原区地基土层为第四系粉土，为不液化土，土层分布情况较为均匀1.2设计内容1.确定梁柱截面尺寸及框架计算简图；2.荷载计算；3.框架横向侧移计算；4.框架在水平及竖向力作用下的内力分析；5.内力组合及截面设计；6.节点验算；7.板的计算；8.楼梯的计算；9.基础的计算。2 结构设计2.1工程概况该工程位于大同市矿区，为五层的钢筋混凝土框架结构体系。建

15、筑物各层的建筑平面图及剖面图见建筑图。15层的建筑层高依次为4.2m,3.9m, 3.9m, 3.9m, 3.9m,;建筑设计使用年限为50年。2.2设计资料2.2.1气象条件基本风压为0.55KN/m，地面粗糙度为B类。 基本雪压为0.35KN/m。2.2.2抗震设防 抗震设防烈度为7度, 设计基本地震加速度值为0.15g,框架抗震等级为3级，设计地震分组为第一组,建筑场地土类别为类，场地特征周期为0.45。2.2.3材料梁板柱的混凝土强度等级为C30，底层柱采用C35，楼梯也采用C30。梁、柱（除楼梯）外纵筋为HRB400级，板和梯梁采用HRB335级,休息平台选用HPB235级，箍筋HP

16、B235级。外墙采用200mm的混凝土空心砌块，填充墙采用200mm厚的混凝土空心砌块。门为铝合金门、木门、玻璃门及玻璃木门，窗为铝合金窗，楼盖及屋盖采用钢筋混凝土结构。表2 上人屋面做法及横荷载计算 构造层 面荷载（KN/m2）4厚高聚物石油沥青卷材防水层0.00410=0.0420厚的1：3水泥沙浆找平层0.0220=0.41：6水泥焦渣找2坡，最薄处30厚0.0310=0.370厚的聚苯乙烯泡沫塑料板0.070.5=0.035120厚的钢筋混凝土结构层0.1225=310厚的混合沙浆抹灰层0.0117=0.17总计取4.2 表3 标准楼面做法及横荷载计算 构造层 面荷载（KN/m2）10

17、厚的铺地砖楼面，干水泥擦缝0.00119.8=0.19820厚的1：4干硬性水泥沙浆结合层0.0217=0.3420厚1：3水泥沙浆找平层0.0320=0.4120厚的钢筋混凝土结构层0.1224=2.8810厚的混合沙浆抹灰层0.0117=0.17总计3.988取4.0 表4 顶棚做法及横荷载计算 构造层 面荷载（KN/m2）3厚的纸筋（麻刀）石灰膏抹面0.00316=0.0487厚的1：0.3：3水泥石灰沙浆打底0.00717=0.119总计0.167取0.2表5 活荷载类 别活 荷 载 标 准 值（KN/）上人屋面活荷载2.0走廊、门厅和楼梯活荷载2.5教室、办公室和活动室活荷载2.0卫

18、生间活荷载2.0雨蓬活荷载（按不上人屋面考虑）0.52.3框架结构梁柱截面确定2.3.1 结构平面布置 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。本工程的各层结构平面布置下图所示。 图1 一层结构平面图图2 二至五层结构平面图2.3.2 框架梁截面尺寸确定 (1)横向框架梁KL-2 KL-3 L0=6900mm h=() L0=383863(mm) 取h=600mm, b=()h=300200(mm) 取b=300mmL0=3000mm h=() L0=167375(mm) 取h=300mm, b=()h=150100(mm) 取b=150mm(2)纵向框架梁KL-

19、1 L0=9000mm, h=() L0=5001125(mm) 取h=900mm,b=()h=450300(mm) 取b=400m (3)横向次梁L0=6900mm h=() L0=383575(mm) 取h=500mm, b=()h=250167(mm) 取b=250mm2.3.3框架柱截面尺寸初估（1） 按轴压比要求初估框架柱截面尺寸。框架柱的受荷面积如图所示 图3 框架柱受荷面积框架柱混凝土选用C30,框架抗震等级为三级，轴压比=0.9，由轴压比初估柱截面尺寸时按式AC=N/NfC, 轴向压力设计值按式计算N=FgEn来计算，各字母意义如下：N地震作用组合下柱的轴向压力设计值F按简支状

20、态计算的柱的负载面积gE折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可取1215KN/m2n验算截面以上楼层层数考虑地震作用组合后柱的轴向压力增大系数，边柱取1.3，不等跨内柱取1.25；等跨内柱取1.21）中柱 竖向荷载下产生的轴力估计值 N=FgEn=1.254.959135=3620KN 水平荷载下轴力估算系数取1.1，即N=1.13620=3982KN AC=N/NfC=309402mm2 选柱截面尺寸为bh=600mm600mm2）边柱 竖向荷载下产生的轴力估计值 N=FgEn=1.33.459125=2421KN 水平荷载下轴力估算系数取1.1，即N=1.15572=2664KN AC=

21、N/NfC=206993mm2 选柱截面尺寸为bh=500mm500mm(2)校核框架柱截面尺寸是否满足构造要求 1）按构造要求框架柱截面高度不宜小于400mm，宽度不宜小于350mm 2）为避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4， 取二层较短柱高，Hn=3900mm 中柱, Hn/h=3900/600=6.54 边柱, Hn/h=3900/500=7.84 可见满足要求。 3）框架柱截面高度和宽度一般宜大于层高的1/101/15 h(1/101/15)4200=420mm280mm 由上可知所选框架柱截面尺寸均满足构造要求。2.4横向框架在竖向荷载作用下的计算简图及内力计算 2.4.

22、1横向框架在恒荷载作用下的荷载计算1 横向框架计算简图假定横向框架嵌固于基础顶面上，框架梁与柱刚接，由于各层柱的截面尺寸不变，故框架梁的跨度等于柱截面形心之间的距离，所以HJ跨之间的跨度为6900-500/2-600/2=6350mm,GH跨之间的跨度为3000-600/22=2400mm。底层柱高从基础顶面算至二层楼面，根据建筑图知室内外高差为-0.6m，基础顶面至室外地坪取-1.0m，二层楼面标高为+4.2m，故底层柱高位4.2+0.6+1.0=5.8m，其余各层柱高分别为楼层高及3.9m,轴线横向框架计算简图如下图所示图4 轴线横向框架计算简图2 一层至四层框架计算简图楼面梁布置如下图所

23、示，楼面板布置如图所示，为方便荷载整理，在梁布置图和板布置图中分别标示出梁和板。 图6 梁板布置图需要说明：双向板沿两个方向传给支承梁的荷载划分是从每一区隔板的四角作与板边成45度的斜线，这些斜线与平行于长边的中线相交，每块板都被划分为四小块，假定每小块板上的荷载就近传递给支承梁，因此板传给短裤梁上的荷载为三角形，长跨梁上的荷载为梯形。对于梁的自重和直接作用在梁上的其他荷载按实际情况考虑。为了便于计算，通常需要将三角形荷载和梯形荷载换算为等效均布荷载。等效均布荷载是按支座固端弯矩等效的原则来确定的。 图7 板分布图三角形荷载作用时：q=p 梯形荷载作用时：q=(1-2a2+a3)p q=(1-

24、2a2+a3)p 三角形等效均布荷载 梯形等效均布荷载（1） F-G轴间框架梁均布荷载1）板传递荷载板的面荷载为4.0KN/m2,由楼面板布置图可知，传给FG梁为梯形荷载，等效为均布荷载为(1-2a2+a3)p=1-2（）2+（）34.0 2.25=7.36KN/m2) 梁FG自重及抹灰梁（600300）自重：250.3（0.6-0.12）=3.6 KN/m抹灰层：0.01（0.6-0.12）217=0.16 KN/m小计：3.6+0.16=3.76 KN/m 3）墙体荷载 内外墙选用200mm厚混凝土空心小砌块填充墙，内外墙荷载见下表:表6 内外墙面荷载构造层面荷载（KN/m2）构造层面荷载

25、（KN/m2）墙体自重11.80.2=2.36水泥内墙面0.36水泥刷外墙面0.36合计3.08墙体荷载小计：3.08（3.9-0.6）=10.16KN/m 4) 楼面梁=梁自重+板传荷载+墙体荷载 =3.76+7.362+10.16=28.65KN/m(2) G-H轴间框架梁均布荷载 1）梁（300150）自重：250.15（0.3-0.12）=0.675 KN/m 2）抹灰层：0.01（0.3-0.12）217=0.0612 KN/m 3）荷载小计：0.675+0.0612=0.74KN/m（3）H-J轴间框架梁均布荷载与F-G轴间框架梁均布荷载相同（4）F轴柱纵向集中荷载的计算 1) 梁

26、（900400）自重：250.4（0.9-0.12）=7.8 KN/m梁两侧抹灰：0.01（0.9-0.12）217=0.26 KN/m小计：7.8+0.26=8.06 KN/m2）板A传来的荷载：板A的面荷载为4.0KN/m2,由楼面板布置图可知，传给梁为三角形荷载，等效为均布荷载为5/8P=5/84.02.252=5.625KN/m 3)墙体及门窗传来的荷载：跨跨内的墙长为9000mm，墙上各有两个30002100的窗户（窗户面荷载为0.45KN/m2）跨内门窗及墙传来荷载为=7.03KN/m 4) 横向次梁(500250)传来的集中荷载 梁(500250)自重：250.25(0.5-0.

27、12)=2.375 KN/m 梁(500250)两侧抹灰：0.01172(0.5-0.12)=0.129 KN/m 板传来的梯形荷载等效为均布荷载：(1-2a2+a3)p=1-2（）2+（）34.02.252=14.73KN/m 横向次梁传来的集中荷载小计：（2.375+0.129+14.73）6.6/2=56.87KN 5) F轴柱纵向集中荷载=(8.06+5.625+7.03)9/22+56.87/22=243.31KN(5)G轴柱纵向集中荷载的计算 1）梁自重及抹灰：8.06 KN/m 2）板A传来的线荷载：5.625KN/m 3）横向次梁(500250)传来的集中荷载：56.87 KN

28、/m 4）板B传来的线荷载：4.01.5=6KN/m 5）上层墙及门传来的荷载：跨跨内的墙长为9000mm，墙上各有两个门（9002100），一个窗户（21001400）门和窗的面荷载均为0.45KN/m2 =7.28 KN/m 6)G轴柱纵向集中荷载=(8.06+5.625+6+7.28)9+56.87=299.56KN(6) H轴柱纵向集中荷载的计算 与G轴柱相同=299.56KN(7) J轴柱纵向集中荷载的计算 与F轴柱相同=243.31KN3 顶层框架计算简图 (1)F-G轴间框架梁均布荷载 1）板传递荷载 板的面荷载为3.9KN/m2,由楼面板布置图可知，传给FG梁为梯形荷载，等效

29、为均布荷载为(1-2a2+a3)p=1-2（）2+（）33.9 2.25=7.20KN/m 2) 梁FG自重及抹灰梁（600300）自重：250.3（0.6-0.12）=3.6 KN/m抹灰层：0.01（0.6-0.12）217=0.16 KN/m小计：3.6+0.16=3.76 KN/m 3)女儿墙荷载 女儿墙墙高1200mm，100mm的混凝土压顶 女儿墙自重及抹灰：0.21.211.8+0.20.125+1.20.0117 2=3.74KN/m 4)屋面梁=梁自重+板传荷载+女儿墙荷载 =3.76+7.202+3.74=29.22KN/m(2)G-H轴间框架梁均布荷载 1）梁（30015

30、0）自重：250.15（0.3-0.12）=0.675 KN/m 2）抹灰层：0.01（0.3-0.12）217=0.0612 KN/m 3）女儿墙自重及抹灰：3.74KN/m 4）荷载小计：0.675+0.0612+3.74=4.48 KN/m（3）H-J轴间框架梁均布荷载与F-G轴间框架梁均布荷载相同（4）F轴柱纵向集中荷载的计算1) 梁（900400）自重：250.4（0.9-0.12）=7.8 KN/m梁两侧抹灰：0.01（0.9-0.12）217=0.26 KN/m小计：7.8+0.26=8.06 KN/m2）板传来的荷载：板的面荷载为3.9KN/m2,由楼面板布置图可知，传给梁为三

31、角形荷载，等效为均布荷载为5/8P=5/83.92.25=5.48 KN/m 3)女儿墙传来的荷载：=4.85KN/m 4) 横向次梁(500250)传来的集中荷载 梁(500250)自重：250.25(0.5-0.12)=2.375 KN/m 梁(500250)两侧抹灰：0.01172(0.5-0.12)=0.129 KN/m 板传来的梯形荷载等效为均布荷载：(1-2a2+a3)p=1-2（）2+（）33.92.252=14.36KN/m 横向次梁传来的集中荷载小计：（2.375+0.129+14.36）6.6/2=56.87KN 5) F轴柱纵向集中荷载=(8.06+5.48+4.85)9

32、+56.87/22=222.38KN(5)G轴柱纵向集中荷载的计算 1）梁自重及抹灰：8.06 KN/m 2）板A传来的线荷载：5.48KN/m 3）横向次梁(500250)传来的集中荷载：56.87 KN/m 4）板B传来的线荷载：3.91.5=5.85KN/m 5)G轴柱纵向集中荷载=(8.06+5.48+5.85)9+56.87=231.38KN(8) H轴柱纵向集中荷载的计算 与G轴柱相同=231.38KN(9) J轴柱纵向集中荷载的计算 与F轴柱相同=222.38KN(8) 最终计算简图 图8 恒载作用下的计算简图 2.4.2横向框架在恒荷载作用下的内力计算(1)计算各框架梁柱的截面

33、惯性矩框架梁的截面惯性矩6350mm的跨度：I=3006003/12=5.4mm42400mm的跨度：I=1503003/12=0.34mm4框架柱的截面惯性矩600mm600mm的中柱: I=6006003/12=10.8mm4500mm500mm的边柱：I=5005003/12=5.2mm4(2)计算各框架梁柱的线刚度及相对线刚度考虑现浇楼板对梁刚度的加强作用，故对中框架梁的惯性矩乘以2.边框架乘以1.5.表中E=3104N/mm2,E1=3.15104N/mm2表8 梁柱线刚度及相对线刚度计算表构件线刚度相对线刚度框架梁6035跨度I=1.5EI/L=1.55.4/6.035103E=1

34、.34106E1.34/1.33=1.012400跨度I=2.0EI/L=2.00.34/2.4103E=0.28106E0.28/1.33=0.21框架柱二 三 四 五层中柱I=EI/L=1.081010/3.9103E=2.76106E2.76/1.33=2.08边柱I=EI/L=5.2/3.9103E=1.33106E1.0一层中柱I=EI/L=1.081010/5.8103 E1=1.95106E1.95/1.33=1.47边柱I=EI/L=5.2/5.8103 E1=0.90106E0.9/1.33=0.68（3）计算弯矩分配系数表9 弯矩分配系数表层次节点相对线刚度相对线刚度之和分

35、配系数左梁右梁上柱下柱左梁右梁上柱下柱顶层F1.011.02.010.500.50 G1.010.212.083.300.310.060.63H0.211.012.083.300.060.310.63J1.011.02.010.500.50标准层F1.011.01.03.010.340.330.33 G1.010.212.082.085.380.180.040.390.39H0.211.012.082.085.380.040.180.390.39J1.011.01.03.010.340.330.33一层F1.011.00.682.690.380.370.25 G1.010.212.081.47

36、4.770.210.050.440.31H0.211.012.081.474.770.050.210.440.31J1.011.00.682.690.380.370.25（4）计算固端弯矩由于各梁都只有均布线荷载作用，所以M左=-M右 =-ql2/12表10 固端弯矩计算表楼层一层-96.27-0.36-96.27标准层-96.27-0.36-96.27顶层-98.19-2.16-98.19(5)采用弯矩二次分配法计算框架在恒荷载作用下的弯矩，分配过程如下(6)梁端弯矩求出后，从框架中截取梁为隔离体，用平衡条件求得梁端剪力V梁左=(M左-M右)/L+qL/2 V梁右=(M右-M左)/L+qL/

37、2由以上两个公式，梁端剪力计算过程见下表表11 FG跨剪力计算表层次L(m)q(kn/m)M左M右V梁左V梁右16.3528.6574.0395.4587.5994.3426.3528.6580.0498.8288.0093.9236.3528.6582.98100.9088.1493.7846.3528.6582.98100.9088.1493.7856.3529.2264.4890.2688.7196.83表12 GH跨剪力计算表层次L(m)q(kn/m)M左M右V梁左V梁右12.40.742.252.250.890.8922.40.741.521.520.890.8932.40.741.

38、061.060.890.8942.40.741.061.060.890.8952.44.485.565.565.3765.376 HJ跨剪力计算表层次L(m)qCD(kn/m)M左M右V梁左V梁右16.3528.6595.4574.0394.3487.5926.3528.6598.8280.0493.9288.00 36.3528.65100.9082.9893.7888.1446.3528.65100.9082.9893.7888.1456.3529.2290.2664.4896.8388.71(7)柱轴力的计算柱轴力可通过对梁端剪力，纵向梁传来的剪力和柱的自重叠加得到表13 F柱轴力层数V

39、纵梁竖向力F柱自重每层竖向力P轴力588.71222.3824.375311.09顶311.09底335.47488.14243.3124.375331.45顶666.92底691.29388.14243.3124.375331.45顶1022.74底1047.11288.00243.3124.375331.31顶1378.42底1402.79188.71243.3136.25332.02顶1734.81底1771.06表14 G柱轴力层数纵梁竖向力F柱自重每层竖向力P轴力596.835.376347.135.1438.55顶438.55底473.65493.780.89436.135.152

40、8.99顶1002.64底1037.74393.780.89436.135.1528.99顶1566.73底1601.83293.920.89436.135.1529.13顶2130.96底2166.06194.340.89436.152.2529.55顶2695.61底2747.81H轴与G轴相同，J轴与F轴相同(8) 横向框架在恒荷载作用下的内力图图10 内力图2.4.3横向框架在活荷载作用下的荷载计算1 一到四层框架计算简图 （1）F-G轴间框架梁均布荷载 1）屋面板板A传递荷载板A的面荷载为2.5KN/m2,由楼面板布置图可知，传给AB梁为梯形荷载，等效为均布荷载为(1-2a2+a3)p=1-2（）2+（）32.5 2.25=3.68KN/m 2）荷载小计=23.68=7.36KN/m（2）G-H轴间框架梁均布荷载 单向板短边为0（3）H-J轴间框架梁均布荷载 同F-G轴间框架梁均布荷载=7.36KN/m（4）F轴柱纵向集中荷载的计算 1）屋面板A传递荷载板A的面荷载为2.5KN/m2,由楼面板布置图可知，传给梁为三角形荷载等效为均布荷载:5/82.02.25=2.81KN/m 2)横向次梁(500250)传来的集中荷载 板A传来的梯形荷载等效为均布荷载：(1-2a2+a3)p= 1-2（）2+（）32.02.252=7.36KN/m 横向次梁