广西大学教学楼某学校六层教学楼结构与施工设计.docx

毕业设计（论文）题目：某学校六层教学楼 结构与施工设计（一） 学 院土木建筑工程学院专 业土木工程（建筑工程方向）班 级学 号姓 名指导教师日 期某学校六层教学楼结构与施工设计（一）中文摘要本次设计的任务是对南宁市某教学楼进行结构与施工组织的设计，根据设计任务书以及相关资料，确定结构采用现浇钢筋混凝土框架结构，层数为6层，建筑高度22.7m，总建筑面积约12566.6 m。本说明书是本次毕业设计的结构部分和施工部分，结构部分是历时最长、最重要的一部分，结构设计的阶段大体可以分为四个阶段：1 结构方案确定阶段：根据建筑的重要性，建筑所在地的抗震设防烈度，建筑场地类别和设计说明书等确定建筑的高度、布置、选型和建筑的结构形式，本工程采用的是框架结构。2 结构计算阶段：主要有重力荷载计算、抗震侧移计算、内力组合计算、构件截面计算和基础计算。3 施工图设计阶段：根据上述计算结果和规范的相关要求，最终确定构件尺寸、构件配筋和结构构件的构造措施及其做法。4 PKPM电算阶段：进行电子计算，与手算结果进行比较。施工组织设计，在这部分设计中，首先进行的是施工方案的确定和施工段的划分，根据本工程的特点和划分施工段的原则，以保证相应的工作队在施工段与施工层间有节奏、连续、均衡的进行流水施工。其次是对该工程进行列项，然后机算其全部的工程量，在这一设计阶段，也要用到计算机辅助设计软件，确定了工程量之后就可以将其输入计算机进行计价，接下来就是施工进度计划的编排、施工平面图的布置以及主要的技术性措施。本设计的特点之一，运用了大学四年所学过的很多理论，计算中多种计算方法得到体现，如D值法，弯矩分配法，分层法等，使自己掌握了多方面的知识。关键词：框架结构，抗震计算，内力组合,工程量,进度计划,进度计划。 AbstractsThe task is to design a teaching building of Nanning City，the structural design and construction organization, determined that the engineering adopts to cast-in-situ concrete frame structure, the number of layer is six, the height of construction is 22.7m, mtotal building area is about12566.6.The statement is the structur of this graduation design and Construction design, with is the most time-consuming and important part. The stage of the structural design can be divided into four stages .1. Structural betermination of project: According to the importance of the building, providing fortification against earthquakes in the earthquake intensity, Building venues such as the type and design of brochures, determined the height of the construction, layout, selection and construction of the structure, the project is based on the framework structure;2. Structure calculate: Mainly including gravity load, side face just the sway, the combination of internal forces, the component sections design and foundation design ;3. Construction drawings design phase: According to the above results and the relevant specification, and then determined the components size, reinforcement and the structural measures.4. Electronic calcalation of PKPM: First, calculated the PKPM, and then compared the results with artificial.Construction design，in this part of the design，the first for the construction scheme for the classification and construction segment，according to the engineering section of the characteristics and principles of the construction division to determine the construction of the project ，Task Force to ensure the appropriate section in the construction and construction rhythmic layer，continuous，balanced construction of the water.Column followed by the entry of the works，and works hand-count all of its volume，in the design stage，but also computer-aided design software used to determine the amount after the project can be entered into the computer for pricing，the next step isarrangement of construction schedule and construction plan of the layout and the main technical measures.The advantage in this design was that many theories studied in university in four years was used.The many kinds of computational methods was manifested in the computation,like D-method,the moment assignment-method,delamination and so on,so which caused myself to grasp the various knowledge.Keywords：Frame structure Seismic calculation Internal force combination flow construction quantities Schedule 前 言毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。通过毕业设计,可以将以前学过的知识重温回顾,对疑难知识再学习,对提高个人的综合知识结构有着重要的作用。通过毕业设计,使我们在资料查找、设计安排、分析计算、施工图绘制、施工组织，工程量计算 ，流水作业，口头表达等各个方面得到综合训练,具备从事相关工作的基本技术素质和技能。目前，我国建筑中仍以钢筋混凝土结构为主，钢筋混凝土造价较低，材料来源丰富，且可以浇筑成各种复杂断面形状，节省钢材，承载力也不低，经过合理设计可以获得较好的抗震性能。今后几十年，钢筋混凝土结构仍将活跃在我国的建筑业上。框架结构体系的主要特点是平面布置比较灵活，能提供较大的室内空间，对于自选商场类楼房和教室等是最常用的结构体系。多层建筑结构的设计，除了要根据建筑高度、抗震设防等级等合理选择结构材料、抗侧力结构体系外，要特别重视建筑体形和结构总体布置。建筑体形是指建筑的平面和立面；结构总体布置指结构构件的平面布置和竖向布置。 建筑体形和结构总体布置对结构的抗震性能有决定性的作用。毕业设计的三个月里，在指导老师的帮助下，经过查阅资料、设计计算、论文撰写以及图纸绘制，加深了对规范等相关内容的理解，巩固了专业知识，提高了综合分析、解决问题的能力。并熟练掌握了AutoCAD和结构设计软件PKPMCAD，算量软件三维算量，基本上达到了毕业设计的目的与要求。框架结构设计的计算工作量很大，在计算过程中以手算为主，后面采用建筑结构软件PKPMCAD进行电算,并将电算结果与手算结果进行了误差分析对比。由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。目录中文摘要2英文摘要3前言4第一章 工程概况7第一节设计基本资料7第二节设计主要依据和资料7第二章结构设计说明9第一节结构体系的选择9第二节结构设计及布置方案10第三节结构竖向布置11第四节变形缝设置11第五节构件初估12第六节基本假定14第七节荷载计算15第八节侧移计算及控制15第九节内力计算及组合15第十节基础设计16第十一节计算简图16第三章框架计算简图及梁柱线刚度21第四章框架设计23第一节恒载标准值计算23第二节活载标准值计算26第三节竖向荷载下框架梁受荷总图26第四节风荷载计算47第五章风荷载作用下的位移验算48第一节侧移刚度D48第二节风荷载作用下的位移验算48第六章内力计算50第一节恒荷载标准值作用下的内力计算50第二节活荷载标准值作用下的内力计算58第三节风荷载标准值作用下的内力计算61第七章抗震设计67第一节水平地震作用计算67第二节地震力作用下框架内力计算71第八章内力组合74第九章截面设计与配筋计算80第十章柱下独立基础设计与配筋计算84附图及附录88设计心得100致谢101第一章 工程概况第一节、设计基本资料一、 工程名称：某中学教学楼。二、 工程位置：广西南宁市。三、 工程总面积：12566.6，主楼6层，高22.7m，楼层层高3.6m。四、 结构形式：现浇整体框架。五、 设计资料：（一） 、工程地质条件：地下水无侵蚀性，地面以下8m的地质资料：50cm表土以下为亚粘土，地基承载力标准值为200kpa（二） 抗震设防： 7 度，抗震等级 ：三级（三） 防火等级： 二级（四） 建筑物类型： 丙类（五） 基本风压： 0= 0.305KN/m2，主导风向：西北风（六） 活 载： 楼面活荷 ：2.0 KN/m2 ，上人屋面活载：2.0 KN/m2 ，不上人屋面活载：0.50 KN/m2 ， 办公室：2.0 KN/m2；第二节 、设计主要依据和资料.一、 设计依据 a) 国家及广西省现行的有关结构设计规范、规程及规定。b) 本工程各项批文及甲方单位要求。c) 本工程的活载取值严格按建筑结构荷载规范（GB50009-2001）执行。二、 计资料 1 高层建筑结构方案优选，中国建筑工业出版社2 高层建筑结构设计，武汉理工大学出版社。3 钢筋混凝土结构构造手册，中国建筑工业出版社4 混凝土结构设计规范（GB50010-2002）。5 建筑结构荷载规范（GB50009-2001）2006修订版。6 建筑抗震设计规范（GB50011-2001）2008修订版。7 建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）。8 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）。9 建筑施工手册（上、中、下），中国建筑工业出版社。10 工程施工验收规范/手册/指南。11 房屋建筑制图统一标准（BG50001-20001) 中国建筑工业出版社12 建筑结构制图标准（BG50105-2001） 中国建筑工业出版社13 混凝土结构设计规范（GB500102002） 中国建筑工业出版社14 地基与基础设计规范（GB5007-2002） 中国建筑工业出版社15 建筑抗震设计规范（GB500112001） 中国建筑工业出版社第二章 结构设计说明第一节 结构体系的选择多层及高层建筑常用的受力结构体系有：混合结构、框架结构、剪力结构、框架剪力墙结构、筒体结构。结构布置应根据工程设计的原始资料和设计任务要求，综合考虑技术、经济、建筑要求，合理选择建筑的结构体系，对其进行结构布置，满足安全、适用、经济的要求。不同的结构体系，适用于不同的层数、高度和功能。不同结构体系的特点各不相同，具体如下：一、混合结构体系混合结构承重主要用砖或砌块砌筑，其优点为：施工方便，造价低廉；缺点为砌体强度较低，房屋的层数受到限制，同时抗震性能较差，在墙体的布置上，建筑使用空间受到限制。混合结构一般适宜用于六层及六层以下的楼房，如住宅、办公室、医院等民用建筑及中小型工业建筑混合结构。二、框架结构体系框架结构是由梁、柱通过节点构成承载结构，由梁、柱分别承受竖向荷载和水平荷载，墙起分隔维护作用。其优点为：整体性和抗震性较混合结构要好，平面布置灵活，使用空间较大。其缺点为：框架结构水平刚度较小，抗震性能相对差，地震中非结构性破坏如填充墙、建筑装修和设备管道等破坏较大。框架结构特别适用于在办公楼、教学楼、公共性与商业性建筑、图书馆、轻工业厂房、公寓以及住宅类建筑中采用。但是，由于框架结构构件的截面尺寸一般都比较小，它们的抗侧移刚度较弱，随着建筑物高度的增加，结构在风荷载和地震作用下，侧向位移将迅速加大。为了不使框架结构构件的截面尺寸过大和截面尺寸过大和截面内钢筋配置过密，框架结构一般只适用于不超过20层的建筑物中。三、力墙结构体系剪力墙结构以剪力墙承重，由墙体承受全部水平作用和竖向荷载。其特点为：刚度大，比框架结构刚度大，结构水平位移和层间位移较小，抗震性能好。适用于开间较小、墙体较多的多层建筑如住宅、旅馆等。但由于剪力墙的布置，平面布置受到一定的影响。四、框架-剪力墙结构体系框架剪力墙结构竖向荷载分别由框架和剪力墙共同承担，水平荷载作用主要由抗侧刚度较大的剪力墙承担。其优点为框架结构布置灵活、使用方便、具有较大的刚度和较强的抗震能力，适用于高层办公建筑和旅馆建筑中。五、筒体结构筒体结构是以剪力墙构成空间薄壁筒体，或者密柱、密梁形成空间框架筒，这种结构体系作为一个空间构件受力，具有更好的的抗侧移刚度和更好的抗震性能。常用的有筒中筒、成束筒等形式。本工程为教学楼，属乙类建筑，要求较大的使用空间。本地区抗震设防烈度6度，根据建筑抗震设计规范的要求，将抗震设防烈度提高一度，即为7度。7度设防的钢筋混凝土现浇框架结构房屋适用的最大高度是55m，该教学楼房屋高度为22.7m432548.62 同理: Z2取bh=400700 Z3取r=400mm Z4取r=200mm 柱的截面尺寸及梁的布置见结构平面布置图。二、梁尺寸确定第一 框架梁的截面尺寸宜符合下列各项要求：1、梁的截面宽度不宜小于200mm； 2、梁的截面高度比不宜大于4； 3、为了避免发生剪切破坏，梁净跨与截面高度之比不宜小于4；4、符合模数的要求：当梁高h800mm时，h为50mm的倍数；当h800mm时，h为100mm的倍数。当梁宽b200mm时，梁的宽度为50mm的倍数；200mm以下宽度的梁，有b=100mm,150mm,180mm三种。第二 主次梁的截面尺寸关系。主梁的宽度不应小于200mm，通常250mm及以上；次梁宽度不应小于150mm。主梁的高度应至少比次梁高50mm或100mm。在高烈度区，纵向框架梁的高度也不宜太小，一般取h且不宜小于500mm。第三 按照经验初步确定梁的截面尺寸KL1：240 mm800 mm KL2：240 mm600 mm KL3：240 mm400 mmL1：200 mm500 mm L2：200 mm400 mm FL1：240 mm350 mm梁的截面尺寸及梁的布置见结构平面布置图。三、楼板厚度现浇板的厚度一般为10mm的倍数，其厚度选择应根据使用环境、受力性能、跨度等条件综合确定。其厚度宜符合下列要求：（1）现浇双向板最小厚度80mm； （2）双向板的最小高跨比h/L:简支： ，连续： 楼板为现浇双向板，根据经验板厚取120mm。第六节、 基本假定一、基本假定第一：平面结构假定：该工程平面为正交布置，可认为每一方向的水平力只由该方向的抗侧力结构承担，垂直于该方向的抗侧力结构不受力。第二：由于结构体型规整，布置对称均匀，结构在水平荷载作用下不计扭转影响。第七节、 荷载计算作用在框架结构上的荷载通常为恒载和活载。恒载包括结构自重、结构表面的粉灰重、土压力、预加应力等。活荷载包括楼面和屋面活荷载、风荷载、雪荷载、安装荷载等。高层建筑水平力是起控制作用的荷载，包括地震作用和风力。地震作用计算方法按建筑结构抗震设计规范进行，对高度不超过40m以剪切为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，可采用底部剪力法。竖向荷载主要是结构自重（恒载）和使用荷载（活载）。结构自重可由构件截面尺寸直接计算，建筑材料单位体积重量按荷载规范取值。使用荷载（活荷载）按荷载规范取值，楼面活荷载折减系数按荷载规范取用。第八节、 侧移计算及控制框架结构的侧移由梁柱杆件弯曲变形和柱的轴向变形产生的。在层数不多的框架中，柱轴向变形引起的侧移很小，可以忽略不计。在近似计算中，一般只需计算由杆件弯曲引起的变形。 当一般装修标准时，框架结构在地震作用下层间位移和层高之比、顶点位移与总高之比分别为1：650，1：700。 框架结构在正常使用条件下的变形验算要求各层的层间侧移值与该层的层高之比不宜超过1/550的限值。第九节、 内力计算及组合一、竖向荷载下的内力计算竖向荷载下内力计算首先根据楼盖的结构平面布置，将竖向荷载传递给每榀框架。框架结构在竖向荷载下的内力计算采用分层法计算各敞口单元的内力，然后在将各敞口单元的内力进行叠加；连梁考虑塑性内力重分布而进行调幅，按两端固定进行计算。二、水平荷载下的计算 利用D值法计算出框架在水平荷载作用下的层间水平力，然后将作用在每一层上的水平力按照该榀框架各柱的刚度比进行分配，算出各柱的剪力，再求出柱端的弯矩，利用节点平衡求出梁端弯矩。三、内力组合第一：荷载组合。荷载组合简化如下：（1）恒荷载+活荷载、（2）恒荷载+风荷载、（3）恒荷载+活荷载+风荷载、（4）恒荷载+地震荷载+活荷载。第二：控制截面及不利内力。框架梁柱应进行组合的层一般为顶上二层，底层，混凝土强度、截面尺寸有改变层及体系反弯点所在层。框架梁控制截面及不利内力为：支座截面，Mmax，Vmax，跨中截面，Mmax。框架柱控制截面为每层上、下截面，每截面组合：Mmax及相应的N、V，Nmax及相应M、V，Nmin及相应M、V。第十节、 基础设计在荷载作用下，建筑物的地基、基础和上部结构3部分彼此联系、相互制约。设计时应根据地质资料，综合考虑地基基础上部结构的相互作用与施工条件，通过经济条件比较，选取安全可靠、经济合理、技术先进和施工简便的地基基础方案。根据上部结构、工程地质、施工等因素，优先选用整体性较好的独立基础。第十一节、计算简图一般情况下，框架结构是一个空间受力体系，为方便起见，常常忽略结构纵向和横向框架之间的空间联系。忽略各构件的扭转作用，将纵向和横向框架分别按平面框架进行分析计算。由于横向框架间距相同，作用于各横向框架上的荷载相近，框架的抗侧刚度相近，因此，各榀横向框架都产生相近的内力与变形，结构设计时一般取中间有代表性的一榀横向框架进行分析即可。当框架各跨度不等时，但相差不超过10%时，可当作具有平均跨度的等跨度框架。1、计算单元取1-1号轴线横向框架计算简图如图1和2所示。 图1：顶层屋面荷载传递示意图 图2：标准层荷载传递示意图2、计算简图在框架的计算简图中，杆件长度用节点间的距离表示，荷载的作用位置也表示为轴线间的关系。在一般情况下，等截面柱柱轴线取截面形心位置。当同一轴线的上下柱截面尺寸不同时，则取上层柱截面形心作为轴线。框架梁的跨度L取柱轴线间的距离。计算简图中的柱高取值原则：对楼层可取层高，对底层柱，则取基础顶面至二层楼板顶面（对现浇楼板）或至二层楼板底面（对预制楼板）间的高度。在一般整体式框架的连接中，梁和柱为刚接，基础与柱也是刚接。但是当顶层为大空间，采用屋架代替顶层的框架横梁时，屋架和柱顶的连接则为铰接。故取顶层柱的行心线作为框架的轴线，梁轴线取至板顶。26层柱高即为层高，取3.6m，底层柱高从基础顶面至一层板顶。即h=3.6+2.0=5.6m。计算简图如下图3：图3：结构计算简图3、梁的平面布置图图4：梁布置图第三章 框架计算简图及梁柱线刚度第一、框架的计算简图如图5所示，取1-2轴上的一榀框架计算。假定框架嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。底层柱高从基础顶面算至二楼，基础顶标高根据地质条件、室内外高差定为-2.00m，二层标高3.6m，底板层柱高5.6m，其余各层柱高从楼面算至上一层楼面，均为3.60m，如图22所示。第二、框架梁柱的线刚度计算：对于中框架梁取 I=2I0左边框梁：i左边跨=EI/l=3.01072/120.240.63/7.2=3.6104 KNm中跨梁：i中跨梁=EI/l=3.01072/120.240.43/2.5=3.072104 KNm右边框梁：i右边跨=EI/l=3.01072/120.240.63/4.0=6.48104 KNm底层柱：i底柱=EI/l=3.01071/120.74/5.6=1.07105 KNm其余层柱：i余柱=EI/l=3.01071/120.74/3.6=1.67105 KNm令i余柱=1.0，其余各杆件的相对线刚度为：i 左边跨=3.6104/1.67105=0.216i 中跨梁=3.072104 /1.67105=0.184i 右边跨=6.48104 /1.67105=0.389i 底柱=1.07105/1.67105=0.641框架梁柱的线刚度如图5所示，作为计算各节点杆端弯矩分配系数的依据。图5：计算简图第四章 框架设计第一节、恒载标准值计算一、屋面荷载计算保护层：30mm厚细石混凝土 220.03=0.66 KN/m防水层：三毡四油 0.4 KN/m找平层：20mm厚水泥砂浆 200.02=0.4 KN/m找坡层：30mm厚炉渣混凝土 140.03=0.42 KN/m保温层：100mm厚矿渣水泥 14.50.1=1.45 KN/m结构层：120mm厚现浇钢筋混凝土板 250.12=3 KN/m抹灰层：20mm厚1：1：6混合砂浆 170.02=0.34 KN/m 合计： 6.67 KN/m二、楼面恒载计算面层：小瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 0.55 KN/m结构层：120mm厚现浇钢筋混凝土板 20.12=3 KN/m抹灰层：20mm厚1：1：6混合砂浆 170.02=0.34 KN/m 合计： 3.89 KN/m三、走廊恒载计算 面层：水磨石地面（10mm面层20mm水泥砂浆打底 0.65 KN/m结构层：120mm厚现浇钢筋混凝土板 250.12=0.3 KN/m抹灰层：20mm厚1：1：6混合砂浆 170.02=0.34 KN/m 合计： 3.99 KN/m四、厕所楼面恒载计算面层：小瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 0.55 KN/m 防水层：20mm后素砼刚性 240.02=0.48 KN/m找平层：30mm厚炉渣 140.03=0.42 KN/m结构层：120mm厚现浇钢筋混凝土板 250.12=3 KN/m抹灰层：20mm厚1：1：6混合砂浆 170.02=0.34 KN/m 合计： 4.79 KN/m 五、内墙恒载计算抹灰层：20mm厚1：1：6混合砂浆 170.02=0.34 KN/m结构层：200mm厚砖墙 180.2=3.60 KN/m抹灰层：20mm厚1：1：6混合砂浆 170.02=0.34 KN/m 合计： 4.28 KN/m六、外墙恒载计算抹灰层：20mm厚1：1：6混合砂浆 170.02=0.34 KN/m结构层：240mm厚砖墙 5.50.24=1.32