土木工程育才中学教学楼设计大学论文.doc

毕 业 设 计 论 文题 目： 育才中学教学楼设计 学 院： 土木与材料工程 专 业： 土木工程 姓 名： 学 号： 指导老师： 完成时间： 2017年03月28日 河南城建学院本科毕业设计（论文） 摘要摘要 本设计完成了一座中学教学楼的建筑设计和部分结构设计。它的结构是异形柱-短肢剪力墙结构。建筑面积约为4500m2，建筑高度为17.10m，基本风压0.40kN/m，基本雪压0.55kN/m。本工程地震设计烈度为7度，抗震等级为二级。建筑防火等级为二级，建筑耐久年限为50年。在进行结构设计之前建筑设计已完成并由指导老师认可。教学楼属于公共建筑，既要求满足建筑布局，也要有抗震、采风通光等各方面的要求。当我在做结构设计的时候，我需要确定梁的截面尺寸，柱的截面尺寸，短肢剪力墙的截面尺寸。结构设计部分主要由PKPM计算。关键字： 异形柱；短肢剪力墙；结构设计 Abstract This design has completed a middle school teaching buildings architectural design and part of its structural design。Its structure is special-shaped columns and short-shear walls structure. The floor area approximately is 4500m, building height is 17.10m, the basic wind pressure is 0.40kN / m, the basic snow pressure is 0.55KN/m。This projects seismic fortification intensity is 7 degree,seismic fortification grade is grade two. The fire prevention grade of this building is grade two, the design working life of this building is 50 years. The architectural design have been completed and admitted by the academic teachers before the structural design.The teaching building belongs to the public building, not only be requested to satisfy the architectural composition, but also various of requests,for example: resisting to earthquakes, collect wind and passes the light and so on.When I am doing the structural design,I need calculate the size of the cross section which include the bridges,the columns,the short-shear walls.。Structural design section is mainly calculated by PKPM.Keywords: special-shaped columns；short-shear walls；structural design河南城建学院本科毕业设计（论文） 目 录目 录1 工程概况42 构件尺寸确定42.1梁截面尺寸初选42.2异形柱和剪力墙截面初选42.3板厚初选53 基础选型与埋置深度54 荷载计算64.1计算高度的确定64.2重力荷载计算64.2.1屋面和楼面的永久荷载标准值计算64.2.2屋面和楼面的可变荷载标准值计算74.2.3梁，柱，墙，门，窗等重力荷载计算74.3重力荷载代表值计算94.3.1底层重力荷载代表值G194.3.2二三四层重力荷载代表值G1，G2，G3104.3.3五层重力荷载代表值G5115 结构模型信息概况135.1 系统总信息135.1.1 总信息135.1.2控制信息135.1.3风荷载信息145.1.4地震信息145.1.5活荷载信息155.1.6调整信息155.1.7设计信息165.1.8配筋信息175.1.9荷载组合185.1.10其他重要参数185.2楼层信息195.3各层等效尺寸205.4层塔属性215.5整楼模型216 抗震分析及调整226.1结构周期及振型方向236.2各地震方向参与振型的有效质量系数236.3地震作用下结构剪重比及其调整247 结构体系指标及二道防线调整277.1竖向构件倾覆力矩及百分比(抗规方式)277.2竖向构件地震剪力及百分比308 风荷载信息329 变形验算369.1普通结构楼层位移指标统计3610 内力组合4310.1梁的内力组合和配筋计算4510.1.1标准层梁的内力组合和配筋计算4510.1.2屋顶层梁的内力组合和配筋计算5810.2柱的内力组合和配筋计算7010.3现浇板的计算7211 楼梯设计8111.1楼梯形式8111.2设计参数8111.3楼梯计算过程8211.3.1楼梯示意图8311.3.2楼梯计算依据规范8311.3.3荷载计算8311.3.4正截面受弯承载力计算8411.3.5计算结果8411.3.6跨中挠度计算8411.3.7跨中挠度计算8611.4楼梯配筋图8712 基础设计8912.1基础形式8912.2设计参数8912.3弹性地基梁荷载图9112.4弹性地基梁弯矩图9212.5弹性地基梁剪力图9312.6地基净反力竖向位移图9412.7弹性地基梁反力图9512.8地梁箍筋面积图9612.9基础配筋图9712.10基础计算过程9812.10.1基础的荷载计算9812.10.2基础的竖向位移和竖向反力计算107参考文献113致谢114附页1（1层荷载简图)115附页2（1层配筋简图)116附页3（1层柱、墙轴压比简图)117附页4（1层梁弹性挠度简图)118附页5（标准层楼面荷载平面图）119附页6（屋顶层楼面荷载平面图）120附页7 (振型1作用下对建筑物的影响)121附页8 (振型2作用下对建筑物的影响)122附页9 (振型3作用下对建筑物的影响)123121河南城建学院本科毕业设计（论文） 工程概况1工程概况 本工程名称为育才中学中学教学楼，位于天津市区，建筑耐火等级，防火等级均为二级。建筑面积为4500m2，主体结构5层，没有地下室。天津市的气候条件是：夏季的时候东南风主导风向，冬季的时候西北风主导风向，基本风压0.40kN/m2 ，基本雪压0.55kN/m2，最高气温39，最低气温-2。设计使用年限：50年。建筑结构安全等级：二级。一类环境。基础采用条形基础。建筑场地类别为类，抗震设防烈度7度0.15g。设防地震分组：第一组。本建筑物的结构是异形柱-短肢剪力墙结构，结构的平面布置采用“一”字形，但是有突出部位，突出部位的拐角处采用剪力墙。该地区工程地质条件：地基承载力特征值150kPa，基础埋深2.1m，不考虑地下水的影响，建筑地点冰冻深度：室外天然地面以下300mm。2构件尺寸确定2.1梁截面尺寸初选 梁的截面尺寸：取h=（l/81/12）L,b=250mm。 横梁（AB、CD跨):主要取h=650mm ，取b=250mm。 横梁（BC跨）：标准层主要取h=450mm ,b=250mm 。 横梁（BC跨）：屋顶层主要取h=350mm ，b=250mm。纵梁：主要取h=450mm，取b=250mm 。 混凝土强度等级：C402.2异形柱和剪力墙截面初选 根据规范确定异形柱-短肢剪力墙结构的异形柱和剪力墙截面尺寸 如下图所示： 2.3板厚初选 楼板厚度按照大于或等于L/40确定，所以板厚取100（部分开间长度为4500时，板厚取为120）3 基础选型与埋置深度该基础采用条形基础，基础埋深取为2.1m（自室外地坪算起），肋梁高度取1.2m，室内，外地坪高度差为0.6m4 荷载计算4.1计算高度的确定在计算过程中，我们把梁的轴线取在板底位置处，我们把25层柱的计算高度取为相应层的层高，取为3.3m；第一层柱的计算高度的取法是：从基础梁的顶面取到一层板底，即 h1=3.30.62.11.20.1=4.7m4.2重力荷载计算 4.2.1屋面及楼面的永久荷载标准值计算 屋面（不上人） 40mm厚C30细石混凝土保护层 250.04=1 一道土工布隔离层 忽略不计 防水卷材防水层 0.15 15mm 厚1：3水泥砂浆找平层 200.015=0.3 30mm厚C30细石混凝土找坡层 250.03=0.75 100mm厚钢筋混凝土板 250.10=2.50 4.70 14层楼面瓷砖地面 0.55上层20mm厚混合砂浆抹灰 170.02=0.34 100mm厚钢筋混凝土板 250.10=2.50 下层20mm厚混合砂浆抹灰 170.02=0.34 3.734.2.2 屋面及楼面的可变荷载标准值计算不上人屋面均布活荷载标准值 0.5楼面活荷载标准值（房间） 2.5楼面活荷载标准值（走廊和活动区） 3.5屋面雪荷载标准值 0.55 4.2.3梁，柱，墙，门，窗等重力荷载计算梁和柱的单位长度的重力荷载可以通过它们的截面尺寸，材料的重度等计算出来，因为当我们计算楼面和屋面的永久荷载时，已经计算过（考虑了）板的自重，所以我们在计算梁的重力荷载时，我们要把梁的截面高度减去板的厚度，而且我们只考虑两侧抹灰的重量。第1层梁，柱单位长度的重力荷载计算如下：边横梁： 0.250.55250.550.02172=3.8115走道梁： 0.250.25250.250.02172=1.7325纵梁： 0.250.35250.350.02172=2.4255L形柱： （10.250.750.25）2510.02174=12.2975T形柱： （10.250.750.25）2510.02174=12.2975圆形柱： 3.140.42523.140.40.0217=13.4141剪力墙1： 1.750.2525（1.7520.252）0.0217=12.2975剪力墙2：（9.250.256.750.2512.750.25）25（1.52521.62） 0.0217=179.9第1层梁，柱净长度计算如下：边横梁： Ln=6.6（10.125）0.5=5.225m走道梁： Ln=6.60.52=1.7m纵梁1： Ln=3.90.52=2.9m纵梁2： Ln=4.50.50.875=2.9m纵梁3： Ln=3.60.52=2.6m柱： Ln=4.7m同理，可以求得25层梁，柱的重力荷载和构件净长度15层梁，柱的重力荷载和构件净长度如下所示第1层构件的重力荷载和构件净长度：边横梁： gl= 3.8115 Ln=4.7m go=19.915KN 走道梁： gl= 1.7325 Ln=1.7m go=2.945KN 纵梁1： gl= 2.4255 Ln=2.6m go=6.3063KN 纵梁2： gl= 2.4255 Ln=2.9m go=7.034KN 纵梁3： gl= 2.4255 Ln=3.125m go=7.58KN L形柱： gl=12.2975 Ln=4.7m go=57.80KN T形柱： gl=12.2975 Ln=4.7m go=57.80KN 圆形柱： gl=13.4141 Ln=4.7m go=63.05KN 剪力墙1： gl=12.2975 Ln=4.7m go=57.80KN 剪力墙2： gl=179.9 Ln=4.7m go=845.53KN 第25层构件的重力荷载和构件净长度：边横梁： gl= 3.8115 Ln=4.7m go=19.915KN 走道梁： gl= 1.7325 Ln=1.7m go=2.945KN 纵梁1： gl= 2.4255 Ln=2.6m go=6.3063KN 纵梁2： gl= 2.4255 Ln=2.9m go=7.034KN 纵梁3： gl= 2.4255 Ln=3.125m go=7.58KN L形柱： gl=12.2975 Ln=3.3m go=40.58KN T形柱： gl=12.2975 Ln=3.3m go=40.58KN 圆形柱： gl=13.4141 Ln=3.3m go=44.27KN 剪力墙1： gl=12.2975 Ln=3.3m go=40.58KN 剪力墙2： gl=179.9 Ln=3.3m go=593.67KN 内墙为250mm厚水泥空心砖（9.6KN/m),两侧均为20mm厚抹灰（17KN/m)，则内墙面单位面积重力荷载为：9.60.25170.022=3.08KN/m外墙也采用250mm厚的水泥空心砖,外墙面刷涂料，内墙面采用20mm厚的抹灰（0.34KN/m)，则外墙面单位面积的重力荷载是：9.60.250.34=2.74KN/m外墙门窗，单位面积重量均为0.4KN/m女儿墙为240mm厚的黏土实心砖，外墙面刷涂料，内墙面20mm厚抹灰，单位面积重力荷载为：190.240.34=4.9KN/m4.3重力荷载代表值计算根据要求，我们认为各个楼层的标高处的重力荷载代表值应该由以下几个方面构成：第一个方面：楼面或者屋面它们自身的自重标准值。第二个方面：楼面活荷载50或者屋面雪荷载的50，屋面的活荷载忽略不计。第三个方面：取上，下各半层墙重的标准值之和作为墙重。各层的重力荷载代表值如下：4.3.1 底层重力荷载代表值G1恒载：首层板重 3.73（66.2516.750.618.25）=4179.98KN 首层边横梁自重 19.91533=657.2KN 首层走道梁自重 2.94515=44.175KN 首层纵梁自重 6.3063167.034167.5832=456KN 首层柱自重 57.80857.803463.052=2553.7KN 首层剪力墙自重 57.8022845.532=2962.66KN 二层柱自重 40.58840.583444.272=1792.9KN 二层剪力墙自重 40.5822593.672=2080.3KN 二层外墙和窗重 （66.2516.75）2（0.618.25）2（1 101171.75111.62 ） 2.74 （3.30.45） （41.81.2）（1.51.52）（241.81.85）（21.51.5）（1.81.052）（2.740.4）=967.4KN 二层内墙和门重 （3.90.50.875）8（3.61.75）8（4.5 0.50.875）12（6.60.50.875）18 3.08（3.30.45） （612.11312.140.92.121.82.1）（3.080.4） =1314.55KN 首层外墙和窗重 （66.2516.75）2（0.618.25）2（110 1171.75111.62 ）2.74（3.3 0.45）92.74（3.30.45）（41.81.2） （1.51.52）（221.81.85）（21.5 1.5）（1.81.052）（2.740.4）=912.7KN 首层内墙和门重 （3.90.50.875）8（3.61.75）8（4.5 0.50.875）12（6.60.50.875）18 3.08（3.30.45） （612.11312.140.92.121.82.1）（3.080.4）=1314.55KN 活载：楼面活载 （3.96.684.56.6103.66.68）2.5 4.56.623.5662.73.5=2564.1KN G1=4179.98657.244.175456（2553.71792.9）/2（2962.662080.3）/2（967.41314.55912.71314.55）/20.52564.1=13568.8KN4.3.2 二三四层重力荷载代表值G1，G2，G3恒载：二层板重 3.73（66.2516.750.618.25）=4179.98KN 二层边横梁自重 19.91533=657.2KN 二层走道梁自重 2.94515=44.175KN 二层纵梁自重 6.3063167.034167.5832=456KN 二三层柱自重 40.58840.583444.272=1792.9KN 二三层剪力墙自重 40.5822593.672=2080.3KN 二三层外墙和窗重 （66.2516.75）2（0.618.25）2（1 101171.75111.62 ）2.74 （3.30.45） （41.81.2）（1.51.5 2）（241.81.85）（21.51.5）（1.8 1.052）（2.740.4）=967.4KN 二三层内墙和门重 （3.90.50.875）8（3.61.75）8（4.5 0.50.87512（6.60.50.875）183.08（3.30.45） （612.11312.140.92.121.82.1）（3.08 0.4）=1314.55KN活载：楼面活载 2564.1KN G2=G3=G4=4179.98657.244.1754561792.92080.3967.41314.550.52564.1=12774.6KN4.3.3 五层重力荷载代表值G5恒载：顶层板重 4.70（66.2516.750.618.25）=5648.02KN 顶层边横梁自重 19.91533=657.2KN 顶层走道梁自重 2.94512=35.34KN 顶层纵梁自重 6.3063167.034147.5831=434.36KN 顶层柱自重 40.58840.583244.272=1711.74KN 顶层剪力墙自重 40.5820593.672=1998.84KN 顶层外墙和窗重 （66.2516.75）2（0.618.25）2（1 101171.75111.62 ）2.74 （3.30.45） （41.81.2）（1.51.5 2）（241.81.85）（21.51.5）（1.81.052）（2.740.4）=967.4KN 顶层内墙和门重 （3.90.50.875）8（3.61.75）8（4.5 0.50.87512（6.60.50.875）163.08（3.30.45） （212.11412.120.92.111.82.121.5 2.1）（3.080.4）=1243.07KN 女儿墙重： （66.2516.75）2（0.618.25）20.6 4.9=598.878KN活载：楼面雪荷载 （6.60.25）（16.50.25）（0.60.125） （180.25） 0.55=604.89KN G5=5648.02657.235.34434.36598.878（11711.741998.84967.41243.07）/20.5604.89=15636.8KN 表4-1 各层重力荷载代表值G（KN）层号重力荷载代表值（KN）515636.8412774.6312774.6212774.6113568.85结构模型信息概况5.1 系统总信息5.1.1 总信息水平力与整体坐标夹角（度）0混凝土容重（kN/m3）27.00钢材容重（kN/m3）78.00嵌固端所在层号1地上部分层数5地下室层数0墙元细分最大控制长度（m）1.00弹性板细分最大控制长度（m）1.00转换层指定为薄弱层是墙梁跨中节点作为刚性楼板从节点是计算墙倾覆力矩时只考虑腹板和有翼缘否考虑梁板顶面对齐否构件偏心方式传统移动节点方式结构材料信息钢筋混凝土结构结构体系异型柱框剪结构恒活荷载计算信息模拟施工加载 3风荷载计算信息计算水平风荷载地震作用计算信息计算水平地震作用结构所在地区全国规定水平力的确定方式楼层剪力差方法（规范方法）刚性楼板假定计算信息对所有楼层强制采用刚性楼板假定楼梯计算信息不带楼梯进行计算5.1.2 控制信息:计算软件信息32位线性方程组的解法Pardiso地震作用分析方法总刚分析方法位移输出方式简化输出吊车荷载计算否生成传给基础的刚度否5.1.3 风荷载信息:地面粗糙度类别B修正后的基本风压（kN/m2）0.40X向结构基本周期（秒）0.44Y向结构基本周期（秒）0.42风荷载作用下结构的阻尼比（%）5.00承载力设计时风荷载效应放大系数1.00用于舒适度验算的风压（kN/m2）0.30用于舒适度验算的结构阻尼比（%）2.00考虑顺风向风振影响是考虑横风向风振影响否X向体型系数1.31Y向体型系数1.305.1.4 地震信息:结构规则性信息不规则设防地震分组第一组设防烈度7（0.15g）场地类别II 类砼框架抗震等级3 三级剪力墙抗震等级3 三级抗震构造措施的抗震等级提高一级部分框支剪力墙结构底部加强区剪力墙抗震等级自动提高一级（高规表3.9.3、表3.9.4）否重力荷载代表值的活载组合值系数0.50周期折减系数0.95特征周期（秒）0.35水平地震影响系数最大值0.12结构的阻尼比（%）5.00计算振型个数155.1.5 活荷载信息:柱、墙设计时活荷载不折减传给基础的活荷载折减梁活荷不利布置的最高层号5计算截面以上层数折减系数11.002-30.854-50.706-80.659-200.6020层以上0.55梁楼面活荷载折减设置不折减考虑结构使用年限的活荷载调整系数1.005.1.6 调整信息:梁端负弯矩调幅系数0.85梁活荷载内力放大系数1.20梁扭矩折减系数0.40托墙梁刚度放大系数1.00支撑临界角（度）20.00地震作用下连梁刚度折减系数0.60风荷载作用下的连梁刚度折减系数1.00柱实配钢筋超配系数1.15墙实配钢筋超配系数1.15梁刚度放大系数按2010规范取值是梁刚度放大系数按主梁计算否按抗震抗规(5.2.5)调整各楼层地震内力是按刚度比判断薄弱层的方式按抗规和高规从严判断薄弱层地震内力放大系数1.25地震作用调整：全楼地震作用放大系数1.00二道防线调整：考虑双向地震时内力调整方式先考虑双向地震再调整0.2V0分段调整方法规范方法alpha0.20beta1.50调整分段数0调整系数上限2.00调整与框支柱相连的梁的内力否框支柱调整系数上限5.00指定的加强层个数05.1.7 设计信息:结构重要性系数1.00梁按压弯计算的最小轴压比0.15框架梁端配筋考虑受压钢筋是剪力墙构造边缘构件的设计执行高规7.2.16-4条的较高配筋要求是当边缘构件轴压比小于抗规6.4.5条规定的限值时一律设置构造边缘构件是按混凝土规范B.0.4条考虑柱二阶效应否梁按高规5.2.3-4条进行简支梁控制主梁、次梁均执行此条主梁进行简支梁控制的处理方法分段计算梁保护层厚度（mm）25.00柱保护层厚度（mm）30.00梁柱重叠部分简化为刚域：梁端简化为刚域否柱端简化为刚域是钢柱计算长度系数：X向：有侧移Y向：有侧移柱配筋计算原则按单偏压计算柱双偏压配筋时进行迭代优化否柱剪跨比计算原则简化方式（H/2h0）5.1.8 配筋信息:钢筋级别：梁主筋采用的级别是HRB400360梁箍筋采用的级别是HRB400360柱主筋采用的级别是HRB400360柱箍筋采用的级别是HRB400360墙主筋采用的级别是HRB400360墙水平分布筋采用的级别是HRB400360墙竖向分布筋采用的级别是HRB400360边缘构件箍筋采用的级别是HRB400360箍筋间距：梁箍筋间距（mm）100.00柱箍筋间距（mm）100.00墙水平分布筋间距（mm）200.00墙分布筋配筋率：墙竖向分布筋配筋率（%）0.30墙最小水平分布筋配筋率（%）0.00梁抗剪配筋采用交叉斜筋方式时，箍筋与对角斜筋的配筋强度比1.005.1.9 荷载组合:恒荷载分项系数G1.20活荷载分项系数L1.40活荷载组合系数L0.70重力荷载代表值效应的活荷组合值系数EG0.50风荷载分项系数W1.40风荷载组合值系数W0.60水平地震作用分项系数Eh1.30竖向地震作用分项系数Ev0.50仅考虑恒、活荷载参与组合0.60考虑风荷载参与组合0.00考虑仅地震作用参与组合0.00砼构件温度效应折减系数0.305.1.10 其他重要参数:主控自由度总数64175.2 楼层信息 表5-1 构件材料层号梁柱(含支撑)墙数量材料数量材料数量材料5162C4042C4552C404179C4044C4552C401-3165C4044C4552C40 表5-2 梁柱板钢筋强度（单位：N/mm)层号柱纵筋柱箍筋梁纵筋梁箍筋1-5360360360360 表5-3 墙钢筋强度（单位：N/mm)层号墙主筋墙水平分布筋墙竖向分布筋边缘构件箍筋墙竖筋率(%)1-53603603603600.30%图5-1 全楼构件材料简图5.3各层等效尺寸 表5-4 各层等效尺寸(单位:m,m2)层号层高累计层高面积形心X,Y等效宽B等效高H最大宽BMAX最小宽BMIN53.3016.5001060.20509.51,169.7865.6916.0765.6916.0743.3013.2001060.20509.51,169.7865.6916.0765.6916.0733.30 9.9001060.20509.51,169.7865.6916.0865.6916.0823.30 6.6001060.20509.51,169.7865.6916.0865.6916.0813.30 3.3001060.20509.51,169.7865.6916.0865.6916.085.4 层塔属性 表5-5 楼层属性表层号约束边缘构件层过渡层底部加强区楼层转换层加强层薄弱层顶部小塔楼3-5215.5整楼模型 整楼模型如下图所示图5-2 整楼模型展示6 抗震分析及调整 6.1 结构