5层教学楼方案论文.doc

毕业设计(论文)
学生姓名：
学 号：
所在院(系)
专 业： 土木工程
设计(论文)题目：浦口某高级中学2号教学楼设计
指导教师：

2013年 6月7 日
101

目录
第1章 设计资料及要求 1
1.1 基本概况 1
1.2 设计资料 1
1.2.1气象资料 1
1.2.2工程地质资料 1
1.2.3楼面活荷载 2
1.2.4 抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组 2
1.3 施工技术条件及材料供应 2
1.4 毕业设计任务内容 2
1.4.1 毕业设计的意义 2
1.4.2 毕业设计的主要内容 3
1.4.3 提交的成果 3
第2章 框架结构布置及计算简图 4
2.1梁、柱截面尺寸 4
2.2材料强度等级 4
2.3计算简图 4
2.4．荷载计算 5
2.4.1屋面横梁竖向线荷载标准值 5
2.4.2楼面横梁竖向线荷载标准值 9
2.4.3屋面框架节点集中荷载标准值 10
2.4.4楼面框架节点集中荷载标准值 12
2.5风荷载 14
2.6地震作用 16
2.5.1建筑物总重力荷载代表值Gi的计算 16
2.5.2地震作用计算 19
2.5.3框架自振周期计算： 21
第3章 框架内力计算 26
3.1恒载作用下的框架内力计算 26
3.1.1弯矩分配系数 26
3.1.2杆件固端弯矩 28
3.2活载作用下的框架内力 40
3.2.1梁固端弯矩 40
3.1.2 本计算书考虑最不利组合活载满跨布置。 40
3.1.3内力计算 42
3.3地震作用下横向框架的内力计算 52
3.3.1 0.5（雪+活）中合理荷载作用下横向框架内力计算 52
3.3.2 地震作用下横向框架的内力计算 62
第四章框架内力组合 75
第五章框架梁柱截面设计 100
第6章 楼梯设计 120
6.1 楼梯梯段斜板设计 120
6.1.1荷载计算 122
6.1.2内力计算 122
6.1.3配筋计算 122
6.2 平台板设计 123
6.2.1荷载计算 123
6.2.2 内力计算 124
6.2.3 配筋计算 124
6.3 平台梁设计 124
6.3.1截面高度 124
6.3.2 荷载 125
6.3.3内力计算 125
6.3.4截面设计 125
第7章 现浇楼面板设计 128
7.1 楼面梁格布置 128
7.2荷载设计值 129
7.3 ABCDEF部分区格 129
7.4 G、H、I区格 133
第8章 基础设计 141
8.1 荷载计算 141
8.2确定基础底面积 142
8.2.1A柱 142
8.2.2 B柱 144
8.3 基础结构设计 146
8.3.1荷载设计值 146
8.3.2 A柱 146
8.3.3 BC柱 148
第九章 电算结果对比 152
图9-1电算恒载图 152
图9-2电算活载图 153
参考文献 154
结语 156

浦口某高级中学2号楼教学楼设计
摘 要
本工程为实际应用课题，地点位于江苏省南京市浦口区，为中学教学楼设计。本工程的建筑场地约58m×22m，建筑面积约6000m2，为3跨5层的钢筋混凝土框架结构。
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PKPM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。
关键词：弯矩；剪力；配筋；抗震，阅微阁小说

第1章 设计资料及要求
1.1 基本概况
本工程为实际应用课题，地点位于江苏省南京市浦口区，为中学教学楼设计。本工程的建筑场地约58m×22m，建筑面积约6000m2，为3跨5层的钢筋混凝土框架结构。

柱网布置
1.2 设计资料
1.2.1气象资料
基本风压值：0.40kN/m2
基本雪压：0.65kN/m2
1.2.2工程地质资料
拟建场地内地势平坦，场地平整后绝对高程为25.4m，室内设计标高相当于绝对标高26.0m，地下水位在绝对标高24.5m以下，对混凝土无侵蚀性。地层结构及各层物理力学性能如下：
I层约0.4m厚：杂填土，杂色，松散，可塑，夹较多的碎砖石
II层约1.3m厚：粉质粘土，砖红色，软塑，较均匀，但物理力学性质较差，fk=120kPa
III层约4.7～8m厚：细砂，黄色，中密～密实，饱和，fk=260kPa
IV层约2.1m厚：粉质粘土，黄褐色，可塑，饱和，较均匀，fk=210kPa
V层约5.2m厚：细砂，黄色，密实，饱和，场地内分布均匀，且物理力学性质较好，fk=260kPa
VI层3.6m厚：细砂～中砂，灰黄～灰色，中密～密实，饱和，fk=270kPa
VII层2.5m厚：粘土，灰绿～灰褐色，可塑，丰富的高岭土，fk=280kPa
VIII层未钻透：粘土，黄褐色～黄色，硬塑，高岭土，fk=320kPa
1.2.3楼面活荷载
按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）采用
1.2.4 抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组
抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组。
1.3 施工技术条件及材料供应
本工程由大型建筑工程公司承建，设备齐全，技术良好。水、电供应由建设单位保证。
三材及一般材料能按计划及时供应。

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
本工程横向框架计算单元取图9榀斜线布置所示范围。
2.1梁、柱截面尺寸
框架柱：一律采用500*500
梁：横向框架AB、CD跨250mm*700mm，BC跨250mm*500mm，纵向连续梁250mm*600mm,次梁250mm*450mm
2.2材料强度等级
混凝土：均采用C30级。
钢筋：钢筋采用HRB400钢筋
2.3计算简图

3900

3900

3900
3900

5500
6300 2400 6300

图2-1计算简图
2.4．荷载计算
2.4.1屋面横梁竖向线荷载标准值
(1) 恒载（图2-2）
屋面标准值：

图2-2恒载计算简图

图2-3活载计算简图

屋面恒载标准值
35mm厚架空隔热板 0.035 ×25=0.875KN/M2
保温层 0.48KN/M2
20mm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
12mm厚纸筋石灰粉平顶 0.012×16=0.192 KN/M2
屋面恒载标准值 4.87(KN/M2)

梁自重
边跨AB、BC跨： 0.25×0.7×25=4.38 KN/M
梁侧粉刷 2×（0.7-0.12）×0.02×17=0.39KN/M
4.77 KN/M
中跨BC跨 0.25×0.5×25=3.13KN/M
梁侧粉刷 2×（0.5-0.12）×0.02×17=0.26KN/M
3.39KN/M
次梁： 0.2*0.45*25=2.25kN/m
侧梁粉刷： 2*（0.45-0.12）*0.02*17=0.22kN/m
2.47kN/m

作用在顶层框架梁上的线活荷载标准值为：
梁自重： g5AB1= g5CB1=4.77KN/M , g5BC1=3.39KN/M
板传来的荷载： g5AB2=g5CD2=5.12×4.5=23KN/M
g5BC2 =4.87×2.4=11.69KN/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 =0.7×2.4=1.68KN/M
2.4.2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/M2
120厚钢筋混凝土楼板 0.12×25=3KN/M2
12厚底粉刷 0.012×16=0.192 KN/M2
楼面横载标准值 3.692 KN/M2）

边跨(AB、CD)框架梁自重 4.77KN/M
中跨（BC）梁自重 3.692KN/M
次梁自重 2*2.47*7*0.5*2=34.58kN
作用在楼面层框架梁上的线荷载标准值为：
梁自重 ： gAB1 = gCD1 =4.77KN/M
gBC1 =3.39KN/M
板传来的荷载： gAB2 = gCD2 =3.692×4.5=16.61KN/M gBC2=3.5×2.4=8.86KN/M
(2)活载（图2-3）
楼面活载： q AB =q CD=2.5×4.5=11.25KN/M
q BC =3.5×2.4=8.4KN/M
2.4.3屋面框架节点集中荷载标准值
(1)恒载
边跨连系梁自重 0.25×0.6×4.5×25=16.98KN
粉刷 2×(0.6-0.12) ×0.02×4.5×17=1.47KN
0.6m高女儿墙 0.6×4.5×2.36=6.37KN
粉刷 0.6×2×0.02×4.5×17=1.84KN
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=51.24KN

中柱连系梁自重 0. 25×0.6×4.5×25=16.98KN
粉刷 2×(0.6-0.12) ×0.02×4.5×17=1.47KN
连系梁传来屋面荷载 1/2×4.5×1/2×4.5×5.47=24.65KN
0.5×（4.5+4.5-2.4）×2.4/2×4.87=19.29KN
顶层节点集中荷载 G5B=G5C=67.33KN
(2)活载
Q5A=Q5D=1/2×4.5×1/2×4.5×0.7=3.54KN
Q5B=Q5C=1/2×4.5×1/2×4.5×0.7+1/2×(4.5+4.5-2.4) ×2.4/2×0.7=6.32KN
2.4.4楼面框架节点集中荷载标准值
(1)恒载
边柱连系梁自重： 16.98KN
次梁自重： 2*2.47*6.3*0.5=15.29kN
次梁传来的楼面自重 0.5*（6.3+6.3-4.5）*2.25*3.69=34.46 kN
粉刷 1.47KN
钢窗自重 3×1.5×0.4=1.8KN
窗下墙体 （4.5-0.45）×（3.9-0.7-1.5）×2.36=16.25KN
粉刷 2×4.05×1.9×0.02×17=5.23KN
窗边墙体自重 1.5×（4.05-3）× 2.36=3.72KN
粉刷 2×1.5×1.1×0.02×17=1.12KN
连系梁传来楼面自重 1/2×4.5×1/2×4.5×3.692=18.69KN
65.26KN
中间层边节点集中荷载 GA=GD=65.26KN
框架柱自重: G’A=G’D=0.45×0.45×3.9×25=19.74KN
中柱连系梁自重： 16.98KN
粉刷: 1.47KN
内墙自重（忽略门窗） （4.5-0.45）×(3.6-0.7) ×2.36=27.72KN
次梁自重： 2*2.47*6.3*0.5=15.29kN
次梁传来的楼面自重： 0.5*（6.3+6.3-4.5）*2.25*3.69=34.46kN
粉刷 2×4.1×2.9×0.02×17=8.09KN
连系梁传来楼面自重： 1/2×4.5×1/2×4.5×3.692=18.69KN
1/2×(4.5+4.5-2.4）×2.4/2×3.192=12.6KN
85.60KN

中间层中节点集中荷载 GB=GC=85.60KN
柱传来的集中荷载 19.74KN
(2)活载
QA=QD=1/2×4.5×1/2×4.5×2.5=12.66KN
QB=QC=1/2×4.5×1/2×4.5×2.5+1/2× (4.5+4.5-2.4) ×2.4/2×3.5=26.52KN
2.5风荷载
已知基本风压w0=0.4KN/M2，，本工程为市政中学，地面粗糙度属B类，按荷载规范wk=βzμsμzw0.。风载体型系数μs：迎风面为0.8，背风面-0.5，因结构高度H=21.1<30,(从室外地面算起)；取风振系数βz=1.0.

图2-4横向框架风荷载

风荷载计算 表2-1
层次
βz
μs
Z(m)
μz
W0(KN/M2
A
Pi(kN)
5
1.0
1.3
19.6
1.20
0.4
18.9
11.79
4
1.0
1.3
15.7
1.15
0.4
17.6
10.52
3
1.0
1.3
11.8
1.05
0.4
17.6
9.61
2
1.0
1.3
7.9
1.0
0.4
17.6
9.1
1
1.0
1.3
4.2
0.82
0.4
20.3
8.66

2.6地震作用
2.5.1建筑物总重力荷载代表值Gi的计算
（a）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 4.87×45×6.3×2+4.87×45×2.4=3287.3KN
横梁： (4.77×6.3×2+3.39×2.4) ×11=750.1KN
纵梁： (16.98+1.47) ×10×2×2=738KN
女儿墙： 0.6×2.36×（45+15）×2=169.9KN
柱重： 0.5×0.5×25×1.95×36=355.39KN
横墙： 2.36× [14×6.3×1.95+(2.4×1.95-1.5×1.5/2)×2]=414.29KN
纵墙： (4.5×1.95-3×1.5/2) ×2.36×20+4.5×1.95×2.36×18=680.74KN
钢窗： 20×3× 1.5×0.5×0.4=18KN
G5=6633.06KN
（b）集中于三、四、五层处得质点重力荷载代表值G4～G2：
50%楼面活载： 0.5×（45×2.4×3.5+2×4.5×6.3×3.5+(45+39)×6.3×2.5）=935.6KN
楼面恒载: 3.692×45×6.3×2+3.192×45×2.4=2438.1KN
横梁： 750.1KN
纵梁： 738KN
柱重： 355.39×2=710.78KN
横墙： 414.29×2=828.6KN
纵墙： 168.22×2=336.44KN
钢窗： 18×2=36KN
G4=G3=G2=7798.66KN
（c）集中于二层处重力荷载标准值G1：
50%楼面活载： 935.6KN
楼面恒载: 2438.1KN
横梁： 750.1KN
纵梁： 738KN
柱重： 0.5×0.5×25×（2.75+1.95）×36=1057.5KN
横墙： 414.29+414.29×2/1.95=839.2KN
纵墙： 680.74+680.74×2/1.95=1436.78KN
钢窗： 18×2=36KN
G1=7865.74KN
2.5.2地震作用计算
（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=1.2I0；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2-2。

梁、柱线刚度 表2-2
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
250
700
30
7.1×109
10.56×109
6300
5.07×107
1
边框架梁
250
500
30
2.6×109
3.9×109
2400
4.98×107
0.78
中框架梁
250
700
30
7.1×109
14.2×109
6300
6.76×107
1.333
中框架梁
250
500
30
2.6×109
5.2×109
2400
6.5×107
1.04
底层框架柱
500
500
30
5.2×109
5.2×109
5500
3.0×107
0.5
中层框架柱
500
500
30
5.2×109
5.2×109
3900
4.2×107
0.996

每层框架柱总的抗侧移刚度见2-3表
框架柱横向侧移刚度D值 表2-3

项目
K=∑iC/2iz（一般层）K=∑ic/iz（底层）
αc=K/(2+K)（一般层） αc=(0.5+K)/(2+K)（底层）
D=αciz(12/h2）
根数

柱类型及截面
二至五层
边框架边柱（500×500）
1
0.33
7.08
4
边框架中柱（500×500）
1.79
0.47
10.09
4
中框架边柱（500×500）
1.34
0.40
8.58
14
中框架中柱（500×500）
2.38
0.54
11.59
14
底 层
边框架边柱（500×500）
2
0.63
6.43
4
边框架中柱（500×500）
3.56
0.73
7.45
4
中框架边柱（500×500）
2.66
0.68
6.94
14
中框架中柱（500×500）
4.74
0.78
7.96
14

底层：∑D=4×（6.43+7.45）+14×(6.94+7.96)=264.12KN/mm
二～五层：4×（7.08+10.09）+14×(8.58+11.59)=351.06KN/M

2.5.3框架自振周期计算：
则自振周期为：T1=1.7α0√Δ=1.7×0.6×√0.352 =0.605s
其中α0 为考虑结构非承重砖墙的结构折减系数，对于框架取0.6，Δ为框架顶点水平位移，计算见表2-4
框架顶点假想水平位移Δ计算表 表2-4

层
Gi(kN)
∑Gi(kN)
∑D(kN/mm)
δ=∑Gi/∑D (层间相对位移）
总位移Δ（mm)
5
6633.1
6633.1
351.06
18.89
352.32
4
7798.66
14431.8
351.06
41.11
333.43
3
7798.66
22230.5
351.06
63.32
292.32
2
7798.66
30029.2
351.06
85.53
229.01
1
7865.7
37894.9
264.12
143.48
143.48

楼层地震作用和地震剪力标准值计算表 表2-5

层
Hi(m)
Gi(kN)
GiHi
Fi=Fn+ΔFn(顶层） Fi=GiHiFEK(1-δn)/∑GiHi(其他层)
楼层剪力Vi(kN)
5
19.6
6633.06
130007.9
379.86+148
527.86
4
15.7
7798.66
122438.9
357.75
885.61
3
11.8
7798.66
92024.2
268.88
1154.49
2
7.9
7798.66
61609.4
180.01
1334.5
1
5.5
7865.7
31462.8
91.93
1426.43

（2）地震作用计算
根据地震设防烈度7度，Ⅱ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 ，αmax=0.08
α1=（Tg/T1 ）0.9αmax=（0.35/1.952）0.9×0.08=0.056
结构等效总重力荷载：Geq=0.85GL =0.85×37894.9=32210.67KN
T1 >1.4 Tg=1.4×0.35=0.49s，故需考虑框架顶部附加集中作用
δn= 0.08 T1+0.07=0.08×0.605+0.07=0.118
框架横向水平地震作用标准值为：
结构底层：FEK=α1 Geq=0.056×32210.67=1803.79KN
各层得地震作用和地震剪力标准值由表2-5计算列出，图示见图2-5。
∑GiHi=437543.2
ΔFn=δn×FEK=0.112×1426.43=159.76KN

图2-5横向框架的地震作用

本工程计算多遇地震作用下横向框架的层间弹性侧移，见表2—6.对于钢筋混凝土框架[θe]取1／550。
层间弹性侧移验算 表2-6

层
h(m)
Vi(KN)
∑Di
Δμe=Vi/∑Di (mm）
[θe]hi（mm)
5
3.9
527.86
351.06
1.50
6.55
4
3.9
357.75
351.06
1.02
6.55
3
3.9
266.88
351.06
0.76
6.55
2
3.9
180.01
351.06
0.51
6.55
1
5.5
91.93
264.12
0.35
7.27
通过以上的计算结果看出，各层层间弹性侧移均满足规范要求即Δμe≤[θe]h。
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=4×10.5=2
SA1B1=4iA1B1=4×1.33=5.332
SA1A2=4×0.996=3.98
(相对刚度见2-1)
∑S=4×(0.5+1.33+0.996)=11.32
uA1A0=SA1A0/∑S=2.0/11.32=0.18
uA1B1= SA1B1/∑S=5.32/11.32=0.47
uA1A2= SA1A2/∑S=3.98/11.32=0.35
节点B1:SB1D1=2×1.04=2.08
∑S=11.32+2.08=13.40
uB1A1=5.32/13.40=0.4
uB1B2 =3.98/13.40=0.3