某中学教学楼结构设计计算书-设计-毕设论文.doc

13 届 本 科生毕业论文（设计） 存档编号 本 科 毕 业 设 计某中学教学楼建筑结构设计 目录前 言2摘 要31.1设计依据61.2设计资料61.3工程地质资料71.4水文地质资料71.5抗震设防要求72.建筑设计72.1平面设计72.2使用部分的平面设计82.2.1门的宽度、数量和开启方式82.2.2 窗的大小和位置82.2.3 辅助房间的平面设计82.3立面设计92.4建筑剖面设计92.5其他部分详细做法和说明102.5.1屋面做法102.5.2楼面做法102.5.3墙身做法103.结构设计113.1构件截面粗估113.1.1梁尺寸确定113.1.2柱截面尺寸的确定123.2计算简图的确定（见图2）123.2.1三个假设123.2.2计算简图123.3荷载统计133.3.1恒荷载计算133.3.2楼面活荷载计算173.3.3风荷载计算184.框架结构内力计算194.1竖向恒载作用下的内力计算194.1.1荷载简化204.1.2弯矩分配214.1.3梁的剪力以及柱的轴力计算254.1.4弯矩调幅264.2活载作用下的内力计算284.2.1荷载简化284.2.2弯矩分配294.2.3弯矩调幅314.2.4梁端剪力，柱的轴力计算324.3风荷载作用下的内力计算334.3.3柱端弯矩的计算354.3.4梁端弯矩，剪力的计算354.4地震作用计算384.4.1重力荷载代表值384.4.2水平地震作用下框架的侧移验算394.4.3结构基本周期的计算404.4.4水平地震作用下横向框架的内力计算415.内力组合455.1横向框架的内力组合455.1.1横梁内力组合455.1.2横梁弯矩控制值计算485.2框架柱内力组合565.2.1柱内力组合565.2.2柱剪力抗震设计值的调整596. 截面设计606.1框架梁截面设计606.1.1梁正截面受弯承载力计算606.1.2梁斜截面受剪承载力计算626.2框架柱配筋计算666.2.2柱正截面计算666.2.3柱斜截面受剪承载力计算687.基础设计757.1确定桩的规格757.2确定单桩竖向承载力标准值Q767.2.1边柱下桩基计算767.2.2中柱下桩基计算787.3承台设计807.3.1承台受冲切承载力验算807.3.2承台受剪切承载力计算817.3.3承台受弯承载力计算817.4桩身结构设计计算82小 结84 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。 本组毕业设计题目为某中学教学楼设计。在毕设期间，我温习了结构力学、钢筋混凝土、建筑结构抗震设计、基础工程等知识，并借阅了抗震规范、混凝土规范、荷载规范等规范。在毕设中期，我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计，本组在校成员齐心协力、分工合作，发挥了大家的团队精神。在毕设后期，主要进行设计手稿的整理，并用电脑绘图并得到老师的审批和指正，使我圆满的完成了任务，在此表示衷心的感谢。 毕业设计的三个月里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、论文撰写以及外文的翻译，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。在绘图时熟练掌握了AutoCAD，天正，及PKPM以上所有这些从不同方面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，辅以一些计算软件的校正。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。 二零一三年四月 摘 要 本工程是某地级市中学教学楼结构设计，该楼的总建筑面积大约是3600平方米，共六层，建筑高度为16.8米。本建筑采用钢筋混凝土框架结构体系。基础采用桩基础。 本设计说明书中包括设计说明和设计计算书。其中计算书部分选取一品框架进行手算，配合电算进行校核。 设计说明的主要内容分为建筑说明和结构说明。建筑注重平面、立面和剖面的统一结合，以及和结构部分的联系，还有主要构件的施工做法。结构部分包括构件尺寸的初步确定、框架的计算简图、荷载计算、框架横向侧移计算、框架在水平及竖向荷载作用下的内力计算分析和计算、内力组合、截面设计及地基基础的设计等。 其中一榀框架计算时，可用电算进行校核。电算步骤为：先用PMCAD软件进行结构平面布置，检查平面数据，输入次梁楼板，输入荷载数据，形成PK文件，画结构平面图，然后使用PK进行框架计算；最后用相关软件进行框架的空间结构计算，输出框架梁配筋图，柱配筋图及内力计算结果。关键词：毕业设计，框架结构，桩基础，内力组合abstraction This project is a prefecture middle school teaching building structure design, the building of a total construction area is about 7200 square meters, a total of six layer, building height is 16.8meters. The building adopts reinforced concrete frame structure system. Basic USES the pile foundation. This design manual included in the design and design calculation. Selection of calculation part yipin framework in hand, cooperate with computer in check. Design specifications for the main content is divided into architecture and structure. Building pay attention to the unity of the plane, elevation and section combination, as well as the structural parts and contact, and the main components of construction practice. Structure includes preliminary determine the component size, frame diagram calculation, load calculation, frame transverse lateral calculation Frame. One cross calculation, the computer available for checking. Computing steps are as follows: first by PMCAD software structure plane arrangement, check the graphic data, the input beam slab, the input load data, form the PK file, structure plan, and then use the PK framework calculation; Finally with framework of spatial structure of related software, the output frame beam reinforcement figure, column reinforcement figure and the internal force calculation results.Key words: graduation design, frame structure, the pile foundation, internal force combination.1.工程概况 某地级市中学教学楼，总建筑面积约为3600 m2, ，共六层，建筑高度为16.8米。本建筑采用钢筋混凝土框架结构体系。基础采用桩基础。设计标高：16.8m室内外高差：450mm。1.1设计依据1 混凝土结构设计规范GB50010-20022 建筑结构荷载规范GB50009-20013 建筑地基基础设计规范GB50007-20024 建筑抗震设计规范GB50011-20015 砌体结构设计规范GB50003-20016 一般民用建筑抗震构造98EG0027 建筑桩基技术规范JGJ94-948 民用建筑设计通则JGJ62-909 建筑结构制图标准GB/T50105-200110 房屋建筑制图统一标准GB/T50001-200111 中小学建筑设计规范GBJ99-8612 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准JGJ134-200113 建筑设计防火规范GBJ16-871.2设计资料1. 气象资料：最热月平均气温： 27.6C极端最高气温： 41C最冷月平均气温： 4.3C极端最低气温： 17.3C年降水量： 1108.6mm日最大降水量： 262.7mm年平均相对湿度： 75%年主导风向： 东北风夏季主导风向： 东南风年平均风速： 3.0m/sec最大风速： 25m/sec基本风压： 0.55KN/m2基本雪压： 0.2KN/m21.3工程地质资料 拟建场地为池塘经人工填筑而成，地形平坦，场地分层情况如下：第1层为杂填土，厚2m;第2层为灰色粘土，厚8m;第3层为褐色粉质粘土(未揭穿)。1.4水文地质资料 拟建场地范围内，浅部填土为上层滞水，主要受大气降水及地表排水影响，地下水位为1.52.0m;承压孔隙含水层。1.5抗震设防要求 该地区基本烈度为7度（近震）。 楼面：2.0KN/走廊楼面：2.5KN/不上人屋面：0.5KN/2.建筑设计2.1平面设计 该建筑物总长度为50.6m，总宽度为17.8m，共六层，总建筑面积为3600m2,主体结构采用现浇钢筋混凝土框结构。2.2使用部分的平面设计 使用房间面积的大小，主要由房间内部活动的特点，使用人数的多少以及设备的因素决定的，本建筑物为教学楼，主要使用房间为教室，各主要房间的具体设置在下表一一列出，如下表：表2-1 房间设置表序号房间名称数量单个面积1普通教室2476.02美术教室1117.53 微机室1117.54办公室1239.25储藏室239.27洗手间641.82.2.1门的宽度、数量和开启方式 房间平面中门的最小宽度是由通过人流多少和搬进房间家具设备的大小决定的，如果室内人数多于50人，或房间面积大于60 m2时，按照防火要求至少要设两个门，分别设在两端，以保证安全疏散，教室设置两扇1m宽的门，门扇开向室外。2.2.2 窗的大小和位置 房间中窗的大小和位置主要是根据室内采光通风要求来考虑。采光方面，窗的大小直接影响到室内照明是否充足。各类房间照明要求是由室内使用上直接影响到室内是用上精确细密的程度来确定的。通常以窗口透光部分的面积和房间地面的采光面积比来初步确定或检验面积的大小。2.2.3 辅助房间的平面设计通常根据各种建筑物的使用特点和是用人数的多少，先确定所需设备的个数，建筑物中公共服务的卫生间应设置前室，这样使得卫生间比较隐藏，又有利于改善通向卫生间的走廊或过厅的卫生条件。为了节省交通面积，并使管道集中，采用套间布置。在本设计中，每层大约有200人上课，按规范规定:女生应按每25人设一个大便器（或1100mm长大便槽）计算；设6个大便器男生应按每50人设一个大便器（或1100mm长大便槽）和1000mm长小便槽计算。设4个大便器，1.8m小便槽教学楼内厕所，应按每90人应设一个洗手盆（或600mm长盥洗槽）计算，男女厕各设2.6m长盥洗槽。2.2.4交通部分的平面设计 走廊的尺寸应符合人流通畅和建筑防火要求，通常单股人流的通行宽度约为500600mm。由于走廊两侧设房间，走廊宽度采用3900mm，根据建筑物的耐火等级为二级，层数六层，走廊通行人数为100人，防火要求最小宽度为1m,符合要求。 楼梯是房屋个层间的垂直交通部分，各楼层人流疏散的必经通路。楼梯设计主要根据使用要求和人流通行情况确定梯段和休息平台的宽度，梯段的宽度通常不小于1100mm1200mm，且不应小于休息平台宽度，设为3.9m ,符合要求。2.3立面设计 结构韵律和虚实对比，是使建筑立面富有表现力的重要设计手法。建筑立面上结构构件或门窗作用有规律的重复和变化，给人们在视觉上得到类似音乐诗歌中节奏韵律变化的感受效果。房屋外部形象反映建筑类型内部空间的组合特点，美观问题紧密地结合功能要求，同时，建筑物所在地区的气候、地形、道路、原有的建筑物以及绿化等基地环境，也是影响建筑物立面设计的重要因素。2.4建筑剖面设计 为防止室外雨水流入室内，并防止墙身受潮，将使内地坪提高到室外地坪450mm。首层、标准层与顶层层高均为3.6m。2.5其他部分详细做法和说明2.5.1屋面做法 现浇楼板上铺膨胀珍珠岩保温层（檐口处厚100mm，2%自两侧檐口向中间找坡） 20厚1：2水泥砂浆层找平层 二毡三油防水层 撒绿豆砂保护2.5.2楼面做法 （1）房间、走道楼面 20mm水泥砂浆找平 5mm厚1：2水泥砂浆加“108”胶水着色粉面层 100厚钢筋混凝土楼板 15mm厚纸筋面石灰抹底，涂料两度 （2）卫生间楼面铺地砖 8厚地砖楼面，干水泥擦缝 撒素水泥面（洒适量清水） 20厚1:4干硬性水泥砂浆结合层 60厚C20细石混凝土向地漏找平，最薄处30厚 聚氨酯三遍涂膜防水层厚1.51.8或用其他防水涂料防水层，防水层周边卷起高150 20厚1:3水泥砂浆找平层，四周抹小八字角 100厚现浇钢筋混凝土楼板2.5.3墙身做法墙身为普通机制砖填充墙，用M5混合砂浆砌筑。 内粉刷为混合砂浆底，纸筋灰面，厚20mm，“803”内墙涂料两度。 外粉刷为1:3水泥砂浆底，厚20mm，陶瓷锦砖贴面。（4）散水做法：混凝土散水 50厚C15混凝土撒1:1水泥砂子，压实赶光 150厚3:7灰土垫层 素土夯实向外坡4%3.结构设计 结构平面布置如图所示,取第轴线作为计算单元3.1构件截面粗估3.1.1梁尺寸确定取跨度较大者进行计算l=7200mm ， h=()l=900600mm,取h=600mm b=()h=200300mm,取b=250mm故框架梁初选截面尺寸为bh=250mm600mm边柱连系梁，取bh=250mm500mm中柱连系梁，取bh=250mm400mm3.1.2柱截面尺寸的确定按层高确定柱截面尺寸，室内外高差为450mm,取底层H=4350mm, b=()H=218mm290mm初选柱截面尺寸 bh=400mm400mm现浇板厚100mm3.2计算简图的确定（见图2）3.2.1三个假设 平面结构假定：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； 楼板在自身平面内在水平荷载作用下，框架之间不产生相对位移； 不考虑水平荷载作用下的扭转作用。3.2.2计算简图 根据地质资料，假定基础顶面离室外地面为450mm,由此求得底层层高为4.35m。各梁柱构件的线刚度经计算后列于图2，其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，梁取I=2I0（I0为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。 梁：i=2Ec0.250.63/7.2=12.510-4Ec m3（边跨梁） i=2Ec0.250.63/3.0=3010-4Ec m3（中间跨梁） 柱：i=Ec0.40.43/4.35=4.9010-4Ec m3（底层柱） i=Ec0.40.43/3.9=5.4710-4Ec m3（上部各层柱） 结构计算简图 注：图中数字为线刚度，单位：10-4 3.3荷载统计3.3.1恒荷载计算 屋面框架梁线荷载标准值：20mm厚1：2水泥砂浆找平 0.0220=0.4kN/m2100240mm厚（2%找坡）膨胀珍珠岩 0.177=0.84kN/m2100mm厚现浇钢筋混凝土楼板 0.1025=2.5kN/m215mm厚纸筋石灰抹底 0.01516=0.24kN/m2 屋面恒荷载3.98kN/m2边跨框架梁自重 0.250.625=3.75kN/m梁侧粉刷 2（0.6-0.1）0.0217=0.34kN/m中跨框架梁自重 0.250.625=3.75kN/m梁侧粉刷 2（0.6-0.1）0.0217=0.34kN/m 因此，作用在顶层框架梁上的线荷载为g4AB1=g4CD1=3.75+0.34=4.09kN/m g4BC1=4.09kN/m g4AB2=g4CD2=3.984.5=17.91kN/m g4BC2=3.983=11.94kN/m 楼面框架梁线荷载标准值25mm厚水泥砂浆面层 0.02520=0.5kN/m2100mm厚现浇钢筋混凝土楼板 0.1025=2.5kN/m215mm厚纸筋石灰抹底 0.01516=0.24kN/m2 楼面恒荷载3.24kN/m2边跨框架梁及梁侧粉刷 4.09kN/m边跨填充墙自重 0.24（3.9-0.6）19=15.05kN/m墙面粉刷 （3.9-0.6）0.02217=2.24kN/m中跨框架梁及梁侧粉刷 4.09kN/m因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为：gAB1=gCD1=4.09+15.05+2.24=21.38kN/m gBC1=4.09kN/mgAB2=gCD2=3.244.5=14.58kN/m gBC2=3.243=9.72kN/m 屋面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重 0.250.54.525=14.06kN粉刷 0.02（0.5-0.1）24.517=1.22kN1.2m高女儿墙自重 1.24.50.2419=24.62kN粉刷 1.20.0224.517=3.67kN连系梁传来屋面自重 4.54.53.98=20.15kN 顶层边节点集中荷载G4A=G4D=63.72kN中柱连系梁自重 0.250.44.525=11.25kN粉刷 0.02（0.4-0.1）24.517=0.92kN连系梁传来屋面自重 4.54.53.98=20.15kN （4.5+4.5-3）33.98=17.91kN 顶层中节点集中荷载G4B=G4C=50.23kN 楼面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重 14.06kN粉刷 1.22kN钢窗自重 21.81.80.45=2.92kN/m窗下墙自重 0.240.94.119=16.83kN粉刷 20.020.94.117=2.51kN窗边墙自重 0.51.80.2419=4.1kN粉刷 0.51.820.0219=0.68kN窗下墙自重 0.240.74.119=13.09kN粉刷 20.020.74.117=1.95kN框架柱自重 0.40.43.925=15.6kN粉刷 0.880.023.917=1.17kN连系梁传来楼面自重 4.54.53.24=16.40kN 中间层边节点集中荷载GA=GD=90.53kN中柱连系梁自重 11.25kN粉刷 0.92kN内纵墙自重 4.1（3.9-0.4）0.2419=65.44kN粉刷 4.1（3.9-0.4）20.0217=9.76kN扣除门洞重加上门重 -2.41.0（5.24-0.2）=-12.10kN扣除窗重加上门重 -2.11.8（5.24-0.45）=-18.11kN框架柱自重 15.6kN粉刷 1.17kN连系梁传来楼面自重 4.54.53.24=16.40kN （4.5+4.5-3）33.24=14.58kN 中间层中节点集中荷载GB=GC=104.91kN 恒荷载作用下的结构计算简图恒荷载作用下的结构计算简图如图所示。 双向板荷载传递示意图 恒载作用下框架计算简图3.3.2楼面活荷载计算楼面活荷载作用下的结构计算简图如图所示，图中各荷载值计算如下：P4AB=P4CD=0.54.5=2.25kN/mP4BC=0.53=1.5kN/mP4A=P4D= 4.54.50.5=2.53kNP4B=P4C=（4.5+4.5-3）30.5+4.54.50.5=7.03kNPAB=PCD=2.04.5=9.0kN/mPBC=2.53=7.5kN/mPA=PD=4.57.22.0=16.2kNPB=PC=4.57.22.0+4.532.5=24.64kN 活载作用下框架计算简图3.3.3风荷载计算风压标准值计算公式为：本地区基本风压为：=0.55kN/m2，地面粗糙类别为B类；因本结构高度H=15.6m30m,可取=1.0；对于矩形平面s=1.3z可查建筑结构荷载规范，将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如下表所示。表中z为框架节点至室外地面的高度，A为一榀框架各层节点的受风面积，计算结果如图5所示。层次s z(m)z(kN/m2)A(m2)PW(kN)41.01.316.051.160.5514.1811.7631.01.312.151.090.5517.5513.6821.01.38.251.000.5517.5512.5511.01.34.351.000.5518.5613.27 风荷载作用下结构计算简图4.框架结构内力计算荷载取设计值，它等于荷载标准值乘以相应的荷载分项系数。4.1竖向恒载作用下的内力计算 框架结构在竖向恒载作用下的内力计算可近似采用分层法。假定：没有水平位移；某楼层的竖向荷载只对本层框架梁及与其相连的楼层柱产生内力。在进行简化计算时应作以下修正： 除底层以外其他各层柱的线刚度均乘以0.9的折减系数；除底层以外其他各层柱的弯矩传递系数取为 4.1.1荷载简化梁上分布荷载由矩形和梯形或矩形和三角形两部分组成，在求固端弯矩时，将梯形分布荷载及三角形荷载化作等效均布荷载，等效均布荷载的计算公式如图示。等效说明: ，；，1.1 屋顶荷载等效 = 0.5 =0.31 g边=g4AB1+g4AB2=4.09+（1-20.312+0.313）17.91=19.13kN/m g中=g4BC1+g4BC2=4.09+11.94=11.55kN/m 1.2 楼面荷载等效 = 0.5 =0.31 g边=gAB1+gAB2=21.38+（1-20.312+0.313）14.58=33.63kN/m g中=gBC1+gBC2=4.09+9.72=10.17kN/m 如图所示结构内力可以弯矩分配法计算并可利用结构对称性取二分之一结构计算。各杆的固端弯矩为：顶层 AB=g边l2边=19.137.22=82.64kN. m BC=g中l2中=11.551.52=8.66kN. m CB=g中l2中=11.551.52=4.33kN. m中间层 AB=g边l2边=33.637.22=145.28kN. m BC=g中l2中=10.171.52=7.63kN. m CB=g中l2中=10.171.52=3.81kN. m4.1.2弯矩分配 以中间层为例，弯矩分配法计算过程如图所示，计算所得结构弯矩图见下图，同样可用分层法求得顶层的弯矩图。 弯矩分配法计算过程 顶层弯矩计算结果 2,3层弯矩计算结果底层弯矩计算结果将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得整个框架结构在荷载作用下的弯矩图。很显然，叠加后框架内各节点弯矩并不一定能达到平衡，这是由于分层法计算的误差造成的。为提高精度，可将节点不平衡弯矩再分配一次进行修正，修正后竖向荷载作用下整个结构弯矩图如图所示。并进而可求得框架各梁柱的剪力和轴力。不平衡弯矩再分配。 弯矩再分配计算表层次轴件号A轴B轴杆件号上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁4分配系数0.2830.7170.2640.1030.633分层弯矩M27.44-27.4488.71-11.2-77.51不平衡弯矩12.26-5.84弯矩分配-3.47 -8.79 1.54 0.60 3.70 分配结果M36.23 -36.23 90.25 -16.44 -73.81 3分配系数0.2200.2200.5600.2380.0950.0950.572分层弯矩M36.7936.79-73.58148.19-17.52-17.52-113.15不平衡弯矩9.1512.26-3.73-5.84弯矩分配-4.71 -4.71 -11.99 2.28 0.91 0.91 5.47 分配结果M41.23 44.34 -85.57 150.47 -20.34 -22.45 -107.68 2分配系数0.2200.2200.5600.2380.0950.0950.572分层弯矩M36.7936.79-73.58148.19-17.52-17.52-113.15不平衡弯矩12.2612.27-5.84-5.78弯矩分配-5.40 -5.40 -13.74 2.77 1.10 1.10 6.65 分配结果M43.65 43.66 -87.31 150.96 -22.26 -22.20 -106.50 1分配系数0.2200.2200.5600.2390.0940.0940.573分层弯矩M36.8136.81-73.62148.03-17.34-17.34-113.35不平衡弯矩12.26-5.85弯矩分配-2.70 -2.70 -6.87 1.40 0.55 0.55 3.35 分配结果M46.37 34.11 -80.48149.43 -22.64 -16.79 -110.00 修正后竖向恒载作用下，整个结构弯矩图如图 在求得如图所示结构的梁端支座弯矩后，如欲求梁跨中弯矩，则需根据求得的支座弯矩和各跨的实际荷载分布（即图 所示的荷载分布）按平衡条件计算，而不能按等效均布荷载计算。框架梁在实际分布荷载作用下按简支梁计算的跨中弯矩如图所示。 4.1.3恒载作用下梁的剪力以及柱的轴力，剪力计算 梁端剪力由两部分组成 A. 荷载引起的剪力，计算公式为： （分别为矩形和梯形荷载） B. 弯矩引起的剪力，计算原理是杆件弯矩平衡即