本科毕业论文---合肥学院产学研大楼设计土木工程.doc

Hefei University
毕业设计
BACHELOR DISSERTATION

设计题目： 合肥学院产学研大楼设计
学位类别： 工 学 学 士
学科专业： 土 木 工 程
合肥学院产学研大楼设计
中 文 摘 要
摘要：本设计为5层框架结构的产学研大楼，主要包括建筑、结构设计两方面。建筑与结构设计密切相关相辅相成，本设计依据现行相关规范以及大学生专业指导用书。本工程用现浇钢筋混凝土框框架结构附属部分因跨度大屋顶采用钢结构不参与此次手算，仅选择了主体12轴的一榀框架进行计算，根据设计任务书要求抗震设防烈度7度，在进行抗震计算。本设计包括水平、竖向荷载计算以及其各内力计算和构件设计，计算方法中包括D值法，底部剪力法和弯矩二次分配法。
关键词：结构设计与计算，建筑设计，抗震验算，基础设计，楼梯设计

II

The building design of Hefei University
Abstract
Abstract：The design for the building and 5 layer frame structure, mainly includes two aspects, design of building structure. The architectural and structural design are closely related to each other,this design is based on the current standard and guide students. This project used cast-in-place reinforced concrete box on affiliated part of frame structure for span hit the roof of the steel structure does not participate in the hand count, select only the main shaft 12 specimens framework to calculate, according to the requirement of seismic fortification intensity of 7 degree of design task book, in seismic calculation. This design including the level, the vertical load calculation and the internal force calculation and component design, for the vertical force by the second moment distribution method, horizontal force the D value method, earthquake the bottom shear method.
Key words: basic framework design, architectural design, seismic design, stair design,
80

目 录

合肥学院产学研大楼设计 I
中 文 摘 要 I
The building design of Hefei University II
建筑设计部分 1
1.工程概况 1
1.1工程名称及概况 1
1.2建筑功能 1
2.办公楼建筑说明 1
2.1建筑平面设计（底层） 2
2.2建筑立面设计 2
2.3建筑剖面设计 3
3.建筑构造说明 4
3.1屋面做法 4
结构部分设计 4
第一章 结构布置 4
1.选择承重方案。 5
2.对梁柱截面尺寸估算 5
第二章 荷载计算 6
1.各层永久荷载标准值计算 6
2计算各层重力荷载,、活荷载代表值 7
2.1楼面板荷载专递给梁的简图如下 7
2.2横梁自重、横墙均布荷载 8
2.3纵向框架梁传来的节点荷载及柱自重 8
3.横向框架侧移刚度计算 13
3.1梁柱线刚度计算 13
3.2框架柱的刚度计算 13
3.3框架侧移刚度的计算 13
4.横向水平地震作用下，框架结构内力计算 14
4.1横向自震周期计算 14
4.2水平地震作用及剪力计算 15
4.3水平地震作用内力计算 15
4.4水平地震作用下梁端弯矩、剪力及轴力计算 16
第三章 荷载作用下横向内力计算 17
1.计算单元见图3 17
1.1荷载计算 17
1.2屋面梁先荷载标准值 17
1.3楼面梁线荷载标准值 18
2.计算分配系数 20
3.计算恒载作用下杆件固端弯矩 22
3.1第一至四层边跨与中跨 22
3.2顶层固端弯矩计算 22
3.3偏心弯矩计算 22
3.4用二次分配法求出恒载作用下梁端弯矩 22
3.5计算活在作用下梁固端弯矩 24
4.恒载作用下，梁端的剪力计算 26
4.1边跨梁左端剪力 26
4.2边跨梁右端弯矩计算 27
4.3中跨梁左端剪力计算 27
4.4恒载作用下梁端剪力 27
5.恒载作用下柱轴力计算 27
5.1第1至5层柱轴力 27
5.2根据梁上恒载和梁端弯矩 28
5.3活载作用下梁端剪力计算 30
第四章 内力组合 34
1.由地震作用和竖向荷载作用下剪力弯矩进行内力组合 34
第五章 截面设计 43
1.框架梁柱截面 43
1.1梁正截面受弯计算 43
1.2计算框架梁配筋面积 43
1.3柱配筋计算 46
1.4柱箍筋计算 50
2.板配筋计算 54
2.1 1-4层楼面板配筋计算 55
2.2计算HK之间的双向板，取板厚100mm 56
2.3屋面板配筋计算 57
第六章 基础设计 58
1.独立基础设计 58
1.1独立基础尺寸选则 58
1.2地基承载力验算 59
1.3基础抗冲切验算 60
1.4每一阶段抗冲切验算 60
1.5基础底板配筋验算 60
2.联合基础计算 62
2.1联合基础尺寸选择 62
2.2地基承载力验算 63
2.3基础底板配筋验算 64
第七章 楼梯设计 65
1.楼梯计算 65
1.1荷载计算 66
2.2楼梯内力计算 67
2.平台板计算 68
2.1各构件重量 68
2.2平台板内力计算 69
参考文献 70
71
毕业设计总结 72
致谢 73

建筑设计部分
1.工程概况
1.1工程名称及概况
合肥学院产学研大楼设计，地点：合肥市，建筑面积：6361.74，层数：5层，建筑类型：框架结构
1、本工程采用现浇钢筋砼框架结构，内外墙体采用190×190×390mm的非承重粘土空心砖。
2、工程地质条件：
（1）建场平坦，水位正常，无侵蚀性。
（2）地层土质分布：
a层：杂填土，厚0.5-1.5m fk=110 kPa
b层：粘土，厚约4m 硬塑 Ip=22 IL=0.21 e=0.55 fk=260 kPa
c层：粉质粘土 厚约5m 硬塑 Ip=16 IL=0.18 e=0.74 fk=235 kPa
3、气象、地震资料
（1）主导风向：为东南风，基本风压值：W0=0.35KN/m2
基本雪压值：S0=0.5KN/m2
（2） 按设防，设计为0.10g，抗震等级为三级。

1.2建筑功能
㈠、层数、层高：
层数：5-6层
层高： 底层、报告厅－－4.2m；其余3.6m
㈡、装修：
1、外墙：贴面砖。
3、楼地面：
⑴、门厅和报告厅
（2）、公共走廊——水磨石地面
⑷、卫生间
⑸、其余——水泥砂浆地面
其它： 书库中应有……小型提升机一部

2.办公楼建筑说明
2.1建筑平面设计（底层）

关于本建筑功能已在前面阐述，再次不在详述

2.2建筑立面设计
功能应符合要求且经济而且保证尽量美观，具体设计见图。本建筑总高度22.8m,在功能布局上为方便图书贮藏，人员开大型会议，将书库和报告厅设置在一楼，其中报告厅单独一层可用钢结构屋面。
此工程建筑里面种采用灰色外瓷砖与学校其他建筑相适应

2.3建筑剖面设计
在满足要求情况下做到经济美观

3.建筑构造说明
3.1屋面做法
20厚1:2水泥砂浆找平层
10厚纸筋灰抹底
100厚现浇钢筋混凝土板

3.2楼面做法
25厚水泥砂浆
100厚现浇钢筋混凝土板
10厚灰抹底

结构部分设计

第一章 结构布置
1.选择承重方案。
根据本设计建筑图选择12轴的一榀框架进行计算。

2.对梁柱截面尺寸估算
本工程12轴的一品框架中有三跨，其中两个长跨分别为7200mm，短跨为2100mm。暂定7200mm一跨梁宽b=250mm，梁高h=700mm，框架柱尺寸暂定h=b=400mm，根据相关相关规定，剪跨比宜大于2，截面长短边之比小于3，计算简图如下图。

第二章 荷载计算
1.各层永久荷载标准值计算
1.1屋面荷载
二毡三油防水层 0.35KN/M2
20厚1:2水泥砂浆找平层 0.02Mx20KN/M3=0.40KN/M2
10厚纸筋灰抹底 0.01Mx17KN/M3=0.17KN/M2
100厚现浇钢筋混凝土板 0.10Mx25KN/M3=2.5KN/M2

合计： 3.24KN/M2

相关规范，框架结构填充墙用混凝土空心小砌块,混合砂浆用，钢筋混凝土容重，水泥砂浆容重
1.2楼面板荷载
25厚水泥砂浆 0.025Mx20KN/M3=0.50KN/M2
100厚现浇钢筋混凝土板 0.10Mx25KN/M3=2.5KN/M2
10厚灰抹底 0.01Mx1711.8KN/M3=0.17KN/M2

合计： 3.17KN/M2

1.3梁自重
250x700梁：0.25Mx0.7Mx25KN/M3+0.25Mx0.17KN/M2+0.25Mx0.17KN/M2+2x(0.7-0.1)Mx0.17KN/M2=4.75KN/M
250x400梁：
0.25Mx0.4Mx25KN/M3+0.25Mx0.17KN/M2+0.25Mx0.17KN/M2+2x(0.4-0.1)Mx0.17KN/M2=2.65KN/M

1.4柱自重
0.4Mx0.4Mx25KN/M3+(2x0.40M+2x0.40M)x0.17KN/M2=4.27KN/M

1.5墙自重
11.8KN/M3x0.2M+17KN/M3x0.02Mx2=3.04KN/M2

1.6楼、屋面活荷载
经查规范不上人屋面为，上人屋面为，楼面为

2计算各层重力荷载,、活荷载代表值
2.1楼面板荷载专递给梁的简图如下

顶层梁边跨： g1=3.42KN/M2x3.3M=11.29KN/M
顶层梁中跨： g2=3.42KN/M2x2.1M=7.18KN/M
其余层梁边跨： g3=3.17KN/M2x3.3M=10.46KN/M
其余层梁中跨： g4=3.17KN/M2x2.1M=6.66KN/M

2.2横梁自重、横墙均布荷载
顶层梁边跨： g1=4.62KN/M+1.3Mx3.04=7.66KN/M
顶层梁中跨： g2=2.65KN/M
其余层梁边跨： g3=4.62KN/M+(3.6-0.7)Mx3.04KN/M2=7.66KN/M
其余层梁中跨： g4=2.65KN/M

2.3纵向框架梁传来的节点荷载及柱自重
顶层（G、L轴）
屋顶女儿墙： 1.3x3.3x3.04=13.04(KN)
屋面板传来：
框架梁自重： 2.65x3.3=8.75(KN）
合计： 31.1KN

顶层（H、K轴）：
屋面板传来： （KN)
框架梁自重： 3.3x2.65=8.75(KN)

合计： 26.82KN

其余层（G、L轴）
外纵墙： （3.6-0.7）Mx3.04KN/M2x3.3M=29.09KN
楼面板传来：
框架梁自重： 8.75KN
框架柱自重： 3.6Mx4.27KN/M=15.37KN

合计： 58.44KN

其余层：（H、K轴）
内纵墙： （3.6-0.4）x3.04x3.3=32.10（KN）
楼面板传来： KN
框架梁自重： 8.75KN
框架柱自重： 15.37KN

合计： 72.97KN

注：以上所指其余层不包括底层。

底层（G、L轴）
外纵墙： （4.2-0.7）x3.04x3.3=35.12KN
框架梁自重： 8.75KN
框架柱自重： 15.37KN
楼面板传来：

合计： 64.47KN

底层（H、K轴）
外纵墙： （4.2-0.4）x3.04x3.3=38.12KN
框架梁自重： 8.75KN
框架柱自重： 15.37KN
楼面板传来：

合计： 64.47KN

屋面层
女儿墙及栏杆：
屋面荷载：
两纵墙：
两横墙：
内纵墙：
内横墙：

纵梁：
横梁：
两弧形墙：
柱：

合计： 9815.16KN

活荷载：
雪荷载：

中间层（外纵墙）
两弧形墙：
两纵墙：
两横墙：
内纵墙：
内横墙：
纵梁：
横梁：
楼面板荷载：
柱：

合计： 9154.43KN

底层
两弧形墙：
两纵墙：
两横墙：
内纵墙：
内横墙：
纵梁：
横梁：
楼面板荷载：
柱：

合计： 9692.34KN
活荷载：
重力荷载代表值

3.横向框架侧移刚度计算
3.1梁柱线刚度计算
1.梁线刚度（梁、柱混凝土强度C30）EC=3.00x104N/MM2）
中框梁惯性矩增大系数取2.0，边框梁增大系数采用1.5
截面（m2)
跨度(m)
惯性矩
边跨梁
中跨梁
Bxh

中
0.25x0.40
2.1

边
0.25x0.70
7.2

3.2框架柱的刚度计算

首层柱：
其他层柱：

3.3框架侧移刚度的计算
D值计算
一层D值

边柱
2.83
0.69
7134.69
中柱
1.97
0.62
6410.88
N/MM

其他层D值

边柱
2.42
0.55
10045.8
中柱
4.66
0.70
11537.04
N/MM

4.横向水平地震作用下，框架结构内力计算
4.1横向自震周期计算

（1）层间位移计算
层次
(KN)

层间位移
5
11369.25
11369.25
906481.61
0.012
4
13343.96
24763.21
906481.61
0.025
3
13343.96
38057.17
906481.61
0.038
2
13343.96
51401.13
906481.61
0.052
1
13881.86
65283.02
568913.94
0.115

顶点位移

4.2水平地震作用及剪力计算
本工程结构总高18.600M，质量、刚度均匀分布，采用底部剪力法计算多遇地震作用根据设计要求，则特征周期，则基本周期的地震影响系数

因为=0.585>1.4，所以考虑顶部附加地震作用
取
结构总水平地震标准值：
各层水平地震作用标准值：
(1)各层水平地震作用标准值及楼层剪力
层号
层高（m)
H(m)
G(KN)
GH
F(N)
V(KN)
5
3.6
18.6
11369.25
211468.05
1725.35
1725.35
4
3.6
15
13343.97
200159.48
1053.23
2165.96
3
3.6
11.4
13343.97
152121.20
800.45
2966.41
2
3.6
7.8
13343.97
1040082.9
547.68
3514.09
1
4.2
4.2
1388.86
59396.4
312.54
3826.63

弹性变形验算
层次
层间剪力
层间刚度
层间位移
层高
层间相对弹性转角
5
1739.27
906481.61
0.001757
3.6
0.00048
4
2165.96
906481.61
0.002188
3.6
0.000608
3
2966.41
906481.61
0.002997
3.6
0.000832
2
3514.09
906481.61
0.003550
3.6
0.000986
1
3826.63
568913.94
0.006726
4.2
0.001600
由表中层间相对弹性转角可知均满足

4.3水平地震作用内力计算
按D值法计算，计算结果如下表
Y=Y0+Y1+Y2+Y3(查表的）
M上=（1-y)hivim M下=yh

边柱端弯矩
层号
层高
层间剪力
层间刚度

K
y
M上
M下
5
3.6
1739.27
906481.61
9064.85
17.39
2.42
0.42
30.05
26.30
4
3.6
2165.96
906481.61
9064.85
21.66
2.42
0.45
42.89
35.09
3
3.6
2966.41
906481.61
9064.85
29.66
2.42
0.50
53.40
53.40
2
3.6
3514.09
906481.61
9064.85
35.14
2.42
0.50
63.25
63.25
1
4.2
3826.63
568913.94
7134.69
47.99
2.83
0.55
90.70
110.86

边柱端弯矩
层号
层高
层间剪力
层间刚度

K
y
M上
M下
5
3.6
1739.27
906481.61
9064.85
17.39
4.66
0.45
43.84
35.86
4
3.6
2165.96
906481.61
9064.85
21.66
4.66
0.50
49.63
49.62
3
3.6
2966.41
906481.61
9064.85
29.66
4.66
0.50
67.95
67.96
2
3.6
3514.09
906481.61
9064.85
35.14
4.66
0.50
80.50
80.50
1
4.2
3826.63
568913.94
7134.69
47.99
1.97
0.55
81.50
99.61

4.4水平地震作用下梁端弯矩、剪力及轴力计算
梁端弯矩计算：
梁端剪力：
柱轴力：
注：上式中、分别表示节点座右梁端弯矩， 、分别表示节点在左右梁的线刚度。
计算结果见下表：
层号
梁类别
L(m）

柱轴力
GL
5

GH与 KL
7.2
56.35
31.88
12.25
12.25
4
7.2
77.98
39.7
16.34
16.34
3
7.2
106.8
54.37
22.38
22.38
2
7.2
121.5
64.4
26.51
26.51
1
7.2
201.56
72.44
38.06
38.06

层号
梁类别
L(m）

柱轴力
5

HK
7.2
56.35
31.88
45.54
45.54
4
7.2
77.98
39.7
56.71
56.71
3
7.2
106.8
54.37
77.67
77.67
2
7.2
121.5
64.4
92
92
1
7.2
201.56
72.44
103.49
103.49

第三章 荷载作用下横向内力计算
1.计算单元见图3
1.1荷载计算
梯形板传导荷载按下式计算

三角形板传导荷载按下式计算

板荷载传导方式见图2

1.2屋面梁先荷载标准值
边跨
恒载：

图3
活载：
中跨
恒载：
活载：

1.3楼面梁线荷载标准值
边跨
恒载：
活载：
中跨
恒载：
活载：
竖向恒载作用下结构计算简图如下图4

图4

2.计算分配系数
、分别表示边节点和中节点杆转动刚度之和

同样方法可算出2-4层的分配系数

同理可得顶层分配系数

3.计算恒载作用下杆件固端弯矩
3.1第一至四层边跨与中跨
边跨梁的固端弯矩

中跨梁固端弯矩

3.2顶层固端弯矩计算
边跨梁的固端弯矩

中跨梁固端弯矩

3.3偏心弯矩计算
边跨

中跨

3.4用二次分配法求出恒载作用下梁端弯矩
见图5，恒载作用下框架弯矩图见图6

图5

图6

3.5计算活在作用下梁固端弯矩
（1）第1-4层边跨与中跨
边跨梁的固端弯矩

中跨梁固端弯矩

顶层梁固端弯矩
边跨梁的固端弯矩

用二次分配法求出活载作用下梁端弯矩见图7，活载作用下框架弯矩图见图8

图7

图8

4.恒载作用下，梁端的剪力计算
4.1边跨梁左端剪力

4.2边跨梁右端弯矩计算

4.3中跨梁左端剪力计算

4.4恒载作用下梁端剪力

5.恒载作用下柱轴力计算
5.1第1至5层柱轴力
5层H轴柱下端轴力

第四层H轴柱上端轴力
第四层H轴柱下端

第三层H轴柱上端轴力
第三层H轴柱下端轴力

第二层H轴柱上端轴力
第二层H轴柱下端轴力

第一层H轴柱上端轴力
第一层H轴柱下端轴力

5.2根据梁上恒载和梁端弯矩
祝两侧梁端剪力、节点集中力和柱轴力之和得到各柱轴力如下
在恒载作用下，第五层G轴柱上端轴力

第五层G轴柱下端轴力

同理可得第四层G轴柱上端轴力

第四层G轴柱下端轴力

第3层G轴柱上端轴力

第3层G轴柱下端轴力

第二层G轴上柱轴力

第二层轴下柱轴力

第一层G轴柱上端轴力

第一层G轴柱下端力

5.3活载作用下梁端剪力计算
边跨梁左端

边跨右端

中跨梁右端

最后在活载作用下梁端剪力（H右端）

柱轴力计算

活载作用下H柱轴力计算

恒、活载作用下，梁端剪力A、B柱轴力汇总如下表：（1），（2）
表（1）
恒载作用下

梁端剪力
A柱轴力
B柱轴力
层号

=

5
46.96
60.96
9.69
83.88
99.25
95.91
111.28
4
77.29
88.64
9.36
212.67
278.04
234.40
309.77
3
77.29
88.64
9.36
341.46
356.83
372.89
388.26
2
76.98
88.95
9.36
356.83
485.31
511.69
527.06
1
75.32
90.64
9.36
569.76
652.15
652.15
667.52

表（2）
活载作用下

梁端剪力
柱轴力
层号

=

5
7.49
14.04
1.64
35.82
42.46
4
8.75
12.78
1.64
72.91
83.65
3
8.75
12.78
1.64
109.99
124.85
2
7.89
13.62
1.64
146.22
166.89
1
7.71
13.83
1.64
191.01
209.13

梁端剪力图

柱轴力图
76

第四章 内力组合
1.由地震作用和竖向荷载作用下剪力弯矩进行内力组合
第1层框架梁内力组合
第1层框架梁内力组合

最大正M及相应V
最大负M及相应V
层
次
控制
截面
不利
内力
恒载
活载
左震
右震
不考虑地震的组合

考虑地震的组合

SGK
SQK
SEK(左）
SEK（右）
1.2恒+
1.4活
1.35恒+1.4*0.7活
1.2重力荷
载+1.3地震
1.0重力荷
载+1.3地震
最大正M及相应V
最大负M及相应V
左震
右震
左震
右震
1
G右
M
-61.84
-15.38
201.56
-201.56
-95.74
-98.56
178.59
-345.46
192.50
-331.56
44.49
-345.46

V
75.32
7.71
38.06
-38.06
101.18
109.24
144.49
45.53
128.65
29.70
131.08
90.12
H左
M
77.12
21.5
72.44
-72.44
122.64
125.18
199.62
11.27
182.04
-6.30
0.00
199.62

V
90.64
13.83
38.06
-38.06
128.13
135.92
166.54
67.59
147.03
48.08
0.00
150.76
H右
M
28.23
7.02
108.67
-108.67
43.70
44.99
179.36
-103.18
173.01
-109.53
178.69
179.36

V
9.36
1.64
103.49
-103.49
13.53
14.24
146.75
-122.32
144.72
-124.36
155.72
-114.61
K左
M
-28.23
-7.02
-108.67
108.67
-43.70
-44.99
-179.36
103.18
-173.01
109.53
178.69
-179.36

V
9.36
1.64
103.49
-103.49
13.53
14.24
146.75
-122.32
144.72
-124.36
-118.34
159.46
K右
M
77.12
21.5
72.44
-72.44
122.64
125.18
199.62
11.27
182.04
-6.30
0.00
199.62

V
90.64
13.83
38.06
-38.06
128.13
135.92
166.54
67.59
147.03
48.08
0.00
89.69
L左
M
-61.84
-15.38
201.56
-201.56
-95.74
-98.56
178.59
-345.46
192.50
-331.56
44.75
-345.46

V
75.32
7.71
38.06
-38.06
101.18
109.24
144.49
45.53
128.65
29.70
70.01
151.19
跨间
MAB
-51.65
-0.95
0
0
-63.31
-70.66
-62.55
-62.55
-52.13
-52.13
0.00
-130.91

MBC
-1.23
-0.72
0
0
-2.48
-2.37
-1.91
-1.91
-1.59
-1.59
18.14
0.00

MCD
-51.65
-0.95
0
0
-63.31
-70.66
-62.55
-62.55
-52.13
-52.13
0.00
-130.91

第2层框架梁内力组合
第2层框架梁内力组合

最大正M及相应V
最大负M及相应V
层
次
控制
截面
不利
内力
恒载
活载
左震
右震
不考虑地震的组合

考虑地震的组合

SGK
SQK
SEK(左）
SEK（右）
1.2恒+
1.4活
1.35恒+1.4*0.7活
1.2重力荷
载+1.3地震
1.0重力荷
载+1.3地震
最大正M及相应V
最大负M及相应V
左震
右震
左震
右震
2
G右
M
-68.46
-17.01
121.5
-121.5
-105.97
-109.09
65.59
-250.31
80.99
-234.92
26.58
-250.31

V
76.98
7.89
26.51
26.51
103.42
111.66
131.57
131.57
115.39
115.39
129.53
92.29
H左
M
-80.37
-22.76
-64.4
-64.4
-128.31
-130.80
-193.82
-193.