五层框架教学楼毕业设计计算书.doc

目 录i前言11 设计基本资料11.1 工程概况11.2 设计依据与主要技术指标原始设计资料11.3 工程材料21.4 基础工程31.5 主体工程32 建筑设计42.1 建筑设计要求42.2 建筑设计42.3 建筑工程做法83 框架结构设计93.1 结构布置及及计算简图的确定93.2 恒荷载代表值计算133.3 活荷载作用内力计算163.4 地震作用内力计算163.5 风荷载内力计算183.6 内力组合分析243.7 截面设计303.8.1 横向框架梁截面设计313.8.2 柱截面设计354 楼梯设计374.1底层楼梯设计374.1.1梯段板TB1设计374.1.2平台板PTB1设计384.1.3平台梁TL1设计384.2其他层楼梯设计394.2.1梯段板TB2设计394.2.2平台板PTB2设计404.2.3平台板PTB3设计414.2.4平台梁TL2设计414.2.5平台梁TL3设计424.2.6平台梁TL4设计435 基础设计445.1 边柱设计455. 2 中柱设计455. 3 基础梁设计45致 谢48参考文献49前 言毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，也是综合性和实践性极强的最后一个教学环节，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。是我们学生运用所学的基础理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构、施工设计的重要实践过程，涉及综合运用建筑、结构、施工、设备、给排水和相关学科的基础知识。在老师的指导和同学的帮助下，我完成了这次的毕业设计课题某大学2号教学楼设计。这次毕业设计，我们土木工程专业的学生要完成该工程从初步设计到施工完成的整个过程，可以说涉及知识面比较广，比较全面！工程量也很大！在设计中，一方面要把所学的知识运用到设计、施工中去，熟悉国家有关规范、条例和规程并知道如何去查找规范里的相关条文；另一方面，由于现代化建筑一般都具有密度大，高度高，功能多，设备复杂，装修豪华，防火要求和管理自动化水平高，需要各工种交叉配合。因此，通过这次毕业设计，扩大学生非本专业知识面也是十分重要的。所以在这次毕业设计中，我们不仅仅温习了以前所学习的专业知识还学习到了很多新的知识和实践，让我们在最后的大学时光里，更多的去体会一项工程的产生是多么具有价值和付出的。让我们时刻提起努力的旗帜，去创造我们的成功。由于毕业设计是一种初步的尝试，涉及专业比较多，加上条件和水平所限，不可避免地存在疏漏与错误，敬请土木专业各位教师批评指正。第一章 设计基本资料 1.1 工程概况本工程为某大学2#教学楼一栋，以及相配套的值班室与自行车停车库；建筑尺寸128.7m12.90m。值班室与自行车停车库位于建筑场地的东部，教学楼为5F，采用框架（混）结构，屋面板顶面标高为18.6m。本工程属一般建筑物，安全等级级、场地等级为三级、地基等级为三级，工程岩土勘察等级为乙级。地震动峰值加速度小于0.05g，基本烈度小于度。基岩裂隙水分布于基岩裂隙、风化带内，埋藏较深，水量不丰，受大气降水补给,勘察施工期间未见地下水。场地地下水对拟建建筑物无不利影响。另据区域水文地质资料，地下水类型为重碳酸钙型水，在无污染的情况下，对砼不具侵蚀性。1.2设计依据与主要技术指标原始设计资料 设计依据：建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001 建筑结构荷载规范 GB50009-2001 建筑地基设计规范 GB50007-2001 砌体结构设计规范 GB50003-2001 建筑地基处理技术规范 JGJ79-2002据拟建场地勘察资料，地基土层从上至下由第四系（Q4pd）耕植土层、第四系（Q3el+dl）残、坡积层组成，下伏基岩为侏罗系中统遂宁组（J2sn）紫红色粉砂质泥岩地层。耕植土（Q4 pd -）层：杂色、褐色，褐紫色，稍湿湿，松稍密状，以粉质粘土为主，夹少大量植物根茎（局部夹砂岩与粉砂质泥岩碎（粒）块）、卵石、砖块（屑）等物。该层除场地南西角外，其余场地均有分布。厚度不均匀，一般0.00.70m，层底高程323.49339.62m，粉质粘土（Q4el+ dl -）层：褐色、紫褐色，呈可塑状，局部为硬状，偶见灰白色高岭土条斑（团块）点，不均一，底部夹暗紫色粉砂质泥岩碎屑（粒），顶部局部偶见卵、砾石。该层厚一般0.04.33m； 该层除场地南西角外，其余场地均有分布。层底高程322.99335.58m。粉砂质泥岩（J2sn）层：紫褐色、紫红色，粉砂泥质结构，层状构造，岩性不均，岩性软弱，属软质岩类，具有遇水易软化、脱水崩解的特征，矿物成份主要为水云母等粘土矿物，次为长石、云母等。强风化带厚度一般3.54.5m。中等风化带厚一般4.58.0m。承载力可达180200KPa，因此，亦是本场地较好的地基地层。1.3工程材料混凝土工程：地下室采用C30，现浇楼板 梁板 柱 墙用C25。砌体工程：外墙MU7.5km型粘土空心砖，内墙为加气混凝土砖 A2.5。钢筋工程：采用热扎钢筋：HP235 ，HP335，HP400。门窗：铝合金门窗、塑钢窗和木质夹板门、木门。凡未特别注明者，其上部粉刷1：2水泥砂浆，并找5%挑水坡。其下部粉刷1：2水泥砂浆15厚白色106涂料，并做30mm宽滴水线。1.4基础工程 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，本工程优先采用混凝土预制桩基础,基础埋深为1.3m。1.6主体工程主体为框架剪力墙结构，主要由框架梁 框架柱 剪力墙 填充墙构成。 主体工程可分为：钢筋工程，混凝土工程，砌体工程，水电安装。二 建筑设计2.1 建筑平面设计建筑尺寸128.7m12.90m，配套的值班室与自行车停车库；值班室与自行车停车库位于建筑场地的东部，教学楼为5F，采用框架（混）结构，屋面板顶面标高为18.6m。详细的见建筑平面图，立面图。2.2 建筑工程做法屋面做法：钢筋混凝土现浇板，20mm石灰砂浆抹底，20mm水泥砂浆找平，40120厚（1%找坡）膨胀珍珠岩保温层，四层作法防水层（一毡二油上铺小石子）。楼面做法：钢筋混凝土现浇板，20mm石灰砂浆抹底，20mm水泥砂浆找平，水磨石面层。墙身做法：由普通砖砌筑而成，普通砖自重18kN/m3，厚度240mm。门窗做法：门为木门，自重0.2 kN/m2，窗为钢窗玻璃窗，自重0.4 kN/m2。风荷载标准值0.4kN/m2，雪荷载标准值0.65kN/m2。活荷载：上人屋面均布活荷载标准值2.0kN/m2，楼面活荷载标准值2.0kN/m2。 第三章 框架结构设计 3.1结构布置及及计算简图的确定1. 梁柱尺寸梁高 hb=(1/121/8)lb横向 hb=600900mm，取800mm纵向 hb=650900mm，取800mm过道 hb=250375mm，考虑到次梁高度为600mm，也取为600mm柱截面尺寸本工程为现浇钢筋混凝土结构，7度设防，高度30m，抗震等级为三级，取底层C6柱估算柱尺寸，根据经验荷载为15kN/m2：N=157.8(3.6+1.5)=2983.5kN由轴压比限值得Ac=260795mm2为安全起见，取底层柱截面尺寸为650mm650mm，其他层为600mm600mm2. 计算简图(取轴线处)初步设计基础顶面离室外地面500mm，则底层层高为4.2+0.6+0.5=5.3m3. 梁柱线刚度(其中E=3.0104N/mm2)AC、BC跨梁 i=2E0.30.83/7.2=3.5610-3EBC跨梁 i=2E0.30.63/3.0=3.6010-3E上部各层柱i= E0.64/3.6=3.0010-3 E底层柱 i= E0.654/5.3=2.8110-3 E将梁柱线刚度标于计算简图中 3.2 恒荷载代表值计算（一）恒荷载计算1屋面框架梁线荷载标准值20厚水泥混凝土找平0.0220=0.46kN/m240120厚（1%找坡）膨胀珍珠岩(0.08+0.16)27=0.546kN/m2四层作法防水层 0.36kN/m2100mm厚钢筋混凝土楼板 0.125=2.56kN/m220mm厚石灰砂浆抹底 0.0217=0.34kN/m2 屋面恒荷载 4.08 kN/m2边框架梁自重 0.30.825=6kN/m边框架梁粉刷 2(0.8-0.1)0.0217=0.48kN/m中框架梁自重 0.30.625=4.5kN/m2边框架梁粉刷 2(0.6-0.1)0.0317=0.34kN/m则作用于屋面框架梁上线荷载标准值为：g5AB1=6.48kN/m g5BC1=4.85kN/mg5AB2=4.083.9=15.91kN/mg5BC2=4.083=12.24kN/m2楼面框架梁线荷载标准值20mm厚水泥砂浆找平 0.0220=0.46kN/m2100mm厚钢筋混凝土楼板 0.125=2.5kN/m220mm厚石灰砂浆抹底 0.0217=0.34kN/m2水磨石面层 0.65 kN/m2 楼面恒荷载 3.89 kN/m2边框架梁自重及粉刷 6.48kN/m中框架梁自重及粉刷 4.85kN/m边跨填充墙自重 0.243.618=15.55kN/m填充墙粉刷 20.02217=2.45kN/m则作用于楼面框架梁上线荷载标准值为：gAB1=6.48+15.55+2.45=24.48kN/m gBC1=4.85kN/m gAB2=3.893.9=15.17kN/m gBC2=3.893=11.67kN/m3屋面框架节点集中荷载标准值纵向框架梁自重 0.30.87.825=46.8kN纵向框架梁粉刷 2(0.8-0.1)0.027.817=3.71kN纵向框架梁传来的屋面恒荷载 2(3.9/2)24.08=31.02kN次梁自重及粉刷 0.60.2257.2/2+20.02(0.6-0.1)7.2/2=10.87kN次梁传来的屋面恒荷载 (1-20.272+0.273)4.083.97.2/2=50.06kN1m高女儿墙自重及粉刷 17.80.2418+217.80.0217=39kN 则顶层边节点集中荷载为：G5A=181.46kN纵向框架梁自重及粉刷 46.8+3.71=50.51kN纵向框架梁传来的屋面恒荷载 31.02+(1-20.192+0.193)4.087.83/2=75.64kN次梁自重、粉刷及传来的屋面恒荷载 10.87+50.06=60.93kN 则顶层中节点集中荷载为：G5B=187.08kN4楼面框架节点集中荷载标准值纵向框架梁自重及粉刷 51.51kN纵向框架梁传来的楼面恒荷载 2(3.9/2)23.89=29.44kN次梁自重及粉刷 10.87kN次梁传来的楼面恒荷载 (1-20.272+0.273)3.893.97.2/2=47.73kN钢窗自重 22.31.80.4=3.31kN墙体自重 (3.67.8-22.31.8)0.2418=85.54kN墙面粉刷 2(3.67.8-22.31.8)0.021.7=13.46kN框架柱自重 0.6023.625=32.4kN柱面粉刷40.60.0217=0.82kN 中间层边柱节点集中荷载为：GA=274.08kN纵向框架梁自重及粉刷 50.51kN纵向框架梁传来的楼面恒荷载29.44+(1-20.192+0.1923)3.897.83/2=71.98kN次梁粉刷、自重及传来的楼面恒荷载 10.87+47.73=58.6kN木门自重 21.02.60.2=1.04Kn墙体自重 (3.67.8-21.02.6)0.2418=98.84kN墙面粉刷 20.02()17=15.56kN框架主自重及粉刷 32.4+0.82=33.22kN 中间层中柱节点集中荷载为：GB=329.75kN（二）恒荷载作用下内力计算1计算简图计算简图2荷载等效顶层边跨 顶层中跨 中间层边跨 中间层中跨 荷载等效后的计算简图如下3固端弯矩计算顶层边跨 顶层中跨 中间层边跨 中间层中跨 4跨中弯矩计算5剪力计算 M图（单位：kNm）6轴力计算框架结构的剪力图和轴力图如下（单位：kN）V NV，M图（单位：kN）7弯矩调幅边跨：端部弯矩值乘以0.85，跨中弯矩值乘以1.2中跨：端部弯矩值乘以0.85，跨中弯矩值乘以0.9将调幅后的弯矩值表于框架弯矩图的（）内8梁端柱边剪力与弯矩V (kN)M (kNm)60.19-65.3713.55-32.5846.90-21.82118.02-122.5014.02-76.4288.81-26.76118.07-122.4514.02-77.5689.64-26.23118.11-122.4114.02-77.6789.53-26.28117.77-121.3913.84-71.4481.37-27.553.3 活荷载的内力计算（一）活荷载计算1屋面框架梁线荷载标准值q5AB=0.653.9=2.54kN/mq5BC=0.653.0=1.95kN/m2楼面框架梁线荷载标准值qAB=2.03.9=7.8kN/mqBC=2.53.0=7.5kN/m3屋面框架节点集中荷载标准值边节点：纵向框架梁传来的雪荷载 3.920.65/2=4.94kN次梁传来的雪荷载 (1-20.272+0.273)0.653.97.2/2=7.98kN则Q5A=12.92kN中节点：纵向框架梁传来的雪荷载 4.94+(1-20.192+0.193)0.657.83/2=12.05kN则Q5B=12.05+7.98=20.03kN4楼面框架节点集中荷载标准值边节点：纵向框架梁传来的活荷载 3.922.0/2=15.21kN次梁传来的活荷载 (1-20.272+0.273)2.03.97.2/2=24.54kN则QA=39.75kN中节点：纵向框架梁传来的雪荷载 15.21+(1-20.192+0.193)2.07.83/2=42.55kN则Q5B=42.55+24.54=67.09kN（二）活荷载作用下内力计算1计算简图见下页2荷载等效计算简图顶层边跨 顶层中跨 中间层边跨 中间层中跨 荷载等效后的计算简图如下：3固端弯矩计算顶层边跨 顶层中跨 中间层边跨 中间层中跨 4跨中弯矩计算因为楼面活载是按满布计算的，故跨中弯矩应乘以1.1进行放大。5剪力计算顶层中跨端部剪力其他层中跨段部剪力各边跨段部剪力：6轴力计算框架结构的剪力图和轴力图如下：（单位：kN）V NV，N图（单位：kN）7弯矩调幅边跨：端部弯矩值乘以0.85，跨中弯矩值乘以1.2中跨：端部弯矩值乘以0.85，跨中弯矩值乘以0.9将调幅后的弯矩值表于框架弯矩图的（）内8梁端柱边剪力与弯矩V (kN)M (kNm)6.41-6.811.41-4.465.53-2.1419.76-20.835.41-13.6016.58-5.4519.79-20.85.41-14.1916.98-5.2519.80-20.795.41-14.2116.97-5.2619.83-20.75.37-13.1115.54-5.403.4 地震内力作用计算（一）重力荷载代表值计算1屋面雪荷载标准值Qsk=0.657.86(7.22+3.0)+3.9(3.0+7.2)+7.87.22+10.13.9+3.97.2=0.651034=787kN2楼面活荷载标准值Q1k=Q2k=2.53.07.86+3.9(3.0+7.2)+3.9(7.23+10.1) +3.97.2+2.0(7.87.212+3.97.2 +7.810.1)=2.5332+2.0781=2397kNQ3k=Q4k=2.5332+2.0(7.87.212+3.97.2)=2.5332+2.0702=2239kN3屋盖、楼盖自重G5k=2510340.1+0.2(0.6-0.1)(7.212+3.92)+0.3(0.8-0.1)3.9+(3.93+7.86)2+(7.86+3.9)2+3.93)+(7.25+10.12+(7.22+3.0)7+3.0+7.2)+( 200.02+7(0.08+0.16)/2+170.02)1034=25201.48+1.581034=6666kNG4k=25201.48+(200.02+170.02+0.65)1034=6470kNG1k=G2k=25(332+781)0.1+0.2(0.6-0.1)(7.212+3.92+7.82) +0.3(0.8-0.1)(3.9+(3.93+7.86)2+(7.86+3.9)2+3.93)+(7.25+10.12+(7.22+3.0)7+3.0+7.2)+10.1+7.8+ (200.02+170.02+0.65)(332+781)=25214.70+1.391113=6871kN4女儿墙自重G=1.0(3.93+7.86+3.9)2+(10.1+7.2+3.0+7.2)2(180.24+170.022)=179.84.66=835kN5三五层墙柱等自重柱自重 (0.60.63.625+40.63.60.0217)39=1378kN门面积 2.61.025=65m2窗面积 2.31.824+10.11.82=136m2门窗自重 650.2+1360.4=67kN墙体自重 3.67.824+7.214+3.92+8.7+3.92+(7.8+7.2)2+3.92+4.22+10.12-(136+65)0.2418=(3.6378.4-201)4.32=5017kN 小计6462kN6二层墙柱等自重柱自重 (0.60.63.625+40.63.60.0217)40=1413kN门面积 65m2窗面积 136m2门窗自重 67kN墙自重 3.6(378.4+10.1)-2014.32=5174kN 小计6654kN7底层墙柱等自重柱自重 (0.650.654.225+40.654.20.0217)40=1923kN门面积 2.61.07+2.61.514=72.8 m2窗面积 1.86.211=122.76 m2门窗自重 72.80.2+122.760.4=64kN墙自重 4.2(7.824+7.214+10.12)-122.76-72.80.2418=4747kN 小计6734kN各层重力荷载代表值汇总如下：（二）水平地震作用计算1各层D值汇总（D单位：104kN/m）计算过程见下表层次边柱 (根)边柱D中柱 (根)中柱DD五213.08184.5145.68四213.08184.5145.68三213.08184.5145.68二213.08194.5150.18一211.94192.4186.532顶点位移计算（将重力荷载代表值Gi作为水平荷载）uT=+=3基本自振周期4基本自振周期水平地震影响系数设计地震分组第一组，场地类别类，Tg=0.35s，地震加速度0.10g，多遇地震下max=0.085结构底部剪力标准值6各层水平地震作用标准值，故不需考虑顶部附加地震作用7各层水平地震层间剪力楼层水平地震剪力最小值验算如下：楼层最小地震剪力系数=0.016，故满足要求8多遇地震下弹性层间位移计算过程见下表楼层hi (m)Vi (kN)Di (104kN/m)ue (m)ee五3.6924.731.45680.000630.000181/550=0.00182四3.61879.231.45680.001290.00036三3.62620.31.45680.001800.00050二3.63169.571.50180.002100.00058一5.33499.70.86530.004040.00076故满足要求（三）一榀框架内力计算（KJ1）本节计算以左震为例。1层间剪力在各柱分配计算过程见下表楼层边跨中跨五四三二一2 反弯点高度确定计算过程见下表楼层Ky0Iy12y23y3yhh-yh边柱五1.190.3610101.302.30四1.190.451010101.621.98三1.190.461010101.661.94二1.190.501010101.801.80一1.270.6500.6803.451.85中柱五2.390.4210101.512.09四2.390.471010101.691.91三2.390.501010101.801.80二2.390.501010101.801.80一2.550.6300.6803.341.963柱端弯矩计算（单位：kNm）44.9759.6925.4243.1378.67115.064.3698.10107.48145.6991.96145.69117170.95117170.95145.15191.04270.69325.554地震作用下的内力力图M图（单位：kNm）V NV，N图（单位：kN）5梁端柱边弯矩（单位：kNm）41.8626.5724.0196.4871.0163.61159.63109.098.06193.69142.17127.36243.73161.56145.613.5 风荷载的内力计算基本风压w0=0.4kN/m2，地面粗糙度为B类。本章计算以左风为例。（一） 风荷载计算wk=zszw0，建筑物高度30m，故z=1.0迎风时s1=+0.8，背风时s2=-0.5，则s=0.8+0.5=1.3计算过程见下表楼层高度H(m)zwkA(m2)P(kN)五18.751.230.6421.8413.98四15.151.150.628.0816.85三11.51.060.5528.0815.44二7.951.00.5228.0814.60一4.351.00.5232.7617.04计算简图（单位：kN）（二） 内力计算1抗侧刚度和反弯点高度确定计算过程见下表楼层KD(104kN/m)y0Iy12y23y3yhh-yh边柱五1.190.373.080.3610101.302.30四1.190.373.080.411010101.482.12三1.190.373.080.461010101.661.94二1.190.373.080.501010101.801.80一1.270.541.940.6200.6803.292.01中柱五2.390.544.50.4210101.512.09四2.390.544.50.451010101.621.98三2.390.544.50.501010101.801.80二2.390.544.50.501010101.801.80一2.550.672.410.5500.6802.922.382剪力在各层分配（单位：kN），VP5=13.98V5=2.84V5=4.15VP4=30.83V4=6.27V4=9.15VP3=46.27V3=9.41V3=13.73VP2=60.87V2=12.38V2=18.06VP1=77.91V1=17.39V1=21.573柱端弯矩计算（单位：kNm）6.538.673.696.2713.2919.129.2814.8218.2624.7115.6224.7122.2832.5122.2832.5134.9551.3457.2162.984风荷载作用下的内力图M图（单位：kNm） V NV，N图（单位：kN）5梁端柱边弯矩（单位：kNm）6.083.863.4915.7511.3910.2225.5717.6815.9035.1425.6923.0252.7637.2233.033.6 内力组合分析本章中单位统一为：弯矩kNm，剪力kN，轴力kN。根据前面第四至八章的内力计算结果，即可进行框架各梁柱各控制截面上的内力组合，其中梁的控制截面为梁端柱边及跨中，由于对称性，每层梁取5个控制截面。柱分为边柱和中柱，每根柱有2个控制截面。内力组合使用的控制截面标于下图。（一）梁内力组合1计算过程见下页表中，弯矩以下部受拉为正，剪力以沿截面顺时针为正注：（1）地震作用效应与重力荷载代表值的组合表达式为：其中，SGE为相应于水平地震作用下重力荷载代表值效应的标准值。而重力荷载代表值表达式为：Gk恒荷载标准值；Qik第i个可变荷载标准值；Qi第i个可变荷载的组合之系数，屋面活荷载不计入，雪荷载和楼面活荷载均为0.5。考虑到地震有左震和右震两种情况，而在前面第八章计算地震作用内力时计算的是左震作用时的内力，则在下表中有1.2(+0.5)+1.3和1.2(+0.5)-1.3两列，分别代表左震和右震参与组合。（2）因为风荷载效应同地震作用效应相比较小，不起控制作用，则在下列组合中风荷载内力未参与，仅考虑分别由恒荷载和活荷载控制的两种组合，即1.35+1.40.7和1.2+1.4两列。梁内力组合计算表楼层截面恒荷载活荷载(屋面布雪载)活荷载(屋面布活载)风荷载(左风)MVMMVVMV五1-32.5860.19-4.466.08-1.516.41-9.5119.36275.537.431.1130.073-46.9-65.37-5.53-3.86-1.51-6.81-14.72-21.234-21.8213.55-2.143.49-2.911.41-7.634.325-14.23-1.40-4.46四1-76.42118.02-13.615.75-4.1119.76-14.819.832125.8925.442.1823.883-88.81-122.5-16.58-11.39-4.11-20.83-17.39-20.764-26.7614.02-5.4510.22-8.515.41-5.055.415-20.17-2.660-2.2三1-77.56118.07-14.1925.57-6.5519.76-14.1919.762124.5224.673.9524.673-89.64-122.45-16.98-17.68-6.55-20.8-16.98-20.84-26.2314.02-5.2515.9-13.255.41-5.255.415-19.61-2.430-2.43二1-77.67118.11-14.2135.14-9.2219.8-14.2119.82124.5224.674.7324.673-89.53-122.41-16.97-25.69-9.22-20.79-16.97-20.794-26.2814.02-5.2623.02-19.185.41-5.265.4