七层框架中学教学楼毕业设计计算书.doc

分 类 号 学 号 0411030101 学校代码 密 级湖工大商贸学院学士学位论文某集团综合教学楼设计学位申请： 王勇学科专业： 土木工程指导老师： 廖绍怀答辩日期： 2010-6-12 摘 要本计算书是针对湖北工业大学商贸学院土木工程专业2004级毕业设计“某中学教学楼设计”的书面成果。本教学楼为七层钢筋混凝土框架结构。平面呈矩形，长48.3m，宽16.2m，高28.5m。结构为三级抗震框架，7度设防，二类场地土，不考虑地下水影响，地面粗糙度B类。在“建筑设计”部分中，主要针对设计初期的几个建筑方案从各个方面对它们进行比较，并确定最终方案。接下来，针对最终建筑方案，确定了其具体建筑构造、做法与材料。在“结构设计”部分中，首先确定第轴横向框架为本次手算的任务，明确其计算简图与各个计算参数；然后根据建筑做法确定其所受荷载，计算梁、柱、板与基础的内力；最后分别进行各构件的配筋计算。在“结构设计”手算后，进行了“PKPM”电算，以保证计算成果的可靠性。并达到同手算成果对比、分析的目的。根据任务书和实际操作性要求，结构采用柱下独立基础，中柱采用联合基础。关键字：毕业设计，教学楼，内力组合，截面设计，弯矩分配。AbstractThe calculation report is written for the whose name is “TeachingBuilding in XX city”. The building is reinforcement concrete structure with seven stories ofmain part. Its ichnography is “L”. The length of the building is 48.3m, the width is 16.2m and the height is 28.5m.In the process of “Architecture Design”, I mainly made a compartment about some aspect. Finally, I choose the one of them as the final scheme. After that, I determine the detailed conformation and the material of the building.In the process of “Structure Design”, firstly, I determined to calculate the “4th axes frame” by hand and determined the sketch and the parameters of the frame. Secondly, I determined the loads on the frame and calculated the internal forces of the beams, the planes, the columns and the foundations. Lastly, how much reinforcement is necessary can be determined.In the process of the graduation design, I made use of the computer program named “PKPM” to auditing and analysis my result which was calculated by hand.Bases on the requirement of the design task, the basement under Edge columns are design to be an Independent foundation under column, and the basement under mid-columns are design to be a joint foundation.Keyword:GraduationDesign;TeachingBuilding;Earthquake;joint foundation.目 录摘 要 1ABSTRACT II1建筑设计 11.1建筑方案的确定 11.2建筑设计 11.3建筑设计综述 22结构选型及布置 42.1结构的材料与尺寸 42.2荷载计算 63内力及侧移计算 143.1水平地震作用力下框架的侧移及内力计算 143.2横向风荷载作用下框架结构的内力和侧移计算 243.3恒载作用下的内力计算 313.4活荷载作用下的内力计算 404横向框架内力组合 474.1结构抗震等级 474.2框架梁内力组合 474.3框架柱内力组合 514.4柱端弯矩值设计值的调整 615截面设计 635.1梁的正截面受弯承载力计算 635.2框架梁的斜截面受剪承载力计算 675.3柱的正截面受压承载力计算 706基础设计 806.1A柱独立基础截面计算 806.2联合基础 857部分楼板设计 907.1顶层板设计 907.2. 26层板设计 9581号楼梯设计 988.1梯段板设计 988.2平台板设计 1008.3平台梁设计 1018.4构造措施 1039电算复核 1059.1交互式数据输入 1059.2框架结构计算 1069.3框架绘图 1069.4 PKPM电算给出的结果图 106致谢 113参考文献 114副本见后1建筑设计1.1建筑方案的确定根据毕业设计任务书的要求，在参观了学校几栋教学楼基础上，我先后做出了几个方案，经过选择，确定了最终的建筑设计方案。（方案平面图详见图11）建筑功能说明：方案所有房间均为矩形，比较传统，但是经济实用；建筑布置完全对称，这样有利于引导人流，且外形较好，整体布局较为紧凑；方案的建筑功能均基本符合任务书的要求，各个房间比例恰当，组合自然。电梯设于门厅处，主楼梯紧邻电梯，承担主要的人流量，在教学楼东部尽头设第二部楼梯，同时设第二个出口。结构布置完全对称，对结构设计有利，尤其对抗震有利，且方便计算与施工。1.2建筑设计1.2.1建筑平面设计建筑平面设计主要应考虑建筑物的功能要求，力求建筑物的美观大方，同时兼顾结构平面布置尽量规则合理和抗震要求，以便于结构设计。综合考虑建筑和结构设计的要求，初步拟定内廊式平面框架形式。对于平面布置作如下几点说明：1）为了满足不同类型的房间对使用面积的要求，同时考虑结构的受力合理性及柱网的经济尺寸，本设计柱网基本上采用4.56.6m，局部地方采用小一级柱网尺寸；2）走廊宽度根据本设计要求取轴线宽度3.0m，主要人流通道为位于大楼中部的两部电梯和主楼梯。为了满足防火要求，在大楼的东侧增设了另一部楼梯。在底层走廊的东端设有侧门，供紧急疏散用。1.2.2建筑立面设计结合平面设计中框架柱的布置，立面上主要采用竖向划分，柱突出外墙，外观上显得有立体感，凹凸有致，稳重；同时，考虑到框架结构的优点，柱间多用窗少用墙，使窗与柱及窗间墙之间形成了有节奏的虚实对比，显得明快、活泼，同时也得到了良好的采光效果。大门正中间，使整个建筑物显得美观大方。大门采用钢化玻璃门，使整个大门显得现代，门厅空间显得通透；雨蓬的运用，和大门的设置一同起到了突出主要入口功能，起到了吸引人流导向的作用。1.3建筑设计综述建筑方案已经确定，本教学楼总高超过28m，适用于高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ32002）。现对照建筑抗震设计规范（以下简称抗震规范）与高层建筑混凝土设计规程（以下简称高规），验证其设计的合理性，并给出该建筑的部分总体信息：1）本教学楼抗震设防烈度.0。2）本教学楼结构总高28.5m（从室外地坪至主要屋面高度，不包括顶层电梯检修间），低于高规4.2.2规定的55m最大适用高度；3）本教学楼高宽比0.59，低于高规4.2.3规定的4最大高宽比；4）本教学楼平面上呈矩形，平面有关参数均符合高规4.3.3条文；5）本教学楼长边48.5m，低于高规4.3.12规定的框架结构伸缩缝最大间距55m，不设置温度缝与防震缝。6）本教学楼结构竖向布置比较规则，均匀，除顶层电梯检修间外，无过大的外挑与内收，符合高规4.4.1与4.4.5要求。7）本教学楼根据抗震规范3.1.1，属丙类建筑；根据抗震规范12.2.7，属于三级框架。结构重要性系数取1.0。图建筑设计平面图2结构选型及布置2.1结构的材料与尺寸根据毕业设计任务书的要求，本教学楼为钢筋混凝土框架结构；由于地基承载力较好，采用柱下独立基础。本次毕业设计结构计算要求手算一榀框架。针对本教学楼的建筑施工图纸，选择第轴横向框架为手算对象。本计算书除特别说明外，所有计算、选型、材料、图纸均为第轴横向框架数据。2.1.1本教学楼材料确定：考虑到强柱弱梁，施工顺序（现场浇注混凝土时一般梁、板一起整浇，柱单独浇注）等因素，拟选构件材料如下：1）柱：采用C30混凝土，主筋采用HRB335钢筋，箍筋采用HPB235钢筋；2）梁：采用C30混凝土，主筋采用HRB335钢筋，箍筋采用HPB235钢筋；3）板：采用C30混凝土，钢筋采用HPB235。4）基础：采用C30混凝土，钢筋采用HPB235钢筋；2.1.2第轴框架构件尺寸确定：此教学楼为七层全现浇框架结构，建筑面积约为5477平方米，建筑平面如图21所示：图结构平面布置1.结构设计条件：（1）气象条件雪荷载：基本雪压为S0=0.5kN/m2（水平投影）；风荷载：全年主导风向为南风，基本风压为W0=0.35kN/m2；常年气温差值：50；最大降雨量150mm/d。（2）工程地质条件教学楼场地位于某市中心地带，场地土类型为中软场地土，地质条件较为简单：场地相对完整、稳定，土层分布均匀。（3）建筑地点冰冻深度冰冻深度：室外天然地面以下300mm。（4）建筑场地类别：二类场地土，不考虑地下水影响，地面粗糙度B类。（5）地震设防烈度抗震按7度设防。设计基本地震加速度值为0.1g（6）建筑耐久等级、防火等级均为级。（7）材料强度等级混凝土强度等级为C30，纵向钢筋为HRB335级，箍筋为HPB235。2.结构布置及梁柱截面初估（）结构布置如图21。（）各梁柱截面尺寸初估框架梁根据”抗震规范”第6.3.1条要求:梁宽不小于200mm,梁高不大于4倍梁宽,梁净跨不小于4倍梁高.再参考受弯构件连续梁,梁高,梁宽框架柱根据“抗震规范”第6.3.6条，截面的宽度和高度均不宜小于300mm；剪跨比宜大于2,截面长边与短边的边长比不宜大于3。“抗震规范”6.3.7三级抗震等级框架柱轴压比限值为0.9。构件编号计算跨度lmm梁高hmm梁宽b/mm横向框架梁L16600650300L23000350200纵向框架梁L34500450200L43300450200底层框架柱Z13900600600其它层框架柱Z23900600600表21梁柱截面尺寸确定2.2荷载计算2.2.1屋面荷载标准值油毡防水层（一毡二油上铺小石子） 0.2720mm水泥沙浆找平层 200.020.40膨胀珍珠岩沙浆找坡（平均厚120） 120厚加气混凝土块保温 120mm厚现浇钢筋混凝土板 吊顶 0.45屋面恒载标准小计 6.04屋面活荷载标准值（雪荷载） 0.502.2.2楼面自重标准值水磨石地面 0.65120厚现浇钢筋混凝土板 吊顶 0.45楼面恒载标准值 4.10楼面活载标准值 2.502.2.3梁自重标准值包括梁侧、柱侧抹灰，有吊顶房间梁不包括抹灰。例：L1：，净长6m，均布线荷载为，重量为。Z1：，净长3.9m，均布线荷载为，重量为。梁柱自重表如下：表22梁柱自重表构件编号截面（）长度（m）线荷载（KN/M）每根重量KN每层根数每层总重（KN）L10.650.306.64.8629.2524702L20.350.2031.755.251263L30.450.204.52.2510.244448.8L40.350.203.31.755.78423.12Z10.600.604.99.848.02482304.96Z20.600.603.99.838.22481834.56注：梁长为净跨2.2.4墙体自重标准值内外墙皆采用240mm厚加气混凝土块填充，内墙抹灰，外墙贴面砖，面荷载为：240mm厚加气混凝土外墙：240mm厚加气混凝土内墙：240mm砖墙砌女儿墙：考虑开门和开窗，墙应扣除门窗面积，门窗重量查规范可得：底层外墙：底层内墙：底层门窗重量：一六层外墙：一六层内墙：一六层门窗重量：女儿墙自重：2.2.5节点集中荷载（以轴框架为代表）（1）框架屋面节点集中恒载标准值A、D轴处顶层边节点：纵向框架梁自重 纵向框架梁传来屋面自重 1.2m高女儿墙自重加抹灰 69.93kNB、C轴顶层中间节点纵向框架梁自重 纵向框架梁传来屋面自重 69.24kN（2）一六层框架楼面节点集中恒载标准值A、D轴处顶层边节点：纵向框架梁自重 梁上墙加抹灰加窗重 楼面板传来重量 64.48kNB、C轴一六层中间节点纵向框架梁自重 梁上墙加抹灰加门重 纵向框架梁传来楼面自重 86.49kN（3）框架屋面节点集中活荷载标准值A、D轴处顶层边节点：纵向框架梁传来屋面活荷载 B、C轴顶层中间节点纵向框架梁传来屋面活载 （4）框架楼面节点集中活荷载标准值A、D轴处顶层边节点：纵向框架梁板传来楼面活荷载 B、C轴一六层中间节点纵向框架梁传来楼面自重2.2.6横向框架梁上分布荷载（以轴框架为代表）（1）作用在顶层轴框架梁上恒载标准值L1梁自重（均布线荷） L2梁自重（均布线荷） L1梁上屋面板传来（梯形荷载） L2梁上屋面板传来（三角形荷载）（2）作用在一六层轴框架梁上恒载标准值L1梁自重（均布线荷） L2梁自重（均布线荷） L1梁上楼板传来（梯形荷载） L2梁上楼面板传来（三角形荷载）（3）作用在顶层轴框架梁上活荷（雪荷）标准值L1梁上屋面板传来（梯形荷载）L2梁上屋面板传来（三角形荷载）（4）作用在一六层轴框架梁上活荷标准值L1梁上楼板传来（梯形荷载） L2梁上楼板传来（三角形荷载）2.2.7重力荷载代表值根据“抗震规范”5.1.3条，顶层重力荷载代表值包括：屋面恒载、50%屋面雪荷载、顶层纵横框架梁自重、顶层半层墙柱自重及女儿墙自重。其它层重力荷载代表值包括：楼面恒载、50%楼面均布活荷载、该层纵横框架自重、该层楼上下各半层柱及墙体自重。各层楼面的重力荷载代表值如下：建筑物总重力荷载代表值为：地震作用下的计算简图见下图：图2结构平面布置图3内力及侧移计算3.1水平地震作用力下框架的侧移及内力计算3.1.1梁的线刚度因本楼学楼采用现浇楼盖，在计算框架梁的截面惯性矩时，对边框架梁取（为矩形梁的截面惯性矩）；对中框架采用，采用C30混凝土，。梁的线刚度为：横梁线刚度计算见表31.3.1.2柱的线刚度柱截面尺寸为：底层Z1柱高4.9m其它层Z2柱高3.9m横向框架计算简图见图31.表31横梁线刚度计算表梁号截面跨度混凝土标号惯性矩边框架框中框架梁L10.300.656.6C30L20.200.353C30L30.200.454.5C30L40.200.353.3C30图结构计算简图3.1.3横向框架柱侧向刚度横向框架柱侧向刚度计算表如下：表33横向框架柱侧向刚度D值计算表层次柱类型一般层底层一般层底层各柱刚度根数二至七层边框架边柱4边框架中柱4中框架边柱18中框架中柱18D底层边框架边柱4边框架中柱4中框架边柱18中框架中柱18D3.1.4横向框架自振周期按顶点位移法计算框架的自振周期为考虑填充墙的周期调整系数，本工程中取0.7为顶点位移，为自振周期横向框架顶点位移的计算见下表表34横向地震作用框架顶点位移计算表层次层间相对位移77263.747263.740.00880.23566501.4413765.180.01670.22656501.4420266.620.02460.21046501.4426768.060.03250.18536501.4433269.50.04040.15326501.4439770.940.04830.11216728.7946499.730.06390.064故：3.1.5横向地震作用由“抗震规范”5.1.4条查得，在II类场地，7度区，结构的特征周期和地震影响系数为：，因为，所以因为，故顶部附加地震作用系数为：。顶部附加地震作用这：。各质点的水平地震作用标准值、楼层地震作用、地震剪力及楼层间位移计算过程见下表：表中：表35地震作用标准值、楼层地震作用、地震剪力及楼层间位移计算表层次73.928.37263.74205563.8470.73704.568238000.000963.924.46501.44158635.1363.271067.838238000.001353.920.56501.44133279.5305.201373.038238000.001743.916.66501.44107923.9247.141620.178238000.002033.912.76501.4482568.29189.081809.258230000.002223.98.86501.4457212.67131.011940.268238000.002414.94.96728.7932971.0775.502015.767280000.002846499.73778154.41781.93横向框架各层水平地震作用、地震剪力分布见下图：图3-2水平地震作用、地震剪力分布图3.1.6横向框架抗震变形验算首层，层间相对位移的限制满足规范要求。3.1.7水平地震力作用下横向框架的内力计算以轴横向框架为例进行计算。在水平地震作用下，框架柱剪力及弯矩计算采用D值法，其计算结果见表36。柱号层次层高层间剪力层间刚度各柱刚度Dim/DVimKyM下M上A73.9704.56823800177000.02115.130.750.32519.1839.8563.91067.83823800177000.02122.940.750.435.7953.6853.91373.03823800177000.02129.500.750.4551.7763.2743.91620.17823800177000.02134.810.750.4561.0974.6633.91809.25823800177000.02138.870.750.575.8075.8023.91940.26823800177000.02141.680.750.581.2981.2914.92015.76728000161000.02244.570.970.65141.976.45B73.9704.56823800210000.02517.960.920.3524.5145.5263.91067.83823800210000.02527.220.920.4143.5262.6353.91373.03823800210000.02535.000.920.4561.4275.0743.91620.17823800210000.02541.300.920.4572.4888.5933.91809.25823800210000.02546.120.920.589.9389.9323.91940.26823800210000.02549.460.920.596.4496.4414.92015.76728000175000.02448.451.160.65154.3383.10表36横向水平地震作用下框架柱端弯矩计算其中Y值的确定需查反弯点计算高度表，计算如表37。柱上下端弯矩求得后，利用节点平衡，求在水平地震作用下的梁端弯矩，利用平衡条件可求梁端剪力及柱轴力，见下表。框架在左震时弯矩见下图，右震时，框架的弯矩图与左震对称。表37Y值的确定柱号层次Kyoa1y1a2y2a3y3yA70.750.32510100.32560.750.41010100.450.750.451010100.4540.750.451010100.4530.750.51010100.520.750.510101.25600.510.970.650.79600.7B70.920.3510100.3560.920.411010100.4150.920.451010100.4540.920.451010100.4530.920.51010100.520.920.510101.25600.511.160.650.79600.65层次AB跨BC跨柱轴力lM左M右VblM左M右VbNaNbNc76.639.8537.0511.6538.468.465.64-11.656.00-6.0066.672.8670.9321.78316.2016.2010.80-33.4316.98-16.9856.699.0696.5329.63322.0522.0514.70-63.0731.91-31.9146.6126.43122.1037.65327.9027.9018.60-100.7350.97-50.9736.6136.89132.2040.77330.2030.2020.13-141.5071.60-71.6026.6157.09151.7046.78334.6634.6623.10-188.2895.28-95.2816.6157.74146.1446.04333.3933.3922.26-234.3119.06-119.0表38水平地震作用下梁端剪力及柱轴力注：轴力拉为，压力。图3-3水平地震作用框架弯矩图3.2横向风荷载作用下框架结构的内力和侧移计算3.2.1风荷载标准值风荷载标准值按下式计算：基本风压，由荷载规范第7.3节查得（迎风面）和（背风面）。类地区，（为迎风面宽度），由荷载规范表7.443查得脉动影响系数； ，由荷载规范表7.4.3查得脉动增大系数。本结构高度接近30m，高宽比，且由于本结构对于质量和刚度沿高度分布比较均匀，所以仅考虑第一振型的影响，结构在z高度处的风振系数可按下式计算：，其中为振型系数，按下式确定：，式中为第i层标高；为建筑总高度。仍取轴横向框架，其负载宽度为4.5m，则沿房屋高度的分布风荷载标准值计算公式如下：框架结构分析时，应按静力等效原理将分布风荷载转化为节点集中荷载。具体计算过程见表39.表中q1为迎风面风荷载沿房屋高度的分布值，q2为背风面风荷载沿房屋高度的分布值，见图34。Fi为按等效原理将分布荷载转化为节点集中荷载值，其分布见图35.表39分布风荷载转化为节点集中荷载计算表层次HiHi/Hzzq1(z)q2(z)Fi728.500.261.391.112.161.357.00623.400.211.311.092.011.2613.19519.500.181.241.081.881.1812.37415.600.141.151.071.731.0811.46311.700.111.051.061.560.9710.3527.800.071.001.041.460.919.5013.900.041.001.021.430.909.08图风荷载分布图图风荷载等效节点力3.2.2风荷载作用下水平位移验算计算方法同地震作用下水平位移验算计算方法，具体计算过程见下表：表310风荷载作用下水平位移计算表层次FiViDiuiuihiui/hi777774000.093.9539002.31896E-05613.1920.19774000.263.8639006.68853E-05512.3732.56774000.423.6039000.0001411.4644.02774000.563.1839000.00014310.3554.37774000.702.6139000.0001829.563.87774000.821.9139000.0002119.0872.95672001.081.0849000.00022由表可知，风荷载作用下最大层间位移角为0.000221/550，满足规范要求。3.2.3风荷载作用下框架结构的内力计算内力计算方法同地震荷载作用的内力计算方法，风荷载作用下各层柱端弯矩及剪力计算过程见表311。风荷载作用下各层梁端弯矩、剪力及柱轴力计算过程见表312，下面还画出了风载作用下的弯矩图。柱号层次层高层间剪力层间刚度各柱刚度Dim/DVimKyM下M上A73.9777400177000.2286821.6007750.750.3252.0289834.21404163.920.1977400177000.2286824.6170930.750.47.20266510.80453.932.5677400177000.2286827.4458910.750.4513.0675415.9714443.944.0277400177000.22868210.066590.750.4517.6668621.5928333.954.3777400177000.22868212.433450.750.524.2452324.2452323.963.8777400177000.22868214.605930.750.528.4815628.4815614.972.9567200161000.23958317.47760.970.6555.6661729.97409B73.9777400210000.2713181.8992250.920.352.5924424.81453563.920.1977400210000.2713185.4779070.920.418.75917312.6046653.932.5677400210000.2713188.8341090.920.4515.5038618.9491643.944.0277400210000.27131811.943410.920.4520.9606925.6186233.954.3777400210000.27131814.751550.920.528.7655228.7655223.963.8777400210000.27131817.329070.920.533.7916933.7916914.972.9567200175000.26041718.99741.160.6560.5067132.58053表311横向风荷载作用下框架柱端弯矩计算表312水平风荷