工程学院-土木工程-11土木一班-110807031104.doc

摘 要根据大同大学土木工程毕业设计任务书和民用建筑通则、混凝土设计规范、中小学校建筑设计规范等有关规范来设计本次毕业设计（大同大学煤炭工程学院教学楼）先设计建筑图然后再根据建筑图设计结构图。主要设计主要内容为计算其中一榀框架的内力计算包括：平面布置、计算简图确定、荷载计算、有关内力计算、内力组合，然后根据内力组合来计算梁板、柱等的配筋图，最后进行基础设计。关键词：框架结构；内力组合；荷载标准值；基础ABSTRACTAccording to the Datong University civil engineering graduation design task book and civil construction general, code for design of concrete structure, primary and secondary school buildings in the code for design of relevant norms to design the graduation design (Datong Coal Engineering College of teaching building) to design building plans and then again according to the construction drawings and design structure diagram. The main design main content for the calculation of which a pin frame internal force calculation including: layout, schematic calculation of identification, load calculation, the internal force calculation, internal force combination, and then based on the combination of internal force to calculate the reinforcement plans of beam and column. Finally, basic design.Keyword：Frame structure ；Internal force combination； Load standard value ；Basics目 录绪论1第一章 建筑设计说明21.1 工程概况21.2 设计资料21.2.1 结构要求21.2.2 地质条件21.2.3 气象资料 21.2.4 抗震设防烈度 21.2.5 设计要求2第二章 结构设计说明42.1 结构方案选取42.1.1 竖向承重体系选取42.1.2 水平向承重体系选取42.2 楼梯方案的选择42.3 建筑材料的选择52.4 基础形式选取52.5 结构布置计算5第三章 结构计算书63.1 结构平面布置63.1.1 结构平面布置图63.1.2 构件截面尺寸的估算63.1.3 结构截面尺寸简图 83.2 荷载计算83.2.1 屋面恒荷载83.2.2 楼面恒荷载93.2.3 楼板活荷载93.2.4 构件自重93.3 楼盖设计113.4 框架在竖向荷载作用下的计算简图及内力计算 163.4.1 恒活载作用下的内力分析163.4.2 横向框架在恒荷载作用下的计算简图 173.4.3 横向框架在活荷载作用下的计算简图 193.4.4 横向框架在重力荷载代表值作用下的计算简图203.4.5 横向框架在恒荷载作用下的弯矩计算233.4.6 横向框架在活荷载作用下的弯矩计算263.47跨中弯矩计算293.5 地震荷载计算333.5.1 自震周期计算333.5.2水平地震作用及楼层地震剪力计算343.5.3水平地震作用下的位移验算363.5.4水平地震作用下框架内力计算363. 6框架梁柱内力组合393.6.1 一般规定393.6.2 框架梁内力组合403.7 框架梁柱截面设计493.7.1 框架梁截面设计493.7.2 框架柱正截面承载力计算 543.8 楼梯结构计算613.8.1 建筑设计613.8.2 结构设计613.8.3 楼梯板计算613.8.4平台板计算633.8.5 平台梁计算633.9基础设计653.9.1荷载设计值653.9.2 A、D柱独立基础的计算663.9.3 B、C柱基础配筋69参考文献72结束语73致谢74绪 论此次毕业设计是对大学本科四年学习积累的一次检阅也是一次重要的教学环节，拓展和深化自己所学专业知识，是全面认识自己的一次机会。该组（第一组）毕业设计题目为山西大同大学教学楼设计。设计不仅需要已学专业知识的用运还需要阅读大量国家规范规定以及一些自己未掌握的专业知识，为此我又从新阅览了混凝土结构与砌体结构设计、房屋建筑学、建筑结构抗震设计、画法几何及土木工程制图、基础工程等一些现有规范文献。通过这些专业知识首先绘制建筑图纸，最后根据建筑图来设计结构图。设计时长差不多两个月，中途在老师的帮助及组员的相互讨论还算设计过程比较顺利。次教学楼设计计算过程没考虑不同方向框架的相互影响，用平面框架代替空间框架。建筑图用天正建筑软件进行绘制，计算过程比较复杂用运Excele来进行计算。结构计算由于只计算一榀框架的内力，配筋。其他结构内力计算及配筋都是用PKPM软件进行计算。PKPM计算过程是以空间框架来计算和手算有出入，尽情谅解。第一章 建筑设计说明1.1工程概况 该教学楼工为五层框架结构，建筑面积约6500m2。走廊宽度3.0m，主体建筑5层，两边辅助建筑4层，层高3.3m，室内外高差0.45m，建筑总高度17.25m，主楼楼板厚度为100mm，两边辅助教学楼楼板为120mm。其它尺寸见结构图。建筑设计使用年限50年。1.2设计资料1.2.1结构要求 混凝土框架结构，填充墙体为加气混凝土砌块，楼板为现浇钢筋混凝土。1.2.2 地质条件 建筑场地土层自下而上依次为杂填土层1.6m厚，其下为粉质粘土层3m厚，中砂、粗砂、粉质粘土、沙砾、粉质粘土、砾砂层厚度分别为1.85m，9.9m，1.6m，15.85m，2.0m，2.0m。采用天然地基，持力层为粉质粘土，地基承载能力标准值为180kPa，地下水位在地表以下16m。工程场地土类别为类，结构安全等级为二级，建筑物耐火等级地下层为一级，地上层为二级。基础混凝土环境类别为二（a），其他混凝土结构的环境类别为一类。1.2.3 气象资料 （1）地区基本风压0.55kN/m2（2）基本雪压0.25kN/m21.2.4 抗震设防烈度 建筑场地抗震设防烈度为7度。设计基本地震加速度值为0.15g，设计特征周期为0.40s，建筑场地土类别为类。1.2.5 设计要求该毕业设计满足一定的施工要求就行。第二章 结构设计说明2.1 结构方案选取2.1.1 竖向承重体系选取 由于指定结构为框架结构，故只需选择是横向承重还是纵向承重或者是纵横向框架混合承重。考虑到建筑高度不高，时教学楼设计，需要较高的采光要求，和通风要求，采用横向承重方案，可以使得联系梁的截面高度较小有利于增加窗高。由于结构宽度为50m，在纵向的惯性矩远大与横向的惯性矩，使得纵向的抗侧刚度大，所以不需要纵向布置承重体系就能使得结构在纵向满足抗震和承载力的抗侧刚度要求。该工程建筑面积仅为6000m2，所以四层到五层即可，只需选择横向框架承重方案即可满足结构设计要求。2.1.2 水平向承重体系选取 一般横向承重体系包括：现浇楼盖、叠合楼盖、预制板楼盖、组合楼盖等。综合考虑选择现浇楼盖即可。在选择单向板还是双向板，考虑的建筑造价的最大有利化，水平承重体系为单向板肋梁楼盖。这样的化可以最大限度地节省混凝土和钢筋的用量，能充分发挥材料的作用，并且结构整体性好，抗震性能好，结构平面布置灵活，易于满足楼面不规则布置、开洞等要求2.2 楼梯方案的选择 楼梯是一个建筑物的交通重要部分，且楼梯的布置必须满足防火要求。楼梯形式的选择应该考虑使用、耐久性、安全性、经济性来考虑楼梯的形式和楼梯的设置。楼梯的最常见的形式为直跑单跑楼梯，直跑多跑楼梯，圆弧楼梯，剪刀楼梯，双分对折楼梯等。考虑的建筑长度和防火要求，布置一部双分楼梯不能满足防火要求，故只布主体部分布置两部板式楼梯。楼梯尺寸见楼梯计算。2.3 建筑材料的选择 统一采用C30混凝土来浇筑板、梁、柱。都现浇，钢筋采用HPR335。装饰材料及填充墙灯二次结构材料见建筑平面总说明。2.4 基础形式选取 由给出的地质资料可知基础在第二层地质土就行，比较稳定能满足结构承载力。且该层土质承载能力强。结构为多层结构传递到基础的荷载不太大，故选择柱下独立基础就能满足结构承载能力要求。2.5 结构布置计算 考虑到结构计算为手算，而结构承载传递以及受力过程都是空间传递和受力，但由于按空间计算的繁杂繁琐，结构计算按平面计算单元计算。假设结构受力，一个方向的承载系统不影响另一承载力系统。忽略各构件的抗扭作用。第三章 结构计算书3.1结构平面布置3.1.1结构平面布置图图3-1 标准层平面结构布置简图3.1.2构件截面尺寸的估算 楼板厚： 根据民用建筑楼板厚度h60且h3000/35=86故取h=100mm框架梁截面尺寸初估： A、B和C、D轴框架梁 取 B、C轴框架梁 取框架柱截面尺寸初估：框架抗震等级为三级，剪跨比宜大于2，轴压比限值根据抗震要求查的为0.9（1）框架柱的截面的边长比不宜大于3且高度和宽度不宜少于，（H为框架层高，且不宜少于300mm）。（2）由于柱主要承受轴力为主，因此按柱的轴压比来进行截面初估。(根据建筑抗震设计规程第6.3.7条规定，为了防止脆性破坏抗震等级为三级的框架轴压比的限值是0.9) （3）柱的轴向力设计值计算： 式中： F 。 。 根据计算 A（或D）轴线与轴线相交中柱： a=193.17mm 取a=250mm B（或C）轴线与轴线相交边柱： a=325.2mm 取a=400mm 角柱受到的荷载比较小，但角柱受到的荷载为双偏心作用，受力比较复杂，所以考虑到这些原因截面尺寸取值与同轴线边柱取相同值，即400mm400mm。考虑施工方便柱截面尺寸全部取400400。3.1.3结构截面尺寸简图 图3-2 结构截面尺寸3.2荷载计算3.2.1屋面恒荷载 屋面： 保护防水层： 0.55 kN/m2 高聚物改性沥青防水层： 0.5 kN/m2 20厚水泥砂浆找平： 0.0220=0.4kN/m2 100厚水泥珍珠岩保温板： 0.104.0=0.4kN/m2 80厚水泥焦渣垫坡 0.08014=1.12 kN/m2 100厚钢筋混凝土结构层: 0.125=2.5 kN/m2 10厚底板抹灰： 0.0117=0.17 kN/m2 屋面恒荷载为： kN/m23.2.2楼面恒荷载 12厚人造大理石板面层 0.01228=0.336 kN/m2 100厚砼板： 0.1025=2.5 kN/m2 10厚板底抹灰： 0.17 kN/m2 kN/m2 取楼面恒荷载为3.5kN/m2 3.2.3楼板活荷载 楼面活载： 教室： 2.5 kN/m2 厕所： 2.5 kN/m2 走廊、门厅、楼梯: 3.5 kN/m2 屋面活载： 上人屋面: 0.5 kN/m2 雪载：基本雪压：S0=0.25 kN/m2 ,屋面积雪分布系数r =1.0 屋面水平投影面积上的雪荷载标准值为：SK=r S0 =1.00.25=0.25 kN/m23.2.4构件自重（1）框架梁 b1h1=300600 梁自重 0.3（0.60-0.1）25=3.75kN/m 10厚水泥砂浆 0.01（0.6-0.1）217=0.17 kN/m =3.92kN/m 纵向连系梁 b2h2=200400 mm2 梁自重 0.2（0.4-0.1）25=1.50 kN/m 10厚水泥砂浆 0.01（0.4-0.1）217=0.102 kN/m =1.620kN/m 柱自重 框架柱（400mm400mm）： 0.40.425=4kN/m 抹灰层（10厚混合砂浆）： 0.010.4417=0.272kN/m =4.272kN/m（3） 墙自重 外： 240厚加气混凝土砌块 0.245.5 =1.32 kN/m2 内墙面： 0.0217=0.34 kN/m2 外墙面： 0.0220 =0.4 kN/m2 =2.06kN/m2 内： 240厚加气混凝土砌块 0.245.5=1.32kN/m 内墙面： 20.4 kN/m =2.12kN/m AB和CD段墙体荷载为：2.12（3.3-0.6）=5.724kN/m 女儿墙： 320混凝土压顶： 0.3225=8 kN/m 240加气混凝土砌块： 0.245.5=1.32kN/m 18厚外墙水泥砂浆麻面： 0.01820=0.36kN/m =2.2kN/m 3.3楼盖设计 各楼盖都用现浇钢筋混凝土肋梁楼盖，民用建筑楼盖厚应该大于60mm，考虑穿线管道的影响口盖厚度取值为100mm。标准层楼盖布置图如图3.3所示。由于，在荷载作用下，可以按双向板计算也可以以单向板计算，本设计按双向板塑形绞线计算其配筋。 A区格板（图3.5）配筋计算(1)计算跨度： 内跨：l0=lc-b （lc为轴线长、b为梁宽） 边跨：l0=lc-250+50-b/2 楼板采用C30混凝土，板中钢筋采用HRB335板厚选用100mm，。符合构造要求。图3-3 二层楼板平面布置示意图 lo1=3000-300=2700 mm lo2=3000-200*2+100=2700mm（2）内力计算。 即 根据经验宜取1.52.5 故取=2 然后根据连续双向板塑形铰线法计算基本公式： M1u=m1（l02-l01/4）= mx（2.8-2.8/4）=2.03m1 M2u=3m1l01/4 = 3*0.93*2.7m/4=2.03m1 将以上公式代入： 得： 由上可知： KNm KNm KNm KNm同样方法求B、C、D区格，的内力。表3-1 顶层各区格板内力计算结果标准层Lo1Lo2M1uM2uM1uM1uM2uM2upm1um2u区隔板A2.702.701.001.221.223.363.363.363.366.8970.600.601.201.20区隔板B2.707.000.157.583.414.214.200.225.8971.20.22.40区隔板C2.702.701.001.762.4704.74.874.876.8970.870.8701.74区隔板D2.707.000.156.50.3209.1602.475.8972.20.344.40表3-2 标准层各区格板计算结果顶层LolLo2M1uM2uM1uM1uM2uM2upm1um2u区隔板A2.702.701.001.61.65.405.205.205.206.140.730.731.461.46区隔板B2.707.000.156.230.2413.6013.601.1206.142.10.34.400.60区隔板C2.702.701.001.852.4003.015.65.66.141.201.402.452.75区隔板D2.707.200.156.290.300.0015.680.004.136.143.190.506.381.00 （3）截面设计。 为方便计算用经验公式计算受拉钢筋的截面面积 ， 根据经验取值0.95。 为了充分利用纵向受力钢筋跨中钢筋在离支座处间隔弯起。 由于楼板与梁柱整体浇筑，中间跨的跨中截面和中间支座处截面，弯矩设计值折减20%。计算的假定，全板均匀布置。 截面有效高度： 则根据上面公式算的楼板配筋表表3-3 标准层楼板配筋表标准层双向板配筋计算截面mhoAs实际配筋面积跨中A区格Lox方向0.608029.238200 (251)Loy方向0.608029.238200 (251)B区格Lox方向1.208058.488200 (251)Loy方向0.208010.208200 (251)C区格Lox方向1.28042.408200 (251)Loy方向1.48042.408200 (251)D区格Lox方向3.1980120.08200 (251)Loy方向0.58017.008200 (251)支座A-B1.208058.488200 (251)A-C1.208058.488200 (251)B-D1.748085.008200 (251)C-D2.4080123.08200 (251) 3-4顶层楼板配筋表顶层双向板配筋计算截面mhoAs实际配筋面积跨中A区格Lox方向0.738035.608200 (251)Loy方向0.738035.608200 (251)B区格Lox方向2.180102.38200 (251)Loy方向0.308015.008200 (251)C区格Lox方向2.2280108.28200 (251)Loy方向0.318015.208200 (251)D区格Lox方向3.1980156.08200 (251)Loy方向0.508024.308200 (251)支座A-B1.468072.08200 (251)A-C1.468072.08200 (251)B-D2.75801348200 (251)C-D4.4480278.208/10200 (322) 3.4框架在竖向荷载作用下的计算简图及内力计算 3.4.1恒活载作用下的内力分析 由于，故板传给梁的荷载是沿两个方向传给梁，直角相交的相邻支撑梁总是按范围的，故沿短跨方向的支撑梁承受板面传来的三角形分布荷载；沿长跨方向传来的是时梯形分布荷载。 三角形荷载（图3.6）作用时：q=5/8p梯形荷载（图3.7）作用时：q=（1-2+）p图3-4 三角形荷载的等效均布荷载图3-5 梯形荷载的等效均布荷载3.4.2横向框架在恒荷载作用下的计算简图 1. 计算单元的确定 计算单元宽度取6到8轴线之间，框架跨度边跨为7.2m中间跨度为3.0m。板面的荷载传递给梁的荷载面积如图中的水平阴影所示。 图3-6 框架计算单元楼板荷载传递图 由图3.8荷载传递图，知道轴线框架一榀框架简图如图3.9所示，由此可知AB、CD跨受梯形分布的荷载，BC跨受三角形分布荷载。集中力作用点分别在每层柱顶即A、B、C、D四个，除此之外还受到梁自重即梁间墙的自重传来的线荷载。2.0 框架荷载计算 作用在框架梁上的线荷载 对于第五层 g5AB1=3.92KN/m g5AB2=3x5.64=16.8KN/m =1.5/7.2=0.21 等效后q5AB2=0.9216.8=15.45KN/m g5BC1=3.92KN/m g5BC2=3x5.64=16.8KN/m 等效后q5BC2=0.62516.8=10.5KN/m 对于1到4层 gAB1=3.92+2.12*2.7=9.644KN/m gAB2=3x3.5=10.5KN/m 等效后qAB2=0.65*10.5=6.825KN/m gBC1=3.92KN/m gBC2=3x3.5=10.5KN/m 等效后gBC2=0.92*10.5=9.66KN/m图3-7 轴线在恒荷载作用下的结构计算简图 作用在框架节点的集中荷载 对于第五层： KN 对于第四层： 3.4.3横向框架在活荷载作用下的计算简图 楼面活荷载作用下的结构计算简图 根据恒载作用下的楼板荷载传递方式绘制楼面活荷载作用下的结构计算简图3-8图3-8 楼面活荷载下结构计算简图 梯形荷载和三角荷载等效厚如下图 顶层 q5BC=5/8x0.5=0.65*0.5KN/m2 q5AB=0.92*0.3KN/m2 标准层 qAB=0.92*2.5KN/m2 qBC=0.65*3.5KN/m2 活荷载作用下集中力计算 顶层G5A=1.5*0.5*1/2*3=0.75*1.5KN G5B=0.5*1.5*1/2*4*3=3*1.5KN 标准层GA=1.5*2.5*1/2*3=3.75*1.5KN GB=3.5*1.5*1/2*4*3KN3.4.4横向框架在重力荷载代表值作用下的计算简图 该数值在计算结构抗震时用，由于主楼和旁边的附楼设置梁抗震缝故在此计算书中仅计算主楼的抗震。下面计算所得重力荷载代表值仅是主楼的重力荷载代表值。根据前面计算得到的荷载计算值，绘制下表：表3-5 梁的重力荷载计算类别净 跨（mm）截 面（mm）荷载标准值（KN/m2）数 量(根)单 重（KN）总 重（KN）横梁72003006003.893028.01840.330003006003.891511.67175.05纵向连系梁30002004001.58564.74256.44合计1271表3-6 柱的重力荷载代表值类别计算高度（mm）截 面（mm）密 度（KN/m3）体 积（m3）数 量（根）单 重（KN）总 重（KN）柱3200400400250.5126012.8768合计768表3-7 内外填充墙重的计算：类别总计算长度（m）墙计算高度（m）墙厚计算值（m）荷载标准值（KN/m2）总 重（KN）外墙120.42.70.245.5523.89内墙86.42.70.245.5368.2472.82.90.245.5346.40合 计1238 楼板恒载、活载计算（楼梯间按楼板的1.2倍计算）： 楼板面积：54.417.8 7.23.62=916.48（m2） 楼梯面积: 3.67.22=51.84（m2） 恒载=楼梯恒载+楼板恒载:51.843.51.2 + 916.483.5=3425KN 活载：3.5（3.67.22）1.2+2.5（54.417.8 7.23.62） =1678.84KN 由以上计算可知，一层重力荷载代表值为: 。 同理算出顶层的重力荷载代表值 最后绘制重力荷载代表值图3-9 图3-9 重力荷载代表值3.0框架侧移刚度计算 考虑到楼盖是现浇的应对梁的线刚度进行修正 边框架梁 中框架梁 框架梁线刚度计算表：3-8表3-8 框架梁刚度计算表类别Ec (N/mm2)b (mm)h (mm)I0 (mm4)l (mm)EcI0/l (kNm) (kNm) (kNm)AB、CD跨3.01043006005.410972002.2510104.51010BC跨3.01043004001.610930001.610103.21010框架柱线刚度计算表：3-9表3-9 框架柱刚度计算表层次Ec (N/mm2)b （mm）h （mm）hc （mm）Ic （mm4）EcIo/l （kNm）13.010440040045002.11091.41010243.010440040033002.11091.91010根据算出的线刚度，绘制框架图现刚度简图3.12 图3-10 框架刚度简图3.4.5横向框架在恒荷载作用下的弯矩计算 恒载作用作用下梁的固端弯矩计算 顶层 AB,CD跨梁端弯矩： =19.377.22/12 =83.67（KN.m） BC跨梁端弯矩： =14.423.02/3 =43.26（KN.m） =14.423.02/12 =10.8KN.m 对于一到四层: =16.477.22/12 =71.15KN.m 对于跨梁端弯矩: =13.583.02/3 =40.74KN.m =13.583.02/12 =10.18KN.m 恒载作用下的弯矩调配 分配系数的计算: 除底层外，其他各层的线刚度应乘以0.9的修正系数，其传递系数取1/3弯矩系数固端为1，-1所以都取0.33和-0.33 同上述计算方法一样算出各层的固端弯矩 ，考虑到梁与柱的偏心，杆端弯矩增大2% 弯矩分配法计算过程如下： 图3-11 恒载作用下弯矩分配图根据弯矩二次分配法的计算结果，画出恒荷载作用下的框架梁柱弯矩图，如图3.14所示。 图3-12 恒荷载作用下的弯矩图3.4.6横向框架在活荷载作用下的弯矩计算1.0活载作用作用下梁的固端弯矩计算 顶层 AB,CD跨梁： q边=0.920.53=1.38KN/m BC跨： q中=0.6250.53=0.98KN/m AB,CD跨梁端弯矩：