外廊毕业设计计算书.doc

2014届土木工程专业毕业设计 重庆三峡学院毕业设计（论文） 题目：万州某小学多层框架结构教学楼设计 专业：土木工程专业 年级：2010级3班学号：201012044345 姓名：韦存明 指导老师：郝敏 职称： 教授 完成毕业设计(论文）时间：2014年5月 题目：万州区某小学多层框架结构教学楼设计1摘 要1引 言2建筑方案设计21.1 工程概况21.1.1 建筑设计指标2 1.1.2 建筑设计思路21.2 建筑构造设计21.2.1非上人屋面构造设计21.2.2 楼面构造设计31.2.3 外墙体构造设计3 荷载计算32.1 截面尺寸的选取32.1.1截面尺寸选取32.2荷载汇集42.2.1恒载42.2.2活荷载52.3计算简图及层数划分如图52.4 各层重力荷载代表值计算6 水平荷载作用下的框架内力分析73.1 层间侧移刚度计算73.1.1梁线刚度83.1.2柱线刚度83.1.3柱的侧移刚度D83.1.4层间侧移刚度的计算93.2横向风荷载计算93.2.1风荷载计算93.2.2风荷载作用分布图103.3风荷载作用下框架柱剪力和柱弯矩（D值法）103.4 风荷载作用下梁端弯矩计算113.5 风荷载作用下的梁端剪力和柱轴力标准值113.6 风荷载作用下的框架内力图12竖向荷载作用下的内力分析134.1 恒载134.1.1屋面梁上线荷载标准值134.1.2屋面板及楼面板的折减系数134.1.3屋面梁上线荷载标准值134.1.4楼面梁上线荷载标准值134.2 活载134.3 框架计算简图134.4 梁固端弯矩144.5 内力分配系数计算154.6 弯矩分配与传递154.6.1恒载作用下的力矩分配15 4.6.2活载作用下的力矩分配174.6.3重力荷载作用下的力矩分配184.6.4恒荷载作用下的弯矩图194.6.5活荷载作用下弯矩图214.6.6重力荷载作用下的弯矩图214.7 梁端剪力234.8 柱轴力和剪力25 内力组合265.1竖向荷载作用下梁端弯矩的调幅265.2 控制截面及其内力组合275.2.1 控制截面285.2.2竖向荷载作用下梁控制截面处剪力285.2.3梁控制截面处弯矩295.3 基本组合公式305.3.1框架梁内力组合305.3.2 框架柱内力组合35楼梯计算376.1设计资料376.1.1结构形式和材料强度等级376.1.2梯段斜板TB1386.1.3平台板TB2396.1.4平台梁TB2406.1.5平台梁PL2416.1.6平台梁LP142 基础设计447.1地基承载力特征值和基础材料447.1.1本工程地质情况447.1.2确定地基承载力特征值447.2 基础顶面内力组合457.2.1 标准组合457.2.2 基本组合（1.35标准组合）457.3 取第一组轴力最大来确定柱1基础底面尺寸bXL457.3.1 考虑偏心作用457.3.2 持力层承载力验算：（用标准组合）467.4基础高度确定及底面配筋计算467.4.1 基础高度验算467.4.2 基础配筋计算487.5 基础尺寸及配筋验算497.5.1 取第二组数据497.5.2 取第三组数据51结论55致谢55参考文献56 题目：万州区某小学多层框架结构教学楼设计作者：韦存明作者单位：重庆三峡学院土木工程系土木工程专业2010级 重庆万州 404000摘 要 本工程是重庆万州区某小学教学楼，结构形式为多层钢筋混凝土框架结构，共五层，底层层高3.6米，其他层层高也为3.6米，建筑物总高度为19.2米。在遵循“适用、安全、经济、美观”的设计原则和国家有关现行建筑结构设计规范与标准的基础上，进行了教学楼的建筑与结构初步设计，在参阅该建筑物初步设计阶段的建筑CAD设计图纸与技术指标后，确定了结构布置方案与结构计算模型。先进行了层间荷载代表值的计算，然后按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。接着计算竖向荷载（恒载、活荷载以及雪荷载）作用下的结构内力，找出最不利的一组或几组内力组合。 选取最安全的结果计算配筋并绘图。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计（完成了平台板，梯段板，平台梁等构件的内力和配筋计算）、楼盖的设计（完成了板的配筋和主梁的配筋）。关键词：教学楼 钢筋混凝土 框架 结构设计 Abstract This project is Wanzhou Area with primary school teaching building, multi-storey structure in the form of reinforced concrete frame structure , a total of five , the bottom storey 3.6 meters , other layers too high of 3.6 meters and a total building height of 19.2 meters. In follow applicable , security, economic , aesthetic design principles and basic design of building structures on existing national norms and standards on the conduct of the preliminary design of the building and construction of school buildings , see the building in the preliminary design phase of architectural CAD design drawings and technical specifications , the program determines the structural arrangement and structure calculation model .First interlayer loads were calculated representative value , and then press the bottom of the shear method to calculate the size of horizontal seismic load , and then find the structure under horizontal loads internal forces ( bending moment , shear, axial force ) . Then calculate the vertical load ( dead load , live load and snow load ) structure forces under the action of a group to identify the most unfavorable combination of internal forces or groups . The result of the calculation to select the most secure and reinforcement drawings . In addition, the structure of the program were designed interior stairs ( complete platform boards, internal forces and reinforcement bench boards, beams and other components of the computing platform ) , floor design ( complete reinforcement plates and girders with tendons ) .Keywords: teaching building reinforced concrete frame structure design . 引 言 毕业设计是大学学校教学计划的最后一个重要环节，是学生综合素质与工程实践能力培养效果的全面检验。毕业设计的目的是培养学生综合应用所学基础课、技术基础课、专业课知识和相应技能，解决土木工程设计问题的综合能力和创新能力，提高学生的综合素质和分析、处理问题的能力。我的毕业设计题目为万州某小学教学楼结构设计。在进行建筑方案设计前，我温习了房屋建筑学、结构力学、钢筋混凝土结构设计原理、等专业课程，并且阅读混凝土规范、荷载规范、中小学教学楼设计规范等相关规范。在这次设计中，我尽量全面综合运用所学的基本理论、专业知识和基本技能以及实习时所见所闻的积累，进行建筑，、结构设计并绘制施工图纸。特别是在设计期间，得到了老师的热情指导和审批及指正，在毕业设计后期，主要进行设计手稿的电脑输入，使我圆满的完成了毕业设计任务，在此表示衷心的感谢。毕业设计的四个月里，在指导老师的热情帮助下，经过资料查阅、设计计算、计算说明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。熟练掌握了AutoCAD、天正等绘图软件，从而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，并且在计算过程中以手算为主，由于自己的知识结构还不够全面，在设计计算过程中难免有不妥和疏忽之处。希望各位老师给予更正指导。 建筑方案设计1.1 工程概况1.1.1 建筑设计指标 本方案建筑地点位于重庆市万州区，占地面积为900平方米，建筑面积为4233.6平方米，20间普通教室，3间实验室，2间计算机房，2间语音教室，；卫生间每层男、女生各1个，其他用房见详图。1.1.2 建筑设计思路 综合工程各条件，本教学楼采用框架结构体系。框架结构的最大特点是承重构件与围护构件有明确分工，建筑的内外墙处理十分灵活，应用范围很广。根据框架布置方向的不同，框架体系可分为横向布置、纵向布置及纵横双向布置三种。本建筑方案力求创新，在形象上追求现代气息，同时注重在建筑方案经济合理性，考虑到是小学教学楼，小学生比较爱打闹，需要较大的活动空间，再一方面，小学生正处于生长发育阶段，需要经常晒晒太阳，因此设成外廊式。外廊是单边置房，该结构是现在多数小学教学楼常用形式。在教学楼内布置了三步楼梯，在交通上，疏散人流更加方便快捷。1.2 建筑构造设计1.2.1非上人屋面构造设计(1) 25mm厚13水泥砂浆 (2) 40mm厚SBS改性沥青防水卷材 (3) 20mm厚1：3水泥砂浆找平层 (4) 1：6水泥焦渣找坡层 最薄处30mm厚 (5) 100mm厚阻燃型聚苯乙烯板保温层 (6) 120mm厚现浇钢筋混凝土屋面板 (7) 20mm厚板下混合砂浆抹灰 1.2.2 楼面构造设计(1) 20mm厚水磨石地面 (2) 20mm厚1：3水泥砂浆结合层 (3) 120mm厚现浇钢筋混凝土板 (4) 20mm厚板下混合砂浆抹灰 1.2.3 外墙体构造设计(1) 刮大白(2) 20mm厚混合砂浆(3) 墙体基层(4) 外贴50mm厚阻燃型挤塑聚苯乙烯板(5) 20mm厚1:3水泥砂浆(6) 刷涂料 荷载计算2.1 截面尺寸的选取2.1.1截面尺寸选取框架柱：根据轴压比公式初步估定柱截面尺寸：（三级框架） 混凝土强度为C30 bc=hc =459mm 取 bc=hc=500500mm框架梁：由挠度、裂度控制 h=(1/121/8)L b=(1/31/2)h纵向框架梁截面尺寸：bbhb=200mm600mm横向框架梁截面尺寸：bbhb=250mm500mm；走廊梁截面尺寸：bbhb=200mm600mm楼板：取板厚：h=120mm2.2荷载汇集2.2.1恒载屋面：25mm厚13水泥砂浆 0.02520=0.5kN/m240mm厚SBS改性沥青防水卷材 0.042.0=0.08kN/m220mm厚1：3水泥砂浆找平层 0.0220=0.4kN/m21：6水泥焦渣找坡层 最薄处30mm厚 0.0914=1.26kN/m2 100mm厚阻燃型聚苯乙烯板保温层6 0.11.5=0.15kN/m2120mm厚现浇钢筋混凝土屋面板 0.1225=3kN/m220mm厚混合砂浆抹灰 0.0217=0.34kN/m2=5.73 kN/m2楼面：20mm厚水磨石地面 0.65kN/m2 20mm厚1：3水泥砂浆结合层 0.0220=0.4kN/m2120mm厚现浇钢筋混凝土板 3kN/m220mm厚板下混合砂浆抹灰 0.34kN/m2 =4.39kN/m2梁重：纵梁：梁自重： 0.200.625=3.00kN/m 粉刷： 0.02（0.6-0.12）217=0.33kN/m=3.33kN/m横梁：自重： 0.250.5253.13kN/m粉刷： 0.02（0.5-0.12）217=0.23kN/m=3.36kN/m次梁：自重： 0.250.6253.75kN/m 走廊横梁：自重： 0.200.6253.0kN/m粉刷： 0.02（0.6-0.12）217=0.33kN/m=3.33kN/m墙重： 1EG 轴0.24319+0.04173 = 15.72kN/m 1DE 轴: （0.241.930.241.81.8）190.04171.930.451.81.81.9 =8.71kN/m 3EG 轴：0.23190.04173 =13.44kN/m 12G轴：（0.243.730.243.31.8）19+0.0417（3.733.31.8）+3.31.80.453.7 =8.03kN/m 12E轴：0.243.730.24（1.81.812.1）190.04（3.731.81.812.1）170.212.10451.81.83.7 =8.59kN/m 走廊栏杆：0.241.2190.04171.3 =6.36kN/m 屋面女儿墙：0.1210.6250.111.725 =6.05kN/m柱：（考虑到柱子抹灰，取柱子自重27kN/m3） 0.50.527=6.75kN/m 门、窗： 门：0.2kN/m2 窗：0.45kN/m22.2.2活荷载风压： 0.55 kN/m2雪压： 0.5 kN/m2厕所： 2.0 kN/m2办公室（教室）： 2.0 kN/m2走廊、楼梯： 2.5 kN/m2不上人屋面： 0.5 kN/m22.3计算简图及层数划分如图 图1 计算简图 图2 框架简图2.4 各层重力荷载代表值计算 第五层的重力荷载代表值:五层女 儿 墙：（75.6216.827.24）0.241.219 =1164.44kN屋 面： (75.61.6)(9.60.8)(7.20.8)(4.21.6)2(8.41.6)(7.20.8)5.73 =5590.65kN纵 梁： 9.63.33177.23.3679.63.362 =777.31kN横 梁： 75.63.3616.83.3675.63.332 =813.96kN次 梁： 4.23.335 =69.93kN 柱 子： 3.66.7558 =1409.4kN 外 墙： 15.7214.448.712.428.0392.4 =1689.25kN内 纵 墙： 13.447.212 =1161.22kN 栏 杆 墙： 6.3675.6 =480.82kN 13156.98KN24层的重力荷载代表值:二四层楼 面： (75.69.67.24.228.47.2）4.39 = 3717.10KN 纵 梁： 9.63.33177.23.3679.63.362 =777.31kN横 梁： 75.63.3616.83.3675.63.332 =813.96kN次 梁： 4.23.335 =69.93kN 柱 子： 3.66.7558 =1409.4kN 外 墙： 15.7214.448.712.428.0392.4 =1689.25kN内 纵 墙： 13.447.212 =1161.22kN 栏 杆 墙： 6.3675.6 =480.82kN10118.98kN一层楼 面： (75.69.67.24.228.47.2）4.39 1085.736.3622.81.67.20.1225 = 4355.07KN 纵 梁：9.63.33177.23.3679.63.362 =777.31kN横 梁： 75.63.3616.83.3675.63.332 =813.96kN次 梁： 4.23.335 =69.93kN 柱 子： 3.66.7558 =1409.4kN 外 墙： 15.7214.448.712.428.0392.4 =1689.25kN内 纵 墙： 13.447.212 =1161.22kN 栏 杆 墙： 6.3675.6 =480.82kN10756.96kN则恒载+0.5活载：=6651.25+0.50.54215=6808.75 kN1411.44+5939.68+0.52.0(6.06.313+5.46.3)+2.52.46.3+2.52.442=7615.77kN1411.44+5939.68+0.52.0(6.06.313+5.46.3)+2.52.46.3+2.52.442=7615.77kN1411.44+5939.68+0.52.0(6.06.313+5.46.3)+2.52.46.3+2.52.442=7615.77kN1411.44+5581.75+664.65=7657.84kN 水平荷载作用下的框架内力分析3.1 层间侧移刚度计算3.1.1梁线刚度 在计算梁线刚度时，考虑楼板对梁刚度的有利影响，即板作为翼缘工作。在工程上，为简化计算，通常梁均先按矩形截面计算某惯性矩I0，然后乘以增大系数:中框架梁I=2.0I0 边框架梁I=1.5I0梁采用C30混凝土，EC=3.0107kN/m2 (m4) (3-1)KB单位：kNm横向框架： 表1 框架梁线刚度计算部位截 面m2跨度m截 面惯 性 矩边 框 架中 框 架I=1.5I0KB=EI/LI=2.0I0KB=EI/L边跨0.250.57.22.6103.9101.1105.2102.210中跨0.250.52.42.6103.9101.1105.2102.2103.1.2柱线刚度柱采用C30混凝土 Ec=3.0107kN/M2，首层高度3.6m,2-5层3.6m。柱截面：500 mm500mm 则 I1-4=I0=5.210-3m4 (3-2)表2柱的线刚度计算层次层高bhEc/KN/M2Ic(m4)Kc=2-53.6m5005003.0105.2104.31014.55m5005003.0105.2104.310 3.1.3柱的侧移刚度D一般层： = D= （3-3）首层： = D= （3-4）表3边框架柱子的侧移刚度部位层高M柱子刚度边跨梁线刚度中跨梁线刚度边 框 架 边 柱C1（4根）边 框 架 中 柱C2 （4根）K11DC1K22DC22-53.64300022000250000.7670.277110291.3490.4031603713.64300022000250000.9710.49597551.7060.59511726表4中框架柱子的侧移刚度部位层高M柱子刚度边跨梁线刚中跨梁a线刚中 框 架 边 柱C1（14根）中 框 架 中 柱C2（14根）K11DC3K22DC42-53.64300011000220001.0000.333132581.7670.4691867313.64300011000220001.2650.541106622.2350.646127313.1.4层间侧移刚度的计算表5 层间侧移刚度部 位各 层 柱 子 侧 移 刚 度层 间 刚 度DC1DC2DC3DC4Di2-5441166414815909622407649143613902046906127944152772366642D1/D2 =0.770.7 满足要求 3.2横向风荷载计算3.2.1风荷载计算 自然情况：地区基本风压 W0=0.55kN/m2，地面粗糙程度B类。风荷载标准值： （3-19）表15 风荷载作用下的剪力层ZSZiW0WkiFWkiVi51.01.30.830.550.5939.609.6140.740.52911.4321.0430.740.52911.4332.4720.740.52911.4343.9010.740.52911.4355.33注： （1）在实际工程中，对于高度不大于30M，高宽比小于1.5的高层建筑，取风振系数Z=1.0。 （2） （3-20）3.2.2风荷载作用分布图 图5 风荷载作用分布图3.3风荷载作用下框架柱剪力和柱弯矩（D值法） 表16 边柱（中框）层H(m)Di(kN/m)D(kN/m)D/DiVi(kN)Vik(kN)YM下（kNm）M上(kNm)53.663862132580.2089.612.001.262.524.6843.663862132580.20821.044.381.627.108.6733.663862132580.20832.476.751.6210.9313.3723.663862132580.20843.909.131.8016.4316.4313.646786106620.22955.3312.672.9637.5020.15表17 中柱（中框）层H(m)Di(kN/m)D(kN/m)D/DiVi(kN)Vik(kN)YM下（kNm）M上(kNm)53.663862186730.2929.612.811.403.936.1843.663862186730.29221.046.141.629.9512.1633.663862186730.29232.479.481.7616.6817.4423.663862186730.29243.9012.821.8030.0830.0813.646786127310.27255.3315.102.8743.3425.37 3.4 风荷载作用下梁端弯矩计算 表18 风荷载作用下梁端弯矩层A轴B轴MC上MC下B1MABMC上MC下B1B2MBAMBC50.004.6814.680.006.180.570.433.522.6642.528.67111.193.9312.160.570.436.935.2337.1013.37120.479.9517.440.570.439.947.50210.9316.43127.3616.6830.080.570.4317.1512.93116.4320.15136.5830.0825.370.570.4314.4610.913.5 风荷载作用下的梁端剪力和柱轴力标准值 表19 风荷载作用下的梁端剪力和柱轴力层AB跨梁端剪力BC跨梁端剪力柱轴力LL边柱(KN)中柱(KN)57.24.683.522.002.42.662.662.222.000.2247.211.196.932.862.45.235.234.364.881.7037.220.479.944.832.47.507.506.259.713.1227.227.3617.157.072.412.9312.9310.7816.786.8317.236.5814.468.102.410.9110.919.0924.887.823.6 风荷载作用下的框架内力图图6 风荷载作用下的框架内力图竖向荷载作用下的内力分析4.1 恒载4.1.1屋面梁上线荷载标准值梁重： 横梁:边跨4.08kN/m, 中跨2.69 kN/m屋面板荷载：(按双向板计算)4.1.2屋面板及楼面板的折减系数边跨为梯形荷载: 中跨为梯形荷载:5/8=0.6254.1.3屋面梁上线荷载标准值边跨：g1=5.733.00.90+4.08=19.55kN/m中跨：g2=5.732.40.625+2.69=11.29kN/m4.1.4楼面梁上线荷载标准值边跨：g1=4.393.00.90+4.08=15.93kN/m中跨：g2=4.392.40.625+2.69=9.28kN/m4.2 活载 屋面: 边跨 q1=0.53.00.90=1.35kN/m中跨 q2=0.52.40.625=0.75kN/m 楼面: 边跨 q1=2.03.00.90=10.96kN/m中跨 q2=2.53.00.625=4.69kN/m 4.3 框架计算简图图8 框架计算简图4.4 梁固端弯矩梁端弯矩以绕杆端顺时针为正，反之为负M固= （4-1）表20 竖向荷载作用下框架的固端弯矩荷载部位边 跨中 跨跨度均布荷载固端弯矩跨度均布荷载固端弯矩左右左右恒载顶层7.219.55-64.4464.662.411.29-5.425.42其他层7.215.93-52.6952.692.49.28-4.454.45活载顶层7.21.35-4.474.472.40.75-0.360.36其他层7.25.40-17.8617.862.43.75-1.8