某市中学教学楼框架结构设计.doc

精选资料 本科生毕业论文（设计）题 目： 某市中学教学楼框架结构设计 专业代码： 土木工程（080703） 作者姓名： 宋 金 超 学 号： 2006401351 单 位： 聊城大学建筑工程学院 指导教师： 杨 秀 英 2010 年 6月 5日可修改编辑图书分类号: 密 级: 某市中学教学楼框架结构设计作者姓名 宋金超 学 历 类 别 本科 学科专业 土木工程 入 学 时 间 2006.09 指导教师姓名 杨秀英 指导教师职称 讲师 毕业设计（论文）完成日期 毕业设计（论文）答辩日期 聊城大学建工程学院原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的相应责任。 学位论文作者签名： 日期： 指导教师签名： 日期： 前 言毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，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。通过毕业设计，使我在大学期间学到的知识贯穿起来，对于我今后的工作奠定了良好的基础。我的毕业设计题目为某市中学教学楼框架设计。在毕业设计前期，我温习了结构力学、钢筋混凝土、建筑结构抗震设计等知识，并借阅了抗震规范、混凝土规范、荷载规范、混凝土结构设计规范等规范。在毕业设计中期，我通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计。在毕业设计后期，主要进行设计手稿的电脑输入。在整个设计期间我严格按照计划进行设计工作，在杨秀英老师的耐心和细致的辅导下，使我圆满完成了毕业设计任务。在整个毕业设计期间，我在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算，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。在进行内力组合的计算时，进一步了解了Excel。在绘图时熟练掌握了AutoCAD，天正CAD,PKPM等设计软件，以上所有这些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，在计算过程中以手算为主，辅以一些计算软件的校正。由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。摘 要本设计主要进行了结构方案中横向框架10轴框架的抗震设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算,接着利用顶点位移法求出自震周期，进而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（恒载及活荷载）作用下的结构内力。最后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，斜梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。选取部分梁、板、柱进行了构件的内力和配筋计算。整个结构在设计过程中，严格遵循相关的专业规范的要求，参考相关资料和有关最新的国家标准规范，对设计的各个环节进行综合全面的科学性考虑。总之，适用、安全、经济、使用方便是本设计的原则。关键词： 框架；结构设计；抗震设计 Abstract The purpose of the design is to do the anti-seismic design in the longitudinal frames of axis 10. When the directions of the frames is determined, firstly the weight of each floor is calculated .Then the vibrate cycle is calculated by utilizing the peak-displacement method, then making the amount of the horizontal seismic force can be got by way of the bottom-shear force method. The seismic force can be assigned according to the shearing stiffness of the frames of the different axis. Then the internal force (bending moment, shearing force and axial force ) in the structure under the horizontal loads can be easily calculated. After the determination of the internal force under the dead and live loads, the combination of internal force can be made by using the Excel software, whose purpose is to find one or several sets of the most adverse internal force of the wall limbs and the coterminous girders, which will be the basis of protracting the reinforcing drawings of the components. The design of the stairs is also be approached by calculating the internal force and reinforcing such components as landing slab, step board and landing girder whose shop drawings are completed in the end.The whole structure of the design process, in strict compliance with the relevant professional standard, reference to relevant information and the latest national standards and specifications, and design of the various components of a comprehensive scientific considerations. In short, application, security, economic and user-friendly design is the principle. Key words : frames；structural design；anti-seismic design目 录建筑部分1 总平面设计12 平面设计12.1 交通联系部分的设计12.1.1 走廊水平交通12.1.2 楼梯垂直交通12.2 卫生间的平面设计23 立面设计24 剖面设计24.1层数的确定24.2层高的确定34.3室内外高差35建筑构造设计35.1墙体35.2屋面结构35.3雨水口构造36 结构选型及平面布置3结构部分7 设计原始资料58 结构设计方案及布置59 构件初估69.1 柱截面尺寸的确定69.2 梁尺寸确定69.3 楼板厚度610 基本假定与计算简图610.1 基本假定610.2 计算简图611 结构布置及计算简图612 荷载计算812.1 恒载标准值计算812.2 活荷载标准值计算1012.3 竖向荷载下框架受荷总图1012.4 重力荷载代表值计算1613 地震作用计算1813.1 横向框架侧移刚度计算1813.2横向自振周期计算2013.3横向水平地震力计算2113.4 水平地震作用下的位移验算2313.5 水平地震作用下框架内力计算2414 竖向荷载作用框架内力计算2914.1 梁柱端的弯矩计算3014.2 梁端剪力和轴力计算4115 风荷载计算4415.1风荷载侧移计算4415.2风荷载内力计算4516 内力组合4716.1 荷载组合4716.2 控制截面及不利内力4716.3计算结果4716.3.1框架内力计算4716.3.2框架柱内力计算结果及框架柱内力组合4917 截面设计5117.1 框架梁的配筋计算5217.1.1 正截面受弯承载力计算5217.1.2 斜截面受弯承载力计算5317.1.3 裂缝宽度控制验算5517.1.4 受弯构件的挠度验算5617.2 框架柱配筋计算5817.2.1 轴压比验算(B轴柱)5817.2.2 正截面受弯承载力计算5817.2.3 斜截面受剪承载力计算6018 楼板设计6118.1 设计荷载6118.2 计算跨度l0的求解6218.3弯矩的求解6218.4 截面设计6519 楼梯设计6619.1踏步板计算6619.1.1.荷载计算6619.1.2.内力计算6619.1.3.受弯承载力计算6619.2 斜梁设计6719.2.1 截面设计6719.2.2 荷载计算6719.2.3 内力计算6819.2.4 承载力计算6819.3 平台板设计6919.3.1 计算单元的选取6919.3.2 荷载计算6919.3.3 内力计算6919.4 平台梁的设计7019.4.1 平台梁截面尺寸的选取7019.4.2 平台梁荷载计算7019.4.3 平台梁内力计算7019.4.4 截面设计7119.4.5 吊筋计算72基础部分20 基础设计资料7320.1设计说明7320.2 荷载计算7320.3 地基承载力设计值的确定7321 边柱独立基础设计7321.1 荷载计算7421.2 基底尺寸的确定7421.3 持力层强度验算7421.4 柱底对基础抗冲切验算7521.5 内力计算与配筋7522 中柱联合基础设计7722.1 荷载计算7722.2 基底尺寸的确定7722.3 持力层强度验算7722.4 柱底对基础抗冲切验算7822.5 内力计算与配筋78参考文献80附录81致谢82某市中学教学楼框架结构设计建筑部分1 总平面设计本工程为教学楼，其采用框架结构,层高均为3.9米。总高18.9米,总建筑面积约为4340.75m2 左右。在建筑设计过程中兼顾安全，适用，经济，美观四个原则，并依据建筑设计资料集进行详细说明。总平面设计要求综合总体规划，基地环境等具体条件合理分区，妥善解决平面各组成部分之间的相互关系，选择合适的交通联系方式。并且简捷明快，管理方便，满足人在心理，视觉和其它各种使用上的要求，按照建筑性质，规划和基地，确定平面形式，使布局紧凑，节约用地，并且为立面设计创造有利条件，考虑合理性及经济。2 平面设计建筑平面是建筑在水平方向房间各部分的组合关系。本设计中，考虑各房间的使用要求以及合理性不止，综合建筑物框架结构特点，初步确定柱网的布置。2.1 交通联系部分的设计交通联系部分是人流通行和集散不可缺少的内容，这部分设计的主要内容有：（1）交通路线简捷，明快，联系方便。（2）人流通畅，紧急疏散时迅速安全。（3）满足一定的采光和通风要求。（4）力求节省交通面积，同时应考虑空间处理等问题。结合本建筑的具体要求，设置以下交通联系部分：2.1.1 走廊水平交通本设计中走廊为宽3.0m内走廊,在建筑物中延长向布置,同时满足功能使用要求和防火疏散规定。2.1.2 楼梯垂直交通楼梯设计主要依据使用要求和人流通行情况确定梯段宽度和休息平台的宽度，选择适当的楼梯形式，考虑整幢建筑的楼梯数量，以及楼梯间的平面位置和空间组合。楼梯的位置应布置均匀，导向明确，显明易找，因考虑到建筑面积不大，房间少，故在建筑物中间布置一双跑式楼梯，以便满足行走和防火要求，楼梯踏步为150mm270mm。2.2 卫生间的平面设计卫生间在满足设备布置及人体活动要求的前提下，力求布置紧凑，节约面积，使管道集中，并尽可能有自然采光和通风条件。根据本建筑设计的类型和使用的人数，每层在建筑物的中间部分设男、女厕所各一间。平面的组合形式详见建筑施工图。3 立面设计建筑立面设计是满足房屋使用要求和技术经济条件的前提下，运用建筑物造型和里面构图的一些规律，紧密结合平面布置，剖面的内部空间组合条件而进行设计。联系建筑平面及剖面建筑体型组合，运用建筑形式美的一些基本规律，使他在满足使用要求的前提下，适应环境条件，符合美学的基本规律，也更加富有现代气息和艺术的感觉。本设计中，外立面上采用大面积的铝合金门窗，充分显示框架结构中，框架的特点。外墙采用乳白色面砖贴面。建筑物室内地坪和室外地坪相差450mm，设四个台阶:150mm300mm 。建筑立面效果见建筑施工图。4 剖面设计建筑剖面图是表示建筑物在垂直方向房屋各部分的组合关系，剖面设计主要分析建筑物各部分应有的高度，建筑物的层数，空间的组合和利用，以及在建筑物剖面中的结构和构造的关系等。4.1层数的确定根据建筑物的使用要求，城市规划要求，进而确定大楼为五层建筑物。4.2层高的确定根据使用要求，采光、通风、感观和模数，确定第一层层高为3.6m，第二、三、四层层高为3.6 m，顶层层高为3.6m,设女儿墙为0.9m。4.3室内外高差为防止室外雨水倒流入室内及建筑物沉降使室内地坪标高过低，同时也增强了建筑物的立面效果，故取室内外高差450mm。见建筑施工图。5建筑构造设计 5.1墙体墙体的厚度应满足强度、稳定性，保温隔热、防火隔音等方面的要求，结合设计资料，统一取外墙为240mm厚，内墙为240mm厚，采用外墙空心砖，内墙砌体填充。5.2屋面结构该层面上设女儿墙，且为上人屋面。四屋面防水及排水采用柔性防水，屋面用细石砼保护，防水采用改性油毡（SBS）防水。屋面排水采用有组织排水，即屋面雨水顺坡流入雨水管，再散水流入排沟。屋面泛水做法：将油毡直接引申到墙面，并在墙面上做水泥沙浆滴水线，泛水的高度取250mm，它满足大于150mm的规范要求。5.3雨水口构造雨水口是屋面雨水汇集并排出至落水管的关键部位，构造上要求排水通畅，防止渗漏和堵塞。雨水口四周须铺一层油毡，并铺到漏斗口内，用沥青胶贴牢。采用铸铁漏斗形的定型件用水泥沙浆埋嵌牢固，缺口及交接处等薄弱环节可用油膏嵌缝，再用蓖网铁置压盖。6 结构选型及平面布置1)结构体系选型：选用钢筋混凝土现浇框架结构体系。2)屋面结构：采用现浇钢筋混凝土屋盖，刚柔性相结合的屋面，屋面板厚120mm。3)楼面结构：全部采用现浇钢筋混凝土楼盖，板厚120mm。4)楼梯结构：采用钢筋混凝土梁式楼梯。5)结构平面布置如图6.1所示：图6.1结构平面布置图结构设计7 设计原始资料（1）.冬季主导风向东北平均风速2.6 m/s，夏季主导风向东南平均风速2.6 m/s，最大风速23.7 m/s。(2).常年地下水位低于-1.3m，水质对混凝土没有侵蚀作用。(3).最大积雪厚度0.32m，基本雪压SO=0.35KN/M2,基本风压WO=0.45 KN/M2,土壤最大冻结深度0.09m。(4).抗震设防烈度7度，设计地震分组第三组.(5).地质条件如表7.1表7.1序号岩石名称厚度Fak(MPa)1耕土1.1-2黏土2.82503黏土9.41108 结构设计方案及布置 钢筋混凝土框架结构是由梁，柱通过节点连接组成的承受竖向荷载和水平荷载的结构体系。墙体只给围护和隔断作用。框架结构具有建筑平面布置灵活，室内空间大等优点，广泛应用于电子、轻工、食品、化工等多层厂房和住宅、办公、商业、旅馆等民用建筑。因此这次设计的成集中学教学楼采用钢筋混凝土框架结构。按结构布置不同，框架结构可以分为横向承重，纵向承重和纵横向承重三种布置方案。本次设计的教学楼采用横向承重方案，竖向荷载主要由横向框架承担，楼板为预制板时应沿横向布置，楼板为现浇板时，一般需设置次梁将荷载传至横向框架。横向框架还要承受横向的水平风载和地震荷载。在房屋的纵向则设置连系梁与横向框架连接，这些联系梁与柱实际上形成了纵向框架，承受平行于房屋纵向的水平风荷载和地震荷载。9 构件初估9.1 柱截面尺寸的确定柱截面高度可以取，为梁的计算跨度；柱截面宽度可以取为。选定柱截面尺寸为500 mm500mm9.2 梁尺寸确定 框架梁截面高度取梁跨度的l/8l/12。该工程框架为纵横向承重，根据梁跨度可初步确定框架梁300mm600mm9.3 楼板厚度 楼板为现浇双向板，根据经验板厚取120mm。10 基本假定与计算简图10.1 基本假定第一：平面结构假定：该工程平面为正交布置，可认为每一方向的水平力只由该方向的抗侧力结构承担，垂直于该方向的抗侧力结构不受力。第二：由于结构体型规整，布置对称均匀，结构在水平荷载作用下不计扭转影响。10.2 计算简图在横向水平力作用下，连梁梁对墙产生约束弯矩，因此将结构简化为刚结计算体系，计算简图如后面所述。11 结构布置及计算简图 根据该房屋的使用功能及建筑设计的需求，进行了建筑平面、立面、及剖面设计其各层建筑平面剖面示意图如建筑设计图，主体结构为局部5层，层高均为3.6m。填充墙面采用240 mm厚的灰砂砖砌筑，门为木门，窗为铝合金窗，门窗洞口尺寸见门窗表。楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取120mm，梁载面高度按梁跨度的1/121/8估算，由此估算的梁载面尺寸见表11.1。表11.1 梁截面尺寸层次砼强度横梁（bh）纵梁(bh)AB跨BC跨CD跨1-5C30300600300500300600300600柱载面尺寸可根据式N=FgEn AcN/UNfc估算表11.2查得该框架结构在30m以下，抚震得级为三级，其轴压比值UN=0.9表11.2 抗震等级分类结构类型烈 度6789框架结构高度/m30303030303025框架四三三二二一一剧场、体育等三二一一表11.3 轴压比限值结构类型抗 震 等 级一二三框架结构0.70.80.9柱截面尺寸：柱截面宽度可取b=（1/12-1/18）H，H为层高；柱截面高度可取h =（1-2）b，并按下述方法进行初步估算。a） 框架柱承受竖向荷载为主时，可先按负荷面积估算出柱轴力，再按轴心受压柱验算。考虑到弯矩影响，适当将柱轴力乘以1.2-1.4的放大系数。b） 对于有抗震设防要求的框架结构,为保证柱有足够的延性,需要限制柱的轴压比,柱截面面积应满足下列要求。 c) 框架柱截面高度不宜小于400mm,宽度不宜小于350mm。为避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比不宜大于4。根据上述规定并综合考虑其他因素，设计柱截面尺寸取值统一取500500mm。基础采用柱下条形基础，基础+距离室外地平0.5，室内外高差为0.45,框架结构计算简图如图所示，取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板底，2-4层柱高度即为层高为3.6m，底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即h1=3.6+0.45+0.5=4.55m。框架计算简图如图11.1所示。图11.1 框架计算简图12 荷载计算12.1 恒载标准值计算（1）屋面：防水层（刚性）30厚C20细石混凝土防水 1.0kN/m2防水层（柔性）三毡四油铺小石子 0.4kN/m2找平层:15厚水泥砂浆 0.02m20 kN/m3=0.4kN/m2找坡层：40厚水泥石灰焦渣砂浆2%找平 0.04m14 kN/m3=0.56 kN/m2保温层：80厚矿渣水泥 0.08m14.5 kN/m3=1.16 kN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.12m25 kN/m3=3kN/m2抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m17 kN/m3=0.17kN/m2合计 6.59kN/m2（2）楼面：水磨石地面(10mm面层,20mm水泥砂浆打底，素水泥打底)0.65kN/m2120厚钢筋砼板 250.12=3kN/m212厚水泥沙浆 0.01220=2.5kN/m2合计 3.89kN/m2（3）梁自重： 边跨梁 bh=300600mm梁自重 250.3(0.6-0.12)=3.6kN/m抹灰层：12厚水泥砂浆0.012(0.6-0.12)2+0.0120.3200.298kN/m 合计 3.898kN/m2（4）柱自重：bh=500500mm柱自重 250.500.50=6.25kN/m抹灰层：12厚水泥砂浆 0.0120.504200.48kN/m 合计 6.73kN/m（5）外纵墙自重：标准层：纵墙（240灰砂砖） 18(3.6-0.6-1.8)0.24=5.18kN/m铝合金门窗 0.351.8 =0.63kN/m瓷砖外墙面 0.36(3.60-1.80)=0.648kN/m水泥粉刷内墙面 0.36(3.60-1.80)=0.648kN/m合计 7.106kN/m2底层： 纵墙（240灰砂砖） 18(4.55-1.80-0.60-0.40)0.24=7.56kN/m铝合金门窗 0.351.8=0.63kN/m瓷砖外墙面 0.5(4.55-1.80-0.50)=1.125kN/m水泥粉刷内墙面 0.756kN/m合计 10.071kN/m内纵墙自重：标准层：纵墙（240灰砂砖） 18(3.60-0.60)0.24=12.96kN/m瓷砖墙面 0.36(3.60-0.60)2.00=2.16kN/m合计 15.12kN/m2底层：纵墙（240灰砂砖） 18(4.55-0.60-0.40)0.24=15.336kN/m瓷砖墙面 0.363.602=2.592kN/m合计 17.928kN/m12.2 活荷载标准值计算第一：面和楼屋面活荷载标准值根据荷载规范查得：上人屋面 2.0 kN/m2楼面：教室 2.0 kN/m2走道 2.5 kN/m2第二：雪荷载 0.4 kN/m2屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取大值。12.3 竖向荷载下框架受荷总图本次设计的教学楼纵向柱距为7.20m,横梁跨度为5.40m，单区格板为7.20m5.40m。L1/L2=1.32所以按双向板传递荷载，板上荷载分配如图12.1所示。图12.1 板面荷载分配图板的计算单元的选取如图12.2图12.2 计算单元的选取第一：A-B轴间框架屋面板荷载：板传至梁上的三角形和梯形荷载等效为均布荷载恒载 活载 楼面板荷载：恒载 活载 梁自重 B轴间框架梁均布荷载： 屋面梁 恒载=梁自重+板传荷载 活载=板传荷载 楼面梁 恒载=梁自重+板传荷载+墙自重 活载=板传荷载 第二：B-C轴间框架梁均布荷载：屋面板传荷载：恒载 活载 楼面板荷载：恒载 活载 梁自重 B-C轴间框架梁均布荷载： 屋面梁 恒载=梁自重+板传荷载 活载=板传荷载 楼面梁 恒载=梁自重+板传荷载+墙自重 活载=板传荷载 第三：C-D轴间框架梁均布板荷载同A-B轴第四：A柱纵向集中荷载计算顶层柱： 女儿墙自重(做法:墙高 900mm,100mm砼压顶) 顶层柱恒载=梁自重+板传荷载+板传荷载 标准层柱：标准层柱恒载=墙自重 +梁自重+板传荷载 第五：B柱纵向集中荷载计算顶层柱：顶层柱恒载=梁自重+板传荷载 标准层柱：标准层柱恒载=内纵墙自重+梁自重+板传荷载 基础顶面恒载=底层内总墙+基础梁自重 结构在进行梁柱的布置时柱轴线与梁的轴线不重合，因此柱的竖向荷载对柱存在偏心。框架的竖向荷载及偏心距如图12.3所示。图12.3 框架竖向荷载图12.4 重力荷载代表值计算结构的重力荷载代表值应取结构和构件自重标准值加上各可变荷载组合值，即其中可变荷载为雪荷载 屋面活载 楼面活载：教室 走道 屋面处的重力荷载代表值的计算女儿墙的计算 屋面板结构层及构造层自重的标准层 顶层的墙重 其余层楼面处重力荷载代表值计算底层楼面处重力荷载代表值计算屋顶雪荷载标准值 楼面活荷载标准值总重力荷载标准值13 地震作用计算13.1 横向框架侧移刚度计算横梁线刚度ib计算过程见下表13.1，柱线刚度ic计算见表13.2。表13.1横梁线刚度ib计算表层次类别E/(kN/m2)bh/m2I/m4L/m2EI/L14AB跨3.01070.30.60.00547.24.5104BC跨3.01070.30.60.0054310.8104CD跨3.01070.30.60.00547.24.5104表13.2 柱线刚度ic计算表层次E/(kN/m2)bh/m2I/m4L/mEI/L13.01070.50.50.00524.553.431042-43.01070.50.50.00523.64.34104取BC跨梁的相对线刚度为1.0，则其他为：AB 跨 BC跨 1层柱 2-5层柱相对刚度I 0.42 1.0 0.32 0.4框架梁柱的相对线刚度如图13.1，作为计算各节点杆端弯矩分配系数的依据。图13.1 计算简图柱的侧移刚度按式D=c计算，式由系数c为柱侧移刚度修正系数，由相关的表可查，根据梁柱线刚度比的不同。柱的侧移刚度计算简表13.3和13.4.。表13.3 横向2-5层D值的计算构件名称A轴柱0.34413824B轴柱0.64025719C轴柱0.64025719D轴柱0.34413824 表13.4 横向底层D值的计算构件名称A轴柱0.54721982B轴柱0.76730823C轴柱0.76730823D轴柱0.54721982 横向框架层间侧移刚度（N/mm）层次 1 2 3 4 5Di 1139710 869946 869946 869946 86994613.2横向自振周期计算 横向地震自振周期利用顶点假想侧移计算，计算过程见表13.5表13.5 结构顶点的假想侧移计算层次Gi/kNVi/kNDi(kN/m)i(mm)i/m59850985086994611.3154.5496041945486994622.4143.2396042905886994633.