大学图书馆结构设计手算(电算)计算书.docx

本科毕业论文（设计）

论文（设计）题目：大学图书馆建筑与结构设计（方案七）

学 院：＿＿＿＿＿＿＿＿
专 业：＿＿＿＿＿＿＿＿
班 级：＿＿＿＿＿＿＿＿
学 号：＿＿＿＿＿＿＿＿
学生姓名：＿＿＿＿＿＿＿＿
指导教师：＿＿＿＿＿＿＿＿

年 月 日

摘要 II
结构设计说明书（手算部分） 1
第一节 结构设计说明 1
1.工程概况 1
2.设计规范和依据 1
3.结构形式和特点 1
4.设计资料 2
5.主要材料 2
6.设计内容 2
第二节 框架结构的设计计算 2
一、结构布置 2
1、主梁结构布置 3
2、次梁截面 3
3、板厚估算 3
3、柱尺寸估算 4
二、荷载统计 4
1、恒载计算 4
2.活载计算 5
三、横向框架计算 6
1.各楼层荷载统计 7
2.内力计算 9
3.内力组合 19
4.截面设计 24
5.梁柱截面配筋图 33
四、手算电算内力结果对比分析 34
第三节 基础设计 37
1.边柱A基础 37
2.中柱B基础础 39
第四节 楼梯设计 41
1.楼梯板设计 42
2.平台板设计 42
3.平台梁设计 43
参考文献 45
附录：结构设计说明书（电算部分） 47

II

摘要
本工程位于贵州省贵阳市花溪大学城附近的一栋大学图书馆建筑。根据建筑设计、抗震方面等要求，确定合理的结构方案和结构布置方案，并进行结构计算是本次设计的主要内容。
本建筑高度25.3m，结构顶标高21m，总面积28329.32平方米，防火等级二级，抗震设防烈度6度。
结构设计的阶段大体可以分为三个阶段：
(1)结构方案阶段：根据建筑的重要性，建筑所在地的抗震设防烈度，工程地质勘查报告，建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式，本工程采用的是框架结构；
(2)结构计算阶段：包括荷载统计、内力组合计算和构件计算；
(3)施工图设计阶段：根据上述计算结果，来最终确定构件布置和构件配筋以及根据规范的要求来确定结构构件的构造措施。
关键词 :框架结构；结构设计；内力；水平荷载；钢筋混凝土

IV

ABSTRACT
This project is located in university town of guiyang guizhou province. This project is a university library building.According to the requirement of architectural design and the earthquake resistance,the reasonable structural scheme was determined. And calculation and structure is the main content of this design.
The whole building is about 25.3 meters and the building area is about 28329.32m2. The fire-protection rating is 2 degrees and seismic intensity is 6 degrees.
The stage of the structural design can be divided into three stages on the whole:
(1)Structural scheme stage: According to the importance of the building, providing fortification against earthquakes in the earthquake intensity, the geologic prospect report of the project of the building site, classification and height and storey of the building of the building field are counted to confirm the structural form of architecture, what this project is adopted is frame structure;
(2)Calculate stage in structure: Including calculate of loading、 internal force the component;
(3)Construction drawings design phase: According to described above result of calculation, come, confirm component assign with component mi×ing muscling and coming, confirming structural structure measuring of component according to the request of norm finally.
Key Words:frame:structural design；internal force； lateral loads；reinforced concrete 
V

105
贵州大学本科毕业论文（设计） 第 页

结构设计说明书（手算部分）
第一节 结构设计说明
1.工程概况
项目名称：大学图书馆
本工程建筑地点为贵阳市大学城，总建筑面积为28329.32平方米，本工程包含框架结构和钢结构两部分，本次结构设计框架结构部分。
框架结构部分建筑层数为5层，采用独立基础，室内地坪为±0.000m，室外内高差0.60m。
2.设计规范和依据
（1）、GB50007—2002《建筑地基基础设计规范》
（2）、GB50009—2001《建筑结构荷载规范》
（3）、GB50010—2002《混凝土结构设计规范》
（4）、GB50011—2001《建筑抗震设计规范》
3.结构形式和特点
本工程采用钢筋混凝土框架结构体系
框架结构体系是由梁、柱构件通过节点连接构成，既承受竖向荷载，也承受水平荷载的结构体系。这种体系适用于多层建筑及高度不大的高层建筑。本建筑采用的是框架机构体系，框架结构的优点是建筑平面布置灵活，框架结构可通过合理的设计，使之具有良好的抗震性能；框架结构构件类型少，易于标准化、定型化；可以采用预制构件，也易于采用定型模板而做成现浇结构，本建筑采用的现浇结构。

4.设计资料
工程地质条件：
第一层土：城市杂填土厚0~1.0m
第二层土：粘土厚4.5~6.0m，fa=210KPa
第三层土：强风化灰岩厚2.0~2.6m，fa=1500KPa
第四层土：中风化灰岩，fa=2500KPa
地下抗浮水位为-10米。
地震设防烈度
6度，设计地震分组第二组，设计基本加速度值为0.05g
5.主要材料
框架结构采用整体现浇混凝土结构，梁、板、柱采用C35级混凝土。梁、板、柱纵向钢筋采用HRB400钢筋。基础混凝土强度等级采用C35，垫层C20。
6.设计内容
本次设计内容主要包含图书馆的建筑和结构设计。结构设计主要包括结构布置、荷载计算、横向框架计算、基础设计和楼梯的设计计算等。

第二节 框架结构的设计计算
本部分主要对结构进行布置并对布置之后的结构进行计算，手算部分部分主要内容是一榀横向框架的计算。以下框架结构的设计计算的主要步骤。
一、结构布置
根据已有建筑方案，进行如下图的标准层结构布置
1、主梁结构布置
采用横向承重方案，跨度7.5m
h=7.5/10=0.75m 梁高取750mm 宽度b=750/3=250mm 取250mm
2、次梁截面
该结构对称，次梁对称布置。每跨主梁上布置2跨次梁，截面高度由次梁跨度确定。9.5m跨度次梁截面取200×600 其余跨度为7.5m取截面为200×500
3、板厚估算
板跨度2.7m 单向板厚 h=2.7/30=0.09mm 取100mm
2.5m 单向板厚 h=2.5/30=0.083mm 取板厚 100mm
3.75m 双向板厚 h=3.75/40=0.093mm 取板厚 100mm
3、柱尺寸估算
N＝nAq＝5×7.5×7.5×10＝2812KN
Nc＝1.25×cβN＝1.25×2812＝3515KN
Ac≧Nc/a fc＝233000 取柱截面500×500 圆柱取半径280mm 楼梯间构造柱 大小240×240
二、荷载统计
1、恒载计算
A .屋面横载
屋面（防水层、隔热层、保温层、找平层） 2.3KN/㎡
110mm混凝土板 25×0.11=2.75KN/㎡
15mm纸筋灰 17×0.015=0.25KN/㎡
合计 5.3KN/㎡
B. 楼面荷载
水磨石楼面 0.65KN/㎡
100mm混凝土 2.5KN/㎡
15mm纸筋灰抹底 0.25KN/㎡
V型轻钢龙骨吊顶 0.17KN/㎡
20mm粉刷 17×0.02=0.34KN/㎡
合计 3.57KN/㎡
C.框架梁柱荷载（包含20mm粉刷）
主梁 0.25×（0.75-0.1）×25+0.75×0.02×17×2=4.57KN/m
次梁 0.2×0.4×25+0.02×17×0.5×2=2.34KN/m
柱自重450×450 0.5×0.5×25+0.45×0.02×17=6.42KN/m
D.内外墙自重
内墙（加气混凝土墙） 0.24×4.2×5.5+0.02×17×4.2×2=8.4KN/m
外墙 0.24×4.2×5.5+0.5×0.1×4.2=5.75KN/m
E.门窗荷载
铝合金玻璃窗 0.4KN/㎡
玻璃幕墙 1.2KN/㎡
木门 0.2KN/㎡
F.雨棚自重
100mm混凝土板 2.5KN/㎡
15mm防水抹面 0.16KN/㎡
15mm纸筋灰抹底 0.24KN/㎡
合计 2.9KN/㎡
轻质隔墙 0.5×4.2=2.1KN/m
2.活载计算
藏书间 5KN/㎡ 走廊、门厅 2.5KN/㎡
卫生间 2.5KN/㎡ 楼梯 3.5KN/㎡
空调机房 8KN/㎡ 电子阅览室 3KN/㎡
办公室、会议室 2KN/㎡ 电梯机房 7KN/㎡
上人屋面 2KN/㎡
基本风压 0.3KN/㎡ 风荷载标准值 地面粗糙程度选择B类
1.99×0.8×0.74×0.3=0.36KN/㎡ 迎风面
-1.99×0.5×0.74×0.3=-0.22KN/㎡ 背风面
三、横向框架计算 选取如图一榀框架进行计算

取基础顶面到室外地面600mm，初步确定计算简图如下图尺寸。
A B C D
1.各楼层荷载统计
恒载 柱自重 =6.42×4.2=26.96KN=
将主梁、次梁板自重简化至次梁与主梁节点处计算。
屋顶
AB跨
=1.2×5.3×7.5+2.34×7.5+4.57×1.2=70.73KN
=2.4×5.3×7.5+2.34×7.5+4.57×2.4=123.91KN
=（1.2+2.7÷2）×5.3×7.5+2.34×7.5+4.57×2.55=130.56KN
BC跨
=2.6×7.5×5.3+2.34×7.5+4.57×2.6=132.78KN
=2.5×7.5×5.3+2.34×7.5+4.57×2.5=128.35KN=
CD跨 =7.5×2.15×5.3+2.34×7.5+4.57×2.15=112.83KN
=7.5×1.8×5.3+2.34×7.5+4.57×1.8=97.43KN
=7.5×0.9×5.3+2.34×7.5+4.57×0.9+1.2×7.5×11.25=101.25KN
2~5层 AB跨
=1.2×7.5×3.57+2.34×7.5+4.57×1.2+5.75×7.5-2×2.4×2.1×0.24×5.5+0.4×2.4×2.1×2=89.01KN
=2.4×3.57×7.5+2.34×7.5+4.57×2.4=92.77KN
=（1.2+2.7÷2）×3.57×7.5+2.34×7.5+4.57×2.55=97.47KN
BC跨
=2.6×7.5×3.57+2.34×7.5+4.57×2.6=99.04KN
=2.5×7.5×3.57+2.34×7.5+4.57×2.5=95.91KN=
CD跨 =7.5×2.15×3.57+2.34×7.5+4.57×2.15+7.5×8.4=147.94KN
=7.5×1.8×3.57+2.34×7.5+4.57×1.8=73.97KN
=7.5×0.9×3.57+2.34×7.5+4.57×0.9+1.2×7.5×4.2=83.56KN
底层 A柱 =89.01+（92.77+97.47）/2=184.13KN
B柱 =99.04+（92.77+97.47）/2+95.91=290.07KN
C柱 =95.91+147.94+73.97/2=280.83KN
D柱 =83.56+73.97/2=120.54KN
活载
屋顶 AB跨 =2×1.2×7.5=18KN =2.4×7.5×2=36KN
=2.55×7.5×2=38.25KN
BC跨 =2.6×7.5×2=39KN =2.5×2×7.5=37.5KN
=
CD跨 =2.15×7.5×2=32.25KN =1.8×7.5×2=27KN
=0.9×2×7.5=13.KN
2~5层 AB跨 =3×1.2×7.5=27KN =2.4×7.5×3=54KN
=2.55×7.5×3=57.34KN
BC跨 =2.6×7.5×3=58.5KN =2.5×3×7.5=56.25KN
=
CD跨 =2.15×7.5×2.5=40.31KN =1.8×7.5×2.5=33.75KN
=0.9×2.5×7.5=16.87KN
风荷载
作用于屋面梁和楼面梁节点处集中风荷载标准值
取1.0 风荷载体型系数 迎风面0.8背风面-0.5 风压高度系数 上下层高 b为受荷宽度 7.5m
高度（m）

（）

（KN）
21.6
1.24
1.0
1.3
0.3
5
4.2
16.68
17.4
1.18
1.0
1.3
0.3
4.2
4.2
14.49
13.2
1.09
1.0
1.3
0.3
4.2
4.2
13.39
9
1.0
1.0
1.3
0.3
4.2
4.2
12.28
4.8
1.0
1.0
1.3
0.3
4.2
4.8
13.16
2.内力计算
A. 框架恒载作用下的计算简图(KN)

A B C D
采用分层力矩分配法进行近似计算内力
①作用在某一层的框架梁上的竖向荷载只对本楼层的梁和与本层梁相连的框架柱产生弯矩和剪力，而对其他层框架和隔层的框架柱都不产生弯矩和剪力。
②除底层以外的其它各层柱的线刚度均乘折减系数0.9。
③除底层以外的其它各层柱的弯矩传递系数取1/3。
计算线刚度
一侧有楼板 两侧有楼板 C35 E=3.15×MPa
梁1 =3.15××(0.25×0.753/12)×1.5÷7.5=1.75×10-3EKN/m
梁2 =E×(0.25×0.753)/12×2÷7.5=2.34×10-3
梁3 =(0.25×0.753)/12×2÷3.6=4.88×10-3
梁4 =(0.25×0.753)/12×1.5÷3.6=3.67×10-3
底层柱=E×0.54/12÷5.4=9.6×10-4EKN/m
上柱×0.9=E×0.54/12÷4.2×0.9=1.11×10-3EKN/m
固端弯矩计算
顶层 AB跨
MAB=-123.91×2.4×5.12/7.52-130.56×4.8×2.72/7.52=-218.72KN·m
MBA=123.91×2.42×5.1/7.52+130.56×4.82×2.7/7.52=209.09KN·m
BC跨
MBC=-128.35×2.5×52/7.52-128.35×5×2.52/7.52=-213.92KN·m
MCB=213.92KN·m
CD跨
MCD=-97.43×3.6÷8=-43.84KN·m
MDC=43.84KN·m
2~5层 AB跨
MAB=-92.77×2.4×5.12/7.52-97.47×4.8×2.72/7.52=-163.58KN·m
MBA=92.77×2.42×5.1/7.52+97.47×4.82×2.7/7.52=156.24KN·m
BC跨
MBC=-95.91×2.5×52/7.52-95.91×5×2.52/7.52=-159.85KN·m
MCB=159.85KN·m
CD跨
MCD=-73.97×3.6÷8=-33.28KN·m
MDC=33.28KN·m

分层法计算过程
顶层
3~5层

跨中弯矩计算
2~5层 AB跨 M1=235.58KN·m M2=248.54KN·m
BC跨 M=95.91×2.5=239.76KN·m
CD跨 M=73.97×3.6÷4=66.57KN·m
根据以上数据画出恒载作用下框架的内力图（弯矩、剪力、轴力）

根据以上弯矩图画出对应剪力和柱轴力图
柱轴力图（受压为正）单位：KN

B.活荷载作用下的框架内力计算，计算简图如下单位（KN）

利用分层力矩分配法计算框架活荷载下的内力图,计算过程同上，
弯矩图（KN·m）

剪力（KN）

柱轴力图（KN）

C.风荷载作用下的计算简图
采用D值法计算该框架内力
层数
K值
α
D()

2~5
K1=1.17×2/2×1.11=1.05
K2=1.17×4/2×1.11=2.11
K3=1.17×2+2.44×2/2×1.11=3.25
K4=2.44×2/2×1.11=2.2
0.344
0.513
0.619
0.524
0.26
0.387
0.467
0.396
1.51
1
K1=1.17/0.96=1.22
K2=1.17×2/0.96=2.44
K3=1.17+2.44/0.96=3.76
K4=2.44/0.96=2.54
0.534
0.662
0.74
0.67
0.211
0.261
0.292
0.265
1.029

柱剪力分配
层数
Vp（KN）
V1（KN）
V2（KN）
V3（KN）
V4（KN）
5
16.68
2.87
4.27
5.16
4.37
4
14.49
2.49
3.71
4.48
3.8
3
13.39
2.3
3.43
4.14
3.51
2
12.28
2.11
3.14
3.8
3.22
1
13.16
2.7
3.34
3.73
3.39
柱反弯点的确定
因为该框架较为规则、各层层高均为4.2m，梁柱截面尺寸相差不大。近似确定取底层柱反弯点在2h/3处，其余层反弯点在柱层高中点。中跨梁的端弯矩与梁的线刚度成正比。再根据静力学知识得出风荷载作用下的内力图如下。 弯矩图（KN·m）

根据弯矩图画出剪力和轴力图（轴力压为正）

3.内力组合
各种荷载情况下的框架内力求得以后，根据最不利又是可能的原则进行内力组合。当考虑结构塑性内力重分布的有利影响时，应该对竖向荷载作用下的内力进行调幅。梁端负弯矩调幅系数取0.8。分别考虑恒荷载与活荷载有可变荷载控制的组合以及有永久荷载控制的组合，并比较两种组合的内力，取最不利值。由于构件的内力值应取自支座边缘处，为此进行组合前，应控制截面处内力值。
梁的控制截面取梁端以及跨中弯矩最大处。
梁内力组合表
梁
截面
内力
恒载
活载
风载
1.2恒+1.4风
1.2恒+1.4活
1.2恒+1.4活+0.6*1.4风
1.2恒+1.4风+0.6*1.4活

‚
ƒ

屋顶AB跨
左
M
-69.52
-20.65
6.02
-75.00
-112.33
-107.28
-92.34
V
65.50
31.60
-1.40
76.64
122.84
121.66
103.18
右
M
-211.92
-60.80
-4.48
-260.58
-339.42
-343.19
-311.65
V
-113.70
-42.20
-1.40
-138.40
-195.52
-196.70
-173.85
中
M
107.38
55.16
0.00
128.86
206.08
206.08
175.19
屋顶BC跨
左
M
-200.32
-59.36
8.97
-227.83
-323.49
-315.95
-277.69
V
65.50
40.80
-1.30
76.78
135.72
134.63
111.05
右
M
-128.72
-37.04
-5.41
-162.04
-206.32
-210.86
-193.15
V
-113.70
-41.30
-1.30
-138.26
-194.26
-195.35
-172.95
中
M
82.18
66.26
0.00
98.62
191.38
191.38
154.27
屋顶CD跨
左
M
-110.88
-32.08
10.83
-117.89
-177.97
-168.87
-144.84
V
72.00
23.90
-5.55
78.63
119.86
115.20
98.71
右
M
1.00
0.53
-9.17
-11.64
1.94
-5.76
-11.19
V
5.00
-1.70
-5.55
-1.77
3.62
-1.04
-3.20
中
M
28.00
11.00
0.00
33.60
49.00
49.00
42.84
2~5层AB
左
M
-76.39
-43.53
11.18
-76.02
-152.61
-143.22
-112.58
V
85.60
41.80
-2.61
99.07
161.24
159.05
134.18
右
M
-148.87
-87.76
8.38
-166.91
-301.51
-294.47
-240.63
V
-104.41
-51.70
-2.61
-128.95
-197.67
-199.86
-172.37
中
M
129.10
56.87
0.00
154.92
234.54
234.54
202.69
2~5层BC
左
M
-144.63
-85.20
8.38
-161.82
-292.84
-285.80
-233.39
V
103.10
42.60
-1.98
120.95
183.36
181.70
156.73
右
M
-101.04
-58.72
-6.47
-130.31
-203.46
-208.89
-179.63
V
-88.50
-32.90
-1.98
-108.97
-152.26
-153.92
-136.61
中
M
120.26
23.68
0.00
144.31
177.46
177.46
164.20
2~5层CD
左
M
-77.92
-28.00
13.76
-74.24
-132.70
-121.15
-97.76
V
72.00
22.20
-8.58
74.39
117.48
110.27
93.04
右
M
1.00
1.40
-17.15
-22.81
3.16
-11.25
-21.63
V
0.00
-4.20
-8.58
-12.01
-5.88
-13.09
-15.54
中
M
32.48
12.00
0.00
38.98
55.78
55.78
49.06
柱内力组合表格
柱号
截面
内力
恒载
活载
风载
1.2恒+1.4风
1.2恒+1.4活
1.2恒+1.4活+0.6*1.4风
1.2恒+1.4风+0.6*1.4活

‚
ƒ

A5
上
M
105.3
34.59
-6.02
117.932
174.786
169.7292
146.9876
N
252.2
49.6
-1.4
300.68
372.08
370.904
342.344
下
M
-74.86
-36.61
6.02
-81.404
-141.086
-136.0292
-112.1564
N
252.2
49.6
-1.4
300.68
372.08
370.904
342.344
A4
上
M
59.64
36.13
-5.16
64.344
122.15
117.8156
94.6932
N
453.8
91.4
-4.01
538.946
672.52
669.1516
615.722
下
M
-59.64
-36.13
5.16
-64.344
-122.15
-117.8156
-94.6932
N
453.8
91.4
-4.01
538.946
672.52
669.1516
615.722
A3
上
M
59.64
36.13
-4.83
64.806
122.15
118.0928
95.1552
N
655.4
133.2
-6.34
777.604
972.96
967.6344
889.492
下
M
-59.64
-36.13
4.83
-64.806
-122.15
-118.0928
-95.1552
N
655.4
133.2
-6.34
777.604
972.96
967.6344
889.492
A2
上
M
59.64
36.56
-4.43
65.366
122.752
119.0308
96.0764
N
856.9
175
-8.49
1016.394
1273.28
1266.1484
1163.394
下
M
-59.64
-36.33
4.43
-65.366
-122.43
-118.7088
-95.8832
N
856.9
175
-8.49
1016.394
1273.28
1266.1484
1163.394
A1
上
M
40.2
24.34
-4.86
41.436
82.316
78.2336
61.8816
N
1161.4
216.8
-10.57
1378.882
1697.2
1688.3212
1560.994
下
M
-20.1
-12.17
9.72
-10.512
-41.158
-32.9932
-20.7348
N
1161.4
216.8
-10.57
1378.882
1697.2
1688.3212
1560.994
B5
上
M
-7.22
-2.8
-8.97
-21.222
-12.584
-20.1188
-23.574
N
480.2
122
0.1
576.38
747.04
747.124
678.86
下
M
4.47
2.3
8.97
17.922
8.584
16.1188
19.854
N
480.2
122
0.1
576.38
747.04
747.124
678.86
B4
上
M
-3.52
-2.1
-7.79
-15.13
-7.164
-13.7076
-16.894
N
813.7
216.3
0.73
977.462
1279.26
1279.8732
1159.154
下
M
3.52
2.1
7.79
15.13
7.164
13.7076
16.894
N
813.7
216.3
0.73
977.462
1279.26
1279.8732
1159.154
B3
上
M
-3.52
-2.1
-7.2
-14.304
-7.164
-13.212
-16.068
N
1147.1
310.6
1.28
1378.312
1811.36
1812.4352
1639.216
下
M
3.52
2.1
7.2
14.304
7.164
13.212
16.068
N
1147.1
310.6
1.28
1378.312
1811.36
1812.4352
1639.216
B2
上
M
-3.71
-2.1
-6.59
-13.678
-7.392
-12.9276
-15.442
N
1480.6
404.9
1.81
1779.254
2343.58
2345.1004
2119.37
下
M
3.69
2.1
6.59
13.654
7.368
12.9036
15.418
N
1480.6
404.9
1.81
1779.254
2343.58
2345.1004
2119.37
B1
上
M
-2.43
-1.46
-6.01
-11.33
-4.96
-10.0084
-12.5564
N
2012.8
499.2
2.43
2418.762
3114.24
3116.2812
2838.09
下
M
1.21
0.68
12.02
18.28
2.404
12.5008
18.8512
N
2012.8
499.2
2.43
2418.762
3114.24
3116.2812
2838.09
C5
上
M
-27.24
-9.55
-10.83
-47.85
-46.058
-55.1552
-55.872
N
444.1
97.45
-4.25
526.97
669.35
665.78
608.828
下
M
21.68
10.54
10.83
41.178
40.772
49.8692
50.0316
N
444.1
97.45
-4.25
526.97
669.35
665.78
608.828
C4
上
M
-19.17
-11.37
-9.41
-36.178
-38.922
-46.8264
-45.7288
N
768.7
152.55
-10.85
907.25
1136.01
1126.896
1035.392
下
M
19.17
11.37
9.41
36.178
38.922
46.8264
45.7288
N
768.7
152.55
-10.85
907.25
1136.01
1126.896
1035.392
C3
上