土木工程毕业设计(论文)--卓诚小学综合楼设计.doc

毕业设计

学年学期： 2014~2015学年第2学期
题 目： 卓诚小学综合楼设计
院 别： 土木工程学院
专 业： 土木工程
专业方向： 建筑工程方向
班 级： 土木1101
学 生：
学 号：
指导教师：

目录
设计说明 3
Design specification 4
1 工程概况 6
1.1 基本情况 6
1.2 设计标高 6
1.3 设计资料 6
1.4 工程地质资料 6
1.5 抗震烈度 7
1.6 墙身做法 7
1.7 门窗做法 7
1.8 所用材料 7
2 结构选型与布置 8
2.1　结构选型与承重方案 8
2.2　结构平面布置简图 8
2.3　梁、柱截面尺寸估算 12
2.4　梁、柱截面尺寸简图 15
3荷载计算 16
3.1 恒载、活载计算 16
3.2 线荷载计算 17
3.3 荷载平面简图 18
4 PMCAD楼板设计 22
4.1 楼板厚度估算 22
4.2 楼板配筋简图 22
4.3 楼板挠度图 24
4.4 楼板裂缝图 26
5 SATWE电算分析 28
5.1 结构总信息 28
5.2周期、地震力 32
5.3楼层位移 55
5.4超配筋信息 75
5.5梁配筋简图 75
5.6梁挠度图 78
5.7柱配筋简图及轴压比 80
5.8底层柱最大内力组合 82
6 楼梯设计 84
6.1梯板厚度估算 84
6.2荷载计算 84
6.3梯段板计算 84
6.4平台梁计算 85
7 基础设计 87
7.1持力层及桩径桩长的确定 87
7. 2单桩竖向承载力计算 87
7. 3地梁层电算结构总信息 88
7. 4地梁层柱最大内力组合 89
7. 5桩数确定 91
7. 6单桩反力校核 95
7. 7承台计算 95
致谢 98
参考文献 99

设计说明
本次的设计课题为福州市卓诚小学综合楼结构设计，层数为4层，建筑面积为5263.6m2，建筑高度为15.9m，建筑物的设计使用年限为50年，建筑抗震设防类别为乙类，建筑结构安全等级为一级，所在地区的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g，设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅱ类。地面粗糙类别为B类。
根据自己设计的福州市卓诚小学综合楼建筑设计总说明、建筑平面图、立面图、剖面图和工程地质资料等资料完成此次结构设计。本次设计的主要内容有：①熟悉建筑施工图；②结构选型与布置；③楼屋面和墙体荷载计算；④结构分析及截面设计；⑤上部结构施工图绘制；⑥基础设计及基础施工图绘制。采用的方法是：①熟悉建筑施工图：认真阅读建筑施工图，熟悉建筑的设计意向及有关够早的做法等。②结构选型与布置：根据建筑物的功能、造型、房屋的高度、工程地质条件、工期等物质与技术条件确定采用现浇钢筋混凝土框架结构及纵横向框架承重方案。框架柱的截面尺寸通过轴压比进行估算，且满足规范最小尺寸的要求；框架梁、次梁及板按照承载力及刚度要求估算，且满足规范构造要求。③楼屋面和墙体荷载计算：各类荷载的计算主要依据《建筑结构荷载规范》有关规定取用。楼面及屋面恒载根据建筑做法进行计算，墙体荷载根据墙厚、墙高、材料容重等计算结构自重采用pkpm软件计算；活荷载查《建筑结构荷载规范》确定。④结构分析及截面设计：采用pkpm中pmCAD模块计算进行建模和stawe模块进行结构分析计算，根据力学及抗震规范等判断软件计算结果合理性及准确性。⑤上部结构施工图绘制：根据上部结构分析计算，采用pkpm墙、柱、梁施工图模块绘制施工图，施工图满足《建筑工程施工图设计深度及总说明要求》。⑥基础设计及基础施工图绘制：根据地质资料及上结构分析结果确定基础采用桩基础，选用phc管桩，采用JCCAD模块绘制基础施工图。

关键词: 混凝土框架结构；结构设计；预制桩;PKPM

Design specification

The design project for Fuzhou Zuocheng primary school teaching building structure design, layers of five layers, the construction area of 5263.6 m2, building height of 15.9 m, the design of the building, use fixed number of year for 50 years for building seismic fortification category b, building structure security level for level, the area of seismic fortification intensity of 7 degrees, design basic earthquake acceleration is 0.1g, design earthquake group is the second group, site category for Ⅱ class. The ground rough Categories is B.
Based on the Fuzhou Zuocheng college provided a primary school teaching building construction design of the total, the floor plan, elevation, section and complete the structure design of engineering geological data and other data. The main content of this design are: (1) familiar with the construction plan; (2) selection of the structure and layout; (3) building roof and wall load calculation; (4) the structure analysis and section design; (5) the upper structure construction drawings; 6 foundation design and foundation construction drawings. Methods are: (1) familiar with construction plan: read the construction plan, familiar with architectural design idea and the practice of early enough, and so on. (2) The selection of the structure and layout, according to the structure of the function, modelling, the height of the building, the engineering geological conditions and time limit for a project and other material and technical conditions determined using cast-in-place reinforced concrete frame structure and lateral load-bearing frame scheme. The section size of frame column by the estimation of axial compression ratio, and meet the requirements of specification minimal size; Frame beam and second beam and plate in accordance with the requirements for the bearing capacity and rigidity, and satisfies the requirement of standard construction. (3) Building roof and wall system load calculation, calculation of all kinds of load based primarily on the use of the relevant provisions of the \"load code for the design of building structures\". Floor and roof load calculated according to the construction practice, the wall load according to the high wall thickness, wall and material density calculation is calculated using PKPM software structure deadweight; Live load to check on \"load code for the design of building structures\". (4) the structure analysis and section design: using PKPM pmCAD module calculation model and a stawe module for structural analysis and calculation, according to the result of mechanics calculation and seismic code determine software rationality and accuracy. (5) the upper structure construction drawings, according to the upper structure analysis and calculation, using PKPM wall, column, beam construction drawing module, drawing construction drawing, construction drawing to meet the construction engineering construction drawing design depth and total specification requirements. 6 foundation design and foundation construction drawings, according to the geological data and analysis results to determine structure USES the pile foundation, selects the PHC pipe pile, by JCCAD module drawing foundation construction drawing.

Keywords: Concrete frame structure; structural design; precast piles;PKPM

1 工程概况

1.1 基本情况
工程名称：福州市卓诚小学综合楼
工程地址：福州
工程单位：福州市卓诚小学
工程规模：占地面积1417.6㎡，建筑面积5263.6㎡，层数为地上四层，建筑高度15.90m。
功能布局：一至三层为教室，四层为教工活动室以及会议室。
建筑等级：二类建筑。
本工程设计使用年限：50年。

1.2 设计标高
室内设计标高±0.00m，相当于绝对标高4.00m，室内外高差450mm。
1.3 设计资料
1.抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第二组。
2.基本风压为0.7kN/m2，地面粗糙度为B类。
3.混凝土结构环境类别：上部结构为I类，基础为Ⅱa类。
4.建筑结构安全等级为二级，设计基准期为50年，基础设计等级为乙级。

1.4 工程地质资料
本工程±0.000相当于绝对标高4.000米，常见地下水位在天然地坪（即绝对标高3.550米）下0.500米处。场地土条件如下：

层 序
土层
深度（m
天然重度（kN/m2）
qsik（kPa）
qpk（kPa）
1
耕 植 土
1.4
16.0

2
残积砂质土
9.0
19.0
75

3
强风化花岗岩
8.0
23.0
2300
8200
4
风化花岗岩
未钻穿

1.5 抗震烈度
抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，Ⅱ类场地，设计地震分组为第二组，地震特征周期为0.40s。
1.6 墙身做法
内外墙采用390×290×190混凝土空心砌块，外墙采用瓷砖贴面，内墙采用水泥粉刷面，墙厚均为200mm。
1.7 门窗做法
门窗型号、数量、洞口尺寸等详见门窗表（0.50kN/m2）。
1.8 所用材料
混凝土：
梁板：C30，，；
柱：C30，，；
独立柱基：C30，，。
钢筋：
HRB300级钢筋：， =0.5757；
HPB400级钢筋： =0.5176；

2 结构选型与布置

2.1　结构选型与承重方案
2.1.1　结构选型
本工程根据建筑物的功能、房屋的高度、工程地质条件、工期等物质与技术条件来确定。本工程为多层乙类建筑物，位于抗震设防设防地区，需要考虑抗震设防。多层建筑结构体系通常采用砖混结构和框架结构，砖混结构抗震性能较差，而框架结构竖向布置比较灵活，整体性和抗震性能较好。综合各种因素，本工程结构形式采用现浇钢筋混凝土框架结构。
2.1.2　结构承重方案
根据建筑平面布置及使用功能要求，所以办公楼承重方案选用纵横向框架承重方案，教学楼选用横向框架承重方案。
2.2　结构平面布置简图

图2.1 整楼结构平面图

图2.3

图2.2

图2.3 图2.4
2.3　梁、柱截面尺寸估算
2.3.1梁截面确定：
根据框架梁跨高比条件：主梁，次梁。框架梁高宽比条件：，确定梁截面的尺寸。
（1）1轴，A~C轴框架梁，：
截面高度，
截面宽度 ，
2轴～8轴同此
（2） 1轴，D～E框架梁：
截面高度，
截面宽度 ，
2轴～8轴同此
（3）2轴，C～D框架梁：
截面高度，
截面宽度 ，
3轴～7轴同此
（4）1轴，8轴C～D轴框架梁：
由于节点核心区抗剪强度可能不足，所以将梁放大为250×700
（5）A轴框架梁：
截面高度 ，取
截面宽度 ，
C轴，D轴，E轴同此
（6）B轴次梁：
截面高度 ，
截面宽度 ，
（7）一层配电间次梁：
考虑次梁高度过小，会在主梁引起过大扭矩，为避免，取截面200×500
（8）配电房次梁：
截面高度 ，
截面宽度 ，
2.3.2柱截面确定：
根据《建筑抗震规范》，本结构框架抗震等级取3级，轴压比限值：085。
按下表确定柱截面尺寸（注：括号内表示二至四层柱截面尺寸）：
构件
名称

截面尺寸
（mm×mm）
中柱

（400×400）
边柱

角柱

说明：
N：柱轴力
:轴压比限值
fc：混凝土抗压强度标准值
β：为考虑地震作用组合后柱轴力压力增大系数（取1.2）
F：为按照简支状态计算柱的负荷面积
g：为折算后在单位面积上的重力荷载代表值（取g＝15 KN/ ㎡）
n：为验算截面以上楼层层数。

根据SATWE计算结果，轴压比最大柱位于12轴与K轴交点处，轴压比为：0.64，本建筑为二级抗震，轴压比限值为0.75，则满足规范要求。

2.4　梁、柱截面尺寸简图

图2.5 图2.6 教学楼平面尺寸简图
3荷载计算
3.1 恒载、活载计算
3.1.1屋面荷载计算：
不上人屋面：
25厚石灰水泥砂浆（顶棚）
0.025×17
=0.425 kN/m2
20厚1：3水泥砂浆找平层
0.020×17
=0.340 kN/m2
3厚双面自粘橡胶沥青防水卷材
0.003×11
=0.033 kN/m2
25厚挤塑泡沫保温隔热板
0.025×0.5
=0.0125 kN/m2
40厚C20细石混凝土
00.04×25
=1.000 kN/m2
合计

楼面恒载标准值
=1.81 kN/m2
取2 kN/m2
不上人屋面均布活荷载标准值为0.5 kN/m2

3.1.2楼面荷载计算：
（1）楼面（厕所除外）
20厚石灰水泥砂浆（顶棚）
0.020×17
=0.340 kN/m2
20厚1：3水泥砂浆找平层
0.020×17
=0.340 kN/m2
30厚1：3干硬性水泥砂浆结合层
0.030×17
=0.510 kN/m2
8厚瓷面砖
0.008×17.8
=0.1424 kN/m2
合计
楼面恒载标准值
=1.33 kN/m2
取1.5 kN/m2
楼面均布活荷载标准值：宿舍2.0 kN/ m2；阳台为2.5 kN/ m2
宿舍走廊和楼梯为2.0 kN/ m2：

（2）防水区（卫生间）：
200蹲位混凝土垫层 （0.2×25×1.5×3.1）/（3.9×4.5））=1.32kN/ m2
20厚石灰水泥砂浆（顶棚）
0.020×17
=0.340 kN/m2
20厚1：3水泥砂浆找平层
0.020×17
=0.340 kN/m2
1.5厚聚氨酯防水层

忽略
30厚1：3干硬性水泥砂浆结合层
0.030×17
=0.510 kN/m2
8厚瓷面砖
0.008×17.8
=0.1424 kN/m2

合计

楼面恒载标准值
=2.82 kN/m2

取3 kN/m2
卫生间均布活荷载标准值为2.5 kN/m2

PMCAD楼面荷载输入的校核图，见PMCAD输入荷载显示校核。
3.2 线荷载计算
内外墙采用加气混凝土空心砌块（390×190×190） 1.52 kN/m2
外墙采用16mm厚水泥砂浆打底，贴面砖 0.41 kN/m2
内墙采用16厚水泥砂浆刷面 0.272 kN/m2
外墙： 1.52+0.41+0.272=2.2 kN/m2
内墙： 1.52+0.272×2=2.06 kN/m2
门窗荷载：0.4 kN/m2
栏杆扶手：3.5kN/m

（1）B轴，1轴～8轴，梁高500：
[(4.5×3-3×0.9-2.1×1.8）×2.06+0.4×（3×0.9+2.1×1.8）]/4.5=3.79KN/ m

（2）C轴，1轴～5轴，梁高500：
[(4.5×3-0.52×2-2.1×0.9）×2.06+0.4×（0.52×2+0.9×2.1）]/4.5=5.3KN/ m

（3）配电间
3×2.06=6.18KN/ m

（4）D轴，1轴～2轴，7轴～8轴
3.5 KN/ m

（5）D轴，3轴～4轴 ，4轴～5轴，梁高500：
2.06×3×3.35/4.5=4.6KN/m

（6）E轴，2轴～3轴 ，4轴～5轴，梁高500：
[(4.5×3-0.6×1.2-2.4×0.75）×2.06+0.4×（0.6×1.2+2.4×0.75）]/4.5=5.25KN/ m

（7）配电房，梁高500，100素混凝土挡水同墙厚：
[(4.5×2.9-1.5×2.1）×2.06+0.4×（1.5×2.1）]/4.5+0.1×0.19×25=5.287KN/ m

（8）配电房，梁高400，100素混凝土挡水同墙厚：
[(1.8×3-1.5×2.1）×2.06+0.4×（1.5×2.1）]/1.8 +0.1×0.19×25=3.75KN/ m

（9）1轴，6轴，B轴～C轴，梁高700
2.8×2.2=6.16KN/ m
（10）1轴，6轴，A轴～B轴梁高700
[(1.7×2.8-0.6×1.9）×2.2+0.4×（0.6×1.9）]/1.7=4.95 KN/ m

（11）2轴，5轴，D轴～E轴，梁高500
[(3.9×3-1.5×0.6）×2.2+0.4×（0.6×1.5）]/3.9=6.18 KN/ m

（12）3轴，4轴，D轴～E轴，梁高500
2.2×3=6.6 KN/ m

（13）2轴，3轴，4轴，5轴，A轴～C轴，梁高700
2.8×2.06=5.768 KN/ m

（14）4轴，5轴，C轴～D轴，梁高500
[(1.8×3-2.1×1）×2.06+0.4×（2.1×1）]/1.8=4.24 KN/ m

（15）反口+天沟
10×0.3×0.3+25×（0.3×0.1+0.4×0.1）+（18×0.2+0.544）×0.5=4.78 KN/ m

3.3 荷载平面简图

图3.1 图3.2

图3.3 图3.4

图3.5 图3.6

图3.7 图3.8

4 PMCAD楼板设计
4.1 楼板厚度估算
双向板，板厚取,L为板的短边跨度。
单向板，板厚取，L为板的短边跨度。
所以除连廊与屋面层楼板取h=100mm，其余楼板厚板h=120mm。
根据PMCAD计算结果，最大挠度位于1-2/B-C区格板处，挠度值f=27.50 mm。根据《混凝土设计规范》，挠度限制取1/250L。满足规范要求。
4.2 楼板配筋简图

图4.1 图4.2

图4.3 图4.4
4.3 楼板挠度图

图4.5 图4.6

图4.7 图4.8

4.4 楼板裂缝图

图4.9 图4.10

图4.11 图4.12

5 SATWE电算分析
5.1 结构总信息
/////////////////////////////////////////////////////////////////////
| 公司名称: |
| |
| 建筑结构的总信息 |
| SATWE 中文版 |
| 2013年12月17日14时11分 |
| 文件名: WMASS.OUT |
| |
|工程名称 : 福州市卓诚小学 设计人 :廖家和 |
|工程代号 : 校核人 : 日期:2015/ 5/20 |
/////////////////////////////////////////////////////////////////////

总信息 ..............................................
结构材料信息: 钢砼结构
混凝土容重 (kN/m3): Gc = 25.00
钢材容重 (kN/m3): Gs = 78.00
水平力的夹角(Degree) ARF = 0.00
地下室层数: MBASE= 0
竖向荷载计算信息: 按模拟施工3加荷计算
风荷载计算信息: 计算X,Y两个方向的风荷载
地震力计算信息: 计算X,Y两个方向的地震力
“规定水平力”计算方法: 楼层剪力差方法(规范方法)
结构类别: 框架结构
裙房层数: MANNEX= 0
转换层所在层号： MCHANGE= 0
嵌固端所在层号： MQIANGU= 1
墙元细分最大控制长度(m) DMAX= 1.00
弹性板细分最大控制长度(m) DMAX_S= 1.00
弹性板与梁变形是否协调 是
墙元网格: 侧向出口结点
是否对全楼强制采用刚性楼板假定 否

地下室是否强制采用刚性楼板假定: 否
墙梁跨中节点作为刚性楼板的从节点 是
计算墙倾覆力矩时只考虑腹板和有效翼缘 否
采用的楼层刚度算法 层间剪力比层间位移算法
结构所在地区 全国

风荷载信息 .....................
修正后的基本风压 (kN/m2): WO = 0.70
风荷载作用下舒适度验算风压(kN/m2): WOC= 0.70
地面粗糙程度: B 类
结构X向基本周期（秒）: Tx = 0.94
结构Y向基本周期（秒）: Ty = 0.92
是否考虑顺风向风振: 是
风荷载作用下结构的阻尼比(%): WDAMP= 5.00
风荷载作用下舒适度验算阻尼比(%): WDAMPC= 2.00
是否计算横风向风振: 否
是否计算扭转风振: 否
承载力设计时风荷载效应放大系数: WENL= 1.00
体形变化分段数: MPART= 1
各段最高层号: NSTI= 4
各段体形系数(X): USIX= 1.30
各段体形系数(Y): USIY= 1.30

地震信息 ............................................
振型组合方法(CQC耦联;SRSS非耦联) CQC
计算振型数: NMODE= 36
地震烈度: NAF = 7.00
场地类别: KD =II
设计地震分组: 二组
特征周期 TG = 0.40
地震影响系数最大值 Rmax1 = 0.08
用于12层以下规则砼框架结构薄弱层验算的
地震影响系数最大值 Rmax2 = 0.50
框架的抗震等级: NF = 2
剪力墙的抗震等级: NW = 3
钢框架的抗震等级: NS = 3
抗震构造措施的抗震等级: NGZDJ =不改变
重力荷载代表值的活载组合值系数: RMC = 0.50
周期折减系数: TC = 0.85
结构的阻尼比 (%): DAMP = 5.00
中震(或大震)设计: MID =不考虑
是否考虑偶然偏心: