本科毕业论文---土木学院4#综合楼设计.doc

本科毕业设计题目： 土木学院4#综合楼设计 作者： 邱 伟 二级学院： 建筑工程学院 专业班级： 11 土木（3）班 指导教师： 吴 以 莉 职称： 教授 目 录目 录i摘 要i第一章 工程概况及设计资料31.1 工程概况31.2 气象资料31.3 地质资料31.4 抗震设防烈度31.5 选用材料3第2章. 结构平面布置42.1 结构平面布置图42.2 框架构件截面尺寸确定42.2.1 梁的截面初估42.2.2 柱截面初选52.2.3 楼板截面尺寸选取62.3 框架计算单元确定6第3章. 荷载计算73.1 恒荷载73.2 梁柱荷载计算83.3 墙荷载计算8第4章. 横向框架侧移刚度计算94.1 梁、柱线刚度的计算94.2 柱侧移刚度的计算9第5章. 风荷载计算115.1 集中风荷载标准值的计算115.2 侧移二阶效应的考虑135.3 风荷载作用下水平位移验算145.4 风荷载作用下框架的内力计算14第6章. 竖向荷载下框架结构内力分析176.1 板荷载传递的计算方法确定176.2 计算单元及计算简图176.3 荷载计算18第7章. 内力计算227.1 （恒，活）竖向荷载作用下的框架内力计算227.2 恒活荷载作用下的梁柱端剪力计算267.3 恒活荷载作用下柱轴力计算28第8章. 内力组合308.1 梁控制截面内力标准值308.2 端控制截面。32第9章. 构件配筋计算379.1 框架梁截面设计379.1.1 正截面受弯承载力计算379.1.2 斜截面受剪承载力计算419.2 框架柱截面设计44第10章. 楼板设计5610.1 楼板布置图5610.2 荷载设计值计算5610.3 计算简图5710.4 内力计算：57第11章. 楼梯设计6211.1 设计资料6211.2 踏步板设计计算6211.2.1 荷载计算:6211.2.2 荷载组合6311.2.3 内力计算6311.2.4 受弯截面承载力计算6311.3 平台梁设计6311.3.1 尺寸取值6311.3.2 荷载计算6311.3.3 内力计算6411.4 楼梯斜梁设计6511.4.1 荷载计算6511.4.2 内力计算6611.4.3 承载力计算66第12章. 基础设计6812.1 设计资料6812.2 荷载计算6812.3 地基承载力设计值的确定6912.4 边柱独立基础设计6912.4.1 荷载计算：6912.4.2 基底尺寸的确定：7012.4.3 持力层强度验算：7012.4.4 柱底对基础抗冲切验算：（此处采用设计值）7112.4.5 内力计算与配筋：7212.5 双柱联合基础设计7412.5.1 确定荷载的合力和合力作用点7412.5.2 确定基础底面宽度7412.5.3 按静定梁计算基础内力7512.5.4 确定基础高度7512.5.5 配筋计算77第13章. 连续梁设计7913.1 设计资料7913.2 设计参数7913.3 内力计算7913.3.1 计算跨度7913.3.2 计算简图及计算单元7913.3.3 力组合8013.3.4 正截面配筋81结论84参考文献85致 谢86摘 要本次毕业设计的课题是6度抗震下的建工学院框架综合楼设计，总建筑面积是5637.87m2，共五层，平面形状呈“H”字形，东西方向长57.87m,南北方向长29.4m，层高为3.9m，总高度为22.1m, 室内外高差0.45m，地面为花岗岩，外墙是250mm水泥空心砖，木门，铝合金窗，根据地质情况，基础采用柱下独立基础和双柱联合基础。设计主要根据该建筑的功能要求，调和实验室，教室，办公室，会议室以及其他辅助用房，交通走道等的尺寸要求遵守现行规范并按照本人的想法而综合考虑的，同时依据工程地质勘查报告，所处地区的气候资料，建筑材料，施工条件等其他限制条件的要求，在结构计算的原则下，结合工程实际与知识理论，统一起来的设计方案。计算书的主要是针对5轴处的一榀框架进行分析与计算，包括构件尺寸的初步确定、划分框架的计算单元，绘制计算简图、依照理论原则作出风荷载，竖向荷载下的轴力、弯矩计算并进行相关的内力组合，以及不可缺少的楼盖，连梁以及基础设计。最后得到构件截配筋情况。关键词：综合楼，一榀框架，计算原则，内力组合85AbstractBuilding Construction Engineering topic is the framework under the seismic design of 6 degrees, with a total construction area is 5637.87m2 , a total of five, flat shape of H shape, the east-west direction length 57.87m, north-south length of 29.4m, storey 3.9m, a total height of 22.1m, indoor and outdoor height 0.45m, granite floor, wall is 250mm cement hollow brick, wooden doors, aluminum windows, according to the geological conditions, infrastructure independent joint-post basis and the foundation under column.The buildings design is mainly based on functional requirements, reconcile laboratories, classrooms, offices, meeting rooms and other ancillary buildings, walkways and other transportation size requirements to comply with existing norms and according to my ideas and considering at the same time based on engineering geological survey report , in which the requirements of other restrictions climate data, building materials, construction conditions and other areas, under the principle of structural calculations, combined with engineering practice and theory of knowledge, unified design.The main calculations for a 5-axis at Pin framework for analysis and calculations, including component size preliminarily determined computing unit division frame, drawing calculation diagram, in accordance with the theoretical principles to the wind load, vertical load under axial force , bending moment and the associated internal force, as well as indispensable floor, coupling beams and foundation design.Finally get reinforcement member cut situation.Keywords: building, a Pin framework, calculation principles, internal force第一章 工程概况及设计资料1.1 工程概况6度抗震下的建工学院框架综合楼，建筑面积有5637.87平方米，平面形状呈“H”字形，东西方向长57.87m,南北方向长29.4m，5层，层高为3.9m，总高度为22.1m, 室内外高差0.45m，地面为花岗岩，外墙是250mm水泥空心砖，木门，铝合金窗，根据地质情况，基础采用柱下独立基础和双柱联合基础。 1.2 气象资料基本风压为0.35KN/m3,地面粗糙类别为B类。1.3 地质资料地质报告编号土层名称平均厚度（m）容重（KN/M3）fa（kpa）1耕土0.57181602粉土1.96181603卵石5.1320300图 1 地质资料地下水位在地表以下2.46m处.1.4 抗震设防烈度该地区基本烈度为6度，设计基本地震加速度值=0.05g，设计地震分组第一组，场地土类别为，。1.5 选用材料 梁柱的混凝土均选用C30，楼板基础的混凝土强度为C25，基础垫层采用C10混凝土，梁柱受力钢筋选用HRB400，箍筋采用HPB300，楼板，基础受力钢筋选用HRB335。第2章. 结构平面布置2.1 结构平面布置图图 2 柱网平面布置图2.2 框架构件截面尺寸确定2.2.1 梁的截面初估A-B跨：h = (1/81/14) L= (1/81/14) 6600 = 471825 取h=600mm b=(1/21/3)h=200300 取b=300mmD-E跨：取 b=300mm，h=450mm 纵向框架连续梁：h = (1/81/14) L = (1/81/14) 7200=514900 取h=600mm b=(1/21/3)h=200300 取b=250mm次梁： h = (1/181/12) L = (1/181/12 7200=400600取h=500mmb=(1/21/3)h=167250，取b=200mm表 1梁截面尺寸（mm）类别纵梁横梁边跨横梁中跨次梁尺寸 bh250x600300x600300x450200x5002.2.2 柱截面初选 式中：，F按简支状态计算柱的负载面积边柱取1.33边柱取1.3，中柱取1.25，各层的重力荷载代表值取14kN/m2n-层数，边柱=181440mm2中柱=253762mm2综上所述，考虑其他因素影响，柱截面尺寸为：b h=550mm550mm=302500mm2253762mm224层及计算柱均为为b h=500mm500mm=250000mm2表 2 柱截面尺寸层次1 层 25层尺寸（bh ） 550x550 500x5002.2.3 楼板截面尺寸选取hl/40=2200/40=55， 取h=80mm。 2.3 框架计算单元确定 取5轴的一榀框架计算，假定框架底端嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接，取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，各层柱轴线重合，梁轴线取在板底处，25层计算高度即层高3.9m。底层柱计算高度从基础梁顶面取至一层板底，室内外高差为0.45m。即h=3.9+0.45+2.2-1.3-0.08=5.17m，25层柱高均为3.90m。图 3 框架截面尺寸图第3章. 荷载计算3.1 恒荷载楼面做法如下：1.20mm厚花岗岩楼面 15x0.2=0.3KN/m22.15mm厚1:3水泥砂浆找平 17x0.015=0.26 KN/m23.80mm厚钢筋混凝土楼板 25x0.08=2.00 KN/m2合计 2.56 KN/m2坡屋面做法：1.水泥瓦 0.48KN/m22.挂瓦条，顺水条 0.1 KN/m23.100mm珍珠粉保温层 0.6 KN/m24.20厚1:3水泥砂浆找平层 0.02x20=0.4 KN/m25.SBS防水卷材防水层 0.2 KN/m26. 20厚1:3水泥砂浆找平层 0.02x20=0.4 KN/m27.80厚现浇钢筋混凝土板 0.08x25=2.0 KN/m2合计 4.18 KN/m2活荷载 不上人层面活荷载 0.5 kN/ 办公室活荷载 2.0 kN/ 楼梯活荷载 3.5 kN/ 教室活荷载 2.5 kN/ 卫生间活荷载 2.5 kN/走廊楼面活荷载 3.5kN/m23.2 梁柱荷载计算表 3 梁柱荷载计算层构件gkN/m2n1边横梁4.51.056.628831.6中横梁3.3751.05310101.25次梁2.51.056.636594纵梁3.751.057.2401080柱7.56251.15.17522033.102525边横梁4.51.056.628831.6中横梁3.3751.05310101.25次梁2.51.056.636594纵梁3.751.057.2401080柱6.251.13.9521267.53.3 墙荷载计算外墙：250厚水泥空心砖（9.6 KN/m2），内墙20mm厚抹灰，则外墙重力荷载为 9.6x25+17x0.02x2=3.08 KN/m2内墙：250厚水泥空心砖（9.6 KN/m2），内墙20mm厚抹灰，则外墙重力荷载为 9.6x25+17x0.02x2=3.08 KN/m2木门单位面积重力荷载为 0.2 KN/m2铝合金窗单位面积重力荷载为：0.4 KN/m2第4章. 横向框架侧移刚度计算4.1 梁、柱线刚度的计算结构体型和荷载均对称，因此年在对中框架进行计算时，故，梁柱计算刚度结果如下：表 4 梁 线刚度类别层次Ec ()bh()Io()l()ib=EcIo/lib=2EcIo/l边梁1530000300600540000000066002450000000049000000000走道梁1530000300x450228000000030002280000000045600000000表 5 柱线刚度层次层高(mm)bh()Ec ()Ic ()ic=EcIc/hc2-53900500500300005210000000400000000001517055055030000763000000044300000004.2 柱侧移刚度的计算横向D值的计算一.底层： , ， 二.标准层：， , 例:25层边柱：=2x4.9/(2x4.0)=1.225 25层中柱：=2x(4.9+4.56)x2/4.0=2.365 D = (11992+17041) X 2=45424故横向框架的侧移刚度见下表表 6 横向框架各层侧向D值（N/mm）层次边柱中柱KcDi1KcDi211.2250.38119922.365 0.5417041 2-51.0290.505100432.1350.637 12669 第5章. 风荷载计算5.1 集中风荷载标准值的计算 本地区基本风压为：=0.35kN/m 风压高度变化系数，地面粗糙度为B类 风荷载体型系数。根据建筑物的体型查的=1.4 以为房屋总高度小于30米所以=1.0 下层柱高， 上层柱高B 迎风面的宽度因H=5.17+3.9x4=20.7730,且H/B=20.77/16.2=1.281.5,所以不考虑风振系数。房屋的总高度19.5m，Z=1.0，取其中一榀框架计算，则沿房屋高度的风荷载标准值为 ，q（z）=3.9 x 0.35 x Z x S x Z，计算结果见下表。沿框架结构高度的分布如图。内力及侧移计算时，可按静力等效原理将分布风荷载转换为结点集中荷载，如图所示。表 7 作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值见下表层次Z (m)Z/H1(z)zzq1(z)q2(z)520.771.001.01.2761.01.3930.871416.870.8121.01.1811.01.2900.806312.970.6241.01.0831.01.1830.73929.070.4371.01.001.01.0920.68315.170.2491.01.001.01.0920.683例如： 图 4 框架结构上的风荷载F1 =（1.092+0.683）x（3.9/2+5.17/2）=8.05F2 = (1.092+0.683) x 3.9+ (1.183-1.092)+90.739-0.6830x3/2/3=7.018F3 = (1.092+0.683+1.183+0.739)x3.9/2+（1.29-1.183）+（0.806-0.7390）x3.9/2/3+(1.183-1.092)+0.739-0.683x3.9/2/3=7.513F4=(1.183+0.739+1.290+0.806)x3.9/2+1.393-1.290+0.875-0.806x3.9/2/3+（1.29-1.183）+0.806-0.739）x3.9/3=8.17F5=（1.290+0.806）/2x3.9+(1.393-1.29+0.871-0.806)x3.9/3=4.306图 5风荷载作用下荷载分布图(kN)5.2 侧移二阶效应的考虑在水平荷载下，当框架满足下式Di20n规定时，可不考虑重力二阶效应的不利影响。表 8 n-结构计算层数层次层高恒载轴力标准值活载轴力标准值GiGi/hiA柱B柱A柱B柱53.9185.265203.1711.44516.7251011.12259.2643.9426.45453.28568.65111.172614.656670.4233.9667.555703.4125.855205.6154218.4081079.0823.9908.7953.575183.06300.065822.1911492.8715.171177.391216.92240.265394.4257523.4761455.22比较表中的相应数值可见，各层均满足Di20n的要求，即本框架结构不需考虑侧移二阶效应的影响。5.3 风荷载作用下水平位移验算根据上面计算得到的水平风荷载，按式计算各个层间的剪力。H/B=22.35/16.2=1.38较小，故可以不考虑轴向变形产生的侧移，计算各层的相对侧移和绝对侧移。判断u/h是否u/h表 9各层的层间弹性位移层次54321Fi（KN）4.3068.1775137.0188.05Vi（KN）4.30612.47619.89827.00735.057D（N/mm)5806658066580665806645424(u)i(mm)0.0740.2150.3440.4650.771(u)i/hi1.895x10-55.51x10-58.82x10-51.19x10-41.49x10-4比较可知，风荷载作用下最大的层间位移为1.49x10-4，可见，其值远远小于1/550，满足规范的要求。5.4 风荷载作用下框架的内力计算按式 计算各柱的分配剪力，然后按式 计算柱端弯矩。在结构和荷载都对称的情形下，只需计算一根边柱和一中柱的内力表 10各层柱反弯点位置、剪力、柱梁端弯矩计算表层次层高(m)Vi(KN)Di(N/mm)边柱Di1Vi1KyMi1bMi1u53.94.30658066119920.831.2250.3611.1692.06843.912.47658066119922.581.2250.4114.1355.9333.919.98958066119924.131.2250.4617.4258.68223.927.00758066119925.581.2250.510.88110.88115.1735.05745424100438.31.0290.64727.76315.147层次层高(m)Vi(KN)Di(N/mm)中柱Di2Vi2KyMi2bMi2u53.94.306580661724112.642.3650.4182.0612.86943.912.47658066172413.662.3650.456.4237.85133.919.98958066172415.872.3650.511.44711.44723.927.00758066172417.932.3650.515.46615.46715.1735.05745424126699.782.1350.5527.8122.75表 11 各层风荷载作用剪力、轴力计算表层次边梁走道梁柱轴力MblMbrLVbVbMbrLVb边柱中柱52.0681.4866.60.5381.3831.38330.9220.5380.38447.0995.1346.61.8534.7784.77833.1852.3911.716312.8179.2566.63.3448.6148.61435.7435.7354.315218.30613.9396.64.88612.97112.97138.64710.6217.876126.02819.7946.66.94318.42018.420312.2817.56413.273右风荷载作用下，框架左侧的边柱轴力和中柱轴力均为拉力，右侧的两根柱轴力应为压力，总拉力与总压力数值相等，符号相反。图 6风荷载作用下框架柱弯矩图(kNm) 图7风荷载作用下框架梁弯矩图(kNm) 第6章. 竖向荷载下框架结构内力分析6.1 板荷载传递的计算方法确定由结构布置图知，在B-C 及D-E轴内有次梁比 按单向板计算在C-D轴内，按双向板计算6.2 计算单元及计算简图在竖向荷载作用下，本设计取5轴线横向框架进行计算，其中边跨的板为单向板，中跨的板为双向板，板上的荷载通过次梁传给主梁再传给柱，纵梁与柱的中心轴线不重合，有偏心，作用在框架柱上的荷载存在集中弯矩。主，次梁的自重及作用于梁上的墙体自重则按均布荷载计算即可 图 7框架计算单元6.3 荷载计算横载： -边跨上主梁自重（扣除板自重） -中跨上主梁自重（扣除板自重）例：15层：q0=0.3x(0.6-0.08)x25+3.08x(3.9-0.6)=14.064KN/mq0=0.3x(0.45-0.08)x25=2.775KN/m 为板自重传给横梁的三角形分布荷载5层：=4.18x3.0=12.54KN/m14层：=2.56x3.0=7.68KN/mCL-1：5层：板传来的荷载：q=4.18x2.2/2=4.598KN/m纵梁自重：q=25x0.25x（0.6-0.08）=3.25KN/m24层：板传来的荷载：q=2.56x2.2/2=2.816KN/m次梁自重：q=25x0.2x(0.5-0.08)=2.11KN/m纵梁自重：q=25x0.25x（0.6-0.08）=3.25KN/m外墙自重：q=3.08x(3.9-0.6)x(7.2-0.5)-1.8x2.4+1.8x2.4x0.4=56.5212KN/m1层： 板传来的荷载：q=2.56x2.2/2=2.816KN/m次梁自重：q=25x0.2x(0.5-0.08)=2.11KN/m纵梁自重：q=25x0.25x（0.6-0.08）=3.25KN/m外墙自重：q=3.08x(3.9-0.6)x(7.2-0.55)-1.8x2.4+1.8x2.4x0.4=56.013KN/mCL-2：5层：板传来荷载：q=4.18x2.2=9.916KN/m次梁自重：q=25x0.2x(0.5-0.08)=2.11KN/m14层：板传来的荷载：q=2.56x2.2=5.632KN/m次梁自重：q=25x0.2x(0.5-0.08)=2.11KN/mCL-3：5层： 板传来的荷载：（2.1+3.6）x1.5/2x2x4.18+4.598x(7.2-0.3)=67.4652Kn 纵梁自重：q=25x0.25x（0.6-0.08）=3.25KN/m 14层： 板传来的荷载：（2.1+5.6）x1.5/2x2x2.56+2.816x(7.2-0.3)=48.9984KN 墙传来的荷载：3.08x(3.9-0.6)x(7.2-0.5)-2.4x0.6+2.4x0.6x0.4=64.23965层：P1：3.25x（7.2-0.5）+4.598x（7.2-0.3）+5.472x7.2=92.8996KNM1：92.8996x（0.5-0.3）/2=9.28886KNMP2: 2.11x(7.2-0.5)+9.196x(7.2-0.3)=77.5894KNP3: 67.4652+3.25x(7.2-0.5)=89.240224层：P1：3.25x（7.2-0.5）+2.816x（7.2-0.3）+56.5612=97.7666KNM1：97.7666x（0.5-0.3）/2=9.77666KNMP2: 2.11x(7.2-0.5)+5.632x(7.2-0.3)=52.9978KNP3: 48.9984+3.25x(7.2-0.5)=70.7734KN1层：P1：3.25x（7.2-0.55）+2.816x（7.2-0.3）+56.013=97.0559KNM1：97.7666x（0.55-0.3）/2=12.22KNMP2: 2.11 x (7.2-0.55) + 5.632 x (7.2-0.3)=52.8923KNP3: 48.9984+3.25 x (7.2-0.55) =7 0.6109KN活载：5层：: 0.5x3=1.5KN/mP1: 0.5x2.2/2x(7.2-0.3)=3.795KNM1：3.795x(0.5-0.3)/2=0.3795 KNMP2: 0.5x2.2x(7.2-0.3)=7.59KNP3:(2.1+3.6)x1.5/2x2x0.5+0.5x2.2/2x(7.2-0.3)=8.07KN24层：3.5x3=10.5KN/mP1: 2.5x2.2/2x(7.2-0.3)=18.975KNM1：18975x(0.5-0.3)/2=1.8975 KNMP2: 2.5x2.2x(7.2-0.3)=37.95KNP3:(2.1+3.6)x1.5/2x2x3.5+2.5x2.2/2x(7.2-0.3)=48.9KN1层：3.5x3=10.5KN/mP1: 2.5x2.2/2x(7.2-0.3)=18.975KNM1：18975x(0.55-0.3)/2=2.37 KNMP2: 2.5x2.2x(7.2-0.3)=37.95KNP3:(2.1+3.6)x1.5/2x2x3.5+2.5x2.2/2x(7.2-0.3)=48.9KN表 12 各层梁竖向荷载标准值层次恒载qoqoq2P1P2P3M1514.0642.7757.6892.899677.589489.24029.288862414.0642.7757.6896.766652.997870.77349.77666114.0642.77512.5497.055952.897370.610912.22层次活载q2P1P2P3M151.53.7957.598.070.37952410.518.97537.9548.91.8975110.518.97537.9548.91.8975图 8恒载作用下受力图 图 10活载作用下受力图 第7章. 内力计算7.1 （恒，活）竖向荷载作用下的框架内力计算当框架少层少跨时，采用弯矩二次分配法计算。这里竖向荷载作用下的内力计算结果如表8.2、表8.3所示：计算杆端的弯矩分配系数。例：5层：SA=4x(4.9+4)x1010=4x8.9x1010Nmm/radSB=4x(4+4.9)x1010+2x4.56x1010=44.72x1010Nmm/radA：上柱 =0 下柱 =4 /8.9=0.45 右梁 =4.9/8.9=0.55B：上柱 =0 下柱 =4x4/44.72=0.36 左梁 =4x4.9/44.72=0.44 左梁 =2x4.56/44.72=0.20计算杆件固端弯矩，边跨梁的固端弯矩为：5层：MA=-127.96 KNm走道梁的固端弯矩5层：MB=-7.69 KNm恒载作用下弯矩分配： 图 9 恒载作用下的弯矩分配活载作用下弯矩分配边跨梁的固端弯矩5层：MA=-11.13 KNm走