本科毕业论文---合肥学院产学研大楼设计土木工程.doc

Hefei University 毕业设计BACHELOR DISSERTATION设计题目： 合肥学院产学研大楼设计 学位类别： 工 学 学 士 学科专业： 土 木 工 程 合肥学院产学研大楼设计中 文 摘 要摘要：本设计为5层框架结构的产学研大楼，主要包括建筑、结构设计两方面。建筑与结构设计密切相关相辅相成，本设计依据现行相关规范以及大学生专业指导用书。本工程用现浇钢筋混凝土框框架结构附属部分因跨度大屋顶采用钢结构不参与此次手算，仅选择了主体12轴的一榀框架进行计算，根据设计任务书要求抗震设防烈度7度，在进行抗震计算。本设计包括水平、竖向荷载计算以及其各内力计算和构件设计，计算方法中包括D值法，底部剪力法和弯矩二次分配法。关键词：结构设计与计算，建筑设计，抗震验算，基础设计，楼梯设计IIThebuildingdesign of Hefei UniversityAbstractAbstract：The design for thebuilding and5 layer frame structure,mainly includes two aspects,design of buildingstructure.The architectural and structural designare closely related toeach other,this design is based on thecurrent standardandguidestudents.This project used cast-in-place reinforced concrete box on affiliated part of frame structure for span hit the roof of the steel structure does not participate in the hand count, select only the main shaft 12 specimens framework to calculate, according to the requirement of seismic fortification intensity of 7 degree of design task book, in seismic calculation.This design including the level, the vertical load calculation and the internal force calculation and component design, for the vertical force by the second moment distribution method, horizontal force the D value method, earthquake the bottom shear method.Key words: basicframework design,architectural design,seismic design,stair design,80 目 录合肥学院产学研大楼设计I中 文 摘 要IThebuildingdesign of Hefei UniversityII建筑设计部分11.工程概况11.1工程名称及概况11.2建筑功能12.办公楼建筑说明12.1建筑平面设计（底层）22.2建筑立面设计22.3建筑剖面设计33.建筑构造说明43.1屋面做法4结构部分设计4第一章 结构布置41.选择承重方案。52.对梁柱截面尺寸估算5第二章 荷载计算61.各层永久荷载标准值计算62计算各层重力荷载,、活荷载代表值72.1楼面板荷载专递给梁的简图如下72.2横梁自重、横墙均布荷载82.3纵向框架梁传来的节点荷载及柱自重83.横向框架侧移刚度计算133.1梁柱线刚度计算133.2框架柱的刚度计算133.3框架侧移刚度的计算134.横向水平地震作用下，框架结构内力计算144.1横向自震周期计算144.2水平地震作用及剪力计算154.3水平地震作用内力计算154.4水平地震作用下梁端弯矩、剪力及轴力计算16第三章 荷载作用下横向内力计算171.计算单元见图3171.1荷载计算171.2屋面梁先荷载标准值171.3楼面梁线荷载标准值182.计算分配系数203.计算恒载作用下杆件固端弯矩223.1第一至四层边跨与中跨223.2顶层固端弯矩计算223.3偏心弯矩计算223.4用二次分配法求出恒载作用下梁端弯矩223.5计算活在作用下梁固端弯矩244.恒载作用下，梁端的剪力计算264.1边跨梁左端剪力264.2边跨梁右端弯矩计算274.3中跨梁左端剪力计算274.4恒载作用下梁端剪力275.恒载作用下柱轴力计算275.1第1至5层柱轴力275.2根据梁上恒载和梁端弯矩285.3活载作用下梁端剪力计算30第四章 内力组合341.由地震作用和竖向荷载作用下剪力弯矩进行内力组合34第五章 截面设计431.框架梁柱截面431.1梁正截面受弯计算431.2计算框架梁配筋面积431.3柱配筋计算461.4柱箍筋计算502.板配筋计算54 2.1 1-4层楼面板配筋计算552.2计算HK之间的双向板，取板厚100mm562.3屋面板配筋计算57第六章 基础设计581.独立基础设计581.1独立基础尺寸选则581.2地基承载力验算591.3基础抗冲切验算601.4每一阶段抗冲切验算601.5基础底板配筋验算602.联合基础计算622.1联合基础尺寸选择622.2地基承载力验算632.3基础底板配筋验算64第七章 楼梯设计651.楼梯计算651.1荷载计算662.2楼梯内力计算672.平台板计算682.1各构件重量682.2平台板内力计算69参考文献7071毕业设计总结72致谢73 建筑设计部分1.工程概况1.1工程名称及概况合肥学院产学研大楼设计，地点：合肥市，建筑面积：6361.74，层数：5层，建筑类型：框架结构1、本工程采用现浇钢筋砼框架结构，内外墙体采用190190390mm的非承重粘土空心砖。2、工程地质条件：（1）建场平坦，水位正常，无侵蚀性。（2）地层土质分布：a层：杂填土，厚0.5-1.5m fk=110 kPab层：粘土，厚约4m 硬塑 Ip=22 IL=0.21 e=0.55 fk=260 kPac层：粉质粘土 厚约5m 硬塑 Ip=16 IL=0.18 e=0.74 fk=235 kPa3、气象、地震资料（1）主导风向：为东南风，基本风压值：W0=0.35KN/m2 基本雪压值：S0=0.5KN/m2（2） 按设防，设计为0.10g，抗震等级为三级。1.2建筑功能、层数、层高： 层数：5-6层层高： 底层、报告厅4.2m；其余3.6m 、装修：1、外墙：贴面砖。3、楼地面： 、门厅和报告厅 （2）、公共走廊水磨石地面、卫生间、其余水泥砂浆地面 其它： 书库中应有小型提升机一部2.办公楼建筑说明2.1建筑平面设计（底层）关于本建筑功能已在前面阐述，再次不在详述2.2建筑立面设计功能应符合要求且经济而且保证尽量美观，具体设计见图。本建筑总高度22.8m,在功能布局上为方便图书贮藏，人员开大型会议，将书库和报告厅设置在一楼，其中报告厅单独一层可用钢结构屋面。此工程建筑里面种采用灰色外瓷砖与学校其他建筑相适应2.3建筑剖面设计在满足要求情况下做到经济美观3.建筑构造说明3.1屋面做法 20厚1:2水泥砂浆找平层 10厚纸筋灰抹底 100厚现浇钢筋混凝土板 3.2楼面做法 25厚水泥砂浆 100厚现浇钢筋混凝土板 10厚灰抹底 结构部分设计第一章 结构布置1.选择承重方案。根据本设计建筑图选择12轴的一榀框架进行计算。2.对梁柱截面尺寸估算本工程12轴的一品框架中有三跨，其中两个长跨分别为7200mm，短跨为2100mm。暂定7200mm一跨梁宽b=250mm，梁高h=700mm，框架柱尺寸暂定h=b=400mm，根据相关相关规定，剪跨比宜大于2，截面长短边之比小于3，计算简图如下图。第二章 荷载计算1.各层永久荷载标准值计算1.1屋面荷载二毡三油防水层 0.35KN/M220厚1:2水泥砂浆找平层 0.02Mx20KN/M3=0.40KN/M210厚纸筋灰抹底 0.01Mx17KN/M3=0.17KN/M2100厚现浇钢筋混凝土板 0.10Mx25KN/M3=2.5KN/M2合计：3.24KN/M2相关规范，框架结构填充墙用混凝土空心小砌块,混合砂浆用，钢筋混凝土容重，水泥砂浆容重1.2楼面板荷载25厚水泥砂浆 0.025Mx20KN/M3=0.50KN/M2100厚现浇钢筋混凝土板 0.10Mx25KN/M3=2.5KN/M210厚灰抹底 0.01Mx1711.8KN/M3=0.17KN/M2合计： 3.17KN/M21.3梁自重250x700梁：0.25Mx0.7Mx25KN/M3+0.25Mx0.17KN/M2+0.25Mx0.17KN/M2+2x(0.7-0.1)Mx0.17KN/M2=4.75KN/M250x400梁：0.25Mx0.4Mx25KN/M3+0.25Mx0.17KN/M2+0.25Mx0.17KN/M2+2x(0.4-0.1)Mx0.17KN/M2=2.65KN/M1.4柱自重0.4Mx0.4Mx25KN/M3+(2x0.40M+2x0.40M)x0.17KN/M2=4.27KN/M1.5墙自重11.8KN/M3x0.2M+17KN/M3x0.02Mx2=3.04KN/M21.6楼、屋面活荷载经查规范不上人屋面为，上人屋面为，楼面为2计算各层重力荷载,、活荷载代表值2.1楼面板荷载专递给梁的简图如下顶层梁边跨： g1=3.42KN/M2x3.3M=11.29KN/M顶层梁中跨： g2=3.42KN/M2x2.1M=7.18KN/M其余层梁边跨： g3=3.17KN/M2x3.3M=10.46KN/M其余层梁中跨： g4=3.17KN/M2x2.1M=6.66KN/M2.2横梁自重、横墙均布荷载顶层梁边跨： g1=4.62KN/M+1.3Mx3.04=7.66KN/M顶层梁中跨： g2=2.65KN/M其余层梁边跨： g3=4.62KN/M+(3.6-0.7)Mx3.04KN/M2=7.66KN/M其余层梁中跨： g4=2.65KN/M2.3纵向框架梁传来的节点荷载及柱自重顶层（G、L轴）屋顶女儿墙： 1.3x3.3x3.04=13.04(KN)屋面板传来： 框架梁自重： 2.65x3.3=8.75(KN）合计： 31.1KN顶层（H、K轴）：屋面板传来： （KN)框架梁自重： 3.3x2.65=8.75(KN)合计： 26.82KN其余层（G、L轴）外纵墙： （3.6-0.7）Mx3.04KN/M2x3.3M=29.09KN楼面板传来：框架梁自重： 8.75KN框架柱自重： 3.6Mx4.27KN/M=15.37KN合计：58.44KN其余层：（H、K轴）内纵墙： （3.6-0.4）x3.04x3.3=32.10（KN）楼面板传来： KN框架梁自重： 8.75KN框架柱自重： 15.37KN合计： 72.97KN注：以上所指其余层不包括底层。底层（G、L轴）外纵墙： （4.2-0.7）x3.04x3.3=35.12KN框架梁自重： 8.75KN框架柱自重： 15.37KN楼面板传来： 合计： 64.47KN底层（H、K轴）外纵墙： （4.2-0.4）x3.04x3.3=38.12KN框架梁自重： 8.75KN框架柱自重： 15.37KN楼面板传来： 合计： 64.47KN屋面层女儿墙及栏杆： 屋面荷载： 两纵墙： 两横墙： 内纵墙： 内横墙： 纵梁： 横梁： 两弧形墙： 柱： 合计： 9815.16KN活荷载： 雪荷载： 中间层（外纵墙）两弧形墙： 两纵墙： 两横墙： 内纵墙： 内横墙： 纵梁： 横梁： 楼面板荷载： 柱： 合计： 9154.43KN底层两弧形墙： 两纵墙： 两横墙： 内纵墙： 内横墙： 纵梁： 横梁： 楼面板荷载： 柱： 合计： 9692.34KN活荷载：重力荷载代表值3.横向框架侧移刚度计算3.1梁柱线刚度计算1.梁线刚度（梁、柱混凝土强度C30）EC=3.00x104N/MM2）中框梁惯性矩增大系数取2.0，边框梁增大系数采用1.5截面（m2)跨度(m)惯性矩边跨梁中跨梁Bxh中0.25x0.402.1边0.25x0.707.23.2框架柱的刚度计算首层柱： 其他层柱： 3.3框架侧移刚度的计算D值计算一层D值边柱2.830.697134.69中柱1.970.626410.88N/MM其他层D值边柱2.420.5510045.8中柱4.660.7011537.04N/MM4.横向水平地震作用下，框架结构内力计算4.1横向自震周期计算（1）层间位移计算层次(KN)层间位移511369.2511369.25906481.610.012413343.9624763.21906481.610.025313343.9638057.17906481.610.038213343.9651401.13906481.610.052113881.8665283.02568913.940.115顶点位移 4.2水平地震作用及剪力计算本工程结构总高18.600M，质量、刚度均匀分布，采用底部剪力法计算多遇地震作用根据设计要求，则特征周期，则基本周期的地震影响系数因为=0.5851.4，所以考虑顶部附加地震作用取结构总水平地震标准值：各层水平地震作用标准值：(1)各层水平地震作用标准值及楼层剪力层号层高（m)H(m)G(KN)GHF(N)V(KN)53.618.611369.25211468.051725.351725.3543.61513343.97200159.481053.232165.9633.611.413343.97152121.20800.452966.4123.67.813343.971040082.9547.683514.0914.24.21388.8659396.4312.543826.63弹性变形验算层次层间剪力层间刚度层间位移层高层间相对弹性转角51739.27906481.610.0017573.60.0004842165.96906481.610.0021883.60.00060832966.41906481.610.0029973.60.00083223514.09906481.610.0035503.60.00098613826.63568913.940.0067264.20.001600由表中层间相对弹性转角可知均满足4.3水平地震作用内力计算按D值法计算，计算结果如下表Y=Y0+Y1+Y2+Y3(查表的）M上=（1-y)hivim M下=yh 边柱端弯矩层号层高层间剪力层间刚度KyM上M下53.61739.27906481.619064.8517.392.420.4230.0526.3043.62165.96906481.619064.8521.662.420.4542.8935.0933.62966.41906481.619064.8529.662.420.5053.4053.4023.63514.09906481.619064.8535.142.420.5063.2563.2514.23826.63568913.947134.6947.992.830.5590.70110.86边柱端弯矩层号层高层间剪力层间刚度KyM上M下53.61739.27906481.619064.8517.394.660.4543.8435.8643.62165.96906481.619064.8521.664.660.5049.6349.6233.62966.41906481.619064.8529.664.660.5067.9567.9623.63514.09906481.619064.8535.144.660.5080.5080.5014.23826.63568913.947134.6947.991.970.5581.5099.614.4水平地震作用下梁端弯矩、剪力及轴力计算梁端弯矩计算： 梁端剪力：柱轴力：注：上式中、分别表示节点座右梁端弯矩， 、分别表示节点在左右梁的线刚度。计算结果见下表：层号梁类别L(m）柱轴力GL5GH与 KL7.256.3531.8812.2512.2547.277.9839.716.3416.3437.2106.854.3722.3822.3827.2121.564.426.5126.5117.2201.5672.4438.0638.06层号梁类别L(m）柱轴力5HK7.256.3531.8845.5445.5447.277.9839.756.7156.7137.2106.854.3777.6777.6727.2121.564.4929217.2201.5672.44103.49103.49第三章 荷载作用下横向内力计算1.计算单元见图31.1荷载计算梯形板传导荷载按下式计算三角形板传导荷载按下式计算板荷载传导方式见图21.2屋面梁先荷载标准值边跨恒载：图3活载：中跨恒载：活载：1.3楼面梁线荷载标准值边跨恒载：活载：中跨恒载：活载：竖向恒载作用下结构计算简图如下图4图42.计算分配系数、分别表示边节点和中节点杆转动刚度之和同样方法可算出2-4层的分配系数同理可得顶层分配系数3.计算恒载作用下杆件固端弯矩3.1第一至四层边跨与中跨边跨梁的固端弯矩中跨梁固端弯矩3.2顶层固端弯矩计算边跨梁的固端弯矩中跨梁固端弯矩3.3偏心弯矩计算边跨中跨3.4用二次分配法求出恒载作用下梁端弯矩见图5，恒载作用下框架弯矩图见图6 图5图63.5计算活在作用下梁固端弯矩（1）第1-4层边跨与中跨边跨梁的固端弯矩中跨梁固端弯矩顶层梁固端弯矩边跨梁的固端弯矩用二次分配法求出活载作用下梁端弯矩见图7，活载作用下框架弯矩图见图8图7 图84.恒载作用下，梁端的剪力计算4.1边跨梁左端剪力4.2边跨梁右端弯矩计算4.3中跨梁左端剪力计算4.4恒载作用下梁端剪力5.恒载作用下柱轴力计算5.1第1至5层柱轴力5层H轴柱下端轴力第四层H轴柱上端轴力 第四层H轴柱下端 第三层H轴柱上端轴力 第三层H轴柱下端轴力 第二层H轴柱上端轴力 第二层H轴柱下端轴力 第一层H轴柱上端轴力 第一层H轴柱下端轴力5.2根据梁上恒载和梁端弯矩祝两侧梁端剪力、节点集中力和柱轴力之和得到各柱轴力如下在恒载作用下，第五层G轴柱上端轴力第五层G轴柱下端轴力同理可得第四层G轴柱上端轴力第四层G轴柱下端轴力第3层G轴柱上端轴力第3层G轴柱下端轴力第二层G轴上柱轴力第二层轴下柱轴力第一层G轴柱上端轴力第一层G轴柱下端力5.3活载作用下梁端剪力计算边跨梁左端边跨右端中跨梁右端最后在活载作用下梁端剪力（H右端）柱轴力计算活载作用下H柱轴力计算恒、活载作用下，梁端剪力A、B柱轴力汇总如下表：（1），（2）表（1）恒载作用下梁端剪力A柱轴力B柱轴力层号=546.9660.969.6983.8899.2595.91111.28477.2988.649.36212.67278.04234.40309.77377.2988.649.36341.46356.83372.89388.26276.9888.959.36356.83485.31511.69527.06175.3290.649.36569.76652.15652.15667.52表（2）活载作用下梁端剪力柱轴力层号=57.4914.041.6435.8242.4648.7512.781.6472.9183.6538.7512.781.64109.99124.8527.8913.621.64146.22166.8917.7113.831.64191.01209.13 梁端剪力图 柱轴力图 76第四章 内力组合1.由地震作用和竖向荷载作用下剪力弯矩进行内力组合第1层框架梁内力组合第1层框架梁内力组合最大正M及相应V最大负M及相应V层次控制截面不利内力恒载活载左震右震不考虑地震的组合考虑地震的组合SGKSQKSEK(左）SEK（右）1.2恒+1.4活1.35恒+1.4*0.7活1.2重力荷载+1.3地震1.0重力荷载+1.3地震最大正M及相应V最大负M及相应V左震右震左震右震1G右M-61.84-15.38201.56-201.56-95.74 -98.56 178.59 -345.46 192.50 -331.56 44.49 -345.46 V75.327.7138.06-38.06101.18 109.24 144.49 45.53 128.65 29.70 131.08 90.12 H左M77.1221.572.44-72.44122.64 125.18 199.62 11.27 182.04 -6.30 0.00 199.62 V90.6413.8338.06-38.06128.13 135.92 166.54 67.59 147.03 48.08 0.00 150.76 H右M28.237.02108.67-108.6743.70 44.99 179.36 -103.18 173.01 -109.53 178.69 179.36 V9.361.64103.49-103.4913.53 14.24 146.75 -122.32 144.72 -124.36 155.72 -114.61 K左M-28.23-7.02-108.67108.67-43.70 -44.99 -179.36 103.18 -173.01 109.53 178.69 -179.36 V9.361.64103.49-103.4913.53 14.24 146.75 -122.32 144.72 -124.36 -118.34 159.46 K右M77.1221.572.44-72.44122.64 125.18 199.62 11.27 182.04 -6.30 0.00 199.62 V90.6413.8338.06-38.06128.13 135.92 166.54 67.59 147.03 48.08 0.00 89.69 L左M-61.84-15.38201.56-201.56-95.74 -98.56 178.59 -345.46 192.50 -331.56 44.75 -345.46 V75.327.7138.06-38.06101.18 109.24 144.49 45.53 128.65 29.70 70.01 151.19 跨间MAB-51.65-0.9500-63.31 -70.66 -62.55 -62.55 -52.13 -52.13 0.00 -130.91 MBC-1.23-0.7200-2.48 -2.37 -1.91 -1.91 -1.59 -1.59 18.14 0.00 MCD-51.65-0.9500-63.31 -70.66 -62.55 -62.55 -52.13 -52.13 0.00 -130.91 第2层框架梁内力组合第2层框架梁内力组合最大正M及相应V最大负M及相应V层次控制截面不利内力恒载活载左震右震不考虑地震的组合考虑地震的组合SGKSQKSEK(左）SEK（右）1.2恒+1.4活1.35恒+1.4*0.7活1.2重力荷载+1.3地震1.0重力荷载+1.3地震最大正M及相应V最大负M及相应V左震右震左震右震2G右M-68.46-17.01121.5-121.5-105.97-109.0965.59-250.3180.99-234.9226.58-250.31V76.987.8926.5126.51103.42111.66131.57131.57115.39115.39129.5392.29H左M-80.37-22.76-64.4-64.4-128.31-130.80-193.82-193.