某高校实验楼设计毕业设计.doc

本科毕业论文（设计）题目： 某高校实验楼设计 姓    名：  吴    皓    学号：20051002244   院（系）：  工程学院    专业：土木工程      指导教师：  罗学东      职称：副教授        评阅教师：  董道军      职称：副教授                        2009年   6  月目    录摘   要V1  建筑设计11.1  建筑方案的比选与确定11.2  建筑设计11.3  建筑构造与做法21.4  建筑设计综述42  结构选型及布置62.1  结构的材料与尺寸62.2  计算简图73  第轴横向框架内力计算113.1  荷载计算133.2  内力计算354  第轴横向框架内力组合及配筋计算814.1  内力组合814.2  截面设计915  板设计1325.1  六层板设计1325.2  底层板设计1366  1号楼梯设计1396.1  梯段板设计1396.2  平台板设计1416.3  平台梁设计1436.4  构造措施1447  基础设计1467.1  D柱下独立基础设计1467.2  B、C柱下独立基础设计1507.3  A柱下独立基础设计1538  结束语1549  致谢15510  参考文献156摘   要本设计是针对中国地质大学（武汉）土木工程专业2005级毕业设计“某高校实验楼设计”的书面成果，内容包括建筑设计和结构设计两部分。在“建筑设计”部分中，由于钢筋混凝土框架结构有诸多优点：空间布置灵活、有一定的水平抗侧力，结构抗震性能优良，因此本实验楼选择为六层钢筋混凝土框架结构。平面呈矩形，长66m，宽17.4m，高29.4m。此方案建筑布置完全对称，这样有利于引导人流，整体布局较为紧凑。所选方案所有房间均为矩形，虽然比较传统，但是经济实用。接下来，针对最终建筑方案，确定了其具体建筑构造、做法与材料。在“结构设计”部分中，首先确定第轴横向框架为本次手算的任务，明确其计算简图与各个计算参数；然后根据建筑做法确定其所受荷载，计算梁、柱、板与基础的内力。对于竖向荷载采用弯矩二次分配法，水平荷载采用D值法，地震采用底部剪力法。此外，还进行了结构方案中的室内楼梯和屋盖、标准层楼盖的设计并完成了平台板，梯段板，平台梁及屋盖、标准层楼盖等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。设计计算整个过程中综合考虑了抗震要求、技术经济指标和施工工业化的要求。关键字：实验楼，框架，建筑设计，结构设计。AbstractThe graduation design is written for Civil Engineering department  of 2005， whose name is “Experiment Building in XX University”， including architecture design and structure design. In the process of “Architecture Design”,because there are many advantages of reinforced concrete frame structure,such as flexible arrangement of space,a certain level of lateral force resisting system and wonderful earthquake resistance of structure. ，the building is reinforcement concrete structure with six stories. Its ichnography is rectangle. The length of the building is 66m, the width is 17.4m and the height is 29.4m.I choose a completely symmetrical construction layout of this program,helping to guide the flow of people.All rooms are rectangle.Though the program is comparatively traditional,its economical and practical. After that, I determine the detailed conformation and the material of the building.In the process of “Structure Design”, firstly, I determined to calculate the “9th axes frame” by hand and determined the sketch and the parameters of the frame. Secondly, I determined the loads on the frame and calculated the internal forces of the beams, the planes, the columns and the foundations.Vertical load for the secondary bending momment distribution method,horizontal load method using D,the use of seismic shrer method at the bottom. The design of the stairs, the house cover and the Standard layer cover are 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.Design and economic indicators and construction requirements of industrialization.Keyword: Experiment Building， frames ，archtechture design ，structural design.第一章 建筑设计第一节 建筑方案的确定根据毕业设计任务书的要求，我做出以下建筑方案。1.1.1  建筑功能选择的方案中所有房间均为矩形，虽然比较传统，但是经济实用，是我们初步进行房屋设计时一种很好的选择类型。此方案建筑布置完全对称，这样有利于引导人流，整体布局较为紧凑；各个楼层有明确的功能分区，一层主要是大型实验分区，二至五层主要是中小型实验分区，六层为会议室和教师办公分区。在有实验室的楼层都有相应的教室供教师进行实验前理论知识的讲解。1.1.2  结构布置此方案结构布置完全对称，对结构设计有利，尤其对抗震有利，且方便计算与施工；可是由于是矩形方案，房屋横向跨度达到66米，因没有采用沉降缝，所以在施工中应采用后浇带的施工方法。                               第二节 建筑设计1.2.1  建筑平面设计建筑平面设计主要应考虑建筑物的功能要求，力求建筑物的美观大方，同时兼顾结构平面布置尽量规则合理和抗震要求，以便于结构设计。综合考虑建筑和结构设计的要求，初步拟定内廊式平面框架形式。对于平面布置作如下几点说明：（1）为了满足不同类型的房间对使用面积的要求，同时考虑结构的受力合理性及柱网的经济尺寸，本设计柱网基本上采用6.0m7.2m，局部地方采用小一级柱网尺寸；（2）走廊宽度根据本设计要求取轴线宽度3.0m，主要人流通道为位于大楼两侧的两个主楼梯。为了满足防火要求，采用两侧双跑楼梯，两个大门中右侧门为主大门，供平时交通进出使用，左侧为应急出口，供意外情况下使用。1.2.2   建筑立面设计结合平面设计中框架柱的布置，立面上主要采用纵向划分，外墙将柱完全内包。外观上显得平整，稳重；同时，考虑到框架结构的优点，柱间多用窗少用墙，使窗与柱及窗间墙之间形成了有节奏的虚实对比，显得明快、活泼，同时也得到了良好的采光效果。两边的大门，使整个建筑物显得美观大方。大门采用钢铁门，使整个大门显得现代，门厅空间显得通透；雨蓬的运用，和大门的设置一同起到了突出主要入口功能，起到了吸引人流导向的作用。第三节 建筑构造与做法确定了最终方案，接下来针对该方案，初步确定其建筑构造与做法。本实验楼设计遵循建筑标准化的原则，建筑构造与做法大部分均选自中南地区通用建筑标准设计建筑配件图集。并且考虑到实验楼明快、朴素、简洁、大方的基本原则，做法详见表1.1。表1.1  构造与做法编号做法荷载（kN/m2）总厚度（mm）屋11  （级放水）35厚490490，C25预制钢筋混凝土板            1：2水泥砂浆填缝                             M2.5砂浆砌120120砖三皮，双向中距500          4厚SBS改性沥青防水卷材                        刷基层处理剂一遍                               20厚（最薄处）1：8水泥加气混凝土碎渣找坡2    干铺150厚加气砼砌块                          钢筋砼屋面板，表面清扫干净   3.61409内墙  （混合砂浆墙面一）15厚1：1：6水泥石灰砂浆                             局部刮腻子，砂纸磨平                         801内墙涂料两遍0.2820外墙22  （涂料外墙面一）12厚1：3水泥砂浆                              8厚1：2.5水泥砂浆，木抹搓平                    喷或滚刷涂料两遍0.4220顶1（石灰砂浆顶棚）钢筋混凝土板底面清理干净                      10厚1：1：4水泥石灰砂浆                        2厚麻刀石灰面                                ;表面喷刷涂料0.2412第四节 建筑设计综述对照建筑抗震设计规范（以下简称抗震规范）与高层建筑混凝土结构技术规程(以下简称高规)，验证其设计的合理性，并给出该建筑的一些总体信息： 1）  本实验楼抗震设防烈度7.0，均为按7.0地震设防查取规范。 2）  本实验楼结构总高29.4m（从室外地坪至主要屋面高度），低于高规4.2.2规定的55m最大适用高度； 3）  本实验楼高宽比0.36，低于高规4.2.3规定的4最大高宽比； 4）  本实验楼长边66m，超过高规4.3.12规定的框架结构伸缩缝最大间距55m，应该设置温度缝与防震缝；但是鉴于现代施工方法的先进性，对温度等因素的控制比较有效（如采用设置后浇带、加强保温隔热措施、提高配筋率等方法），本实验楼不设温度缝与防震缝。 5）本实验楼结构竖向布置比较规则，均匀无过大的外挑与内收，符合高规4.4.1与4.4.5要求。 6）  本实验楼根据抗震规范3.1.1，属丙类建筑。图1-1 第二章  结构选型及布置第一节  结构的材料与尺寸根据毕业设计任务书的要求，本实验楼为钢筋混凝土框架结构，基础需要较强的整体性，根据地质条件，拟采用独立基础。本次毕业设计结构计算要求手算一榀框架。针对本实验楼的建筑施工图纸，选择第轴横向框架为手算对象。本计算书除特别说明外，所有计算、选型、材料、图纸均为第轴横向框架数据。2.1.1  本实验楼材料确定：考虑到强柱弱梁，施工顺序（现场浇注混凝土时一般梁、板一起整浇，柱单独浇注）等因素，拟选构件材料如下：1. 柱：采用C35混凝土，主筋采用HRB335钢筋，箍筋采用HPB235钢筋；2. 梁：采用C25混凝土，主筋采用HRB335钢筋，箍筋采用HPB235钢筋；3.板：采用C25混凝土，钢筋采用HPB235。4.基础：采用C35混凝土，主筋采用HRB335钢筋，构造钢筋采用HPB235钢筋；2.1.2  第轴框架构件尺寸确定：一、梁： 确定原则： 高规6.3.1：“梁截面高度一般为其跨度的1/181/10；梁截面宽度一般为其截面高度的1/31/2。梁截面宽度不宜小于200mm，梁截面高宽比不宜大于4”。第轴框架每层有两种跨度的梁，其轴线间距分别是6600mm和2400mm。根据以上原则，两梁截面高度取值范围分别为：366mm660mm，13mm240mm。综合挠度控制、荷载等原因，初选梁截面尺寸为：    长跨梁：      hb600mm250mm    短跨梁：      hb400mm250mm二、柱：确定原则：高规6.4.1：“矩形截面柱边长，抗震设计时不宜小于300mm，柱截面高宽比不宜大于3”；高规6.4.2：“抗震设计时，钢筋混凝土柱轴压比不宜小于0.8”。抗震设计时宜采用方柱，根据轴压比确定柱子截面尺寸：观察第轴横向框架，Z33（中柱）受荷面积A4.54.5，估计其柱底轴力为：   轴压比限值条件：                                 （2.1）即：  且 解得：469.8mm       取500mm500mm同理，Z44（边柱）尺寸：   取450mm450mm三、板：一层楼板厚取为200mm。中间层楼板多为双向板，取板厚为其短跨的（1/401/45）；中间板跨为4800mm，所以取中间层楼板厚度为120mm。第二节  计算简图2.2.1  确定原则：在结构计算简图中，杆件用其轴线来表示。框架梁的跨度即取柱子轴线之间的距离；框架的层高（框架柱的长度）即为相应的建筑层高，而底层柱的长度应从基础顶面算起。本次毕业设计手算第轴框架时采用图2.2为计算简图。为了下文叙述方便，特编号于上。图2.1  理论上轴框架的计算简图图2.2  第轴框架计算简图2.2.2  截面参数计算           一、柱1边柱：（450mm450mm）                （2.2）                  （2.3）2中柱：（500mm500mm）               （2.4）          （2.5）二、梁1.边跨梁：（600mm250mm）                 （2.6）                  （2.7）2.中跨梁：（400mm250mm）                （2.8）                 （2.9）第三章 第轴横向框架内力计算第一节  荷载计算3.1.1  构件自重计算一、轴框架中间层自重计算：1.板：                  陶瓷地砖地面                             0.7             120厚钢筋混凝土楼板                                           石灰砂浆顶棚                           0.24                    小计                               3.942.横向框架梁：      （1）长跨：                  钢筋混凝土梁                            石灰砂浆顶棚                              小计                                  3.23      （2）短跨：                  钢筋混凝土梁                            石灰砂浆顶棚                            小计                ;                1.88     3.纵向框架梁：     （1）边梁：                  钢筋混凝土梁                          外墙涂料                                        内墙涂料                                    小计                                   2.34（2）中梁：                  钢筋混凝土梁                          内墙涂料                              小计                                  2.254.柱：     （1）边柱：（450mm450mm）              钢筋混凝土梁                              外墙涂料                                      内墙涂料                      小计                                    22.85（2）中柱：（500mm500mm）              钢筋混凝土梁                                内墙涂料                            小计                                   27.95.墙：      （1）浆砌焦渣砖内墙：（200mm）               砌体                    内墙涂料                                      小计                                      12.1      （2）浆砌焦渣砖外墙：（240mm）               砌体                                内墙涂料                                  外墙涂料                     小计                                     15.23二、轴框架顶层自重计算：1.板：                    防水屋面                              3.61             120厚钢筋混凝土楼板                                    石灰砂浆顶棚                           0.24                    小计                                   6.852.横向框架梁：     （1）长跨：                  钢筋混凝土梁                            石灰砂浆顶棚                              小计                                    3.23     （2）短跨：                  钢筋混凝土梁                            石灰砂浆顶棚                            小计                                    1.88    3.纵向框架梁：    （1）边梁：                  钢筋混凝土梁                 小计                      （2）中梁：                  钢筋混凝土梁                          内墙涂料                                小计        ;                          2.254.柱：   （1）边柱：（450mm450mm）              钢筋混凝土梁                                外墙涂料                                        内墙涂料                         小计                                      11.43（2）中柱：（500mm500mm）              钢筋混凝土梁                                  内墙涂料                                小计                                     13.963.1.2  恒载计算一、中间层梁、柱恒载计算：1.边跨梁上线荷载计算：      边跨梁上线荷载边跨梁自重板重墙重      其中，板自重按双向板塑性铰线分配，如图3.1所示。图3.1   板荷传导方式示意图    由此可知梁上分布荷载为一均布荷载与一梯形荷载叠加，只要求出控制点的荷载值，就可绘出该梁上荷载分布图。    最大值：  3.23+4.53.94+12.133.06    最小值：  3.23+12.115.33由此绘出该梁恒载分布图如图3.2所示。图3.2 中间层边跨梁恒载图（kN/m）2.中跨梁上线荷载计算：        同理，中跨梁上线荷载边跨梁自重板重        最大值：          最小值：   由此绘出该梁恒载分布图如图3.3所示。图3.3  中间层中跨梁分布恒载图（kN/m）3.边柱集中力计算：   边柱集中力边柱自重纵向框架梁的传力纵向框架梁传来的力部分板重+纵向框架梁自重外墙重   其中，板重：                   纵向框架梁自重：         墙重：          边柱上集中力：      4.中柱集中力计算：       同理：中柱上集中力：             5.边柱与梁交点处弯距：               （柱内侧受拉）6.中柱与梁交点处弯距：                （柱靠走廊一侧受拉）二、顶层梁、柱上恒载计算：1.边跨梁上线荷载计算： 边跨梁上线荷载边跨梁自重板重 其中，板自重按双向板塑性铰线分配，如图3.1    由此可知梁上分布荷载也为一均布荷载与一梯形荷载叠加，只要求出控制点的荷载值，就可绘出该梁上荷载分布图。    最大值：最小值：由此绘出该梁恒载分布图如图3.4所示。图3.4  顶层边跨梁分布恒载图（kN/m）2.中跨梁上线荷载计算：        同理，中跨梁上线荷载边跨梁自重板重        最大值：        最小值：由此绘出该梁恒载分布图如图3.5所示。           图3.5 中间层中跨梁分布恒载图（kN/m）3.边柱集中力计算：   边柱集中力边柱自重纵向框架梁的传力其中，纵向框架梁传来的力部分板重+纵向框架梁自重外墙重边柱上集中力：      4.中柱集中力计算：       同理：中柱上集中力：              5.边柱与梁交点处弯距：               （柱内侧受拉）     6.中柱与梁交点处弯距：                （柱靠走廊一侧受拉）通过以上计算，可绘出第轴横向框架恒载图（如图3.6所示）。  图3.6  恒载图（kN/m，kN）说明：为方便计算内力，恒载图上将均布荷载与其他线荷载分开绘制。3.1.3活载计算    通过查阅建筑结构荷载规范（GB500092001）（以下简称荷载规范），将本次计算所要用到的荷载类型汇总如下：表3.1  荷载汇总类型标准值（kN/m2）组合值系数c频遇值系数f准永久值系数q实验楼2.0 0.7 0.6 0.5 厕所2.0 0.7 0.5 0.4 走廊2.5 0.7 0.6 0.5 机房5.0 0.7 0.6 0.5 屋面活载0.50.7 0.5 0.0注：1、机房参照电梯机房与贮藏室的标准确定；2、屋面活载按“不上人屋面”确定；        3、不考虑“积灰荷载”；“雪荷载”同“屋面活载”不同时考虑。一、顶层框架梁柱活载计算：     不上人屋面活载：       雪荷载：     取活载1.边跨梁上线荷载     同恒载求解方法，得：     最大值：           最小值：         绘线荷载图如图3.7所示。图3.7  顶层边跨梁线活载示意图（kN/m）2.中跨梁上线荷载     同恒载求解方法，得：     最大值：       最小值：       绘线荷载图如图3.8所示。图3.8  顶层中跨梁线活载示意图（kN/m）3.边柱集中力      边柱集中力部分板上活载传力      4.中柱集中力      中柱集中力部分板上活载传力      5.边柱集中力矩      边柱集中力矩边柱集中力梁柱偏心      6.中柱集中力      中柱集中力矩边柱集中力梁柱偏心      二、第七层框架梁、柱活载计算：计算机房活载：      走廊活载：      1.边跨梁上线荷载     同以上求解方法，得：     最大值：       最小值：       绘线荷载图如图3.9所示。图3.9  顶层边跨梁线活载示意图（kN/m）2.中跨梁上线荷载     同以上求解方法，得：     最大值：       最小值：       绘线荷载图如图3.10所示。图3.10  顶层中跨梁线活载示意图（kN/m）3.边柱集中力      边柱集中力部分板上活载传力      4.中柱集中力      中柱集中力部分板上活载传力      5.边柱集中力矩      边柱集中力矩边柱集中力梁柱偏心      6.中柱集中力      中柱集中力矩边柱集中力梁柱偏心      三、第一六层框架梁、柱活载计算：普通教室活载：       走廊活载：      1.边跨梁上线荷载     同以上求解方法，得：     最大值：     最小值：     绘线荷载图如图3.11所示。图3.11  顶层边跨梁线活载示意图（kN/m）2.中跨梁上线荷载     同以上求解方法，得：     最大值：       最小值：       绘线荷载图如图3.12所示。图3.12  顶层中跨梁线活载示意图（kN/m）3.边柱集中力      边柱集中力部分板上活载传力      4.中柱集中力      中柱集中力部分板上活载传力      5.边柱集中力矩      边柱集中力矩边柱集中力梁柱偏心      6.中柱集中力      中柱集中力矩边柱集中力梁柱偏心      通过以上计算，可绘出第轴横向框架活载图（图3.13）图3.13  第轴横向框架活载图（kN/m）3.1.4  风载计算    一、 计算资料：根据任务书可知，教学楼位于城市郊区，属B类场地；基本风压。因结构高度与30m接近，可取；可查荷载规范。对于一般矩形建筑，风载体型系数0.8+0.51.3，但是本教学楼为“L”形，根据“高规”3.2.5条，风载体型系数1.4；根据“荷载规范”附录E.2.2之规定，一般钢筋混凝土框架结构自振周期经验公式如下：                      ;            （3.1）其中：H：建筑主体高度（m）      B：建筑宽度    （m）由于本教学楼平面上呈“L”形，立面上有变化，所以不能直接用其高度与宽度，应于折算：         （3.2）                （3.3）将H，B代入上式：                     （3.4）本教学楼为7层钢筋混凝土框架结构，根据“高规”附录E.2.1，其自振周期大约为：，考虑到两者互相印证，将计算的自振周期放大：二、风载计算：由 ， 且为B类场地。查表3.2.9-1可得：，由：                       （3.5）查表3.2.6-2可得：对于质量和刚度延高度分布比较均匀的弯剪型结构：                        （3.6） 所以可得：                 （3.7） 风压：（3.8）折算成作用于第轴横向框架的线荷载：     （3.9）分别取z5.0，10.0，15.0，20.0，25.0，30.0，40.0计算，标绘于图上。然后将每一楼层势力范围内的分布风荷载合成集中力，作用在该层楼板处。设每层集中风载值分别为。               表3.2   标准高度风载计算z(m)zk'512.42 1012.64 151.143.16 201.253.62 251.424.21 301.564.73 401.565.16 图3.14  风载计算简图（kN）3.1.5 水平地震作用计算为简便起见，仅计算第轴横向框架受力范围内结构所受的地震作用。一、计算重力荷载代表值  恒载0.5活载                （3.11）    1.第轴框架势力范围内各层自重：    a、顶层：    ;    b、中间层：    2.第轴框架势力范围内各层活载：a、顶层：（据“荷载规范”，不计入屋面活载，计入雪荷载）    b、底层：    c、二六层：（普通教室活载2.0）    3.自重荷载标准值（）             二、 地震作用计算 根据任务书，本教学楼所在建筑场地属于类一组，查表可知，。   上部结构按7度设防设计，多遇地震下，              （3.12）   利用底部剪力法求地震作用。       （3.13）                              （3.14）    又因：，所以             （3.15）    由此可得：                        三、验算抗震规范5.2.5 抗震验算时，要求结构任一楼层的水平地震剪力应满足 （抗震规范5.2.5）  ，取为 0.016进行验算。1.                   满足。2.                   满足。3.            ;       满足。4.                   满足。5.                   满足。6.                   满足。7.                   满足。     将地震作用标绘于计算简图上，如图3.15所示。图3.15  地震作用（kN）第二节  内力计算3.2.1  恒载内力一、梁、柱参数汇总：根据2.2截面参数计算，现将第轴横向框架梁、柱相关参数作一汇总：其中：第轴横向框架为中框架，考虑板对内力计算的影响（“T”型截面），对梁的惯性矩进行折算，折算惯性矩。线刚度按下式计算：                             （3.21）表3.4  第轴框架梁几何参数断面hb（mm2）跨度（mm）矩形截面惯性矩（mm4）折算惯性矩（mm4）线刚度i（Nmm）40025027001.33E+092.66E+092.76E+1060025063454.50E+099.00E+093.97E+10同理，列表计算柱相关参数如下：表3.5  第轴框架柱参数类型层次断面hb（mm2）层高（mm）截面惯性矩（mm4）线刚度i（Nm）KD值边柱745045042003.42E+