6层框架教学楼毕业设计计算书.doc

土木工程专业本科

毕 业 设 计

某学院综合教学楼(框架结构)

班 级： 0459 班
学 号： 025 号
姓 名：任 金 花

某学院综合教学楼(框架结构)
设计说明书
一、 建筑设计
二、 结构设计
建筑设计
一、 工程概况;
该工程为某学院综合教学楼，该教学楼工程已经城市规划局审定批准。该综合教学楼为钢筋混凝土框架结构，建筑面积为：4064.1m2,层高为:3.9m，总层数为6层。
二、 建筑说明
1、 建筑布置：
供学生上课的教室（32-34个），语言教室（1-2个），计算机房及办公室（2个），电教室及办公室（1-2个），资料室及办公室（2个），每层设教师休息室1个，男女厕所各1个。
2、 平面处理
平面柱网采用3.6m*6.0m及3.6m*3.0m柱网，横向3跨，跨度为15.0m，纵向为12跨，跨度为43.2m，布置整齐。
3、 立面处理
因综合教学楼布置较整齐，立面没有高低凹凸之感，以平面为主，外墙采用外墙涂料喷涂，对窗户及雨棚等加以颜色区别，起点缀作用。
4、 基础处理

基础采用C30钢筋混凝土条形基础，C10混凝土垫层100mm厚，基底标高为:-2.3m。
5、 交通布置
采用内走廊布置，设一个楼梯，供交通使用。
6、 采光
为保证各教室的采光度，采用天然采光及照明辅助方式，窗采用塑钢，门采用木材。
7、 通风、水电暖部分
通风采用自然通风，全楼均用热水采暖，除走廊用吸顶灯外，其他均用日光灯照明，门厅可设壁灯，各房间均有插座。
三、 工程做法及说明
1、 内墙:采用普通内墙涂料，做法详见05J1
2、 外墙:采用高级外墙涂料喷涂墙面，做法详见05J1
3、 屋面:三毡四油撒绿豆砂，150mm厚1：8水泥焦渣找坡，冷底子油热沥青各一道，20mm厚的水泥砂浆找坡，40mm厚的钢筋混凝土整浇层，预应力空心板，吊项。
4、 楼面:水磨石地面，50mm厚钢筋混凝土整浇层，预应力空心板，吊项。
5、 地面:厕所地面铺瓷砖；语言教室、计算机房、电教室铺木地板；其余地面均为水磨石地面，做法详见05J1
6、 顶棚: 做法详见05J1
7、 其他: 做法详见05J1

结构设计
一、 设计资料
二、 结构方案论证
三、 结构选型及主要工程做法
四、 结构布置及结构计算简图确定
五、 荷载计算
六、 内力计算
七、 内力组合
八、 截面设计
九、 楼面设计
十、 基础设计
十一、 绘制施工图
一、 设计资料
1、 设计标高：室内设计标高为：室外高差450mm
2、 工程地质条件：
建筑物场地位于渭河II 级阶地上，地形较平坦，勘测表明，场地地层从上到下由素填土和黄土状土构成，其中素填土层厚1.4-2.5m以下为黄土状土层，其主要物理、力学指标为：W=26.0 Y=19.8KN/m3 e=0.9 Sr=87.4% d=2.7 Wp=14.6 W1=25.3 a=0.42Mpa-1 Es=4.74Mpa fk=150Kpa
场地为级非自重湿陷型黄土场地，地下水位标高为-8.6m，在多雨季节无显著变化，地下水位无侵蚀性，土壤冻结深度为-0.5m，冰冻期为35
天，室内外计算温度T=-8℃-32℃
3、 气象条件
某地区：最热月平均温度27.3℃（绝对最高气温41.7℃），最冷月平均温度-1.7℃（绝对最低气温-20.6℃）。空气相对温度：最热月平均72%，最冷月平均70%，主导风向：冬夏季为东北风，基本风压：0.35KN/m2，基本雪压值：0.3 KN/m2。
4、 抗震设防
某地区为8度抗震设防，二类场地设计。
二、 结构方案特征
鉴于本建筑物为综合教学楼，跨度大，隔墙少，由结构规范可知，地震区的框架结构不超过10层，高度不超过45m,本建筑共6层，高度为：3.9*6=23.4m故采用现浇全框架结构，混合承重方案。
三、 结构选型及主要工程做法
本结构为现浇全框架结构，层高为3.9m，横向3跨，跨度为6.0m、3.0m、6.0m，纵跨为12跨，跨度为3.6m.
1、屋面做法：三毡四油撒绿豆砂，150mm厚1：8水泥焦渣找坡，冷底子油热沥青各一道，20mm厚的水泥砂浆找坡，40mm厚的钢筋混凝土整浇层，预应力空心板，吊项。
2、楼面做法：水磨石地面，50mm厚钢筋混凝土整浇层，预应力空心板，吊项。
3、门窗做法：窗全部选用塑钢窗，门除一层门厅外，门廊处采用铝合金门外，其余均采用木门。

4、墙身做法：墙身采用加气混凝土砌块填充，用M5混合砂浆砌筑，内粉刷采用混合砂浆打底，厚20mm，内墙涂料两遍；外墙采用1：3水泥砂浆打底，厚20mm，高级外墙涂料喷涂。
5、雨棚结构：选用现浇方式，从框架梁上挑出。
6、过梁：均以框架梁代替过梁。
7、基础：条形基础。
8、地基：基础埋深-1.85m，土方开挖至黄土层，3:7灰土处理至基底处.
四、结构布置及结构计算简图确定
1、结构平面布置如图：

2、梁、柱截面尺寸初估算：
（1）框架梁
横向框架梁：高度通常取h=1/8-1/12,宽度通常取b=(1/2-1/3)h,AB、CD跨：
取h=600mm,b=300mm;BC跨：取h=400mm,b=250mm;
纵向框架梁：AD轴: 取h=400mm,b=250mm;
BC轴：取h=400mm,b=250mm; 取h=600mm,b=300mm;
（2）框架柱:框架柱截面取：500mm*500mm.
（3）板：现浇板厚取100mm.
(4)选用材料：框架梁柱采用C30混凝土，板采用C20混凝土，钢筋采用I、II级
3、结构计算简图确定
根据地质资料确定基础顶面离室外地面为550mm，由此得出底层层高为：3.9+0.45+0.55=4.9m,各梁柱构件的线刚度计算如下：
AB、CD跨梁：i=2E*1/12*0.3*0.63/6=18*10-4E（m3）
BC 跨梁：i=2E*1/12*0.25*0.43/3=8.89*10-4E（m3）
E层柱：i=E*1/12*0.5*0.53/3.9=13.35*10-4E（m3）

底层柱i=E*1/12*0.5*0.53/49=10.63*10-4E(m3)
(注：在求梁截面惯性矩时考虑现浇楼板作用，取I=2I0,I0为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯矩)
五 荷载计算
1、恒载计算
（1）屋面框架梁线荷载标准值：
a 屋面恒载：
二毡三油防水层:0.35KN/m2
20mm厚1：2水泥砂浆找平层： 0.02*20=0.4 KN/m2
100-140mm厚膨胀珍珠岩保温层：（0.1+0.14）/2*7=0.7 KN/m2
100mm厚现浇板： 0.1*25=2.5 KN/m2
15mm厚底板抹灰： 0.015*20=0.3 KN/m2
屋面恒载: 4.23 KN/m2
b 屋面梁自重及侧粉刷：
AB CD跨梁 自重：0.3*0.6*25=4.5KN/m
粉刷: 2*(0.6-0.1)*0.02*17=0.34 KN/m KN/m
合计: 4.84 KN/m
B C 跨梁 自重：0.25*0.4*25=2.5KN/m
粉刷: 2*(0.4-0.1)*0.02*17=0.2 KN/m
合计: 2.7KN/m
C 屋面梁的线荷载：
gTAB1=gTCD1=4.84 KN/m gTBc1=2.7 KN/m

gTAB2=gTCD2=4.39*3.9=17.12 KN/m gTBc2=gTCD1=4.39*3=13.17 KN/m
(2)楼面框架梁线荷载标准值：
20mm厚水磨石面层： 0.02*24=0.48 KN/m2
20mm厚水泥砂浆找平层： 0.02*20=0.4 KN/m2
100mm厚现浇板： 0.1*25=2.5 KN/m2
15mm厚底板抹灰： 0.015*20=0.3 KN/m2
楼面荷载： 3.68 KN/m2
b 框架梁及粉刷填充墙自重：
边跨AB 、CD梁及侧粉刷 ：4.84KN/m
边 跨 填 充 墙 自 重: 0.25*（3.6-0.6）*12=9KN/m
边 跨 填 充 墙 墙 面 粉刷：（3.6-0.6）*0.02*2*17=2.04 KN/m
合 计: 11.04 KN/m
中跨B C梁及梁侧粉刷 ： 2.7KN/m
C 中间层框架梁线荷载：
gAB1=gCD1=4.84+11.04=15.88 KN/m gBc1=2.7 KN/m
gAB2=gCD2=3.68*3.6=13.25 KN/m gBc2=3.68*3=11.04KN/m
（3）屋面框架节点集中荷载标准值：
a边柱连系梁 自重：0.3*0.6*3.6*25=16.2KN/m
粉刷: 0.02*(0.6-0.1)*2*39*17=1.23 KN/m KN/m
合计: 17.43KN/m
600mm高女儿墙自重：0.6*3.9*0.24*19=9.85KN/m
粉刷: 0.6*0.02*2*3.9*17=1.47 KN/m

连续梁传来屋面自重：1/2*3.9*（1/2*3.9）*4.39=14.22 KN/m
顶层边节点集中荷载：GTA=GTD=42.97 KN/m
b中间连系梁 自重：0.25*0.4*3.6*25=9KN/m
粉刷: 0.02*(0.4-0.1)*2*3.6*17=0.74 KN/m
连续梁传来屋面自重：1/2*（3.9*2-3）*1.5*4.39=13.83KN/m
1/2*3.9*（1/2*3.9）*4.39=14.22 KN/m
顶层边节点集中荷载：GTB=GTC=37.79 KN/m
（4）楼面框架节点集中荷载标准值：
a边柱连系梁 自重：0.3*0.6*3.6*25=16.2KN/m
粉刷: 0.02*(0.6-0.1)*2*39*17=1.23 KN/m
铝合金窗自重：3.4*2.3*0.5=3.91 KN/m
墙体自重：（1.3-0.6）*0.25*3.4*12=7.14KN/m
粉刷:0.7*0.02*2*3.4*17=1.62KN/m
连续梁传来屋面自重：1/2*3.9*（1/2*3.9）*3.68=13.99 KN/m
中间层边节点集中荷载：GA=GD=69.57 KN/m
b中柱连系梁 自重：9.75 KN/m
粉刷: 0.8 KN/m
内纵墙自重：3.4*3.2*0.25*12=32.64
粉刷：3.4*3.2*0.02*2*17=7.4
扣除门洞加上门窗：-2.4*1.0*0.25*12+2.4*1.0*0.7=-5.52
框架柱自重：22.5
粉刷：1.53

连续梁传来屋面自重：1/2*（2.9*2-3）*1.5*3.68=13.25KN/m
1/2*3.9*（1/2*3.9）*3.68=13.99 KN/m
顶层边节点集中荷载：GB=GC=96.34KN/m
（5）恒载作用下的结构计算简图

2、楼面活荷载计算
楼面活荷载作用下的结构计算简图
活荷载：屋面活荷载：1.5KN/M2, 教师楼面活荷载：2.0
走廊楼面活荷载：2.5
各荷载值计算如下
PTAB=PTCD=1.5*3.9=5.85
PTBC=1.5*3=4.5

PTA=PTD=1/2*3.9*1/2*1.5*3.9*1.5=5.7
PTB=PTc=1/2*3.9*1/2*3.9*1.5+1/2*(3.9*2-3)*1.5*1.5=11.10
PAB=PCD=2.0*3.9=7.8
PBc= 2.5*3=7.5
PA=PD=1/2*3.9*1/2*3.9*2.0=7.605
PB=PC=1/2*3.9*1/2*3.9*2.0+1/2(.3.9*2-3)*1.5*2.5=16.605
3．风荷载计算
风压标准值计算公式为 W=BZ*U8*UZWO
该结构高度为25。6M〈30M，取结构体型为矩形，取W=1.3.Uz查《荷载规范》可得其值。当Uz﹤1.0时，取Uz=1.0,将风荷载换算成作用于框架每层节点上得 集中荷载，表中A为一榀框架每层节点的受风面积计算结果如下：

风荷载作用下结构计算简图见图5
4地震作用计算：
该结构设计仅考虑地震水平作用，因该建筑物高度小于40米。以剪力计算为主，因质量和刚度沿高度分布；比较均匀。故采用底部剪力法计算水平地震作用力。
（！）计算各层的总重力荷载代表值。

屋面G=4.23*43.7*15.5=2865.192N
屋面雪荷载：0.2*43.7*15.5=135.47 取50﹪ , 则为67.74KN
纵横梁自重：
(4.84*6.0*2+2.7*3)*13+(4.84*4.37*2.7*43.7)=1519.34
框架柱自重：
0.52*【（3.6-0.6）*30+（3.9-0.4）*22】 *25=1002.522KN
粉刷：1.25*0.02*(3*30+3.2*22)*1.77=68.17KN
楼面恒载：3.68*48.6*16.2=2897.34KN
楼面活荷载：
2.0*6.6*2*48.6+2.5*3*48.6=1647.54KN取50﹪，则为823.77KN
标准层纵横墙自重：
S=(48.6*2+16.2*2-3.0*0.5)*(3.6-0.6)+(48.6*2-5.7-3.9+6.6*1.3-3.7*0.5)*3.2-(3.4*2.3*11*2+5.2+2.3*2+0.5*2.3*2+4*1.2*0.6)-(2.4-1.0*18)=114.6*3+154.9*3.2-(210.34+43.2)=585.94㎡
G=585.94*3.68=2156.26KN
铝合金窗自重：210.34*0.5=105.17KN
木门自重：43.2*0.7=30.24KN
底层纵横墙自重：S=114.6*3+（3.9*8*2+3.9+6.6*12-28*0.5）*3.2-（3.4*2.3*22+5.22.3*1）-（2.53*2+5.2*3）-（1*2.4*13）=14.6*3+123.7*32-184-30.6-31.2=493.84㎡
K=493.84*3.68=1817.33KN
铝合金窗自重：184*0.5=92KN

铝合金门自重：30.6*0.5=15.3KN
木门自重：31.2*0.7=28.84KN
所以：1817.33+92+15.3+21.84=1964.4Kn
顶层重力荷载：
3456.33+78.73+1668.7+1070.67+2291.67=8566.1KN
二~六层重力荷载：2897.34+823.77+166.87+1070.67=2291.67
=8752.15KN
低层重力荷载：2879.34+823.79+1669.7+1070.67+1946.67
=8406.95KN
2）计算2，地震影响系数：
按经验公式确定结构的基本自振自期：T1=0.22+0.035H/B1/3,式中H为结构总高度：6*3.9+4.6=28m B为结构总宽度：6*2+3=15m
所以T1=0.22+0.035*21.2/16.21/3=0.5824S
按设防烈度为8度，由《规范》查得水平地震影响系数最大值amax=0.16
按近震Ⅱ3类场地查得特征周期Tg=0.305,则地震得 影响系数a为a=(Tq/T1)M.9amax=(0.3/0.15824)0.9*0.16=0.088
3)计算结构的总重力荷载代表值Ge
Ge=∑G12=8566+875*5+8407=607332KN
4)计算地震作用标准值：（本结构有13榀框架）1
Fek=Z1Geg= Z10.85Ge=0.088*0.85*60733=4542.8KN
Fek=Fek总/13=4542.8/13=349.52KN
5)计算每榀框架承受的地震作用Fi
因为F1=0.5824S＞1.4TG=1.4*0.3=0.42S
考虑顶部附加地震作用系数Sn=0.087+0.07=0.08*0.5824+0.07=0.11
所以顶部附加水平水平地震作用△Fn=SnFEK=0.117*349.5=40.89KN
Fi=Gi*Hi/∑Gi*Hi*FEK（1-Sn）
地震作用力计算
层次
Hi（m）
Gi(KN)
GiHi(KN.M)
Fi(KN)
6
22.6
8752
197795
65.1
5
19.0
8752
166288
54.8
4
15.4
8752
134781
44.4
3
11.8
8752
103274
34.0
2
8.3
8752
71766
23.6
1
4.6
8407
38672
12.7
六．内力计算
1.恒载作用下的内力计算：
恒载（竖向荷载）作用下的内力计算采用分层法
柱与浅刚度取框架柱实际浅刚度的0.9倍
1） 弯矩分配系数：
2） 顶层内力计算：
图8(a)中梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成，根据固定端弯矩相等的原则，先将梯形分布荷载及三角形分布荷载Fe为等效均布荷载图8(b)
a=1.95/6.6=0.295

g边=gTb1+(1-2a2+a3)gtB2
=4.84+(1-0.2952+ 0.2952 )*17.12=19.42KN
gk=gTBC1+5/8 gTBC2=2.7+5/8*13.17=10.93KN
结构内力可以用弯矩分配法计算，并可利用结构对称性取二分之一的结构计算，各杆的固端弯矩为：
MAB=MBA=1/2 g边t边=1/12*19.42*6.62=70.49KN.m
Mcb=1/6g1中t2中=1/6*9.6*1.52= 4.1KN.m
3） 二~六层的内力计算
计算解图同顶层
G边=gAB1+(1-222+23)gAB2
=15.88+(1-2*0.2952+0.2953)*14.35
=28.10
G`中=gBC1+5/8gBC2=2.7+5/8*11.04=9.6KN
MAB=MBA=1/12g`边 t2边=1/12*28.10*6.62
=102.0KN.m
MBC=1/3*9.6*1.52=7.2KN.m
MCB=1/6g`中t2=1/6*9.6*1.52=3.6KN.m
4)底层内力计算：
g边=28.10 KN.m g中=9.6 KN.m
MAB=MBA=102 KN.m MBC=7.2 KN.m MCB=3.6 KN.m

(5)将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得整个框架结构在恒载作用下的弯矩图，并进而可求得框架各梁柱的剪力和轴力，框架的弯矩图，轴力图，剪力图，见图13、14.

欲求跨中弯矩，则不能按等效分布荷载计算，而需要根据求得的支座弯矩和等距的实际荷载分布，按平衡条件计算。
①顶层边跨

M1中=1/8*4.84*6.62=26.35
M2中=17.12*(1/3*1.952+1/4*2.7*6.6-1/8*2.72)=82.37
M中=-(40.64+53.53)/2+26.35+82.37=61.64
②中间层
M1中=1/8*15.88*6.62=86.47
M2中=14.35*(1/3*1.952+1/4*2.7*6.6-1/8*2.72)=69.00
M中=-（75.3+84.32）/2+86.47+69=75.7
③底层
M中=-(73.04+82.86)/2+86.47+69.04=77.56
2、楼面活荷载作用下的计算

活荷载作用下的内力计算采用分层法，考虑到活荷载的
分布最不利组合,各层楼面活荷载的布置又能不利组合，采用弯矩分配法计算，计算结果见图１5.
3、风荷载作用下的内力图
风荷载作用下的内力计算采用D值法，计算过程见图16
由图5风荷载作用下结构计算见图可见。风荷载分布近似看作均布荷载柱反弯点高度y。由规范中查得，然后计算各柱的弯矩值，并由节点平衡条件计算得梁的弯矩值，最后以梁为脱离体，求得梁内剪力，自上而下逐层叠加节点左右的梁端剪力，求得柱内轴力，如图17，

a.剪力在各柱间分配（KN）
b.各柱反弯点及柱端弯矩
P6=8.18
VP6=13.93
K=1.13
K=1.74
Y0=0.407
Y0=0.437
a=0.36
a=0.47
M上=6.45
M上=7.49
V6=3.02
V6=3.94
M下=4.42
M下=6.20
P5=7.79
VP5=21.72
K=1.13
K=1.74
Y0=0.450
Y0=0.450
a=0.36
a=0.47
M上=9.33
M上=12.18
V5=4.71
V5=6.15
M下=7.63
M下=9.96
P4=7.28
VP4=29
K=1.13
K=1.74
Y0=0.457
Y0=0.487
a=0.36
a=0.47
M上=12.30
M上=15.16
V4=6.29
V4=8.21
M下=10.35
M下=14.39
P3=6.64
VP3=35.44
K=1.13
K=1.74
Y0=0.457
Y0=0.487
a=0.36
a=0.47
M上=15.4
M上=18.63
V3=7/73
V3=10.09
M下=12.72
M下=17.69
P2=6.39
VP2=42.03
K=1.13
K=1.74
Y0=0.500
Y0=0.500
a=0.36
a=0.47
M上=16.40
M上=21.42
V2=9.4
V2=211.90
M下=16.40
M下=21.42
P1=6.79
VP1=48.82
K=1.45
K=2.23
Y0=0.606
Y0=0.550
a=0.57
a=0.65
M上=20.66
M上=26.93
V1=11.40
V1=13.01
M下=31.78
M下=32.92
5、 地震作用下的内力计算
内力计算采用D值法，过程见图19
由图6地震荷载作用下结构计算图可见，地震荷载分布沿竖向倒三角形分布，各柱反弯点、高度y，由规范中查得从而进行计算。
弯矩图，简力图，轴力图见图20、21
F=65.1
VF6=180
F=1.31
F=1.74
g=0.45
g=0.45
a=0.36
a=0.47
M上=71.3
M上=100.9
V6=39.04
V6=50.96
M下=63.24
M下=82.56
F=54.74
VF5=234.8
F=1.31
F=1.74
g=0.457
g=0.487
a=0.36
a=0.47
M上=199.54
M上=122.78
V5=50.92
V5=66.48
M下=83.77
M下=116.55
F=44.4
VF4=279.2
F=1.31
F=1.74
g=0.457
g=0.487
a=0.36
a=0.47
M上=98.31
M上=145.99
V4=60.55
V4=79.05
M下=99.62
M下=138.59
F=34.2
VF3=313.2
F=1.31
F=1.74
g=0.5
g=0.5
a=0.36
a=0.47
M上=122.26
M上=139.02
V3=67.92
V3=88.68
M下=122.26
M下=159.62
F=23.6
VF2=336.8
F=1.31
F=1.74
g=0.5
g=0.5
a=0.36
a=0.47
M上=131.47
M上=171.85
V2=73.04
V2=95.36
M下=131.47
M下=171.85
F=127.7
VF1=349.51
F=1.31
F=1.74
g=0.628
g=0.588
a=0.36
a=0.47
M上=139.72
M上=176.44
V1=81.65
V1=93.1
M下=235.87
M下=251.82

a简力在各柱间分配（KN.M）
b各柱反弯点及柱端弯矩（KN.M）
图19 地震荷载作用下的内力计算
七、内力组合
根据内力计算结果进行的内力组合，其中梁的控制截面为梁端柱边及跨中，柱则分柱边柱和中柱，有三个控制截面，以四层梁柱为例进行内力组合计算。

图22 梁柱控制截面图
第四层 梁内力组合
荷载类型内力截面
恒载
活载
风载
地震
作用
AB+CD
BC
AB+BC
BC+CD

⑴
⑵
⑶
⑷
⑸
⑹
⑺
⑻
M
1
-60.24
-17.98
0.4
-17.3
0.19
±19.93
±202.13
V
91.64
21.7
-0.23
21.3
-0.08
±5.49
±56.4
M
2
75.7
18.86
-0.38
12.33
-0.07
±1.83
±16.01
V

M
3
-67.46
-19.36
-1.15
-21.35
-0.33
±16.28
±170.11
V
-93.82
-22.12
-0.23
-22.52
-0.08
±5.49
±56.4
M
4
-14.77
-2.82
-3.17
-8.29
-1.04
±8.84
±92.43
V
14.4
0
7.04
9.46
4.62
±5.89
±61.62
M
5
-1.14
-2.82
2.1
6.39
6.59
0
0
V

注：竖向荷载调幅，梁端80%，跨中不调