土木工程毕业设计某实验楼设计.docx

2012届毕业设计（论文）
长沙市第二中学综合实验楼设计

教 学 部：
包装与土木工程教学部
专 业：
土木工程
学 生 姓 名：

班 级：
建工0802
学号
指导教师姓名：

职称 副教授
最终评定成绩

2012年5 月

湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）

长沙市第二中学综合实验楼设计

教 学 部：包装与土木工程教学部
专 业：土木工程

2012年 5月

摘 要

本设计是根据《建筑结构荷载设计规范》（GB50009—2001）、《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）、《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）、《建筑结构制图标准》( GB/T 50105-2001)，并按毕业设计任务书的要求且基于AutoCAD、天正建筑、PKPM等专业软件完成的。设计内容包括建筑设计、结构设计、施工组织设计三大部分。设计成果主要包括建筑方案的确定、建筑平面设计、建筑立面设计、结构平面布置及选型、框架结构的计算、基础和楼梯的计算、施工进度计划的制定、施工组织设计方案的确定，手工绘制的一榀框架和基础的结构施工图，电脑绘制的建筑施工图、平法结构施工图、基础和楼梯施工详图、施工网络进度计划图、施工组织设计总平面图等。按照结构计算过程及毕业设计文本格式要求编制了结构计算书。设计深度和广度达到了《毕业设计任务书》的要求本设计建筑功能齐全，结构安全、合理，施工布置及进度安排合理。

关键词：建筑设计,结构设计，施工组织设计,内力计算，配筋计算

ABSTRACT

This design was accomplished according to the "Load code for the design of building structures " (GB50010-2002), " Code for seismic design of building " (GB50101-2001), " Code for design of building foundation " (GB50072002) , " Code for design of concrete structures " (GB50009-2002) , “Standard for structural drawings”(GB/T 5105-2001), and in accordance with the requirement of the “book of design task”, and by means of use of the professional design software such as the AutoCAD2004，TC7.0、PKPM2005 etc. The contents of design include the design of architecture, structure and construction schedule. The main results of design contain the architectural program determined, the architectural plane design, the architectural elevation design, the structural layout selection, the artificial calculation of a frame structure and artificial calculation of a foundation and a stairs, the construction schedule formulated, design of constructional arrangement, the structural construction drawings done by hand for a frame and a foundation, the architectural construction drawings and the structural construction drawings and the detail drawings of construction and drawings of network plans of construction and the total plane drawing of constructional organization design by means of computer. the “calculation book” was drawn up according to the calculation process and the requirement of text format . The degree of depth and scope of design met the requirement of the “book of design task”. This building finished possesses completely architectural function, safe and reasonable structure. The scene arrangement and time schedule of construction is reasonable too.

Keywords: Architectural design, Structural design, Design of construction organization, Calculate of internal force , Calculate of reinforcements

目 录

第1章 绪论 1
1.1 工程名称 1
1.2 工程概况 1
1.3 工程地质情况 1
1.4 荷载 1
1.5 抗震设防烈度 1
1.6 材料强度等级 1
1.7 参考图集及规范 1
第2章 结构选型 2
2.1 结构体系选型 2
2.2 其它结构选型 2
第3章 结构平面布置 3
第4章 截面尺寸估算 4
4.1 计算单元的选取 4
4.2 梁截面尺寸估算 4
4.3 柱截面尺寸估算 5
第5章 荷载计算 5
5.1 楼面恒荷载标准值的计算 6
5.2 楼面活荷载标准值的取值 8
5.3 竖向荷载下的框架受荷总图 8
5.3.1框架梁受荷计算 8
5.3.2框架柱受荷计算 9
5.4 横向风荷载计算 12
第6章 梁柱线刚度计算 12
6.1 框架柱线刚度的计算 13
6.2 框架梁线刚度的计算 13
第7章 框架的侧移验算 15
7.1 框架各柱侧移刚度D的计算 15
7.2 框架侧移验算 16
第8章 内力计算 16
8.1水平荷载作用下框架的内力计算 17
8.1.1 框架柱反弯点位置、杆端和梁端弯矩的确定 17
8.1.2 风荷载作用下内力计算 19
8.2 竖向荷载作用下框架的内力计算 27
第9章 内力组合 38
9.1 内力调幅 38
9.2 内力组合 41
第10章 框架结构的配筋计算 52
10.1 框架梁截面设计 52
10.1.1 正截面承载力计算 52
10.1.2 斜截面承载力计算 52
10.1.3 裂缝宽度验算 53
10.2 框架柱截面设计 53
10.2.1 轴压比验算 54
10.2.2 截面尺寸复核 54
10.2.3 正截面承载力计算 54
10.2.4 垂直于弯矩作用平面的受压承载力验算 55
10.2.5 斜截面承载力计算 56
第11章 柱下独立基础设计 66
11.1 确定基础类型 66
11.2 基础受荷计算 66
11.3 确定基础尺寸 67
11.3.1 地基承载力特征值修正 66
11.3.2 初选基地尺寸 67
11.3.3 几何数据及材料特性 67
11.3.4 荷载数据 67
1.3.5 修正地基承载力 68
1.3.6 基础抗冲切验算 68
1.3.7 基础局部受压验算 69
1.3.8 受弯计算结果 69
1.3.9 施工配筋图 71
第12章 楼梯的设计 72
12.1 荷载计算 72
12.2 内力配筋计算 73
12.3 板式楼梯配筋图 74
第13章 施工组织设计 75
13.1 编制程序 75
13.2 工程概况 75
13.2.1 工程资料 75
13.2.2 水文地质条件 75
13.2.3 工程施工条件及特点 76
13.3 施工总体部署 76
13.3.1 施工工期 76
13.3.2 施工顺序 76
13.4 施工准备 78
13.4.1 技术准备 78
13.4.2 生产准备 79
13.4.3 劳动力准备 79
13.5 施工方案及主要技术措施 79
13.5.1 土方工程施工方法 79
13.5.2 钢筋工程施工方法 80
13.5.3 焊接工程施工方法 82
13.5.4 模板工程施工方法 83
13.5.5 混凝土工程施工方法 84
13.5.6 砌体工程施工技术方案 85
13.5.7 装饰工程施工技术方案 87
13.5.8 铝合金窗施工方法 90
13.5.9 施工测量方法 91
13.6 施工进度计划 92
13.6.1 工程量的计算 92
13.6.1.1基础工程 92
13.6.1.2主体工程 93
13.6.1.3装饰工程 95
13.6.2 分项工程持续时间的计算 97
13.7 资源计划 103
13.7.1 机械设备配备计划 103
13.7.2 施工计量器具的投入 104
13.7.3 劳动力计划 104
13.7.4 材料采购及质量管理 105
13.8 施工总平面图设计 105
13.8.1 设计依据 105
13.8.2 设计原则 106
13.8.3 设计步骤 106
13.8.4 施工准备工作计划 106
13.8.5 总平面管理 107
13.9 技术组织措施 108
13.9.1 技术措施 108
13.9.2 保证工程质量措施 109
13.9.3 安全措施 112
13.9.4 文明施工措施 113
13.9.5 降低成本措施 116
结论 117
参考文献 118
致谢 119

第1章 绪论

1.1 工程名称
长沙市第二中学综合实验楼设计
1.2 工程概况
该商业办公楼为现浇钢筋混凝土框架结构体系，总建筑面积为4100m2主体五层，各层层高为3.6m,建筑总高度16.7m，高差为0.45m。
1.3 工程地质情况
地基土由上至下依次为：填土、粘土、粉质粘土、砂砾组成，各层的分布状况为：
±0.000m～－0.600m为杂填土
－0.600m～－0.900m为粘土 ＝180kN/m2
－0.900m～－1.500m为粉质粘土，＝210kN/m2
－1.500m～－2.000m为砂砾， ＝250kN/m2
－2.300m以下 为圆砾， ＝300kN/m2
1.4 荷载
基本风压W0=0.30kN/m2；基本雪压S0=0.35kN/m2，场地类别为Ⅱ类，结构正常使用环境类别为二（a），楼面活荷载（楼面、办公室为2.0kN/m2,走廊为2.5kN/m2）上人屋面活载为2.0 kN/m2 。
1.5 抗震设防烈度
抗震设防烈度为6度, 不做抗震计算，按四级抗震构造设防。
1.6 材料强度等级
砼等级C30，纵向受力主筋HRB335级，箍筋HPB235级。
1.7参考图集及规范
《结构荷载设计规范》（GB50009—2002）
《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）
《平面整体平法表示法》( 03G101—1)
《抗震结构设计规范》 ( 03G101—1)
98ZJ-中南标2002版

第2章 结构选型

2.1 结构体系选型
采用钢筋混凝土现浇框架结构（横向承重框架）体系。
2.2 其它结构选型
(1) 屋面结构：采用现浇钢筋混凝土肋形屋盖，刚柔性相结合的屋面，板厚120mm。
(2) 楼面结构：全部采用现浇钢筋混凝土肋形楼盖，板厚120mm。
(3) 楼梯结构：采用钢筋混凝土现浇板式楼梯。
(4) 过梁：采用预制混凝土过梁。
(5) 基础梁：采用现浇钢筋混凝土基础梁。
(6) 基础：采用柱下独立基础。
(8) 天沟：采用现浇天沟。

第3章 结构平面布置

结构布置及一榀计算框架的选取位置如图3.1所示。

图3.1 标准层结构平面布置图 1：100
第4章 截面尺寸估算

4.1 计算单元的选取

图4.1 标准层建筑平面图（局部）
4.2 梁截面尺寸估算
由《混凝土结构设计》[1] 知，梁宽不小于200mm，梁高不大于4倍梁宽，梁净垮不小于4倍梁高。一般情况下，框架梁的截面尺寸可按下列公式估算：
（4.1）
（4.2）
式中 --梁的计算跨度；
--梁的截面高度；
--梁的截面宽度。
据此选取粱截面：边框架梁：300mm×750mm 。（图中轴线编号F,C,B,A在下图中改为1,2,3,4）

4.3 柱截面尺寸估算
根据规范，柱截面宽b不小于250mm，柱净高与截面高度之比不宜小于4。框架柱的截面尺寸可按下列公式估算：
（4.3）
（4.4）
式中 --第层层高；
--柱的截面宽度；
--柱的截面高度。
由上可知，该框架柱均采用400×400 mm2，选用C30混凝土（底层柱采用C35混凝土）。

第5章 荷载计算

5.1 楼面恒载标准值的计算
（1）屋面：
防水层（刚性）30mm厚C20细石混凝土防水： 1.00 kN/m2
防水层（柔性）三毡四油铺小石子： 0.40 kN/m2
找平层：15mm厚水泥砂浆： 0.015m×20 kN/m3=0.30 kN/m2
找坡层：65mm厚水泥石灰焦渣砂浆2%找平 0.065m×14 kN/m3=0.91 kN/m2
找平层：15mm厚水泥砂浆： 0.015m×20 kN/m3=0.30 kN/m2
保温层：80mm厚矿渣水泥： 0.08m×14.5kN/m3=1.16kN/m2
结构层：120mm厚现浇钢筋混凝土板： 0.12m×25.0kN/m3=3.00kN/m2
抺灰层：10mm厚混合砂浆： 0.01m×17.0kN/m3=0.17kN/m2
合计： 7.24 kN/m2
（2）标准层楼面：
大理石面层水泥砂浆擦缝
30mm厚1∶3干硬性水泥砂浆，面上撒2厚素水泥 1.16kN/m2
水泥浆结合层一道
结构层：120mm厚现浇钢筋混凝土板： 0.12m×25.0kN/m3=3.00kN/m2
抺灰层：10mm厚混合砂浆： 0.01m×17.0kN/m3=0.17kN/m2
合计： 4.33kN/m2
（3）各层走廊楼面
水磨石地面：10㎜厚面层
20㎜水泥砂浆打底 0.65 kN/m2
素水泥砂浆结合层一道
结构层：120mm厚现浇钢筋混凝土板： 0.12m×25.0kN/m3=3.00kN/m2
抺灰层：10mm厚混合砂浆： 0.01m×17.0kN/m3=0.17kN/m2
合计： 3.82kN/m2
（4）各层梁自重
300mm×750mm
梁自重 : 25.0kN/m3 ×0.3m ×(0.75m-0.12m)=4.70kN/m
抺灰层:10mm厚混合砂浆:
0.01m×[(0.75m-0.12m) ×2+0.25m] ×17.0kN/m3=0.27kN/m
合计： 4.97kN/m
300mm×300mm : 25.0kN/m3 ×0.2m ×(0.30m-0.12m)=0.9kN/m
抺灰层:10mm厚混合砂浆:
0.01m×[(0.30m-0.12m) ×2+0.25m] ×17.0kN/m3=0.1kN/m
合计： 1.00kN/m
（5）各层柱自重
400mm×400mm : 25.0kN/m3 ×0.4m ×0.4m=4.00kN/m
抺灰层:10mm厚混合砂浆: 0.01m×0.4m×4×17.0kN/m3=0.27kN/m
合计： 4.27kN/m
（6）外纵墙自重
标准层
墙线荷（含墙）： {[(3.6m-0.75m)×（5.7m-0.4m）-(2.85m×1.8m)]×0.24×16.9 kN/m3+(2.85m×1.8m)×0.35 kN/m2}/5.7m=3.75kN/m
瓷砖贴面： [(5.7m×3.6m-2.85m×1.8m)×0.5kN/m2]/5.7m=1.35kN/m
水泥粉刷内墙面： [(5.7m×3.6m-2.85m×1.8m)×0.36kN/m2]/5.7m=0.97kN/m
合计： 6.07kN/m
底层
墙线荷（含墙）： {[(4.55m-0.5m)×（5.7m-0.4m）-(2.85m×1.8m)]×0.2×
16.9 kN/m3+(2.85m×1.8m)×0.35 kN/m2}/5.7m=10.67kN/m
瓷砖贴面： [(5.7m×4.55m-2.85m×1.8m)×0.5kN/m2]/5.7m=1.83kN/m
水泥粉刷内墙面： [(5.7m×4.55m-2.8m×1.8m)×0.36kN/m2]/5.7m=1.31kN/m
合计： 13.81kN/m
（7）内纵墙自重
标准层
墙体线荷（含墙）： （3.6m-0.75m）×0.2m×16.9 kN/m3=9.63 kN/m
水泥粉刷内墙面： 3.6m ×0.36 kN/m2×2=2.59 kN/m
合计： 12.22kN/m
底层
墙体线荷（含墙）： （4.55m-0.75m）×0.2m×16.9 kN/m3=12.84 kN/m
水泥粉刷内墙面： 4.55m ×0.36 kN/m2×2=3.28 kN/m
合计： 16.12kN/m

5.2 楼面活载标准值的取值
屋面和楼面活荷载标准值：
根据《建筑结构荷载规范》[2]（GB50009-2001）查得：
上人屋面： 2.0 kN/m2 楼面：办公室：2.0 kN/m2
走廊： 2.5 kN/m2
5.3 竖向荷载下框架受荷总图
5.3.1 框架梁受荷计算
WB1 和 LB1 ：，按双向板计算；
WB2 和 LB2 ：，按单向板计算。
板传至梁上的三角形或梯形荷载等效为均布荷载，荷载的传递示意图见图5.1。

图5.1 板荷载传递示意图

（一）①-③轴间框架梁（按双向板计算）
（1）屋面板传荷载：
恒载：
活载：
（2）楼面板传荷载：
恒载：
活载：
（3）屋面梁荷载：
梁自重：
恒载=梁自重+板传荷载=
活载=板传荷载=
（4）楼面梁荷载：
恒载=梁自重+内横墙自重+板传荷载
=
活载=板传荷载=
（二）④-⑥与①-③轴间框架梁相同
（三）③-④轴间框架梁（按单向板计算）
（1）屋面梁荷载：
恒载=梁自重=
（2）楼面梁荷载：
恒载=梁自重=
5.3.2 框架柱受荷计算
（1）①轴柱纵向集中荷载的计算
² 顶层柱
女儿墙自重（做法：墙高1300mm，100mm的混凝土压顶）：

顶层柱恒载（女儿墙自重+梁自重+板传荷载）：

顶层柱活载（板传活载）：

² 标准层
标准层柱恒载（墙自重+梁自重+板传荷载）：

标准层柱活载（板传活载）：

（2）③轴柱纵向集中荷载的计算
² 顶层柱
顶层柱恒载（梁自重+板传荷载）：

顶层柱活载（板传活载）：
①③跨布活载时：

③④跨布活载时：

² 标准层
标准层柱恒载（墙自重+梁自重+板传荷载）：

标准层柱活载（板传活载）：
①③跨布活载时：

③④跨布活载时：

（3）⑥轴柱纵向集中荷载的计算
² 顶层柱
女儿墙自重：
天沟自重（现浇天沟）

顶层柱恒载（女儿墙及天沟自重+梁自重+板传荷载）：

框架在竖向荷载作用下的受荷总图如图5.2所示（图中数值均为标准值）。
载作用下的受荷总图如图5.2所示（图中数值均为标准值）。

图5.2 框架竖向受荷总图
（梁上均布荷载单位为kN/m，梁端集中力单位为kN）
5.4 横向风荷载计算
由《混凝土结构设计》 [1] 查得：风荷载标准值： （5.1）
---基本风压值，，是以当地比较空旷平坦地面离地10m高统计所得的50年一遇10min平均最大风速为标准确定的风压值；
---风压高度变化系数；
---风荷载体型系数；
---高度z处的风振系数；。
---下层层高；
---上层层高，对顶层为女儿墙高度的2倍；
B---迎风面的宽度，B=6m。
本工程为一般多层建筑，且房屋高度H=22.5m<30m，计算部分高宽比H/B<1.5，故可不考虑风振系数。
（1）风荷载体型系数
（查《混凝土结构设计》[1]得）
(2) 风荷载高度系数
本工程的地面地处城市中心地段，粗糙程度取C类。由高度和地面粗糙程度查表
插值计算可得。
(3)楼层风荷载的计算：

（5.2）
计算如下表5.1：
表5.1 楼层风荷载计算表
层数
H(m)

hi

Wi(kN)
5
18.45
0.81
3.6
3.0
7.79
4
14.85
074
3.6
3.6
8.50
3
11.25
0.74
3.6
3.6
8.50
2
7.65
0.74
3.6
3.6
8.50
1
4.05
0.74
4.05
3.6
8.30

第6章 梁、柱线刚度计算

6.1 框架梁线刚度的计算：
由《混凝土结构设计》[1]知：
框架梁截面惯性矩为： （6.1）式中 为截面宽，为截面高。
框架柱截面惯性矩为： （6.2）
线刚度： （6.3）式中 E为砼弹性模量；I为截面惯性矩；为梁计算长度。
由《房屋建筑工程毕业设计指南》[6]知：
对于现浇楼盖，中间框架,边框架。
本计算单元所选取的框架为中间框架，故取。
C30混凝土弹性模量E=3.0×107 kN/m2；
C35混凝土弹性模量E=3.15×107 kN/m2。

6.2 框架柱线刚度的计算：
底 层：
其余各层：

令 ，则 ，，,

其余杆件的相对线刚度见图6.1。

图6.1 KJ-15杆件相对线刚度示意

第7章 框架侧移验算

7.1 框架各柱的侧移刚度D的计算
由《混凝土结构设计》[1]知： （7.1）
式中：——柱抗侧移刚度修正系数。

表7.1 2－5层柱D值的计算
构件名称

①轴柱
3.26
0.25
4120
③轴柱
5.1
0.22
3626
④轴柱
5.32
0.73
12031
⑥轴柱
2.77
0.58
9559

（资料来源：《混凝土设计原理》[3] 第198页表3.6.2）

表7.2 底层柱D值的计算
构件名称

①轴柱
5.26
0.79
6600
③轴柱
6.46
0.82
6851
④轴柱
6.73
0.83
6935
⑥轴柱
5.54
0.80
6684

（资料来源：《混凝土设计原理》[3] 第198页表3.6.2）

7.2 框架侧移验算
由《混凝土结构设计》[1] 得验算公式如下：
层间位移：； （7.2）
式中：——第j层的总剪力；
——第j层所有柱的抗侧刚度之和；
——第j层的层间侧移。
； （7.3）
顶点位移：； （7.4）
； （7.5）
验算结果如下表7.3；
表7.3 风荷载作用下框架侧移计算
层

5
7.79
7.79
29336
0.0003
1/12000
4
8.5
16.29
29336
0.0006
1/6000
3
8.5
24.79
29336
0.0008
1/4500
2
8.5
33.29
29336
0.001
1/3600
1
8.3
41.59
27070
0.0015
1/3033
由上表可知，均小于1/500，满足要求。
第8章 内力计算

8.1 水平荷载作下框架的内力计算
本设计采用D值法计算风荷载作用下框架内力。其步骤为：
（1）求各柱反弯点处的剪力值；
（2）求各柱反弯点的高度；
（3）求各柱的杆端弯矩及梁端弯矩；
（4）求各柱的轴力和剪力。
8.1.1 框架柱反弯点位置、杆端和梁端弯矩的确定：
由《混凝土结构设计》[1]查得：
（8.1）
式中 ——标准反弯点高度比，是在各层等高、各跨相等、各层梁和柱线刚度都不改变的情况下求得的反弯点高度比；
——因上、下层梁刚度比变化的修正值；
——因上层层高变化的修正值；
——因下层层高变化的修正值；
——框架柱高度。
框架各柱的杆端弯矩、梁端弯矩按下式计算：
Mc上=Vim(1-y)h Mc上=Vimyh （8.2）
中柱 （8.3）
（8.4）边柱 （8.5）
式中 Vim为第i层第m柱所分配的剪力值。
表8.1 ①轴柱反弯点位置
层号
h /m

5
3.6
3.26
0.45
0
0
0
0.45
1.62
4
3.6
3.26
0.46
0
0
0
0.46
1.67
3
3.6
3.26
0.50
0
0
0
0.50
1.80
2
3.6
3.26
0.50
0
0
-0.008
0.49
1.77
1
4.55
5.26
0.55
0
0
0
0.55
2.50
表8.2 ③轴柱反弯点位置
层号
h /m

5
3.6
5.1
0.450
0
0
0
0.450
1.620
4
3.6
5.1
0.450
0
0
0
0.450
1.620
3
3.6
5.1
0.500
0
0
0
0.500
1.800
2
3.6
5.1
0.500
0
0
0
0.500
1.800
1
4.55
6.46
0.550
0
0
0
0.550
2.503

表8.3 ④轴柱反弯点位置
层号
h /m

5
3.6
5.32
0.450
0
0
0
0.450
1.620
4
3.6
5.32
0.450
0
0
0
0.450
1.800
3
3.6
5.32
0.500
0
0
0
0.500
1.800
2
3.6
5.32
0.500
0
0
0
0.500
1.800
1
4.55
6.73

0.550
0
0
0
0.550
2.503

表8.4 ⑥轴柱反弯点位置
层号
h /m

5
3.6
2.77
0.436
0
0
0
0.436
1.57
4
3.6
2.77
0.45
0
0
0
0.45
1.62
3
3.6
2.77
0.50
0
0
0
0.50
1.80
2
3.6
2.77
0.50
0
0
0
0.50
1.80
1
4.55
5.54
0.55
0
0
0
0.55
2.50

（资料来源：《混凝土设计原理》[3]第199页表3.6.3，202页表3.6.4、3.6.5）

8.1.2 风荷载作用下内力计算：
表8.5 风荷载作用下①轴柱剪力及梁柱端M计算
层号

5
7.79
29336
4120
0.14
1.09
1.62
2.158
1.766
2.158
4
16.29
29336
4120
0.14
2.28
1.667
4.407
3.800
6.173
3
24.79
29336
4120
0.14
3.47
1.80
6.246
6.246
10.046
2
33.29
29336
4120
0.14
4.66
1.771
8.523
8.253
14.769
1
41.59
27070
6600
0.24
10.15
2.503
20.778
25.405
29.031

表8.6 风荷载作用下③轴柱剪力及梁柱端M计算
层号

5
7.79
29336
3626
0.124
0.966
1.62
1.193
2.049
1.898
0.887
4
16.29
29336
3626
0.124
2.020
1.620
3.987