土木工程毕业设计-南京市某中学图书大楼.doc

目 录

摘要·······························································I
ABSTRACT·······················································II
第一章 设计资料及要求··········································1
1.1工程概况············································1
1.2设计内容及要求······································1
第二章 确定计算简图············································4
2.1梁柱截面尺寸········································4
2.2材料强度等级········································4
2.3荷载计算 ···········································5
2.4风荷载·············································10
2.5地震作用···········································11
第三章 框架内力计算···········································16
3.1恒载作用下框架内力·································16
3.2活载作用下框架内力·································23
3.3风荷载作用下内力计算·······························27
3.4地震作用下横向框架内力计算·························30
第四章 框架内力组合···········································39
第五章 框架梁柱截面设计······································44
第六章 楼梯结构计算设计······································51
6.1梯段计算···········································51
6.2休息平台板计算·····································52
6.3梯段梁TL1计算·····································53
第七章 现浇楼面板设计·········································56
7.1求支座中点最大弯矩·································56
7.2宿舍区格（A）·······································57
7.3宿舍区格（C）·······································58
第八章 基础设计················································60
8.1荷载计算···········································60
8.2确定基底面积·······································60
8.3地基变形验算·······································63
8.4基础结构设计·······································63
参考文献······················································67
致谢···························································69

南京市某中学图书大楼（方案3）
摘 要
根据建筑方案图，本工程结构为四层现浇钢筋混凝土多层框架结构，建筑面积约2617.92m2。设计使用年限为50年；结构安全等级为二级；抗震设防烈度为7度；设计基本地震加速度值为0.10g，第一组；框架的抗震等级为二级；采用独立基础，地基基础设计等级丙级；建筑室内外高差450mm，室外标高即为现有自然地面标高。
根据建筑设计和结构承重、抗震方面的要求以及场地地质条件，合理地进行结构选型和结构整体布置，确定各种结构构件的尺寸，选取一榀主要横向结构框架进行结构设计计算，用计算结构力学程序对该榀结构框架进行电算与手算结果进行对比分析；完成楼梯设计和基础设计；用PKPM软件对整栋框架结构进行PKPM电算；绘制出相关建筑和结构施工图。
通过本模拟设计，可使学生综合土木工程专业各课程的知识，了解建筑设计方法，熟悉结构设计与分析过程。

关键词：弯矩；剪力；配筋；抗震

DBsign oC a sBnior studBnt apartmBnt building vocational school in Taizhou
Abstract
According to thB construction program plans, thB projBct structurB Cor thB Cour-situ rBinCorcBd concrBtB CramB structurB. Construction arBa is about2580m2. And dBsign liCB is 50 yBars; Structural saCBty lBvBl is two. SBismic intBnsity is 7 dBgrBBs. Basic dBsign BarthquakB accBlBration valuB is 0.10g. BarthquakB groupBd is thB Cirst group. SitB classiCication is Class Ⅱ. Using an indBpBndBnt Coundation. Indoor and outdoor BlBvation diCCBrBncB is 450mm. Outdoor BlBvation is Bxisting natural ground BlBvation.
According to architBctural dBsign and structural loading, sBismic rBquirBmBnts and sitB gBological conditions, a rBasonablB structural sBlBction and thB ovBrall layout oC thB structurB to dBtBrminB thB dimBnsions oC various structural componBnts, SBlBct a transvBrsB spBcimBns oC thB main structural CramBwork Cor structural dBsign calculations. SBlBct a transvBrsB spBcimBns oC thB main structural CramBwork Cor structural dBsign calculations. Computational Structural MBchanics program with structural CramBwork oC thB spBcimBns oC Computing and hand-calculatBd rBsults wBrB comparBd, complBtB staircasB dBsign and Coundation dBsign. PKPM soCtwarB usBd throughout thB CramB structurB PKPM Computing. Mapping out thB architBctural and structural drawings.
Through this simulation dBsignBd to allow studBnts' comprBhBnsivB knowlBdgB oC thB various programs in Civil BnginBBring, undBrstanding approach to building dBsign, Camiliaring with structural dBsign and analysis procBss.

KBy Word: momBnt; shBar; rBinCorcBmBnt; sBismic

1

第一章设计资料及要求
1.1 工程概况
本工程为实际应用课题，地点在江苏南京，为南京市某中学图书大楼（方案3）。结构为4层钢筋混凝土框架，层高均为4.8m，建筑面积约2580m2。
1.1.1 气象资料
基本风压：0.40kN/m2 ，地面粗糙度为B类；
基本雪压：0.65 kN/m2
1.1.2 工程地质资料
抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.10g，属抗震设计地震分组第一组；场地土类别为Ⅱ类。根据工程地质勘测报告，给出各土层的物理力学性质指标平均值见附表。稳定地下水位位于地表下2.0m，对混凝土无侵蚀性。
1.1.3施工技术条件：本工程由建筑工程公司承建，设备齐全，技术良好。
1.1.4、材料供应：三材及一般材料能按计划及时供应。
1.2 设计内容和要求
根据建筑设计和结构承重、抗震方面的要求以及场地地质条件，合理地进行结构选型和结构整体布置，确定各种结构构件的尺寸，选取一榀主要横向结构框架进行结构设计计算，用计算结构力学程序对该榀结构框架进行电算与手算结果进行对比分析；完成楼梯设计和基础设计；用PKPM软件对整栋框架结构进行SATWB电算；绘制出相关建筑和结构施工图。
通过本模拟设计，可使学生综合土木工程专业各课程的知识，了解建筑设计方法，熟悉结构设计与分析过程。
毕业设计的主要内容具体要求如下：
（1）外文资料翻译、调研、复习相关主干课程
（2）建筑设计，绘制建筑施工图
（3）结构平面布置（楼盖布置、估算构件截面尺寸）和荷载计算
（4）竖向荷载作用下横向框架内力计算（采用弯矩二次分配法）、计算结构力学程序核算
（5）水平地震荷载作用下横向框架内力计算及侧移计算（采用D值法）、计算结构力学程序核算
（6）横向框架梁、柱内力组合（列表进行）和截面设计
（7）主楼梯的结构设计
（8）柱下基础设计
（9）绘制横向框架、主楼梯、基础结构施工图
（10）用PKPM软件对整栋框架结构进行SATWB电算并绘制出标准层结构平面图（板配筋图和梁配筋平面图
（11）电子版毕业设计文件的输入、打印和装订
（12）指导教师审核，评阅教师审核，毕业设计答辩

第二章 确定计算简图
本工程的计算简图假定底层柱下端固定于基础，按任务书提供的数据可知，该场地为Ⅱ类场地土，地质条件较好，初步确定本工程基础采用柱下独立基础，挖去所以杂填土，基础置于第二层粉质粘土层上，基底标高为设计相对标高-2.10m。柱子高度：底层为h1=2.1+3.0-0.5=4.6m（初步假设基础高度为0.5m），二~四层柱高为h~h=3.0m，柱节点为刚接，横梁 计算跨度取柱中心至中心间距离，三跨分别为6400mm，2100mm，6400mm计算简图如图2-1.

图2-1 计算简图
2.1 梁柱截面尺寸：
框架柱：KJ-3轴柱为600×600；其余柱也均取600×600
梁：横向框架梁 ：300×900，
纵向连系梁：12跨取250×400；23,34,56跨取350×700；45跨取500×1000,
板厚均取120
2.2 材料强度等级：
混凝土：均为C30级.
受力筋采用HRB400，箍筋采用HB400。
2.3 荷载计算
本工程以3轴线横向框架为计算分析对象。
2.4.1屋面横梁竖向线荷载标准值
(1)恒载（图2-3a）

图2-3（a）恒载作用下计算简图

(b)活载作用下结构计算简图

屋面永久载标准值
35mm厚架空隔热板 0.035 ×25=0.87kN/m2
防水层 0.4kN/m2
20m厚1：3水泥砂浆找平层 0.02×20=0.4kN
120m钢筋混凝土板 0.12×25=3kN/m2
12mm厚纸筋石灰粉平顶 0.012×16=0.192 kN/m2
1；8水泥膨胀珍珠岩找坡2%最薄处20 0.1×7=0.7 kN/m2
屋面永久荷载载标准值 5.57 kN/m2

梁自重
边跨AB,CD跨： 0.3×0.9×25=6.75 kN/m
梁侧粉刷 2×（0.45-0.12）×0.02×17=0.22 kN/m
7.28KN/m

作用在顶层框架梁上的线活荷载标准值为：
梁自重： g4AB1=g4CD1=g4BC1=7.28 kN/m
板传来的荷载： g4AB2=g4CD2=g4BC2=5.57×3=16.71 kN/m
(2)活载（图2-3b）

作用在顶层框架梁上的线荷载标准值为：
q4AB=q4CD=q4BC=0.7×7.2=5.04kN/m

2.4.2楼面横梁竖向线荷载标准值
(1)永久荷载
25厚水泥砂浆面层 0.025×20=0.5 kN/m2
120（100）mm厚钢筋混凝土楼板 0.12×25=3kN/m2
12厚底粉刷 0.012×16=0.192 kN/m2
楼面横载标准值 3.692kN/m2
边跨AB,CD框架梁自重 6.47kN/m
作用在楼层框架梁上的线荷载标准值为：
梁自重 ：
gAB1=gCD1=gBC1=7.28 kN/m
板传来的荷载：
gAB2=gCD2=gBC2=3.692×3=11.076 kN/m

(2)活载（图2-3b）
楼面活载：
qAB=qCD=qBC=5×3=15 kN/m
2.4.3屋面框架节点集中荷载标准值
(1)永久荷载
边跨纵向梁自重 0.35×0.7×3×25=18.375kN
粉刷 2×(0.7-0.12)×0.02×3×17=1.18kN 1.3m高女儿墙 1.3×3×2.36=16.57kN
粉刷 1.3×2×0.02×3×17=7.07kN
顶层边节点集中荷载 G4A=G4D=43.395kN

恒载顶层集中力

(2)活载
Q4B=Q4C=Q4A=Q4D=0.5×3×0.5×3×0.7=1.575 kN

2.4.4楼面框架节点集中荷载标准值
(1)永久荷载
边柱连系梁自重： 18.375kN
粉刷 1.18kN
钢窗自重 1.8×2.7×0.4=1.94kN
窗下墙体自重 (3-0.4)×(4.8-0.5-2.7)×2.36=9.81kN
粉刷 2×2.6×1.6×0.02×17=2.82 kN 窗边墙体自重 2.7×(2.6-1.8)×2.36=5.09 kN
粉刷 2×2.7×0.8×0.02×17=1.46 kN
连系梁传来楼面自重 0.5×3×0.5×3×3.692=8.3 kN
48.975kN
中间层边节点集中荷载 GA=Gc=48.975kN
框架柱自重: GA’=GD’=0.6×0.6×4.8×25=43.2 kN

中柱连系梁自重： 18.375kN
粉刷: 1.18kN
内墙自重（忽略门窗按墙重量计算） (3-0.4)×(4.8-0.5)×2.36=26.38 kN
粉刷 2×2.6×4.3×0.02×17=7.6 kN
连系梁传来楼面自重： 0.5×3×0.5×3×3.692=8.307 kN
61.842kN

中间层中节点集中荷载 GB=GC==61.842 kN
柱传来的集中荷载 GB’=GC’=43.2 kN
(2)活载
QB=QC=QA=QD=0.5×3×0.5×3×2.0=4.5 kN

恒载中间层节点集中力
2.5风荷载作用
2.5.1已知基本风压W0=0.4kN/m2，本工程为图书馆，地面粗糙度属于B类，按荷载规范：
Wk=βzμsμzW0
风载体形系数μs：迎风面为0.8背风面为-0.5，因结构高度H=19.7m<30m（从室外地面算起），取风震系数βz=1.0，计算过程如表2-1所示，风荷载见图2-3，表中q1（z）为迎风面值，q2（z）为背风面值

图2-4 横向框架上的风荷载
表2-1

风荷载计算

表 3-1

层次

βz
μs
Z(m)

μz
W0
A(m2)

Pi(kN)

4

1.0
1.3
19.65

0.83
0.4
21.6

9.32

3

1.0
1.3
14.85

0.74
0.4
28.8

11.08

2

1.0
1.3
10.05

0.74
0.4
28.8

11.08

1

1.0
1.3
5.25

0.74
0.4
30.15

11.60

2.5.2将分布风荷载转化为节点集中荷载
按静力等效原理将分布风荷载转化为节点集中荷载，如图2-4所示

2.6地震作用
2.6.1建筑物总重力荷载代表值Gi的计算
(a)集中于屋盖处得质点重力荷载代表值：
50%雪载： 0.5×0.65×30.5×21.8=216.09kn
板上荷载：
层面永久荷载 5.57×30.5×21.8=3703.493kN
梁自重：
横向梁 7.28×3×6×7.2=943.48kN
纵向梁
(0.25×0.4×3.6×25+2×(0.4-0.12)×0.02×3.6×17)+(0.35×0.7×6×25×2+2×(0.7-0.12)×0.02×6×17×2)+(0.35×0.7×9×25+2×(0.7-0.12)×0.02×9×17)+(0.5×1×5.7×25+2×(1-0.12)×0.02×5.7×17)×2=221.25×4=885.01KN
柱自重： 0.6×0.6×25×2.4×24=207.35kN
隔墙自重：
横墙 2.36×12×2.4×7.2×0.8=391.49kN
纵墙 3.6×2.4×0.8×3×2.36+6×3×0.8×2.4×2.36+（6+9+5.7）×2×2.4×2.36×0.8+15.3×2.36×2.4×0.8×2=456.74kN
钢窗 2.7×0.5×0.4×（5.4×6+7.2×2+4.8+1.8×3）=30.78kN
女儿墙 1.2×2.36×（30.5+21.8）×2=296.22kN

G5=6914.571KN
(b)集中于三层处得质点重力荷载代表值G2：
50%楼面活载： 0.5×[（30.5×21.8-3.6×7.2-3.6×5.7-12.6×7.2）×2.5+3.6×7.2×3.5+3.6×5.7×3.5+12.6×7.2×5]=967.7kN
楼面恒载: 3.692×30.5×21.8=2454.81kN
横梁： 943.48kN
纵梁： 885.01kN
柱重： 207.35×2=414.7kN
隔墙：
横墙 391.49×2=782.98KN
纵墙 456.74×2=913.48KN
钢窗： 30.78×2=61.56kN
G3=G2=7423.72kN
(c)集中于二层处重力荷载标准值G1：
50%楼面活载： 967.7kN
楼面恒载: 2454.81kN
横梁： 943.48kN
纵梁： 885.01kN
柱重： 0.6×0.6×25×（4.8+2.1）×24=1490.4kN
隔墙： 1.49+391.49×4.8/2.1+456.74+456.74×4.8/2.1=2787.04KN
钢窗： 61.56kN
G1=9590kN
2.6.2地震作用计算
(1)框架柱的抗侧移刚度： 考虑楼盖对框架梁的影响，在现浇楼盖中，在计算梁、柱刚度时，中框架梁的抗弯惯性矩I=2I0 ；边框架梁取I=1.5I0；I0为框架梁按矩形截面计算的截面惯性矩。横梁、柱的线刚度见表2-2。

梁、柱线刚度 表2-2
杆件
截面尺寸
Bc(kN/mm2)
Io(mm4)
I(mm4)
L(mm)
i=BcI/L(kN·mm)
相对刚度
B(mm)
H(mm)
边框架梁
300
900
30
18×109
27×109
7200
1.125×108
1
中框架梁
300
900
30
18×109
36×109
7200
1.5×108
1.3
底层框架柱
600
600
30
10.8×109
1.08×1010
6900
4.69×107
0.417
中层框架柱
600
600
30
10.8×109
1.08×1010
4800
6.75×107
0.6

每层框架柱总的抗侧移刚度见表2-3

框架柱横向侧移刚度D值 表2-3
项目
k=∑iC/2iz（一般层）k=∑ic/iz（底层）
αc=k/(2+k)（一般层） αc=(0.5+k)/(2+k)（底层）
D=αciz(12/h2）
根数
层
柱类型及截面
二至四层
边框架边柱（600×600）
1.67
0.46
16.17
4
边框架中柱（600×600）
3.33
0.62
21.79
4
中框架边柱（600×600）
2.22
0.53
18.63
8
中框架中柱（600×600）
4.44
0.69
24.26
8
底 层
边框架边柱（600×600）
2.39
0.66
7.80
4
边框架中柱（600×600）
4.79
0.78
9.22
4
中框架边柱（600×600）
3.19
0.71
8.39
8
中框架中柱（600×600）
6.39
0.78
9.22
8

底 层：∑D=4×（7.8+9.22）+8×（8.39+9.22）=208.96kN/mm
二～四层：∑D==4×（16.17+21.79）+8×（18.63+24.26）=494.96kN/mm
(2)框架自振周期计算：
则自振周期为：T1=1.7α0√Δ=1.7×0.6×√0.445=0.68s
其中:α0为考虑结构非承重砖墙的结构折减系数，对于框架取0.6，Δ为框架顶点水平位移，计算见表2-4
框架顶点假想水平位移Δ计算表 表2-4
层
Gi(kN)
∑Gi(kN)
∑D(kN/mm)
δ=∑Gi/∑D (层间相对位移）
总位移Δ（mm)
4
6914.57
6914.57
494.96
13.97
236.94
3
7423.72
14338.29
494.96
28.97
222.97
2
7423.72
21762.01
494.96
43.96
194
1
9590
31352.01
208.96
150.04
150.04

T1 =1.70α0√Δ=0.49s
2.6.3地震作用计算
根据地震设防烈度7度，Ⅱ类土，设计烈度为第一组，查《建筑抗震设计规范》，特征周期Tg=0.35s ，αmax=0.08
α1=（Tg/T1 ）0.9αmax=（0.35/0.49）0.9×0.08=0.059
结构等效总重力荷载：GBq=0.85GL =0.85×31352.01=26649.21kN
T1 ≤1.4 Tg=1.4×0.35=0.49s，故需考虑框架顶部附加集中作用
n=0.08T1+0.07=0.08×0.68+0.07=0.124
框架横向水平地震作用标准值为：
结构底层：CBk=α1 GBq=0.059×26649.21=1572.30kN
各层得地震作用和地震剪力标准值由表2-5计算列出，图示见图2-5
楼层地震作用和地震剪力标准值计算表 表2-5
层
Hi(m)
Gi(kN)
GiHi
Ci=Cn+ΔCn(顶层 Ci=GiHiCBk(1-δn)/∑GiHi(其他层)
楼层剪力Vi(kN)
4
21.3
6914.57
147280.34
479.79+194.97
674.76
3
16.5
7423.72
122491.38
399.03
1073.79
2
11.7
7423.72
86857.52
201.47
1275.26
1
6.9
9590
66171
128.56
1403.82
∑GiHi=422800.24
Cn=n×CBk=0.1241572.3=194.97kN

图2-5横向框架上的地震作用