土木工程教學(xué)樓畢業(yè)設(shè)計.doc

本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 81 頁 共 81 頁目 錄 1 引言 12 建筑設(shè)計概論 22.1 設(shè)計依據(jù) 22.2 設(shè)計規(guī)模 22.3 各部分工程構(gòu)造23 結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 33.1 設(shè)計資料33.2 結(jié)構(gòu)方案34 荷載計算 44.1 初估梁柱截面44.2 梁柱線剛度 44.3 荷載計算 55 框架在豎向荷載作用下的內(nèi)力分析 95.1 計算方法和荷載傳遞路線 95.2 豎向荷載計算 105.3 框架計算簡圖105.4 梁固端彎矩115.5 框架彎矩圖115.6 梁端剪力165.7 柱軸力和剪力196 水平荷載作用下的框架內(nèi)力分析 256.1 框架柱側(cè)移剛度計算256.2 水平地震作用分析266.3 驗算框架層間彈性位移角276.4 水平地震作用下框架柱剪力和彎矩計算306.5 地震作用下框架梁端剪力和柱軸力標(biāo)準(zhǔn)值317 內(nèi)力組合和最不利內(nèi)力確定 347.1 框架梁內(nèi)力組合347.2 框架柱內(nèi)力組合348 框架結(jié)構(gòu)配筋計算 358.1 邊框架梁截面設(shè)計358.2 中框架梁設(shè)計378.3 框架柱配筋計算409 現(xiàn)澆板配筋計算429.1 邊跨房間429.2 中跨房間4610 板式樓梯計算5310.1 工程概況5310.2 梯斜板5310.3 平臺板計算5410.4 平臺梁計算5511 基礎(chǔ)配筋計算5711.1 選取內(nèi)力5711.2 地基承載力驗算5811.3 基礎(chǔ)抗沖切驗算59結(jié)論 62致謝 63參考文獻(xiàn) 64附表1-1 65附表1-2 66附表1-3 67附表1-4 68附表1-5 69附表1-6 70附表2-1 71附表2-2 72附表2-3 73附表2-4 74附表2-5 75附表2-6 761 引言本設(shè)計是按照河北科技大學(xué)建筑工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計要求編寫的畢業(yè)設(shè)計。題目為“河北某高校教學(xué)樓設(shè)計”。內(nèi)容包括建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計兩部份。教學(xué)樓是公共建筑，其規(guī)范要求比較嚴(yán)格，能體現(xiàn)處建筑和結(jié)構(gòu)設(shè)計的很多重要的方面，選擇教學(xué)樓建筑和結(jié)構(gòu)設(shè)計，從而掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原理，妥善解決其功能關(guān)系，滿足使用要求?？蚣芙Y(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點是建筑平面布置靈活，可以提供較大的內(nèi)部空間，建筑立面也容易處理，結(jié)構(gòu)自重較輕，構(gòu)件簡單，施工方便，計算理論也比較成熟，在一定范圍內(nèi)的高度范圍內(nèi)造價較低，因而特別適用于教學(xué)樓，能滿足其較大的使用面積要求?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的研究，對于建筑的荷載情況，分析其受力，采用不同的方法分別計算出各種荷載作用下的彎矩、剪力、軸力，然后進(jìn)行內(nèi)力組合，挑選出最不利的內(nèi)力組合進(jìn)行截面的承載力計算，保證結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在對豎向荷載的計算種采用了彎矩分配法，對水平荷載采用了D值法，對鋼筋混凝土構(gòu)件的受力性能，受彎構(gòu)件的正截面和斜截面計算都有應(yīng)用。本結(jié)構(gòu)計算選用一榀框架為計算單元，采用手算的簡化計算方法，其中計算框架在豎向荷載下的內(nèi)力時使用的彎距二次分配法，不但使計算結(jié)果較為合理，而且計算量較小，是一種不錯的手算方法。本設(shè)計主要通過工程實例來強(qiáng)化大學(xué)期間所學(xué)的知識，建立一個完整的設(shè)計知識體系，了解設(shè)計總過程，通過查閱大量的相關(guān)設(shè)計資料，提高自己的動手能力。在設(shè)計過程中還充分利用了PKPM、CAD、結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器、理正結(jié)構(gòu)工具箱等結(jié)構(gòu)軟件使我的畢業(yè)設(shè)計更加完善。這次設(shè)計是在郭亞然老師和岳宏亮老師的悉心指導(dǎo)下完成的，在此向您們表示衷心的感謝！鑒于水平有限，設(shè)計書中還存在不少缺點甚至錯誤，敬請老師批評和指正。2 建筑設(shè)計概述2.1 設(shè)計依據(jù)： (1) 依據(jù)土木工程專業(yè)06屆畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書(2) 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(3) 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(4) 建筑抗震設(shè)計規(guī)范(5) 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范及有關(guān)授課教材、建筑設(shè)計資料集、建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)造上資料集等相關(guān)資料。(6) 遵照國家規(guī)定的現(xiàn)行各種設(shè)計規(guī)范、有關(guān)授課教材、建筑設(shè)計資料集、建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)造上資料集等相關(guān)資料。2.2 設(shè)計規(guī)模：(1) 本次設(shè)計的題目為“河北某高校教學(xué)樓設(shè)計”(2) 建筑面積：9434 m，結(jié)構(gòu)共六層，首層層高3.9m,其他層層高3.6m.(3) 室內(nèi)外高差0.450m，室外地面標(biāo)高為-0.450m。2.3 各部分工程構(gòu)造(1) 屋面： 防水層：SBS改性瀝青防水卷材 找平層：1：3 水泥沙漿25mm厚 保溫層：1：10水泥珍珠巖砂漿120厚 找坡層：1：8水泥陶粒100mm 結(jié)構(gòu)層：120mm厚鋼筋混凝土板 板底抹灰：20mm厚板下混合砂漿抹灰(2) 樓面: 瓷磚地面（包括水泥粗砂打底） 素水泥漿結(jié)合層一道 1：3水泥砂漿找平18mm120mm厚鋼筋混凝土板20mm厚板下抹灰(3) 廁所: 20mm厚水泥砂漿地面50mm厚防水砂漿180mm厚空心磚20mm厚水泥砂漿抹灰(4) 墻體：外墻370mm厚水泥空心磚墻，內(nèi)墻為240mm厚水泥空心磚墻，樓梯間墻為370厚水泥空心磚墻，廁所均為180厚隔墻。(5) 門窗：門廳處為鋁合金門，其他均為木門。雙推拉塑鋼窗，單層玻璃全封閉窗。(6) 基礎(chǔ)：獨立基礎(chǔ)。 3 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計3.1 設(shè)計資料(1) 本工程抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計地分組為第一組(2) 自然條件：雪荷載0.3KN/M，基本風(fēng)壓：0.35KN/M.(3) 地質(zhì)條件：地質(zhì)勘探以 0.000為基準(zhǔn)面，地質(zhì)分布具體情況見表1，類場地，7度設(shè)防建筑地點冰凍深度-1.2m。注： 擬建場地地形平坦，地下穩(wěn)定水位距地表-6m。 建筑地點冰凍深度-1.2m。 建筑場地類別：類場地土。 地震設(shè)防基本烈度：7 度。3.2 結(jié)構(gòu)方案：(1) 本工程為鋼筋混凝土現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)。(2) 樓板采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土板。樓梯為現(xiàn)澆板式樓梯(3) 材料情況： 非重承水泥空心磚；砂漿等級為M5；混凝土：C30（基礎(chǔ)、梁、板）、C30（柱）?？v向受力鋼筋：HRB335級（梁）；HRB335級（柱）；箍筋：HPB235級鋼筋，基礎(chǔ)：HPB235級鋼筋(4) 施工：梁、板、柱均現(xiàn)澆。4 荷載計算4.1初估梁柱截面：（1） 由軸壓比限值條件N/fcA0.9(（三級框架）（框架柱的負(fù)荷面積內(nèi)每平米按15kN/m2初估）N=1.2（4.356.6155）=2583.9kNAN/0.9fc=2583.91000/0.9/14.3=200769.23mm2A=bh b=h =347.08mm 初估：柱截面：bh=600mm600mm. （2）梁截面 主梁: h=(1/81/12)L=（675mm-1012mm） 邊跨取h=700mm, 中跨取h=500mm. b=(1/21/3)h且b不小于0.5倍柱寬且不小于250mm 取b=300mm 次梁:取h=700mm,b=300 連系梁:h=(1/81/12)L=900mm-1350mm, 取h=900mm,b=(1/21/3)h, 取b=350mm.（3) 樓板：取h=120mm 4.2梁柱線剛度： 在計算梁的線剛度時，考慮樓板對梁剛度有利影響,認(rèn)為翼緣參加工作,為簡化計算，先按矩形截面計算慣性矩，然后乘以一個增大系數(shù)?，F(xiàn)澆鋼筋砼梁：邊框架梁=1.5I0 中框架梁=2I0柱采用30混凝土 梁采用30混凝土，C3.0107 kN/mI0=1/12bh3(m4) i單位：KNm框架梁線剛度計算部位截面（m）長度l（m）截面慣性矩I0 (m4)邊框架中框架I=1.5I0(m4)i=EI/l(kn.m)I=2I0 i=EI/l(kn.m)邊梁0.30.78.18.5710-312.8610-347629.61.7110-263333中梁0.30.53.63.1310-34.6910-3390830.6310-252500邊梁0.30.78.18.5710-312.8610-347629.61.7110-263333柱線剛度計算層數(shù)砼強(qiáng)度截面寬度b/mm截面高度H/mm柱高L/mm砼彈性模量Ec/Pa截面慣性矩I/mm4線剛度i/KNm1C306006003900300001.0810100.831052-6C306006003600300001.0810100.91054.3 荷載計算（1） 層數(shù)劃分及計算簡圖如圖：（2） 荷載匯集 1、恒載 1）屋面荷載：（為不上人屋面） 防水層：SBS改性瀝青防水卷材 0.4 kn/m 找平層：25mm1：3水泥沙漿 250.02=0.5kn/m 保溫層：120mm厚水泥珍珠巖 0.124=0.48 kn/m 找坡層：水泥陶粒100mm厚 140.1=1.4kn/m 結(jié)構(gòu)層：120mm厚鋼筋砼現(xiàn)澆板 0.1225=3.00 kn/m 10mm厚板底抹灰 0.0117=0.17 kn/m Gk=gk=5.95kn/m 2）樓面： 瓷磚地面 （包括粗砂打底） 0.55 kn/m找平層：25mm 1：3水泥沙漿 250.02=0.5kn/m120mm厚鋼筋砼現(xiàn)澆板 0.1525=3.75kn/m10mm厚板底抹灰 0.0117= 0.17kn/ m Gk=gk=5.02kn/m3）梁重：（考慮梁上抹灰，取梁自重26kN/m3） 主 梁： 中跨260.70.3=5.46kN/m 邊跨 260.50.3=3.9 kN/m 次 梁： 260.70.3=5.46kN/m 連系梁： 260.350.9=8.19kN/m4）墻重：（砌體與抹灰之和） 抹灰：外 墻 面 外 抹 灰： 20厚水泥砂漿 0.4 kN/m2 外墻面及內(nèi)墻面抹灰：20厚石灰砂漿 0.34 kN/m2 總墻重： 外墻：底層：150.30+0.4+0.34=5.24 kN/m2 內(nèi)墻：底層：150.20+0.342 =3.68 kN/m25）柱：（考慮到柱子抹灰，取柱子自重26kN/m3） 各 層：260.60.6 =9.36kN/m6）門、窗： 門：0.2kN/m2 窗：0.3kN/m22、活荷載： 雪活載： 0.5 kN/m2 廁所： 2.0 kN/m2 教學(xué)樓： 2.0 kN/m2 走廊、樓梯： 2.5 kN/m2不上人屋面： 0.5 kN/m23、各層樓層重量(各層重力荷載代表值計算如下) 六層上半層 女兒墻：0.240.910.86+6.910+442 10=479kN屋 面： (10.83+6.95)(8.12+3.3)+10.8(9.92+3.9)5=7802.55kN主 梁： 8.1295.46+3.393.9+8.145.46+2.743.9=1130.9kN次 梁: 8.165.46=265.36kN連系 梁：338.73.25=1100.78kN柱 子：(94+43+2)0.53.69.36=842.4kN內(nèi) 墻：(66.92+23.7+8.114)(0.53.6-0.7)4.28=1275.40kN外 墻 窗：531.12.70.3=47.22kN內(nèi) 墻 窗： 210.92.70.3=15.3kN =12958.91kN6=+0.5活=12958.91+0.50.51635=13367.66kN六層下半層和五層上半層柱 子：503.69.36=1684.8kN屋 面：(10.83+6.95)(8.12+3.3)+10.8(9.92+3.9)5=7802.55kN主 梁： 8.1295.46+3.393.9+8.145.46+2.743.9=1130.9kN次 梁: 8.165.46=265.36kN連系 梁：338.73.25=1100.78kN外 墻 220.21.16.29=1523.56kN內(nèi) 墻 270.93.64.28=4174kN外 墻 窗 531.82.70.3=38.64 kN內(nèi) 墻 門 2.11.1260.2=12KN=17732.59kN=+0.52活=17732.59+0.521635=19367.59kN=19367.59kN二層下半層和一層上半層樓 面：(10.83+6.95)(8.12+3.3)+10.8(9.92+3.9)5=7802.55kN主 梁： 8.1295.46+3.393.9+8.145.46+2.743.9=1130.9kN 次 梁: 8.165.46=265.36kN連系 梁：338.73.25=1100.78kN柱 子：50（1.8+1.95）9.36=1755kN外 墻：220.21.16.29=1523.56kN外 墻 窗：531.252.70.3=53.66kN內(nèi) 墻：270.93.64.28=4174kN內(nèi) 墻 門：2.11.1260.2=12KN雨 蓬：31.80.125+62.40.125=49.5kN=17867.31kN=+0.5活=17867.31+0.521635=19502.31kNG=110340.33kNA=16356=9810m2G/A=110340.33/9810=11.25kN/m2 5 框架在豎向荷載作用下的內(nèi)力分析5.1計算方法和荷載傳遞路線（1）計算方法 框架結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的內(nèi)力計算采用力矩分配法，因為框架結(jié)構(gòu)對稱，荷載對稱；又屬于奇數(shù)跨，故在對稱軸上梁的截面只有豎向位移（沿對稱軸方向）沒有轉(zhuǎn)角。對稱截面可取為滑動端。彎矩二次分配法是一種近似計算方法，即將各節(jié)點的不平衡彎矩同時作分配和傳遞，并以兩次分配為限。(取一榀橫向框架)（2）荷載傳遞路線對于邊跨板，為8.1m6.9m,由于8.1/6.91.4Tg=0.49 S 所以考慮頂部附加水平地震作用底部剪力為：1=(Tg/T1)0.9max=(0.35/0.50)0.90.08=0.056FEk=1Geq=0.0560.8563209.48=3008.77 kN 由公式 Fi=(GiHi/GjHj) FEk(1-n) n=0.08T1+0.07=0.1164橫向框架頂點位移計算層數(shù)HiGiGiHi GiHi/GjHjFiVi621.913367.66292751.750.21870.161416518.519367.59354426.900.261077.342293.35414.719367.59284703.570.21870.163363.5311.119367.59214980.250.16662.984026.4927.519367.59145256.930.11455.804482.2913.919502.3176059.010.06248.624730.9剪力分布圖見下圖。6.3驗算框架層間彈性位移角1.層數(shù)層間剪力I(kN)層間度i層間側(cè)移ui=Vi/Di層 hi(m)Ui/hie6141615938520.88810-321.90.40610-41/550=0.001852293.3515938521.43910-318.30.078610-443363.515938522.11010-314.70.0001434026.4915938522.52610-310.10.0002524482.2915938522.81210-37.50.0003714730.921131122.23910-33.90.00057對于鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)e=1/550, e e 所以滿足規(guī)范規(guī)定的層間彈性位移的要求。 2.樓層地震剪力的驗算 抗震規(guī)范要求： 因基本周期小于3.5s，查抗震規(guī)范表得驗算過程及其結(jié)果見表7.表7 樓層地震剪力驗算層次（KN）(KN)(KN)結(jié) 論613367.6613367.660.016213.881416滿 足519678.5932735.250.016523.762293.35滿 足419367.5952102.840.016833.653363.5滿 足319367.5971470.430.0161143.534026.49滿 足219367.5990838.020.0161453.414482.29滿 足119502.31110340.330.0161765.454730.9滿 足6.4水平地震作用下框架柱剪力和彎矩計算（D值法：取橫向中框架計算）1.柱剪力 Vik=D/D Vi ， 柱彎矩 M下=VikYihi ，M上=Vik（1-Yi）hi2.反彎點高度h=(y0+y1+y2+y3) h y=y0+y1+y2+y3h反彎點到柱下端質(zhì)點的距離，即反彎點高度y0標(biāo)準(zhǔn)反彎點高度比y1為上、下層梁線剛度比變化修正值y2為上層層高變化修正值y3為下層層高修正值根據(jù)框架總層數(shù)m,該柱所在層數(shù)n和梁柱線剛度比值K確定，并由內(nèi)插法根據(jù)K值確定。邊柱（中框）層h(m)y0y1y2y3Y63.60.70.30000.353.60.70.40000.443.60.70.450000.4533.60.70.450000.4523.60.70.50000.513.90.760.650000.65中柱（中框）層h(m)y0Y1y2Y3y63.61.290.3650000.36553.61.290.4150000.41543.61.290.4650000.46533.61.290.4650000.46523.61.290.50000.513.91.390.6650000.6652.邊柱彎矩計算層HDDD/DViVikKYM下M上63.61593852216660.014141619.820.700.3021.4149.9653.61593852216660.0142293.3532.100.700.4046.2369.3543.6