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1、毕毕 业业 设设 计计 题题 目目 威海分校管理学院教学楼设计 学学 院院 土木建筑学院 专专 业业 土木工程 班班 级级 土木 0701 班 学学 生生 学学 号号 20070605146 指导教师指导教师 二一一 年 五月 三十日 摘 要 本次设计是威海分校管理学院教学楼设计,教学楼共有六层，层高均为 3.9m，建筑 总面积为 8359.32m2, 建筑总高度为 24.3m。本建筑物设计为一字形，采用现浇钢筋混 凝土框架结构，按规定抗震等级为三级，抗震设防烈度为 7 度。结构设计时取一榀典型 框架，按荷载统计、内力计算和截面设计顺序进行设计，水平地震作用采用底部剪力法 计算荷载值，活荷载按
2、三种不利布置分别计算内力，风荷载和水平地震作用采用 D 值法 进行内力计算。内力组合考虑非抗震组合和抗震组合并按“强柱弱梁” 、 “强剪弱弯” 的抗震原则进行内力调整，此外还进行了楼板和楼梯的设计以及一品框架的电算设计， 最终完成结构计算书一份、建筑施工图一份、结构施工图一份。 关键词关键词： 框架结构;结构设计;抗震设计;内力组合;截面设计 ABSTRACT This design is a teaching building design for the school of Management of the branch campus of Weihai.The cstuction ha
3、s six storeys with 3.9 meters a storey, the total construction area of 8359.32 m2 and a total height of 24.3 m and . This building design adopt cast-in-place reinforced concrete frame structure with the seismic grade of level 3 and the seismic fortification intensity of 7 degrees. The design process
4、ed by taking a typical frame and carried on according to load typical statistical, internal force calculation and cross-section design order. Adoping the bottom shear method to calculate the load value of the horizontal earthquake effect. Calculation the internal forces according to three kinds of a
5、dverse live load respectively. Tnternal forces of the wind load and the horizontal seismic effect calculated adopting D value method. Carring on the internal force combination by considering the seismic combination and without considering the seismic combination and adjusting the internal force by t
6、he principles of strong column and weak beamand strong shear capacity and weak bending capacity . Furthermore, designing the floor and stair and computing the framework design. Finally complete structure calculations, building construction drawing, and structure construction drawing. Key words：frame
7、 construction；structural design；aseismatic design；internal force combination; section design 目 录 摘 要 .I ABSTRACT.II 目 录.III 1 威海分校教学楼建筑设计说明.1 1.1 工程概况.1 1.1.1 工程名称.1 1.2.1 建筑规模.1 1.4.1 自然条件.1 1.2 设计意图.1 1.3 建筑设计说明.1 1.3.1 平面设计.1 1.3.2 立面设计.2 1.3.3 剖面设计.2 1.3.4 屋面设计.2 1.3.5 门窗设计.2 1.3.6 墙体材料.2 1.3.7
8、建筑做法.2 2 威海分校教学楼结构设计说明书.4 2.1 工程概况.4 2.2 设计依据.4 2.3 上部结构.4 3 结构计算书.5 3.1 基本设计资料.5 3.2 建筑结构选型.5 3.2.2 结构选型：.5 3.2.2 其他结构选型.5 3.3 结构布置及结构计算简图的确定.5 3.3.1 结构平面布置.5 3.3.2 计算简图.6 3.3.3 梁、柱的截面尺寸.6 3.3.4 梁柱线刚度及其相对线刚度计算.8 3.4 荷载标准值计算.10 3.4.1 恒荷载标准值 Gk 的计算.10 3.4.2 活荷载标准值 Qk 的计算.13 3.4.3 风何载标准值的计算.15 3.4.4 地
9、震荷载标准值的计算.16 3.4.5 水平荷载作用下的变形验算.19 3.5 楼板及屋面板计算.21 3.6 内力计算 (荷载值均取荷载标准值) .23 3.6.1 恒荷载作用下的内力计算.23 3.6.2 活荷载作用下的内力计算.29 3.6.3 风荷载作用下的内力计算.46 3.6.4 地震作用作用下的内力计算.50 3.7 框架梁、柱内力组合.54 3.7.1 内力组合原则.54 3.7.2 框架梁的内力组合.54 3.7.3 框架柱的内力组合.61 3.8 内力调整.67 3.8.1 按强柱弱梁进行内力调整.67 3.8.2 框架柱端、梁端剪力进行调整.68 3.9 框架梁、柱截面配筋
10、计算.70 3.9.1 框架梁截面设计.70 3.9.2 框架柱的截面设计：.81 3.10 主要楼梯设计.89 3.10.1 荷载和受力计算.89 3.10.2 各跑荷载及内力计算及示意图.89 3.10.3 配筋面积计算.90 3.10.3 配筋结果.90 3.11 辅助楼梯设计.92 3.11.1.楼梯梯段斜板的设计.92 3.11.2 楼梯平台板的设计.93 3.11.3 楼梯平台梁的设计.94 参 考 文 献.96 致 谢.97 1 威海分校教学楼建筑设计说明 1.1 工程概况 1.1.1 工程名称 威海分校教学楼 1.2.1 建筑规模 六层教学楼，建筑面积 8359.32m2、层高
11、 3.9m，总高度 24.3m，总长度 780.27m，总 宽度 17.6m; 1.3.1 自然条件 （1）气温：采暖室外空气计算温度-10，夏季通风室外空气计算温度 32； （2）基本风压：0.65KN/m2； （3）基本雪压：0.45 KN/m2； （4）地震作用：7 度设防，类场地，第一组设计分组； （5）地质情况：教学楼所在建筑场地土层分布有明显的规律性，从上至下依次为杂 填土；黄土，中等压缩性，厚度较大；古土壤，中等压缩；粉质粘土，中等偏低压缩性。 黄土层地基承载力标准值 fk=180kPa ； （6）冻土深度：0.9m； （7）地下水位：地下水属于潜水类型，在勘察期间的稳定水位深
12、8.59.02m，地下 水对混凝土没有腐蚀性； （8）荷载信息：上人屋面活荷载标准值为 2.0KN/m2,楼面活荷载标准值为 2.0KN/m2, 走廊、楼梯处活荷载标准值为 2.5 KN/m2； （9）墙体材料：蒸压粉煤灰加气混凝土砌块； （10）水、电、暖、通讯管线已通到场地，留有接口。 1.2 设计意图 按照混凝土结构设计规范规定及设计任务书的要求，本着施工机械化、施工方便的 原则，采用长方形柱网布置，柱网尺寸为 6 m7.2m，6m2.7m，5.4m7.2m，3.6m7.2m，四种开间进深。 1.3 建筑设计说明 1.3.1 平面设计 （1）房间布置：沿纵横向房间对称布置； （2）楼梯情
13、况：根据规范，耐火等级为三级的建筑，本建筑设三部楼梯，中间楼梯 为双分式楼梯，踏步尺寸为：150mm270mm，两侧的楼梯为双跑式楼梯，踏步尺寸为 150mm270mm，位于两个外部出口或楼梯之间的房间至外部出口或封闭楼梯间的最大 距离为 27.05m。 (3)厕所：最远的房间距最近厕所的距离为 26.5m，小于规范规定 50m，满足使用要 求； (4) 采光：房间的窗地比大于 1/5，均满足采光需要； 1.3.2 立面设计 建筑立面采用竖向线条以柱另外分割来凸显洁净整齐感觉，门窗居中设置，整 齐统一，增强美感。 1.3.3 剖面设计 （1）窗台高度：楼梯窗台高 2.3m，厕所窗台高 1.5m
14、，其余房间窗台及走廊窗台高 均为 0.9m； （2）采光通风情况：按规范规定的窗地比设置窗户尺寸，主要房间外墙窗子的尺寸 为 3000mm2400mm，走廊内墙设高窗，采光通风满足要求； （3）主要构件尺寸：横向框架承重，框架边跨梁截面尺寸为：300mm700mm，中 跨梁截面尺寸为：300mm500mm,纵向连系梁截面尺寸为：300mm600mm，柱的截面 尺寸为 500mm500mm。 1.3.4 屋面设计 （1）屋面排水：采用有组织排水，排水坡度为 2%，防水材料采用 4 厚高分子防水 卷材。 （2）保温隔热：保温层采用 100 厚聚苯保温板。 1.3.5 门窗设计 （1）门：大厅门口及
15、底层走廊尽头均采用玻璃门，其余房间采用普通木门。 （2）窗：均采用定制铝合金推拉窗。 1.3.6 墙体材料 全部采用粉煤灰加气混凝土砌块填充墙，外墙厚度为 300mm，内墙厚度为 200mm。 1.3.7 建筑做法 本设计建筑物的散水、楼地面、内外墙做法均按山东省建筑标准设计图集建筑工 程做法中规定的做法进行 （1）散水做法：宽 600mm,流水坡 2，选用 散 1 即细石混凝土散水做法； （2）地面做法： 卫生间防水地面，选用地 15 即地面砖防水地面做法； 普通地面，选用地 15 即地面砖地面做法 （3）楼面做法： 卫生间防水楼面，选用楼 17 即地面砖防水楼面做法； 普通楼面，选用楼 1
16、5 即地面砖楼面做法 （4）内墙做法，选用内墙 12 即粉刷石膏罩面内墙做法； （5）外墙做法，选用外墙 14 即面砖外墙做法； （6）屋面做法：选用屋面 16 即细石混凝土刚性防水平屋面； （7）其它做法：所有墙体均采用蒸压粉煤灰加气混凝土砌块，外墙厚度 300mm，内 墙厚度 200mm，落水管采用 200mm 直径 PVC 雨水管。 2 威海分校教学楼结构设计说明书 本次教学楼建筑总面积 8359.32m2，一字型现浇钢筋混凝土框架结构，7 度抗震设防， 共六层，每层设置一部双份式主楼梯和两部双跑式的辅助楼梯，设男女卫生间各两个。 设计的主要内容有荷载统计、内力计算和截面设计，计算中水平
17、荷载作用下的框架内力 计算采用 D 值法，恒荷载和活荷载内力采用弯矩二次分配法计算。 2.1 工程概况 1 工程是六层教学楼，各层层高均为 3.9m。 2 工程采用现浇钢筋混凝土框架结构，上人屋面屋面。 3 工程抗震设防烈度为 7 度，三级抗震，第一组设计分组。 2.2 设计依据 1 黄土层地基承载力标准值 fk=180kPa。 2 设计依据的相关规范 建筑结构荷载规范 GB 500092001 建筑抗震设计规范 GB 500112010 混凝土结构设计规范 GB 500102002 2.3 上部结构 1 当填充墙长度大于 5m 或者高度大于 4m 时，要按分别设置构造柱和水平梁。构造 柱和水
18、平梁配筋及截面见图纸。构造柱上下各 1100mm，范围内箍筋加密为 6100。 2 柱上部有女儿墙均上升至女儿墙顶，截面不变，配筋变为 412。 3 混凝土构件保护层：板-20mm，梁-35mm，柱-40mm。 3 结构计算书 3.1 基本设计资料 1 设计地点，山东省威海市； 2 采暖室外空气计算温度-10,夏季通风室外空气计算温度 32； 3 场地情况：自然地坪标高 500.03mm，地下水位属潜水类型，勘察期间稳定水位 8.5m9.02m，地下水对混凝土无腐蚀性，场地土层分布有明显的规律性，从上至下依次 为杂填土；黄土，中等压缩土，厚度较大；古土壤，中等压缩；粉质粘土，中等偏低压 缩性。
19、黄土层建议地基承载力标准值为 fk=180kPa 4 基本雪压：0.45KN/m2; 5 基本风压：0.65KN/m2; 6 最大冻土深度：0.9m； 7 地下水位：地表以下 10m。 3.2 建筑结构选型 3.2.2 结构选型： 采用钢筋混凝土现浇框架结构体系。 由于该建筑物的开间和跨度都比较大，且建筑物处于 7 度抗震设防区，所以主体结 构选用框架结构。 3.2.2 其他结构选型 （1）楼板、屋面板结构：采用现浇混凝土板结构，屋面按上人屋面设计，荷载值按 规范取用。 （2）楼梯：选用钢筋混凝土板式楼梯。 （3）过梁：以连系梁兼做门窗过梁为主 3.3 结构布置及结构计算简图的确定 3.3.1
20、 结构平面布置 柱距以 6m 为主，跨度边跨 7.2m，中跨 2.7m，具体平面布置图如下： 图 3.1 结构平面布置图 3.3.2 计算简图 框架柱嵌固在基础得顶面，梁和柱刚性连接。由于各层柱的截面尺寸保持不变，所 以梁得跨度为柱截面形心之间的距离。底层框架柱高度应从基础顶面算至二层楼面；由 于基础埋置深度未定，本设计按东土深度取基础顶面至室外地坪高度为 0.90m，室内外 高差设计为 0.45m，所以底层框架柱高度为 5.25m。其余各层框架柱高度均取为层高， 即为 3.90m。框架的计算简图如图 3.2 所示。 3.3.3 梁、柱的截面尺寸 框架结构为超静定结构，需要预先估算梁、柱的截面
21、尺寸，并确定结构所采用建筑 材料的强度等级之后，再进行内力计算。具体取值如下: 混凝土强度等级：30(fc=14.3N/mm2,ft=1.43N/mm2,Es=2.0105N/mm2) 框架梁的截面尺寸为： 边跨框架梁： 。取mmhmmlh700,)900600(7200 8 1 12 1 8 1 12 1 。取mmbmmhb300,)350 3 . 233(700 2 1 3 1 2 1 3 1 中跨框架梁： 。mmhmmlh500,) 5 . 337225(2700 8 1 12 1 8 1 12 1 取 。取mmbmmhb300,)250 7 . 166(500 2 1 3 1 2 1
22、3 1 图 3.2 框架结构计算简图 连系梁：主要考虑连系梁兼做窗过梁，确定梁高为 600mm，外纵墙厚设计为 300mm，确定梁宽为 300mm，即：bh=300 mm600mm。 框架柱：底层柱的柱高 H=5250mm, 由于为现浇楼盖，则其计算长度为 mmHl52500 . 1 ,其他层柱的柱高 H=3900mm，计算高度 4875390025 . 1 25 . 1 0 Hl 则 ，mmb l b500 5 . 162 30 4875 30 0 ，取 .500h,19525487525 0 mmlh取 3.3.4 梁柱线刚度及其相对线刚度计算 在计算框架梁截面惯性矩 I 时，应考虑到楼板
23、的影响，对于本次设计，由于采用的是 现浇混凝土楼盖，所以边跨梁的截面惯性矩 I 扩大为原来的 1.5 倍，中跨梁的截面惯性 矩 I 扩大为原来的 2.0 倍，具体计算如下： 框架梁、柱刚度计算： 边跨框架梁： E E Ii 4 3 01 1086.17 2 . 7 7 . 030 . 0 12 1 5 . 1 5 . 1 中跨框架梁： E E Ii 4 3 02 1015.23 7 . 2 5 . 030 . 0 12 1 2 2 中间层框架柱： E E lEIi 4 4 3 1035.13 9 . 3 5 . 0 12 1 / 底层框架柱： E E lEIi 4 4 4 1092 . 9 25 . 5 5 . 0 12 1 / 各个框架梁、柱的线