北京科技大学教学楼设计毕业设计计算74335963.doc

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1、毕业设计（论文）用纸 摘 要 本毕业设计工程是北京科技大学教学楼设计，包括建筑设计和结构设计两部分内容。 一、建筑设计是在总体规划的前提下，根据设计任务书的要求，综合考虑建筑物与周 围环境、建筑物的使用功能、流水交通及经济性等问题，依据相关设计规范来确定设计方 案，做出建筑的结构形式、建筑平面、剖面及立面设计。 二、结构设计是在建筑物初步设计的基础上确定结构方案；选择合理的结构体系；进 行结构布置，并初步估算，确定结构构件尺寸，进行结构计算。在确定框架布局之后，我 先进行了层间荷载代表值的计算,接着利用顶点位移法求出自振周期，进而按底部剪力法计 算水平荷载（地震荷载、风荷载）的作用，求出在水平

2、荷载作用下的结构内力（弯矩、剪 力、轴力）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力，并利用 Excel 表格找 出最不利的一组或几组内力组合，选取最安全的结果计算配筋。此外还进行了基础、楼板 的设计，利用 PKPM 电算软件对整体结构进行分析，并绘制相关的结构施工图. 关键词：框架结构；荷载计算；内力计算；内力组合；抗震设计；PKPM - 1 -毕业设计（论文）用纸 Abstract This graduation design project is a Beijing university of science and technology of the building , in

3、cluding architecture design and structure design. 1.The architecture design is made under the premise of the overall programming, according to the request of the design mission, in addition, the building and its surroundings, usage function, the transportation and architecture economy and so on are

4、compressively considered. And the project design according to the related design norm confirm the structural form of architecture, the design of the plan views ,the elevation views and the sectional views. 2. The structure design is based on preliminary architecture design, to select the right struc

5、ture type, precede structure arrangement and sizes of structure components to calculate. When the directions of the frames is determined, firstly the weight of each floor is calculated .Then the vibrate cycle is calculated by utilizing the peak-displacement method, then making the amount of the hori

6、zontal load force (seismic load，wind load) can be got by way of the bottom-shear force method. The force can be assigned according to the shearing stiffness of the frames of the different axis. Then the internal force (bending moment, shearing force and axial force ) in the structure under the horiz

7、ontal loads can be easily calculated. After the determination of the internal force under the dead and live loads, the combination of internal force can be made by using the Excel software, whose purpose is to find one or several sets of the most adverse internal force ，which will be the basis of pr

8、otracting the reinforcing drawings of the components. Beside that, The designs of the foundation、floor slabs and stairs are also be approached by calculating the internal force and reinforcing . We can use the computer software PKPM to analysis the overall structure.After all，the construction drawin

9、gs are completed. Key Words: frame structure; load computation; internal load computation;internal loadcombination; anti-seismic design;PKPM- 2 -毕业设计（论文）用纸 目 录 第一章 绪论3第二章 结构计算书42.1 设计资料4第三章 梁、柱截面尺寸估算53.1 梁截面尺寸估算53.2 柱截面尺寸估算5第四章 框架计算简图及梁柱线刚度64.1 确定框架计算简图（KJ-5）64.2 梁柱线刚度计算6第五章 荷载计算85.1 恒荷载标准值计算85.2 活荷

10、载标准值计算115.3 恒荷载和活荷载作用下框架的受荷图115.4 风荷载标准值计算155.5.框架柱抗侧刚度 D 和165.6 水平地震作用计算185.7 结构基本自振周期计算20第六章 内力计算226.1 恒荷载标准值作用下框架的内力226.2 活荷载标准值作用下框架的内力246.3 风荷载标准值作用下框架的内力266.4 水平地震作用下框架的内力27第七章 内力组合297.1 荷载统计297.2 横梁弯矩调幅317.3 荷载组合33第八章 配筋计算46- 1 -毕业设计（论文）用纸 8.1 框架梁的配筋计算468.2 框架柱的配筋计算508.3 双向板的设计53第九章 基础设计599.1

11、 基本资料599.2 基础底面设计599.3 基础结设计62结 论68致 谢69主要参考文献70- 2 -毕业设计（论文）用纸 第一章 绪 论 作为一名即将毕业的土木工程专业的本科生，在大学几年的理论学习后，要结合社会 的实际情况，检验一下所学习的专业知识是否专业和完善。毕业设计恰好就是一种最好的 检验，可以使四年中所学习的知识得到综合利用，使得各方面的知识系统化和实践化。通 过独立完成毕业设计，可以培养独立思考、独立工作的能力，以及调查、分析和查阅资料 的能力。 本次毕业设计题目为北京科技大学教学楼，结构形式采用全现浇框架结构。在熟 悉本课题设计任务书的基础上，结合当地的自然条件，施工技术水

12、平，并查阅相关建筑设 计的书籍和规范，独立完成教学楼工程的建筑方案设计，并最终绘制出建筑施工图。 通过建筑方案的设计，对框架结构进行柱网布置和结构选型，并确定材料类型和截面 尺寸。首先，通过现行规范选定教室做法，并以此计算框架结构各层的重力荷载代表值； 其次，采用合适的计算方法对竖向荷载作用下框架结构的内力、水平地震荷载作用下框架 结构内力及侧移进行计算；最后，通过以上的结构计算，对框架结构进行截面设计（梁、 板、柱截面尺寸及配筋）、楼板设计（楼板尺寸及配筋），使得截面的配筋满足构造要求。 最后通过框架结构的结构设计及计算结果，在此基础上利用 PKPM 电算软件对整体结构进 行分析，并绘制出框

13、架结构的结构施工图。 3 毕业设计（论文）用纸 第二章 结构计算书 2.1 设计资料 （1）工程名称：北京科技大学教学楼。 （2）结构形式：现浇钢筋混凝土框架结构，柱网尺寸为 7.8m?.6m。 （3）工程概况：建筑层数 4 层，层高 3.6m，室内外高差 600mm，女儿墙 1100mm， 建筑高度 16.1m，建筑面积 3250m2。 （4）基本风压：0.45kN/m2，地面粗糙度为 C 类。 （5）基本雪压：0.40kN/m2。 （6）抗震设防烈度：八度设防。 （7）材料选用： 钢筋：梁、柱中的纵向钢筋采用 HRB335，板中钢筋和箍筋采用 HPB235；基础中除 分布钢筋和箍筋采用 H

14、PB235 外，其余钢筋采用 HRB335。 混凝土：采用 C30 混凝土； 墙体：采用加气混凝土砌块，重度 g =5.5kN/m3； 窗：铝合金窗， g =0.35kN/m3； （8） 墙体厚度：墙厚为 240mm。 结构平面布置图如图 2.1 所示: 图 2.1 结构平面布置图 4 毕业设计（论文）用纸 第三章 梁、柱截面尺寸估算 3.1 梁截面尺寸估算 框架梁截面高度 h=(1/81/12)L，截面宽度 b=（1/21/4)h，本结构中取： 纵向框架梁： b=300mm h=650mm 横向 AB、CD 跨框架梁：b=300mm h=650mm 横向 BC 跨框架梁：b=300mm h=

15、400mm 次梁：b=250mmh=500mm3.2 柱截面尺寸估算11框架柱的截面尺寸bc=Hi ，hc =(1: 2)bc ，Hi1218为第 i 层层高。本结构中层高为 3.6m，故bc =（200300）mm。框架柱截面尺寸还应根据公式N A 估算。式中：N=(1.1:1.2)N ， N = 负荷cmN f cvv 面积?（1214）kN/m2?层数， mN为轴压比，可根据规范查出。 仅估算底层柱。本结构中，边柱和中柱负荷面积分别为（7.8 3.3）m2，（7.8 4.65） m2，层数为 4 层；该框架结构抗震设防烈度为八度，建筑高度 16.1m30m，因此为二级抗 震，其轴压比限值

16、 mN=0.8。 C30 混凝土， fc =14.3N/mm2 3 1.27.83.3144102边柱Ac =134400mm0.914.331.27.84.65144102中柱Ac =189382mm0.914.3 取柱截面为正方形，则边柱、中柱截面分别为 370mm 370mm，435mm 435mm，考 虑到施工、计算简便以及安全因素，各柱截面尺寸从底层到顶层均取为 500mm 500mm。 5 毕业设计（论文）用纸 第四章 框架计算简图及梁柱线刚度 4.1 确定框架计算简图（KJ-5） 框架的计算单元如图 2.1.1 所示，选取轴线上的一榀框架进行计算，其余框架可参 照此框架进行配筋。

17、假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。由于各层柱的截面尺 寸不变，故梁跨等于柱截面形心轴线之间的距离。底层柱高从基础顶面算至二层楼面，基 础顶面至室外地面的高度为 0.5m，室内外高差为 0.6m，因此基顶标高为-1.1m，二层楼面 标高为 3.6m，故底层框架柱高为 4.7m，其余各层柱高从楼面算至上一层楼面（即层高）， 故均为 3.6m。由此可绘出框架的计算简图，如图 4.2.1 所示。 4.2 梁柱线刚度计算对于现浇楼板，中框架梁取I =2I0，I013= bh ，i= cE I 。12l 各跨框架梁和各层框架柱的线刚度计算分别见表 4.2.1 和表 4.2.2。由于该榀框架结构对称

18、，因此只需计算半边结构。表 4.1 梁线刚度ib 的计算构件ECbh (N/mm2) (mm譵m)I0L1.5ECI0/L2ECI0/L (mm4) (mm) (N譵m) (N譵m) 边框架梁 AB3.0?04300?506.866?0966004.681?0106.241?010中框架梁 BC3.0?04300?001.600?0927002.667?0103.556?010表 4.2 柱线刚度ic 的计算层号ECbh (N/mm2) (mm譵m)I0hECI0/h (mm4) (mm) (N譵m) 13.0?04500?005.208?0947003.324?010243.0?04500?

19、005.208?0936004.340?010令i-1.0，则其余各杆件的相对线刚度为：6.2411010iAB、CD梁=104.3401010=1.438，10i =3.55610 = 0.819，i3.32410 = = 0.766BC梁104.34010底层柱 104.34010 框架结构的相对线刚度如图 4.2.1 所示。 6 25 =毕业设计（论文）用纸 图 4.1 框架结构的相对线刚度如 7 毕业设计（论文）用纸 第五章 荷载计算 5.1 恒荷载标准值计算 5.1.1 屋面防水层：App 改性沥青防水卷材 找平层：20 厚水泥砂浆找坡层：40 厚水泥石灰焦渣砂浆 保温层:20 厚珍

20、珠岩保温层结构层：120 厚现浇钢筋混凝土板 抹灰层：20 厚混合砂浆合 计：5.1.2 各层楼面20mm 厚水泥砂浆面层结构层：100 厚现浇钢筋混凝土板 抹灰层：20 厚混合砂浆合 计：5.1.3 梁自重（1）b h=300mm 650mm 梁自重抹灰层：15 厚混合砂浆 合 计：（2）b h=300mm 400mm 梁自重抹灰层：15 厚混合砂浆 合 计：（3）b h=250mm 500mm 梁自重20.05 kN m320.02m 20 kN m = 0.40 kN m320.04m 14 kN m = 0.56kN m320.02 4kN / m = 0.008 kN m320.12

21、m 25 kN m =3kN m320.02m 17 kN m = 0.34 kN m4.258kN/m2320.02m 20 kN m = 0.40 kN m320.10m 25 kN m = 2.5kN m320.02m 17 kN m = 0.34 kN m3.240kN/m225?.3?（0.65-0.1）=4.125kN/m0.015?(（0.65-0.1）?+0.3?7=0.357kN/m 4.482kN/m25?.3?（0.4-0.1）=2.250kN/m0.015?（0.4-0.1）?+0.3?7=0.230kN/m 2.480kN/m25?.25?（0.5-0.1）=2.50

22、0kN/m 抹灰层：15 厚混合砂浆0.015?（0.5-0.1）?+0.25?7=0.268kN/m合 计：2.768kN/m（4）基础梁 250mm 400mm 梁自重25?.25?.4=2.5kN/m8 毕业设计（论文）用纸 5.1.4 柱自重 bh=500mm500mm 柱自重25?.5?.5=6.25kN/m抹灰层：15 厚混合砂浆0.015?.5?7=0.51kN/m合 计：6.76kN/m5.1.5 外纵墙自重（1）标准层（7.8-0.5）（3.6-0.65）-3.32.12纵墙在计算单元内相当于高度为 3.32.127.8-0.5=1.001m的墙，铝合金窗在计算单元内相当于高

23、度为纵墙 铝合金窗7.8-0.5=1.899的窗。1.001?.24?.5=1.321kN/m 1.899?.35=0.665kN/m2 面砖外墙面1.0010.0221 kN m=0.420 kN m水泥粉刷内墙面1.0010.36 kN m2=0.360 kN m合 计：2.766kN/m（2）底层（7.8-0.5）（4.7-0.65-0.4）-3.32.12纵墙在计算单元内相当于高度为7.8-0.5=1.651m 的 墙，铝合金窗在计算单元内相当于高度为 1.32m 的窗。纵墙 铝合金窗1.651?.24?.5=2.179kN/m 1.889?.35=0.661kN/m2 面砖外墙面1.

24、6510.0221 kN m=0.693kN m2 水泥粉刷内墙面1.6510.36 kN m=0.594 kN m合 计：4.127kN/m5.1.6 内纵墙自重（1）标准层纵墙（3.6-0.65）?.24?.5=3.894kN/m水泥粉刷内墙面（3.6-0.65）?.36?=2.124kN/m合 计：6.018kN/m（2）底层纵墙（4.7-0.65-0.4）?.24?.5=4.881kN/m水泥粉刷内墙面（3.6-0.65）?.36?=2.124kN/m合 计：7.005kN/m9 毕业设计（论文）用纸 5.1.7 外横墙自重 （1）标准层 横墙（4.7-0.65-0.4）?.24?.5

25、=4.881kN/m面砖外墙面（3.6-0.65）?.02?1=1.239kN/m水泥粉刷内墙面（3.6-0.65）?.36=1.062kN/m合 计：6.195kN/m（2）底层横墙（4.7-0.65-0.4）?.24?.5=5.02kN/m面砖外墙面（3.6+0.6-0.65）?.02?1=1.491kN/m粉刷石水泥粉刷内墙面（3.6-0.65）?.36=1.062kN/m合 计：7.573kN/m5.1.8 内横墙自重（1）标准层纵墙（3.6-0.65）?.24?.5=3.894kN/m水泥粉刷内墙面（3.6-0.65）?.36?=2.124kN/m合 计：6.018kN/m（2）底层

26、纵墙（4.7-0.65-0.4）?.24?.5=4.881kN/m水泥粉刷内墙面（3.6-0.65）?.36?=2.124kN/m合 计：7.005kN/m5.1.9 走廊尽头墙（1）标准层（2.7-05）（3.6-0.65）-1.82.1纵墙在计算单元内相当于高度为 1.82.12.7-0.5=1.232m 的墙，铝合金窗在计算单元内相当于高度为走廊尽头墙 铝合金窗 面砖外墙面水泥粉刷内墙面 合 计：（2）底层2.7-0.5=1.718m 的窗。1.232?.24?.5=1.626kN/m 1.718?.35=0.601kN/m1.232?.02?1=0.517kN/m 1.232?.36=

27、0.444kN/m 3.188kN/m （2.7-05）（4.7-0.65-0.4）-1.82.1纵墙在计算单元内相当于高度为=1.832m的墙，2.7-0.5铝合金在计算单元内相当于高度为 1.718m 的窗。 走廊尽头墙1.832?.24?.5=2.418kN/m10 毕业设计（论文）用纸铝合金窗 面砖外墙面水泥粉刷内墙面 合 计：5.1.10 女儿墙自重 做法：100mm 混凝土压顶，1100mm 加气混凝土。1.718/?.35=0.601kN/m1.832?.02?1=0.769kN/m1.718?.36=0.618kN/m 4.406kN/m墙压顶的混凝土 面砖外墙面 合 计：5.

28、2 活荷载标准值计算5.2.1 屋面和楼面活荷载标准值 不上人屋面 0.5kN / m0.5?.1?.24?.5=0.726kN/m 0.1?.24?5=0.600kN/m1.2?.02?1=0.504kN/m 1.734kN/m22 房 间2.5kN / m2 走 廊3.5kN / m5.2.2 雪荷载标准值Sk=1.0?.40kN/m2屋面活荷载和雪荷载不同时考虑，两者中取大值。5.3 恒荷载和活荷载作用下框架的受荷图图 5.1 恒荷载和活荷载作用下框架的受荷图AB 轴间梁上板的l / l= 6600 / 3900 = 1.69 2，按双向板进行计算，长边支承梁上 oyox11 毕业设计（

29、论文）用纸 荷载呈梯形分布，短边支承梁上荷载呈三角形分布；BC 轴间梁上板的 l/ l= 7800 / 2700 = 2.889 3，按双向板进行计算，荷载平均分给两长边的支承梁。本结oyox构楼面荷载的传递示意图见图 5.1。板传至梁上的三角形荷载等效为均布荷载 q15= q；梯形荷载等效为均布荷载 8q1 =(231-2a +a )q，a =1.956.623= 0.295，1-2a +a= -20.2950.295+0.2950.2950.295=0.852， q1 = 0.852q 。 5.3.1 AB 轴间框架梁 屋面板传给梁（即屋面板两个梯形荷载等效为均布荷载）： 恒荷载：4.25

30、8?95?.852?=14.122kN/m 活荷载：0.5?.95?.852?=1.661kN/m 楼面板传给梁（即楼面板两个梯形荷载等效为均布荷载）： 恒荷载：3.24?.95?.852?=10.766kN/m 活荷载：2.5?.95?.852?=8.30kN/m AB 轴间框架梁均布荷载为： 屋面梁恒荷载=梁自重+板传恒荷载=4.482+14.122=18.604kN/m 活荷载=板传活荷载=1.661kN/m 楼面梁恒荷载=内横墙自重+梁自重+板传恒荷载=6.018+4.482+110.766=21.266kN/m 活荷载=板传活荷载=8.307kN/m 5.3.2 BC 轴间框架梁 屋

31、面板传给梁（即屋面板两个梯形荷载等效为均布荷载）： 恒荷载：4.258?.7/2?/8?=7.172kN/m 活荷载：0.5?.7/2?/8?=0.844kN/m 楼面板传给梁（即楼面板两个梯形荷载等效为均布荷载）： 恒荷载：3.24?.7/2?/8?=5.468kN/m 活荷载：3.5?.7/2?/8?=5.906kN/m BC 轴间框架梁均布荷载为： 屋面梁恒荷载=梁自重+板传恒荷载=7.172+2.480=9.652kN/m 活荷载=0.844kN/m 楼面梁恒荷载=梁自重+板传恒荷载=5.468+2.480=7.948kN/m 活荷载=5.906kN/m 5.3.3 A 轴柱纵向集中荷

32、载的算 屋面板三角形荷载等效为均布荷载： 12 毕业设计（论文）用纸恒荷载：4.258?.95? 5 8=5.180kN/m活荷载：0.5?.95? 5 8=0.609kN/m 楼面板三角形荷载等效为均布荷载：恒荷载：3.24?.95? 5 8=3.949kN/m活荷载：2.5?.85? 5 8=3.047kN/m 顶层柱恒荷载=女儿墙自重+外纵框架梁自重+板传恒荷载+次梁传恒荷载=1.734?.8+4.482?（7.8-0.5）+5.18?（7.8-0.5）+ 2.7686.6 2.7687.814.1226.6 42+4=150.590kN2+24 顶层柱活荷载=板传活荷载=0.609?（

33、7.8-0.5）+ =9.927kN1.6616.6 42 标准层柱恒荷载=外纵墙自重+外纵框架梁自重+板传恒荷载+次梁传恒荷载 =2.766?（7.8-0.5）+4.462?（7.8-0.5）+3.949?（7.8-0.5）+10.7666.6 42.7686.62.7687.82+2+244 =137.196kN标准层柱活荷载=板传活荷载=3.047?（7.8-0.5）+ =49.656kN2.7686.6 42.7687.82+24 基础顶面恒荷载=底面外纵墙自重+基础梁自重 =4.127?（7.8-0.5）+2.5?（7.8-0.5） =48.377kNz 5.3.4 B 轴柱纵向集中

34、荷载的计算 走廊屋面板均布荷载：恒荷载：4.258?.35?/8=3.586kN/m 活荷载：0.5?.35?/8=0.425kN/m 走廊楼面板均布荷载：恒荷载：3.24?.35?/8=2.73kN/m 活荷载：3.5?.35?/8=2.953kN/m 顶层柱恒荷载=内纵框架梁自重+板传恒荷载+次梁传恒荷载 13 毕业设计（论文）用纸=4.482?（7.8-0.5）+5.180?（7.8-0.5）+ 2.7686.6 2.7687.814.1226.6 42+3.586?（7.8-0.5）+42+24 =163.243kN顶层柱活荷载=板传活荷载=0.5?（7.8-0.5）+ =12.234

35、kN1.6616.6 42+0.425?（7.8-0.5） 标准层柱恒荷载=内纵墙自重+内纵框架梁自重+板传恒荷载+次梁传恒荷载=6.018?（7.8-0.5）+4.482?（7.8-0.5）+3.24?（7.8-0.5）+ 2.7686.6 2.7687.821.2666.6 42+2.73?（7.8-0.5）+ =210.338kN标准层柱活荷载=板传活荷载 =3.047?（7.8-0.5）+=71.162kN48.3076.6 42+242+2.953?（7.8-0.5） 基础顶面恒荷载=底面内纵墙自重+基础梁自重 =7.005?（7.8-0.5）+2.5?（7.8-0.5） =69.3

36、87kN 框架在恒荷载和活荷载作用下受荷图如图 5.3.2 所示，竖向荷载与柱轴心无偏心。 图 5.2 恒荷载和活荷载作用下框架的受荷图 14 毕业设计（论文）用纸 注：1.图中集中力的单位为 kN，均布力的单位为 kN/m； 2.图中数值均为标准值；3.括号外数值表示恒荷载，括号内数值表示活荷载。 5.4 风荷载标准值计算 1.求房屋横向基本自振周期，n=4 根据经验高层建筑框架剪力墙结构基本周期为：T1 =（0.05 0.10)n，取T1 =0.08n，则T1 =0.084=0.320.25s因此应考虑风压脉动对结构产生顺风向风振的影响。查建筑结构荷载规范得：钢筋混凝土框架结构的基本自振周

37、期T1 = 0.25+0.5310-3 H2= 0.3162.各楼层位置处的风振系数，按公式b z =1+2222jzxu m z3B计算 w0T1= 0.45 0.316= 0.045KN sm，查高层建筑结构脉动增大系数表（由于地面粗糙度为 C 类，应乘以 0.62）可知，x = 1.175 。由于 H=16.1，B=7.2,则 H B = 2.24 ,粗糙度类别为 C 类，查高层建筑结构脉动影响系数有u = 0.457 。求振型系数时，可近似用 Z H 代替振型系数,即j z= Z H ：jz1=4.216.1=0.261,jz2=7.816.1=0.484,jz3=11.416.1=0

38、.708,jz4=1516.1=0.932,由于平面为矩形，因此迎风面的风荷载体型系数为 0.8，背风面的风荷载体型系数为0.5，则ms= 1 .3风荷载标准值wk=bzmsmzw0，计算结果如表 5.4.1：风荷载作用下结构的受荷图如图 5.3 所示。表 5.1 风荷载标准值楼 层高 离地面高m m b ww B(m)h(m)F(KN) szz0k层(m)(m)43.60015.01.30.651.7700.450.6737.22.210.6633.60011.41.30.651.5850.450.6037.23.615.6323.6007.81.30.651.4000.450.5327.2

39、3.613.7913.6004.21.30.651.2160.450.4627.23.912.9715 毕业设计（论文）用纸 图 5.3 风荷载作用下框架的受荷图 注：1.图中各值的单位为 kN；2.图中数值均为标准值 5.5.框架柱抗侧刚度 D 和 5.5.1 横向 D 值计算 各层柱的 D 值及总 D 值见表 5.2表 5.7。 表 5.2 横向 25 层中框架 D 值计算ib构件名称 i =2ic 21.438iac =2+i12D =a ic c2hc框架柱 A 2 1.0=1.4381.43816808 2（1.438+0.819）框架柱 B21.0=2.2572.25721306 表 5.3 横向底层中框架 D 值计算构件名称 iib=ic0.5+i12ac = D =a ic c22+ihc框架柱 A1.4380.766=1.8520.61111027框架柱 B1.438+0.819 = 2.9460.7660.69712581 16 毕业设计（论文）用纸 表 5.4 横向 25 层边框架 D 值计算构件名称