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1、淮海工学院二八届本科毕业设计 第 33 页 共 104 页X X X 毕业设计说明书题 目： 教学楼设计 作 者： 学 号： 系 (院)： 土 木 工 程 学院 专业班级： 指导者： 评阅者： 2009年6月 中文摘要摘 要：我本次设计的课题为多层框架教学楼。为六层框架结构，建筑总高度22.5m，建筑面积约5000m2。通过对该幢建筑的建筑、结构设计，熟悉了单体建筑的前期准备、设计、施工全过程，绘制了建筑、结构设计图纸，本计算书详细介绍了此教学楼的建筑、结构设计的全过程。设计分为建筑设计阶段和结构设计阶段两部分。一、建筑设计阶段在建筑设计阶段，通收集各种优秀的设计方案，同时对相关建筑物的实地考
2、察，形成一定的设计概念，在对相关规范认真学习的基础之上进行初步建筑方案设计，在图纸上绘制总平面图、各层平面图、主要立面图、主要剖面图的草图。在专业老师指导下，进行反复修改，并最终在计算机上绘制详图，达到正确美观的效果。二、结构设计阶段在结构设计阶段，可以采用力矩分配法和分层法对竖向荷载作用下的框架结构进行内力计算；在水平荷载作用下的内力计算可采用D值法，用电算进行计算，手算校核；为了减少框架结点外的钢筋拥挤，方便施工，根据框架结构延性设计原则，可采用弯矩调幅法人为的减少梁端负弯矩。关键词： 教学楼 建筑物 结构 框架结构 建筑设计 结构设计 水平荷载 纵向荷载AbstractAbstract：
3、My this design topic for multi-layered frame classroom building. For six portal frame constructions, construction gross altitude 22.5m, floor space approximately 5000m2. Through to this buildings construction, the structural design, was familiar with the monomer construction earlier period preparati
4、on, the design, to construct the entire process, has drawn up the construction, the structural design blueprint, this account book introduced this classroom building construction, the structural design entire process in detail. The design divides into the architectural design stage and the structura
5、l design stage two parts.one, architectural design stage in the architectural design stage, passes collects each kind of outstanding design proposal, simultaneously to is related the building on-the-spot investigation, forms certain design concept, in studies earnestly to the related standard above
6、the foundation carries on the preliminary construction project design, draws up the general layout, each horizontal plan, the main elevation, the main sectional drawing schematic diagram on the blueprint. Under the specialized teacher guide, carries on revises repeatedly, and draws up the detail fin
7、ally on the computer, achieves the correct artistic effect。two, structural design stage in the structural design stage, may use the moment of force method of distribution and the delamination carries on the endogenic force computation to under the vertical load function portal frame construction; Ma
8、y use the D value law under the horizontal load functions endogenic force computation, uses electricity calculates carries on the computation, the hand calculates the examination; In order to reduce outside the frame point the steel bar to be crowded, facilitates the construction, according to the p
9、ortal frame construction ductility principle of design, may use the bending moment amplitude modulation legal person for reduces the Liang end hogging moment. Key Words: the office building ；construction ；frame ；frame structure；building design； the structure calculation； horizontal lotus to carry； l
10、engthways the lotus carry.目 录绪论1设计总说明2结构计算 71 设计资料71.1 工程名称71.2 工程概况71.3 设计资料72 结构布置及结构计算简图82.1 柱网布置82.2 计算单元选取82.3 梁柱截面尺寸的确定102.4 板厚的确定113 恒载计算123.1 屋面荷载标准值123.2 楼面荷载标准值123.3 框架梁柱荷载标准值123.4 填充墙荷载标准值133.5 门窗荷载标准值133.6楼梯荷载标准值134 活载计算 145 楼层荷载汇总 145.1 顶层荷载145.2五层荷载 155.3 二四层荷载165.4 一层荷载166 地震作用196.1 横
11、向框架侧移刚度计算196.2 横向框架自振周期计算226.3 横向框架水平地震作用226.4 变形验算236.5 横向框架轴柱端弯矩计算266.6 地震作用下的内力分析267 横向框架在风荷载作用下的内力分析317.1 横向框架在风荷载作用下的水平位移验算337.2 横向框架在风荷载作用下的内力计算348 竖向荷载作用下横向框架的内力计算398.1 计算单元398.2 荷载计算40 8.3 各层结点弯矩计算428.4 梁柱线刚度比 448.5 横向框架的弯矩用二次分配法进行弯矩分配 469 横向框架的内力组合 579.1 弯矩调幅579.2 内力组合6010 截面设计6110.1 框架梁611
12、0.2 框架柱6810.3 现浇板7710.4 次梁8211 楼梯设计8411.1 楼梯板计算8411.2 平台板计算8511.3 平台梁计算8512 地基基础设计8612.1 地基变形验算8612.2 柱下基础设计8712.3 地基地基梁计算94结论96致谢97主要参考文献98附表1梁的内力组合99附表2柱的内力组合100附表3梁柱结点弯矩调整102附表4柱端剪力调整103附表5调整后横向框架各柱剪力组合104绪论0.1 毕业设计的目的1. 在知识上，应综合应用各种学科的理论、知识与技能去分析和解决工程的实际问题，并通过学习、研究和实践，使理论深化，知识拓宽，专业技能延伸。2. 在能力上，培
13、养调研、收集、加工、整理和应用各种资料的能力。3. 在综合素质方面，培养严肃认真的科学态度和严谨的科学作风，以及协调合作的能力。0.2 毕业设计的基本要求1. 认真贯彻“实用、安全、经济、美观”的设计原则。2. 进一步掌握建筑与结构设计的全过程及基本方法和步骤。3. 认真处理好结构设计及建筑的总体与细部关系，选择合理的建筑结构形式、结构体系和结构布置。4. 确定结构计算简图，进行结构分析，结构分析方法必须手算，电算校核。5. 了解和掌握与本设计有关的设计规范和规定，并能正确使用。6. 认真编写设计计算书，绘制相应的设计图纸，并要求正确、规范、美观。设计总说明1 设计简介：本设计为六层教学楼，按
14、照设计要求与规范，本建筑座北朝南，处于文明路与现代路的交汇处。本建筑对建筑材料要求较高，主体采用了混凝土材料，外墙采用乳胶漆，美观大方。本建筑采用“一”字形框架结构，顶层部分有女儿墙，使整个建筑不枯燥单调，教学楼出入口位于南面，楼梯布置于北面，且两端有出入口，使其有合理的布局，从而有良好的教学环境，体现了必须适合教学的这一特点。2 建筑做法：根据建筑苏J012005房屋建筑学等资料采用以下建筑做法：2.1 地 面：（除卫生间）水磨石地面（有防水层） 15厚1：2水泥白石子磨光打蜡 素水泥浆结合层一道 15厚1：3水泥沙浆找平层40厚C20细石混凝土防水层：刷冷底子油一道，二毡三油防潮层， 绿豆
15、砂一层热沥青粘牢 20厚1：3水泥沙浆找平层60厚C15混凝土100厚碎石或碎砖夯实素土夯实2.2 楼 面：（除卫生间）水磨石楼面（防水层）15厚1：2水泥白石子磨光打蜡素水泥浆结合层一道30厚C20细石混凝土防水层：聚氨酯二遍涂膜，厚1.220厚1:3水泥砂浆找平层，现浇钢筋混凝土楼面2.3 踢脚线：地砖踢脚，台度 8厚地砖素水泥浆擦缝 5厚1：1水泥细砂结合层12厚1：3水泥砂浆打底刷界面处理剂一道2.4 内 墙：乳胶漆外墙面 刷乳胶漆5厚1：0.3：3石灰膏砂浆水泥粉面12厚1：1：6水泥石灰砂浆打底刷界面处理剂一道2.5 外 墙：涂料外墙面 刷外墙涂料 6厚1：2.5水泥砂浆粉面，水刷
16、带出小麻面 12厚1：3水泥砂浆打底 刷界面处理剂一道2.6 屋 面：高聚物改性沥青卷材防水屋面 铺贴防滑面砖，干水泥擦缝 20厚1：2.5水泥砂浆 40厚C20混凝土，表面刷素水泥浆一道 隔离层 高分子防水卷材一层20厚1：3水泥砂浆找平层，现浇钢筋混凝土屋面板2.7平顶： 喷涂顶棚 （现浇混凝土） 刷涂料 3厚麻刀灰粉面8厚1：0.3：3水泥石灰膏粉面刷素水泥浆一道（内掺建筑胶）现浇钢筋混凝土2.8油漆： 乳胶漆 乳胶漆二度 满刮腻子二道 刷稀释乳胶漆一度2.9台阶： 防滑砖台阶 10厚防滑地砖（带防滑条），干水泥擦缝 8厚1：1水泥细砂浆结合层 20厚1：3水泥砂浆找平层 素水泥砂浆结合
17、层一道 70厚C15混凝土台阶面向外坡1%200厚碎石，灌1：5水泥砂浆素土夯实2.10散水：细石混凝土散水 40厚C20细石混凝土，撒1:2水泥黄砂压实抹光 120厚碎石垫层素土夯实，向外坡4%211 卫生间：地砖楼面（带防水层） 8-10厚地砖楼面，干水泥擦缝 5厚1:1水泥细砂浆结合层30厚C20细石混凝土 防水层：聚氨酯二遍涂膜，厚1.220厚1：3水泥砂浆找平层现捣制钢筋混凝土楼板3 设计内容：3.1 建筑设计：本建筑采用的是现浇混凝土框架结构，层数为6层，顶层为阅览室、报告厅，五层为办公室，其余为教室及其辅助用房。一层层高为4.2m，二层层高为3.6m，标准层层高为3.6m，六层层
18、高为3.9m, 室内外高差为0.45m，平屋顶。建筑设计阶段，通收集各种优秀的设计方案，同时对相关建筑物的实地考察，形成一定的设计概念，再对相关规范认真学习的基础之上进行初步建筑方案设计，在图纸上绘制总平面图、各层平面图、主要立面图、主要剖面图的草图。在专业老师指导下，进行反复修改，并最终在计算机上绘制详图，达到正确美观的效果。3.2 结构设计：在结构设计阶段，可以采用力矩分配法和分层法对竖向荷载作用下的框架结构进行内力计算；在水平荷载作用下的内力计算可采用D值法，用电算进行计算，手算校核。在进行大量数据处理时，可采用Excel表格进行计算，提高工作效率。通过计算使用Auto-CAD绘制结构详
19、图、施工图、编写施工说明。结构计算主要包括以下几个步骤：3.2.1 结构布置、柱网布置、计算简图以及梁、柱截面尺寸板厚的确定：1、梁截面尺寸的确定：主梁高取跨度的，次梁高取跨度的，梁宽取梁高的。2、柱截面尺寸的确定：由轴压比来确定，根据公式（三级抗震）来确定柱子的截面尺寸。3、板厚取120mm。4、计算单元选取：取轴线一榀框架为计算单元。3.2.2 水平荷载计算：地震作用和风荷载内力计算1、地震作用内力计算：根据荷载规范算出各楼层的自重。计算梁柱线刚度，在框架结构内力与位移计算中，现浇楼面可视作框架梁的有效翼缘，框架边梁惯性矩取矩形梁的1.5倍，框架中梁惯性矩取矩形梁的2倍。在地震荷载作用下，
20、用顶点位移法计算结构的自震周期，按底部剪力法计算横向各层等效地震力，根据计算结果，必须考虑顶部附加水平地震作用力的影响。楼层弹性位移及验算。2、风荷载作用内力计算： 先确定一系列系数的取值。对于本框架结构基本风压值不需调整。由于本建筑物总高度小于30米，对于横向框架：H/B1.5，沿房屋高度在一定范围内变化，故考虑风压脉动系数的影风压高度变化系数，按B类地区用插入法根据各层离地面高度查表算出；对于纵向框架：H/B1.5，因此风振系数取1.0。风载体形系数按矩形结构，迎风面取0.8，背风面取-0.5，总体形系数。其余同地震荷载计算。3.2.3 竖向荷载计算：恒载和活载计算。恒载由构件自重、装修等
21、材料的重量，按一定的传力途径计算出框架的横梁上的线荷载及柱上的集中力，求出梁的固端弯矩，然后用弯矩分配法计算梁、柱的弯矩，用弯矩分配法时采用分层法计算各层弯矩，再进行叠加，求出最后平衡弯矩，再由平衡条件求出梁柱剪力和轴力。活载计算过程同恒载。3.2.4 内力调整：前面进行的设计均为弹性设计，而混凝土为弹塑性材料，因而，应采用概念设计，这样在地震荷载作用下，框架就具有一定的延性，可吸收消耗一部分地震力，抵抗地震作用的能力较高这就需要进行弯矩调幅，降低负弯矩，以减少配筋面积。此结构为现浇框架结构，支座弯矩调幅系数取0.8，跨中弯矩由平衡条件求得。支座弯矩和剪力设计值，应取支座边缘的数值，同时，梁两
22、端支座截面常是最大负弯矩及最大剪力作用处。在水平荷载作用下，端截面还有正弯矩，而跨中控制截面常是最大正弯矩作用处。根据弯矩图可知，柱的最大弯矩值出现在柱两端，剪力和轴力值在同一楼层内变化很小，因此，柱的设计控制截面为上、下两端截面，即梁的上、下边缘。所以，在轴线处的计算内力也要换算成梁的上、下边缘处的柱截面内力。3.2.5 内力组合：考虑五种荷载组合：（注：重力载恒载+0.5活载）1、1.2恒载+1.4活载；2、1.35恒载+0.98活载 3、1.2恒载+1.4风载；4、1.2恒载+0.9（1.4活载+1.4风载）；5、RE（1.2重力载+1.3地震荷载）；框架横梁的控制截面是支座截面和跨中截
23、面，支座处一般产生-Mmax和Vmax，跨中截面产生Mmax。柱的控制截面在柱的上、下端。恒载、活载、风载和地震荷载都分别按各自规律布置进行内力分析，恒载，活载取支座上部弯矩为负，下部弯矩为正；风载、地震荷载均考虑左右两个方向，然后取出各个构件控制截面处的内力，最后在若干组不利内力中选取几组最不利的内力作为构件截面的设计内力。3.2.6 梁、柱、板、楼梯及基础的配筋：1、梁的配筋计算中，分为正截面计算和斜截面计算。正截面计算主要是取梁端最大负弯矩、跨中最大正弯矩来配梁的纵筋。斜截面计算主要是取梁端最大剪力来配梁的箍筋，同时考虑地震剪力的影响。梁端箍筋加密区也要按构造要求来配置。2、柱的正截面计
24、算中。柱的弯矩和轴力组合共考虑了三种组合，即|M|max及相应的N；Nmax及相应的M; Nmin及相应的M。但大多数情况下这几种组合都有一至二组重合，所以一般情况下，最不利组合只有一至两种，取配筋最大的为最终配筋依据。3、由柱距计算知本设计楼板只有单向板按弹性理论进行计算；故板按照单向板进行配筋，考虑四边与梁整体连接的中间区格单向板拱作用的有利因素，对中间区格的单向板，其中间跨的跨中截面弯矩及支座截面弯矩可折减20%，但边跨的跨中截面弯矩及第一支座截面弯矩则不折减。4、楼梯按板式楼梯进行计算配筋。5、由基础的受力特点分析，采用柱下独立基础，其中走廊的基础因柱距太小采用联合基础。结构计算1 设
25、计资料：1.1 工程名称：教学楼1.2 工程概况：本建筑采用的是现浇混凝土框架结构，层数为6层，顶层为活动室，顶层为阅览室、报告厅，五层为办公室，其余为教室及其辅助用房。一层层高为4.2m，二层层高为3.6m，标准层层高为3.6m，六层层高为3.9, 室内外高差为0.45m，平屋顶。1.3 设计资料：1、基本风压：0.6KN/m2、基本雪压：0.4 KN/m，雪荷载准永久值分区为区。3、地震烈度：7度，设计基本地震加速度为0.1g，类场地，设计地震分组为第二组。4、地面粗糙度类别： B类。5、地质资料：地下水在地面以下5米，地下水对混凝土无腐蚀性。2 结构布置及计算简图2.1 结构布置如图2-
26、1所示图2-1 结构布置图 2.2 计算单元选取由于本设计为一简单矩形三跨框架结构，计算单元取中跨横向框架轴线一榀框架，如图2-2所示，其计算简图如图2-3。底层柱高取4200mm（注：底层地面做刚性面层并加基础梁与基础隔开，即底层柱高取4200mm.） 图22 计算单元图2-3 计算简图2.3 梁柱截面尺寸的确定2.3.1 梁截面尺寸1、主梁：AB跨：梁高h=(11218)L=600900mm；取700梁宽b=(1312)h=234350mm；取250BC跨：梁高(11218)L=200300mm根据实际情况综合考虑多种因素，取500 梁宽取 250 mm故主梁截面尺寸：700250，500
27、250 。2、次梁：跨：梁高(11218)L=400600mm；取500梁宽b=(1312)h=167250mm；取250 11跨：梁高(11218)L=200300mm；取450梁宽b=(1312)h=100150mm；取250 (考虑内墙的厚度为240mm) 故次梁截面尺寸： 500250 ,450250mm。2.3.2 柱截面尺寸的确定1、按底层确定柱截面尺寸，底层柱高H=4200。2、b=(120115)h=210280mm。3、初步选定柱的截面尺寸（1）、该建筑采用全现浇结构，混凝土强度等级取C30， 。边柱负荷面积：7.27.22=25.92 m2中柱负荷面积：F=7.2（7.2+
28、2.4）/2=34.56 m2（2）、确定柱截面尺寸： 柱轴压比限制： 估算 N1020 KNA/ 办公楼一般取N10 又因为本设计抗震等级为三级，框架结构所以 n = 0.9（3）、一层边柱： （4）、一层中柱：故取500mm，初步选定柱截面尺寸为：500mm500mm。2.4 板厚的确定规范规定单向板中民用建筑楼板的最小厚度厚取60mm ，故本设计取板厚120mm。3 恒载计算3.1 屋面荷载标准值：20厚1：2.5水泥砂浆： 40厚C20细石混凝土： 20厚1：3水泥砂浆找平： 120厚现捣钢筋混凝土板： 8厚防滑面砖： 0.00819.8 = 0.158板底抹灰平顶： 合计： 3.2
29、楼面荷载标准值： 15厚水泥白石子： 0.01528=0.420 5厚1：1水泥砂浆结合层： 30厚C20细石混凝土： 20厚1：3水泥砂浆找平： 120厚现捣钢筋混凝土屋面板： 板底抹灰平顶： 合计： 4.82KN/m23.3 框架梁柱荷载标准值：3.3.1 梁自重：（包括20mm厚抹灰） （1） 主梁（500250）：0.500.2525=3.125 KN/m 总：3.38 KN/m 梁侧粉刷:(0.50-0.12)0.02172=0.258 KN/m 次梁（500250）：0.500.2525=3.125 KN/m 总：3.38 KN/m 梁侧粉刷:(0.50-0.12)0.02172=
30、0.258 KN/m次梁（450250）：0.450.2525=2.813KN/m 总：3.037 KN/m 梁侧粉刷:(0.45-0.12)0.02172=0.224 KN/m合计： 14.57KN/m（2）柱自重：（包括20mm厚抹灰）柱：（500500）：0.500.5025=6.25 KN/m 总：6.93 KN/m 柱侧粉刷:40.020.517 =0.68 KN/m合计： 6.93 KN/m3.4 填充墙荷载标准值：外墙单位墙体自重（包括20mm厚抹灰）：合计： 内墙单位墙体自重（包括20mm厚抹灰）：合计： 3.5 门窗荷载标准值：铝合金玻璃窗（以钢框玻璃窗计算）取，木门取，铝合
31、金门取，木框玻璃窗取。3.6 楼梯荷载的标准值：先假设楼梯底板厚度150mm，平台梁尺寸：，平台板厚：100mm。3.6.1 梯段板的荷载： 合计： 3.6.2 平台板荷载标准值：水磨石面层： 100厚混凝土板： 板底抹灰： 合计： 3.6.3 平台梁荷载：梁自重：梁侧粉刷：0.02 （0.30-0.12）217=0.1224 KN/m合计： 1.022 KN/m4 活荷载计算上人屋面活荷载为，雪荷载标准值为，按规范屋面活载取雪荷载。楼梯活荷载为，卫生间活荷载为，楼面活荷载为，报告厅活荷载为。5 楼层荷载汇总计算各层总重力荷载代表值，恒载取50%，各层重力荷载集中于楼屋盖标高处。5.1 顶层荷
32、载：女儿墙自重：（240厚墙砖女儿墙）0.24 19+0.02172=5.24 KN/m2 5.241.2（50.9+17.3）2=857.68 KN屋面自重：5.1（50.917.3）=4490.91KN柱自重（包括粉刷）：6.933.9320.5=432.43 KN梁荷载（包括粉刷）：主梁（包括粉刷）：4.77 （7.2-0.5）44+3.38(2.4-0.5) 8=1457.57 KN次梁（包括粉刷）：3.38 (7.2-0.25) 14+3.04(3.6-0.25) 4=369.61 KN梁总荷载为：1457.57+369.61=1827.18 KN顶层上半部分墙荷载：外墙净长度：(5
33、0.9+17.3) 2-20 0.5-3.80=122.6m顶层上半部分外墙荷载：5.24 【122.60 (3.9-0.7)-2.1 2.1 24-0.9 2.1 4】+5.24 【3.8 (3.9-0.5)-1.5 2.1 2】=1496.23 KN顶层上半部分内墙荷载： 内墙净面积：7.26（3.9-0.5）+【(7.2-0.5) 20（3.9-0.7）-161.02.1-40.92.1-（3.6-0.25-0.12）（3.9-0.7）】+【（3.6-0.24）（3.9-0.45）4-0.92.14】=567.03 m2顶层上半部分内墙荷载：5.24567.03=297.22 KN门窗洞
34、口总面积： C1:(24个) 2.12.124=105.84 m2C2:(4个) 0.92.14=7.56 m2 C3:(2个) 1.52.12=6.30 m2 M1:(16个) 1.02.116=33.6 m2 M3:(8个) 0.92.18=15.12 m2 C： （105.84+7.56+6.30）0.2=9.74 KN M：（33.6+15.12）0.2=9.74 KN 故墙体总荷载：0.5 （1496.23+2971.22）=2233.72 KN门窗荷载：0.5 （47.88+9.744）=28.81KN恒载=857.68+4490.91+432.43+1827.18+2233.72
35、+28.81=9870.73KN按规范规定活载取雪荷载： 0.4（50.917.3）=352.23KN顶层重力荷载代表值：（.+.） 5.2 五层荷载：楼面荷载：4.82 （50.416.8-7.23.62）=3831.32KN 柱自重（包括粉刷）： 6.93（3.6+3.9）/232=831.60KN 梁荷载： 计算同顶层梁总荷载（包括粉刷）：1827.18KN门窗荷载：28.812=57.62KN 楼梯荷载：7.433.32+3.49（2.0+1.95）3.6+1.0223.63=109.67KN 墙体总荷载：外墙： 5.24【122.60（3.6-0.7）-2.12.124-0.92.14】+5.24【3.8（3.6-0.5）-1.52.12】=1297.53KN 内墙：5.247.26（3.6-0.5）+【（7.2-0.5）20（3.6-0.7）-161.02.1-40.92.1-（3.6-0.25-0.12）（3.6-0.7）】+【（3.6-0.24）（3.6-0.45）4-0.92.14】=2676.60KN 墙体总荷