土木工程学院教学楼的设计.doc

1、目 录 摘 要3绪论51 建筑设计理念及设计依据61.1 设计理念61.2 工程概况61.3设计依据72 建筑设计82.1 平面设计82.2 立面设计92.3 建筑剖面设计102.4 其它部分详细做法和说明103 截面尺寸初步估计123.1柱截面设计123.2梁的截面设计124 框架侧移刚度的计算134.1 横梁线刚度i b的计算134.2 柱线刚度i c的计算144.3各层横向侧移刚度计算145 竖向荷载及其内力计算165.1计算单元的选择确定165.2竖向荷载统计165.3竖向荷载内力计算185.2 重力荷载代表值计算及荷载汇总296 水平荷载计算326.1风荷载计算326.2 地震荷载计

2、算357框架的内力组合407.1 梁柱的内力组合407.2 柱端弯矩设计值的调整458 截面设计468.1框架梁截面设计468.2框架柱截面设计488.3 楼板设计549 楼梯计算579.1 示意图579.2 荷载计算5710 基础设计5910.1荷载设计值5910.2 A、D柱独立基础的计算5910.3 B、C柱基础配筋62毕业设计总结65致谢69 摘 要根据教学楼设计规范和其它相关标准，以及设计要求和提供的地质资料，设计该框架结构教学楼。 按照先建筑后结构，先整体布局后局部节点设计步骤设计。主要内容包括：设计资料、建筑设计总说明、建筑的平面、立面、剖面图设计说明，以及其它部分的设计说明；结

3、构平面布置及计算简图确定、荷载计算、内力计算、内力组合、主梁截面设计和配筋计算、框架柱截面设计和配筋计算、次梁截面设计配筋计算、楼板和屋面设计、楼梯设计，基础设计等。其中附有风荷载作用下的框架弯矩、剪力和轴力图；纵向和横向地震荷载作用下的框架弯矩、剪力和轴力图；恒荷载和活荷载作用下的框架弯矩、剪力和轴力图以及梁柱的内力组合表。关键词：框架、重力荷载代表值；现浇钢筋混凝土结构；内力组合；弯矩调幅。AbstractAccording： to building design specifications and other relevant standards and design requirem

4、ents and provide geological data, the design of the framework of the classroom building. After the first building in accordance with the structure and layout of the overall after the first local node design steps design. Main contents include : design, architectural design of the total shows that th

5、e construction of the plane, Facade, profile design specifications, , and other parts of the design; structural layout and schematic calculation of identification, load, stress, the combination of internal forces, Main beam reinforcement design and calculation, frame-section design and reinforcement

6、, meeting beam reinforcement design, floor and roof design, stair design, infrastructure design. Enclosing wind load under the framework moment, shear and axial bid; vertical and horizontal seismic loads under the framework of the moment, shear and axial bid; Constant load and live load under the fr

7、amework moment, shear and axial trying to internal forces and the combination of beam-column table. Key Words：frame, Gravity load charecter value , cast-in-place reinforced concrete structure , internal force make up , curved square amplitude modulation.绪论毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合

8、教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。本组毕业设计题目为大学土木工程学院教学楼。在毕设前期，我温习了结构力学、钢筋混凝土设计、建筑结构抗震设计等书籍，并借阅了抗震规范、混凝土规范、荷载规范等规范。在毕设中期，我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计。在毕设后期，主要进行设计手稿的电脑输入，并得到老师的审批和指正，使我圆满的完成了任务，在此表示衷心的感谢。毕业设计的三个月里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、论文撰写以及外文的翻译，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。在进行内力组合的计算时，进一

9、步了解了Excel。在绘图时熟练掌握了AutoCAD、天正、探索者等绘图软件，以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。框架结构设计的计算工作量很大，在计算过程中以手算为主，辅以一些计算软件的校正。由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。 1 建筑设计理念及设计依据1.1 设计理念教学楼是为人们学习提供最为良好环境的建筑。纵观教学建筑的发展历史，无不体现 着人类文化、文明的历史进程和时代特征。教学楼建筑设计同设计其他类型建筑一样有许多共同点，也有许多不同的特点和要求。随着时代的发展，办公楼的内容和形式都在不断发生变化。因此，我对教学楼的设计过程和设计方法进行了详细

10、研究，经过一番思考，我认为本设计应该具有以下特点：（1）弹性。从设计、结构到服务功能都应做到开放性，以适应时空的变化。（2）紧凑性。教室以及其它辅助用房的空间布置要做到紧凑合理。（3）易接近性。从楼外到楼内，从入口到各个部门，要规划得合理，要设计一个良好的导引系统。（4）可扩展性。在未来扩展时可灵活延伸，将损失减小到低程度。（5）舒适性。在环境、通风、温湿度、光线等方面要柔和、协调，尽量借用外部的自然环境。（6）环境的稳定性。（7）安全性。建筑安全防护措施做到不仅满足规范要求而且更加人性化。（8）济性。把建设和维护一座教学楼所需要的经费和人员控制在最低限度。在整个设计过程中，我本着“安全，适用

11、，经济，美观”的原则，在满足设计任务书提出的功能要求前提下，完成了建筑设计这一环节，合理的选择框架，并为以后的结构设计打下了良好的基础。1.2 工程概况本设计教学楼位于郑州市，用地755方米，红线范围为50m20m。该地段地势平坦，环境较好，在选址和环境营造方面，注意自然景色的优美，也重学习环境各交通条件的因素，更强调人与自然环境的协调统一，比较适合教学楼功能的充分利用。 根据设计资料的规划要求，本教学楼建筑要求的主要功能有：门卫室，教师休息室，大教室，小教室，多媒体教室等。设计标高：室内外高差：450mm。墙身做法：墙身采用250厚的加气混凝土块。内粉刷为混合沙浆浆底，纸筋抹灰面，厚20mm

12、, 内墙涮两度涂料,外墙贴砖。楼面做法：楼面（大理石楼面），100厚现浇钢筋砼楼板，20厚板底抹灰。屋面做法（上人屋面）：见建筑设计部分。门窗做法：塑钢窗和木门。地质资料：工程地质和水文地质建筑场地的地质钻孔资料如下表：表1 地质资料岩土名称土层厚度（m）层底高程（m）承载力特征值aka（Kpa）杂填土0.5-0.580粘土1.3-1.8280场地土的特征周期（卓越周期）为0.30s，勘测时间，勘测范围内未见地下水。地震烈度：7度，设计基本地震加速度为0.1g，类场地，设计地震分组为第一组，抗震等级三级。基本风压：0 =0.40KN/m2雪压：0.30 KN/m2，地面粗糙度类别为B类。上人屋

13、面活荷为2.0KN/m2，走廊、楼梯活荷载为2.5KN/m2，卫生间楼面活荷载为2.0KN/ KN/m2，教室楼面活荷为2.0KN/ KN/m2。1.3设计依据(1) 郑州大学土木工程教学楼毕业设计（论文）任务书(2) 郑州大学土木工程教学楼毕业论文开题报告(3) 相关建筑设计规范2 建筑设计3 截面尺寸初步估计3.1柱截面设计该结构选用C30的混凝土，选用二级钢筋HRB335。结构抗震等级为三级，由公式 (3-1)式中 取0.8 取14.3103 kN/m2 N=15A （其中15为面荷载）从而得到N=153（7.23.0）=230KN可得A=0.101m2 =101000mm2b=h=31

14、7mm.取b=h=400mm.3.2梁的截面设计梁的截面宽度b: 框架梁取300mm,楼面连系梁取200mm。梁的截面高度h取值如下：框架梁： h1=（）L (3-2) AB、CD跨: h1=L=600mm 取h1=600mm BC跨：在AB和CD之间，考虑到整体性，故也取h1=600mm 连系梁： H2L h2=L=250mm,k取h2=400mm。综上可知，各梁的截面如下：框架梁： b1h1=300mm6000mm（AB跨、BC跨、CD跨） 连楼面系梁： b3h3=200mm400mm4 框架侧移刚度的计算根据规范可知，对于现浇楼板其梁的线刚度应进行修正： 边框架梁 =1.5 中框架梁 =

15、2取结构图中5号轴线的一榀框架进行计算图41 框架示意图4.1 横梁线刚度i b的计算表41 横梁线刚度ib计算表类别Ec (N/mm2)b (mm)h (mm)I0 (mm4)l (mm)EcI0/l (kNm)1.5EcI0/l (kNm)2EcI0/l (kNm)AB、CD跨3.01043006005.410972002.2510104.51010BC跨3.01043004001.610930001.610103.210104.2 柱线刚度i c的计算表42 柱线刚度ic计算表层次Ec (N/mm2)b （mm）h （mm）hc （mm）Ic （mm4）EcIo/l （kNm）13.01

16、0440040045002.11091.41010243.010440040033002.11091.91010图42 线刚度示意图4.3各层横向侧移刚度计算 4.3.1 底层A、D柱i=2.37c=(0.5+i)/(2+i)=0.66D11=c12ic/h2=0.66121.91010/33002=13818B，C柱i=(4.5+3.2)/1.9=6.18c=(0.5+i)/(2+i)=0.82D12=c12ic/h2 =0.82121.91010/33002 =171684.3.2 第二层1，4号柱i=4.52/（1.92）=2.37c=i/(2+i)=0.54D21=c12ic/h2 =

17、0.54121.91010/33002 =113052，3号柱i=4.52+3.22/（1.92）=4.05c=i/(2+i)=0.67D22=c12ic/h2 =0.67121.91010/33002 =140284.3.3 三、四、五层三层，四层和五层的计算结果与二层相同D31=D34=11305D32=D33=14028D41=D44=11305D42=D43=14028D51=D54=11305D52=D53=14028表4-3横向侧移刚度统计表层次12345Di（N/mm）6197215=9295805066615=759990759990759990759990该框架为横向承重框架

18、，不计算纵向侧移刚度。D1/D2=929580/7599900.7，故该框架为规则框架。5 竖向荷载及其内力计算5.1计算单元的选择确定图5 5.1 计算单元计算单元宽度为7.2m， 4轴线至6轴线间，故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影所示。5.2竖向荷载统计5.2.1 屋面及楼面恒载屋面： 小瓷砖层： 0.55 kN/m2高聚物改性沥青防水层： 0.5 kN/m220厚水泥砂浆找平： 0.0220=0.4 kN/m2 1:8水泥砂浆找坡层: 1.44 kN/m2150厚水泥蛭石保温层: 0.155=0.75 kN/m2100厚钢筋混凝土结构层: 0.125=2.5 kN/m220厚底

19、板抹灰： 0.0217=0.34 kN/m2 kN/m2楼面：12厚人造大理石板面层 0.01228=0.336 kN/m2100厚砼板： 0.1025=2.5 kN/m220厚板底抹灰： 0.34 kN/m2 kN/m5.2.2 屋面及楼面活载楼面活载： 教室： 2.0 kN/m2 厕所： 2.0 kN/m2 走廊、门厅、楼梯: 2.5 kN/m2屋面活载： 上人屋面: 2.0 kN/m2雪载：本题目基本雪压：S0=0.3 kN/m2 ,屋面积雪分布系数r =1.0屋面水平投影面积上的雪荷载标准值为：SK=r S0 =1.00.3=0.3 kN/m25.2.3 梁荷载标准值框架梁 b1h1=

20、300600 mm2梁自重 0.3（0.60-0.1）25=3.75kN/m10厚水泥石灰膏砂浆0.01（0.6-0.1）214=0.14 kN/m kN/m 纵向连系梁 b2h2=200400 mm2梁自重 0.2（0.4-0.1）25=1.50 kN/m10厚水泥石灰膏砂浆0.01（0.4-0.1）214=0.084 kN/m kN/m 5.2.4墙荷载标准值 外： 250mm厚加气混凝土砌块 0.25 7 =1.75 kN/m2 20厚底板抹灰： 0.0217=0.34 kN/m2 6厚外墙贴面砖 0.00619.8 =0.1188 kN/m2 kN/m2内： 250mm厚加气混凝土砌块

21、 0.25 7 =1.75 kN/m220厚底板抹灰： 0.0217=0.34 kN/m 20厚水泥粉刷墙面 0.0217=0.34 kN/m2 kN/m2 女儿墙： 6厚水泥砂浆罩面 0.00620=0.12 kN/m2 12水泥砂浆打底 0.01220=0.24 kN/m2 240粘土空心砖 0.2411=2.64 kN/m2 6厚外墙贴砖 0.00619.8 =0.119 kN/m2 kN/m2门,窗及楼梯间荷载门窗荷载标准值：塑钢玻璃窗单位面积取0.4 KN/m2 ，木门取0.2 KN/m2塑钢玻璃门取0.40KN/m2。楼梯荷载标准值：楼梯底板厚取为100，平台梁截面尺寸为20040

22、0楼梯板自重 0.5（0. 0740.150.074）0.3250.3=3.73KN/m2人造理石面层 （0.30.15）0.3360.3=0.504 KN/m2板底20厚纸筋抹灰 0.340.02120.3=0.36 KN/m2合 计 4.594 KN/m2平台梁两端搁置在楼梯间两侧的梁上，计算长度取l=3300300=3000 ，其自重=0.30.23.025=4.5KN，5.3竖向荷载内力计算图52 荷载示意图5.3.1 恒载作用下柱的内力计算恒荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如下图所示：图5-3 恒荷载作用下的荷载分布图 对于第5层，q1表横梁自重，为均布荷载形式。q1 =3.89KN

23、/mq2分别上人屋面板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载。q2=6.483.0=19.44KN/mP1 、P2分别由边纵梁、中纵梁、边纵梁直接传给柱的恒载，PE是由纵向次梁直接传给横向主梁的恒载，它们包括主梁自重、次梁自重、楼板重、及女儿墙等重力荷载，计算如下：P1 = (1.51.51/2)23.567+1.583.0+3.1193.01.4=25.87P2 =(1.51.51/2)43.567 +1.583.0=20.79 KN集中力矩M1=PBeB =25.87（0.4-0.2）/2 =2.59 KNm M2=PDeD =20.79（0.4-0.2）/2 =2.08 KNm对于1-4层，q1

24、是包括梁自重和其上部墙重,为均布荷载，其它荷载的计算方法同第5层。 q1 =3.89KN/mq2、q2和q2，分别为楼面板和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载。q2，=3.5673.0=10.70 KN/m外纵墙线密度（3.02.9-1.81.8）2.21+1.81.80.4/3.0=4.45 KN/m内纵墙线密度（3.02.9）2.43/3.0=7.05 KN/mP1= P4= (1.51.51/2)23.567+1.583.0+4.453.0=26.12P2 = P3 =(1.51.51/2)43.567 +1.583.0+7.053.0=41.94 KN集中力矩M1=PBeB =26.

25、12（0.4-0.2）/2 =2.61 KNm M2=PDeD =41.94（0.4-0.2）/2 =4.19 KNm5.3.2 恒荷载作用下梁的固端弯矩计算等效于均布荷载与梯形、三角形荷载的叠加。 梯形：q =（1-2+）q2 本设计中AB,CD跨=1.5/7.2=0.21 q =0.92q2三角形：q =0.625 q2，对于第5层，AB,CD跨梁： q=0.9219.44+3.89=21.77KN/m BC跨：q=0.62519.44+3.89=16.04KN/m AB,CD跨梁端弯矩：-MAB= MB A=ql2AB/12 =21.777.22/12 =94.05 （KN.m）BC跨梁

26、端弯矩：-MBC= MCB=ql2AB/12 =21.773.02/12 =16.33 （KN.m）对于第1-4层，AB,CD跨梁： q=0.9210.70+3.89=13.73KN/m BC跨：q，=0.62510.70+3.89=10.58KN/mAB,CD跨梁端弯矩：-MBD= MDB=ql2BD/12 =13.737.22/12 =59.31 （KN.m）BC跨梁端弯矩：-MBC= MCB=ql2AB/12 =10.583.02/12 =7.94 （KN.m）5.3.3 恒载作用下框架的弯矩计算 分配系数的计算: 其中为转动刚度采用分成法计算时，假定上下柱的远端为固定时与实际情况有出入

27、。因此，除底层外，其余各层的线刚度应乘以0.9的修正系数，其传递系数由0.5改为0.33。 图5-4 恒载作用下弯矩分配图图5-5 恒载弯矩图5.4.4 活载作用下柱的内力计算 活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如下图所示： 图5-6 活荷载作用下的荷载分布图对于第5层，q1=2.03.0=6.0 KN/mP1 = (1.51.51/2)22.0+1.583.0=9.24 KNP2 =(1.51.51/2)42.0 +1.583.0=13.74 KN集中力矩M1= M4=PBeB =9.24（0.4-0.2）/2 =0.92 KNm M2= M3=PDeD =13.74（0.4-0.2）/2

28、=1.37 KNm同理，在屋面雪荷载的作用下：q1=0.33.0=0.9 KN/mP1 = (1.51.51/2)20.3+1.583.0=5.42 KNP2 =(1.51.51/2)40.3 +1.583.0=6.09 KN集中力矩M1 =PBeB =5.42（0.4-0.2）/2 =0.54 KNm M2 =PDeD =6.09（0.4-0.2）/2 =0.61 KNm对于第1-4层，q1=2.03.0=6.0 KN/mq2=2.53.0=7.5 KN/mP1 = (1.51.51/2)22.0+1.583.0=9.24 KNP2 =(1.51.51/2)22.0+(1.51.51/2)2

29、2.5+1.583.0=14.87 KN集中力矩M1=PBeB =9.24（0.4-0.2）/2 =0.92 KNm M2=PDeD =14.87（0.4-0.2）/2 =1.49 KNm将计算结果汇总如下两表：表5-1 横向框架恒载汇总表层次q1KN/mq2KN/mP1 P4 KNP2 P3KNM1 M4KNmM2 M3KNm53.8919.4425.8720.792.592.081-43.8910.7026.1241.942.614.19表5-2 横向框架活载汇总表层次q1KN/mq2KN/mP1P4 KNP2 P3KNM1 M4KNmM2 M3KNm56.06.09.2413.740.9

30、21.371-46.07.59.2414.780.921.485.4.5 活荷载作用下梁的内力计算对于第5层，AB,CD跨梁： q=0.926.0=5.52KN/m BC跨：q=0.6256.0=3.75KN/m AB,CD跨梁端弯矩：-MAB= MB A=ql2AB/12 =5.527.22/12 =23.85 （KN.m）BC跨梁端弯矩：-MBC= MCB=ql2AB/12 =3.753.02/12 =2.81 （KN.m）对于第1-4层，AB,CD跨梁： q=0.926.0=5.52KN/m BC跨：q，=0.6257.5=4.69KN/mAB,CD跨梁端弯矩：-MBD= MDB=ql2

31、BD/12 =5.527.22/12 =23.85 （KN.m）BC跨梁端弯矩：-MBC= MCB=ql2AB/12 =4.693.02/12 =3.52 （KN.m） 图5-7 活载作用下弯矩分配图图5-8 活载弯矩图5.4.6 跨中弯矩计算恒载作用下梁的跨中弯矩，按实际荷载利用两端带弯矩的简支求得。以下结果为弯矩调幅后的结果。对于5层：MAB中 =M0-（M左+ M右）0.8/2=96.16KNmMBC中=M0-（M左+ M右）0.8/2=-26.51KNm对于4层：MBD中 =52.54KNmME =-7.48KNm对于3层：MBD中 =53.88KNmME =-7.98KNm对于2层：

32、MBD中=65.88KNmME=-7.98KNm对于1层：MBD中 =55.19KNmME =-8.53KNm对梁弯矩进行调幅，调幅系数为，取0.8。调幅后：梁端弯矩M1 =M1 M2=M2跨中弯矩：M中=M中-(M1 + M2）/2注：这里弯矩带正负号，梁上边受拉为负，下边受拉为正。活荷载作用下的梁跨中弯矩，利用两端带弯矩的简支求得。对于5层：MAB中 =M0-（M左+ M右）0.8/2=24.27KNmMBC中=M0-（M左+ M右）0.8/2=-5.27KNm对于4层：MBD中 =21.52KNmME =-2.91KNm对于3层：MBD中 =21.66KNmME =-2.96KNm对于2

33、层：MBD中=21.66KNmME=-2.96KNm对于1层：MBD中 =22.19KNmME =-3.18KNm又考虑荷载最不利位置，将跨中弯矩乘以1.1，计算结果如下：对于5层：MAB中 = 24.271.1=26.70KNmMBC中= -5.271.1=-5.80KNm对于4层：MBD中 =21.521.1=23.68KNmME =-2.911.1=-3.20KNm对于3层：MBD中 =21.661.1=23.82KNmME =-2.961.1=-3.26KNm对于2层：MBD中=21.661.1=23.82KNmME=-2.961.1=-3.26KNm对于1层：MBD中 =22.191

34、.1=24.41KNmME =-3.181.1=-3.50KNm5.4.7 梁端剪力和柱轴力的计算恒载作用下：表5-3 恒载作用下梁端剪力及柱轴力（KN）层次荷载引起的剪力弯矩引起的剪力总剪力柱轴力AB跨BC跨AB跨BC跨AB跨BC跨A柱B柱VA=VBVB=VCVA=-VBVB=VCVAVBVB=VCNuNbNuNb578.37224.06-5.04073.3383.4124.0699.20112.00128.26141.06449.4315.87-1.61047.8251.0415.87185.94198.74234.09246.89349.4315.87-1.95047.4851.3815

35、.87272.34285.14340.26353.06249.4315.87-1.95047.4851.3815.87358.74371.54446.43459.23149.4315.87-2.23047.20 51.66 15.87444.86 457.66 552.88 565.68 表5-4 活载作用下梁端剪力及柱轴力（KN）层次荷载引起的剪力弯矩引起的剪力总剪力柱轴力AB跨BC跨AB跨BC跨AB跨BC跨A柱B柱VA=VBVB=VCVA=-VBVB=VCVAVBVB=VCNuNbNuNb519.875.63-1.18018.69 21.05 5.6327.93 40.73 40.42 5

36、3.22 419.877.04-0.77019.10 20.64 7.0469.07 81.87 95.77 108.57 319.877.04-0.81019.06 20.68 7.04110.17 122.97 151.16 163.96 219.877.04-0.81019.06 20.68 7.04151.27 164.07 206.55 219.35 119.877.04-0.92018.95 20.79 7.04192.26 205.06 262.05 274.85 5.2 重力荷载代表值计算及荷载汇总5.2.1 第一层重力荷载代表值计算及荷载汇总梁、柱：表55 梁重力统计类别净

37、跨（mm）截 面（mm）荷载标准值（KN/m2）数 量(根)单 重（KN）总 重（KN）横梁72003006003.893028.01840.330003006003.891511.67175.05纵向连系梁30002004001.58564.74256.44合计 1271.49表56 柱重力统计类别计算高度（mm）截 面（mm）密 度（KN/m3）体 积（m3）数 量（根）单 重（KN）总 重（KN）柱3200400400250.5126012.8768合计768内外填充墙重的计算： 表57 柱重力统计类别总计算长度（m）墙计算高度（m）墙厚计算值（m）荷载标准值（KN/m2）总 重（KN）外墙120.42.70.257568.89内墙86.42.70.257