某教学楼b建筑结构设计.doc

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1、 毕 业 设 计中文题目 某教学楼B建筑结构设计英文题目 Structural design and analysis for a school B系 别： 土木工程与建筑系专业年级： 07级土木工程姓 名： 苏小燕学 号： 2007091141指导教师： 陈颖 阮建凑职 称： 助教 副教授 2011年5月18日毕业设计（论文）诚信声明书本人郑重声明：在毕业设计（论文）工作中严格遵守学校有关规定，恪守学术规范；我所提交的毕业设计（论文）是本人在 陈颖 指导教师的指导下独立研究、撰写的成果，设计（论文）中所引用他人的文字、研究成果，均已在设计（论文）中加以说明；在本人的毕业设计（论文）中未剽窃、

2、抄袭他人的学术观点、思想和成果，未篡改实验数据。本设计（论文）和资料若有不实之处，本人愿承担一切相关责任。学生签名： 本科毕业设计某教学楼B建筑结构设计【摘要】本次毕业设计的任务是完成四层教学楼建筑结构设计。本建筑体型总体较为规则，这样不但有利于施工，而且有利于结构抗震。采用纵横向双重承重方案，两个方向的框架均同时承受竖向荷载和水平荷载，具有较好的整体工作性能。本次毕业设计的主要内容包括建筑设计和结构设计两部分。根据导师提供的建筑方案，设计过程遵循先建筑、后结构的顺序。先进行建筑设计，确定建筑的平、立、剖面方案。再进行结构设计，包括确定结构体系与计算简图，根据经验对构件进行估算，确定计算简图，

3、荷载计算，内力组合及计算，构件截面设计，楼梯设计及计算，根据地质资料进行基础设计及计算。验算部分主要采用PKPM，对手算的结果进行评估和改进。首先进入PMCAD菜单对结构建模，然后用SATWE得出结构分析的结果，其中荷载组合时考虑了恒载、活载、地震作用及风荷载等等。最后采用平法绘施工图，用AUTOCAD出图。【关键词】结构设计，荷载计算，内力计算，截面设计xlviivStructural design and analysis for a multi-storey school【Abstract】This graduation project mainly talks about the st

4、ructural design and analysis for a multi-storey school. Selected ground is subject to the second workable style. The grade of anti-earthquake is seventh level. The building is a structure of cast-in-place reinforced concrete frame system. The symmetrical shape is not only convenient to the construct

5、ion, but also is beneficial to the durability of the structure. The building applies frame class which runs vertically and horizontally to hold weight, that makes the building a whole one.Based on the blue print my teacher provided, the design includes two parts, architecture design and structure de

6、sign. The project was absolutely done step by step keeping strict attitude and meticulous analysis. According to ground enduring data quoted from the detailed survey reports of rock and earth engineering, the depth and scale in the base were set down.The part of check computations was mainly done by

7、 adopting PKPM. First enter into PMCAD and input scale and size for estimating its feasibility including disposition of girders. Then apply SATWE to get results of structural calculation. In this process, anti-earthquake level, wind power, compounding load and so on were taken into account.In the en

8、d, construction drawings in different processes would be done and printed in AUTOCAD.【Key Words】Architecture design, Loads computation, Structural computation, Building structural design. 本科毕业设计目 录摘 要Abstract一、毕业设计任务书1（一）目的要求1（二）设计资料1（三）设计要求2（四）拟做的工作3二、建筑设计3三、一榀框架结构设计6（一）结构布置及计算简图61.结构平面布置62.建筑构造做法6

9、3.构件截面尺寸确定7（二）框架的计算简图91.确定计算单元92.计算梁柱线刚度10（三）荷载计算111.竖向恒荷载计算192竖向活荷载计算223.地震作用计算174.风荷载计算26（四）框架内力计算271.恒荷载作用下的内力计算272.活荷载作用下的内力计算363.地震作用下的内力计算444.风荷载作用下的内力计算48（五）横向框架内力组合521.组合类型522.控制截面及不利内力521.框架梁内力组合522.框架柱内力组合53（六）截面设计631.梁的设计632.柱的设计71（七）变形缝设置77四、楼梯设计书78（一）首层梯段板设计781.荷载计算782.截面设计79（二）首层平台板设计7

10、91.荷载计算792.截面设计79（三）首层平台梁设计801荷载计算802截面设计80（四）标准层梯段板设计811.荷载计算812.截面设计81（五）标准层平台板设计821.荷载计算822.截面设计82（六）标准层平台梁设计821荷载计算822截面设计83五、双向板计算书84（一）板的区格划分84（二）B1区格板841.基本参数842.计算结果85（三）B2区格板861.基本参数862.计算结果87（四）B3区格板881.基本参数882.计算结果89（五）B4区格板901.基本参数912.计算结果91（六）B5区格板921.基本参数932.计算结果93（七）B6区格板951.基本参数952.计

11、算结果95（八）雨篷板971.基本参数972.计算结果97六、基础计算书98（一）独立基础设计981.材料的选择982.垫层混凝土及混凝土保护层983.基础顶面标高984.基础的形状和尺寸985.基础的埋深986.确定基础底面尺寸997.验算持力层承载力998.基础冲切承载力验算999.基础底板配筋101（二）联合基础设计1021.基础埋深1022.材料的选择1023.确定基础地面尺寸1024.基础内力计算1035.基础承载力验算1046.基础配筋计算105七、PKPM电算结果106（一）SATEWE计算结果106表7-1.结果材料信息106表7-2.风荷载信息106表7-3地震信息106表7

12、-4.活荷载信息106表7-5.调整信息107表7-6.荷载组合信息107表7-7.配筋信息107表7-8.设计信息107表7-9.抗倾覆验算结果108表7-11.楼层抗剪承载力、及承载力比值108表7-12.各层X方向的作用力109表7-13.各层Y方向的作用力109表7-14.各工况下最大层间位移角109图7-1 3-3轴框架设计剪力包络图110图7-2 3-3轴框架设计弯矩包络图110图7-3 框架底层柱轴压比111图7-4 3-3轴框架配筋及钢构件应力比111八、手算与电算结果分析对比112九、结论与展望113致谢113参考文献114- 115 -一 、毕业设计任务书（一）目的要求1.

13、 了解并妥善解决本设计中建筑总体布局的合理性、实用性。了解并掌握教学建筑的设计原则，柱网、层高的确定依据，消防及环保的要求。2. 合理安排平面功能布局，交通空间明确、流畅。灵活运用构图法则，从体型到立面，从整体到局部完成建筑体型及立面设计。3. 绘制建筑施工图。熟悉收集和查找有关部门标准构件和规范资料。4. 应用结构基本理论，计算框架结构、梁板结构、楼板结构的内力、配筋。5. 根据所提供的工程地质资料，合理选择基础类型进行基础设计。（二）设计资料1、工程概况：某教学楼地上五层，地下一层。室内外高差0.3m，层高3.5m。设计底层室内标高0.000。本工程0.000为相对标高，相对于绝对标高值为

14、448.8。采用钢筋混凝土框架结构体系。其建筑平面布置（见图1所示）。其中第四层只有两间小教室。 图1 平面布置图 2、气象条件：地面风压0.6KN/m，地面粗糙度B类，风荷载体形系数1.3。3、抗震设防烈度：拟建场地位于抗震设防烈度8度区，设计基本地震加速度值为0.20g，设计地震分组为第一组。4、工程地质条件：自然地表1.2m内为填土，填土下层为2.0m厚砂质粘土，再下为砾石层。砂质粘土承载力特征值为250kN/m2，砾石层允许承载力特征为312400kN/m2。详见表1-1。无冻胀影响。5、抗震设防烈度本工程抗震设防烈度为8度，场地类别为二类，设计地震分组为第一组。表1-1 工程地质条件

15、土层土层描述厚度/m层底深度/m孔隙率e液性指标IL承载力特征值fak/kPa重度kN.m-31素填土1.21.218.72砂质粘土2.03.20.540.6525020.03粉土3.80.450.5631240021.26、材料供应及施工能力均能得到保证。7、不计上人屋面活荷载。（三）设计要求1. 根据建筑设计和结构承重及抗震方面的要求、场地地质条件、材料供应及施工技术条件等，合理进行结构及其构件(楼面板、屋面板、过梁等)的选型和结构布置，应尽可能使计算简便，统一构件的编号，确定构件的定位尺寸，正确标注构件的结构标高。2. 进行框架及其柱下基础计算时，应有正确的计算简图，选择合理的构件尺寸。

16、内力计算步骤要完整。内力计算可用手算或计算机计算，手算时可根据具体情况采用不同得计算方法。进行内力组合，确定截面的配筋，并且满足构造要求。施工图中，结构及构件尺寸的标注要齐全，受力钢筋、箍筋及构造钢筋的编号要清楚、正确。 受力钢筋的锚固、连接及截断位置要清楚正确；箍筋加密区及非加密区的范围要详细准确，配置的数量要正确，横断面的选取位置及数量要合理。3. 现浇楼梯的设计可采用板式或梁楼梯，要有正确的计算简图，构件的截面尺寸要合理。内力计算及配筋要正确。施工图中，各构件的代号、尺寸的标注要齐全，配筋图要正确，结构标高要标注在相应位置。4. 现浇板的设计计算应根据具体情况考虑采用弹性理论或塑性理论。

17、分清楚什么是单向板什么是双向板。板的厚度要合理，受力筋(板底与板面)及非受力筋的配置和标注要正确，并标注板的底部及顶部的结构标高。定位轴线、构件尺寸的标注要齐全。（四）拟做的工作在任务书和已给建筑方案的基础上，主要完成以下工作：1. 绘制建筑施工图2. 应用PKPM建立有限元模型进行结构分析3. 选取一榀框架进行内力分析和截面设计4. 楼盖、楼梯、基础设计计算5. 绘结构施工图二、建筑设计建筑设计的关键是体现以人为本的原则，采用合理的技术措施，在满足使用功能的同时又创造出良好的室内外空间环境，获得良好的经济效益。建筑设计的内容包括四层教学楼的建筑平面、立面和剖面设计、楼梯设计。根据建筑类型、层

18、数选择合理的结构形式，合理地进行各使用房间的平面组合。设计过程中参考现行建筑设计规范的要求，根据教学楼的使用要求、采光要求、结构要求等因素，所有的房间开间要适中，进深根据房间的具体要求及内部格局的布置而定，具体情况具体安排，以尽量满足使用功能为首要任务。我在此次设计过程中将主要解决以下问题：1. 设计阶段划分由于初步设计阶段已基本完成，现主要进行施工图设计，即在初步设计的基础上，综合建筑、结构、设备各工种，核实核对，把满足工程施工的各项具体要求反映在图纸中，做到整套图纸齐全统一，明确无误。2. 建筑平面的组合设计建筑物的合理性不仅体现在单个房间上，而且很大程度上取决于各层各个房间按功能要求使用

19、的组合上。因此，必须在熟悉各组成部分的基础上，紧密结合具体情况，通过调查研究分析各种制约因素确定合理的功能分区。绘出建筑施工图（底层平面、南立面、1-1剖面图）如下：图2-1 建筑底层平面图图2-2 建筑南立面图图2-3 建筑1-1剖面图三、一榀框架结构设计(取3-3轴框架为例)（一）结构平面布置及构件尺寸1. 结构平面布置某教学楼B为钢筋混凝土现浇框架结构。建筑平面为倒L形，层高均为3.5m，室内外高差为0.3m。确定柱网尺寸，绘制框架结构平面布置图，如图3-1所示。图3-1 结构平面布置图2. 建筑构造做法楼盖及屋盖均浇钢筋混凝土结构。（1）使用荷载标准值屋面活荷载应取均布活载与雪荷载之间

20、的较大值，即非上人屋面取；抗震计算时，计算屋面重力荷载代表值时不考虑屋面活荷载，雪荷载为0。楼面活荷载为，楼梯为消防楼梯，活荷载为。（2）屋面做法：高分子卷材4mm , 1：3水泥砂浆找平20mm ,憎水珍珠岩保温层60mm , 1：3水泥砂浆找平 20mm , 1:6水泥焦渣找坡50mm , 钢筋混凝土楼板80mm，板底20厚粉刷抹平20mm；（3）楼面做法：缸砖楼面缸砖面层10mm , 纯水泥浆一道2mm , 1:2水泥砂浆结合层20mm ,钢筋混凝土楼板80mm , 板底20厚粉刷抹平20mm；（4）材料混凝土：梁、板混凝土强度等级为C30，柱混凝土强度等级为C35。钢筋：柱、主梁受力钢

21、筋采用HRB335级钢筋，其他均用HPB235级钢筋。填充墙：所有墙体均为空心砖，240mm厚。3构件截面尺寸确定由于该结构平面布置非对称结构，在此取受力较大的3-3轴框架进行结构计算。（1）梁截面尺寸边跨（AB、CD）梁： 中跨(BC)梁：取 A轴、B轴、C轴、D轴、E轴框架梁： 取 h=500mm 3-4轴间连系梁：取 h=500mm （2）柱截面尺寸柱截面尺寸可根据下式估算： (3.1) (3.2)查表可知该框架结构的抗震等级为三级，其轴压比限值n0.9；各层的重力荷载代表值近似取。边柱的负载面积有以下几类：( 为地震作用后的轴压比增大系数)1) 4.06.0/2=12 =1.32) 4

22、.010.01/5=83) 4.010.01/5+4.06.01/4=14中柱的负载面积和：=1.21) 4.010.01/5+4.06.01/4+2.04.01/2=182) 4.06.0/2+2.04.01/2=16由上式得第一层柱截面面积为：边柱： AC11.312141034/(0.914.3)=67879mm2 AC21.38141033/(0.914.3)=33939 mm2AC31.314141034/(0.914.3)=56566 mm2中柱： AC11.216141034/(0.914.3)=83543 mm2 AC21.218141034/(0.914.3)=93986 m

23、m2由于在结构第四层处没有大教室，造成结构刚度变化较大，在地震作用下引起的扭转效应较强，故为增强扭转刚度，减少层间位移，边柱和中柱的截面尺寸均取比实际计算值较大的尺寸即400400mm。惯性矩I0=bh3/12=2.133109mm4取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线；梁轴线取至板底，24层柱高度即为层高，为3.5m；底层柱高度从基础顶面取至一层板顶，即h1=3.5+0.3+0.5=4.3m。并根据以下假定： 各榀框架自身平面内刚度无限大，平面外刚度很小；楼板为刚度无限大平板。得框架结构计算简图如图3-2所示：图3-2 一榀框架杆件编号（3）板厚现浇楼板厚，取（4）梁柱跨度1）梁： 边跨：4.0

24、m、6.0m； 中跨： 2.0m、6.0m。2）柱： 底层柱高： 其它层柱高：、（二）框架的计算简图1确定计算单元（如图3-3所示） 图3-3 计算单元2计算梁、柱线刚度结构计算简图如图3-4所示。根据地质资料，确定基础顶面离室外地面为500mm，由此求得底层层高为4.3m。各梁柱构件的线刚度经计算后列于图3-4。其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取为（为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。（1） 梁： ，,，混凝土的弹性模量边跨梁AB线刚度：边跨梁DE线刚度、中跨梁CD线刚度：中跨梁CD线刚度：（2） 柱：， ，混凝土的弹性模量非底层柱线刚度：底层柱线刚度：图3-4 梁、柱线刚度（

25、单位：）（三）荷载计算1. 竖向恒载计算（1）屋面框架梁线荷载标准值 40mm厚高分子卷材 120.004=0.05 KN/m2 20mm厚1：3水泥砂浆找平 200.02=0.40 KN/m2 60mm厚憎水珍珠岩保温层 40.060=0.24 KN/m2 20mm厚1：3水泥砂浆找平 200.02=0.40 KN/m2 50mm厚1:6水泥焦渣找坡 150.05=0.75 KN/m2120mm厚钢筋混凝土板 250.12=3.0 KN/m220mm厚板底粉刷抹平 170.02=0.34KN/m2屋面恒载标准值： 边跨AB框架梁自重 梁侧粉刷 AB梁上1.2m高女儿墙自重 女儿墙侧粉刷 边跨

26、梁AB上恒载： 边跨DE框架梁自重 梁侧粉刷 边跨梁重： 边跨BC框架梁自重 梁侧粉刷 BC梁上1.2m高女儿墙自重 女儿墙侧粉刷 中跨梁BC上恒载： 中跨CD框架梁自重 梁侧粉刷 中跨梁重： 图3-5 均布荷载向梁传递图示由图3-5板上恒载向梁传递图可以求得框梁上的恒载为： （2）楼面框架梁线荷载标准值10mm厚缸砖面层 2mm厚纯水泥浆一道 20mm厚1:2水泥砂浆结合层 120mm厚钢筋混凝土楼板 20mm厚板底粉刷抹平 楼面恒载标准值 边跨（AB、DE）框架梁自重及梁侧粉刷 边跨填充墙自重 墙面粉刷 边跨梁重 中跨BC框架梁自重及梁侧粉刷 中跨填充墙自重 墙面粉刷 中跨BC梁重 中跨C

27、D框架梁自重 梁侧粉刷 中跨CD梁重： 由图3-5板上恒载向梁传递图可以求得框梁上的恒载为：（3）屋面框架节点集中荷载标准值 A-3轴边柱连系梁自重 梁侧粉刷 1.2m高女儿墙自重 墙侧粉刷 连系梁传来屋面自重 顶层A-3轴边节点集中荷载 E-3轴边柱连系梁自重 梁侧粉刷 1.2m高女儿墙自重 墙侧粉刷 连系梁传来屋面自重 顶层E-3轴边节点集中荷载 B-3轴中柱连系梁自重 梁侧粉刷 1.2m高女儿墙自重 墙侧粉刷 连系梁传来屋面自重 顶层 B-3轴中节点集中荷载 C-3轴中柱连系梁自重 梁侧粉刷 1.2m高女儿墙自重 墙侧粉刷 连系梁传来屋面自重 顶层 C-3轴中节点集中荷载 D-3轴中柱连

28、系梁自重 梁侧粉刷 连系梁传来屋面自重 顶层 D-3轴中节点集中荷载 （4）楼面框架节点集中荷载标准值（荷载计算方法同上）A-3轴边柱连系梁自重 梁侧粉刷 窗自重 窗上墙体自重 窗上墙侧粉刷 窗下墙体自重 窗下墙体粉刷 窗边墙体自重 窗边墙体粉刷 梁传来楼面自重 框架边柱自重 柱侧粉刷 中间层A-3轴边节点集中荷载 E-3轴边柱连系梁自重 梁侧粉刷 窗自重 窗上墙体自重 窗上墙侧粉刷 窗下墙体自重 窗下墙体粉刷 窗边墙体自重 窗边墙体粉刷 梁传来楼面自重 框架边柱自重 柱侧粉刷 连系梁传来屋面自重 中间层E-3轴边节点集中荷载 B-3轴中柱连系梁自重 梁侧粉刷 窗自重 窗上墙体自重 窗上墙侧粉

29、刷 窗下墙体自重 窗下墙体粉刷 窗边墙体自重 窗边墙体粉刷 梁传来楼面自重 框架中柱自重 柱侧粉刷 中间层 B-3轴中节点集中荷载 C-3轴、D-3轴中柱连系梁自重 梁侧粉刷 门M-1自重 门上墙体自重 门上墙侧粉刷 门边墙体自重 门边墙体粉刷 梁传来楼面自重 框架中柱自重 柱侧粉刷 中间层C-3轴、D-3轴中节点集中荷载 恒载作用框架的计算简图如图3-6所示。将非均布荷载转化为均布荷载的形式，计算简图如图3-7所示。图3-6 恒载作用下框架的计算简图图3-7 等效恒载作用下框架的计算简图其中，由梯形转化为均布荷载的公式为：由三角形转化为均布荷载的公式为： 2. 竖向活荷载计算（1）屋面框架梁

30、线活载标准值边跨梁AB均布活载： 边跨梁DE均布活载： 中跨梁BC均布活载： 中跨梁CD均布活载： 边跨梁A节点集中活载： 边跨梁E节点集中活载： 中跨梁B节点集中活载：中跨梁C节点集中活载：中跨梁D节点集中活载：（2）楼面框架梁线活载标准值边跨梁AB均布活载： 边跨梁DE均布活载： 中跨梁BC均布活载： 中跨梁CD均布活载： 边跨梁A节点集中活载： 边跨梁E节点集中活载： 中跨梁B节点集中活载：中跨梁C节点集中活载：中跨梁D节点集中活载：活载作用框架的计算简图如图3-8所示。将非均布荷载转化为均布荷载的形式，计算简图如图3-9所示。其中，由梯形转化为均布荷载的公式为：由三角形转化为均布荷载的

31、公式为： 图3-8 活载作用下框架的计算简图图3-9 等效活载作用下框架的计算简图3. 地震作用计算（1）自振周期按以下经验公式计算： T1=0.33+0.00069H2/B1/3 =0.33+0.0006916.82/18.01/3 =0.388s（2）集中于质点i的重力荷载代表值：由以下重力荷载代表值公式：屋盖Gi =1.0恒载+0.5雪=1.0屋盖+0.5雪+1.0女儿墙+1.0墙（顶层半层高）楼盖Gj=1.0楼盖+1.0活+1.0墙（上下各半）各墙扣除门窗洞口加门窗粉刷的自重计算及计算表公式如下： 表3-1：墙荷载计算表墙间轴墙宽墙间门窗尺寸门窗容重KN/m2顶层半墙总重KN中间层墙总

32、重KN第一层半墙总重KNB-1C-15.61.51.5（2）0.4533.242=66.4866.4773=199.4344.9793=134.935D-1E-1D-5E-5A-1B-13.61.52.10.4520.754=8341.57=290.528.2957=198.071-A2-A2-A3-A1-E2-E2-E3-E3-E4-E4-E5-E1-D2-D3.61.51.5 1.02.10.4517.886=107.2835.766=214.5625.4256=152.552-D3-D3-D4-D4-D5-D1-C2-C2-C3-C3-B4-B3.60.60.6(2)0.4526.575

33、3.1434.1153-C4-C3.61.02.1(2)0.4518.23736.47425.7824-B5-B3.62.11.50.4520.7541.5-2.42.10.45-28.295A-3B-33.6-0.45-56.59235.841B-3C-35.6-44.015=22088.0325=440.255.755=278.8D-3C-3B-4C-4B-5C-5B-C3-4C-1D-11.60.91.50.459.342=18.6818.692=37.312.72=25.4C-5D-5另突出屋面的顶层楼梯间墙梁荷载：43.387+67.492+33.33+3.45.62+3.43.62=206.8KN总计561+206.8=767.81369.7913.788得各楼层集中于质点i的重力荷载代表值A、第4层的重力荷载代表值屋面恒载：