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1、-中学实验楼毕业设计(优秀)-第 89 页沈阳市中学实验楼专业：土木工程班级：2008级1班姓名： 目 录引 言31 方案设计概况51.1 建筑方案51.2 结构方案72 结构布置及截面初选102.1 计算简图及构件截面初选103 荷载统计143.1 屋面均布荷载143.2 楼面均布荷载143.3 构件自重153.4 各节点集中荷载计算164 水平地震作用下结构分析184.1 水平荷载作用下的框架内力分析184.2 水平地震作用下框架内力计算（采用D值法）225 风荷载计算分析275.1 风荷载计算275.2 风荷载作用下框架内力和侧移计算286 竖向荷载作用下框架结构内力346.1 竖向荷载
2、汇集及框架计算简图346.2 竖向荷载作用下横向框架内力分析397 荷载组合557.1 内力组合557.2 框架梁的内力组合578 构件计算768.1 框架梁的计算768.2 柱的计算798.3 组合板设计849 节点设计929.1 梁柱节点929.2 框架构件拼接及节点连接设计计算9510 基础设计10810.1 承载力计算10810.2 基地高度的确定10910.3 基础配筋计算11010.4 基础梁设计11111 楼梯设计11311.1 斜板11411.2 平台板11511.3 平台梁11712 雨篷设计11812.1荷载计算11812.3内力计算11812.4平台梁截面计算119结 论
3、120致 谢121参考文献122摘 要本工程为沈阳市励志中学实验楼结构设计占地面积754平方米，建筑面积约3770平方米。本建筑主整体为五层，总高度19.6米，室内外高差为0.60米。首层高为4.2米，屋面为不上人屋面，女儿墙高0.9米。外墙采用300毫米厚轻骨料混凝土砌块，内墙采用200毫米厚轻骨料混凝土砌块。建筑采用矩形的平面布置形式，总长度为48.3米，总宽度为15.6米。本工程结构体系为钢框架结构，框架柱Q345B级钢；框架梁Q345B级钢。建筑地点地质条件良好，基础采用柱下独立基础。混凝土强度等级为C25。计算时先利用轴压比和长细比确定柱截面尺寸，利用刚度确定梁截面尺寸。然后进行荷载
4、计算，利用底部剪力法计算水平地震作用。按各榀框架力矩分配系数分配竖向荷载作用，然后对弯矩进行调幅，算出各层各梁端剪力。柱轴力，剪力，进行内力组合。根据内力组合，进行梁柱截面验算及各节点验算，之后进行基础计算及配筋和楼梯计算及配筋。该建筑主体结构为钢框架结构，与钢筋混凝土结构相比体现了其轻质高强的 优点，但是同时钢结构又伴随着耐火性和防腐性差的弊端。关键词：建筑；钢结构AbstractThis engineering is Shenyang Li Zhi middle school office building structural design covers an area of 754 s
5、quare meters, with a construction area of about 3770square meters. The building Lord whole is five layer, the total height 19.6 meters, indoor and outdoor level of 0.60 meters. The first storey height of 4.2 m, roof for not master cheng yen roofing, parapet 0.9 metres high. By using 300 mm thick wal
6、l of light weight aggregate concrete block, by using 200 mm thick wall of light weight aggregate concrete block.Building adopts rectangle of the plan layout, the total length of 48.3 m, always the width is 15.6 meters. This engineering structure system for steel frame structure, steel frame column Q
7、345B level; Q345B grade steel frame beams. Construction site geological condition is good, the foundation under column independent foundation. The strength of concrete level for C25. Calculation of the axial compression ratio and before long fine than sure column section size, use stiffness sure bea
8、m section size. Then the load calculation, use the bottom shear method for calculation of horizontal earthquake effect. According to each hinged frame torque distribution coefficient vertical load distribution, and then the bending moment for an am, work out each layer of the girder ends shear. Axia
9、l force, shear force combination. According to the internal force composition, check each node and column section analysis, calculation and after reinforcement and stair calculation and reinforcement.The building is the main structure steel frame structure, and reinforced concrete structure reflects
10、 its light compared the advantages of high strength, but at the same time steel structure and with watery resistance and corrosion sent the drawbacks.Key words:Architecture; Steel structure引 言本次设计的题目是沈阳市励志中学实验楼建筑结构设计。建筑面积3770m,层数为5层，结构要求为钢框架结构，根据任务书所要求进行具体的设计。设计的主题为对其中的一榀有代表的框架进行计算，以求出结构所受的荷载及据此进行其他
11、计算。在计算中采用了分层法，底部剪力法，D值法等。建筑设计包括方案设计、初步设计和施工图设计三大部分，即从提出建筑设计任务书一直到交付建筑施工单位开始施工之全过程。这三部分在相互联系相互制约的基础上有着明确的职责划分，其中方案设计作为建筑的第一阶段，担负着确立建筑的设计思想、意图并将其形象化的职责，他对整个建筑设计过程所起的作用是开创性和指导性的；初步设计与施工图设计则是在此基础上逐步落实其经济、技术、材料等物质需求，是将设计意图逐步转化成真实建筑的重要筹划阶段。建筑设计作为一个全新的学习内容，我的方案设计的特点可以概括为五个方面，即创作性、综合性、双重性、过程性和社会性。本次设计是本着“适用
12、”、“安全”、“经济”、“美观”的方针。“适用”是指恰当的确定建筑面积，合理的布局，必须的技术设备，良好的设施以及保温、隔声的环境。“安全”是指结构的安全度，建筑耐火等级及防火设计、建筑物的耐久年限等。“经济”主要是指经济效益，他包括节约建筑造价，降低能源消耗，缩短建设周期，降低运行、维修和管理的费用等，既要注意建筑物本身的经济效益， 又要注意建筑物的社会和环境的综合效益。“美观”是在适用、安全、经济的前提下，把建筑美和环境美作为设计的重要内容，搞好室内外环境设计，为人民创造好良好的工作和生活条件。建筑的平面设计，建筑的平面、立面、剖面只是一个完整的设计内容中各个组成部分，他们之间是严格按照空
13、间关系而相互联系的。一般来说，平面设计是整个建筑设计的重要组成部分，对建筑的方案的确定起着决定性的作用，是建筑设计的基础，因为平面设计不仅决定了建筑各部分的平面布局、面积大小、房间形状，而且还影响到建筑空间的组合， 还影响建筑的剖面设计、立面设计、因此在进行方案设计时，只有综合考虑平面、立面、剖面三者的关系，按完整的三度空间概念设计，反复修改。房间面积的确定，房间使用面积的大小主要取决于房间的功能和使用人数的多少。使用人数多，活动使用及交通面积就多。房间形状的确定，受多种因素的影响， 主要由室内使用活动的特点、设备的类型及布置方式，采光通风保暖等要求在满足使用的同时还要考虑结构、构造、施工等技
14、术经济合理性和人们对室内空间的观感等重要因素。房间开间与进深尺寸的确定尽量使构件规格会、统一化、同时使梁板构件符合经济跨度要求；对于多个开间组成的大房间，应尽量统一开间尺寸，减少构件类型，并使其符合建筑模数。通过这次设计让我们掌握了结构设计的基本方法及步骤，提高我们的实际运算能力，为今后的工作奠定坚实的基础。这次设计主要让我们掌握结构设计的最基本的方法。1 方案设计概况1.1 建筑方案1.1.1设计说明（1）屋面（不上人上人屋面）防水层：SBS（3+3）改性沥青防水卷材；找平层：20mm厚1:3水泥砂浆找平；找坡层：150mm厚焦渣找坡；保温层：100mm厚水泥珍珠岩结构层：150mm厚压型钢
15、板混凝土组合板（折算厚度100mm）；装饰层：V型轻钢龙骨吊顶(2）楼面：10mm厚大理石面层；20mm厚1:3水泥沙浆打底；150mm厚压型钢板混凝土组合板； V轻钢龙骨吊顶。(3）雨篷防水层：改性沥青防水卷材；找平层：20mm厚1:3水泥砂浆找平；找坡层：100mm厚焦渣找坡；保温层：80mm厚水泥珍珠岩;结构层：100mm厚压型钢板混凝土组合板；保护层：15mm厚1:3水泥砂浆（4）内墙15mm厚1:3水泥砂浆面层；200mm厚轻骨料混凝土砌块；15mm厚1:3水泥砂浆面层；（5）外墙20mm厚1:3水泥砂浆面层300mm厚轻骨料混凝土砌块；20mm厚1:3水泥砂浆面层；-0.060m处
16、采用30mm厚1:2水泥砂浆加5%的防水剂。外墙肋角1:1水泥砂浆勾缝凹缝，石材20mm厚，坐浆（1:2水泥砂浆）缝灌沥青砂浆。（6）卫生间采用C型轻钢龙骨隔墙。（7）消火栓：800640200栓口距离地面1100mm高1.1.2防火及安全钢结构构件都涂上防火材料，每隔20米布置灭火器，二部楼梯，两个主要安全疏散口，满足紧急疏散要求。1.1.3其他说明（1）凡是预埋件应做防锈处理，表面刷防锈漆、乳白色铅各两道（2）卫生间地面均应做0.5%坡度，坡向地漏1.1.4设计的主要特点本建筑的主要特点是实用性强，各层教师分布合理，结构形式简单，建筑外墙面贴乳白色瓷砖大方，简洁，又显得明朗。主体结构是五层
17、，教室布置合理，经济实用。能够最大限度的发挥整个实验楼的功能。1.2 结构方案1.2.1自然条件工程地质条件 建筑场地类; 场地标准冻结深度1.2m表1地层一览表序号岩土分类土层描述底层深度平均厚度地基土承载力桩端阻力桩周摩擦力1杂填土松散0.41.3m0.9m10kpa2细砂稍湿,稍密1.32.1m0.8m160kpa18kpa3粗砂稍湿,中密2.14.2m2.1m250kpa27kpa4圆砾中密密实48m4.0m400kpa2500kpa60kpa1.2.2结构形式及布置采用钢框架结构。框架梁采用窄翼缘H型钢、框架柱采用焊接工字形截面。楼板采用压型钢板钢筋混凝土组合结构；楼梯为钢楼梯；基础
18、采用柱下独立基础，结构布置如下：图1平面布置图底层计算高度为4.2m+1.1m=5.3m，其中1.1m为初估室内地坪至柱脚底板的距离。1.2.3材料选用所有构件及零件均采用Q345B；组合楼板混凝土强度等级C30，基础混凝土强度等级C25，钢筋为HRB335级及HPB235。1.2.4主要参数及结构计算方法该建筑抗震设防烈度为7度，地震作用及抗震措施均按设防烈度考虑。具体计算方法如下：采用底部剪力法计算水平地震作用；采用修正反弯点法（D值法）计算水平地震作用下的框架内力；采用弯矩二次分配法，计算竖向荷载作用下框架内力。抚顺地区基本风压=0.55KN/m,地面粗糙度为C类，计算公式为： （1-1
19、）2 结构布置及截面初选2.1 计算简图及构件截面初选2.1.1计算单元图2计算单元图2.1.2结构构件截面初选根据本项目房屋的结构类型、抗震设防烈度和房屋的高度查表，得本建筑抗震设防烈度为二级。表2 A级高度的高层建筑结构抗震等级（部分）结构类型设防烈度6度7度8度9度框架高度/m框架四三三二二一一楼盖、屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，组合楼板厚度取为，各层梁、柱采用钢，组合混凝土楼板采用，钢筋用级钢筋。2.1.3构件截面选择一、初选截面构件尺寸纯钢框架结构按每平米812计算竖向荷载，柱120，有侧移框架取=1.21.5。初选长细比=70。此处取10KN/。柱在二层底部拼接，假设=70，查表=
20、0.751则：应用公式： 。 (2-1)1、框架柱：采用焊接工字型截面钢Q345-B，依据经验，取各层竖向荷载10KN/。柱：标准值N=4（3.9+2.85）m10KN/6.9=1863KN （2-2）设计值N=1.21863KN=2235.6KN （2-3）设=70 由钢结构设计规范按b类查表得=0.751 （2-4）考虑弯矩级倾覆压力作用的影响取：1.3A=1.39602.7=12483.5 （2-5）初选截面：8004002030 A=388框架梁与次梁为热轧H型钢，Q345-B。框架结构的主梁截面高度及宽度可由下式确定：; （2-6）其中横梁跨度： 纵梁跨度：采用Q345钢，主框架梁的
21、，次梁的，由此估算的钢梁截面尺寸如下：（此处参见教材钢结构基础表3-2）主框架梁： 取 取 A=235.5次梁： 取 取 A=46.5压型钢板：YX70-200-600,板厚1mm，自重0.135KN/,波高70mm，有效截面惯性矩=100.64,有效截面抵抗矩=27.37。2.1.4柱、梁截面统计如：框架柱和梁、次梁截面特征，见表3表3 梁柱构件选用表构件名称型号重量Kg/m截面特性A(cm)()(cm)(cm)()cm(cm)柱8004002030 314.0 388 451537 10586 33.03 32049 1602 9.08梁主梁HN7003001324 185.0 235.5
22、 201000 5760 29.3 10800 722 6.78次梁HN3001506.59 37.3. 47.53 7350 490 124 508 67.7 3.273 荷载统计3.1 屋面均布荷载3.1.1恒载 防水层：改性沥青防水卷材 0.35kN/m2找平层：20厚1:3水泥砂浆 0.4kN/m2找坡层：150厚焦渣找坡 1.5kN/m2保温层：100厚水泥珍珠岩 0.4kN/m2结构层：150厚压型钢板混凝土组合板（折算厚度100mm）； 3.89kN/m2装饰层：V型轻钢龙骨吊顶 0.2kN/m2合 计 6.74kN/m23.1.2活载不上人屋面 0.5kN/m2雪载 0.5kN
23、/m2重力荷载代表值计算时取雪荷载。竖向荷载作用下结构分析时活荷载和雪荷载不同时考虑，取二者较大值考虑。3.2 楼面均布荷载3.2.1恒载 10厚大理石面层 0.28kN/m220厚1:3水泥砂浆打底 0.4kN/m2150厚压型钢板混凝土组合板 3.89kN/m2V型轻钢龙骨吊顶 0.2kN/m2 合 计 4.77kN/m23.2.2活载楼面活荷载 2.0kN/m2走廊、楼梯、卫生间的活荷载 2.5kN/m23.3 构件自重3.3.1柱（单根）1层 3.144.8=15.07kN2-5层 3.143.6=11.3kN2梁 框架梁（单根） 1.8513.5=49.40kN次梁（计算单元内每层总
24、重） 0.959.9=9.41kN3.3.2墙体（1）外墙墙面抹灰（包括20+20厚水泥砂浆） 0.80kN/m2 300厚轻骨料混凝土砌块 2.40kN/m2合计 3.2kN/m2（2）内墙及女儿墙 墙面抹灰（包括15+15厚水泥砂浆） 0.60kN/m2 200厚轻骨料混凝土砌块 1.60kN/m2 合 计 2.20kN/m23.4 各节点集中荷载计算A、C列标高19.6m处女儿墙： 2.26.90.9=13.66kN合计 13.66kN；e=7.48kN/m标高18.6m，15.0m，11.4m，7.8m，4.2m处外墙： 3.26.93.6=79.49kN内墙： 2.23.64.95=
25、39.20kN柱： 3.143.6=11.3kN合计 130kN；e=71.5kN/m标高-0.60m处外墙： 3.26.94.8=105.98kN内墙： 2.24.954.8=52.27kN柱： 3.24.8=15.36kN合计 173.61kN；e=95.49kN/mB列标高19.6m处合计 0kN标高18.6m，15.0m，11.4m，7.8m，4.2m处内墙： 2.23.64.95=39.20kN柱： 3.143.6=11.36kN合计： 50.50 kN标高-0.60m处内墙： 2.23.34.8=34.85kN柱： 3.24.8=15.36kN合计： 50.21kN1/A列标高19
26、.6m处合计： 0kN标高18.6m，15.0m，11.4m，7.8m，4.2m处内墙: 2.23.64.95=39.20kN标高-0.60m处内墙： 2.23.34.8=34.85kN4 水平地震作用下结构分析4.1 水平荷载作用下的框架内力分析（1）梁线刚度计算钢材的弹性模量N/mm2表4 框架梁线刚度层跨度（A-C）L(cm)截面惯性矩 (cm4)AB跨BC跨=1.5(cm4)（kNm）=1.5(cm4) (kNm）1-57805702010003015000.803015001.09（2）柱线刚度计算柱的线刚度按式计算表5 框架柱线刚度层柱高h(m)A轴柱惯性矩()A轴柱子线刚度（kN
27、m） B柱轴惯性矩 ()B轴柱子线刚度（kNm）C轴柱惯性矩()C轴柱子线刚度（kNm）5 3.64.232.644.232.644.232.644 3.64.232.644.232.644.232.643 3.64.232.644.232.644.232.642 3.64.232.644.232.644.232.641 5.34.231.644.231.644.231.64（3）柱侧移刚度计算一般层：= （4-1）首 层：= （4-2）A列首层柱：； B列首层柱：；C列首层柱：首层框架的侧移刚度： A列二五层柱： ；B列二五层柱： ；C列二五层柱：二六层框架的侧移刚： 4.1.1重力荷载代表
28、值计算各楼层重力荷载代表值的具体计算过程略，计算结果如下：G5=27.32kNG4=1278.63kNG3=G2=G1=1086kN房屋总重力荷载代表值：27.32+1278.63+10863 =4563.62 kN重力荷载代表值分布如下图：图3重力荷载分布图4.1.2地震作用计算结构自振周期T1计算根据经验公式确定结构的自重周期水平地震作用分析（1）采用底部剪力法计算水平地震作用设防烈度7度，设计基本加速度值为0.1g（第一组），则；类场地，因为=0.6s1.4=1.40.35=0.49s，需要考虑顶部附加水平地震作用。=0.08+0.07=0.080.6+0.07=0.118 （4-3）（
29、2）结构结构底部剪力:0.080.854563.62229.03kN （4-4）顶部附加地震作用27kN （4-5）（3）各层水平地震作用标准值及楼层地震剪力 （4-6）结构所在层楼板的计算高度。楼层地震剪力： （4-7）表6 楼层地震剪力计算层(m)(m)(kN)(KNm)(kN)(kN)53.618.627.32426.190.0129.0629.0643.615.01278.619179.450.42686.04115.133.611.4108612380.40.27655.75170.8523.67.810868470.80.18837.97208.8214.24.210864561.
30、20.1020.20229.02（4）变形验算楼层地震剪力作用下横向框架侧移等于层间剪力除以楼层侧移刚度，计算如下表：表7 地震剪力作用下横向框架侧移层（m）(kN)( KN/m) (m)53.629.061.420.00021/1800043.6115.11.420.00081/450033.6170.851.420.00101/360023.6208.821.420.00121/300015.3229.020.950.00241/2200由表可知，层间相对弹性转角均满足的要求,其中为钢架层间弹性位移转角限值。 图4地震作用下的层间剪力4.2 水平地震作用下框架内力计算（采用D值法）4.2.
31、1水平地震作用下框架柱剪力计算取其中轴一榀框架为例（计算过程见下表）第层第k根柱所受的剪力： （4-8）计算结果见下表：表8 水平地震作用下框架柱剪力计算层轴号(KN)(KN/m) (KN/m)(KN)5A轴（边柱）27.323700014200027.32B轴（中柱）27.326400041.06C轴（边柱）27.324200026.464A轴（边柱）115.13700029.76B轴（中柱）115.16400051.59C轴（边柱）115.14200033.743A轴（边柱）170.853700044.18B轴（中柱）170.856400076.58C轴（边柱）170.854200050.
32、072A轴（边柱）208.823700052.23B轴（中柱）208.826400090.40C轴（边柱）208.824200058.261A轴（边柱）229.02280009500059.23B轴（中柱）229.0236000102.66C轴（边柱）229.023100067.134.2.2柱端弯矩计算确定各柱端弯矩，对上层柱取y=0.45，下层柱取y=2/3（1）第层第k根柱下端弯矩： （4-9）（2）第层第k根柱上端弯矩：；具体计算过程见下表表9 边柱（A轴）柱端弯矩层H(m)(kN)y（）()53.629.060.4511.7615.5643.629.760.4558.9248.213
33、3.644.180.4587.4771.5723.652.230.45103.4184.6115.359.230.67103.60210.33表10 中柱（B轴）柱端弯矩层H(m)(kN)y（）()53.629.060.4546.9738.4343.651.590.45102.1583.5833.676.580.45151.63124.0623.690.400.45178.99146.4515.3102.660.67179.55364.55表11 边（C轴）柱端弯矩层H(m)(kN)y（）()53.629.060.4554.0939.2943.633.740.4566.8154.6533.65
34、0.070.4599.1481.1123.690.400.45178.99146.4515.367.130.67117.41238.384.2.3框架梁端弯矩、剪力及框架柱轴力计算根据节点平衡，由柱端弯矩求梁端弯矩。梁端按其线刚度分配。= （4-10）= （4-11） （4-12）梁端弯矩及柱子轴力计算结果见下表：表12 梁端弯矩和剪力计算层AB跨BC跨(KNm)(KNm)V (KN)(KNm)(KNm)V (KN)529.0611.63-4.5215.5629.06-4.52483.9738.13-13.5726.57127.47-13.573130.4990.49-24.5559.1718
35、0.25-24.552172.08119.23-32.3798.24325.44-32.371314.01217.41-59.05166.95355.79-59.05表13 柱子轴力计算层（KN）（KN）（KN）5-8.64-2.27-10.914-24.77-10.74-35.513-53.36-30.18-83.542-98.22-61.72-159.941-152.97-100.77-253.74注：轴力以压力为正，拉为负。4.2.4利PKPM校核后地震作用下框架弯矩图由于本结构的自振周期=0.6s1.5s，故柱轴力不予修正。利用电算PKPM软件进行验算进行截面优化。图5地震作用下横向框架弯矩图5 风荷载计算分析5.1 风荷载计算5.1.1自然条件基本风压0.55kN/m2（设计基准期50年），地面粗糙度为C类（按房屋比较密集的城市市区计）。5.1.2风荷载计算由荷载规范可知，作用在建筑物表面的风荷载标准值按下式计算： （5-1）按荷载规范的要求应考虑结构发生顺风向风振的影响，此处仅考虑第一振型。取，=0.8+0.5=1.3，查表根据插入发法求得，迎风面宽度为计算单元的宽度6.9m。风荷载作用下各楼层处的水平力按下