某四层框架教学楼毕业设计.doc

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1、摘 要31Abstract32This graduation design topic is the teaching building of Guang-Dong Pei-Zheng college . The building areas is 4989,and will be built in Guang Zhou.The earthquake forcitication intencity of the building is seven degree. The frame structure to the upper structure was according to the he

2、ight of the building. The aseiscuis classes of the frame is three. And the foundation of the building are master of prefabricated pile.321.1设计资料341.1.1工程概况341.2建筑方案选择与建筑施工图设计342.1设计依据392.2 结构方案选型402.2.2 基础选型402.2.4 结构用材料402.3结构基本尺寸确定及截面几何特性计算412.4 竖向荷载计算432.5 水平地震作用计算472.6风荷载标准值计算572.7竖向荷载计算631.楼板自重

3、作用下的导荷载计算642、梁、墙、窗自重作用下的导荷载计算662.8第1/1轴框架内力分析672.9框架梁柱内力组合662.10第1/1轴框架梁、柱配筋计算783 下部结构设计903.1基础设计904 楼板结构设计1014.1楼板计算方法的确定1014.2弯矩计算1014.3 板配筋计算1015.楼梯结构设计1045.1 楼梯计算1046 电算与手算的分析比较1096.1、总体控制数据的对比1096.2、柱轴压比的对比1096.3 梁跨中配筋结果的对比1106.4、柱配筋结果的对比1107 毕业设计总结111致 谢112参 考 文 献113附录1 PKPM软件包软件电算结果114摘 要 毕业设

4、计题目为华北水利水电学院新教学楼结构设计，建筑面积4989，建设地点在广州，抗震设防烈度为7度；上部结构采用钢筋混凝土框架结构，框架抗震等级为三级；基础采用预应力桩基础。毕业设计包括建筑设计、结构设计两部分。结构设计是重点。结构设计内容包括：构件截面尺寸的确定、竖向和水平荷载计算、框架内力及侧移计算、内力组合、框架梁柱截面配筋以及楼板、楼梯和基础设计。严格按有关结构设计规范或规程进行结构设计，并且考虑了抗震计算和有关构造要求。在计算方法上，水平地震作用采用“底部剪力法”，风荷载和水平地震作用下框架内力计算采用D值法，竖向荷载作用下框架内力计算采用分层法。结构设计算重点是手算，并利用软件包中软件

5、检验手算结果。关键词： 教学楼，混凝土，框架结构，内力计算，配筋AbstractThis graduation design topic is the teaching building of Guang-Dong Pei-Zheng college . The building areas is 4989,and will be built in Guang Zhou.The earthquake forcitication intencity of the building is seven degree. The frame structure to the upper structur

6、e was according to the height of the building. The aseiscuis classes of the frame is three. And the foundation of the building are master of prefabricated pile.This design is divided into two parts.One is the architectural design,the other is construction design.The structure design is emphasis the

7、graduation design, and the content of the graduated design mainly are: deciding the size of cross-section the for the frame structure, calculating the internal force and deformation of the frame structure under the action of wind load and earthquake action, analysing the internal force of frame caus

8、ed by vertical permanent and variable loads. The “Equivalent base shear method” to calculate horizontal earthquake action is adopted and the “D value method” is used to calculate internal force caused by horizontal earthquake and wind loads,and the “separated floor method” is adpoted to calculate in

9、ternal force of the frame structure under the action of vertical load. The point of structions calculation in this graduation design is artificial calculation, results of artificial calculations is checked with Satwe Software in PKPM.Keywords：teaching building, concrete, frame structure, calculation

10、 for internal force, reinforcement前 言毕业设计是土木工程专业本科教学计划的最后一个重要环节，是对学生综合素质与工程实践能力的一次检验；毕业设计能培养学生综合应用所学的基础课、专业基础课、专业课和相应技能，更能提高学生的综合素质和分析处理工程问题的能力。毕业设计为四层教学楼，建筑面积达 4989，建筑地点在广州，抗震设防烈度为7度，上部结构为框架结构，基础为预应力桩，真题假做。本题目建筑结构绘图不算很复杂，但结构计算上也有一些难点。本毕业设计主要分为建筑设计、上部结构设计、下部结构设计、楼板结构设计、楼梯结构设计和分析与总结六大章。第一章主要是建筑方案与建筑施

11、工图设计说明，第二章是设计的重点，主要是结构方案选型、框架截面尺寸初选、荷载计算、侧移验算、内力分析和组合、框架梁柱配筋计算。第三、四、五章主要是地基，楼板，楼梯的方案选型、尺寸初选和配筋计算。第六章主要是电算与手算的分析比较。1 建筑设计1.1设计资料1.1.1工程概况拟在华北水利水电学院建造一幢新教学楼，总建筑面积为4989 m2。此教学楼为四层现浇钢筋混凝土框架结构，建筑高度为16。1.1.2设计原始资料1）地段平面：矩形，东西长82.5m，南北宽15.9m。2）主要建筑材料：砼：C20， C30；钢筋：HPB235、HRB400；外墙和隔墙材料：M型烧结砖；外墙装修：墙面砖或马赛克；门

12、窗：木夹板门，铝合金窗。1.2建筑方案选择与建筑施工图设计1.2.1 建筑方案选择该建筑东西方向长为82.5，南北向宽为15.9。根据该教学楼所处地理位置，设计时已考虑了周围环境，占据好的朝向及景观。1）平面设计（1） 华北水利水电学院新教学楼一至四层均为教室。在建筑设计上根据拟建地形以矩形安排平面，同时考虑外形美观，建筑设计中应处理好不同功能分区之间的交通组织，充分利用场地，合理划分功能分区，其平面设计满足采光和防火等要求。2）外立面设计： 外立面形式美观，可谓是一道靓丽的风景，大开窗提供了充足的光线，充分满足了美观和采光。见图1.2、1.33）交通设计：（1）走道根据民用建筑设计通则（JG

13、J 37-87）3.2.2和中小学校建筑设计规范（ GBJ 9986）第6.2.1条可知2100的走廊充分满足了人员的走动。（2）楼梯楼梯的尺度要综合考虑人行、防火疏散和家具搬运等要求，公共楼梯的面积和尺度应满足最少尺度的要求，不能过于放宽，而降低使用面积。楼梯的尺度还要兼顾楼梯构件规格的简化和统一等方面的因素。4）屋面排水系统根据建筑设计资料集（10卷）和年平均降雨量，采用不上人屋面排水。5）卫生间（1）在满足设备及人体活动空间要求的前提下力求布置紧凑。（2）卫生间是用水较多的场所，其材料与构造的选择要注意防水、排水和便于清洁。卫生间内蒸汽和异味要组织好通风给以排除。最好采用直接采光和通风。

14、教室、卫生间满足中小学校建筑设计规范第四章中的有关要求。1.2.2建筑施工图设计房屋建筑制图统一标准（GB/T 500012001），具体布局可参看图1.1。图1.1 一层平面图图1.2 114轴立面图图1.3 DA轴立面图图1.4 11剖面图2上部结构设计2.1设计依据2.1.1工程设计基准期本工程设计的基准期为50年。2.1.2自然条件1）、气象资料最冷月平均8.3C，最热月平均29.5C，极端最高40.0C，极端最低 2.4C。2）、基本风压： =0.50 ，C类地形。常年主导风向，东南风。3）、主要建筑材料：砼：C20，C25，C30；钢筋：HPB235、HRB400。外墙和隔墙材料：

15、加气混凝土砌块。外墙装修：墙面砖或马赛克。门窗：木夹板门，铝合金窗或钢窗。4）、建筑抗震设防烈度为7度，场地土为类5）、工程地质资料：第一层：耕土，灰色，由软塑状粘性土组成，平均厚度0.5m，qsa=9kPa；第二层：淤泥质土，深灰色，流塑，含少量粉细砂，平均厚度2.5m，qsa =0kPa；第三层：粘土，黄色，流-软塑，含少量粉细砂，平均厚度1.6m，qsa =15kPa；第四层，中砂，灰黄色，松散，饱和，颗粒均匀，底部成稍密状，厚度2.6m，qsa =0kPa；第五层：粘土，褐红色，可塑，含少量粉细砂，平均厚度2.3m，qsa =25kPa；第六层：中砂，灰白色，稍密，饱和，颗粒不均，平均

16、厚度1.6m，qsa =16kPa；第七层：粉质粘土，灰黑色，可塑，含多量粉砂，含多量朽木，平均厚度0.6m，qsa =25kPa；第八层：粘土，褐红色，硬塑，含少量粉细砂，为原岩风化残积土，平均厚度6.6m，qsa =40kPa,qpa=2100kPa；第九层：粘土，褐红色，坚硬，含少量粉细砂，为原岩风化残积土，平均厚度0.7m，qsa =45kPa,qpa=2800kPa；第十层：粉砂质泥岩，褐红色，强风化，裂隙发育，岩芯破碎，呈短柱状、块状，下部夹中等风化岩薄层，平均厚度11.3m，qsa =70kPa，qpa=4500kPa；地下水位在地面以下2m，对混凝土无侵蚀性。6）建设前期条件已

17、经进行了场地平整，给水、排水、供电、通讯、供煤气与城市系统连接。2.1.3 设计要求工程所在地抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第一组，场地类别为类。2.2 结构方案选型2.2.1上部结构体系选择、结构布置及计算单元1）.上部结构体系由于该结构高度为16m，抗震设防烈度为7度，根据建筑抗震设计规范（GB 50011-2001）表6.1.1现浇混凝土房屋适用的最大高度：混凝土房屋架结构适用最大高度为60m，框架-抗震墙结构适用最大高度为130m，抗震墙结构适用最大高度为140m，框架核心筒结构适用最大高度为150m，筒中筒结构适用最大高度为180m。本建筑16m，

18、以上结构体系都适用于本建筑，但从受力及经济因素考虑，框架结构较为合理。因此本建筑最终采用钢筋混凝土框架结构。2）.结构布置图详见结构布置。3）.计算单元取1/1轴单榀框架为计算单元2.2.2 基础选型根据建筑处的地质情况，承载力第四层是承载力很强的中等风化花岗岩，初步确定基础采用高预应力管桩比较适合。2.2.3 特殊处理：根据混凝土结构设计规范（GB 50010-2002），现浇钢筋混凝土框架结构伸缩缝间距不宜超过。本工程长度，但考虑到建筑的使用要求和立面的效果，以及防水处理困难等，目前常采用不设伸缩缝；特别在地震区，由于缝将房屋分成几个独立的部分，地震时常因为互相碰撞而造成震害。因此，目前的

19、总趋势是避免设缝。并从总体布置上或构造上采取一些相应的措施来减少温度收缩和体形复杂引起的问题。为解决混凝土收缩可能引起的裂缝，可考虑在施工阶段每隔3040设置一道后浇带，后浇带宽1.0；为解决温度变化可能引起的裂缝，屋面还可加强保温、隔热措施，楼板可配置分布钢筋。2.2.4 结构用材料梁板的混凝土强度等级用C30；柱的混凝土强度等级用C30；梁柱钢筋等级除箍筋和拉筋为HPB235外，其余均为HRB400。2.3结构基本尺寸确定及截面几何特性计算2.3.1框架计算简图 框架柱嵌固与基础顶面，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

20、面，室内外高差为-0.450m，基础顶面至室外地坪通常取-0.500m,故基顶标高至0.000的距离定为-0.950m，故底层柱高为5.25m。其余各层柱高从楼面算至上一层楼面（即层高），由此可绘出框架的计算简图如2.1所示。图2.1 计算简图2.3.2 框架梁截面尺寸初选根据高层建筑混凝土结构技术规程6.3.1得截面高度：取截面宽度：取同理： 对l=4500mm 取h=450mm , b=250mm l=2100mm 取h=300mm, b=250mm2.3.3 框架柱截面尺寸初选底层柱轴力估算：假定结构每平方米总荷载设计值为12kN,则底层中柱的轴力设计值约为： 若采用C30混凝土浇捣，由

21、混凝土结构设计规范（GB50010-2002）差得。假定柱截面尺寸，则柱的轴压比为：故确定取柱截面尺寸为。边柱截面取和中柱一样为。为简化施工，各柱截面从底层到顶层不改变。2.3.4 板的厚度初选根据混凝土结构设计（GB50010-2002）10.1.1得楼板：，屋面板：取。2.3.5 框架梁、柱线刚度与框架的抗侧刚度框架梁混凝土强度等级采用C30。，考虑现浇楼板参与工作，对中框架梁， 为框架梁按矩形截面计算的惯性矩。框架梁刚度计算：梁采用C30混凝土，E=30*106KN/m2边跨梁：中跨梁： 底层柱： 标准层柱： 令，则其余各杆件的相对线刚度为：如图2.1所示。侧移刚度D计算见表2.1，其中

22、：一般层：边柱，中柱， 底层：边柱，中柱， 2.4 竖向荷载计算2.4.1 永久荷载计算屋面及楼面的荷载屋面永久荷载 找平层：15厚水泥砂浆： 0.015200.30 防水层（刚性）40厚C20细石混凝土防水： 1.0 防水层（柔性）三毡四油小石子： 0.4 找平层：15厚水泥砂浆： 0.015200.30 找坡层：40厚水泥石灰焦渣砂浆3找平： 0.04140.56 保温隔热层：80厚膨胀珍珠岩砂浆： 0.08120.96 结构层：120厚现浇钢筋混凝土板： 0.12253 抹灰层：10厚混合砂浆： 0.01170.17合计 6.69各层走廊楼面水磨石地面：10mm面层 20mm水泥沙浆打底

23、 0.65 素水泥浆结合层一道 结构层：100厚现浇钢筋混凝土板： 抹灰层：10厚混合砂浆 合计 标准层楼面永久荷载大理石面层，水泥砂浆擦缝30厚1：3干硬性水泥砂浆，面上撒2厚素水泥 1.16水泥浆结合层一道结构层：120厚现浇钢筋混凝土板： 0.12253抹灰层：10厚混合砂浆： 0.01170.17 合计 4.33 梁自重 bh=250mm500mm 自重： 250.25（0.5-0.12）=2.38kN/m 抹灰层：10厚混合砂浆 (0.5-0.12) 2+0.25 170.01=0.17kN/m 合计： 2.25kN/m bh=250mm350mm 自重： 250.25（0.35-0

24、.12）=1.44kN/m 抹灰层：10厚混合砂浆 (0.35-0.12) 2+0.25 170.01=0.12kN/m 合计： 1.56kN/m bh=250mm450mm 自重： 250.25（0.45-0.12）=2.06kN/m 抹灰层：10厚混合砂浆 (0.45-0.12) 2+0.25 170.01=0.16kN/m 合计： 2.22kN/m柱自重 bh=450mm450mm 自重： 250.450.45=5.06kN/m 抹灰层：10厚混合砂浆 0.010.45417=0.31kN/m 合计： 5.37kN/m横墙自重： 底层： （5.25-0.5-0.4）0.2418=18.7

25、9kN/m 水刷石外墙面： （4.3-0.5）0.5=1.9kN/m 水泥粉刷内墙面： （4.3-0.5）0.36=0.68kN/m 合计： 21.37kN/m 标准层： (3.9-0.5)0.2418=14.69kN/m 水刷石外墙面： (3.9-0.5)0.5=1.7kN/m 水泥粉刷内墙面： (3.9-0.5)0.36=1.22kN/m 合计： 17.16kN/m走廊外横墙自重 标准层： 0.90.2418=3.89kN/m 铝合金窗： 0.35(3.9-0.9-0.35)=0.93kN/m 水刷石外墙面： 0.50.9=0.45kN/m 水泥粉刷内墙面： 0.90.36=0.32kN/

26、m 合计： 5.59kN/m外纵墙自重 底层： 0.90.2418=3.89kN/m 铝合金窗： 0.35(4.3-0.9-0.45)=1.03kN/m 水刷石外墙面： 0.50.9=0.45kN/m 水泥粉刷内墙面： 0.90.36=0.32kN/m 合计： 5.69kN/m 标准层： 0.90.2418=3.89kN/m 铝合金窗： 0.35(3.9-0.9-0.45)=0.93kN/m 水刷石外墙面： 0.50.9=0.45kN/m 水泥粉刷内墙面： 0.90.36=0.32kN/m 合计： 5.59kN/m内纵墙自重 底层： 3.854.05-1.62.1-1.21.50.2418+0

27、.21.62.1+0.351.21.5 4.0511.45kN/m 水泥粉刷墙面:(3.854.05-1.62.1-1.21.5) 4.050.362=2.07kN/m 合计： 13.52kN/m标准层： 3.454.05-1.62.1-1.21.50.2418+0.21.62.1+0.351.21.5 4.059.72kN/m 水泥粉刷墙面:(3.454.05-1.62.1-1.21.5) 4.050.362=1.57kN/m 合计： 11.29kN/m2.4.2 可变荷载计算查建筑结构荷载规范（GB 50009 2001）得1）. 屋面可变荷载 不上人屋面，可变荷载为0.5 2）. 楼面可

28、变荷载 走道为2.5，楼梯间为3.5，其它都为2.02.5 水平地震作用计算该建筑物的高度为16m40m，以剪切变形为主，且质量和刚度沿高度均匀分布，故可采用底部剪力法计算水平地震作用。2.5.1重力荷载代表值的计算屋面处重力荷载代表值结构和构配件自重标准值+0.5雪荷载标准值楼面处重力荷载代表值结构和构配件自重标准值+0.5楼面活荷载标准值其中结构和构配件自重取楼面上、下各半层层高范围内（屋面处取顶层的一半）的结构及构配件自重。屋面处的重力荷载标准值的计算屋面板结构层及构造层自重标准值 6.69（82.515.9）9051.08kN250.25(0.5-0.12)(6.9202)+(0.35

29、-0.12)(2.120)+(0.45-0.12)(4.5174+3.024)1396.5kN0.450.45204(3.9/2-0.12)25=741.15kN17.16(6.9-0.45)26+5.59(4.5-0.45)34+(3.0-0.45) 4+11.29(4.5-0.45)34+(3.0-0.45)4=2687.14kN+9051.08+1396.5+741.15+2687.14=13875.87kN 2）二、三层楼面处重力荷载标准值计算4.3382.56.92+3.8282.52.15591.52kN1396.5kN80250.450.45（3.9-0.12）1530.9kN2

30、687.142+5.59(2.1-0.45)2=5372.73kN+5591.52+1396.5+1530.9+5372.7313891.65kN 3) 底层楼面处重力荷载标准值计算5591.52kN1396.5kN1350.91592.13kN5372.136331.44kN+ 5591.52+1396.5+1592.13+6331.4414911.59kN4)屋面活荷载标准值计算0.5（82.515.9）655.88kN5）楼面活荷载标准值计算+4.0（6.93）4+2.5（2.182.5）+2.0（26.976.5）2875.73kN6)总重力荷载代表值的计算屋面处：屋面处结构和构件自重

31、+0.5活荷载标准值 13875.87+0.5655.8814203.81kN（设计值为17569.27kN）2、3层楼面处：楼面处结构和构件自重+0.5活荷载标准值 13891.65+0.52875.7315329.51kN（设计值为20696.00kN）底层楼面处：楼面处结构和构件自重+0.5活荷载标准值 14911.59+0.52875.7316349.45kN（设计值为21919.93kN）计算书配套CAD图纸在爱建筑网下载全套毕业设计尽在爱建筑网2.5.2结构基本自振周期计算结构基本自振周期横向水平地震作用的自振周期的计算近似采用假想顶点侧移法计算。为结构顶点的假想侧移，即把集中在各

32、层楼面处的重量视为作用于各层楼面的假想水平荷载，按弹性方法计算结构的顶点侧移。顶点假想侧移计算如表2.5-1所示。表2.5-1 顶点假想侧移计算层号层楼面处的重量 (kN)各层剪力 (kN)层间刚度（kN/m）层间侧移（m）侧移（m）414203.8114203.810.031510.40206315329.5129533.320.065530.37055215329.5144862.830.099540.30502116349.4561212.280.205480.20548结构基本自震周期考虑非结构墙影响系数=0.6，则结构的基本自振周期为：1.70.60.6462.5.3多遇水平地震作用

33、计算由于该工程所在地区抗震设防烈度为7度，场地类别为类，设计地震分组为第一组，查表知，由于1.41.40.350.49，所以需要考虑顶部附加水平地震作用的影响。由建筑抗震设计规范表5.2.1可知0.080.646+0.070.122结构顶部附加水平力：=0.1222398.60292.63（kN）各质点水平地震作用标准值计算如表2.5-2所示，其中。计算后得到地震荷载作用下结构计算简图如图2.5-1所示。表2.5-2 各质点横向水平地震作用标准值计算层次Gi(N)Hi(m)GiHiGiHiFi(kN)Vi(kN)D(N/m)ui(m)4层17.0 2.41E+086.67E+08760.26

34、998.89 0.00222 3层13.1 2E+086.67E+08631.72 1630.61 0.00362 2层9.2 1.4E+086.67E+08442.93 2073.55 0.00460 1层5.3 0.86E+086.67E+08271.05 2344.60 0.00787 楼层最大位移与楼层层高之比： 满足位移要求。2.5.4刚重比和剪重比验算为了保证结构的稳定和安全，进行结构刚重比和剪重比验算，见下表2.5-3：表2.5-3 结构刚重比和剪重比验算楼层hi(m)Di(kN/m)Dihi(kN)VEKi(kN)Gj(重力荷载 代表值，kN)Gj(重力荷载 设计值，kN)刚重

35、比剪重比43.9711.7310132.5512533.3688.47 0.070 33.91139.9521209.4827488.0540.34 0.054 23.91440.6832286.4142442.7426.12 0.045 14.31627.1944210.7558429.8614.05 0.037 由上表可见，各层的刚重比均大于20，不必考虑重力二阶效应；各层的剪重比均大于0.016，满足剪重比要求。2.5.5框架地震内力计算框架柱剪力和柱端弯矩计算采用D值法，其中，反弯点相对高度计算过程和计算结果见下表2.5-4：表2.5-4 反弯点相对高度A、D轴框架处反弯点位置层号h/

36、miy0y1y2y3yyh(m)4 3.90 0.88 0.35 0.00 0.00 0.00 0.35 1.37 33.90 0.88 0.45 0.00 0.00 0.00 0.45 1.76 23.90 0.88 0.50 0.00 0.00 0.00 0.50 1.95 1 5.25 1.15 0.64 0.00 0.00 0.00 0.64 3.36 B、C轴框架处反弯点位置层号h/miy0y1y2y3yyh(m)4 3.90 1.88 0.44 0.00 0.00 0.00 0.44 1.72 3 3.90 1.88 0.45 0.00 0.00 0.00 0.45 1.76 23.90 1.88 0.50 0.00 0.00 0.00 0.50 1.95 1 5.25 2.45 0.55 0.00 0.00 0.00 0.55 2.89 1） 柱端弯矩 如图2.5-2 图2.5-2柱端弯矩计算图2）梁端弯矩：根据结点平衡求出对于边柱如图2.5-3 3）对于中柱如图：2.5-3按两端线刚度分配 图2.5-3 梁端弯矩计算4)水平荷载引起的梁端剪力、柱轴力