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1、中国矿业大学徐海学院2015届本科生毕业论文摘 要本文的毕业设计主要讲述了教学楼的设计。设计的内容包括建筑设计、结构设计两部分。毕业设计是土木工程专业的必修课程，设计采用钢筋混凝土现浇框架结构，建筑层数为4层，建筑总长度53.1m，总宽度17.4m，总建筑面积3724m2。根据设计要求，设防烈度为7度，建筑场地类别为类，地面粗糙度C类，设计中要考虑抗震设计。设计包括建筑部分、结构部分、楼梯、基础等。根据任务书定出各层平面图及平面布置。在进行荷载计算和构件截面估算后，选取了轴框架进行计算，计算内容包括框架梁柱截面尺寸的选取及线刚度的计算；恒载、活载、地震作用下梁端、柱端弯矩、剪力的计算；框架内力
2、组合；框架梁柱配筋计算；楼梯配筋计算及基础配筋计算。框架受力钢筋主要采用级钢筋，箍筋主要采用级钢筋，楼梯采用钢筋混凝土板式楼梯；由于柱网的限制，基础采用钢筋混凝土柱下独立基础。整个方案设计基本符合设计和结构要求，具有一定的合理性。通过对教学楼平面图、剖面图、构造图的绘制和结构的设计，熟悉了设计的全过程，掌握了结构设计计算的基本方法，顺利地完成了毕业设计任务。同时，对这些年所学的专业知识和基本概念有了更深的理解，从而提高了分析和解决实际问题的能力。关键词 教学楼； 结构； 建筑； 设计AbstractThis paper mainly tells the design of the teachi
3、ng building. The content of the design includes two parts of architectural design and structure design. Graduation design is a required course for civil engineering, the design adopts reinforced concrete now RC frame structure, building layers for layer 4, the total length of the building 53.1m, tot
4、al width 17.4m, total construction area of 3724. According to the design requirements, the fortification intensity is 7 degrees, the building site is class II, the ground roughness C class, the design should consider the seismic design. The design includes the construction part, the structure part,
5、the stairs, the foundation, etc. According to the task, the book set out the floor plan and plane layout. After was used to estimate the load calculation and component section, select the fifth axis frame calculation, calculation includes frame beam column section size selection and rigidity of the
6、calculation; calculation of dead load, live load, under earthquake action at the end of beam and column end moment and shear; frame internal force combination; frame beam reinforcement calculation; calculation and staircases reinforced foundation reinforcement calculation. Framework reinforced by th
7、e use of the main level II steel, stirrup used mainly I grade steel, the stairs are reinforced concrete slab stairs; because of the limitation of the column, the foundation of the reinforced concrete column the independent foundation. The design of the whole scheme is basically in accordance with th
8、e design and structure, and has some rationality.Through the teaching building plan, profile, tectonic map drawing and the structure design, familiar with the design process, master the basic methods for structure design and calculation, successfully completed the graduation design task. At the same
9、 time, the knowledge and basic concepts of the professional knowledge and the basic concepts have been understood more deeply in the same time, thus improving the ability of analyzing and solving practical problems.Keywords teaching building； structure； building； design2 结构设计2.1设计资料2.1.1工程概况工程名称：徐州工
10、业职业技术学院教学楼工程规模：主体4层；结构类型：框架结构；工程环境：本工程位于徐州市。本地区抗震设防等级为7度；第二组别，设计基本地震加速度值为0.1g；场地土类别：类；丙类建筑。 建筑安全等级：二级，耐火等级为三级；设计使用年限：50年2.1.2自然条件（1）气象资料基本风压值 0.35基本雪压 0.35（2）地质资料2.1.3设计依据房屋建筑制图统一标准（GB/T50001-2001）建筑制图标准（GB/T50104-2001）建筑结构荷载规范（GB/T50009-2012）混凝土结构设计规范（GB/T50010-2010）建筑抗震设计规范（GB/T50011-2010）建筑地基基础设计
11、规范（GB/T50007-2011）建筑结构制图标准（GB/T50105-2001）混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图（11G101-1）选择合理的抗侧力结构体系，进行合理的结构或构件布置，使之具有较大的抗侧刚度和良好的抗风、抗震性能，是结构设计的关键。同时还须综合考虑建筑物高度、用途、经济及施工条件等因素。2.1结构选型2.2.1竖向承重体系的选取常见的竖向承重体系包括砖混结构体系、框架结构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系及筒体结构体系等。框架结构体系：由梁柱连接而成，其具有建筑平面布置灵活、造型灵活等优点，可以形成较大的使用空间，易于满足多功能的使用要求。在结构受
12、力性能方面，框架结构属于柔性结构，自振周期长，地震反应较小，经合理设计可具有较好的延性性能。其缺点是结构抗侧刚度较小，在地震作用下侧向位移较大。本建筑层数不多，在地震区，宜优先采用框架结构。框架结构的外墙为非承重构件，可以开大空间的窗来满足采光要求。而且在立面设计上可做到灵活多变。这些特点正是框架结构的优点，故采用框架结构。2.2.2水平方向承重体系选取本设计采用现浇肋梁楼盖结构，现浇楼盖可分为肋梁楼盖、密肋楼盖、平板式楼盖和无粘结预应力现浇平板楼盖等。肋梁楼盖结构具有良好的技术经济指标，可以最大限度地节省混凝土和钢筋的用量，能充分发挥材料的作用，结构整体性好，抗震性能好，且结构平面布置灵活，
13、易于满足楼面不规则布置、开洞等要求，容易适用各种复杂的结构平面及各种复杂的楼面荷载。常见横向承重体系包括：现浇楼盖、叠合楼盖、预制板楼盖、组合楼盖等。本设计的基础形式选取独立基础。多层框架结构的基础，一般有柱下独立基础、条形基础、十字形基础、片筏基础，必要时也可采用箱形基础或桩基等。2.2.3基础形式选取基础类型的选择，取决于现场的工程地质条件、上部结构荷载的大小、上部结构对地基上不均匀沉降及倾斜的敏感程度以及施工条件等因素，还应进行必要的技术经济比较。2.3结构布置根据普通民用住宅的使用功能及建筑设计要求,进行了建筑平面、立面及剖面设计。主体结构共四层，每层层高均为3.7m。楼盖及屋盖采用现
14、浇钢筋混凝土肋型屋盖，屋面板厚度为120mm，楼面板厚100mm。2.3.1结构布置（1）框架梁尺寸估算：纵向框架梁L9300mm，h=(1/81/12) L=1163775mm，取h=850mm;b=(1/31/2) h=(1/31/2) 850=425283mm，取b=300mm。纵向梁为300mm850mm；取AB、CD梁L7200mm，h=(1/81/12) L=900600mm,取h=600mm;b=(1/31/2) h=(1/31/2) 600=200300mm，取b=300mm。BC梁L3000mm，h=(1/81/12)L=375250mm,取h=350mm;故横向AB（CD）
15、、BC梁初选截面尺寸为300mm600mm, 300mm350mm次梁 且mm取次梁尺寸 mm，mm。（2）框架柱尺寸估算：柱截面尺寸可按柱的轴压比按下列公式计算：AC=N/(Nfc)N为柱组合的轴压比设计值，F为简支状态计算柱的负载面积gE为折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可根据实际荷载计算，也可取1215kN/m。对于边柱取1.3，不等跨取1.25，等跨取1.2；n为层数Fc为混凝土轴心抗压强度设计值，柱梁采用C30混凝土。N框架轴压比限值，该框架的抗震等级为3级，其轴压比限值为0.9，各层的重力荷载代表值为近似取15KN/m为柱截面的面积边柱负载面积为（4.654.65）/26.9
16、/2=15.525中柱负载面积为（7.2+3.0）/2(4.65+4.65)/2=23.625边柱 Ac=（1.315.525154）/（0.914.3103）=0.1 m2中柱 Ac=（1.2523.625154）/(0.914.3103）=0.14 m2根据上述计算结果，并综合考虑其他因素，取柱截面为正方形，初步估计柱的尺寸为500500250000mm2140000 mm2，为计算简便中柱和边柱的尺寸相同，均为500500。边柱、内柱的尺寸均为：500500。2.3.2构件材料选取现浇钢筋混凝土梁，C30，纵筋为HRB335级（），箍筋为HPB300级（）现浇钢筋混凝土柱，C30，纵筋为
17、HRB335级（），箍筋为HPB300级（）现浇钢筋混凝土板，C30，钢筋为HRB335级（）2.3.3 结构计算单元图2-2 轴线5位置框架结构计算简图注：室内外高差0.45m,基础埋深1.3m,h=0.3+0.5+3.7=4.5m2.4框架梁柱线刚度计算在框架结构中，通常现浇层的楼板，可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧移，为考虑这一有力作用，算梁截面惯性矩时，对现浇楼面的边跨框架梁取，对中跨框架梁取。2.4.1 框架梁线刚度计算梁采用C30混凝土，。 左跨梁右跨梁：i边梁EI/L= kN.m中跨梁：i中跨EI/L=kN.m底层柱：i底柱EI/L=kN.m其余各层柱：i余柱E
18、I/L=kN.m令i余柱1.0,则其余各杆件的相对线刚度为：i边梁i中跨梁i底柱2.4.2 框架柱线刚度计算一.底层 由以上两个公式可求柱抗侧刚度为： 1.边柱： （kN/m）2. 中柱： （kN/m）二.标准层： 由上述两个公式可求柱抗侧刚度为： 1.边柱： （kN/m）2.中柱： （kN/m）层次层高(m)柱D2-43.7边1.2240.3804.0110412022中1.6350.45014237故横向框架的侧移刚度见表21，2214.5边1.520.576.351049363中2.040.62910332表21 横向框架24层D值构件名称D值（kN/m）数量D（kN/m）A柱12022
19、10180330B柱1423710213555C柱1423710213555D柱1202210180330表22 横向框架首层D值5251840787770构件名称D值（kN/m）数量D（kN/m）A柱936310140445B柱1033210154980C柱1033210154980D柱9363101404453939040590850由计算可得：,故该框架为规则框架2.5荷载统计2.5.1 屋面,楼面荷载1、屋面永久荷载标准值不上人屋面：屋面防水面砖 0.25 kN/ m240厚防水砂浆基层 200.04=0.8 kN/ m2二毡三油防水层 0.35kN/ m230厚1：2水泥砂浆找平层
20、200.03=0.6 kN/ m260厚泡沫混凝土保温层 60.06=0.36kN/ m290厚散铺炉渣找坡层 120.09=1.08kN/ m2120厚屋面板 250.12=3.0 kN/ m220厚1：3水泥砂浆抹面 200.02=0.4 kN/ m2 合计： 6.84 kN/ m2水磨石地面(10mm面层,20mm水泥砂浆打底，素水泥打底) 0.65kN/2.各层楼面：水磨石楼面结构层：100厚现浇钢筋混凝土板 0.1252.5kN/抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m170.17kN/ 合计楼面恒载： 3.32 kN/3.楼梯: 水磨石楼面面层厚度 C130mm 面层容重21.6kN/m
21、顶棚厚度 C210mm 顶棚容重17kN/m踏步段斜板的倾斜角ArcTan(hs/bs)ArcTan(150/260)30踏步段梯板厚的垂直高度120/cos30139mm踏步段梯板平均厚度(150+2139)/2214mm梯板自重 250.2145.34kN/m踏步段梯板面层自重 21.60.0312(0.15+0.26)/3.121.02kN/m楼板顶棚自重 0.173.602/3.120.20kN/m 合计：6.56KN/4.屋面及楼面活荷载标准值计算一. 根据荷载规范查得 ：不上人屋面：0.5KN/楼 面：2.0KN/走 廊: 3.5KN/二.雪荷载Sk=1.00.35 KN/=0.3
22、5KN/2.5.2 梁、柱重力荷载计算梁自重：1.AB梁、CD梁：bh=300600梁自重： 25 KN/m30.3m(0.6m-0.1m)=3.75 KN/m抹灰层10厚混合砂浆： 0.01m(0.6m-0.1m)2+0.3m17KN/m3=0.221KN/m合计：3.971 KN/m2BC梁：bh=300350梁自重：25 KN/m30.3m(0.35m-0.1m)=1.875KN/m抹灰层10厚混合砂浆： 0.01m(0.35m-0.1m)2+0.3m17 KN/m3=0.136 KN/m合计：2.011KN/m3.纵梁：bh=300850梁自重：25 KN/m30.2m(0.85m-0
23、.1m)=1.75KN/m抹灰层10厚混合砂浆： 0.01m(0.85m-0.1m)2+0.2m17 KN/m3=0.153KN/m 合计：1.903KN/m柱自重： 1.柱：bh=500500柱自重：25 KN/m30.5m0.5m=6.25kN/m抹灰层10厚混合砂浆： 0.01m0.5m417 KN/m3=0.34kN/ 合计：6.59kN/m外纵墙自重：纵墙：1.0m0.24m5 KN/m3=1.2KN/m铝合金窗：0.35KN/2.4m=0.84 KN/m墙面：（3.7m-2.4m）0.5KN/=0.75KN/m内墙面：（3.7m-2.4m）0.36KN/=0.54KN/m合计：3.
24、13KN/m外横墙自重：横墙：（3.7m-0.65m）0.2m5 KN/m3=3.25KN/m水刷石外墙面：（3.7m-0.65m）0.5KN/=1.625KN/m水泥粉刷内墙面：（3.7m-0.65m）0.36KN/=1.17KN/m 合计：6.045KN/m内横墙自重：横墙：（3.7m-0.65m）0.2m5 KN/m3=3.25KN/m水泥粉刷内墙面：3.25m0.36KN/2=2.34KN/m 合计：5.59KN/m内纵墙自重：纵墙：（3.7m-0.5m）0.2m5 KN/m3=3.4KN/m水泥粉刷内墙面：(3.7m-0.5m)0.36KN/2=2.448KN/m 合计：5.848K
25、N/m2.6水平地震作用计算2.6.1 重力荷载代表值计算墙自重：外纵墙：3.13KN/m 底层： A、D轴线上的纵墙长度：合计：109m则底层外纵墙自重为：3.13109=341.17kN 标准层：A、D轴线上的纵墙长度：合计：109m 则标准层外纵墙自重为：3.13109=341.17kN内纵墙：5.848kN/m底层：B、C轴线上的纵墙长度：合计：101m则底层内纵墙自重为：5.848101=590.65kN标准层：B、C轴线上的纵墙长度：合计：101m 则标准层内纵墙自重为：5.848101=590.65kN内横墙：5.59kN/m底层：内横墙总长度：合计：134.2m则底层内横墙自重
26、为：5.59134.2=750.18kN标准层：内横墙总长度：合计：97.6m 则标准层内横墙自重为：5.5997.6=545.58kN外横墙 ：6.045kN/m底层： 外横墙总长度：合计：31.2m则底层外横墙自重为：6.04531.2=188.60kN标准层：外横墙总长度：合计：31.2m 则标准层外横墙自重为：6.04531.2=188.60kN（0.5 KN/m3）,墙面单位面积重力荷载为：底层：卫生间隔墙总长度：合计：9.6m则卫生间隔墙自重为：6.3089.6=60.56kN标准层：卫生间隔墙总长度：合计：9.6m则卫生间隔墙自重为：6.3089.6=60.56kN女儿墙： 女儿
27、墙采用240砖，内侧为20厚水泥粉刷，0.36kN/:女儿墙总长度：合计：158.4m则女儿墙自重为：1.116158.4=176.77kN梁，柱，板重力荷载标准值：一.梁重力荷载标准值汇总表：表2-3 梁重力荷载标准值汇总梁种类单根重力荷载总重力荷载（kN）边跨横梁3.971kN/m6.1m=24.22kN726.6中跨横梁2.011kN/m3.4m=6.84kN102.6纵梁(中)1.903kN/m4m=7.61kN304.4纵梁(边)1.903kN/m3.625m=6.90kN110.4总和1244二.板重力荷载标准值汇总表： 表2-4 1-3层板重力荷载标准值汇总板种类面荷载面积（）重
28、力荷载（kN）普通房间3.32 kN/1760062000-720046502=10363439.5楼梯间6.56kN/55.2362.1总和1091.23801.6 表2-5 4层板重力荷载标准值汇总板种类面荷载面积（）重力荷载（kN）所有房间6.84 kN/ m21760062000=1091.274638总和1091.27463.8三 柱重力荷载代表值：表2-6 柱重力荷载标准值汇总柱种类线荷载长度（m）个数重力荷载（kN）1层6.59kN/m4.5601917.692-4层6.59kN/m3.7601542.06顶层的荷载代表值包括：屋面恒载、梁自重、顶层半层墙柱自重、女儿墙自重、50
29、%的屋面均部活(雪)荷载。其它层重力荷载代表值包括：楼面恒载、梁自重、该层上下各半层柱及墙体自重、50%楼面均布荷载。各楼层重力荷载代表值Gi确定如下：顶层：梁：G=1244kN柱：G1542.06/2=771.03kN墙：（外纵墙+内纵墙内横墙+外横墙+卫生间隔墙）/2+女儿墙（341.17+590.65+545.58+188.60+60.56）/2+176.771040.05kN板：G7463.8kN50%活（雪）荷载：0.85KN/m262m17.6m0.5=436.48kN顶层重力荷载代表值为：1224kN+771.03kN+1040.05kN+7463.8kN+436.48kN109
30、35.36kN合计:10935.36kN2-3层：梁：G1224kN柱：G=1542.06kN墙：外纵墙+内纵墙内横墙+外横墙+卫生间隔墙341.17+590.65+545.58+188.60+60.561726.56kN板：G3801.6kN50%楼面活荷载：2.0KN/m2（14m62m-4.2m7m2）+3.5 kN/m2(4.2m7m2+3.6m62m) 0.5 =1302.7kN标准层重力荷载代表值为：1224kN+1542.06kN+1726.56kN+3801.6kN1302.7kN9596.92kN合计:9596.92kN1层:梁:G=1224kN柱:G=1917.69kN/2
31、+1542.06/2=1729.875墙:G=(341.17+590.65+545.58+188.60+60.56)/2+(341.17+590.65+750.18+188.60+60.56)/21828.86kN板：3801.6kN 50%楼面活荷载：2.0KN/m2（14m62m-4.2m7m2）+3.5 kN/m2(4.2m7m2+3.6m62m) 0.5 =1302.7kN1224kN+1729.875kN+1828.86kN+3801.6kN1302.7kN9887.035kN合计:9887.035kN图2-4 质点重力荷载值2.6.2横向框架计算2.6.2.1水平地震自震周期及结构
32、侧移计算结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数，考虑到填充墙，框架取0.6-0.7。T为框架的顶点位移，是将重力荷载代表值视为水平力，求得的假象位移。TT1,再用T1求得框架底部剪力，各层剪力和结构真正位移。采用顶点位移法计算表2.7 结构顶点的侧移计算对于框架结构，T按下式计算，；。层次410935.3610935.3678777013.88145.9239596.9220532.2878777026.06132.0429596.9230129.278777038.25105.9819887.03540016.23559085067.7367.73基本周期，结构基本自振周期考虑非承重砖
33、墙影响的折减系数。2.6.2.1水平地震作用及楼层剪力计算根据建筑设计抗震规范（GB500112010）第5.1.2条规定，对于高度不超过40米，以剪切变形为主，且质量和刚度沿着高度方向分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可以采用底部剪力法等简化方法计算地震作用。因此本框架采用底部剪力法计算抗震作用。在类场地，7度设防区，设计地震分组为第2组情况下，由建筑设计抗震规范（GB500112010）可查得：结构的特征周期和水平地震影响系数最大值（7度，多遇地震作用）为：=0.35s =0.08结构总水平地震作用标准值：式中1为相应地震周期的水平地震影响系数。Geq结构等效重力荷载，单质点
34、取重力荷载代表值，应取总重的0.85.结构基本自振周期的水平影响系数为： = (T/T) =(0.35/0.390)0.08=0.035总水平地震作用标准值(底部剪力)：因为，所以不考虑顶部附加水平地震作用。各层顶点的水平地震作用按公式：计算。表2-8各质点横向水平地震作用，各层地震剪力及楼层间位移层kN/410935.3615.60180980.21434306.42583.63583.637877700.0008739596.9211.90121401.04434306.42391.50975.137877700.0014629596.928.2083973.05434306.42270.
35、801245.937877700.0018619887.0354.547952.12434306.42154.641400.575908500.00279(a)水平地震作用 (b)地震剪力最大位移发生在第一层，其楼层最大位移与楼层高之比：,，小于建筑设计抗震规范（GB500112010）规定的位移极限值=1/550满足位移要求。2.6.3水平地震作用下框架内力计算图2-3 横向框架各层水平地震作及地震剪力2.6.3.1 柱端弯矩及剪力计算一. 反弯点位置的计算：各柱反弯点高度比,为标准反弯点高度比，底层柱考虑修正值,第二层柱考虑修正值和，其余柱均无修正。查得如图2-4所示：图2-4 各层标准反
36、弯点高度比利用表29求得y值：表29 框架柱K值和y值表层号边柱中柱kyky41.2240.41100.4111.6350.43200.43231.2240.4500.451.6350.4500.4521.2240.500.51.6350.500.511.520.59800.5982.040.5500.55计算时框架柱端剪力：；弯矩：上端： 下端： 表210 各层中柱柱端弯矩及剪力计算层次y43.7583.637877701423710.550.43217.7723.3733.7975.137877701423717.620.4530.9337.8023.71245.9378777014237
37、22.520.543.9143.9114. 51400.575908501033224.490.5565.3253.45表211 各层边柱柱端弯矩及剪力计算层次y43.7583.63787770120228.910.41114.2820.4633.7975.137877701202214.880.4526.1231.9223.71245.937877701202219.010.537.0837.0814. 51400.57590850936322.190.59864.3743.272.6.3.2 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算具体计算过程见表2-12。 表212 梁端弯矩，剪力及柱轴力的计算层号边
38、梁走道梁柱轴力LL边柱中柱420.4617.507.25.755.885.883.03.02-5.752.73346.241.607.213.3013.9713.973.06.86-19.059.17263.256.037.218.0718.8118.813.09.65-37.1217.59180.3572.897.223.2224.4724.473.012.55-60.3428.26注：（1）柱轴力中的负号表示拉力。（2）表中分别表示节点在左，右梁的弯矩，单位为kN.m（3）式中，.分别为节点在左，右梁的线刚度，单位为kN.m（4）N单位为单位为kN，L单位为m，单位为k图2-5 地震作用下
39、的框架弯矩图(Kn.m)图2-6 框架结构梁端剪力、柱轴力图（kN）注：剪力顺时针为正;轴力以压为正。2.7横向风荷载作用下框架计算 2.7.1风荷载标准值垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算 式中： 风荷载标准值（kN/m2） 高度Z处的风振系数 风荷载体型系数风压高度变化系数荷载规范规定，对于高度大于30m，且高宽比大于1.5的房屋结构，应采用风振系数加大风压，本设计房屋高度H=16.55m30m,且H/B=16.55m/17.6m=0.941.5，不考虑风振系数的影响。取=1.0。风载体型系数取0.8-（-0.5）=1.3。基本风压（kN/m2）计算以左风为例：查表得=0.74，=0.74（20-16.55）/5+0.84（16.55-15）/5=0.771=0.741.30.35=0.