东营石油大学图书馆建筑结构设计-毕业设计计算书.docx

河南科技大学毕业设计东营石油大学图书馆建筑结构设计摘 要 本设计建筑为东营石油大学图书馆。图书馆不仅仅是一个阅读的场所，它更是师生交流的平台。本图书馆建筑总高度21.00米，共5层，层高4.2米，采用现浇钢筋混凝土框架结构，抗震等级为三级，抗震设防烈度为7度，整个设计包括建筑设计和结构设计两部分。建筑设计部分，首先根据建筑的使用功能确定建筑的初步布局，包括建筑体形及室内空间布置等，然后结合使用的材料、做法进一步确定具体尺寸和平、立面风格等。具体来说，主要包括建筑平面设计（功能布局及布置思路、房间的布置、卫生间的设计、楼梯布置、柱网布置等）、立面设计、剖面设计（层数层高确定及楼梯设计）、建筑材料设计（屋面做法、楼面做法）、防火设计，并对主要设计规范、尺寸单位、荷载及钢筋混凝土作了附加说明。结构设计部分，首先根据建筑设计、工艺使用要求、材料供应情况以及场地地质条件等确定结构布置方案，然后选取一榀典型框架进行设计计算。在明确计算简图的前提下，进一步确定框架承受的荷载，包括恒载、屋（楼）面活载和地震荷载，在此基础上进行框架内力计算、内力组合、梁、柱和基础等构件的配筋计算以及地震荷载作用下的侧移验算。除此之外，还进行了楼梯设计（梯段板设计、平台板设计及平台梁设计）、屋面板和楼面板的设计。关键词：钢筋混凝土框架结构，图书馆建筑，建筑设计，结构设计STRUCTURAL DESIGN OF DONGYINGPETROLEUM UNIVERSITY LIBRAARYABSTRACT The name of the building which is designed is Dongying Petroleum University Library. It is not only a place for reading, but also a platform for communication. The present project is a 5-storey library with the floor height 4.2m and the total height 21.00m. The five-layer building is adopted the cast-in-place reinforced concrete frame structure, and the seismic fortification intensity is 7 with the anti-seismic level 3. The entire graduation project divides into two parts, the architectural design part and the structural design part. In the architectural design part, the preliminary layout is first determined according to the building function, including the conformation and the indoor spatial setting; then the dimension, plane style and elevation style are chosen considering the engineering materials and constructional details. To be specific, it includes the architectural graphic design (the function layout and layout thinking, the room arrangement and the design of toilet, stair layout, column, etc), the facade design layout, profile design(confirm the number and the height of layers and the stair design), the building materials design (roofing approach, the floor approach) and the fire prevention design. In addition, instructions for the main design norms and dimensions, load and reinforced concrete is given. In the structural design part, the array of structure is first determined according to architectural design, process demand, material supply and geological conditions; then a typical transverse frame is taken to be computed. After explicit of the computation sketch, the framework under the loads such as the dead load, living load on the roof (floor) and the seismic load are calculated.On the basis of it, the calculation of the internal forces of the frame,the reinforcement calculation of the internal force combination, beam, columns and foundation as well as other components ,and the lateral seismic load checking are completed. In addition, the design of the stair (ladder period of board design,the flat pallet design and platform beam design), the canopy and other accessory components are also completed.KEY WORDS:reinforced concrete frame, library building, architectural design, structural designIII河南科技大学毕业设计目 录前言1第一章 建筑设计说明2 §1.1 工程概况2 §1.2 结构选型3 §1.3 计算简图3 §1.4 梁柱的截面尺寸6 §1.4.1 梁的截面尺寸6 §1.4.2 柱的截面尺寸6 §1.5 梁柱线刚度计算6第二章 荷载计算8 §2.1 恒载标准值计算8 §2.2 活载标准值计算10 §2.3 竖向荷载下框架受荷总图10 §2.3.1 计算单元10 §2.3.2 荷载计算11第三章 框架内力计算17 §3.1 恒荷载标准值作用下的内力计算17 §3.1.1 恒荷载作用下的框架弯矩计算17 §3.1.2 恒荷载作用下框架的剪力计算22 §3.1.3 恒荷载作用下框架的轴力计算23 §3.2 活荷载标准值作用下的内力计算24 §3.2.1 活荷载作用下的框架弯矩计算24 §3.2.2 活荷载作用下框架的剪力计算29 §3.2.3 活荷载作用下框架的轴力计算30 §3.3 抗震计算31 §3.3.1 计算重力荷载标准值31 §3.3.2 水平地震作用下框架的侧移验算33 §3.3.3 水平地震作用下横向框架的内力计算36第四章 框架内力组合41第五章 截面设计与配筋计算65 §5.1 框架柱的配筋65 §5.1.1 轴压比验算65 §5.1.2 截面尺寸复核65 §5.1.3 正截面受弯承载力计算66 §5.1.4 正截面承载力验算88 §5.1.5 裂缝宽度验算88 §5.1.6 斜截面受剪承载力计算88 §5.2 框架梁的配筋90第6章 板的配筋计算102 §6.1 屋面板配筋计算103 §6.1.1 荷载计算103 §6.1.2 弯矩计算103 §6.2 楼面板配筋计算106 §6.2.1 荷载计算.106 §6.2.2 弯矩计算107第七章 地基基础的设计计算114 §7.1 基础埋深114 §7.3 筏板尺寸确定114 §7.3.1 地基承载力验算114 §7.3.2 确定板带计算简图115 §7.4 计算基底净反力117 §7.5 筏板的配筋计算118第八章 楼梯配筋计算120 §8.1 踏步板（TB-1）计算120 §8.1.1 荷载计算120 §8.1.2 内力计算120 §8.1.3 截面承载力验算121 §8.2 楼梯斜梁（TL-1）的计算121 §8.2.1 荷载计算121 §8.2.2 内力计算121 §8.2.3 截面承载力验算122 §8.3 休息平台（PB-）计算123 §8.3.1 荷载计算123 §8.3.2 平台板弯矩计算123 §8.3.3 平台板配筋计算124 §8.4 平台梁计算124 §8.4.1 荷载计算124 §8.4.2 内力计算125 §8.4.3 平台梁配筋计算125结 论127参考文献129致 谢130外文资料翻译132 英文原文132 中文翻译142VI前 言土木工程专业的毕业设计是综合性和实践性极强的最后一个教学环节，是理论与实际相结合的训练阶段；是我们运用所学的基础理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计的重要实践过程，涉及综合运用建筑、结构、施工、设备、给排水和相关学科的基础知识。毕业设计的时间较短，我们土木工程专业的学生本次毕业设计仅需完成该工程的建筑设计及结构设计两部分，侧重于结构计算。通过毕业设计，使我初步了解图书馆建筑的设计原理，熟悉运用建筑规范和国家标准图集，初步掌握建筑设计的基本方法和步骤，了解建筑物的一些细部构造，进一步提高和训练绘图技巧，包括使用计算机绘制建筑图及有关结构计算。在设计中，一方面要把所学的知识运用到设计、施工中去，熟悉国家有关规范、条例和规程并知道如何去查找规范里的相关条文；另一方面，由于现代化建筑一般都具有密度大，高度高，功能多，设备复杂，装修豪华，防火要求和管理自动化水平高等特点，需要各工种交叉配合。因此，通过这次毕业设计，对于扩大我们非本专业知识面也是十分重要的。由于毕业设计是一种初步的尝试，涉及专业比较多，加上条件和水平所限，不可避免地存在疏漏与错误，敬请各位资深专家、教师批评指正。袁晓伟2013/5/22第一章 建筑设计说明§1.1 工程概况一、 工程名称：石油大学东营校区图书馆建筑结构设计二、 建设地点：东营市三、 工程概况：本图书馆建筑设计方案平面呈工字形，总建筑面积8964m2，其中地上五层，层高4.2m，地下一层为停车库，层高4.5m。四、 地质条件： 1.地震烈度：抗震设防烈度为7度；场地类别：类一组；地表粗造度B类。 2.工程地质条件：根据某地质勘探部门提供的工程地质勘察报告，该勘察报告主要内容有： 地层结构及地层评述，自然地面以下土层依次为：第一层 素填土层：底部埋深为0.70-2.30m；第二层 粉土层：底部埋深为2.50-4.00m，承载力特征值=140；第三层 粘土层：底部埋深为4.50-5.20m，承载力特征值=200；第四层 中沙层：底部埋深为5.50-7.30m，承载力特征值=160；第五层 粗砂层：底部埋深为7.30-9.80m，承载力特征值=170；第六层 含砾粗砂层：底部埋深为17.00-18.40m，承载力特征值=190；第七层 含卵砾砂层：底部埋深为25.80-27.00m，承载力特征值=240；第八层 粉质粘土：底部埋深为35.00-38.60m，承载力特征值=250；第九层 含卵砾砂层：底部未揭穿，最大揭露厚度13.00m 地下水埋深13.30-16.40m，本场区地下水对混凝土结构中钢筋无腐蚀性。五、 材料选用： 1.混凝土：梁柱板均使用C30混凝土。 2.钢筋：纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB400，其余采用热轧钢筋HRB335。 3.墙体：外墙采用250厚陶粒空心砌块（5.00），水刷石外墙面（0.50）,水泥粉刷内墙面（0.36）；内墙采用200厚陶粒空心砌块（5.00），水泥粉刷墙面（0.36）；女儿墙采用250厚陶粒空心砌块（5.00），100mm的混凝土压顶（25.00），水刷石墙面（0.50）。 4.窗：塑钢窗（0.45）；门：木门（0.20）。§1.2 结构选型结构体系选型：采用钢筋混凝土现浇框架结构体系。屋面结构： 采用现浇混凝土肋型屋盖，刚柔性结合的屋面，屋面板厚120mm。楼面结构： 采用现浇混凝土肋型屋盖，板厚120mm。地下室顶板结构： 采用现浇钢筋混凝土肋形楼盖，板厚120mm。楼梯结构： 采用钢筋混凝土梁式楼梯。§1.3 计算简图结构的平面柱网布置如图1-1，因为图书馆需要较大的开间，结合实际使用要求，布置7200mm×7200mm柱网。选取号轴线上的一榀框架进行计算，框架单元的计算简图如图1-2，框架的轴向尺寸及节点编号如图1-3。152图1-1结构的平面柱网布置 图1-2框架单元计算简图 图1-3框架轴线尺寸§1.4 梁柱的截面尺寸§1.4.1 梁的截面尺寸取跨度较大者进行计算 ，取 ，取故框架梁的截面尺寸为。其惯性矩为： 次梁的截面尺寸为。§1.4.2 柱的截面尺寸按层高确定柱截面尺寸。取底层， 柱截面尺寸。其惯性矩为： §1.5 梁柱线刚度计算 (对于中框架梁取)根据公式，可以得出梁柱的线刚度如下：梁： 柱： 取值作为基础值1.0，酸的梁柱的相对线刚度标于图1-4中。图1-4梁、柱相对线刚度第二章 荷载计算§2.1 恒载标准值计算屋面屋面表层 3.72KN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.12m×25KN/m3=3.00KN/m2抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m×17KN/m3=0.17KN/m2合计： 6.89KN/m2各层走廊楼面水磨石地面 0.65KN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.12m×25KN/m3=3.00KN/m2抹灰层：10厚混合砂浆 0.10m×17KN/m3=0.17N/m2合计 3.82KN/m2标准层楼面楼面 1.16KN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.12m×25KN/m3=3.00KN/m2抹灰层：10混合砂浆 0.01m×17KN/m3=0.17KN/m2合计 4.33KN/m2梁自重：b×h=300mm×600mm梁自重 25kN/m3×0.3m×（0.6m-0.12m）=3.6KN/m抹灰层:10厚混合砂0.01m×(0.60m×20.3m)×17KN/m=0.21KN/m合计： 3.81KN/m次梁：b×h=250mm×500mm梁自重： 25kN/m3×0.25m×（0.50m-0.12m）=2.38KN/m抹灰层：10厚水泥砂浆 0.01m×(0.5 m×20.25m)×17KN/m=0.17KN/m合计： 2.55KN/m柱自重：b×h=600mm×600mm柱自重: 25kN/m3×0.6m×0.6m=9.00KN/m抹灰层：10厚混合砂浆抹灰层 0.01m×0.6m×4×17kN/m30.41KN/m合计： 9.41KN/m外纵墙自重标准层：纵墙： 0.9m×0.25m×5.0KN/m31.13KN/m塑钢窗： 0.45KN/m2×2.4m1.08KN/m水刷石外墙面： （4.2m-2.4m-0.6m）×0.50KN/m20.60KN/m水泥粉刷内墙面： （4.2m-2.4m-0.6m）×0.36KN/m20.43KN/m合计： 3.24KN/m底层：纵墙 （4.2m-0.6m）×0.25m×5.0kN/m3=4.50KN/m水刷石外墙面： （4.2m-0.6m）×0.5kN/m3=0.67KN/m水泥粉刷内墙面： （4.2m-0.6m）×0.36kN/m3=1.30KN/m合计 7.60KN/m内墙自重内墙： （4.2m-0.6m）×0.2m×5.0kN/m3=3.60KN/m水泥粉刷内外墙面： （4.2m-0.6m）×2×0.36KN/m22.60KN/m合计： 6.20KN/m§2.2 活载标准值计算屋面和楼面活荷载标准值根据荷载规范查得：上人屋面：楼面：藏书库： 储藏室： 阅览室： 办公室： 走 廊：雪荷载 屋面活荷与雪荷载不同时考虑，两者中取大值。§2.3 竖向荷载下框架受荷总图§2.3.1 计算单图2-1横向框架计算单元§2.3.2 荷载计算一、恒荷载计算在图2-2中，代表横梁自重，为均布荷载，对于第五层 和分别为屋面板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载，由几何关系可得： 为简化计算根据支座截面弯矩相等的原则等效为均布荷载，则 图2-2各层梁上作用的恒载 ,分别为由两边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载，它包括梁自重、屋面板重和女儿墙的重力荷载，计算如下：女儿墙自重（做法：墙高1100mm，100mm的混凝土压顶）：按此荷载计算方法计算其它各层横向框架恒载，对于第一到四层 二、活荷载计算活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图2-3所示图2-3各层梁上作用的活载对于第五层 对于第一到四层 框架在竖向荷载作用下的受荷总图如图2-4所示。 图2-4框架竖向受荷总图注:图中各值的单位为 图中数值均为标准值。第三章 框架内力计算§3.1 恒荷载标准值作用下的内力计算§3.1.1 恒荷载作用下的框架弯矩计算梁的固断弯矩可按下面方法求得：故： 根据梁、柱相对线刚度，算出各节点的弯矩分配系数，如下表所示。如点： 用弯矩分配法计算框架内力。传递系数为1/2，各节点分配两次即可。计算结果如表所示。根据计算结果画出恒荷载作用下的弯矩图如图3-1所示。层数节点号BCDE杆件号上柱下柱BCCB上柱下柱CDDC上柱下柱DEED上柱下柱五层刚度系数0.00 1.00 0.58 0.58 0.00 1.00 1.40 1.40 0.00 1.00 0.58 0.58 0.00 1.00 分配系数0.00 0.63 0.37 0.20 0.00 0.34 0.47 0.47 0.00 0.34 0.20 0.37 0.00 0.63 固端弯矩0.00 0.00 -111.89 111.89 0.00 0.00 -12.55 12.55 0.00 0.00 -111.89 111.89 0.00 0.00 分配0.00 70.68 41.21 -19.42 0.00 -33.30 -46.62 46.62 0.00 33.30 19.42 -41.21 0.00 -70.68 传递0.00 14.79 -9.71 20.60 0.00 -8.56 23.31 -23.31 0.00 8.56 -20.60 9.71 0.00 -14.79 分配0.00 -3.21 -1.87 -6.91 0.00 -11.85 -16.59 16.59 0.00 11.85 6.91 1.87 0.00 3.21 0.00 82.26 -82.26 106.17 0.00 -53.72 -52.45 52.45 0.00 53.72 -106.17 82.26 0.00 -82.26 四层刚度系数1.00 1.00 0.58 0.58 1.00 1.00 1.40 1.40 1.00 1.00 0.58 0.58 1.00 1.00 分配系数0.39 0.39 0.23 0.15 0.25 0.25 0.35 0.35 0.25 0.25 0.15 0.23 0.39 0.39 固端弯矩0.00 0.00 -76.42 76.42 0.00 0.00 -8.23 8.23 0.00 0.00 -76.42 76.42 0.00 0.00 分配29.59 29.59 17.25 -9.98 -17.12 -17.12 -23.97 23.97 17.12 17.12 9.98 -17.25 -29.59 -29.59 传递35.34 14.79 -4.99 8.62 -16.65 -8.56 11.99 -11.99 16.65 8.56 -8.62 4.99 -35.34 -14.79 分配-17.48 -17.48 -10.19 0.67 1.16 1.16 1.62 -1.62 -1.16 -1.16 -0.67 10.19 17.48 17.48 47.45 26.90 -74.35 75.74 -32.62 -24.53 -18.60 18.60 32.62 24.53 -75.74 74.35 -47.45 -26.90 层数节点号BCDE杆件号上柱下柱BCCB上柱下柱CDDC上柱下柱DEED上柱下柱三层刚度系数1.00 1.00 0.58 0.58 1.00 1.00 1.40 1.40 1.00 1.00 0.58 0.58 1.00 1.00 分配系数0.39 0.39 0.23 0.15 0.25 0.25 0.35 0.35 0.25 0.25 0.15 0.23 0.39 0.39 固端弯矩0.00 0.00 -76.42 76.42 0.00 0.00 -8.23 8.23 0.00 0.00 -76.42 76.42 0.00 0.00 分配29.59 29.59 17.25 -9.98 -17.12 -17.12 -23.97 23.97 17.12 17.12 9.98 -17.25 -29.59 -29.59 传递14.79 14.79 -4.99 8.62 -8.56 -8.56 11.99 -11.99 8.56 8.56 -8.62 4.99 -14.79 -14.79 分配-9.52 -9.52 -5.55 -0.51 -0.88 -0.88 -1.23 1.23 0.88 0.88 0.51 5.55 9.52 9.52 34.86 34.86 -69.71 74.55 -26.56 -26.56 -21.44 21.44 26.56 26.56 -74.55 69.71 -34.86 -34.86 二层刚度系数1.00 1.00 0.58 0.58 1.00 1.00 1.40 1.40 1.00 1.00 0.58 0.58 1.00 1.00 分配系数0.39 0.39 0.23 0.15 0.25 0.25 0.35 0.35 0.25 0.25 0.15 0.23 0.39 0.39 固端弯矩0.00 0.00 -76.42 76.42 0.00 0.00 -8.23 8.23 0.00 0.00 -76.42 76.42 0.00 0.00 分配29.59 29.59 17.25 -9.98 -17.12 -17.12 -23.97 23.97 17.12 17.12 9.98 -17.25 -29.59 -29.59 传递14.79 14.79 -4.99 8.62 -8.56 -8.56 11.99 -11.99 8.56 8.56 -8.62 4.99 -14.79 -14.79 分配-9.52 -9.52 -5.55 -0.51 -0.88 -0.88 -1.23 1.23 0.88 0.88 0.51 5.55 9.52 9.52 34.86 34.86 -69.71 74.55 -26.56 -26.56 -21.44 21.44 26.56 26.56 -74.55 69.71 -34.86 -34.86 层数节点号BCDE杆件号上柱下柱BCCB上柱下柱CDDC上柱下柱DEED上柱下柱一层刚度系数1.00 1.00 0.58 0.58 1.00 1.00 1.40 1.40 1.00 1.00 0.58 0.58 1.00 1.00 分配系数0.39 0.39 0.23 0.15 0.25 0.25 0.35 0.35 0.25 0.25 0.15 0.23 0.39 0.39 固端弯矩0.00 0.00 -76.42 76.42 0.00 0.00 -8.23 8.23 0.00 0.00 -76.42 76.42 0.00 0.00 分配29.59 29.59 17.25 -9.98 -17.12 -17.12 -23.97 23.97 17.12 17.12 9.98 -17.25 -29.59 -29.59 传递14.79 13.79 -4.99 8.62 -8.56 -7.81 11.99 -11.99 8.56 8.71 -8.62 4.99 -14.79 -15.19 分配-9.13 -9.13 -5.32 -0.62 -1.07 -1.07 -1.49 1.18 0.84 0.84 0.49 5.64 9.68 9.68 35.25 34.24 -69.49 74.44 -26.75 -25.99 -21.70 21.39 26.52 26.67 -74.58 69.80 -34.71 -35.10 地下一层刚度系数1.00 0.93 0.58 0.58 1.00 0.93 1.40 1.40 1.00 0.93 0.58 0.58 1.00 0.93 分配系数0.40 0.37 0.23 0.15 0.26 0.24 0.36 0.36 0.26 0.24 0.15 0.23 0.40 0.37 固端弯矩0.00 0.00 -69.38 69.38 0.00 0.00 -8.23 8.23 0.00 0.00 -76.42 76.42 0.00 0.00 分配27.58 25.73 16.08 -9.10 -15.62 -14.57 -21.86 24.38 17.41 16.25 10.15 -17.71 -30.37 -28.34 传递14.79 0.00 -4.55 8.04 -8.56 0.00 12.19 -10.93 8.56 0.00 -8.85 5.08 -14.79 0.00 分配-4.07 -3.80 -2.37 -1.74 -2.98 -2.78 -4.17 4.01 2.87 2.67 1.67 2.25 3.86 3.60 38.30 21.93 -60.23 66.58 -27.16 -17.35 -22.07 25.69 28.84 18.92 -73.45 66.04 -41.31 -24.74 10.97-8.689.46-12.37图3-1恒荷载作用下的弯矩图（）§3.1.2 恒荷载作用下框架的剪力计算据简图和推倒公式进行计算梁： 柱： 恒荷载作用下的剪力图如图3-2所示。图3-2恒荷载作用下的剪力图（）§3.1.3 恒荷载作用下框