土木工程--毕业设计全套.doc

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1、学生姓名： 学 号： 学 院： 建筑工程学院 专 业： 题 目: 河北某高校教学楼设计 指导教师: 评阅教师： 毕业设计成绩评定表姓 名学 号成 绩专 业土木工程题 目指导教师评语及成绩 指导教师： 年 月 日评阅教师评语及成绩 评阅教师: 年 月 日答辩小组评语及成绩答辩小组组长： 年 月 日答辩委员会意见 学院答辩委员会主任： 年 月 日 注:该表一式两份，一份归档,一份装入学生毕业设计说明书中.毕 业 设 计 中 文 摘 要摘 要根据中学教学楼设计规范和其它相关标准,以及设计要求和提供的地质资料，设计该框架结构教学楼。按照先建筑后结构，先整体布局后局部节点设计步骤设计.主要内容包括:设计

2、资料、建筑设计总说明、建筑的平面、立面、剖面图设计说明，以及其它部分的设计说明；结构平面布置及计算简图确定、荷载计算、内力计算、内力组合、主梁截面设计和配筋计算、框架柱截面设计和配筋计算、基础设计等.其中，竖向荷载利用分层法、水平荷载利用D值法进而得到各种作用下结构各杆件的内力标准值。然后按照最不利组合方式，对各种作用下的内力进行组合。最后在组合中找出各杆件最不利的一组或几组对构件进行截面设计，选取最安全的结果进行配筋并绘出施工图。除对本框架进行手算外,还利用了广厦对本结构进行了电算。关键词:框架;分层法;D值法;内力组合毕 业 设 计 外 文 摘 要Title Design of a tea

3、ching building in the Experimental middle school AbstractAccording to building design specifications and other relevant standards and design requirements and provided geological data， I design this framework of the classroom building。 After the first building in accordance with the structure and lay

4、out of the overall after the first local node design steps design. Main contents include: design， architectural design of the total shows, facade, profile design specifications, and other parts of the design； structural layout and schematic calculation of identification， load， stress, the combinatio

5、n of internal forces, main beam reinforcement design and calculation， frame-section design and reinforcement， infrastructure design。Also， the standard values of each members of structure under horizontal load and vertical load can be obtained by using stratification method and “D method respectively

6、。 Next， the internal forces under various loads are combined according to the most unfavorable combination mode。 Finally， the most unfavorable one or several ones in the above combinations to realize section design for members is found。 Moreover, the structure computerization is shown via employing

7、guangsha。Key words： frame structure； stratification； “D” method;combination of internal forces 本 科 毕 业 设 计 第II页 共 页目 录1 引言 12 建筑设计 22。1 工程概况及设计依据 22。1。1 工程概况 22。1。2 建筑技术条件 22。1。3 设计依据 22.2 总平面设计 32。3 平面设计 32。4 交通部分及防火设计 42。4。1 交通部分 42.4.2 防火防烟设计 42。5 立面设计 42。6 剖面设计 52.6。1 层数、层高的确定 52。6.2 卫生间标底的确定 52

8、。6。3 室外高差的确定 52.6。4 窗面积的确定 52。7 构造设计 52。7。1 楼面做法 52。7。2 卫生间楼面做法 52.7.3 地面做法 62.7。4 卫生间地面做法 62。7。5 踢脚做法 62.7。6 卫生间踢脚做法 62.7。7 内墙做法 72。7.8 外墙做法 72。7.9 女儿墙做法 72.7。10 屋面做法 73 结构设计 73。1 设计依据 73。1。1 主要设计依据 83。1.2 结构类型及使用年限 83。1.3 活荷载取值 83。1。4 混凝土材料 83.1.5 混凝土保护层厚度 83.1.6 混凝土钢筋连接 93.2 结构计算原理 93.2。1 地震作用 93

9、。2.2 竖向荷载作用 93.2.3 控制截面及内力组合 93。2。4 位移验算 93。3 配筋计算原理 103。4 结构计算程序 103。5 结构布置 103。6 板、梁、柱截面尺寸的初步确定 113.6。1 梁尺寸初步估算 113.6。2 混凝土强度等级 113。6.3 柱的截面尺寸初步估算 113.6.4 板截面尺寸初步估算 134 横向水平地震力计算 144。1 重力荷载代表值的计算 144.1。1 梁、柱线刚度的计算 144。1。2 侧移刚度计算 154。2 框架侧移刚度的计算 174。2。1 荷载计算 174.2.2 各层重力荷载代表值的计算 204。3 横向水平荷载作用下框架结构

10、的内力和侧移计算 234。3.1 横向自振周期的计算 234.3。2 水平地震作用下框架内力 254。3。3 水平地震作用下的位移验算 274。3。4 水平地震作用及楼层地震剪力的计算 285 竖向荷载作用下框架结构的内力计算 335.1 计算单元的选择确定 345.2 恒载作用下的内力计算 345。3 活载作用下柱的内力计算 365。4 恒荷载作用下梁的内力计算 385.5 活荷载作用下梁的内力计算 385.6 分层法计算竖向荷载作用下的框架内力 395.6。1框架的线刚度 405.6。2恒载作用下的分层法计算 405。6.3 活载作用下的分层法计算 425.7 梁端剪力和柱轴力计算 455

11、。8 框架梁跨中弯矩计算 486 框架结构的内力组合 496。1 框架结构梁的内力组合 496。2 框架梁的内力组合 506.3 框架柱的内力组合 537 截面设计 557。1 框架梁截面设计 567.1.1 梁的正截面受弯承载力计算 567.1。2 梁斜截面受剪承载力计算 587。2 框架柱截面设计 647。2。1 柱截面尺寸验算 647。2。2 柱正截面承载力计算 657.2.3 柱斜截面受剪承载力计算 678 基础设计 708。1 外柱基础荷载计算 708.2 确定基底尺寸 708.3 确定基础高度 728.4 基底配筋计算 739 楼梯设计 749。1 楼梯结构布置 749.2 内力及

12、配筋计算 759。2。1 楼梯板设计 759。2。2 平台板设计 769。3 平台梁设计 76结论 81致谢 82参考文献 83本 科 毕 业 设 计 第 83页 共83页1 引 言很多人说在大学，学习四年和玩四年的学生没什么差别，其实这种想法是完全错误的。我不清楚别的专业毕业设计的难易程度，仅对于我们结构而言，毕业设计确实是我们大学三年综合学习的大检阅，是对大学期间所学专业知识的全面总结。本毕业设计题目为河北省实验中学教学楼设计.在建筑方案设计前期，我查阅了房屋建筑学等书籍，并在网上查阅了一些关于建筑设计的资料。在绘制建筑施工图阶段,我们宿舍齐心协力、互帮互助，完满完成建筑设计。在结构设计前

13、期，我复习了结构力学、混凝土结构设计原理、建筑结构抗震设计、土力学与基础工程等知识,并借阅了相关设计规范.在网上搜集了不少资料，而且做了笔记.在结构设计中，边电脑输入边用广厦电算,并对比计算结果.毕业设计的两三个月里,在老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算以及外文翻译，加深了对新规范等相关内容的理解,巩固了专业知识。在内力组合阶段，进一步学习了Excel;在绘图时熟练掌握了AutoCAD，PKPM等专业软件.框架结构设计的计算工作量很大,在计算过程中以手算为主，辅以一些计算软件的校正。由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师指正。2 建筑设计2.1 工程概况及设计依据2。1。1 工

14、程概况1.建设单位: 河北省实验中学 2.建设地点： 河北省 石家庄市 3。建筑使用年限: 50年 4。建筑防火分类： 二类 5。耐火等级： 二级 6。建筑抗震设防烈度： 7度 7。建筑结构类型： 框架 9.建筑面积： 5100m2 10.建筑层数： 六层 11。建筑高度： 24.3m2.1.2 建筑技术条件 1)气象水文地质条件： 风玫瑰图：夏季东南风，冬季西北风； 温度：最热月平均33C，最冷月平均6C ; 雨量：年降雨量为735mm； 地下水:无侵蚀性，在地面以下8m； 地质资料：700mm表土以下为亚粘土，地基承载力设计值为200Kpa； 2)地面粗糙度:C类，基本风压0。40KN/m

15、2，基本雪压：0。35KN/m2.场地类别为类，冻土深度0。6m，抗震设防烈度7度，设计地震分组第一组,设计地震基本加速度值0。1g。 3）钢筋混凝土框架结构.2。1。3 设计依据1。国家标准。混凝土结构设计规范(GB500102010）。北京:中国计划出版社，20112.国家标准.建筑抗震设计规范(GB50011-2010）. 北京:中国计划出版社，20113。国家标准。建筑结构荷载规范(GB500092012）。北京：中国计划出版社，20064.国家标准。建筑设计防火规范（GB500162006）。 北京：中国计划出版社,20075.国家标准。建筑结构制图标准（GBT 501052010）

16、.北京：中国计划出版社，20116。建筑采光设计标准GB50033-20017.国家标准。中小学校设计规范（GB500992011）。 北京：中国计划出版社,20128.设计任务书2。2 总平面设计1、建筑朝向本设计朝向考虑日照、场地地形、道路走向及周围环境等因素,采取南北朝向。2、出入口和交通路线该建筑的主要出入口位于建筑物南侧,另外在该建筑物东西侧设有次要出入口.2.3 平面设计1、平面形式及柱网尺寸 （1）根据建筑物场地的要求,综合建筑实用功能，一般选用规则、紧凑、易于功能设计的平面形式.综合考虑,本设计建筑平面为“一字”形。建筑朝向为南北向,平面布置满足长宽比小于5，其中横向跨距为3m

17、、7。8m。纵向跨距为9m（具体见平面图）.（2)根据建筑物的功能、规模和场地条件，选取常用的内廊平面形式,即在走廊的两侧布置房间。这种形式结构紧凑，建筑耗能少,而且对结构内力分布比较合理.2、设计理念 （1）弹性。从设计、结构到服务功能都应做到开放性,以适应时空的变化。（2）紧凑性.教室以及其它辅助用房的空间布置要做到紧凑合理。（3）易接近性.从楼外到楼内,从入口到各个部门，要规划得合理，要设计一个良好的导引系统.（4)可扩展性.在未来扩展时可灵活延伸,将损失减小到低程度。(5）舒适性。在环境、通风、温湿度、光线等方面要柔和、协调，尽量借用外部的自然环境.（6）环境的稳定性.(7）安全性。建

18、筑安全防护措施做到不仅满足规范要求而且更加人性化.（8）经济性。把建设和维护一座教学楼所需要的经费和人员控制在最低限度.2.4 交通部分及防火设计2.4。1 交通部分该建筑为6层,总高为24。3m。垂直交通设施设有两部楼梯，由于采用非人屋面，楼梯只布置到第6层。 走廊是平面布置中的主要水平交通设施,人流量较大,采用3.0m宽走廊。2。4。2 防火防烟设计在平面设计中，应考虑到建筑火灾的特点:火势蔓延途径多、危害严重、人员不易疏散，易造成重大伤亡,高层建筑应实行防火分区。防火分区包括水平和竖向两个方面。（1)水平防火分区水平防火分区是指用防火材料将面积大的高层建筑在水平方向隔成几个防火单元，对于

19、本楼,可以采取每层作为一个防火单元。楼梯都按消防楼梯设置；靠楼内部设有较大的开洞，靠外部有自然的采光条件，采用适当的防火材料，设有过厅，防火门等.房间的防火，应满足相应要求.对于大于75的房间应设有两道门。有平面图上看出能满足相应的要求。离房间门最远点至们的距离小于15m,也能满足相应的消防要求。（2）竖向防火防烟竖向防火区是指楼上下分别用足够的耐火极限的楼板进行防火分隔。各个楼梯均布置到六楼，使用足够耐火登记的楼板进行竖向分隔，能满足竖向防火要求。各楼层均设有防火门，能满足防火防烟要求。2.5 立面设计立面设计原则：建筑物外部体型受各种不同使用功能的内部空间和物质技术条件的制约，它应正确反映

20、内部空间组合的特点，如：建筑物体形的大小和高低,题型组合的简单和复杂，墙面，门窗的安排，大小形式等建筑空间组合的依据。在完成建筑功能的前提下，在立面上力求简单,立面无明显突变。本建筑立面简洁明快，规整合理。整个立面外观简洁、大方。2。6 剖面设计剖面设计主要是根据建筑物的用途、规模环境条件、使用要求，解决建筑物的高度方向布置问题，从而进行建筑空间组合。2.6。1 层数、层高的确定根据各层的使用要求和特点，层高应满足室内净高的要求,其确定的主要依据为使用要求采光通风要求、卫生要求及室内空间比例要求.本设计中，为避免层错层的出现，结合教室净高的要求,均采用3。9m的层高,建筑总高度为24.3m。2

21、.6。2 窗面积的确定为满足室内的自然采光，规范中规定教室的窗地比不能小于1/7,在本设计中大多数窗户采用较宽的三联窗，其他窗户详见门窗明细栏，窗台高为0。9m。2.6.3 室外高差的确定为防止室外雨水流入室内，防止建筑物沉降而引起室内地坪标高过低,同时为了增加建筑的美观和立面效果应设置一定的高度差。本设计在建筑物东西两边的室内外高差为450mm。2。6.4 卫生间标底的确定为防止卫生间的水进入其他房间，讲卫生间的地面低于楼层30mm，以防积水外渗。2。7 构造设计2.7.1 楼面做法5厚1：2。5水泥砂浆粘结层20厚1:3干硬性水泥砂浆结合层20厚水泥浆一道120厚现浇钢筋混凝土板20mm厚

22、板底抹灰层2.7。2 卫生间楼面做法10厚1:2水泥石子磨光20厚素水泥浆结合层一道15mm厚板底抹灰层2厚氯丁沥青防水涂料,四周沿墙上翻150高刷基层处理剂一道15厚1：2水泥砂浆找平120厚现浇钢筋混凝土板18厚水泥砂浆结合层2。7.3 地面做法10厚1：2水泥石子磨光20厚水泥沙浆结合层20厚水泥浆一道60厚C20混凝土垫层150厚3：7灰土素土夯实5厚水泥砂浆粘结层一道2。7。4 卫生间地面做法10厚1：2水泥石子磨光撒素水泥面30厚水泥结合层1.5厚合成高分子涂膜防水层四周翻起150高60厚C20细石混凝土找坡垫层素土夯实 2。7。5 踢脚做法12厚1：2水泥砂浆打底,扫毛或划出纹道

23、8厚1：3水泥砂浆贴15厚预制磨石踢脚2.7.6 卫生间踢脚做法贴15厚预制磨石踢脚5厚1：3水泥细砂浆结合层1。5厚水泥聚合物涂膜防水层6厚1：0.5：2.5水泥石灰膏砂浆压实抹平8厚1：1：6水泥石灰膏砂浆打底扫毛2。7。7 内墙加气混凝土砌块两侧抹灰2.7。8 外墙200厚加气凝土砌块20厚1：3水泥砂浆找平10厚1:1水泥专用胶粘剂刮于板背面70厚聚苯乙烯泡沫塑料板加压粘牢，板面打磨成细麻面1.5厚专用胶贴加强网于需加强的部位1。5厚专用胶贴标准网整个墙面，并用抹刀将网压入胶泥中一底二涂高弹丙烯酸涂料2。7。9 女儿墙900高加气混凝土砌块两侧抹灰20厚2。7。10 屋面120厚现浇钢

24、筋混凝土板1：8 水泥膨胀珍珠岩找坡2最薄处30厚20厚块材共40厚1:2水泥砂浆找平层防水及保温层压型钢板吊顶及吊挂结构设计3 结构设计3。1 设计依据3.1.1 主要设计依据（1） 国家标准.建筑结构荷载规范(GB500092012).北京：中国计划出版社，2006（2） 国家标准。混凝土结构设计规范(GB500102010）。北京：中国计划出版社,2011（3） 国家标准。建筑抗震设计规范(GB50011-2010)。 北京：中国计划出版社，2011（4） 彭伟编著。高层建筑结构设计原理。 成都：西南交通大学出版社， 20073。1。2 结构类型、结构安全等级、设计使用年限技技术指标技术

25、条件结构类型框架结构结构安全等级二级设计使用年限503.1。3 楼面和屋面活荷载的取值(1）风荷载、雪荷载荷载类型取值(kN/m2）基本风压0。40基本雪压0。30（2）楼面和屋面活荷载的取值荷载类型取值（kN/m2)教室2.5卫生间2。5走廊、楼梯3.5不上人屋面0。53.1.4 混凝土的材料混凝土强度等级C30 C20 钢筋 受力纵筋：HRB400级钢筋（） 箍筋或构造钢筋用： HPB300级钢筋（)3.1.5 混凝土结构构件纵筋、箍筋等的保护层厚度梁纵筋、箍筋的保护层厚度：35mm柱纵筋、箍筋的保护层厚度:35mm3.1。6 混凝土结构钢筋的连接要求:采用焊接连接3。2 结构计算原理3.

26、2.1 地震作用本工程建筑场地类别为二类，抗震烈度7度，框架抗震等级为二级.一般情况下建筑结构的两个主轴方向都要考虑地震作用并进行抗震验算,本设计只考虑短轴方向的水平地震作用，该地震作用由短轴方向的抗侧力框架结构承担。框架结构地震作用的计算采用底部剪力法；结构的基本自震周期采用顶点位移法计算;水平荷载作用下框架结构的内力和位移计算采用D值法。3。2。2 竖向荷载作用（恒载及活载）在计算单元范围内的纵向框架梁的自重、纵向墙体的自重以及纵向女儿墙的自重以集中力的形式作用在各节点上。竖向荷载作用下框架的内力采用分层法计算.梁端和柱端弯矩计算之后，梁端剪力可根据梁上竖向荷载引起的剪力和梁端弯矩引起的剪

27、力相叠加而得到；柱轴力可由梁端剪力和节点集中荷载叠加得到.3.2.3 控制截面及其内力不利组合对框架梁，选梁的两端截面和跨中截面作为控制截面；对框架柱，选柱的上、下端截面作为控制截面.根据结构类型、地震设防烈度、房屋高度等因素，由抗震规范确定该框架结构抗震等级为三级。因建筑高度在60m以下，设防烈度低于9度，可不考虑风荷载。内力组合：根据结构规范和抗震规范考虑三种内力组合形式:（A）（B）（C） 3。2.4 多遇地震作用下层间弹性位移验算多遇地震作用下，框架结构层间弹性位移要满足下式要求：多遇地震作用下标准值产生的楼层内最大的弹性层间位移。：弹性层间位移角限值，钢筋混凝土框架结构取1/550。

28、3.3 配筋计算原理由于本工程按7度设防区设计，因此进行了抗震设计。其设计原则是：“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”。1、框架梁的截面设计：包括正截面受弯承载力计算和斜截面受剪承载力计算，依据计算结果选用相应的纵向钢筋和箍筋.2、框架柱的截面设计：包括正截面承载力计算和斜截面受剪承载力计算,依据计算结果选用相应的纵向钢筋和箍筋。3、框架节点核芯区截面抗震验算按照“强节点”的原则，防止梁柱破坏之前出现节点核芯区的破坏，必须保证节点核芯区的受剪承载力和配置足够数量的箍筋。本设计中二级框架的节点核芯区应进行截面抗震验算。4、框架结构抗震构造措施按有关规定实行。3。4 结构计算程序 采用PKPM20

29、05对结构做整体分析,进行结构电算。3.5 结构布置 工程主体结构共6层，层高3。9m,总高度为24.3m.采用混凝土框架结构。为了使刚度均匀对称分布，减小偏心和扭转，建筑平面布置成规则的长方形.柱网横向采用内廊式布置，边跨跨度7。8m，中间跨跨度3m,纵向跨9m。依据柱网的布置情况，楼板除走廊部分以外均是双向板，走廊部分为单向板。楼板采用现浇板，厚度初步取120mm.该工程采用全现浇体系，混凝土强度等级均为C30.结构平面布置图详见图.图1 结构平面布置图3.6 板、梁、柱截面尺寸的初步确定3。6.1 梁尺寸初步估算 梁的截面尺寸应满足承载力、刚度及延性要求，主梁截面高度按梁跨度的1/151

30、/12估算，次梁截面高度按梁跨度的1/18-1/12估算.为防止梁产生剪切脆性破坏,梁的净跨度与截面高度之比不宜小于4，梁截面宽度可取1/31/2梁高，且不应小于200。由此估算梁截面尺寸见表1：表1 梁截面尺寸楼层框架梁次梁16层横梁纵梁6003007003504002003。6。2 混凝土强度等级层数1-6柱混凝土等级C30梁、板混凝土等级C30基础C30基础垫层C20注：为施工方便,梁板混凝土等级采用相同标号.3.6。3 柱的截面尺寸初步估算框架柱的截面尺寸一般根据柱的轴压比限值按下列公式估算：式中:N柱组合的轴压力设计值;F按简支状态计算的柱的受荷面积；-折算在单位建筑面积上的重力荷载

31、代表值，可按市价荷载计算，也可近似取为1215kN/m2;考虑地震作用组合后柱轴力增大系数，边柱取1。3，不等跨内柱取1.25，等跨内柱取1。2;-验算截面以上楼层层数；-柱截面面积;-框架柱轴压比限值，对一级、二级、三级、四级抗震等级，分别取0.65、0.75、0.85、0。90；该框架结构的抗震等级为三级,其轴压比限值=0。85;各层的重力荷载代表值近似的取为=13KN/m2。由图可知边柱的负载面积为93m2,中柱的负载面积为94.5m2，故第一层柱截面面积为边柱 中柱 根据上述计算结果,综合考虑框架结构的抗震概念设计，本设计柱截面尺寸取为650650。 横向框架 纵向框架3。6。4 板的

32、截面尺寸估算板截面厚度h与板的跨度及其所受荷载有关，从正常使用极限状态要求出发,为保证板的挠度与裂缝，根据设计经验，双向板的厚度可取。,可取板厚120。4 横向水平地震力计算4.1 框架侧移刚度的计算4.1。1 梁、柱线刚度的计算 在框架结构中，现浇楼面或有现浇层的预制楼面,可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效高度,减少框架侧移。为考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架取I=1。5I0（I0为梁的截面惯性矩）；对中框架梁取I=2.0I0.柱的线刚度，其中为柱的截面惯性矩，h为框架柱的计算高度。1、梁的线刚度式中:混凝土弹性模量；梁的计算跨度；-梁的截面惯性矩，由于现浇楼面中

33、,考虑楼板对梁提供刚度，形成型梁,故中框架梁，边框架梁。横梁线刚度的计算见表2：表2 横梁线刚度计算表类别边横梁中横梁2、柱的线刚度式中： -混凝土弹性模量；-层高；柱截面惯性矩. 柱的线刚度计算过程及结果见表3表3 柱的线刚度计算楼层54504.1。2 侧移刚度计算 1. 框架柱抗侧移计算柱的侧移刚度按公式计算，式中为柱侧移刚度修正系数. 的取值见表4：表4 柱侧移刚度修正系数位置边柱中柱简图K简图K一般层底层固接铰接根据梁、柱线刚度比K的不同，柱可分为边框架中柱和边柱、中框架边柱和中柱.现以第二层B柱的侧移刚度计算为例,说明计算过程如下： 第二层B柱及与其相连的梁的相对线刚度如图5所示:

34、图5 梁的相对线刚度则该梁柱的线刚度比K为：其余柱的计算过程从略，计算结果见表5、表6：表5 中框架柱侧移刚度D值(N/mm）层次边柱中柱10.3730.3683。191041.4100.5604。841048.03104260.7050.2612。271041。2810.3903。381045。65104表6 边框架柱侧移刚度D值（N/mm)层次边柱中柱10。2820。3432。981041.0180.5034。371047.35104260.5090。2031。761041。0180。3372.921044。68104将上述不同情况下同层框架柱侧移刚度相加,即得框架各层层间侧移刚度,如表7所示：表7 框架层间侧移刚度层次1234565.061055。391055。391055.391055.391055.39105由上表可见,故满足要求，该框架为竖向规则框架。4。2 重力荷载代表值的计算4。2。1 荷载计算1、楼面做法5厚1:2.5水泥砂浆粘结层 0.0520kN/m3=0.1kN/m2 20厚1：3干硬性水泥砂浆结合层 0。220kN/m3=0。4kN/m220厚水泥浆一道 0.0220kN/m3=0.4kN/m2120厚现浇钢筋混凝土板 0。1225kN/m3=3kN/m220mm厚板底抹灰层