教学楼建筑结构设计(56页).doc

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1、-教学楼建筑结构设计-第 69 页滦县一中教学楼建筑结构设计摘 要本工程为滦县一中教学实验楼，位于唐山市。该工程为五层钢筋混凝土框架结构，建筑面积为平方米，建筑物总高度为米。本设计主要分两部分，一是建筑设计，主要包括总平面设计、平面设计、立面设计、剖面设计。总平面设计是充分利用建筑空间，提高容积率，提高绿化率，对各类不同性质或功能的建筑进行平面布置，设计出既节约用地，又充分人性化，环境优秀的平面布置。平面设计主要依据各房间的使用功能及使用面积定出其形状和水平方向各部分的组合关系，按采光通风要求设计各房间的门窗大小和尺寸；立面设计主要考虑实验楼的整体美观；剖面设计则根据使用要求确定层高、窗台高度

2、、窗高及室内外高。二是结构设计，是在确定结构布置之后，先进行了截面初估，然后进行了荷载统计，接着计算水平及竖向荷载作用下的内力，找出最不利的一组或几组内力组合，选取最安全的结果计算梁板柱配筋并绘图。此外还进行了基础和楼梯设计，完成了基础、楼梯内力和选型计算及施工图绘制。楼梯采用板式楼梯，基础采用柱下独立基础。另外运用了PKPM进行框架结构设计计算。整个结构在设计过程中，严格遵循相关的专业规范的要求，参考相关资料和有关最新的国家标准规范，对设计的各个环节进行综合全面的科学性考虑。总之，适用、安全、经济、美观、使用方便是本设计的原则。 关键词：框架结构 建筑设计 结构设计 内力组合The Arch

3、itectural and Structural Design of NO.1 Middle School in Luanxian The engineering is Luanxian NO.1 middle school Experiment Building , which is located in Tang Shan city.The engineering is four layer reinforced concreterame structures, which is square meters of the building area. The height of the w

4、hole building is meters.The design is made up of two parts, one part is architectural design ,which mainly includes: the overall plan design, plan design, facade design and section design. The overall graphic design go into the layout of the different types of nature or function of buildings,which c

5、an take full use of architectural space, enhance the volume and improve the greening rate ,in order to save space, also fully human,make layout of good environmental.The plan design is in the light of the functional area of the rooms and is determined by the relation of combination among all the par

6、ts of the building in horizontal plan, and design the room size and dimensions of doors and windows according to ventilation and lighting .The facade design should be based on the overall building appearance .The section design determine the height of every store, windows, windowsill and height gap

7、between outdoors and indoors on the basis of the requirement of function . The other part is structure design,when the structural arrangement is determined, firstly take an advance estimate of the cross section and then proceed to the load statistics, and then calculate internal forces under the hor

8、izontal and vertical load, identify the most disadvantaged group, or a combination of several sets of internal forces,then select the results of the most secure and computing and reinforcement of beam ,board,column and drawings. In addition, I design the foundation and stairs, and complete the found

9、ation, the stairs and the selection of internal force calculation and construction of mapping.The stairs are cranked slab stairs, and the foundation is independent foundation under column.I also go into the structural design of the framework calculation by PKPM. In the design process of the entire s

10、tructure, I follows the request of the related specialized standard strictly, then refer to correlation data and the related newest national standards standard, then design each link on the synthesis comprehensive scientific nature consideration. In brief, the suitable, the security, the economy, th

11、e beauty, easy to operate is this design principle. Keywords: frame structures; building design; structural design; combination of internal forces目录1引言12建筑设计概述2工程概况2设计题目2设计对象2设计资料2地质条件2工程做法23设计依据34结构布置方案及结构选型4结构承重方案选择4主要构件选型及尺寸初步估算4主要构件选型44.2.2 梁、柱截面尺寸估算5计算简图及刚度计算6荷载标准值计算84.4.1 恒荷载标准值计算8活荷载标准值计算9竖向荷

12、载作用下框架荷载总图9风荷载标准值计算115水平地震作用计算13重力荷载标准值计算17框架柱的抗侧刚度D和结构自振周期计算175.3结构基本自振周期计算19196水平地震作用下内力分析227风荷载作用下的内力分析268竖向荷载下的内力分析309荷载效应组合4110截面设计5110.1 承载力抗震调整系数5110.2框架梁截面设计5110.2.1 横向框架梁截面设计5110.2.2梁的斜截面强度计算5310.3框架柱截面设计5510.3.1轴压比验算及内力调整5510.3.2柱配筋5610.3.3斜截面受剪承载力计算5710.4节点设计6011板的配筋计算6211.1 GH跨板的计算6211.2

13、 HJ跨板的计算6312楼梯的计算6512.1楼梯梯段斜板设计6512.2平台板设计6612.3平台梁设计6613基础的配筋计算6813.1 荷载设计值6813.2柱J独立基础的计算6813初步确定基底尺寸6813.2.2 基础高度验算6913.2.3 基础底面配筋计算6913.3 G、H柱独立基础的计算7014技术经济分析7315结论74谢辞75参考文献761引言毕业设计是土木工程专业最后的实践性教学环节，是对所学知识的一个综合运用和全面考核，通过毕业设计检验、巩固、深化和扩展所学知识，培养和锻炼综合运用所学专业知识解决工程实际问题的能力、工程素质与争强创新能力。根据设计材料提供的建筑场地的

14、地质条件及所在地区的抗震烈度，确定出拟建建筑物的抗震等级为二级，建筑物的设计过程包括建筑设计和结构设计两部分。建筑设计部分：考虑各种因素对建筑物的影响，采用了能够满足多方面使用要求，又比较经济、合理、美观、适用的方案。在设计过程中，满足了规范对各房间的窗地比、隔音、安全出口、消防、节能等要求。结构设计部分：分别从结构体系的选择，结构总体布置，屋盖的结构方案，基础方案的选择及结构计算等多方面进行了论述。结构计算大致分为以下几个步骤：构件布置：按建筑方案中的平、立、剖面设计，确定各构件的截面及布置，绘出结构计算简图并初选梁、柱截面。荷载统计：在选截面的基础上，按从上到下的顺序进行，在荷载的取值按各

15、房间的使用功能及位置查找荷载规范，完成恒载及活载的统计，求出重力荷载代表值。框架水平地震作用下侧移验算：先算出各构件的侧移刚度，在根据顶点位移法计算结构的自振周期，按底部剪力法求水平地震剪力。横向框架内力分析：分析了横向框架在水平地震作用和风荷载作用下的内力，用D值法法计算弯矩、并计算剪力和轴力。内力组合：对横向，活载及地震作用下横向框架的内力进行组合，找出最不利内力组合，作为对框架梁、柱进行截面设计和配筋计算的依据。板的设计：用塑性理论对板进行设计，求出板的配筋。基础设计：采用钢筋混凝土柱下独立基础进行设计。计算机应用：使用了AUTO CAD,天正，PKPM软件及EXCEL表格制作和WORD

16、进行了排版设计。在设计的过程中我们还参考了有关的教材和图籍，房屋建筑学，混凝土结构，抗震等。但是由于我们的水平有限和经验的缺乏，设计还有许多不合理之处，希望各位老师提出批评指正。2建筑设计概述设计题目 唐山市滦县一中教学实验楼建筑结构设计，建筑面积约5300m2。其中主要包括教室，实验室，教师办公室及行政办公室等。2.1.2设计对象 唐山市滦县一中教学实验楼2.1.3设计资料 基本风压22，场地土类型为中硬场地土，地面粗糙程度为C类，抗震设防类别为丙类，设防烈度为8度，类场地土，地震分组为第一组，抗震等级为一级抗震，安全等级为二级，耐久等级为二级，耐火等级为二级，设计使用年限50年。地质条件根

17、据工程地质勘测报告，拟建场地地势平坦，无液化土层，标准冻深,表面为平均厚度的杂填土，下层为2米左右的粉质粘土，其承载力的特征值为197 ,其下为的中粗砂土层，承载力的特征值为200,其最下层为圆砾。地下水位距地表-10米,对建筑物基础无影响。场地土类型为中硬场地土。工程做法见建筑图及总建筑说明。3设计依据(1)设计任务书(2)建筑设计防火规范（GB500162006）(3)中小学建筑设计规范（JBJ99-86）(4)05系列建筑设计标准图集（DBJT02-45-2005）(5)混凝土结构设计规范（GB500102010）(6)建筑抗震设计规范（GB500112010）(7)建筑结构荷载规范（G

18、B500092010）4结构布置方案及结构选型根据建筑功能要求以及建筑施工的布置图，本工程确定采用框架承重方案，框架梁、柱布置参见结构平面图。 图1 梁柱平面布置图4主要构件选型(1).梁板柱结构形式：现浇钢筋混凝土结构,梁、柱、楼板混凝土等级均为C30，基础混凝土等级为C30，垫层混凝土等级为C10。(2).墙体采用：空心砖(3).墙体厚度：外墙:300mm 内墙:200mm(4).基础采用：柱下独立基础4.2.2 梁、柱截面尺寸估算(1) 梁截面尺寸估算主梁截面高度：h=（1/121/8）L,次梁截面高度h=（1/18 1/12）L，度b=(1/31/2)h.纵梁 L=9000 h=(1/

19、81/12)L=1125750 取h=900mm b=450mm横梁 L=7200 h=(1/81/12)L=900600 取h=600mm b=300mm次梁 L=7200 h=(1/181/12)L=400600 取h=500mm b=250mm(2) 柱截面尺寸估算用公式 ,A柱的截面面积,n为验算截面以上楼层层数, 为地震中边柱的调整系数,8度震区的中柱取1.1, G为折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近似的取。中柱：A取截面尺寸JH轴柱截面取G轴柱截面取 柱高：底层： 其它层：注：为室内外地坪差，为基础顶至室外地坪的距离。为了简化施工，各柱截面从底层到顶层不改变。4.3计算简图

20、及刚度计算框架的计算简图如下图所示图2 框架计算简图梁柱线刚度的计算，由于楼面板与框架梁的混凝土一起浇捣，对于中框架梁取,边框架梁取 表1 中框架梁线刚度类别横梁310430060010948001010纵梁310445090010990001010表2 边框架梁线刚度类别横梁310430060010948001010纵梁310445090010990001010表3 H,J柱线刚度层次51003104600600101010102-53900310460060010101010表4 G柱线刚度层次51003104400600101010102-53900310440060010101010图

21、3 框架线刚度相对值说明：括号内为边框架线刚度，括号外为中框架线刚度以为基准值1，算得梁柱的相对线刚度标于上图中4.4荷载标准值计算 恒荷载标准值计算屋面恒载防水层:高聚物改性沥青卷材防水层 抹灰层：20厚混合砂浆 合计: 各层楼面 30厚水磨石面层 梁自重纵梁(450(0.9-0.1)25=9 梁侧粉刷（20厚）: 2(0.9-0.1)横梁(300(0.6-0.1)梁侧粉刷: 2(0.6-0.1)次梁(250500)自重: 0.25(0.5-0.10)梁侧粉刷: 2(0.5-0.1)柱自重 JH轴柱(600600)自重: 225=9G轴柱(40025=62）墙自重：标准层: 内墙面抹灰： 1

22、7 塑钢窗: 内墙面抹灰： 17女儿墙0.2+25 活荷载标准值计算(1).屋面和楼面活荷载标准值查荷载规范：楼面均布活荷载标准值为楼梯,门厅，走廊楼面为: 不上人屋面均布活荷载标准值为0.5kN/(2).雪荷载标准值 kN/ 4.5竖向荷载作用下框架荷载总图确定板传递给梁的荷载时，要分区格考虑。确定每个板区格上的荷载传递时，先要区分此板区格是单向板，还是双向板，若为单向板，可沿板的短跨作中线，将板上荷载平均分给两长边的梁；若为双向板，可沿四角点作线，将板区格分为四小块，将每小块板上的荷载传递给与之相邻的梁。本结构楼面荷载的传递示意图如图。图4 板传荷载示意图1、顶层梁柱（1）恒载计算横梁GH

23、 横梁HJ 板传给HJ梁（2）活载计算横梁HJ 2、标准层梁柱（1）恒载计算横梁GH 横梁HJ 板传给HJ梁 （2）活载计算横梁HJ 23=6图5 荷载立面简图风荷载标准值计算为了简化计算起见，通常将计算单元范围内外墙的均布风荷载，化为等量的作用楼面集中风荷载，则作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值，计算公式如下：式中 基本风压，=。 风压高度变化系数，因建设地点位于唐山市，所以地面粗糙度为C类。 风荷载体型系数，本建筑。 风振系数，基本自振周期对于钢筋混凝土框架结构可用（ 是建筑层数）估算，大约为s，应考虑风振系数。 下层柱高。 上层柱高，对顶层为女儿墙高度的2倍。 计算迎风面的宽度

24、 表5 风荷载标准值离地高度(m)（）(kN)111115水平地震作用计算该建筑物的高度为小于40m，以剪切变形为主，且质量和刚度变形沿高度均布分布，故可采用底部剪力法计算水平地震作用重力荷载代表值计算3雪荷载标准值3楼面活荷载标准值1、各层梁、柱、板自重标准值表6 柱自重标准值层次柱编号截面宽截面高净高()gk（）数量Gki()Gk()1KZ160060014KZ240060072-5KZ16006003.914KZ24006003.97表7 板自重标准值层次板面积()gk（）Gki()Gk ()1-5楼面楼梯屋面注：表中楼梯部分板的gk 表8 梁自重标准值层次梁编号截面宽截面高净跨长()g

25、k（）数量Gki()Gk()1-5KL-145090015KL-23006006KL-32505001022、各层墙自重标准值计算（1）女儿墙重 总长: L=(+9.6)总重: Gk1（2）标准层墙重J外纵墙外墙： 塑钢窗： 瓷砖： 外墙抹灰： 合计： G外纵墙外墙塑钢窗： 瓷砖： 外墙抹灰： 合计： 外横墙横墙： 塑钢窗： 瓷砖： 外墙抹灰： 合计： 总合计外墙合计: 内墙合计: 墙体合计: （3）首层墙重外墙 J外纵墙外墙： 塑钢窗： 瓷砖： 外墙抹灰： 合计： G外纵墙外墙：塑钢窗： 瓷砖： 外墙抹灰： 合计： 外横墙横墙： 塑钢窗： 瓷砖： 外墙抹灰： 合计： 外墙合计: 内墙H轴内纵

26、墙内 墙：塑钢窗： 内墙抹灰：木门 合计: 内横墙横墙： 抹灰 合计: 内墙合计: 墙体合计： 3、各层(各质点)自重标准值计算（1）首层(墙+梁+板+柱)（2）标准层(墙+梁+板+柱)（3）屋面层（4）屋顶活荷载标准值计算（雪荷载）（5）楼面活荷载标准值计算小计: 4、重力荷载代表值的计算顶层自重+标准层自重底层自重图6 重力荷载代表值5.2框架柱的抗侧刚度D和结构自振周期计算1、框架柱抗侧刚度D的计算（1）中框架柱抗侧刚度D的计算 首层 J轴: H轴: G轴: 标准层 J轴: H轴: G轴: 表9 中框架柱抗侧刚度D的计算层数ic()H()根数J轴首层5标准层5H轴首层5标准层5G轴首层5

27、标准层5首层一般层表10 边框架柱抗侧刚度D的计算层数ic()H()根数J轴首层0.762一般层2H轴首层2一般层2G轴首层2一般层2首层一般层108730.4表11 横向框架层间侧移刚度层数123455.3结构基本自振周期计算用顶点位移法计算结构基本自振周期。列表计算顶点位移表12 顶点位移计算结果层次()5125120.216177414252730.203665321846.24380340.178392229507940.140358136895640.089564结构基本自振周期考虑非结构墙影响折减系数，且则结构的基本自振周期为：多遇水平地震作用计算1、水平地震作用及楼层地震剪力计算

28、由于该工程所在地区抗震设防烈度为8度，场地土为II类，设计地震为第一组，由抗震规范查得： s 结构的总重力荷载代表值: 结构等效重力荷载代表值: 式中，衰减系数，在的区间取0.9，结构基本自震周期的水平地震影响系数:由于，故由于 ,不需考虑顶部附加水平地震作用的影响。2、对于多质点体系，结构底部总纵向水平地震作用标准值： 由表13 的计算层号5432913、水平地震作用下的位移验算表14 位移的验算层号hi(m)hi52095118624382911019351603.91756260881640192861570大层间弹性位移角发生在首层,其值为1570(1550), 满足要求。4、剪重比的

29、验算为了保证结构的稳定和安全，需进行剪重比验算表15 各层的剪重比层号hi()()()5453210注：各层的剪重比均大于0.032，满足剪重比的要求。图7 横向水平地震标准值6水平地震作用下内力分析框架柱剪力和柱端弯矩计算采用D值法，计算过程和结果见表 表16 J轴框架柱剪力和柱端弯矩层号534434334234137其中柱剪力： 上端弯矩：下端弯矩： 其中：表17 H轴框架柱剪力和柱端弯矩层号553453353253147表18 G轴框架柱剪力和柱端弯矩层号52920429329229128表19 梁端弯矩的计算跨度HJ跨GH跨层次柱端待分配弯矩和VHVH550.084321图8 左地震弯

30、矩图(kN.m)图9 左地震剪力图(kN)图10 左地震轴力图(kN)7风荷载作用下的内力分析1、风荷载作用下的位移验算表20 风荷载作用下的层间剪力及侧移层号()()566523175584665231436738665231333026652312867112425层间侧移最大值12425(1550), 满足要求2、风荷载作用下的内力分析柱剪力： 上端弯矩：下端弯矩： 其中：表21 J轴框架柱各层剪力和柱端弯矩层号5665234665233665232665231表22 H轴框架柱各层剪力和柱端弯矩层号5665234665233665232665231表23 G轴框架柱各层剪力和柱端弯矩层

31、号5665234665233665232665231表24 梁端弯矩跨度HJ跨GH跨层次柱端待分配弯矩和VHVH54321图11 左风荷载下的M图(kN.m)图12 风荷载下的剪力图（kN）图13 风荷载下的轴力图（kN）8竖向荷载下的内力分析1、恒荷载作用下固端弯矩的计算HJ跨的固端弯矩 顶层等效均布荷载: 标准层等效均布荷载: GH跨的固端弯矩 2、活荷载作用下固端弯矩的计算HJ跨的固端弯矩：顶层等效均布荷载: 标准层等效均布荷载: 3、荷载的弯矩二次分配用弯矩二次分配法求解恒载或活载作用下的弯矩，首先将各节点的分配系数填在相应的方框 内，将梁的固端弯矩填写在框架的横梁相应的位置,然后将节点放松，把个节点不平衡的弯矩同时进行分配计算杆端弯矩分配系数 远端固定：S=4i梁： 柱：表25 恒荷载的弯矩二次分配JHG上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁左梁上柱下柱5层26.634层-15续表25JHG上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁左梁上柱下柱3层-2层4续表25JHG上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁左梁上柱下柱1层-0.14表26 活荷载的弯矩二次分配JHG上柱下柱右梁左梁上柱