大学法律学院教学楼设计.doc

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1、毕业设计题 目 学 院 土木建筑学院 专 业 土木工程 班 级 土木0805 学 生 学 号 指导教师 二一二年五月二十七日摘 要该毕业设计是威海市大学法律学院的六层教学楼设计，采用了框架结构，并且是横向承重体系，在设计时，包含了建筑设计和结构设计，建筑设计部分包含了建筑平面、剖面、立面的设计，在结构设计部分主要是从该教学楼的框架结构中取出一榀框架进行计算，内容主要包括结构布置、荷载统计、荷载作用下的内力计算、在水平荷载作用下的位移的验算、内力的调整、内力的组合，其中对竖向荷载作用下的内力计算采用弯矩二次分配法，水平荷载作用下的内力计算采用D值法，在求地震作用下的楼层作用时采用了底部剪力法，然

2、后采用最不利的内力进行框架结构的配筋计算，对梁柱进行截面设计时要根据强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件的原则进行内力的调整，另外还包含一些构件的计算，如板和楼梯。关键词：荷载；框架；结构设计；内力；配筋ABSTRACTThe graduation project is the design of weihai city university law school six story classroom building ,the frame structure ,and horizontal load-bearing system ,including architectural design

3、and stuructural design ,architectural design section contains a construction plane,profile ,verticalsurface design ,structural design part of the framework to calculate a specimens of removed from the framework structure of the teaching building,including structural arrangement of checking the horiz

4、ontal loads ,the adjustment of internal forces ,calculation of a combination of internal forces ,the vertical loads using D value method under horizontal loads ,internal forces calculated using the inflection point method in seeking the floor of the earthquake base shear method ,and then use the mos

5、t unfavorable internal forces offframe structure of the reinforcement calcultoin section design of the beams according to the strong column and weak baem strong shear wear bending the principle of the weak component of the strong nodes of the internal force adjustment also contains the calculation o

6、f the number of components,such as panels and stairs.Keyword:load;framework;structure design;internal forces;reinforcement 目 录目录摘 要IABSTRACTII1 前言11.1 框架结构11.2 设计内容11.3 结构设计的意义12建筑结构设计总说明22.1工程概况22.2建筑的功能和特点22.3工程做法22.4门窗表33结构设计43.1设计材料43.2结构选材43.3结构方案43.4各框架梁柱线刚度以及抗侧移刚度54 荷载计算74.1 恒荷载标准值统计与计算74.2 活

7、荷载标准值计算94.3风荷载标准值的计算104.4风荷载作用下的水平位移的弹性验算114.5地震作用标准值的计算114.6 自振周期的计算154.7 水平地震作用计算以及弹性侧移验算165.框架结构的内力计算185.1 恒荷载作用下的内力计算185.2 恒荷载的弯矩二次分配215.3 梁端剪力和柱的轴力225.4 恒荷载的弯矩调幅235.5 活荷载作用下的内力计算245.6 活荷载的弯矩二次分配255.7 活荷载引起的梁端剪力和柱的轴力265.8 活荷载的弯矩调幅285.9竖向荷载作用下柱的剪力295.10 水平荷载下的反弯点高度的确定295.11 地震作用下柱端弯矩的计算305.12 地震作

8、用下梁端弯矩、剪力和柱轴力的计算305.13 风荷载作用下的柱的弯矩以及剪力的计算315.14 风荷载作用下的梁端弯矩、剪力和柱轴力的计算326内力组合336.1框架梁的内力计算以及组合336.2 框架柱的内力计算以及内力组合357 框架结构的内力调整和截面设计387.1 梁正截面的截面设计387.2 梁斜截面的内力调整以及斜截面的配筋计算417.3 柱端弯矩设计值的调整477.4 轴压比的验算497.5 柱正截面的承载力计算507.6 柱剪力值的调整以及斜截面的配筋518板的设计548.1 楼面板的划分548.2 楼面荷载设计值548.3 板的弯矩的计算558.4 楼板的配筋计算578.5

9、屋面板的划分588.6 屋面荷载设计值588.7 屋面板的计算跨度588.8屋面板的弯矩计算588.9 屋面板的截面设计619楼梯设计639.1梯段板的设计639.2 平台板的设计649.3平台梁的设计64结 论66参 考 文 献67致 谢681 前言1.1 框架结构框架结构体系即是由混凝土浇筑而成的梁和柱来承担荷载的作用，可以形成纵向框架承重体系，也可以形成横向框架承重体系，抗震和抗风较好。框架结构的优点是传力明确，墙只是起到围护的作用，该种结构体系的侧向刚度较小，平面布置比较灵活，容易满足建筑物多种房间布置的要求。1.2 设计内容该设计是威海市大学法律学院的六层教学楼设计，采用了框架结构的

10、横向承重体系，内容主要包括教学楼的建筑设计、结构的布置、荷载的统计、荷载作用下的内力计算、在水平荷载作用下即风荷载与地震荷载的位移的验算、内力调整、内力组合，然后采用最不利内力进行框架结构的配筋计算，一些构件的计算，如板和楼梯。并且-在设计时，从该教学楼的框架结构中取出一榀具有代表性的框架进行计算。1.3 结构设计的意义框架结构是结构体系中的一种，结构体系中含有砌体结构、排架结构、剪力墙结构、筒体结构等，框架结构作为使用最常见的一种结构体系，理应对其进行充分的了解，为了解其他的结构体系打下良好的基础，而且通过此次的结构设计，可以贯穿大学所学的基础知识，加深了对概念的理解，而且在设计的过程中查阅

11、了不少的资料，尤其是对规范的查阅，在设计的过程中对于原有的知识又有了全新的理解，因此获益匪浅，这次的结构设计为将来的工作打下了良好的基础。2建筑结构设计总说明2.1工程概况（1）、工程名称：威海市大学法律学院教学楼设计；（2）、工程位置：山东省威海市；（3）、工程面积：5836.98，层数是6层，各层层高为3.9m。（4）、结构体系：框架结构（5）、室外地坪标高-450mm，设计0.000为室内第一层标高（6）、抗震设防烈度为7度，II类场地类别2.2建筑的功能和特点（1）、建筑的平面设计部分：教学楼东西长54.45米，南北宽18.15米，每层都设有教室，办公室，二到六层设有合班教室，男女卫生

12、间各一个布置在楼层的一侧，而且满足规范的要求，每层设有两个楼梯，西侧一个，大厅的入口处布置一个，以满足人流和消防的要求。（2）、建筑的立面设计：门口的位置偏向一侧，立面的窗户整齐有规律，柱子是突出墙面一部分的，使建筑的立面造型有了韵律感，（3）、防火、防水：防火等级二级，安全疏散的距离满足规范的要求。本工程屋面的防水等级按二级进行设计，屋面的排水采用有组织的内天沟式的排水方式。2.3工程做法（1）、屋面做法：SBS改性沥青防水卷材4mm厚1:3水泥砂浆找平层20mm厚聚苯保温板 100mm厚1:3水泥砂浆找平层20mm厚1:6水泥焦渣找坡80mm厚板底20厚粉刷抹平20mm厚 （2）、楼面做法

13、：铺地砖面层 10mm 1:4水泥砂浆结合层20mm 1:3水泥砂浆找平层 20mm 20厚板底粉刷抹平（3）、外墙面做法： 1：3水泥砂浆打底扫毛6mm厚1：0.2：2水泥石灰砂浆结层12mm厚3mm厚的T920瓷砖胶黏剂贴612mm厚的面砖 T924的砂质勾缝剂勾缝。（4）、内墙面做法：1：3 水泥砂浆打底扫毛9mm 1：3 水泥砂浆找平扫毛7mm 1：1 石灰膏细砂浆面层5mm 喷内墙涂料（5）、散水做法：150mm素土夯实60mmC15混凝土20mm 1:3水泥砂浆找平高分子保护层高分子卷材一层20mm1:2水泥砂浆压实抹光2.4门窗表 2.4 门窗表类型设计编号洞口尺寸数量1256合

14、计普通门M11200210012144=561482M210002100764=24637M32200340033M42400340011普通窗C13600240012124=481272C224002400794=36952C318002400114=416C418001450114=405C518002400124=8211 3结构设计3.1设计材料（1）、设计地点：山东省威海市，其余所需资料查规范（2）、采暖室外空气计算温度-10。夏季通风室外空气计算温度32。（3）、场地平坦，自然地面标高500.03m，地下水属潜水类型，勘察期间稳定水位深8.59.02m，地下水对砼无腐蚀性。场地土层

15、分布有明显的规律性，从上至下依次为杂填土；黄土，中等压缩性，厚度较大；古土壤，中等压缩；粉质粘土，中等偏低压缩性。建议彻底清除杂填土（不宜直接作天然地基），黄土层建议地基承载力标准值fk=180kPa。（4）、冻土深度：0.9m。（5）、地下水位：地表以下10m。水、电、暖、通讯管线已通到场地，留有接口。3.2结构选材（1）、混凝土：柱C35、梁C30、板C25（2）、钢筋：梁：主筋II级钢（HRB335）柱：主筋II级钢（HRB335）梁柱箍筋：I级钢（HPB235） 板：I级钢（HPB235）3.3结构方案（1）、柱网布置图3.3 柱网布置（2）、梁截面尺寸的确定边跨（AB,CD）梁：取h

16、=(1/12) l=(1/12) 7200=600mm,取b=300mm,中跨（BC）梁：h=500mm,b=300mm边柱（A轴，B轴C轴，D轴）连系梁，取b=250mm,h=500mm（3）、柱截面尺寸的确定柱截面尺寸均为b=450mm,h=450mm现浇板厚度取为120mm3.4各框架梁柱线刚度以及抗侧移刚度（1）、梁的线刚度的计算梁的线刚度考虑了现浇楼板的作用，混凝土采用C25，则梁的线刚度计算结果见表 3.4 梁的线刚度部位截面跨度惯性矩边框架梁中框架梁bh(m)L (m) () () ()走道梁3.33.134.703.996.265.31楼面梁7.25.408.103.1510.

17、804.20（2）、柱的抗侧移刚度 3.4 柱的线刚度和抗侧移刚度楼层层高(m)柱号柱根数bh(m) ()K263.9Z1190.450.453.422.461.710.460.89316.96748.914Z2193.870.661.28124.339Z341.280.390.7573.028Z442.90.591.1454.58014.9Z1190.450.453.421.952.150.640.62411.85631.44Z2194.880.780.76014.44Z341.620.590.5752.30Z443.660.730.7112.8444 荷载计算4.1 恒荷载标准值统计与计算

18、参照GB5009-2001建筑结构荷载规范对材料及有关建筑做法的取法，分层分步计算出有关的恒荷载标准值。其相关建筑做法参照取自山东省建筑做法说明。（1）、.屋面框架线荷载标准值SBS改性沥青防水卷材4mm厚 0.00412=0.05 KN/m21:3水泥砂浆找平层20mm厚 0.02020=0.4 KN/m2聚苯保温板 100mm厚 0.1004=0.4 KN/m21:3水泥砂浆找平层20mm厚 0.02020=0.4 KN/m21:6水泥焦渣找坡80mm厚 0.08015=1.2 KN/m2钢筋混凝土楼板120mm厚 0.12025=3.0 KN/m2板底20厚粉刷抹平20mm厚 0.020

19、17=0.34 KN/m2 屋面恒荷载： 5.79KN/m2框架梁自重： 边跨梁：0.30 （0.6-0.12）25 = 3.6KN/m 梁侧粉刷 2（0.6-0.12）0.0217= 0.33 KN/m3.6KN/m+ 0.33KN/m2 =3.93 KN/m中跨梁：0.30（0.5-0.12）25 = 2.85 KN/m梁侧粉刷 2（0.5-0.12）0.0217= 0.26 KN/m2.85KN/m+ 0.26 KN/m2 =3.11 KN/m作用在顶层框架梁上的线荷载如下：g6AB1= g6CD1=3.93 KN/mg6BC1=3.11 KN/mg6AB2 =g6CD2=5.795.4

20、=31.27 KN/mg6BC2=5.793.3=19.11 KN/m（2）、.楼面框架梁线荷载标准值铺地砖面层 10mm 0.01020=0.2 KN/m21:4水泥砂浆结合层20mm 0.02020=0.4 KN/m21:3水泥砂浆找平层 20mm 0.02020=0.4 KN/m2120厚现浇钢筋混凝土板 250.12 = 3.0 KN/m220厚板底粉刷抹平 170.02 = 0.34 KN/m2 楼面恒荷载标准值 4.34KN/m2框架梁自重： 边跨框架梁以及梁侧粉刷：3.93KN/m边跨填充墙体自重 0.24（3.9-0.6）19= 15.05 KN/m 墙面粉刷 2（3.9-0.

21、6）0.0217= 2.24 KN/m 3.93+15.05+2.24=21.22 KN/m中跨框架梁以及梁侧粉刷：3.11 KN/m作用在中间层框架梁上的线荷载如下：gAB1= gCD1=21.22 KN/mgBC1=3.11 KN/mgAB2 =gCD2=4.345.4=23.44 KN/mgAB2=4.343.3=14.32 KN/m（3）、.屋面框架节点集中荷载标准值(对于一面粉刷一面贴瓷砖面层的墙来说可以等效成两面粉刷（0.0217+0.5)2=0.42的粉刷层)边柱连系梁自重： 0.250.505.425 =16.88KN连系梁粉刷层及贴瓷砖面层自重：0.02（0.50.12）15

22、.417+0.55.40.5= 2.05KN女儿墙自重（高600 mm，240厚）： 0.240.65.419= 14.77 KN女儿墙粉刷层及贴瓷砖面层自重： 20.420.65.4=2.72 KN 连系梁传来屋面自重： 1/25.41/25.4 5.79= 42.21KN顶层边节点集中荷载 G6A = G6D = 78.63 KN中柱连系梁自重： 0.25（0.5-0.12）5.425 = 12.83 KN粉刷： 0.020（0.500.12）25.417=1.40KN系梁传来屋面自重: 0.55.40.55.45.79=42.21 KN (5.4-3.3+5.4) 1.650.55.79

23、=35.83KN 顶层中间节点集中荷载 G6B= G6C = 92.27 KN（4）、楼面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重： 0.250.505.425 =16.88 KN连系梁粉刷层及贴瓷砖面层自重：0.02（0.50.12）15.417+0.55.40.5= 2.05KN铝合金窗自重： 2.43.60.45 = 3.89KN窗的下部墙体自重： 0.244.951.019=22.57 KN窗边墙体自重 0.241.352.419=14.77KN墙的粉刷以及贴瓷砖自重 （3.9-0.5）（5.4-0.45）-3.62.4）0.5=4.10KN框架柱自重： 0.450.453.925 = 1

24、9.74KN粉刷; 1.080.023.917=1.43KN连系梁传来楼面自重： 5.4/25.4/24.34=31.64KN 中间层边跨节点集中荷载： GA = GD=117.07 KN中柱连系梁自重： 0.25（0.5-0.12）5.425 = 12.83 KN中柱连系梁粉刷层自重： 0.020（0.500.12）25.417=1.40KN内纵墙自重： 0.24（5.4-0.45）（3.9-0.5）19=76.74KN 粉刷： 20.02（5.4-0.45）（3.9-0.5-1.2）17+0.521.2（5.4-0.45）=13.35KN减去门洞的自重加上门重 -1.21.2（5.56-0

25、.2）-1.20.9（5.24-0.2）=-13.16KN 框架柱自重： 0.450.453.925 = 19.74KN 粉刷： 1.080.023.917=1.43KN楼面连系梁传来自重:1/25.41/25.4+1/2（5.4-3.3+5.4）1.65 4.34= 58.49 KN中间层中跨节点集中荷载： GB = G C = 170.82KN （5）、在恒载作用下框架的计算简图如下图所示 图4.1 恒载作用下的计算简图4.2 活荷载标准值计算楼面活荷载作用下的结构计算简图如下图所示，计算过程如下;p6AB=p6CD=5.40.5=2.7 KN/mp6BC=3.30.5=1.65 KN/m

26、P6A=P6D=0.55.40.55.40.5=3.65KNP6B=P6C=3.65+0.5(5.4+5.4-3.3) 1.650.5=6.74 KNpAB=pCD=5.42=10.8 KN/mpBC=3.32.5= 8.25KN/mPA=PD=0.55.40.55.42=14.58 KNPB=PC=14.58+0.5(5.4+5.4-3.3) 1.652.5=30.05 KN 5.2 活荷载作用下的计算简图4.3风荷载标准值的计算风荷载标准值的计算公式：k =zszo因为结构的高度为H=24m30m，因此可取z =1.0；对于矩形平面s =1.3；z取值由建筑结构荷载规范查的,由于建筑处于房

27、屋比较稀疏的城市郊区，因此地面粗糙指数按B类。并且将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载值，计算结果如下表所示。表中的Z表示框架节点到室外地坪的高度，其中A表示一榀框架各层节点的受风面积。表4.3 风荷载计算表层数zsZi (m)zo (KN/m2)Ai (m2) Pi (KN)六层1.01.323.851.315450.6513.7715.306五层1.01.319.951.24890.6521.0622.225四层1.01.316.051.16310.6521.0620.698三层1.01.312.151.06020.6521.0618.867二层1.01.38.251.00.652

28、1.0617.796一层1.01.34.351.00.6522.2818.827 图4.3 风荷载作用下的计算简图4.4风荷载作用下的水平位移的弹性验算表4.4 风荷载的层间位移层次层高（mm）Fi(KN)Vi(KN) (KN/m) (mm) (mm) /6390015.30615.30639602.80.38611.4721/101045390022.22537.53139602.80.94811.0861/41144390020.69858.22939602.81.47010.1381/26533390018.86777.09639602.81.9478.6681/20032390017.

29、79694.89239602.82.3966.7211/16281490018.827113.71926291.924.3254.3251/1133其中最大的层间侧移为1/11331/550，因此满足规范的要求。4.5地震作用标准值的计算地震作用可分为水平地震作用和竖向地震作用，由于水平地震作用比较突出，对建筑物的影响比较明显，所以此次教学楼设计就只考虑水平地震作用，对于高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构（理论表明这类结构的特点是：地震位移反应以基本振型为主，可以忽略高阶振型的影响），可以采用底部剪力法进行计算，为求各层框架柱在水平

30、地震作用下的剪力，要计算各层结构的总重力荷载代表值。屋盖的重力荷载代表值为：屋盖层=女儿墙+屋面恒载+50%雪载+纵横梁自重+半层柱重+半层墙重（墙和门窗）女儿墙重：(54+17.7) 20.240.619=392.34KN粉刷加装饰：(54+0.24+17.7+0.24) 20.60.42=36.38KN屋面恒载：(54+0.24) (17.7+0.24) 5.79=5634.05KN50%雪载: (54+0.24) (17.7+0.24) 0.50.5=243.27KN纵横梁自重：(3.3-0.45) 0.3(0.5-0.12) 1025=81.23KN (7.2-0.45) 0.3(0.

31、6-0.12) 2523=558.9KN (5.4-0.45) 0.3(0.5-0.12) 2524=338.58KN (7.2-0.45) 0.3(0.5-0.12) 2512=230.85KN纵横梁的粉刷以及装饰：(3.3-0.45) 2(0.5-0.12) 0.021017=7.36KN (7.2-0.45) 2(0.6-0.12) 0.021723=50.67KN (5.4-0.45) 2(0.5-0.12) 0.021724=30.70KN (7.2-0.45) 2(0.5-0.12) 0.021712=20.93KN (3.3-0.45) 0.52+(7.2-0.45) 0.64+

32、 (5.4-0.45) 0.512 +(7.2-0.45) 0.56=69KN减去门洞的自重加上门窗的重量： -3.61.45（5.4-0.45）12-2.41.45（5.4-0.45）9-1.81.45（5.4-0.45）3=-503.86KN半层柱重：0.450.453.9/22546=454.11KN柱的装饰和粉刷：(（0.45-0.24+0.45）233.9/2+（0.452+0.45-0.24）43.9/2) 0.5=19.13KN (0.45-0.24) 89+0.4538) 3.9/20.0217=23.73KN半层墙重： （3.9/2-0.6）0.24（7.2-0.45）191

33、6=664.85KN（3.9/2-0.5）0.24（5.4-0.45）1924=785.51KN（3.9/2-0.5）0.24（7.2-0.45）1912=535.57KN顶层重力荷载代表值：GE=392.34+36.38+5634.05+243.27+81.23+558.9+338.58+230.85+7.36+50.67+30.70+20.93+69-503.86+454.11+19.13+23.73+664.85+785.51+535.57=9673.3 KN二到五层的楼盖的重力荷载的代表值为：楼盖层=楼面恒载+50%楼面活载+纵横梁自重+楼面上下各半层柱+楼面上下各半层墙重楼面恒载：(

34、54+0.24) (17.7+0.24) 4.34=4223.10KN50%楼面活载：5417.70.20.5=95.58KN纵横梁自重：(3.3-0.45) 0.3(0.5-0.12) 1025=81.23KN (7.2-0.45) 0.3(0.6-0.12) 2523=558.9KN (5.4-0.45) 0.3(0.5-0.12) 2524=338.58KN (7.2-0.45) 0.3(0.5-0.12) 2512=230.85KN纵横梁的粉刷以及装饰：(3.3-0.45) 2(0.5-0.12) 0.021017=7.36KN (7.2-0.45) 2(0.6-0.12) 0.021

35、723=50.67KN (5.4-0.45) 2(0.5-0.12) 0.021724=30.70KN (7.2-0.45) 2(0.5-0.12) 0.021712=20.93KN (3.3-0.45) 0.52+(7.2-0.45) 0.64+ (5.4-0.45) 0.512 +(7.2-0.45) 0.56=69KN减去门洞的自重加上门窗的重量： -3.62.4（5.4-0.45）12-2.42.4（5.4-0.45）9-1.82.4（5.4-0.45）3-1.81.8（5.4-0.45） 1=-850.01KN楼面上下各半层柱：0.450.453.92546=908.21KN柱的装饰

36、和粉刷：(（0.45-0.24+0.45）233.9+（0.452+0.45-0.24）43.9) 0.5=38.26KN (0.45-0.24) 89+0.4538) 3.90.0217=47.46KN楼面上下各半层墙重：（3.9-0.6）0.24（7.2-0.45）1916=1625.18KN（3.9-0.5）0.24（5.4-0.45）1924=1841.88KN（3.9-0.5）0.24（7.2-0.45）1912=1255.82KN楼面上下各半层墙的粉刷以及装饰： （3.9-0.6）0.02（7.2-0.45）1728=212.06KN （3.9-0.6）（7.2-0.45）0.54

37、=44.55KN（3.9-0.5）0.02（5.4-0.45）1936=230.23KN（3.9-0.5）（5.4-0.45）0.512=100.98KN（3.9-0.5）0.02（7.2-0.45）1718=140.45KN（3.9-0.5）（7.2-0.45）0.56=68.85KN中间层重力荷载代表值：GE=4223.10+95.58+81.23+558.9+338.58+230.85+7.36+50.67+30.70+20.93+69-850.01+908.21+38.26+47.46+1625.18+1841.88+1255.82+212.06+44.55+230.23+100.98+140.45+68.85=11370.82 KN一层的楼盖的重力荷载的代表值为：楼盖层=楼面恒载+50%楼面活载+纵横梁自重+楼面上下各半层柱+楼面上下各半层墙重楼面恒载：(54+0.24) (17.7+0.24) 4.34=4223.10KN50%楼面活载：5417.70.20.5=95.58KN纵横梁自重：(3.3-0.45) 0.3(0.5-0.12) 1025=81.23KN (7.2-0.45) 0.3(0.6-0.12) 2523=558.9KN (5.4-0.45) 0.3(0.5-0.12) 2524=338.58KN