教学楼毕业设计计算书.doc

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1、黑龙江东方学院本科毕业设计融专科学校教学楼摘 要本工程为金融专科学校教学楼工程，采用框架结构，主体为五层，本地区抗震设防烈度为7度抗震，场地类别为II类场地。主导风向为西北，基本风压0.45kN/M，基土本雪压0.45 kN/M。楼屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构。本设计贯彻“实用、安全、经济、美观”的设计原则。按照建筑设计规范，认真考虑影响设计的各项因素。根据结构与建筑的总体与细部的关系。本设计主要进行了结构方案中横向框架第9轴抗震设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算,接着利用顶点位移法求出自震周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力

2、（弯矩、剪力、轴力）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力。是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配筋并绘图。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计。完成了平台板，梯段板，平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。对楼板进行了配筋计算，本设计采用桩基础，对基础承台和桩进行了受力和配筋计算。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、使用方便是本设计的原则。设计合理可行的建筑结构方案是现场施工的重要依据。 关键词：框架结构；荷载计算；内力计算；计算配筋Fi

3、nancial college teaching buildingAbstractThis project for the financial college teaching building engineering, adopts frame structure, main body for five layers, the region seismic fortification intensity of 7 degree seismic, site category for class II site. Leading the direction of the wind for the

4、 northwest, the basic wind pressure of 0.45 KN/M, this snow base soil pressure of 0.45 KN/M. Floor and roof adopts the cast-in-place reinforced concrete structure.The design and implement practical, safe, economic, beautiful design principle. According to the architectural design specification, seri

5、ously considering various influencing factors of design. According to the relationship of structure and building overall with details.This design mainly has carried on the structure scheme of horizontal axis framework 9 seismic design. In determining the frame layout, has carried on the first floor

6、between load on behalf of value calculation, and then use vertex displacement method from the earthquake cycle, and then press the bottom shear method under horizontal seismic load size, and calculated under horizontal load of the structure internal forces (bending moment, shear force, axial force).

7、 Then calculate vertical load (constant load and live load) under the action of internal force of structure. Is to find out the most unfavorable set or sets of internal force combination. Select the safest results reinforcement and drawing. In addition to the solution of indoor stair design structur

8、e. Finished flat pallet, bench board, platform beam component of the internal force and reinforcement calculation and construction drawings. On the floor reinforcement calculation, this design USES the pile foundation, foundation piles and pile caps for the force and reinforcement calculation.The en

9、tire structure in the design process, strictly follow relevant according to the requirement of specification, the reference related information and specifications related to the latest national standards, each link of design comprehensive scientific considerations. In short, applicable, security, ec

10、onomic, easy to use is the principle of this design. Design reasonable structure scheme is the important basis of site construction.Key words: capital operations; capital operating strategy; capital operatingEfficiency;目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 建筑设计理念及设计依据11.2 工程况概11.3 设计依据1第2章 建筑设计22.1 平面设计22.2

11、立面设计32.3 剖面设计3第3章 截面尺寸初步估计43.1 柱截面设计43.2 梁的截面设计4第4章 框架侧移刚度的计算64.1 横梁线刚度ib的计算64.2 柱线刚度ic的计算64.3 各层横向侧移刚度计算74.3.1 底层74.3.2 第二层84.3.3 三、四、五层8第5章 竖向荷载及其内力计算95.1 计算单元的选择确定95.2 竖向荷载统计95.2.1 屋面及楼面恒载95.2.2 屋面及楼面活载105.2.3 梁荷载标准值105.2.4 墙荷载标准值105.3 竖向荷载内力计算125.3.1 恒载作用下柱的内力计算125.3.2 恒荷载作用下梁的固端弯矩计算145.3.3 恒载作用

12、下框架的弯矩计算145.4 活载作用下柱的内力计算175.4.1 活荷载作用下梁的内力计算185.4.2 跨中弯矩计算225.4.3 梁端剪力和柱轴力的计算235.5 重力荷载代表值计算及荷载汇总245.5.1 第一层重力荷载代表值计算及荷载汇总245.5.2 第二层至第四层重力荷载代表值计算及荷载汇总255.5.3 第五层重力荷载代表值计算及荷载汇总25第6章 水平荷载计算276.1 风荷载计算276.2 地震荷载计算286.2.1 横向自振周期的计算286.2.2 水平地震作用及楼层地震剪力的计算296.3.3 多遇水平地震作用下的位移验算316.3.4 水平地震作用下框架内力计算31第7

13、章 框架的内力组合347.1 梁柱的内力组合347.2 柱端弯矩设计值的调整347.2.1 A、D柱弯矩值调整347.2.2 B、C柱弯矩值调整35第8章 截面设计368.1 梁截面设计368.2 柱截面设计418.3 楼板设计478.3.1 楼板类型及设计方法的选择478.3.2 设计荷载478.3.3 弯矩计算488.3.3 板截面设计49第9章 楼梯计算519.1 荷载计算51第10章 基础设计5310.1 荷载设计值5310.2 A、D柱独立基础的计算5410.2.1 初步确定基底尺寸5410.2.2 基础底面尺寸5410.2.3 地基承载力验算5410.2.4 基础剖面尺寸的确定55

14、10.2.5 土净反力Fl的计算5510.2.6 基础底面配筋计算5610.3 B、C柱基础配筋5710.3.1 初步确定基底尺寸5710.3.2 地基承载力验算5810.3.3 构造要求5810.3.4 土壤净反力Fl的计算58参考文献59致 谢7374第1章 绪 论通过毕业设计对大学期间所学的知识做一个系统的总结和应用，通过自己对在熟悉任务书的基础上参观、比较同类建筑、查阅、搜集有关设计资料使我所学的知识得以综合的应用，提高综合知识的应用能力，对所学过的知识得以系统的深化。并培养我独立解决建筑设计、结构设计的内容和步骤，及掌握建筑施工图结构施工图绘制的方法，为了向社会培养具有独立设计、施工

15、与管理的高技术人才，因此，毕业设计是我们每个土木工程专业学生必须完成的内容。1.1 建筑设计理念及设计依据由于受到大地震的影响，各地区的建筑物均发生不同程度的破坏，其破坏面积面广，尤其是公共服务设施，“汶川”大地震之后，教学楼破坏相当严重。尤其是学校承载祖国的未来，社会的希望，家庭的梦想，国家决定把教学楼的设计在原来的基础上提高一个层次，有些地方甚至出现了钢结构教学楼。本教学楼，采用多层框架结构，为7度设防建筑物，由于承担着巨大的使命，避免悲剧再次上演，为学生提高一个好的学习环境，教学楼使用人员众多，流动性大，所以办公布置为内廊式。因此，教学楼设计体现着设计的较高水平。在“汶川”大地震中我们的

16、许多建筑物倒塌，这可能是施工或设计的问题，因此我们对学校建筑有了更加严格的要求，在源头上控制好质量，同时也赋予了我们建筑师、结构师更大的使命。1.2 工程概况本工程为哈尔滨一所高校综合教学楼，建筑总高度为22.1m，层数5层，无地下室，建筑密度：底层建筑面积/总占地面积=1044/5600100%=18.7%。1.3 设计依据建筑设计是在总体规划的前提下，根据设计任务书的要求，综合考虑基地环境、使用功能、结构施工、材料设备、建筑经济和建筑艺术问题，着重解决建筑物内部各种使用功能和使用空间的合理安排，建筑物与周围环境、与各种外部条件的协调配合，内部与外表的的艺术效果，并且使建筑物做到使用、经济、

17、坚固、美观。第2章 建筑设计2.1 平面设计该建筑物总长度为48.6m，总宽度为45.2m，共五层，总建筑面积为 2196.72 m2,主体结构采用现浇钢筋混凝土框结构。图2-1 建筑平面图2.1.1 使用部分的平面设计使用房间面积的大小，主要由房间内部活动的特点，使用人数的多少以及设备的因素决定的，本建筑物为教学楼，主要使用房间为教室，各主要房间的具体设置在下表一一列出，如下表：表2-1 房间设置表序号房间名称数量单个面积1大教室467.52小教室6043.23教师休息室543.24门房133.755储藏室523.47洗手间1043.22.2 立面设计建筑立面设计：立面反映结构、空间、功能和

18、结构的整体设计概念使其产生了自然和谐一致的建筑外观。底层采用4.2m层高和标准层采用六层3.6m层高的比例，使空间达到和谐，外形装饰采用灰色面砖，与古城遥相辉映，突出严肃感，同时色调搭配上应给人以清新明亮、积极活泼的感觉，产生形体的整体韵律，达到统一中求细节变化的效果。2.3 剖面设计建筑剖面设计也就是确定建筑物各部分的高度，建筑层数，建筑空间的组合与利用，以及建筑剖面中的结构、构造关系，着重研究竖向空间的处理。本章小结：此阶段为建筑方案设计部分，主要是查找基本设计参数和相关规范。从而进行建筑设计，设计内容为：设计方案确定，建筑用途，设计它的使用和安全要求以满足使用者的使用性和安全性。第3章

19、截面尺寸初步估计3.1 柱截面设计该结构选用C40的混凝土，选用二级钢筋HRB335。结构抗震等级为四级（哈尔滨的设防烈度为6级，本建筑没超过24m按规范查的）由公式 (3-1)式中 取0.9 取19.103 kN/m2 N=15A （其中15为面荷载）从而得到N=154.2（7.53.0）=330.75kN可得A=0.115m2 =115000mm2b=h=339mm.取b=h=400mm.3.2 梁的截面设计梁的截面宽度b: 框架梁取300mm,楼面连系梁取200mm。梁的截面高度h取值如下：框架梁： h1=（）L (3-2)CD跨: L=7500mm h1=L=625mm 取h1=650

20、mmBC跨：在AB和CD之间，考虑到整体性，故也取h1=650mm 连系梁： H3L h3=L=250mm,取h3=400mm。综上可知，各梁的截面如下：框架梁： b1h1=300mm650mm（AB跨、BC跨、CD跨） 连楼面系梁： b3h3=200mm400mm本章小结：此阶段为建筑方案设计部分，主要是查找基本设计参数和相关规范。从而进行建筑设计，设计内容为：确定柱的截面尺寸跟梁的截面尺寸。第4章 框架侧移刚度的计算4.1 横梁线刚度ib的计算表4-1 横梁线刚度ib计算表类别Ec (N/mm2) b （mm） h（mm） I0 （mm） l （mm） EcI0/l （mm） 1.5EcI

21、0/l （mm） 2EcI0/l （kNm） AB CD 跨BC跨3.251043.251043003006504006.91091.6109750030002.9910101.7410104.4910102.610105.9810103.4810104.2 柱线刚度ic的计算表4-2 柱线刚度ic计算表层次Ec (N/mm2)b （mm）h （mm）hc （mm）Ic （mm4）EcIo/l （kNm）1253.251043.25104400400400400420036002.11092.11091.6310101.91010图4-3 线刚度示意图4.3 各层横向侧移刚度计算 4.3.1

22、底层A,D柱：i=2.95c=(0.5+i)/(2+i)=0.7D11=c12ic/h2=0.7121.91010/36002=12315B,Ci=4.49+14.95/1.9=12.36c=(0.5+i)/(2+i)=0.9D13=c12ic/h2 =0.9121.91010/36002 =15833 4.3.2 第二层A，D柱i=5.612/（1.92）=2.95c=i/(2+i)=0.6D21=c12ic/h2=0.6121.91010/36002 =10555B，C柱i=5.612+14.952/（1.92）=19.1c=i/(2+i)=0.91D22=c12ic/h=0.91121.

23、91010/36002 =160094.3.3 三、四、五层三层，四层和五层的计算结果与二层相同D31=10555 D32=16009 D33=16009 D34=10555D41=10555 D42=16009 D43=16009 D44=10555D51=10555 D52=16009 D53=16009 D54=10555D61=10555 D62=16009 D63=16009 D64=10555表4-4横向侧移刚度统计表层次12345Di（N/mm）5612012=6734405189712=622764622764622764622764该框架为横向承重框架，不计算纵向侧移刚度。D

24、1/D2=673440/6227640.7，故该框架为规则框架。 本章小结：此阶段为框架侧移刚度部分，主要是查找基本设计参数和相关规范。从而进行建筑设计，设计内容为：横梁线刚度的计算，柱线刚度计算，各层侧移刚度计算。 第5章 竖向荷载及其内力计算5.1 计算单元的选择确定 5-1 计算单元计算单元宽度为8.4m，5轴线至7轴线间，故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影所示。5.2 竖向荷载统计5.2.1 屋面及楼面恒载屋面： 小瓷砖层： 0.55 kN/m2高聚物改性沥青防水层： 0.5 kN/m220厚水泥砂浆找平： 0.0220=0.4 kN/m21:8水泥砂浆找坡层: 1.44 kN

25、/m2150厚水泥蛭石保温层: 0.155=0.75 kN/m2100厚钢筋混凝土结构层: 0.125=2.5 kN/m220厚底板抹灰： 0.0217=0.34 kN/m2=6.48kN/m2楼面：12厚人造大理石板面层 0.01228=0.336 kN/m2100厚砼板： 0.1025=2.5 kN/m2 20厚板底抹灰： 0.34 kN/m2=3.567kN/m5.2.2 屋面及楼面活载楼面活载： 教室： 2.5kN/m2 厕所： 2.5 kN/m2 走廊、门厅、楼梯: 3.5 kN/m2屋面活载： 上人屋面: 2.0 kN/m2雪载： 本题目基本雪压：S0=0.45 kN/m2,屋面积

26、雪分布系数r =1.0屋面水平投影面积上的雪荷载标准值为：SK=r S0=1.00.45=0.45 kN/m25.2.3 梁荷载标准值 框架梁 b1h1=300650 mm2梁自重 0.3（0.65-0.1）25=4.125kN/m10厚水泥石灰膏砂浆 0.01（0.65-0.1）214=0.154 kN/m =4.279kN/m 纵向连系梁 b2h2=200400 mm2梁自重 0.2（0.4-0.1）25=1.50 kN/m10厚水泥石灰膏砂浆 0.01（0.4-0.1）214=0.084 kN/m =1.58kN/m 5.2.4 墙荷载标准值 外： 470mm厚加气混凝土砌块 0.47

27、7 =3.29 kN/m2 20厚底板抹灰： 0.0217=0.34 kN/m2 6厚外墙贴面砖 0.00619.8 =0.1188 kN/m2 =3.75 kN/m2内： 220mm厚加气混凝土砌块 0.22 7 =1.68 kN/m220厚底板抹灰： 0.0217=0.34 kN/m 20厚水泥粉刷墙面 0.0217=0.34 kN/m2 =2.22 kN/m2 女儿墙： 6厚水泥砂浆罩面 0.00620=0.12 kN/m2 12水泥砂浆打底 0.01220=0.24 kN/m2 240粘土空心砖 0.2411=2.64 kN/m2 6厚外墙贴砖 0.00619.8 =0.119 kN/

28、m2 =3.119 kN/m2门,窗及楼梯间荷载门窗荷载标准值：塑钢玻璃窗单位面积取0.4 KN/m2，木门取0.2 KN/m2塑钢玻璃门取0.40KN/m2。楼梯荷载标准值：楼梯底板厚取为100，平台梁截面尺寸为200400楼梯板自重 0.5（0. 0740.150.074）0.3250.3=3.73kN/m2人造理石面层 （0.30.15）0.3360.3=0.504 kN/m2板底20厚纸筋抹灰 0.340.02120.3=0.36 kN/m2合 计 4.594 kN/m2平台梁两端搁置在楼梯间两侧的梁上，计算长度取l=3300300=3000 ，其自重=0.30.23.025=4.5K

29、N，5.3 竖向荷载内力计算 图5-2 荷载示意图5.3.1 恒载作用下柱的内力计算恒荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如下图所示：图5-3 恒荷载作用下的荷对于第5层，q1表横梁自重，为均布荷载形式。q1=4.28KN/mq2分别上人屋面板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载。q2=6.484.2=27.21KN/mP1 、P2分别由边纵梁、中纵梁、边纵梁直接传给柱的恒载，PE是由纵向次梁直接传给横向主梁的恒载，它们包括主梁自重、次梁自重、楼板重、及女儿墙等重力荷载，计算如下：P1 = (2.12.51/2)26.48+1.584.2+3.1194.21.4=59 KNP2=(2.11.51/2)4

30、6.48 +1.584.2=47.46KN集中力矩M1=PBeB =59（0.4-0.2）/2 =5.9 kNm M2=PDeD =47.46（0.4-0.2）/2 =4.7 kNm对于1-4层，q1是包括梁自重和其上部墙重,为均布荷载，其它荷载的计算方法同第5层。 q1=4.28KN/mq2、q2和q2，分别为楼面板和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载。q2，=3.5674.2=14.98 kN/m外纵墙线密度（4.22.95-1.52.1）3.14+1.52.10.4/4.2=7.21 kN/m内纵墙线密度（4.22.95）2.08/4.2=6.14 KN/mP1= P4= (2.52.

31、11/2)23.567+1.584.2+7.214.2=46.28kNP2= P3=(2.12.51/2)43.567 +1.584.2+6.144.2=69.88kN集中力矩M1=PBeB =46.28（0.4-0.2）/2 =4.63kNm M2=PDeD =69.88（0.4-0.2）/2 = 6.99kNm5.3.2 恒荷载作用下梁的固端弯矩计算等效于均布荷载与梯形、三角形荷载的叠加。 梯形：q =（1-2+）q2 本设计中AB,CD跨=1.5/7.5=0.20 q =0.928q2三角形：q =0.625 q2，对于第5层，AB,CD跨梁： q=0.92827.21+4.28=29.

32、53kN/m BC跨：q=0.62527.21+4.28=21.28kN/m AB,CD跨梁端弯矩：-MAB= MB A=ql2AB/12 =29.537.52/12 =138.42BC跨梁端弯矩：-MBC= MCB=ql2AB/12 =29.533.02/12 =22.15（kNm）对于第1-4层，AB,CD跨梁： q=0.92814.98+4.28=18.18 kN/m CD跨梁： q=0.62514.98+4.28=13.64 kN/mAB，CD跨梁端弯矩：-MBD= MDB=ql2BD/12 =18.187.52/12 =85.22 （kNm） BC跨梁端弯矩：-MBC= MCB=ql

33、2AB/12 =13.643.02/12 =10.23 （kNm）5.3.3 恒载作用下框架的弯矩计算 分配系数的计算: 其中为转动刚度采用分成法计算时，假定上下柱的远端为固定时与实际情况有出入。因此，除底层外，其余各层的线刚度应乘以0.9的修正系数，其传递系数由0.5改为0.33。 图5-4 恒载作用下弯矩分配图图5-5 恒载弯矩图 5.4 活载作用下柱的内力计算 活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如下图所示： 图5-6 活荷载作用下的荷载分布图对于第5层，q1=2.54.2=10.5 kN/mP1 = (2.12.51/2)22.50+1.584.2=19.76 kNP2=(2.12.51

34、/2)42.5 +1.584.2=32.87 kN集中力矩M1= M4=PBeB =19.76（0.4-0.2）/2 =1.976 kNm M2= M3=PDeD =32.87（0.4-0.2）/2 =3.287 kNm 同理，在屋面雪荷载的作用下：q1=0.454.2=1.89 kN/mP1 = (2.12.51/2)20.45+1.584.2=9 kNP2=(2.12.51/2)40.45 +1.584.2=11.36 kN集中力矩M1 =PBeB =9（0.4-0.2）/2 =0.9 kNm M2 =PDeD =11.36（0.4-0.2）/2 =1.14 kNm对于第1-4层，q1=2

35、.54.2=10.5 kN/mq2=3.54.2=7.5 kN/mP1 = (2.12.51/2)22.5+1.584.2=19.76kNP2=(2.12.51/2)22.5+(2.12.51/2)23.5+1.584.2=38.41 kN集中力矩M1=PBeB =19.76（0.4-0.2）/2 =1.98 kNm M2=PDeD =38.41（0.4-0.2）/2 =3.84 kNm将计算结果汇总如下两表：表5-1 横向框架恒载汇总表层次q1kN/mq2kN/mP1P4 kNP2 P3KNM1 M4kNmM2 MkNm54.2827.215947.465.94.71-44.2814.984

36、6.2869.884.636.99 表5-2 横向框架活载汇总表层次q1kN/mq2kN/mP1P4 kNP2 P3kNM1M kNmM2 M3KNm510.510.519.7632.871.983.291-410.514.719.7638.141.983.81 5.4.1 活荷载作用下梁的内力计算对于第5层，AB,CD跨梁： q=0.92810.5=9.744kN/m BC跨：q=0.62510.5=6.5625kN/m AB,CD跨梁端弯矩：-MAB= MB A=ql2AB/12 =9.7447.52/12 =45.67 （kNm）BC跨梁端弯矩：-MBC= MCB=ql2AB/12 =6

37、.56253.02/12 =4.92 （kNm）对于第1-4层，AB,CD跨梁： q=0.92810.5=9.744kN/m BC跨：q，=0.62514.7=9.19KN/mAB,CD跨梁端弯矩：-MBD= MDB=ql2BD/12 =9.747.52/12 =45.65 （kNm）BC跨梁端弯矩：-MBC= MCB=ql2AB/12 =9.193.02/12 =6.89（kNm） 图5-7 活载作用下弯矩分配图 图5-8 活载弯矩图 5.4.2 跨中弯矩计算恒载作用下梁的跨中弯矩，按实际荷载利用两端带弯矩的简支求得。以下结果为弯矩调幅后的结果。对于5层：MAB中=M0-（M左+ M右）0.

38、8/2=96.16 kNmMBC中=M0-（M左+ M右）0.8/2=-26.51 kNm对于4层：MBD中=52.54kNmME=-7.48KNm对于3层：MBD中=53.88kNmME=-7.98KNm对于2层：MBD中=65.88kNmME=-7.98KNm对于1层：MBD中=55.19kNmME=-8.53KNm对梁弯矩进行调幅，调幅系数为，取0.8。调幅后：梁端弯矩M1=M1 M2=M2跨中弯矩：M中=M中-(M1+ M2）/2注：这里弯矩带正负号，梁上边受拉为负，下边受拉为正。活荷载作用下的梁跨中弯矩，利用两端带弯矩的简支求得。对于5层：MAB中=M0-（M左+ M右）0.8/2=24.27kNmMBC中=M0-（M左+ M右）0.8/2=-5.2