本科毕业设计--邯郸大学第四教学楼结构设计土木工程.doc

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1、河北工程大学土木工程学院毕业设计说明书2013年毕业设计说明书（毕业论文）邯郸大学第四教学楼结构设计专 业：土木工程姓 名：指导老师：河北工程大学土木工程学院2013年6月7日摘 要本此设计为邯郸大学第四教学楼结构设计,建筑面积为5844.35平方米,建筑高度为19.8米。工程是集办公、教学、学习于一体的建筑，以方便师生之间的交流。建筑采用内廊式平面布局，给人以简洁向上的感觉。本工程为框架结构,结构设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，第一组。环境类别：基础、雨蓬、室外楼梯、檐口为二（b）类，厕所为二(a)类，其余为一类。结构设计的主要方法为D值法,反弯点法,倒梁法等。关键字：框架

2、结构、内廊式、D值法、反弯点法、倒梁法AbstractThis the design for the handan university the fourth teaching building structure design, construction area of 5844.35 square meters, the building height is 19.8 meters.Engineering is the collection office, teaching and learning in the integration of architecture, to facili

3、tate communication between teachers and students.Building adopts the existent in layout, give a person the sense with clean up.The project for the frame structure, structural fortification intensity is 7 degrees, design basic seismic acceleration value of 0.15 g, the first group.Environmental catego

4、ries: foundation, rain loose, 2 (b) for outdoor stairs, eaves, the toilet for two class (a), for the rest of the category.Structure design of the main methods for the D value method, the inflection point method, inverted beam method and so on.Key words: frame structure, internal existent, D value me

5、thod, inflection point method, inverted beam method目 录0绪论11工程概况21.1截面尺寸估算21.2柱截面尺寸估算22确定计算简图22.1一榀框架计算3取楼层的一榀框架进行计算,框架单元如图32.2 框架线刚度计算33荷载计算33.1恒荷载标准值计算33.2柱子自重43.3梁自重53.4墙体自重53.5门窗自重63.6荷载分层总汇74水平地震作用力下框架侧移计算74.1横梁线刚度计算和柱线刚度计算84.2横向框架柱的侧移刚度D值84.3横向地震作用计算94.4横向框架抗震变形验算104.5水平地震作用下,横向框架的内力分析105向荷载作用下

6、横向框架的内力分析125.1荷载计算125.2用弯矩分配法计算框架弯矩135.3梁端剪力及柱轴力计算166内力组合216.1框架梁内力组合216.2柱子内力组合247截点设计257.1承载力抗震调整系数257.2横向框架梁的截面设计267.3柱截面设计368节点构造459屋盖、楼盖设计459.1板的设计469.2楼面的设计4810楼梯设计5110.1楼梯板设计计算5110.2平台板的设计5210.3平台梁的计算5311基础设计5411.1初步确定基础尺寸5411.2地基承载力验算5411.3柱子边缘处基础梁的受剪承载力验算5511.4基础的内力分析5511.5柱下条形基础梁顶面的局部受压承载力

7、计算57鸣 谢58参考资料58邯郸大学第四教学楼结构设计学生：陈 群 指导教师：高洪俊河北工程大学土木工程学院土木工程专业结构方向0绪论本综合楼是为教师,学生工作学习提供最为良好环境的建筑。教学楼建筑设计同设计其他类型建筑一样有许多共同点，也有许多不同的特点和要求。经过一番思考，我认为本设计应该具有以下特点：（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。

8、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）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。在整个设计过程中，我本着“安全，适用，经济，美观”的原则，在满足设计任务书提出的功能要求前提下，完成了建筑设计这一环节，合理的选择框架，并为以后的结构设计打下了良好的基础。1工程概况本工程位于邯郸大学内,建筑面积为55006500m2,地上五层，局部六层，施工图设计以规划局批准的总图为准，总建筑面积上下浮动范围不超过1%。本工程的主要功能为教学,并兼有图书、办公。具体功能分

9、为一层设网络信息室、档案存放室、配电室各一个；资料室、图书室（60人）、期刊室（60人）各两个。二层设大办公室、小办公室若干；院会议室各一个。三五层每层设小教室（60人）若干，教师休息室两个,活动厅一个。1.1截面尺寸估算图1L1为5400mm，L2为7200mm，L3为3000m梁L1的截面尺寸为;h=L/12=450 取h=450mm，b=300mm梁L2的截面尺寸为;h=L/12=600 取h=600mm，b=300mm梁L3的截面尺寸为;h=L/12=250 取h=300mm，b=300mm1.2柱截面尺寸按层高确定;底层 H=3900+600+500=5000mmb=（1/101/1

10、5）=500333mm按轴压比确定;A=N/fc=1.4(19.44+8.1)/0.6/14.3=224685.32所以b=h474,取b=h=500mm柱子高度:底层柱高h=3900+600+500=5000mm(室内外高差600mm,基础顶面距地面高500mm),其它层柱高3900mm. 图2.12 确定计算简图2.1一榀框架计算取楼层的一榀框架进行计算,框架单元如图2.2 框架线刚度计算框架梁、柱的混泥土取C30强度等级,在框架结构中,现浇楼面或预制楼板,但有现浇层的楼面,可以作为梁的有效翼缘,增大梁的有效刚度,减小框架侧移。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

11、取I=1.5Io(Io为梁的截面惯性矩),对中框架取I=2Io。表2.1柱的线刚度i=bh3 /12层次hEcbhIcK=EI/h25390031045005005.211094.010101500031045005005.211093.121010表2.1梁的线刚度梁号bhIoLK=EI/L边框架取1.5K中框架取2KL131043004502.310954001.2810101.9210102.251010L231043006005.410972002.2510103.3810104.51010L331043003006.7510830006.751091.0110101.3510103荷

12、载计算3.1恒荷载标准值计算 3.1.1屋面保护层：30厚C20细石混泥土 0.0322=0.66KN/m2冷底子油一遍三毡四油防水层 0.4KN/m220厚矿渣水泥找平层 14.50.02=0.29KN/m260厚聚苯乙烯保温层 0.060.05=0.03KN/m2100-150厚膨胀珍珠岩找坡 （0.1+0.15）/27=0.88KN/m2120厚钢筋混泥土板 250.12=3KN/m220厚水泥砂浆板抹灰 0.0220=0.4KN/m2 合计： 5.95KN/m2屋面均布恒荷载为： （17.4+0.5）（64.8+0.5）5.95=6954.78KN3.1.2 标准层楼面水磨石楼面 0.

13、65KN/m2120厚钢筋混泥土板 250.12=3KN/m220厚水泥砂浆板底抹灰 0.0220=0.4KN/m2 合计： 4.05KN/m2卫生间、楼面瓷砖楼面 0.55KN/m2120厚钢筋混泥土板 3KN/m220厚水泥砂浆板底抹灰 0.4KN/m2 合计： 3.95KN/m2楼面恒载标准值两种荷载相差不大，为偏于安全，取4.05KN/m2计算。恒载：4.05（17.4+0.5）（64.8+0.5）=4733.92KN3.1.3 屋面均布荷载屋面为上人屋面，查建筑结构荷载规范得均布荷载标准值为2.0KN/m2，所以屋面均布荷载标准值为：2（17.4+0.5）（64.8+0.5）=233

14、7.74KN3.1.4 雪荷载标准值基本雪压为0.3KN/m2雪荷载标准值：SK=r So查荷载规范：r =1 SK=0.3KN/m2故雪荷载标准为：0.3（17.4+0.5）（64.8+0.5）=350.66KN3.1.5 楼面均布活载查建筑结构荷载规范（GB500009-2006）楼面均布活载中：阅览室、会议活动室为2.0KN/m2走廊、门庭、楼梯均为2.0KN/m2，为便于计算，隔墙统一不计，楼面均布活载统一偏大取2.5KN/m2。故楼面均布荷载为：2.5（17.4+0.5）（64.8+0.5）=2922.18KN3.2 柱子自重柱截面:bh=500500mm柱自重 250.50.5=6

15、.25KN/m10厚抹灰砂浆 0.0140.517=0.34KN/m2 合计： 6.59KN/m2底层柱每根自重 56.59=32.95KN其余层每根自重 3.96.59=25.7KN3.3 梁自重L1: bh=300450mm自重:0.30.4525=3.375KN/m10厚水泥砂浆抹灰 0.01（20.3+20.45）17=0.256KN/m合计： 3.63KN/mL2: bh=300600mm自重:0.30.625=4.5KN/m10厚水泥砂浆抹灰 0.01（20.3+20.6）17=0.306KN/m合计： 4.81KN/mL3 bh=300300mm自重:0.30.325=2.25K

16、N/m10厚水泥砂浆抹灰 0.01（20.3+20.3）17=0.204KN/m合计： 2.454KN/mL1每根重:5.43.63=19.6KNL2每根重:7.24.81=34.6KNL3每根重:3.02.45=7.36KN表3.1底层梁柱自重统计梁号净跨截面密度数量单重总重L15400300450254819.6940.8L27200300600252634.6553.6L3300030030025137.3655.88柱5000500500255232.951713.43.4 墙体自重内外墙都采用加气混泥土砌块，外墙厚250mm，内墙厚200mm，墙体抹灰近似按加厚墙体考虑其重量。单位面

17、积墙体自重 外墙：0.296=1.74KN/m2内墙：0.246=1.44KN/m2底层A轴（0.5+10.86-0.513）（3.9-0.45）-（4.82.4）10-4.22.4-4.23.3=63.721.74=110.87KNB轴（0.5+10.85+5.4-0.513）（3.9-0.45）-（1.02.4）9-（3.31.8）8=115.111.44=165.76KNC轴（0.5+10.84+5.4-0.513）（3.9-0.45）-（1.02.4)9-(3.31.8)8=77.851.44=112.10KND轴（0.5+10.86-0.513）（3.9-0.45）-（4.82.4）

18、8-4.22.4=100.621.74=175.08KN1轴（0.5+7.22+3-0.54）（3.9-0.6）-63.3=32.671.74=56.85KN2-7轴(0.5+7.22-0.54)(3.9-0.6)=42.571.446=367.801KN8轴(0.5+7.22-0.54)(3.9-0.6)=42.571.74=74.07KN 合计： 1062.53KN2-5层A轴（0.5+10.86-0.513)(3.9-0.45)-(4.82.4)10-4.22.42=67.51.74=117.45KNB轴（0.5+10.86-0.513）（3.9-0.45）-（1.02.4）10-（3.

19、31.8）8=131.341.44=189.13KNC轴（0.5+10.84+5.4-0.513)(3.9-0.45)-(1.02.4)9-(3.31.8)8=77.851.44=112.10KND轴（0.5+10.86-0.513）（3.9-0.45）-（4.82.4）8-4.22.4=100.621.74=175.08KN1轴（0.5+7.22-0.54）（3.9-0.6）+3（3.9-0.3）-62.7=37.171.74=64.68KN2-7轴(0.5+7.22-0.54)(3.9-0.6)=42.571.446=367.801KN8轴(0.5+7.22-0.54)(3.9-0.6)=

20、42.571.74=74.07KN 合计： 1100.31KN女儿墙（64.8+17.4）20.91.44=213.06KN3.5 门窗自重取窗自重0.4KN/m2，木门0.15KN/m2底层门窗统计表表3.2门尺寸数量自重总重1.02.4180.156.486.03.310.152.974.23.310.152.08表3.1窗4.02.4180.482.944.22.420.48.063.31.8160.438.02合计： 140.55KN2-5层表3.4门尺寸数量自重总重1.02.4180.156.48表3.5窗4.82.4180.482.944.22.420.48.063.31.8160

21、.438.026.02.710.46.48合计： 141.98KN3.6 荷载分层总汇顶层重力荷载代表值包括，50屋面雪荷载，纵横梁自重，半层柱自重，半层墙体自重。其他层重力荷载代表值包括，楼面恒载，50楼面均布活荷载，纵横梁自重，楼面上下各半层的柱子及纵横墙体自重。将前述分项荷载相加，得集中于各层楼面的重力荷载代表值如下底层：G=G恒+0.5G活=4733.92+2922.180.5+1713.4+940.8+553.6+58.88+1062.53+140.55=10664.77KN2-4层G=4733.92+2922.180.5+1713.4+940.8+553.6+58.88+1100.

22、31+141.98=10703.98KN顶层G=6954.78+350.660.5+940.8+553.6+58.88+1/2(1713.49+1100.31)+213.06=10303.31KN建筑物总重力荷载代表值G为 图3.110303.31+10703.983+10664.71=53079.96KN4 水平地震作用力下框架侧移计算框架梁、柱的混泥土取C30等级，混泥土弹性模量Ec=3107KN/m2在框架结构中，现浇楼面或预制楼板，但有现浇层的楼面，可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，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

23、为截面惯性矩），对中框架矩取I=2I0。4.1 横梁线刚度计算和柱线刚度计算见前计算简图部分4.2 横向框架柱的侧移刚度D值表4.1横向框架柱侧移刚度D值计算如表2-5层K=Ki/2Kc=K/(2+K)D=Kc12/h2根数底层K=Ki/Kc=（K+0.5）/(2+K) 底层边框架边柱3.38/3.12= 1.080.51376824边框架中柱(3.38+1.35)/3.12=1.520.57485964中框架边柱3.38/3.12= 1.080.513768212中框架中柱(3.38+1.35)/3.12=1.520.574859612D260448 一 般 层边框架边柱（3.38+3.38

24、）/4.0/2=0.8450.29793734边框架中柱(3.38+1.35)2/4.0/2=1.180.371117084中框架边柱（3.38+3.38）/4.0/2=0.8450.297937312边框架中柱(3.38+1.35)2/4.0/2=1.180.3711170812337296按顶点位移法计算框架的自震周期T1=1.70T式中:0基本周期调整系数。考虑填充墙使框架自震周期减小的影响,取0=0.6。T框架的顶点位移。在未求出框架的周期前，无法求出框架的地震力及位移,T是将框架的重力荷载视为水平作用力,求得假象框架位移。然后由 T求出T1，再用T1求得框架结构的底部剪力,进而求出框

25、架各层剪力和结构真正的位移。表4.2横向框架顶点位移计算层次GiGiDi层间相对位移i=Gi/Dii510303.3110303.313372960.03170.5225410703.9821407.963372960.06340.4908310703.9832111.943372960.09520.4274210703.9842815.923372960.12690.3322110664.7753480.492604480.20530.2053T1=1.70T=1.70.70.5225=0.86s4.3 横向地震作用计算在三类场地,七级近震区,结构的特征周期Tg和地震影响系数max为Tg=0

26、.45max=0.08结构等效总重力荷载代表值Geq=0.85G1=0.8553480.69=45458.59KN水平地震影响系数1=(Tg/Tr)rmax=(0.35/0.86)0.910.08=0.0356结构总的水平地震作用标准值FEX=1Geq=0.035645458.59=1619.27KN由于T1=0.86s1.4Tg0.45=0.63s,所以考虑顶点附加地震作用。顶部附加地震作用系数E=0.08T1+0.7=0.080.86+0.07=0.1388FS=0.13881619.27=224.75KN各质点横向水平地震作用下F1=G1H1FEX(1-E)/(GKHK)=(G1H1/G

27、KHK)1394.52KN地震作用下各楼层水平地震层间剪力V=FX表4.3各层横向地震作用及楼层地震剪力层次HiGiGiHiGiHi/GjHjFiV520.610303.31212248.190.314437.88437.88416.710703.98178756.470.264368.15806.03312.810703.98137010.940.202281.691087.7228.910703.9895265.420.141196.631284.351510664.7753323.850.079110.171394.52图4.1各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度分布4.4 横向框

28、架抗震变形验算多遇地震作用下,层间弹性位移验算见下表层间弹性相对转角均满足ee=1/5504.5 水平地震作用下,横向框架的内力分析以框架为例进行计算,边框架和纵向框架的计算方法和步骤与横向框架完全相同。框架柱剪力及弯矩计算,采用D值法表4.4横向框架各层水平地震作用的地震剪力层次层间剪力层间刚度层间位移层高层间相对弹性转角5437.883372961.3039000.00024806.033372962.3939000.000531087.723372963.2239000.000821284.353372963.8139000.000911394.522604485.3550000.001

29、07水平地震作用下框架内力计算框架拉剪力及弯矩分别按下式计算Vij=Dij/D1j上端Mb1j=V1jyh下端MV1j=V1j(1-y)h Y=yn+y1+y2+y3Y为反弯点高度底层取2/3，其它层取1/2表4.5各层拉端弯矩计算边柱层次高度反弯点高度ViDijDijVijM上M下53.93.9/2437.88337296937312.1723.7323.7343.93.9/2806.03337296937322.4043.6843.6833.93.9/21087.72337296937330.2358.9558.9523.93.9/21284.35337296937335.6969.606

30、9.6015.010/31394.22260448768241.1368.55137.10表4.5中柱层次高度反弯点高度ViDijDijVijM上M下53.93.9/2437.883372961170815.2029.6429.6443.93.9/2806.033372961170827.9854.5654.5633.93.9/21087.723372961170837.7673.6373.6323.93.9/21284.353372961170844.5886.9386.9315.010/31394.22260448859646.0176.68153.37梁端弯矩,剪力及柱轴力计算MLb=i

31、Lb(Mbi+Mvj)/(iLb+irb)Mrb=(Muc+MLc)(K2/(K1+K2)Vb=(Mrb+MLb)/L N=(VLb-Vrb)表4.6框架梁端弯矩、剪力及轴力AB梁BC梁层次MLbMrbLVbMLbMrbLVb523.7314.257.25.2811.8511.853.07.90467.4140.477.214.9833.6833.683.022.453102.6361.587.222.851.2751.273.034.182128.5577.137.228.5764.2264.223.042.811138.1582.897.230.765.4465.443.043.63CD梁

32、轴力层次MLbMrbLVbA轴力B轴力C轴力D轴力514.2523.737.25.285.282.62-2.625.28440.4767.417.214.9820.2610.09-10.0920.26361.58102.637.222.843.0621.47-21.4743.06277.13128.557.228.5771.6335.71-35.7171.63182.89138.157.230.7102.3348.64-48.64102.335 竖向荷载作用下横向框架的内力分析5.1荷载计算五层:AB跨梁自重0.60.325=4.5KN/m=L1/2L2=5.4/2/7.2=0.375Pe=(

33、1-221+31)(5.957.2/2)=21.10KN/m恒载25.6KN/m活载25.4=10.8KN/mBC跨梁自重0.30.325=2.25KN/mPe=5/85.952.1/2=3.9KN/m恒载6.15KN/m活载23=6KN/m1-4层:AB跨梁自重0.60.325=4.5KN/mPe=(1-221+31)(4.057.2/2)=14.36KN/m恒载18.86KN/m活载2.55.4=13.5KN/m 图5.1BC跨梁自重0.30.325=2.25KN/m Pe=5/84.052.1/2=2.66KN/m恒载4.91KN/m活载2.53=7.5KN/m集中荷载纵梁自重 0.30

34、.45255.4=18.23KN纵墙自重 0.295.46(5.4-0.4)=46.98KN柱自重 0.50.53.925=24.38KN 合计: 89.59KN图5.2框架恒荷载、活荷载见下图 恒载 活载5.2用弯矩分配法计算框架弯矩竖向荷载作用下框架的内力分析,除活荷载较大的工业厂房外,对一般的工业与民用建筑可以不考虑活荷载的不利位置,这样求得的框架内力,梁跨中弯矩较考虑活荷载不利位置法求得的弯矩偏低。但当活荷载占总荷载比例较小时，其影响较小，若比例较大，可在截面配筋时，将跨中弯矩乘以1.1到1.2的放大系数予以调整。5.2.1固端弯矩计算表5.1将框架梁视为两端固定梁计算固端弯矩计算AB

35、跨简图固端弯矩(MA=MB) 1/1225.67.22=110.591/1210.87.22=46.66 1/1213.57.22=58.321/1218.867.22=81.48表5.2BC跨简图固端弯矩(MA=MB)1/126.157.22=4.611/1267.22=4.51/124.917.22=3.681/127.57.22=5.635.2.2分配系数计算考虑框架的对称性,取半框架进行计算,半框架的梁柱线刚度计算如下,切断的横梁线刚度为原来的一倍。分配系数按与节点连接的各杆的转动刚度进行计算。iAB=4.5iBE=1.35一般层柱i=4.0底层柱 i=3.12SAB=4i=18SBE

36、=3iBE=4.05 Si45=4i=16 Si底=4i=12.48例如：A轴线柱顶层顶点节点下柱=4ic/(4ic+4ib)=0.47梁=4ib/(4ic+4ib)=0.53其余节点的分配系数按相同方法计算。5.2.3传递系数远端固定,传递系数为1/2,远端滑动铰支,传递系数为-1。采用此方法计算时，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，其余柱的线刚度乘以0.9的修正系数。5.2.4弯矩分配在恒载、活载作用下，框架的弯矩分配计算见下表表5.3恒荷载弯矩分配上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁0.47 0.53 0.47 0.42 0.11 -110.59 110.59 -4.6

37、1 0.00 51.98 58.61 -50.13 0.00 44.51 -11.34 13.04 -25.06 29.31 -11.51 0.00 5.65 6.37 -8.42 0.00 -7.47 -1.90 0.00 70.67 -70.67 81.35 0.00 25.52 -17.85 0.32 0.32 0.36 0.33 0.30 0.30 0.08 -81.48 81.48 -3.68 26.07 26.07 29.33 -25.91 -23.03 -23.03 -5.84 25.99 13.04 -12.95 14.67 22.26 -11.51 -8.34 -8.34 -

38、9.39 -8.46 -7.52 -7.52 -1.91 43.72 30.77 -74.49 61.78 -8.29 -42.06 -11.42 0.32 0.32 0.36 0.33 0.30 0.30 0.08 -81.48 81.48 -3.68 26.07 26.07 29.33 -25.91 -23.03 -23.03 -5.84 13.04 13.04 -12.95 14.67 -11.51 -11.51 -4.20 -4.20 -4.72 2.78 2.48 2.48 0.63 34.91 34.91 -69.82 73.02 -32.07 -32.07 -8.89 0.32 0.32 0.36 0.33 0.30 0.30 0.08 -81.48 81.48 -3.68 26