xx学院主教学楼设计设计大学论文.doc

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1、 合肥学院毕业设计 学校代码： 11059 学 号：1101013013 Hefei University 毕业设计DIPLOMA PROJECT 设计题目： xx学院主教学楼设计 学位类别： 工 学 学 士 学科专业： 土 木 工 程 _ 作者姓名： 导师姓名： 完成时间： 2015年5月 摘 要 本设计为xx学院主教学楼设计，共五层，建筑高度为20.7m，整体是钢筋混凝土框架结构。包括建筑设计，结构设计两部分内容。 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、综合选型、施工、材料、建筑设备、建筑艺术及经济等。最终确定设计方案，画出建筑施工图。 结构设计是

2、在建筑物初步设计的基础上确定结构方案；选择合理的结构体系；进行结构布置，并初步估算，确定结构构件尺寸，进行结构计算。 本设计采用钢筋混凝土现浇框架结构。在进行荷载计算和构件截面估算后，选取一榀框架进行计算，用二次分配法算出内力，并对最不利活荷载和最不利内力进行分析，从而进行配筋计算。本设计基础形式采用柱下独立基础，楼梯为钢筋混凝土现浇梁式楼梯。整个方案设计基本符合设计和结构要求，具有一定的创造性和合理性。 总之，适用、安全、经济、使用方便是本设计的原则，两部分空间合理，连接紧凑，主次分明，使建筑空间的舒适度加以提高。关键词：建筑 框架 结构设计 抗震设计 IAbstract This desi

3、gn is the design of the reception center of HeFei University of Technology, a total of five layers, building height of 22.8m, is the overall structure of reinforced concrete frameIncluding architectural design, design the content of the two part structureThe architectural design is the premise of th

4、e overall plan, according to the design requirements of the task book, considering the base environment, use function, comprehensive selection, construction, materials, construction equipment, construction art and economy.Finally, determine the design plan, draw a construction plan. The structural d

5、esign is to determine the structure scheme based on the preliminary design of the building; reasonable structural system; structural layout, and preliminary estimates, to determine the size of structural components, structural calculation. This design adopts the structure of cast-in-place reinforced

6、 concrete frameIn estimating the load calculation and component section, select a framework for computing, using two methods of distribution to calculate the internal force, and the most unfavorable live load and the most unfavorable internal forces were analyzed, and calculation of reinforcement.Th

7、e design of the base adopts the independent foundation under the column, the stairs for the cast-in-place reinforced concrete beam stairsThe whole design is in line with the requirements of design and construction, has certain creativity and rationality. In short, suitable, safe, economic, easy to u

8、se is the design principle, the two part of the space is reasonable, compact connection, prioritize, the comfortable degree of building space to improve.Keywords : Structure Frame Structural design Seismic Design III目 录一、设计阶段11.1工程概况11.2结构设计的资料1二.结构布置、计算简图22.1 承重方案的选择22.2 估算梁、柱截面的尺寸22.3 确定计算简图2三、荷载计

9、算43.1 永久荷载标准值（屋面及楼面）43.2 可变荷载标准值（屋面及楼面）43.3 重力荷载计算（梁、柱、墙）43.4 重力荷载标准值5四、横向框架侧移刚度计算74.1 梁、柱线刚度的计算74.2 计算柱的侧移刚度7五、地震作用时水平荷载作用下框架的内力和侧移95.1 横向自振周期的计算95.2 水平地震作用及楼层地震剪力95.3 水平地震作用下的位移验算115.4 水平地震作用下框架内力计算11六、横向框架在作用竖向荷载时的内力计算156.1 计算单元156.2 荷载计算156.3 内力计算19七、框架结构的内力组合307.1 内力组合30八、截面设计36 8.1 框架梁36 8.2框架

10、柱39九、 基础设计43 9.1确定基础面积43 9.2 内力计算与配筋45十、 板截面设计4610.1 板A的计算4610.2 板B的计算49十一、楼梯设计5011.1 楼梯板计算5011.2 平台板计算5111.3 平台梁设计52一、设计阶段1.1工程概况 本项目为xx学院主教学楼设计，为六层的框架结构，由主楼和裙房组成，功能包括教学、展示、办公等。 建筑总高度20.7米，局部裙房高5.1米，25层层高为3.9米，底层4.5米，室内外高差0.6米。1.2结构设计的资料1.2.1地质资料 场地范围内的土质构成，按深度从上到下的分布为：土层底部深度土层厚度土层名称fak0.50.5淤泥质土60

11、2.11.6砂1057.35.2粉质粘土20014.06.7中砂31020.56.5中密细砂-以下- 1.2.2水文资料 建筑的场地地势很平坦，自然地表标高18.0米，测得的地下水位最高为16.7米，水质没有侵蚀性。 1.2.3气象资料 基本雪压0.6kN/m2，基本的风压0.35kN/m2。1.2.4地震资料 查抗震规范，可知滁州地区，该地区的第一组为其地震分组，8度为其设防烈度。二.结构布置、计算简图2.1 承重方案的选择 空间结构布置整齐规则，选择四柱三跨对称的框架结构形式。2.2 估算梁、柱截面的尺寸 横梁：AB跨 h=（1/121/8）Lb=7200/127200/8=600900，

12、 则度取h=700mm，b=300mm； BC跨 取h=700mm，b=300mm； 纵梁：取h=700mm，b=300mm。 梁截面尺寸、混凝土等级如下表：楼层号混凝土标号横向主梁bh纵向梁AB跨，CD跨BC跨15C35300x700300x700300x700柱截面尺寸的近似计算 抗震等级为二级的框架结构的轴压比临界值为=0.8,各层重力荷载代表值可近似取12kN/m2，边柱及中柱的载荷面积为3.6x3.9 m2和5.25x3.9 m2 柱截面面积为:边柱中柱 柱子截面取为正方形，边柱和中柱的截面计算高度经过计算为286mm和339mm。本设计柱的截面尺寸取：15层 600mm600mm

13、基础使用独立基础2.3 确定计算简图取柱子的中心线为简图的竖向轴线，板顶的水平线为简图的横向轴线，25层高度记为层高，取3.9m；底层柱高度，取h14.5+0.65.1m。如下:图2-1横向框架计算简图综合考虑建筑的各种功能要求，填充墙取用240mm厚的小砌块，楼板厚度取值120mm。三、荷载计算3.1 永久荷载标准值（屋面及楼面）不上人屋面：40mm C20细石混凝土内配4200钢筋网 250.04=1.0 kN/m2三元乙丙防水层 0.4 kN/m220mm1:2.5水泥砂浆保护层 200.02=0.4 kN/m21:0.2:3.5水泥粉煤灰页岩陶粒2%找坡 120.05=0.6kN/m2

14、120mm水泥聚苯保温板 0.4 kN/m220mm1:3水泥砂浆找平层 200.02=0.4 kN/m2120mm钢筋混凝土板 0.1225=3.0 kN/m2V型轻钢龙骨吊顶 0.25 kN/m2 合计 5.45kN/m21-5层楼面 瓷砖地面 0.55 kN/m2 现浇钢筋混凝土楼板（120mm） 0.1225=3.0 kN/m2 纸筋石灰抹底（15mm） 0.01516=0.24 kN/m2合计 3.79kN/m23.2 可变荷载标准值（屋面及楼面） 不上人屋面均布活荷载 0.50kN/m2 楼面活荷载 2.0kN/m2 屋面雪荷载（标准值） Sk=rSo=1.00.60=0.60kN

15、/m23.3 重力荷载计算（梁、柱、墙） 3.3.1 梁的自重（增大系数1.05） bh=300mm700mm： 250.300.71.05=5.51 kN/m 3.3.2 柱的自重（增大系数1.1） bh=600mm600mm： 250.600.601.1=9.90 kN/m 3.3.3墙重 内外墙厚240mm，两面抹灰20mm厚，砖自重为： 150.24+0.02217=4.28 kN/m 女儿墙墙高600mm，两面抹灰20mm厚，120mm厚单砖： （150.12+170.022）0.6=1.488kN/m 总重量： 1.488（58.52+17.72）=226.77kN3.4 重力荷载

16、标准值3.4.1 五层的重力荷载标准值 屋面板： 5.4558.517.7=5643.20kN 女儿墙： 226.77kN 梁重： 5.5117.716+58.545.51=2849.77kN 半层柱： (3.9-0.12)9.9641197.50kN 半层墙： (3.9-0.6)(3.9-0.7)58+(7.2-0.6)(3.9-0.7)31 +(3.3-0.6)(3.9-0.7)24.280.5=2748.79kN 0.5屋面雪荷载： 0.50.658.517.7=310.64kN 合计： 12976.67kN3.4.2 四层的重力荷载标准值 楼面板： 3.7958.517.7=3924.

17、36kN 梁重： 2849.77kN 上半层柱重+下半层柱重： 9.9（3.9-0.12）64=2395.01kN 墙重： 2748.79+(3.9-0.6)(3.9-0.7)58+(7.2-0.6)(3.9-0.7)28+ (3.3-0.6)(3.9-0.7)24.280.5=2748.79+2613.20=5361.99kN合计： 14531.13kN3.4.3 三层的重力荷载标准值 楼面板： 3.7958.517.7=3924.36kN 梁重： 2849.77kN 上半层柱重+下半层柱重： 9.9（3.9-0.12）64=2395.01kN墙重： 2613.20+(3.9-0.6)(3.

18、9-0.7)58+(7.2-0.6)(3.9-0.7)16 +(3.3-0.6)(3.9-0.7)24.280.5=2613.20+2070.84=4684.04kN 合计： 13853.18kN3.4.4二层的重力荷载标准值 楼面板： 3.7958.517.7=3924.36kN 梁重： 2849.77kN 上半层柱重+下半层柱重： 9.9（3.9-0.12）64=2395.01kN 墙重： 2070.842=4141.68kN合计： 13310.82kN3.4.5一层的重力荷载标准值 楼面板： 3.7958.517.7=3924.36kN 梁重： 2849.77kN 上半层柱重+下半层柱重

19、： 1197.50+（4.5-0.12）649.90.5=2585.08kN 墙重： 2070.84+(3.9-6)(4.5-0.7)54+(7.2-0.6)(4.5-0.7)19 +(3.3-0.6)(4.5-0.7)24.280.5=2070.84+2512.79=4583.63kN 合计： 13942.84kN3.4.6 总重力荷载代表值 活载标准值：2.058.517.7=2070.90kN 屋面处：Gew=屋面自重+0.5雪载标准值 =12976.67kN 标准层楼面处：Gei=楼面自重+0.5活载标准值 Ge4=15566.58 kN Ge3=14888.63 kN Ge2=143

20、46.27 kN 底层楼面处：Ge1=楼面自重+0.5活载标准值 =14978.29kN 四、横向框架侧移刚度计算4.1 梁、柱线刚度的计算梁线刚度的计算：梁柱混凝土的标号为，。现浇楼面可以增大梁的有效刚度，从而提高框架结构的整体性，减小了侧移。因此应对梁的惯性矩进行适当的提高，对现浇楼面的边梁取，对中梁取。 表4-1梁线刚度Ic类别Ec/(N/mm2)bh/mmmmI0/mm4/mmECI0/Nmm2ECI0/Nmm边横梁3.15104 3007008.57510972003.7510107.501010走道梁3.15104 3007008.57510933008.185101016.371

21、010表4-2柱线刚度Ic柱线刚度Ic计算层次/mmEc/(N/mm2)bh/mmmmIc/mm4ECIc/Nmm151003.15104 600600 10.81096.6710102639003.1510460060010.81098.721010 4.2 计算柱的侧移刚度侧移刚度的计算用式：柱侧移刚度修正系数 梁柱线刚度比，不同情况下，、取值不同。一般层： 底层： 表4-3柱侧向刚度D值（N/mm)层次层高 (m)柱根数N/mm2-53.9边框架边柱406460.24416786.431899618.57边框架中柱42.050.50634811.203中框架边柱280.860.30120

22、707.85中框架中柱2282.7370.57839764.5815.1边框架边柱40.8440.47314555.521218971.48边框架中柱42.690.68020925.49中框架边柱281.1230.52016001.85中框架中柱283.580.7322464.13 图4-1框架计算简图五、地震作用时水平荷载作用下框架的内力和侧移5.1 横向自振周期的计算 运用顶点位移法，质量和刚度分布均匀： 表5-1结构顶点侧移计算层次512976.6712976.671899618.570.0070.1235415566.58 28543.251899618.570.0150.128314

23、888.6343431.881899618.570.0230.113214346.2757778.151899618.570.0300.090114978.2972756.441218971.480.0600.060 由上表计算基本周期， 5.2 水平地震作用及楼层地震剪力 本工程所在场地为8度设防，设计地震分组为第一组，地震加速度为0.20g， ，查表得 高度小于40m，采用底部剪力法： 先计算底部剪力： 式中， 水平地震影响系数； 等效总荷载，多质点时取代表值的85； 又 不用考虑顶部附加水平地震作用。 则水平地震作用为： 式中：、分别为质点i、j的负荷代表值；、分别为质点i、j的理论高度

24、。地震剪力按 来计算，如下表：表5-2水平地震作用及楼层地震剪力计算层次520.712976.67268617.0692327.86 2327.86416.815566.58261518.5442266.354594.21312.914888.63192063.3271664.446258.6529.014346.27129116.4301038.047296.6915.1 14978.2976389.279662.007958.69927704.649 图5-1横向水平地震作用及层间地震剪力5.3 水平地震作用下的位移验算用D值法来验算层间剪力、层间位移和顶点位移计算如下： 各层的层间弹性位

25、移角如下所示：表5-3横向水平地震作用下的位移验算层次52327.861899618.571.22517.30839001/318444594.211899618.572.41816.08639001/161336258.651899618.573.29513.66539001/118427296.691899618.573.84110.37039001/101517958.691218971.486.5296.52951001/781 则第一层的弹性位移角最大，1/7811/550,满足要求。5.4 水平地震作用下框架内力计算 运用D值法： 柱端剪力计算如下： 柱上、下端弯矩、计算如下 式中

26、： 侧移刚度；h柱的计算高度； y-反弯点高度比（查表计算得） 反弯点高比 上下梁的相对线刚度变化的修正值 层高变化修正值 下层高与该层层高的比值 需要注意的是是根据表：倒三角形分布水平荷载下各层柱标准反弯点高度比查得。表5-4各层边柱柱端弯矩及剪力计算层次 Ky53.9 2327.86 1899618.5720707.8525.610.860.35 64.92 34.964 3.9 4594.21 1899618.57 20707.8550.540.860.40 118.26 78.843 3.9 6258.65 1899618.5720707.8568.850.860.45 147.68

27、120.832 3.9 7296.69 1899618.57 20707.8580.260.860.50156.51156.5115.1 7958.69 1218971.4816001.85103.461.120.65 184.68 342.77表5-5各层中柱柱端弯矩及剪力计算层次Y53.9 2327.86 1899618.57 39764.5848.892.7370.42110.59 80.084 3.9 4594.211899618.57 39764.58 95.852.7370.45205.60168.2233.9 6258.651899618.5739764.58131.432.73

28、70.50256.29256.2923.9 7296.691899618.5739764.58153.232.7370.50 298.80 298.8015.17958.69 1218971.48 22464.13143.263.5800.55328.78401.84 注意：弯矩的单位为,剪力的单位为kN 弯矩、剪力和轴力按下式计算：表5-6弯矩、剪力和轴力计算层号外边的梁过道梁柱子的轴力边柱N中柱N564.9234.757.213.8475.8475.843.345.96-13.84-32.124153.2290.077.233.79196.61196.613.3119.16-47.63-1

29、17.493226.52133.387.249.99291.14291.143.3176.45-97.62-243.952377.34177.417.263.16380.68380.683.3230.71-160.78-411.501341.19197.187.274.77430.39430.393.3260.84-235.55-597.57水平地震作用下的弯矩图、剪力图和轴力图如下：图5-2水平地震作用下的M图（单位：kNm)图5-3 水平地震作用下的N图（单位：kN）图5-4 水平地震作用下的V图（单位：kN） 六、横向框架在作用竖向荷载时的内力计算6.1 计算单元取三榀横向框架计算，计算

30、小单元的宽度为3.9m，如下图： 图6-1 框架计算单元（单位：mm）6.2 荷载计算 6.2.1 恒载计算图6-2 各层梁上作用的荷载 在图中，、代表横梁自重，为均布荷载形式，对于第五层， 和分别为传给横梁的梯形和三角形荷载，由几何关系可知， 、分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的荷载，它包括梁自身的重量、楼板的重量和女儿墙等的自身重量，计算如下：节点集中荷载：(a)屋面自身的重量(三角形部分)： (b)屋面自身重量（次梁传来的）（梯形部分）： (c)梁自重:女儿墙自重： 合计： 140.19kN节点集中荷载： (a)屋面自重(三角形部分)： (b)梁自重： (c)屋面自身的重量（次梁传来的）

31、（梯形部分 55.79kN （d）走道屋面板自重 （e）纵梁自重： 21.49kN合计： 144.51kN则集中力矩： 对于14层，计算的方法基本同上： 节点集中荷载： 纵梁自重： 墙自重： 纵梁传来 (a)楼面自重（三角形部分）： （b）梁自重： （c）次梁上墙重 （d）楼面自身的重量（由次梁传来的）（梯形部分) 合计： 178.30kN节点集中荷载：纵梁自重： 21.49kN墙自重： (3.9-0.6)(3.9-0.6)4.28=46.61kN 纵梁传来 (a)楼面自重（三角形部分）： 28.82kN（b）梁自重： 15.66kN （c）梁上墙重： 26.92kN （d）楼面自身的重量（由次梁传来的）（梯形部分）38.80kN （e）走道楼面板自身的重量（梯形部分） 合计： 192.37kN 则集中力矩： 6.2.2活荷载计算：活载作用下梁的荷载分布图：图6-3 各层梁上作用的活荷载对于第五层， 集中力矩： 6.2.3屋面雪荷载标准值： 则集中力矩： 同理计算可得14层雪荷载作用下的节点集中力 表6-1 各层梁上的竖向荷载标准值层次恒荷载活荷载q1q