毕业设计--中学教学楼框架结构设计.doc

河南科技大学毕业设计舟山中学教学楼建筑结构设计摘 要本毕业设计题目为舟山中学教学楼建筑结构设计。设计的内容包括建筑设计、结构设计两部分。建筑设计是在总体规划的前提下，根据设计任务书的要求，确定设计方案，画出建筑施工图。结构设计是在建筑物初步设计的基础上确定结构方案，绘制结构施工图。本毕业设计在结构设计中只选取了一榀框架为计算单元进行设计，目的是熟悉设计过程。该设计采用钢筋混凝土现浇框架结构，建筑层数为六层（层高均为3.6m），建筑高度为21.6m，建筑面积约为8000。本建筑设防烈度为7度，抗震等级为三级。本方案主体结构为纵横向承重框架。在进行荷载计算和构件截面估算后，选取了一榀框架进行计算，计算内容包括框架梁柱截面尺寸的选取及线刚度的计算；恒载、活载、风荷载作用下框架内力的计算；框架内力组合；框架梁柱配筋计算；楼梯配筋计算；板配筋计算；基础配筋计算等。框架受力钢筋主要采用级钢筋，箍筋主要采用级钢筋。整个方案设计基本符合设计和结构要求，具有一定的合理性。关键词：教学楼，框架结构，建筑设计，结构设计 ARCHITECTURAL AND STRUCTURAL DESIGN OF THE TEACHING BUILDING OF ZHOU SHAN MIDDLE SCHOOL ABSTRACT The graduation project is entitled architectural and structural design of the teaching building of zhou zhan middle school, including the architecture design and structure designing. the architectural design aims at determining the plan and draw the architectural construction drawings. After the preliminary design of buildings, the structural design is to determine the structure, and the structural construction drawings. In the structural design, select only one single frame as the calculation unit, in the aim at getting familiar with the process of design.The cast-in-place frame structure is adopted in this scheme. The building has six stories (3.6m high per story) with the total height of 21.6m and the total construction area of about 8000 square meters. According to the designing requirement, the design seismic fortification is 7th degree, the grade of ant detonation is the 3th grade. The main structure of the program is designed to resist the load in both longitudinal and transversal direction. After conduct the calculation of loads and estimation of members dimensions, take one single frame to calculate: the dimensions and linear stiffness of frame beams and columns; the internal forces of the frame under dead loads, live loads and wind loads; combination of internal forces; reinforcements of frame beams, stairs and slabs (use the III level rebar for the main reinforcements while the I level for the stirrups).The whole conceptual design accords with the design and structure demand basically, has certain rationality.KEY WORDS: Teaching building, Frame structure, Architectural design, Structural design 舟山中学教学楼建筑结构设计1前 言1第一章、 设计的基本资料21.1 初步设计资料21.2 结构选型与布置21.3 初估梁、柱截面尺寸31.3.1 梁截面尺寸31.3.2 柱截面尺寸31.4 计算简图确定及梁柱线刚度计算41.4.1 计算简图确定41.4.2 梁柱线刚度计算4第二章 荷载计算52.1 恒载标准值计算52.1.1 屋面（不上人）52.1.2 标准层楼面52.1.3 梁、柱、墙、门、窗等62.2 活荷载标准值计算72.2.1 屋面和楼面活荷载72.2.2 雪荷载72.3 竖向荷载下框架受荷总图82.3.1 AB轴间框架梁82.3.2 BC轴间框架梁9第三章 内力计算123.1 恒载作用下框架的内力123.1.1 弯矩计算123.1.2 剪力计算163.1.3 轴力计算203.2 满跨布置活载作用下框架的内力203.2.1 弯矩计算203.2.2剪力计算223.2.3 轴力计算243.3 水平地震作用下内力计算253.3.1 各楼层重力荷载代表值计算253.3.2 侧移验算273.3.3 内力计算30第四章 内力组合33第五章 截面设计与配筋计算455.1 框架梁的截面设计455.1.1 梁的正截面配筋计算455.1.3 梁的正常使用极限状态下的裂缝验算465.2框架柱的截面设计535.2.1 柱的正截面配筋535.2.2 柱的斜截面配筋计算595.3 板的配筋计算655.4 楼梯设计735.5 基础设计77 前 言 毕业设计是大学本科学期和实践的一个关键环节，通过运用所学理论知识和技能，结合实际工程，解决多层钢筋混凝土框架的建筑和结构设计的问题，提高分析问题、综合解决实际工程中技术问题的能力，同时也是深化和拓展所学知识的一次重要的实践机会，是对大学期间所学专业知识的全面结。 本文设计课题为洛阳市商业银行大楼建筑结构设计，建筑为地上六层钢筋混凝土框架结构，设计主要依据毕业设计任务书、建筑地基基础设计规范、建筑荷载规范、建筑抗震设计规范、混凝土结构设计规范、房屋建筑制图统一标准、建筑结构制图标准、砌体结构设计规范、建筑结构设计手册、建筑结构设计综合手册、钢筋混凝土结构构造手册、有关标准图集和相关教科书及其他专业书及相关规定、图集等。 在结构方案设计中，结构平面采取规则均匀对称布置，结构传力途径明确，有利于结构内力计算。在结构计算中，选取一品横向框架为计算单元，竖向内力采用弯矩二次分配法，水平地震作用采用底部剪力法，根据抗震要求进行内力调整，保证框架结构的延性设计，根据内力组合选取最不利内力，然后按混凝土结构设计规范进行截面设计。 在设计过程中，在教研室各位老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算，加深了对设计规范、建筑法规、施工手册等相关内容的理解与记忆。巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力，初步达到了毕业设计的目的与要求。鉴于编者水平有限，时间也比较紧迫，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。 王志刚 2013年5月 第一章、 设计的基本资料1.1 初步设计资料一、 建设地点：洛阳市二、 工程名称：舟山中学教学楼建筑结构设计三、 温度：最热月平均,最冷月平均，极端最高温，极端最低温四、 建筑场地类别：类场地土五、 地震设防烈度为7度六、 风压忽略不计，屋面雪荷载标准值为0.31.2 结构选型与布置一、 结构体系选型：采用钢筋混凝土现浇框架结构体系。二、 屋面结构：不上人屋面，采用现浇混凝土肋型屋盖，刚柔性结合的屋面，屋面板厚100mm。三、 楼面结构：采用现浇混凝土现浇，板厚100mm。四、 楼梯结构：采用钢筋混凝土梁式楼梯。五、 柱的平面布置图如下所示，1.3 初估梁、柱截面尺寸 底层柱高暂取，其余各层取层高。1.3.1 梁截面尺寸梁截面高度按梁跨度的进行估算，梁宽按梁高估算。另由抗规梁截面尺寸规定估算如下： 纵梁 ，取 ， 取横梁 AB跨 ，取 ， 取 BC跨 ，取 ， 取混凝土强度等级横梁纵梁AB跨BC跨C30300600300450300600 注：C30 ， 楼盖及屋盖均采用现浇混凝土结构，楼板厚度取为.1.3.2 柱截面尺寸 根据轴压比进行估算。各层重力荷载近似取13，由蛛网布置图可知边柱及中柱的负载面积分别为 边柱 ， 中柱 柱取相同尺寸，按中柱计算。 故柱截面取为矩形，尺寸均为1.4 计算简图确定及梁柱线刚度计算1.4.1 计算简图确定取一榀横向中框架分析。取顶层柱的形心线作为框架柱轴线，各层柱轴线重合，层柱计算高度取为层高3.6m,底层柱计算高度从基础梁顶面取至一层板底。确定计算简图如下：1.4.2 梁柱线刚度计算梁： AB跨横梁 BC跨横梁 纵梁 柱： 根据公式及求线刚度如下：梁： 柱： 取,计算相对线刚度已标注在计算简图中。第二章 荷载计算2.1 恒载标准值计算2.1.1 屋面（不上人）防水层：三毡四油上铺小石子 找平层：20厚水泥砂浆 保温层兼找坡：20厚泡沫混凝土 结构层：100厚现浇钢筋混凝土板 抹灰层：10厚混合砂浆 合计： 3.572.1.2 标准层楼面瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 结构层 ： 抹灰层 ： 合计： 3.222.1.3 梁、柱、墙、门、窗等一、 梁 结构： 抹灰层：10厚混合砂浆 -合计： 3.92结构： 抹灰层：10厚混合砂浆 -合计： 2.75次梁 结构： 抹灰层： -合计： 2.31二、 柱 结构： 抹灰层： -合计： 7.87三、 墙 内、外墙均选用混凝土空心小砌块，尺寸为，自重为.1、 外纵墙（1） 标准层 铝合金窗 水泥粉刷内墙面 水刷石外墙面 - 合计： 3.83 （2） 底层： 铝合金窗 水泥粉刷内墙面 水刷石外墙面 - 合计： 6.08 2、 内纵墙标准层 水泥粉刷墙面 铝合金窗 -合计： 3.41kN/m2.2 活荷载标准值计算2.2.1 屋面和楼面活荷载根据荷载规范page14查得：不上人屋面：0.5楼面： 房间：2.5 走廊：3.52.2.2 雪荷载 由设计任务书可知，屋面雪荷载标准值为 屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取大值，故取0.5分析。2.3 竖向荷载下框架受荷总图2.3.1 AB轴间框架梁一、 屋面板传荷载： 板传至梁上的三角形或梯形荷载，为简化计算近似等效为均布荷载，荷载的传递示意图如下：恒载： 活载： 二、 楼面板传荷载：恒载： 活载： 三、 梁自重：3.92四、 AB轴间框架梁均布荷载为：屋面梁： 恒载=梁自重+板传荷载 = 活载=板传荷载 =楼面梁： 恒载=梁自重+板传荷载 活载=板传荷载 =2.3.2 BC轴间框架梁一、 屋面板传荷载：恒载： 活载： 二、 楼面板传荷载：恒载： 活载： 三、 梁自重：2.75四、 BC轴间框架梁均布荷载为：屋面梁： 恒载=梁自重+板传荷载 = 活载=板传荷载 =楼面梁： 恒载=梁自重+板传荷载 = 活载=板传荷载 2.3.3 A轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱：女儿墙自重（做法：墙高800mm,100mm的混凝土压顶）： 顶层柱恒载=女儿墙自重+梁自重+板传荷载 顶层柱活载=板传活载 =标准层柱恒载=墙自重+梁自重+板传荷载 标准层柱活载=板传活载 2.3.4 C轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱恒载=女儿墙自重+梁自重+板传荷载 顶层柱活载=板传活载 标准层柱恒载=梁自重+板传荷载 标准层柱活载=板传活载 基础顶面恒载=基础梁自重 2.3.5 B轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱恒载=梁自重+板传荷载 顶层柱活载=板传活载 标准层柱恒载=墙自重+梁自重+板传荷载 标准层活载=板传活载 基础顶面恒载=底层纵墙自重+基础梁自重 框架在竖向荷载作用下的受荷总图如下图所示（图中数值均为标准值）：第三章 内力计算为简化计算，考虑如下几种单独受荷情况：(1)用满布荷载法计算恒载作用下框架的内力计算；(2)用满布荷载法计算活载作用下框架的内力计算；(3)水平地震作用（从左向右，或从右向左）。在内力计算分析前，还应计算节点各杆的弯矩分配系数以及在竖向荷载作用下各杆端的固端弯矩。 固端弯矩的计算简图 3.1 恒载作用下框架的内力3.1.1 弯矩计算 可根据上式求得各杆端的固端弯矩如下： 根据梁柱的相对线刚度，弯矩分配系数计算如下：六层： 二五层： 一层： 用弯矩二次分配法计算框架内力，传递系数为1/2，各节点分配两次即可。如下图：恒载作用下的弯矩图如下所示，3.1.2 剪力计算梁： 柱： 由上述简图及推导公式计算剪力如下：一、 梁：六层： 五层： 四层： 三层： 二层： 底层： 二、 柱：A轴： B轴： C轴： 恒载作用下框架的剪力图如下图所示，3.1.3 轴力计算根据竖向受荷总图和剪力图可得柱轴力，恒载作用下轴力图如下，3.2 满跨布置活载作用下框架的内力3.2.1 弯矩计算固端弯矩：六层： 一五层： 梁柱线刚度计算恒载弯矩时已得知，根据弯矩二次分配法计算框架弯矩，传递系数为1/2，各节点分配两次即可。活载作用下框架弯矩如下图：3.2.2剪力计算梁： 五层： 四层： 三层： 二层： 底层： 活载作用下框架的剪力图如下图所示，3.2.3 轴力计算根据竖向受荷总图和剪力图可得柱轴力，恒载作用下轴力图如下，3.3 水平地震作用下内力计算 根据抗震规范page182知，洛阳市抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，第二组；page49可知，抗震等级为三级；由设计任务书可知，建筑场地类别为类场地土。3.3.1 各楼层重力荷载代表值计算采用混凝土空心小砌块：自重为，窗洞口取为，女儿墙高为门洞口取。一、 顶层恒载：1、 梁板自重：2、 框架柱自重：3、 围护砌体：A轴： B轴：C轴：0（栏杆忽略不计）轴：轴线等：轴同轴：26.55kN4、女儿墙：活荷载：5、雪载：二、 三五层恒载：1、 梁板自重：2、 框架柱自重：3、 围护砌体：A轴：B轴：C轴：0、轴：轴线等：活载： 三、 二层 梁板自重和框架柱自重与三层相同，仅围护砌体中B轴与其不同为， 四、 底层1、 梁板自重：3229.102、 框架柱：3、 围护砌体：A轴： B轴： C轴：0、轴：轴线等:活载： 3.3.2 侧移验算一、 横梁线刚度为了简化计算，框架梁截面惯性矩增大系数均取为1.5AB跨梁：BC跨梁：二、 柱的线刚度底层： 其它层：三、 框架柱的侧移刚度D值 柱的抗侧移刚度修正系数采用下列公式计算：计算简图如下： 一般层 底层,下面固支 一般层： 底层： D柱A0.4920.19713680柱B1.1520.36525347柱C0.660.24817222二六层框架柱的侧移刚度D值 底层框架柱的侧移刚度D值 D柱A0.6150.42615147柱B1.440.56420053柱C0.8250.46916676 1、 框架自振周期的计算按公式计算 四、 水平地震作用标准值及位移计算多遇地震下，设防烈度7度，查抗规page33表，II类场地，设计地震分组二组，。page34可知，建筑结构的阻尼比应取0.05，阻尼调整系数，衰减指数。计算地震影响系数，由于，故顶部附加地震作用系数为，由抗规page35得结构总水平地震作用标准值计算如下， 各层水平地震作用标准值，楼层地震剪力及楼层层间位移计算见下表， 层Gi(kN)Hi(m)GiHi Fi(kN)Vi（k N） 64437.522.5998444032882962965062410.000655167.1718.997660290 586 0.001245167.1715.379058235 821 0.001635167.1711.7 604561791000 0.002025220.988.142290126 1126 0.002215328.994.52398071 1197 4668840.0026 根据抗震规范page43验算框架抗震变形。由表中数据特征，只需验算底层和二层变形即可，底层 二层 3.3.3 内力计算一、 框架柱剪力和柱端弯矩标准值利用以下公式， ， ， 需要利用反弯点法求解各点处剪力。下表为框架柱剪力和柱端弯矩标准值， 柱层 A柱63.6296506241155380.027 7.990.4920.246 7.08 21.69 53.65861553815.82 0.35 20.50 37.02 43.6821 1553822.17 0.446 35.60 44.2233.610001553827.000.45 43.74 53.4623.611261553830.40 0.44949.14 60.30 14.5 1197 466884229730.032 38.300.6150.700 120.6451.70 B柱63.6296506241266840.050 14.80 1.1520.35819.07 34.2053.6586 2668429.30 0.45 47.47 58.0143.6821 2668441.05 0.458 67.68 80.1033.61000 2668450.00 0.500 90.00 90.00 23.61126 2668456.30 0.500 101.34101.34 14.51197 466884298430.043 51.47 1.440.672 155.64 75.97 C柱63.6296506241266840.034 10.06 0.660.30 10.86 25.35 53.6586 2668419.92 0.40 28.68 43.0343.6821 2668427.91 0.4545.21 55.26 33.61000 2668434.00 0.45 55.0867.3223.61126 2668438.28 0.526 72.49 65.32 14.51197 466884298430.036 43.09 0.8250.65 126.0467.87 二、 梁端剪力和柱端轴力标准值利用以下公式：边柱梁： 梁端剪力和柱端轴力标准值见下表， 梁端剪力和柱端轴力标准值层AB跨梁端剪力BC跨梁端剪力柱轴力L(m)Mb左Mb右VbL(m)Mb左Mb右VbA柱kNB柱kNC柱kN66.621.6914.605.502.119.6025.3521.40 -5.50-15.9021.40544.10 32.9111.6744.17 53.89 46.70 -17.17-50.9368.10464.72 54.43 18.05 73.05 83.9474.76 -35.22-107.64142.86389.06 67.33 23.7090.35 112.53 96.61-58.92-180.55239.472104.04 81.70 28.14 109.64 120.40 109.54-87.06-261.95349.011100.8475.71 26.75 101.60 140.36115.22 -113.81-350.42464.23由以上计算数据可作出水平地震作用下框架的弯矩图。如下所示，第四章 内力组合一、梁内力组合，考虑塑性内力重分布性质，应适当降低梁端弯矩，调幅系数为0.8.二、 梁端负弯矩减少后，应按平衡条件计算调幅后的跨中弯矩。梁跨中正弯矩至少应取按简支梁计算的跨中弯矩的一半。如为均布荷载则 。三、 活荷载的跨中弯矩的值应乘以1.1扩大系数。四、 梁内力组合前应取控制截面处的剪力和弯矩：，五、 梁，柱内力组合时取三种组合形式：永久荷载控制下：1.35恒+0.71.4活；可变荷载控制下：1.2恒+1.4活；地震组合下：1.2（恒+0.5活）+1.3地震六、 按规范，梁端剪力抗震调整，三级抗震，剪力设计值应按下式调整：七、 按规范，柱端弯矩应符合下式要求，节点上下节点弯矩按调整前的数值进行比例分配。八、 按规范，柱端剪力应符合下式要求。九、 数据统计结果见附表。第五章 截面设计与配筋计算混凝土强度：C30，钢筋强度 ： 5.1 框架梁的截面设计5.1.1 梁的正截面配筋计算 以底层AB跨梁为例，说明计算方法。梁AB（），从附表中查的梁的跨中及支座截面的最不利内力， 跨中截面 支座截面跨中：跨中截面为正弯矩且梁板现浇，故按T形截面计算。 根据砼规page30确定受压区有效翼缘计算宽度，；，故取最小值。，故属于第一类T形截面。 实际配筋为320，上部按构造配筋即可。将跨中截面的钢筋全部伸入支座，作为支座负弯矩作用下的受压钢筋，据此计算支座上部纵向受拉钢筋的数量。支座A：按构造配筋即可，为方便布置钢筋，实配钢筋320，。同理可知，支座B实配钢筋320，。其他梁实际配置纵向钢筋见附表。5.1.2 梁的斜截面配筋计算以一层AB跨B截面为例说明计算方法， 故按构造配筋即可，选用， ，满足砼规page54要求； ，满足砼规page56要求。 框架梁配置箍筋见附表。5.1.3 梁的正常使用极限状态下的裂缝验算 根据砼规page88对梁进行裂缝验算，以底层AB跨支座左截面A为例说明验算方法如下， ， 最大裂缝宽度满足砼规page12限值要求，其它裂缝验算见附表。5.2框架柱的截面设计5.2.1 柱的正截面配筋 以第一层B轴柱为例说明计算方法。从内力组合表中选择恒载控制，活载控制，地震作用的左震和右震，四种组合分别计算，取最大值配筋。柱尺寸为，查砼规page37知C30混凝土系数，。活载控制：恒载控制：左震控制：右震控制：一、 活载控制1、 判断构件是否需要考虑附加弯矩取，杆端弯矩比：0.9,轴压比：0.9,截面回转半径：，长细比：1.0取1.0 1.0取1.0 ，取，,故按规范为小偏心。3、 配筋计算若为大偏心，先求，判断若成立，则，若不成立，则。再求，若，则 若，则.。若为小偏心，则，且配筋用公式：。按本过程算出配筋面积。本组数据计算如下：小偏心：， 并且对称配筋，面积为， 0(其中，若0.15，,否则,非抗震组合时取1.0),按构造配筋即可,选用，实际配筋率为0.76%.4、验算垂直于弯矩作用平面内受压承载力，由砼规page43知，则轴力应满足下式： 验算： 满足要求。二、 恒载控制 1、 判断构件是否需要考虑附加弯矩取，杆端弯矩比： 0.9轴压比： 0.9截面回转半径：长细比： 故不需考虑构件的二次弯矩。2、 判断大小偏心 ，取，,故按规范为小偏心。3、 计算配筋，对称配筋，0,按构造配筋即可,选用，实际配筋率为0.76%.4、 验算垂直于弯矩作用平面内受压承载力，由砼规page43知，则轴力应满足下式： 验算： 满足要求。三、 左震控制1、判断构件是否需要考虑附加弯矩取，杆端弯矩比： 0.9轴压比： 0.9截面回转半径：长细比： ,故按规范为大偏心构件。3、 计算配筋，因为,，按构造要求，选用，实际配筋率为0.76%，满足抗震要求的最小配筋率0.75%.4、 验算垂直于弯矩作用平面内受压承载力，查砼规page43得，则轴力应满足右式： N验算： ，满足要求。四、 右震控制1、 判断构件是否需要考虑附加弯矩取，杆端弯矩比： 0.9轴压比： 0.9截面回转半径：长细比： 故不需考虑构件的二次弯矩。2、 判断大小偏心 ，取，,故按规范为小偏心。3、 计算配筋，对称配筋，3，取 满足砼规page61要求，且，4，故可按构造配筋，初选。二、 构造要求根据砼规page123验证构造要求如下，a. 柱中纵筋，b. 2，B柱2，且则，满足受剪截面要求。2. 验算：配置箍筋后，满足要求。其余柱子斜截面配筋见附表。5.3 板的配筋计算一、 基本资料： 楼板厚度为100mm，主梁尺寸为，次梁尺寸为，采用塑性理论进行计算。恒荷载：屋面：；楼面：活荷载：房间即B、D板块为； 走廊即A、D板块为。混凝土：C30（）钢筋：()二、 楼盖结构平面图如下所示，YX三、 配筋计算1、 作用于板上的荷载设计值恒载较接近，故取大值计算，荷载设计值为，房间：走廊：2、 将楼盖划分为A、B、C、D四种区格板，根据砼规page111，均按双向板进行计算。每区格板取其中，为短跨跨长，为长跨跨长。板计算跨度A:， B:， C:， D：， （1） 区格板Aa.弯矩计算跨内正弯矩塑性绞线上总弯矩为 支座边负塑性绞线上总弯矩为： 由公式得，解上式得，于是有 b.配筋计算跨中截面，支座截面近似取由于A区格板为角区格板，故可不进行弯矩的折减。另外板中配筋率通常较低，故近似取进行计算。Y方向跨中 Y方向支座 故Y方向跨中选8180，As=279mm2/m,支座选用10180，As=436mm2/mX方向跨中 X方向支座 故X方向跨中选8180，As=279mm2/m，支座选用10180，As=436mm2/m（2） 区格板Ba.弯矩计算 带入下式解得， b.配筋计算由于B区格板为角区格板，故可不进行弯矩的折减。另外板中配筋率通常较低，故近似取进行计算。跨中截面，支座截面近似取Y方向跨中 Y方向支座 故Y方向跨中支座均选10180，As=436mm2/mX方向跨中 X方向支座 故X方向跨中支座均选10180，As=436mm2/m(3) 区格板Ca. 弯矩计算 支座边负塑性绞线上总弯矩为 由公式得，解上式得，于是有 b.配筋计算跨中截面，支座截面近似取 C区格四周有梁支承，其跨中和支座截面弯矩均可折减。沿y方向，因，故折减系数取为0.9。截面配筋计算如下： Y方向跨中 Y方向支座 跨中截面选8180，As=279mm2/m.支座选用10180，As=436mm2/m 沿X方向，C区格板属于中间跨，故其跨中及支座截面的弯矩均可降低20%。X方向跨中 X方向C-A板共界支座,因A区格板属于角区格板，支座截面弯矩