土木工程毕业设计---教学楼设计.doc

*毕业设计(论文)*教学楼设计院 系 ：*专业（班级）：*姓名：*学号:*指导教师：*职称：高 工完成日期： 2012 年 5 月 20日 目 录1 概述 22 结构设计 22.1 结构布置及荷载计算 22.1.1 初估梁柱截面尺寸 22.1.2材料强度等级 32.1.3 梁间荷载计算 32.2 楼梯配筋设计 52.3 板的配筋设 142.3.1标准层板的配筋设计 143 模板设计 173.1 参数信息173.2 模板面板计算173.3 梁底支撑方木的计算203.4 梁底支撑钢管的计算223.5 扣件抗滑移计算223.6 立杆的稳定性计算23 *教学楼1 概 述 随着时代的发展和科技的进步，人们的生活水平也在不断提升。近年来框 架结构在世界各地又有了很大的发展，许多城市普遍兴建了包括商场、住宅、旅馆、办公楼和多功能建筑等各种类型的框架建筑，而建筑是社会和科技发展所需要的“衣、食、住、行”的之首。它在任何一个国家的国民经济中都占有举足轻重的地位. 作为土木工程专业的一名本科毕业生，毕业设计是学生在毕业前半年的最后学习和综合训练的实践性学习环节，是学生学习、研究与实践成果的全面总结；是学生综合素质与实践能力培养效果的全面检验；也是衡量高等教育质量和办学效益的重要评价内容 。因此，我们应该培养独立解决建筑设计、结构设计，施工模板设计及工程预算的内容和步骤，及掌握建筑施工图结构施工图绘制的方法，为今后工作打下良好的基础。2 结构设计2.1 结构布置及荷载计算 2.1.1 初估梁柱截面尺寸 （1） 框架梁截面尺寸：框架梁的截面尺寸应该根据承受竖向荷载的大小、梁的跨度、框架的间距、是否考虑抗震设防要求以及选用的混凝土材料强度等诸多因素综合考虑确定。 一般情况下，框架梁的截面尺寸可参考受弯构件按下式估算：梁高h=(1/81/12)l，其中l为梁的跨度。梁宽b=(1/21/3)h。在抗震结构中，梁截面宽度不宜小于200mm，梁截面的高宽比不宜大于4，梁净跨与截面高度之比不宜小于4。 （2） 框架柱截面尺寸：框架柱的截面形式通常大多为方形、矩形。柱截面的宽与高一般取层高的1/151/20。多层房屋中，框架柱截面的宽度和高度不宜小于300mm；高层建筑中，框架柱截面的高度不宜小于400mm，宽度不宜小于350mm。柱截面高度与宽度之比为12。柱净高与截面高度之比宜大于4。 为了减少构件类型，简化施工，多层房屋中柱截面沿房屋高度不宜改变 在计算中，还应注意框架柱的截面尺寸应符合规范对剪压比、剪跨比、轴压比限值的要求，如不满足应随时调整截面尺寸，保证柱的延性。抗震设计中柱截面尺寸主要受柱轴压比限值的控制，如以表示柱轴压比的限值，则柱截面尺寸可用如下经验公式粗略确定：式中；a柱横截面面积，单位m2，取方形时边长为a；n验算截面以上楼层层数；f验算柱的负荷面积，可根据柱网尺寸确定，单位m2；fc混凝土轴心抗压强度设计值；框架柱最大轴压比限值，一级框架取0.7，二级框架取0.8，三级框架取0.9。地震及中、边柱的相关调整系数，7度中间柱取1、边柱取1.1，8度中间柱取1.1、边柱取1.2；g结构单位面积的重量(竖向荷载)，根据经验估算钢筋混凝土高层建筑约为1218knm2。 2.1.2 材料强度等级 1、 混凝土的强度等级：抗震等级为一级的框架梁、柱和节点不宜底于c30，其他各类构件不应底于c20。 2、 钢筋的强度等级：纵向钢筋宜采用ii、iii级变形钢筋，箍筋宜采用i、ii级钢筋。 2.1.3 梁间荷载计算 1 2-2轴内墙自重：标准层纵墙：（3.9m-0.7m）0.18m18=10.368 kn/m水泥粉刷内墙面：23.25m0.36 kn/=2.34 kn/m合计： 12.708kn/设计时取12.82. 1-1轴外墙自重：无窗标准层纵墙：（3.9m-0.7m）0.24m18=13.824 kn/m水泥粉刷内墙面：3.2m0.36 kn/=1.152 kn/m水泥粉刷外墙涂料：（3.9-2.1）m0.5 kn/=0.9kn/m合计：15.876kn/设计时取15.9有窗标准层纵墙：（3.9m-0.7m-2.1m）0.24m18=4.752 kn/m水泥粉刷内墙面：1.1m0.36 kn/=0.396 kn/m铝合金窗：0.35 kn/2.1m=0.735 kn/m水泥粉刷外墙涂料：（3.9-2.1）m0.5 kn/=0.9kn/m合计：6.783 kn/设计时取7.03. a-a轴墙自重：外墙纵墙：（3.9-2.1-0.5） m0.24m18=5.612 kn/m水泥粉刷外墙涂料：（3.9-2.1）m0.5 kn/=0.9kn/m水泥粉刷内墙面：1.8m0.36 kn/=0.0.648 kn/m铝合金窗：0.35 kn/2.1m=0.735 kn/m合计： 7.895kn/设计时取8.04 c-c轴内墙自重：标准层纵墙：（3.9-2.1-0.5） m0.18m18=4.212 kn/m水泥粉刷内墙面：23.25m0.36 kn/=2.34 kn/m铝合金窗：0.35 kn/2.1m=0.735 kn/m合计： 7.287kn/pkpm时取7.55. d-d轴走廊墙自重：外墙纵墙：1.3m0.24m18=5.616kn/m水泥粉刷外墙涂料：1.3m0.5 kn/=0.65kn/m水泥粉刷内墙面：1.3m0.36 kn/=0.468 kn/m合计： 6.734kn/设计时取6.86. 屋面女儿墙荷载：外墙纵墙：1.6m0.24m18=6.912 kn/m水泥粉刷外墙涂料： 1.6m0.5 kn/=0.8kn/m水泥粉刷内墙面：1.6m0.36 kn/=0.576 kn/m合计： 8.288kn/设计时取8.52.2 楼梯配筋设计 2.2.1 设计资料楼梯三层平面尺寸示意如图1所示，二层楼面建筑标高为11.70m，开间3900mm，进深5400mm，踏步高162.5mm，宽260mm，楼面面层为30mm厚水磨石，梁板的天花抹灰为20mm厚混合砂浆，楼面活荷载标准值为2.5kn/m2，混凝土强度等级采用c25。当d10mm时，钢筋采用hpb235级，当d12mm时，钢筋采用hrb335级。图1 楼梯建筑平面示意图 2.2.2 结构平面布置 采用板式楼梯，板式楼梯由梯段板、平台板和平台梁组成。根据经验，板式楼梯的梯段板厚一般采取： 取；平台板厚按跨高比要求，取 单向板最小厚度为，取。 平台梁tl-1:；平台梁tl-2:平台梁tl-3:。板式楼梯结构平面布置图如下图所示。图 2 楼梯结构平面布置图 图 3 楼梯结构平面布置图 2.2.3 梯段板的设计(tb-1) （1） 梯段板按斜放得简支梁计算。荷载计算（取1m板宽计算）楼梯斜板的倾角：；踏步重：；斜板重：；面层重：；板底抹灰重：；恒荷载标准值： ；活荷载标准值：；根据建筑结构荷载规范的规定，荷载设计值为取荷载设计值。 （2） 内力计算。考虑到梯段板与平台板整浇，平台对斜板的转动变形有一定的约束作用，故计算板得跨中正弯矩时，常近似取弯矩图见（图4）=14.68图4 梯段板（tb-1）弯矩图 （3） 配筋计算（），选用钢筋514 相邻两根之间间距（）。配筋图见（图5）图5梯段板（tb-1）配筋图 2.2.4 平台板的设计（pb-1） 平台板一般设计成单向板，可取宽板带进行计算。 （1） 荷载计算（取1m板宽计算）。平台板自重：；面层重：；板底抹灰重：；恒荷载标准值：；活荷载标准值：；根据建筑结构荷载规范的规定，荷载设计值为取荷载设计值。 （2） 内力计算由于两端与平台梁整浇，故计算跨度取支承中心线间的距离，即板跨中弯矩弯矩图见（图6）=1.489knm图6 平台板的设计（pb-1）弯矩图 （3） 配筋计算，选用钢筋 58 间距为 （）。配筋图见（图7） 图7 平台板的设计（pb-1）配筋图 2.2.5 平台梁的设计 tl-1、tl-3（考虑到两者的受力及尺寸的一致性，两者配筋相同）： （1） 荷载计算。梯段板传来的荷载：；平台板传来荷载：；梁自重：；荷载设计值：。 （2） 内力计算计算跨度： 取。跨中弯矩：弯矩图见图（图8）。=49.60knm图8 平台梁tl-1、tl-3弯矩图支座剪力： （3） 配筋计算（）1） 纵向配筋计算（按倒l形截面）。2） 翼缘宽度：取最小值。判断截面类型：属于第一类t形截面。选用钢筋416（实配面积）。满足最小配筋率要求。3） 腹筋计算。截面校核：截面尺寸满足要求。不需按计算配置箍筋，可按混凝土结构设计规范可知：s大于200mm,d不小于4mm,所以取8200.配筋图见图9图9平台梁tl-1、tl-3配筋图 tl-2： (1) 荷载计算。平台板传来荷载：梁自重：；荷载设计值：。 (2) 内力计算。计算跨度： 取。跨中弯矩：弯矩图见（图10）=10.90knm图10平台梁tl-2弯矩图支座剪力：（去支座边缘截面处剪力） (3) 配筋计算（）。1) 纵向配筋计算（按倒l形截面）。2) 翼缘宽度：取最小值。判断截面类型：属于第一类t形截面。选用钢筋214（实配面积 ）。满足最小配筋率要求。3) 腹筋计算。截面校核：截面尺寸满足要求。 不需按计算配置箍筋，可按混凝土结构设计规范可知：s不大于,d不小于，所以取：6-200。配筋图见（图11）图11 平台梁tl-2配筋图2.3 板的配筋设计 2.3.1 标准层板的配筋设计 （1）设计基本资料： 房间编号：标准层房间编号 18，见（图12）楼板厚度为100mm，两个方向勒梁宽度均为250mm，纵、横向梁截面高度分别为650mm，450mm。楼面恒载(包括楼板、楼板面层及吊顶抹灰等)为5.0kn/。楼面活荷载为2.0kn/。混泥土强度等级为c25（=11.9n/），钢筋为hpb235级（=210n/）。按塑性铰理论计算内力并配置钢筋。 图 12 标准层房间编号（2）将跨内正弯矩区钢筋在离支座/4处截断一半，则跨内正塑性铰线上的总弯矩、应按下式计算：=（-/42）+/4/22=（-/4）同理作用于板面上的荷载设计值为p=1.25.0+1.42.0=8.8kn/板的计算跨度：=6.5-0.25=6.25m ，=4.5-0.25=4.25m =（6.25/4.25）=1.471） 弯矩计算跨内正塑性铰线上的总弯矩为 =3/4=3/44.25=3.19 =（6.25-4.25/4）1.47=7.63支座边负塑性铰线上的总弯矩为 由公式: 解上式可得/m，于是有 .m/m .m/m 2) 配筋计算 跨中截面取，；支座截面近似取。由于板四周均有整体现浇梁支撑，故其跨中及支座截面弯矩应予以折减。另外，板中配筋率一般较低，故近似地取内力臂系数进行计算。 y方向跨中 y方向支座 故y方向跨中选 x方向跨中 x方向支座故x方向跨。3） 配筋图（图13） 图 13 楼板配筋图 3 模板设计3.1参数信息梁截面宽度 b(m)：0.25；梁截面高度 d(m)：0.65；混凝土板厚度(mm)：100.00；立杆沿梁跨度方向间距la(m)：0.90；立杆上端伸出至模板支撑点长度a(m)：0.10；立杆步距h(m)：1.60；板底承重立杆横向间距或排距lb(m)：1.50；立杆承重连接方式：双扣件，考虑扣件质量及保养情况，取扣件抗滑承载力折减系数：1.00；新浇混凝土重力密度(kn/m3)：24.00；模板自重(kn/m2)：0.30；钢筋自重(kn/m3):1.50；施工均布荷载标准值(kn/m2)：2.0；新浇混凝土侧压力标准值(kn/m2)：17.8；振捣混凝土对梁底模板荷载(kn/m2)：2.0；振捣混凝土对梁侧模板荷载(kn/m2)：4.0；木材弹性模量e(n/mm2)：10000.0；木材抗压强度设计值fc(n/mm)：13.0；木材抗弯强度设计值fm(n/mm2)：15.0；木材抗剪强度设计值fv(n/mm2)：1.6；3.2模板面板计算3.2.1梁侧模板荷载计算按施工手册，新浇混凝土作用于模板的最大侧压力，按下列公式计算，并取其中的较小值: f=0.22t12v1/2 f=h其中 - 混凝土的重力密度，取24.000kn/m3； t - 新浇混凝土的初凝时间，取2.000h； t - 混凝土的入模温度，取20.000； v - 混凝土的浇筑速度，取1.500m/h； h - 混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面总高度，取0.750m； 1- 外加剂影响修正系数，取1.200； 2- 混凝土坍落度影响修正系数，取1.150。分别计算得 17.848 kn/m2、18.000 kn/m2，取较小值17.848 kn/m2作为本工程计算荷载。3.2.2梁侧模板面板的计算面板为受弯结构,需要验算其抗弯强度和刚度。强度验算要考虑新浇混凝土侧压力和振捣混凝土时产生的荷载；挠度验算只考虑新浇混凝土侧压力。次楞的根数为3根。面板按照均布荷载作用下的两跨连续梁计算。 q 面板计算简图(单位：mm)强度计算材料抗弯强度验算公式如下： m/w f其中，w - 面板的净截面抵抗矩，w = 551.31.3/6=15.49cm3； m - 面板的最大弯矩(nmm)； - 面板的弯曲应力计算值(n/mm2) f - 面板的抗弯强度设计值(n/mm2)；按照均布活荷载最不利布置下的两跨连续梁计算：m = 0.125ql2其中 ，q - 作用在模板上的侧压力，包括：新浇混凝土侧压力设计值: q1= 1.20.517.85=10.709kn/m；振捣混凝土荷载设计值: q2= 1.40.54=2.8kn/m；计算跨度: l = (650-100)/(3-1)= 275mm；面板的最大弯矩 m= 0.125(10.709+2.8)(650-100)/(3-1)2 = 3.7104nmm；面板的最大支座反力为: n=1.25ql=1.25(10.709+2.800)(650-100)/(3-1)/1000=11.67kn；经计算得到，面板的受弯应力计算值: = 3.7104/ 1.2104=3.1n/mm2；面板的抗弯强度设计值: f = 13n/mm2；面板的受弯应力计算值 =3.1n/mm2 小于 面板的抗弯强度设计值 f=13n/mm2，满足要求！ .挠度验算 = 0.521ql4/(100ei)=l/250 q-作用在模板上的新浇筑混凝土侧压力线荷载设计值: q = q1= 10.709n/mm； l-计算跨度: l = (650-100)/(3-1)=275mm； e-面板材质的弹性模量: e = 6000n/mm2； i-面板的截面惯性矩: i = 551.31.31.3/12=10.07cm4；面板的最大挠度计算值: = 0.52110.709(650-100)/(3-1)4/(100600010.07104) = 0.57 mm；面板的最大容许挠度值: = l/250 =(650-100)/(3-1)/250 = 1.1mm；面板的最大挠度计算值 =0.57mm 小于 面板的最大容许挠度值 =1.1mm，满足要求！3.2.3梁底模板计算面板为受弯结构,需要验算其抗弯强度和挠度。计算的原则是按照模板底支撑的间距和模板面的大小,按支撑在底撑上的两跨连续梁计算。强度验算要考虑模板结构自重荷载、新浇混凝土自重荷载、钢筋自重荷载和振捣混凝土时产生的荷载；挠度验算只考虑模板结构自重、新浇混凝土自重、钢筋自重荷载。本算例中，面板的截面惯性矩i和截面抵抗矩w分别为: w = 9001313/6 = 2.54104mm3； i = 900131313/12 = 1.65105mm4；q 抗弯强度验算按以下公式进行面板抗弯强度验算： = m/wf钢筋混凝土梁和模板自重设计值(kn/m)：q1=1.2(24.00+1.50)0.65+0.250.90=18.17kn/m；施工荷载与振捣混凝土时产生的荷载设计值(kn/m)：q2=1.4(2.00+2.00)0.90=5.040kn/m；q=18.17+5.040=23.21kn/m；最大弯矩及支座反力计算公式如下:mmax=0.125ql2= 0.12523.211502=6.53104nmm；ra=rc=0.375q1l+0.437q2l=0.37518.2250.15+0.4375.040.15=1.356knrb=1.25ql=1.2523.2650.15=4.362kn =mmax/w=6.53104/2.54104=2.6n/mm2；梁底模面板计算应力 =2.6 n/mm2 小于 梁底模面板的抗弯强度设计值 f=13n/mm2，满足要求！.挠度验算根据建筑施工计算手册刚度验算采用标准荷载，同时不考虑振动荷载作用。最大挠度计算公式如下：= 0.521ql4/(100ei)=l/250其中，q-作用在模板上的压力线荷载:q =q1/1.2=15.188kn/m； l-计算跨度(梁底支撑间距): l =150.00mm； e-面板的弹性模量: e = 6000.0n/mm2；面板的最大允许挠度值: =150.00/250 = 0.600mm；面板的最大挠度计算值: = 0.52118.2251504/(10060001.65105)=0.049mm；面板的最大挠度计算值: =0.049mm 小于面板的最大允许挠度值: =0.6mm，满足要求！3.3梁底支撑方木的计算本工程梁底支撑采用方木。强度及抗剪验算要考虑模板结构自重荷载、新浇混凝土自重荷载、钢筋自重荷载和振捣混凝土时产生的荷载；挠度验算只考虑模板结构自重、新浇混凝土自重、钢筋自重荷载。3.3.1 荷载的计算： 梁底支撑小楞的均布荷载按照面板最大支座力除以面板计算宽度得到：q=4.362/0.9=4.847kn/m3.3.2 方木的支撑力验算 方木计算简图方木按照三跨连续梁计算。本算例中，方木的截面惯性矩i和截面抵抗矩w分别为:w=3.588/6 = 37.33 cm3；i=3.5888/12 = 149.33 cm4；3.3.3 方木强度验算:计算公式如下:最大弯矩 m =0.1ql2= 0.14.8470.92 = 0.393 knm；最大应力 = m / w = 0.393106/37333.3 = 10.5 n/mm2；抗弯强度设计值 f =13 n/mm2；方木的最大应力计算值 10.5 n/mm2 小于 方木抗弯强度设计值 13 n/mm2,满足要求!3.3.4 方木抗剪验算：截面抗剪强度必须满足: = 3v/(2bh0)其中最大剪力: v =0.64.8470.9 = 2.617 kn；方木受剪应力计算值 = 32.6171000/(23580) = 1.402 n/mm2；方木抗剪强度设计值 = 1.6 n/mm2；方木的受剪应力计算值 1.402 n/mm2 小于 方木抗剪强度设计值 1.6 n/mm2,满足要求!3.3.5 方木挠度验算:计算公式如下: = 0.677ql4/(100ei)=l/250方木最大挠度计算值 = 0.6774.8479004 /(10010000149.333104)=1.442mm；方木的最大允许挠度 =0.9001000/250=3.600 mm；方木的最大挠度计算值 = 1.442 mm 小于 方木的最大允许挠度 =3.6 mm，满足要求！3.4梁底支撑钢管的计算 荷载的计算：1）钢筋混凝土梁自重(kn)： q1= (24+1.5)0.250.650.3=1.24 kn；2）模板的自重荷载(kn)： q2 = 0.350.25(20.65+0.3) =0.14kn；3）活荷载为施工荷载标准值与振捣混凝土时产生的荷载(kn)： 经计算得到，活荷载标准值 p1 = (2.5+2)0.250.3=0.34 kn； 木方楞的传递均布荷载验算： q = (1.2(1.24+0.14)+1.40.34)/0.3=7.11kn/m； 支撑钢管的强度验算：按照均布荷载作用下的简支梁计算均布荷载，q=7.11kn/m；梁底支撑计算简图 弯矩图(knm) 剪力图(kn)钢管的支座力n1=n3=0.89 kn；钢管最大应力计算值 ： =0.297 /5080=58.46 n/mm2；钢管最大剪力计算值 ： t=20.89103/4.52100=3.94n/mm2；钢管最大应力计算值 58.46n/mm2 小于钢管抗弯强度设计值 f=205.000 n/mm2，满足要求。钢管受剪应力计算值3.94n/mm2 小于钢管抗剪强度设计值 t=120.000 n/mm2，满足要求。3.5扣件抗滑移计算按照建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范培训讲座刘群主编，p96页，双扣件承载力设计值取16.00kn，扣件抗滑承载力系数1.00，该工程实际的双扣件承载力取值为16.00kn 。纵向或横向水平杆与立杆连接时，扣件的抗滑承载力按照下式计算(规范5.2.5): r rc其中 rc - 扣件抗滑承载力设计值,取16.00 kn； r - 纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；计算中r取最大支座反力，根据前面计算结果得到 r=10.759 kn；r 16.00 kn,所以双扣件抗滑承载力的设计计算满足要求! 3.6立杆的稳定性计算立杆的稳定性计算公式 = n/(a)f1）.梁两侧立杆稳定性验算:其中 n - 立杆的轴心压力设计值，它包括：横向支撑钢管的最大支座反力： n1 =0.19 kn ；脚手架钢管的自重： n2 = 1.20.1343.8=0.61 kn；楼板混凝土、模板及钢筋的自重：n3=1.2(1.50/2+(1.50-0.25)/4)0.900.25+(1.50/2+(1.50-0.25)/4)0.900.100(1.50+24.00)=2.74 kn；施工荷载与振捣混凝土时产生的荷载设计值：n4=1.4(2.000+2.000)1.500/2+(1.500-0.250)/40.900=5.355 kn；n =n1+n2+n3+n4=0.19+0.61+2.74+5.355=8.9 kn； - 轴心受压立杆的稳定系数，由长细比 lo/i 查表得到； i - 计算立杆的截面回转半径 (cm)：i = 1.59； a - 立杆净截面面积 (cm2)： a = 4.24； w - 立杆净截面抵抗矩(cm3)：w = 4.49； - 钢管立杆轴心受压应力计算值 ( n/mm2)； f - 钢管立杆抗压强度设计值：f =205 n/mm2； lo - 计算长度 (m)； 根据扣件式规范，立杆计算长度lo有两个计算公式lo=kh和lo=h+2a， 为安全计，取二者间的大值，即: lo = max1.1631.71.6,1.6+20.1= 3.163 m； k - 计算长度附加系数，取值为：1.163 ； - 计算长度系数，参照扣件式规范表5.3.3，=1.7； a - 立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度；a=0.1m; 得到计算结果: 立杆的计算长度 lo/i = 3163.36 / 15.9 = 199 ；由长细比 lo/i 的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数= 0.182 ；钢管立杆受压应力计算值 ；=9000/(0.182424) = 116.6 n/mm2；钢管立