框架结构中学教学楼的设计--土木工程毕业设计计算书.docVIP

摘 要框架结构具有结构性能良好、施工方便、造价低廉、空间利用率高等突出优点，许多城市普遍兴建了各种类型的框架建筑。经过长期的实践应用，该项技术较为成熟。该项技术的研究在国外的发展较之国内要早，所以在有些方面要领先于国内， 学校建筑的各项建筑指标都比较高，如防火等级、抗震防裂度，还有结构构造方面等，而框架结构建筑的空间分隔灵活，自重轻，有利于抗震，节省材料，利于安排需要较大空间的建筑结构，框架结构的梁、柱构件易于标准化，定型化，便于装配整体式结构，以缩短工期，采用现浇混凝土框架时，结构的整体性，刚度较好，设计处理好能达到较好的抗震效果。因此现代学校主体大都采用框架结构，或者框架剪力墙结构。材料上多用钢筋混凝土，局部采用钢结构，以满足承受自重，活荷载以及办公用具和实验器材的荷载，并保证具有足够的强度和稳定性要求。关键词： 框架结构，钢筋混凝土，荷载计算2AbstractThe frame structure has a structure with good performance, easy construction, low cost, and highlight the advantages of high space utilization, many cities are generally the construction of various types of frame construction. After long-term practical applications, the technology is more mature. The technology earlier than domestic development in foreign countries, so in some respects ahead of the domesticIndicators of the construction of school buildings are high, such as fire rating, seismic crack control degree, as well as texture and structure, so I chose the subject, and better use of the knowledge. Space frame structure building separated by a flexible, light weight, seismic, material savings, which will help arrange need a larger space of the building structure, the frame structure of beams and columns easily standardized, stereotyped, and facilitate the assembly of the overall structure in order to shorten the construction period using in-situ concrete frame, structural integrity, stiffness, better designed handle can achieve better seismic effects. Modern school principal were powered by a frame structure or frame shear wall structure. Use of reinforced concrete materials, the local use of steel structure to withstand the weight, live load as well as office supplies and laboratory equipment load, and to ensure sufficient strength and stability requirements.Keywords: frame structure, reinforced concrete, load calculation目录Abstract1前 言1第一章 方案论述21.1 建筑设计说明21.2 建筑设计论述21.2.1建筑概况21.2.2建筑与环境21.2.3建筑与材料31.2.4施工条件和能力31.2.5建筑平面设计31.2.6建筑立面设计31.2.7本建筑的构造说明41.3 结构设计说明41.3.1抗震设计说明41.3.2部分工程构造41.3.3建筑材料选用51.3.4结构设计方案51.4 结构设计论述61.4.1框架梁61.4.2框架柱61.4.3楼板及屋面板61.4.4基础和墙71.4.5结点及构造要求7第二章 地震作用下框架结构分析82.1 重力荷载代表值的计算82.1.1截面尺寸选取（三级框架）82.1.2 荷载汇集82.1.3 重力荷载代表值计算102.2 水平地震作用下的框架变形与内力分析142.2.1 框架梁、柱刚度142.2.2 水平地震作用分析（采用底部剪力法）162.2.3 水平地震作用下框架内力分析（D值法）18第三章 风荷载作用下框架内力分析233.1自然情况233.2 风荷载计算233.3 风荷载作用下框架内力分析（采用D值法）24第四章 框架在竖向荷载作用下的内力分析（分层法）284.1 竖向荷载计算284.1.1 永久荷载计算284.1.2 活荷载计算294.2 竖向荷载作用下框架内力计算294.2.1 竖向荷载作用下框架计算简图294.2.2 梁固端弯矩304.2.3 内力分配系数计算314.2.4 竖向荷载作用下框架内力计算32第五章 内力组合505.1本设计采用的组合公式505.1.1梁端负弯矩组合公式505.1.2梁端正弯矩组合公式505.1.3梁跨中正弯矩组合公式505.1.4梁端剪力组合公式505.1.5框架柱内力组合公式515.2 框架梁内力组合515.3框架柱的内力组合62第六章 框架结构配筋计算676.1 框架梁配筋计算676.1.1 框架梁正截面配筋676.1.2 框架梁斜截面配筋716.2 框架柱配筋计算736.2.1框架柱端弯矩和剪力调整736.2.2框架柱配筋计算756.3 现浇板配筋计算796.3.1 荷载计算796.3.2 配筋计算79第七章 楼梯、雨篷、女儿墙设计827.1 楼梯构件计算827.1.1 斜板TB1内力及配筋计算827.1.2 平台板TB2内力及配筋计算837.1.3 平台梁TL内力及配筋计算847.2 雨蓬设计857.3 女儿墙设计86第八章 基础设计888.1 边柱基础设计888.1.1基础截面确定888.1.2地基承载力验算898.1.3基础抗冲切验算898.1.4基础底面配筋计算908.2 中柱基础设计918.2.1基础截面确定918.2.2地基承载力验算928.2.3基础抗冲切验算928.2.4基础底面配筋计算938.3 基础梁设计948.3.1纵向基础梁设计948.3.2横向基础梁设计95小结97参考文献98致 谢100前 言高校教学楼的设计要求以人为本，具有合理性的功能设计，可让学生在其中更加方便、安全、舒适的生活和学习。框架结构建筑的空间分隔灵活，自重轻，有利于抗震，节省材料，可以较灵活的配合建筑平面布置，利于安排需要较大空间的建筑结构，框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于装配整体式结构，以缩短施工工期，采用现浇混凝土框架时，结构的整体性、刚度较好，设计处理好能达到较好的抗震效果。因此，现代学校主体大都采用框架结构，或钢架剪力墙结构。材料上多用钢筋混凝土，局部采用钢结构，以满足承受自重、活荷载以及实验器材和办公用具荷载，并保证具有足够的强度和稳定性要求。99第一章 方案论述1.1 建筑设计说明依据毕业设计任务书。遵照国家现行的各种设计规范、有关授课教材、建筑设计、结构设计、构造要求等相关资料。设计题目：南昌市红角州中学教学楼。总建筑面积5285平方米，层数6层。钢筋混凝土框架结构，柱下独立基础。1.2 建筑设计论述1.2.1建筑概况本工程占地面积约960平方米，建筑面积5285平方米。本建筑主体采用六层现浇钢筋混凝土框架结构，总高度27.1米，室内外高差0.25米，女儿墙高0.9米。建筑建筑采用一字形，总长度61.1米，总宽度21.9米，按照抗震规范，抗震设防烈度为7度。1.2.2建筑与环境工程资料：根据工程地质勘察报告，地面以下土层分布自上而下土层厚度及土质情况依次为：1、天然地面以下1M厚为填土，地基标准承载力为120KNM2，填土以下2M厚为粘土，地基承载力为250KN/ M2，粘土以下为中密粗砂层，地基砂载力为300KNM2。 2、地下水位：天然地面以下4M处3、地震设防烈度：6度常年主导风向 西北风夏季主导风向西南风平均汽速 夏季3.1M秒冬季4M秒基本风压W0=0.45KN/M2基本雪压S0=0.45KNM2最大积雪深度：11cm最高气温40.60C最低气温-9.3最冷月平均温度4.512月最热月平均温度29.779月最大降雨量50.4mm小时月最大降雨量184.3mm46月1.2.3建筑与材料该结构为框架结构，为了减轻整个结构的自重，墙体采用非承重蒸压粉煤灰砖，有利于抗震设计。塑钢窗具有轻质、耐腐蚀、密闭性好、美观等特点，与铝合金窗相比，保温效果好，经济效益高，传热系数小，有利于保温节能要求。正门选用玻璃门，这样比较美观，其他门均采用实木门比较经济。1.2.4施工条件和能力工程所需预制构件和其它建筑材料供应地点均在10km以内，运输条件良好。设备条件：有各类塔吊、自行式起重机、井架、混凝土搅拌机、灰浆机等，供工地选用。水电条件：均由业主保障供应。劳动力供应情况：由建筑公司统一调配1.2.5建筑平面设计本高校教学楼为矩形，形式简单，符合安全经济的要求。设计的布局满足建筑设计的模数。1.2.6建筑立面设计本建筑立面简洁明了，在经济适用基础上尽显气派美观。墙体采用蓝色涂料，颜色明快，协调统一。1.2.7本建筑的构造说明平屋顶构造：保温材料选择40mm厚挤塑聚苯板保温，为不上人屋面。垂直防潮层：在室内地坪填土前，在水平防潮层之间的垂直墙面上用20mm水泥砂浆抹面。散水：散水采用素混凝土现浇，外抹水泥砂浆，坡度约为5%，宽度为900mm基础：本工程的基础形式为柱下混凝土独立基础，基础埋深2.2米，即满足结构上的要求，又保证了建筑的经济可行性。1.3 结构设计说明1.3.1抗震设计说明工程为钢筋混凝土现浇框架结构，抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.10g。1.3.2部分工程构造（1）屋面：为不上人屋面 防水层：高分子改性沥青卷材100mm 厚钢筋混凝土板40mm厚 挤塑聚苯板保温层20mm厚 1：3水泥砂浆找平层20mm 厚板下水泥砂浆抹灰 5mm厚 1：3水泥砂浆（2） 楼面：100mm厚钢筋混凝土板30mm厚水磨石地面20mm厚水泥砂浆抹灰（3）厕所：防滑地砖100mm厚钢筋混凝土板50mm厚防水砂浆20mm厚水泥砂浆抹灰1.3.3建筑材料选用 墙体：蒸压粉煤灰砖 窗：塑钢窗门：实木门除正大门（玻璃门）外 1.3.4结构设计方案（1）自然条件：基本风压：0.300KN/m2，基本雪压：0.350KN/m2。（2）工程地质条件：拟建场地地形平坦，地下稳定水位距地表3m以下，无侵蚀性。建筑场地类别为类场土地，地震设防烈度为7度。土质分布具体情况见表1-1， 表1-1 建筑地层一览表 （标准值）序号岩土分类土层深度(m)厚度范围(m)地基承载力(kPa)1填土0112中砂1432503砾 石4以下300-400注：1）表中给定土层深度从自然地坪算起；2）地下稳定水位距地坪3m以下。（3）材料情况： 蒸压粉煤灰砖等级为MU10；砂浆等级为M5混凝土：C15（垫层）、C20（过梁、构造柱、女儿墙）、C30（基础、梁、板）、C40（柱）纵向受力钢筋：HRB335级箍筋：HPB235级钢筋（4）抗震设防要求：设防基本烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.10g。（5）结构体系：现浇钢筋混凝土框架结构。（6）施工：梁、板、柱、基础均现浇，墙体为砖砌。1.4 结构设计论述1.4.1框架梁纵横向框架主梁跨度为3.6m 、9m，尺寸为350mm900mm，满足结构要求。此设计的梁均采用C30混凝土现浇而成，纵向受力钢筋采用HRB335级钢筋，箍筋采用HPB235级钢筋，均满足结构以及抗震强剪弱弯的要求。1.4.2框架柱柱采用C40混凝土现浇，柱截面尺寸均为500mm500mm。且柱为大偏心受压柱是考虑到设计中的梁柱墙的搭接关系，考虑强柱弱梁要求计算配筋前需要对柱的受力进行调整。此设计受力钢筋采用HRB335级钢筋，箍筋采用HPB235级钢筋，均满足结构及抗震要求。1.4.3楼板及屋面板为了省钱,减少地板和屋顶面板采用现浇混凝土的成本,尽管不同等级的混凝土梁和板和列,可能不便施工的过程。楼面次梁沿水平布局,地板为双向板,双层双向布局应力钢筋,钢筋板和梁连接也满足要求。1.4.4基础和墙基于一个柱下独立基础,使用C30现浇混凝土、钢筋满足要求。外墙的使用370毫米蒸压粉煤灰砖砌墙,内墙使用240毫米厚非轴承蒸压粉煤灰砖墙壁,楼梯,以满足消防安全要求。1.4.5结点及构造要求 梁板柱相连处结点，其钢筋搭接及锚固均满足要求，节点处应满足抗震上的强节点弱构件等要求。第二章 地震作用下框架结构分析2.1 重力荷载代表值的计算2.1.1截面尺寸选取（三级框架）（1）框架柱： 根据轴压比公式初步选定柱截面尺寸为（2） 框架梁：，取，取选定纵横向框架主梁截面尺寸为（3） 板： ，双向板最小板厚80mm，取2.1.2 荷载汇集（1） 屋面：1）恒载G：高分子改性沥青卷材 0.1100mm厚钢筋混凝土板 250.1=2.540mm厚挤塑聚苯板保温层 3.50.04=0.1420mm厚1：3水泥砂浆找平层 200.02=0.420mm厚板下水泥砂浆抹灰 200.02=0.45mm厚1：3水泥砂浆找坡层 200.05=1G =4.542）活载Q（不上人屋面）： 雪载： 0.35Q =0.35P=G+Q =4.89（2） 楼面：1）恒载G：100mm厚钢筋混凝土板 250.1=2.530mm厚水磨石地面 0.6520mm厚水泥砂浆抹灰 200.02=0.4G =3.552）活载Q：教室 2.5走廊 2.5楼梯 2.5Q =2.5P=G +Q =6.052.1.3 重力荷载代表值计算（1） 简图及层数划分：如图：图2-1 计算简图（2） 各层重力荷载代表值计算： 六层上半层女儿墙：(57.98+20.78)20.90.1225=425kN屋面：58.120.94.72=5731kN横梁：（8.520.80.35+1.90.30.45）1725=2147kN纵主梁：43.1160.80.3525=1388kN柱总：41720.50.525=850kN内墙240：(8.514+3.130)1.2-2.40.94-1.20.926-0.6(1.28+0.918)0.2414=679kN外墙370：(8.54+3.132)1.2+1.921.55-1.2(2.432+3.68+1.52)0.3714 =183kN窗：0.9(2.44+1.226)+1.2(2.432+3.68+1.52)0.3=50kN门：0.6(1.28+0.918)0.2=3kN=11159kN下半层柱总：4172.10.50.525=892kN内墙240：(8.514+3.130-1.28-0.918)2.10.2414=1313kN外墙370：(8.54+3.132+1.92)2.1-1.2(2.432+3.68+1.52)0.3714 =815kN窗：1.2(2.432+3.68+1.52)0.3=39kN门：2.1(1.28+0.918)0.2=10kN=3069kN五层上半层楼面：58.120.94.8=5828kN横梁：（8.520.80.35+1.90.30.45）1725=2147kN纵主梁：43.1160.80.3525=1388kN柱总：41720.50.525=850kN内墙240：(8.512+3.130)1.2-2.40.96-1.20.924-0.6(1.212+0.912)0.2414=604kN外墙370：(8.54+3.132)1.2+1.921.55-1.2(2.432+3.68+1.52)0.3714 =183kN窗：0.9(2.46+1.224)+1.2(2.432+3.68+1.52)0.3=50kN门：0.6(1.212+0.912)0.2=3kN=11380kN下半层内墙240：(8.512+3.130-1.212-0.912)2.10.2414=1198kN外墙370：(8.54+3.132+1.92)2.1-1.2(2.432+3.68+1.52)0.3714 =815kN柱总：4172.10.50.525=892kN窗：1.2(2.432+3.68+1.52)0.3=39kN门：2.1(1.212+0.912)0.2=10kN=2954kN四层上半层楼面：58.120.94.8=5828kN横梁：（8.520.80.35+1.90.30.55）1725=2147kN纵主梁：43.1160.80.3525=1388kN柱总：41720.50.525=850kN内墙240：(8.511+3.130)1.2-2.40.911-1.20.913-0.6(1.210+0.911)0.2414=580kN外墙370：(8.54+3.132)1.2+1.921.55-1.2(2.428+3.64+1.52)0.3714 =332kN窗：0.9(2.411+1.213)+1.2(2.428+3.64+1.52)0.3=41kN门：0.6(1.210+0.911)0.2=2kN=11428kN下半层内墙240：(8.511+3.130-1.210-0.911)2.10.2414=1161kN外墙370：(8.54+3.132+1.92)2.1-1.2(2.428+3.64+1.52)0.3714 =964kN柱总：4172.10.50.525=892kN窗：1.2(2.428+3.64+1.52)0.3=30kN门：2.1(1.210+0.911)0.2=9kN=3056kN三二层下半层 3056kN三二层上半层 11428kN一层上半层上半层楼:58.1 x 20.9 x 4.8 = 5828 kn梁:(8.5 * 2 * 0.8 * 0.8 + 0.35 * 0.3 * 0.45 * 17 * 25 = 2147 kn)纵桁:4 * 3.1 * 16 * 0.8 * 0.8 * 25 = 1388 kn总列:4 * 17 * 2 * 0.5 * 0.5 * 25 = 850 kn240年的内壁:(8.5 * 13 + 3.1 * 29)* 1.2 - -2.4 * 10 - 1.2 * 0.9 * 0.9 * 13 - 0.6 *(10 + 0.9 * 1.2 * 12 * 0.24 * 14 = 633 kn)370年外部:(8.5 * 4 + 3.1 * 32)* 1.2 + 1.9 * 1.55 1.55 * 2 * 1.35(1.35 * 2 + 0.9 * 2)*(2.4 * 27 + 3.6 * 4 + 1.5)x 0.37 * 14 = 342 kn窗口:0.9 *(10 + 1.2 * 2.4 * 13)+ 1.2 *(2.4 * 27 + 3.6 * 4 + 3.6 * 0.3 = 39 kn)门:0.6 *(1.2 * 10 + 0.9 * 14 + 1.35 * 1.35 = 3 kn * 2)0.1 * 1.8 *(4.2 + 3 * 25 = 32 kn)= 11559 knG6 = 11159 knG5 = 3069 + 11380 = 14449 knG4 = 2954 + 11428 = 14382 knG3 = G2 = 3056 + 11428 = 14984 knG1 = 3056 + 11559 = 14615 knG = 83573 kn= 7286平方米标准差= 83573/7286 = 11.47 kn / m G /22.2 水平地震作用下的框架变形与内力分析2.2.1 框架梁、柱刚度（1）框架梁的线刚度在计算线刚度时考虑楼板对梁刚度的有利影响，即板作为翼缘工作。在工程上为简化计算，通常梁均先按矩形截面计算某惯性矩，然后乘以增大系数。中框架梁,边框架梁框架梁采用C30混凝土，边跨梁350900mm 中跨梁300550mm1） 中框架 2）边框架： （2）框架柱的刚度：1）框架柱的线刚度柱采用C40混凝土，首层高度为5.2m,2-6层高度为4.2m，柱截面：500mm500mm2）框架柱的侧移刚度标准层： ， 底层： ， ， 表2-1 侧移刚度计算截面层高混凝土弹性模量线刚度26层中框架中柱0.254.23.251074.036.10.75320643.5边柱0.254.23.251074.033.520.63817490.7边框架中柱0.254.23.251074.034.570.69619080.8边柱0.254.23.251074.032.640.56915599.1底层中框架中柱0.255.23.251073.2557.550.84312199.4边柱0.255.23.251073.2554.350.76411036.2边框架中柱0.255.23.251073.2555.660.80411614边柱0.255.23.251073.2553.270.71510328.4， 2.2.2 水平地震作用分析（采用底部剪力法）（1）框架水平地震作用及水平地震剪力计算：场地类第一组，,所以不考虑顶部附加地震作用力。 因为,所以=0.8583573=71037.05 kN0.0871037.05=5683kN ， 表2-2 水平地震作用下剪力计算质点626.21115956831291.131291.13178.544522144491403.792694.92409.73417.8143821130.533825.45639.84313.614984899.934725.38879.5829.414984622.015347.391119.3315.214615335.625683.011353.17(2）水平地震作用下的层间位移和顶点位移计算：表2-3 水平地震作用下的层间位移和顶点位移计算层61291.134.20.00000052694.924.21282745.60.002100.000543825.454.21282745.60.002980.0007134725.384.21282745.60.003680.0008825347.394.21282745.60.004170.0009915683.015.2784837.60.007240.00139,所以满足规范规定的弹性位移要求。图2-2 楼层剪力分布图2.2.3 水平地震作用下框架内力分析（D值法）(1）水平地震作用下框架柱剪力和柱弯矩计算 反弯点到柱下端结点的距离，即反弯点高度。标准反弯点高度比。上下横粱线刚度比对标准反弯点高度比的修正系数。上层层高变化修正值。下层层高变化修正值。根据框架总层数，该柱所在层和梁柱线刚度比K查表得。 表2-4 边柱反弯点高度层64.23.520.4500.0000.0000.0000.45054.23.520.4760.0000.0000.0000.47644.23.520.5000.0000.0000.0000.50034.23.520.5000.0000.0000.0000.50024.23.520.5000.0000.0000.0000.50015.24.350.5500.0000.0000.0000.550表2-5 中柱反弯点高度层64.26.10.4500.0000.0000.0000.45054.26.10.5000.0000.0000.0000.50044.26.10.5000.0000.0000.0000.50034.26.10.5000.0000.0000.0000.50024.26.10.5000.0000.0000.0000.50015.27.550.5500.0000.0000.0000.550表2-6 水平地震作用下边柱的剪力和弯矩层64.21282745.617490.70. 0141291.1318.080.45034.1741.7654.21282745.617490.70.0142694.9237.730.47675.4383.0444.21282745.617490.70.0143825.4553.560.500112.48112.4834.21282745.617490.70.0144725.3866.160.500138.94138.9424.21282745.617490.70.0145347.3974.860.500157.21157.2115.2784837.611036.20.0145683.0179.560.550227.54186.17表2-7 水平地震作用下中柱的剪力和弯矩层64.21282745.620643.50.01611291.1320.790.45039.2948.0354.21282745.620643.50.01612694.9243.390.50091.1291.1244.21282745.620643.50.01613825.4561.590.500129.34129.3434.21282745.620643.50.01614725.3876.080.500159.77159.7724.21282745.620643.50.01615347.3986.090.500180.79180.7915.2784837.612199.40.01555683.0188.090.550251.94206.13注：1） ；2）；3） (2） 水平地震作用下梁端弯矩和剪力计算：1）水平地震作用下框架梁的弯矩计算梁的弯矩按刚度分配，B轴左端=0.58，=0.42。 表2-8 水平地震作用下的梁端弯矩层A轴B轴641.7634.1741.7648.0339.2927.8620.17583.0475.43117.2191.1291.1275.6454.774112.48112.48187.91129.34129.34127.8792.593138.94138.94251.42159.77159.77167.68121.432157.21157.21