土木工程毕业设计（论文）-西安理工大学曲江校区11号教学楼设计

毕业设计（ 论文） 题 目 西安理工大学曲江校区 11 号教学 楼设计 专 业 土木工程专业 班 级 土木 075 学 生 指导教师 2011 年 2 系 土木工程 系 主 任 批准日期 毕毕 业业 设设 计计（论论 文文）任任 务务 书书 土木工程 系 土木工程 专业 土木 班 学生 韦定 一、毕业设计(论文)课题 西安理工大学曲江校区 11 号教学楼设计 二、毕业设计(论文)工作自 2011 年 2 月 28 日起至 2011 年 6 月 24 日止 三、毕业设计(论文)进行地点 西安理工大学 四、毕业设计(论文)的内容要求 （一）建设内容： 本设计具有实际工程背景。批准建筑面积 10000 m2，建筑层数主体六层， 钢筋混凝土框架结构，建筑防火分类为高层建筑二类，耐火等级为一级， 耐久年限 50 年，抗震设防烈度为 8 度。 主要房间：三合班教室 20 间，每间 100m2；五合班教室 10 间，每间 150160m2；办公室 1820 间，每间 4050m2；实验室 68 间，每间 80100m2；计算机房 10 间，每间 7080m2；教师休息室 2 间，每间 6070m2；研究室（大）56 间，每间 120130m2；研究室（中）810 间，每间 7080m2；研究室（小）910 间，每间 4050m2；总值班室 1 间，每间 810m2。会议室 4 间，每间 7080m2。 建筑技术设计条件：1.气象 温度最冷月平均1.7，最热月平均 27.3，夏季极端最高 40.8，冬季极端最低20.6；相对湿度最热月 平均 72；主导风向全年及夏季均为东北风，基本风压 00.35kN/m2； 2 年降雨量 624.0mm，最大积雪深度 220mm，基本雪压 S00.2kN/m2；最大冻 土深度 0.45m。2.工程地质条件：场地土属级非自重湿陷性黄土场地，场 地土类型为中软场地土，建筑场地为类场地土，自然地表下 1 米内为填 土，填土下层 5 米厚黄土状土，,再下为 3 米厚砂质粘土，最下层为砾石层， 地下水位为5.4 米，各土层的地基承载力标准值如下：黄土状土 fk100120kN/m2，砂质粘土 fk220270kN/m2，砾石层 fk300400kN/m2。 （二）设计内容及深度： 本设计仅要求完成0.000 以上部分。内容及深度见详细的任务书。 1、建筑设计部分 确定建筑设计方案。 1 完成部分建筑施工图设计。 2 规定绘制的图纸内容：总平面图，底层平面图，标准层平面图，12 个剖面图、34 个立面图，12 处主要节点或部位的构造详图，门窗明细 表，建筑用料说明表，建筑总说明。 图纸要求：用 1 号或 1 号加长图纸完成上述内容，各图均按建筑制图 标准绘制。 写建筑设计说明书。 3 2、结构设计部分 确定结构设计方案和结构布置 1 根据建筑设计、结构承重及抗震方面的要求，以及场地地质条件、材 料供应和施工技术等，对结构进行合理选型和布置，统一构件编号，确定 各构件定位尺寸，绘制结构布置图。 结构内力计算与分析 2 内容包括确定框架的计算简图、荷载计算、内力分析、内力组合。选取 一榀横向框架进行结构截面配筋计算（手算） ，并采取相应的构造措施。 宜采用 PKPM 软件进行电算。 绘制结构施工图 3 包括结构标准层平面布置图，所选计算单元框架梁、柱配筋图等，结 3 构设计总说明。 图纸要求：用 1 号或 1 号加长图纸完成上述内容，各图均按建筑结构 制图标准绘制。 结构设计说明书和计算书 4 内容应包括：结构设计提纲，选用结构方案的理由和设计依据，结构 计算书，电算部分说明等。 （三）查阅文献资料 应阅读三篇以上外文原文，并翻译至少一篇 2000 单词以上外文文献。 要求：1.在教师的指导下，应按进度要求独立完成上述任务书中所规 定的全部内容和工作量。2.设计说明书和计算书应包括目录、前言、正文、 小结及参考文献等。要求计算正确，文理通顺，书写工整，装订成册。3. 答辩前，将自己所作的全套毕业设计文件、成果（包括图纸及设计说明书 和计算书等）送交指导教师和答辩委员会评阅，并预先准备好答辩提纲。 负责指导教师 指 导 教 师 接受设计论文任务开始执行日期 学生签名 前 言 毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综 合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学 专业理论知识的全面总结。 本毕业设计题目为西安理工大学曲江校区 11 号教学楼设计。 在毕业设计前期，我温习了结构力学、钢筋混凝土、建筑结 构抗震设计等知识，并认真阅读了老师给的抗震规范、荷载规 范等规范。在毕业设计中期，我通过所学的基本理论、专业知识和基 本技能进行建筑、结构设计。在设计期间，本组在校成员齐心协力、互 帮互组，最后大家都圆满完成了各自的设计任务。在设计后期，主要进 行设计手稿的电脑输入和施工图纸的绘制，并得到老师的审批和指正， 使我圆满的完成了任务，在此表示衷心的感谢。 毕业设计的三个月里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计 计算、论文撰写以及外文的翻译，加深了对新规范、规程、手册等相关 内容的理解。巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。在 进行内力组合的计算时，进一步了解了 Excel。在绘图时熟练掌握了 AutoCAD，PKPM 等绘图软件，以上所有这些从不同方面达到了毕业设计 的目的与要求。框架结构设计的计算工作量很大，在计算过程中以手算 为主，辅以一些计算软件的校正。由于自己水平有限，难免有不妥和疏 忽之处，敬请各位评委老师批评指正。 二零一零年六月十日 韦定：西安理工大学曲江校区 11 号教学楼设计 2 摘要 本毕业设计题目西安理工大学曲江校区 11 号教学楼设计，该教学 楼的总建筑面积是 11399.1 平方米，共六层，建筑高度为 23.4 米。该建 筑采用钢筋混凝土全现浇框架结构体系，建筑的耐久年限为 50 年。 本设计内容包括手算和电算两部分。其中手算部分中的计算书的主 要内容为设计的总说明、构件尺寸的初步确定、框架的计算简图、荷载 计算、框架横向侧移计算、框架在水平及竖向荷载作用下的内力计算分 析和计算、内力组合、截面设计及基础选型。其中计算水平地震力作用 下时采用极限状态设计方法。由于此框架属于二级框架，有进行节点抗 震设计，在梁柱截面设计时要采用“强柱弱梁”原则。图纸包括十二张， 分别为图纸目录及结构设计总说明、各层平面图等。电算时，先用 PMCAD 软件进行结构平面布置，检查平面数据，输入荷载数据，形成 PK 文件，画结构平面图，然后使用 PK 进行框架计算；最后用 SAT-8 软件进行框架的空间结构计算，输出框架梁柱配筋梁。柱配筋图及内力 计算结果。 在设计过程中采用了手算和电算两种方式，对计算结果进行校核， 及时发现设计中的错误以及与电算中不同的部分，找出原因。 关键词：框架结构，内力组合，截面设计，地震力 AbstractAbstract This graduation projects topic is Qu Jiang Xian University of Technology Teaching Building11,this buildings total floor space probably is 11399.1 square meters, altogether six floors,and the height of building is 23.4 meters. This building uses the reinforced concrete entire cast-in-place 2011 届土木工程专业毕业设计 3 portal frame construction system.The desirable use time is fifty years. This design including the hand calculate and computer calculate as well.And the hand calculate that in the part account books primary coverage for the design always showed that the component sizes preliminary determination, the frame calculation diagram, the load computation, the frame horizontal move to the computation, the frame sidewise analyze and calculate, the endogenic force combination, the section design and the foundation shaping under the level and the vertical load function endogenic force computation. And under computation horizontal seismic force function time uses the limiting condition design method. Because this frame belongs to the second-level frame, has carries on the node aseismic design, when beam column section design must use “strong column but weak bean” principle. The blueprint including eight, respectively always explains, each horizontal plan be the blueprint table of contents and the structural design and so on. When the electricity calculates, uses the PMCAD software to carry on the structure plane layout first, the inspection plane data, the input load data, forms the PK document, draws the structure horizontal plan, then uses PK to carry on the frame computation; Finally uses the SAT-8 software to carry on the frame the spatial structure computation, output frame beam column reinforcing bars Liang. Column reinforcing bars chart and endogenic force computed result. Used the hand in the design process to calculate that with the electricity calculated two ways, carried on the examination to the computed result, discovered promptly in the design the mistake as well as with the electricity calculated the different part, discovered the reason. KeyKey word:word: portal frame construction，endogenic force combination， section design， seismic force. 韦定：西安理工大学曲江校区 11 号教学楼设计 4 目录 摘要摘要.2 目录目录.4 第一章第一章 建筑设计建筑设计.6 第第 1 1 节节 工程概况及设计依据工程概况及设计依据.6 1.1.11.1.1 工程概况工程概况.6 1.1.21.1.2 建筑技术条件建筑技术条件.7 1.1.31.1.3 设计依据设计依据.7 第第 2 2 节节 总平面设计总平面设计.7 第第 3 3 节节 平面设计平面设计.8 第第 4 4 节节 交通部分及防火设计交通部分及防火设计.9 1.4.11.4.1 交通部分交通部分.9 2.4.22.4.2 防火防烟设计防火防烟设计.9 第第 6 6 节节 剖面设计剖面设计.10 1.6.11.6.1 层数、层高的确定层数、层高的确定.10 1.6.21.6.2 窗面积的确定窗面积的确定.11 1.6.31.6.3 室外高差的确定室外高差的确定.11 1.6.41.6.4 卫生间标底的确定卫生间标底的确定.11 第第 7 7 节节 构造设计构造设计.11 1.7.11.7.1 屋面做法屋面做法.11 1.7.21.7.2 楼面做法楼面做法.12 2011 届土木工程专业毕业设计 5 1.7.31.7.3 卫生间楼面做法卫生间楼面做法.12 1.7.41.7.4 地面做法地面做法.12 1.7.51.7.5 卫生间地面做法卫生间地面做法.13 1.7.61.7.6 踢脚做法踢脚做法.13 1.7.71.7.7 卫生间踢脚做法：卫生间踢脚做法：.13 第二章第二章 结构设计结构设计.14 第第 1 1 节节 设计依据设计依据.14 第第 2 2 节节 结构计算原理结构计算原理.15 第第 3 3 节节 配筋计算原理配筋计算原理.16 第第 4 4 节节 结构计算程序结构计算程序.17 第第 5 5 节节 结构布置结构布置.17 第第 6 6 节节 板、梁、柱截面尺寸的初步确定板、梁、柱截面尺寸的初步确定.19 2.6.12.6.1 楼盖及屋盖尺寸初步估算楼盖及屋盖尺寸初步估算.19 2.6.22.6.2 柱的截面尺寸初步估算柱的截面尺寸初步估算.20 第第 3 3 章章 横向水平地震力计算横向水平地震力计算.22 第第 1 1 节节 框架侧移刚度的计算框架侧移刚度的计算.22 3.1.13.1.1 梁、柱线刚度的计算梁、柱线刚度的计算.22 3.2.23.2.2 侧移刚度计算侧移刚度计算.23 第第 2 2 节节 重力荷载代表值的计算重力荷载代表值的计算.25 3.2.13.2.1 荷载计算荷载计算.25 3.2.23.2.2 各层重力荷载代表值的计算各层重力荷载代表值的计算.28 第第 3 3 节节 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算.33 3.3.13.3.1 横向自振周期的计算横向自振周期的计算.33 3.3.23.3.2 水平地震作用及楼层地震剪力的计算水平地震作用及楼层地震剪力的计算.34 3.3.33.3.3 水平地震作用下的位移验算水平地震作用下的位移验算.36 3.3.43.3.4 水平地震作用下框架内力水平地震作用下框架内力.37 韦定：西安理工大学曲江校区 11 号教学楼设计 6 第四章第四章 竖向荷载作用下框架结构的内力计算竖向荷载作用下框架结构的内力计算.42 第第 1 1 节节 计算单元的选择确定计算单元的选择确定.42 第第 2 2 节节 恒载作用下的内力计算恒载作用下的内力计算.44 第第 3 3 节节 活载作用下柱的内力计算活载作用下柱的内力计算.46 第第 4 4 节节 恒荷载作用下梁的内力计算恒荷载作用下梁的内力计算.48 第第 5 5 节节 活荷载作用下梁的内力计算活荷载作用下梁的内力计算.49 第第 6 6 节节 杆端弯矩分配系数的计算杆端弯矩分配系数的计算.51 第第 7 7 节节 竖向荷载作用下的内力计算竖向荷载作用下的内力计算.52 第第 8 8 节节 梁端剪力和柱轴力的计算梁端剪力和柱轴力的计算.59 第五章第五章 框架梁的内力组合框架梁的内力组合.60 第六章第六章 框架柱的内力组合框架柱的内力组合.68 第第 1 1 节节 框架柱的内力组合框架柱的内力组合.68 第第 2 2 节节 柱端弯矩设计值的调整柱端弯矩设计值的调整.74 第第 3 3 节节 柱端剪力组合和设计值的调整柱端剪力组合和设计值的调整.76 第七章第七章 截面设计截面设计.78 第第 1 1 节节 框架梁截面设计框架梁截面设计.78 7.1.17.1.1 梁的最不利内力梁的最不利内力.79 7.1.27.1.2 梁正截面受弯承载力计算梁正截面受弯承载力计算.79 7.1.37.1.3 梁斜截面受剪承载力计算梁斜截面受剪承载力计算.87 第第 2 2 节节 框架柱截面设计框架柱截面设计.96 7.2.17.2.1 柱截面尺寸验算柱截面尺寸验算.96 7.2.27.2.2 柱正截面承载力计算柱正截面承载力计算.97 7.2.37.2.3 柱斜截面受剪承载力计算柱斜截面受剪承载力计算.106 7.2.47.2.4 框架柱抗震构造措施框架柱抗震构造措施.107 第第 3 3 节节 框架梁柱节点核芯区截面抗震验算框架梁柱节点核芯区截面抗震验算.110 第八章第八章 框架结构电算框架结构电算.114 2011 届土木工程专业毕业设计 7 第第 1 1 节节 框架结构设计信息框架结构设计信息.114 第第 2 2 节节 位移输出文件位移输出文件.129 第第 3 3 节节 周期、地震力与振型输出文件周期、地震力与振型输出文件.132 致谢致谢.147 第一章第一章 建筑设计建筑设计 第 1 节 工程概况及设计依据 1.1.1 工程概况 1.建设单位： 西安理工大学 2.建设地点： 陕西省 西安市 3.建筑使用年限： 50 年 4.建筑防火分类： 二类 5.耐火等级： 二级 6.建筑抗震设防烈度： 8 度 7.建筑结构类型： 框架 9.建筑面积： 11399.100 10.建筑层数： 六层 11.建筑高度： 23.4m 12.设计标高：相对标高 0.000 ， 0.000 相对于绝对标高值（黄海系）419.710m。 1.1.21.1.2 建筑技术条件 1.自然条件：基本风压 0.35KN/ 2.基本雪压 0.25/ 3.地面粗糙度 B 类，类场地，设防烈度 8 度、一组。 4.地质概况：场地土属级非自重湿陷性黄土场地，场地天类型为 中软土场地，建筑场地为类场地土，自然地表 1 米一下为填土，填土 韦定：西安理工大学曲江校区 11 号教学楼设计 8 下依次为 5 米厚黄土状土，3 米厚砂质粘土，砾石层。 5.地下水位为-5.4 米，建筑场地各土层的地基承载力为标准值如下： 黄土状土=100200KN/；砂质粘土=220270KN/砾石层 k f k f =300400KN/ 。 k f 1.1.3 设计依据 1.混凝土结构设计规范GB50010-2002 2.建筑抗震设计规范GB50011-2001 3.建筑结构荷载规范GB50009-2001 4.建筑抗震设防分类标准GB50223-2008 5.建筑结构制图标准GB/T50105-2001 6.建筑采光设计标准GB50033-2001 7. 设计任务书 第 2 节 总平面设计 1. 建筑物与周围环境 该建筑物位于西安理工大学中心，北侧为一规划教学楼，西侧为一 规划广场，南侧是学生宿舍和卫生所，东侧有一栋已建教学楼及一个花 园。整体看来，场地比较宽松，建筑物与周围环境相融洽。 2. 建筑朝向 本设计建筑物由三个部分组成，中部是主楼，两翼是副楼。朝向应 考虑日照主导风向建筑场地地形，道路走向及周围环境等因素。本设计 建筑物采取南北朝向。 3. 出入口和交通路线 该建筑物的主要出入口位于建筑物主楼正中南北两侧，另外在该建 筑物东西两侧均设有次要出入口，各出入口均易到达各主次要道路上。 2011 届土木工程专业毕业设计 9 4. 防火间距及消防通道 根据防火规范要求，级防火，民用建筑防火间距大于 6m，本 建筑物的东西南北距建筑红线的距离均可满足要求，且建筑周围设有消 防通道，其他防火要求以规范为标准。 第 3 节平面设计 3.1 平面形式及柱网尺寸 1根据建筑物场地的限制，结合建筑实用功能，一般选用规则、 紧凑、易于功能设计的平面形式。综合考虑，本座建筑平面形式选用类 似字型。但不利于抗震，故在主、副楼之间设一宽度为 120mm 的抗 震缝，将建筑分为三个独立的结构规则的部分。其中主体部分的横向跨 距为：4.2m、8.1m 、9.0m、8.1m、4.2m。副楼横向跨距为 8.1m,3.0m，8.1 m;主楼副楼纵向跨距均为 7.1m（具体见平面图） 。 2根据建筑物的功能、规模和场地条件及周围环境的限制，选取 常用的内廊平面形式，即在走廊的两侧布置房间，这种形式结构紧凑， 走廊内相对比例较小，房间进深较大，外墙短，建筑耗能少，而且对结 构内力分布比较合理。 3.2 功能分区及各层房间的布置 对于本建筑，按楼层进行功能分区，即要求按房间的使用性质要求、 顺序和相互关系布置。本建筑为教学实验楼，同时设有计算机机房、研 究室和报告厅。主楼部分 1 层布置学术报告厅，2-6 层布置五合班教室。 两翼副楼层布置计算机机房，2 层布置实验室，2-5 层布置教室，6 层布 置研究室。 第 4 节 交通部分及防火设计 韦定：西安理工大学曲江校区 11 号教学楼设计 10 1.4.1 交通部分 本建筑为 6 层，总高 23.4m。垂直交通设施设四部楼梯，两部副楼 梯。两翼副楼各两部，由于采用了非上人屋面，楼梯只布置到第六层， 总高 19.5m。 走廊是平面布置中的主要水平交通设施，人流量较大，采用 3.0m 宽走廊。 2.4.2 防火防烟设计 在平面设计中，应考虑到建筑火灾的特点：火势蔓延途径多、危害 严重、人员不易疏散，易造成重大伤亡，高层建筑应实行防火分区。防 火分区包括水平和竖向两个方面。 1.水平防火分区 水平防火分区是指用防火材料将面积大的高层建筑在水平方向隔成 几个防火单元，对于本楼，可以采取每层作为一个防火单元。楼梯都按 消防楼梯设置；靠楼内部设有较大的开洞，靠外部有自然的采光条件， 采用适当的防火材料，设有过厅，防火门等。 房间的防火，应满足相应要求。对于大于 75的房间应设有两道 2 m 门。有平面图上看出能满足相应的要求。离房间门最远点至们的距离小 于 15m，也能满足相应的消防要求。 2.竖向防火防烟 竖向防火区是指楼上下分别用足够的耐火极限的楼板进行防火分隔。 各个楼梯均布置到六楼，使用足够耐火登记的楼板进行竖向分隔，能满 足竖向防火要求。各楼层均设有防火门，能满足防火防烟要求。第 5 节 2011 届土木工程专业毕业设计 11 立面设计 立面设计原则：建筑物外部体型受各种不同使用功能的内部空间和 物质技术条件的制约，它应正确反映内部空间组合的特点，如：建筑物 体形的大小和高低，题型组合的简单和复杂，墙面，门窗的安排，大小 形式等建筑空间组合的依据。 在完成建筑功能的前提下，在立面上力求简单，立面无明显突变。 本建筑立面简洁明快，规整合理。整个立面外观简洁、大方。 第 6 节 剖面设计 剖面设计主要是根据建筑物的用途、规模环境条件、使用要求，解 决建筑物的高度方向布置问题，从而进行建筑空间组合。 1.6.1 层数、层高的确定 根据各层的使用要求和特点，层高应满足室内净高的要求，其确定 的主要依据为使用要求采光通风要求、卫生要求、设备要求及室内空间 比例要求。本设计中，为避免层错层的出现，结合教室净高的要求，均 采用 3.6m 的层高，建筑总高度为 23.4m. 1.6.2 窗面积的确定 为满足室内的自然采光，规范中规定教室的窗地比不能小于 1/7， 在本设计中大多数窗户采用较宽的三联窗，其他窗户详见门窗明细栏， 窗台高为 1.0m。 1.6.3 室外高差的确定 韦定：西安理工大学曲江校区 11 号教学楼设计 12 为防止室外雨水流入室内，防止建筑物沉降而引起室内地坪标高过 低，同时为了增加建筑的美观和立面效果应设置一定的高度差。本设计 在建筑物东西两边的室内外高差为 450mm。 1.6.4 卫生间标底的确定 为防止卫生间的水进入其他房间，讲卫生间的地面低于楼层 20mm，以防 积水外渗。 第 7 节构造设计 1.7.1 屋面做法 40 厚 C20 细石混凝土保护层 1.5 厚合成高分子防水卷材一道 2 厚合成高分子防水涂膜一道 25 厚 1:3 水泥砂浆找平层 1:6 水泥焦渣找坡 100 厚现浇钢筋混凝土板 20mm 厚板底抹灰层