土木工程毕业设计（论文）-五层框架结构教学楼设计2.doc

湖北工业大学商贸学院毕业设计摘 要由于框架结构的优点是建筑平面布置灵活，易于满足设置大空间的要求，立面处理也易于满足建筑艺术的要求，与其他结构相比，它是造价较低的一种结构体系。建筑物的外型由单一的矩形发展到了现在的L形、U形、弧形、原型等很多形状。建筑物的体型也由单一体型发展到了单元组合体型和复杂体型。因此，多层工业、民用和公共建筑均采用了框架结构体系。本设计主要对结构方案中横向第10榀框架进行了结构设计。在确定框架平面布置方式之后，首先进行了层间荷载标准值的计算，接着采用分层法计算得出竖向恒荷载和活荷载作用下的结构内力。然后，利用D值法求出在水平风荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。其次，对各种情况下的内力进行了组合，选取最安全的结果进行框架梁、框架柱截面的配筋计算。然后，对浅基础的结构进行了设计。最后，利用PKPM和CAD软件绘制了框架结构的施工图。关键词：框架 结构设计 配筋湖北工业大学商贸学院毕业设计AbstractBecause of the advantages of frame structure of the building layout is flexible, easy to satisfy the requirements set large space, facade processing also easy to meet demand, the art of architecture, frame structure is a low cost structure compared with other structures. The figuration of the building changes from the single rectangular to L-shaped, U-shaped, arc, prototypes etc. The bodily form changes from single building to the unit combination shape size and complex shape. Therefore, the frame structure is adopted in multi-layer industrial and civil and public buildings.The 10th horizontal frame structure is designed in this design. After determining the frame layouts, the standard values of loads acting on the structure are calculated firstly. Then the internal forces of the structure caused by vertical constant load and live load are calculated by stratified sampling method. Then, the structural internal forces (moment, shear force and axial force).due to horizontal wind load is calculated by using a D value method. Secondly, the internal forces under various circumstances are combined. The security results are selected to calculate the reinforcement of frame beams and frame column. Then, the structure of the shallow foundation is designed. Finally, the shop drawing of the frame structure is drawn by PKPM and CAD software.Keywords : frames structural design Reinforcement目 录摘 要IAbstractII目 录III引 言11 建筑设计21.1 设计依据21.2 建筑设计21.2.1 工程概况21.2.2 平面设计21.2.3 具体建筑方案22 结构设计32.1 设计依据32.1.1 气象条件32.1.2 工程地质条件32.1.3 其他32.2 结构方案32.2.1构体系选型32.2.2屋面结构32.2.3楼面结构32.2.4楼梯结构32.2.5墙体结构42.3 荷载选择和计算42.3.1、恒荷载标准值计算42.3.2活荷载标准值计算62.3.3楼板计算72.4板的配筋计算172.4.1双向板配筋计算172.5楼梯计算212.5.1楼板212.5.3楼梯板的计算232.5.5平台梁的计算242.6 框架计算262.6.1框架计算简图的选取和确定262.6.2竖向荷载下框架受荷总图302.7 内力计算362.7.1恒荷载内力计算362.7.3水平地震作用计算602.8 截面设计与配筋计算682.8.1内力组合682.8.2截面设计和配筋计算782.9 基础设计80结 束 语92参考文献93致 谢94 引 言本设计是按照*学院土木系2014年毕业生设计要求编写的毕业设计。题目为“武汉市五层框架结构教学楼设计”。内容包括建筑设计、结构设计两部分。教学楼是公共建筑。其规范要求比较严格，能体现出建筑和建构设计的很多重要的方面，选择教学楼建筑和结构设计，从而掌握教学楼设计的基本原理，妥善解决其功能关系，满足使用要求。框架结构的设计初始欧美。二十世纪后得到了世界各地大范围的使用，其结构建筑平面布置灵活，使用空间大，延性较好，其具有良好的抗震能力。对教学楼有重要建筑结构非常适用。能满足较大的使用面积要求。框架结构的研究，对于建筑的荷载情况，分析其受力，采用不同的方法分别计算出各种荷载作用下的弯矩、剪力、轴力，然后进行内力组合，挑选出最不利的内力组合进行截面的承载力计算，保证结构有足够的强度和稳定性。在对竖向荷载的计算中采用了分层法和弯矩分配法，对水平荷载采用了D值法，对钢筋混凝土构件的受力性能，受弯构件的正截面和斜截面计算都有应用。鉴于水平有限，设计书中还存在不少缺点甚至错误，敬请老师批评和指正。1 建筑设计1.1 设计依据（1）房屋建筑学 （教材）；（2）建筑制图标准及建筑设计规范；（3）民用建筑防火规范；（4）建筑设计及构造设计手册，图集等；1.2 建筑设计1.2.1 工程概况 建筑项目名称：武汉某中学教学楼 本工程建筑功能为教学楼，使用年限为50年；采用钢筋混凝土现浇框架结构体系；所有墙体均采用200厚的页岩空心砖，门窗采用夹板门和塑钢窗。1.2.2 平面设计总建筑面积 5200m2。建筑物长77.7m，宽 34.5m，建筑占地面积 1100 m2，其中地面以上 5层，建筑高度自室外地面到女儿墙顶高 21m，各层层高为3.9m。1.2.3 具体建筑方案本课题为教学楼，建筑结构布局设置了教室、办公室、会议室、阅览室、值班室、配电室以及卫生间。采用现浇楼板结构。2 结构设计2.1 设计依据2.1.1 气象条件建设地区冬有严寒，夏有酷暑，全年主导风向为东北风，夏季主导风向为东南风，基本风压：=0.40kN/基本雪压：S =0.40kN/2.1.2 工程地质条件建筑物所在场地地势平坦，地层由素填土和粉质粘土组成。地基承载力标准值为：素填土fk=130kpa；粉质粘土fk=220kpa地下水位在地表下7米处。2.1.3 其他 1.采用中华人民共和国现行国家标准规范和规程进行设计，主要有：建筑结构荷载规范 GB50009-2001；建筑抗震设计规范 GB20011-2001；混凝土结构设计规范 GB50010-2002；建筑地基基础设计规范 GB50007-2002； 2.本工程结构的环境类别：室内正常环境为一类，室内、露天及与土直接接触部分为二类a。 3.建筑抗震设防类别为乙类，所在地区的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度0.10g，场地类别经地基处理后可达到类，框架抗震等级三级。2.2 结构方案2.2.1构体系选型 采用钢筋混凝土现浇框架结构体系。2.2.2屋面结构 采用现浇钢筋混凝土肋型屋盖，采用刚性防水屋面，板厚100。2.2.3楼面结构 全部采用现浇钢筋混凝肋形楼盖，板厚120。砼强度为C30，板的钢筋采用HPB300，楼面活荷载2.0kN/m 。2.2.4楼梯结构 采用现浇钢筋混凝土板式楼梯。2.2.5墙体结构墙体采用200厚的加气混凝土砌块。在+-标高以下采用200的标准砖砌块。2.3 荷载选择和计算2.3.1、恒荷载标准值计算（1）屋面找平层：15厚水泥砂浆 0.01520=0.30 kN/m2防水层：（刚性）40厚C20细石混凝土防水 1.0 kN/m2防水层：（柔性）SBS防水卷材2层 0.4 kN/m2 找平层：15厚水泥砂浆 0.01520=0.30 kN/m2找坡层：40厚水泥石灰焦渣砂浆0.3%找平 0.0414=0.56 kN/m2保温层：80厚矿渣水泥 0.0814.5=1.16 kN/m2结构层：100厚现浇钢筋混凝土板 0.10m25KN/m3=3.0 kN/m2抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m17KN/m3=0.17kN/m2合计 =6.89kN/m2 (2) 各层走廊楼面、标准层楼面水磨石地面10mm面层水磨石地面20mm水泥砂浆打底水磨石地面素水泥浆结合层一道 0.65 kN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.12m25KN/m3=3.0 kN/m2抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m17KN/m3=0.17kN/m2合计 3.82 kN/m2(3)梁自重 横梁自重 bh=250mm500mm 250.3(0.5-0.12)=2.48kN/m抹灰层 10厚混合砂浆 0.01(0.5-0.12)2+0.317=0.16kN/m合计 2.54kN/m纵梁自重 bh=300mm600mm 250.3(0.6-0.12)=4.35kN/m抹灰层 10厚混合砂浆 0.01(0.6-0.12) 2+0.35)17=0.26 kN/m合计 4.61kN/m基础梁自重bh=300mm600mm ： 250.30.6=3.19kN/m(4)柱自重 bh=600mm600mm 250.60.6=6.37kN/m抹灰层：10厚混合砂浆 0.010.5417=0.34kN/m合计 6.59kN/m(5)外纵墙自重标准层：纵墙 1.10.2518=4.75kN/m塑钢窗 0.351.7=0.595kN/m水刷石外墙面 (3.9-1.7)0.5=0.8kN/m水泥粉刷内墙面 (3.9-1.7)0.36=0.576kN/m合计 6.721kN/m底层：纵墙 (4.85-1.7-0.7-0.45)0.2518=6.3kN/m塑钢窗 0.351.7=0.595kN/m水刷石外墙面 (3.9-1.7)0.5=0.8kN/m水泥粉刷内墙面 (3.9-1.7)0.36=0.576 kN/m合计 8.271 kN/m(6)内纵墙自重标准层：纵墙 (3.9-0.7)0.26.5=3.38 kN/m水泥粉刷内墙面 (3.9-1.7)0.362=1.152 kN/m合计 4.532kN/m底层：纵墙 (4.85-0.7-0.45)0.26.5=4.03 kN/m水泥粉刷内墙面 (3.9-0.7)0.362=1.872kN/m合计 5.902kN/m(7)内横墙自重标准层：横墙 (3.9-0.7)0.26.5=3.38kN/m水泥粉刷内墙面 (3.9-0.7)0.362=1.872kN/m合计 5.252kN/m底层：横墙 (4.85-0.7-0.45)0.2m6.5=4.03kN/m水泥粉刷内墙面 (3.9-0.7)0.362=1.872kN/m合计 5.902kN/m2.3.2活荷载标准值计算1、屋面和楼面活荷载标准值上人屋面2.0 kN/m2不上人屋面 0.5 kN/m2楼面： 走廊 2.5 kN/m2楼面 2.0 kN/m2 =g+ ，=（1） 标准层楼板：g=g+ =5.4kN/ + KN/ =6.8kN/q= = kN/ =1.4 kN/ （2） 标准层厕所：g=g+ =7.8kN/ + kN/ =9.2kN/q= = kN/ =1.4 kN/ （1）标准层楼板： p=g+q= 5.4kN/ +2.8 kN/ =8.2kN/（2）标准层厕所： p=g+q= 7.8kN/ +2.8 kN/ =10.6kN/板的跨度计算：边跨 lo= Ln+且Lo Ln+ 中间跨 lo= Ln+b且Lo 1.1Ln2.3.3楼板计算图1. 楼板表1. A和B板区格ABLox/loy3.3/6.3=0.522.1/3.6=0.58计算简图 跨 内 支 座U=0MxkN.mMykN.m U=0.2MxkN.mMykN.m计算简图MxkN.mMykN.m表2. C和D板区格CDLox/loy3.6/6.3=0.572.1/3.6=0.58计算简图 跨 内 支 座U=0MxkN.mMykN.mU=0.2MxkN.mMykN.m计算简图MxkN.mMykN.m表3. E和F板区格EFLox/loy3.6/6.3=0.572.7/5.1=0.53计算简图跨 内 支 座U=0MxkN.mMykN.mU=0.2MxkN.mMykN.m计算简图MxkN.mMykN.m表4. G和H板区格GHLox/loy2.7/5.1=0.532.7/4.5=0.6计算简图跨 内 支 座U=0MxkN.mMykN.mU=0.2MxkN.mMykN.m计算简图MxkN.mMykN.m表5. I和J板区格IJLox/loy2.7/5.7=0.472.55/2.6=0.98计算简图跨 内 支 座U=0MxkN.mMykN.mU=0.2MxkN.mMykN.m计算简图MxkN.mMykN.m表6. K和L板区格KLLox/loy2.55/2.6=0.982.55/2.6=0.98计算简图跨 内 支 座U=0MxkN.mMykN.mU=0.2MxkN.mMykN.m计算简图MxkN.mMykN.m表7. M和N板区格MNLox/loy2.7/6.0=0.452.7/5.1=0.53计算简图跨 内 支 座U=0MxkN.mMykN.mU=0.2MxkN.mMykN.m计算简图MxkN.mMykN.m表8. O和P板区格OPLox/loy2.7/3.3=0.822.7/3.3=0.82计算简图跨 内 支 座U=0MxkN.mMykN.mU=0.2MxkN.mMykN.m计算简图MxkN.mMykN.m表9. Q和R板区格QRLox/loy3.0/3.3=0.913.0/3.3=0.91计算简图跨 内 支 座U=0MxkN.mMykN.mU=0.2MxkN.mMykN.m计算简图MxkN.mMykN.m2.4板的配筋计算短边方向 长变方向 各跨内、支座弯矩已经求得（考虑板四周与梁整体连接，乘以折减系数0.8)可按公式算出相应的钢筋截面面积。2.4.1双向板配筋计算表12. 双向板配筋计算截 面选配钢筋实配面积/跨中A区格方向3.451001408200252方向2.66901428200252B区格方向4.14100366200141方向3.7990286200141C区格方向1.20100956200141方向1.7290376200141D区格方向4.0310054600141方向2.1190226200141E区格方向1.38100226200141方向2.2990486200252F区格 方向0.43100486200252方向0.4390166200141G区格方向1.73100216200141方向1.7390106200141H区格方向0.741001418200252方向0.35901328200252跨中I区格方向3.91002098200141方向3.89036200252J区格方向6.481001358200252方向7.80908600252K区格方向4.451001408200252方向6.65901428200252L区格方向0.37100366200141方向0.5690286200141 M区格方向2.11100956200141方向1.7890376200141N区格方向3.91002098200296方向3.890376200252跨中O区格方向3.451001408200252方向2.66901428200252P区格方向4.141001366200141方向3.79901286200141Q格方向1.20100956200141方向1.7290376200141R格方向4.0310054600141方向2.1190226200141截 面选配钢筋实配面积/支座A-B-5.03100315 10150462B-D-3.511002198200252C-E-1.16100736200141A-E-0.60100386200141D-E-1.01100636200141E-C-4.31002698200252H-E-7.1610044810150550I-J-4.3710027310150550H-I-3.911002458200252F-G-2.401001508200252G-H-2.491001758200252L-N-1.881001188200252N-M-0.78100496200141M-F-5.8910036910150550J-N-4.3110027010150550F-M-3.831002408200252K-G-4.31002698200252K-N-7.7610044810150550N-O-4.3710027310150550P-Q-3.911002458200252Q-R-2.401001508200252P-R-2.791001756200252K-K-1.881001188200252E-E-7.16100448101505502.5楼梯计算2.5.1楼板表13. 梯段板的荷载荷载种类荷载标准值（kN/ m2）恒载水磨石面层25+0.75)0.651/0.25=1.1三角形踏步1/20.30.175251/0.25=2.63斜板0.08251/0.819=2.44板底抹灰0.02171/0.819=0.42小计6.59活载荷载标准值2.0 2.5.2楼梯梯段板TB设计计算简图为：图2. 楼梯 图32.5.3楼梯板的计算（1）板倾斜度： =arctan150/270=30.260 cos=0.86（2）确定板厚: 楼梯板的厚度为:h=lo/25=2280mm/25=84mm 取h=100mm. 则取1m宽板带计算。（3）荷载计算： 荷载分项系数:rG=1.2 rq=1.4 基本组合总荷载设计值 P=1.26.59 kN/ m2+1.42.0 kN/ m2=10.71kN/ m2（4）截面计算： 弯矩设计值:M=P ln2=10.712.82=6.17kN.m ho=100mm-20mm=80mms= M/1fcb ho2=（1）（2） （3） （4） 满足要求 选配钢筋10200，实配面积As=314mm2分布筋6，每级踏步下一根，梯段板配筋.2.5.4平台板计算（1）荷载计算 恒荷载，平台板自重（假定板厚100mm） 0.1m1m25 kN/ m3=2.5kN/ m2 20mm厚找平层加20mm厚板底抹灰 0.04m1m20 kN/ m3=0.8 kN/ m2 恒荷载标准值： gk=2.80 kN/ m2 恒荷载设计值： g= gk1.2=2.801.2=3.36 kN/ m2 活荷载标准值： qk=2.0 kN/ m2 活荷载设计值： qk=2.0 kN/ m21.4=2.8 kN/ m2 荷载设计值： p=g+q=3.36 kN/ m2+2.8 kN/ m2=6.16kN/ m2 （2）内力计算 楼梯的休息平台： L01/ L02=，按双向板来进行计算： M1=（0.0552+0.20.0426）6.16 kN/ m22.002=1.57kN.m M2=(0.0426+0.20.0552) 6.16 kN/ m22.002=1.32kN.m（3）配筋计算 L01方向： 取 200 L02 方向： 取 200 2.5.5平台梁的计算设平台梁截面 b=200mm h=400mm（1）荷载设计梁自重：0.2（0.4-0.06）25=1.7kN/ m梁侧粉刷10厚： 0.01（0.4-0.06+0.2）217=0.18 kN/ m平台板传来荷载： 6.16(+0.2)=4.32 kN/ m梯段板传来荷载： 10.712.4/2=12.85kN/m 荷载标准值总计为： P=1.45+0.17+4.32+12.85=18.79kN/ m净跨度：ln=2600mm-200mm=2400mml0=2.4m+0.2m=2.6m取较小值，即l0=2.52m按简支梁计算跨中弯矩和剪力：M=V=（2）正截面承载力计算按倒L形截面计算，翼缘计算宽度为：bf= l0/b= 则 （5）故可按第一类T形截面计算 选用312纵向钢筋,箍筋计算: 2.6 框架计算2.6.1框架计算简图的选取和确定1框架结构平面计算单元取10-10轴的一榀框架进行计算。设计内容包括框架计算单元、计算简图的确定，框架受到的各种荷载计算，各种荷载作用下框架的内力计算、内力组合及截面配筋计算。2框架几何尺寸 横向框架梁：其砼为 C30，采用钢筋HRB400，初选尺寸为： h=600mb=300m楼板厚度（采用双向板）：其砼为 C30，采用钢筋HRB400，初选尺寸为：h=120mm 柱根据层高（1/121/18）H,初步选定为600mm600mm，其砼为 C30.（4）框架计算简图图4. 框架计算简图图5. 框架计算简图（5）竖向荷载的计算： 图62.6.2竖向荷载下框架受荷总图1屋面荷载 附加卷材一层 0.05kN/ 1:3水泥砂浆找平25 20 0.25=0.5 kN/ 1：8炉渣找坡2%厚20 27.6 0.02=0.55 kN/ 120厚水泥聚苯保温板 0.17 0.12=0.02 kN/ 1：3水泥砂浆找平层20 20 0.02=0.4 kN/ 现浇钢筋混凝土板120 25 0.12=3 kN/ 1：3混合砂浆找平层20 17 0.02=0.34 kN/ 合计: 4.86 kN/2楼面恒荷载标准值确定 20混合砂浆层: 20kN/m3 0.02=0.4kN/ 现浇钢筋混凝土板厚120: 25 kN/m3 0.012=2.5 kN/ 15mm厚天棚抹灰： 17kN/m3 0.15=0.26 kN/ 大理石板： 0.28 kN/ 恒载合计： 3.44 kN/3、构件自重 梁自重b h=300600（含抹灰）： 梁自重25KN/m3 0.30m (0.6m-0.12m)=3.0kN/m 抹10混合砂浆 0.01 17 （0.6-0.12）2+0.3=0.21KN/m 合计： 3.21 kN/M 次梁自重： 0.2 (0.4-0.12) 25=1.4kN/M 抹灰10混合砂浆 0.01 17 (0.4-0.12) 2+0.2=0.13kN/M 合计： 1.53 kN/M4、墙自重：标准层：1.2m0.2m18kN/m3=4.32kN/m 塑钢门窗： 0.95kN/m 涂料外墙面； 0.55kN/m 水泥粉刷内墙面：0.55kN/m 合计：6.77kN/m底层：4.80.2m5.5kN/m30.9m0.24m18kN/m3=7.67kN/m 水泥粉刷内墙面：0.55kN/m合计：7.67kN/m5、活荷载标准值计算根据规范建筑结构荷载规范不上人屋面：0.5 kN/m2基本风压：0.40 kN/m2基本雪压：0.40kN/其中风荷载和雪荷载不同时考虑，二者中取最大值。（a）J-H轴间框架梁 屋面板传荷载：恒载： 活载: 梁自重（含抹灰） 梁自重 25kN/m3 0.3m (0.6m-0.12m)=3.0kN/m抹10混合砂浆 0.01 17 （0.6-0.12）2+0.30=0.21kN/m墙重: 1.2m0.20m18kN/m3+17kN/m31.2m0.02 m2 =5.14kN/m屋面层框架梁均布荷载为： 恒载=屋面板传荷载+梁自重+墙重=20.54+3.21+5.14=28.89kN/m 活载=板传荷载=1.49 kN/m楼面板传荷载： 恒载 活载 楼面梁框架梁均布荷载为： 恒载=楼面板传荷载+梁自重+墙重=9.07+3.21+15.42=27.70kN/m活载=板传荷载=5.96 kN/m（b）H-G轴间框架梁屋面板传荷载：恒载 活载 梁自重 梁自重 25KN/m3 0.30m (0.6m-0.12m)=3.0kN/m抹10混合砂浆 0.01 17 （0.6-0.12）2+0.30=0.21kN/m墙重: 1.2m0.20m18KN/m3+17KN/m 1.2m0.02 m2 =5.14kN/m屋面层框架梁均布荷载为： 恒载=屋面板传荷载+梁自重+墙重=16.40+3.21+5.14=24.75kN/m 活载=板传荷载=4.80 kN/m楼面板传荷载： 恒载 活载 楼面梁框架梁均布荷载为： 恒载=楼面板传荷载+梁自重+墙重=8.20+3.21+5.14=16.55kN/m 活载=板传荷载=4.80 kN/m （C）J轴柱纵向集中荷载的计算：顶层柱活荷载=板传活荷载= 7.67kN/m(7.8-0.6m)+2.5kN/m(7.8m-0.6)=72.43kN（d）H轴柱纵向集中荷载计算：顶层柱活荷载=板传活荷载=4.8kN/m2.7m=12.96kN 6.77kN/m7.2m+3.21kN/m2.1m+8.49kN/M2.1m=91.80kN标准层柱活荷载=板传活荷载=4.8kN/M2.7m=12.96kN7.67kN/M7.8M+2.5kN/M2.7M=65.08kN（e）G轴柱纵向集中荷载计算：7.67kN/m2m+2.5kN/m2.5m=21.5kN图7.框架受荷载分布图图8.框架受荷载分布图2.7 内力计算2.7.1恒荷载内力计算（1）柱端和梁端的传递弯矩确定（a）顶层J处的弯矩： (b) 顶层H处的弯矩： 左梁 右梁 顶层J处的弯矩： (c)底层和标准层弯矩： G处弯矩 (d) H处弯矩右梁 左梁 (e) J处弯矩 （2）计算分配系数顶层分配系数 (a) J节点下柱 右梁(b) H节点 (c) G节点标准层分配系数(a) J节点 (b) H节点 (c) G节点 底层分配系数(a)J节点 (b) H节点 (c) G节点 （3）利用分层法求弯矩图9.顶层弯矩分配图图10.标准层弯矩分配图图11.地层弯矩分配图 恒荷载作用下的弯矩图（ 调幅前kN.Ma） 在竖向荷载作用下，可以考虑梁端塑性变形内力重分布而对梁端负弯矩进行调幅，取调幅系数0.9。图12.恒荷载作用的弯矩图剪力计算采用如下公式： ，简支梁支座左端和右端的剪力值标准值，当梁上无荷载作用时取0，剪力使用所取隔离体产生顺时针转动为正；，梁端弯矩标准值，以绕杆端顺时针为正，反之为负。梁端剪力计算如下： 顶层： VG右 VH左 VJ右 VJ左 2-4层剪力计算： VG右 VH左 VH右 VJ左 底层剪力计算： VG右 VH左 VH右 VJ左 图13.恒荷载下的剪力图利用节点平衡求出轴力(G) 图14.轴力简图2.7.2 风荷载作用下的内力计算1