土木工程毕业设计（论文）-西安美华职业培训学院综合教学楼设计.doc

毕业设计（论文）题 目 西安美华职业培训学院 综合教学楼设计 专 业 土木工程 班 级 土木135 学 生 郝保彤 指导教师 崔晓玲 2017 年摘 要毕业设计设大学的最后一课，本次设计的目的是对大学四年来所学到的知识的总结和整理，进一步加深自己的知识记忆和知识的拓宽面，提高自己的能力来应对即将要步入社会所遇到的问题。我的设计题目为西安美华职业培训学院综合教学楼。本次设计的教学楼的面积在八千平左右，整体分为七层，每一层的层高为3.6m，第二组，。本次设计主要分成了两个部分，分别为建筑部分和结构部分，结构计算包含地震作用下的内力计算，截面设计，配筋以及地震总用下荷载的计算。本次的设计采用的是框架结构，有十分鲜明的特性，主要有对不同的结构采用不同的处理办法，多方面的复习所学到的专业知识。运用各种合理的公式对于在一级框架中的计算，遵守规范和标注，关键词： 建筑设计、结构设计、钢筋混凝土框架结构、内力分析、截面设计Abstract Graduation design University of the last lesson, the purpose of thisdesign is the university four years to learn the knowledge of the summary andfinishing, and further deepen their knowledge and knowledge of the broadening of knowledge, improve their ability to respond to the upcoming step Into the society encountered problems. My design topic for the Xian Meihua Vocational Training Institute comprehensive teaching building. I designed the building floor used by the building area is 8000, a total of 7 layers, each layer is 3.6m. The seismic fortification level is Class C, and the seismic rating of the frame is level one. the structural part of the design to take any one product frame calculation, including the earthquake under the force calculation, cross-section design , Reinforcement and the total load under the earthquake calculation. My design of the framework used in this time, there are very distinctive features, mainly for different structures using different approaches, a wide range of review of the learned knowledge. The use of a variety of reasonable formula for the calculation in a framework, to comply with norms and labeling,Keywords: architectural design, structural design, reinforced concrete frame structure, internal force analysis, cross-section design目 录摘 要1ABSTRACT31 工程概况11.1工程概述11.2结构设计依据11.3材料选用12 建筑设计12.1 建筑平面设计12.2 建筑立面设计22.3 屋顶设计23 结构方案的选择及结构布置23.1结构方案23.2结构布置23.3柱网尺寸及层高33.4梁、柱截面尺寸的初步确定33.5结构横向框架的计算简图54 横向荷载作用下的内力计算64.1横向框架侧移刚度的计算64.2重力荷载代表值的计算94.3横向水平地震荷载作用下框架结构的内力和侧移计算115 竖向荷载作用下的内力计算195.1计算单元：195.2恒荷载计算195.3活荷载计算215.4恒荷载作用下的内力计算225.5活荷载作用下的内力计算32.6 内力调整407 内力组合及截面设计437.1内力组合437.2截面设计588 楼梯设计698.1设计资料698.2梯段板设计698.3平台板设计718.4平台梁的设计79 基础设计749.1设计资料749.2基础的计算74参考文献91总结922017届土木工程专业毕业设计（论文）1 工程概况1.1工程概述建筑地点：西安市建筑类型：西安美华职业培训学院综合教学楼，现浇钢筋混凝土框架结构。工程简介：主体结构是现浇的钢筋混凝土框架结构，卫生间的板厚为80mm，其他的均为100mm，基础采用柱下独立基础。门窗使用： 大门用的是四扇开的玻璃门，楼内的教室用的是木门。窗虎用的是2100mm大小的窗户，门的高度是2100mm。地质条件：由任务书可以得到，二类建筑场地，场地土是中硬土，地震烈度为8度，第2组，地震加速度为0.1g。1.2设计依据的规范 1.3材料选用1、柱：采用C35混凝土，主筋采用HRB400钢筋，箍筋采用HRB335钢筋；2、梁：采用C35混凝土，主筋采用HRB400钢筋，箍筋采用HRB335钢筋；3、板：采用C35混凝土，钢筋采用HRB335；4、基础：使用的是C20混凝土，主筋采用HRB400钢筋，按构造配筋用的是HRB335钢筋。2 建筑设计2.1 建筑平面设计平面设计是对结构周围的构筑物本身的一个合理的调配。这次设计用的是钢筋混凝土框架结构，采用的是内廊式，详细的资料见下：1、轴网的设计共有两种方式分别为4.88.1和5.48.1m。2、整体结构是一个内廊式的结构。中间走道宽的宽度是3.0m，按照规范的要求可以满足人流的流动。本结构的楼梯放在结构的两边，共有两部楼梯，这两部楼梯也用作消防楼梯，两个楼梯的间距较大，满足规范的要求。2.2 建筑立面设计本结构的这的目的不仅仅要是结构的美观还应注意结构的质量，框架结构的特性，使得结构的墙体使用较少，可以使用多一点的门洞，使的窗子与柱子和窗间墙中间得到充分的对比。虚实结合，虚实相间，使得整个结构变得有朦胧的美感。大门的位置是整个结构的正中间，使整个结构变的美丽大方。雨蓬的设置和大门的设置主要是为了让人们感觉到大门位置的敢拒绝，为了引导人流和提示人们。2.3 屋顶设计屋顶的设计目的是设计一个上人屋顶，采用钢筋混凝土结构，屋顶是平屋顶，屋檐用的是1.2高的女儿墙。1.利用混凝土设置第一道防水层。2.三毡四油防水层。3.设置一个20mm厚的找平层。4.保温层A、B、C、D及厚度由设计人定。5.之后进行找坡。6.钢筋混泥土屋面板。3 结构方案的选择及结构布置3.1结构方案 我设计的的这个结构用的是钢筋混凝土框架结构，要现浇，用框架结构的目的是其拥有的良好性能，它的抗震能力和它的整体性为我的结构提供良好的质量保证，承重的方式是纵横向承重，并且它的结构布局比较方便，可以进行多种方案的调整。3.2结构布置荷载的传递方式是主要的，柱子是主要的承重构件，很在由板传到梁在传到柱。由以上的传递路径可以得到，本次设计的综合教学楼框架的承重方案选取为纵横向框架承重，这种方案可以提高结构的横向刚度和纵向刚度，提增强结构的的整体性。由图看一看出结构的整体是一个对称结构，可以更好的提高结构的抗震性能。结构布置图见图2.1：图3.1 框架结构平面布置图3.3柱网尺寸及层高柱网的设置有两种类型，分别是4.8m和5.4m的纵向柱距，中间走道梁的长度为3.0m，且每层的层高为3.6m。3.4梁、柱截面尺寸的初步确定3.4.1梁的截面尺寸的初步确定梁截面高度：根据规范的要求，一般来说要取梁跨度的1/121/8。横向框架梁：边跨梁：查询规范可得，h要取要取l/8l/12=600900mm，故h取为800mm，宽 b 取为400mm。中间梁：查询规范可得，h要取为600mm，宽的长度取为b300mm。纵向框架梁:查询规范可得h取l/8l/12=450715mm，故h取的值是700mm，宽度b取的值是300mm。3.4.2柱的截面尺寸的初步确定框架结构柱子的截面大小由柱子的轴压比决定：1、 柱组合的轴压力设计值N=nFgE注：n 楼层层数。柱轴压力增大系数。F指的是各个柱子的负荷面积。gE重力荷载代表值，有规范可得取14或者15kN/m，本次取15kN/M。2、柱的截面尺寸 AcN/（mNfc ） 注：mN轴压比限值，查规范可得0.65。 fc 指的是轴心抗压强度设计值，对于C35的混凝土，查规范可得16.7N/mm2。对于边柱 ：N= nFgE =71.255.44.05152870.44kN AcN/（mNfc ）=2870.44103/（16.70.65）264435mm对于中柱：N= nFgE =71.255.45.55153933.56kN AcN/（mNfc ）=3933.56103/（0.6516.7）=362373mm2 取柱子尺寸为： 底层：bh=800mm800mm以上层：bh=700mm700mm 3.5楼板选择双向板的厚度取l/40=5400/40=135mm，故本设计中除了洗手间的板为80mm，其余所有楼板均采用现浇板，板厚均为100mm，3.6结构横向框架的计算简图本次教学楼的设计初步是用柱下独立基础。计算简图见下图所示：图3.2 横向框架计算简图4.横向水平地震作用下的内力计算4.1横向框架侧移刚度的计算4.1.1横梁线刚度i b的计算表4.1 横梁线刚度楼层梁跨EcbhI0l1.5EcI0/l2EcI0/l（104N/mm2）(mmmm)(109mm4)(mm)(1010Nmm）(1010Nmm）37AB,CD3.15400*8001.71*1010？81009.975*10101.33*1011BC3.15300*6005.4*10930008.505*10101.134*101112AB,CD3.25400*8001.71*101081001.029*10111.37*1011BC3.25300*6005.4*10930008.775*10101.17*10114.1.2柱线刚度i c的计算表4.2 柱的线刚度楼层层高Ecb*hIcic3736003.15700*7002.0*10101.75*1011236003.25700*7002.2*10101.81*1011151003.25800*8003.4*10102.17*10114.1.3柱的侧移刚度的计算1、中框架柱侧移刚度计算边柱:底层 c=(0.5+K)/(2+K)=0.43D=c12ic/h2=0.43122.171011/51002=43050N/mm中柱 2层 边柱 D=c12ic/h2=0.275121.811011/36002=46088N/mm中柱: 37层 边柱 D=c12ic/h2=0.275121.751010/36002=44560N/mm 中柱 2、 边框架柱侧移刚度底层：边柱 D=c12ic/h2=0.394122.171010/51002=39445/mm 中柱 2层 边柱 D=c12ic/h2=0.221121.811011/36002=37083N/mm 中柱： 37层边柱 中柱 根据以上计算，总结如下：表4.3各层的刚度及验算楼层1234567D2457442291242028919782891978289197828919782891978Di-1/Di0.8437800871.007068519111114.2重力荷载代表值的计算4.2.1资料准备屋面及楼面恒荷载标准值屋面永久荷载标准值 5.11kN/m216层楼面 3.05 kN/m2屋面及楼面可变荷载标准值:上人屋面均布活荷载标准值 2.0 kN/m2楼面活荷载标准值 2.0 kN/m2走廊楼面活荷载 2.5 kN/m2屋面雪荷载标准值 0.25kN/m2 梁，柱的密度 25kN/m2蒸压粉煤灰加气混凝土砌 5.5kN/m24.2.2重力荷载代表值的计算1、 梁及粉刷重力荷载标准值的计算 （1）边横梁：0.4*0.75*25+0.75*0.025*17*2=8.1375kN/m (2)走道梁：0.3*0.5*25+0.5*0.025*17*2=4.175kN/m表4.4 梁重计算类别边横梁（kN/m）走道梁（kN/m）次梁（kN/m）纵梁（kN/m）梁重8.13754.1754.1755.01纵向：243.750.50.5=22.5kN合计： 32.04kN2、柱及粉刷重力荷载标准值的计算一层柱 ： 0.8*0.8*25+0.8*0.025*17*4=17.36一层以上柱： 0.7*0.7*25+0.7*0.025*17*4=13.44 3、 内、外墙体的计算外墙自重：5.50.24=1.32kN/m2外墙外表面装修：0.5 kN/m2外墙内表面装修：170.025=0.43 kN/m2内墙面荷载为：5.50.24+170.0252=2.17 kN/m24、女儿墙的重量计算女儿墙的做法与外墙一样，则可得女儿墙的重量为： （5.5*0.24+0.36*+0.34）=2.4245、 楼板重：3.05*64.4*20=3928.4kN6、 边横梁自重：8.1375*7.3*26=1544.50kN7、 走道梁自重：4.175*2.2*8=73.48kN8、 次梁自重：4.175*4.6*20+4.175*7.3*2=445.055kN9、 纵梁自重：5.01*18.6*4=372.744kN10、 框架柱自重：17.36*5.1*52=4603.872kN11、 外墙和窗重：（64.4+20）*2-26*0.7-4*0.7*2.53*（3.6-0.7）-（20*2.1*2.1+1.5*1.5*4）*（2.17-0.4）=912.36kN12、 内墙和门重：7.25*（3.6-0.9）*22+7.25*（3.6-0.6）*2+4.65*20*（3.6-0.7）*2.17-22*0.9*2*（2.7-0.4）=1544.06kN13、 楼面活载：8.1*5.4*2.5*20+3*63.6*2.5=2664kN则各层的重力荷载代表值为1层：G1=3928.4+1544.50+73.48+445.055+372.744+（4603.872+3249.792）/2+（912.36*2+1544.06*2）/2+0.5*2664=14079.43kNG2=12779kNG3=3928.4+1544.50+73.48+445.055+372.744+3249.792+912.36+1055.57+0.5*2664=12913.9kNG4=G5=3928.4+1544.50+73.48+445.055+372.744+3249.792+912.36+1055.57+0.5*2664=12913.8kNG6=12871.4kN G7=12077.5kN图4.1横向地震计算简图4.3横向水平地震荷载作用下框架结构的内力和侧移计算5.3.1横向自振周期的计算自振周期的计算用的是假想结构顶点位移法。将屋顶机房及女儿墙的荷载加到屋顶，所以：G7=8790.90+690.02=12077.5kN计算结构的自震周要按照下面的公式进行计算：注：是地震作用下结构每层的位移-无承重墙的折减系数为0.7。按以下公式计算：VGi=Gk（u）i= VGi/D ij uT=（u）k表4.5 横向地震作用下结构顶点的假想位移计算层号Gi（KN）VGi（KN）D i（N/mm）ui（mm）712077.512077.528919780.004176 612871.424948.928919780.008627512913.837862.728919780.01309 412913.850776.528919780.01576312913.963690.428919780.02221277976469.428919780.02626114079.4390548.8328919780.036854.3.2水平地震作用以及楼层地震剪力计算我的这个毕业设计所做的教学楼的高度比较低，结构的质量和结构的刚度沿高度分布的也比较均匀，结构收到的破坏主要是剪切破坏，由于受剪力的影响较大，因此要用底部剪力法进行计算，故：1、结构等效总重力荷载代表值GGi=90548.83kN2、计算水平地震影响系数a1特征周期T1=0.1g。，查表得设防烈度为8度的=0.163、结构总的水平地震作用标准值FEkFEK=a1Geq =0.160.8590548.83kN=11538.63kN则。（不考虑顶点附加地震作用）计算过程如下表：表4.6 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层号Hi（m）Gi（kN）GiHi（kNm）GiHi/GjHiFi（kN）Vi（kN）Gj726.714079.43253177.920.25742970.042970.04450.54623.112779202568.470.20212331.95302859.47519.512913.9170840.880.17241989.267291.261272.71415.912913.8139113.290.14061622.338913.591686.53312.312913.8107385.70.10871254.2510167.842099.7728.712871.475658.10.07667884.6710152.512509.9315.112077.543500.730.0422486.9311539.442896.41注：验算满足要求均大于Vi。 图4.2 水平地震作用分布 图4.3 层间剪力分布4.3.3水平地震作用下的位移验算水平地震作用下的位移计算要按照下面的公式进行计算，公式分别为：ui = Vi/D iju i=（u）k首先应该计算e=ui/hi，计算过程有下表可见，按照规范的要求e1/550。计算过程如下表：表4.9 横向水平地震作用下的位移验算层次Vi（kN）D i（N/mm）（u）i（mm）hi（mm）e=ui /hi72970.0428919781.0273600 1/35036530228919781.833600 1/196757291.2628919782.533600 1/142948913.5928919783.0823600 1/1168310167.84 28919783.523600 1/1023211052.5129124203.7953600 1/949111539.4424574424.4965100 1/1086由上表可知在第二层时它的位移最大且第二层的位移1/9491/550，满足规范要求。4.3.4水平地震作用下的框架内力计算在横向框架中取4号框架作为计算单元并且来计算框架内力。1各柱的反弯点需要进行修正，具体计算过程见下表表4.10 各柱反弯点高度的修正柱号层号Ky0Iy1a2y2a3y3y中柱71.5260.33 10.091-0100.421 61.5260.4 10.09110100.49251.5260.4510.09110100.541 41.5260.4510.09110100.541 31.5260.500 10.09110100.591 21.40.500 10.091101.38500.541 11.170.7-0.1750.7220-00.875边柱70.760.402610.107-0100.510 60.760.4510.10710100.583 50.760.47610.10710100.583 40.760.47610.10710100.583 30.760.5 10.10710100.607 20.7570.5 10.109101.38500.63410.630.565-0.0800.7220-00.645 2、 柱端剪力及弯矩分别按下列各个公式进行计算：Vij=DijV i /DijM bij=Vijyh M uij=Vij（1-y）hy=y0+y1+y2+y3注：y0。 y1。y2、y3。y。表4.11 横向地震下各层柱端弯矩及剪力计算（中柱）层号hi/mVi（kN）Dij（N/mm）Dij（N/mm）Vij（kN）yMbij（kNm）Muij（kNm） 73.62970.0428919787016272.060.421167.3892.0463.65302289197870162128.630.492293.49169.5853.67291.26289197870162171.890.541386.67250.1443.68913.59289197870162216.250.54454.02324.4833.610167.84289197870162246.680.591517.91369.8423.611052.51291242069048262.030.541525.61417.715.111539.44245744252761247.750.875454.69437.21表4.12 横向地震下各层柱端弯矩及剪力计算（边柱）层号hi/mVi（kN）Dij（N/mm）Dij（N/mm）Vij（kN）yMbij（kNm）Muij（kNm） 73.62970.0428919784456045.760510144.14120.59 63.65302 28919784456081.690.583 159.1 134.9853.67291.26 289197844560112.340.583 239.04165.4143.68913.59 289197844560137.370.583 267.48 226.9433.610167.84289197844560156.67 0.607305.13258.88 23.611052.51291242046088176.140.634311.35322.7615.111539.44 245744243050202.150.645 434.04 421.36梁端弯矩，剪力：图4.4节点弯矩 表4.13 横向地震梁端弯矩，剪力及柱轴力的计算层号边梁中梁柱轴力MblMbrVbMblMbrVb边柱中柱7120.5951.85 -21.29 42.34 47.7-30.01 -21.29-8.72 6279.2 120.0 -49.29 155.0 182 -112.3-70.58 -71.75 5325.51 139.5 -57.41 250.1 293.6-181.2-127.99 -165.62 4465.98200.4 -82.77 327.1 384-237.1 -210.26 -207.99 3526.36 226.3 -92.92 379 445 -274.6 -303.18-265.61 2627.89 270 -110.8 430.4 505.2 -311.8-414.02-376.77 1634.11315.1 -117.2442.9 519.9 -320.9 -531.2 -522.14 下面各图分别为弯矩图，轴力图和剪力图：图如下所示：图4.5 框架柱的弯矩图4.6框架梁的弯矩图4.7框架两端剪力及轴力图5 竖向荷载作用下的内力计算 5.1计算单元： 取如下图所示的计算单元。图5.1 计算单元5.2恒荷载计算在恒载的作用下，框架梁上的荷载示意图如下图所示：图5.2 各层梁上作用的恒荷载5.2.1屋面框架梁线荷载标准值对于第7层:q1=0.40.825+（0.81-0.1）0.02517=8.1375 kN/m2=0.30.625+（0.6-0.1）0.0217=4.175kN/m2q2=5.112.7=13.797 kN/m =5.113=15.33 kN/m 5.2.2屋面框架节点集中荷载标准值 集中力矩:M1=P1e1=173.23(0.7-0.3)/2=34.65 kNmM2=P2e2=191.06(0.7-0.3)/2=38.21kNm5.2.3 二到六层线荷载标准值 = q2 和分别为楼面楼板和走道楼板传递给横梁的梯形荷载和三角形荷载。q2=3.053=9.15kN/m =4.175 kN/m 5.2.4二到六层框架节点集中荷载标准值 集中力矩M1=P1e1=150.57(0.7-0.3)/2=30.11kNmM2=P2e2=172.73(0.7-0.3)/2=34.55kNm5.2.5一层框架以下的荷载 5.3活荷载计算图5.3活载作用示意图5.3.1第7层上的活载计算q2=2.53=7.5 kN/m2=2.52.7=6.75kN/m2集中力矩:M1=P1e1=54.68(0.7-0.3)/2=10.94NmM2=P2e2=74.93(0.7-0.3)/2=14.99 kNm5.3.2第1-6层上的活载计算q2=2.53=7.5kN/m2=2.52.7=6.75 kN/m2集中力矩:M1=P1e1=54.68(0.8-0.3)/2=13.67kNmM2=P2e2=74.93(0.8-0.3)/2=18.73kNm5.3.3柱变截面处的附加弯矩 （1）恒载作用下 （逆时针）第一层A节点外力矩为： （逆时针） （2）活载作用下 （逆时针） 第一层A节点外力矩为： 表5.1 框架梁上荷载引起的剪力楼层恒载活载ABBCABBCABBCABBCq1q1q2q2VA=-VBVB=-VCq1q2VA=-VBVB=-VC78.14144.1815.3356.745.996.757.520.2522.569.578.244.189.1566.7427.456.757.520.2522.559.579.244.189.1566.7428.456.757.520.2522.549.5710.244.189.1566.7429.456.757.520.2522.539.5711.244.189.1566.7430.456.757.520.2522.5213.7712.244.189.15111.5431.456.757.520.2522.5113.7713.244.189.15111.5432.456.757.520.2522.55.4恒荷载作用下的内力计算计算整个框架弯矩用用弯矩的二次分配法。5.4.1杆的固端弯矩的计算两端固支：其中与含义见下图：，其中与的意义如下图所示：图5.4 固端弯矩示意图图5.5 固端弯矩示意图由上面的公式计算杆件的固端弯矩。5.4.2分配系数 本次设计的结构是对承接过，因此只需计算一半结构。分别计算它的分配系数： 分配系数计算公式： 其中：为转动刚度，两端固支杆，一端固支，一端滑动固支杆 n为该节点所连接的杆件数。线刚度的计算见下表：表5.2 梁线刚度的计算楼层梁跨EcbhI0l1.5EcI0/l2EcI0/l（104N/mm2）(mmmm)(109mm4)(mm)(1010Nmm）(1010Nmm）37AB,CD3.15400*8001.71*101081009.975*10101.33*1011BC3.15300*6005.4*10930008.505*10101.134*101112AB,CD3.25400*8001.71*101081001.029*10111.37*1011BC3.25300*6005.4*10930008.775*10101.17*1011表5.3 柱线刚度计算楼层层高Ecb*hIcic3736003.15700*7002.0*10101.75*1011236003.25700*7002.2*10101.81*1011151003.25800*8003.4*10102.17*10115.4.3计算过程下柱右梁左梁上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁左梁上柱下柱0.5680.4310.3640.50.1550.1620.490.3650.4320.567偏心矩偏心矩-75.4475.4430.97-15.0415.04-33.24-61.7561.7542.8532.51-33.26-45.69-14.1612.9539.1829.18-26.68-35.019.65-16.6316.26-11.226.48-7.0815.17-13.3414.59-13.043.963.01-4.19-5.76-1.780.852.571.91-0.67-0.8856.46-56.5554.25-62.66-24.5121.7656.92-43.9948.99-48.930.3620.3620.2750.2460.3240.3240.1050.1680.320.320.2230.260.3850.385-53.3253.3230.97-15.0415.04-42.15-67.7267.7219.3019.3014.66-17.04-22.44-22.44-7.2715.9330.3530.3521.15-17.61-26.07-26.0721.429.65-8.527.33-22.84-11.227.97-3.6419.5915.17-8.8010.57-17.51-13.04-8.17-8.17-6.204.626.086.081.97-3.75-7.14-7.14-4.985.197.697.6932.5620.79-53.3848.23-39.20-27.58-12.3823.5942.7938.38-60.3565.88-35.89-31.420.3620.3620.2750.2460.3240.3240.1050.1680.320.320.2230.260.3850.385-53.3253.3230.97-15.0415.04-42.15-67.7267.7219.3019.3014.66-17.04-22.44-22.44-7.2715.9330.3530.3521.15-17.61-26.07-26.079.659.65-8.527.33-11.22-11.227.97-3.6415.1715.17-8.8010.57-13.04-13.04-3.90-3.90-2.971.762.312.310.75-3.01-5.73-5.73-3.994.035.975.9725.0525.05-50.1445.37-31.34-31.34-13.6024.3339.7939.79-59.3764.72-33.14-33.140.3620.3620.2750.2460.3240.3240.1050.1680.320.320.2230.260.3850.385-53.3253.3230.97-15.0415.04-42.15-67.7267.7219.3019.3014.66-17.04-22.44-22.44-7.2715.9330.3530.3521.15-17.61-26.07-