土木工程毕业设计（论文）-成教学院教学楼设计说明书.doc

土木工程毕业设计 第 1 页 目 录 1、建筑设计.1 1.1 设计基本资料.1 1.1.1 工程概况.1 1.1.2 原始设计资料.1 1.2 建筑设计说明.2 1.2.1 设计概要.2 1.2.2 建筑立面剖面设计.4 1.2.3 装饰.5 1.2.4 抗震设计.5 1.2.5 楼梯的设计.5 1.2.6 关于防火的设计.6 1.2.7 细部构造总说明.6 1.3 建筑细部具体构造做法.10 2、结构设计.12 2.1 结构布置及计算简图的确定.12 2.2.1 选择承重方案.12 2.2.2 梁、柱截面尺寸估算.12 2.2.3 结构计算简图.13 3、荷载计算.15 3.1 屋面及楼面的永久荷载标准值.15 3.2 屋面及楼面可变荷载标准值.15 3.3 梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算.15 3.3.1 梁自重计算.16 3.3.2 柱自重计算.16 3.4 计算重力荷载代表值.16 3.4.1 第 5 层的重力荷载代表值：.16 3.4.2 24 层的重力荷载代表值.17 3.4.3 一层的重力荷载代表值：.17 4、横向框架侧移刚度计算.18 土木工程毕业设计 第 2 页 4.1 计算梁、柱的线刚度.18 4.2 计算柱的侧移刚度.18 5、横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算.20 5.1 横向水平地震作用下的框架结构的内力计算和侧移计算。.20 5.1.1 横向自振周期的计算.20 5.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算.20 5.1.3 水平地震作用下的位移验算.22 5.1.4 水平地震作用下框架内力计算.23 5.2 横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算.26 5.2.1 风荷载标准值.26 5.2.2 风荷载作用下的水平位移验算.28 5.2.3 风荷载作用下框架结构内力计算.29 6、竖向荷载作用下横向框架结构的内力计算.32 6.1 计算单元.32 6.2 荷载计算.33 6.2.1 恒载计算.33 6.2.2 活荷载计算：.35 6.2.3屋面雪荷载标准值：.37 6.3 内力计算.37 6.3.1、计算分配系数。 .37 6.3.2 用弯矩二次分配法来计算恒载作用下的梁端、柱端弯矩。.39 6.3.3 计算恒载和活载作用下梁端剪力和柱轴力。.41 7 框架内力组合.51 7.1 结构抗震等级.51 7.2 框架梁内力组合.51 7.2.1 作用效应组合.51 7.2.2 承载力抗震调整系数.51 7.2.3 梁内力组合表.52 7.2.4 计算跨间最大弯矩.52 7.3.1 柱内力组合.55 7.3.2 柱端弯矩值设计值的调整.55 土木工程毕业设计 第 3 页 8、截面设计.57 8.1 框架梁.57 8.1.1 一层 AB 梁的正截面受弯承载力计算.57 8.1.2 梁斜截面受剪承载力计算.59 8.1.3 二层 AB 梁的正截面受弯承载力计算.59 8.1.4 梁斜截面受剪承载力计算.61 8.2 框架柱.62 8.2.1 柱截面尺寸验算.62 8.2.2 框架柱的截面设计.64 9 基础设计.68 9.1 基础梁截面尺寸的选取.68 9.2 荷载选用.68 9.3 基础截面计算.69 9.4 地基承载力及基础冲切验算.70 9.5 基础底板配筋计算.71 10.楼梯的设计.74 10.1 梯段板计算.74 10.2 平台板计算.75 10.3 平台梁计算.76 11.板的配筋.78 11.1 A 板的设计.78 11.2 B 板的设计.80 参考文献.78 附录.84 英文翻译.89 致谢.105 中国矿业大学毕业设计 第 1 页 2、结构设计 2.1 结构布置及计算简图的确定 根据该房屋的使用功能及建筑设计的要求，进行了建筑平面、立面及 剖面设计，填充墙采用 190mm 厚的混凝土空心小砌块，楼盖及屋盖均采用 现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取 100mm。 2.2.12.2.1 选择承重方案选择承重方案 该建筑为教学楼，房间布局较为整齐规则，且教学楼不需要考虑太大 空间布置，所以采用横向框架承重方案，四柱三跨不等跨的形式。柱网布 置形式详见建筑平面图。 2.2.22.2.2 梁、柱截面尺寸估算梁、柱截面尺寸估算 纵 梁：,mmlh9006007200 12 1 8 1 12 1 8 1 取mmh700 ,mmhb350233700 3 1 2 1 3 1 2 1 取mmb300 横 梁：， 1111 7500625 938 812812 hlmm 取mmh700 mmhb350233700 3 1 2 1 3 1 2 1 取mmb300 次 梁： mmlh6004007200 18 1 12 1 18 1 12 1 取mmh500 mmhb167250500 3 1 2 1 3 1 2 1 取mmb300 各层梁截面尺寸及混凝土强度等级如下表， 中国矿业大学毕业设计 第 2 页 表 2-2-1 梁截面尺寸(mm)及各层混凝土强度等级 横梁 bh 层次 混凝土强 度等级AB 跨，CD 跨BC 跨 纵梁次梁 15 C35300 700300 500300 700300 500 柱截面尺寸估算 该框架结构的抗震等级为三级，其轴压比限值 为 N =0.9,各层重力荷载代表值近似取 15kN/m2，边柱及中柱的负荷面积 分别为 3.757.2 m2和 5.257.2 m2，可得一层柱截面面积为: 边柱 3 2 1.3 3.75 7.2 15 105 175151 0.9 16.7 E s NcNc Fg nN Amm ff 中柱 3 2 1.25 5.25 7.2 15 105 235779 0.9 16.7 E s NcNc Fg nN Amm ff 取柱子截面为正方形，则边柱和中柱截面高度分别为 418mm 和 485mm。 根据上述结果，并综合考虑其它因素，本设计柱截面尺寸取值如下： 15 层 600mm 600mm 基础选用柱下独立基础，基础顶面距室外地面为 500mm。 2.2.32.2.3 结构计算简图结构计算简图 框架结构计算简图，取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取 至板顶，25 层高度即为层高，取 3.6m；底层柱高度从基础顶面取至一层 板顶，即 h13.6+0.45+0.54.55m。见下图: 中国矿业大学毕业设计 第 3 页 3600 3000 4850360036003600 75007500 图 2-2-1 结构计算简图 中国矿业大学毕业设计 第 4 页 3、荷载计算 3.1 屋面及楼面的永久荷载标准值 屋面(不上人) 屋面为刚性防水屋面 40 厚的 C20 细石混凝土保护层 230.040.92kN/m2 3 厚 1：3 石灰砂浆隔离层 0.00317=0.0513kN/m2 卷材防水层 0.3 20 厚的 1：2.5 水泥砂浆找平层 200.020.4kN/m2 100 厚的钢筋混凝土板 250.10=2.5kN/m2 20 厚水泥砂浆找平层 200.020.4kN/m2 12 厚纸筋石灰抹底 0.160kN/m2 合计 4.98kN/m2 14 层楼面(水磨石楼面) 15 厚的 1：2 白水泥白石子(掺有色石子)磨光打蜡 180.0150.27kN/m2 20 厚的 1：3 水泥砂浆找平层 200.020.40kN/m2 现浇 100 厚的钢筋混凝土楼板 250.12.5kN/m2 3 厚细石粉面 160.0030.048kN/m2 8 厚水泥石灰膏砂浆 140.0080.112kN/m2 合计 3.33kN/m2 3.2 屋面及楼面可变荷载标准值 不上人屋面均布活荷载标准值 0.50kN/m2 楼面活荷载标准值 2.0kN/m2 走廊活荷载标准值 2.5kN/m2 屋面雪荷载标准值 Sk=r s0=1.0 0.35=0.35kN/m2 式中：r 为屋面积雪分布系数，取 r1.0 中国矿业大学毕业设计 第 5 页 3.3 梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算 查规范得以下自重， 外墙面为面砖墙面自重： 0.5 kN/m2 混凝土空心小砌块 11.8 kN/m2 3.3.13.3.1 梁自重计算梁自重计算 边横梁自重： 0.30.7255.25 kN/m 粉刷： （0.7-0.1）0.048170.459 kN/m 合计 5.709 kN/m 中横梁自重 : 0.30.5253.75 kN/m 粉刷： 0.60.105170.360 kN/m 合计 4.11 kN/m 纵梁自重： 0.30.7255.25 kN/m 粉刷： 0.60.048170.459 kN/m 合计 5.709 kN/m 次梁自重： 0.3 0.5 253.75 kN/m 粉刷： 0.40.045170.306 kN/m 合计 4.06 kN/m 中国矿业大学毕业设计 第 6 页 3.3.23.3.2 柱自重计算柱自重计算 柱自重： 0.60.6259 kN/m 贴面及粉刷： (0.64-0.22) 0.0217=0.68 kN/m 合计 9.68 kN/m 女儿墙自重(含贴面和粉刷)： 0.9 0.02 2 170.2 15 0.93.312 kN/m 内外墙自重(含贴面和粉刷)： 0.2 150.02 2 173.68 kN/m 3.4 计算重力荷载代表值 3.4.13.4.1 第第 5 5 层的重力荷载代表值：层的重力荷载代表值： 屋面恒载： (7.5 2+3) 7.2 4.98645.41 kN 女儿墙： 3.3127.2247.69 kN 纵横梁自重： 41.104+27.55.709+27.54.06+33.46321.315 kN 半层柱自重： (9.683.64) 0.569.70 kN 半层墙自重： 40.99+54.8+(3.6-0.5) (7.5+0.6-0.4)=181.99 KN 屋面雪载： (7.5 2+3) 7.2 0.35=45.36 kN 恒载+0.5 雪载： 645.41+47.69+321.315+69.70+181.99+0.5 45.361288.79 kN 3.4.23.4.2 2 24 4 层的重力荷载代表值层的重力荷载代表值 楼面恒载： (7.5 2+3) 7.2 3.33431.568kN 中国矿业大学毕业设计 第 7 页 上下半层墙重： 181.99+181.99=363.98 kN 纵横梁自重： 321.315 kN 上半层柱+下半层柱： 69.70+69.70139.4 kN 楼面活荷载： 7.2 (7.5 2 2+3 2.5)270 kN 恒载+0.5 活载： 431.568+363.98+321.315+139.4+0.52701391.26 kN 3.4.33.4.3 一层的重力荷载代表值：一层的重力荷载代表值： 楼面恒载： 431.568 kN 上.下半层墙自重： (a)外纵墙: 40.09+3.68(4.55-0.7) (7.2-0.252)-31.01=104.41 kN (b)内纵墙: 54.8+3.68(4.55-0.7) (7.2-0.252)-16.70=132.02 kN (c )横墙： 86.70+(7.5+0.5-0.22)(4.55-0.5)3.68=198.85 kN 纵横梁自重： 321.315 kN 上半层自重： 69.70 kN 下半层自重： 0.59.684.554)=88.09 kN 楼面活荷载： 270 kN 恒载+0.5楼面活载： 431.568+104.41+132.02+198.85+321.315+157.79+270/2=1481.95 kN 则一榀框架总重力荷载代表值为： n i i G 1 )5( n 12345 1 1288.793 1391.26 1481.956944.5 n i i GGGGGGKN 中国矿业大学毕业设计 第 8 页 4、横向框架侧移刚度计算 4.1 计算梁、柱的线刚度 梁线刚度计算梁柱混凝土标号均为，。 35 C 72 3.15 10/ C EKN m 在框架结构中，现浇楼面或预制楼板但只有现浇层的楼面，可以作为梁的 有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧移。考虑这一有利作用，在计 算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架梁取，对中框架梁取 0 5 . 1 II 。 0 0 . 2 II 表 4-1-1 横梁线刚度计算表 类别 Ec /(N/mm2) bh /mmmm I0 /mm4 l /mm ECI0/l /N mm 2ECI0/l N mm 边横梁3.1510 4 3006508.57510975003.6010107.201010 走道梁 3.151043005003.12510930003.2810106.561010 柱线刚度计算 表 4-1-2 柱线刚度 Ic 计算表 层次/mm c h Ec /(N/mm2) bh /mmmm Ic /mm4 ECIc/ c h /N mm 145503.15104 600600 10.8109 7.471010 25 36003.1510460060010.81099.451010 4.2 计算柱的侧移刚度 柱的侧移刚度 D 计算公式： 2 12 h i D c c 其中为柱侧移刚度修正系数，为梁柱线刚度比，不同情况下， c K 、取值不同。 c K 对于一般层： 2 b c K K K 2 c K K 对于底层： 2 b c K K K 0.5 2 c K K 中国矿业大学毕业设计 第 9 页 表 4-2-1 横向框架柱侧移刚度 D 计算表 层次 层高 (m)h 柱 根 数 Kc 2 12 h i D c c N/mm D 边柱 2 0.7620.27624150 2-53.6 中柱 2 1.4560.42136838 121976 边柱 2 0.9640.49421390 1 4.55 中柱 2 1.8420.61026412 95604 ，该框架为规则框架。 1 2 95604 0.7840.7 121976 D D 图 4-2-1 框架计算简图 中国矿业大学毕业设计 第 10 页 5、横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算 5.1 横向水平地震作用下的框架结构的内力计算和侧移计算。 5.1.15.1.1 横向自振周期的计算横向自振周期的计算 运用顶点位移法来计算，对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架 结构，基本自振周期可按下式来计算： TT uT7 . 1 1 式中， 计算结构基本自振周期用的结构顶点假想位移，即 T u 假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值作为水平荷载而算得的结构 i G 顶点位移； 结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数，取 0.7； T 故先计算结构顶点的假想侧移，计算过程如下表： 表 5-1-1 结构顶点的假想位移计算 层次/ i GkN/ Gi VkN/(/) i DN mm / i ummA/ i umm 51288.791288.7912197610.57183.33 41391.262680.6512197621.97172.76 31391.264071.3112197633.37150.79 21391.265462.5712197644.78117.42 11481.956944.529560472.6472.64 由上表计算基本周期， 1 T 1 1.71.7 0.60.183330.437 TT Tus 5.1.25.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算水平地震作用及楼层地震剪力计算 该建筑结构高度远小于 40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以 剪切为主，因此用底部剪力法来计算水平地震作用。 首先计算总水平地震作用标准值即底部剪力。 Ek F 1Ekeq FG 式中， 相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数； 1 结构等效总重力荷载，多质点取总重力荷载代表值的 eq G 85； 0.850.85 6944.55902.8 eqi GG 徐州地区特征分区为一区，又场地类别为类，查规范得特征周期 中国矿业大学毕业设计 第 11 页 0.35 g Ts 查表得，水平地震影响系数最大值 max 0.08 由水平地震影响系数曲线来计算， 1 0.9 1max 0.35 0.080.0655 0.437 g T T 式中， 衰减系数， 0.05 时，取 0.9； 1 0.0655 5902.8386.6 Ekeq FGkN 因为 1 0.4371.41.4 0.350.49 g TsTs 所以不需要考虑顶部附加水平地震作用。 则质点 i 的水平地震作用为： i F 1 ii iEkn jj j G H FF G H 式中：、分别为集中于质点 i、j 的荷载代表值；、 i G j G i H 分别为质点 i、j 的计算高度。 j H 具体计算过程如下表，各楼层的地震剪力按 来计算，一并 1 n ik k VF 列入表中， 表 5-1-2 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表 层次/ i Hm/ i GkN/ ii G HkN m/ i F kN/ i VkN 518.951288.7924423117.59117.59 415.351391.2621356102.84220.41 311.751391.261634779.14299.55 28.151391.261133954.59354.14 14.551481.95674332.46386.6 jj G H 78208 各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见图 中国矿业大学毕业设计 第 12 页 图 5-1-1 横向水平地震作用及层间地震剪力 5.1.35.1.3 水平地震作用下的位移验算水平地震作用下的位移验算 用 D 值法来验算 框架第 层的层间剪力、层间位移及结构顶点位移分别按下式 ii V()iu u 来计算： n ik k i VF 1 ()/ s iiij j uVD 1 () n k k uu 计算过程见下表，表中计算了各层的层间弹性位移角 / eii uh 。 表 5-1-3 横向水平地震作用下的位移验算 层次/ i VkN/(/) i DN mm / i umm/ i umm/ i hmm/ eii uh 5117.591219760.96412.17436001/1556 4220.411219761.80711.21036001/1369 3299.551219762.4569.40336001/1250 2354.141219762.9036.94736001/1173 1386.6956044.0444.04445501/1125 中国矿业大学毕业设计 第 13 页 由表中可以看到，最大层间弹性位移角发生在第一层，1/11731/550, 满足要求。 5.1.45.1.4 水平地震作用下框架内力计算水平地震作用下框架内力计算 将层间剪力分配到该层的各个柱子，即求出柱子的剪力，再由柱子的 剪力和反弯点高度来求柱上、下端的弯矩。 柱端剪力按下式来计算： 1 ij ijis ij j D VV D 柱上、下端弯矩、按下式来计算 u ij M b ij M b ijij MVyh (1) u ijij MVy h 123n yyyyy 式中： i 层 j 柱的侧移刚度；h 为该层柱的计算高度； ij D y-反弯点高度比； 标准反弯点高比，根据上下梁的平均线刚度，和柱的相对线 n y b k 刚度的比值，总层数，该层位置查表确定。 c kmn 上下梁的相对线刚度变化的修正值，由上下梁相对线刚度比值 1 y 及 查表得。 1 i 上下层层高变化的修正值，由上层层高对该层层高比值及 查 2 y 2 i 表。 下层层高对该层层高的比值及 查表得。 3 y 3 i 需要注意的是是根据表：倒三角形分布水平荷载下各层柱标准反弯点 n y 高度比查得。 n y 中国矿业大学毕业设计 第 14 页 表 5-1-4 各层边柱柱端弯矩及剪力计算 层次 / i hm/ i VkN/(/) ij DN mm 1 i D 1 i V Ky M上M下 53.6117.591219762415023.28 0.76 0.3554.4829.33 43.6220.411219762415043.64 0.76 0.4094.2662.83 33.6299.551219762415059.29 0.76 0.45117.3996.05 23.6354.141219762415070.12 0.76 0.50126.22126.22 14.55386.6956042139076.54 0.96 0.65121.89226.37 表 5-1-5 各层中柱柱端弯矩及剪力计算 层次/ i hm/ i VkN/(/) ij DN mm 1 i D 1 i V KY M上M下 53.6117.591219763683835.511.460.3780.5447.30 43.6220.411219763683866.571.460.45131.80 107.84 33.6299.551219763683890.441.460.47172.56 155.57 23.6354.1412197636838106.951.460.50192.51 192.51 14.55386.69560426412116.761.840.65 1185.94 345.32 注：表中弯矩单位为,减力单位为 KNkN m 梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按下式来计算 1, l lbu b bijij lr bb i MMM ii 1, r rbu b bijij lr bb i MMM ii 2l bb b MM V l n lr ibb k ik NVV 中国矿业大学毕业设计 第 15 页 表 5-1-6 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算 边梁走道梁柱轴力 层次 l b M r b Ml b V l b M r b Ml b V边柱 N中柱 N 554.4842.147.5 12.8838.438.43.0025.6-12.88-12.72 4123.59 93.727.5 28.9785.3885.383.0056.92 -41.85-40.67 3180.22 146.72 7.5 43.59 133.68133.683.0089.12 -85.44-86.20 2222.27 182.13 7.5 53.92166.1166.13.00110.73 -139.36 -143.01 1248.11 198.02 7.5 59.48 180.43180.433.00120.27 -198.84 -203.80 水平地震作用下框架的弯矩图、梁端剪力图及柱轴力图