土木工程毕业设计（论文）-张家口一中新校区教学楼建筑结构设计.docx

毕业设计计算书01.工程概况01.1本建筑为张家口一中新校区教学楼，建于张家口，位置适宜，地势平坦，环境幽雅，交通便利，附近无污染性工厂和其他设施。该工程建筑面积在5000左右，框架结构，建筑高度为5层，层高4.2米。全套图纸加扣301225058201.2建筑等级：耐火等级级，结构安全等级二级01.3. 地质条件：杂填土分布于地表，厚度为0.6米；细砂、中砂交互层厚度为1.0米，埋置较浅且局部含有粉质土层，建议全部清除；粗砂、砾砂交互层厚度为3.8米，分布均匀，地基土承载力标准值为255kPa，建议采用浅埋基础时以本层作为持力层。01.4. 地下水位较深不必考虑。01.5. 自然条件 冻结深度：最大冻土深度1.5m基本雪压标准值: 0.25kN/m2基本风压标准值：0.55 kN/m201.6. 地震基本烈度7度01.7. 本工程一层有大厅、值班室，二至五层有普通大中小各类教室、专业教室、实验室、各类阶梯教室，教师休息室，教室办公室、绘图室，清洁人员休息室，电教室，电控室、电脑机房、厕所、资料室等。01.8材料选择：外墙厚300mm 内墙厚200mm.填充材料采用蒸压煤灰加气砼砌块砼强度等级为：C20 C25 C3001.9. 建筑方案根据功能要求查阅相关设计规范，如图所示01.10. 结构方案01.10.1本工程采用钢筋砼框架结构,基础采用柱下独立基础，01.10.2框架平面布置图如下01.10.3材料供应 C20 C35 混凝土 HPB225 HPB335 钢筋01.10.4 抗震设防烈度7度 建筑场地类别类01.10.5楼板厚度的确定根据平面布置，较小跨度为6m，按刚度条件，板厚为l/40=6000/40=150mm；0.2荷载统计02.1工程做法02.1.1 05J1-屋1（倒置式不上人屋面） 保护层：C20细石混凝土，内配4150*150钢筋网片 隔离层：干铺无纺聚酯纤维布一层防水层：高聚物改性沥青防水卷材基层处理剂 找平层：1：3水泥砂浆，砂浆中掺聚丙烯或锦沦-6纤维0.75-0.90kg/立方米 保温层：挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板 80厚 找坡层：1：8水泥膨胀珍珠岩找2%坡 1.52 KN/m2结构层：钢筋混凝土屋面板150mm 0.1525=3.75KN/m2 合计 6.02 KN/m2活荷载标准值（不上人屋面） 0.5 KN/m2雪荷载标准值 0.25 KN/m202.1.2 05J1-27-楼10（陶瓷地砖楼面）8-10厚地砖铺实拍平，水泥浆擦缝 20厚1：4干硬性水泥砂浆 素水泥浆结合层一遍0.7 KN/m2 (28-30厚)钢筋混凝土屋面板150mm 0.1525=3.75KN/m2 合计5.3 KN/m2楼面活荷载 2 KN/m202.1.3 05J1-32-楼28（陶瓷地砖防水楼面）(卫生间楼面)8-10厚地砖铺实拍平，水泥浆擦缝或1：1水泥砂浆填缝25厚1：4干硬性水泥砂浆1.5厚聚氨酯防水涂料，面撒黄砂，四周沿墙上翻150高刷基层处理剂一遍15厚1：2水泥砂浆找平50厚C15细石混凝土找坡不小于0.5%，最薄处不小于30厚2.26 KN/m2钢筋混凝土楼板100mm 0.125=2.5KN/m2 合计4.76 KN/m202.1.4 05J1-67-顶1（石灰砂浆顶棚）12厚钢筋混凝土板底面清理干净10厚1：1：4水泥石灰砂浆2厚麻刀（或纸筋）石灰面表面喷刷涂料另选 0.24KN/m2 合计0.24KN/m202.1.5 05J1-14-地19（陶瓷地砖地面）8-10厚地砖铺实拍平，素水泥浆擦缝（陶瓷地砖又名地砖或地面陶瓷砖）20厚1：4干硬性水泥砂浆素水泥浆结合层一遍80厚C15混凝土素土夯实 合计 不做荷载统计02.1.6 05J1-19-地52（陶瓷地砖防水地面）（卫生间）8-10厚地砖铺实拍平，水泥浆擦缝或1：1水泥砂浆填缝20厚1：4干硬性水泥砂浆1.5厚聚氨酯防水涂料，面上撒黄砂，四周沿墙上翻150高刷基层处理剂一遍15厚1：2水泥砂浆找平50厚C15细石混凝土找坡不小于0.5%，最薄处不小于3080厚C15混凝土素土夯实 合计 不做荷载统计02.1.7 05J1-39-内墙1（石灰砂浆墙面一）（卫生间采用装饰防水耐擦洗涂料）18厚1：3石灰砂浆2厚麻刀（或纸筋）石灰面 合计 0.0220=0.4KN/m202.1.8 05J1-52-外墙27（胶粉聚苯颗粒保温外墙面）6+60厚外墙表面清理后，满涂专用界面处理砂浆D厚胶粉聚笨颗粒保温层 230kg/m3加强型水泥石膏聚苯保温板 0.17 kn/ 3000mm600mm60mm4-6厚抗裂砂浆复合耐碱网布（首层附加一层加强网布）弹性底涂、柔性腻子饰面涂料另选合计0.17 kn/02.1.9 05J1-116-台6（石质板材贴面台阶）20-25厚石质板材踏步及踢脚板，水泥浆擦缝30厚1：4干硬性水泥砂浆素水泥浆结合层一遍60厚C15混凝土台阶（厚度不包括踏步三角部分）300厚3：7灰土素土夯实02.1.10 05J1-113-散1（混凝土散水） 60厚C15混凝土，面上加5厚1：1水泥砂浆随打随抹光 150厚3：7灰土 素土夯实，向外坡4%02.1.11 05J1-59-踢21（100高面砖踢脚一）17厚1：3水泥砂浆 0.01720=0.034 KN/m23-4厚1：1水泥砂浆加水重20%建筑胶镶贴 0.00320=0.06KN/m28-10厚面砖，水泥浆擦缝 0.00819.8=0.1584KN/m2 合计 0.558 KN/m202.1.12 墙身防潮层做法20厚1:2.5水泥砂浆掺3.5%防水涂料磨平（聚胺酯）02.1.13 玻璃幕墙1.5KN/m2一般可按单位面积玻璃自重增大20%30%采用02.2 常用材料及构件自重蒸压粉煤灰加气混凝土砌块 5.5kn/m3 其他活荷载标准值 走廊 门厅 楼梯2.5 kn/m302.3 初选结构的截面尺寸 KL-1: hb=600300 KL-2: hb=700300有经验得知KL-4梁高应为700mm KL-4: hb=700300KL-3: hb=700300 CL: hb=600300由轴压比经验公式 初选柱截面尺寸 hb=600600板的厚度取h=150mm 02.4 各种构件荷载标准值02.4.1 女儿墙女儿墙高 800mm普通烧结砖240mm 厚 1：2水泥砂浆10mm厚面层 0.240.818+0.020.820=3.776KN/m02.4.2 梁柱自重柱子：600600 250.60.6=6.25KN/m梁： KL-1 : 250.6-0.150.3+0.240.6-0.150.024=3.38KN/m CL与KL-1截面尺寸相同 工程做法相同 所以自重相同KL-2 KL-3 自重相同 25（0.7-0.15）0.3+0.24（0.7-0.15）0.024=4.13KN/mKL-4 250.7-0.150.3+0.24(0.7+0.7+0.3)0.012=4.13KN/mKL-5 2根 4.13KN/m02.4.3 墙体荷载02.4.3.1 墙体自重外墙厚300mm 内墙后200mm 卫生间隔断墙厚150 mm外墙自重 0.35.5=1.65KN/m2外保温层 0.17 KN/内墙做法0.4KN/m2 合计 2.22KN/m2内墙自重 0.25.5=1.1KN/m2内墙做法0.4KN/m2 合计 1.9KN/m2隔断墙 0.155.5=0.825KN/m2内墙做法0.4KN/m2 合计 1.625 KN/m202.4.3.2 窗洞口统计二五层编号 窗宽 窗高 个数 总面积c1209 3600 2400 10 86.4m2c2115 3600 2400 6 51.84m2c3324 3300 2400 2 15.84m2m1021 1000 2100 8 16.8m2zm1821 1800 2100 6 10.08m2C3324 3300 2400 5 39.6m2C2118 2100 1800 2 7.56m2 合计 228.12m2首层编号 窗宽 窗高 个数 面积c1209 3600 2400 10 86.4m2c2115 3600 2400 6 51.84m2c3324 3300 2400 2 15.84m2m1021 1000 2100 8 16.8m2zm1821 1800 2100 6 10.08m2m1824 1800 2100 3 11.34m2 合计 192.3m2门窗总重可按墙体净重的0.1取值。02.4.3.3 楼梯做法取1m宽板带 每个踏步的重量陶瓷面砖10厚： 0.27+0.150.0117.8=0.075KN/m三角形踏步：0.5（0.270.15）25=0.5KN/m150mm砼斜板 :0.30.1525=1.125KN/m板底抹灰 0.02170.3=0.102KN/m 合计 1.802 KN/m平台板陶瓷面砖10厚：0.0117.8=0.178 KN/m2150厚砼板：0.1525=3.75KN/m2板底抹灰 ：0.0217=0.34KN/m2 合计 4.268 KN/m2平台梁300200 合计 （0.30.2）25=1.5KN/m02.5 重力荷载代表值统计02.5.1屋顶荷载统计02.5.1.1恒载女儿墙 3.776125.944=475.565KN工程做法 1.52 KN/m2楼面板 0.1525=3.75KN/m2顶棚 0.24KN/m2 合计 5.24857.16+ 475.565=4967.09KN梁 KL-1 29根 3.38296=588.12KNKL-2 16根 4.13167.2=475.776KNKL-3 2根 4.1328=66.08KNKL-4 8根 4.1383.6=118.944KNKL-5 2根 4.1325.4=44.496KN 梁荷载合计 1194.136KN02.5.1.2 活荷载活荷载标准值（不上人屋面） 0.5 KN/m2雪荷载标准值 0.25 KN/m2 02.5.2 五层荷载统计02.5.2.1恒载柱子 34根 4.26.2534=892.5KN梁 KL-1 29根 3.38296=588.12KNKL-2 16根 4.13167.2=475.776KNKL-3 2根 4.1328=66.08KNKL-4 8根 4.1383.6=118.944KNKL-5 2根 4.1325.4=44.496KN 梁荷载合计 1194.136KN楼板 5.54KN/m2 5.54857.16=4748.667KN墙体 外墙净面积298.2-86.4-7.56=204.24m2内墙净面积493.5-51.84-15.84-16.8-10.08=398.94m2隔墙净面积42m2幕墙净面积77-39.6=37.4m2 合计 204.242.22+398.941.9+421.625+37.41.5= 1335.749KN统计门窗荷载 墙体总重为 1469.324KN02.5.2.2活载由于厕所 楼梯 走廊面积不可忽略 考虑教室面积占主导因素统一取 活荷载为 2.2502.5.3二四层荷载统计02.5.3.1恒载二四层 墙体 门窗 幕墙 做法均与五层一致 故只统计楼梯荷载 2.4+1.41.80228+1.5（3+6）=205.233KN02.5.3.2活载 同五层02.5.4首层荷载统计02.5.4.1 恒载柱子 （4.2+0.45+0.5）6.2534=1094.375KN梁荷载合计 1194.136KN02.5.4.1 活载 2.2502.5.5重力荷载代表值计算结果02.5.6验算柱截面本工程建筑总高度小于24米。抗震等级二级，轴压比限值为0.75，首先估计柱截面估算轴压比，地层中柱轴压比最大，取柱截面600600，选用C30混凝土。柱截面尺寸应满足Ac=bchcNuNfcN=GqSn12N-柱轴向压力设计值 uN-框架柱轴压比限值 取 0.75 fc-柱混凝土轴心抗压设计值 bchc-框架柱截面尺寸 G-竖向荷载分项系数 取 1.25q-每一楼层单位面积的竖向荷载标准值S柱一层的负荷面积n-楼层数 1-考虑水平力产生的附加系数 取 1.05 2-边柱，角柱轴向力增大系数，边柱取1.1 角柱取1.2中柱取1.0N=1.259654.895857.16565.41.05=3193.29KNuNNAcfc=3193.2910360060014.3=0.620.75满足要求03结构刚度分析03.1.梁线刚度的计算类别Ec(N/mm2)bh(mmmm)I0(mm4)l(mm)EcI0/l(Nmm)边框架中框架1.5EcI0/l(Nmm)2EcI0/l(Nmm)AB跨CD跨31043007003007008.5810972003.5810105.3710107.161010BC跨31043007005.410936004.510106.7510109.0101003.2.柱线刚度i c的计算层次hc(mm)Ec(N/mm2)bh(mmmm)Ic(mm4)EcIc/hc(Nmm)1520031046006001.0810106.210102-5420031046006001.0810107.7101003.3柱的横向侧移刚度D值计算楼层i c(KNm)KcD=12cichc2(KN/m)根数一般层：K=ib2ic底层：K=ibic一般层：c=K2+K底层：c=0.5+K2+K2-5AD轴边框边柱7.710100.6970.2581.3511044AD轴中框边柱0.9300.3171.6610412BC轴边框中柱1.5740.4402.3051044BC轴中框中柱2.0990.5122.68210412D(KNm)66.728104 KN/m1AD轴边框边柱6.210100.8660.4771.3121044AD轴中框边柱1.1550.5251.44410412BC轴边框中柱1.9550.6201.7051044BC轴中框中柱2.6060.6741.85410412D(KNm)51.644104 KN/m04结构自振周期分析04.1能量法将各楼层的重力荷载当做水平力产生的楼层剪力为V5=G5=7449.283KNV4=G5+G4=7449.283+9371.476=16820.759KNV3=G5+G4+G3=16820.759+9474.165=26294.924KNV2=G5+G4+G3+G2=26294.924+9474.165=35769.089KNV1=G5+G4+G3+G2+G1=35769.089+9654.895=45423.984KN将楼层荷载当做水平力所产生的楼层水平位移为(k为体系刚度 即上面所计算出的结构刚度总D值)u1=V1k1=45423.98451.644104=0.0879mu2=V2k2+u1=35769.08966.728104 +0.0879=0.1415mu3=V3k3+u2=26294.92466.728104 +0.1415=0.1809mu4=V4k4+u3=16820.75966.728104 +0.1809=0.2061mu5=V5k5+u4=7449.28366.728104 +0.2061=0.2173mT1=2i=1nGiui2i=1nGiui=29654.8950.08792+9474.1650.14152+9474.1650.18092+9371.4760.20612+7449.2830.217329654.8950.0879+9474.1650.1415+9474.1650.1809+9371.4760.2061+7449.2830.2173=0.777s04.2 顶点位移法已知求的结构在重力荷载当做水平荷载作用下的顶点位移为ut=0.2173结构基本周期T1=1.8ut=1.80.2173=0.840s04.3经验公式T1=0.22+0.035H3B=0.22+0.03522318.6=0.497sH 结构总高度B 结构综合宽度综合以上自振周期取最小值 T=0.497s05.水平地震作用计算05.1总地震作用标准值建筑结构阻尼比取0.05衰减系数取0.9查抗震规范 张家口地区特征周期值 g=0.35s gT1.4 g 不可以忽略结构的高阶振型地震作用，顶部附加地震作用系数n=0.08T+0.07=0.110本工程建筑高度小于40m，结构以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布较均匀时，结构的地震反应将以第一振型反应为主。故采用底部剪力法进行水平地震计算。结构总重力荷载为GE=G1+G2+G3+G4+G5=45423.984KN则结构的底部剪力为FEK=Geq=0.85GE=0.8545423.9840.0583=2250.985KN考虑结构顶部附加集中力作用n=0.08T+0.07=0.110则Fn=nFEK=0.1102250.985=247.61KN已知层高 H1=5.2m H2=9.4m H3=13.6m H4=17.8m H5=22m i代表楼层i=1nGiHi=9654.8955.2+9474.1659.4+9474.16513.6+9371.47617.8+7449.28322=598807.75KNm05.2各楼层上的水平地震作用标准值F1=G1H1i=1nGiHi(1-n)FEK=5.29654.895598807.75(1-0.110)2250.985=167.967KNF2=G2H2i=1nGiHi(1-n)FEK=9.49474.165598807.75(1-0.110)2250.985=297.95KNF3=G3H3i=1nGiHi(1-n)FEK=13.69474.165598807.75(1-0.110)2250.985=431.077KNF4=G4H4i=1nGiHi(1-n)FEK=17.89371.476598807.75(1-0.110)2250.985=558.089KNF5=G5H5i=1nGiHi(1-n)FEK=227449.283598807.75(1-0.110)2250.985=548.293KN06结构侧移验算06.1结构侧移由此计算结构的层间位移U1=FEKk1=2250.98551.644104=0.00435mU2=F2+F3+F4+F5+Fnk2+U1=2083.01866.728104+0.00435=0.00747mU3=F3+F4+F5+Fnk3+U2=1785.06866.728104+0.00747=0.01014mU4=F4+F5+Fnk4+U3=1353.99166.728104+0.01014=0.01217mU5=F5+Fnk5+U4=795.90266.728104+0.01217=0.01336m层次基低水平地震作用（KN）体系刚度k（KN/m）层间位移（m）顶点位移(m)层高(m)最大层间位移与层高比总高(m)顶点位移与层高比5795.90266.7281040.001190.013364.20.004355.2=111951550220.0133622=11646155041353.99166.7281040.002030.012174.217.831785.06866.7281040.002670.010144.213.622083.01866.7281040.003120.007474.29.412250.98551.6441040.004350.004355.25.206.2楼层地震剪力标准值楼层地震作用力FFn=247.61剪力V=VEKij=inGi检验剪力系数是否满足要求5548.293795.9020.106剪力系数均大于0.016满足抗震要求4558.0891353.9910.0803431.0771785.0680.0672297.95032083.0180.0581167.9672250.9850.055抗震验算侧移满足要求 结构任意一楼层的水平地震剪力满足要求07风荷载计算1本工程位于张家口 基本风压0=0.55KN/m22风压高度变化系数z地面粗糙度类由荷载规范查的z=0.74 20m时取 0.843风荷载体形系数s4风振系数ss=1+zzz-基本振型z 高度处振型系数，当质量和刚度沿高度分布均匀时，可近似用zH代替振型系数。-脉动增大系数，T=0.497s 0=0.55KN/m2 0.620T2=0.084 查的=1.21-脉动影响系数 有规范查的为0.4z-风压高度变化系数单位面积上的风荷载标准值k=zsz0结构高宽比2242.6=0.511.5 不考虑风振系数迎风正面风荷载标准值k=0.326 KN/m2H=21m L=42.6m 迎风面风荷载作用力 F=kHL=291.6KN楼层n=5 则作用在每层的水平风荷载作用力Fi=58.32KN一榀框架下作用力为58.328=7.29KN与地震作用力比较可知 风荷载远远小于地震力 故不再考虑风荷载。08水平地震作用下框架内力标准值计算08.1计算方法及原理（见图8-1）08.2水平地震作用下弯矩图（见图8-2）08.3水平地震作用下剪力图（见图8-3）08.4水平地震作用下轴力图（见图8-4）09竖向荷载作用下框架内力标准值计算09.1计算简图、计算方法及原理取4轴所在一榀框架.板的荷载传递示意图有长宽比小于2 ，每面板均为双面板，作用在所选计算单元框架梁上的恒荷载有屋面和楼面恒荷载，梁上填充墙自重及梁的自重，柱上恒荷载有纵向框架梁传来的集中力及本层的自重