土木工程系毕业论文.doc

内蒙古科技大学 本科生毕业设计 题 目：包头市民族路小学教学楼 建筑结构设计（方案一） 学 号：0605119209 专 业：土木工程 班 级：土木 2006-3 班 - 2 - 第一章第一章 结构布置结构布置.- 6 - 1.1 设计题目.- 6 - 1.1.1工程概况.- 6 - 1.1.2 地质、水文及资料.- 6 - 1.2 框架体系结构布置.- 7 - 1.2.1柱网布置.- 7 - 第二章第二章 结构构件截面尺寸的确定结构构件截面尺寸的确定.- 9 - 2.1 框架梁尺寸的初选.- 9 - 2.1.1框架梁截面尺寸初选.- 9 - 2.2 柱截面尺寸初选.- 9 - 2.3 板的尺寸确定.- 11 - 2.4 平面框架承重方案.- 11 - 第三章第三章 材料选取及计算材料选取及计算.- 12 - 3.1 材料选取.- 12 - 3.2 计算单元的选取.- 12 - 3.3 计算简图的确定.- 12 - 第四章第四章 荷载计算荷载计算.- 14 - 4.1 工程做法.- 14 - 4.1.1屋面做法（倒置式不上人）.- 14 - 4.1.2 顶棚的做法（石灰砂浆顶棚）.- 14 - 4.1.3楼面做法（细石混凝土）.- 14 - 4.1.4卫生间做法（水泥砂浆防水楼面）.- 15 - 4.1.5 内墙做法.- 15 - 4.1.6 外墙做法.- 15 - 4.1.7 地面做法（自重1.2 2 /kn m）.- 16 - - 3 - 4.1.8 女儿墙做法.- 16 - 4.1.9 踢脚做法.- 16 - 4.2 屋面及露面可变荷载标准值.- 17 - 第五章第五章 楼层集中重力荷载代表值计算楼层集中重力荷载代表值计算.- 18 - 5.1 梁、柱自重.- 18 - 5.2 各层墙体自重.- 19 - 5.2.1 一层墙体重.- 20 - 5.2.2 二五层墙体重.- 21 - 5.2.3 女儿墙自重.- 21 - 5.2.4 屋面的自重.- 21 - 5.2.5 楼面的自重.- 21 - 5.2.6 地面的自重.- 22 - 5.2.7 屋、楼面活荷载.- 22 - 5.3 各层集中质量.- 22 - 第六章第六章 水平地震作用下框架的侧移验算水平地震作用下框架的侧移验算.- 25 - 6.1 横梁线刚度.- 25 - 6.2 横向框架侧移刚度计算.- 25 - 6.2.1 横梁线刚度的计算过程见表 6.1，混凝土等级为 c30.- 25 - 6.2.2 柱线刚度 c i 计算.- 26 - 6.2.3 柱的侧移刚度 d 值的计算.- 26 - 6.3 横向框架自振周期.- 31 - 6.5 水平地震作用及楼层地震剪力计算.- 32 - 6.6 水平地震作用下位移计算.- 34 - 6.7 水平地震作用下横向框架的内力分析.- 35 - 6.7.1横向框架第5轴柱端弯矩及剪力计算.- 35 - 6.7.1水平地震作用下梁端剪力及柱轴力计算.- 36 - 第七章第七章 竖向荷载作用下横向框架结构的内力计算竖向荷载作用下横向框架结构的内力计算.- 40 - - 4 - 7.1 计算单元的选取.- 40 - 7.2 荷载计算.- 41 - 7.2.1 恒载计算.- 41 - 7.2.2活载计算.- 44 - 7.3 利用弯矩二次分配法计算框架弯矩.- 50 - 7.3.1 固端弯矩的计算及计算简图见表 7.3.- 50 - 7.3.2 传递系数及分配系数.- 98 - 7.3.3 弯矩分配.- 100 - 7.3.4 梁端剪力及柱轴力计算.- 107 - 第八章第八章 内力组合内力组合.- 111 - 8.1 内力组合：.- 111 - 第九章第九章 截面设计截面设计.116 9.1 横向框架梁截面设计 .116 9.1.1梁控制截面及内力.116 9.1.2 ab跨梁正截面配筋计算.116 9.1.3 bc跨梁正截面配筋计算.116 9.1.4主梁斜截面设计.116 9.2 柱截面设计.116 9.2.1 柱正截面承载力计算.116 9.2.2 柱斜截面承载力验算.116 9.3 节点设计.116 9.3.1 节点核心区受剪水平截面验算.116 9.3.2 节点核心区截面抗剪强度验算.116 第十章第十章 楼板设计楼板设计.116 10.1 楼板平面布置.116 10.2 设计资料.116 10.3 楼板设计.116 - 5 - 第十一章第十一章 次梁设计次梁设计.116 11.1 计算简图.116 11.2 次梁设计.116 11.2.1 荷载计算.116 11.2.2 内力计算.116 11.2.3 截面配筋计算.116 第十二章第十二章 楼梯设计楼梯设计.116 12.1 楼梯板设计.116 12.1.1 荷载计算.116 12.1.2 配筋计算.116 12.2 平台板设计.116 12.2.1 荷载计算.116 12.2.2 配筋计算.116 12.3 平台梁设计.116 12.3.1 荷载计算.116 12.3.2 截面设计.116 12.3.3 平台梁斜截面受剪承载力及箍筋配筋计算.116 第十三章第十三章 基础设计基础设计.116 13.1 设计资料.116 13.2 内力组合.116 13.3 地基承载力设计值.116 13.4 验算荷载作用下的基底反力.116 13.5 抗冲切承载力验算.116 13.6 配筋计算.116 13.7 联合基础设计.116 13.7.1 尺寸设计.116 13.7.2 配筋计算.116 - 6 - - 7 - 第一章第一章 结构布置结构布置 1.1 设计题目设计题目 包头市民族路小学教学楼建筑结构设计 1.1.1 工程概况工程概况 本设计是包头市民族路五层现浇钢筋混凝土框架结构小学教学楼，位于包头 市团结大街北，建筑总面积为 5297.4，本工程为二级抗震等级。 2 m 1.1.2 地质、水文及资料地质、水文及资料 1.冬季采暖室外计算温度为-20，绝对最好温度 33.4，绝对最低温度- 30.4； 2.年平均降雨日数：91.8 天； 3.日最大降雨量：100.8；mm 4.月最大降雨量：229.2；mm 5.年最大降雨量：673.4；mm 6.地下水稳定水位：6.6-8.7；m 7.该市标准冻结深度：1.6；m 8.夏季主导风向为东南风，冬季为北风，最大风速为 25；基本风压为sm/ 0.55；mkn / 9.最大积雪深度 210，基本雪压 0.25kn/m；mm 10.冬季相对湿度 55%，夏季相对湿度 40%； 11.地震设防烈度：8 度，抗震设计基本加速度 0.25g，抗震设计地震分组为 第一组。 12.工程地质概况见表 1。 - 8 - 表 1 土层分布情况表 土层厚度土的名称 承载力标准值（）kpa 11.0 杂填土 90 24.2 粗砂土 220 34.3 粉砂 180 4 岩石层 1.2 框架体系结构布置框架体系结构布置 框架结构的优点是：平面布置灵活，既能获得较大的空间，也可分割为较小空间。 以适应不同使用功能的需求；建立的立面容易处理。若通过合理的设计，框架可以成 为耗能能力强，变形能力大的延性框架。框架结构是高次超净定结构，既能承受竖向 荷载，也能承受风荷载或水平地震作用等水平侧向力的作用。 1.2.1 柱网布置柱网布置 1.柱网布置应满足生产工艺的要求： 本设计柱网布置方式采用对称等跨式布置。 2.柱网布置应满足建筑平面布置的要求： 在教学楼与民用建筑中，柱网布置应与建筑分隔墙布置相协调，一般将柱子设在 纵横建筑隔墙交叉点上，以尽量减少柱子对建筑使用功能的影响。柱网的尺寸还受梁 跨度的限制，梁跨度一般在 6-9m 之间为宜。同时，在教学楼建筑中，一般是两边为教 学楼，中间为走廊；可将柱子布置在走道两侧，或可取消一排柱子，布置成为两跨框 架。本设计建筑平面布置为前者。 3.柱网布置要使结构变为合理： 柱网布置时，应考虑到结构在竖向荷载作用下内力分布均匀合理，各构件材料强 度均能充分利用。 4.柱网布置应方便施工： 建筑设计在结构布置时应考虑到施工方便，以加快施工进度，降低工程造价。现 浇框架结构可不受建筑模数和构件标准的限制，但在结构布置亦应尽量使梁板布置简 单规则，以方便施工。 - 9 - 本设计柱网布置如下图： 一般情况下柱在两个方向均应有梁拉结，亦即沿房屋纵横方向均应布置梁系。 因此，实际的框架结构是一个空间受力体系。沿建筑物长向的称为纵向框架，分别承 受各自方向上的水平力，而楼面竖向荷载则依楼盖结构布置方式的不同而按不同的方 式传递；按楼面竖直荷载传递路线不同，承重框架的布置方案有横向框架，纵向框架 和纵横向框架混合承重等几种，本设计采用纵横向框架混合承重方案。该方案由于纵 横两个方向的框架共同承重，因此结构的空间刚度较大，结构的整体性较好，对结构 抗震有利。 - 10 - 第二章第二章 结构构件结构构件 截面尺寸的确定截面尺寸的确定 2.1 框架梁尺寸的初选框架梁尺寸的初选 根据建筑抗震设计规范(gb500112001)及混凝土结构设计规范 (gb50010-2002)，梁的几何尺寸宜符合下列各项要求： （1） 梁截面高度小于或等于 800mm，取 50 为模数；800mm 以上取 100 为模数。 （2） 现浇楼盖中，一般主梁至少要比次梁高 50mm，以便施工。 （3） 主梁截面宽度不小于 200mm，次梁截面宽度不应小于 150mm 一般在横向框架梁设计时，常取梁高 hl/10,采用横向框架体系。为了防止框架 梁发生剪切破坏，梁高 h 不宜大于 1/4 净跨。同时框架梁的截面宽度可取 b=(1/21/3)h,为了使梁的两端节点传力可靠，梁宽不宜小于柱宽的 1/2，且不小于 250，以满足承载力，刚度和延性的要求。 2.1.1 框架梁截面尺寸初选框架梁截面尺寸初选 kl-1: l=8100mm h=(1/151/10)8100=(540810)mm 取 h=700mm. b=(1/31/2)h=(1/31/2) 700=(233350) mm 取 b=300mm. kl-2: l=6600mm h=(1/151/12) 6600=(440660) mm 取 h=600mm. b=(1/31/2)h=(1/31/2) 600=(200300)mm 取 h=300mm. 走道梁： l=3000mm ， 选截面为 bh=300mm600mm 次梁： l=6600mm h=(1/181/12) 6600=(367550)mm 取 h=500mm b=(1/31/2)h=(1/31/2)500=(167250)mm 取 b=250mm 2.2 柱截面尺寸初选柱截面尺寸初选 1. 按照建筑抗震设计规范(gb500112001)第 6.3.6，6.3.7 条规定： - 11 - （1） 柱截面的边长不宜小于 300； （2） 柱剪跨比不宜大于 2； （3） 柱截面长边与短边之比不宜大于 3； 2. 抗震设计时，要求柱的轴压比满足下式要求： , n cc n f a e nfg n n地震作用组合下的柱的轴向压力设计值； f按简支状态计算的负荷面积； 折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近似 12-15kn/; e g 考虑地震作用组合的柱的轴向压力增大系数，边柱取 1.3，不等跨内 柱取 1.25，等跨内柱取 1.2； n验算截面以上的楼层层数； c a柱截面面积； 框架柱轴压比限值，对一、二、三级抗震等级分别取 0.7，0.8，0.9； 计算柱截面尺寸，只要底层柱的截面满足要求，则其余各层也满足要求。根据 建筑设计抗震规范表 6.1.2 及混凝土结构设计规范表 11.1.4 得，本工程二级 抗震等级，轴压比限值=08。将各层的重力荷载代表值 g 近似取 13 kn/， ，根 n 据混凝土结构设计规范 （gb500100-2002）规定混凝土强度设计值, 2 16.7/ c fn mm ,由结构平面布置图可知： 2 1.57/ t fn mm 中柱的负载面积为：88.381 . 8) 2 0 . 3 2 6 . 6 ( 边柱的负载面积为： 73.261 . 8 2 6 . 6 为了方便施工取边柱与中柱截面相同，因此取二者较大者 f=38.88,地震竖向荷 载产生的轴力估计值； 3 1.25 38.88 13 531593159 10 e nfg nknn 3 2 3159 10 236452.10 0.8 16.7 c nc n amm f - 12 - 取一层柱截面尺寸为： bh=600600=360000236452.10 2 mm 2 mm 取二五层柱截面尺寸为：bh=550550=302500235452.10 2 mm 2 mm 2.3 板的尺寸确定板的尺寸确定 根据混凝土结构设计规范(gb50010-2002)表 10.1.1 查得：现浇钢筋混凝土双向板 的最小厚度为 80，连续板。则初步确定屋面板及楼面 11 4050101.5 4040 hlmm 板的厚度为 120，卫生间的板的厚度为 100. 2 mm 2 mm 2.4 平面框架承重方案平面框架承重方案 - 13 - 第三章第三章 材料选取材料选取 及计算及计算 3.1 材料选取材料选取 根据混凝土结构设计规范(gb50010-2002)对梁柱，框架节点的要求；按照一 级抗震设计时，其混凝土强度不低于 c30;按照二三级抗震等级设计时，混凝土强度 等级不低于 c20。本工程为二级抗震，初步确定柱混凝土等级一层为 c35，25 层柱 混凝土强度等级为 c30，梁、板、楼梯的混凝土等级为 c30，基础混凝土强度等级为 c25。 3.2 计算单元的选取计算单元的选取 取有代表性的 5 轴作为一榀框架计算单元进行计算。 3.3 计算简图的确定计算简图的确定 根据建筑地基基础规范(gb50007-2002)，除岩石地基外，基础埋深不宜小于 0.5，基础埋深置于冻结线以下。根据包头市勘察设计研究院岩土公司提供的勘察报 告 ，基础可以埋在耕土层以下的粉土。耕土层厚度变化范围为 0.40.6m。室内外高 差 0.6 m.底层柱计算高度 3.9+0.5+0.6=5.0，其余各层计算高度为 3.9