小池一中高中部教学楼设计毕业论文.doc

济南大学毕业设计小池一中高中部教学楼设计毕业论文目 录摘要. .I1前言 . .11.1国内外学校建筑研究现状.11.2框架结构特点.11.3选题目的.11.4 设计内容 . . 12 建筑设计 .22.1 工程概况 .22.2 建筑设计方案说明. . . 22.3 建筑做法. .22.3.1屋面做法.2 2.3.2 楼面做法 . .3 2.3.3 外墙面做法 . 3 2.3.4 内墙面做法. . . 3 2.3.5 散水做法.3 2.3.6 门窗 .33 结构设计.43.1 设计资料. .4 3.1.1 工程地质条件. . . . .4 3.1.2 气象条件. . .63.2 结构方案说明 .73.3 结构选型. . . . . . . . .73.4 结构方案确定. . . . . . . .73.4.1 结构平面布置 . . . . . . .73.4.2 框架结构承重方案的选择 . . .73.4.3 梁柱截面尺寸的确定. . . . . . .73.5 恒活荷载标准值统计 . . . . . .83.5.1 恒荷载标准值统计. . . . . . . . . .73.5.1 活荷载标准值统计. . . . . . . . . .113.6 双向板的设计. . . . . .123.7计算简图的确定. . . . . . . . . . .15 3.7.1 计算简图. . . . .153.7.2 框架梁柱的线刚度 . . . .163.8 风荷载的计算 . . . . . . .163.9 地震荷载的计算 . . . . . . .173.10 竖向荷载下的内力计算 . . . . . . .193.10.1 恒荷载的内力计算 . . .193.10.2 活荷载的内力计算 . . .243.11 水平荷载下的内力计算 . . . . . . .28 3.11.1 风荷载下的内力计算 . . .283.11.2 地震荷载下的内力计算 . . .333.12 水平荷载下的侧移验算 . . . . . . .37 3.12.1 风荷载. . . . . . . .373.12.2 地震荷载.383.13 框架结构内力组合 .383.14 框架结构截面设计 .54 3.14.1 截面内力最不利值.54 3.14.2 截面内力调整.55 3.14.3 梁截面设计. 58 3.14.4 柱截面设计 .623.15 框架结构的裂缝挠度验算 .683.16 楼梯的设计 .693.16.1 设计资料 .693.16.2 踏步计算 .703.16.3 梯段梁计算 .713.16.4 平台板计算 .723.16.5 斜板板计算 . 733.16.6 平台梁计算 . 73结论.75参考文献.76致谢.77- III -1 前言一、选题背景与意义国内外研究现状：混凝土结构是现在建筑的主流，发展速度很快，应用也是十分广泛的，我国应用混凝土的时间较短，但是发展势头很好，所以深入了解混凝土非常有必要。现在高层建筑越来越多，钢筋混凝土框架结构是主要的形式，虽然钢筋和水泥用量很大，造价也比其他结构高，但是它具有房间布置比较灵活的特点，门窗开放的大小也可以自由控制，可以满足不同人群的喜好充分利用空间，尤其是教学楼的设计基本都是以框架结构来设计的。 目的及意义： 毕业设计是大学里一个非常重要的环节，通过完成毕业设计可以融会贯通自己在学校里学到的知识，也可以让自己的学到的理论知识得到一个系统的总结，增加了学生养成独立分析，解决实际问题的能力为学生走上社会打下了坚实的基础。设计内容：设计的主要内容为：教学楼方案的确定，建筑设计方案说明书，57张建筑手绘图纸；结构及结构布置，以及框架结构构件的设计计算，对一榀框架结构设计计算、构造及绘图，最后完成结构施工图。2 建筑设计2.1 工程概况1、工程名称：小池一中高中部教学楼2、总建筑面积：4695.8平方米。2、结构形式：框架结构。3、层高3.6米，室内外高差0.450米。4、建筑层数：5层。5、使用要求 （1）每层2间办公室； （2）每层4间卫生间，男女各两个； （3）平面布置充分考虑消防措施； （4）楼梯的宽度完全满足使用及防火要求。2.2 建筑设计方案说明平面功能设计房间布置：每层设两间办公室，同时每层设饮水点，卫生间，并保证每层有足够的活动空间，并且将教室设置在朝向采光更好的位置，。 防火要求：教学楼有一个主入口，两个辅助的入口。教学楼每层设三个楼梯，中间一个为平行双分楼梯，旁边的楼梯均为双跑，楼梯踏步宽度270mm，踏步高度150mm，满足防火要求。抗震：设抗震缝，缝宽100mm，由于教学楼的质量分布和刚度变化均匀，而且楼层没有错层，所有能很好满足抗震要求。屋面：屋面形式为平屋顶，排水则采用女儿墙外排水管排水。2.3 建筑做法2.3.1 屋面做法（1）20mm厚的水泥砂浆抹面。（2）结构层：100mm得厚现浇钢筋混凝土板。（3）找坡层：水泥炉渣找坡的最薄处40厚。（4）找平层：20厚饿1：3水泥砂浆找平。（5）保温层：100厚的憎水膨胀珍珠岩保温层。（6）防水层：一毡两油上铺小石子。2.3.2楼面做法（1）20mm厚的石灰砂浆抹面。（2）结构层：100mm厚的现浇钢筋混凝土板。（3）找平层：20mm的水泥砂浆找平层。（4）水磨石地面。2.3.3外墙面做法（1）7厚的1:3水泥砂浆打底扫毛。（2）7厚的1:2.5水泥砂浆罩面抹平。（3）刷（喷）涂料2.3.4内墙面做法石灰砂浆抹面，刷内墙涂料。2.3.5散水做法采用C30混凝土的60厚加水泥砂浆随打随抹，然后素土夯实，缝内灌沥青砂浆，加5%坡度。2.3.6门窗表2.1门窗表类型设计编号洞口尺寸(mm) 数量1层24层5层合计门M09219002100298729145M36241500210022M36193600210011M24241500210026210M3627240021001315窗C150615001800257525125C151230001800309030150续表2.1窗C2412240018002226C262936006001315C326918006001315C423936001800293143 结构设计3.2结构设计方案说明 （1）本工程结构方案采用的是钢筋混凝土框架结构体系，层高为3.6m，室内外高差为0.45m，楼面板和屋面板为钢筋混凝土现浇板，板厚采用100mm厚。（2）内墙采用的240mm厚空心混凝土小砌块，外墙则采用空心水泥砖370mm厚。（3）结构体系设一道变形缝，将结构体系分为两个简单的矩形结构单元，结构抗震性能好，稳定性好。（4）采用现浇钢筋混凝土楼盖时，板内下层钢筋在支座搭接者应深入支座至梁的远端。板内上层钢筋不能在支座搭接。楼板上的孔洞应预留。当空洞尺寸不大于300时，将板筋绕过，不用截断，当孔洞大于300时则应按设计要求加设附加筋。（5）梁柱：当用搭接接头时，纵向受拉钢筋的搭接长度按下列规定纵向钢筋搭接接头的面积百分率25%时，一级钢35d,三级钢50d。纵向钢筋搭接接头的面积百分率50%时，一级钢40d,三级钢58d。搭接接头面积百分率，对梁、板不易大于25%，柱不易大于50%。在纵向受力钢筋搭接长度范围内的箍筋，其直径应不小于搭接钢筋较大直径的0.25倍，其间距应不大于搭接钢筋较小直径的5倍，且不应大于100mm。（6）填充墙：填充墙应沿框架柱全高每隔500mm设26拉筋，拉筋深入墙内长不小于墙长的1/5且不应小于700mm。在填充墙墙体半高处应设置与柱连接且沿墙全长贯通的钢筋混凝土水平连系梁，梁高180mm，纵向钢筋412，箍筋6200。3.3结构选型（1）结构选型：为了满足抗震要求，现浇钢筋混凝土框架结构。因为教学楼开间和跨度比较大，而且要求布置灵活，同时又要考虑建筑处于6度地震区，故选用框架结构。（2）承重方案：因为是教学楼承重强度高，选择横向承重方案体系。（3）楼、屋面板为了增强强度采用现浇钢筋混凝土板。（4）由于楼梯的梯段水平投影长度大于3米，因此楼梯采用钢筋混凝土梁式楼梯。（5）基础：为了增加承重而采用柱下独立独立基础3.4结构方案确定3.4.1结构平面布置（见图3.1）图3.1结构平面布置图3.4.2框架结构承重方案的选择竖向荷载的力的传导路径：先由楼板的均布活载和恒载由梁传递给框架柱，并且再由框架柱传给地基。根据以上楼盖的平面布置及竖向荷载的传力途径，可确定本教学楼框架的承重方案为横向框架承重方案。3.4.3各梁柱截面尺寸的确定（1）框架柱底层柱高H=3600+1000mm=4600mm，由于为现浇楼盖则其计算长度L=1.0H=4600mm，其他层柱的柱高H=3600mm，采用等截面柱，从限制其长细比方面考虑，应满足： 框架柱截面尺寸的估算：b（h）H/15=5200/15=347mm考虑抗震作用和结构重要性，选用柱截面尺寸为：500 mm 500mm（2）框架梁：边跨：h=(1/121/14)l=(1/121/14) 6000=500mm428mm 初选h=500mmb=(1/21/3)h=350233mm， 初选b=300mm中跨： 初选h=400mm 初选b=200mm现浇楼板厚100mm，满足h/l01 1/503.5恒活荷载标准值统计3.5.1恒荷载标准值的计算根据GB50009-2001建筑结构荷载规范 和建筑做法说明（DBJT14-2），合适的选用材料和建筑做法，分层并且分部分计算相关的荷载值。(1)楼面自重标准值主梁1 尺寸 bh=300mm600mm 净长 6-0.5=5.5m 均布线荷载为 250.30.6=4.5 KN/m 重量为 4.55.5=24.75 KN主梁2 尺寸 bh=200mm400mm 净长 3.0-0.5=2.5m 均布线荷载为 250.20.5=2.5KN/m 重量为 2.52.5=6.25 KN柱子 尺寸 bh=500mm500mm 净长 3.6-0.6=3.0m 均布线荷载 250.50.5+0.0240=7.05KN/m 重量为 7.053=21.15 KN（2）屋面框架梁线荷载标准值：防水层：一毡两油的上面铺小石子 0.30 KN/m2保温层：100mm厚的憎水膨胀珍珠岩的保温层 0.25KN/m2涂满胶黏剂一层，用量为0.30.4Kg/m2 0.04KN/m2找平层：20mm厚的1：2水泥砂浆找平 0.02200.4 KN/m2找坡层：水泥焦渣的找坡最薄处40mm厚 0.0470.28 KN/m220mm厚的石灰砂浆抹面 0.02170.34 KN/m2结构层：100mm厚的现浇的钢筋混凝土楼板 0.1252 .5KN/m2屋面恒载 4.1 KN/m2屋面框架梁的自重： 边跨 0.30.625=4.5KN/m 中跨 0.20.525=2KN/m 作用于顶层框架梁的线荷载为: 边跨 G51=4.5KN/m 中跨 G51=2.5KN/m 边跨 G52=4.14.5+4.5=22.95 kN/m 中跨 G52=4.14.5+2.5=20.95kN/m（3）楼面框架梁线荷载标准值：结构层：100mm厚的现浇钢筋混凝土楼板 0.125=2.5KN/m2 找平层：20厚的1：2水泥砂浆找平 0.02200.4 KN/m2 20mm厚的石灰砂浆的抹面 0.02170.34 KN/m2水磨石的地面 0.65 KN/m2楼面恒载 3.89 KN/m2 楼面框架梁的自重 边跨 0.30.625=4.5KN/m 中跨 0.20.525=2.5KN/m 作用于顶层框架梁上的线荷载： 边跨： G51=4.5KN/m 中跨: G51=2.5 KN/m 边跨： G52=3.894.5+11.80.19（3.6-0.6）+4.5=28.73 KN/m 中跨: G52=3.894.5+2.5=14.22 KN/m（4） 屋面框架节点的均布荷载标准值：板自重 4.14.5=18.45KN/m屋面框架节点的集中荷载标准值边柱连系梁的自重 0.40.24.525=11.25 KN连系梁传来屋面的自重 0.560.564.59=41.31 KN女儿墙的自重+檐口得自重（1.1女儿墙自重） 0.660.24191.1=18.06 KN女儿墙的装饰 260.50.6=3.6 KN顶层中节点的集中荷载 0.40.24.825=9KN 顶层边节点的集中荷载 11.25+0.290.59.84.5=17.64KN （5）楼面框架节点的均布荷载标准值 板得自重 2.654.5=11.93 KN/m 墙体的自重 11.80.19(4.2-0.6)=6.726 KN/m 主梁的自重 250.30.6=4.5 KN/m楼面框架节点集中荷载标准值 边柱连系梁的自重 11.25KN 窗的自重 31.80.45=2.43KN 墙体的自重 （4.53.6-2.43.6）0.2911.8=27.72KN 墙体粉刷 0.022（4.54.2-2.43.6）17=5.5KN 框架柱的自重 0.50.53.625=22.5KN 框架柱外围贴瓷砖 0.53.90.5=0.975KN 合计 70.38KN 窗的自重 0.62.10.45=0.567KN 门的自重 1.52.10.2=0.63KN 次粱的自重 0.60.34.525=10.5KN 墙体的自重 （4.53.6-1.52.1-0.62.1）0.245=14.15KN 墙体粉刷 20.02（63.9-1.52.1-0.62.1）17=12.91KN 合计 61.92KN 恒荷载作用下的计算简图：图3.2恒荷载作用下的计算简图（KN/ KN/m）3.5.2活荷载标准值的计算屋面活荷载：由已知条件知不上人屋面活荷载标准值为0.5 KN/m2，雪载0.4 KN/m2，取较大值为0.5 KN/m2。 边跨 线荷载 Q=0.54.5=2.25 KN/m 中跨 线荷载 Q=0.54.5=2.25 KN/m 楼面活荷载： 边跨 线荷载 Q=3.04.5=13.5KN/m 中跨 线荷载 Q=3.04.5=13.5KN/m 活荷载作用下的计算简图：图3.3活荷载作用下的计算简图（KN/m）3.6 双向板的设计根据板的尺寸可确定所有板均为双向板 3.6.1荷载统计恒荷载的分项系数取1.2，活荷载的分项系数取1.4 楼面均布荷载标准值： 15mm厚的天棚抹灰 0.01517=0.26KN/m2 100mm厚现浇钢筋混凝土楼板 0.1025=2.5KN/m2 30mm厚细石混凝土 0.03240.72KN/m2 12厚的大理石地面 0.01228= 0.34 KN/m2 楼面恒载合计 3.82 KN/m2 教室及卫生间：g = 1.23.82 =4.58KN/m2q= 1.42.50 =3.50 KN/m2q/2 = 1.75 KN/m2g q/2 = 6.33 KN/m2g + q = 8.08KN/m2走廊及门厅：g = 1.23.82 =4.58 KN/m2q= 1.43.50 =4.9 KN/m2q2/2 = 2.45 KN/m2gq2/2 = 7.03 KN/m2g + q2 = 9.48KN/m23.6.2 内力计算计算跨度由于板在各个分格(包括边跨)均与梁整体浇筑,故:=轴线间距离3.6.3 弯矩计算 跨中最大弯矩是在g+q/2作用下(内支座固定)的跨中弯矩值，与q/2作用下(内支座铰支)的跨中弯矩值之和。混凝土的波松比取0.2；支座最大负弯矩为g+q作用下(内支座固定)的支座弯矩。根据平面布置图,把整个楼面分成为B1,B2,B3,B4四个区格.将各区格板的计算跨度及跨中很支座弯矩列于下表， 表3.1 按弹性理论计算的各区隔板的弯矩值板区格B1B2B3B4L01(m)4.53.06.03.0L02(m)6.04.56.06.0L01/ L020.750.671.00.5续表m1(kNm)(0.0331+0.20.0109)6.954.5+(0.0620+0.20.0317)1.754.5=7.387(0.0360+0.20.0084)7.653.02+(0.0715+0.20.0282)2.453.02=4.295(0.0227+0.20.0168)6.956.0+(0.0368+0.20.0368)1.756.02=9.302(0.04+0.20.0038)7.653.02+(0.0965+0.20.0174)2.453.02=5.01m2(kNm)(0.0109+0.20.0331)6.954.5+(0.0317+0.20.0620)1.754.5=4.028(0.0084+0.20.0366)7.6532+(0.0282+0.20.0715)2.453.02=2.011(0.0168+0.20.0227)6.956.02+(0.0368+0.20.0368)1.756.02=8.121(0.0038+0.20.04)7.653.02+(0.0174+0.20.0965)2.453.02=1.622m (kNm)0.0758.74.52 =13.2130.078710.13.02=7.1540.068.76.02=18.7920.082910.13.02=7.535m13.2137.15418.7927.535m (kNm)-0.05728.74.52=10.080.057210.13.02=5.20.0558.76.02=17.230.057010.13.02=5.181m (kNm)10.085.217.235.181相邻区格板的支座负弯矩取绝对值较大者，对于中间跨的跨中截面及中间支座处的弯矩值予以折减，折减系数为0.8，其余区格均不变。计算配筋时，受拉钢筋的截面面积As =m/(s h0 fy),其中内力臂系数s 进似取0.90，即As =m/(0.90 h0 fy )。fy=360N/mm.考虑到短跨方向的弯矩要比长跨方向的大，所以应将短跨方向的受拉钢筋在长跨方向受拉钢筋的外侧，以期达到较大的截面有效高度。短跨l01方向：h01 = h20（mm）长跨l02方向：h02 = h30（mm）（h为现浇板厚，取100 mm）3.2 按弹性理论设计的楼板截面配筋截 面区格方向h0(mm)M(kNM)As (mm2)配筋实配As (mm2)跨 中B1L011007.3872288120236L02904.028138.138200141B2L011004.295132.568200141L02902.01168.968200141B3L011009.302287.108100283续表L02908.121278.508100283B4L011005.01154.638180157L02901.62255.628200141中支座B1-B1100-13.2133408150335B1-B2100-10.08 2608150262B1-B3100-18.792483.310100503B2-B2100-5.201348180157B2-B4100-5.201348180157B3-B410017.226443.1101104573.7计算简图的确定3.7.1计算简图框架柱由于固定在基础顶面，框架梁又与柱相接。但是由于各层柱的截面尺寸不变，所以梁跨度等于柱截面形心轴线间的距离。底层柱高4600 mm，其他层均为3600mm。选取过2轴的一榀框架设计，框架计算简图如下： 图3.4梁柱的相对线刚度3.7.2框架梁柱的的线刚度混凝土强度等级：梁：C30（EC=3.0104N/mm2）柱：C30（EC=3.0104N/mm2）边跨梁：I1=EI/L=230106(1/12) 0.30.63/6=46.29103 KNm 中跨梁：I2=EI/L=230106(1/12) 0.20.43/3=41.67103 KNm上层柱：I3=EI/L=30106(1/12) 0.50.53/3.6=37.20103 KNm底层柱：I4=EI/L=30106(1/12) 0.50.53/4.6=33.97103 KNm 若取I1=1，则各梁柱的相对线刚度为：i1=1 i2=0.9 i3=0.81 i4=0.743.8风荷载计算基本风压为：0=0.20 KN/m2（n=50）0.30 KN/m2 所以基本风压0可以取0.30 KN/m2风振系数为：z=1.0 ，由于该建筑物总高度为22m30m,且建筑物的高宽比为1.2小于1.5，故风振系数可以取1.0。风载体型系数：；风荷载标准值计算公式为：=zsz0 ；表3.3风荷载计算表层次Z(m)()A()51.01.319.000.710.3016.204.4941.01.315.400.680.3016.204.3031.01.311.800.650.3016.204.1121.01.38.200.650.3016.204.1111.01.34.600.650.3018.454.68风荷载计算简图如下： 图3.5风荷载计算简图(KN)3.9地震荷载计算 由于教学楼所在地的地震烈度为6度，而且根据地震作用的计算原则，只需要考虑水平地震的作用，所以可以采用底部剪力法计算水平地震作用。 （1）结构各层的总重力荷载总值： 顶层GEW=结构及构件自重+0.5max雪荷载、活荷载GEW=4.1（62+3）4.5+24.752+6.25+11.258+0.50.294.5211.8+0.50.5（62+3）4.5=453.72KN其他层GEi=结构及构件自重+0.5活荷载GEi =3.89（62+3）4.5+24.752+6.25+11.254+4.5（3.6-0.4）0.299.8+（4.5-0.8）2（3.6-0.4）0.1911.8+4+22.5+0.53（62+3）4.5=585.11KN（2）等效重力荷载Geq=0.85G=0.85Gi=0.85(585.114+453.72)=2375.04KN（3）底部总剪力的标准总值地震烈度为6度类场地第一组，根据规范可知水平地震影响系数最大值max=0.04 ，特征周期为Tg=0.35 s。T1=0.25+0.5310-3H2/B1/3=0.25+0.5310-3191917.41/3=0.324s1.4g=0.49s故不需要在结构顶层附加水平地震作用。T1Tg，1=0.08FEK=0.851Gi=161.5KN各层地震作用标准值Fei=GeiHi/GiHiFEK（i=1、2、3、4、5）表3.4地震荷载计算表楼层Gei/kNHi/mGeiHiFei/kNVi/kN5453.7219.008.6210332.0510343.4443.444585.1115.409.0110345.4088.843585.1111.806.9110334.82123.662585.118.204.8110324.24147.91585.114.602.7010313.61161.5地震荷载简图如下： 图3.6地震荷载计算简图(KN)3.10竖向荷载下的内力计算采用的方法：弯矩二次分配法，而且不平衡弯矩传递系数为1/2。3.10.1恒荷载内力计算（1）均布荷载产生的固端弯矩：顶层 边跨 M=1/12g5边2=1/1222.955.8952=66.46KNm 中跨 M=1/12g5中2=1/1220.9532=15.71kNm其他层 边跨 M=1/12g5边2=1/1228.735.8952=83.20kNm 中跨 M=1/12g5中2=1/1220.032=15kNm（2）弯矩计算过程如下：计算方法采用弯矩二次分配法，梁端弯矩已调幅，调幅系数取= 0.15上柱下柱右梁左梁上柱 下柱右梁五层0.450.550.370.300.33-66.4666.46-15.7129.9036.56-18.78-15.23-16.4712.90-9.3918.28-7.851.581.93-3.86-3.13-3.4444.38-37.3662.10-26.21-35.89四层0.310.310.380.280.230.230.26-83.2083.20-1525.8025.8031.60-19.10-15.69-15.69-6.9214.9512.9-9.5515.8-7.62-7.85-5.67-5.67-6.960.0920.0760.0760.08635.0833.03-68.1179.81-23.39-23.62-32.81三层0.310.310.380.280.230.230.26-83.2083.20-1525.8025.8031.60-19.10-15.69-15.69-17.7212.9012.90-9.5515.80-7.85-7.85-5.04-5.04-6.17-0.028-0.023-0.0230.02633.6633.66-67.3279.87-23.56-23.56-32.75二层0.310.310.380.280.230.230.26-83.2083.20-1525.8025.8031.60-19.10-15.69-15.69-17.7212.9013.31-9.5515.80-7.85-8.19-5.17-5.17-6.320.0670.0550.0550.06333.5333.94-67.4779.97-23.60-23.83-32.66一层0.320.290.390.260.240.210.29-83.2083.20-1526.6224.1332.45-17.73-16.37-14.32-19.7812.90-8.8716.23-7.85-1.29-1.17-1.57-2.18-2.01-1.