某高校1号教学楼设计毕业论文.doc

金陵科技学院学士学位论文 第一章某高校1号教学楼设计毕业论文目 录中文摘要 Abstract 1工程概况 6 1.1 工程名称 6 1.2 建筑设计资料 6 1.3 基本数据 72 结构选型及布置 8 2.1 确定结构体系 8 2.2 梁、柱截面确定 8 2.3 横向框架的布置 9 2.4 横向框架的跨度和柱高 93 框架内力计算 10 3.1 水平地震横向框架内力计算 10 3.2 竖向恒载横向框架内力（KJ-4）30 3.4 竖向活载内力(KJ-4) 564 梁、柱内力组合 80 4.1 梁的内力组合 80 4.2 柱的内力组合 855梁、柱截面设计 91 5.1 梁的配筋计算 91 5.2 柱的配筋计算 986基础设计 105 6.1 外柱独立基础设计 105 6.2 内柱联合基础设计 1107楼梯设计 115 7.1 梯段板计算 115 7.2 平台板计算 116 7.3 平台梁计算 1178屋盖现浇板计算 120 8.1 计算简图的确定 120 8.2 荷载计算 122 8.3 板的内力计算 125 参考文献 127致谢 128第一部分 设计条件一、工程名称南京市江宁区某高校1号教学楼设计二、建筑设计资料本建筑为南京某高校教学楼，层数为四层，其余各层层高均为3.9m。在建筑设计中，办公室、接待室、保安室、厕所、转达兼收发等用房布置合理。本建筑采用三跨内廊式建筑，两边跨跨度均为7.2m，中跨跨度为2.7m。建筑物总体呈长条形，总长为74.2m，总宽为17.1m，总高为15.6m。 建筑平面如下图所示：本建筑中的一些构造作法如下： 屋面-苏J950114/7 楼面-苏J95015/3 外墙面-苏J95018/6 内墙面-苏J95014/5 平顶-苏J95013/8 三、基本数据1、工程地质报告摘要(1)、地下水位地下水位位于-0.5m-0.8m，对砼无侵蚀性。(2)、土层描述 第一层：填土层，由建筑垃圾组成，土性及密实度分布不均匀，层厚23m。 第二层；淤泥质粉质粘土，灰色、饱和、流塑，局部夹薄层粉细砂，层厚911m。承载力标准值：fk=60Mpa。 第三层：粉土类粉质粘土，灰色、饱和、软塑，局部粉细砂呈稍密-中密，本层未钻穿。(3)、抗震要求地震烈度为七度，抗震等级为三级，类场地土，近震，建筑耐火等级：二级。(二)、气象条件摘要基本风压： W0=0.4KN/m2基本雪压： S0=0.65KN/m2，地面粗糙度为C类。(三)、活荷载 查建筑结构荷载规范GBJ9-87。第二部分 结构方案的选型及布置一、确定结构体系本工程采用框架承重，现浇整体式钢筋砼楼板，墙体240厚KP1空心砖墙。二、梁柱截面的确定1、横向框架梁(1)、截面高度h框架梁的高度可按照高跨比来确定，即梁高h=L。h1=L1=7200600900mmh2=L1=2700225338mm 取h1=700mm，h2=300mm(2)、截面宽度b1=h1=700233350mm考虑地震区b250mm，故取b2= b1=250mm2、纵向框架梁(1)、截面高度h1=L=7200600900mm 取h=900mmh2=L=108009001350mm 取h=900mm(2)、截面宽度b=h=900300450mm 取b=300mm3、框架柱本设计按底层层高的1/10取值为450mm，同时参照类似工程的设计经验，决定采用截面尺寸为450450mm的方形柱。三、横向框架的布置详见结构平面布置图。四、横向框架的跨度和柱高1、框架的跨度框架的跨度应取柱形心间的距离。2、框架底层柱的高度框架的底层柱高取基础扩大面至二层楼板顶面间的距离。根据地质资料综合分析，初步确定采用桩基础，承台顶台标高为-1.5m，所以底层柱高应取为6m。3、其余各层柱高除底层柱外的其余各层柱的柱高均取层高，故本设计其余各层柱高均为3.9m。第三部分 横向框架内力计算一、水平地震荷载下的横向框架内力计算(一)、地震作用的计算地震作用的计算即地震荷载的计算。按建筑抗震设计规范GBJ11-89规定，本设计的结构底部总剪力(即总地震荷载)可以按公式FEK=1Geq来计算，其中1=max。1、产生地震荷载的建筑物总质量Geq的计算(1)、作用于房屋上的恒载标准值、屋面荷载防水层 三毡四油上铺小石子 0.40 KN/m2找平层 20厚1:3水泥砂浆找平 0.0220=0.40 KN/m2保温层 70厚沥青珍珠岩块保温层 (0.07+0.235)/27=1.07 KN/m2 找平层 20厚1:3水泥砂浆找平 0.0220=0.40 KN/m2结构层 100厚现浇钢筋砼屋面板 0.125=2.5 KN/m2粉刷层 10厚粉平顶 0.0117=0.17 KN/m2 =4.94 KN/m2、楼面荷载 面 层 15厚1:2白水泥白石子 0.01516=0.24 KN/m2找平层 20厚1:3水泥砂浆找平 0.0220=0.40 KN/m2结构层 100厚现浇钢筋砼楼板 0.125=2.5 KN/m2粉刷层 10厚粉平顶 0.0117=0.17 KN/m2 =3.31KN/m2、框架梁、柱重量a、700mm高横向框架梁0.250.725+(0.62+0.25)0.0217=4.00 KN/m2b、300mm高横向框架梁 0.250.325+(0.32+0.25)0.0217=2.16 KN/m2c、900mm纵向框架梁 0.30.925+(0.82+0.3)0.0217=7.40 KN/m2d、框架柱 0.450.4525+0.4540.0217=5.67 KN/m2 (2)、质点质量Gi的计算决定多层框架的地震荷载时，结构的计算简图可以认为是一多质点体系，产生地震荷载的建筑物重量集中于各层的楼盖处，各质点质量还应包括上下各半层范围内的恒载，50%的雪载或50%的楼面等效均布活荷载。、集中于屋盖平面处的质点质量G4 雪载(50%) 0.50.656317.1=350.12 KN屋面恒载 4.946317.1=5321.86KN700高横向框架梁 4(7.2-0.5)28=750.4KN700高L-1 4(7.2-0.3)20=552KN300高横向框架梁 2.16(2.7-0.5)14=66.5KN300高L-2 2.16(2.7-0.3)10=51.84KN900高纵向框架梁 7.40(3.6-0.35)92=2212.6KN女儿墙 0.24(0.5-0.08)(17.12+632)14+0.08 0.3(17.12+632)25=322.19KN外墙 0.24(7.2-0.5)(1.8-0.7)144+0.24 (2.7-0.5)(1.8-0.4)142=122.57KN 0.24(3.6-0.35-1.8)(1.8-0.9)1446=201.70KN 小计：324.27KN内墙 0.24(7.2-0.5)(1.8-0.7)1420=495.26KN 0.24(3.6-0.35)(1.8-0.9)39- 0.913014=292.57KN 小计：787.83KN钢窗 (1.8-0.9)1.80.4546+(1.8-0.3)1.80.452=35.96KN钢门 0.910.4530=12.15KN 合计：G4=10787.72KN、集中于三层顶盖处的质点质量G3楼面活载(50%) 0.57.2(63-3.64)22+3632.5=936.09KN楼面恒载 (17.163-3.67.24)3.31=3222.68KN700高横向框架梁 750.4KN700高L-1 552KN300高横向框架梁 66.5KN300高L-2 51.84KN900高纵向框架梁 2212.6KN柱 5.673.656=1143.07KN外墙 0.24(7.2-0.5)(3.6-0.7)144=261.14KN 0.24(2.7-0.5)(3.6-0.4)-1.81.8142=25.54KN 0.24(3.6-0.35)(3.6-0.9)-1.81.81446=855.49KN 小计：1142.17KN内墙 0.24(7.2-0.5)(3.6-0.7)1420=1305.70KN 0.24(3.6-0.35)(3.6-0.9)39-12.73014=877.72KN 小计：2183.42KN钢窗 1.81.80.4546+2.11.80.452=70.47KN钢门 12.70.4530=36.45KN楼梯 平台梁 0.20.35(3.6-0.25)25=5.69KN 平台板恒载 (3.6-0.25)1.70.125=13.81KN 平台板活载 (3.6-0.25)1.72.5=13.81KN 梯段板恒载 0.20253.61.5525=28.28KN 梯段板活载 3.61.552.5=13.95KN 12厚水泥白石子 0.01216(1.553.6+1.73.6 +100.151.55)=2.69KN 15厚水泥砂浆找平 0.01520(1.553.6+1.73.6 +100.151.55)=4.21KN 小计：82.44KN 合计：12450.13KN、集中于二顶盖平面处的质点质量G2楼面活载(50%) 1286.21KN楼面恒载 4272.27KN700高横向框架梁 750.4KN700高L-1 552KN300高横向框架梁 66.5KN300高L-2 51.84KN900高纵向框架梁 2212.6KN柱 1143.07KN外墙 1142.17KN内墙 2183.42KN钢窗 70.47KN钢门 36.45KN楼梯 平台梁 5.693=17.07KN 楼层平台板恒载 13.81KN 楼层平台板活载 13.81KN 梯段板恒载 28.282=56.56KN 梯段板活载 13.952=27.9KN 休息平台板恒载 (3.6-0.24)1.70.125=14.28KN 休息平台板活载 (3.6-0.24)1.72.5=14.28KN 小立柱 0.240.241.8254=10.37KN 12厚水泥白石子 0.01216(1.73.62+1.553.62 +0.151.55102)=5.39KN 15厚水泥砂浆找平 0.01520(1.73.62+1.553.62 +0.151.55102)=8.42KN 小计：181.89KN 合计：13949.29KN、集中于一顶盖处的质点质量G1楼面活载(50%) 1295.46KN楼面恒载 4425.60KN700高L-1 552KN300高横向框架梁 66.5KN300高L-2 51.84KN900高纵向框架梁 2212.6KN柱 5.67(1.8+2.7)56=1428.84KN外墙 0 .24(7.2-0.5)(1.8+2.7-0.7)144=342.18KN 0.24(3-0.5)(1.8+2.7-0.4)-1.83.2142=30.17KN 0.24(3.6-0.35)(1.8+2.7-0.9)-1.82.71440=919.30KN 小计：1291.65KN内墙 0.24(7.2-0.5)(1.8+2.7-0.7)1420=1710.91KN 0.24(3.6-0.35)(1.8+2.7-0.9)36-12.72814=1161.22KN 小计：2872.13KN钢窗 1.82.70.4540+3.21.80.452=92.67KN钢门 13.60.4528=45.36KN楼梯 平台梁 5.695=28.45KN 平台板恒载 13.81KN 平台板活载 13.81KN 梯段板恒载 27.92+0.20251.51.5525=67.57KN 梯段板活载 13.952+1.51.552.5=33.71KN 休息平台板恒载 14.282=28.56KN 休息平台板活载 14.282=28.56KN 小立柱 10.37+0.240.240.75254=14.69KN 12厚水泥白石子 9.5KN 15厚水泥砂浆找平 14.84KN 小计：253.5KN 合计：14588.15KN整个建筑物的重力荷载代表值如下图所示：2、梁和柱刚度的计算本工程柱、梁的砼均采用C25，EC=2.8107KN/m2。(1)、梁和柱的线刚度计算、梁的线刚度计算在计算框架梁的惯性矩时，考虑梁为矩形截面。框架梁截的折算惯性矩计算时，对于现浇整体式结构，中框架的折算系数为2，边框架的折算系数为1.5。类 型截 面 积bh (m2)跨度L (m)截面惯性矩I0=bh3中 框 架边 框 架IB=2I0iBIB=1.5I0iB700高0.250.77.27.1510-314.310-35561110.7310-341724300高0.250.32.75.6310-41.1310-3248268.4510-418666注：表中iB = (KNm)、柱的线刚度计算层 次层 高 (m)截面积 bh (m2) 截面惯性矩 IC= bh3线刚度iC底 层6.00.450.455.2110-327014其余层3.90.450.455.2110-340525注：表中iC = (KNm)(2)、柱的侧移刚度D值的计算、中间框架中柱侧移刚度D值的计算层次截面 (m2) 层高 (m)线刚度D=40.450.453.9405221.980.501876030.450.453.9405221.980.501876020.450.453.9405221.980.501876010.450.456.0270142.980.706303注：底层=，=；非底层=，=、中间框架边柱侧移刚度D值的计算层次截面 (m2) 层高 (m)线刚度D=40.450.453.9405221.370.411538330.450.453.9405221.370.411538320.450.453.9405221.370.411538310.450.456270142.060.635673注：底层=，=；非底层=，=、边框架中柱侧移刚度D值的计算层次截面 (m2) 层高 (m)线刚度D=40.450.453.9405221.490.431613330.450.453.9405221.490.431613320.450.453.9405221.490.431613310.450.456.0270142.240.655853注：底层=，=；非底层=，=、边框架边柱侧移刚度D值的计算层次截面 (m2) 层高 (m)线刚度D=40.450.453.9405221.030.341275630.450.453.9405221.030.341275620.450.453.9405221.030.341275610.450.456.0270141.540.585223注：底层=，=；非底层=，=(3)、各层柱侧移刚度之和(层间刚度)的计算层次中框架中柱中框架边柱边框架中柱边框架边柱D41876024=4502401538324=369192161334=64532127564=5102496498834502403691926453251024964988245024036919264532510249649881630324=1512725673242341252234=208923317283、结构基本自振周期T1的计算层次各层重量(KN)总重量(KN)层间刚度Diui=um=ui410787.7210787.729649880.0110.230312450.1323237.859649880.0240.219213949.2937187.149649880.0390.195114588.1551775.293317280.1560.156T1=1.7T=1.70.6=0.489(s) Tg=1.40.3=0.42(s)注：上式中，对于民用建筑取T=0.60.8，本设计取T=0.6；对于类场地土近震取特征周期值Tg=0.3(s)4、横向水平地震作用的计算本设计的建筑为7近震，地震影响系数max=0.08，则相应于基本自振周期的1值为：1max()0.9=0.08()0.9=0.0515所以结构总水平地震作用值为：FEK=1Geq=0.05150.8551775.29=2266.46KN因为T11.4 Tg，由于高振型影响，根据对大量结构的地震反应直接动力分析证明，计算时结构顶部的地震剪力偏小，故须进行调整。方法是将结构的总地震作用的一部分作为集中力，作用于结构顶部，再将余下的地震作用按倒三角形分配给各质点。对于多层钢筋砼房屋，顶部附加地震作用系数n可以按照特征周期Tg及结构的基本周期T1来确定，当Tg=0.30.4s时，n=0.08T1+0.01=0.080.489+0.01=0.049故附加的集中水平地震作用为： Fn=nFEK=0.0492266.46=111.06KN则各质点分配的地震作用为： Fi=FEK (1-n)层 次层 高(m)高 度(m)重 量 (KN)Fi=FEK (1-n)剪力 Vi43.917.710787.720.3196688.87688.8733.913.812450.130.2898624.631313.523.99.913949.290.2362509.111822.616614588.150.1544332.792155.4(二)、水平地震荷载作用下的结构变形验算根据建筑抗震设计规范GBJ11-89的要求，本结构须进行多遇地震作用下的抗震变形验算，要对结构的变形加以限制，使其层间弹性位移以及结构顶点位移不超过一定的限值。对于砌体填充墙的框架结构，其层间弹性位移限值为，其顶点弹性位移变形限值。 本结构变形计算如下表所示：层次剪力 Vi刚度 Di层间位移 Ui=Ui4688.879649880.000711/37110.0110331313.59649880.001361/20930.0100621822.69649880.001891/16000.0083412155.43317280.006501/8870.00609由上表可知，结构层间相对位移均小于，故其层间弹性位移满足要求。结构的顶点位移为=，故也满足要求。 (三)、地震荷载作用下的横向框架(KJ-3)内力计算由底部剪力法计算出来的每层的地震剪力，按照每榀框架的刚度比值分配到每榀框架上，而每榀框架的地震剪力按柱的刚度比值分配到每一根柱上，最后以反弯点法求结构的内力。其内力的计算如下：1、地震剪力的分配在每层结构中，KJ-3的地震剪力分配系数为：非底层；底层故地震剪力分配为：第四层 =688.870.0708=48.77KNA柱B柱V=Vim48.77=10.99KN48.77=13.40KN第三层 =1313.50.0708=93.00KNA柱B柱V=Vim93.00=20.93KN93.00=25.58KN第二层 =1822.60.0708=129.04KNA柱B柱V=Vim129.04=29.03KN129.04=35.49KN第一层 =2155.40.0722=155.62KNA柱B柱V=Vim155.62=36.86KN155.62=40.95KN注：在剪力分配时，D柱与A柱相同，C柱与B柱相同，故表中未列出D柱和C柱的剪力位置系数ABCD第四层m=4n=4h=3.9m1.371.98同B柱同A柱y00.4500.459111y100211y200311y3001.6201.652第三层m=4n=3h=3.9m1.031.49同B柱同A柱y00.4710.50111y100211y200311y3001.6961.80位置系数ABCD第二层m=4n=2h=3.9m1.031.49同B柱同A柱y00.500.50111y100211y20031.51.5y3-0.024-0.0241.7141.714第一层m=4n=1h=6m1.542.24同B柱同A柱y00.630.551y10020.6670.667y2003y3003.4022.97 注：1. y0由m、n及查表得到。 2. y1由1及查表得到，1=；当i1+i2i3+i4时，1取倒数，即1=并且y1值取负号“-”。 3. y2由2及查表得到，2=h上/h本。 4. y3由3及查表得到，2= h下/h本。 5.=(y0+y1+y2+y3)h 。 3、柱端弯矩计算 设地震荷载从左向右作用柱下端弯矩 M下=V柱上端弯矩 M上=(h-)V柱端弯矩计算结果如下图所示：(C柱和B柱相同，D柱和A柱相同)4、梁端弯矩计算根据节点平衡来计算第四层：MAB=MDC=29.64KNm MBA=MCD=35.57=24.59KNm MBC=MCB=35.57=10.98KNm第三层：MAB=MDC=24.25+50.28=74.53KNm MBA=MCD=(30.17+57.98)=60.94KNm MBC=MCB=(30.17+57.98)=27.21KNm第二层：MAB=MDC=44.79+65.31=110.1KNm MBA=MCD=(57.98+79.65)=95.15KNm MBC=MCB=(57.98+79.65)=42.48KNm第一层：MAB=MDC=59.36+85.15=144.51KNm MBA=MCD=(72.38+115.06)=129.59KNm MBC=MCB=(72.38+115.06)=57.85KNm5、水平地震作用下的框架内力图(左向)框架的弯矩图由柱端弯矩和梁端弯矩可以直接做出，弯矩图画在构件的受拉边，不标正负号。框架的剪力图根据框架弯矩图，通过对梁或柱取脱离体，求某一点M=0，则可以求出梁端和柱端剪力，然后即可做出剪力图。框架轴力图即柱轴力图，根据框架剪力图，取节点脱离体，求Y=0，即可求出柱的轴力图，轴力以柱受压为正。 M图 (KNm) V图 (KN)N图 (KN)(三)、地震荷载作用下的横向框架(KJ-1)内力计算由底部剪力法计算出来的每层的地震剪力，按照每榀框架的刚度比值分配到每榀框架上，而每榀框架的地震剪力按柱的刚度比值分配到每一根柱上，最后以反弯点法求结构的内力。其内力的计算如下：1、地震剪力的分配在每层结构中，KJ-1的地震剪力分配系数为：非底层；底层故地震剪力分配为：第四层 =688.870.0599=56.22KNA柱B柱V=Vim56.22=12.41KN56.22=15.70KN第三层 =1313.50.0599=99.19KNA柱B柱V=Vim99.19=21.90KN99.19=27.70KN第二层 =1822.60.0599=130.05KNA柱B柱V=Vim130.05=28.71KN130.05=36.31KN第一层 =2155.40.0667=166.24KNA柱B柱V=Vim166.24=39.20KN166.24=43.92KN注：在剪力分配时，D柱与A柱相同，C柱与B柱相同，故表中未列出D柱和C柱的剪力。2、柱的反弯点高度计算位置系数ABCD第四层m=4n=4h=3.9m1.031.49同B柱同A柱y00.4500.459111y100211y200311y3001.6201.652第三层m=4n=3h=3.9m1.031.49同B柱同A柱y00.4710.50111y100211y200311y3001.6961.80位置系数ABCD第二层m=4n=2h=3.9m1.031.49同B柱同A柱y00.500.50111y100211y20031.51.5y3-0.024-0.0241.7141.714第一层m=4n=1h=5.4m1.542.24同B柱同A柱y00.630.551y10020.6670.667y2003y3003.4022.97注：1. y0由m、n及查表得到。 2. y1由1及查表得到，1=；当i1+i2i3+i4时，1取倒数，即1=并且y1值取负号“-”。 3. y2由2及查表得到，2=h上/h本。 4. y3由3及查表得到，2= h下/h本。 5.=(y0+y1+y2+y3)h 。 3、柱端弯矩计算 设地震荷载从左向右作用柱下端弯矩 M下=V柱上端弯矩 M上=(h-)V柱端弯矩计算结果如下图所示：(C柱和B柱相同，D柱和A柱相同)4、梁端弯矩计算根据节点平衡来计算第四层：MAB=MDC=24.57KNm MBA=MCD=30.59=21.13KNm MBC=MCB=30.59=9.46KNm第三层：MAB=MDC=20.10+41.70=61.8KNm MBA=MCD=(25.94+49.86)=52.37KNm MBC=MCB=(25.94+49.86)=23.43KNm第二层：MAB=MD