桑海小学综合楼结构设计毕业论文.doc

东华理工大学长江学院毕业设计 建筑设计说明桑海小学综合楼结构设计毕业论文目 录绪 论11 建筑设计说明21.1 建筑概况21.1.1 设计题目21.1.2 建筑总高度21.1.3 工程概况21.2 设计资料21.2.1 气象资料21.2.2 结构要求21.2.3 地质条件21.2.4 基础类型21.2.5 材料要求22 结构设计说明32.1 结构方案选取32.1.1 竖向承重体系选取32.1.2 水平向承重体系选取32.2 楼梯方案的选择32.3 基础形式选取32.4 结构布置计算33 框架设计43.1 框架计算简图及梁柱线刚度43.1.1 梁截面尺寸的初步确定43.1.2 柱截面尺寸的初步确定43.1.3 结构平面布置43.1.4 框架计算简图53.1.5 框架梁柱线刚度计算53.2 荷载计算73.2.1 恒载标准值计算：73.2.2 活荷载标准值计算103.3 横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算103.3.1 集中风荷载标准值103.3.2 风荷载作用下的水平位移验算113.4 地震荷载作用下框架的内力计算193.4.1 水平地震作用标准值的计算193.5 竖向荷载作用下框架结构内力计算253.5.1 轴间框架梁荷载计算253.5.2 轴柱纵向集中荷载计算273.5.3 内力计算293.5.4 内力组合413.6 截面设计与配筋计算533.6.1 框架柱截面设计533.6.2 框架梁截面设计564 楼盖设计594.1 荷载设计值计算594.1.1 活荷载标准值594.1.2 恒荷载标准值计算594.1.3 荷载设计值计算594.2 塑性理论计算板604.2.1 弯矩计算604.2.2 配筋计算645 楼梯设计675.1 设计资料675.1.1 楼梯概况675.1.2 楼梯结构布置图675.2 梯段板设计685.2.1 踏步板设计685.2.2 斜梁设计696 基础设计746.1 设计资料74结 论77致 谢78参考文献79附录一80 1 建筑设计说明 1.1 建筑概况 1.1.1 设计题目桑海小学和桑海幼儿园综合楼 1.1.2 建筑总高度19.65（室外地坪算起） 1.1.3 工程概况层数为4层,各层层高均为3.9m；室内外高差为0.45m；框架结构;本工程耐火等级为二级，设计使用年限为50年；抗震设防烈度为6度。 1.2 设计资料 1.2.1 气象资料 (1)温度：夏日最高温度：40，冬日最低温度：-5；相对湿度：75%。 (2)主导风向：整年为南、东南风，基本风压为：0.45kN/m2。 (3)雪荷载条件：最大积雪深30mm，基本雪压：0.45kN/m2。 1.2.2 结构要求钢筋混凝土框架结构，外墙采用烧结多孔砖，内墙采用加气混凝土砌块。 1.2.3 地质条件 根据工程地质勘察报告：场地平坦，土质均匀，无不良地质发育，地基情况为：1. 耕土 2. 淤泥质粘土 3. 粉质粘土 4. 全风化片麻岩。 1.2.4 基础类型人工挖孔灌注桩。 1.2.5 材料要求混凝土C25；钢筋HPB 300,HRB 400。 东华理工大学长江学院毕业设计 结构设计说明 2 结构设计说明 2.1 结构方案选取 2.1.1 竖向承重体系选取 本工程采用框架结构体系：由梁、柱构件通过节点连接而成，具备巧妙地布置、造型多变等优点，能形成很大的使用空间，能满足多功能的使用要求。在承受力的方面，框架结构属于柔性结构，自振周期长，地震反应较小。其缺点是结构的抗侧刚度较小，在地震的影响下侧向位移较大。本设计为四层结构，比较各种方案，本工程选用框架结构的竖向承重体系。 2.1.2 水平向承重体系选取本设计采用现浇肋梁楼盖结构。肋梁楼盖结构属于经济型的结构，能够节省大量的混凝土个钢筋，并且能发挥出各方面的性能，易于满足楼面不规则布置、开洞等要求，适合各种繁杂的平面要求和各类繁琐的荷载。 2.2 楼梯方案的选择梁式楼梯由踏步板、梯段斜梁、平台板和平台梁组成。当梯段水平方向跨度大于3m时，宜用梁式楼梯。本结构中的梯段水平方向跨度为3.36m，因此本设计采用梁式楼梯。 2.3 基础形式选取本设计的基础形式选取人工挖孔灌注桩，无承台。建筑物所在地理位置的地质情况、外界的荷载、基础的不匀称下沉及歪斜的程度等都影响着选择基础的类型，另外还要比较其经济性。 2.4 结构布置计算楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板的厚度为90mm。一般情况下，框架结构是一个空间受力体系。为简便计算，将纵向框架和横向框架分别按平面框架进行分析计算。由于框架跨度相同，作用的荷载相同以及刚度相同，因此，各榀横向框架都将产生相同的内力与变形，计算设计时一般取中间有代表性的一榀横向框架进行分析即可。 东华理工大学长江学院毕业设计 框架设计 3 框架设计 3.1 框架计算简图及梁柱线刚度 3.1.1 梁截面尺寸的初步确定 框架梁截面高度，截面宽度，本结构中取： 纵向框架梁： b=250mm h=700mm 横向BC、DE跨框架梁： b=250mm h=700mm 横向CD跨框架梁： b=250mm h=400mm次梁： b=200mm h=500mm 3.1.2 柱截面尺寸的初步确定查建筑抗震设计规范得知：轴压比限制=0.85；增大系数=1.25；各层重力荷载代表值近似取14kN/m2。本工程用的C25混凝土，。框架柱：N=1.254.24.2144=1234.8 KN,负载面积取中柱中柱= 122076为了方便计算，各柱截面尺寸统一取为bh=500mm500mm。 3.1.3 结构平面布置图3-1 结构布置图东华理工大学长江学院毕业设计 框架设计 3.1.4 框架计算简图选取12轴上的一榀框架进行计算，如图1。底层柱高是从基础顶面算至第二层楼面，其中室外高差为-0.95m，二层楼面标高为3.90m，即底层柱高为4.85m。其余各层高为3.9m。图3-2 框架计算单元图 3.1.5 框架梁柱线刚度计算 对于中框架梁I=2I0，由于混凝土强度等级为C25，则E=2.8kN/m。BC跨梁: =2.8107kN/m21/120.3m（0.65m）3/7.8m =4.9104kNmCD跨梁：=2.8107kN/m21/120.3m（0.65m）/2.7m =14.2104kNm DE跨梁：=2.8107kN/m21/120.3m（0.65m）3/7.5m =5.3104kNm底层柱：=2.8107kN/m1/12（0.5m）4/4.85m =3.0104kNm 其余各层柱： =2.8107kN/m1/12（0.5m）4/3.9m =3.7104kNm令底层柱=1.0，则其余各杆件的相对线刚度为：=1.63 =4.73=1.77 =1.23图3-3 线刚度计算简图 3.2 荷载计算 3.2.1 恒载标准值计算： (1)屋面框架梁线恒荷载标准值 20厚1:2.5水泥砂浆找平层 0.0220=0.4kN/m2保温层：35厚挤塑聚苯板 0.0350.5=0.02kN/m220厚1:2.5水泥砂浆找平层 0.0220=0.4kN/m230厚（最薄处）轻集料混凝土找坡层 0.033.5=0.1kN/m2100厚现浇钢筋混凝土屋面板 0.125=2.5kN/m2合计 3.42kN/m2活荷载标准值： 上人屋面：取0.5kN/m2 (2)楼面荷载10厚防滑防潮地砖面层 0.0119.8=0.198kN/m2刷素水泥浆一道 0.04kN/m220厚1：2水泥砂浆结合层 0.0220=0.4kN/m2刷素水泥浆一道 0.04kN/m215厚1：3水泥砂浆找平层 0.1520=0.3kN/m2100厚现浇钢筋砼楼板 0.125=2.5kN/m2 合计 3.48kN/m2 活荷载标准值 1.5kN/m2 (3)梁自重 bh=250mm700mm 梁自重： 25kN/m30.25m(0.7m-0.09m)=3.81kN/m 抹灰层：20mm厚混合砂浆 0.0217(0.7-0.09)2=0.41kN/m 合计： 4.22kN/mbh=250mm400mm梁自重： 25kN/m30.25m(0.4m-0.09m)=1.94kN/m抹灰层：20厚混合砂浆 0.0217(0.4-0.09)2=0.21kN/m合计： 2.15kN/mbh=200mm500mm 梁自重： 25kN/m30.2m(0.5m-0.09m)=2.05kN/m 抹灰层：20mm厚混合砂浆 0.0217(0.5-0.09)2=0.28kN/m 合计： 2.33kN/m (4)柱自重 bh=500mm500mm柱自重： 25kN/m30.5m0.5m=6.25kN/m抹灰层：20厚混合砂浆 40.50.0217=0.68kN/m 合计： 6.93kN/m (5)外纵墙自重 标准层：纵墙在计算单元内相当于高度为=2.6m,铝合金窗在计算单元内相当于高度为=0.70m。纵墙： 18kN/m32.6m0.2m=9.36kN/m铝合金窗： 0.45kN/m20.7m=0.315kN/m水刷石外墙面： 0.5kN/m22.6m=1.3kN/m水泥粉刷内墙面： 0.362.6=0.936kN/m 合计： 11.91kN/m(底层: 纵墙的计算高度为=3.15m，铝合金窗的计算高度为=0.70m。 纵墙： 18kN/m33.15m0.2m=11.34kN/m铝合金窗： 0.45kN/m20.7m=0.315kN/m水刷石外墙面： 0.5kN/m23.15m=1.58kN/m 水泥粉刷内墙面： 0.362.6=0.94kN/m 合计： 14.18kN/m (6)内纵墙自重标准层纵墙： 18kN/m3（3.90.6）m0.2m=11.88kN/m水泥粉刷内墙面： 0.36（3.90.6）0.2=0.24kN/m 合计： 12.12kN/m底层纵墙： 18kN/m3（4.850.60.4）m0.2m=13.86kN/m水泥粉刷内墙面： 0.36（3.90.6）0.2=0.24kN/m 合计： 14.1kN/m (7)外横墙自重标准层横墙： 18kN/m3（3.90.5）m0.2m=12.24kN/m水泥粉刷内墙面： 0.36（3.90.5）=1.22kN/m 合计： 13.46kN/m底层横墙： 18kN/m3（4.850.50.4）m0.2m=14.22kN/m水泥粉刷内墙面： 0.36（3.90.5）=1.22kN/m 合计： 15.44kN/m (8)内横墙自重标准层横墙： 18kN/m3（3.90.5）m0.2m=12.24kN/m水泥粉刷内墙面： 0.36（3.90.5）2=2.45kN/m 合计： 14.69kN/m底层横墙： 18kN/m3（4.850.50.4）m0.2m=14.22kN/m水泥粉刷内墙面： 0.36（3.90.5）2=2.45kN/m 合计： 16.67kN/m (9)走廊尽头墙 标准层纵墙的计算高度为=1.01m，铝合金窗的计算高度为=2.39m。走廊尽头墙： 18kN/m31.01m0.2m=3.64kN/m铝合金窗： 0.45kN/m22.39m=1.08kN/m水刷石外墙面： 0.5kN/m21.01m=0.51kN/m水泥粉刷内墙面： 0.361.01=0.36kN/m 合计： 5.59kN/m底层纵墙的计算高度为=1.56m，铝合金窗的计算高度为=2.39m。走廊尽头墙： 18kN/m31.56m0.2m=5.62kN/m 铝合金窗： 0.45kN/m22.39m=1.08kN/m水刷石外墙面： 0.5kN/m21.56m=0.78kN/m水泥粉刷内墙面： 0.361.01=0.36kN/m 合计： 7.84kN/m (10)女儿墙自重屋面纵向梁传来作用于柱顶的荷载：女儿墙自重标准值：800mm高200mm厚双面摸灰砖墙自重： 0.8（0.2425+0.02202）=5.44女儿墙自重：5.448.4=45.70 3.2.2 活荷载标准值计算 (1)屋面和楼面活荷载标准值 查荷载规范得：上人屋面：2.0kN/m2不上人屋面：0.5kN/m2楼面：1.5kN/m2走廊：3.5kN/m2 (2)雪荷载0.45kN/m2当屋面活荷载与雪荷载不同，取较大值。 3.3 横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算 3.3.1 集中风荷载标准值 为了方便计算，将外墙面上的风荷载近似看做作用在屋面和楼面梁处的集中荷载：基本风压=0.45kN/ m2；-风压高度变化系数,因建设地点位于有密集建筑群的城市市区，所以地面粗糙度为B类；-风荷载体型系数,查表得=1.3；-风振系数,高度小于30m的建筑,取=1.0； -下层柱高；-上层柱高；B迎风面的宽度,B=4.2m. 表3-1 集中风荷载标准值离地高度(m)(m)(m)()16.651.181.01.33.906.2812.151.061.01.33.93.911.298.251.01.01.33.93.910.644.351.01.01.34.353.911.26 3.3.2 风荷载作用下的水平位移验算 (1)侧移刚度D表3-2 横向2-4层D值法的计算构件名称B轴柱 0.38911355C轴柱 0.72121047D轴柱 0.72121047E轴柱 0.41712173D=11355+210472+12173=65622表3-3 横向一层D值计算构件名称B轴柱 0.58713893C轴柱0.82119432D轴柱0.82119432E轴柱0.6029213D=13893+194322+9213=61970 (2)风荷载作用下框架侧移计算 水平荷载作用下框架的层间侧移公式如下: 式中-第j层的总剪力 -第j层所有柱的抗侧移刚度之和 -第j层的层间侧移 第一层的侧移值求出以后,即可算出各楼板标高处的顶点侧移值,各层楼板标高处的侧移值是该层以下各层层间侧移之和。顶点侧移是所有各层层间侧移之和j层侧移 顶点侧移 计算结果见下表：表3-4 风荷载作用下框架侧移计算层次/()/m/h46.286.28656220.00011/39000311.2917.57656220.00031/13000210.6428.21656220.00041/9750111.2639.47619700.00061/8083=0.0014m 侧移验算：层间侧移最大1/53891/550(满足要求)。 （3)风荷载标准值作用下的内力计算 采用D值法计算建筑物在风荷载作用下的内力值，其步骤为： 求各柱反弯点的高度； 求各柱杆端弯矩及梁端弯矩； 求各柱反弯点处的剪力值；求各柱的轴力及梁剪力。 第i层第m柱所分配的剪力：， 框架柱反弯点位置，y=y0+y1+y2+y3，计算结果如下表：表3-5 B轴框架柱反弯点位置层数h/mK/m（1-y)h/m 43.91.3250.400000.401.562.34 33.91.3250.450000.451.7552.145 23.91.3250.450000.451.7552.145 14.850.8150.650000.653.151.70表3-6 C轴框架柱反弯点位置层数h/mK/m（1-y)h/m 43.95.1710.450000.451.7552.145 33.95.1710.500000.501.951.95 23.95.1710.500000.501.951.95 14.853.1800.550000.552.672.18表3-7 D轴框架柱反弯点位置层数h/mK/m（1-y)h/m 43.95.2850.450000.451.7552.145 33.95.2850.500000.501.951.95 23.95.2850.500000.501.951.95 14.853.250.550000.552.672.18表3-8 E轴框架柱反弯点位置层数h/mK/m（1-y)h/m 43.91.4390.420000.421.6382.26 33.91.4390.450000.451.7552.145 23.91.4390.450000.451.7552.145 14.850.8850.650000.653.151.70 框架各柱的杆端弯矩，梁端弯矩计算如下: 中柱处的梁： 边柱处的梁：表3-9 风荷载作用下B轴框架柱剪力和梁柱端弯矩层47.2565622113550.1731.252.931.962.93318.5465622113550.1733.216.905.638.86229.1865622113550.1735.0510.838.8619.69140.4461970138930.2249.0615.4028.5435.09表3-10 风荷载作用下C轴框架柱剪力和梁柱端弯矩层47.2565622210470.3212.335.04.081.2813.719318.5465622210470.3215.9511.6011.604.01911.66229.1865622210470.3219.3718.2718.277.64722.22140.4461970194320.31412.7033.9133.9111.7834.18表3-11 风荷载作用下D轴框架柱剪力和梁柱端弯矩层47.2565622210470.3212.335.04.083.641.36318.5465622210470.3215.9511.6011.6011.424.265229.1865622210470.3219.3718.2718.2721.758.125140.4461970194320.31412.7033.9133.9133.4712.50表3-12 风荷载作用下E轴框架柱剪力和梁柱端弯矩层47.2565622121730.1861.353.052.213.05318.5465622121730.1863.457.406.0510.45229.1865622121730.1865.4311.659.5322.10140.446197092130.1496.0310.2518.9932.35表3-13 风荷载作用下框架柱轴力与梁端剪力层梁端剪力/柱轴力/BC跨CD跨DE跨B轴C轴D轴E轴40.542.730.59-0.54-2.19-2.192.142.140.5931.658.551.96-2.19-6.90-9.096.598.732.5523.5016.284.03-5.69-12.78-21.8712.2520.986.5815.7923.906.49-11.48-18.11-39.9817.4138.3913.07注： 轴力压为+，拉为。图3-4 风荷载作用下的弯矩图图3-5 风荷载作用下的剪力图图3-6 风荷载作用下的轴力图 3.4 地震荷载作用下框架的内力计算 3.4.1 水平地震作用标准值的计算 (1)框架的抗震等级 由设计需求，抗震设防烈度为6度，房屋高度为19.65m 1.4Tg，且Tg=0.35s，故需考虑顶部附加作用，顶部附加水平地震作用=0.13491.54=12.27kN作用于各层间的水平地震作用标准值按计算：表3-17 水平地震作用标准值层数Hi/m/1034983.8916.55162835533523.3123.31656220.3631426.0412.651803925.8449.15656220.7521426.048.751247817.8867.03656221.0211759.894.85853512.2379.26619701.28首层：=（满足要求）二层：=（满足要求） (8)水平地震作用产生的框架内力表3-18 水平地震作用下框架柱剪力值及柱端弯矩标准值柱层h/mVi/kND/(kN/m) Vik/kN M下/kNmM上/kNm边柱B43.9023.3165622113550.173 4.03 1.325 6.29 9.43 33.9049.1565622113550.173 8.50 1.325 14.92 18.23 23.90 67.0365622113550.173 11.60 1.325 20.36 24.88 14.85 79.2661970138930.224 17.75 0.815 55.91 30.18 中柱C、D43.90 23.3165622210470.321 7.48 5.171 13.13 16.04 33.90 49.1565622210470.321 15.78 5.171 30.77 30.77 23.90 67.0365622210470.321 21.52 5.171 41.96 41.96 14.85 79.2661970194320.314 24.89 0.313 66.46 54.26 边柱E43.90 23.3165622121730.186 4.34 1.439 7.11 9.81 33.90 49.1565622121730.186 9.14 1.439 16.04 19.61 23.90 67.0365622121730.186 12.47 1.439 21.88 26.75 14.85 79.266197092130.149 11.81 0.885 37.20 20.08 表3-19 水平地震荷载作用下框架柱轴力与梁端剪力标准值BC跨梁端剪力CD跨梁端剪力柱轴力层l/mM左/kNmM右/kNmVE=l/mM左/kNmM右/kNmVE=边柱NE/KN中柱NE/KN47.89.43 4.111.74 2.70 11.9311.938.84-1.74-7.1 37.824.52 11.244.582.70 32.66 32.66 24.19-6.23-26.827.839.8018.627.49 2.70 54.11 54.11 40.08-13.72-59.3917.850.54 24.639.64 2.70 71.59 71.59 53.03-23.36-102.78图3-8 地震作用下的弯矩图图3-9 地震作用下的剪力与轴力图 3.5 竖向荷载作用下框架结构内力计算 3.5.1 轴间框架梁荷载计算 （1）B-C轴间框架梁 屋面板传荷载恒载：3.42kN/m3.9/2m5/82=8.34kN/m活载：0.5kN/m3.9/2m5/82=1.22kN/m楼面板传荷载：恒载：3.48kN/m3.9/2m5/82=8.48kN/m活载：1.5kN/m3.9/2m5/82=3.66kN/m梁自重：4.22kN/mBC轴间框架梁均布荷载为：屋面梁：恒载=梁自重+板传荷载=4.22kN/m +8.34kN/m =12.56kN/m 活载=板传荷载=1.22kN/m楼面梁：恒载=梁自重+板传荷载=4.22kN/m +8.48kN/m =12.70kN/m 活载=板传荷载=3.66kN/m由次梁搭接在主梁上产生的集中荷载：屋面板：恒载：3.42kN/m3.9/2m（1-20.352+0.353）4.22=44.70kN 活载： 0.5kN/m3.9/2m（1-20.352+0.353）4.22=6.53kN梁自重：4.224.2=17.72kN合计：集中恒载：62.42kN集中活载：6.53kN楼面板：恒载：3.48kN/m3.9/2m（1-20.352+0.353）4.22+17.72=63.20kN活载：1.5kN/m3.9/2m（1-20.352+0.353）4.22=19.60kN (2)C-D轴线间框架梁 屋面板传荷载恒载：3.42kN/m2.7/2m5/82=5.77kN/m活载：0.5kN/m2.7/2m5/82=0.84kN/m楼面板传荷载：恒载：3.48kN/m2.7/2m5/82=5.87kN/m活载：1.5kN/m2.7/2m5/82=2.53kN/m梁自重：4.22kN/mCD轴间框架梁均布荷载为：屋面梁：恒载=梁自重+板传荷载=4.22kN/m +5.77kN/m =9.99kN/m 活载=0.84kN/m楼面梁：恒载=梁自重+板传荷载=4.22kN/m +5.87kN/m =10.09kN/m 活载=2.53kN/m (3)D-E轴线间框架梁 屋面板传荷载恒载：3.42kN/m3.75/2m5/82=8.02kN/m活载： 0.5kN/m3.75/2m5/82=1.17kN/m楼面板传荷载：恒载：3.48kN/m3.75/2m5/82=8.16kN/m活载： 1.5kN/m3.75/2m5/82=3.52kN/m梁自重：4.22kN/mDE轴间框架梁均布荷载为：屋面梁：恒载=梁自重+板传荷载=4.22kN/m +8.02kN/m =12.24kN/m 活载=1.17kN/m楼面梁：恒载=梁自重+板传荷载=4.22kN/m +8.16kN/m =12.36kN/m 活载=3.52kN/m由次梁搭接在主梁上产生的集中荷载： 屋面板：恒载：3.42kN/m3.75/2m（1-20.352+0.353）4.22=42.98kN活载：0.5kN/m3.75/2m（1-20.352+0.353）4.22=6.28kN梁自重：4.224.2=17.72kN合计：集中恒载：60.70kN集中活载：6.28kN楼面板：恒载：3.48kN/m3.75/2m（1-20.352+0.353）4.22+17.72=61.45kN活载：1.5kN/m3.75/2m（1-20.352+0.353）4.22=18.85kN 3.5.2 轴柱纵向集中荷载计算 (1)B轴柱纵向集中荷载的计算 顶层柱： 现浇天沟自重：25kN/m0.6m+(0.2m-0.09m) 0.09m+(0.6m+0.2m) (0.5kN/m+0.36kN/m)=2.29kN/m 顶层柱恒载=天沟自重+梁自重+板传荷载 =4.22.29+4.22（4.20.45）+3.420.81.584.2 =43.6kN 顶层柱活载=板传活载 =0.50.83.9/24.2=3.28kN标准层：标准层柱恒载=墙自重+梁自重+板传荷载 =11.91（4.2-0.45）+4.22(4.2-0.45)+3.420.83.9/2 =65.82kN 标准层柱活载=板