三跨结构设计计算书.doc

摘要 、 密级： 公开 NANCHANG UNIVERSITY 学 士 学 位 论 文 THESIS OF BACHELOR（2011 2015年）题 目 南昌市扶轮中学教学楼 学 院： 建筑工程学院 系 土木工程系 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 职 称： 起讫日期： 南昌市扶轮中学教学楼设计 专 业：土木工程 学 号：6002111039 学生姓名：刘剑 指导教师：李焰、伍卫秀、杜晓玲摘要本工程为南昌市扶轮中学教学楼，长度65.9m,宽度22.1m,建筑面积3942.2,本教学楼共三层，局部四层，楼梯上屋面，层高3.9m,建筑高度12.15m,结构形式为钢筋混凝土框架结构，柱下阶形独立基础，抗震设防烈度为6度，抗震等级为三级，整个设计包括建筑设计、结构设计和施工组织设计。该教学楼的建筑设计部分，首先根据建筑的使用功能确定建筑物的初步布局，包括建筑的体型设计和空间布置等，即完成建筑平面图、建筑立面图和剖面图及大样图等。结构设计部分，根据建筑设计，结构承重，抗震设防以及地质条件、材料供应情况和施工技术条件等要求，进行结构选型和结构布置。结构设计计算进行现浇板、梁、檐口和雨棚等小构件设计计算，截面配筋计算和构造措施，选取一榀主要框架及其柱下独立基础进行设计计算，内容包括确定计算简图，恒荷载和活荷载计算、内力组合、截面配筋和构造措施，现浇楼梯内力分析和配筋计算构造措施，绘制结构施工图。施工组织设计部分包括施工方案确定、工程量计算、施工进度安排及施工平面布置等。本工程所采用的材料为：混凝土：梁、板C30，柱C30，基础C30，基础垫层C15钢筋：梁、柱均采用HRB400级钢，板和基础采用HRB335级钢，箍筋采用HPB300级钢。关键字：框架结构；柱下阶形独立基础；荷载计算；内力组合；配筋构造；施工组织设计 IAbstractThe design of Nanchang FuLun teaching buildingAbstract This project is Nanchang Rotary secondary school buildings, length 65.9m, width 22.1m, construction area 3942.2, this teaching building a total of three, four local stairs on the roof, the height of 3.9m, building height of 12.15m, structure in the form of reinforced concrete frame structure, independent foundation stepped columns, the seismic intensity of 6 degrees, the seismic level for the three, the entire design, including architectural design, structural design and construction design. Architectural design part of the school building, first determine the initial layout of the building according to the buildings use, including construction of integrated design and spatial arrangement, etc., to complete the construction plan, building elevations and sections and large sample maps. Design section, according to the architectural design, structural bearing, seismic and geological conditions, material supply and construction technical conditions and other requirements, structural selection and structural arrangement. Structural design calculations Slab, beams, cornices and other small member canopy design calculations, reinforcement section calculations and structural measures, select Pin independent foundation under a main frame and column design calculations, including determining calculation diagram, dead and live load calculation, internal force, reinforcement section and structural measures, in-situ analysis of internal forces and reinforcement calculation stairs structural measures, draw the structure of construction drawings. Construction design part including the construction plan was finalized, engineering calculation, construction schedule and construction layout and the like. Materials used in this project are: Concrete: beams, plates C30, column C30, base C30, C15 base cushionBars: beams, columns are made of HRB400 grade steel, plate and base using HRB335 grade steel, stirrup use HPB300 grade steel.Keywords: frame structure; stepped independent foundation under column; load calculation; internal force; reinforcement construction; construction designIII目录目录摘要Abstract 第一章 结构设计部分 1一、工程概况 1二、雨棚、楼梯计算 1 1、雨棚的计算6 2、楼梯的计算13三、框架结构18 1、框架计算简图18 2、框架荷载计算19 3、内力计算 37 4、内力组合 57 5、框架梁、柱截面设计 67 6、基础设计 79第二章 施工设计部分 1一、工程概况 1二、施工机具的选择 2三、现场平面布置3四、施工顺序和主要流程4五、主要分部分项施工方法 5六、保证质量措施15七、工程量计算23 1、基础工程23 2、主体工程 29 3、屋面工程 37 4、装饰工程 38八、参考文献43九、致谢 44IV第一章 结构设计部分第一章 结构设计部分一、工程概况： 1、工程名称:南昌市扶轮中学教学楼 2、建筑地点:南昌市凤凰中大道口 3、建筑规模:1) 建筑总面积: 3942.2.m2 2) 建筑层数: 三层，局部采用四层，楼梯上屋面。 3) 结构类型: 钢筋混凝土框架结构 4) 层 高: 3.9m 4、建筑功能： 普通教室 18间 65.52m2/间 语音教室 2间 136.89m2/间 微机教室 2间 136.89m2/间 阅 览 室 1间 136.89 m2/间 活 动 室 1间 136.89m2/间 大会 议 室 1间 131.04m2/间 教师办公室 6间 30.42m2/ 行政办公室 6间 30.42 m2/间 收发室 1间 30.42 m2/间 贮藏室 1间 30.42 m2/间 厕所 每层设男女厕所各三个 楼梯 共两楼梯 5、建筑技术条件（一）气象条件: 1) 常年主导风向: 西北风 2) 夏季主导风向: 西南风 3) 平 均 风 速: 夏季3.1m/s,冬季 4m/s 4) 基 本 风 压: Wo=0.40KN/m2 5) 基 本 雪 压: So=0.35KN/m2 最大积雪深度:11cm 6) 最 高 气 温: 40.6 最 低 气 温: -9.3 7) 最冷月平均温度: 4.5(12月) 8) 最热月平均温度: 29.7(79月) 9) 最 大 降 雨 量: 50.4mm/h 月最大降雨量： 184.3mm(46月)（二）工程地质条件 1) 天然地面以下1m厚为填土,地基标准承载力为120KN/m2.填土以下的2m厚为粘土,地基承载力为250KN/m2.粘土以下为中密粗砂层, 地基承载力为300KN/m2。 2) 地下水位:天然地面以下4m处 3) 地震设防烈度: 6度（三）施工条件 1）施工单位：南昌市第二建筑公司 2）施工人员：各工种工人数均不受限制，但要求不分工种劳动力不均衡系数K1.6 3）材料供应：各种材料均可保证供应 4）预制构件和模板、钢筋骨架、门窗等半成品：可由公司构件厂供应（运距10公里） 5）机械设备：除大吊装机械外，施工单位均能解决。 6）施工用水、电：由建设单位保证供应，路边即有水源、电源。 7）施工道路：级公路 8）施工工期：2015年3月1日8月11日，共161天6、结构设计依据：1） 任务书提供的气象条件和工程地质条件（气温、地基承载力、地下水位、抗震设防烈度）2） 任务书提供的施工条件（材料供应、预制条件供应、机械化施工和施工技术）3） 建筑使用要求和已完成的建筑施工图4） 建筑结构荷载规范GB50009-20125） 混凝土结构设计规范GB50010-20106） 建筑地基基础设计规范GB50007-20117） 混凝土结构设计原理、混凝土结构设计8） 多层与高层建筑结构设计9） 简明建筑结构静力设计手册10）结构标准图集和其他现行国家规范由于在进行结构方案设计时要考虑结构型式、结构体系、结构布置是否满足安全经济、方便施工等方面的原因，特作如下设计说明：7.结构类型分析及结构选型：.1）结构型式包括：混合结构、框架结构、筒体结构、剪力樯结构 混合结构：优点：施工简单，就地取材，造价低，用钢量少。缺点：整体性能差，很难满足大空间的要求，高层比较困难。框架结构：优点：整体性能好，满足大空间要求，耐久性好。缺点：用钢量大，造价高。其中框架结构又包括：装配式框架、装配整体式及现浇式装配式框架结构： 优点：工期短，施工快。 缺点：对结点要求高（需焊接，用钢量大）装配整体式：优点：结点简单，焊接少，用钢量少，抗震整体性较好。缺点：工序多，工期长。现浇式：优点：整体性好，抗震性好。缺点：模板多，工期长。筒体结构：优点：抗侧、抗扭刚度及承载力大，建筑材料可得到充分利用。缺点：工程量大，用钢量多。剪立樯结构：优点：整体性好，承载力及侧向刚度大。缺点：剪力墙结构平面布置不灵活，空间局限结构自重大。经以上分析，该建筑物选用现浇式框架结构。2）框架承重方式选择： 承重方式有：横向框架承重，纵向框架承重，纵横向框架混合承重横向框架往往跨数少，主梁沿横向布置有利于提高建筑物的横向抗侧刚度，而纵向框架则往往反接，构造要求布置较小的联系梁，有利于房屋室内的采光和通风纵向承重墙框架的横向梁高度较小，有利于设备管线的穿行，当在房屋开间方向需要较大空间时，可获得较高的室内净高，并且可利用纵向框架的刚度来调整房间的不均匀沉降，缺点是房屋的横向抗侧刚度较差，进深尺寸受到限制。纵横向框架混合承重则具有较好的整体工作性能，对抗震有利。经以上分析，并结合建筑功能要求，该建筑物采用横向框架承重。8. 框架梁柱截面尺寸初估（1） 框架梁截面尺寸初估 1）横向框架梁 B-D跨： ， D-E跨： ， 、11及12轴的A-D跨 ， 、及13轴的A-D跨 ，考虑到井字楼盖四周边梁需保证足够的刚度，取 2）纵向框架梁 A、D轴-及10-13跨： ，考虑到井字楼盖四周边梁需保证足够的刚度，取 B、C轴的-跨及10-13跨： ， E轴及B、D轴的-跨： ， 3）横向次梁 ， 4）纵向连梁 ， 5）卫生间纵向两跨次梁 ， （2） 框架柱截面尺寸初估 按轴压比要求初估框架柱截面尺寸。 框架柱的受荷面积如图所示，框架柱选用C30强度等级混凝土，框架抗震等级为三级，轴压比，由轴压比初步估算框架柱截面尺寸时，可按下式计算： 柱轴向压力设计值N估算式： 1）6轴与D轴相交中柱： =1.2514（9.08.4)31.051.01.0=4167.45kN , 于是 取中柱截面尺寸， 且，可以2）5轴与B轴相交边柱： =1.2514（3.98.4)31.051.11.0=1986.48kN , 考虑到边柱承受偏心荷载且跨度较大， 故取B轴边柱截面尺寸为550mm550mm3）6轴与E轴相交边柱： =1.2514（5.18.4)31.051.11.0=2597.71kN , 考虑到边柱承受偏心荷载且跨度较大， 故取B轴边柱截面尺寸也为600mm600mm4）1轴与E轴相交角柱： 角柱虽然受荷面积较小，但由于角柱承受双向偏心荷载作用，受力复杂。故截 面尺寸取为与E轴相同，即450mm450mm5）轴与D轴相交中柱为500mm500mm 故框架柱截面尺寸共有四种：D、E轴建筑中间部分柱子均取为600mm600mm, B轴建筑中间部分柱子均取为550mm550mm. D轴与和轴交点处柱子均为500mm500mm 建筑梁端其他受力较小的柱子均为450mm450mm（3）校核框架柱截面尺寸是否满足构造要求。 1）构造要求框架柱截面尺寸边长不宜小于 400mm。 2）为避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4，明显满足。 3）框架柱截面高度和宽度一般可取底层柱高的1/10-1/15。 （取底层柱高为4900mm)故所选截面尺寸均满足构造要求。9.其它结构选型 屋面结构 采用现浇屋盖,屋面找坡为材料找坡 楼面结构 楼板、雨篷、楼梯均采用现浇. 雨篷结构雨篷结构为现浇，采用悬梁式，有组织排水 基础从地质条件可以看出,基础的持力层不太深，地基承载力为250kN/m2(200kN/m2)故采用钢筋混凝土柱下独立基础.由于建筑物总长为65.900m(55m),故需设置伸缩缝,缝宽为100mm二、雨篷、楼梯的计算 1、雨篷计算： 本工程采用悬梁式雨篷，且板面采用有组织排水。1） 雨蓬板的计算（YPB）：Lo1=4200mm, Lo2=1800-200=1600mm2, 所以可按单向板计算a：恒荷载标准值计算20mm厚防水砂浆面层 0.0220 =0.4kN/1%的排水坡度 16001%1/220 1/1000=0.16kN/m2板自重 0.0825=2kN/板底抹灰 0.0217=0.34kN/ 合计： b)：活荷载标准值： (不上人） 取1m宽板带，即：b=1000mm 作为计算单元.c)：沿板长每延米均布恒载标准值：12.90=2.90kN/m沿板长每延米均布活载标准值 10.5=0.5kN/m简支板在均布荷载作用下的弯矩为M =(g+q) 故荷载效应为 = 2.90=0.928 = 0.5=0.160 d）弯矩设计值： = e）配筋计算：板厚：h=80mm 取=20mm,则有 =80-20=60mm, 重要性系数取 =1.0 ；砼采用C30则，1=1.0 ，钢筋采用HPB300 则； 根据：=/2 = 0.987故： =84mm2 选A8200 = 251mm2另：（1） 雨篷板中分布钢筋按构造配筋. 选用A6200 （2） YPL-1,YPL-2,YPL-3,及KL相交处所需配的负筋可按构造配筋，采用 A8200 2）雨蓬梁的计算：YPL-1 计算跨度Lo=4200 mm截面选择：根据4200= (350 233) mm 取： h=300 mm b= h=150mm荷载计算：a：恒荷载标准值 梁底抹灰（半宽）： 0.02170.15/2 =0.026 梁侧做水刷石面层（25mm）厚： 200.0250.30= 0.15 梁自重： 0.15(0.300.08)25 = 0.825 雨蓬板传来的恒载： 合计 g k=3.32b: 活载标准值： =0.5= 0.40 c: 荷载设计值： 内力计算及配筋： （1）正截面计算 取c=20mm,假设箍筋直径8mm,下部纵向受拉钢筋10mm, 则=20+8+5=33，取为35mm,则=300-35=265mm=0.966=130mm2跨中：选用 210 实际As =157mm2 支座：=0.865=146mm2 支座：也选用 210 实际As =157mm2 （2）:斜截面计算：验算截面尺寸hW=ho=265 mm ， 4 属厚腹梁 则0.25fcbho=截面满足要求 = 9.09故只需按构造配箍筋 现配置 8200、 对于YPL-2 b=200mm h=350mm 其截面形式如右图所示； 底部受压翼缘宽度bf计算： lo=1800mm 倒L型截面 mm mm=80mm , / =80/310=0.2580.1 荷载计算： a、恒荷载： 梁底摸灰（半宽）： 梁侧水刷石（25mm厚）： 梁自重： 合计： =1.60 设计值为：g=1.21.60=1.92 b：由YPL-1传来的集中荷载： P=内力与配筋计算： YPL-2计算简图 = = 正截面计算：M故属于第一类T形截面 = =mm2选用 3B14 As = 462mm斜截面计算：验算截面尺寸 =-80=310- 80=230mm 4 又截面满足要求, 故只需按构造配箍筋 现配置8200对于YPL-3 b=200mm h=350mm 其截面形式如下图所示； 底部受压翼缘宽度bf计算： lo=1800mm 倒L型截面 mm mm=80mm , / =80/310=0.2580.1荷载计算：a、恒荷载： 梁底摸灰（半宽）： 梁侧水刷石（25mm厚）： 梁自重： 合计： =1.60 设计值为：g=1.21.60=1.92 B、由YPL-1传来的集中荷载： P= 内力与配筋计算： YPL-3计算简图 = = 正截面计算：M故属于第一类T形截面 =mm2选用 3B10 As = 236mm斜截面计算：验算截面尺寸 =-80=310- 80=230mm 4 又截面满足要求, 故只需按构造配箍筋 现配置82002、板式楼梯设计梯间宽3700mm 梯段宽1800mm 井宽100mm 一跑13步 二跑13步 踏步高度150mm ，踏步宽度300mm 休息平台净宽2050mm1梯段板的计算确定板厚.梯段板的厚度 120mm144mm 取h=130mm荷载计算(取1m的宽板作为计算单元)楼梯斜板的倾斜角 板的倾斜角的正切值 则恒荷载计算： 恒荷载种类 荷载标准值（） 1 防滑地砖面层（0.30+0.15）0.60 / 0.30=0.9 2 三角形踏步0.50.300.1525 / 0.30=1.875 3 混凝土斜板0.1325 / 0.894=3.635 4 板底抹灰0.0217 / 0.894=0.380 恒荷载合计6.79 恒荷载标准值，恒荷载分项系数活荷载标准值，活荷载分项系数总荷载设计值 P=1.26.79+1.43.5=13.05截面设计板水平计算跨度 弯矩设计值:板的有效高度=选用 B10140 实际 As = 561分布钢筋每级踏步1根,82平台板计算（设平台板厚h=90mm, 取1m宽板带计算）荷载计算恒荷载： 恒荷载种类 荷载标准值（） 1、防滑地砖面层 0.60 2、90mm厚混凝土板 0.0925=2.25 3、板底抹灰 0.0217=0.34 恒荷载合计 = 3.19恒荷载标准值，恒荷载分项系数活荷载标准值，活荷载分项系数总荷载设计值 P=1.23.19+1.43.5=8.73截面设计平台板的计算跨度 弯矩设计值 板有效厚度 =选用 B8140 实际 As = 3593平台梁设计 （设平台梁的截面尺寸为200mm400mm）荷载计算 恒荷载： 荷 载 种 类 恒 荷 载 标 准 值（） 1、梁自重0.2（0.4-0.09）25=1.55 2、梁侧粉刷0.02（0.4-0.09）217=0.211 3、平台板传来3.192.05/2=3.270 4、梯段板传来6.793.6/2=12.222 恒 载 合 计16.85恒荷载标准值 =16.85，恒荷载分项系数活荷载标准值，活荷载分项系数总荷载设计值P=1.216.85+1.49.71=33.45截面设计计算跨度 弯矩设计值 剪力设计值 截面按倒L形计算 =200+590=650mm 梁有效高度 经判别属于第一类T形截面:(M=63.27)=,选用 3B18 实际 As = 763配置 A8200箍筋， 则斜截面受剪承载力 =72072+48843=120915N=120.915kN V=61.88kN 斜截面受剪承载力满足要求则梯段板、平台板和平台梁配筋见下图所示框架荷载、内力计算一、 确定计算简图1、 计算单元 KJ-92、 计算简图假定框架柱嵌固在基础顶面，框架梁与框架柱刚接，由于各层柱的截面尺寸不变，则框架梁的跨度等于柱截面形心之间的距离，注意到建筑图B、D、E轴线之间的距离是按墙线定义的，所以，B、D之间的跨度为：7800-200-175=7425（mm),D、E之间的跨度10200-200+200=10200（mm)。底层柱高从基础顶面算至二楼板面，基顶标高根据地质条，室内外高差-0.450m,基础顶面至室外地坪的距离为计算方便，暂定为0.550m，二楼楼面标高为+3.900m,则底层柱高为3.9+0.45+0.55=4.9m，其余各层柱高为层高，均为3.9m。 KJ-9计算简图如示：手算时为计算方便，荷载传递时，楼板和梁的跨度近似取轴线之间的距离（结果可能导致板的荷载会多计算一些，但在计算梁的自重时，梁高要扣除板厚，这样导致梁的荷载少算一些，如边框架梁。）3、 由于第一、二层KJ-9位置布置一样，可作为一个标准层求算，三层屋顶层另算。楼面梁布置简图：为了便于计算，通常将三角形荷载或提梯形荷载换算成等效均布荷载。等效均布荷载等效的原则是：按照支座固端弯矩等效的原则来确定的，由于集中荷载由墙中心线移到柱子中心线，故需加上相应的附加弯矩。横向框架在恒荷载作用下的计算简图：下面计算KJ-9的第一、二层楼面板和楼面梁传给轴线横向框架的恒荷载，求出KJ-9的第一、二层在恒荷载作用下的计算简图。标准层楼面恒荷载（板厚100）构造层面荷载（k N/)磨光通体砖面层1.60结构层：100厚现浇钢筋混凝土板0.1025=2.5抹灰层：10厚混合砂浆0.0117=0.17合计：4.27取4.5（1） 计算:为板A传来的梯形荷载，板A的面荷载为4.5,梯形荷载的最大值为：4.52.12=18.9（k N/m)（2） 计算: 1)梁自重及抹灰自重： 梁（350mm650mm)自重：250.35（0.65-0.12）=4.638（k N/m) 抹灰层（10厚混合砂浆，只考虑两侧抹灰）：0.01（0.65-0.12）217=0.180（kN/m) 合计：4.638+0.180=4.82（k N/m)。 2）墙体自重 墙体为200厚大空页岩砖（内墙面荷载（砖自重加粉刷）取2.8） 于是BD段墙体荷载：2.8（3.9-0.65）=9.1（k N/m) 3）荷载合计：=4.82+9.1=13.92（k N/m)表一：墙体面荷载计算填充墙外墙荷载 单位：（k N/m)填充墙内墙荷载 单位：（k N/m)构造层面荷载构造层面荷载墙体自重100.2=2墙体自重100.2=2水刷石外墙面0.50水泥粉刷外墙面0.36水泥粉刷内墙面0.36水泥粉刷内墙面0.36合计2.86取3.0合计2.72取2.8（注：大空页岩转砌筑容量梁自重和抹灰：（LL-1: 250mm650mm ,LL-1l两侧板厚不同，分别为120mm厚的教室楼板和100mm厚的内走廊楼板，近似取平均值110mm)梁自重：250.25（0.65-0.11）=3.375（k N/m)抹灰层：0.01（0.65-0.11）217=0.184（k N/m)小计：3.375+0.184=3.56（k N/m) 2板B传来的荷载，板B的面荷载为4.0， 传递给LL-1的线荷载为：4.02.42=4.8（k N/m)。 3LL-1上的墙体荷载： LL-1两跨上的墙体荷载相同，一跨内的墙长为8.4m,有两个M2，门洞尺寸为： 0.9m2.1m（门窗荷载近似为0.45），简化为均布荷载为： 4合计得：=3.56+4.8+8.043=16.40（k N/m)2） 计算： 为板A传来的三角形荷载，最大值为：=4.52.1=9.45（k N/m)3）计算：为L-1传来的集中荷载。L-1的计算简图如图-6所示：为梁自重和抹灰（L-1： 250mm600mm)梁自重：250.25（0.60-0.12）=3（k N/m)抹灰层：0.01（0.60-0.12）217=0.163（k N/m)小计：3+0.163=3.16（k N/m)。为板A传递来的荷载，板A的面荷载为4.5，梯形荷载最大值为：=4.52.12=18.9（k N/m)合计：=7.8+（3.6+7.8）2 2 =3.167.8+18.9（3.6+7.8）2 2=66.19 (k N)4） 合计计算： = 8.4+4.222+ =16.408.4+9.454.222+66.19=243.64 (k N) (7) (): 是由KL-1传来的集中力，近似的将KL-1上的荷载以支座反力的形式传递到E支座， 即集中力，KL-1的计算简图如图-7所示1） 计算：包括梁自重（KL-1：350mm700mm)、抹灰层（梁外层为面砖，近似按和梁内侧相同抹灰）和梁上墙体荷载：1梁自重：250.35（0.70-0.12）=5.075（k N/m)2抹灰层：0.01（0.70-0.12）217=0.197（k N/m) 3KL-1上墙体自重：KL-1两跨上的墙体荷载相同，一跨内的墙长为8.4m,有两个C1， 窗洞尺寸为： 3.3m2.1m（门窗荷载近似为0.45），简化为均布荷载为：4合计：=5.075+0.197+5.393=10.67（k N/m)2） 计算： 为板A传来的三角形荷载，前已算出最大值为：=4.52.1=9.45（k N/m)3） 计算：前已算出为：=66.19 (k N)4） 合计计算：=8.4+4.222+ =10.678.4+9.454.222+66.19=195.51 (k N) 于是：(k N)（8）计算： 是由KL-2传来的集中力，近似的将KL-2上的荷载以支座反力的形式传递到D支座， 即集中力，KL-2的计算简图如图-8所示计算；包括梁自重和抹灰、板B（走廊板长短跨之比：，按单向板考虑）传来的荷载和梁上墙体荷载四部分。 1梁自重和抹灰：（KL-2：350mm700mm,KL-2两侧板厚不同，分别为120mm厚的教室楼板和100mm厚的内走廊楼板，近似取平均值110mm)梁自重：250.35（0.70-0.11）=5.163（k N/m)抹灰层：0.01（0.