淮南市紫云中学教学楼建筑结构设计毕业论文.doc

目录淮南市紫云中学教学楼建筑结构设计毕业论文目录摘 要I目录IV1.1 工程名称61.2 建筑设计资料61.3 基本数据6第二章 结构方案设计82.1 确定结构体系82.2 梁柱截面的确定82.3 板的厚度初估92.4 横向框架的跨度和柱高10第三章 重力荷载计算113.1 恒荷载统计113.2 梁柱重力荷载计算133.3 门窗自重计算133.4 楼板自重的计算153.5 墙自重计算153.6 楼梯自重计算173.7 恒荷载计算值173.8 活载计算值193.9 重力荷载代表值203.10 等效重力荷载代表值计算21第四章 水平地震作用下的框架内力计算224.1 横向框架侧移刚度的计算224.2 各层柱的侧移刚度计算（D值法）234.3 框架自振周期的计算244.4 横向地震作用计算254.5 位移验算264.6 水平地震作用下横向框架内力计算（KJ-4）26第五章 横向风荷载作用下的框架结构内力和侧移计算（KJ-4）335.1 风荷载标准值计算335.2 风荷载作用下的水平位移计算345.3 风荷载作用下框架结构内力计算35第六章 竖向荷载作用下的内力计算（KJ-4）386.1 计算单元386.2 荷载计算386.3 内力计算41第七章 横向框架内力组合537.1 控制截面选取537.2 框架梁内力组合537.3 框架柱内力组合58第八章 构件截面设计638.1 梁截面设计638.2 柱截面设计65第九章 楼梯设计729.1 楼梯板设计729.2 平台板设计739.3 平台梁设计73第十章 楼面板（屋面板）设计7510.1 屋盖设计7510.2 楼面板设计77第十一章 基础设计8111.1 设计资料8111.2 基础尺寸及埋置深度8111.3 基础高度验算8211.4 配筋计算83结论84参考文献85致 谢87第一章 设计条件第一章 设计条件1.1 工程名称淮南市紫云中学教学楼建筑结构设计1.2 建筑设计资料该中学教学楼结构体系采用框架结构，分为主楼和附楼。主楼层数为五层，其首层和二层的层高为4.2m，其余各层层高均为3.9m。附楼层数为两层，其首层和二层的层高均为4.2m。主楼和附楼采用两个连廊相连，连廊的长度为11.0m。在建筑设计中，普通教室、教师休息室、卫生间、楼梯及各种辅助用房等用房布置合理，通风采光良好，且满足防火疏散和建筑节能的要求。本设计主楼采用横向三跨内廊式建筑，两边跨跨度取为6.6m，中跨跨度为2.4m。建筑物总体呈长方形，总长为54.0m，总宽为15.6m，总高为20.1m。附楼采用横向两跨外廊式建筑，边跨跨度取为6.6m，走廊跨度为1.8m，总长为54.0m, 总宽为8.4m，总高为8.4m。主楼和附楼之间采用两个带有独立柱的封闭连廊相连，连廊总长为11.0m,总宽为3.6m,两连廊之间的间距为38.4m。为了不重复计算，计算书里仅以主楼计算为主，附楼和连廊的计算就不再赘述。主楼的柱网平面布置见图1.1。图1.1 柱网平面布置图1.3 基本数据1）基础设计均不考虑地基土的变形验算，其地基承载力特征值fak=220kN/m2。2）淮南地区基本风压： ，淮南地区基本雪压：。3）室内外高差为0.40m。4）抗震设防要求：淮南市抗震设防烈度为7度（0.1g），建筑所处场地地震分组为第一组，场地类别：类。5）楼面活载根据建筑结构荷载规范(GB500092012)，该中学教学楼楼面活荷载标准值取为2.5kN/m2；6）屋面活载按上人屋面确定活载，取屋面活荷载标准值为2.0kN/m2。第二章 结构方案设计第二章 结构方案设计2.1 确定结构体系本设计拟采用框架结构体系承重，楼面板采用整体式钢筋混凝土现浇，建筑内、外墙均采用240mm厚粘土空心砖砌筑，卫生间处隔墙采用120mm厚粘土空心砖。2.2 梁柱截面的确定（1）梁截面尺寸初估1）截面高度 取， 2）截面宽度 取（2）纵向框架梁尺寸初估1）截面高度 框架梁的高度可按照高跨比限制条件来确定，即梁高h=。h1=取h1=3602）截面宽度考虑地震区 ，故取（3）柱尺寸初估框架柱的截面高度可根据柱子的轴压比限值确定，如下式：1）柱子组合的轴压力设计值 (2-1)式中，柱轴向压力增大系数，这里取1.25。简支状态下柱的负载面积。建筑面积上的重力荷载代表值，可取。计算截面以上的楼层层数。2）柱子截面面积估算 (2-2)式中，框架柱轴压比限值，本方案抗震等级为二级，查结构抗震设计规范（GB500112010），可知取0.75；混凝土轴心抗压强度设计值，对C35等级混凝土，查表可得16.7N/mm2。3）计算过程对于边柱：m2m2kN取400 mm400mm。对于中柱：取。2.3 板的厚度初估由于结构中主梁跨度较小，因此主梁之间不考虑设置次梁，根据现行混凝土结构设计规范（GB50010-2010）可知,当屋面板为双向板时，要求：跨厚比mm；单向板时，要求：跨厚比mm。楼板厚度初估结果：(1) 屋面板厚度,取120mm。(2) 卫生间楼面板，由于,因此卫生间楼面板为双向板。按照构造要求，取厚度。(3) 楼梯平台板，由于，因此楼梯平台板为单向板。取。2.4 横向框架的跨度和柱高（1）横向框架跨度取值根据规范要求，框架结构的跨度应取柱子形心间的距离。（2）底层柱柱高的取值根据规范要求，框架的底层柱子高度应取基础顶面至二层楼面板板顶之间的距离。在本设计中，基础顶面至室外地面高度取0.50m，室内外高差取0.40m，二层板顶的标高为4.60m，故底层柱高应取为5.10m。（3）其余各层柱高除底层柱子外，其余各层柱的柱高均取本层层高，故设计的二层柱高为4.20m，其余各层柱柱高均为3.90m。框架跨度与柱高计算结果见图2.1。图2.1 框架跨度及柱高度详图第三章 重力荷载计算第三章 重力荷载计算3.1 恒荷载统计1上人屋面的永久荷载计算保护层：20mm厚1:2.5水泥砂浆抹面 防水层：SBS(3+3)改性沥青防水卷材 找平层：20mm厚1:3水泥砂浆找平 保温层：60mm厚轻质GRC保温板 找平层：20mm厚1:3水泥砂浆 找坡层：100mm厚1：8水泥陶粒 结构层: 120mm厚混凝土屋面板 粉刷层：10mm厚粉平顶 合计 6.312.25层楼面恒载标准值计算（1）走廊地面面层：25mm厚瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 找平层：20mm厚1:3水泥砂浆 结构层：120mm厚混凝土屋面板 粉刷层：10mm厚粉平顶 合计 4.12（2）教室及办公室地面 面层：25mm厚水磨石地面（包括打底） 结构层：120mm厚混凝土屋面板 找平层：20mm厚1:3水泥砂浆 粉刷层：10mm厚粉平顶 合计 4.12 （3）卫生间地面面层：25mm厚防滑瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 0.55找坡层：20mm厚细石混凝土 防水层:SBS(3+3)改性沥青防水卷材 找平层：20mm厚1:3水泥砂浆 结构层 ：90mm厚混凝土屋面板 粉刷层：10mm厚粉平顶 合计 4.213.墙体恒载计算(1)外墙自重240mm厚粘土空心砖 外墙面贴瓷砖 内墙面20mm厚抹灰 合计 4.44 (2)内墙自重240mm厚粘土空心砖 墙面两侧20mm厚抹灰 kN/m2合计 4.28kN/m2(3)隔墙（卫生间）120mm厚粘土空心砖墙 25mm厚瓷砖墙面（包括水泥砂浆打底）（双面） 合计 2.804门窗恒载标准值计算铝合金窗 木门 钢框玻璃门 合计 5楼梯休息平台计算25mm厚水磨石地面（包括打底） 120mm厚钢筋混凝土板 20mm厚板底抹 合计 6.女儿墙20mm厚水泥砂浆，刷乳胶漆（双面） 0.02202=0.80kN/m2240mm厚粘土空心砖 合计： 7活荷载标准值上人屋面活荷载标准值 2.00 kN/m2楼面（教室）活荷载标准值 2.50 kN/m2卫生间活荷载标准值 2.50 kN/m2 走廊及楼梯活荷载标准值 3.50 kN/m2屋面雪荷载标准值 Sk=urS0=1.00.55=0.55 kN/m2 8梁柱恒载标准值混凝土容重 3.2 梁柱重力荷载计算梁柱自重统计结果，见表3.1。表3.1 梁柱自重层次构件(kN)一五层梁KL1300500251.053.946.2032781.6961402.50KL2300300251.052.362.001672.52KL3300360251.052.843.2060545.28一层柱KZ1400400251.104.405.10641436.161436.16二层 柱KZ2400400251.104.404.20641182.721182.72三五层柱KZ3400400251.104.403.90641098.241098.24顶层楼梯间KZ4400400251.104.403.608126.72126.72KL3300360251.052.843.20436.352134.064KL1300500251.053.946.20497.712注：1）表中为考虑梁柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载影响的增大系数；为构件数量；表示单位长度构件重力荷载；2）梁跨度取净跨；柱计算长度取层高。3.3 门窗自重计算门窗自重计算统计如表3.2所示。表3.2 门窗自重层次类别规格（mm）面积(m2）密度(kN/m2)单重（kN）数量总重（kN）合计（kN）一层木门 1.82.1 3.780.200.7560 070.692 1.02.1 2.100.200.42013 5.46玻门 2.02.4 4.800.401.9204 7.68防火门 2.02.1 4.200.803.362 6.72铝合金窗 0.62.4 1.440.400.57612 6.912 1.81.5 2.70.401.082 2.16 2.42.1 5.040.402.01620 40.320 0.60.6 0.360.400.14410 1.44二层木门 1.82.1 3.780.200.7562 1.51284.900 1.02.1 2.100.200.42015 6.30防火门 2.02.1 4.200.803.364 13.44铝合金窗 0.62.4 1.440.400.57613 7.488 1.81.5 2.70.401.082 2.16 2.42.1 5.040.402.01626 52.416 0.60.6 0.360.400.14411 1.584三层木门 1.82.1 3.780.200.75621.51279.320 1.02.1 2.100.200.420166.72防火门 2.02.1 4.200.803.3626.72铝合金窗 0.62.4 1.440.400.576148.064 1.81.5 2.70.401.0822.16 2.42.1 5.040.402.0162652.416 0.60.6 0.360.400.144121.728四层木门 1.02.1 2.100.200.420208.40078.912防火门 2.02.1 4.200.803.3626.72铝合金窗 0.62.4 1.440.400.576126.912 1.81.5 2.70.401.0822.16 2.42.1 5.040.402.0162652.416 0.60.6 0.360.400.144162.304五层木门 1.02.1 2.100.200.420208.40078.912防火门 2.02.1 4.200.803.3626.72铝合金窗 0.62.4 1.440.400.576126.912 1.81.5 2.70.401.0822.16 2.42.1 5.040.402.0162652.416 0.60.6 0.360.400.144162.304顶层木门 1.02.1 2.100.200.42020.8404.872铝合金窗 2.42.1 5.040.402.01624.0323.4 楼板自重的计算(1）二五层楼面自重走廊地面卫生间地面 教室及办公室 合计： 3279.18kN(2）屋面（不考虑屋面洞口） 3.5 墙自重计算(1) 一层墙自重外纵墙外横墙4.44(6.60-0.40)(4.20-0.50)22+(2.40-0.40)(4.20-0.30)2- 1.81.52 = 452.70kN内纵墙 4.28(3.6-0.40)(4.2-0.36)122-1.02.114-2.02.12-2.40.68-0.60.610 = 1035.73kN内横墙 4.28(6.6-0.40)(4.2-0.50)12 = 1178.20kN合计 3745.02(2) 二层墙自重外纵墙 4.44(3.60-0.40)(4.20-0.36)152-2.42.126-2.40.62-2.02.12 = 1032.57kN 外横墙 4.44(6.6-0.40)(4.2-0.5)22+(2.4-0.45)(4.2-0.3)2-1.81.52 = 452.70 内纵墙4.28(3.6-0.40)(4.2-0.36)152-1.02.115-1.82.12-2.02.12-2.40.611- 0.60.611 = 1289.90kN内横墙 4.28(6.6-0.4)(4.2-0.5)11 = 1080.02kN合计 3855.19(3) 三层墙自重外纵墙 4.44(3.6-0.4)(3.9-0.36)152-2.42.126-2.40.64 = 901.50kN 外横墙 4.44(6.6-0.40)(3.9-0.5)22+(2.4-0.40)(3.9-0.3)2-1.81.52 = 409.55kN 内纵墙 4.28(3.6-0.40)(3.9-0.36)152-1.02.116-2.40.610-0.60.612-1.82.12- 2.02.12 = 1162.28 内横墙 4.28(6.6-0.4)(3.9-0.5)11 = 992.45kN 合计 3465.78kN(4) 四五层墙自重 外纵墙4.44(3.6-0.40)(3.9-0.36)152-2.42.126-2.40.64 = 901.50kN 外横墙4.44(6.9-0.40)(3.9-0.50)22+(2.4-0.40)(3.9-0.30)2-1.81.52 = 409.55kN 内纵墙 4.28(3.6-0.40)(3.9-0.36)152-1.02.120-2.02.12-2.40.68-0.60.616 = 1164.84kN内横墙4.28(6.6-0.40)(3.9-0.50)12=1082.67kN合计 3558.56(5) 顶层楼梯间顶层楼梯楼梯间层高3.6m，内设台阶，台阶总高450mm。 外纵墙4.44(3.6-0.40)(3.6-0.36)-1.02.12+4.44(3.6-0.40)(3.6-0.36-0.45)-2.42.1 2 = 107.95kN 外横墙 4.44(6.6-0.40)(3.6-0.50)22 = 341.35kN合计 449.30kN室内台阶重0.551.4+(0.15+0.28)2+0.15(3.6-0.24)+24(0.15-0.025)(0.28-0.025)+(0.15-0.025)(0.28-0.025)+(0.152-0.025(1.4-0.025)(3.6-0.24)2 = 126.03(6) 女儿墙自重墙高1.2m，构造柱尺寸选用300mm300mm4.41.2(3.6-0.3)152+(6.6-0.3)22+(2.4-0.3)2-(3.6-0.3)2 = 643.103.6 楼梯自重计算三角形踏步重斜板及抹灰重平台板： 0.551.63.6+0.12251.63.6+0.02171.63.6 = 22.406kN平台梁：一五层楼梯重： 42.4442+6.1872+22.4062+5.232 = 152.53kN3.7 恒荷载计算值(1) 二层楼梯： 0.5(152.53+152.53) = 152.53kN梁板： 1402.50+3279.18 = 4681.68kN墙： 0.5(3745.02+3855.19) = 3800.10kN柱 0.5(1436.16+1182.72) = 1309.44kN门窗 0.5(70.69+84.90) = 77.80kN合计： 10021.55kN(2) 三层楼梯： 0.5(152.53+152.53) = 152.53kN梁板： 1402.50+3279.18 = 4681.68kN墙： 0.5(3855.19+3465.78) = 3660.49kN柱 0.5(1182.72+1098.24) = 1140.48kN 门窗 0.5(84.9+79.32) = 82.11kN合计： 9564.76kN(3) 四层楼梯： 0.5(152.53+152.53) = 152.53kN梁板： 1402.50+3279.18 = 4681.68kN墙： 0.5(3465.78+3558.56)=3512.17kN柱 0.5(1098.24+1098.24)=1098.24kN门窗 0.5(79.32+78.91)=79.12kN合计： 9523.44kN(4) 五层楼梯： 0.5(152.53+152.53) = 152.53kN梁板： 1402.50+3279.18 = 4681.68kN墙： 0.5(3558.56+3558.56) = 3558.56kN柱 0.5(1098.24+1098.24) = 1098.24kN门窗 0.5(78.91+78.91) =78.91kN合计： 9569.92kN(5) 顶层梁板： 1402.50+5315.54 = 6718.04kN墙： 0.53558.56+449.30 = 2228.58kN柱 0.51098.24+126.72 = 675.84kN门窗 0.578.91+4.872 = 44.33kN女儿墙 643.10kN台阶： 126.03kN合计： 10435.92kN3.8 活载计算值根据建筑结构荷载规范（GB5009-2012），不同功能房间的楼面荷载标准值不同，本设计中用到的荷载标准值见表3.3。表3.3 楼面荷载标准值项次类别荷载标准值（）1教室 卫生间2.52书库 贮藏室5.03楼梯、走廊、门厅3.54实验室 会议室2.0注：规范中没有列出的房间可参考荷载布置相似的房间的荷载标准值。(1) 二层卫生间 2.56.63.62 = 118.80kN普通教室 2.56.63.632 = 534.60kN 楼梯与走廊 3.5(3.66.62+2.454) = 619.92kN 教师休息室 2.03.66.62 = 95.04kN 实验室 2.03.66.64 = 190.08kN音乐教室，计算机教室与多功能教室 2.03.66.613 = 617.76kN 合计 2235.6kN(2) 三层卫生间 2.56.63.62 = 118.80kN 普通教室 2.56.63.635 = 891kN 楼梯与走廊 3.5(3.66.62+2.454) = 619.92kN 教师休息室 2.03.66.62 = 95.04kN电教室与科技活动室 2.03.66.69 = 427.68kN 合计 2152.44kN(3) 四层 卫生间 2.56.63.62 = 118.80kN普通教室 2.56.63.638 = 1425.60kN楼梯与走廊 3.5(3.66.62+2.454) = 619.92kN 教师休息室 2.03.66.62 = 95.04kN 合计 2259.36kN(4) 五层卫生间 2.56.63.62 = 118.80kN 普通教室 2.56.63.638 = 1425.60kN楼梯与走廊 3.5(3.66.62+2.454) = 619.92kN 教室休息室 2.03.66.62 = 95.04kN合计 2259.36kN (5) 顶层雪荷载 0.5554(6.6+2.4+6.6) = 463.32kN3.9 重力荷载代表值根据建筑抗震设计规范（GB5009-2010），计算地震作用时，建筑的重力荷载代表值应取结构和构件自重标准值和各可变荷载组合值之和，可变荷载组合值系数分别为：雪荷载：0.5；屋面荷载：0.0；按等效均布荷载计算的楼面活荷载：0.5。则各层重力荷载代表值为：二层： 三层：四层：五层：顶层：集中于各个楼层标高处的重力荷载代表值见图3.1。图3.1 重力荷载代表值3.10 等效重力荷载代表值计算淮南地区抗震设防烈度7度（0.1g），地震分组为第一组，场地类别为类。根据建筑工程抗震设防分类标准（GB50223-2008），本设计紫云中学教学楼为乙类建筑，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施，但是计算地震作用仍然使用设防烈度。依据抗震设防烈度7度，查表得：，特征周期值为，阻尼比。结构的总重力荷载代表值结构等效总重力荷载代表值 第四章 水平地震作用下的框架内力计算第四章 水平地震作用下的框架内力计算4.1 横向框架侧移刚度的计算1. 横向框架侧移刚度的计算在计算框架梁截面惯性矩I时，应考虑到楼板对框架梁侧移的影响。在工程设计中为简便起见，仍假定梁的截面惯性矩I沿轴线不变。对现浇楼盖，中框架取,边框架取，这里为矩形截面梁的截面惯性矩。1）横梁线刚度ib的计算：，计算结果见表4.1。表4.1 横梁线刚度的计算结果类别（N/mm2）（mmmm）（mm4）（mm） （Nmm）（Nmm）（Nmm）DE跨 FG跨3.1310966001.4910102.2410102.981010EF跨6.7510824008.861091.3310101.7710102）纵梁线刚度ib的计算：，计算结果见表4.2。表4.2 纵梁线刚度ib的计算结果类别（N/mm2）（mmmm）（mm4）（mm）（Nmm）（Nmm）（Nmm）3.6m跨3.151043003601.17109 3600 1.021010 1.5310102.0410103）柱线刚度ic的计算：I=bh3/12，计算结果见表4.3。表4.3 柱线刚度的计算结果层次 Ec 151003.151044004002.131091.321010242003.151044004002.131091.6010103539003.151044004002.131091.721010框架KJ-4的梁柱相对线刚度如图4.1所示。图4.1 框架KJ-4的梁柱相对线刚度4.2 各层柱的侧移刚度计算（D值法）柱子的抗侧刚度是指当柱子上、下端产生单位相对位移时，柱子所承受的剪力。在考虑柱上下约束作用后，柱子的抗侧刚度D值计算如： （4-1）式中，考虑上下端节点弹性约束的修正系数；表示梁柱线刚度比。表4.4 柱子刚度修正系数的计算结果楼层简图K一般层底层注：边柱情况下，式中i1 ，i2取0。表4.5 柱子的D值计算结果层次层高h(mm)类别（底层）（一般层）（底层）（一般层）（N/mm）根数底层5100边框架边柱0.59 3593.084边框架中柱0.684141.184中框架边柱0.653958.4828中框架中柱0.734445.6728D266253.24二层4200边框架边柱0.414462.604边框架中柱0.535768.714中框架边柱0.485224.5028中框架中柱0.606530.6128D370068.32三五层 3900边框架边柱0.395292.314边框架中柱0.516920.714中框架边柱0.466242.2128中框架中柱0.587870.6128D444011.044.3 框架自振周期的计算结构基本周期使用下式进行估算，其中的量纲为。 （4-2）式中，框架结构取0.60.7；框架顶点位移；对设计的中学教学楼，建议取0.70，将用重力荷载代表值代替水平力作用于每层上。结构顶点位移计算结果见表4.6。表4.6 重力荷载代表值水平作用下结构顶点位移计算结果层次510667.5810667.58444011.040.02400.4616410699.6021367.18444011.040.04810.4376310653.1232020.30444011.040.07200.3895210640.9842661.28370068.320.11530.3174111139.3553800.63266253.240.20210.2021自振周期的估算结果： 4.4 横向地震作用计算地震作用计算资料：7度抗震设防，类场地，设计地震分组第一组，设计基本地震加速度为0.10g，可知，同时建筑高度不超过40m，可采用底部剪力法计算水平地震作用。结构横向总水平地震作用标准值计算 （4-3）由于，故需考虑顶部附加地震作用，查就建筑结构设计规范（GB5001-2010），顶部附加水平地震作用为： 各质点i的水平地震作用可按式（4-4）计算： (4-4)各楼层水平剪力计算结果见表4.7。表4.7 楼层水平剪力计算结果层次(kN)53.9 21.010667.58224019.180 0.318 523.13 523.13 43.917.110699.60182963.160 0.260 427.72 950.85 33.913.210653.12140621.180 0.200 329.01 1279.86 24.29.310640.98989