土木工程毕业设计-南京某学校图书馆设计-四层框架结构.doc

本科毕业设计说明书（论文）第 64 页 共 64 页目 次1 引言22 设计资料22.1 原始数据22.2 技术要求22.3 工作要求23 建筑设计23.1 平面设计23.2 立面设计24 结构设计44.1 基本设计资料44.2 标准层楼板设计54.3 屋盖设计94.4 楼梯设计114.5 框架设计17结论 59致谢 60参考文献 61全套CAD图纸，加174320523 各专业都有1 引言本工程为南京某学校图书馆设计，混凝土框架结构，层数为4层。该工程位于南京市，7度抗震设防。本工程选用混凝土强度等级有C30（板、梁、柱、楼梯），梁内纵向钢筋选用HRB335，梁柱箍筋均采用HPB235钢筋。2 设计资料2.1 原始数据该教学楼的建筑红线为南北30m，东西70m，结构共5层，至少满足15个班级同时上课的需求。水文地质条件详见岩土工程地质报告，其他基本条件参照规范及使用要求或与指导教师协商确定。2.2 技术要求建筑设计：方案应符合规范，满足功能要求，妥善处理建筑与结构关系，与周围环境协调。注明房间面积、功能和总建筑面积。结构设计：手算1榀框架，要有详尽的计算过程和必要的图示，过程相似的计算内容可通过列表的形式完成。整体部分采用学校计算软件完成，并与手算结果相比较。2.3 工作要求完成建筑主要平面、立面、剖面的设计，绘制相应的施工图。完成上部结构的设计，绘制部分结构施工图。设计说明书要完整，并附有必要的计算简图和表格。施工图既要有手绘也要有机绘。3 建筑设计3.1 平面设计本图书馆建筑主体结构采用现浇钢筋混凝土框结构。要求共四层，总建筑面积为4000m2。遵循“安全，适用，经济，美观”的原则，结构布置合理，房间利用率比较高，适用性很强，同时又不失美观。主要功能有：阅览室，语音室，书库，采编、编目以及办公用房等。每个房间的门窗也都按照规范设计，符合规定要求，设计得合理，柱网布置需使结构受力合理，且应方便施工。3.2立面设计本图书馆底层层高4.5米，标准层层高3.9米。总长度39米，总宽度19.8米。跨距分别为8.4米、7.5米和4.5米。详情见建筑立面图和平面图。图3-1 建筑标准层平面图图3-2 建筑立面图图3.3 建筑剖面图4 结构设计4.1 基本设计资料4.1.1 结构布置1、 确定板厚 取h=L0/35=3250/35=92.9mm,故取h=100mm。2、梁尺寸确定： 框架梁：h=L0/12L0/8=8400/128400/8=7001050mm,取h=800mm, b=400mm。 走道梁：h=L0/12L0/8=3000/123000/8=250375mm,取h=600mm, b=400mm。3、 柱的截面尺寸确定AN=128.4（3+1.25）4=1774.08kN采用强度等级为C30的混凝土，=14.3N/mm2 ，则mm2取A=25000m2124062mm2 ,柱的截面尺寸为500mm500mm.4.1.2 楼屋面做法楼面做法：20mm厚石英（花岗岩）板 0.0215=0.3kN/m220mm厚水泥砂浆找平层 0.0220=0.4kN/m2100mm钢筋混凝土板 0.1025=2.5kN/m220mm石灰砂浆 0.0217=0.34kN/m2屋面做法（不上人屋面）： 4mm厚的APP卷材防水层 0.35kN/m2 20mm厚水泥砂浆找平层 0.0220=0.40kN/m2 120mm厚水泥膨胀珍珠岩 0.1210=1.2kN/m2 100mm厚现浇钢筋混凝土板 0.1025=2.5kN/m2 20mm厚板底抹灰 0.0217=0.34kN/m24.1.3 材料梁柱中受力纵筋均采用HRB335钢筋，=300N/mm2 ，其他均采用HPB235钢筋，=210N/mm2 。板、框架采用C30混凝土，=14.3N/mm2 ，=1.43N/mm2 。4.2 标准层楼盖设计4.2.1 板的计算1、板型划分图4.1 楼盖结构布置图2、荷载分析(1) 板的恒荷载标准值20mm厚石英（花岗岩）板 0.0215=0.3kN/m220mm厚水泥砂浆找平层 0.0220=0.4kN/m2 100mm钢筋混凝土板 0.1025=2.5kN/m220mm石灰砂浆 0.0217=0.34kN/m2 小计 =3.54kN/m2(2) 板的活荷载标准值 办公室、厕所：2.0kN/m2，走廊：2.5kN/m2，书库：5.0 kN/m2，语音室、电子阅览室：3.5 kN/m2(3) 板的恒荷载设计值:g=1.2gk=1.23.54=4.25kN/m2 板的活荷载设计值：q=1.4qk 办公室、厕所：2.8kN/m2，走廊：3.5kN/m2，书库：7.0kN/m2语音室、电子阅览室：4.9kN/m2。3、板弯矩计算 以B1为例进行计算。4、 方案确定A、 B3、B5：按双向板考虑B、 B1、B2、B4：按单向板考虑5、双向板计算 计算跨度L01=3m L02=4.5m 图4.2 B3板固支情况弯矩计算 B3为两边固定、两边简支的板，如图4.2所示，根据简支情况，查表可知道相应的挠度计算系数，从而求出单位长度的弯矩值。跨中弯矩m1=(0.0447+0.20.0159)(g+q/2)L012+(0.072+0.20.028)qL012/2 =3.69kNm m2=(0.0159+0.20.0447)(g+q/2)L012+(0.028+0.20.072)qL012/2 =1.56kNm支座弯矩 m1=0 m2=0 m1=-0.1024(g+q)L012=-5.53kNm m2=-0.0770(g+q)L012=-4.18kNmB5板：计算跨度： L01=4.5m L02=8.4m L01/L02=4.5/8.4=0.54弯矩计算： B3板为两边简支两边固定的板，如图3所示：图4.3 B3板固支情况根据简支情况，查表可知道相应的挠度计算系数，从而求出单位长度的弯矩值。跨中弯矩：m1=(0.0535+0.20.0099(g+q/2)L012+(0.0907+0.20.0203)qL012/2 =11.073kNm m2=(0.0099+0.20.0535)(g+q/2)L012+（0.0203+0.20.0907）qL012/2 =13.641kNm支座弯矩： m1=0 m2=0 m1=-13.146kNm m2=-8.98kNm6、 单向板计算（以B1为例）恒载设计值厕所：g+q=3.54+2.0=5.54kN/m2 g+q/2=3.54+1=4.54kN/m2 q/2=1.0kN/m2弯矩计算：跨中弯矩：M=1/24(g+q/2)l02+1/8q/2l02=3.76kNm支座弯矩： M=1/12(g+q)l02=4.88kNm同理得出B2：M1=5.96kNm M2=5.32kNm B4：M1=3.20kNm M2=4.53kNm7、 板配筋计算b=1000mm,h=100mm,h0=100-20=80mmfc=7.2N/mm2,ft=0.91N/mm2,fy=210N/mm2表1 按弹性理论计算的截面配筋 项目 截面 h0（mm）M(kNm)As(mm2)配筋实有As(mm2)跨中1区格803.76235.682002522区格805.96373.481204193区格803.69231.28200252801.5697.7482002524区格803.20200.582002525区格8011.073693.8121507548013.641854.712120942支座1804.88305.7681503352805.32333.381503354804.53283.881503353-4804.18261.981503353-5805.53346.581204195-28013.1823.7121209425-3808.98562.7101206554.3 屋盖设计4.3.1 板的计算1、 板型划分图4.4 屋盖结构布置图2、荷载分析：（1） 板的恒荷载标准值： “三元乙丙”防水卷材 0.4kN/m2 60mm厚水泥炉渣保温层 0.875kN/m2 20mm厚水泥砂浆找平层 0.0220=0.40kN/m2 120mm厚现浇钢筋混凝土板 0.1225=3.0kN/m2 20mm厚水泥石灰砂浆 0.0217=0.34kN/m2 小计 =4.845kN/m2（2） 板的活荷载标准值 不上人屋面均布活荷载标准值为0.5kN/m2，南京市雪荷载为0.5kN/m2，取两项中较大者，故活荷载标准值为=0.5kN/m2。内力组合方式：（1）1.2SGK+1.4SQK (2)1.35SGK+0.71.4SQK屋面荷载设计值去两者中较大值。3、屋面板的内力及截面配筋计算 双向板以B3板为例进行计算 荷载计算g=g+q/2=4.845+0.25=5.095kN/m2q=q/2=0.25kN/m2 计算跨度 见楼盖计算跨度 弯矩计算根据简支情况，查表可知道相应的挠度计算系数，从而求出单位长度的弯矩值。跨中弯矩m1=2.37kNm m2=1.23kNm支座弯矩 m2=0 m1=m1=-4.70kNm m2=-3.55kNmB5：m1=8.04kNmm2=11.51kNmm1=-11.85kNmm2=-8.10kNm单向板计算（以B1为例）g+q/2=5.095，q/2=0.25，g+q=5.345弯矩计算：跨中弯矩：M1=1/24(g+q/2)l02+1/8q/2l02=2.57 kNm支座弯矩：M2=1/12(g+q)l02=4.70kNmB2：同B1B4：M1=2.19kNm M2=4.0kNm4、板配筋计算截面配筋计算结果及实际配筋列于表4：表2 按弹性理论计算的截面配筋 项目 截面 h0（mm）M(KNm)As(mm2)配筋实有As(mm2)跨中1区格802.5716182002522区格802.5716182002523区格802.37148.58200252801.2377.07413096.64区格802.19137.282002525区格808.04503.8101206558011.51721.212150754支座1804.70294.581503352804.70294.581503354804.0250.682002523-4803.55222.482002523-5804.70294.581503355-28011.9742.5121507545-3808.10507.5101206554.4 楼梯设计4.4.1 初步设计楼层高3.9m ，踏步宽300mm，高150mm ，混凝土强度等级C30，梁纵筋采用HRB335级钢 筋，=300N/mm2, 其余钢筋采用HPB235级钢筋，=210N/mm2，楼梯均布活荷载标准值=2.5KN/m2楼梯剖面图：图4.5 楼梯剖面图4.4.2 梯段板设计图4.6 梯段板平面图 取板厚h=(1/251/30)=(1/251/30)3900，取140mm 踏步板的倾斜角=150/130=0.5 ， =0.894，取1m宽板带计算。1、 荷载计算恒荷载项：荷载分享系数rG=1.35 栏杆自重：g0=rGgK0=1.350.2=0.27 kN/m220mm厚花岗岩楼面 （0.30+0.150)0.0215.4/0.3=0.5 kN/m 三角形踏步 0.50.30.1530/0.3=2.25 kN/m 混凝土斜板 0.1430/0.894=4.70 kN/m 板底抹灰 0.0217/0.894=0.38kN/m 恒荷载标准值 8.7 kN/m 活荷载标准值 2.51.0=2.5kN/m 总荷载标准值 1.28.7+1.42.5=13.94kN/m2、 截面设计 板水平计算跨度=3.6m弯矩设计值M=0.1p=0.113.943.9=20.70kNm， 板的有效高度=140-20=120，=0.1，=0.947=867.4，选配12120，=942mm24.4.3 平台板设计 设平台板厚h=80,取1m宽板带计算。1、荷载计算 20mm厚花岗石楼面 0.0215.4=0.3kN/m 20mm厚水泥砂浆找平层 0.0220=0.4kN/m80mm厚混凝土板 0.0830=2.4kN/m 板底抹灰 0.0217=0.34kN/m 恒荷载标准值 3.44kN/m 活荷载标准值 2.50kN/m 总荷载设计值 p=1.23.441.42.5=7.63kN/m2、截面设计 平台板的计算跨度=2.2-0.2/20.2/2=2.2m， 弯矩设计值M=0.1p2=0.17.632.22=3.69 kNm， 板的有效高度=80-20=60，=0.963=，选配8140，=359mm2 4.4.4 平台梁设计 设平台梁截面尺寸为300400，（1）荷载计算 梁自重 0.2（0.4-0.08）25=1.6kN/m 梁侧粉刷 0.02（0.4-0.08）217=0.22kN/m 平台板传来 3.442.2/2=3.784kN/m 梯段板传来 8.73.6/2=15.66kN/m 恒荷载标准值 21.264kN/m 活荷载标准值 2.5（3.6/2+2.2/2）=7.25kN/m 总荷载设计值 p=1.221.2641.47.25=35.67kN/m（2）截面设计 计算跨度=1.05=1.05（4.5-0.2）=4.515m, 弯矩设计值M=p/8=90.89kNm 剪力设计值V=0.5p=76.69kN 截面按倒L型计算，=755,梁的有效高度=400-30=370mm,经判别属于第一类T型截面,=,=0.969,=,选配320，=941mm2=%0.27%配置6200箍筋，则斜截面受剪承载力 =0.71.273003701.2521056.6200370 =126.27kN76.69kN, 满足要求.4.4.5 次梁的计算梁柱受力纵筋均采用HRB335钢筋，采用C30混凝土，次梁截面400mm500mm，长度8400mm。箍筋采用HPB235，荷载计算：楼面传来的永久荷载标准值 3.543.6=12.74kN/m次梁自重 0.4（0.5-0.1）30=4.8kN/m次梁抹灰 0.02（0.5-0.1）217=0.272kN/m小计 gk=17.812kN/m 活载 =23.6=7.2kN/m荷载设计值计算简图：次梁在墙上的支撑长度为100mm，主梁尺寸400800mm计算跨度=8200mm图4.7 次梁简图正截面承载力计算：M=1/8p2=1/831.458.22=264.34kNm跨中按T型截面计算，翼缘宽度=/3=1/38200=2733mmb+Sn=3250mm取=2750mm，h=500mm，h0=500-35=465mm按第一类T型截面计算选配428， AS=2463mm2，同时，。斜截面承载力计算：剪力验算截面尺寸： ，属于厚腹梁。，故截面尺寸满足要求确定箍筋数量:只需配构造箍筋：8150，故满足要求。4.5 框架设计选中框架KJ-12进行计算：结构计算简图如图所示，根据地质资料，确定基础顶面离室外地面为500mm，由此可得底层层高为4.55m. 图4.8 框架KJ-4示意图4.5.1 平面布置及梁柱尺寸图4.9 柱网布置及梁柱尺寸4.5.2 荷载计算1、恒荷载计算（1）屋面框架梁线荷载标准值屋面做法：见屋面板设计。屋面恒荷载标准值 4.845kN/m2边跨框架梁自重 0.40.825=8.0kN/m抹灰 2（0.8-0.1）0.0217=0.476kN/m小计 =8.48kN/m(注：这里的下标4表示第4层即顶层框架梁)中跨框架梁自重 0.60.425=6kN/m抹灰 2（0.6-0.1）0.0217=0.34kN/m小计 =6.34kN/m边跨上屋面传来的恒荷载 =3.254.845=15.75kN/m中跨上屋面传来的恒荷载 =4.8453=14.54kN/m（2） 楼面框架梁线荷载标准值 楼面做法：见楼盖设计。 楼面恒荷载标准值 =3.54KN/m2内横墙自重标准值200mm厚陶粒空心砌块 0.28=1.6kN/m2200mm厚砂浆双面抹灰 0.02172=0.68kN/m2 2.28kN/m2 内横墙自重 （3.90.8）2.28=7.068kN/m 边跨框架梁及梁侧粉刷 8.48kN/m =15.548kN/m 中跨框架梁及梁侧粉刷 =6.34kN/m 边跨梁上楼面传来的恒荷载 =3.93.54=13.81kN/m 中跨梁上楼面传来的恒荷载 =33.54=10.62kN/m（3） 屋面框架节点集中荷载标准值 女儿墙：高600mm，厚240mm，双面抹灰砖墙。女儿墙自重标准值 0.60.2419=2.74kN/m抹灰 0.60.02217=0.41kN/m 3.15kN/m纵向框架梁自重标准值 0.40.825=8kN/m粉刷 0.02（0.80.10）217=0.476kN/m 8.476kN/m次梁自重标准值 0.4（0.5-0.1）25=4kN/m抹灰 （0.5-0.1）20.0217=0.272kN/m4.272kN/m顶层边节点集中荷载：女儿墙自重 7.53.15=23.63kN屋面传来的恒荷载 （0.53.91.95）24.845=36.85kN纵向框架梁自重 7.58.476=17.94kN =141.99kN顶层边中节点集中荷载：屋面传来的恒荷载 0.5(7.8-3.0)+7.8 1.254.845=38.15kN (0.53.91.95) 24.845=36.85kN纵向框架梁自重 63.57kN次梁自重 17.94kN =156.51kN（4） 楼面框架节点集中荷载标准值 外纵墙自重： 墙重 7.5(3.9-0.8)-2.02.42 2.28=31.12kN 窗重 2.02.421.0=9.6kN40.72kN(7.5m)19.52kN(4.5m)内纵墙(7.5m)自重：墙重 7.5(3.9-0.8)-1.83 2.28=40.70kN门重 1.831=2.7kN 46.1kN（4.5m）墙重 4.5(3.9-0.8)-0.93 2.28=25.65kN门重 0.931=2.7kN 28.35kN （7.5-3.24）（3.9-0.8）2.28=30.11kN（厕所）13层边节点集中荷载楼面传来的恒荷载 （0.53.91.95）23.54=26.92kN框架柱自重 0.50.53.925=24.38kN外纵墙自重 40.72kN纵向框架梁自重 63.57kN次梁自重 17.94kN =173.53kN13层中节点集中荷载楼面传来的恒荷载 0.5(7.5-3.0)+7.5 1.253.54=26.55kN(0.53.91.95) 23.54=26.92kN框架柱自重 24.38kN内纵墙自重 46.1kN纵向框架梁自重 63.57kN次梁自重 17.94kN =205.46kN 恒荷载作用下的结构计算简图如下所示：图4.10 恒荷载作用下的结构计算简图2、活荷载计算 不上人屋面均布活荷载标准值为0.5kN/m2 雪荷载标准值=urs0=1.00.65=0.65kN/m2 取两项中的较大者，活荷载标准值=0.65kN/m2 =0.653.75=1.875kN/m =0.653=1.5kN/m =1/23.751/21.8750.65=1.76kN =1/2(3.75+3.75-3)1.50.65+1/43.753.750.65=3.45kN =2.03.75=7.5kN/m =33=9kN/m =1/23.751.8752.0=7.03kN =1/2(3.75+3.75-3)1.53.0+1/43.753.752.0=17.16kN活荷载作用下的结构计算简图如下图所示：图4.11 活荷载作用下的结构计算简图3、水平地震作用计算高度不超过40m，以剪切变形为主，且质量和刚度沿高度分布比较均匀，可采用底部剪力法计算水平地震作用力。（1）重力荷载代表值 顶层： 雪荷载 3919.80.65=386.1kN 女儿墙重 (39+19.8)23.15=370.44kN 屋面恒荷载 3919.84.845=3741.3kN 梁自重： 边跨框架梁自重 8.48.4814=997.25kN 中跨框架梁自重 36.347=152.16kN 纵向框架梁自重 398.4764 =1322.3kN 次梁自重 8.44.2728 =287.08kN 2758.79kN墙、柱自重：框架柱自重 0.500.503.92528=682.5kN外纵墙自重 （40.724+19.522）2=403.84kN内纵墙自重 （46.14+28.35）2=425.5kN外横墙自重 19.8（3.9-0.8）-2.02.44 2.28=96.17kN窗重 2.02.441.0=19.2kN内横墙自重 8.4（3.9-0.8）2.286=356.23kN 1983.44kN 所以=0.5386.1+370.44+3741.3+2758.79+1/21983.44=8055.3kN三层：楼面恒荷载 3919.83.54=2733.59kN梁自重 2758.79kN墙、柱自重：框架柱自重 682.5kN外纵墙自重 403.84kN内纵墙自重 425.5kN外横墙自重+窗重 115.37kN内横墙自重 8.4（3.9-0.8）2.285=296.86kN1924.07kN所以=7416.45kN二层：=7416.45kN同理一层：=9270.3kN总重力荷载代表值G=39574.65kN图4.12 结构重力荷载代表值图(2) 水平地震作用下框架侧移计算： 混凝土强度等级为C30，=3107kN/mm2，考虑现浇楼板对刚度的增大作用，边框架梁取=1.5，中框架梁取=2.梁、柱线刚度计算：梁柱线刚度表见表5，6表3 横梁线刚度表部位截面bh（mm2）跨度L（m）矩形截面惯性矩（10-3m4）边框架梁中框架梁（10-3m4）（104KNm）（10-3m4）（104KNm）边跨梁4008007.517.125.6510.2634.213.68中跨梁4006003.07.210.810.814.414.4表4 柱线刚度表部位bh(mm2)柱高H（m）=bh3/12(10-3m4)(104kNm)一般层5005003.95.214.01底层5005004.505.214.01表5 横向框架柱侧移刚度D值计算层数层高（m）柱号根数（104kNm）（104kNm）(104kN/m)25391104010.7893.410.6301.99360.8042107.000.7782.461342.560.5611.775445.250.7242.291 14.51104.010.7893.410.7232.28767.7482107.00.8332.635342.560.6712.123445.250.7932.509横向框架自振周期计算：假想顶点侧移，计算结果如表8表6 顶点侧移计算表层次（kN）（kN）(104kN/m)(m)(m)48055.38055.360.8040.01320.120937416.4515471.7560.8040.02540.107727416.4522888.260.8040.03760.082317416.4530304.6567.7480.04470.0447 结构基本自振周期考虑非结构墙影响的折减系数=0.6 T1=1.7=1.70.6=0.355S多遇水平地震作用计算（底部剪力法）设放烈度7度，类场地时，设计地震分组为第一组，=0.08，=0.35s=（/T1)0.9=0.0790由于1.4=0.49T1，不需附加项部集中力=0.08T1+0.07=0.080.55+0.07=0.114结构总水平地震作用效应标准值为：=0.85=0.0790.8530304.65=2034.96kN层间剪力 F1=197kN,F2=393kN,F3=590kN,F4=855kN表7 多遇地震下楼层剪力和弹性位移层次层高（m）(m)(kN)(kN)(kN)(kN)(cm)(10-4)框架侧移验算43.915.68055.385510556080400.1741/2241=1.11cm满足要求33.911.77416.559016456080400.2711/143923.97.87416.539320386080400.3351/116414.53.97416.519722356774800.3301/11824.5.3 内力计算：1、 在水平地震作用下框架内力分析 以中框架KJ12为例进行计算（1） 用D值法计算柱端弯矩，再根据节点平衡条件和梁的线刚度分配到各梁端。 图4.13 水平地震作用下中框架梁柱弯矩图（2） 水平地震荷载作用下梁端剪力和柱轴力列于表8表8 水平地震荷载作用下梁端剪力和柱轴力层次(kN)（kN)进深梁走道梁边柱中柱4（74.69+44.10）/8.4=14.14246.12/3=30.9514.1430.953(166.98+103.78)/8.4=32.23298.59/3=65.7346.3796.682(237.01+147.32)/8.4=45.752139.95/3=93.392.12189.981（264.5+159.97)/8.4=50.532151.97/3=101.31142.65291.29图4.14 水平地震荷载作用下梁端剪力和柱轴力2、 恒荷载作用下的内力计算（分层法）（1）将梯形或三角形荷载转化为均布荷载计算： 对梯形荷载：=+(122+3)，=0.223 。122+3=0.912， 对三角形荷载：=+5/8。各杆的固端弯矩利用结构对称性取二分之一计算：顶层荷载：AB跨 =+(122+3)=8.48+0.19215.75=11.5kNBC跨 =+5/8=6.34+5/814.54=15.43kN标准层荷载：AB跨 =+(122+3)=15.848+0.19213.81=18.5kNBC跨 =+5/8=6.34+5/810.62=12.98kN顶层弯矩：=gL2/12=11.58.42/12=67.62kNm , =67.62kNm=gL2/3=15.431.52/3=8.76kNm =8.76kNm中间层弯矩： =gL2/12=18.