毕业设计计算书-沈阳市曙光中学教学楼-建筑与结构设计

中文题目：沈阳市曙光中学教学楼副标题：建筑与结构设计外文题目：SHUGUANG MIDDLE SCHOOL TEACHING BUILDING IN SHENYANG ARCHITECTURAL AND STRUCTURAL DESIGN辽宁工程技术大学本科毕业设计（论文）学生诚信承诺保证书本人郑重承诺： 毕业设计（论文）的内容真实、可靠，系本人在 指导教师的指导下，独立完成。如果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人承担全部责任。学生签名：年 月 日辽宁工程技术大学本科毕业设计（论文）指导教师诚信承诺保证书本人郑重承诺：我已按学校相关规定对 同学的毕业设计（论文）的选题与内容进行了指导和审核，确认由该生独立完成。如果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人承担指导教师相关责任。指导教师签名：年 月 日I摘 要在实际工程中，钢筋混凝土框架结构是一种较为普遍结构形式，广泛应用于住宅、办公、学校等公共建筑。本设计主要对多层框架教学楼的横向框架进行了设计。在进行设计时首先查荷载规范对结构的恒载、活载、风荷载以及地震荷载进行计算。竖向荷载利用弯矩二次分配法、水平荷载利用 D 值法进而得到各种作用下结构各杆件的内力标准值。然后按照最不利组合方式，对各种作用下的内力进行组合。最后在组合中找出各杆件最不利的一组或几组对构件进行截面设计，选取最安全的结果进行配筋并绘出施工图。本设计还对基础、楼板、楼梯等进行了设计，并绘出了结构施工图。通过本次毕业设计并充分结合我大学学到的基本知识使我了解了框架结构设计的全过程，达到了从理论到实践的进步。同时通过设计中使用的建筑方面的规范和软件，使我更加熟悉了规范和软件的使用操作，为我以后工作打下了良好的基础。关键字：框架结构；荷载；分层法；D 值法IIAbstractIn practical engineering, the reinforced concrete frame structure has been a common structural form owing to their successful applications in many areas such asresidence, office, schools and other public buildings. This thesis is aimed at the design for transverse frame of teaching buildings with multistory frame. First, dead loads, live loads, wind load and seismic load of the structure are computed referring to “Load Standards ”. Then the standard values of each members of structure under horizontal load and vertical load can be obtained by using stratification method and “D” method respectively. Next, the internal forces under various load are combined according to the most unfavorable combination mode. Finally, the most unfavorable one or several ones in the above combinations to realize section design for members is found. In this way, the safest results to reinforce is chosen and Working Drawing is Painted. the basement, the floor and the stairs are also designed and structural working drawing are painted in this thesis. Thanks to this graduation design, and combining with knowledge Ive learned in the past four years , I master the entire process of the design for frame structure, and realize the leap from theory to practice. Meanwhile, I become more familiar with the standards and operations of relative softwares than before. All these have built a good foundation for my future work.Key words: frame structure; load; stratification; “D ”method目 录前 言 .11 建筑设计 .21.1 建设项目名称及概况 .21.2 建筑地点 .21.3 设计资料 .21.4 建筑要求 .22 结构设计 .32.1 柱网布置 .32.2 主要构件材料及尺寸估算 .52.2.1 主要构件材料 .52.2.2 主要构件的截面尺寸 .52.3 框架结构计算简图和结构平面布置图 .63 楼板设计 .73.1 屋面和楼面板的荷载计算 .73.2 楼板计算 .84 竖向荷载作用下框架结构的内力计算 .124.1 横向框架计算单元 .124.2 荷载计算 .134.2.1 横向框架梁上荷载的计算 .134.2.2 纵向框架梁上荷载的计算 .144.2.3 柱顶集中荷载 .154.3 线刚度计算，计算简图确定 .164.3.1 梁、柱线刚度计算 .164.3.2 计算简图确定 .184.4 恒荷载作用下框架内力计算 .194.5 活荷载作用下框架内力计算 .214.6 竖向荷载作用下梁、柱内力计算 .235 横向荷载作用下框架结构的内力计算 .295.1 水平地震作用下的内力计算 .295.1.1 各层柱、梁、板重力荷载 .295.1.2.各层墙自重标准值计算 .295.1.3 各层（各质点）自重标准值计算 .305.2 重力荷载代表值计算 .315.3 等效总重力荷载代表值计算 .315.4 侧向刚度计算 .315.5 横向自振周期计算 .335.6 水平地震作用及楼层地震剪力的计算 .335.7 水平地震作用下的位移验算 .355.8 水平地震作用下框架内力计算 .355.9 风荷载作用楼层剪力的计算 .385.10 框架柱的侧移刚度 D 值计算 .395.11 风荷载作用下的位移验算及内力计算 .406 横向框架内力组合 .446.1 框架内力调幅 .446.2 框架内力组合 .467 截面设计 .527.1 框架梁截面设计 .527.1.1 框架梁正截面强度计算 .527.1.2 框架梁的斜截面受剪承载力计算 .587.2 框架柱截面设计 .617.2.1 柱的轴压比及剪跨比验算 .617.2.2 柱的正截面承载力计算 .627.2.3 柱斜截面受剪承载力计算 .697.2.4 节点核心区验算 .728 次梁计算 .818.1 荷载计算 .818.2 次梁计算 .819 基础设计 .859.1 基础尺寸及埋置深度 .859.2 基础高度验算 .879.3 配筋计算 .8710 楼梯设计 .8910.1 楼梯板计算 .8910.1.1 斜板 .8910.1.2 平台板计算 .9010.2 平台梁计算（PTL-1） .9110.3 楼梯柱的计算（TZ-1） .92结束语 .93参考文献 .94符号说明 .95致谢辞 .96附录 .97辽宁工程技术大学毕业设计（论文）1前 言时光如剑，岁月如梭，白驹过隙，转眼间大学时光已经接近了尾声，我们也即将走入社会。在这最后的阶段，毕业设计是我们最后的一门课程。它是我们是否能运用大学所学到的基础知识进行综合的一次检验。在我们踏入社会之前，毕业设计给了我们一次较好的实践的机会。本次我的设计题目是沈阳市曙光中学教学楼，在设计之前我对我大学所学过的课程做了一次较大范围的复习。在复习基础的同时也参阅了一些我国现行的规范，特别是混凝土结构设计规范，荷载规范，建筑抗震规范建筑防火规范做了深入的了解。了解一些结构设计方面的知识。在设计期间，通过导师和同学的帮助，我能较好的利用自己在大学里学到的基础理论知识、专业知识与设计实践相结合。根据设计任务书上的要求和老师的指导，我对本毕业设计进行了系统的手算。最终较好的完成本次设计任务。在此我由衷的感谢在毕业设计中给了我帮助的老师和同学们。通过本次毕业设计，提高了我动手查阅资料规范的能力和对基础、专业知识的巩固，同时也使我加深熟悉了新规范和对 11G101-1 了解。提高了我的综合分析能力。在设计过程中，通过运用 word，Excel 等办公软件，使我加深了对这些软件的了解。在绘图时我运用到了 AutoCAD、TSSD 、天正、等软件。通过对这些软件的运用使我较好的熟悉了这些软件的使用过程。所有这些宝贵的经验，都会为我以后工作打下了很好的基础。达到了本次毕业设计的目的。由于框架结构手算计算量较大，根据设计要求，在计算过程中主要以手算为主，电算尽作为参考。最后两者结合得到最后毕业设计结果。由于水平有限，难免不会出现不妥和疏忽之处，还请各位老师指正。陈晨：沈阳市曙光中学教学楼21 建筑设计1.1 建设项目名称及概况（1）项目名称：沈阳市曙光中学教学楼（2）建筑面积：6865m 2（3）建筑总高度：20.3（4）建筑层数：五层（5）结构类型：框架结构（6）该教学楼标准层高 3.9m，走廊宽度 3.0m,室内外高差 0.6m，其它轴网尺寸等详见平面简图。1.2 建筑地点沈阳市曙光中学1.3 设计资料（1）地质水文资料：根据工程地质勘测报告，拟建场地地势平坦，承载力的特征值为 250kN/m2，可作为天然地基持力层。（2）抗震设防要求：七度设防。（3）底层室内主要地坪标高为0.000。（4）不考虑地下水影响。（5）基本风压 WO=0.55kN/m 。2（6）活荷载： 教室：2.5 kN/m 2；走道：2.5 kN/m 2；不上人屋面：0.5 kN/m 2。1.4 建筑要求（1）建筑等级:耐火等级为级（2）抗震等级为级（3）设计使用年限 50 年其他建筑要求见附录建筑总说明。辽宁工程技术大学毕业设计（论文）32 结构设计分缝建筑将整栋建筑除基础外，完全断开，因此不会相互传递地震作用，但会受到一定的风荷载作用，由于时间有限如果采用整体手算计算过于繁琐，在此只选取右边（ 轴）部分结构为手算对象。2.1 柱网布置陈晨：沈阳市曙光中学教学楼42-1 Figurecolmnrid layut辽宁工程技术大学毕业设计（论文）52.2 主要构件材料及尺寸估算2.2.1 主要构件材料框架梁、板、柱采用现浇钢筋混凝土构件；墙体采用空心砌块 Mu7.5 砂浆；混凝土强度：梁、板、柱均采用 C30 混凝土。钢筋使用 HRB400 级钢筋。 2.2.2 主要构件的截面尺寸（1）框架梁：纵向框架梁，最大跨度 L=9m，h=（1/101/18）h=500mm900mm，取 h=700mmb=（1/21/3）h=350mm233mm，取 b=300mm横向框架梁，最大跨度 L=7.5m，h=（1/101/18）H=416mm750mm，取 h=600mmb=（1/21/3） h=375mm208mm，取 b=250mm（2）框架柱：初定边柱尺寸 600mm600mm，中柱 600mm600mm；框架柱混凝土强度等级 C30。cNfAc1.25CAqn其中：C- 边角柱轴力增大系数，中柱 C1、边柱 C1.1、角柱 C1.2 ； 为考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数,七度抗震取 =1.05；n 为验算截面以上楼层层数；A为按简支状态计算的柱的负荷面；q 为折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，框架结构近似取 14 kN/m2，抗震等级三级的框架结构轴压比 =0.85，边柱和中柱的负荷面积分别是 7.5m4.5m 和 7.5m9m。边柱 2380613.148505.1071.5 mAc 角柱 2332c中柱 2335714.148500.52.915. mAc 取柱的尺寸 600mm600mm=360000mm2考虑边柱存在偏心所以边柱取 600mm600mm，中柱取 600mm600mm。陈晨：沈阳市曙光中学教学楼62.3 框架结构计算简图和结构平面布置图图 2-2 框架结构计算简图Figure 2-2 frame structure calculation diagram初步设计基础顶面距室外地坪 600mm,底层柱的计算高度为 600+600=1200mm。辽宁工程技术大学毕业设计（论文）73 楼板设计3.1 屋面和楼面板的荷载计算屋面和楼面板的荷载取自建筑荷载规范 （GB50009 2012） 。教室采用瓷面砖地面(走廊采用同样做法)地砖铺实 6mm 厚 0.00619.8 =0.12基层处理剂一遍 0.051：4 干硬性水泥砂浆 25mm 厚 0.02520 = 0.501：3 水泥砂浆找平 20mm 厚 0.02020 = 0.40钢筋混凝土楼板 120mm 厚 0.12025 = 3.00板底 20 厚粉刷抹平 0.02017 = 0.34 楼面恒载 4.41kN/m2楼面活载 2.50 kN/m2厕所采用地砖地面地砖铺实 10mm 厚 0.0619.8 = 0.201：4 干硬性水泥砂浆 25mm 厚 0.02520 = 0.50基层处理剂一遍 0.05C20 混凝土 0.5找坡 20mm 厚 0.02025 = 0.501：3 水泥砂浆找平 20mm 厚 0.02020 = 0.40防水涂料 1.5mm 厚 0.20钢筋混凝土楼板 120mm 厚 0.12025 = 3.00板底 20 厚粉刷抹平 0.02017 = 0.34 楼面恒载 5.19 kN/m2楼面活载 2.50 kN/m2不上人屋面粒径 1.5-2mm20mm 厚砂粒 0.02018 = 0.36SBS 改性沥青防水卷材 0.05陈晨：沈阳市曙光中学教学楼81：3 水泥砂浆保护层 20mm 厚 0.02020 = 0.40聚苯乙烯泡沫板保温层 100mm 厚 0.40.1 = 0.041：3 水泥砂浆找平 20mm 厚 0.02020 = 0.401:6 水泥焦渣找坡 50mm 厚 0.05015 = 0.75钢筋混凝土楼板 120mm 厚 0.12025 = 3.00板底 20 厚粉刷抹平 0.02017 = 0.34 楼面恒载 5.34 kN/m2楼面活载 0.5 kN/m23.2 楼板计算根据混凝土结构设计规范 （GB500102010） 9.1.1 的规定，楼板长边与短边之比小于 2 时，宜按双向板计算。楼板长边与短边之比大于 2，但小于 3.0 时，宜按双向板计算；当场边与短边之比不小于 3.0 时，宜按沿短边方向受力的单向板计算，当按沿短边受力的单向板计算时，应沿长边方向布置足够的构造钢筋。根据本工程的实际尺寸，楼板全为双向板，楼板按照弹性方法进行计算。双向板按弹性理论的计算方法：（1）多跨连续双向板跨中最大正弯矩：为了求得连续双向板跨中最大正弯矩，荷载分布情况可以分解为满布荷载 g+q/2 及间隔布置 q/2 两种情况，前一种情况可近似认为各区格板都固定支承在中间支承上，对于后一种情况可近似认为在中间支承处都是简支的。沿楼盖周边则根据实际支承情况确定。分别求得各区格板的弯矩，然后叠加得到各区格板的跨中最大弯矩。（2）多跨连续双向板支座最大负弯矩：支座最大负弯矩可按满布活荷载时求得。 g图 3-1 连续双向板的计算图示辽宁工程技术大学毕业设计（论文）9Figure 3-1 continuous two-way slab calculation chart (1)标准层楼板区格划分如图 3-2：图 3-2 标准层楼板区格图Figure 3-2 standard floor area chart 荷载：ABCD 板上荷载：永久荷载设计值：g=1.24.41 =5.292 kN/m2 可变荷载设计值：q=1.42.50 =3.5 kN/m 2 调整后折减荷载：g= g+q/2=7.042 kN/m 2 q=q/2=1.75 kN/m 2 总荷载： g+q=8.792kN/m2(3)板弯矩计算如表 3-1：表 3-1 按弹性理论计算标准层双向板弯矩Table 3-1 layer by elastic theory calculation standard two-way plate bending moment 区 格 A B C Dlyx/3000/4500=0.67 4500/7500=0.60 3000/4500=0.67 4500/7500=0.60跨 边界条件（上 固定/固定/固定/ 固定/铰支/固定/ 固定/固定/固定 固定/铰支/固定/陈晨：沈阳市曙光中学教学楼10下左右） 固定/ 固定 铰支/ 铰支/1m（0.0341.042+0.07481.75）32=3.36（0.03867.042+0.08201.75）4.52=8.41（0.03717.042+0.0751.75）32=3.53（0.04987.0420.08201.75）4.5 2=10.0102（0.03417.042+0.07481.75）3.2=1.03（0.01057.0420.02421.75）4.5 2=2.34（0.01167.0420.02711.75）3 2=1.16（0.01697.0420.02421.75）4.5 2=3.267)(1m3.36+0.21.03=3.5668.411+0.22.348=8.883.533+0.21.162=3.7610.01+0.23.267=10.66内 .0)(21.03+0.23.36=1.702.348+8.410.2=4.031.162+0.23.533=1.873.267+0.210.01=5.27边界条件（上下左右）固定/固定/固定/固定/铰支/固定/固定/固定/固定/固定/铰支/固定/固定/铰支/铰支/固定/(kNm/m)1m-0.07618.79232=-6.02-0.08148.7924.52=-14.49-0.07968.79232=-6.30-0.10958.7924.52=-19.50支座(kNm/m)2-0.05718.79232=-4.5-0.05718.7924.52=10.17-0.05728.79232=-4.56-0.07828.7924.52=-13.92注：跨内计算弯矩时采用调整后的荷载 g按实际边界条件查得系数计算的结果+q按四边铰支条件查得系数计算的结果；支座计算弯矩时采用总荷载 g+q 按实际边界条件查得系数计算 。(3)截面设计：辽宁工程技术大学毕业设计（论文）11截面有效高度，取跨内及支座截面 h0x=12020=100mm，h 0y=1008=92mm。采用 8 钢筋作为受力主筋，计算时取内力臂系数 s=0.95 按 As=m/0.95fyh0，计算得到钢筋截面面积， minbh=0.0021000120=240mm2。计算得钢筋2/360mNfy面积及配筋见下表。板与边梁搭接处采用构造配筋 8200. 表 3-2 按弹性理论计算的楼面板截面配筋Table 3-2 according to elastic theory calculation of the sectional reinforcement floor panel 截 面 方向 h0/mm m/ kNm As=m/0.95fyh0(mm2) 配 筋 实配As/mm2Lx 100 1.70 54 8200 251A 区格Ly 92 3.57 104 8200 251Lx 100 8.88 59 8180 279B 区格Ly 92 4.03 128 8200 251Lx 100 1.87 154 8200 251C 区格Ly 92 1.86 110 8200 251Lx 100 3.77 312 8150 335跨中D 区格 Ly 92 5.26 170 8200 251AA Ly 100 -4.5 131 8200 251AB Lx 100 -10.17 311 8150 335AC Lx 100 -4.56 133 8200 251AD Lx 100 -13.92 407 10180 436BB Ly 100 -14.49 423 10180 436BD Ly 100 -19.50 570 10125 628支座CC Ly 100 -19.50 570 10125 628陈晨：沈阳市曙光中学教学楼124 竖向荷载作用下框架结构的内力计算竖向荷载作用下横向框架结构的内力一般可采用近似法，有分层法、弯矩二次分配法、调幅法、和迭代法，这里竖向荷载作用下的内力计算采用弯矩二次分配法。竖向荷载作用下，框架的内力分析除活荷载较大的工业与民用建筑可以不考虑活荷载的不利布置，这样求得的框架内力梁跨中弯矩较考虑活荷载不利布置法求得的偏低，但当活荷载占总荷载的比例较小时，其影响很小。4.1 横向框架计算单元取 7 轴框架为计算单元，计算单元宽度为 9.0m 如图所示，由于房间内布置有框架梁，故直接传给该框架梁的楼面荷载如图中的阴影线所示，计算单元范围内的其余楼面荷载则通过纵向框架梁或纵向次梁，以集中力的形式传给框架梁，或纵向次梁，作用于各节点上具体方法和计算结果见后面所示，由于梁柱偏心对计算结果而言没有什么影响，对于计算机计算时，计算原理是形成荷载矩阵，刚度矩阵，这些刚度矩阵都是高阶矩阵，所以对于梁柱中心不齐的梁偏心计算，对高阶矩阵的影响基本可以忽略，由于变化微小，所以在手算过程中可以简化处理，不做偏心计算。根据结构布置和荷载计算，对 7 轴一榀横向中框架进行计算，如图 4-1 所示。房间内直接传给该框架的楼面荷载如图中的阴影线所示。辽宁工程技术大学毕业设计（论文）13图 4-1 横向框架计算单元Figure 4-1 cell transverse frame 4.2 荷载计算荷载传递示意图见 4-2 所示。7203720图 4-2 各层梁上作用的恒荷载Fig4-2 The dead load of the function carries on each layer beams4.2.1 横向框架梁上荷载的计算陈晨：沈阳市曙光中学教学楼141.AB、CD 跨框架梁屋面板传荷载板传至梁上的三角形或梯形荷载等效为均布荷载恒荷载：l 01=4.5 l02=7.5a1=0.5 l01/l02 =0.54.5/7.5=0.3Pe=(1-20.32+0.33) 5.344.5/22=20.35KN/m活荷载a1=0.5 l01/l02 =0.54.5/7.5=0.3Pe=(1-20.32+0.33) 0.54.5/22=1.91KN/m楼面板传荷载恒荷载a1=0.5 l01/l02 =0.54.5/7.5=0.3Pe=(1-20.32+0.33) 4.414.5/22=16.80KN/m活荷载Pe=(1-20.32+0.33) 2.54.5/22=9.54KN/m2.BC 跨框架梁屋面板传荷载：恒荷载 Pe=5/85.343/22=10.01KN/m活荷载 Pe=5/80.53/22=0.94KN/m楼面板传来荷载：恒荷载 Pe=5/84.413/22=8.27KN/m活荷载 Pe=5/82.503/22=4.69KN/m梁自重： AB、CD 跨 600mm250mm 3.9KN/mBC 跨 250mm500mm 3.25KN/m墙传荷载：楼面层：内横墙 10.75 KN/m4.2.2 纵向框架梁上荷载的计算屋面板传荷载：恒荷载：外框架梁 5.344.5/25/8=7.51KN/m内框架梁 a1=0.5 l01/l02 =0.53/4.5=0.33Pe=(1-20.332+0.333) 5.343/22=6.55KN/m7.51+6.65=14.06 KN/m辽宁工程技术大学毕业设计（论文）15活荷载：外框架梁 0.54.5/25/8=0.70KN/m内框架梁 Pe=(1-20.332+0.333) 0.53/22=1.31KN/m楼面板传荷载：恒荷载：外框架梁 4.414.5/25/8=6.20KN/m内框架梁 a1=0.5 l01/l02 =0.53/4.5=0.33Pe=(1-20.332+0.333) 4.413/22=5.41KN/m6.20+5.41=10.61 KN/m活荷载：外框架梁 2.54.5/25/8=3.52KN/m内框架梁 Pe=(1-20.332+0.333) 2.53/22+3.52=6.50KN/m梁自重：纵向框架梁 300mm700mm 5.46 KN/m墙传荷载：女儿墙（0.80.311）+（ 0.04170.8）=3.18KN/m楼面层：外纵墙 7.10 KN/m内纵墙 9.26 KN/m4.2.3 柱顶集中荷载顶层：边柱：恒荷载 93.18+97.51+95.46+（7.520.35）/2=221.66KN活荷载 90.7+（7.51.91 ）/2=13.46柱自重 0.60.63.226=29.95KN中柱：恒荷载 914.06+95.46+（7.520.35 ）/2（310.01）/2=267.01KN活荷载 91.31+（7.51.91 ）/2（30.94）/2=20.36 KN 柱自重 0.60.63.226=29.95KN楼面层：边柱：恒荷载 97.01+96.2+95.46+（7.516.80）/2=197.16KN活荷载 93.52+（7.59.54 ）/2=67.46 KN柱自重 0.60.63.226=29.95KN中柱：恒荷载 99.26+910.61+95.46+（7.516.80）/2 （38.27）/2=352.52KN活荷载 96.5+（7.59.54 ）/2（34.69）/2=101.31 KN柱自重 0.60.63.226=29.95KN陈晨：沈阳市曙光中学教学楼164.3 线刚度计算，计算简图确定4.3.1 梁、柱线刚度计算 梁、柱线刚度分别见表 4-1，表 4-2。其中 Ib=bbhb3/12,ib=EIb/L。I c=bchc3/12,ic=EIc/h表 4-1 横梁线刚度计算 (Ec=3104N/mm2)Table 4-1 beam line rigidity computing (Ec = 3 x 104 n/mm2) 类别 bh(mmmm) I（10 9mm4） L（mm） EcI/L (1010Nmm) 1.5EcI/L (1010Nmm) 2EcI/L(1010Nmm)边横梁 250600 4.50 7500 1.80 2.70 3.60中横梁 250500 2.60 3000 2.60 3.90 5.21表 4-2 柱线刚度 ic 计算Table 4-2 column line stiffness calculation of IC 层次 h（mm）bh（mm）I（10 9mm4） EcI/hc(1010Nmm)1 5100 600600 10.8 6.3525 3900 600600 10.8 8.31辽宁工程技术大学毕业设计（论文）17图 4-3 横向中框架梁、柱线刚度（单位： 1010Nmm）Figure 4-3 transverse frame beams and columns in the rigidity (unit:1010 n mm) 所计算的中框架是对称结构，在计算竖向荷载作用时，取一半计算，断开的中跨线刚度是原来的 2 倍。陈晨：沈阳市曙光中学教学楼184.3.2 计算简图确定 54321109876图 4-4 横向框架计算简图Figure