土木工程毕业设计（论文）-三门峡中学教学楼设计

目 录第1章 结构选型及布置11.1 结构选型 11.2 结构布置 1第2章 框架的计算简图及梁柱尺寸确定22.1 主要构件材料及尺寸估算 22.2 主要构件的截面尺寸 22.3 框架结构计算简图和结构平面布置图 3第3章 竖向荷载作用下的框架结构内计算43.1 横向框架计算单元 43.2 梁、柱线刚度计算 43.3 恒载荷载计算 53.4 恒载内力计算103.5 活载荷载计算173.6 活载内力计算223.7 竖向荷载作用下梁、柱内力计算28第4章 横向荷载作用下框架结构的内力计算 36 4.1 风荷载作用楼层剪力的计算36 4.2 梁、柱线刚度计算36 4.3 框架柱的侧移刚度D值计算36 4.4 风荷载作用下框架内力计算37第5章 横向框架内力组 42 5.1 恒载作用下内力组合425.2 活载作用下内力组合44 5.3 风载作用下内力组合45 第6章 截面设计47 6.1 框架梁设计47 6.2 框架柱设计50 6.3 裂缝验算55 6.4 偏心受压构件裂缝验算59第7章 基础设计 617.1 设计参数617.2 计算过程627.3 计算结果65第8章 楼板设计66 8.1 屋面和楼面板的荷载计算66 8.2 楼板计算67第9章 次梁设计 82 9.1 荷载计算82 9.2 次梁计算82 9.3 截面设计83第10章 楼梯设计86 10.1 楼梯板计算 86 10.2 平台板计算 88 10.3 平台梁计算 89 致 谢91 参考文献92全套图 纸加扣 3346389411或3012250582II第1章 结构选型及布置1.1 结构选型1.结构体系选型：采用钢筋混凝土现浇框架结构体系；2.屋面结构：采用钢筋混凝土现浇楼板，采用不上人屋面，屋面板厚100；3.楼面结构：采用钢筋混凝土现浇楼板，板厚100；4.楼梯结构：采用钢筋混凝土板式楼梯；5.天沟：采用混凝土现浇内天沟；6.基础梁：采用钢筋混凝土基础梁；7.基础：采用钢筋混凝土柱下独立基础。8.雨蓬：由于悬挑长度较大，采用悬挑梁板结构。1.2 结构布置1. 结构布置包括结构平面布置和结构剖面布置。因为此设计中同一层楼面标高变化不大，所以不做结构剖面布置。如屋面、各层楼面（包括门窗过梁）等结构平面布置，详见结构平面布置图。2. 结构布置图的具体内容和要求(1) 屋面结构布置图上主要的结构构件有：框架（梁和柱）、屋面梁、屋面板、天沟等构件。(2) 楼面结构布置图上主要结构构件有：框架（梁和柱）、楼面梁、楼面板、楼梯等。第2章 框架的计算简图及梁柱尺寸确定2.1 主要构件材料及尺寸估算 主要构件材料： 框架梁、板、柱采用现浇钢筋混凝土构件， 墙体采用混凝土空心砌块， 混凝土强度：梁、板、柱均采用C30混凝土，钢筋使用HPB300，HRB400二种钢筋。2.2 主要构件的截面尺寸 （1）框架梁：横向框架梁，最大跨度L=8.1m，h=（1/81/12）L=1000mm675mm，取h=800mmb=（1/21/3）h=400mm266mm，取b=300mm纵向框架梁，最大跨度L=5.4m，h=（1/121/13）L=450mm415mm，取h=600mmb=（1/21/3） h=300mm200mm，取b=250mm（2）框架柱：初定边柱尺寸400mm600mm，中柱500mm500mm角柱500mm600mm，一至五层框架柱混凝土强度等C30。 （2.1） 其中，n为验算截面以上楼层层数，g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18 kN/m2，F为按简支状态计算的柱的负荷面，为考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数。抗震等级四级的框架结构轴压比，边柱和中柱的负荷面积分别是5.4m4.05m和5.4m5.4m。边柱 中柱 所以边柱取400mm600mm，中柱取500mm500mm。2.3 框架结构计算简图和结构平面布置图 图2.3-1 框架结构计算简图第3章 竖向荷载作用下的框架结构的内力计算3.1 横向框架计算单元 根据结构布置和荷载计算，对一榀横向中框架进行计算，如图所示。房间内直接传给该框架的楼面荷载如图中的阴影线所示。 图3.1-1 横向框架计算单元3.2 梁、柱线刚度计算 表3.2-1 横梁线刚度计算类别bhIlEcI/l1.5EcI/l2EcI/l(mm)（）（m）（）（）（）边横梁0.30.80.01288.115.823.731.6中横梁0.30.40.00162.75.938.9411.9 表3.2-2 柱线刚度ic计算层次hbhIEcI/l0.9EcI/l（m）（mm）（）（）(）1250.40.60.007214.412.960.50.50.005210.49.36353.90.40.60.007218.516.650.50.50.005213.311.97 图3.2-1 横向中框架梁、柱线刚度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。3.3 恒载荷载计算荷载计算：线荷载 屋面： 屋面恒载5.2kN/m2 屋面板传来的恒载：5.24.0521.06 kN/m教室梁自重：0.300.825=6 kN/m教室梁侧粉刷：2（0.8-0.12）0.02170.46 kN/m 教室横梁的矩形线荷载合计：6.46 kN/m教室横梁的三角形线荷载合计：21.06 kN/m走廊板传来的恒载：5.22.714.04 kN/m走廊梁自重：0.300.425=3 kN/m走廊梁侧粉刷：2（0.4-0.10）0.02170.2 kN/m 走廊横梁的矩形线荷载合计：3.2 kN/m走廊横梁的三角形线荷载合计：14.04 kN/m楼面： 楼面恒载4.1kN/m2楼面板传来的恒载：4.14.0516.61 kN/m教室梁自重：0.300.825=6 kN/m教室梁侧粉刷：2（0.8-0.12）0.02170.46 kN/m教室梁上墙自重：0.24（3.9-0.8）1914.14 kN/m教室梁上墙面粉刷：（3.9-0.8）0.022172.108 kN/m 教室横梁的矩形线荷载合计：22.71kN/m教室横梁的三角形形线荷载合计：16.61 kN/m走廊：楼面恒载3.6 kN/m2走廊楼面传来的恒载：3.62.79.72 kN/m走廊梁自重0.300.425=3 kN/m走廊梁侧粉刷：2（0.4-0.10）0.02170.2 kN/m 走廊横梁的矩形线荷载合计：3.2 kN/m走廊横梁的三角形线荷载合计：9.72 kN/m荷载计算：集中荷载次梁传来的集中荷载：屋面：板传来的恒载：5.24.0521.06 kN/m次梁自重：0.25（0.40.12）251.75 kN/m次梁粉刷：0.02（0.4-0.12）2170.19 kN/m (5.4+5.4-4.05)21.060.51.755.40.195.481.56KN楼面：板传来的恒载：4.14.0516.61 kN/m次梁自重：0.25（0.40.12）251.75 kN/m次梁粉刷：0.02（0.4-0.12）2170.19 kN/m (5.4+5.4-4.05)16.610.51.755.40.195.4=66.54KN屋面框架节点集中荷载：边柱联系梁自重：0.250.65.42520.25KN粉刷：0.02（0.6-0.12）25.4171.76KN0.6m挑檐板自重：0.65.45.216.8KN0.6m高排水外延沟自重：0.65.4250.129.72KN边柱联系梁传来屋面荷载：0.5(5.4+5.4-4.05)4.05/25.235.53KN 顶层边节点集中荷载合计：84.15KN中柱联系梁自重：0.250.65.42520.25KN粉刷：0.02（0.6-0.12）25.4171.76KN联系梁传来的屋面板荷载：0.5(5.4+5.4-2.7)2.7/25.2=18.6KN0.5(5.4+5.4-4.05)4.05/25.2=35.54 KN 顶层中节点集中荷载合计：76.15KN楼面框架节点集中荷载：边柱联系梁自重：0.250.65.42520.25KN粉刷：0.02（0.6-0.12）25.4171.76KN塑钢窗：5 KN窗下墙体自重：0.241.25.41929.5KN窗下墙体粉刷自重：20.021.25.4174.41KN框架柱自重：0.60.43.92523.4KN框架柱粉刷自重：(0.6+0.4)20.023.917=2.65KN联系梁传来的楼面自重0.5(5.4+5.4-4.05)4.05/24.1=28.02KN 楼面层边节点集中荷载合计：115KN中柱联系梁自重：0.250.65.42520.25KN粉刷：0.02（0.6-0.12）25.4171.76KN内纵墙自重：5.4(3.9-0.6)0.2419=81.3KN内纵墙墙体粉刷自重：5.4(3.9-0.6)20.0217=12.2KN扣除门洞：-2.11.00.2419+5-4.5KN框架柱自重：0.60.43.92523.4KN框架柱粉刷自重：(0.6+0.4)20.023.917=2.65KN联系梁传来的楼面自重：0.5（5.4+5.4-2.7）2.7/23.618.6KN0.5(5.4+5.4-4.05)4.05/24.1=28.02 KN 楼面层中节点集中荷载合计：183.68KN集中荷载引起的偏心弯矩M 屋面层集中荷载引起的偏心弯矩M84.150.4537.87KNM楼面层集中荷载引起的偏心弯矩M: 1150.175=20.1KNM屋面层梁上作用的恒载图3.3-1 屋面层梁上作用的恒载 在上图中，gk1、qk1分别代表横梁自重，是均布荷载形式；gk2和gk2分别代表房间和走廊传给横梁的两个三角形荷载和三角形荷载，gk代表跨中次梁集中荷载。gk1 =6.46 kN/m gk2 =21.06 kN/m gk1=3.2 kN/m gk2=14.04 kN/mgk=81.56KNgk2、gk2、gk代表房间和走廊传给横梁的梯形、三角形荷载和跨中集中荷载，需要将其转化为等效均布荷载。 两个三角形荷载 （3.1） 三角形荷载 （3.2）跨中集中荷载 （3.3） 横向框架恒荷载： 屋面板：11.186.46+15.10=32.74 kN/m （8.1m跨） 8.78+3.2=11.98 kN/m （2.7m跨） 楼面层梁上作用的恒载图3.3-2 楼面梁上荷载在上图中，gk1、gk1分别代表横梁自重，是均布荷载形式；gk2和gk2分别代表房间和走廊传给横梁的两个三角形荷载和三角形荷载，gk代表跨中次梁集中荷载。gk1 =22.71kN/mgk2 =16.61 kN/m gk1 =3.2 kN/m gk2 =9.72 kN/mgk =66.54KNgk2、gk2、gk代表房间和走廊传给横梁的梯形、三角形荷载和跨中集中荷载，需要将其转化为等效均布荷载。 两个三角形荷载 三角形荷载 跨中集中荷载 横向框架恒荷载： 楼面板：22.718.82+12.32=43.85kN/m （8.1m跨） 6.08+3.2=9.28kN/m （2.7m跨）3.4 恒载内力计算分层法的计算要点：作用在某一层的框架梁上的竖向荷载只对本楼层的梁和与本层梁相连的框架柱产生弯矩和剪力，而对其他层框架和隔层的框架柱都不产生弯矩和剪力。除底层以外的其它各层柱的线刚度均乘折减系数0.9。除底层以外的其它各层柱的弯矩传递系数取1/3。0.655 0.638 0.120 37.85 0.345 0.242 -179.00 179.00 -7.28 48.70 92.45 46.23 -69.52 -139.05 -52.74 -26.15 26.15 23.99 45.54 22.77 -14.53 -5.51 -2.73 2.73 72.68 -110.53 94.42 -58.25 -36.17 28.89 24.23 -19.42 图3.4-1 顶层弯矩分配(单位KNM)28.79 -20.53 6.53 -1.20 22.26 -19.32 86.38 -61.59 19.60 -3.61 66.78 -57.97 0.195 0.257 0.486 0.513 0.097 -20.10 0.257 0.195 -239.75 239.75 -5.60 66.78 126.29 63.14 -76.26 -152.5-57.97 -28.84 28.84 19.60 37.06 18.53 -9.51 -3.61 -1.80 1.80 86.38 -152.66 159.41 -61.59 -36.23 30.63 28.79 -20.53 图3.4-2 标准层弯矩分配(单位KNM)30.05 -21.30 7.01 -1.33 23.04 -19.98 90.16 -63.91 21.04 -3.99 69.12 -59.93 0.200 0.266 0.504 0.528 0.098 -20.10 0.230 0.174 -239.75 239.75 -5.60 59.77 130.96 65.48 -79.10 -158.21 -52.14 -29.36 29.36 18.19 39.87 19.93 -10.53 -3.47 -1.95 1.95 77.96 -148.02 156.44 -55.60 -36.92 31.32 25.99 -18.53 图3.4-3 底层弯矩分配(单位KNM)节点弯矩二次调整：在用分层法计算竖向荷载作用下的结构内力时，计算的框架节点处弯矩之和不等于零，这是由于分层计算单元与实际结构不符带来的误差，因此要对节点不平衡力矩再做一次弯矩分配，予以修正。顶层框架边柱节点，下层框架传来弯矩是28.79kNm，。节点各构件分配到的弯矩分别为： 顶层框架中柱节点，下层框架传来弯矩是-20.53kNm。节点各构件分配到的弯矩分别为： 将分配到的不平衡弯矩与节点弯矩相加得到节点的平衡弯矩。见下图 0.655 0.638 0.120 0.345 0.242 28.79 -18.86 13.10 -20.53 2.46 -9.93 -110.53 94.42 4.97 -36.17 72.68 -58.25 91.54 -129.39 107.52 -73.81 -33.71 图 3.4-4 节点平衡弯矩第四层框架边柱节点，上层和下层框架传来弯矩分别是24.23 kNm，28.79kNm。节点各构件分配到的弯矩分别为： 第四层框架中柱节点，上层和下层框架传来弯矩分别是-19.42 kNm、-20.53kNm。节点各构件分配到的弯矩分别为： 将分配到的不平衡弯矩与节点弯矩相加得到节点的平衡弯矩。见下图 24.23 -19.42 -13.63 7.79 86.38 -61.59 96.98 -73.22 0.195 0.257 0.486 0.513 0.097 0.257 0.195 28.79 -25.77 20.49 -20.53 3.88 -13.63 -152.66 159.41 7.79 -36.23 86.38 -61.59 101.54 -178.43 179.90 -74.33 -32.35 图3.4-5 第四层二次弯矩分配(单位KNM)第三层框架边柱节点，上层和下层框架传来弯矩分别是28.79 kNm，28.79kNm。节点各构件分配到的弯矩分别为： 第三层框架中柱节点，上层和下层框架传来弯矩分别是-20.53kNm、-20.53kNm。节点各构件分配到的弯矩分别为： 将分配到的不平衡弯矩与节点弯矩相加得到节点的平衡弯矩。见下图 28.79 -20.53 -14.80 8.01 86.38 -61.59 100.37 -74.11 0.195 0.257 0.486 0.513 0.097 0.257 0.195 28.78 -27.98 21.06 -20.53 3.98 -14.80 -152.66 159.41 8.01 -36.23 86.38 -61.59 100.36 -180.64 180.47 -74.11 -32.25 图3.4-6 三层二次弯矩分配(单位KNM)第二层框架边柱节点，上层和下层框架传来弯矩分别是28.79 kNm，30.05kNm。节点各构件分配到的弯矩分别为： 第二层框架中柱节点，上层和下层框架传来弯矩分别是-20.53 kNm、-21.30 kNm。节点各构件分配到的弯矩分别为： 将分配到的不平衡弯矩与节点弯矩相加得到节点的平衡弯矩。见下图28.79 -20.53 -15.12 8.16 86.38 -61.59 100.05 -73.96 0.195 0.257 0.486 0.513 0.097 0.257 0.195 30.05 -28.60 21.46 -21.30 4.06 -15.12 -152.66 159.41 8.16 -36.23 86.38 -61.59 101.31 -181.26 180.87 -74.73 -32.17 图3.4-7 二层二次弯矩分配（单位KNM)底层框架边柱节点，上层框架传来弯矩是28.79kNm，。节点各构件分配到的弯矩分别为： 底层框架中柱节点，上层框架传来弯矩是-20.53 kNm。节点各构件分配到的弯矩分别为： 将分配到的不平衡弯矩与节点弯矩相加得到节点的平衡弯矩。见下图28.79 -20.53 -7.66 4.11 90.16 -63.91 111.29 -80.33 0.200 0.266 0.504 0.528 0.098 0.230 0.174 -14.51 10.84 2.01 -6.62 -148.02 156.44 3.57 -36.92 77.96 -55.60 71.34 -162.53 167.28 -52.03 -34.91 图3.4-8 底层二次弯矩分配(单位KNM)3.5 活载荷载计算屋面活荷载：0.5 kN/m，(不上人屋面)，搂面活荷载：2.0 kN/m，走廊：2.5 kN/m荷载计算：线荷载 屋面： 屋面活载0.5kN/m2 屋面板传来的活载：0.54.052.03 kN/m 教室横梁的三角形线荷载合计：2.03 kN/m走廊板传来的活载：0.52.71.35 kN/m 走廊横梁的三角形线荷载合计：1.35kN/m楼面： 楼面活载2.0kN/m2楼面板传来的活载：2.04.058.1 kN/m 教室横梁的梯形线荷载合计：8.1 kN/m走廊：楼面活载2.5kN/m2走廊楼面传来的活载：2.52.77.29 kN/m 走廊横梁的三角形线荷载合计：7.29 kN/m荷载计算：集中荷载次梁传来的集中荷载：屋面：板传来的活载：0.54.052.03 kN/m(5.4+5.4-4.05)2.030.56.86KN 次梁传来的集中荷载合计：6.86KN楼面：板传来的活载：2.04.058.1kN/m(5.4+5.4-4.05)8.10.527.2KN 次梁传来的集中荷载合计：27.2KN屋面框架节点集中荷载边柱联系梁传来的屋面活载：0.65.40.51.62KN0.5(5.4+5.4-4.05)4.05/20.5=3.42 KN 顶层边节点集中荷载合计：5.04KN中柱联系梁传来的屋面活载：0.5(5.4+5.4-2.7)2.7/20.5=2.73 KN0.5(5.4+5.4-4.05)4.05/20.5=3.42 KN 顶层中节点集中荷载合计：6.15KN楼面框架节点集中荷载：边柱联系梁传来的楼面活载：0.5(5.4+5.4-4.05)4.05/22.0=13.67KN 楼面层边节点集中荷载合计：13.67KN中柱联系梁传来的楼面活载：0.5（5.4+5.4-2.7）2.7/22.513.67KN0.5(5.4+5.4-4.05)4.05/22.0=13.67KN 楼面层中节点集中荷载合计：27.34KN集中荷载引起的偏心弯矩M屋面层集中荷载引起的偏心弯矩M:5.040.452.27KNM楼面层集中荷载引起的偏心弯矩M:27.340.175=4.78KNM屋面层梁上作用的活载 图3.5-1 屋面梁上荷载在上图中，qk1、qk1分别代表房间和走廊传给横梁的三角形荷载。qk1 =2.03 kN/m qk1=1.35 kN/m qk =6.86KN qk1、qk1代表房间和走廊传给横梁的三角形荷载和跨中集中荷载，需要将其转化为等效均布荷载。 两个三角形荷载 三角形荷载 跨中集中荷载 横向框架活荷载： 屋面板：1.08+1.27=2.35kN/m （8.1m跨） 0.844 kN/m （2.7m跨）楼面层梁上作用的活载 图3.5-2 楼面梁上荷载在上图中，qk1、qk1分别代表房间和走廊传给横梁的三角形荷载。qk1 =8.1kN/m qk1 =7.29 kN/mqk =27.2KN qk1、gk1代表房间和走廊传给横梁的梯形、三角形荷载和跨中集中荷载，需要将其转化为等效均布荷载。 两个三角形荷载 三角形荷载 跨中集中荷载 横向框架活荷载： 楼面板： 4.3+5.04=9.34kN/m （8.1m跨） 4.56 kN/m （2.7m跨）3.6 活载内力计算活载作用下节点分配系数同恒载作用下节点分配系数相同。0.655 0.638 0.120 2.27 0.345 0.242 -12.85 12.85 -0.51 3.65 6.93 3.46 -5.04 -10.08 -3.82 -1.90 1.90 1.74 3.30 1.65 -1.05 -0.40 -0.20 0.20 5.39 -7.66 6.83 -4.22 -2.61 2.09 1.80 -1.41 图3.6-1 顶层弯矩分配(单位KNM)6.15 -4.27 1.36 -0.25 4.79 -4.02 18.44 -12.82 4.08 -0.75 14.36 -12.07 0.195 0.257 0.486 0.513 0.097 -4.78 0.257 0.195 -51.10 51.10 -2.77 14.36 27.16 13.58 -15.88 -31.76 -12.07 -6.01 6.01 4.08 7.72 3.86 -1.98 -0.75 -0.37 0.37 18.44 -32.10 34.80 -12.82 -9.15 6.38 6.15 -4.27 图3.6-2 中间层弯矩分配(单位KNM)6.42 -4.44 1.46 -0.28 4.95 -4.16 19.25 -13.31 4.38 -0.83 14.86 -12.48 0.200 0.266 0.504 0.528 0.098 -4.78 0.230 0.174 -51.10 51.10 -2.77 12.85 28.16 14.08 -16.48 -32.95 -10.86 -6.12 6.12 3.79 8.30 4.15 -2.19 -0.72 -0.41 0.41 16.64 -31.11 34.19 -11.58 -9.29 6.52 5.55 -3.86 图3.6-3 底层弯矩分配(单位KNM)节点弯矩二次调整：同恒荷载作用下一样，在活荷载作用下也要对节点不平衡力矩再做一次弯矩分配，予以修正。顶层框架边柱节点，下层框架传来弯矩是6.15