土木工程毕业设计（论文）-信阳市第一高级中学教学楼设计

郑州华信学院毕业设计 信阳市第一高级中学教学楼设计第1章 建筑结构设计总说明1.1工程概况（1）工程名称：信阳市第一高级中学教学楼；（2）工程位置：河南省信阳市；（3）工程面积：5837，层数是6层，各层层高为3.9m。（4）结构体系：框架结构（5）室外地坪标高-450mm，设计0.000为室内第一层标高（6）抗震设防烈度为7度，II类场地类别（7）气象资料：基本风压：0.45kN/ 基本雪压：0.40kN/全套图 纸加扣 3346389411或30122505821.2建筑的功能和特点（1）建筑的平面设计部分：教学楼东西长54.45米，南北宽18.15米，每层都设有教室，办公室，二到六层设有合班教室，男女卫生间各一个布置在楼层的一侧，而且满足规范的要求，每层设有两个楼梯，西侧一个，大厅的入口处布置一个，以满足人流和消防的要求。（2）建筑的立面设计：门口的位置偏向一侧，立面的窗户整齐有规律，柱子是突出墙面一部分的，使建筑的立面造型有了韵律感，（3）防火、防水：防火等级二级，安全疏散的距离满足规范的要求。本工程屋面的防水等级按二级进行设计，屋面的排水采用有组织的内天沟式的排水方式。1.3工程做法（1）屋面做法：SBS改性沥青防水卷材4mm厚1:3水泥砂浆找平层20mm厚聚苯保温板 100mm厚1:3水泥砂浆找平层20mm厚1:6水泥焦渣找坡80mm厚板底20厚粉刷抹平20mm厚 （2）楼面做法：铺地砖面层 10mm 1:4水泥砂浆结合层20mm 1:3水泥砂浆找平层 20mm 20厚板底粉刷抹平（3）外墙面做法： 1：3水泥砂浆打底扫毛6mm厚1：0.2：2水泥石灰砂浆结层12mm厚3mm厚的T920瓷砖胶黏剂贴612mm厚的面砖 T924的砂质勾缝剂勾缝。（4）内墙面做法：1：3 水泥砂浆打底扫毛9mm 1：3 水泥砂浆找平扫毛7mm 1：1 石灰膏细砂浆面层5mm 喷内墙涂料（5）散水做法：150mm素土夯实60mmC15混凝土20mm 1:3水泥砂浆找平高分子保护层高分子卷材一层20mm1:2水泥砂浆压实抹光.第2章 结构设计2.1结构选材（1）混凝土：柱C35、梁C30、板C25（2）钢筋：梁：主筋II级钢（HRB335）柱：主筋II级钢（HRB335）梁柱箍筋：I级钢（HPB300） 板：I级钢（HPB300）2.2结构方案（1）柱网布置图2.2-1 柱网布置（2）梁截面尺寸的确定边跨（AB,CD）梁：取h=(1/12) l=(1/12) 7200=600mm,取b=300mm,中跨（BC）梁：h=500mm,b=300mm边柱（A轴，B轴C轴，D轴）连系梁，取b=250mm,h=500mm（3）柱截面尺寸的确定柱截面尺寸均为b=450mm,h=450mm现浇板厚度取为120mm2.3各框架梁柱线刚度以及抗侧移刚度（1）梁的线刚度的计算梁的线刚度考虑了现浇楼板的作用，混凝土采用C25，则梁的线刚度计算结果见表表2.3-1 梁的线刚度部位截面跨度惯性矩边框架梁中框架梁bh(m)L (m) () () ()走道梁3.33.134.703.996.265.31楼面梁7.25.408.103.1510.804.20（2）柱的抗侧移刚度表2.3-2 柱的线刚度和抗侧移刚度楼层层高(m)柱号柱根数Bh(m) ()K263.9Z1190.450.453.422.461.710.460.89316.96748.914Z2193.870.661.28124.339Z341.280.390.7573.028Z442.90.591.1454.58014.9Z1190.450.453.421.952.150.640.62411.85631.44Z2194.880.780.76014.44Z341.620.590.5752.30Z443.660.730.7112.844第3 章 荷载计算3.1 恒荷载标准值统计与计算参照GB5009-2001建筑结构荷载规范对材料及有关建筑做法的取法，分层分步计算出有关的恒荷载标准值。其相关建筑做法参照取自山东省建筑做法说明。（1）屋面框架线荷载标准值SBS改性沥青防水卷材4mm厚 0.00412=0.05 KN/m21:3水泥砂浆找平层20mm厚 0.02020=0.4 KN/m2聚苯保温板 100mm厚 0.1004=0.4 KN/m21:3水泥砂浆找平层20mm厚 0.02020=0.4 KN/m21:6水泥焦渣找坡80mm厚 0.08015=1.2 KN/m2钢筋混凝土楼板120mm厚 0.12025=3.0 KN/m2板底20厚粉刷抹平20mm厚 0.02017=0.34 KN/m2 屋面恒荷载： 5.79KN/m2框架梁自重： 边跨梁：0.30 （0.6-0.12）25 = 3.6KN/m 梁侧粉刷 2（0.6-0.12）0.0217= 0.33 KN/m3.6KN/m+ 0.33KN/m2 =3.93 KN/m中跨梁：0.30（0.5-0.12）25 = 2.85 KN/m梁侧粉刷 2（0.5-0.12）0.0217= 0.26 KN/m2.85KN/m+ 0.26 KN/m2 =3.11 KN/m作用在顶层框架梁上的线荷载如下：g6AB1= g6CD1=3.93 KN/mg6BC1=3.11 KN/mg6AB2 =g6CD2=5.795.4=31.27 KN/mg6BC2=5.793.3=19.11 KN/m（2）楼面框架梁线荷载标准值铺地砖面层 10mm 0.01020=0.2 KN/m21:4水泥砂浆结合层20mm 0.02020=0.4 KN/m21:3水泥砂浆找平层 20mm 0.02020=0.4 KN/m2120厚现浇钢筋混凝土板 250.12 = 3.0 KN/m220厚板底粉刷抹平 170.02 = 0.34 KN/m2 楼面恒荷载标准值 4.34KN/m2框架梁自重： 边跨框架梁以及梁侧粉刷：3.93KN/m边跨填充墙体自重 0.24（3.9-0.6）19= 15.05 KN/m 墙面粉刷 2（3.9-0.6）0.0217= 2.24 KN/m 3.93+15.05+2.24=21.22 KN/m中跨框架梁以及梁侧粉刷：3.11 KN/m作用在中间层框架梁上的线荷载如下：gAB1= gCD1=21.22 KN/mgBC1=3.11 KN/mgAB2 =gCD2=4.345.4=23.44 KN/mgAB2=4.343.3=14.32 KN/m（3）屋面框架节点集中荷载标准值(对于一面粉刷一面贴瓷砖面层的墙来说可以等效成两面粉刷（0.0217+0.5)2=0.42的粉刷层)边柱连系梁自重： 0.250.505.425 =16.88KN连系梁粉刷层及贴瓷砖面层自重： 0.02（0.50.12）15.417+0.55.40.5= 2.05KN女儿墙自重（高600 mm，240厚）： 0.240.65.419= 14.77 KN女儿墙粉刷层及贴瓷砖面层自重： 20.420.65.4=2.72 KN 连系梁传来屋面自重： 1/25.41/25.4 5.79= 42.21KN顶层边节点集中荷载 G6A = G6D = 78.63 KN中柱连系梁自重： 0.25（0.5-0.12）5.425 = 12.83 KN粉刷： 0.020（0.500.12）25.417=1.40KN系梁传来屋面自重: 0.55.40.55.45.79=42.21 KN (5.4-3.3+5.4) 1.650.55.79=35.83KN 顶层中间节点集中荷载 G6B= G6C = 92.27 KN（4）楼面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重： 0.250.505.425 =16.88 KN连系梁粉刷层及贴瓷砖面层自重：0.02（0.50.12）15.417+0.55.40.5= 2.05KN铝合金窗自重： 2.43.60.45 = 3.89KN窗的下部墙体自重： 0.244.951.019=22.57 KN窗边墙体自重 0.241.352.419=14.77KN墙的粉刷以及贴瓷砖自重 （3.9-0.5）（5.4-0.45）-3.62.4）0.5=4.10KN框架柱自重： 0.450.453.925 = 19.74KN粉刷; 1.080.023.917=1.43KN连系梁传来楼面自重： 5.4/25.4/24.34=31.64KN 中间层边跨节点集中荷载： GA = GD=117.07 KN中柱连系梁自重： 0.25（0.5-0.12）5.425 = 12.83 KN中柱连系梁粉刷层自重： 0.020（0.500.12）25.417=1.40KN内纵墙自重： 0.24（5.4-0.45）（3.9-0.5）19=76.74KN 粉刷： 20.02（5.4-0.45）（3.9-0.5-1.2）17+0.521.2（5.4-0.45）=13.35KN减去门洞的自重加上门重 -1.21.2（5.56-0.2）-1.20.9（5.24-0.2）=-13.16KN 框架柱自重： 0.450.453.925 = 19.74KN 粉刷： 1.080.023.917=1.43KN楼面连系梁传来自重:1/25.41/25.4+1/2（5.4-3.3+5.4）1.65 4.34= 58.49 KN中间层中跨节点集中荷载： GB = G C = 170.82KN （5）在恒载作用下框架的计算简图如下图所示 图3.1-1 恒载作用下的计算简图3.2 活荷载标准值计算楼面活荷载作用下的结构计算简图如下图所示，计算过程如下;p6AB=p6CD=5.40.5=2.7 KN/mp6BC=3.30.5=1.65 KN/mP6A=P6D=0.55.40.55.40.5=3.65KNP6B=P6C=3.65+0.5(5.4+5.4-3.3) 1.650.5=6.74 KNpAB=pCD=5.42=10.8 KN/mpBC=3.32.5= 8.25KN/mPA=PD=0.55.40.55.42=14.58 KNPB=PC=14.58+0.5(5.4+5.4-3.3) 1.652.5=30.05 KN 图3.2-1 活荷载作用下的计算简图3.3风荷载标准值的计算风荷载标准值的计算公式： k =zsz (3.1)因为结构的高度为H=24m30m，因此可取z =1.0；对于矩形平面s =1.3；z取值由建筑结构荷载规范查的,由于建筑处于房屋比较稀疏的城市郊区，因此地面粗糙指数按B类。并且将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载值，计算结果如下表所示。表中的Z表示框架节点到室外地坪的高度，其中A表示一榀框架各层节点的受风面积。表3.3-1 风荷载计算表层数zsZi (m)zo (KN/m2)Ai (m2) Pi (KN)六层1.01.323.851.315450.6513.7715.306五层1.01.319.951.24890.6521.0622.225四层1.01.316.051.16310.6521.0620.698三层1.01.312.151.06020.6521.0618.867二层1.01.38.251.00.6521.0617.796一层1.01.34.351.00.6522.2818.827 图3.3-1 风荷载作用下的计算简图3.4风荷载作用下的水平位移的弹性验算表3.4-1 风荷载的层间位移层次层高（mm）Fi(KN)Vi(KN) (KN/m) (mm) (mm) /6390015.30615.30639602.80.38611.4721/101045390022.22537.53139602.80.94811.0861/41144390020.69858.22939602.81.47010.1381/26533390018.86777.09639602.81.9478.6681/20032390017.79694.89239602.82.3966.7211/16281490018.827113.71926291.924.3254.3251/1133其中最大的层间侧移为1/11331.4Tg = 1.40.35 = 0.49 s， 顶部附加地震作用系数n=0.08 T1+0.07=0.142所以考虑结构顶层附加作用，每榀框架所承受的地震力可按下式计算至各层节点处： Fi = FEK（1-n） (3.2)D F n =nFEK1=0.1421950.03=276.9KN计算过程如下：H1 =4.9m， G1 =12318.41 KNH2 = 4.9+ 3.9 = 8.8 m， G2 =11370.82 KNH3 = 8.8 + 3.9 = 12.7 m， G3 = 11370.82 KNH4 =12.7 + 3.9 = 16.6 m， G4 = 11370.82KNH5 = 16.6+ 3.9 = 20.5 m， G5 = 11370.82 KNH6 = 20.5+ 3.9 = 24.4 m， G6 = 9673.3 KNG1H1 = 12318.414.9 =60360.21KNmG2H2 = 11370.828.8= 100063.22KNmG3H3 =11370.8212.7=144409.41KNmG4H4 = 11370.8216.6= 188755.61KNmG5H5 =11370.8220.5 = 233101.81KNmG6H6 = 9673.324.4 = 236028.52KNmGjHj=60360.21+100063.22+144409.41+188755.61+233101.81+236028.52=962718.78KNm (j = 1、2、3、4、5、6)因为FEK1 =249.36KN，所以作用在各层节点处的地震剪力如下： Fi = FEK（1-n） (3.3)F1 = （60360.21/962718.78）1950.03(1-0.142) = 104.88KNF2 = （100063.22/962718.78）1950.03(1-0.142)= 173.88KNF3 = （144409.41/962718.78）1950.03(1-0.142)= 250.93KNF4 = （188755.61/962718.78）1950.03(1-0.142) =328.09KNF5 = （233101.81/962718.78）1950.03 (1-0.142)=405.14KNF6 = （236028.52/962718.78）1950.03(1-0.142)=410.20KN计算结果如下表所示：表3.7-1 地震作用下的层间位移楼层层高（m） Fi (KN)(KN) (KN/m)层间侧移位移角63.9410.20687.148.9140.00141/278553.9405.141092.2448.9140.00221/177243.9328.091420.3348.9140.00291/134433.9250.931671.2648.9140.00341/114723.9173.881845.1448.9140.00381/102614.9104.881950.0331.440.00621/790层间侧移角最大值1/7901/550满足要求第4章 框架结构的内力计算4.1 恒荷载作用下的内力计算恒荷载为竖向荷载，内力计算时采用弯矩二次分配法进行计算： 图4.1-1 恒荷载作用下框架结构的计算简图先要将三角形荷载和梯形荷载转化为矩形荷载，等效过程如图所示 图4.1-2 等效荷载示意图其中= ，L1为5.4m，L2为7.2m，则=0.375，则1-22 +3=0.771因此二到六层的边跨梁的等效荷载：0.77123.44+21.22=39.29KN/m中间跨梁的等效荷载： 5/814.32+3.11=12.06KN/m顶层边跨梁的等效荷载：0.77131.27+3.93=28.04KN/m中间跨梁的等效荷载： 5/819.11+3.11=15.05KN/m 因此恒荷载作用下的等效荷载简图如下图所示： 图4.1-3 恒荷载作用下的等效荷载简图恒荷载作用下的内力计算过程如下：1. 因为框架结构和荷载对称，因此取半跨进行分析，计算分配系数、固端弯矩。2. 将各节点不平衡弯矩进行第一次分配。3. 将分配弯矩向相邻远端传递，传递系数为1/2。4. 将各节点因传递弯矩而产生的新的不平衡弯矩进行第二次分配，使各节点处于平衡状态。5. 将各杆端的固定弯矩、分配弯矩和传递弯矩相加，即可得到各杆端弯矩。弯矩二次分配法的计算过程如下图所示：（1）固端弯矩的计算：计算各梁端在恒荷载作用下的固端弯矩，计算结果如下：M6AB = -(1/12) 28.047.22 = -121.1KNmM6BA= 121.1KNm M6BC = -(1/3) 15.051.652 = -13.7 KNm M6BC中 = -(1/6) 15.051.652 = -6.9 KNmMAB = -(1/12) 39.297.22 = -169.7KNmMBA= 169.7KNm MBC = -(1/3) 12.061.652 = -10.9 KNm MBC中 = -(1/6) 12.061.652 = -5.5 KNm弯矩分配系数的计算对于边跨梁的边柱的顶端的分配系数为=442000+424600=266400=0.631，=0.369对于边跨梁的边柱的一般层的分配系数为=246004+246004+420004=364800=0.270，=0.270，=0.460对于边跨梁的边柱的底层的分配系数为=246004+195004+420004=344400=0.286，=0.226，=0.488对于边跨梁的中柱的顶端的分配系数为=420004+531002+246004=372600=0.451，=0.285，=0.264对于边跨梁的边柱的一般层的分配系数为=246008+531002+420004=471000=0.357，=0.225，=0.209，=0.209对于边跨梁的边柱的底层的分配系数为=420004+195004+531002+246004=450600=0.373，=0.236，=0.173，=0.2184.2 恒荷载的弯矩二次分配表4.2-1 恒荷载的弯矩二次分配层数边节点中节点第六层位置上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁滑动分配系数0.3690.6310.4510.2640.285固端弯矩-121.1121.1-13.7-6.9分配弯矩44.6976.41-48.44-28.35-30.61传递弯矩22.91-24.2238.21-16.6030.61分配弯矩0.480.83-9.75-5.71-6.16杆端弯矩68.08-68.08101.12-50.66-50.4723.71第五层位置上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁分配系数0.2700.2700.4600.3570.2090.2090.225固端弯矩-169.7169.7-10.9-5.5分配弯矩45.8245.8278.06-56.69-33.19-33.19-35.73传递弯矩22.3522.91-28.3539.03-14.18-16.6035.73分配弯矩-4.57-4.57-7.78-2.95-1.72-1.72-1.86杆端弯矩63.664.16-127.77149.09-49.09-51.51-48.4930.23第四层位置上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁分配系数0.2700.2700.4600.3570.2090.2090.225固端弯矩-169.7169.7-10.9-5.5分配弯矩45.8245.8278.06-56.69-33.19-33.19-35.73传递弯矩22.9122.91-28.3539.03-16.60-16.6035.73分配弯矩-4.72-4.72-8.04-2.08-1.22-1.22-1.31杆端弯矩64.0164.01-128.03149.96-51.01-51.01-47.9430.23第三层位置上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁分配系数0.2700.2700.4600.3570.2090.2090.225固端弯矩-169.7169.7-10.9-5.5分配弯矩45.8245.8278.06-56.69-33.19-33.19-35.73传递弯矩22.9122.91-28.3539.03-16.60-16.6035.73分配弯矩-4.72-4.72-8.04-2.08-1.22-1.22-1.31杆端弯矩64.0164.01-128.03149.96-51.01-51.01-47.9430.23第二层位置上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁分配系数0.2700.2700.4600.3570.2090.2090.225固端弯矩-169.7169.7-10.9-5.5分配弯矩45.8245.8278.06-56.69-33.19-33.19-35.73传递弯矩22.9124.27-28.3539.03-16.60-17.3135.73分配弯矩-5.08-5.08-8.66-1.83-1.07-1.07-1.15杆端弯矩63.6565.01-128.65150.21-50.86-51.57-47.7830.23第一层位置上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁分配系数0.2860.2260.4880.3730.2180.1730.236固端弯矩-169.7169.7-10.9-5.5分配弯矩48.5338.3582.81-59.23-34.62-27.47-37.48传递弯矩22.91-29.6241.41-16.6037.48分配弯矩1.921.523.27-9.25-5.41-4.29-5.86杆