黄埔前进中学实验楼设计计算书-本科毕业论文

本科毕业设计（论文）题目：黄埔前进中学实验楼设计院 系： 专 业： 学 号： 姓 名： 指导教师： 2016年05月摘 要本设计研究的内容是黄埔前进中学实验楼。采用现浇钢筋混凝土框架结构，主体结构为五层，主楼层高19.500m，总建筑面积为4995.40m2。本设计贯彻“实用、安全、经济、美观”的设计原则。按照建筑设计规范，考虑影响设计的各项因素。严格遵循相关的专业规范的要求，参考相关资料和有关最新的国家标准规范，对设计的各个环节进行综合全面的科学性考虑。本设计主要包括建筑设计部分和结构设计部分。建筑设计部分主要包括建筑平面、立面、剖面的设计。结构设计方面包括了结构的布置、结构构件的配筋设计，具体有柱梁板设计、楼梯间计算、内力组合、框架配筋等方面。在确定框架布局之后，计算竖向荷载作用下的结构内力和水平荷载作用下的结构内力。进行内力组合找出最不利的一组或几组内力组合。选取最安全的结果计算配筋并绘图。关键词：框架结构；抗震设计；结构设计；内力计算1AbstractThe design of the study content is Whampoa forward the experimental middle school building. Using cast-in-place reinforced concrete frame structure, main structure for five layer, the main building storey 19.500m, with a total construction area of 4995.40m2. the design implement of practical, safe, economic, beautiful design principles. According to the architectural design standard, consider the factors that influence the design of. In strict compliance with the relevant professional standard, reference to relevant information about the latest national standards, each link of the design of comprehensive scientific consideration.This design mainly includes the architectural design part and the structural design part.The architectural design part mainly includes the design of the building plane, elevation and section.Structural design, including the structure of the layout, structural members of the reinforcement design, concrete column beam plate design, staircase calculation, internal force combination, frame reinforcement and so on.In determining the distribution framework to calculate the internal forces of the structure under the action of vertical load internal force of the structure and the horizontal load under the action of. Combination of internal forces to find the worst of a group or several groups of internal force combination. Select the safety results of the reinforcement and drawing.Key words: frame structure; structural design; internal force calculation; seismic design;1目录1 建筑设计11.1 建筑概况11.2 设计资料及设计依据11.2.1 建筑规模11.2.2 气象资料11.2.3 抗震要求11.2.4 地基土承载能力11.3 平面设计11.4 立面设计11.5 剖面设计21.6 墙面设计21.7 楼梯做法21.8 屋面做法31.9 其他32 结构平面布置52.1 结构平面布置图52.2 框架截面进行尺寸计算52.2.1 框架梁截面尺寸52.2.2 框架柱截面尺寸进行计算52.2.3 截面尺寸楼板柱估算73 框架计算简图的确定84 框架结构刚度参数计算94.1 柱子和梁的线刚度计算94.2 柱子的抗侧刚度计算105 荷载计算115.1 恒载标准值计算115.2 活荷载标准值计算135.3 荷载分类135.4 重力荷载代表值146 框架内力计算156.1 横向水平地震作用下框架结构的内力和位移计算156.1.1 横向自振周期计算156.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算156.1.3 位移验算在水平地震作用下166.1.4 水平地震作用下框架内力计算176.2 横向风荷载作用下内力和位移计算206.2.1 各层楼面处集中风荷载标准值的计算206.2.2 横向框架在风荷载作用下的位移计算216.2.3 横向框架在风荷载作用下的内力计算226.3 恒荷载作用下框架结构的内力计算246.3.1 计算单元246.3.2 荷载计算246.3.3 梁柱弯矩计算276.3.4 梁柱端剪力计算286.3.5 梁柱端轴力计算296.4 框架结构在活荷载作用下内力计算336.4.1 活荷载计算336.4.2 柱子弯矩、梁弯矩计算356.3.3 梁柱端剪力计算376.3.4 梁柱端轴力计算387 内力组合427.1 框架梁的内力组合427.2 框架柱的内力组合428 截面设计和配筋计算528.1 框架梁截面设计528.1.1 框架梁正截面受弯承载力计算528.1.2 斜截面受剪承载力计算578.2 框架柱截面设计588.2.1 剪跨比及轴压比验算588.2.2 框架柱正截面受压承载力计算588.2.4 框架柱子的斜截面进行受剪承载力计算619 楼梯设计679.1 梯段板设计679.2 平台板设计689.3 平台梁设计6910 楼板截面设计及配筋计算7110.1 恒荷载标准值计算7110.2 活荷载标准值计算7110.3 荷载设计值计算7110.4 楼面板配筋计算7210.5 屋面板配筋计算75致谢78参考文献79V1 建筑设计1.1 建筑概况本设计题目为黄埔前进中学实验楼设计，建筑层数为五层，建筑面积为4995.40m2 ，建筑总高度为19.500m。结构类型为现浇混凝土框架结构。1.2 设计资料及设计依据1.2.1 建筑规模本建筑面积为4995.40m2 ，建筑层数为五层，结构形式为钢筋混凝土框架结构，功能要求符合教学楼使用情况。1.2.2 气象资料本地区基本风压值为Wk=0.35kNm2， 本地区最冷月平的温度为最低为-10，最高月平的温度：最高温度为35，主要主导风向为东北风。1.2.3 抗震要求本设计结构的环境类别为地上部分为一类环境，地下部分为二b类环境；抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.10g；建筑场地类别：类；建筑抗震设防类别：乙类。1.2.4 地基土承载能力地基承载力特征值fak=200kPa。1.3 平面设计平面设计是建筑各层的水平剖切图，建筑平面图表示建筑物在水平方向各部分之间的相关关系，还反应各建筑与周围包围它们的垂直构件直接的相互关系。1.4 立面设计各主要立面图：图纸比例为1：100。并绘制出正立面图、侧立面图。标明立面处理、门窗形式、墙面装饰及雨水管位置等。立面设计的时候应考虑下面几点（1）符合基地环境、符合总体规划。（2）符合建筑物的需求。（3）符合建筑物的特征。（4）合理运用视觉、构图的规律（5）掌握好设计指标和经济指标1.5 剖面设计剖面图:比例1：100 。剖切位置可以是楼梯或有代表性的部位，绘制剖面图，表明屋面、楼板、楼梯及各类主要构造，标注标高（以米计）及尺寸。1.6 墙面设计在进行墙面设计的时候，要满足下面几点要求：1.7 楼梯做法该楼梯为两跑楼梯，采用板式楼梯结构,楼梯间高度3.9m(标准层)，梯间宽为4.2m，左右梯段宽为1.90m，楼梯井宽为0.16m。每跑均为13级踏步，踏步高度为150mm,踏步宽度为300mm。梯段板厚取120mm。休息平台梁宽为250mm，高为400mm。楼梯设计应该满足下面几点要求 1.8 屋面做法自上而下做法为：20厚1;2水泥砂浆暗踢脚线150高；撒干伴1；2水泥，表面压光，30厚c20细石混凝土面层随捣随抹平，现浇混凝土楼板。对于屋面进行保护层，找坡层，找平层，结合层，防水层，结构层进行设计。防水层采用SBS防水卷材，结构层现浇混凝土楼板。1.9 其他建筑散水宽为600.勒脚要做到散水以下300，散水自上而下做法为70厚c15细石混凝土随捣随抹，80厚碎石垫层，素土夯实，散水与勒脚交接处留缝20mm，每1米设伸缩缝宽20mm缝内灌1：2沥青砂浆。散水坡度为5%。建筑门窗应满足以下要求：2 结构平面布置2.1 结构平面布置图（1）主体结构共5层。（2）本工程主体结构为框架结构。（3）梁、板、柱均选用C30。（4）开间；4200，进深；7500。图2.1 平面布置图柱网2.2 框架截面进行尺寸计算2.2.1 框架梁截面尺寸截面尺寸进行计算：纵向位置框架梁的计算： L纵向位置外柱距离为，h=400mm ，并考虑构造要求梁宽b=250mm 横向位置边跨梁的计算： L纵向位置外柱距离为，h=700mm ，b=300mm 横向位置中跨梁的计算： L纵向位置外柱距离，考虑构造要求距离h=400mm ，考虑构造要求梁宽b=300mm2.2.2 框架柱截面尺寸进行计算式中： ，如图2.2所示，边柱为，中柱为 图2.2 柱子的负荷面积图边柱=117.91103mm2中柱=158.73103mm2取柱子的截面为矩形，初步选择柱子截面大小为：边柱计算为中柱计算为2.2.3 截面尺寸楼板柱估算，所以楼板厚度为h=100mm3 框架计算简图的确定室内外高差假设为1.00m，一层楼标高为3.900m，故室内外高差为0.45m，所以底层柱子高为，一楼以上层高均为3.90m。框架计算简图为图3.1.图3.1 框架截面的尺寸图4 框架结构刚度参数计算4.1 柱子和梁的线刚度计算类别层次(N/m)(mm)()边横梁1到5 中横梁1到5 表4.1 横梁的线刚度计算层次(mm)(mm2)(mm4)()2到6层 1 表4.2 柱子的线刚度计算4.2 柱子的抗侧刚度计算（1）底层为：，（2）标准层为：，表4.3 横向框架侧向D值计算构件名称合计5层边框梁A/D轴柱 B/C轴柱 中框梁A/D轴柱 B/C轴柱 23层边框梁A/D轴柱 B/C轴柱 中框梁A/D轴柱 B/C轴柱 1层边框梁A/D轴柱 B/C轴柱 中框梁A/D轴柱 B/C轴柱 5 荷载计算5.1 恒载标准值计算（1） 屋面没有人的时候标准值：防水层(刚性)：混凝吐防水味30mm厚C20 防水层(柔性)：SBS卷菜防水层 找平层：水泥沙浆为15mm厚 找坡层：水泥石灰沙浆3找平为40mm厚 保温层：水泥矿渣为80mm厚 结构层：现浇钢筋混凝土板为100mm厚 抹灰层；混合沙浆为10mm厚 170.01=0.17kN/m2总计： 屋面的面积为：（2）各层走道和楼面：地板的面层，水泥砂浆摸缝泥沙浆为30mm厚，面上撒2mm厚素水泥 结构层：钢筋混凝土板100mm厚 抹灰层：混合沙浆10mm厚 总计： 一层到四层楼面面积为：（3）梁和柱子梁的净跨距离的计算表5.1 梁重力荷载、柱重力荷载标准值计算结果层次构件mmm25边横梁0.30.6251.14.95 7.00 28970.20 1466.52 中横梁0.30.3251.12.48 2.50 1486.63 次 梁0.20.3251.11.65 3.90 212.87 纵 梁0.250.3251.12.06 3.70 52396.83 柱0.50.5251.27.50 3.80 561596.00 1596.00 1边横梁0.30.6251.14.95 7.00 28970.20 1466.52 中横梁0.30.3251.12.48 2.50 1486.63 次 梁0.20.3251.11.65 3.90 212.87 纵 梁0.250.3251.12.06 3.70 52396.83 柱0.50.5251.27.50 4.80 562016.00 2016.00 （4）墙外墙所使用砖为：240mm烧结砖，内墙所使用的砖为；240mm混凝土砌块。外墙水刷石外墙面 烧结砖240mm厚 水泥粉粉刷内墙面 合计： 内墙混凝土砌块 240mm 水泥粉粉刷内墙面 合计： 女儿墙水泥粉粉刷外墙面 普通砖240mm厚 防水卷材 总计： 5.2 活荷载标准值计算（1）屋面活荷载和楼面活荷载标准值在规范查的结果屋面上没有人恒荷载标准值 0.5 kN/m2恒荷载标准值楼面 2.5 kN/m2恒荷载标准值走廊 3.5 kN/m2恒荷载标准值楼梯 3.5 kN/m22层到5层均布活荷载计算： （2）活荷载计算屋面： 屋面活荷载计算：kN。5.3 荷载分类表5.2 重力荷载代表值计算表（单位：kN）层次梁柱板墙门窗活荷载Gi5层4层3层2层1层5.4 重力荷载代表值图5.1 重力荷载代表值各质点6 框架内力计算6.1 横向水平地震作用下框架结构的内力和位移计算6.1.1 横向自振周期计算假设顶点位移为，并且计算结构的基本自振周期，并计算的结果绘制表6.1表6.1 假定顶点位移T计算结果层次Gi(kN)Gi(kN)D(kN/m)58773.33 8773.33 900871 0.010 0.177 49160.47 17933.80 900871 0.020 0.167 39160.47 27094.26 900871 0.030 0.147 29160.47 36254.73 900871 0.040 0.117 19791.91 46046.63 601391 0.077 0.077 结构的基本自振周期，我们要考虑非结构墙对其中影响，因为折减系数为=0.7，所以结构的基本自振周期计算结果：6.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算因为该工程所在位置是抗震设防烈度为7度，场地为类，所以设计地震分组为第一组，表查可知道得=0.08，用底部剪力法计算出水平地震作用，即。因s，所以要考虑顶部附加水平地震力作用，=0.11042271.46=249.86kN=(1-0.1107)227=2021.96kN各质点在水平地震作用下公式为：，用公式计算出来的结果做成表6.2。各质点在水平地震作用下楼层地震剪力沿房屋高度的分布为图6.1。表6.2 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算层次520.50 8773.33 179853.27 0.3118 708.21 249.861207.65 416.60 9160.47 152063.72 0.2636 598.78 1806.43 312.70 9160.47 116337.91 0.2017 458.10 2264.54 28.80 9160.47 80612.09 0.1397 317.43 2581.96 14.90 9791.91 47980.33 0.0832 188.93 2770.90 各质点水平地震作用和楼层地震剪力沿房屋高度的分布图()水平地震作用分布 ()层间剪力分布图6.1 横向水平地震作用及楼层地震剪力6.1.3 位移验算在水平地震作用下析层间位移公式为，顶点位移公式为计算，层间弹性位移角公式为；，计算结果为表6.3。表6.3 横向水平地震作用下的位移验算层次51207650.0 900871 1.3405 13.3330 39001/2909 41806432.9 900871 2.0052 11.9925 39001/1945 32264537.9 900871 2.5137 9.9873 39001/1551 22581964.9 900871 2.8661 7.4736 39001/1361 12770897.6 601391 4.6075 4.6075 49001/1063 从6.3中表可以知道，1/10631/550，满足式的要求，其中由规范查的。6.1.4 水平地震作用下框架内力计算表6.4 各层柱反弯点位置、剪力、柱梁端弯矩计算表层号柱号D5边柱1207.65 14579 900871 19.544 1.504 2.396 45.18 28.35 45.18 34.76 中柱17595 23.586 1.660 2.240 50.97 37.77 16.21 16.21 4边柱1806.43 14579 900871 29.235 1.699 2.201 60.01 46.31 88.36 73.88 中柱17595 35.281 1.755 2.145 70.57 57.74 34.46 34.46 3边柱2264.54 14579 900871 36.648 1.894 2.006 67.60 63.81 113.91 93.44 中柱17595 44.228 1.950 1.950 79.29 79.29 43.59 43.59 2边柱2581.96 14579 900871 41.786 1.950 1.950 74.40 74.40 138.21 115.29 中柱17595 50.427 1.950 1.950 89.78 89.78 53.78 53.78 1边柱2770.90 10179 601391 46.898 2.695 2.205 94.10 115.01 168.49 132.46 中柱11300 52.063 2.695 2.205 104.46 127.68 61.79 61.79 表6.5 每层地震作用剪力和轴力计算层号柱号柱剪力梁剪力跨中弯矩边柱轴力5边柱18.85 10.66 5.21 10.66 中柱22.75 10.81 0.00 0.15 4边柱27.26 21.63 7.24 32.29 中柱32.90 22.97 0.00 1.49 3边柱33.69 27.65 10.23 59.94 中柱40.66 29.06 0.00 2.91 2边柱38.15 33.80 11.46 93.74 中柱46.04 35.85 0.00 4.96 1边柱42.67 40.13 18.02 133.86 中柱47.38 41.19 0.00 6.02 图6.2 弯矩图(kNm)图6.3 剪力图（kN）图6.4 柱轴力图（kN）6.2 横向风荷载作用下内力和位移计算6.2.1 各层楼面处集中风荷载标准值的计算 集中风荷载标准值见表6.6： 本地区基本风压为：w0=0.35kN/m2Z S Z B 表6.6 集中风荷载标准值层号离地高度(Z/m)ZZSw0 (kN/m2 )(m)(m)k(kN)519.951.24891.001.300.353.900.906.80 416.051.16311.001.300.353.903.908.67 312.151.06021.001.300.353.903.907.90 28.251.00001.001.300.353.903.907.45 14.351.00001.001.300.353.904.357.88 计算简图在风荷载作用下： 图6.5荷载分布图在风荷载作用(kN)6.2.2 横向框架在风荷载作用下的位移计算（1）梁和柱子线刚度计算在第4.1节，计算过。（2）侧移刚度D值的计算为表6.7表6.7 各柱D值及剪力分配系数表层号及层高柱位置25层（3.9m）边柱 中柱 1层(4.9m)边柱 中柱 （3）风荷载作用下侧移计算根据计算的水平风荷载，由式计算层间剪力。再按下面公式分别计算各层的相对侧移和绝对侧移。各层的层间弹性位移角=。计算过程见下表：表6.8 风荷载作用下层间剪力及侧移计算层号Fi（kN）Vi（kN）Di(N/mm)ui（mm）ui（mm）ui/hi56.80 6.80 64348 0.1057 2.0895 1/36895 48.67 15.47 64348 0.2404 1.9838 1/16222 37.90 23.37 64348 0.3632 1.7433 1/10738 27.45 30.82 64348 0.4790 1.3801 1/8141 17.88 38.71 42956 0.9011 0.9011 1/4328 由表6.8可知，最大层间弹性位移角发生在第1层其值为1/43281/550，满足式的要求，其中由建筑抗震设计规范表1.21查得。6.2.3 横向框架在风荷载作用下的内力计算（1）柱端弯矩计算表6.9 各层柱反弯点位置和剪力、柱子梁端弯矩计算表层号柱号D5边柱6.80 14579 64348 1.541 1.504 2.396 3.69 2.32 中柱17595 1.860 1.660 2.240 4.17 3.09 4边柱15.47 14579 64348 3.505 1.699 2.201 7.72 5.95 中柱17595 4.230 1.755 2.145 9.07 7.42 3边柱23.37 14579 64348 5.295 1.894 2.006 10.62 10.03 中柱17595 6.391 1.950 1.950 12.46 12.46 2边柱30.82 14579 64348 6.984 1.950 1.950 13.62 13.62 中柱17595 8.428 1.950 1.950 16.44 16.44 1边柱38.71 10179 42956 8.770 2.695 2.205 19.34 23.64 中柱11300 10.584 2.695 2.205 23.34 28.52 （2）梁柱剪力轴力计算表6.10 各层风荷载作用下剪力和轴力计算表层号柱号柱剪力梁剪力跨中弯矩柱轴力5边柱3.69 2.84 1.54 0.87 0.43 0.87 中柱1.33 1.33 1.86 0.88 0.00 0.01 4边柱10.03 8.29 3.51 2.44 0.87 3.31 中柱3.87 3.87 4.23 2.58 0.00 0.15 3边柱16.58 13.56 5.30 4.02 1.51 7.33 中柱6.33 6.33 6.39 4.22 0.00 0.35 2边柱23.65 19.71 6.98 5.78 1.97 13.11 中柱9.19 9.19 8.43 6.13 0.00 0.69 1边柱32.96 22.15 11.02 7.35 5.41 20.46 中柱17.63 17.63 13.30 11.75 0.00 5.10 6.3 恒荷载作用下框架结构的内力计算6.3.1 计算单元板传递给梁上的三角形部位或者梯形部位，荷载等效为均布荷载，荷载的传递示意图为图6.9所示。图6.9 板传荷载示意图6.3.2 荷载计算（1）屋面层框架计算简图1）qAB计算板的恒荷载为5.09 kN/m2，因为传递给AB段为梯形荷载，所以等效转化为均布荷载为：因为梁自重为4.73kN/m，所以:2）qBC计算板的恒荷载为5.81 kN/m2，传递给BC段为三角形荷载，等效转化为均布荷载为：因为梁自重为2.36kN/m，所以：3）FA计算FA是由KL-A传来的集中荷载，由三部分组成，一部分来自KL-A自重，一部分来自板传荷载q1，还有一部分来自女儿墙：则4）FB计算则（2）楼面层框架计算简图1）qAB计算板的恒荷载为3.83 kN/m2，转化为均布荷载为：因为梁自重为4.73kN/m，所以：2）qBC计算板的恒荷载为3.83 kN/m2，等效转化为均布荷载为：因为梁自重为2.36kN/m，所以：3）FA计算则=47.67kN4）FB计算则+0.352.11.5+0.21.02.7=63.60kN恒荷载作用下框架最终计算简图为：图6.10 恒荷载作用下框架最终计算简图6.3.3 梁柱弯矩计算表6.12 恒荷载作用下的跨中及固端弯矩表线载性质楼层位置线载位置线载大小梁计算长度(m)固端弯矩跨中弯矩恒线载屋面边跨25.84 7.50 121.11 181.66 中跨13.26 3.00 9.94 14.91 楼面边跨18.64 7.50 87.38 131.08 中跨9.54 3.00 7.16 10.74 表6.13 恒载作用下的框架弯矩内力二次分配表上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁分配系数 固端弯矩 第一次分配 传递弯矩 第二次分配 最终弯矩 分配系数 固端弯矩第一次分配 传递弯矩 第二次分配 最终弯矩 分配系数 固端弯矩 第一次分配 传递弯矩 第二次分配 最终弯矩 分配系数 固端弯矩 第一次分配 传递弯矩 第二次分配 最终弯矩 分配系数 固端弯矩 第一次分配 - 传递弯矩 第二次分配 最终弯矩 底层弯矩 6.3.4 梁柱端剪力计算框架为三级抗震等级，根据规范查的梁剪力设计值：柱剪力设计值： 表6.14 恒线载作用下梁端和柱端剪力计算表荷载性质层数边跨梁（kN）中跨梁（kN）边柱（kN）中柱（kN）V（左）V（右）V（左）V（右）V（上）V（下）V（上）V（下）恒 载5 4 3 2 1 图6.11 柱剪力计算简图6.3.5 梁柱端轴力计算柱轴力按节点处平衡条件进行计算，如图6.11。柱顶截面轴力： 柱底截面轴力： 式中：gi； Gi； VL、VR；列表计算，结果见表6.15。表6.15 为A柱的轴力层号剪力传递纵向集中荷载N顶N底5 4 3 2 1 表6.16 B柱的轴力层号剪力传递纵向集中荷载N顶N底5 4 3 2 1 恒荷载作用下框架内力图如下：图6.12 恒载作用下M图(kNm) 图6.13 恒载作用下的V图(单位：kN)图6.14 恒载作用下N图(kN)6.4 框架结构在活荷载作用下内力计算6.4.1 活荷载计算（1）框架计算屋面层1）计算活荷载为0.50 kN/m2 的板，可以把活荷载按均布荷载计算：所以:2）计算活荷载为0.50 kN/m2的板，可以把活荷载按均布荷载计算：所以：3）计算FA是由KL-A传来的集中荷载，来自板传荷载q1：则4）FB 的计算FB是由KL-B传来的集中荷载，来自板传荷载q1：则（2）框架计算楼面层1）计算活荷载为2.5 kN/m2的板，可以把活荷载按均布荷载计算为：因为左右两边板传递荷载，所以：2）计算活荷载为3.5 kN/m2的板，可以把活荷载按均布荷载计算为：所以：3）计算FA是由KL-A传来的集中荷载，来自板传荷载q1：则4）FB的计算FB是由KL-B传来的集中荷载，来自板传荷载q1：则又以上结果算得到的框架简图6.15：图6.15 6.4.2 柱子弯矩、梁弯矩计算表6.17 跨中及固端弯矩在活线载作用下计算表线载性质楼层位置线载位置线载大小梁计算长度(m)固端弯矩跨中弯矩活线载屋面边跨 中跨 楼面边跨 中跨 表6.17 框架弯矩内力在活载作用下二次分配表上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁 6.3.3 梁柱端剪力计算表6.20 活线载作用下梁端和柱端剪力计算表荷载性质层数边跨梁剪力（kN）中跨梁剪力（kN）边柱剪力（kN）中柱剪力（kN）V（左）V（右）V（左）V（右）V（上）V（下）V（上）V（下）活