某初级中学教学楼土木工程本科毕业设计计算书.doc

杭州广播电视大学毕业设计 某初级中学教学楼 目录第一部分：毕业设计计算书31.设计资料3 1.1工程概况及基本要求3 1.2设计条件3 1.2.1自然条件3 1.2.2工程地质条件3 1.3材料使用32 建筑设计4 2.1建筑平面设计4 2.2建筑立面设计4 2.3建筑剖面设计5 2.4结构布置5 2.4.1结构体系5 2.4.2 基础形式5 2.4.3 梁柱结构布置形式5 2.4.4结构设计说明63 框架结构计算7 3.1 梁柱板截面的确定7 3.1.1 柱截面尺寸的确定7 3.1.2 梁尺寸确定7 3.1.3 楼板厚度7 3.2 基本假定与计算简图7 3.2.1 基本假定7 3.2.2 计算简图8 3.3 梁柱刚度8 3.4 竖向荷载计算9 3.4.1 恒荷载标准值计算9 3.4.2 活荷载标准值计算10 3.5 竖向内力荷载计算11 3.5.1计算单元11 3.5.2内力荷载计算12 3.6 竖向荷载作用下框架内力计算16 3.6.1 梁柱的杆端弯矩计算16 3.6.2 恒荷载作用下的框架内力计算17 3.6.3 活荷载作用下的框架内力计算25 3.7 风荷载作用下框架内力计算32 3.7.1 风荷载标准值计算32 3.7.2 风荷载内力值计算33 3.8 抗震设计计算36 3.9 框架内力组合计算及截面设计37 3.9.1 底层框架梁柱内力组合计算37 3.9.2 底层框架梁的截面设计38 3.9.4 楼板配筋设计454 楼梯设计47 4.1 楼梯计算简图及计算公式47 4.2 荷载计算47 4.3 配筋面积计算48 4.4 配筋结果计算495 基础设计49 5.1工程地质资料49 5.2基础设计计算51 551.设计资料1.1工程概况及基本要求该建筑为杭州市某初级中学教学楼，建筑面积约8000 m2 。高度控制在24米下,层数五层。根据任务书的要求，综合运用所学的理论知识，遵循有关的设计规范，满足有关功能要求，详细收集有关资料，使设计能够满足教学建筑的性格。1.2设计条件1.2.1自然条件 基本风压和基本雪压按建筑结构荷载规范取用。 楼面和屋面活荷载按建筑结构荷载规范取用。 该项目由一级或二级资质施工单位承建。 该地区区域地震基本烈度为6度。1.2.2工程地质条件拟建场地地貌属冲洪积平原，地势平坦。地面标高为黄海高程6.798.56m。天然地面为杂填土。区内地下水属第四系孔隙潜水，受大气降雨补给而变化，地下水位埋深1m左右。水质对混凝土无侵蚀性。1.3材料使用1）钢筋：纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB400,其余采用热轧钢筋HRB335。2）混凝土：梁柱板均使用C30类型的混凝土。3）墙体：外墙全部使用300mm厚的灰砂砖，=18kN/m3，,一侧为20mm的厚抹灰层，=17kN/m2，一侧墙体为水刷石墙面，=0.5kN/ m2；隔墙使用300mm厚的灰砂砖，=18kN/m3,两侧均为20mm厚的抹灰层。卫生间墙的两侧均是贴瓷砖，=0.5kN/ m2女儿墙使用300mm厚的蒸压粉煤灰加气混凝土砌块，=5.5kN/m3，两侧均为20mm厚的抹灰，墙高设计为900mm，另外上面为100厚混凝土盖顶。 4）门窗类型：大门均为旋转玻璃门，=0.45kN/m2，办公室均为铝合门，=0.2kN/m2；窗户均为铝合金窗，=0.35kN/m2。2 建筑设计2.1建筑平面设计为满足建筑面积的要求以及层数限制，拟定该教学楼平面建筑设计尺寸开间为狭长型，尺寸约为82.8m 19m，并且本设计采用内廊式组合结构，以充分利用建筑使用空间。教学楼的主要建筑平面布置包括大厅、大教室、普通教室、教师办公室、开水房、厕所、楼梯以及走廊等。因此，结合满足建筑功能需要，均采用简单又方便的矩形开间，便于人流疏散。为满足建筑基本使用功能，满足教师的教学要求，故标准层中共设置有大教室1个、普通教室9个、大厅1个、教师办公室1个、开水房1个、卫生间一个，基本能满足初中教学楼的教室开间和面积要求。 为满足防火要求，楼梯采用双跑楼梯式，共3个。在正大门处设置一个，在两侧门出均设置一个，满足建筑要求。楼梯宽度约取2.5m，台阶踏步尺寸约取b=300mm，h=150mm，级数由相应的层高空控制，详见楼梯详图。 走廊根据防火要求以及内廊式建筑，只在中间处设置一道，走廊约宽为3m。 便于下课时人流疏散。卫生间设置在偏中间的位置，每层均设有男女卫生间。教室窗尺寸需要满足教室采光要求，对于大教室的窗布置，需要更加注意采光的需求。均采用铝合门，每个教室为满足人流疏散均设有前后两扇门，底层主入口设款约5.5米的旋转玻璃门，底层侧面次入口均设宽约为2.5米的玻璃门。2.2建筑立面设计本教学楼建筑大致为对称设计，共五层，采用不上人屋面。活动大厅基本设置于建筑的中轴线中间，并在旁边设楼梯，走廊设置在建筑物的中间。该教学楼的南立面是其主要立面，教学楼正大门设在南立面。该立面图中表示了立面上门窗位置、形式、外墙引条线、外墙勒脚、雨水管以及东、西门进口踏步、雨篷等的位置。因为本设计屋面为不上人屋面，故屋顶还需要设计女儿墙，以及相关不上人屋面的排水设施，并且标出了各楼层、进门台阶、雨篷的标高。由于建筑物总宽度大于12m，故采用双坡排水。屋面采用刚性防火屋面，其构建简单，施工方便，造价较低。2.3建筑剖面设计为了防止室外雨水流入室内，防止建筑因为不均匀沉降使地面降低，为了满足建筑使用的要求，取室内外高差为450mm，层高约取3.6米，则总建筑高度约18米，具体高度由最终结构计算确定。 楼梯踏步尺寸h=150mm，b=300mm，满足规范要求。为使踏步面层耐磨，防滑，采用20mm厚花岗岩饰面及3mm厚铜制成品防滑条。扶手采用70120硬木扶手。栏杆采用25圆钢，每步两根，高900mm。室内楼梯间为封闭式防火楼梯，楼梯门采用的防火门，并设有门窗，便于采光。 外墙和大部分内墙采用240mm墙，卫生间等隔墙采用120mm墙。材料均为加气混凝土砌块，M5混合砂浆砌筑。 2.4结构布置2.4.1结构体系 该设计层数为5层，总建筑面积约8000米，不设电梯，故选定为钢筋混凝土框架结构，空间分隔灵活，有自重轻，承载力高，变形小，节省材料；具有可以较灵活地配合教学楼建筑平面布置的优点。2.4.2 基础形式 桩基础是在桩上或由桩构成的建筑物底座。桩基具有很大的竖向单桩刚度（端承桩）或群刚度（摩擦桩），在自重或相邻荷载影响下，不产生过大的不均匀沉降，并确保建筑物的倾斜不超过允许范围。通过经济条件比较，选取安全可靠、经济合理、技术先进和施工简便的地基基础方案。根据上部结构、工程地质、施工等因素，优先选用受力情况较好的桩基础。2.4.3 梁柱结构布置形式按结构布置不同，框架结构可以分为横向承重，纵向承重和纵横向承重三种布置方案。本次设计的教学楼采用纵向承重方案，竖向荷载主要由纵向框架承担，楼板为现浇板时，一般需设置次梁将荷载传至纵向框架。纵向框架还要承受纵向的水平风载和地震荷载。在房屋的横向则设置连系梁与纵向框架连接，这些联系梁与柱实际上形成了横向框架，承受平行于房屋横向的水平风荷载和地震荷载。纵向承重结构有利于横向教室开间的设计，整体受力更大，有利于教学楼设计，故本设计采用纵向承重形式，且梁柱结构布置形式如下：2.4.4结构设计说明 本设计采用现浇混凝土结构，设计使用年限50年，结构安全等级为二级，建筑抗震设防为丙类，抗震设防烈度为6度，设计地震分组是第一组，框架的抗震等级为四级。 本框架结构采用的混凝土强度等级和钢筋级别如下：结构的混凝土强度等级为C30，纵向受力钢筋采用HRB400级，其余钢筋采用HRB335级，其余各构件采用的钢筋级别按本条说明的钢筋符号（括号内）分别示于相应设计图纸内。 混凝土保护层厚度：上部结构为一类环境，因此上部结构的板的纵向受力钢筋的保护层厚度为20mm，梁的纵向受力钢筋的保护层厚度为35mm，柱的保护层厚度为40mm。 钢筋的锚固、截断和搭接：除设计图纸中另有表示或说明外，下部钢筋伸入支座的锚固长度为：板钢筋伸入支座的长度为120mm；考虑到支座处存在有横向压应力的有力作用，支座处的锚固长度可以比基本锚固长度略小，混凝土结构设计规范规定，钢筋混凝土梁简支端的下部纵向手拉钢筋深入支座范围内的锚固长度应符合：当V时，；当V时，带肋钢筋，光面钢筋，末端应做弯钩。 由于实际施工过程中出现不同情况，具体钢筋的截断、搭接应满足相关设计规范。本说明中未尽事宜，应遵照有关国家标准、施工规范和操作规程进行。3 框架结构计算3.1 梁柱板截面的确定3.1.1 柱截面尺寸的确定柱截面尺寸：柱截面高度可取h=（1/15-1/20）H，H为层高；柱截面高度可取b=（1-2/3）h，并按下述方法进行初步估算。a） 框架柱承受竖向荷载为主时，可先按负荷面积估算出柱轴力，再按轴心受压柱验算。考虑到弯矩影响，适当将柱轴力乘以1.2-1.4的放大系数。b） 对于有抗震设防要求的框架结构,为保证柱有足够的延性,需要限制柱的轴压比,柱截面面积应满足下列要求。 c) 框架柱截面高度不宜小于400mm,宽度不宜小于350mm。为避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比不宜大于4。根据上述规定并综合考虑其他因素，设计柱截面尺寸取值500500mm。3.1.2 梁尺寸确定框架梁截面高度取梁跨度的l/8l/12。该工程框架为纵横向承重，根据梁跨度可初步确定框架梁纵向主梁截面尺寸为300mm500mm、次梁全跨取同一截面尺寸为250mm500mm。3.1.3 楼板厚度 楼板为现浇双向板，板厚近似取h1/40=1/406300=157mm (:柱的短跨)。考虑到板的挠度、裂缝宽度的限制及在板中铺设管线以及经验板厚取100mm。3.2 基本假定与计算简图3.2.1 基本假定平面结构假定：该工程平面为正交布置，可认为每一方向的水平力只由该方向的抗侧力结构承担，垂直于该方向的抗侧力结构不受力。由于结构体型规整，结构在水平荷载作用下不计扭转影响。3.2.2 计算简图在横向水平力作用下，连梁梁对墙产生约束弯矩，因此将结构简化为刚结计算体系。基础采用桩基础，基础顶面距离室外地坪0.65m，室内外高差为0.45m,框架结构计算简图如图所示，取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板底，2-4层柱高度即为层高3.6m，底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即h1=3.6+0.45+0.65=4.7m。选用轴框架计算简图见下图2。 4轴框架计算简图3.3 梁柱刚度 横梁线刚度ib计算表层次类 别Ec/(N/mm2)bh/mm2Io/mm4L/mmEcIo/L(N.mm)1.5EcIo/L2EcIo/L1-5边跨3.01042505002610980000.9751010 1.4610101.951010中跨3.01042505002610930002.610103.910105.21010 柱线刚度ic计算表层次hc/mmEc/(N/mm2)bh/mm2Ic/mm4EcIc/hc/(N.mm)147003.01045005005.211093.3310102-436003.01045005005.2110943410103.4 竖向荷载计算3.4.1 恒荷载标准值计算屋面：刚性防水屋面(有保温层) ： 40厚C30细石砼内配直径6间距150双向钢筋 0.8 kN/m2 20厚1:3水泥砂浆找平 0.02x20=0.4kN/m2 70厚水泥防水珍珠岩块或沥青珍珠岩保温层 0.07x10=0.7kN/m2 20厚1:3水泥砂浆找平层 0.02x20=0.4 kN/m2 100厚结构层 0.10x25=2.5kN/m2 12厚板底抹灰 0.012x20=0.24 kN/m2合 计 5.79kN/m2楼面：水磨石地面(10mm面层,20mm水泥砂浆打底，素水泥打底) 0.65kN/m2 100厚钢筋砼板结构层 250.10=2.50 kN/m2 12厚水泥沙浆 0.01220=0.25 kN/m2 合 计 4.14 kN/m2梁自重：纵向主跨梁 bh=300500mm 梁自重 250.3(0.5-0.10)=3.75kN/m 抹灰层：12厚水泥砂浆 0.012(0.5-0.10)2+0.0120.3200.312kN/m 合计 4.062kN/m2 横向次跨梁 bh=250500mm 梁自重 250.25(0.5-0.10)=3.00kN/m 抹灰层：12厚水泥砂浆 0.012(0.5-0.10)2+0.0120.25200.26kN/m 合计 3.26kN/m2柱自重： bh=500500mm 柱自重 250.500.50=6.25kN/m 抹灰层：12厚水泥砂浆 0.0120.504200.48kN/m 合计 6.73kN/m外纵墙自重：标准层： 纵墙（240灰砂砖） 18(3.6-0.5-1.8)0.24=5.18kN/m 铝合金门窗 0.351.8 =0.63kN/m 水泥粉刷外墙面 0.36(3.60-1.80)=0.65kN/m 水泥粉刷内墙面 0.36(3.60-1.80)=0.65kN/m 合计 7.11kN/m2 底层： 纵墙（240灰砂砖） 18(4.7-1.80-0.50-0.40)0.24=8.20kN/m 铝合金门窗 0.351.8=0.63kN/m 釉面砖外墙面 0.5(4.5-1.80-0.50)=1.1kN/m 水泥粉刷内墙面 0.54kN/m 合计 11.77kN/m内纵墙自重：标准层： 纵墙（240灰砂砖） 18(3.60-0.50)0.24=12.96kN/m 水泥粉刷墙面 0.36(3.60-0.5)2.00=2.16kN/m 合计 15.12kN/m 底层： 纵墙（240灰砂砖） 18(4.7-0.50-0.40)0.24=15.98kN/m 水泥粉刷墙面 0.364.102=2.95kN/m 合计 18.93kN/m3.4.2 活荷载标准值计算屋面和楼面活荷载标准值不上人屋面： 0.5 楼面：教室 2.0 走道 2.5 雪荷载 0.45其中，屋面和楼面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取大值。3.5 竖向内力荷载计算3.5.1计算单元取4轴线横向框架进行计算，如下图阴影部分所示。 计算单元的选取本次设计的教学楼纵向柱距为6.30m,横梁跨度为8.00m，单区格板为6.30m8.00m。L1/L2=1.3=8休息平台受力钢筋=楼梯梁受力钢筋=受力钢筋最小间距：100 mm非受力分布钢筋：受力钢筋=14时,取8250楼梯板分布筋每踏步至少：6梯板和平台配筋结果：标准层号 跑数 梯板底筋梯板分布筋梯板负筋平台底筋平台负筋 1 1101308200810082008200 1 2101308200810082008200梯梁配筋结果：标准层号跑数梯梁1顶纵筋梯梁1底纵筋梯梁1箍筋梯梁底纵筋梯梁顶纵筋梯梁箍筋 1 1 218 2188200 无无无 1 2 222 222 8200无无无5 基础设计5.1工程地质资料本工程场地地势平坦，地面高程一般为1.892.65m，场地地面属长江三角洲沼泽平原。场地土层根据其成因、年代及工程性质的差异，可划分为7个工程地质层，各土层分布详见下土层特征表。地下水在埋土浅层表现为潜水，在第7层土层中表现为承压水，勘察测得的稳定地下水位埋深为00.7m，地下水年变化幅度为0.51.5m，基础设计时地下水位埋深可按年均常水位埋深0.5米考虑。场地地下水、土对混凝土无侵蚀性。杂填土层土质松软不均匀不作为天然地基，其他均可作为天然地基承载。地基承载力特征值，根据静力触探试验及土工试验结果，综合本地区建筑经验，综合如下表所示：土层编号-1-2-3（KPa）9060220140160100280拟建教学楼荷载较大，对地基强度及变形要求较大，采用天然地基适应性差，不能满足变形要求，故采用桩基础设计。天然地基沉降参数如下：土层编号-1-2-3（kN/）18.717.519.518.419.218.819.7Es (MPa)4.92.78.111.97.25.48.8 勘察表明，场地内分布区域第一硬土层层、区域第二硬土层层级砂质粉土层，该三层均为相对硬土层。粘土层， 以硬塑状态为主，土的工程性质良好，其下午软弱层，是良好的桩基持力层，一般可选作对单桩承载力要求不高的多层建筑物的桩基持力层。综合上述，结合本工程特征，选用层作为教学楼的持力层。对于预制桩，综合测定的桩侧摩阻力特征值和桩端端阻力特征值分别如下图所示： 土层特征表土层编号土层厚度（m） 杂填土0.5 粘土1.910淤泥质粘土1.98 -1粘土3.427900 -2粉质粘土0122700 -3粉质粘土7.324750 粉质粘土3.020 粘土6.0331300 砂质粉土8.43