郑州大学电气工程学院教学楼方案

1、第 1 页目 录1 结构设计说明 1.1 工程概况.31.2 结构设计方案及布置.31.3 变形缝的设置 .31.4 构件初估.31.4.1 柱截面尺寸的确定.31.4.2 梁尺寸确定.41.4.3 楼板厚度.41.5 基本假定与计算简图.41.5.1 基本假定.41.5.2 计算简图.41.6 荷载计算 .41.7 侧移计算及控制 .41.8 内力计算及组合.51.8.1 竖向荷载下的内力计算.51.8.2 水平荷载下的计算.51.8.3 内力组合.51.9 基础设计.51.10 施工材料.61.11 施工要求及其他设计说明.62 设计计算书.62.1 设计资料.62.2 结构布置及计算简图

2、.72.3 荷载计算.92.3.1 恒载标准值计算.92.3.2 活荷载标准值计算. 122.3.3 竖向荷载下框架受荷总图. 122.3.4 重力荷载代表值计算. 182.4 地震作用计算.212.4.1 横向框架侧移刚度计算.212.4.2 横向自振周期计算 .242.4.3 横向水平地震力计算.25.262.4.4 水平地震作用下的位移验算.272.4.5 水平地震作用下框架内力计算.272.5 竖向荷载作用框架内力计算.332.5.1 梁柱端的弯矩计算.352.5.2 梁端剪力和轴力计算.462.6 风荷载计算.482.7 内力组合 .5028 截面设计 .532.8.1 框架梁的配筋

3、计算（仅以一层梁为例说明计算过程） .54第 2 页2.8.2 框架柱配筋计算 .57283 节点设计 .602.9 楼板设计.612.9.1 B，D 区格板的计算 .61第一,设计荷载.61恒载： .61第四,截面设计.642.9.2 A, C 单向板计算: .652.10 楼梯设计.662.10.1 踏步板计算 .662.10.2 斜梁设计.682.10.3 平台板设计.692.10.4 平台梁的设计.702.11 基础设计 .732111 独立基础设计.73b) 基底尺寸的确定.74C) 确定基础高度.75d) 基底配筋.772112 联合基础设计.802.12 纵向连续梁设计.852.

4、12.1 荷载计算.852.12.2 计算简图.862.12.3 内力计算.872.12.4 配筋计算.87第 3 页1.1 工程概况建筑层数主体 5 层，底层层高 4.2m，其它层高 3.9m，阶梯教室底层层高 4.2m，其它层高 4.8m，室内外高差 450mm ，女儿墙高 1450mm ，建筑高度 21.68m， 建筑面积约 5100m 2。1.2 结构设计方案及布置钢筋混凝土框架结构是由梁， 柱通过节点连接组成的承受竖向荷载和水平荷 载的结构体系。 墙体只给围护和隔断作用。 框架结构具有建筑平面布置灵活， 室 内空间大等优点， 广泛应用于电子、 轻工、 食品、 化工等多层厂房和住宅、

5、办公、 商业、 旅馆等民用建筑。 因此这次设计的成集中学教学楼采用钢筋混凝土框架结 构。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横向承重方案，竖向荷载主要由横向框架承担，楼 板为预制板时应沿横向布置， 楼板为现浇板时， 一般需设置次梁将荷载传至横向 框架。 横向框架还要承受横向的水平风载和地震荷载。 在房屋的纵向则设置连系 梁与横向框架连接， 这些联系梁与柱实际上形成了纵向框架， 承受平行于房屋纵 向的水平风荷载和地震荷载。1.3 变形缝的设置在结构总体布置中， 为了降低地基沉降、 温度变化和体型复杂对结构的不利 影响，可以设置沉降

6、缝、伸缩缝和防震缝将结构分成若干独立的单元。当房屋既需要设沉降缝， 又需要设伸缩缝， 沉降缝可以兼做伸缩缝， 两缝合 并设置。 对有抗震设防要求的的房屋， 其沉降缝和伸缩缝均应该符合防震缝的要 求，并进可能做到三缝合一。1.4 构件初估1.4.1 柱截面尺寸的确定柱截面高度可以取 h 1/15 1/20 H ，H 为层高；柱截面宽度可以取为b 1 2/3 h。选定柱截面尺寸为 500 mm500mm第 4 页1.4.2 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 300mm 600mm1.4.3 楼板厚度楼板为现浇双向板，根据经验板

7、厚取 120mm。1.5 基本假定与计算简图1.5.1 基本假定第一： 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。第二： 由于结构体型规整， 布置对称均匀， 结构在水平荷载作用下不计扭转 影响。1.5.2 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，计算简图如后面所述。1.6 荷载计算作用在框架结构上的荷载通常为恒载和活载。 恒载包括结构自重、 结构表面 的粉灰重、土压力、预加应力等。活荷载包括楼面和屋面活荷载、风荷载、雪荷 载、安装荷载等。高层建筑水平力是起控制作用的

8、荷载， 包括地震作用和风力。 地震作用计算 方法按 建筑结构抗震设计规范进行， 对高度不超过 40m 以剪切为主且质量和 刚度沿高度分布比较均匀的结构，可采用底部剪力法。竖向荷载主要是结构自重（恒载）和使用荷载（活载）。结构自重可由构件 截面尺寸直接计算， 建筑材料单位体积重量按荷载规范取值。使用荷载（活荷载） 按荷载规范取值，楼面活荷载折减系数按荷载规范取用。1.7 侧移计算及控制框架结构的侧移由梁柱杆件弯曲变形和柱的轴向变形产生的。在层数不多的 框架中，柱轴向变形引起的侧移很小，可以忽略不计。在近似计算中，一般只需 计算由杆件弯曲引起的变形。当一般装修标准时，框架结构在地震作用下层间位移和

9、层高之比、顶点位移maxmax max maxmin第 5 页与总高之比分别为 1：650，1：700。框架结构在正常使用条件下的变形验算要求各层的层间侧移值与该层的 层高之比不宜超过 1/550 的限值。1.8 内力计算及组合1.8.1 竖向荷载下的内力计算竖向荷载下内力计算首先根据楼盖的结构平面布置， 将竖向荷载传递给每榀 框架。 框架结构在竖向荷载下的内力计算采用分层法计算各敞口单元的内力， 然 后在将各敞口单元的内力进行叠加； 连梁考虑塑性内力重分布而进行调幅， 按两 端固定进行计算。1.8.2 水平荷载下的计算利用 D 值法计算出框架在水平荷载作用下的层间水平力， 然后将作用在每 一

10、层上的水平力按照该榀框架各柱的刚度比进行分配，算出各柱的剪力，再求出 柱端的弯矩，利用节点平衡求出梁端弯矩。1.8.3 内力组合第一：荷载组合。荷载组合简化如下：（1）恒荷载+活荷载、（2）恒荷载+风荷载、（3）恒荷载+活荷载+风荷载、 （4）恒荷载+地震荷载+活荷载。第二： 控制截面及不利内力。 框架梁柱应进行组合的层一般为顶上二层， 底 层，混凝土强度、截面尺寸有改变层及体系反弯点所在层。框架梁控制截面及不利内力为：支座截面， M ，V ，跨中截面， M 。框架柱控制截面为每层上、下截面，每截面组合： Mmax 及相应的 N、V，N及相应 M、V，N 及相应 M、V。1.9 基础设计在荷载

11、作用下， 建筑物的地基、基础和上部结构 3 部分彼此联系、相互制约。 设计时应根据地质资料， 综合考虑地基基础上部结构的相互作用与施工 条件，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，优先选用整体性较好的独 立基础。第 6 页1.10 施工材料第一：本工程中所采用的钢筋箍筋为级钢， fy=210N/m,主筋为级钢， fy=300N/m。第二：柱梁钢筋混凝土保护层为35mm,板为15mm。第三：钢筋的锚固和搭接按国家现行规范执行。第四：本工程所有混凝土强度等级均为C30。第五：墙体外墙及疏散楼梯间采用240厚蒸压灰砂砖。第六

12、：当门窗洞宽1000mm时,应采用钢筋砖过梁,两端伸入支座370并弯直 钩;门窗洞宽1000mm时,设置钢筋混凝土过梁。1.11 施工要求及其他设计说明第一：本工程上部楼板设计时未考虑较大施工堆载（均布），当外荷载达到 3.0Kn/m时，应采取可靠措施予以保护。第二：本工程女儿墙压顶圈梁为240mm120mm，内配48， 6250，构 造柱为240mm240mm，内配410， 6250，间隔不大于2000mm第三；施工缝接缝应认真处理，在混凝土浇筑前必须清除杂物，洗净湿润， 在刷2度纯水泥浆后，用高一级的水泥沙浆接头，再浇筑混凝土。第四：未详尽说明处，按相关规范执行。2 设计计算书2.1 设计

13、资料（1）工程名称：郑州大学电气工程学院教学楼方案（二）（2） 结构形式：现浇钢筋混凝土框架结构，柱网尺寸为 6.6m 6.6m， 6.9m 7.2m。（3） 工程概况：建筑层数主体 5 层，底层层高4.2m，其它层高 3.9m，阶 梯教室底层层高 4.2m，其它层高 4.8m，室内外高差 450mm ，女儿墙高 1450mm ， 建筑高度 21.68m，建筑面积约 5100m 2。（4） 基本风压： 0.45 kN/ ，地面粗糙度为 C 类。（5） 基本雪压： 0.40 kN/ 。（6） 抗震设防烈度：七度设防。c t第 7 页（7） 材料选用：钢筋：梁、柱中的纵向钢筋采用 HRB335 ，

14、板中钢筋和箍筋采用 HPB235 ； 基础中除分布钢筋和箍筋采用 HPB235 外，其余钢筋采用 HRB335 。混凝土：采用 C30 混凝土；墙体：采用加气混凝土砌块，重度 =5.5 kN/m3 ；窗：铝合金窗， =0.35 kN/m3 ；（8） 墙体厚度：外墙墙厚 370mm ，厕所墙厚 200mm ，其余墙厚为 240mm 。 结构平面布置图如图:2.2 结构布置及计算简图根据该房屋的使用功能及建筑设计的需求， 进行了建筑平面、 立面、 及剖面 设计其各层建筑平面剖面示意图如建筑设计图，主体结构 4 层，层高均为 3.9m。填充墙面采用 240 mm 厚的灰砂砖砌筑，门为木门，窗为铝合金

15、窗，门窗洞 口尺寸见门窗表。楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取 120mm，梁载面高度按 梁跨度的 1/121/8 估算，由此估算的梁载面尺寸见表 1，表中还给出柱板的砱强度等级。 C30（f =14.3N/mm2，f =1.43N/mm2）EN抗 震 等 级N第 8 页表 1 梁截面尺寸横梁（b h）层次 砼强度 纵梁(b h)AB 跨 BC 跨 CD 跨1-5 C30 300 600 250 500 300 600 250 500柱载面尺寸可根据式 N= Fg nAcN/U fc 估算表 2 查得该框架结构在30m 以下，抚震得级为三级，其轴压比值U =0.9表 2 抗震等级分

16、类结构类型高度/m框架结构 框架剧场、体育等630四三烈 度730三二30二830一一92530 三一 一30二表 3 轴压比限值结构类型框架结构一0.7二0.8三0.9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。A N / fcc) 框架柱截面高度不宜

17、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统一取 500 500mm。基础采用柱下条形基础， 基础+距离室外地平 0.5，室内外高差为0.45,框架1第 9 页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，2-5 层柱高度即为层高 3.9m，底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即h =4.2+0.45+0.5=5.15m。框架计算简图见图 1。图 1 框架计算简图2.3 荷载计算2.3.1 恒载标准值计算屋面：刚性防水屋面(有保温层) ：40 厚 C20

18、细石砼内配直径 4 间距 150 双向钢筋20 厚 1:3 水泥砂浆找平70 厚水泥防水珍珠岩块或沥青珍珠岩保温层0.8 kN/m20.02x20=0.4kN/m2第 10 页kN/m220 厚 1:3 水泥砂浆找平层100 厚结构层0.07x10=0.70.02x20=0.4 kN/m20.1x25=2.5 kN/m212 厚板底抹灰合 计楼面：0.012x20=2.5 kN/m24.82kN/m2水磨石地面(10mm 面层,20mm 水泥砂浆打底，素水泥打底)130 厚钢筋砼板12 厚水泥沙浆 合 计kN/m2梁自重：0.65kN/m225 0.13=3.25 kN/m20.012 20=

19、2.5 kN/m24.14边跨梁 bXh=300 600mm梁自重 25 0.3 (0.6-0.13)=3.75kN/m抹灰层： 12 厚水泥砂浆 0.012 (0.6-0.13) 2+0.012 0.3 20 0.312kN/m合 计4.062kN/m2中间跨梁 bXh=250 500mm梁 自 重 25 0.25 (0.5-0.13)=3.00kN/m抹灰层： 12 厚水泥砂浆 0.012 (0.5-0.13) 2+0.012 0.25 20 0.26kN/m合 计面 计第 11 页3.26kN/m2柱自重： bXh=500 500mm柱自重 25 0.50 0.50=6.25kN/m抹灰

20、层： 12 厚水泥砂浆 0.012 0.50 4 200.48kN/m合计外纵墙自重：标准层：纵墙（240 灰砂砖）铝合金门窗水 泥 粉 刷 外 墙 面6.73kN/m18 (3.9-0.5-1.8) 0.24=6.48kN/m0.35 1.8 =0.63kN/m0.36 (3.60-1.80)=0.756kN/m水 泥 粉 刷 内 墙 面 0.36 (3.60-1.80)=0.756kN/m合 计8.622kN/m2底层：纵墙（240 灰砂砖）0.24=9.288kN/m铝 合 金 门 窗1.8=0.63kN/m18 (4.85-1.80-0.50-0.40) 0.35 釉 面 砖 外 墙 面(4.35-1.80-0.50)=1.025kN/m水 泥 粉 刷 内 墙0.756kN/m合11.70kN/m0.5 计 面内纵墙自重：标准层：纵墙（240 灰砂砖）第 12 页18 (3.90-0.50) 0.24=14.688kN/m水 泥