土木工程专业毕业设计（论文）-多层教学楼建筑设计.doc

土木建筑学院 毕业设计 第 49 页 共 49页目 录第一部分：工程概况 1第二部分：设计资料 1第三部分：建筑设计总说明 2第四部分：结构设计总说明 6第五部分：结构构件尺寸的确定及结构构造措施 75.1结构选型与布置5.2 框架计算简图及梁、柱截面尺寸确定5.3粱、柱线刚度计算5.4水平地震作用下的侧移验算1、恒荷载标准值的计算82、活荷载标准值的计算113、风荷载计算124、地震荷载计算 13第六部分：框架内力计算141、恒荷载作用下的内力计算 142、楼面活荷载作用下内力计算 193、风荷载作用下内力计算 244、地震荷载作用下的内力计算 27第六部分:横向水平荷载作用下框架结构的侧移计算 291、风荷载作用下 292、地震荷载作用下 30第七部分：框架梁、柱的内力组合311、框架梁、柱内力向控制截面的换算312、框架梁内力组合表353、框架柱内力组合表38第八部分：楼板、屋面板的设计431、屋面板设计432、楼面板设计44第九部分：框架梁、框架柱的配筋计算451、框架梁柱的抗震设计 452、框架梁的配筋 463、框加柱的配筋 50第十部分：楼梯设计511、踏步板的设计 512、平台梁的计算 523、平台板的计算 53第一部分 工程概况1.1工程名称：天津建设大学第1号教学楼1.2建筑类型: 多层教学楼建筑1.3工程规模：本建筑占地面积约1500平方米，总建筑面积约7000平方米1.4结构形式：采用全现浇刚节点双向框架结构1.5装修形式：本工程所涉及的为普通装修，精装修另行设计第二部分 设计资料2.1地质条件：上土层：杂填土，平均厚度1.2m，层低标高-1.2m下土层：粉质粘土，含少量碎石，平均厚度3.6m，层底标高4.8m，地基承载力标准值为f=200kn/。勘探部门建议：该层可作持力层。2.2降雨量：历年平均降雨量739.2mm；按每200汇水面积，考虑100的落水管一根2.3气温：最热月平均温度22，最冷月平均温度-10；2.4基本雪压：查建筑结构荷载规范 0.4kn/m2。2.5地震基本烈度：查。建筑抗震设计规范7度。2.7地质土质情况：杂填土0-1.5m,粉土1.5-6m，=200kpa，以下为砾石层。2.8冻土深度：0.5m;2.9地下水位：地表下8m；2.10非承重墙体选用加气混凝土砌块；2.11水、电、暖、通讯管线已通至现场，留有接口。2.12承重墙体采用加气混凝土砌块、粉煤灰空心砖或轻质隔墙板。2.13活荷载：查建筑结构荷载规范第三部分 建筑设计总说明根据自己所能，最大限度体现节约能源、节省土地，提高土地利用率的紧凑设计以及利用工业废料、采用环保的绿色建筑设计思想。 3.1本工程平面位置详见总平面图。 3.2本工程地面标高0.000，室内外高差为0.600m 3.3卫生间、盥洗室地面标高比其他部分低20mm 。 3.4内、外墙均采用240mm墙。 3.5窗户均为门窗户全部采用铝合金推拉窗，室外窗户均设窗纱。 3.6建筑做法说明（1）混凝土水泥散水 20厚1：2.5水泥砂浆压实抹光 刷素水泥一道 60厚c15混凝土 150厚3：7灰土夯实 素土夯实（2）上人屋面 10厚铺地砖，干水泥擦缝 25厚1:3水泥砂浆 10厚挤塑板保温层 3厚高聚物改性沥青防水卷材1.2厚合成高分子防水卷材3厚高聚物改性沥青防水涂料1.5厚合成高分子防水涂料25厚1:3水泥砂浆1:8水泥膨胀珍珠岩找坡 （3）楼面 10厚铺地砖，稀水泥浆填缝结合层撒素水泥面25厚1:2干硬性水泥砂浆结合层刷素水泥浆一道40厚细石混凝土填充层（4）屋面顶棚 刷素水泥浆一道9厚1:0.3:3水泥石灰膏砂浆打底扫毛9厚1:0.3:2.5水泥石灰膏砂浆罩面满刮腻子一遍及乳胶漆（5）卫生间楼面 10厚铺地砖，稀水泥浆填缝结合层撒素水泥面（撒适量清水）25厚1:2干硬性水泥砂浆结合层一布四涂聚氨酯防水层1.0厚，撒砂一层粘牢20厚聚合物水泥砂浆60厚混凝土填充层（6）阳台 10厚1:1水泥细砂浆粘贴彩色釉面地瓷砖，稀水泥浆填缝结层撒素水泥面（撒适量清水）25厚1:2干硬性水泥砂浆结合层刷素水泥浆一道一布四涂聚氨酯防水层1.0厚，撒砂一层粘牢20厚聚合物水泥砂浆刷素水泥浆一道（7）内墙：墙体采用普通砖，采用m5混合砂浆砌筑。乳胶漆墙面：1：1：6水泥石灰砂浆打底15厚1：0.3：3水泥石膏砂浆打底扫毛9厚1：0.3：2.5水泥石灰砂浆罩面满刮腻子一遍刷白色乳胶漆。（8）外墙：贴面砖墙面6厚1：3水泥砂浆打底扫毛，12厚1：0.2：2水泥石灰砂浆结合层3厚t920瓷砖胶粘剂贴612厚面砖用t924砂质勾缝剂勾缝。（9）油漆：木材面油漆，金属面油漆。（10）门窗：门为木门，窗为不锈钢窗。3.7门窗表 3.8 设计依据3.8.1 勘察设计资料由指导教师提供。3.8.2 主要设计规范：（1）建筑结构荷载规范（gb500092001）（2）混凝土结构设计规范（gb500102002）（3）建筑结构抗震设计规范（gb500112001）（4）建筑地基基础设计规范（gb500072002）（5）砌体结构设计规范（gb500032001）（6）建筑设计防火规范（gbj1687）（7）山东省标准图集第四部分 结构设计总说明4.1 工程概况 4.1.1本工程为天津建设大学教学楼。本建筑共五层,建筑面积约7000 m 2，总长度89.2m,总宽度17.4m,总建筑高度21m。底层层高4.2 m标准层和顶层层高均为3.9m。框架结构形式，钢筋混凝土独立基础和条形基础形式。4.1.2本工程抗震设防烈度7度，抗震等级为三级。4.1.3本建筑结构的设计使用年限为50年。4.1.4地基基础设计等级为丙级，属ii类场地土 4.1.5本工程结构形式为钢筋混凝土框架结构。4.2 工程地质条件4.2.1工程地质概况：场地地势平坦，填土层1.1m左右，以下是黄土状粉质粘土，地基承载力设计值fk=200kpa4.2.2水位地质条件：最高地下水位3.73m,最低地下水位3.42m，地下水无腐蚀性。4.2.3土壤最大冻结深度：0.5m。4.2.4地震烈度：7度0.10 g第1组，ii类场地。4.3 荷载4.3.1基本风压：0.5kn/m2。4.3.2基本雪压：0.4 kn/m2。4.3.3活荷载标准值：楼层、走廊、楼梯、门厅、屋面（上人）为2.kn/m2，阳台为2.5 kn/m2。4.4 材料 4.4.1混凝土 素混凝土垫层 c10 柱c30、梁c304.4.2钢筋 梁：主筋iii级钢（hrb400）柱：主筋iii级钢（hrb400）梁柱箍筋：i级钢（hpb235） 板：i级钢（hpb235）4.5 结构构造4.5.1 构件主筋混凝土保护层厚度梁，30mm；柱，40mm；板，20mm。4.5.2 楼板（1）采用现浇钢筋混凝土楼盖，板内下层钢筋在支座搭接者应深入支座至梁的远端。板内上层钢筋不能在支座搭接。（2）楼板上的孔洞应预留。当空洞尺寸不大于300时，将板筋绕过，不得截断，当孔洞大于300时应按设计要求加设附加筋。4.5.3 梁、柱（1）箍筋采用封闭式，箍筋末端应做成1350弯钩，弯钩端头平直段长度不应小于箍筋直径的10倍；（2）在纵向受力钢筋搭接长度范围内的箍筋，其直径不应小于搭接钢筋较大直径的0.25倍，其间距不应大于搭接钢筋较小直径的5倍，且不应大于100mm。（3）当用搭接接头时，纵向受拉钢筋的搭接长度应按下列规定 纵向钢筋搭接接头的面积百分率25%时，一级钢35d,三级钢50d。 纵向钢筋搭接接头的面积百分率50%时，一级钢40d,三级钢58d。 搭接接头面积百分率，对梁、板不易大于25%，柱不易大于50%。（4）钢筋连接优先采用机械连接或焊接，受力钢筋接头宜设在受力较小处，在同一根钢筋上宜少接头。（5）梁上集中荷载处附加箍筋的形状及肢数，均与梁内箍筋相同，在次梁每侧另加两组。附加吊筋，其端部直线长度不小于20d。4.5.4 填充墙（1）填充墙应验框架柱全高每隔500mm设26拉筋，拉筋深入墙内的长度不小于墙长的1/5且不于700mm。（2）填充墙墙体半高处设置与柱连接且沿墙全长贯通的钢筋混凝土水平系梁，梁高180mm，纵向钢筋412，箍筋6200。（3）填充墙应在主体结构全部施工完毕后由上而下逐层砌筑，以防下层梁承受上层墙重4.6 设计依据 (1) gbj9-01建筑结构荷载规范(2) gbj9-01建筑抗震设计规范(3) gbj9-01混凝土结构设计规范(4) gbj9-01建筑结构荷载规范(5) gbj9-01建筑地基基础设计规范等规范和设计任务书第五部分 结构构件尺寸的确定及结构构造措施5.1结构选型与布置 （1）选型：为教室大空间的需要，选择框架结构，为提高抗震性能，选择现浇框架结构。 （2）结构布置： 应设计为双向抗侧力体系（纵横向均为框架梁），梁、柱中心宜重合，否则宜水平加腋。柱距为4.5m,房间进深为7.2m，板为双向板，厚120mm.5.2框架计算简图及梁、柱截面尺寸确定 本例只进行横向平面框架计算，纵向平面框架与横向相同，故从略。（1）梁截面尺寸估算：横向框架梁h=（）l，宽度b=（）b 取h=600mm b=300mm (2)框架柱截面尺寸 结构（1214）kn/m2，取12 kn/m2 则底层柱n为：n=1265.15=1836kn 砼选用c30混凝土，fc =14.3n/mm2 建筑高度：4.2+3.94+0.6+0.6=21.0m30m 查 建筑抗震设计规范可知，该建筑结构为三级框架结构。 查表6.3.7，=0.9 根据轴压比公式0.9取柱截面尺寸b=500mm (3)确定框架计算简图 梁柱刚接，柱嵌固于基础顶面，取室外地坪-0.6m处（冻土深）， 故底层柱高4.2+0.6+0.6=5.4m,其余层高3.9m 框架计算单元5.3 梁、柱线刚度计算 由于板为现浇混凝土板，中框架梁i=2i0 梁： i0 =e1/123006003/7.2 i=2i0= = = 柱： 令1.0， 则其余构件的相对现刚度为：1.385 如图所示 5.4 水平地震作用下的侧移验算25层柱d值计算 构件名称 a、d轴柱0.5520.21611216b、c轴柱1.3610.40523009 （11216+23009）=68449底层柱d值计算构件名称a、d轴柱1.2430.5379325b、c轴柱4.4200.76613589229142=45828水平地震作用计算查建筑抗震设计规范5.14、5.15条 查建筑结构荷载规范附录e得基本自震周期t e.2.1 t1=0.05n=0.25s e.2.2 t1=0.33+0.00069h2/b1/3=0.33+0.0006921/17.41/3=0.45s 由建筑抗震设计规范表5.1.4-2 tg=0.35s 0.1s0.28s0.35s 由5.1.5条 取 由5.2.1条 fek= ghgh891.82118727.860703.777.93926.2517.115838.9143.97926.2513.212226.5194.83926.259.38614.1230.76980.85.45296.3253.03水平地震作用下框架楼层层间位移计算层数fv577.9377.93684990.00111/3545.45466.04143.97684990.00211/1857.14350.86194.83684990.00281/1392.86239.93230.76684990.00341/1147122.27253.03229140.00981/5511.0厚，撒砂一层粘牢 0.050kn/m220厚聚合物水泥砂浆250.020=0.500kn/m2刷素水泥浆一道 0.050kn/m2 现浇板（按100厚统计）250.090=2.250kn/m2顶棚刷素水泥浆一道 0.050kn/m29厚1:0.3:3水泥石灰膏砂浆打底扫毛200.009=0.180kn/m29厚1:0.3:2.5水泥石灰膏砂浆罩面200.009=0.180kn/m2腻子刮平 0.020kn/m2喷（刷）涂料三遍 荷 载 合 计 4.530kn/m2厕所：（楼19） 建筑做法 荷载统计楼面10厚铺地砖，稀水泥浆填缝结合层200.010=0.200kn/m2撒素水泥面（撒适量清水） 0.050kn/m225厚1:2干硬性水泥砂浆结合层200.025=0.500kn/m2一布四涂聚氨酯防水层1.0厚，撒砂一层粘牢 0.050kn/m220厚聚合物水泥砂浆200.020=0.400kn/m260厚混凝土填充层200.06=1.2kn/m2 现浇板（按100厚统计）250.090=2.25kn/m2吊顶0.50kn/m2喷（刷）涂料三遍 荷 载 合 计 5.4kn/m26.3 荷载计算 （1）恒荷计算 a、屋面框架梁线荷载标准值 屋面恒载 5.36kn/ 边跨（ab、cd跨）框架梁自重 0.30.625=4.5 kn/m 梁侧粉刷 （0.6-0.12）0.02172=0.33 kn/m中跨（bc跨）框架梁自重 0.250.4525=2.82kn/m 梁侧粉刷 2（0.45-0.12）0.0217=0.22 kn/m因此作用在屋顶框架梁上线荷载为g7ab1=g7cd1=4.83 kn/mg7bc1=3.04 kn/mg7ab2=g7cd2=5.364.5=24.12kn/mg7bc2=5.363.0=16.08kn/m b、楼面框架梁线荷载标准值 楼面恒荷载 5.03kn/m2 边跨框架梁及梁侧粉刷 4.83kn/m2 边跨填充墙自重 0.2（4.5-0.6）19=14.82kn/m 墙面粉刷 （4.5-0.6）0.02217=2.65kn/m 中跨框架梁及梁侧粉刷 3.04kn/m 因此作用在中间层框架上的线荷载为gab1=gcd1=4.83+14.82+2.65=22.3kn/mgbc1=3.04kn/mgab2=gcd2=5.034.5=22.64 kn/m gbc2=5.033.0=15.09kn/m c、屋面框架节点集中荷载标准值 边柱连系梁自重 0.250.54.525=14.06kn 梁侧粉刷 0.02（0.5-0.12）24.517=1.16kn 1m高轻质铁栏杆自重 3.6kn 墙侧粉刷 10.0224.517=3.06kn 连系梁传来屋面自重 1/24.51/24.55.36=24.12kn 檐沟板传来的荷载 0.094.51.525=15.19kn 挑梁传来的集中荷载 0.60.31.525=6.75kn 顶层边节点集中荷载 g7a=g7d=67.94kn 中柱连系梁自重 0.250.454.525=12.66kn 梁侧粉刷 0.02（0.45-0.12）4.5217=1.01kn 连系梁传来的屋面自重 1/2（4.5+4.5-3.0）1.25.36=19.3kn 顶层中节点集中荷载 g7b=g7c=33.0kn 檐沟板传来的弯矩 15.191.5/2=11.39knm 挑梁传来的弯矩 6.751.5/2=5.06knm 顶层边节点附加弯矩 m7a=m7d=16.45knm d、楼面框架节点集中荷载标准值 边柱连系梁自重 14.06kn 粉刷 1.16kn 钢窗自重 0.453.02.4=3.24kn 窗下墙体自重 （4.5-1.2）0.90.2419=13.54kn 粉刷 2（4.5-1.2）0.9170.02=2.02kn 框架柱自重 0.50.54.525=28.12kn 粉刷 （0.5-0.2）+0.5+（0.5-0.24）20.024.517=2.02kn 连系梁传来的楼面自重 1/24.51/24.55.03=22.64kn 阳台板传来荷载 15.19kn 挑梁传来的荷载 6.75kn 中间层边节点集中荷载 ga=gd=108.74kn 中柱连系梁自重 12.66kn 粉刷 1.01kn 内纵墙自重 （4.5-0.5）（4.5-0.5）0.219=60.8kn 粉刷 （4.5-0.5）（4.5-0.5）20.0217=10.88kn 扣除门洞重 -2.11.00.225=-10.5kn 框架柱自重 28.12kn 粉刷 2.02kn 连系梁传来的楼面自重 1/2（4.5+3.4.5-2.4）1.25.03=47.08kn 1/24.52.255.03=50.93kn 中间层中间节点的集中荷载 gb=gc=203kn 阳台板传来的弯矩 15.191.5/2=11.4knm 挑梁传来的弯矩 6.75 1.5/2=5.06knm 中间层边节点附加弯矩 ma=md=16.46knm e、恒荷载作用下的结构计算简图如4-3所示（2）活荷载计算 活荷载作用下的计算简图如图4-4所示。图中各荷载值计算如下 p5ab=p5cd=2.04.5=9kn/m p5bc=2.03.0=6kn/m p5a=p5d=1/24.51/24.52.0+1/24.52.250.5=14.06kn/m p5b=p5d=1/2(4.5+4.5-2.4)1.2 2.0+1/44.54.52.0=18.05kn/m 图43 pab=pcd=2.04.5=9kn/m pbc=2.03.0=6kn/m pa=pd=1/24.51/24.52.0+1/24.52.252.5=21.66kn/mpb=pd=1/2(4.5+4.5-2.4)1.22.0+1/43.63.62.0=12.24kn/mma=md=10.125knm 活荷载作用下的结构计算简图恒荷载作用下结构计算简图（3）风荷载计算 风荷载标准值计算公式为 =zsz0 因结构的高度小于30m，可取z=1.0；对于矩形截面s=1.3；z可查规范，当查得的z1.0时，取z=1.0。将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中何在，下表为一榀框架各层节点的受风面积，计算结果如图4-5所示风荷载作用下的内力计算层次zsz/mz0/knm-2as/m2pw/kn51.01.3211.270.511.4759.4741.01.317.11.180.517.5513.4631.01.313.21.090.517.5512.4321.01.39.31.000.5 17.5511.4111.01.35.41.000.520.913.6（4）地震荷载计算 地震作用只考虑水平作用，并采用底部剪力法计算水平地震作用 a、作用于屋面梁及各层楼面梁处的重力荷载代表值 屋面梁处gew=结构及构件自重+0.5雪荷载 =5.364.5（7.22+3.0）+4.531.54.52+4.837.2 2+3.043.0+（14.06+1.16）2+（12.66+1.01）2+6.75+（28.12+2.02）2+（3.24+13.54）+（60.8+10.88-10.5）+（14.82+2.65）7.2+0.50.24.5（7.2+3.0+7.2+1.5）=891.8kn 楼面梁处gei=结构及构件自重+0.5活荷载 =5.034.5（7.22+3.0）+4.531.54.52+4.837.2 2+3.043.0+（14.06+1.16）2+（12.66+1.01）2+6.75+（28.12+2.02）4+（3.24+13.54）+（60.8+10.88-10.5）+（14.82+2.65）7.2+0.50.24.5（7.2+3.0+7.2+1.5）=926.25knb、框架的自振周期 t1=0.33+0.00069h2/b1/3=0.33+0.00069212/17.41/3=0.45s c、横向水平地震作用标准值计算地震烈度为7度 类场地第一组。查规范得水平地震影响系数最大值max=0.08 特征周期为tg=0.35s 横向地震影响系数1=（tg/t1）0.9=（0.35/0.45）0.90.08=0.064又t1=0.451.4tg=0.63 所以不需要考虑顶部附加地震系数 结构水平地震作用标准值 fek=1geq=10.85gi=0.06040.85(891.8+926.253+980.79)=253.03kn 各层地震作用标准值fei=geihi/gihifek 计算结果见下表 计算简图如图46所示地震荷载作用下的内力计算楼层gei/knhi/mgeihigeihi/gihfei/knvi/kn5781.461914847.740.18251.774176.0824781.4615.412034.4840.14741.964218.0463781.4611.89221.2280.11332.151255.22781.468.26407.9720.07823.446273.64618684.63594.7160.04412.54286.186总计81755.0081.000 6.5 内力计算 （1） 恒荷载作用下的内力计算恒荷载作用下的内力计算采用分层法。由图3-3取出顶层进行分析，结构计算简图如图3-7（a）所示。图中柱的线刚度取框架实际线刚度的0.9倍。柱的传递系数为1/3，底层柱除外 根据固端弯矩相等的原则，将梁上梯形和三角形分布荷载转化为等效均布荷载。如图37（b）所示，等效均布荷载计算公式如图38所示。节点处的竖向荷载不产生梁弯矩，可不考虑其参加弯矩分配。把梯形荷载转化为均布荷载： g5边 =g7ab1+(1-22+3)g7ab2 =4.83+(1-20.3122+0.3123)24.12 =24.64kn/mg5中=g7bc1+5/8g7bc =3.04+15.085/8=12.47kn/m结构内力可用弯矩分配法计算，并可利用结构对称性取1/2结构计算。各杆的固端弯矩为 m5ab=1/12 g7边 l边2=1/1224.647.22=106.44knm m5bc=1/3 g7中l中2=1/312.471.52=9.35 knm m5cb中=1/6 g7中l中2=1/612.471.52=4.68 knm 同理可得中间层及底层的固端弯矩，弯矩分配法的过程及各层弯矩图如图49所示； 6.6 横向水平荷载作用下框架结构的侧移计算6.6.1 风荷载取刚度折减系数为c=0.85（现浇框架）求出框架的实际抗侧移刚度值，风荷载采用荷载标准值，因为房屋高度小于50m，故可仅考虑框架的总体剪切变形，计算结果见下表 风荷载作用下框架横向侧移计算 层次fi(kn)vi(kn)duw限值59.479.47684490.00011/650413.4622.93684490.0003312.4335.36684490.0005211.4146.77684490.0007113.660.37229140.0026侧移验算首层 uw/ h=0.0026/5.4=1/320761/500满足二层 uw/h=0.0007/3.9=1/55711/500满足 顶点位移 u/h=0.0041/21=1/51211/650满足上述计算表明 框架梁柱截面主要由轴压比及变形要求控制。66.2地震荷载作用下求多遇地震下结构的层间弹性位移。地震荷载采用标准值。计算结果见下表uee=1/450横向水平地震作用下框架横向侧移计算 层次fi(kn)vi(kn)due限值525.887176.082365450.00481/450420.982218.046365450.0060316.077255.2365450.0068211.723273.646365450.007416.270286.186365210.0078侧移验算首层 ue/ h=0.0078/4.6=1/15901/450满足二层 ue/h=0.0074/3.6=1/4861/450满足 顶点位移 u/h=0.0378/26.2=1/6931/550满足6.7 内力组合根据上节内力计算结果，即可进行根据上述内力计算结果，即可进行框架各梁柱各控制截面上的内力组合。其中梁的控制截面为梁端、柱边及跨中。由于对称性，每层有6个控制截面，如图419中的1、2、3、4、5、6号截面。柱则分为边柱和中柱（即a柱和b柱），每个柱每层有两个控制截面，如图419所示。在活荷载作用下，由于柱相邻上、下层活荷载的影响，则柱的控制截面内力需叠加。 图4.14(a) 梁控制截面 图4.14(b)柱控制截面内力组合的符号规定：弯矩：梁以下侧受拉为正，上侧受拉为负；柱以左侧受拉为正，右侧受拉为负 轴力：受压为正，受拉为负 剪力：以绕杆件顺时针转动为正，逆时针转动为负第 一 层框架梁内力组合截面类控 型制截面恒载活载风载地震荷载mvmvmvmv1-157.5147.9-28.926.940.510.7117.448.52108-19.4-1.7510.7548.53-160.5-148.8-29.3-273710.779.448.54-24.918.7-6.1727.3018.60107.4084.805-22.40-4.03-018.60084.80截面类 型控制截面内力组合1.2恒载+1.4活载1.2恒载+1.4风载1.2恒载+0.91.4（活载