幼儿园结构设计计算书.doc

昌平花园幼儿园设计 摘 要本工程为昌平花园幼儿园工程，采用框架结构，主体为三层，局部两层，本地区抗震设防烈度为6度，场地类别为II类场地。主导风向冬季西北风，夏季东南风，基本风压0.4 KN/m2，基本雪压0.35 KN/m2，楼板屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构。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，认真考虑影响设计的各项因素。根据结构与建筑的总体与细部的关系。先用弯矩二次分配法计算恒荷载及活荷载作用下框架的结构内力，接着用D值法计算风荷载作用下的结构内力,然后进行内力组合，找出最不利的一组内力组合，然后进行计算配筋并绘图。此外还进行了室内楼梯的设计，完成了平台板，梯段斜梁，平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。计算书用Word编辑，部分插图用天正建筑软件绘制，内力组合用Excel辅助计算。施工组织设计就是针对施工安装过程的复杂性，用系统的思想并遵循技术经济规律，对拟建工程的各阶段、各环节以及所需的各种资源进行统筹安排的计划管理行为，本设计的施工组织设计重点在进度控制、质量控制和安全控制。关键词： 框架结构，荷载计算，内力计算，计算配筋，施工组织。第一章：绪论毕业设计是专业教学过程中的最后一个环节，是理论联系实际的重要过程。通过所给的设计资料培养学生能够综合运用所学知识了解并掌握建筑设计和结构设计的全过程。学会搜集资料、分析问题、解决实际工程问题的方法，进一步巩固已学的课程，并能查阅资料、专业文献，熟悉、理解和应用中南标等建筑规范，解决土木建筑工程设计中各方面问题所需的综合能力和创新能力，达到初步了解与掌握一个建筑师和结构工程师的实际工作内容和设计工作的方法与步骤。这个设计巩固和研究了我大学四年的所学的知识，能够发挥我的专长来达到学以至用的境界。另外在大量出现的钢筋混凝土的框架结构的情况下，多层混凝土的框架结构教学楼设计也有很多意义的，多层混凝土的框架结构能够大大的满足我们对教学楼的使用要求。通过各种研究方法来利用这种结构优点，并研究和改善他们，来满足我们的要求。总之，通过本次设计，学会了搜集资料、分析问题、解决实际工程问题的方法，进一步巩固已学的课程，主要是使自已能独立思考、解决设计过程中遇到的问题以及理论知识联系实际工程问题的能力增强。诚然，该设计也有些不足之处，希望各位领导、老师指正。1.1 设计基本资料1.1.1、工程概况工程名称：昌平花园幼儿园设计；建筑地点：邹城市昌平花园；设计使用年限：50年；建筑规模： 1)建筑总面积： 2230.1m2； 2)建筑层数：地上三层，局部两层； 3)结构形式：钢筋砼框架结构；4)层高：12.600m，局部8.800m。1.1.2、建筑技术条件（一）气象条件： 1)基本风压：Wo=0.4KN/m2 2)基本雪压：So=0.35KN/m2 （二）工程地质条件1）地形：拟建场地地形较平坦，高差不超过1.5m。2）土层：自然地表0.6m内为杂填土，土质较差；填土下层为1.5m厚的粉质粘土，其承载力特征值为180 KN/m2 ；再下为砾石层，其承载力特征值为270 KN/m23）地下水：地下水在地表以下3m，无侵蚀性。材料供应：钢材、水泥、木材、砂石等供应充足。施工条件：各种机具足现浇结构要求。1.2 建筑设计说明1.1.1、设计概要本设计是幼儿园，应根据建筑使用性质、建设规模与标准的不同，确定各类用房。一般由教室、卧室、厕所和洗手间等组成。教学楼内各种房间的具体设置、层次和位置，应根据使用要求和具体条件确定。立面设计是在满足房间的使用要求和技术经济条件下，运用建筑造型和立面构图的一些规律，结合平面的内部空间组合进行的。进行立面设计设计时要考虑房屋的内部空间关系，相邻立面的协调，各立面墙面的处理和门窗安排，满足立面形式美观要求，同时还应考虑各入口、细部构件的处理。考虑设计的是幼儿园，立面尽量满足儿童视觉需求。建筑剖面考虑的是建筑物各部分高度，建筑层数和空间结构体系。确定房间净高时，主要考虑房间的使用性质，室内采光通风及设备设置和结构类型。综合考虑这些因素，取房间层高为3.6m。1.1.2、结构设计依据房屋建筑学教材，建筑设计资料集1、2、3册，中小学建设设计规范，其他有关设计规范及总图，混凝土结构设计规范GB50007-2002，建筑结构荷载规范GB50009-2001，建筑地基基础设计规范GB50007-2002，混凝土结构学（上、下册），多层与高层建筑结构设计，现用建筑施工教材，建筑施工手册（上、中册），中国建筑工业出版社，建筑工程预算定额（省标），劳动定额手册。1.1.3、结构选型1结构型式包括：混合结构 框架结构 部分混合部分框架混合结构施工简单，造价低，用钢量少，但整体性差，难满足高层大跨度的要求。框架结构整体性好，能满足大空间要求，耐久性好，缺点是造价高，结构要求整体性好，大空间比较的多，因此选用框架结构，框架结构包括：装配式框架，装配整体式框架，现浇式框架，装配式框架可节省模板，周期短，节点用钢量大。装配整体式框架，节点简单，工期长，用钢量和焊接少，整体性好，工序多。现浇式框架，整体性和抗震性好，模板多工期长，本工程采用先浇式框架，可保证框架和整体性。2屋面结构：采用现浇屋盖,屋面找坡采用建筑找坡，板厚取h=100mm。3楼面结构：采用现浇楼面。4楼梯结构：采用钢筋混凝土梁式楼梯。5天沟：采用现浇天沟。1.1.4、结构布置 屋面结构布置及标准层楼面详见结构施工图第二章：荷载计算2.1结构布置2.1.1确定框架的计算简图假定框架与基础固定，且嵌固于基础顶面.框架梁与柱节点刚结。由于各层柱的截面尺寸不变，则梁跨等于柱截面形心轴线之间的距离，底层柱高从基础顶面算至二楼板底，基顶标高根据地质条件暂定为1.70m，则底层柱高为（3.5+0.10）=3.60m，其余各层柱高为层高，均为3.6m。为了便于简化计算，选取7轴上的一榀框架进行计算，由此可绘出框架的计算简图如下图21 图21框架计算简图2.1.2 杆件尺寸估算混凝土强度等级： 梁、柱采用C30（）横向框架梁 h= b=则 h= 取 h=600mmb= 取 b=250mm纵向框架梁 h= 取 h=400mm b= 取 b=200mm框架柱 b=底层柱高 h=（11.5）b则 b= 取b=400mm h=（11.5）b 取h=400mm2.1.3 惯性矩线刚度计算 其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取=2横向框架边跨梁：边跨梁：中跨梁：中跨梁：中跨梁：中跨梁：中跨梁：底层柱：其余各层柱：令=1.0则其余杆的相对线刚度为： = = =框架梁住相对线刚度如图2-2所示，作为计算各节点杆端弯矩分配系数的依据。 图22 梁柱相对线刚度2.2荷载设计值计算2.2.1 恒载标准值计算（1）屋面防水层（刚性）30厚C20细石混凝土防水 ： 1.0kN/m2防水层（柔性） 三毡四油，冷底子油一度铺小石子： 0.4kN/m2找平层：15厚水泥砂浆： 0.01520=0.30kN/m2找平层：15厚水泥砂浆： 20=0.30kN/m2（2%找坡）膨胀珍珠岩保温层 ： 15（0.02+0.2）/2=1.725 kN/m2120mm厚现浇混泥土屋面板： 0.12 25=3.0kN/m2抹灰层：10厚混合砂浆 0.17kN/m2小计： 6.90kN/m2 （2）各层走廊楼面 水磨石地面： 0.65kN/m2 （10mm面层、20mm水泥砂浆打底、素水泥砂浆结合层一道） 结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.1225=3.0kN/m2 抹灰层：10厚混合砂浆 0.17kN/m2 小计： 3.82kN/m2（3）标准层楼面 大理石面层，水泥砂浆擦缝 1.16 kN/m2 30厚1：3干硬性水泥砂浆，面上撒2厚素水泥 水泥浆结合层一道结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.1225=3.0kN/m2抹灰层：10厚混合砂浆 0.17kN/m2 小计： 4.33kN/m2（4）梁自重 bh=300mm600mm 梁自重： 0.3（0.600.12）25=3.6kN/m抹灰层：10厚混合砂浆 0.01（0.6-0.12+0.3）217=0.27kN/m 小计： 3.87 kN/mbh=250mm400mm梁自重： 0.25（0.400.12）25=1.75kN/m抹灰层：10厚混合砂浆 0.01（0.400.120.25）217=0.18kN/m小计： 1.93 kN/ 基础梁bh=250mm400mm梁自重： 0.250.4025=25kN/m（5）柱自重bh=600mm600mm 柱自重： 0.60.625=9.0kN/m抹灰层：10厚混合砂浆 0.010.6417=0.41kN/m 小计： 9.41 kN/m（6）外纵墙自重 标准层 纵墙： 0.90.3619=6.16kN/m 铝合金窗： 0.352.1=0.74kN/m 水刷石外墙面： （3.62.1）0.5=0.75kN/m 水泥粉刷内墙面： （3.62.1）0.36=0.54kN/m 小计 8.19 kN/m 底层 纵墙： （4.82.10.8）0.3619=13.0kN/m 铝合金窗： 0.352.1=0.74kN/m 水刷石外墙面： （4.82.10.8）0.5=0.95kN/m 水泥粉刷内墙面： （4.82.10.8）0.36=0.68kN/m 小计 15.37 kN/m （7）内纵墙自重标准层纵墙： （3.60.4）0.2419=14.59kN/m 水泥粉刷内墙面： （3.60.4）0.362=2.30kN/m 小计 16.89 kN/m （8）内隔墙自重 标准层内隔墙： 0.90.2419=4.1kN/m 铝合金窗： 0.352.1=0.74kN/m 水泥粉刷内墙面： 0.920.36=0.65kN/m小计 5.49kN/m底层内隔墙： （4.82.10.8）0.2419=8.66kN/m 铝合金窗： 0.352.1=0.74kN/m 水泥粉刷内墙面： （4.82.10.8）0.362=1.37kN/m小计 10.77kN/m（9）女儿墙自重（含贴面和粉刷） 0.241.2190.920.366.12kN/m2.2.2 活荷载标准值计算（1）屋面和楼面活荷载标准值 根据荷载规范查得： 上人屋面 2.0 kN/m2 楼面：走廊 2.5 kN/m2（2）雪荷载 kN/m2 屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取大值2.2.3 竖向荷载下框架受荷总图(1)AB(CD)轴间框架梁屋面板传荷载：板传至框架梁上得梯形荷载或三角形荷载等效为均为荷载，荷载传递示意图如图2-3图23 板传荷载示意图恒载： 活载： 楼面板传荷载：恒载： 活载： 梁自重：AB(CD)轴间框架梁均布荷载为：屋面梁：恒载梁自重板传荷载 活载板传荷载9.38楼面梁：恒载梁自重板传荷载 3.8720.3024.17 活载板传荷载9.38(2) BC轴间框架梁：屋面板传荷载：恒载: 活载： 楼面板传活载:恒载: 活载: 梁自重: BC轴间框架梁均布荷载为：屋面梁：恒载梁自重板传荷载 活载板传荷载3.75楼面梁：恒载梁自重板传荷载 3.877.1611.03 活载板传荷载4.69(3)、A轴柱纵向集中荷载计算：顶层柱荷载：女儿墙自重：（做法：墙高1100，100的混凝土压顶） 0.241.119250.10.24（1.220.24）0.56.94天沟自重：（现浇天沟） 顶层柱恒载女儿墙及天沟自重梁自重板传荷载 (6.94+2.13)4.5+3.87(4.5-0.5)+16.1714.5129.06顶层柱活载板传活载 4.6921.1标准层柱恒载墙自重+梁自重+板传荷载基础顶面恒载板传活载21.1基础顶面恒载底层外重墙自重+基础梁自重 71.48(4)、B柱纵向集中荷载计算：顶层柱恒载梁自重板传荷载顶层柱活载板传活载标准层柱恒载梁自重板传荷载+墙自重标准层柱活载板传活载基础顶面恒载内纵墙自重基础梁自重110.03故可以画出一榀框架在竖向荷载作用下的受荷总图如图24所示： 图24 竖向受荷总图（注：1.图中各值的单位为kN； 2.图中数值均为标准值。）第三章、内力计算3.1 风荷载作用下的位移验算与内力计算3.1.1风荷载标准值作用下的内力计算根据设计任务书知道有关风荷载的参数，并根据建筑结构荷载规范GB5009-2001知，作用在屋面梁和楼面梁处的集中风荷载标准值：式中，基本风压W0.4kN/m；-风压高度变化系数，因在常德市区，地面粗糙度为C类；-风荷载体型系数，根据建筑物的体型查得0.8-（-0.5）1.3-风振系数取1.0；-下层柱高；-上层柱高，对顶层为女儿墙高度的2倍；B迎风面的宽度，B4.5m。表3.1 集中风荷载标准值集中风荷离地高度Z/m18.450.811.01.30.43.62.44.9814.850.741.01.30.43.63.65.4511.250.741.01.30.43.63.65.457.650.741.01.30.43.63.65.454.050601.01.30.44.053.64.703.1.2 风荷载作用下的位移验算（1）.横向框架的侧移刚度D计算：由前面所求梁柱线刚度求侧移刚度见下表所示：风荷载作用下框架侧移计算：水平荷载作用下框架的层间位移按式中 V-第j层的总剪力；-第j层的层间侧移；-第j层所有柱的抗侧刚度之和；表3.2 横向2-5层D值的计算构件名称A轴柱0.18315250B轴柱0.43936583C轴柱0.43936583D轴柱0.18315250=103666kN/m表3.3 横向底层D值的计算构件名称A轴柱0.42214850B轴柱0.63322254C轴柱0.63322254D轴柱0.4221485074208kN/m（2).风荷载作用下框架侧移计算水平荷载作用下框架的层间位移按下式计算：式中 V-第j层的总剪力；-第j层所有柱的抗侧刚度之和； -第j层的层间侧移。第一层的层间侧移值求出以后，就可计算各楼板标高处的侧移值的顶点侧移值，各层楼板标高处的侧移值是该层以下各层层间侧移之和，顶点侧移是所有各层层间侧移之和。j层侧移 u顶层侧移 u框架在风荷载作用下侧移的计算见表表3.4 风荷载作用下框架侧移计算表层次/h54.984.981036660.000051/7200045.4510.431036660.000101/3600035.4515.881036660.000151/2400025.4521.331036660.00021/1800014.7026.03742080.00041/9000u=0.00025m 侧移验算： 层间侧移最大值： (满足)3.1.3 风荷载作用下的内力计算：由于3,用D值法进行框架内力计算，其步骤为：（1）求各柱反弯点处的剪力值（2）求各柱反弯点高度（3）求各柱杆段端弯矩和梁端弯矩（4）求各柱的轴力和梁剪力求解过程见下面的表格。表3.5 A轴框架柱反弯点位置层号53.60.450.2250000.2250.79243.60.450.3250000.3251.17033.60.450.4000000.4001.44023.60.450.500000.0250.5251.89014.80.600.7200.01300.7083.396表3.6 B轴框架柱反弯点位置层号53.61.570.3790000.3791.36443.61.570.4290000.4291.54433.61.570.4790000.4791.72423.61.570.5000000.5001.80014.82.090.550000.5502.6402.风荷载作用下的内力计算：（1）风荷载作用下各柱剪力及弯矩计算：C轴柱同于F轴柱，D轴柱同于E轴柱，3,用D值法进行计算，且修正高度y0，y与y为0，则由混凝土结构设计规范查出的y为反弯点高度y。表3.7 左风荷载作用下A轴框架柱剪力和梁端弯矩层号54.98103666152500.1470.730.812.040.592.04410.43103666152500.1471.535.523.731.794.32315.88103666152500.1472.338.405.043.366.83221.33103666152500.1473.1311.295.364.528.72126.0374208148500.2005.2024.967.2917.6711.81表3.8 风荷载作用下D轴框架柱剪力和梁端弯矩层号5103666365830.3531.761.363.932.401.132.804103666365830.3533.681.545.695.697.047.113103666365830.3535.611.729.679.6711.4511.562103666365830.3537.537.5313.5513.5516.4016.57174208742080.3007.817.816.8720.6221.4921.70（2）柱剪力：楼层剪力柱弯矩： M柱剪力h（1- y） M=柱剪力hy表3.9 风荷载作用下框架柱轴力和梁端剪力层号梁端剪力/kN柱轴力/ kNAB跨（CD跨同AB跨）BC跨A轴（D跨轴同A轴）B轴50.421.130.42-0.710.7141.442.971.86-1.532.2432.204.974.06-2.775.0122.907.036.96-4.139.1413.8413.1210.80-9.2818.42其中，只考虑左风荷载作用的影响。（3）.风荷载作用下框架的内力图：弯矩图如图3-1所示，剪力图如图3-2所示，轴力图如图3-3所示。图3-1 框架在风荷载作用下（从左向右）的M图（单位）图3-2 框架在风荷载作用下（从左向右）的V图（单位）图3-3 框架在风荷载作用下（从左向右）的N图（单位）3.2 框架在竖向荷载作用下的内力分析（采用弯矩二次分配法） 3.2.1 计算方法和荷载传递路线1、计算方法框架结构在竖向荷载作用下的内力计算采用力矩分配法，因为框架结构对称，荷载对称；又属于奇数跨，故在对