洛一高新校区教学楼建筑与结构设计 土木毕业设计计算书.doc

洛阳理工学院土木工程系毕业设计（论文）任务书任务下达日期：2012年1月12 日设计起止日期：自2012 年3月26 日至 2012 年6月4日 姓名 专业班级土木工程B100610指导教师 钱大行、高英课题类型工程设计题 目洛一高新校区教学楼建筑与结构设计主要研究目标(或研究内容)1熟悉框架结构房屋设计的步骤、方法、原则、成果要求，了解国家设计规范、行业设计规定和政策；2了解一般民用建筑的设计原理、初步掌握建筑设计的基本方法与步骤；3学会应用结构计算理论对基础、结构基本构件梁、板、柱等进行电算和手算。4. 掌握CAD绘图和手工绘制施工图的能力。设计主要参数（一）设计条件：本工程位于繁华市区主干道一侧，框架结构。建筑面积、层高要求满足设计题目使用要求。层数应为三层以上框架结构。 (二)气象条件 1.温度：最热月平均气温27.4oC,最冷月平均气温 0.3oC。 夏季极端最高41oC，冬季极端最低-12oC。2.相对湿度：最热月平均68%。3.主导风向:冬季北偏东风，夏季为东南风，基本风压为0.4kN/m2。4.雨雪量：年降雨量780mm，年降雪量200mm，基本雪压0.25kN/m2。(三)工程地质条件根据野外钻探，现场原位测试及室内土工试验成果，依据国家有关规范，并结合地区建筑经验，综合确定各地基土层的承载力特征值及变形参数如表所示。编号土质名称土层深度范围（m）承载力特征值（kpa）1杂填土0.302黄土状粉质粘土1.21.51203黄土状粉质粘土1.55.2200详细可见地质勘测报告。课题要求、主要任务及数量（指图纸规格、张数，说明书页数、论文字数等）（一）建筑部分1建筑设计内容：（1）建筑方案及其初步设计；（2）建筑平面、立面和剖面设计；（3）主要部位的建筑构造设计及材料做法；（4）绘制建筑施工图。2建筑设计成果：（1）建筑设计说明一份，扼要说明工程概况、设计意图，构造做法及施工方法等；（2）首层、标准层平面图，屋顶平面图(比例1：100)；（3）立面图（正立面、侧立面，比例1：100），注明标高及装修做法；（4）剖面图（剖面图不剖在楼梯间处，需另绘出楼梯剖面图，比例1：100）；（5）构造详图34个，包括屋面、墙梁、楼梯等（比例1：10或1：20）。（6）门窗表：所用门窗尽量选用标准图集，注明门窗型号、数量、洞口尺寸等。（二）结构部分1结构设计内容：（1）确定结构方案：上部承重结构方案与布置；楼（层）盖结构方案与布置；基础方案布置；结构措施及其特殊部位的处理等。（2）结构设计计算：恒荷载、活荷载计算；基础计算现浇楼板配筋计算；楼梯计算；结构抗震按构造要求。（3）绘制结构施工图。2结构设计成果：（1）结构设计说明一份，要求完成结构设计计算书一份，内容为：结构设计计算步骤（用A4纸打印或书写）；（3）绘制结构施工图，主要包括：结构设计说明；基础平面布置图及基础配筋详图（比例1：100和1：301：50）；梁、板、柱平面布置图、配筋图，（比例1：100，）；梁、板、柱配筋图（比例 1：301：100，绘制配筋图）；其它必要的构件配筋图（如：楼梯、雨蓬、挑梁配筋图，比例 1：301：50）。3.其他要求毕业设计图纸中，建议采用2号图纸绘制。设计图纸成果中，必须有3张手毕业设计计算书要求绘的建筑图和结构图（建筑2张、结构1张，共3张）。学生在规定时间内在教师指导下，独立完成毕业，设计（论文）工作，最后提交毕业（论文）文本，除图纸外，还有毕业设计计算书。业设计说明书：字数5000-8000字（详见教务发20094号文件规定）。包括标题、摘要、关键词、正文（引言、本论、结论）、参考文献等。摘要和关键词要求中英文对照。1. 计算书结构（1） 毕业设计（论文）的任务书；（2） 毕业设计（论文）的摘要；（3） 毕业设计（论文）目录；（4） 毕业设计计算书；（5） 设计论文（6） 谢词（7） 参考文献；2. 计算书内容要求（1）任务书：包括设计（论文）题目、论文的原始数据，主要参考资料、重点内容、设计指标；（2）中英文摘要及关键词：一般为500字，摘要介绍设计（论文）的研究课题，本人见解和主要结论；关键词少于5个；（3）目录：按计算书和住宅设计论文章节次序编好页码，设计图纸要有标号；（4）设计计算书和设计论文要求论证严格，层次分明，语句通顺，表达确切，字体端正，一律用专用报告纸书写，或A4打印。进度计划第1、2周：熟悉毕业设计任务书、参阅相关设计资料；第3周：进行建筑设计，必须满足设计任务书要求；第4周：进行结构总体布置设计，必须满足相关规范要求；第5、6周：进行结构设计，包括框架整体受力计算、楼板配筋设计，楼梯板、梁配筋设计；第7周：根据地质条件进行基础选择和结构设计：第8、9周：绘制设计图；第10周：撰写设计说明书；第11周：准备毕业答辩。主要参考文献和数据1. 相关教材：房屋建筑学、结构力学、混凝土结构、地基基础、建筑抗震、建筑施工、砌体结构等。2. 设计规范及标准：房屋建筑制图统一标准（GB/T50001-2001）建筑制图标准（GB/T501042001）建筑结构制图标准（GB/T50105-2001）建筑结构荷载规范（GB50009-2002）混凝土结构设计规范（GB50010-2002）钢筋混凝土施工图平面整体表示方法制图规则与构造详图11G101-13指导教师钱大行、高英系部主管教学主任孙成城学院教学主管洛阳理工学院毕业设计（论文）开题报告系（部）： 土木工程系 2012年3 月12日 （学生填表）课题名称洛阳市第一高级中学新校区教学楼建筑与结构设计学生姓名卢宜飞专业班级B100610课题类型设计指导教师钱大行高 英职称副教授高工课题来源工程实际1. 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义研究动态：土木工程是建造各类工程设施的科学、技术和工程的总和。工民建方面就结构布置部分有以下几种结构：框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构、框架核心筒结构、巨型结构等等。钢筋混凝土多层框架结构作为一种常用的结构形式，具有传力明确、结构布置灵活、抗震性和整体性好的特点，目前已被广泛的应用于多层工业或民用建筑中。选题依据：近年来我国高中建设的越来越多，每个高中有相应的教学楼是必不可少的，设计出具有安全、经济、实用、特色的教学楼是每个高中都需要的。选题意义：高中教学楼的建设在我国的进一步普及高中教育有很大的意义，更好更多的设计与建设高中教学楼能为我国高中教育起到促进作用，同时对我国的教育发展做出贡献。2. 研究的基本内容，拟解决的主要问题通过毕业设计命题完成毕业设计，主要解决以下几个方面的问题：（1）建筑设计：掌握建筑设计的方法、原则和设计步骤。内容包括：建筑平面设计和立面建筑设计。能够满足使用、采光、通风、消防等方面的要求。（2）结构设计：掌握框架设计的基本步骤、结构计算的基本方法、各种构件设计的选定，钢筋布置方法。（3）基础设计：根据地质报告和荷载情况，确定基础形式、基础受力计算和钢筋布置。（4）编制计算书：通过设计、计算整理出施工图的计算书，作为设计审查的依据。（5）施工图绘制：根据以上计算和设计结果绘制基础和建筑的建筑图和结构图，掌握一般设计图的内容构成、表示方式和表示深度。3. 研究步骤、方法及措施复习相关课程内容，明确设计步骤，根据参阅相关设计资料完成设计任务。根据设计需要解决的主要问题，完成建筑设计；结构设计；基础设计、编制计算书和施工图绘制。具体方法是采用自主设计、指导教师辅导的形式进行，要求采用手算和计算机计算相结合，进行结果对比确定最后的设计方案。 根据设计的特点，通过分步控制的方法。即每步开始进行辅导，明确设计要点和要求；中间进行答疑和阶段检查，以控制设计质量；完成后进行检查，合格后进入下一道程序，直至完成。4. 研究工作进度第1、2周：熟悉毕业设计任务书、参阅相关设计资料；第3周：进行建筑设计，必须满足设计任务书要求；第4周：进行结构总体布置设计，必须满足相关规范要求；第5、6周：进行结构设计，包括框架整体受力计算、楼板配筋设计，楼梯板、梁配筋设计；第7周：根据地质条件进行基础选择和结构设计：第8、9周：绘制设计图；第10周：撰写设计说明书；第11周：准备毕业答辩。5. 主要参考文献房屋建筑学、混凝土结构、土力学与地基基础、建筑结构荷载规范、混凝土结构设计规范、建筑设计规范、抗震设计规范、建筑地基基础设计规范等参考资料。各种建筑、结构做法的标准图集。教研室意见教研室主任签字： 年 月 日洛阳市第一高级中学新校区教学楼结构计算书摘 要根据教学楼设计规范和其它相关标准，以及设计要求和提供的地质资料，设计该框架结构教学楼。 按照先建筑后结构，先整体布局后局部节点设计步骤设计。主要内容包括：设计资料、建筑设计总说明、建筑的平面、立面、剖面图设计说明，以及其它部分的设计说明；结构平面布置及计算简图确定、荷载计算、内力计算、内力组合、主梁截面设计和配筋计算、框架柱截面设计和配筋计算、次梁截面设计配筋计算、楼板和屋面设计、楼梯设计，基础设计等。其中附有风荷载作用下的框架弯矩、剪力和轴力图；纵向和横向地震荷载作用下的框架弯矩、剪力和轴力图；恒荷载和活荷载作用下的框架弯矩、剪力和轴力图以及梁柱的内力组合表。 关键词：框架、重力荷载代表值；现浇钢筋混凝土结构；内力组合；弯矩调幅。The building of NO.1 middle school building in LuoyangAbstractAccording： to building design specifications and other relevant standards and design requirements and provide geological data, the design of the framework of the classroom building. After the first building in accordance with the structure and layout of the overall after the first local node design steps design. Main contents include : design, architectural design of the total shows that the construction of the plane, Facade, profile design specifications, , and other parts of the design; structural layout and schematic calculation of identification, load, stress, the combination of internal forces, Main beam reinforcement design and calculation, frame-section design and reinforcement, meeting beam reinforcement design, floor and roof design, stair design, infrastructure design. Enclosing wind load under the framework moment, shear and axial bid; vertical and horizontal seismic loads under the framework of the moment, shear and axial bid; Constant load and live load under the framework moment, shear and axial trying to internal forces and the combination of beam-column table. Key Words：frame, Gravity load charecter value , cast-in-place reinforced concrete structure , internal force make up , curved square amplitude modulation.目录前 言1第一章 工程概况21.1工程概况21.1.1建设项目名称：洛一高新校区教学楼建筑与结构设计21.1.2设计资料：21.1.3主要构件材料21.1.4框架结构计算简图和结构平面布置图2第二章 楼板设计32.1屋面和楼面板的荷载计算32.2楼板计算42.2.1内力计算42.2.2截面配筋计算9第三章 楼梯设计113.1梯段板计算：113.2平台板设计：123.3平台梁设计：12第4章 框架计算144.1设计基本资料144.2框架计算简图154.2.1 确定框架的计算简图154.2.2 确定梁柱的截面尺寸164.2.3 计算梁柱的线刚度164.3恒荷载作用下的内力计算174.3.1 屋面恒荷载174.3.2 楼面恒荷载174.3.3梁端集中力计算174.3.4弯矩计算184.3.5计算梁端剪力、柱端剪力234.3.6计算柱的轴力254.4活荷载作用下的内力计算274.4.1 均布荷载274.4.2梁端集中力284.4.3弯矩计算284.4.4计算梁端剪力、柱端剪力304.4.5计算柱的轴力324.5风荷载作用下的内力计算344.5.1 基本数据计算344.5.2 计算框架各节点上风荷载标准值344.5.3 计算各柱剪力值见下表：344.5.4 计算各柱反弯点高度见下表：364.5.5 计算各柱的弯矩364.5.6 计算各梁端弯矩374.5.7 计算各梁端剪力384.5.8 计算各柱轴力394.5.9 绘内力图39第五章 抗震计算435.1 计算重力荷载代表值435.1.1 第5层的重力荷载代表值：435.1.2 24层的重力荷载代表值：435.1.3 一层的重力荷载代表值：435.2横向框架侧移刚度计算435.2.1 计算梁、柱的线刚度435.2.2 计算柱的侧移刚度445.3横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算445.3.1 横向自振周期的计算445.3.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算455.3.3 水平地震作用下的位移验算465.3.4 水平地震作用下框架内力计算47第六章 框架的内力组合526.1 柱端弯矩设计值的调整526.1.1 A、D柱弯矩值调整526.1.2 B、C柱弯矩值调整526.2框架梁截面设计536.2.1 梁正截面受弯承载力计算536.2.2 梁斜截面受剪承载力计算546.2.3 箍筋选择556.3框架柱截面设计566.3.1 剪跨比和轴压比计算566.3.2 柱正截面承载力计算576.3.3 柱斜截面受剪承载力计算60第七章 基础计算617.1地基承载力特征值深度、宽度修正：617.2基础J-1的设计：627.2.1基础J-1的截面尺寸：627.2.2柱与基础J-1交接处的冲切承载力验算627.2.3基础板底J-1配筋计算637.3基础J-2的设计：657.3.1基础J-2的截面尺寸：657.3.2柱与基础J-2交接处的冲切承载力验算657.3.3纵向内力计算667.3.4基础板底J-2配筋计算66结 论69谢 辞70参考文献71附录72外文资料翻译77前 言毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。本组毕业设计题目为洛一高新校区教学楼建筑与结构设计。在毕业设计前期，我温习了结构力学、钢筋混凝土设计、建筑结构抗震设计等书籍，并借阅了抗震规范、混凝土规范、荷载规范等规范。在毕设中期，我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计。在毕业设计后期，主要进行设计手稿的电脑输入，并得到老师的审批和指正，使我圆满的完成了任务，在此表示衷心的感谢。毕业设计的三个月里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、论文撰写以及外文的翻译，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。在进行内力组合的计算时，进一步了解了Excel。在绘图时熟练掌握了AutoCAD、天正、探索者等绘图软件，以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。框架结构设计的计算工作量很大，在计算过程中以手算为主，辅以一些计算软件的校正。由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。 第一章 工程概况1.1工程概况1.1.1建设项目名称：洛一高新校区教学楼建筑与结构设计本工程建筑功能为公共建筑，使用年限为50年；总建筑面积5207.3 m2，建筑高度20.400m，主体为五层框架结构；建筑平面的横轴轴距为7.2m，纵轴轴距为3.9m和5.4m；内、外墙体材料为加气混凝土砌块，外墙装修使用白色涂料外墙涂料，内墙装修喷涂乳胶漆，教室内地面房间采用地砖地面，教室房间墙面主要采用石棉吸音板，门窗采用塑钢窗和装饰木门。全楼设楼梯三部。1.1.2设计资料：1.地质水文资料：根据工程地质勘测报告，拟建场地地势平坦，表面为平均厚度0.3m左右的杂填土，以下为1.21.5m左右的粉土，承载力的特征值为120kN/m2，再下面为较厚的垂直及水平分布比较均匀的粉质粘土层，其承载力的特征值为200kN/m2，可作为天然地基持力层。2.抗震设防要求：七度三级设防1.1.3主要构件材料主要构件材料：框架梁、板、柱采用现浇钢筋混凝土构件， 墙体采用加气混凝土砌块， 混凝土强度：梁、板、柱均采用C30混凝土， 钢筋使用HPB235，HRB 335二种钢筋。1.1.4框架结构计算简图和结构平面布置图 图1-1 框架结构计算简图 第二章 楼板设计2.1屋面和楼面板的荷载计算屋面和楼面板的荷载取自建筑荷载规范（GB500092006）。表2-1教室采用地砖地面名 称做 法厚度（mm)容重(KN/m3)重量KN(m2)教 室地砖铺实10200.21：4干硬性水泥砂浆25200.5基层处理剂一遍0.051：2.5水泥砂浆找平20200.4钢筋混凝土楼板100252.5板底20厚粉刷抹平20170.34楼面静载3.99楼面活载2.0表2-2厕所采用地砖地面名 称做 法厚度（mm)容重(KN/m3)重量KN(m2) 厕 所地砖铺实10200.21：4干硬性水泥砂浆25200.5基层处理剂一遍0.05C20混凝土0.5找坡20250.711：2.5水泥砂浆找平20200.4防水涂料1.50.2钢筋混凝土楼板100252.5板底20厚粉刷抹平20170.34楼面静载4.9楼面活载2.5表2-3不上人屋面名 称做 法厚度（mm)容重(KN/m3)重量KN(m2)非 上 人 屋 面高分子卷材4120.051：3水泥砂浆找平20200.4憎水珍珠岩保温层6040.241：3水泥砂浆找平20200.41:6水泥焦渣找坡50150.75钢筋混凝土楼板100252.5板底20厚粉刷抹平20170.34楼面静载4.68楼面活载0.5表2-4走道采用地砖地面名 称做 法厚度（mm)容重(KN/m3)重量KN(m2) 走 道地砖铺实10200.21:3水泥砂浆找平18200.36纯水泥浆一道2200.04钢筋混凝土楼板100252.5板底20厚粉刷抹平20170.34楼面静载3.44楼面活载2.52.2楼板计算根据混凝土结构设计规范（GB500102002），楼板长边l2与短边l1之比小于2时，按双向板计算。楼板长边l2与短边l1之比大于2且小于3时，宜按双向板计算，当按沿短边受力的单向板计算时，应沿长边方向布置足够的构造钢筋。根据本工程的实际尺寸，7200/3900=1.85minMax0.20%,0.45ft/fyMax0.20%,0.21%选配2B16+2B12，斜截面受剪承载力计算，0.7ftbho 0.71.4320026553.05kNV 44.57kN故按构造配置箍筋，选配A6200同理：图3-2楼梯平面图按上述计算方法计算得：梯段板选配A10140， 平台板选配A8200，平台梁选配3B22，箍筋选配A6200第4章 框架计算4.1设计基本资料抗震设防烈度：7度基本风压：建筑结构安全等级：级材料：梁柱混凝土均选用级（） 梁柱受力钢筋均选用级（） 板及箍筋均选用级（）取一榀完整结构、荷载分布均匀的具有代表性的框架作为计算单元 图4-1（一榀框架）计算单元4.2框架计算简图4.2.1 确定框架的计算简图框架中梁柱均为整体现浇，节点可以简化为刚结点，底层柱与基础的连接点也可以简化为刚结点计算简图中尺寸的确定框架跨度取柱的截面形心轴线之间的距离，近似取轴线间距； 框架柱的高度：底层取底层层高加1.0m；其余各层取各层层高，即梁面到梁面之间的距离根据以上原则作出的框架计算简图如下： 图4-2框架计算简图4.2.2 确定梁柱的截面尺寸框架梁边跨梁： 取 取中跨梁： 取 取框架柱为了方便计算，柱的尺寸均以底层中柱的截面尺寸为准初选截面尺寸 取 取验算初选截面尺寸多层框架民用建筑竖向荷载标准值荷载综合分项系数取1.2则查混凝土结构表13.18得此现浇钢筋混凝土结构房屋的抗震等级为三级；查混凝土结构表13.21得柱轴压比限值为0.9，即即，满足要求4.2.3 计算梁柱的线刚度对于现浇整体式框架梁：中框架梁，边框架梁框架梁边跨： 中跨： 框架柱一四层： 五层： 4.3恒荷载作用下的内力计算4.3.1 屋面恒荷载保温、防水层自重 ：100mm厚现浇钢筋混凝土屋面板： 20mm混合砂浆顶棚抹灰：屋面恒荷载标准值 ：顶层边跨框架梁恒荷载屋面板传来的荷载 ：框架梁自重 ：梁两侧20mm混合砂浆抹灰 ：顶层边跨框架梁恒荷载标准值：顶层中跨框架梁恒荷载框架梁自重 ：20mm混合砂浆梁侧、梁底抹灰：顶层中跨框架梁恒荷载标准值 ：4.3.2 楼面恒荷载楼板恒荷载标准值边跨框架梁恒荷载楼板传来的荷载 ：框架梁自重 ：框架梁上填充墙自重 ：20mm混合砂浆抹灰 ：边跨框架梁恒荷载标准值：中跨框架梁恒荷载：（同顶层中跨）4.3.3梁端集中力计算顶层梁端集中力 边跨框架梁端女儿墙传来的：纵梁自重及抹灰:屋面板传来的荷载：则边跨梁端集中力为: 中跨框架梁端纵梁自重及抹灰：屋面板传来的：则中跨梁端集中力为： 标准层梁端集中力 边跨框架梁端纵梁自重及抹灰：15.95KN（同顶层边跨）楼板传来的：纵梁上墙重及抹灰：边跨框架梁端集中力： 中跨框架梁端纵梁自重及抹灰：6.65KN（同顶层中跨）楼板传来的：纵梁上墙重及抹灰：中跨框架梁端集中力：4.3.4弯矩计算本框架采用弯矩二次分配法计算，由于结构对称、荷载对称、材料性质相同，所以利用对称性原理计算框架一半，中跨梁线刚度修正为 图4-3恒荷载分布图（）计算节点弯矩分配系数：节点A6： 节点B6: 节点A5: 节点B5: 节点A4: 节点B4: 节点A3: 节点B3: 节点A2: 节点B2: 计算固端弯矩：弯矩分配及传递过程如下图：楼层上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁50.3240.6760.5460.2620.192-96.50996.509-1.07631.26965.24-52.106-25.003-18.32313.505-26.05332.62-11.3544.0668.482-11.611-5.572-4.08348.84-48.8465.412-41.929-23.48240.2450.2450.510.4320.2080.2080.152-110.246110.246-1.07627.0127.0156.226-47.162-22.707-22.707-16.59415.63513.505-23.58128.113-12.502-11.354-1.362-1.362-2.835-1.839-0.885-0.885-0.64741.28339.153-80.43689.358-36.094-34.946-18.31730.2450.2450.510.4320.2080.2080.152-110.246110.246-1.07627.0127.0156.226-47.162-22.707-22.707-16.59413.50513.505-23.58128.113-11.354-11.354-0.84-0.84-1.749-2.335-1.124-1.124-0.82239.67539.675-79.3588.862-35.185-35.185-18.49220.2450.24