烟台第二小学教学楼设计土木工程毕业设计计算书.doc

毕 业 论 文（设计） 题 目： 教学楼设计 目 录中文摘要.IAbstract.第一章 建筑设计1.1 工程概况.11.2 设计资料.11.3 设计思想.11.4 建筑设计说明.11.5 构造做法.4第二章 结构设计2.1 设计资料.62.2 结构布置及结构计算简图的确定.62.3 荷载统计.92.4 风荷载计算.132.5 竖向荷载下内力计算.202.6 内力组合.472.7 框架柱设计.502.8 框架梁设计.532.9 楼板设计.602.10 楼梯设计.622.11 基础设计.65参考文献.68总结.69致谢.70毕业设计图纸目录.71烟台第二小学教学楼设计土木工程专业 刘永峰 指导教师 全洪珠摘要：根据土木工程毕业设计的内容，本文对烟台市第二小学教学楼进行设计。设计内容包括建筑设计部分和结构设计部分。该楼为四层现浇混凝土框架结构，抗震设防烈度为6度，总建筑面积约3732平方米。 在建筑设计中，根据教学楼的使用要求、自然条件、建筑造型进行了平面布置和空间组织。结构设计包括结构选型、结构布置、恒载、活载及风荷载的统计，然后采用D值法进行风荷载作用下的结构内力计算，分层法进行竖向荷载作用下的结构内力计算；再进行内力组合分析，找出最不利的内力组合，进行构件计算；最后，根据计算结果，按照构造要求，绘制结构施工图。本设计综合考虑了适应性、经济性，充分体现了“以人为本”的原则。关键词： 教学楼；框架结构；建筑设计；结构设计；独立基础IDesign of Teaching Building of the Second Primary School in YantaiStudent majoring in Civil Engineering Liu Yongfeng Tutor Name Quan Hongzhu Abstract: According to the requirements of graduation design of civil engineering,the residential building of yantai second primary school teaching building in this paper. The content of this design includs architectural design part and structural part.The building is four-story, which total surface area is 3732 square meters and seismic fortification intensity is 6 degrees. In the architectural design ,it is carried on the plane arrangement and the spatial organization according to the residential buildings operation requirements, natual condition and building modeling.The structural design includs the selection of structure,the layout of the structure,dead load, live load and wind load statistics;And then use D value method under the action of wind load of the structure internal force calculation, hierarchical method on structural internal force under the vertical load calculation; Internal force combination analysis, find out the most adverse internal force combination, component calculation; Finally, according to the calculation results and the structure requirement, draw the structure construction drawing. The design compromises the suitability and economical efficiency of residential buildings,and fully reflects the “people-centered” principle.Key words: teaching building; frame structure; architectural design; structural design;independent foundationII第1章 建筑设计1.1 工程概况本工程为烟台市第二小学教学楼设计，工程位于烟台市莱阳市，建筑面积约3732平方米。采用现浇混凝土框架结构，总高度14.4米，室内设计标高0.000，室内外高差为0.45米，基础顶距地面0.60米。1.2 设计资料 1、地质条件：（1）杂填土，厚1.8m； （2）砂质粘土，厚4.5m ，承载力特征值255kPa；（3）强风化花岗岩层，承载力特征值800Mpa。（4）地 下 水：常年地下水位低于10m，水质对混凝土无腐蚀作用，抗震设防烈度6度，场地为类场地，设防烈度类别为丙类。 2、自然气候条件：（1）基本风压0.40kN/m。（2）基本雪压为0.65kN/m。（3）全年为西北风，夏季为东南风。（4）气温：年平均气温22度，最高气温39.4度，最低为-10.4度。（5）降雨量：年降雨量1390mm，最大雨量190mm/日。1.3 设计思想教学楼作为教师教学、学生上课场所，人流量较集中，在有限的空间内容易形成拥堵的局面。因此，合理的空间布局成为教学楼楼设计的重要理念。1.4 建筑设计说明1.4.1 平面设计本工程建筑平面由主教学楼组成，内廊式平面组合方式1，使各个房间不备穿越，满足单独使用要求，而且使得整体结构功能分区明确，结构紧凑美观，使用功能合理，为较好地改善采光和通风条件，在走廊两侧墙体上皆设有高窗，且过道与过道之间，过道和楼梯的连接处皆设有过厅，并且为学生们课间提供宽敞活动的空间。主教学楼共四层，底层层高3.9m，标准层层高3.3m，教室平面尺寸为8m6m（小学各班人数不是很多），行政教学楼分为3m6m和4m6m两种，图书馆为10m6m的大空间，在教学楼还设有楼梯以及带有前室的男女卫生间。在主教学楼一层入口处设有门厅，供教师做课前教学准备及课间休息所用。教学楼上下交通联系极为方便，楼梯开间为5.4m。在教学楼中间和一头皆有设置，且楼梯都布置在教学楼比较明显的部位，且具有良好的自然采光，大大方便了师生的上下楼的通行。主教学楼一楼入口处门厅导向性明确，进入门厅后能够比较容易的找到各过道口及楼梯口。教学楼建筑内部设计注重塑造自由、轻松、自然、和谐的氛围，在内部空间上体现出大空间的应用，保持结构柱网乃至建筑单元的模数化和标准化。为保护墙基不受雨水侵袭，在外墙四周将地面做成向外倾斜的坡面，以便将屋面雨水排至远处，散水宽600mm，散水用混凝土现浇，外抹水泥砂浆3。首层平面图如图1-1：1-1首层平面图1.4.2 立面设计本设计屋面排水采取有组织排水，按2%排水坡度2把屋面降水有组织地排到天沟，然后通过落水管排到地面。在框架结构中，墙体只起围护作用，不承担荷载，因此立面上的门窗设置具有很大的灵活性，不仅排列顺序、开启方式灵活，而且可以设置较大面积的窗，所以本设计采用大面积的窗户，既满足了教学楼设计对光线的要求，又满足了经济要求。 建筑立面设计，利用虚实、高差、对比手法进行组合，富有层次的空间效果。相同构件和门窗左右规律的重复和变化，布置得既整齐统一又富有节奏变化。例如，本教学楼建筑在利用向外凸出的框架柱，使得整个立面竖向划分具有庄重挺拔的感觉，而各楼层的窗户组成的横向上的划分忧给人一种轻巧、亲切的感受。外装修及建筑立面形体的组合，使整个教学楼融入到校园绿化布置之中。建筑形体、色彩、窗洞为统一的变化，具有高雅、活泼、亲切的学校建筑效果。建筑物体型特别考虑了与校园周围建筑、道路相呼应配合，和地形，绿化等所处环境协调一致，使得教学楼建筑在整体环境中显得完整统一，搭配合理。立面图如图1-2：1-2 立面图1.4.3 剖面设计建筑剖面设计主要是根据使用功能对立体空间的要求，建筑剖面表示建筑物内部垂直方向的高度、楼层分层、垂直空间的利用以及简要的结构形式和构造方式等情况。剖面图的位置应通过门、窗、洞，来表示门窗洞的垂直高度和在竖直方向的构造，以便于施工。从剖面中可以轻易的看出看出，各层楼面都设置楼板，屋面设置屋面板，楼板和屋面板搁置在楼（屋）面梁上。为了屋面排水需要，屋面板设成2%的坡度，以便屋面上的雨水经天沟排向雨水管。另外，在建筑剖面中，不仅可以看到剖切到的构件（如墙身、室内外地面、楼面层、屋面层、各种梁、梯段及平台板等），还可以看到未剖到可见部分（如走廊中可见的门、可见的楼梯梯段和栏杆扶手，女儿墙的压顶、雨水管等）。为了避免室外雨水流入室内，防止教学楼不均匀沉降使地面降低，以及满足建筑使用的要求，取室内外高差为450mm。剖面图如图1-3：1-3 剖面图1.5 构造做法1.5.1 楼面做法楼板顶面为水磨石地面，楼板地面为15mm厚纸筋面石灰抹底，涂料两度。1.5.2 屋面做法现浇楼板上铺膨胀珍珠岩保温层（檐口处厚100mm，2%自两侧檐口向中间找坡），1：2水泥砂浆找平层厚20mm，二毡三油防水层，撒绿豆砂保护。1.5.3 卫生间做法10mm厚防滑地砖20mm厚水泥砂浆找平层,120mm厚钢筋混凝土板，10mm厚混合砂浆抹灰层。第二章 结构设计2.1 设计资料1. 设计标高：室内设计标高0.000m,室内外高差-0.450m。2、墙身做法：墙身为加气混凝土砌块，用M5混合砂浆砌筑。内粉刷为混合砂浆底，纸筋灰面，厚20mm,“803”内墙涂料两度。外粉刷为1：3水泥砂浆底，厚20mm，水泥石渣抹面后水刷，厚10mm。3、楼面做法：楼板顶面为水磨石地面，楼板地面为15mm厚纸筋面石灰抹底，涂料两度。4、屋面做法：现浇楼板上铺膨胀珍珠岩保温层（檐口处厚100mm，2%自两侧檐口向中间找坡），1：2水泥砂浆找平层厚20mm，二毡三油防水层，撒绿豆砂保护。5、地质条件：由自然地表至下：城市杂填土：厚度为1.0m轻亚粘土：厚度为1.0m,承载力设计值200kN/m2中等风化岩:厚8.0m 承载力设计值10.5 Mpa最高水位地表下3m，属于二类场地。6、基本风压：w0=0.40 kN/m27、基本雪压：S0=0.65 kN/m28、抗震设防烈度：按6度计算，框架抗震等级为三级4。9、活荷载标准值：教室楼面活荷载标准值2.5kN/m2，走廊楼面活荷载标准值3.5 kN/m2。2.2 结构布置及结构计算简图的确定2.2.1 柱网布置本设计采用钢筋混凝土柱下独立基础，柱网布置图如图2-1所示：图2-1 柱网布置图2.2.2 计算简图 本设计一榀框架计算简图如图2-2所示：图2-2计算简图2.2.3 梁板柱截面尺寸1、梁（1）AB、CD梁： =6.0m，=(1/151/10) 6000=400mm600mm，取=600mm =(1/31/2)=200mm300mm，取=300mm。（2）BC梁由于次梁=6.0m，=(1/181/10) =433mm600mm，取=500mm =(1/31/2)=167mm250mm，取=250mm.BC梁尺寸取 250 500mm。2、柱柱截面尺寸由和确定。因为地震为6度设防，可知为非抗震设计，其轴压比限值=1。选一榀框架上的边柱、中柱进行计算，所选取的计算单元边柱和中柱的负荷面积分别为38m和4.28m，则： 边柱： =13384=1248kN =1.1 =1.11248=1372.8 kN由估取边柱的尺寸为=600mm，则 1372.81000/(14.3600600)=0.271 中柱： =134.284=1684.8 kN =1.1 =1.11684.8=1747.2 kN由估取中柱的尺寸为=600mm，则 1747.21000/(14.3600600)=0.341 本设计所有主要边柱和中柱截面尺寸取=600mm。3、板 各层楼盖采用现浇钢筋混凝土梁板结构，板厚取120mm。2.2.4 梁柱线刚度计算简图 如图2-3所示，室内外高差为450mm，根据地质资料确定基础顶面距室外地面为600mm，求得底层计算高度为0.6+0.45+3.9=4.95m。求梁截面惯性矩时考虑到现浇板作用，取I=2I0 (I0为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩)，梁柱均采用C30混凝土。 边跨梁线刚度：=2I0/l=23.0104(1/12) 3006003/6000=5.41010N/mm中间梁线刚度： =2I0/l=23.0104(1/12) 3006003 /2400=13.51010N/mm 标准层柱线刚度： =I0/l=3.0104(1/12) 6004 /3300=9.821010N/mm 底层柱线刚度： =I0/l=3.0104(1/12) 6004/4950=6.551010N/mm 取标准柱 i=1.0，则其余各杆的相对线刚度如图2-3所示：图2-3 框架相对线刚度2.3 荷载统计2.3.1恒荷载计算 1. 屋面20mm厚1:2水泥砂浆找平 0.0220=0.4kN/m2100140mm厚（2%找坡）膨胀珍珠 (0.1+0.14)/27=0.84kN/m2120mm厚现浇钢筋混凝土楼板 0.1225=3kN/m215mm厚纸筋石灰抹底 0.1516=0.24kN/m2屋面恒载 4.48 kN/m2 2. 楼面 30mm厚水磨石面层 0.65kN/m2120mm厚钢筋混凝土板 250.12=3kN/m215mm厚混合砂浆抹灰层 0.1517=0.24kN/m2合计： 3.894kN/m23. 卫生间楼面10mm厚防滑地砖 280.01=0.28kN/m2 20mm厚水泥砂浆找平层 200.02=0.40kN/m2120mm厚钢筋混凝土板 250.12=3kN/m210mm厚混合砂浆抹灰层 0.0117=0.17kN/m2合计： 3.85kN/m24. 梁自重 AB 、CD梁：bh300mm600mm梁自重： 0.3 (0.6-0.12)25=3.6kN/m 抹灰层：20mm厚混合砂浆 0.02（0.600.12）20.317=0.42kN/m合计： 4.02 kN/mBC梁：bh250mm500mm梁自重： 0.25 (0.5-0.12)25=2.375kN/m 抹灰层：20mm厚混合砂浆 0.02（0.500.12）20.2517=0.31kN/m合计： 2.658kN/m5. 柱自重 bh600mm600mm柱自重： 250.60.6=9.00kN/m抹灰层： 20mm厚混合砂浆： 0.02（0.60.02）172=0.843kN/m 合计： 9.843kN/m 6. 标准层墙自重 横向填充墙自重 0.20(3.3-0.6) 11.8=6.372 kN/m 墙面粉刷 (3.3-0.6) 0.02217=1.836 kN/m 合计 8.208 kN/m 内纵墙自重0.20(3.3-0.6)11.88-0.90.22.1211.8-0.21.51.811.8+0.20.92.12+0.351.81.5（80.6）=5.05 kN/m 外纵墙自重0.20(3.3-0.6) 11.880.21.82.411.820.02（3.30.6）1780.351.82.42（80.6）=5.53 kN/m7. 底层墙自重横向填充墙自重 0.2（3.90.6）11.87.788 kN/m墙面粉刷 （3.90.6）0.022172.244 kN/m合计 10.032 kN/m内纵墙自重 0.2（3.90.6）11.880.20.92.1211.80.21.82.111.80.20.92.120.351.82.1（80.6）6.29 kN/m外纵墙自重0.2（3.90.6）11.880.22.42.411.820.02（3.90.6）1780.352.42.42（80.6）6.50 kN/m8. 女儿墙自重 女儿墙自重: 0.20.66=0.72kN/m 女儿墙粉刷： 17(0.62+0.2)0.02=0.476kN/m 合计： 1.196 kN/m 2.3.2 屋、楼面活荷载标准值由建筑结构荷载计算规范5查得：活荷载：楼面2.5 kN/m2，走廊3.5 kN/m2 ，楼梯3.5kN/m2 ，不上人屋面0.5 kN/m2，卫生间2.5kN/m2 ，阳台2.5kN/m2 。2.4 荷载传递受力板面荷载分配图如图2-4所示图2-4板面荷载分配图 1. 梁线荷载标准值：（1）AB轴间框架梁（4/2）/60.33 顶层： 屋面板传恒荷4.484/2(1223) 214.66kN/m 梁自重4.02kN/m 恒载14.064.0218.08kN/m 活载板传活荷载0.54 /22(1223)1.64kN/m 标准层： 楼面板传恒荷载3.894 /22(1223)12.21kN/m 梁自重 4.02kN/m 横墙自重 8.208 kN/m 恒载12.214.028.20824.438kN/m 活载板传活荷载2.54 /22(1223)8.2kN/m（2）BC轴间框架梁荷载l1/l28/2.43.33 按单向板计算 恒载梁自重 4.02kN/m 2. 柱竖向集中荷载计算：（1）A 、D轴柱竖向集中荷载计算（0.33） 顶层柱： 梁自重4.02（80.6）2.685（60.3）1/4237.40kN 板传荷载4.484/25/84.484/2(1223) 61/4266.79kN 女儿墙自重1.19689.568kN 恒载37.4066.799.568113.758kN活载0.54/25/880.54/2(1223) 61/427.45kN标准层柱：梁自重4.02（80.6）2.685（60.3）1/4237.40Kn板传荷载3.894/25/883.894/2(1223) 61/4258.00kN 外纵墙自重5.53（80.6）40.92kN 恒载37.4058.0040.92136.32kN 活载2.54/25/882.54/2(1223) 61/4237.28kN 基础顶面恒载=基础梁自重+底层外墙自重=4.02（80.6）26.5（80.6）77.848kN（2）B、C轴柱竖向集中荷载计算： 顶层：梁自重4.02（80.6）2.685（60.3）1/4237.40kN板传荷载4.484/25/84.484/2(1223) 61/424.4842.4109.80kN 恒载37.40109.80147.20 kN 活载0.54/25/880.54/2(1223) 61/420.542.412.25kN 标准层柱： 梁自重4.02（80.6）2.685（60.3）1/4237.40kN 板传荷载3.894/25/83.894/2(1223) 61/423.8942.495.341kN 内墙自重5.05（80.6） 37.37kN 恒载37.4095.3437.37170.11kN 活载2.54/25/880.54/2(1223) 61/422.542.461.25kN 基础顶面恒载基础梁自重+底层内墙自重4.02（80.6）6.29（80.6）76.294kN2.4风荷载计算2.4.1 风荷载标准值计算为简化计算，将计算单元分布风荷载等效化为作用于屋面梁和楼面梁处的集中风荷载标准值，计算公式如下： (2-1) 式中：基本风压0.4kN/m 风荷载体型系数，本工程H/B=0.9454,取=1.3 风压高度变化系数（地面粗糙度C类） 风振系数，当房屋高度小于30米时取1.0 (2-2) 一榀框架各层节点的受风面积， 下层柱高 上层柱高，对于顶层为女儿墙高度的2倍 计算单元迎风面宽度表2-1 风荷载标准值计算层次(m)(kN)41.31.00.7413.83.31.20.450.3848186.9331.31.00.7440.53.33.30.450.384826.410.1621.31.00.747.23.33.30.450.384826.410.1611.31.00.743.93.93.30.60.384828.811.082.4.2 风荷载作用下的位移验算 水平荷载作用下框架的层间侧移按以下公式计算： (2-3) 第i层的总剪力 第j层所有柱的抗侧移刚度之和 第j层的层间侧移 各层横向侧移刚度计算： 底层： A、D柱： K=5.4/6.550.824 (0.5K)/ (2K) 0.469 D=0.469126.55104/4.95215044 kN/m 同理可得，B、C柱： D=24219 kN/m =(1504424219) 278526kN/m 标准层： A、D柱： K= (5.45.4)/(213.5)0.4 K/ (2K) 0.17 D0.17129.8212104/3.3218035kN/m 同理可得，B、C柱： D=53022 kN/m =(1803553022) 2142114 kN/m 风荷载作用下框架楼层层间位移与层高之比的计算，计算如表2-2: 表2-2 风荷载作用下框架楼层层间位移与层高之比的计算层数(kN）/46.936.931421140.0000491.4810310.1617.091421140.000123.6410210.1627.251421140.000195.7610111.0838.33785260.000491.1210 =0.000849m对于框架结构，楼层间最大位移与层高之比的限值为6，本框架结构的层间侧移与层高之比的最大值满足1.1210=18.110的要求。2.4.3 风荷载作用下内力计算 框架柱端剪力及弯矩分别按下列公式计算： =/ (2-4) = (2-5) =（1-） (2-6) =+ (2-7) 注：框架柱的标准反弯点高度比。 为上下层梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值。 、为上下层层高变化时反弯点高度比的修正值。 框架柱的反弯点高度比。 A、D柱的反弯点高度为： 底层 0=0.65 1=0 2=0.025 3=0 =0.675 2 层 0=0.50 1=0 2=0 3=0.015 =0.45 3 层 0=0.35 1=0 2=0 3=0 =0.35 4 层 0=0.20 1=0 2=0 2=0 =0.20 层号(m)/上下43.32.96.93142114180350.130.90.200.662.380.5933.32.917.09142114180350.132.220.351.164.762.5823.32.927.05142114180350.133.540.451.496.435.2714.950.8338.3378526150440.197.280.6753.3411.7124.32表2-3 A、D柱弯矩计算表B、C柱的反弯点高度为：底层 0=0.55 1=0 2=0.025 3=0 =0.5752 层 0=0.495 1=0 2=0 3=0.015 =0.493 层 0=0.45 1=0 2=0 3=0 =0.454 层 0=0.395 1=0 2=0 2=0 =0.395层号(m)/上下43.31.96.93142114530220.3732.580.3951.305.153.3533.31.917.09142114530220.3736.370.451.4911.569.4923.31.927.25142114530220.37310.160.491.6217.1016.4614.95 0.438.3378526242190.30811.810.5752.8524.8533.66表2-4 B、C柱弯矩计算表框架柱杆端弯矩、梁端弯矩的计算如图2-5所示： 图2-5 计算简图 上=(1-) (2-8) 下= (2-9) 中柱： (2-10) (2-11) 边柱： 总=下+上 （2-12） 剪力和轴力按下式计算： =1/（+） （2-13） =(- ) （2-14） 表2-5 风荷载作用下梁端弯矩计算层数上(A.D)下(A.D)上(B.C)下(B.C)/(+ )/( + )42.380.592.385.153.355.413.50.2860.7141.473.6834.762.585.35 11.569.495.413.50.2860.7144.2610.6526.435.279.0117.1016.465.413.50.2860.7147.6018.99111.7124.3216.9824.8533.665.413.50.2860.71411.8129.50表2-6 风荷载作用下梁端剪力和轴力计算层次AB,CD梁剪力计算BC梁剪力计算 柱轴力计算A.D柱轴力B.C柱轴力42.381.4760.643.683.682.43.07-0.64-2.4334.764.2661.5010.6510.652.48.88-2.14-9.8126.437.662.3418.9918.992.415.83-4.48-23.30111.7111.8163.9229.5029.502.424.58-8.40-43.96表2-7 风荷载作用下柱剪力计算 层号层高A、D柱剪力B、C柱剪力上下A