教学楼建筑结构设计

1、.wd滦县一中教学楼建筑构造设计摘 要本工程为滦县一中教学实验楼，位于唐山市。该工程为五层钢筋混凝土框架构造，建筑面积为5329.5平方米，建筑物总高度为20.70米。本设计主要分两局部，一是建筑设计，主要包括总平面设计、平面设计、立面设计、剖面设计。总平面设计是充分利用建筑空间，提高容积率，提高绿化率，对各类不同性质或功能的建筑进展平面布置，设计出既节约用地，又充分人性化，环境优秀的平面布置。平面设计主要依据各房间的使用功能及使用面积定出其形状和水平方向各局部的组合关系，按采光通风要求设计各房间的门窗大小和尺寸；立面设计主要考虑实验楼的整体美观；剖面设计那么根据使用要求确定层高、窗台高度、窗

2、高及室内外高。二是构造设计，是在确定构造布置之后，先进展了截面初估，然后进展了荷载统计，接着计算水平及竖向荷载作用下的内力，找出最不利的一组或几组内力组合，选取最安全的结果计算梁板柱配筋并绘图。此外还进展了根基和楼梯设计，完成了根基、楼梯内力和选型计算及施工图绘制。楼梯采用板式楼梯，根基采用柱下独立根基。另外运用了PKPM进展框架构造设计计算。整个构造在设计过程中，严格遵循相关的专业标准的要求，参考相关资料和有关最新的国家标准标准，对设计的各个环节进展综合全面的科学性考虑。总之，适用、安全、经济、美观、使用方便是本设计的原那么。关键词：框架构造 建筑设计 构造设计 内力组合The Archit

3、ectural and Structural Design ofNO.1 Middle School in LuanxianThe engineering is Luanxian NO.1 middle school Experiment Building, which is located in Tang Shan city.The engineering is four layer reinforced concreterame structures, which is 5329.5 square meters of the building area. The height of the

4、 whole building is 20.70 meters.The design is made up of two parts, one part is architectural design ,which mainly includes: the overall plan design, plan design, facade design and section design. The overall graphic design go into the layout of the different types of nature or function of buildings

5、,which can take full use of architectural space, enhance the volume and improve the greening rate ,in order to save space, also fully human,make layout of good environmental.The plan design is in the light of the functional area of the rooms and is determined by the relation of combination among all

6、 the parts of the building in horizontal plan, and design the room size and dimensions of doors and windows according to ventilation and lighting .The facade design should be based on the overall building appearance .The section design determine the height of every store, windows, windowsill and hei

7、ght gap between outdoors and indoors on the basis of the requirement of function . The other part is structure design,when the structural arrangement is determined, firstly take an advance estimate of the cross section and then proceed to the load statistics, and then calculate internal forces under

8、 the horizontal and vertical load, identify the most disadvantaged group, or a combination of several sets of internal forces,then select the results of the most secure and computing and reinforcement of beam ,board,column and drawings. In addition, I design the foundation and stairs, and complete t

9、he foundation, the stairs and the selection of internal force calculation and construction of mapping.The stairs are cranked slab stairs, and the foundation is independent foundation under column.I also go into the structural design of the framework calculation by PKPM. In the design process of the

10、entire structure, I follows the request of the related specialized standard strictly, then refer to correlation data and the related newest national standards standard, then design each link on the synthesis comprehensive scientific nature consideration. In brief, the suitable, the security, the eco

11、nomy, the beauty, easy to operate is this design principle. Keywords: frame structures; building design; structural design; combination of internal forces目录1引言12建筑设计概述22.1工程概况22.1.1设计题目22.1.2设计对象22.1.3设计资料22.2地质条件22.3工程做法23设计依据34构造布置方案及构造选型44.1构造承重方案选择44.2主要构件选型及尺寸初步估算44.2.1主要构件选型44.2.2 梁、柱截面尺寸估算54.

12、3计算简图及刚度计算64.4荷载标准值计算84.4.1 恒荷载标准值计算84.4.2活荷载标准值计算94.5竖向荷载作用下框架荷载总图94.6风荷载标准值计算115水平地震作用计算135.1重力荷载标准值计算175.2框架柱的抗侧刚度D和构造自振周期计算175.3构造 根本自振周期计算195.4多遇水平地震作用计算196水平地震作用下内力分析227风荷载作用下的内力分析268竖向荷载下的内力分析309荷载效应组合4110截面设计5110.1 承载力抗震调整系数5110.2框架梁截面设计5110.2.1 横向框架梁截面设计5110.2.2梁的斜截面强度计算5310.3框架柱截面设计5510.3.

13、1轴压比验算及内力调整5510.3.2柱配筋5610.3.3斜截面受剪承载力计算5710.4节点设计6011板的配筋计算6211.1 GH跨板的计算6211.2 HJ跨板的计算6312楼梯的计算6512.1楼梯梯段斜板设计6512.2平台板设计6612.3平台梁设计6613根基的配筋计算6813.1 荷载设计值6813.2柱J独立根基的计算6813.2.1初步确定基底尺寸6813.2.2 根基高度验算6913.2.3 根基底面配筋计算6913.3 G、H柱独立根基的计算7014技术经济分析7315结论74谢辞75参考文献761引言毕业设计是土木工程专业最后的实践性教学环节，是对所学知识的一个综

14、合运用和全面考核，通过毕业设计检验、稳固、深化和扩展所学知识，培养和锻炼综合运用所学专业知识解决工程实际问题的能力、工程素质与争强创新能力。根据设计材料提供的建筑场地的地质条件及所在地区的抗震烈度，确定出拟建建筑物的抗震等级为二级，建筑物的设计过程包括建筑设计和构造设计两局部。建筑设计局部：考虑各种因素对建筑物的影响，采用了能够满足多方面使用要求，又比拟经济、合理、美观、适用的方案。在设计过程中，满足了标准对各房间的窗地比、隔音、安全出口、消防、节能等要求。构造设计局部：分别从构造体系的选择，构造总体布置，屋盖的构造方案，根基方案的选择及构造计算等多方面进展了论述。构造计算大致分为以下几个步骤

15、：构件布置：按建筑方案中的平、立、剖面设计，确定各构件的截面及布置，绘出构造计算简图并初选梁、柱截面。荷载统计：在选截面的根基上，按从上到下的顺序进展，在荷载的取值按各房间的使用功能及位置查找荷载标准，完成恒载及活载的统计，求出重力荷载代表值。框架水平地震作用下侧移验算：先算出各构件的侧移刚度，在根据顶点位移法计算构造的自振周期，按底部剪力法求水平地震剪力。横向框架内力分析：分析了横向框架在水平地震作用和风荷载作用下的内力，用D值法法计算弯矩、并计算剪力和轴力。内力组合：对横向，活载及地震作用下横向框架的内力进展组合，找出最不利内力组合，作为对框架梁、柱进展截面设计和配筋计算的依据。板的设计：

16、用塑性理论对板进展设计，求出板的配筋。根基设计：采用钢筋混凝土柱下独立根基进展设计。计算机应用：使用了AUTO CAD,天正，PKPM软件及EXCEL表格制作和WORD进展了排版设计。在设计的过程中我们还参考了有关的教材和图籍，房屋建筑学，混凝土构造，抗震等。但是由于我们的水平有限和经历的缺乏，设计还有许多不合理之处，希望各位教师提出批评指正。2建筑设计概述2.1工程概况2.1.1设计题目唐山市滦县一中教学实验楼建筑构造设计，建筑面积约5300m2。其中主要包括教室，实验室，教师办公室及行政办公室等。2.1.2设计对象唐山市滦县一中教学实验楼2.1.3设计资料 根本风压为W=0.4kN/m2，

17、 根本雪压：S=0.35kN/m2，场地土类型为中硬场地土，地面粗糙程度为C类，抗震设防类别为丙类，设防烈度为8度，类场地土，地震分组为第一组，抗震等级为一级抗震，安全等级为二级，耐久等级为二级，耐火等级为二级，设计使用年限50年。2.2地质条件根据工程地质勘测报告，拟建场地地势平坦，无液化土层，标准冻深-0.7米,外表为平均厚度0.5米的杂填土，下层为2米左右的粉质粘土，其承载力的特征值为197 ,其下为2.9米的中粗砂土层，承载力的特征值为200,其最下层为圆砾。地下水位距地表-10米,对建筑物根基无影响。场地土类型为中硬场地土。2.3工程做法工程做法见建筑图及总建筑说明。3设计依据(1)

18、设计任务书(2)建筑设计防火标准GB500162006(3)中小学建筑设计标准JBJ99-86(4)05系列建筑设计标准图集DBJT02-45-2005(5)混凝土构造设计标准GB5001020xx(6)建筑抗震设计标准GB5001120xx(7)建筑构造荷载标准GB5000920xx4构造布置方案及构造选型4.1构造承重方案选择根据建筑功能要求以及建筑施工的布置图，本工程确定采用框架承重方案，框架梁、柱布置参见构造平面图。 图1 梁柱平面布置图4.2主要构件选型及尺寸初步估算4.2.1主要构件选型(1).梁板柱构造形式：现浇钢筋混凝土构造,梁、柱、楼板混凝土等级均为C30，根基混凝土等级为C

19、30，垫层混凝土等级为C10。(2).墙体采用：空心砖(3).墙体厚度：外墙:300mm 内墙:200mm(4).根基采用：柱下独立根基4.2.2 梁、柱截面尺寸估算(1) 梁截面尺寸估算主梁截面高度：h=1/121/8L,次梁截面高度h=1/18 1/12L，度b=(1/31/2)h.纵梁 L=9000 h=(1/81/12)L=1125750 取h=900mm b=450mm横梁 L=7200h=(1/81/12)L=900600 取h=600mm b=300mm次梁 L=7200h=(1/181/12)L=400600 取h=500mm b=250mm(2) 柱截面尺寸估算用公式 ,A柱

20、的截面面积,n为验算截面以上楼层层数,为地震中边柱的调整系数,8度震区的中柱取1.1, G为折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近似的取。中柱：A取截面尺寸JH轴柱截面取G轴柱截面取 柱高：底层： 其它层：注：0.6m为室内外地坪差，0.6m为根基顶至室外地坪的距离。为了简化施工，各柱截面从底层到顶层不改变。4.3计算简图及刚度计算框架的计算简图如以以以下图所示图2框架计算简图梁柱线刚度的计算，由于楼面板与框架梁的混凝土一起浇捣，对于中框架梁取,边框架梁取表1 中框架梁线刚度类别横梁31043006005.410948006.751010纵梁31044509005.410990003.61

21、1010表2 边框架梁线刚度类别横梁31043006005.410948005.061010纵梁31044509005.410990002.711010表3 H,J柱线刚度层次510031046006001.0810106.6710102-5390031046006001.0810108.721010表4 G柱线刚度层次510031044006000.7210104.4510102-5390031044006000.7210105.821010图3 框架线刚度相对值说明：括号内为边框架线刚度，括号外为中框架线刚度以为基准值1，算得梁柱的相对线刚度标于上图中4.4荷载标准值计算4.4.1 恒荷载

22、标准值计算屋面恒载保护层:40厚C20细石混凝土 0.0424=0.96保温层:70厚聚苯乙烯泡沫塑料板 0.070.5=0.035防水层:高聚物改性沥青卷材防水层 0.4找平层:20厚1:3水泥砂浆,砂浆中掺聚丙烯 0.0220=0.4找坡层:1:8水泥膨胀珍珠岩找2%坡,最薄处20 0.0215=0.3 构造层：100厚现浇钢筋混凝土板 0.125=2.5抹灰层：20厚混合砂浆 0.0217=0.34合计: 4.935各层楼面 30厚水磨石面层 0.65100厚现浇钢筋混凝土楼板 0.125=2.520厚混合砂浆 0.0217=0.344合计： 3.49梁自重纵梁(450900)自重: 0

23、.45(0.9-0.1)25=9梁侧粉刷20厚: 2(0.9-0.1)0.0217=0.544合计: 9.544横梁(300600)自重: 0.3(0.6-0.1)25=3.75梁侧粉刷: 2(0.6-0.1)0.0217=0.34合计: 4.09次梁(250500)自重: 0.25(0.5-0.10)25=2.5梁侧粉刷: 2(0.5-0.1)0.0217=0.272合计: 2.772柱自重 JH轴柱(600600)自重: 0.6225=9(20)厚混合砂浆: 0.60.0217=0.816合计: 9.816G轴柱(400600)自重: 0.60.425=6抹灰: 0.42+0.620.02

24、17=0.68合计: 6.88墙自重：标准层:外墙体: 0.255.5=1.375塑钢窗: 0.4外墙面贴瓷砖: 0.5 内墙面抹灰： 170.02=0.34合计: 2.615内墙体: 0.25.5=1.1 塑钢窗: 0.4内墙面抹灰： 170.022=0.68合计: 2.18女儿墙女儿墙重及压顶重 5.50.90.2+250.20.3=2.49外墙面贴瓷砖: 0.51.2=0.6 水泥粉刷内面： 0.361.2=0.43合计: 3.524.4.2活荷载标准值计算(1).屋面和楼面活荷载标准值查荷载标准：楼面均布活荷载标准值为楼梯,门厅，走廊楼面为: 不上人屋面均布活荷载标准值为0.5kN/(

25、2).雪荷载标准值 kN/ 4.5竖向荷载作用下框架荷载总图确定板传递给梁的荷载时，要分区格考虑。确定每个板区格上的荷载传递时，先要区分此板区格是单向板，还是双向板，假设为单向板，可沿板的短跨作中线，将板上荷载平均分给两长边的梁；假设为双向板，可沿四角点作线，将板区格分为四小块，将每小块板上的荷载传递给与之相邻的梁。本构造楼面荷载的传递示意图如图。图4 板传荷载示意图1、顶层梁柱1恒载计算横梁GH 横梁HJ 板传给HJ梁2活载计算横梁HJ 2、标准层梁柱1恒载计算横梁GH 横梁HJ 板传给HJ梁 2活载计算横梁HJ 23=6图5 荷载立面简图4.6风荷载标准值计算为了简化计算起见，通常将计算单

26、元范围内外墙的均布风荷载，化为等量的作用楼面集中风荷载，那么作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值，计算公式如下：式中 根本风压，=。风压高度变化系数，因建设地点位于唐山市，所以地面粗糙度为C类。风荷载体型系数，本建筑。风振系数， 根本自振周期对于钢筋混凝土框架构造可用 是建筑层数估算，大约为s，应考虑风振系数。下层柱高。上层柱高，对顶层为女儿墙高度的2倍。计算迎风面的宽度 表5 风荷载标准值离地高度(m)(kN)20.10.84211.30.43.93.934.3216.20.76411.30.43.93.925.112.30.7411.30.43.93.918.468.40.7411

27、.30.43.93.912.614.50.7411.30.44.53.97.275水平地震作用计算该建筑物的高度为小于40m，以剪切变形为主，且质量和刚度变形沿高度均布分布，故可采用底部剪力法计算水平地震作用重力荷载代表值计算屋面处重力荷载代表值构造和构配件的自重标准值0.53雪荷载标准值楼面处重力荷载代表值构造和构配件的自重标准值0.53楼面活荷载标准值5.1重力荷载标准值的计算1、各层梁、柱、板自重标准值表6 柱自重标准值层次柱编号截面宽截面高净高()gk数量Gki()Gk()1KZ16006005.19.81614901.111207.72KZ24006005.16.867306.612

28、-5KZ16006003.99.81614689.08923.55KZ24006003.96.867234.47表7 板自重标准值层次板面积()gkGki()Gk ()1-5楼面441.363.492083.112200.71楼梯28.084.188117.60屋面469.444.9353084.813084.81注：表中楼梯局部板的gk 楼面的1.2倍计算表8 梁自重标准值层次梁编号截面宽截面高净跨长()gk数量Gki()Gk()1-5KL-14509008.49.544151924.072471.11KL-23006008.44.096309.2KL-32505006.62.7721023

29、7.842、各层墙自重标准值计算1女儿墙重 总长: L=(48.9+9.6)2=149.4总重: Gk1=3.52149.4=525.892标准层墙重J外纵墙外墙： 塑钢窗： 瓷砖： 外墙抹灰： 合计： G外纵墙外墙塑钢窗： 瓷砖： 外墙抹灰： 合计： 外横墙横墙： 塑钢窗： 瓷砖： 外墙抹灰： 合计： 总合计外墙合计: 内墙合计: 墙体合计: 3首层墙重外墙J外纵墙外墙： 塑钢窗： 瓷砖： 外墙抹灰： 合计： G外纵墙外墙：塑钢窗： 瓷砖： 外墙抹灰： 合计： 外横墙横墙： 塑钢窗： 瓷砖： 外墙抹灰： 合计： 外墙合计: 内墙H轴内纵墙内 墙：塑钢窗： 内墙抹灰：木门 合计: 内横墙横墙：

30、 抹灰 合计: 内墙合计: 墙体合计： 3、各层(各质点)自重标准值计算1首层(墙+梁+板+柱)2标准层(墙+梁+板+柱)3屋面层4屋顶活荷载标准值计算雪荷载5楼面活荷载标准值计算小计: 4、重力荷载代表值的计算顶层自重+标准层自重底层自重图6 重力荷载代表值5.2框架柱的抗侧刚度D和构造自振周期计算1、框架柱抗侧刚度D的计算1中框架柱抗侧刚度D的计算 首层 J轴: H轴: G轴: 标准层 J轴: H轴: G轴: 表9 中框架柱抗侧刚度D的计算层数ic()H()根数J轴首层1.010.56.675.115386.45标准层0.770.288.723.919263.15H轴首层2.020.636

31、.675.119386.95标准层1.540.448.723.930270.65G轴首层1.520.574.455.111702.45标准层1.160.375.823.916989.35首层325329.9一般层465661.1表10 边框架柱抗侧刚度D的计算层数ic()H()根数J轴首层0.760.466.675.114155.52一般层0.580.228.723.915135.32H轴首层1.520.576.675.117540.52一般层1.150.378.723.925454.82G轴首层1.140.524.455.110675.92一般层0.870.305.823.913775.12

32、首层84743.8一般层108730.4表11横向框架层间侧移刚度层数12345410073.7574391.4574391.4574391.4574391.45.3构造 根本自振周期计算用顶点位移法计算构造 根本自振周期。列表计算顶点位移表12顶点位移计算结果层次()57187.67187.6574391.40.0125120.21617747329.6214516.62574391.40.0252730.20366537329.6221846.24574391.40.03803406229175.86574391.40.050794022

33、36728.08410073.70.0895640.089564构造 根本自振周期考虑非构造墙影响折减系数，且那么构造的 根本自振周期为：5.4多遇水平地震作用计算1、水平地震作用及楼层地震剪力计算由于该工程所在地区抗震设防烈度为8度，场地土为II类，设计地震为第一组，由?抗震标准?查得：s 构造的总重力荷载代表值: 构造等效重力荷载代表值: 式中，衰减系数，在的区间取0.9，取1.0构造 根本自震周期的水平地震影响系数:由于，故由于,不需考虑顶部附加水平地震作用的影响。2、对于多质点体系，构造底部总纵向水平地震作用标准值：由表13的计算层号57187.620.7148770.9470943.

34、51203.21203.247329.6216.8123137.6996.72199.537329.6212.994552.1765.12964.627329.62965966.6533.53497.117552.225.138516.3311.53808.63、水平地震作用下的位移验算表14 位移的验算层号hi(m)hi51203.2574391.40.0020953.91186242199.5574391.40.0038293.91101932964.6574391.40.0051603.9175623497.1574391.40.0060883.9164013808.6410073.70

35、.0092865.11570大层间弹性位移角发生在首层,其值为1570(1550), 满足要求。4、剪重比的验算为了保证构造的稳定和安全，需进展剪重比验算表15 各层的剪重比层号hi()()()53.91203.27187.60.1743.92199.514516.60.1533.92964.621846.240.1423.93497.129175.860.1215.13808.636728.080.10注：各层的剪重比均大于0.032，满足剪重比的要求。图7 横向水平地震标准值6水平地震作用下内力分析框架柱剪力和柱端弯矩计算采用D值法，计算过程和结果见表 表16 J轴框架柱剪力和柱端弯矩层号

36、53.91203.2574391.419263.10.03422.500.3557.0430.7143.92199.5574391.419263.10.03441.000.4095.9463.9633.92964.6574391.419263.10.03455.200.45118.4096.8823.93497.1574391.419263.10.03465.110.50126.96126.9615.13808.6410073.715386.40.03774.830.65133.57248.06其中柱剪力： 上端弯矩：下端弯矩： 其中：表17 H轴框架柱剪力和柱端弯矩层号53.91203.25

37、74391.430270.60.05334.990.37785.0251.4543.92199.5574391.430270.60.05363.770.45136.79111.9233.92964.6574391.430270.60.05385.860.477175.13159.7323.93497.1574391.430270.60.053101.280.50197.50197.5015.13808.6410073.719386.90.04794.530.65168.74313.37表18 G轴框架柱剪力和柱端弯矩层号53.91203.2574391.416989.30.029200.358

38、50.0827.9243.92199.5574391.416989.30.02936.440.4578.1663.9533.92964.6574391.416989.30.02949.070.458103.7287.6523.93497.1574391.416989.30.02957.870.5112.85112.8515.13808.6410073.711702.40.02859.080.65105.46198.85表19 梁端弯矩的计算跨度HJ跨GH跨层次柱端待分配弯矩和VHVH585.020.557.0442.5113.830.542.5150.0838.584188.240.5126.

39、6594.1230.660.594.12106.0883.423287.050.5182.36143.5345.260.5143.53167.68129.672357.230.5223.84178.6255.900.5178.62200.5157.971366.240.5260.53183.1261.620.5183.12218.31167.26图8 左地震弯矩图(kN.m)图9 左地震剪力图(kN)图10 左地震轴力图(kN)7风荷载作用下的内力分析1、风荷载作用下的位移验算表20 风荷载作用下的层间剪力及侧移层号()()534.3234.32665230.0005163.917558425

40、.1059.42665230.0008933.914367318.4677.88665230.0011713.913330212.6190.49665230.0013603.91286717.2797.7646475.70.0021035.112425层间侧移最大值12425(1550), 满足要求2、风荷载作用下的内力分析柱剪力： 上端弯矩：下端弯矩： 其中：表21 J轴框架柱各层剪力和柱端弯矩层号53.934.326652319263.10.2909.950.3027.1611.6443.959.426652319263.10.29017.230.4040.3226.8833.977.88

41、6652319263.10.29022.590.4548.4639.6523.990.496652319263.10.29026.240.5051.1751.1715.197.7646475.715386.40.33132.360.6557.76107.27表22 H轴框架柱各层剪力和柱端弯矩层号53.934.326652330270.60.45515.620.37737.9522.9743.959.426652330270.60.45527.040.42760.4345.0333.977.886652330270.60.45535.440.47772.2965.9323.990.496652

42、330270.60.45541.170.580.2880.2815.197.7646475.719386.90.41740.770.5593.57114.36表23 G轴框架柱各层剪力和柱端弯矩层号53.934.326652316989.30.2558.750.35821.9112.2243.959.426652316989.30.25515.150.40834.9824.1133.977.886652316989.30.25519.860.45841.9835.4723.990.496652316989.30.25523.070.544.9944.9915.197.7646475.711702.40.25224.640.63445.9979.67表24 梁端弯矩跨度HJ跨GH跨层次柱端待分配弯矩和VHVH537.950.527.1618.986.410.518.982