成人高考土木工程专业本科毕业设计论文

中国矿业大学成人教育本科生毕业设计姓名：学号：专业：设计题目：某小区公寓住宅楼专题：土木工程指导教师：2009年12月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。

AbstractAccording：tobuildingdesignspecificationsandotherrelevantstandardsanddesignrequirementsandprovidegeologicaldata,thedesignoftheframeworkoftheclassroombuilding.Afterthefirstbuildinginaccordancewiththestructureandlayoutoftheoverallafterthefirstlocalnodedesignstepsdesign.Maincontentsinclude:design,architecturaldesignofthetotalshowsthattheconstructionoftheplane,Facade,profiledesignspecifications,,andotherpartsofthedesign;structurallayoutandschematiccalculationofidentification,load,stress,thecombinationofinternalforces,Mainbeamreinforcementdesignandcalculation,frame-sectiondesignandreinforcement,meetingbeamreinforcementdesign,floorandroofdesign,stairdesign,infrastructuredesign.Enclosingwindloadundertheframeworkmoment,shearandaxialbid;verticalandhorizontalseismicloadsundertheframeworkofthemoment,shearandaxialbid;Constantloadandliveloadundertheframeworkmoment,shearandaxialtryingtointernalforcesandthecombinationofbeam-columntable.KeyWords：frame,Gravityloadcharectervalue,cast-in-placereinforcedconcretestructure,internalforcemakeup,curvedsquareamplitudemodulation.

目录摘要……………………2THEABSTRACT…………31、工程概况…………51.1工程名称…………51.2工程所在地………51.3设计原始资料……………………52、建筑设计说明……………………6概述………………62.2建筑各尺寸的确定………………72.3平面布局设计……………………92.4立面设计…………92.5剖面设计…………92.6装饰设计…………102.7建筑细部做法……………………10………13……………133.2结构方案选取………143.3结构布置计算简图…………………153.4框架梁、柱尺寸确定………………163.5框架梁柱线刚度计算………………183.6恒荷载计算…………193.7活荷载计算…………223.8风荷载作用下框架结构内力计算…………………233.9竖向荷载作用下框架结构的内力计算……………283.10横向框架内力组合（选择一榀框架采用PKPM计算）…………38………513.12楼面板设计………57…………………73毕业设计总结……………85参考文献………………86致谢1.1工程名称某市某技师学院综合教学楼1.2工程所在地某市泉山区设计原始资料设计理念教学楼是为人们学习提供最为良好环境的建筑。纵观教学建筑的发展历史，无不体现着人类文化、文明的历史进程和时代特征。教学楼建筑设计同设计其他类型建筑一样有许多共同点，也有许多不同的特点和要求。随着时代的发展，办公楼的内容和形式都在不断发生变化。因此，我对教学楼的设计过程和设计方法进行了详细研究，经过一番思考，我认为本设计应该具有以下特点：（1）弹性。从设计、结构到服务功能都应做到开放性，以适应时空的变化。（2）紧凑性。教室以及其它辅助用房的空间布置要做到紧凑合理。（3）易接近性。从楼外到楼内，从入口到各个部门，要规划得合理，要设计一个良好的导引系统。（4）可扩展性。在未来扩展时可灵活延伸，将损失减小到低程度。（5）舒适性。在环境、通风、温湿度、光线等方面要柔和、协调，尽量借用外部的自然环境。（6）环境的稳定性。（7）安全性。建筑安全防护措施做到不仅满足规范要求而且更加人性化。（8）济性。把建设和维护一座教学楼所需要的经费和人员控制在最低限度。在整个设计过程中，我本着“安全，适用，经济，美观”的原则，在满足设计任务书提出的功能要求前提下，完成了建筑设计这一环节，合理的选择框架，并为以后的结构设计打下了良好的基础。1.3.2近几年来我市中、高级技术工人短缺，这种现象正随着工业形势好转而日趋严重，有的企业因技术工人缺口太大满足不了生产需要，甚至让在校学生提前上岗。我市技师学院近年来纷纷根据就业市场需求调整专业设置，在专业技能培养上具有其它性质学校不可比拟的优势。由于技校生就业形势看好，技师学院的招生近年来也不断升温。随着大学生就业困难，一些普通高中毕业的学生甚至大学毕业生主动报考技校学习。某市某技师学院办学规模的不断扩大，招收学生人数逐渐增多，学校现有教学楼空间已不能满足学生学习的需要。为改善某市某技师学院的教学条件，故现根据市教育局、规划等相关部门有关批文和初步的设计方案、总概算书，并依据甲方提出的要求及提供的相关资料，故而设计此楼。1.3.3年平均温度16相对平均湿度71％积雪最大厚度240mm土壤冻结最大深度240mm年平均降雨量180mm主导风向北风基本风压㎡1.3.4地震烈度7度（一类）梁柱抗震等级3级1.3.5本工程主体结构采用全现浇钢筋混凝土框架结构，梁、柱、板均为现浇，混凝土强度等级主要采用C30,钢筋主要采用HPB235级和HRB400级钢筋；基础采用柱下独立基础。2．建筑设计说明概述在进行建筑设计时，综合考虑了基地环境，使用功能，结构选型，施工材料，设备和建筑艺术等问题，合理安排了建筑内部各种使用功能和使用空间，并使建筑与周围外部环境相协调。本设计为某市某技师学院综合教学楼，呈“L”形，共五层，层高3.9米，总高，总建筑面积5746平方米。集常规教室、语言教室、实验教室、计算机教室、教师办公室、教师休息室、会议室、广播室等多功能于一体。一至四楼每层设有7个常规教室、一个教师休息室。按照教学与办公应合理分区的原则，五层设6个教师办公室，一个会议室，考虑到技师学院的实际需要，特地将顶层中间有玻璃幕墙的房间设为广播室。此外，在拐角部分：考虑到化学实验室的通风及其他要求，特将其设在一层为生物实验室；二层为物理实验室；三层为多媒体教室；四层为计算机室；五层则为语音教室。本设计力求做到平面布局合理，功能分区明确，建筑平面利用率高，建筑立面力求简洁、大方、有学校的文化气息和时代感。该工程为丙类建筑，Ⅱ类场地，耐火等级为一级，抗震设防烈度为七度，地震加速度，设计地震第一组，抗震等级为三级。本建筑场地较为平整，地质条件较为简单，所以采用全框架结构及柱下独立基础。建筑各尺寸的确定教室各尺寸的确定根据规范要求，教室开间m，进深，层高，满足净高不低于的要求，按使用面积和交通面积1.4㎡/人计算，m×m教室可容纳50多人。对于普通教室采用1200mm×400mm的长课桌，课桌排距取900mm，走道宽550mm，黑板长4m，高1m。课桌第一排前端与黑板远端形成的水平视角为30°，满足前排与黑板的距离不小于2m，后排距黑板不大于8.5m门窗尺寸的确定（1）对于普通教室，一般设置前后两个单扇门，宽1.0m，高2.4m，为满足走道疏散宽度的要求，采取了向内开启的方式；对于大厅，按每层500人计算，只需2（2）窗台高度取900mm，窗高2400mm，使得光线在房间里的照射深度较大，避免了在房间天棚处出现暗角；在两侧布置的窗宽为1800mm，最大限度满足了采光和通风的要求，但存在的一个缺点是保温隔热隔声效果不好，必须进行一些特殊处理。门厅设置于第一层，上方采用玻璃幕墙，直至五层，共四层，为了安全需要，在有玻璃幕墙的每一层安装了高（3）走廊作为水平交通联系，其主要功能是连接同一层内的各个房间、楼梯、门厅等，以解决建筑物中水平联系和疏散的问题，要求其宽度满足人流通畅和建筑防火的要求。按规范要求，教室用房且双面布置的内廊的最小净宽为，考虑到中学生活泼好动的特点，要为其留有较充足的活动空间，故适当放大取走道宽，净宽，可让三至四人并行通过。楼梯间的确定本建筑共设三部楼梯，其中两端的双跑楼梯作为消防楼梯之用，大厅主入口处选取一部双分平行楼梯，典雅庄重。（1）楼梯形式的选择：楼梯常见形式有板式楼梯和梁式楼梯。梁式楼梯由踏步板、斜梁、平台板和平台梁组成，踏步板支承在斜梁上，斜梁支承在平台梁上，作用于楼梯上的荷载先由踏步板传给斜梁，再由斜梁传至平台梁。梁式楼梯梯段板较薄，可节省材料，当梯段板较长时，梁式楼梯较为经济，但这种楼梯施工复杂，外观显得比较笨重。板式楼梯具有下表面平整，施工支模方便，外观比较轻巧的优点，是一种斜放的板，板端支承在平台梁上，作用于梯段上的荷载直接传至平台梁。当梯段跨度较小时，采用板式楼梯较为合适，但其斜板较厚，为跨度的1/25～1/30。本工程均采用板式楼梯。（2）楼梯踏步的尺寸：考虑到人们行走的舒适性，便于疏散等要求，取踏面宽300mm，踢面高150mm，楼梯坡度小于30度。（3）梯段和平台的尺寸：梯段宽取决于同时通过的人流的股数及是否经常有通过一些设备的需要，一般按每股人流宽度+0～0.15m计算，并不应少于两股人流，再结合本建筑的一些布置特点，两端的疏散楼梯分别取梯段宽1.6m和1.8m。平台的深度不应小于梯段的宽度，取1.8m；中间的双分平行楼梯取梯段宽分别为2（4）楼梯扶手的确定：楼梯的扶手应坚固适用，且在两侧都设有扶手，其高度为1100mm。在楼梯的起始及终结处，扶手均自其前缘向前伸出300mm厕所各尺寸的确定厕所内设有带洗手池的前室，厕所有直接自然风和天然采光。（1）卫生洁具数量按规范要求：男厕每50人设大便器一只，每50人设小便槽1000mm；女厕每25人设大便器一只。本建筑每层楼最多500人，考虑到现实中男女比例的问题，按男∶女=3∶2计算，本设计每层男厕共设10个大便器，小便槽7（2）为遮挡视线，在男厕的小便槽处设置了1100宽、1200高的挡板。平面布局设计建筑平面设计是在熟悉使用空间及其使用要求的基础上，进一步分析建筑整体的使用要求，分析各使用空间之间及使用空间与交通联系空间之间的相互关系，综合考虑技术、经济和建筑艺术等方面的要求，结合整体规划、场地环境等具体条件，将各使用空间和交通联系空间在水平方向上相互联系和结合，组成一个有机的建筑整体。在建筑平面设计过程中，由于设计题目为综合教学楼，建筑的功能要求比较多，所以我首先从建筑的功能着手，分析其使用空间的结合。先把建筑中使用功能相同或联系紧密的使用空间组合在一起形成一区。平面设计必须按不同的功能要求分类并进行分区布局，使之既有明确的分区和隔离，又有必要的联系，一般而言，对于使用中联系密切的各部分要相近布置，对于使用中有干扰的部分，则要求适当地分隔。同时考虑“闹静”与“动静”的关系和特点，将需要安静环境的用房尽可能离开产生噪声的用房布置。由于教室对于采光要求较高，所以开了较大的窗子；对于走道，为了达到一定的采光效果，故在走道两侧的纵墙上开有高窗。另外，建筑中作为垂直交通的联系手段，常有楼梯、电梯、自动扶梯及坡道等形式。本设计中，建筑为五层，故采用了楼梯作为垂直交通手段。同时考虑到建筑的防火要求，所以在建筑两侧各布置一个防火楼梯。2.4立面设计建筑立面设计是在符合使用功能和结构构造等要求的前提下对建筑空间造型的进一步美化，运用建筑造型和立面构图的一些规律，紧密结合平面、剖面的内部空间组合而进行。因此在立面设计中一应反映出建筑的性格，即建筑的使用性质；二应反映内部空间及其组合情况；三应反映自然条件和民族特点的不同；四应适应基地环境和建筑规划的总体要求。本设计在立面上看来比较简单，在墙面涂料的色彩上，用分格条把这个立面的色调区别开来，分别刷有淡蓝色乳胶漆和白色乳胶漆，显的质朴、典雅。在窗户处理上，整个立面大体上采用了两种形式的窗户，较大的截面尺寸使得整个建筑显的很稳重。总之，整个建筑在立面设计上力求达到活泼、简洁、朴素、典雅的效果。通过对空间的综合利用，以端庄朴实无华的形象来表达教学建筑的丰富文化内涵，达到形式和内容的统一，使环境得到改善。2.5剖面设计建筑剖面设计任务是确定建筑各部分空间的高度、建筑的层数、建筑空间的利用及处理建筑剖面中结构构造关系等问题。建筑剖面设计实质是对使用空间、交通联系空间进行竖向组合布局。建筑剖面设计和建筑的使用、造价、节约用地等有很大关系，而且要结合平面一起考虑，才能有助于剖面设计完成。层高是剖面设计的重要数据，是工程常用的控制尺寸。本设计中层高的确定除了考虑室内净高与结构、构造所需的高度外，还使其符合建筑模数要求。建筑剖面组合则是根据建筑竖向使用要求，解决层高、层数和建筑在高度方向的安排方式，并协调这些因素与“造型力求简洁”之间的矛盾。2.6装饰设计本设计在装饰上不追求豪华，重视材质、材色、崇尚自然，协调和谐，突出重点，创造出与建筑物身份相称的朴实、典雅。外墙为乳胶漆墙面，配上浅色塑钢窗，黄色分隔条纹。在门厅、语音教室、多媒体教室、计算机室作重点装修处理。一般教室采用彩色水磨石楼面；在卫生间，做成防水地砖楼面，以利于防水；在化学实验室内，做成耐酸地砖楼面；而在语音教室、多媒体教室及计算机室，则做成导静电聚氯乙烯塑料楼面。2.7建筑细部做法墙基防潮：防水砂浆防潮层2.地面做法：水磨石地面1)15厚1:2水泥白石子（或掺有色石子）磨光打蜡2)20厚1:3水泥沙浆找平层3)60厚C20混凝土4)100厚碎石夯实5)素土夯实备注：①石子粒径6～15mm嵌②每间距约800～1000（或按设计）用玻璃或钢条分格，如用铜条应打眼穿22号镀铁丝卧牢，每米4根③彩色磨石子地面采用白水泥加色，并用有色石子3.楼面做法：水磨石楼面1)15厚1:2白水泥白石子（或掺有色石子）磨光打蜡2)20厚1:3水泥砂浆找平层3)捣制混凝土楼板备注：①石子粒径6～15②每间距约1000（或按设计）用玻璃或钢条分格，如用铜条应打眼穿22号镀铁丝卧牢，每米4根③彩色磨石子地面采用白水泥加色，并用有色石子4.踢脚台度：水磨石踢脚台度1)10厚1:2水泥白石子磨光打蜡2)12厚1:3水泥砂浆打底备注：①混凝土墙刷素水泥浆结合一道。②加气混凝土墙刷107胶水泥浆一遍，配比：107:水泥:水＝1:1:4③踢脚面台度高由设计人定5.内墙墙面：乳胶漆墙面1)刷乳胶漆2)5厚1:0.3:3水泥石灰膏砂浆粉面压实抹光3)12厚1:1:6水泥石灰砂浆打底备注：①乳胶漆颜色由设计人定②混凝土墙刷素水泥浆一道内掺入重3－5％的107胶③硅酸盐、加气混凝土墙刷（喷）一道107胶水泥浆，配比：107胶:水泥:水＝1:1:4用6～8厚1:1:6水泥石灰加气砂轻质砂浆涂刷及填补在砌块上6.外墙面：乳胶漆墙面1)刷乳胶漆（外墙用）2)6厚1:水泥砂浆粉面压实抹光，水刷带出小麻面3)12厚1:3水泥砂浆打底备注：乳胶漆宜在抹灰后干燥不小于3天，温度不低于+15℃条件下施工7.屋面：刚性防水屋面（有保温层）1)40厚C30细石混凝土,内配Φ4双向钢筋中距150，粉平压光2)洒细砂一层，再干铺纸胎油毡一层3)20厚1:3水泥砂浆找平层4)70～250厚水泥防水珍珠岩块或沥青珍珠岩块保温层(2%找平)5)20厚水泥砂浆找平层，现捣钢筋混凝土屋面备注：刚性防水层需要设分格缝：①用细石混凝土作保护层或为刚性防水层时，应按纵横间距≤6m设置分缝，缝中钢筋必须切断，缝宽20mm，与女儿墙之间留缝30mm，缝内嵌填密封材料；②用块体材料作保护层时，按100m2设置分格缝，用水泥砂浆作保护层时每③铺贴卷材防水层的水泥砂浆或细石混凝土找平层宜设置分格缝，纵横间距≤6m，缝宽20mm，当兼作排汽屋面的排汽道时可适当加宽，与保温层连通。缝内必须嵌填密封油膏。缝上加铺300mm宽卷材一层，单边粘贴，上加铺一层胎体增加材料的附加层，约900mm宽。8.平顶做法：板底乳胶漆顶1)刷乳胶漆2)6厚1:0.3:3水泥石灰膏砂浆粉面3)6厚1:0.3:3水泥石灰膏砂浆打底扫毛4)刷素水泥浆一道（内掺水重3～5％的107胶）5)捣制钢筋混凝土9.卫生间地面做法：地砖地面（带防水层）1)8－10厚地面砖干水泥擦缝2)撒素水泥面（洒适量清水）3)10厚1:2干硬性水泥砂浆结合层4)刷素水泥浆一道5)40厚C20细石混凝土6)刷冷底子油一道，二毡三油防水层或用聚氨酯三遍涂膜防水层厚1.5～1.8或水乳型橡胶沥青防水涂料一布（无纺布）四涂防水层，厚1.8～mm7)20厚1：3水泥砂浆，粉光抹平8)60厚C20混凝土随捣随抹9)100厚碎石或碎砖夯实10)素土夯实10.卫生间楼面做法：地砖楼面（带防水层）1)8－10厚地砖楼面，干水泥擦缝2)5厚1:1水泥细砂浆结合层3)15厚1:3水泥砂浆找平层4)40－50厚C30细石混凝土层，坡向地漏——2.0，四周卷起150高6)20厚1:3水泥砂浆找平层，四周抹小八字角7)捣制钢筋混凝土楼板11.卫生间的墙面做法：瓷砖墙面1)5厚釉面砖白水泥浆擦缝2)6厚1::水泥石灰膏砂浆结合层3)12厚1:3水泥砂浆打底12.坡道台阶：花岗石台阶花岗石条石规格厚度和宽度，按台阶设计要求，长度1000～1500表面剁平30厚1:3水泥砂浆结合层素水泥浆一道100厚C20现捣钢筋混凝土Φ6双向钢筋中距150（厚度不包括踏步三角部分），台阶面向外坡1％150厚碎石或碎砖垫层素土夯实（坡度按工程设计）台阶横向两端M2.5号砂浆砖砌240厚地龙墙，横向总长度大于3米时，每隔3米加一道240厚地龙墙，地龙墙埋深在冰冻线以下，C20混凝土基础垫层600宽、300高13.散水：混凝土散水2厚1:2水泥砂浆抹面，压实抹光60厚C20混凝土素土夯实向外坡4％备注：每隔6m留伸缩缝一道，墙身与散水设10宽，沥青砂浆嵌缝；宽600～900；坡度3-5%工程名称：某市某技师学院综合教学楼 工程规模：主体5层、总高度、总建筑面积5746平方米结构类型：框架结构工程地理环境：本工程位于某市泉山区抗震设防烈度：7度，第一组别，设计地震基本加速度值为建筑类别：丙类场地土：Ⅱ类设计使用年限：50年框架安全等级：三级环境类别：上层Ⅰ类基础：二a类3.2结构方案选取竖向承重体系选取选择合理的抗侧力结构体系，进行合理的结构或构件布置，使之具有较大的抗侧刚度和良好的抗风、抗震性能，是结构设计的关键。同时还须综合考虑建筑物高度、用途、经济及施工条件等因素。常见的竖向承重体系包括砖混结构体系、框架结构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系以及筒体结构体系等。砖混结构体系：主要由墙体承受竖向荷载，楼板层承受水平荷载，同时设置构造柱加强墙体的稳定性，设置圈梁增强建筑物的空间刚度及整体性。其自重大，且不利于抗震，加上浪费粘土资源，因此目前限制使用。框架结构体系：由梁柱连接而成，具有建筑平面布置灵活、造型活泼等优点，可形成较大的使用空间，易满足功能使用要求。在结构受力性能方面，框架结构属于柔性结构，自振周期长，地震反应较小，经合理设计可具有较好的延性性能。其缺点是结构抗侧刚度较小，在地震作用下侧向位移较大。剪力墙结构体系：由剪力墙同时承受竖向荷载和侧向力的结构，剪力墙是利用建筑外墙和内隔墙位置布置的钢筋混凝土结构墙，承受竖向荷载在墙体内产生的向下的压力及侧向力在墙体内产生的水平剪力和弯矩，因此剪力墙具有较大的承受侧向力的能力。但墙体太多，混凝土和钢筋的用量增多，材料强度得不到充分利用，既增加了结构自重，又限制了建筑上的灵活多变。框架-剪力墙结构体系：既保留了框架结构建筑布置灵活、使用方便的优点，又具有剪力墙结构抗侧刚度大、抗震性能好的优点，充分发挥材料的强度作用，具有较好技术经济指标。一般10～40层高层建筑可采用该结构。筒体结构体系：主要有核心筒和框筒结构组成的空间受力结构，筒体结构抗侧刚度大，整体性好，建筑布置灵活，能提供很大的可以自由分隔的使用空间，特别适用于30层以上或100米以上的超高层建筑。本综合教学楼的建筑高度为二十多米，共计五层，楼层高度，在楼层高度及建筑物高度均比较小的情况下，其结构的抗侧刚度及抗震性都较容易满足。根据教学楼的功能使用性，要求建筑平面布置比较宽阔，可以形成较大的使用空间。因此，选用框架结构为该综合楼的竖向承重体系。水平向承重体系选取常见横向承重体系有：现浇楼盖、叠合楼盖、预制板楼盖、组合楼盖等。现浇楼盖结构：可分为肋梁楼盖、密肋楼盖、平板式楼盖和无粘结预应力现浇平板楼盖等。肋梁楼盖结构具有良好的技术经济指标，可以最大限度地节省混凝土和钢筋的用量，能充分发挥材料的作用，结构整体性好，抗震性能好，且结构平面布置灵活，易于满足楼面不规则布置、开洞等要求，容易适用各种复杂的结构平面及各种复杂的楼面荷载。其余结构不详加说明。叠合楼盖：在预制钢筋混凝土薄板上，再现浇一层钢筋混凝土并使之共同工作的楼盖结构。其优点是整体性好，刚度大，施工方便，节省模板。预制板楼盖：可分为预制预应力大楼板和预制预应力多孔板，其施工方便，工业化程度高，但刚度较小，整体性差，抗震性弱，在抗震区使用较少。组合楼盖：由底部压型钢板和上部混凝土现浇层组成。优点是自重轻、板厚小、节省模板、施工方便、施工周期较短；缺点是用钢量大，造价高。因此，选用现浇楼盖结构中的肋梁楼盖为该综合楼的水平向承重体系。基础形式选取框架结构柱下基础的常见形式有钢筋混凝土独立基础，条形基础，十字形基础，筏板基础等。因该地区工程地质条件较好，地基承载力较高，能满足一般建筑物的要求。加上建筑物柱网布置均匀，平面布置比较对称，因此上部荷载比较均匀且不大，同时考虑到经济因素，因此选择了柱下独立基础。建筑设缝合理地设置防震缝，可以将体型复杂的建筑物划分为“规则”的建筑物，从而降低抗震设计的难度，提高抗震设计的可靠度，但如果防震缝设置不当还会引起相邻建筑物的碰撞，加重地震破坏的程度。近年来国内一些高层建筑一般通过调整平面形状和尺寸，并在构造上及施工时采取一些措施，尽可能不设伸缩缝、沉降缝和防震缝。本设计中，采取了一些构造措施而未设缝：如采用温度伸缩钢筋等。3.3结构布置计算简图一般情况下，框架结构是一个空间受力体系，为方便起见，常常忽略结构纵向和横向之间的空间联系，忽略各构件的扭转作用，将纵向框架和横向框架分别按平面框架进行分析计算。由于通常情况下横向框架的间距相同，作用于各横向框架上的荷载相同，框架的抗侧刚度相同，因此，各榀横向框架都将产生相同的内力与变形，结构设计时一般取中间有代表性的一榀横向框架进行分析即可。按楼面竖向荷载传递路线的不同，承重框架的布置方案有横向框架承重、纵向框架承重和纵横向框架混合承重等。本设计为纵横向框架混合承重，在两个方向均布置了框架承重梁以承受楼面荷载。本设计柱网布置采用内廊式，两边为教室，柱距为，中间为走道，柱距为，如图所示。选取一榀框架进行设计计算，取出来的平面框架承受下图中阴影范围内的水平荷载，竖向荷载则需按楼盖结构的布置方案确定。柱网结构布置图3.4框架梁、柱尺寸确定框架梁尺寸估算纵向框架主梁：取取横向框架主梁：取取走道梁:取取框架次梁：取取柱的截面尺寸：根据经验柱混凝土强度等级取C30,根据柱的轴压比要求：其中,β:边柱取1.3,内柱取1.25(不等跨),1.2(等跨)F:实际受荷面积,F=(7.2+3.6)/2×gE:一般取12～15KN/m2综合考虑各种因素，取柱截面为550×550确定柱高度底层柱高度h1＝3.9+0.45+0.5＝,其中3.9为底层标高，0.45为室内外高差，0.5为基础顶面至室外地面的高度，其他层柱高为。构件材料选取现浇钢筋混凝土梁、柱、板，C30，,纵筋为HRB400级(=360)，箍筋为HPB235级（）柱下独立基础，C30，,纵筋为HRB400级（=360)箍筋为HPB235级（）3.5框架梁柱线刚度计算在框架结构中，通常现浇层楼板，可作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧移，为考虑这一有利作用，在计算梁截面惯性矩时，对现浇楼面的边跨框架梁取0(I0为梁的截面惯性矩)，对中跨0(若为装配楼板，带现浇层，则分别取00)。框架柱线刚度计算层次Ec（N/mm2）b×h(mm2)惯性矩(mm4)I0=bh3/12hc(mm)k0=ECI0/hc（Nmm）2～5层3.0×104550×550×1093900×10101层3.0×104550×550×1094850×1010横向框架梁线刚度计算类别b×h(mm2)跨度（mm）惯性矩(mm4)I0=bh3/12线刚度(Nmm)k0=ECI0/lkb=2k0(Nmm)边横梁300×7007200×109×1010×1010走道梁300×4003600×109×1010×1010一榀框架侧移刚度D值（N/㎜）层次层高(m)柱根数Kc(Nmm)D=12αKc/h2(1/m)楼层D2～5层3.90边柱278×1010×104×104中柱21.6730.455×104层次层高(m)柱根数Kc(Nmm)D=12αKc/h2(1/m)楼层D1层4.85边柱20.573×1010×104×104中柱22×104注：对于2～5层的边柱：；中柱:；对于1层的边柱：；中柱:满足竖向规则框架的要求3.6恒荷载计算3荷载传递的基本原理如下图所示，阴影部分为一个计算单元。次梁承受板传来的荷载，并通过自身受弯将荷载传递到主梁上，主梁作为次梁的不动支点承受次梁传来的荷载，并将荷载传递给主梁的支撑—柱。双向板上的荷载，以450等角分线为界，分别传至两相邻支座。结构计算单元3.6.1)屋面框架梁线荷载标准值：40厚C30细石混凝土，内配Φ4双向钢筋×kN/m220厚1：3水泥砂浆找平层×kN/m270～250厚水泥防水珍珠岩块（2％找坡）（0.07+0.25）/2×kN/m220厚1:3水泥砂浆找平层×kN/m2100厚现浇钢筋混凝土楼板×kN/m2板底乳胶漆平顶×17＝0.204kN/m2－－－屋面恒载kN/m2边跨(BC、DE跨)框架梁自重×（0.7－0.1）×kN/m梁侧粉刷2××17×kN/m边跨框架梁线荷载合计4.85kN/m中跨（CD跨）框架梁自重×（0.4－0.1）×kN/m梁侧粉刷2××17×kN/m中跨框架梁线荷载合计3kN/m－－－因此，作用在顶层框架梁上的线荷载为：=kN/m=×kN/mkN/m×kN/m2)楼面框架梁线荷载标准值水磨石楼面15厚1：2水泥白石子×kN/m220厚1：3水泥砂浆找平层×kN/m2100厚现浇混凝土楼板×kN/m2板底乳胶漆平顶×kN/m2－－－楼面恒载kN/m2边跨框架梁及梁侧粉刷kN/m中跨框架梁及梁侧粉刷kN/m－－－因此，作用在楼面框架梁上的线荷载为：=kN/m=×kN/mkN/m×kN/m3)屋面框架梁节点集中荷载标准值顶层边节点：边柱连系梁自重×（0.6－0.1）××kN粉刷（0.6－0.1）××××kN900高女儿墙自重×××19＝27.086kN粉刷2××××kN连系梁传来屋面自重××××2×kN次梁自重××（0.55－0.1）××kN粉刷×（0.55－0.1）××2××kN屋面板重×（7.2+7.2－3.3）××kN－－－顶层边节点集中荷载G5B＝G5EkN顶层中节点：中柱纵梁自重×（0.6－0.1）××kN粉刷（0.6－0.1）××2××kN中柱纵梁传来①屋面自重2××××kN②屋面自重×（7.2+7.2－3.3）××kN③走道对应的屋面板自重×（6.6+6.6－3.6）××kN④次梁自重×（0.55－0.1）××25×kN⑤粉刷0.55－0.1）××2××17×kN－－－顶层中节点集中荷载G5C＝G5DkN4)楼面框架梁节点集中荷载标准值中间层边节点：边柱纵梁自重和粉刷kN钢窗自重×××2.4）×kN外纵墙墙体自重（6.6－0.55）×(3.9－0.6)××10＝3kN粉刷（6.6－0.55）×（3.9－0.6）×××kN扣除钢窗面积墙重再加上钢窗自重××××kN框架柱自重×××kN粉刷××××3－2×0.19）×××kN纵梁传来楼面自重①楼面自重××××kN②次梁自重kN③××2)×kN④×(7.2+7.2－3.3)××kN－－－中间层边节点集中荷载GB＝GEkN中间层中节点：中柱纵梁自重及粉刷kN内纵墙自重(6.6－0.55)×（3.9－0.6）××kN粉刷(6.6－0.55)×（3.9－0.6）×2××kN扣除门洞面积墙重加上木门自重××××2.549）×kN扣除高窗面积墙重加上高窗自重××××kN框架柱自重×××kN粉刷×4－2×0.19）×××kN中柱纵梁传来楼面自重①房间部分楼面自重××××kN②走道部分楼面自重×（6.6+6.6－3.6）××kN③房间部分次梁传来楼面自重kN④次梁自重kN⑤次梁上的墙重kN－－－中间层中节点集中荷载GC＝GDkN3.7活荷载计算3.kN/m2P5BC＝P5DE=0.5×kN/mP5CD＝0.5×kN/m屋面框架梁边节点活荷载标准值P5B=P5E①屋面活载：××××2＝2.72kN②次梁传来的屋面活载：×（7.2+7.2－3.3）××0.5＝4.58kN－－－P5B＝P5E＝7.30kN屋面框架梁中节点活荷载标准值P5C=P5D①屋面活载：××××2＝2.72kN②走道对应的屋面活载：×（6.6+6.6－3.6）××0.5＝4.32kN③次梁传来的屋面活载：×（7.2+7.2－3.3）××0.5＝4.58kN－－－P5C＝P5D＝11.62kN3.kN/m2kN/m2PBC＝PDE＝2.0×kN/mPCD×kN/m楼面框架梁边节点活荷载标准值PB=PE①楼面活载：××××2＝10.89kN②次梁传来的楼面活载：×（7.2+7.2－3.3）××2.0＝18.315kN－－－PB＝PE＝29.205kN楼面框架梁中节点活荷载标准值PC=PD①走道边楼面活载：××××2＝10.89kN②走道上方对应的楼面活载:×（6.6+6.6－3.6）××2.0＝17.28kN③次梁传来的屋面活载：×（7.2+7.2－3.3）××2.0＝18.315kN－－－PC＝PD＝46.485kN3.8风荷载作用下框架结构内力计算：3.垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算：WK=βzμsμzW0式中，WK—风荷载标准值（kN/m2）βz—高度Z处的风振系数μs—风荷载体型系数μz—风压高度变化系数W0—基本风压,某kN/m2由荷载规范查得μs＝0.8（迎风面）和μs＝－0.5（背风面），本工程地面粗糙度为C类地区，估算基本自振周期T1=（0.08～0.10）n=0.4～0.5>0.25，所以应考虑风振系数，由经验公式计算的自振周期T1×10－3,这里H为从室外地面到女儿墙顶的距离m，B为房屋宽度m，得T1＝0.337s，由H/B＝20.85/57.55＝0.36<0.5（B为迎风面宽度），查荷载规范得，脉动影响系数ν＝0.40，ω0T1²×²＝0.0397，查规范，脉动增大系数ξ＝1.169，仍取一榀横向框架，负载宽度为m，沿房屋高度分布的风荷载标准值＝6.6,根据各楼层楼板处的标高Hi,查取μz代入上式，可得沿房屋高度分布的风荷载标准值层次Hi/mHi/H520.8511.548416.050.769873312.150.5827681.169228.250.39571.2501.068414.350.20860.741.132左风荷载图效节点集中风荷载将等效均布荷载简化为集中在楼层处的集中荷载，框架结构分析时，应按静力等效原理将分布荷载转化为节点集中荷载，即P＝AW，受风面积A取上层一半和下层的一半之和，顶层取到女儿墙顶，底层计算高度从室外地面开始取，××0.5）＝11.314kN×kN；×kN×kN；×kN3.每层的楼层剪力等于其上部各层楼层的层间剪力值，每层的层间侧移等于该层的楼层剪力除以该层所有柱的侧移刚度值和风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算层次Fi(kN)Vi(kN)∑D(N/mm)Δμi(mm)μi(mm)Δμi/h5770940.1471/265314770940.3171/123033770940.4711/82802770940.6111/63831579920.9921/4385由表可见，风荷载作用下框架的最大层间弹性位移角发生在第一层，其值为1/4385，远小于，满足规范要求。3.1.各层柱的反弯点高度比式中，—标准反弯点高比，根据上下梁的平均线刚度和柱的相对线刚度的比值，总层数，该层位置查表确定。—上下梁的相对线刚度变化的修正值，由上下梁相对线刚度比值及查表得。—上下层层高变化的修正值，由上层层高对该层层高比值及查表。—下层层高对该层层高的比值及查表得。利用D值法计算反弯点高比y边柱中柱层次yny1y2y3yyny1y2y3y50.360000.361.6738000840.410000.411.673300033600061.6738000820.500091.6730.500000.5010.600000.6050005柱端剪力计算公式为：柱端弯矩计算公式为：，柱下端弯矩：；柱上端弯矩：其中:—反弯点高比;—层高;—作用在柱上的剪力风荷载作用下边柱弯矩、剪力计算表层次Hi(m)M上M下53.977094174940.3643.9770941749433.97709417494623.9770941749414.3557992137880.6023.79风荷载作用下中柱弯矩、剪力计算表层次M上M下53.977094210570.3843.9770942105733.97709421057823.9770942105714.35757992152080.553.风荷载作用下的梁端弯矩及柱轴力计算梁端弯矩可由节点平衡求出，对于边柱：对于中柱，设梁的端弯矩与梁的线刚度成正比，则：；柱轴力计算：；风荷载作用下的框架弯矩图（）风荷载作用下框架梁端剪力和柱轴力图(单位：)风荷载作用下的梁端弯矩剪力及柱轴力计算层次边梁（BC、DE跨）中间梁（CD跨）柱轴力边柱中柱52.032.033.6-43.6-33.6-23.66.67-1113.6-3.9竖向荷载作用下框架结构的内力计算3.9.1．恒载作用下内力计算梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成，根据固端弯矩相等的原则，先将梯形分布荷载以及三角形分布荷载化为等效均布荷载，由于纵向框架梁的中心线与柱的中心线不重合，所以在框架节点上还作用有集中力矩。梯形荷载转化为等效均布荷载:1)顶层梯形荷载转化为等效均布荷载:集中力矩：等效均布荷载：2)其余层梯形荷载化为等效均布荷载集中力矩：等效均布荷载：用弯矩二次分配法并可利用结构对称性取二分之一结构计算，跨两端均简化为固定支座，跨一端简化为固定支座，一端简化为滑动支座。则顶层各杆的固端弯矩为：同理，其余层各杆的固端弯矩为各层梁上作用的恒载(1)弯矩二次分配见表(2)恒载作用下梁的剪力及柱的轴力计算：①梁端剪力由两部分组成：荷载引起的剪力计算公式为：、分别为矩形和梯形荷载、分别为矩形和三角形荷载b.弯矩引起的剪力，计算原理是杆件弯矩平衡，即跨跨因为跨两端弯矩相等，故VC=VD=0②柱的轴力计算：顶层柱顶轴力由节点剪力和节点集中力叠加得到，柱底轴力为柱顶轴力加上柱自重。其余层计算同顶层，但需要考虑该层上部柱的轴力的传递。③柱端剪力计算：活载作用下内力计算梁上分布荷载为梯形荷载，根据固端弯矩相等的原则，先将梯形分布荷载以及三角形分布荷载，化为等效均布荷载。顶层：一般层：顶层活载：q1=P5BC=1.65kN/mq2=P5CD=1.8kN/m梯形荷载转化为等效均布荷载：其余层:q1=PBC=6.6kN/mq2=PCD=9.0kN/m各层梁上作用的活载梯形荷载转化为等效均布荷载:由结构对称性取二分之一结构计算，则顶层各杆的固端弯矩为：同理，其余层各杆的固端弯矩为：（1）弯矩二次分配见表（2）活载作用下梁端剪力以及柱的轴力计算①梁端剪力由两部分组成：a.荷载引起的剪力，计算公式为：其中：为梯形荷载；为三角形荷载b.弯矩引起的剪力，计算原理是杆件弯矩平衡，即跨跨因为跨两端弯矩相等，故VC=VD=0②柱的轴力计算：顶层柱顶轴力由节点剪力和节点集中力叠加得到，柱底轴力等于柱顶轴力，其余层轴力计算同顶层，但需要考虑该层上部柱的轴力的传递。③柱端剪力计算：恒载作用下弯矩二次分配上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁0.4510.5490.4980.4090.09318.05-88-13--2------24-7-3-11110.3780.3540.2900.2900.0667-2------8-1----22.18----111110.3780.3540.2900.2900.066-2------8-----3.6322---111110.3780.3540.2900.2900.066-62-----------22----10.3310.2660.403--1--1-------1----1↓↓活载作用下弯矩二次分配上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁0.4510.5490.4980.4090.093-----3.45--2.02-1.13----311110.3780.3540.2900.2900.0663.65-25.8325.83---4.04-4.04-3.45-6--2.02----22---11110.3780.3540.2900.2900.0663.65-25.8325.83---4.04-4.04-3.453.45-6-2.02-2.02--1.6848.97-21.592---11110.3780.3540.2900.2900.0663.65-25.8325.83---4.04-4.04-3.45-6-----1.7608.909.12-21.672--6.19-0.3310.2660.4030.3750.3080.2470.0703.65-225.83-7.34--4.29-3.44---2.02--0.22-0.3318-2-7.06--↓↓4-竖向恒载作用下梁端剪力和柱轴力计算层次荷载引起剪力弯矩引起剪力总剪力柱轴力BC跨CD跨BC跨CD跨BC跨CD跨B柱C柱VB=VCVC=VDVB=-VCVC=VDVBVCVC=VDN顶N底N顶N底521.03-021.034-0.8603-0.9802-0.97011-01竖向活载作用下梁端剪力和柱轴力计算层次荷载引起剪力弯矩引起剪力总剪力柱轴力BC跨CD跨BC跨CD跨BC跨CD跨B柱C柱VB=VCVC=VDVB=-VCVC=VDVBVCVC=VDN顶=N底N顶=N底5-04-0.5303-0.4802-0.4701-0竖向恒载作用下框架弯矩图（kN/m）竖向活载作用下框架弯矩图（kN/m）竖向恒载作用下梁端剪力、轴力图(单位：)竖向活载作用下梁端剪力、柱轴力图(单位：)3.对于现浇框架，为了满足强剪弱弯的要求，需要对竖向荷载作用下的梁端弯矩进行折减，调幅系数取0.85，需要注意的是弯矩调幅只对竖向荷载作用下的内力进行，因此，弯矩调幅应在内力组合之前进行。考虑梁端弯矩调幅，并将梁端节点弯矩（M、V）换算至梁端柱边弯矩值，以备内力组合时用。经调幅并计算至柱边弯矩为：恒（活）载作用下经调幅并计算至柱边弯矩3.10横向框架内力组合（选择一榀框架采用PKPM计算）3.结构或结构构件在使用期间，可能遇到同时承受永久荷载和两种以上可变荷载的情况。但这些荷载同时都达到它们在设计基准期内的最大值的概率较小，且对某些控制截面来说，并非全部可变荷载同时作用时其内力最大，因此应进行荷载的最不利组合。对于一般框架结构，荷载效应组合的设计值可按下列规定采用：由可变荷载效应控制的组合： 由永久荷载效应控制的组合：式中，为永久荷载的分项系数；为第个可变荷载的分项系数，其中为可变荷载的分项系数；为按永久荷载的标准值计算的荷载效应值；为按可变荷载的标准值计算的荷载效应值，其中为诸可变荷载效应中起控制作用者；为可变荷载的组合值系数。永久荷载的分项系数按下列规定采用；当其效应对结构不利时，对由可变荷载控制的组合取，对由永久荷载控制的组合取；当其效应对结构有利时，一般情况下取，对结构的倾覆、滑移或漂移验算取。可变荷载的分项系数，一般情况下取，对荷载标准值大于的工业建筑结构的活荷载取。3.1理论上抗震设计中采用的材料强度设计值应高于非抗震设计时的材料强度设计值。但实际上在抗震设计中仍采用非抗震设计时的材料强度设计值，而是通过引入承载力抗震调整系数来提高其承载力。载力抗震调整系数受弯梁偏压柱受剪3.10梁内力控制截面一般取两端支座截面及跨中截面。支座截面内力有支座正、负弯矩及剪力，跨中弯矩一般为跨中正弯矩。梁支座弯矩组合的设计值非抗震设计抗震设计式中，、、为由恒载、楼面活荷载及风荷载标准值在梁截面上产生的弯矩值；、为由重力荷载代表值及水平地震作用标准值在梁截面上产生的弯矩标准值；为可变荷载组合值系数，对多层房屋取；高层建筑取。梁支座正弯矩组合的设计值非抗震设计抗震设计梁跨间最大正弯矩组合的设计值抗震设计及非抗震设计时，梁跨间最大正弯矩的确定方法相同。抗震设计时，梁跨间最大弯矩应是水平地震作用产生的跨间弯矩和相应的重力荷载代表值产生的跨间弯矩的组合。由于地震作用可能来自左、右两个方向，因而应考虑两种可能性，分别求出跨间弯矩，然后取较大者进行截面配筋计算。对支座负弯矩的组合情况进行计算，求跨间最大正弯矩时，可根据梁端弯矩组合值及梁上荷载设计值，由平衡条件确定。由图可得：均布和梯形荷载作用下的计算图形若，说明，其中为最大正弯矩截面至支座的距离，则可由下式求解：，将求得的值代入下式即可得跨间最大正弯矩值：若，说明，则若，则均布和三角形作用荷载下的计算图形同理，可求得三角形分布荷载和均布荷载作用下的、、的计算公式：由下式解得：4.剪力计算：梁端剪力:非抗震设计时式中，、、分别表示由恒载、楼面活荷载及风荷载标准值在梁端产生的剪力标准值。抗震设计组合时，三级框架梁和抗震墙中跨高比大于的连梁，其梁端剪力设计值应按下式调整：式中，为梁的净跨；为梁在重力荷载代表值作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计值；为梁端剪力增大系数，三级框架为。5.内力组合具体过程及结果采用PKPM计算。******内力组合PKPM计算书******-------总信息--------节点总数=24柱子总数=20梁数=15是否规则框架=20600支座约束数=4标准截面总数=3活载计算信息=1风活载计算信息=1抗震等级=3柱砼等级=0梁砼等级=0梁柱主筋级别=3梁柱箍筋级别=1柱保护层=30梁保护层=30柱梁自重计算信息=2基础计算信息=0输出方式=1梁支座负弯矩调幅系数=0.85梁惯性矩增大系数=1.20柱计算长度考虑GB50010-2002第-3条规定=0--------------节点坐标-----------------节点号x坐标y坐标节点号x坐标y坐标节点号x坐标y坐标--柱杆件关联号(左为上部节点号,右为下部节点号)--(1)211(2)222(3)233(4)244(5)15(6)26(7)37(8)48(9)59(10)610(11)711(12)812(13)913(14)1014(15)1115(16)1216(17)1317(18)1418(19)1519(20)1620--梁杆件关联号(左为左边节点号,右为右边节点号)--(1)12(2)23(3)34(4)56(5)67(6)78(7)910(8)1011(9)1112(10)1314(11)1415(12)1516(13)1718(14)1819(15)1920--------------支座约束信息----------------(1)21111(2)22111(3)23111(4)24111------------柱平面内计算长度--------------------------柱平面外计算长度----------------------------节点偏心值----------------(15)--------------标准截面数据------------------------------柱截面类型号----------------(1)1(2)1(3)1(4)1(5)1(6)1(7)1(8)1(9)1(10)1(11)1(12)1(13)1(14)1(15)1(16)1(17)1(18)119)1(20)1--------------梁柱截面类型号----------------(1)2(2)3(3)2(4)2(5)3(6)2(7)2(8)3(9)2(10)2(11)3(12)2(13)2(14)3(15)2------恒载计算------节点荷载:节点弯矩垂直力水平力1-15.60187.700.00217.20207.800.003-17.20207.800.00415.60187.700.005-15.60187.700.00617.20207.800.007-17.20207.800.00815.60187.700.009-15.60187.700.001017.20207.800.0011-17.20207.800.001215.60187.700.0013-15.60187.700.001417.20207.800.0015-17.20207.800.001615.60187.700.0017-18.70149.300.001821.90175.500.0019-21.90175.500.002018.70149.300.000柱间荷载柱信息荷载类型荷载值荷载参数1荷载参数20梁间荷载:连续数荷载个数类型荷载值参数类型荷载值参数11214.80.00611.481.651212.40.00611.651.671214.80.00611.481.651214.80.00611.481.651212.40.00611.651.671214.80.00611.481.651214.80.00611.481.65