山东建筑大学土木工程专业毕业设计建筑结构说明书

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本科毕业设计说明书

题目：某大学教学楼设计

（计划五）

院（部）：土木工程学院

专业：土木工程

班级：土木143

姓名：

学号：

指导老师：夏风敏

完成日期：2022年5月26日

名目

3.2.1恒荷载计算11-

3.2.2活荷载计算-12-

3.3横向荷载计算-13-

3.3.1风荷载计算-13-

3.3.2地震作用计算-15-

46轴框架内力计算-18-

4.1恒荷载作用下结构内力计算-18-

4.1.1分层法计算梁端、柱端弯矩-18-

4.1.2梁端、柱端剪力计算-28-

4.1.3柱轴力计算-31-

4.2活荷载作用下结构内力计算-33-

4.1.1分层法计算梁端、柱端弯矩-33-

4.1.2梁端剪力计算-40-

4.1.3柱轴力计算-43-

4.3风荷载作用下结构内力计算-44-

4.3.1反弯点法计算柱端弯矩-44-

4.3.2计算梁端弯矩、剪力及柱轴力-45-

4.4水平地震作用下结构内力计算-50-

5⑥轴框架内力组合-55-

5.1梁端弯矩调幅-55-

5.2内力组合-55-

5.2.1非地震工况下框架梁的内力组合-56-

5.2.2非地震工况下框架柱的内力组合-61-

5.2.3地震工况下框架梁的内力组合-65-

5.2.4地震工况下框架柱的内力组合-68-

6框架截面设计-73-

6.1.1选取承载力设计值-74-

6.1.2正截面受弯承载力计算-74-

6.1.3斜截面受剪承载力计算-75-

6.2框架柱截面设计-78-

6.2.1轴压比验算-78-

6.2.2截面尺寸复核-79-

6.2.3正截面受弯承载力计算-79-

6.2.4垂直于弯矩作用平面的受压承载力验算-80-

6.2.5斜截面受剪承载力计算-81-

6.2.6裂缝宽度验算-81-

7楼板计算-83-

7.1楼板内力计算-83-

7.2楼板配筋计算-88-

8基础设计-91-

8.1设计参数-91-

8.2B、G轴柱下自立基础设计-91-

8.2.1地基承载力验算-92-

8.2.2基础高度验算-93-

8.2.3基础配筋验算-93-

8.2.4抗震验算-93-

8.3D、E轴柱下自立基础设计-95-

8.2.1地基承载力验算-95-

8.2.2基础高度验算-96-

8.2.3基础配筋验算-96-

8.2.4抗震验算-96-

9楼梯设计-98-

9.1.1荷载统计-98-

9.1.2截面设计-98-

9.2平台板设计-99-

9.2.1荷载统计-99-

9.2.2截面设计-99-

9.3平台梁设计-101-

9.3.1荷载统计-101-

9.3.2截面设计-101-

9.2.3裂缝验算-102-

9.2.4挠度验算-103-

9.4梯柱设计-103-谢辞-105-

1建造设计

1.1建造设计概况

本建造为教学楼，依据其功能要求设计成五层的钢筋混凝土框架结构，建造总高21.15m，建造占地面积为1360m2,，总建造面积为6801m2,

1.2建造平面设计

教学楼标准层高度统一取3.9m，按照教学楼的功能要求，教室是主要用房，每层支配6个一般教室，2个大教室。主要交通疏散通道走廊宽4.8m，同时设置三部楼梯以满足相关规范要求。

图1.1建造平面设计图

1.3建造立面设计

为了增强立面层次的变化，全部外墙柱部分露出，体现建造外观的丰盛。详细的建造平面图以及立面图如下图所示：

图1.2建造立面设计图

1.4建造构造与做法

1.4.1一层地面做法

1、教室、办公室：

10厚瓷砖铺平拍实，水泥浆擦缝

20厚1：4干硬性水泥砂浆，面上撒素水泥

素水泥浆结合层一遍

100厚C10混凝土

素土夯实

2、走廊、门厅：

10厚水磨石地砖铺平拍实，水泥浆擦缝

20厚1：4干性水泥砂浆，面上撒素水泥

素水泥浆结合层一遍

100厚C10混凝土

素土夯实

3、卫生间：

10厚小瓷砖铺平拍实，水泥浆擦缝

20厚1：4干性水泥砂浆，面上撒素水泥

素水泥浆结合层一遍

100厚C10混凝土

素土夯实

1.4.2二~五层楼面做法

1、走廊、门厅：

10厚水磨石地砖铺平拍实、水泥浆擦缝

20厚1：4干硬性水泥砂浆，面上撒素水泥

素水泥浆结合层一遍

120厚现浇混凝土楼板

20厚水泥砂浆抹灰

2、教室及其他功能用房：

10厚瓷砖铺平压实，水泥浆擦缝

20厚1：4干硬性水泥砂浆，面上撒素水泥

素水泥浆结合层一遍

120厚现浇混凝土楼板

20厚水泥砂浆抹灰

2、卫生间：

10厚小瓷砖铺平压实，水泥浆擦缝

20厚1：4干硬性水泥砂浆，面上撒素水泥

素水泥浆结合层一遍

120厚现浇混凝土楼板

20厚水泥砂浆抹灰

1.4.3内、外墙面做法

1、内墙面：

15厚1：3水泥砂浆

5厚1：2水泥砂浆

满刮腻子

刷或滚乳胶漆二遍

2、外墙面：

12厚1:3水泥砂浆

8厚1:2.5水泥砂浆

喷或滚刷涂料二遍

1.4.4台阶、散水及屋面做法

1、室外台阶：

20厚花岗岩踏步及踢脚板，水泥浆擦缝

30厚1:4干硬性水泥砂浆，面上撒素水泥

素水泥砂浆结合一遍

60厚C15混凝土台阶（不包括台阶三角形部分）

300厚三七灰土

素土夯实

2、散水：

60厚C15混凝土，面上加5厚1:1水泥砂浆随打随抹光

150厚三七灰土

素土夯实，向外坡4%

3、屋面：

20厚1：3水泥砂浆抹平压光1×1m分格

4厚（一层）高聚物改性沥青卷材防水层（SBS、APP）

满涂胶粘剂一层，用量0.3-0.4kg/m2

3厚高聚物改性沥青二布四涂防水层

30厚1：3水泥砂浆φ4@200双向配筋，6×6分格，缝宽10，油膏嵌缝

100厚憎水膨胀珍珠岩块保温层（密度小于等于250kg/m3）

1：8水泥膨胀珍珠岩找坡2%最薄处40厚

120厚现浇钢筋混凝土屋面板

20厚水泥砂浆抹灰

2结构选型及结构布置

采纳钢筋混凝土现浇框架结构，7度抗震设防，设计地震分组为其次组，因为双向布置比单向板具有较好的抗震性能，故区隔均采纳双向板。详细构件尺寸及板、梁、柱布置计划参见结构布置图。

2.1材料挑选

框架梁、板、柱均采纳现浇钢筋土构件。

混凝土强度等级：

柱C40：fc=19.1N/mm2,ft=1.71N/mm2,Ec=3,25×104N/mm2

梁、板、基础C35：fc=16.7N/mm2,ft=1.57N/mm2,Ec=3.14×104N/mm2钢筋：

柱、梁、基础中主要受力钢筋、箍筋以及其他构造钢筋采纳HRB400：

fy=fy’=360N/mm2

内外填充墙：

采纳加气混凝土砌块砌筑，容重5.5kN/m3

2.2板、梁、柱截面尺寸估算

2.2.1板厚确定

全部楼板均为现浇双向板。板厚普通最少为板的短向跨度的1/40，双向板最小厚度不小于80mm。板的短边跨度从3m到4.8m不等，故统一选取板厚为120mm。

2.2.2梁尺寸确定

框架梁跨度有2500-6300不等，统一取6300

h=(1/10~1/18)×6300=630~350取h=600

b=(1/2~1/3)×600=200~300取b=300

连系梁跨度有4500、5400、6300、6600不等

对跨度4500、5400的连系梁，为连系梁一

h=(1/10~1/18)×5400=540~300取h=400

b=(1/2~1/3)×400=200~133取b=200

对跨度6300~6600的连系梁，为连系梁二

h=(1/10~1/18)×6600=630~350取h=600

b=(1/2~1/3)×600=200~300取b=300

2.2.3柱截面确定

按照轴压比要求

其中

μN：框架柱的轴压比，抗震等级为三级时轴压比限值0.9

A：框架柱的截面尺寸

fc：柱混凝土抗压强度设计值fc=19.1N/mm2

N：柱轴向压力设计值

柱轴向压力设计值可初步按下式估算：

其中

γG：竖向荷载分项系数，取1.25

q：每个楼层上单位面积的竖向荷载，取14kN/m2

S：柱一层的荷载面积，保守起见支撑面积取最大值S=25mm2

n：柱的荷载楼层数，取5

α1：考虑水平力产生的附加系数，三级抗震时取1.15

α2：边角柱轴向力增大系数，保守起见取角柱的增大系数1.2

得:

A≥1.25×14×103×25×5×1.15×1.2/(19.1×0.9)=175611mm2

b≥A0.5=1756110.5=419mm2

取b=h=500mm2

验算框架柱截面尺寸是否满足构造要求

①建造物属于多层框架结构，在抗震设计中，框架柱的截面高度和宽度不宜小300mm。满足要求。

②为避开柱产生剪贴破坏，柱净高与截面长边之比应大于4，取底层层高4350mm,H/h=3900/500=8.7,满足要求。

③框架柱截面高度和宽度普通可取层高1/10~1/15，取底层层高4350mm,h=500＞(1/10~1/15)×4350=290~435,满足要求。

2.3结构计算简图

2.3.1计算简图确实定

图2.1一榀框架计算简图

2.3.2截面参数计算

梁柱截面惯性矩计算：

边跨梁：I=1.5I0=1.5×bh3/12=1.5×300×6003/12=8.1×109

中跨梁：I=2I0=2×bh3/12=2×300×6003/12=1.08×1010

柱子：I=I0=bh3/12=5004/12=5.21×109mm4

梁柱截面线刚度计算：

边梁：ic=EI/l=3.15×104×8.1×109/(6.3×103)=3.89×109

中跨梁：ic=EI/l=3.15×104×1.08×1010/(4.8×103)=7.09×109

底层柱：ic=EI/l=3.25×104×5.21×109/(4.35×103)=3.89×109

中间层柱：ic=EI/l=3.25×104×5.21×109/(3.9×103)=4.34×109

3荷载计算

楼面活荷载：教室及其他功能用房取2kN/m2，走廊及门厅取2.5kN/m2，屋面取2kN/m2，厕所取2.5kN/m2。

3.1构件自重计算

3.1.1板

1、二~五层走廊、门厅楼板

10厚水磨石地砖楼面0.01×31=0.31kN/m2

20厚水泥砂浆打底0.02×17=0.34kN/m2

120厚现浇钢筋混凝土楼板0.12×25=3kN/m2

20厚水泥砂浆抹灰0.02×17=0.34kN/m2

小计3.99kN/m2

2、二~五层教室及其他功能用房楼板

10厚瓷砖楼面0.01×20=0.2kN/m2

20厚水泥砂浆打底0.02×17=0.34kN/m2

120厚现浇钢筋混凝土楼板0.12×25=3kN/m2

20厚水泥砂浆抹灰0.02×17=0.34kN/m2

小计3.88kN/m2

3、二~五层卫生间楼板

10厚小瓷砖楼面0.01×20=0.2kN/m2

20厚水泥砂浆打底0.02×17=0.34kN/m2

120厚现浇钢筋混凝土楼板0.12×25=3kN/m2

20厚水泥砂浆抹灰0.02×17=0.34kN/m2

小计3.88kN/m2

4、顶层屋面板

20厚1：3水泥砂浆0.02×17=0.34kN/m2

4厚高聚物改性沥青卷材0.046kg/m2

30厚1：3水泥砂浆0.03×17=0.51kN/m2

100厚憎水膨胀珍珠岩块保温层0.1×2=0.2kg/m2

1：8水泥膨胀珍珠岩找坡2%最薄处40厚0.12×2=0.48kg/m2

120厚现浇钢筋混凝土屋面板0.12×25=3kN/m2

20厚水泥砂浆抹灰0.02×17=0.34kN/m2

小计4.55kN/m2

3.1.2梁

1、框架梁、连系二（已除去楼板分量）

(0.6-0.12)×0.3×25+(0.6-0.12)×0.02×2×17=3.93kN/m2

2、连系梁一（已除去楼板分量）

(0.4-0.12)×0.2×25+(0.4-0.12)×0.02×2×17=1.59kN/m2

3.1.3墙

1、填充墙（统一取墙高3900-400-120=3380mm）

3.38×0.2×5.5+2×3.38×0.02×17=6.02kN/m2

2、女儿墙

0.2×1.1×5.5+0.2×0.1×25+(1.2×2+0.2)×0.02×17=2.59kN/m2

3.1.4柱

1、框架柱

0.5×0.5×25+0.5×4×0.02×17=6.93kN/m2

3.2竖向荷载计算

板上均布荷载按双向板塑性铰分配，采纳等效均布荷载法，取⑥轴框架举行计算。

3.2.1恒荷载计算

1、BD轴间框架梁

屋面板传荷：4.55×(1-2×0.362+0.363)×2.25×2=16.12kN/m

楼面板传荷：3.88×(1-2×0.362+0.363)×2.25×2=13.75kN/m

梁自重：3.93kN/m

故BD轴间梁均布荷载

屋面梁：3.93+16.12=20.05kN/m

楼面梁：3.93+13.75=17.68kN/m

2、DE轴间框架梁：

屋面板传荷：4.55×(1-2×0.472+0.473)×2.25×2=13.55kN/m

楼面板传荷：3.99×(1-2×0.472+0.473)×2.25×2=11.89kN/m

梁自重：3.93kN/m

故BD轴间梁均布荷载

屋面梁：3.93+13.55=17.48kN/m

楼面梁：3.93+11.89=15.82kN/m

3、EG轴间框架梁

同BD轴框架梁，略。

4、B轴柱

顶层柱：2.59×4.5+1.59×(4.5-0.5)+4.55×5/8×2.25×4.5=46.81kN/m

中间层柱：1.59×(4.5-0.5)+6.02×4.5+3.88×5/8×2.25×4.5=58.00kN/m

5、D轴柱

顶层柱：1.59×(4.5-0.5)+4.55×5/8×2.25×4.5×2=63.95kN/m

中间层柱：6.02×4.5+1.59×(4.5-0.5)+(3.88+3.99)×5/8×2.25×4.5=83.25kN/m

6、E轴柱

同D轴柱，略。

7、G轴柱

同B轴柱，略。

图3.1框架在恒荷载作用下受荷总图：（单位：kN·m）3.2.2活荷载计算

1、BD轴间梁均布荷载

屋面梁：2×(1-2×0.362+0.363)×2.25×2=7.09kN/m

楼面梁：2×(1-2×0.362+0.363)×2.25×2=7.09kN/m

2、BD轴间梁均布荷载：

屋面梁：2×(1-2×0.472+0.473)×2.25×2=5.56kN/m

楼面梁：2.5×(1-2×0.472+0.473)×2.25×2=7.45kN/m

3、EG轴间框架梁

同BD轴框架梁，略。

4、B轴柱

顶层柱：2×5/8×2.25×4.5=12.66kN/m

中间层柱：2×5/8×2.25×4.5=12.66kN/m

5、D轴柱

顶层柱：2×5/8×2.25×4.5×2=25.31kN/m

中间层柱：(2+2.5)×5/8×2.25×4.5=28.48kN/m

6、E轴柱

同D轴柱，略。

7、G轴柱

同B轴柱，略。

图3.2框架在恒荷载作用下受荷总图：（单位：kN·m）

3.3横向荷载计算

取⑥轴框架举行计算。

3.3.1风荷载计算

为了简化计算，作用在外墙面上的风荷载可以近似用作用在屋面梁和楼面梁处的等效集中荷载替代。因H/B=21.25/9=2.35>1.5，故应当考虑风压脉动系数对结构产生顺向风振的影响。作用在屋面梁和楼面梁节点和楼面梁节点出的集中荷载值为

其中，ω0=0.45kN/m

B=4.5m

μ=1.3

βz=1+ενφz/μz

其中ε=1.46，ν=0.5028

其余项查荷载规范可知，计算结果如下：

表3.1风荷载计算表

图3.3框架在风荷载作用下受荷总图：（单位：kN·m）

3.3.2地震作用计算

1、重力荷载标准值计算

屋面板自重：4.55×17.4×4.5=356.27kN

女儿墙自重：2.59×4.5×2=23.31kN

楼面板自重：3.88×6.3×2+3.99×4.8×4.5=306.18kN

中间层墙体自重：6.02×(4×4+5.8×2)=166.15kN

楼面板在活荷载作用下的竖向荷载：

(2.5×4.8×4.5+2×6.3×4.5×2)×0.5=83.7kN

屋面板在雪荷载作用下的竖向荷载：0.3×17.4×4.5×0.5=11.75kN

中间层柱自重：6.93×3.9=20.03kN

底层柱自重：6.93×4.35=30.15kN

故每层的重力荷载代表值：

G5=356.27+87.93+20.03+116.15/2+23.31+11.75=582.37kN

G4=306.18+87.93+20.03+116.15+83.7=663.99kN

G3=306.18+87.93+20.03+116.15+83.7=663.99kN

G2=306.18+87.93+20.03+116.15+83.7=663.99kN

G1=306.18+87.93+(20.03+30.15)×0.5+116.15+83.7=669.04kN

ΣGi=G1+G2+G3+G4+G5=582.37+663.99×3+669.04=3243.38kN

2、柱的侧移刚度计算

柱的线刚度比：

普通层边柱i=(i1+i2)/(2i)c=4.05/4.34=0.93

普通层中柱i=(i1+i2)×2/(2ic)=(4.05+7.09)/4.34=2.57

底层边柱i=i1/ic=4.05/3.89=1.04

底层中柱i=(i1+i2)/ic=(4.05+7.09)/3.89=2.86

柱的侧向刚度修正系数：

普通层边柱αc=i/(2+i)=0.93/(2+0.93)=0.32

普通层中柱αc=i/(2+i)=2.57/(2+2.57)=0.56

底层边柱αc=(0.5+i)/(2+i)=(0.5+1.04)/(2+1.04)=0.51

底层中柱αc=(0.5+i)/(2+i)=(0.5+2.86)/(2+2.86)=0.69梁柱的侧向刚度：

普通层边柱D=12icαc/h2=0.32×12×4.34×1010/(3.9×103)2=10957

普通层中柱D=12icαc/h2=0.56×12×4.34×1010/(3.9×103)2=19175

底层边柱D=12icαc/h2=0.51×12×4.34×1010/(3.9×103)2=12581

底层中柱D=12icαc/h2=0.69×12×4.34×1010/(3.9×103)2=17022验证楼层与上部相邻楼层的侧向刚度比γ1不宜小于0.7

γ1=(12581+17022)/(10957+19175)=0.98>0.7

3、结构基本自振周期计算

每层剪力：

VG5=G5=582.37kN

VG4=G5+G4=582.37+663.99=1246.36kN

VG3=G5+G4+G3=582.37+663.99×2=1910.35kN

VG2=G5+G4+G3+G2=582.37+663.99×3=2574.34kN

VG1=G5+G4+G3+G2+G1=582.37+663.99×3+669.04=3243.38kN层间位移：

(Δμ)1=3243.38×103/((12581+17022)×2)=54.78mm

(Δμ)2=2574.34×103/((10957+19175)×2)=42.72mm

(Δμ)3=1910.35×103/((10957+19175)×2)=31.70mm

(Δμ)4=1246.36×103/((10957+19175)×2)=20.68mm

(Δμ)5=582.37×103/((10957+19175)×2)=9.66mm

μT=Σ(Δμ)=54.78+42.72+31.70+20.68+9.66=159.54mm则结构的基本自振周期T1=1.7ψTμT0.5,其中ψT取0.7

T1=1.7×0.7×0.159540.5=0.48s

4、水平地震作用及楼层地震剪力计算

由Tg>T1，得α1=(Tg/T1)γη2αmax

其中，γ=0.9，η2=1，αmax=0.08

得α1=(0.4/0.48)0.9×0.09=0.068

结构的总水平地震作用标准值：

FEK=α1

Geq=0.85α1ΣGi=0.85×0.068×3243.38=187.47kN每层地震剪力：

由T1=0.48s0

Pk=146.25kpa0

Pk=142.89kpa0

Pk=166.21kPa0

Pk=151.39kpa<fa=166.5kpa

均满足要求

9楼梯设计

设计资料：混凝土强度等级：C35，受力钢筋及箍筋：HRB400，层高3.9m，梯段板跨度3.9m，踏步尺寸150×300，平台梁尺寸200×500，平台板及梯段板厚120mm，as=20mm。

9.1梯段板设计

9.1.1荷载统计

取1m宽板带举行计算

恒载：

大理石面层1.16×(0.3+0.15)/0.3=1.74kN/m

混凝土斜板0.12×25/0..894=3.36kN/m

三角形踏步0.5×0.3×0.15/0.3=1.88kN/m

板底抹灰0.02×17/0.894=0.38kN/m

小计：7.36kN·m

活载：根据消防楼梯设计，荷载取3.5kNm

永远荷载控制的组合：PG=1.35×7.36+1.4×0.7×3.5=13.37kN/m

可变荷载控制的组合：PQ=1.2×7.36+1.4×3.5=13.73kN/m

取均布荷载P=13.73kN/m

则跨中弯矩M=0.1PLn2=0.1×13.73×3.6×3.6=17.79kN·m

按照03G101-2图集，支座配筋取跨中配筋的普通

9.1.2截面设计

E

满足要求

已经满足最小配筋率要求。

选配8@95，As=529mm2

支座配筋根据图集要求，取跨中配筋的一半且不低于8@200支座处配筋8@190

9.2平台板设计

9.2.1荷载统计

取1m宽板带举行计算

恒载：

大理石面层1.16kN/m

混凝土斜板0.12×25=3kN/m

板底抹灰0.02×17=0.34kN/m

小计：4.5kN·m

活载：根据消防楼梯设计，荷载取3.5kNm

永远荷载控制的组合：PG=1.35×4.5+1.4×0.7×3.5=9.51kN/m

可变荷载控制的组合：PQ=1.2×4.5+1.4×3.5=10.3kN/m

取均布荷载P=10.3kN/m

则跨中弯矩M=0.1PLn2=0.1×10.3×2.4×2.4=5.93kN·m

支座弯矩M=0.083PLn2=0.083×10.3×2.4×2.4=4.94kN·m

9.2.2截面设计

板底配筋：

E

满足要求

不满足最小配筋率要求。

选配8@200，As=251mm2支座配筋：

E

满足要求

不满足最小配筋率要求。

选配8@200，As