教学楼建筑结构设计.doc

教学楼建筑结构设计滦县一中教学楼建筑结构设计 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结构，建筑面积为5329.5平方米，建筑物总高度为20.70米。本设计主要分两部分，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行平面布置，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部分的组合关系，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；剖面设计则根据使用要求确定层高、窗台高度、窗高及室 建筑设计 结构设计 内力组合 The Architectural and Structural Design of NO.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 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,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 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 height 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 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 the 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 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 economy, the beauty, easy to operate is this design principle.Keywords: frame structures; building design; structural design; combination of internalforces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结构布置方案及结构选型 . 44.1结构承重方案选择 . 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 . 54.3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和结构自振周期计算 . 175.3结构基本自振周期计算 . 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 . 5510.3.1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基础的配筋计算 . 6813.1 荷载设计值 . 6813.2柱J独立基础的计算 . 6813.2.1初步确定基底尺寸 . 6813.2.2 基础高度验算 . 6913.2.3 基础底面配筋计算 . 6913.3 G、H柱独立基础的计算 . 7014技术经济分析 . 7315结论 . 74谢辞 . 75参考文献 . 76 唐山学院毕业设计1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合运用和全面考核，通过毕业设计检验、巩固、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结构设计两部分。建筑设计部分：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，又比较经济、合理、美观、适用的方案。在设计过程中，满足了规范对各房间的窗地比、隔音、安全出口、消防、节能等要求。结构设计部分：分别从结构体系的选择，结构总体布置，屋盖的结构方案，基础方案的选择及结构计算等多方面进行了论述。结构计算大致分为以下几个步骤：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，绘出结构计算简图并初选梁、柱截面。荷载统计：在选截面的基础上，按从上到下的顺序进行，在荷载的取值按各房间的使用功能及位置查找荷载规范，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结构的自振周期，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行组合，找出最不利内力组合，作为对框架梁、柱进行截面设计和配筋计算的依据。板的设计：用塑性理论对板进行设计，求出板的配筋。基础设计：采用钢筋混凝土柱下独立基础进行设计。计算机应用：使用了AUTO CAD,天正，PKPM软件及EXCEL表格制作和WORD进行了排版设计。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，混凝土结构，抗震等。但是由于我们的水平有限和经验的缺乏，设计还有许多不合理之处，希望各位老师提出批评指正。 1 唐山学院毕业设计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结构设计，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设计资料基本风压为W=0.4kN/m2，基本雪压：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,表面为平均厚度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197kN/m ,其下为2.9米的中粗砂土层，承载力的特征值为200kN/m,其最下层为圆砾。地下水位距地表-10米,对建筑物基础无影响。场地土类型为中硬场地土。 222.3工程做法工程做法见建筑图及总建筑说明。 2 唐山学院毕业设计3设计依据(1)设计任务书(2)建筑设计防火规范（GB500162006）(3)中小学建筑设计规范（JBJ99-86）(4)05系列建筑设计标准图集（DBJT02-45-2005）(5)混凝土结构设计规范（GB500102010）(6)建筑抗震设计规范（GB500112010）(7)建筑结构荷载规范（GB500092010） 3 唐山学院毕业设计4结构布置方案及结构选型4.1结构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、柱布置参见结构平面图。 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).梁板柱结构形式：现浇钢筋混凝土结构,梁、柱、楼板混凝土等级均为C30，基础混凝土等级为C30，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).基础采用：柱下独立基础 4 唐山学院毕业设计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=（1/121/8）L,次梁截面高度h=（1/18 1/12）L，度b=(1/31/2)h.纵梁 L=9000 h=(1/81/12)L=1125750 取h=900mm b=450mm 横梁 L=7200 h=(1/81/12)L=900600 取h=600mm b=300mm 次梁 L=7200 h=(1/181/12)L=400600 取h=500mm b=250mm(2) 柱截面尺寸估算 GnF用公式A=j ,A柱的截面面积,n为验算截面以上楼层层数, 3fc(m-0.1)´10j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14kN/m2。14´5´9´4.8´1.1=0.33m2 中柱：A314.3´(0.65-0.1)´10取截面尺寸600mm´600mmJH轴柱截面取b´h=600mm´600mmG轴柱截面取 b´h=400mm´600mm柱高：底层：H1=3.9+0.6+0.6=5.1m其它层：H2=H3=H4=H5=3.9m注：0.6m为室内外地坪差，0.6m为基础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。 5 唐山学院毕业设计4.3计算简图及刚度计算框架的计算简图如下图所示 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I=2Io,边框架梁取I=1.5I0 Io=bh3/12 表1 中框架梁线刚度i表2 边框架梁线刚度6 唐山学院毕业设计表3 H,J柱线刚度i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iHJ为基准值1，算得梁柱的相对线刚度标于上图中 7 唐山学院毕业设计4.4荷载标准值计算4.4.1 恒荷载标准值计算屋面恒载保护层:40厚C20细石混凝土 0.04´24=0.96m2 保温层:70厚聚苯乙烯泡沫塑料板 0.07×0.5=0.035m2 防水层:高聚物改性沥青卷材防水层 0.4m2 找坡层:1:8水泥膨胀珍珠岩找2%坡,最薄处20 0.02×15=0.3m2 结构层：100厚现浇钢筋混凝土板 0.1´25=2.5m2抹灰层：20厚混合砂浆 0.02×17=0.34m2 合计: 4.935m2 各层楼面30厚水磨石面层 0.65m2 100厚现浇钢筋混凝土楼板 0.1×25=2.5m2 20厚混合砂浆 0.02×17=0.344m2 合计： 3.49m2 梁自重纵梁(450×900)自重: 0.45×(0.9-0.1)×25=9kNm 梁侧粉刷（20厚）: 2×(0.9-0.1)×0.02×17=0.544m 合计: 9.544kNm 横梁(300×600)自重: 0.3×(0.6-0.1)×25=3.75kNm 梁侧粉刷: 2×(0.6-0.1)×0.02×17=0.34kNm 合计: 4.09KNm 次梁(250×500)自重: 0.25×(0.5-0.10)×25=2.5kNm 梁侧粉刷: 2×(0.5-0.1)×0.02×17=0.272kNm 合计: 2.772kNm 柱自重JH轴柱(600×600)自重: 0.62´25=9m 找平层:20厚1:3水泥砂浆,砂浆中掺聚丙烯 0.02×20=0.4m2(20)厚混合砂浆: 0.6´4´0.02´17=0.816m 合计: 9.816kNm G轴柱(400×600)自重: 0.6´0.4´25=6m抹灰: （0.4´2+0.6´2）´0.02´17=0.68kNm 合计: 6.88kNm8 唐山学院毕业设计墙自重：标准层:外墙体: 0.25´5.5=1.375m2塑钢窗: 0.4kNm2外墙面贴瓷砖: 0.5kNm2合计: 2.615kNm2 17´0.02=0.34m2 0.2´5.5=1.1m2塑钢窗: 0.4kNm2 17´0.02´2=0.68m2合计: 2.18kNm女儿墙女儿墙重及压顶重 5.5´0.9´0.2+25´0.2´0.3=2.49kNm 外墙面贴瓷砖: 0.5´1.2=0.6m水泥粉刷 0.36´1.2=0.43m合计: 3.52kNm4.4.2活荷载标准值计算(1).屋面和楼面活荷载标准值 查荷载规范：楼面均布活荷载标准值为2.0kNm2楼梯,门厅，走廊楼面为: 2.5kNm2不上人屋面均布活荷载标准值为0.5kN/(2).雪荷载标准值Sk=1.0´0.35=0.35 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，若为单向板，可沿板的短跨作中线，将板上荷载平均分给两长边的梁；若为双向板，可沿四角点作45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。本结构楼面荷载的传递示意图如图。 9 唐山学院毕业设计 图4 板传荷载示意图1、顶层梁柱（1）恒载计算GGk=4.935´1.2´9+9.544´9+3.52´9=170.9kN GHk=4.935´1.2´9+9.544´9+2.772´3.6´2+4.935´2´(3.6´3+0.5´1.52)=276.85kN=255.23kNGJH=9.544´9+3.52´9+2.772´3.6´2+4.935´2´3.6´3+0.5´1.52 ()4.09kN/m 横梁GH4.09kN/m 板传给HJ梁4.935´3=14.8kN/m 横梁HJ（2）活载计算QGk=0.5´1.2´9=5.4kNQHk=0.5´1.2´9+2´2´(3.6´3+0.5´1.52)=11.93kN QJk=0.5´2´(3.6´3+0.5´1.52)=6.53kN0.5´3=1.5kN/m 横梁HJ2、标准层梁柱（1）恒载计算GGk=3.49´1.2´9+9.544´9+2.615´9´3+6.68´3.9=220.25kN GHk=3.49´1.2´9+9.544´9+2.772´3.6´2+3.49´2´(3.6´3+0.5´1.52) +2.615´9´3 =323.92kNGJk=9.544´9+2.772´3.6´2+3.49´2´(3.6´3+0.5´1.52)+9.816´3.9+2.615´9´3 =297.98kN 10 唐山学院毕业设计4.09kN/m 横梁GH横梁HJ 4.09+2.18´3.3=11.28kN/m板传给HJ梁 3.49´3=10.48kN/m（2）活载计算QGk=2.5´1.2´9=27kNQHk=2.5´1.2´9+2´2´(3.6´3+0.5´1.52)=74.7kNQJk=2´2´(3.6´3+0.5´1.52)=47.7kN横梁HJ 2´3=6kN/m 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，通常将计算单元范围w0基本风压，w0=0.4kN/m2。mz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。ms风荷载体型系数，本建筑ms=1.3。11 唐山学院毕业设计bz风振系数，基本自振周期对于钢筋混凝土框架结构可用T1=0.08n（n 是建筑层数）估算，大约为0.4>0.25s，应考虑风振系数。hi下层柱高。hj上层柱高，对顶层为女儿墙高度的2倍。 B计算迎风面的宽度表5 风荷载标准值 12 唐山学院毕业设计5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结构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结构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k 表8 梁自重标准值2、各层墙自重标准值计算（1）女儿墙重总长: L=(48.9+9.6)×2=149.4m 总重: Gk1=3.52×149.4=525.89kN13 唐山学院毕业设计（2）标准层墙重 J外纵墙外墙： Gk1=5.5´0.25´(48.9´3-1.8´2.1´15-0.6´3´6)=140.83kN 塑钢窗： Gk2=30.24kN（48.9´3.9-1.8´2.1´15）=89.15kN 瓷砖： Gk3=0.5´40.62kN 外墙抹灰：合计： 300.84kN G外纵墙 外墙Gk1=5.5´0.25´(48.9´3-2.4´2.1´11-9´3.6-0.4´3´6)=140.83kN Gk2=20.16kN 塑钢窗：（48.9´3.9-2.4´2.1´11）=101.75kN 瓷砖： Gk3=0.5´外墙抹灰： 49.27kN 合计： 310.03kN 外横墙Gk1= 5.5´0.25´(6.6´2+1.8) =60.64kN 横墙：Gk2=2.52kN 塑钢窗：Gk3=0.5´（9.6´3.9-1.5´2.1）=34.29kN 瓷砖：外墙抹灰： 15kN 合计： 112.45kN 总合计外墙合计: 300.84+310.03+112.45= 723.32kN346.9kN （3）首层墙重 外墙 J外纵墙=194.54kN 外墙： Gk1=5.5´0.25´(48.9´3.6-1.8´2.1´15-0.6´3´6）Gk2=0.4´1.8´2.1´20=30.24kN 塑钢窗：（48.9´4.5-1.8´2.1´15）=108.68kN 瓷砖： Gk3=0.5´外墙抹灰： Gk4=17´0.02´(48.9´3.6-1.8´2.1´15)= 40.62kN374.08kN 合计： 14 唐山学院毕业设计G外纵墙外墙：Gk1=5.5´0.25´(48.9´3.6-2.4´2.1´11-0.4´3.6´6)=192.56kN 塑钢窗： Gk2=0.4´2.4´2.1´11= 20.16kN 瓷砖： Gk3=0.5´（48.9´4.5-2.4´2.1´11）=121.28kN 外墙抹灰： Gk4=17´0.02´(48.9´3.6-2.4´2.1´11)= 49.27kN383.27kN 合计：外横墙横墙： Gk1= 2´5.5´0.25´(15´3.6-1.5´2.1)=74.5kN 塑钢窗： Gk2=0.4´1.5´2.1= 2.52kNGk3=0.5´（8.4´4.5-1.5´2.1）=34.65kN 瓷砖：外墙抹灰： Gk4=17´0.02´(8.4´3.6