成教学院教学楼设计说明书.doc

目 录1、建筑设计11.1 设计基本资料11.1.1 工程概况11.1.2原始设计资料11.2 建筑设计说明21.2.1 设计概要21.2.2 建筑立面剖面设计41.2.3装饰51.2.4抗震设计51.2.5楼梯的设计51.2.6关于防火的设计61.2.7细部构造总说明61.3 建筑细部具体构造做法102、结构设计122.1 结构布置及计算简图的确定122.2.1 选择承重方案122.2.2 梁、柱截面尺寸估算122.2.3 结构计算简图133、荷载计算153.1 屋面及楼面的永久荷载标准值153.2 屋面及楼面可变荷载标准值153.3 梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算153.3.1 梁自重计算163.3.2 柱自重计算163.4 计算重力荷载代表值163.4.1 第5层的重力荷载代表值：163.4.2 24层的重力荷载代表值173.4.3 一层的重力荷载代表值：174、横向框架侧移刚度计算184.1 计算梁、柱的线刚度184.2 计算柱的侧移刚度185、横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算205.1 横向水平地震作用下的框架结构的内力计算和侧移计算。205.1.1 横向自振周期的计算205.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算205.1.3 水平地震作用下的位移验算225.1.4 水平地震作用下框架内力计算235.2 横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算265.2.1 风荷载标准值265.2.2 风荷载作用下的水平位移验算285.2.3 风荷载作用下框架结构内力计算296、竖向荷载作用下横向框架结构的内力计算326.1 计算单元326.2 荷载计算336.2.1 恒载计算336.2.2 活荷载计算：356.2.3屋面雪荷载标准值：376.3 内力计算376.3.1、计算分配系数。376.3.2 用弯矩二次分配法来计算恒载作用下的梁端、柱端弯矩。396.3.3 计算恒载和活载作用下梁端剪力和柱轴力。417 框架内力组合517.1 结构抗震等级517.2 框架梁内力组合517.2.1作用效应组合517.2.2承载力抗震调整系数517.2.3梁内力组合表527.2.4计算跨间最大弯矩527.3.1柱内力组合557.3.2 柱端弯矩值设计值的调整558、截面设计578.1 框架梁578.1.1 一层AB梁的正截面受弯承载力计算578.1.2 梁斜截面受剪承载力计算598.1.3二层AB梁的正截面受弯承载力计算598.1.4梁斜截面受剪承载力计算618.2框架柱628.2.1柱截面尺寸验算628.2.2框架柱的截面设计649 基础设计689.1基础梁截面尺寸的选取689.2荷载选用689.3基础截面计算699.4地基承载力及基础冲切验算709.5基础底板配筋计算7110.楼梯的设计7410.1 梯段板计算7410.2 平台板计算7510.3 平台梁计算7611.板的配筋7811.1 A板的设计7811.2 B板的设计80参考文献78附录84英文翻译89致谢1052、结构设计2.1 结构布置及计算简图的确定根据该房屋的使用功能及建筑设计的要求，进行了建筑平面、立面及剖面设计，填充墙采用190mm厚的混凝土空心小砌块，楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取100mm。2.2.1 选择承重方案该建筑为教学楼，房间布局较为整齐规则，且教学楼不需要考虑太大空间布置，所以采用横向框架承重方案，四柱三跨不等跨的形式。柱网布置形式详见建筑平面图。2.2.2 梁、柱截面尺寸估算纵 梁：,取,取横 梁：，取取次 梁： 取 取各层梁截面尺寸及混凝土强度等级如下表，表2-2-1 梁截面尺寸(mm)及各层混凝土强度等级层次混凝土强度等级横梁b×h纵梁次梁AB跨，CD跨BC跨15C35300700300500300700300500柱截面尺寸估算 该框架结构的抗震等级为三级，其轴压比限值为=0.9,各层重力荷载代表值近似取15kN/m2，边柱及中柱的负荷面积分别为3.757.2 m2和5.257.2 m2，可得一层柱截面面积为:边柱中柱 取柱子截面为正方形，则边柱和中柱截面高度分别为418mm和485mm。根据上述结果，并综合考虑其它因素，本设计柱截面尺寸取值如下：15层 600mm600mm 基础选用柱下独立基础，基础顶面距室外地面为500mm。2.2.3 结构计算简图框架结构计算简图，取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板顶，25层高度即为层高，取3.6m；底层柱高度从基础顶面取至一层板顶，即h13.6+0.45+0.54.55m。见下图:图2-2-1 结构计算简图3、荷载计算3.1 屋面及楼面的永久荷载标准值屋面(不上人)屋面为刚性防水屋面40厚的C20细石混凝土保护层 23×0.040.92kN/m23厚1：3石灰砂浆隔离层 0.003×17=0.0513kN/m2卷材防水层 0.320厚的1：2.5水泥砂浆找平层 20×0.020.4kN/m2100厚的钢筋混凝土板 25×0.10=2.5kN/m220厚水泥砂浆找平层 20×0.020.4kN/m212厚纸筋石灰抹底 0.160kN/m2合计 4.98kN/m214层楼面(水磨石楼面)15厚的1：2白水泥白石子(掺有色石子)磨光打蜡 18×0.0150.27kN/m220厚的1：3水泥砂浆找平层 20×0.020.40kN/m2现浇100厚的钢筋混凝土楼板 25×0.12.5kN/m23厚细石粉面 16×0.0030.048kN/m28厚水泥石灰膏砂浆 14×0.0080.112kN/m2合计 3.33kN/m23.2 屋面及楼面可变荷载标准值不上人屋面均布活荷载标准值 0.50kN/m2楼面活荷载标准值 2.0kN/m2走廊活荷载标准值 2.5kN/m2屋面雪荷载标准值 Sk=rs0=1.00.35=0.35kN/m2式中：r为屋面积雪分布系数，取r1.03.3 梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算查规范得以下自重，外墙面为面砖墙面自重： 0.5 kN/m2混凝土空心小砌块 11.8 kN/m23.3.1 梁自重计算边横梁自重： 0.3×0.7×255.25 kN/m 粉刷： （0.7-0.1）×0.048×170.459 kN/m 合计 5.709 kN/m中横梁自重 : 0.3×0.5×253.75 kN/m 粉刷： 0.6×0.105×170.360 kN/m 合计 4.11 kN/m纵梁自重： 0.3×0.7×255.25 kN/m 粉刷： 0.6×0.048×170.459 kN/m 合计 5.709 kN/m次梁自重： 0.30.5253.75 kN/m 粉刷： 0.4×0.045×170.306 kN/m 合计 4.06 kN/m3.3.2 柱自重计算柱自重： 0.6×0.6×259 kN/m贴面及粉刷： (0.6×4-0.2×2) ×0.02×17=0.68 kN/m合计 9.68 kN/m女儿墙自重(含贴面和粉刷)：0.90.022170.2150.93.312 kN/m 内外墙自重(含贴面和粉刷)： 0.2150.022173.68 kN/m3.4 计算重力荷载代表值3.4.1 第5层的重力荷载代表值：屋面恒载： (7.52+3)7.24.98645.41 kN女儿墙： 3.3127.2247.69 kN纵横梁自重： 41.10×4+2×7.5×5.709+2×7.5×4.06+3×3.46321.315 kN半层柱自重： (9.68×3.6×4) ×0.569.70 kN半层墙自重：40.99+54.8+(3.6-0.5) ×(7.5+0.6-0.4)=181.99 KN屋面雪载： (7.52+3)7.20.35=45.36 kN恒载+0.5雪载： 645.41+47.69+321.315+69.70+181.99+0.545.361288.79 kN3.4.2 24层的重力荷载代表值楼面恒载： (7.52+3)7.23.33431.568kN上下半层墙重： 181.99+181.99=363.98 kN纵横梁自重： 321.315 kN上半层柱+下半层柱： 69.70+69.70139.4 kN楼面活荷载： 7.2(7.522+32.5)270 kN恒载+0.5活载： 431.568+363.98+321.315+139.4+0.5×2701391.26 kN3.4.3 一层的重力荷载代表值：楼面恒载： 431.568 kN上.下半层墙自重：(a) 外纵墙: 40.09+3.68×(4.55-0.7) ×(7.2-0.25×2)-31.01=104.41 kN(b) 内纵墙:54.8+3.68×(4.55-0.7) ×(7.2-0.25×2)-16.70=132.02 kN(c )横墙：86.70+(7.5+0.5-0.2×2)×(4.55-0.5)×3.68=198.85 kN 纵横梁自重： 321.315 kN上半层自重： 69.70 kN下半层自重： 0.5×9.68×4.55×4)=88.09 kN楼面活荷载： 270 kN恒载+0.5×楼面活载：431.568+104.41+132.02+198.85+321.315+157.79+270/2=1481.95 kN则一榀框架总重力荷载代表值为：4、横向框架侧移刚度计算4.1 计算梁、柱的线刚度梁线刚度计算梁柱混凝土标号均为，。在框架结构中，现浇楼面或预制楼板但只有现浇层的楼面，可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧移。考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架梁取，对中框架梁取。 表4-1-1 横梁线刚度计算表类别Ec/(N/mm2)bh/mmmmI0/mm4/mmECI0/Nmm2ECI0/Nmm边横梁3.151043006508.57510975003.6010107.201010走道梁3.151043005003.12510930003.2810106.561010柱线刚度计算表4-1-2 柱线刚度Ic计算表层次/mmEc/(N/mm2)bh/mmmmIc/mm4ECIc/Nmm145503.15104 600600 10.81097.4710102536003.1510460060010.81099.4510104.2 计算柱的侧移刚度柱的侧移刚度D计算公式：其中为柱侧移刚度修正系数，为梁柱线刚度比，不同情况下，、取值不同。对于一般层： 对于底层： 表4-2-1 横向框架柱侧移刚度D计算表层次层高 (m)柱根数N/mm2-53.6 边柱2 0.7620.27624150121976中柱2 1.4560.421368381 4.55 边柱2 0.9640.4942139095604中柱2 1.8420.61026412，该框架为规则框架。图4-2-1框架计算简图5、横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算5.1 横向水平地震作用下的框架结构的内力计算和侧移计算。5.1.1 横向自振周期的计算运用顶点位移法来计算，对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构，基本自振周期可按下式来计算：式中， 计算结构基本自振周期用的结构顶点假想位移，即假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值作为水平荷载而算得的结构顶点位移；结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数，取0.7；故先计算结构顶点的假想侧移，计算过程如下表：表5-1-1 结构顶点的假想位移计算层次51288.791288.7912197610.57183.3341391.262680.6512197621.97172.7631391.264071.3112197633.37150.7921391.265462.5712197644.78117.4211481.956944.529560472.6472.64由上表计算基本周期， 5.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算该建筑结构高度远小于40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切为主，因此用底部剪力法来计算水平地震作用。首先计算总水平地震作用标准值即底部剪力。 式中， 相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数；结构等效总重力荷载，多质点取总重力荷载代表值的85；徐州地区特征分区为一区，又场地类别为类，查规范得特征周期查表得，水平地震影响系数最大值由水平地震影响系数曲线来计算，式中， 衰减系数，0.05时，取0.9； 因为所以不需要考虑顶部附加水平地震作用。则质点i的水平地震作用为：式中：、分别为集中于质点i、j的荷载代表值；、分别为质点i、j的计算高度。具体计算过程如下表，各楼层的地震剪力按 来计算，一并列入表中，表5-1-2 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次518.951288.7924423117.59117.59415.351391.2621356102.84220.41311.751391.261634779.14299.5528.151391.261133954.59354.1414.551481.95674332.46386.678208各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见图图5-1-1横向水平地震作用及层间地震剪力 5.1.3 水平地震作用下的位移验算用D值法来验算框架第层的层间剪力、层间位移及结构顶点位移分别按下式来计算： 计算过程见下表，表中计算了各层的层间弹性位移角。表5-1-3 横向水平地震作用下的位移验算层次5117.591219760.96412.17436001/15564220.411219761.80711.21036001/13693299.551219762.4569.40336001/12502354.141219762.9036.94736001/11731386.6956044.0444.04445501/1125由表中可以看到，最大层间弹性位移角发生在第一层，1/1173<1/550,满足要求。5.1.4 水平地震作用下框架内力计算将层间剪力分配到该层的各个柱子，即求出柱子的剪力，再由柱子的剪力和反弯点高度来求柱上、下端的弯矩。柱端剪力按下式来计算： 柱上、下端弯矩、按下式来计算 式中： i层j柱的侧移刚度；h为该层柱的计算高度； y-反弯点高度比；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。需要注意的是是根据表：倒三角形分布水平荷载下各层柱标准反弯点高度比查得。表5-1-4 各层边柱柱端弯矩及剪力计算层次y53.6117.591219762415023.280.760.3554.4829.3343.6220.411219762415043.640.760.4094.2662.8333.6299.551219762415059.290.760.45117.3996.0523.6354.141219762415070.120.760.50126.22126.2214.55386.6956042139076.540.960.65121.89226.37表5-1-5 各层中柱柱端弯矩及剪力计算层次Y53.6117.591219763683835.511.460.3780.5447.3043.6220.411219763683866.571.460.45131.80107.8433.6299.551219763683890.441.460.47172.56155.5723.6354.1412197636838106.951.460.50192.51192.5114.55386.69560426412116.761.840.651185.94345.32注：表中弯矩单位为,减力单位为KN梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按下式来计算 表5-1-6 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力边柱N中柱N554.4842.147.512.8838.438.43.0025.6-12.88-12.724123.5993.727.528.9785.3885.383.0056.92-41.85-40.673180.22146.727.543.59133.68133.683.0089.12-85.44-86.202222.27182.137.553.92166.1166.13.00110.73-139.36-143.011248.11198.027.559.48180.43180.433.00120.27-198.84-203.80水平地震作用下框架的弯矩图、梁端剪力图及柱轴力图如图所示：图5-1-2 左地震作用下框架弯矩图图5-1-3 左地震作用下梁端剪力及柱轴力图5.2 横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算5.2.1 风荷载标准值垂直于建筑物表面上的风荷载标准值当计算主要承重结构时按下式来计算： 式中，风荷载标准值（kN/m2）高度Z处的风振系数 风荷载体型系数风压高度变化系数基本风压（kN/m2）由荷载规范，徐州地区重现期为50年的基本风压：=0.35KN/m，地面粗糙度为B类。风载体型系数由荷载规范第7.3节查得： =0.8（迎风面）和=-0.5（背风面）。荷载规范规定，对于高度大于30m，且高宽比大于1.5的房屋结构，应采用风振系数来考虑风压脉动的影响。本设计中，房屋高度H=18.95 < 30m，H/B=18.5/18=1.05 < 1.5，则不需要考虑风压脉动的影响，取=1.0。 将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，如下表：表5-2-1 风荷载计算层次Z(m) 51.00.95418.450.810.3516.25.975.9741.00.77114.850.740.3525.928.7314.7031.00.58811.250.740.3525.928.7323.4321.00.4057.650.740.3525.928.7332.1611.00.2214.050.740.3527.549.2741.43 其中，A为一榀框架各层节点的受风面积，取上层的一半和下层的一半之和，顶层取到女儿墙顶，底层只取到下层的一半。注意底层的计算高度应从室外地面开始取。 顶层 中间层 底层 图5-2-1 等效节点集中风荷载计算简图(kN)5.2.2 风荷载作用下的水平位移验算 根据水平荷载，计算层间剪力，再依据层间侧移刚度，计算出各层的相对侧移和绝对侧移。计算过程如下表，表5-2-2 风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算层次55.97 5.97 121976 0.05 1.05 1/1804748.73 14.70 1219760.12 0.60 1/1535038.73 23.43 121976 0.19 1.20 1/1335228.73 32.16 1219760.26 1.97 1/1181119.27 41.43 95604 0.43 3.14 1/10581由表可以看出，风荷载作用下框架的最大层间位移角为一层的1/10581，小于1/550，满足规范要求。5.2.3 风荷载作用下框架结构内力计算计算方法与地震作用下的相同,都采用D值法。在求得框架第I层的层间剪力后，I层j柱分配到的剪力以及柱上、下端的弯矩、分别按下列各式计算： 柱端剪力计算公式为柱端弯矩计算公式为 ， 需要注意的是，风荷载作用下的反弯点高比是根据表：均布水平荷载作用下的各层标准反弯点高度比查得。表5-2-3 各层边柱柱端弯矩及剪力计算层次y53.65.97121976241501.180.760.302.971.2743.614.7121976241502.910.760.406.294.1933.623.43121976241504.640.760.459.197.5223.632.16121976241506.370.760.5011.4711.4714.5541.4395604213909.270.960.6514.7627.42表5-2-4 各层中柱柱端弯矩及剪力计算层次Y53.65.97121976368381.801.460.374.082.4043.614.7121976368384.441.460.429.276.7133.623.43121976368387.081.460.4713.5111.9823.632.16121976368389.711.460.5017.4817.4814.5541.43956042641211.451.840.6020.8431.26注：表中弯矩单位为KN.M,剪力单位为KN。 梁端弯矩、剪力以及柱轴力分别按照下列公式计算：； ； 表5-2-5 风荷载作用下的梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力边柱N中柱N52.972.137.50.681.951.953.001.3-0.68-0.6247.566.117.51.825.565.563.003.71-2.50-2.51313.3810.587.53.199.649.643.006.43-5.69-5.75218.9915.427.54.5914.0414.043.009.36-10.28-10.52126.2320.057.56.1718.2718.273.0012.18-16.45-16.53横向框架在风荷载作用下弯矩、梁端剪力及柱轴力见图5-2-3。图5-2-2 左风作用下框架弯矩图图5-2-3 左风作用下梁端剪力及柱轴力图6、 竖向荷载作用下横向框架结构的内力计算6.1 计算单元取3轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为7.5m，如图所示，由于房间内布置有次梁，故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影线所示，计算单元内的其余楼面荷载则通过次梁和纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架，作用于各节点上。见图6-1-1图6-1-1 横向框架计算单元6.2 荷载计算6.2.1 恒载计算 P1 P2 P2 P1 q1 q1 图6-2-1 各层梁上作用的荷载在图中，、代表横梁自重，为均布荷载形式，对于第五层， 3.46/kNm和分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载，由图所示的几何关系可得， 、分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的荷载，它包括梁自重、楼板重和女儿墙等的自重荷载，计算过程如下：节点集中荷载：边纵梁传来：(a)屋面自重(三角形部分)： (b)由次梁传来的屋面自重（梯形部分）：0.5（7.5+7.5-3.6）1.84.98=51.09KN(c)边纵梁自重： 5.7097.241.10kN次梁自重： 女儿墙自重： 合计： 163.54kN节点集中荷载：纵梁传来（a）屋面自重(三角形部分)： (b)次梁自重： (c)由次梁传来的屋面自重（梯形部分） 51.09KN（d）走道屋面板自重 0.5（7.2+7.2-3）1.54.98=42.58KN纵梁自重： 5.7097.241.10kN合计： 182.26kN对于14层，计算的方法基本与第五层相同，计算过程如下： 3.46/kN/m 节点集中荷载：纵梁自重： 5.7097.241.10kN外墙自重： 纵梁传来(a)楼面自重（三角形部分）：（b）次梁自重： ( c ) 次梁上墙重 （d）由次梁传来的楼面自重（梯形部分） 扣窗面积墙重加窗重： 合计： 174.24kN节点集中荷载：纵梁自重： 5.7097.241.10kN内墙自重： 纵梁传来(a)楼面自重（三角形部分）：（