土木工程毕业设计正文.docx

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土木工程毕业设计正文

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土木工程毕业设计正文本科毕业设计第75页共75页1引言本设计是按照河北科技大学建筑工程学院毕业设计要求编写的毕业设计。

题目为“石家庄铁道大学第II教学楼设计”。

内容包括建筑设计、结构设计两部份。

教学楼是公共建筑，其规范要求比较严格，能体现处建筑和结构设计的很多重要的方面，选择教学楼建筑和结构设计，从而掌握结构设计的基本原理，妥善解决其功能关系，满足使用要求。

框架结构体系的优点是建筑平面布置灵活，可以提供较大的内部空间，建筑立面也容易处理，结构自重较轻，构件简单，施工方便，计算理论也比较成熟，在一定范围内的高度范围内造价较低，因而特别适用于教学楼，能满足其较大的使用面积要求。

框架结构的研究，对于建筑的荷载情况，分析其受力，采用不同的方法分别计算出各种荷载作用下的弯矩、剪力、轴力，然后进行内力组合，挑选出最不利的内力组合进行截面的承载力计算，保证结构有足够的强度和稳定性。

在对竖向荷载的计算种采用了弯矩分配法，对水平荷载采用了D值法，对钢筋混凝土构件的受力性能，受弯构件的正截面和斜截面计算都有应用。

本结构计算选用一榀框架为计算单元，采用手算的简化计算方法，其中计算框架在竖向荷载下的内力时使用的弯距二次分配法，不但使计算结果较为合理，而且计算量较小，是一种不错的手算方法。

本设计主要通过工程实例来强化大学期间所学的知识，建立一个完整的设计知识体系，了解设计总过程，通过查阅大量的相关设计资料，提高自己的动手能力。

在设计过程中还充分利用了PKPM、CAD、结构力学求解器、理正结构工具箱等结构软件使我的毕业设计更加完善。

这次设计是在蒋录珍老师和郭亚然老师的悉心指导下完成的，在此向您们表示衷心的感谢！

鉴于水平有限，设计书中还存在不少缺点甚至错误，敬请老师批评和指正。

2建筑设计概述2.1设计依据：

（1）依据土木工程专业14届毕业设计任务书

（2）《建筑结构荷载规范》（3）《混凝土结构设计规范》（4）《建筑抗震设计规范》（5）《建筑地基基础设计规范》及有关授课教材、建筑设计资料集、建筑结构构造上资料集等相关资料。

（6）遵照国家规定的现行各种设计规范、有关授课教材、建筑设计资料集、建筑结构构造上资料集等相关资料。

2.2设计规模：

（1）本次设计的题目为“石家庄铁道大学第II教学楼设计”

（2）建筑面积：

8760m²，结构共六层，首层层高5.35m,其他层层高3.9m。

（3）室内外高差0.450m，室外地面标高为-0.450m。

2.3各部分工程构造

（1）屋面：

防水层：

SBS改性沥青防水卷材找平层：

1：

3水泥沙浆25mm厚保温层：

1：

10水泥珍珠岩砂浆120㎜厚找坡层：

1：

8水泥陶粒100mm结构层：

120mm厚钢筋混凝土板板底抹灰：

20mm厚板下混合砂浆抹灰

（2）楼面:

瓷砖地面（包括水泥粗砂打底）素水泥浆结合层一道1：

3水泥砂浆找平18mm120mm厚钢筋混凝土板20mm厚板下抹灰（3）厕所:

20mm厚水泥砂浆地面50mm厚防水砂浆180mm厚空心砖20mm厚水泥砂浆抹灰（4）墙体：

外墙370mm厚水泥空心砖墙，内墙为240mm厚水泥空心砖墙，楼梯间墙为370㎜厚水泥空心砖墙，厕所均为180㎜厚隔墙。

（5）门窗：

门厅处为铝合金门，其他均为木门。

双推拉塑钢窗，单层玻璃全封闭窗。

（6）基础：

独立基础。

3结构方案设计3.1设计资料

（1）本工程抗震设防烈度为7度，设计地分组为第二组。

（2）自然条件：

雪荷载0.3KN/m²，基本风压：

0.35KN/m²。

（3）地质条件：

地质勘探以±0.000为基准面，Ⅱ类场地，7度设防建筑地点冰冻深度-0.55m。

注：

①拟建场地地形平坦，地下稳定水位距地表-15.5m。

②建筑地点冰冻深度-0.55m。

③建筑场地类别：

Ⅱ类场地土。

④地震设防基本烈度：

7度。

3.2结构方案：

（1）本工程为钢筋混凝土现浇框架结构。

（2）楼板采用现浇钢筋混凝土板。

楼梯为现浇板式楼梯（3）材料情况：

非重承水泥空心砖；砂浆等级为M5；混凝土：

C35（基础、梁、板）、C35（柱）。

纵向受力钢筋：

HRB400级（梁）；HRB400级（柱）；箍筋：

HRB335级钢筋，基础:

HRB335级钢筋（4）施工：

梁、板、柱均现浇。

3.3建筑方案：

由于本结构采用的是“U”型结构，所以需要验算一下凹凸不规则的平面类型，轴之间的长度为轴之间长度的29%,符合建筑抗震设计规范（GB50011-2010）中的要求，建筑设计符合要求。

4荷载计算4.1初估梁柱截面：

平面布置图

（1）框架梁截面尺寸：

框架梁的截面尺寸应该根据承受竖向荷载的大小、梁的跨度、框架的间距、是否考虑抗震设防要求以及选用的混凝土材料强度等诸多因素综合考虑确定。

一般情况下，框架梁的截面尺寸可参考受弯构件按下式估算：

梁高h=（1/8～1/12）l，其中l为梁的跨度。

梁宽b=（1/2～1/3）h。

在抗震结构中，梁截面宽度不宜小于200mm，梁截面的高宽比不宜大于4，梁净跨与截面高度之比不宜小于4。

框架柱截面尺寸：

框架柱的截面形式通常大多为方形、矩形。

柱截面的宽与高一般取层高的1/15～1/20，同时满足、，l0为柱计算长度。

多层房屋中，框架柱截面的宽度和高度不宜小于300mm；高层建筑中，框架柱截面的高度不宜小于400mm，宽度不宜小于350mm。

柱截面高度与宽度之比为1～2。

柱净高与截面高度之比宜大于4。

在计算中，还应注意框架柱的截面尺寸应符合规范对剪压比（）、剪跨比（）、轴压比（）限值的要求，如不满足应随时调整截面尺寸，保证柱的延性。

抗震设计中柱截面尺寸主要受柱轴压比限值的控制，如以ω表示柱轴压比的限值，则柱截面尺寸可用如下经验公式粗略确定：

式中；A——柱横截面面积，m2，取方形时边长为a；n——验算截面以上楼层层数；F——验算柱的负荷面积，可根据柱网尺寸确定，m2；fc——混凝土轴心抗压强度设计值；ω——框架柱最大轴压比限值，一级框架取0.7，二级框架取0.8，三级框架取0.9。

φ——地震及中、边柱的相关调整系数，7度中间柱取1、边柱取1.1，8度中间柱取1.1、边柱取1.2；G——结构单位面积的重量（竖向荷载），根据经验估算钢筋混凝土高层建筑约为12～18kN／m2。

柱截面尺寸根据柱的轴压比限制估算，本设计的框架结构抗震等级为三级其轴压比限制；各层重力荷载代表值近似取15kN/㎡。

轴线柱中：

轴的负载面积为4.05×3m2；轴线柱负载面积为4.95×8.1m2；轴线柱的负载面积为1.95×4.05m2。

轴线柱中轴的负载面积为8.10×4.95m2；轴线柱负载面积为3.45×4.05m2；~轴的负载面积为4.05×6.9m2。

轴线柱中轴的负载面积为5.85×3.00m2；轴线柱负载面积为5.85×4.95m2；轴的负载面积为5.85×1.95m2；轴线柱负载面积为5.85×3.45m2；~轴线柱负载面积为5.85×6.90m2轴线柱中轴的负载面积为5.85×3.00m2；轴线柱负载面积为5.85×4.95m2；轴的负载面积为5.85×1.95m2；轴线柱负载面积为5.85×3.45m2；轴线柱负载面积为5.85×6.90m2；轴线柱的负载面积为5.85×5.40m2；轴线柱的负载面积为3.45×5.85m2；轴线柱的负载面积为4.95×5.85m2。

轴线柱中轴的负载面积为4.05×3.00m2；轴线柱负载面积为4.05×4.95m2；轴的负载面积为4.05×1.95m2；轴线柱负载面积为4.05×3.45m2；轴线柱负载面积为4.05×6.90m2；轴线柱的负载面积为4.05×5.40m2；轴线柱的负载面积为3.45×4.05m2；轴线柱的负载面积为4.95×4.05m2。

由式得第一层柱截面面积为：

轴线柱中：

柱柱柱轴线柱中：

柱柱~柱轴线柱中：

柱柱柱柱~柱轴线柱中：

柱柱柱柱柱柱柱柱轴线柱中：

柱柱柱柱柱柱柱柱（1.3、1.25—考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，边柱取1.3、不等跨内柱取1.25）取柱截面为正方形，则各柱的截面高度分别为：

轴线柱：

柱326×326mm2;柱593×593mm2;柱263×263mm2。

轴线柱：

柱593×593mm2;柱343×343mm2;~柱495×495mm2。

轴线柱：

柱392×392mm2;柱494×494mm2;柱310×310mm2;柱412×412mm2;~柱583×583mm2。

轴线柱：

柱392×392mm2;柱494×494mm2;柱310×310mm2;柱412×412mm2;柱583×583mm2;柱516×516mm2;柱412×412mm2;柱494×494mm2。

轴线柱：

柱326×326mm2;柱419×419mm2;柱263×263mm2;柱350×350mm2;柱495×495mm2;柱438×438mm2;柱350×350mm2;柱419×419mm2。

为了减少构件类型，简化施工，多层房屋中柱截面沿房屋高度不宜改变。

故柱截面尺寸取值：

柱600×600mm2

（2）梁截面主梁：

AB跨、BC跨、DE跨，L=8100mmh=（1/8─1/12）L=（675mm-1012.5mm）b=（1/2─1/3）h且b不小于0.5倍柱宽且不小于250mm取b=300mmh=700mmCD跨，L=3600mmh=（1/8─1/12）L=（300mm-450mm）b=（1/2─1/3）h且b不小于0.5倍柱宽且不小于250mm取b=300mmh=450mm连系梁：

跨、跨、跨、跨、跨、跨、跨L=6900mmh=（1/8─1/12）L=（575mm-862.5mm）b=（1/2─1/3）h且b不小于0.5倍柱宽且不小于250mm取b=300mmh=700mm轴线跨和跨，L=6000mmh=（1/8─1/12）L=（500mm-750mm）b=（1/2─1/3）h且b不小于0.5倍柱宽且不小于250mm取b=300mmh=700mm轴线跨和跨，L=3900mmh=（1/8─1/12）L=（325mm-487.5mm）b=（1/2─1/3）h且b不小于0.5倍柱宽且不小于250mm取b=300mmh=700mm轴线跨和跨，L=9900mmh=（1/8─1/12）L=（825mm-1237.5mm）b=（1/2─1/3）h且b不小于0.5倍柱宽且不小于250mm取b=400mmh=900mm（3）次梁：

取b=300mmh=700mm（4）楼板：

取h=120mm4.2梁柱线刚度：

在计算梁的线刚度时，考虑楼板对梁刚度有利影响,认为翼缘参加工作,为简化计算，先按矩形截面计算惯性矩，然后乘以一个增大系数。

现浇钢筋砼梁：

边框架梁=1.5I0中框架梁=2I0柱采用Ｃ35混凝土梁采用Ｃ35混凝土，ＥC＝3.15×107kN/m²I0=1/12×bh3（m4）i单位：

kNm框架梁线刚度计算表4.2.1部位截面（m²）长度l（m）截面惯性矩I0（m4）边框架中框架主梁I=1.5I0（m4）i=EI/l（kn.m）I=2I0i=EI/l（kn.m）边梁0.30×0.708.18.57×10-312.86×10-350011.11.71×10-266500中梁0.30×0.453.62.28×10-33.42×10-3299250.46×10-239900边梁0.30×0.708.18.57×10-312.86×10-350011.11.71×10-266500表4.2.2部位截面（m²）长度l（m）截面惯性矩I0（m4）边框架中框架连系梁I=1.5I0（m4）i=EI/l（kn.m）I=2I0i=EI/l（kn.m）跨~跨0.30×0.706.98.57×10-312.86×10-358708.71.71×10-278065.2跨跨0.30×0.706.08.57×10-312.86×10-3675151.71×10-289775跨跨0.30×0.703.98.57×10-312.86×10-3103869.21.71×10-2138115.4跨跨0.40×0.909.92.43×10-236．45×10-3115977.24.86×10-2154836.4表4.2.3柱线刚度计算层数砼强度截面宽度b/mm截面高度H/mm柱高L/mm砼弹性模量Ec/Pa截面惯性矩I/mm4线刚度i/KNm1C356006005350315001.08×10100.64×1052-6C356006003900315001.08×10100.87×105表4.2.4结构2～6层（N/mm）值计算框架类型柱号×根数中间框架轴共4榀柱共4根0.5750.221532761308柱共2根1.3390.402752655052柱共4根1.030.342333393332柱共4根1.030.342333393332柱共4根0.5750.221532761308中间框架~轴共8榀柱共7根0.5750.2215327107289柱共7根1.030.3423333163331柱共8根1.030.3423333186664柱共8根0.5750.2215327122616边框架、轴共2榀柱共2根0.5750.221532730654柱共2根1.5290.432973959478柱共2根0.9180.312159443188柱共2根0.9180.312159443188柱共2根0.5750.221532730654=1151394其中为梁柱线刚度比，对于一般层的边柱，对于一般层的中柱。

柱侧移刚度修正系数。

表4.2.5结构1层（N/mm）值计算框架类型柱号×根数中间框架轴共4榀柱共4根0.7810.461236049438柱共2根1.8200.611629632592柱共4根1.6630.591584463377柱共4根1.6630.591584463377柱共4根0.7810.461236049438中间框架~轴共8榀柱共7根0.7810.461236086517柱共7根1.6630.5915844110910柱共8根1.6630.5915844126754柱共8根0.7810.461236098876边框架、轴共2榀柱共2根0.7810.461236024719柱共2根1.6670.591585631713柱共2根1.2480.541444028881柱共2根1.2480.541444028881柱共2根0.7810.461236024719=820192其中为梁柱线刚度比，计算简图中考虑底层底部为固接，对于底层的边柱，对于一般层的中柱。

柱侧移刚度修正系数。

即为框架各层层间侧移刚度，汇总于表3.3.3。

表4.2.6横向框架层间侧移刚度汇总（N/mm）楼层12345682019211513941151394115139411513941151394由上表可知：

，故该框架为规则框架。

4.3荷载计算荷载汇集1、恒载1）屋面荷载：

（为不上人屋面）防水层：

SBS改性沥青防水卷材0.40kN/m²找平层：

25mm1：

3水泥沙浆25×0.025=0.625kN/m²保温层：

60mm厚水泥珍珠岩0.06×4=0.24kN/m²找坡层：

100mm厚水泥陶粒14×0.1=1.4kN/m²找平层：

25mm1：

3水泥沙浆25×0.025=0.625kN/m²结构层：

120mm厚钢筋砼现浇板0.12×25=3.00kN/m²10mm厚板底抹灰0.01×17=0.17kN/m²Gk=Σgk=6.46kN/m²2）楼面：

瓷砖地面（包括粗砂打底）0.60kN/m²找平层：

20mm1：

3水泥沙浆25×0.02=0.5kN/m²150mm厚钢筋砼现浇板0.15×25=3.75kN/m²10mm厚板底抹灰0.01×17=0.17kN/m²Gk=Σgk=5.02kN/m²3）梁重：

（考虑梁上抹灰，取梁自重26kN/m3）主梁：

中跨：

26×0.70×0.30=5.46kN/m边跨：

26×0.45×0.30=3.51kN/m连系梁：

跨~跨:

26×0.70×0.30=5.46kN/m跨和跨:

26×0.70×0.30=5.46kN/m跨和跨:

26×0.70×0.30=5.46kN/m跨和跨:

26×0.90×0.40=9.36kN4）墙重：

（砌体与抹灰之和）抹灰：

外墙面外抹灰：

20厚水泥砂浆0.4kN/m2外墙面及内墙面抹灰：

20厚石灰砂浆0.34kN/m2总墙重：

外墙：

底层：

15×0.30+0.4+0.34=5.24kN/m2内墙：

底层：

15×0.20+0.34×2=3.68kN/m25）柱：

（考虑到柱子抹灰，取柱子自重26kN/m3）各层：

26×0.6×0.6=9.36kN/m6）门、窗：

门：

0.2kN/m2窗：

0.3kN/m22、活荷载：

雪活载：

0.3kN/m2厕所：

2.0kN/m2教学楼：

2.0kN/m2走廊、楼梯：

2.5kN/m2不上人屋面：

0.5kN/m23、各层楼层重量（各层重力荷载代表值计算如下）六层上半层女儿墙：

0.3×0.6×[9.9×4+27.9×2+6.9×12+8.1×2]×10=350kN屋面：

[62.7×（8.1×2+3.6）+8.1×9.9×2]×6.46=9055.89kN主梁：

8.1×（2×13+3）×5.46+3.6×13×3.51=1446.82kN连系梁：

6.9×4×6×5.45+6×5.46×8+5.46×4×3.9+9.9×2×9.36=1435.10kN柱子：

58×0.5×3.9×9.36=1058.62kN内墙：

（62.7×2+8.1×15）×（0.5×3.9-0.7）×3.68=1135.74kN外墙：

194.4×（0.5×3.9-0.7）×5.24=1273.32kN外墙窗：

52×1.3×2.7×0.3=54.76kN内墙窗：

9×0.9×2.7×0.3=6.56kN∑=15816.81kN屋面活载：

[62.7×（8.1×2+3.6）+8.1×9.9×2]×0.5=700.92kN6=+0.5活=15816.81+0.5×0.5×700.92=15992.04kN六层下半层和五层上半层柱子：

58×0.5×3.9×9.36=1058.62kN楼面：

[62.7×（8.1×2+3.6）+8.1×9.9×2]×5.05=7079.29kN主梁：

8.1×（2×13+3）×5.46+3.6×13×3.51=1446.82kN连系梁：

6.9×4×6×5.45+6×5.46×8+5.46×4×3.9+9.9×2×9.36=1435.10kN外墙：

194.4×（0.5×3.9-0.7）×5.24=1273.32kN内墙：

（62.7×2+8.1×15）×（0.5×3.9-0.7）×3.68=1135.74kN外墙窗：

52×1.3×2.7×0.3=54.76kN内墙门：

2.1×1.1×32×0.2=14.78KN内墙窗：

9×0.9×2.7×0.3=6.56kN∑=13504.99kN楼面活载：

8.1×（9.9×2+62.7×2-3.9×3）×2+（8.1×3.9×3+3.9×62.7）×2.5=3010.95kN=+0.5×2×活=13504.99+0.5×2×3010.95=16515.94kN====16515.94kN二层下半层和一层上半层楼面：

[62.7×（8.1×2+3.6）+8.1×9.9×2]×5.05=7079.29kN主梁：

8.1×（2×13+3）×5.46+3.6×13×3.51=1446.82kN连系梁：

6.9×4×6×5.45+6×5.46×8+5.46×4×3.9+9.9×2×9.36=1435.10kN柱子：

58×0.5×3.9×9.36=1058.62kN外墙：

194.4×（0.5×3.9-0.7）×5.24=1273.32kN外墙窗：

52×1.3×2.7×0.3=54.76kN内墙：

（62.7×2+8.1×15）×（0.5×3.9-0.7）×3.68=1135.74kN内墙门：

2.1×1.1×32×0.2=14.78KN雨蓬：

4.2×2.1×0.1×25+13.5×2.0×0.1×25=89.55kN∑=13587.98kN楼面活载：

8.1×（9.9×2+62.7×2-3.9×3）×2+（8.1×3.9×3+3.9×62.7）×2.5=3010.95kN=+0.5活=13587.98+0.5×2×3010.95=16598.93kN∑G=98654.73kN∑A=1460×6=8760m2∑G/∑A=98654.73/8760=11.26kN/m25框架在竖向荷载作用下的内力分析5.1计算方法和荷载传递路线

（1）计算方法框架结构在竖向荷载作用下的内力计算采用力矩分配法，因为框架结构对称，荷载对称；又属于奇数跨，故在对称轴上梁的截面只有竖向位移（沿对称轴方向）没有转角。

对称截面可取为滑动端。

弯矩二次分配法是一种近似计算方法，即将各节点的不平衡弯矩同时作分配和传递，并以两次分配为限。

（取一榀横向框架）

（2）荷载传递路线对于边跨板，为8.1m×6.9m,由于8.1/6.95aq/8长向分配：

（A）横向框架梁上线荷载

（1）B-C（D-E）轴间框架梁板传至梁上的三角形或梯形荷载等效为均布荷载。

1）屋面板传载恒载：

6.46×6.9/2×（1-2×0.432+0.433）×2=31.63kN/m活载：

0.5×6.9/2×（1-2×0