土木工程结构工程毕业设计计算书.docx

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土木工程结构工程毕业设计计算书

本组毕业设计为多层教案楼，我的题目为《长春市盛鑫中学教案楼》。

在毕业设计前期，我温习了《结构力学》、《钢筋混凝土》、《建筑结构抗震设计》等知识，并借阅了《抗震规范》、《混凝土规范》、《荷载规范》等规范。

在毕业设计中期，我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计。

在毕业设计后期，主要进行设计手稿的电脑输入，并得到老师的审批和指正，使我圆满的完成了任务，在此表示衷心的感谢。

毕业设计的四个月里，在老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、论文撰写以及外文的翻译，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。

巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。

在进行内力组合的计算时，进一步了解了Excel。

在绘图时熟练掌握了AutoCAD，结构设计时了解了PKPM，TSZ等软件的使用。

以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。

框架结构设计的计算工作量很大，在计算过程中以手算为主，辅以一些计算软件的校正。

由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。

二零一二年六月

内容摘要

本设计的题目为长春市盛鑫中学教案楼设计。

建筑主体为5层，总建筑面积为6043.1m2，建筑总高度为19.2m，抗震设防烈度为7度，抗震等级为三级。

结构采用钢筋混凝土框架形式及独立的钢筋混凝土柱下基础。

本设计主要进行了结构方案中横向框架A、B、C、D轴框架的抗震设计。

在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算,接着利用顶点位移法求出自震周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。

接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力，找出最不利的一组或几组内力组合,选取最安全的结果计算配筋并绘图。

此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计。

完成了梯段板，平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。

Abstract

ThedesignforthetopicofchangchuncityChengXinsecondaryschoolbuildingsdesign.Thearchitecturehasfivestoriesand.Itswholefloorageis6043.1m2,itstopis19.2mhigh.Theearthquakeintensityis7.Styleofthebuildingistotallyframestructureofreinforcedconcrete.Thefoundationofthebuildingisthesinglefootingstand.

Thepurposeofthedesignistodotheanti-seismicdesigninthelongitudinalframesofaxisA、B、C、D.Whenthedirectionsoftheframesisdetermined,firstlytheweightofeachflooriscalculated.Thenthevibratecycleiscalculatedbyutilizingthepeak-displacementmethod,thenmakingtheamountofthehorizontalseismicforcecanbegotbywayofthebottom-shearforcemethod.Theseismicforcecanbeassignedaccordingtotheshearingstiffnessoftheframesofthedifferentaxis.Thentheinternalforce（bendingmoment,shearingforceandaxialforce）inthestructureunderthehorizontalloadscanbeeasilycalculated.Afterthedeterminationoftheinternalforceunderthedeadandliveloads,thecombinationofinternalforcecanbemadebyusingtheExcelsoftware,whosepurposeistofindoneorseveralsetsofthemostadverseinternalforceofthewalllimbsandthecoterminousgirders,whichwillbethebasisofprotractingthereinforcingdrawingsofthecomponents.Thedesignofthestairsisalsobeapproachedbycalculatingtheinternalforceandreinforcingsuchcomponentsaslandingslab,stepboardandlandinggirderwhoseshopdrawingsarecompletedintheend.

第一部分建筑设计

第一章设计总说明

1.1工程名称：

长春市盛鑫中学教案楼

1.2工程简况：

本工程建筑面积:

6043.1m2。

使用年限为50年；建筑耐火等级二级，建筑抗震设防烈度为七度。

1.3标高位置：

本工程室外地面设计标高为-0.450，室内外高差0.450；

1.4结构形式及墙体材料：

结构形式：

本工程为框架结构

墙体材料：

1、砌体材料采用190厚炉渣空心砌块；

2、砂浆为M5.0水泥砂浆；

3、外墙采用190厚砌块加60厚保温层，（按310厚计算）；

1.5门窗工程:

外窗为白色单框双玻璃塑钢窗。

1.6防水工程：

1.本工程防水等级为三级。

2.柔性防水选用高分子复合卷才SBS一层，女儿墙、雨

水口出屋面管道级其它阴阳角等重点防水部位附加卷才

一道，具体构造详见《DBJT201-91》。

1.7装饰工程：

1、外墙装饰见立面图。

2、所有室内木门刷清漆三遍，刷油前先做刮腻子，砂纸打平，刷底油等基层处理。

3、全部外露铁件均刷防锈漆一遍，达到二级耐火等级要求，所有木构件均刷防腐漆。

1.8其它：

1、凡本图未表明地方均遵照国家有关规范，规程施工；

2、对本图所提供的门窗类别、材料、室内外装修材料及做法，由其它原因变更时应由建设单位会同设计单位商定后进行调整；

3、本工程采用标准图无论采用局部或全部，施工中均应结合本工程协调处理；

4、本工程中排水、暖通、电气、通讯等各专业在施工过程中应协调且与土建专业预留孔洞沟槽，避免在墙体或者楼板上凿洞及出现明线或管线相互干扰现象，准确预埋管件；

5、外墙面施工前应先做出样板，待建设单位和设计单位同意后方可施工。

第二章设计内容

本部分设计包括建筑图纸7张

表1建筑成果

图纸名称

比例

图幅

图号

建筑总说明

见图

6-1

首层平面图

1：

100

6-2

标准层平面图

1：

100

6-3

正立面图

1：

100

6-4

剖面图及节点详图

1：

100

6-5

楼梯详图

1：

100

6-6

第二部分结构设计

第一章工程简况

1.1工程简况

建筑介绍：

长春市育才高层培训中心建筑面积约6043.1m2盖均采用现浇钢筋混凝土框架结构，楼板厚度取120mm，填充墙采用陶粒混凝土砌块。

主体为十层的钢筋混凝土框架结构，建筑平面为平面矩形。

局部突出屋面的楼梯间，层高为3.5。

柱网与层高：

本工程采用柱距为8.4m,1层层高3.9m，2～5层层高3.6m，示意图如下：

图1-1柱网布置图

承重方案的选择：

纵横向混合承重，纵横向都设主梁，两个方向刚度近似相等。

竖向荷载的传力途径：

楼板的均布活载和恒载经次梁间接或直接传至主梁，再由主梁传至框架柱，最后传至地基。

1.2设计条件：

气象条件：

基本风压：

0.65KN/m2，基本雪压：

0.35KN/m2。

抗震设防：

设计要求抗震设防烈度为7度。

工程地质条件：

见勘探地质报告

屋面及楼面作法：

屋面：

4厚SBS防水层，20厚1：

3水泥找平层，80厚阻燃聚乙烯泡沫塑料保温板，2厚SBS改性沥青隔气层，120厚钢筋混凝土屋面板，刮大白；

楼面：

10厚1：

1水泥砂浆，贴地面砖素水泥檫缝，20厚1：

3水泥砂浆找平层，120厚钢筋混凝土板，刮大白；

材料：

柱混凝土等级为C30，HRB400；梁混凝土等级为C30，HRB400；板混凝土等级为C30,HRB300,基础混凝土等级C30，HRB335，地梁钢筋HRB400，箍筋采用HPB300.

第二章构件尺寸确定及荷载汇集

、梁、柱截面及柱高的确定

本房屋主体结构为5层,一层3.9m,二到五层高均为3.6m。

填充墙采用190mm厚炉渣空心砌块。

楼盖及屋盖采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚为150mm。

梁截面高度按跨度的1/12~1/8估算，宽度按高度的1/2~1/3估算。

梁、柱采用混凝土的设计强度为C30（fc=14.3N/mm2,ft=1.43N/mm2）。

梁的截面尺寸如表1

表1梁的截面尺寸（mm）

混凝土强度

等级

横梁（b×h）

纵梁

（b×h）

次梁

（b×h）

AB跨、CD跨

BC跨

C30

350×600

300×400

柱的截面有公式

估算。

由该框架结构的抗震等级为二级，其轴压比限值[μ]=0.75，一~五层采用C30混凝土。

各层重力荷载代表值近似取15KN/m2。

由图1知可知边柱及中柱的负载面积分别为8.4×3.45m2和8.4×5.1m2。

故第一层柱的截面面积为

边柱Ac≥

=210763.6364mm2

中柱Ac≥

=299580.4196mm2

柱截面采用正方形，则边柱和中柱截面分别为557mm×557mm和650mm×650mm。

故柱采用正方形截面，一层柱截面为600mm×600mm

二~五层柱截面为550mm×550mm。

基础采用独立基础，基础埋深为1.70m。

取柱的形心线作为柱的轴线。

两轴线取至板底，2~5层柱的高度即为层高。

底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即

H=3.9+0.45+1.7-1-0.1=4.95m。

2.3荷载计算：

一、屋面、楼面活荷载标准值

根据《荷载规范》GB5009-2001第4.1.1和第4.3.1条，屋面活荷载标准值取值如下：

教室、实验室、办公室2.0KN/m2

厕所2.0KN/m2

走廊、门厅、楼梯2.5KN/m2

不上人屋面0.5KN/m2

屋面雪荷载标准值SK=urS0=1.0×0.5=0.5KN/m2

二、屋面、楼面恒荷载标准值

1、屋面永久荷载标准值（不上人）

20厚混合砂浆抹面刮大白0.44KN/m2

150厚现浇钢混屋面板3.75KN/m2

20厚1:

3水泥沙浆找平层0.4KN/m2

120厚水泥膨胀珍珠岩保温层0.42KN/m2

APP卷材防水层0.4KN/m2

混合沙浆抹面20厚0.02×17=0.34KN/m2

合计5.75KN/m2

2、1-9层楼面永久荷载标准值

地面砖面层（水泥打底）0.55KN/m2

20厚1:

3水泥砂浆找平0.02×20=0.4KN/m2

150厚钢筋混凝土板25×0.15=3.75KN/m2

混合沙浆抹面20厚0.02×17=0.34KN/m2

合计5.04KN/m2

3、厕所自重均布荷载

瓷砖地面0.55KN/m2

20厚水泥砂浆防水保护层20×0.02=0.40KN/m2

地面防水层0.05KN/m2

100厚钢筋混凝土板25×0.1=2.5KN/m2

混合沙浆抹面20厚0.02×17=0.34KN/m2

合计3.94KN/m2

4.楼梯自重均布荷载

地面砖面层（水泥打底）0.01×20=0.2KN/m2

楼梯板重（按250厚钢筋混凝土板等效）0.25×25=6.25KN/m2

混合沙浆抹面20厚0.02×17=0.34KN/m2

合计6.90KN/m2

三、梁、柱自重

梁.柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷计算出单位长度上的重力荷载，抹灰近似按加大梁宽及柱宽考虑。

具体见下表：

梁、柱自重表2

层次

构件

计算宽度

计算长度

容重（KN/m3）

g（KN/m）

li（m）

Gi（KN）

∑Gi（KN）

1层

纵梁

0.35

0.6

1.05

5.51

8.4

985.29

1744.01

纵次梁

0.3

0.4

1.05

3.15

8.4

（2）

35.53

横梁

0.35

0.6

1.05

5.51

6.9

16（8）

483.84

横次梁

0.35

0.6

1.05

5.51

6.9

（1）

239.35

柱

0.6

1.10

9.9

4.75

1692.9

2-5层

纵梁

0.35

0.6

1.05

5.51

8.4

998.09

1774.14

纵次梁

0.3

0.4

1.05

3.15

8.4

（2）

35.53

横梁

0.35

0.6

1.05

5.51

6.9

16（8）

495.94

横次梁

0.35

0.6

1.05

5.51

6.9

（1）

244.58

柱

0.55

1.10

9.9

3.6

1283.04

四、墙体自重

墙体采用190厚陶粒空心砌块。

外墙贴面瓷砖，60厚SBS保温层，内墙均为20厚抹灰。

1.外墙自重：

瓷砖0.5KN/m2

60厚EPS保温板0.06×0.5=0.03KN/m2

20厚1:

2.5水泥砂浆找平层0.02×20=0.4KN/m2

190厚空心砌块7.86×0.19=1.49KN/m2

混合沙浆抹面20厚0.02×17=0.34KN/m2

合计2.76KN/m2

2.内墙自重：

190厚空心砌块7.86×0.19=1.49KN/m2

两侧混合沙浆抹面20厚2×0.02×17=0.68KN/m2

合计2.173KN/m2

3.女儿墙自重标准值

女儿墙采用100厚现浇钢筋混凝土，其高度为500mm和1500mm，

外贴瓷砖（0.5KN/m2）,故女儿墙自重：

25×0.1×7.5×0.6×12+25×0.1×4.2×0.6×6＋25×0.2×6×0.6×4=417.6KN

2.4重力荷载代表值：

顶层重力荷载代表值：

屋面及女儿墙自重+纵横梁自重+半层柱和墙体重量+50％屋面雪荷载。

其他各层重力荷载代表值：

屋面活荷载+楼板自重+纵横梁自重+楼面上、下半层的柱和墙体自重+50%楼面均布活荷载。

以第四层G3为例说明计算过程：

G3=0.5×693.45+0.5×1364.43+0.5×86.34+0.5×664.8+3997.834+0.5×1843.03+0.5×65.616+489.76+0.5×1587.15+1439.69+0.5×1140+0.5×950=10635.02KN

第三章水平荷载作用下侧移验算

3.1计算D值：

一、梁、柱的线刚度计算

计算梁的线刚度时，考虑到现浇楼板的作用，一边有楼板的梁截面惯性矩取

=1.5

0，两边有楼板的梁的惯性矩取

0，I0为按矩形截面计算的梁截面惯性矩。

线刚度计算公式

，各梁、柱的线刚度计算结果如下表所示。

柱的线刚度ic计算表表3

层次

Ec（N/mm2）

b×h（mm×mm）

Hc（mm）

Ic=bh3/12

ic=EcIc/Hc

2～5

3.25×104

550*550

3600

1.08×1010

9.75×1010

3.25×104

600*600

5100

2.00×1010

12.76×1010

二、计算各柱抗侧移刚度

值

值是使柱上、下端产生单位相对位移所需施加的水平力，计算公式为

，各柱的抗侧移刚度见下表4

∑D1/∑D2=9.53/13.43=0.711>0.7故该框架为规则框架

3.2侧移验算：

一、结构自振周期计算

按顶点位移法计算，考虑轻质填充墙对刚度的影响，取基本周期调整系数α0=0.60，计算公式为

，式中

为顶点位移（单位为m），按D值法计算，见表5：

D值计算表4

层次

柱种类

各种柱根数

αc

D（N/mm）

∑D（N/mm）

四～五层

KZ1

0.30

0.35

5.51×10

22.69×105

KZ2

0.97

0.49

7.71×10

KZ3

0.40

0.38

5.98×10

KZ4

1.30

0.55

8.65×10

KZ5

1.20

0.53

8.34×10

二、三层

KZ1

0.36

3.25×10

13.43×105

KZ2

1.18

0.53

4.79×10

KZ3

0.48

0.40

3.61×10

KZ4

1.57

0.60

5.42×10

KZ5

1.45

0.57

5.15×10

一层

KZ1

0.44

0.39

2.30×10

9.53×105

KZ2

1.43

0.56

3.30×10

KZ3

0.58

0.42

2.47×10

KZ4

1.91

0.62

3.65×10

KZ5

1.76

0.60

3.53×10

表5

层次

10524.36

62652.23

22.69×10

27.61

303.81

10524.36

73176.59

22.69×10

32.25

276.20

10635.02

83811.61

13.43×10

62.42

243.95

10042.14

93853.75

13.43×10

69.90

181.53

12488.01

106341.76

9.53×10

111.63

=0.66s

二、水平地震作用及地震剪力计算：

该工程结构高度不超过40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切型为主，故可用底部剪力法计算水平地震作用。

结构总水平地震作用标准值计算如下：

Geq=0.85∑Gi=0.85×106341.76=90390.5KN

由水平地震影响系数

曲线来计算

α1=（Tg/T1）0.9αmax=（0.35/0.66）0.9×0.08=0.03

FEk=α1Geq=0.03×90390.5=2711.72KN

因为1.4Tg=1.4×0.35=0.49s＜T1=0.66s，则应考虑顶部附加水平地震作用。

顶部附加水平地震作用系数δn查表得：

δn=0.08T1+0.01=0.08×0.66+0.01=0.0628

各质点横向水平地震作用按下式计算：

Fi=GiHiFEk（1-δn）/（∑GkHk）=2541.42×GiHi/（∑GkHk）

地震作用下各楼层水平地震层间剪力Vi：

Vi=∑Fk（i=1，2，…n）计算过程如下表：

表6

层次

Hi（m）

GiHi（KN.m）

GiHi/∑GjHj

Fi（KN）

Vi（KN）

18.3

192595.79

0.093

236.35

2165.3

15.3

161022.71

0.078

198.23

2363.53

12.3

130810.75

0.063

160.11

2523.64

8.7

87366.62

0.042

106.74

2630.38

5.1

63688.85

0.031

78.78

2709.16

三、水平地震作用下的位移验算：

水平地震作用下框架结构的层间位移（△u）i和顶点位移ui分别按下列公式计算：

（△u）i=Vi/∑Dij；ui=∑（△u）k。

各层的层间弹性位移角θe=（△u）i/hi，根据《抗震规范》，考虑砖填充墙抗侧力作用的框架，层间弹性位移角限值[θe]<1/550。

计算过程如下表：

地震作用下侧移验算表7

层次

Vi（KN）

∑Di（N/mm）

Δui（mm）

Ui（mm）

Hi（mm）

θc=Δui/Hi

2165.3

22.69×105

0.95

8.67

3000

1/3158

2365.53

22.69×105

1.04

7.72

3000

1/2885

2523.64

13.43×105

1.88

6.68

3600

1/1915

2630.38

13.43×105

1.96

4.80

3600

1/1837

2709.16

9.53×105

2.84

5100

1/1796

由此可见，最大层间弹性位移角发生在第1层，1/1796<1/550，满足规范要求。

第四章水平荷载作用下内力计算

4.1水平地震作用下内力计算：

取结构布置中的4轴线横向框架内力计算为例，说明计算方法，其余框架内力计算从略。

一、框架柱端剪力及弯矩

按下列公式计算：

Vij=DijVi/∑Dij

Mbij=Vij*yh

Muij=Vij（1-y）h

y=yn+y1+y2+y3

注：

为框架柱的标准反弯点高度比；（

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）

y1为上、下层梁线刚度变化时，反弯点高度比的修正值；

y2、y3为上下层层高变化时，反弯点高度比的修正值；

y框架柱的反弯点高度比。

底层柱需要考虑修正值y2，二层柱需要考虑修正值y3，三层柱需要考虑修正值y2，二层柱需要考虑修正值y3，其它各柱均

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