1、土木工程毕业设计正文土木工程毕业设计正文 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
2、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
3、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
4、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：8760 m，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
5、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18mm 120mm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
6、然条件：雪荷载0.3KN/ m，基本风压：0.35KN/ m。 (3) 地质条件：地质勘探以 0.000为基准面，类场地，7度设防建筑地点冰冻深度-0.55m。 注： 拟建场地地形平坦，地下稳定水位距地表-15.5m。 建筑地点冰冻深度-0.55m。 建筑场地类别：类场地土。 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：HRB33
7、5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（GB 50011-2010）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=(1/81/12)l，其中l为梁的跨度。 梁宽b=(1/
8、21/3)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1/151/20，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12。 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
9、要受柱轴压比限值的控制，如以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； 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。 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1218kNm2。 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
10、近似取15kN/。 轴线柱中： 轴的负载面积为4.053m2；轴线柱负载面积为4.958.1m2； 轴线柱的负载面积为1.954.05 m2。 轴线柱中 轴的负载面积为8.104.95m2； 轴线柱负载面积为3.454.05m2；轴的负载面积为4.056.9m2。 轴线柱中 轴的负载面积为5.853.00m2； 轴线柱负载面积为5.854.95m2； 轴的负载面积为5.851.95m2； 轴线柱负载面积为5.853.45m2； 轴线柱负载面积为5.856.90m2 轴线柱中 轴的负载面积为5.853.00m2； 轴线柱负载面积为5.854.95m2； 轴的负载面积为5.851.95m2； 轴线
11、柱负载面积为5.853.45m2 ； 轴线柱负载面积为5.856.90m2；轴线柱的负载面积为5.855.40 m2； 轴线柱的负载面积为3.455.85m2；轴线柱的负载面积为4.955.85m2。 轴线柱中 轴的负载面积为4.053.00m2； 轴线柱负载面积为4.054.95m2； 轴的负载面积为4.051.95m2； 轴线柱负载面积为4.053.45m2 ； 轴线柱负载面积为4.056.90m2；轴线柱的负载面积为4.055.40 m2； 轴线柱的负载面积为3.454.05m2；轴线柱的负载面积为4.954.05m2。 由式得第一层柱截面面积为： 轴线柱中： 柱 柱 柱 轴线柱中： 柱
12、 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326326mm2 ; 柱593593mm2 ; 柱263263mm2 。 轴线柱： 柱593593mm2 ; 柱343343mm2 ; 柱495495mm2 。 轴线柱： 柱392392mm2 ; 柱494494mm2 ; 柱310310mm2 ; 柱412412mm2 ; 柱583583mm2 。 轴线柱： 柱392
13、392mm2 ; 柱494494mm2 ; 柱310310mm2 ; 柱412412mm2 ; 柱583583mm2 ; 柱516516mm2 ; 柱412412mm2 ;柱494494mm2。 轴线柱： 柱326326mm2 ; 柱419419mm2 ; 柱263263mm2 ; 柱350350mm2 ; 柱495495mm2 ; 柱438438mm2 ; 柱350350mm2; 柱419419mm2。 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600600mm2 （2）梁截面 主梁：AB跨、BC跨、DE跨，L=8100mm h=(1/81/12)
14、L=（675mm-1012.5mm） b=(1/21/3)h且b不小于0.5倍柱宽且不小于250mm 取b=300mm h=700mm CD跨，L=3600mm h=(1/81/12)L=（300mm-450mm） b=(1/21/3)h且b不小于0.5倍柱宽且不小于250mm 取b=300mm h=450mm 连系梁： 跨、跨、跨、跨、跨、跨、跨L=6900mm h=(1/81/12)L=（575mm-862.5mm） b=(1/21/3)h且b不小于0.5倍柱宽且不小于250mm 取b=300mm h=700mm 轴线跨和跨，L=6000mm h=(1/81/12)L=（500mm-750
15、mm） b=(1/21/3)h且b不小于0.5倍柱宽且不小于250mm 取b=300mm h=700mm 轴线跨和跨，L=3900mm h=(1/81/12)L=（325mm-487.5mm） b=(1/21/3)h且b不小于0.5倍柱宽且不小于250mm 取b=300mm h=700mm 轴线跨和跨，L=9900mm h=(1/81/12)L=（825mm-1237.5mm） b=(1/21/3)h且b不小于0.5倍柱宽且不小于250mm 取b=400mm h=900mm （3)次梁：取b=300mm h=700mm （4) 楼板：取h=120mm 4.2梁柱线刚度： 在计算梁的线刚度时，考
16、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35混凝土 梁采用35混凝土，C3.15107 kN/m I0=1/12bh3(m4) i单位：kNm 框架梁线刚度计算 表4.2.1 部位 截面（m） 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=2I0 i=EI/l(kn.m) 边梁 0.300.70 8.1 8.5710-3 12.8610-3 50011.1 1.7110-2 66500 中梁 0.30
17、0.45 3.6 2.2810-3 3.4210-3 29925 0.4610-2 39900 边梁 0.300.70 8.1 8.5710-3 12.8610-3 50011.1 1.7110-2 66500 表4.2.2 部位 截面（m） 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=2I0 i=EI/l(kn.m) 跨跨 0.300.70 6.9 8.5710-3 12.8610-3 58708.7 1.7110-2 78065.2 跨跨 0.300.70 6.0 8.5710-3 12.8610-3 67515
18、 1.7110-2 89775 跨跨 0.300.70 3.9 8.5710-3 12.8610-3 103869.2 1.7110-2 138115.4 跨跨 0.400.90 9.9 2.4310-2 364510-3 115977.2 4.8610-2 154836.4 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/KNm 1 C35 600 600 5350 31500 1.081010 0.64105 2-6 C35 600 600 3900 31500 1.081010 0.87
19、105 表4.2.4 结构26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 0.575 0.22 15327 61308 柱共2根 1.339 0.40 27526 55052 柱共4根 1.03 0.34 23333 93332 柱共4根 1.03 0.34 23333 93332 柱共4根 0.575 0.22 15327 61308 中间框架 轴共8榀 柱共7根 0.575 0.22 15327 107289 柱共7根 1.03 0.34 23333 163331 柱共8根 1.03 0.34 23333 186664 柱共8根 0.575 0.22 1532
20、7 122616 边 框 架 、轴共2榀 柱共2根 0.575 0.22 15327 30654 柱共2根 1.529 0.43 29739 59478 柱共2根 0.918 0.31 21594 43188 柱共2根 0.918 0.31 21594 43188 柱共2根 0.575 0.22 15327 30654 =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 0.781 0.46 12360 49438 柱共2根 1.820 0.61 1629
21、6 32592 柱共4根 1.663 0.59 15844 63377 柱共4根 1.663 0.59 15844 63377 柱共4根 0.781 0.46 12360 49438 中间框架 轴共8榀 柱共7根 0.781 0.46 12360 86517 柱共7根 1.663 0.59 15844 110910 柱共8根 1.663 0.59 15844 126754 柱共8根 0.781 0.46 12360 98876 边 框 架 、轴共2榀 柱共2根 0.781 0.46 12360 24719 柱共2根 1.667 0.59 15856 31713 柱共2根 1.248 0.54
22、14440 28881 柱共2根 1.248 0.54 14440 28881 柱共2根 0.781 0.46 12360 24719 =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 1 2 3 4 5 6 820192 1151394 1151394 1151394 1151394 1151394 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：S
23、BS改性沥青防水卷材 0.40 kN/m 找平层：25mm1：3水泥沙浆 250.025=0.625kN/m 保温层：60mm厚水泥珍珠岩 0.064=0.24 kN/m 找坡层：100mm厚水泥陶粒 140.1=1.4kN/m 找平层：25mm1：3水泥沙浆 250.025=0.625kN/m 结构层：120mm厚钢筋砼现浇板 0.1225=3.00 kN/m 10mm厚板底抹灰 0.0117=0.17 kN/m Gk=gk=6.46kN/m 2）楼面： 瓷砖地面 （包括粗砂打底） 0.60 kN/m 找平层：20mm 1：3水泥沙浆 250.02=0.5 kN/m 150mm厚钢筋砼现浇板
24、 0.1525=3.75 kN/m 10mm厚板底抹灰 0.0117= 0.17 kN/m Gk=gk=5.02 kN/m 3）梁重：（考虑梁上抹灰，取梁自重26kN/m3） 主梁： 中跨：260.700.30=5.46kN/m 边跨：260.450.30=3.51 kN/m 连系梁： 跨跨: 260.700.30=5.46kN/m 跨和跨:260.700.30=5.46kN/m 跨和跨:260.700.30=5.46kN/m 跨和跨:260.900.40=9.36kN 4）墙重：（砌体与抹灰之和） 抹灰：外 墙 面 外 抹 灰： 20厚水泥砂浆 0.4 kN/m2 外墙面及内墙面抹灰：20厚
25、石灰砂浆 0.34 kN/m2 总墙重： 外墙：底层：150.30+0.4+0.34=5.24 kN/m2 内墙：底层：150.20+0.342 =3.68 kN/m2 5）柱：（考虑到柱子抹灰，取柱子自重26kN/m3） 各 层：260.60.6 =9.36kN/m 6）门、窗： 门：0.2kN/m2 窗：0.3kN/m2 2、活荷载： 雪活载： 0.3 kN/m2 厕所： 2.0 kN/m2 教学楼： 2.0 kN/m2 走廊、楼梯： 2.5 kN/m2 不上人屋面： 0.5 kN/m2 3、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：0.30.69.94+27.9
26、2+6.912+8.12 10=350kN 屋 面：62.7(8.12+3.6)+8.19.926.46=9055.89kN 主梁： 8.1(213+3)5.46+3.6133.51=1446.82kN 连系梁： 6.9465.45+65.468+5.4643.9+9.929.36=1435.10kN 柱 子：580.53.99.36=1058.62kN 内 墙：(62.72+8.115)(0.53.9-0.7)3.68=1135.74kN 外 墙：194.4(0.53.9-0.7)5.24=1273.32kN 外 墙 窗：521.32.70.3=54.76kN 内 墙 窗： 90.92.70
27、.3=6.56kN =15816.81kN 屋面活载：62.7(8.12+3.6)+8.19.920.5=700.92 kN 6=+0.5活=15816.81+0.50.5700.92=15992.04kN 六层下半层和五层上半层 柱 子：580.53.99.36=1058.62kN 楼 面：62.7(8.12+3.6)+8.19.925.05=7079.29kN 主梁： 8.1(213+3)5.46+3.6133.51=1446.82kN 连系梁： 6.9465.45+65.468+5.4643.9+9.929.36=1435.10kN 外 墙： 194.4(0.53.9-0.7)5.24=
28、1273.32kN 内 墙： (62.72+8.115)(0.53.9-0.7)3.68=1135.74kN 外 墙 窗： 521.32.70.3=54.76kN 内 墙 门： 2.11.1320.2=14.78KN 内 墙 窗： 90.92.70.3=6.56kN =13504.99kN 楼面活载： 8.1(9.92+62.72-3.93) 2+（8.13.93+3.962.7）2.5=3010.95kN =+0.52活=13504.99+0.523010.95=16515.94kN =16515.94kN 二层下半层和一层上半层 楼 面：62.7(8.12+3.6)+8.19.925.05
29、=7079.29kN 主梁： 8.1(213+3)5.46+3.6133.51=1446.82kN 连系梁： 6.9465.45+65.468+5.4643.9+9.929.36=1435.10kN 柱 子：580.53.99.36=1058.62kN 外 墙：194.4(0.53.9-0.7)5.24=1273.32kN 外 墙 窗：521.32.70.3=54.76kN 内 墙：(62.72+8.115)(0.53.9-0.7)3.68=1135.74kN 内 墙 门：2.11.1320.2=14.78KN 雨 蓬：4.22.10.125+13.52.00.125=89.55kN =135
30、87.98kN 楼面活载： 8.1(9.92+62.72-3.93) 2+（8.13.93+3.962.7）2.5=3010.95kN =+0.5活=13587.98+0.523010.95=16598.93kN G=98654.73kN A=14606=8760m2 G/A=98654.73/8760=11.26kN/m2 5 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8.1m6.9m,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：6.466.9/2(1-20.432+0.433)2=31.63kN/m 活载：0.56.9/2(1-20
