本科畢業(yè)設計高層建筑結構設計計算書.doc

多層教學樓設計本科畢業(yè)論文（設計）題目多層教學樓學生姓名 馬樂 專業(yè)名稱土木工程指導教師郭波 2006年05月20日目 錄第一部分：設計總說明 摘要1、建筑設計61.1 建筑說明1.2 方案設計1.3建筑材料及做法2、結構設計72.1 結構說明2.2 結構計算2.2.1風荷載作用2.2.2豎向荷載作用（恒載及活載）2.2.3 內(nèi)力組合2.2.4 配筋計算2.3現(xiàn)澆板式樓梯設計2.4 現(xiàn)澆廁所樓面板設計2.5 基礎設計3、設計總結 13多層教學樓設計 馬樂 土木建筑工程系 湖北省孝感學院 432100 摘要：本設計為某多層教學樓工程設計的整體過程。按照設計任務書依據(jù)現(xiàn)行建筑設計規(guī)范和結構設計規(guī)范，完成本設計。設計分為建筑設計和結構設計兩大部分。建筑部分包括建筑設計要點、建筑平面設計、立面設計和剖面設計等。結構設計選擇鋼筋混凝土框架結構中的一榀框架進行設計計算，主要包括結構選型（包括樓板、屋面板、樓梯等）；結構布置方案；選用有代表性的單元確定計算簡圖、導算荷載、進行內(nèi)力分析和內(nèi)力組合，對構件進行截面配筋設計；根據(jù)工程地質資料，對基礎進行設計；用結構分析軟件（PKPM）進行驗算，并對手算和電算結果進行比較分析。最后完成了建筑平面圖、結構布置圖、梁柱配筋圖、基礎計算等。關鍵詞：建筑設計 結構設計 框架結構Abstract：This design is for the whole of engineering design of teaching building .According to design specifications, according to the currentdesign specification of the buildingand design specification of the structure,I finish the designing. Design include two major parts of architectural design and structural design, The part of building including architectural design main point, planar design of the building, elevation is designed and designed etc. I choose one of reinforced concrete frame structure to design, it mainly includes the selection of structure (includes floor, roof board, stair, etc.); Layout of structure; I select the representative unit to confirm sketch of calculating, Compute its load and carry on internal force analysis and cabinet; According to the geological materials of the project, I design the foundation; go on checking with structure software (PKPM), and carry on checking by comparing manpower calculating and computer calculating. Finally, I finished structural plans, a table of beams and columns ,a footing plan and pile foundation drawing.Key words：Building construction design Structure design Frame structure1、建筑設計1.1 建筑說明本工程為擬建某多層教學樓，該工程最高處為五層，普通教室，辦公室，會議室層高均為3.6m，并帶有階梯教室（兩層），層高4.8m?？偨ㄖ娣e約為4921m2按任務書要求通過查找資料，基本風壓為0.35KN/m2,基本雪壓為0.50 KN/m2,該教學樓位于抗震設防烈度為6度的區(qū)域，設計基本地震加速度為0.10g，由于為六度設防烈度，無須進行計算，由規(guī)范要求進行構造抗震設計即可 1.2 方案設計1.2.1根據(jù)地形地貌，設施布置，建筑物在基地上的位置、標高、道路綠化及其他說明，去考慮方案設計。從而很好的把握方案的經(jīng)濟性、合理性。方案比較方案一：建筑平面為U型。U形建筑具有造型簡單、美觀、采光通風較好，有利于教室平面靈活布置等優(yōu)點。由于其轉折處可以靈活設置，可以避開設置伸縮縫的限制，另外可以根據(jù)大小教室對建筑面積的不同要求，各段采用不同的平面布置，有利于柱網(wǎng)的布置。方案二：建筑平面為矩形。滿足平面力求簡單，規(guī)則，本方案既可避免設縫。但由于其采用內(nèi)廊式，走廊的采光不容易滿足，在大小教室的平面布置上不夠靈活，對結構簡單要求較高。綜上所述，方案一的平面布局較為合理，結構設計簡單，傳力明確，施工方便，較方案二要合理。因此，選擇方案一為本次設計方案。根據(jù)設計任務書所給資料，結構型式選用框架結構。本多層框架結構教學樓采用外廊懸挑式柱網(wǎng)布置，考慮到走廊長度大于40m，兩面布置房間時，走廊最小凈寬度為1.8m，所以走廊的跨度取為2.1m，房間的開間和進深采用3.6m，7.2m；3m,10.2m和4.2m，7.8m。采用三部樓梯，樓梯開間均為4.2m，考慮到階梯教室與普通教室的標高不同，在走廊連接處設輕質踏步，以實現(xiàn)兩者之間的交通聯(lián)系。根據(jù)武漢地區(qū)的氣候條件，內(nèi)外墻均采用240厚。該教學樓為滿足不同的教學要求，設置了大小教室以及階梯教室。根據(jù)其他使用功能的要求，首層設有門廳、門衛(wèi)室，各層還設有休息室、辦公室、男女衛(wèi)生間等。1.2.2 該教學樓在建筑立面上采用較大而明亮的玻璃窗，走廊兩側均設置窗戶，有效的滿足了采光的要求，同時又表現(xiàn)出簡潔現(xiàn)代感，還增加了立面的美觀效果。建筑立面和豎向剖面上力求規(guī)則，避免立面凹進或突出，使結構的側向剛度變化均勻。為了豐富立面，外墻層高處設裝飾線，底層從-0.450標高往上至0標高做天然石材飾面。室外臺階采用花崗巖貼面。在排水方面由于屋面寬度不大，采用單面有組織排水，落水管采用直徑為100PVC落水管。在剖面上，主要反映建筑物在垂直方向上各部分的組合關系?？紤]室內(nèi)外采光通風，窗臺取900mm高。1.3建筑材料及做法1.3.1墻體：內(nèi)外墻均采用240厚砌體，防潮層設在相對標高-0.050m處，做法是1：2水泥砂漿摻2防水劑20厚。1.3.2 門窗：底層外門均采用鋁合金門，建筑內(nèi)部門采用木門，所有窗戶均采用鋁合金推拉窗，凡木料與砌體結構接觸部位均應涂滿防腐水柏油二度。1.3.3樓地面做法：見中南地區(qū)建筑圖集。1.3.4 散水做法：水泥砂漿散水寬600mm。1.3.5 落水管及雨水口：屋面雨水口做法見中南地區(qū)建筑圖集；落水管材料采用直徑為100PVC落水管。1.3.6 挑出墻面的雨篷等構件：凡未特別注明者，其上部粉1：2水泥砂漿，并找1挑水坡，其下部粉1：2水泥砂漿15厚刷白色106涂料，并做滴水線30寬。2、結構設計2.1 結構說明本設計為五層框架結構（階梯教室部分為兩層，層高4.8米），建筑物總高度為18.45m，抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度為0.10g，結構安全等級為二級，結構正常使用年限為50年。室內(nèi)設計標高為0.000，相對于絕對標高0.450m，室內(nèi)外高差450mm。建筑物的耐火等級為二級。圖紙中標高以米，尺寸以毫米計。由于建筑物總長度為47.4m，滿足混凝土規(guī)范GB50010-2002第9.1.1條伸縮縫最大間距55m要求。在結構設計計算中，首先進行結構選型和結構布置，確定承重體系。在計算荷載之前，根據(jù)設計經(jīng)驗初了估梁、柱截面尺寸，并進行了驗算。2.2 結構計算在結構設計計算中，首先進行結構選型采用橫向承重體系，以增大結構的橫向剛度和結構布置，確定承重體系。在計算荷載之前，根據(jù)設計經(jīng)驗初估梁、柱截面尺寸，并進行驗算。2.2.1地震作用因該地區(qū)地震6度設防，所以地震作用影響很小，采用一般結構上設防即可。2.2.2 風荷載作用根據(jù)負荷面積寬度，將風荷載換算成作用于框架每層節(jié)點上的集中荷載，運用D值法，求出柱上下端彎矩，通過節(jié)點平衡得出梁端彎矩，由此得到水平風載作用下梁柱彎矩和梁端剪力和柱軸力。2.2.3 豎向荷載作用（恒載及活載）在計算單元范圍內(nèi)的縱向框架梁的自重、縱向墻體的自重以集中力的形式作用在各節(jié)點上。豎向荷載作用下框架的內(nèi)力采用彎矩二次分配法計算。梁端和柱端彎矩計算之后，梁端剪力可根據(jù)梁上豎向荷載引起的剪力和梁端彎矩引起的剪力相疊加而得到；柱軸力可由梁端剪力和節(jié)點集中荷載疊加得到。2.2.4 內(nèi)力組合根據(jù)結構類型、地震設防烈度、房屋高度等因素，由抗震規(guī)范確定該框架結構抗震等級為三級。梁的內(nèi)力組合：根據(jù)結構規(guī)范和抗震規(guī)范考慮三種內(nèi)力組合形式：（1）1.2SGk1.4SQk(2) 1.2SGk+0.91.4(SQk+SFk)(3) 1.35SGk+0.71.4(SQk+SFk)在進行柱的內(nèi)力組合時，須根據(jù)柱可能出現(xiàn)的最不利荷載分別進行組合、配筋。這三種組合形式為： Mmax及相應的N、V； Nmax及相應的M、V； Nmin及相應的M、V。2.2.5 配筋計算 由于本工程按6度設防區(qū)設計，因此進行了抗震設計，形成延性框架結構。其設計原則是：“強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱構件”。梁、柱配筋計算 框架梁按彈性理論設計， 以求得的最不利內(nèi)力值為控制值。對框架梁進行正截面受彎承載力計算時，跨內(nèi)按T形截面計算，應滿足受彎構件最小配筋率的要求。斜截面受剪承載力計算包括：截面尺寸的復核、腹筋計算和最小配箍率驗算。按照框架結構的合理破壞形式，在梁端出現(xiàn)塑性是允許的，為了便于澆搗混凝土，也往往希望節(jié)點處負鋼筋放得少些。因此，對于現(xiàn)澆框架，可取彎矩調(diào)幅系數(shù)為0.8-0.9。必須指出，我國有關規(guī)范規(guī)定，彎矩調(diào)幅只對豎向荷載作用下的內(nèi)力進行，即水平荷載作用下產(chǎn)生的彎矩不參加調(diào)幅，因此，彎矩調(diào)幅應在內(nèi)力組合之前進行。根據(jù)縱向構造鋼筋腰筋的有關規(guī)定：當梁的腹板高度大于450mm，在梁的兩側面應沿高度配置縱向構造鋼筋，其間距不宜大于200mm。對于懸臂梁中，有不少于兩根上部鋼筋伸至懸臂梁外端，并向下彎折不小于12d；其余鋼筋不應在梁的上部截斷，而應按規(guī)定的彎起點位置向下彎折，并在梁的下邊錨固，彎終點外的錨固長度在受壓區(qū)不應小于10d，在受拉區(qū)不應小于且不小于20dd為受拉鋼筋直徑?？蚣苤膬?nèi)力控制值取值，應預先判斷大小偏心。試驗表明，小偏心受壓情況下，隨著軸向壓力的增加，正截面受彎承載力隨之減小，但在大偏心受壓情況下，軸向壓力的存在反而使構件正截面的受彎承載力提高。在界限破壞時，正截面受彎承載力達到最大值。因此，當為大偏心時，應取彎矩較大，軸力較?。划敒樾∑臅r，應取彎矩較大，軸力較大。根據(jù)此原則，可確定出所需最大鋼筋面積。除此之外，框架柱全部縱筋的配筋率不應小于0.6%；同時，一側鋼筋的配筋率不應小于0.2%。軸心受壓構件的縱向受力鋼筋應沿截面的四周均勻放置，鋼筋根數(shù)不得少于4根，鋼筋直徑不宜小于12mm，通常在16至32mm 范圍內(nèi)選用。為了減少鋼筋在施工時可能產(chǎn)生的縱向彎曲，宜采用較粗的鋼筋。從經(jīng)濟、施工以及受力性能等方面來考慮，全部縱筋配筋率不宜超過5%。平面框架柱的平面外穩(wěn)定按軸心受壓構件驗算。梁與柱為剛接的鋼筋混凝土框架柱，其計算長度應根據(jù)框架不同的側向約束條件及荷載情況確定。對于有側移的全現(xiàn)澆框架結構，柱的計算長度可取底層柱為1.0H ，其他層柱取1.25HH為柱所在層的框架結構層高。2.3 基礎設計根據(jù)地質報告，本工程所在地地質情況良好，第二層作為持力層，其地基承載力達到200Kpa，因此在框架部分選用柱下獨立基礎。基礎埋置深度的大小，對于建筑物的安全和正常使用、基礎施工技術措施、施工工期和工程造價等影響很大，因此，確定基礎埋置深度是基礎設計工作中的重要環(huán)節(jié)。本工程在設計時綜合考慮建筑物自身條件以及所處的環(huán)境例如，應注意地下水的埋藏條件和動態(tài)。從實際出發(fā)，在滿足地基穩(wěn)定和變形要求的前提下，以基礎宜淺埋的原則，合理選擇基礎埋置深度除巖石地基外，基礎埋深不宜小于0.5m。根據(jù)第一層為素填土，土質松軟，結構不均，厚0.4-1.0m；第二層為粘土，屬中偏高強度中偏低壓縮性土層，可作天然地基，厚2.5-3.5m，本工程的基礎埋深設為1.5m。選擇基礎材料，根據(jù)計算確定基礎高度為1.0m，從下至上分兩層，每階高度為350mm，250mm?；A埋深.m，高度0.6m，根據(jù)上部結構傳來的內(nèi)力值，初估基底面積，然后進行沖切驗算和底板配筋。2.4 現(xiàn)澆廁所樓面板、上人孔處屋面板設計根據(jù)所設計房間區(qū)格的長邊與短邊之比，確定是單向板還是雙向析（長邊與短邊之比大于2，屬于單向板；長邊與短邊之比小于2，屬于雙向板。）按照不同的計算理論和方法，分別進行控制截面配筋計算。2.5 現(xiàn)澆板式樓梯設計根據(jù)建筑要求和施工條件，本工程中采用現(xiàn)澆板式樓梯，并根據(jù)建筑類別確定樓梯的活荷載標準值后，分別對樓梯梯段板、平臺板、平臺梁進行控制截面的配筋計算。采用板式樓梯，具有下表面平整，施工支模較為方便，外觀比較輕巧等優(yōu)點。梯段板、平臺和平臺梁組成，對于梯段板和平臺板設計成單向板都取1m 的單元進行計算，對于平臺梁的設計與一般梁設計相似。斜板厚約為梯段板水平長度的1/25至1/30，本設計采用約為1/30的梯段板水平長度?？紤]到樓梯與平臺梁整澆，平臺對斜板的轉動變形有一定的約束作用，故計算板的跨中正彎矩時，近似取Mmax=PLn 2/10。為避免斜板在支座處產(chǎn)生過大的裂縫，應在板面配置一定數(shù)量的鋼筋，一般取8200，長度為Ln/4。斜板內(nèi)分布鋼筋可采用6或8，每級踏步不少于1根，放置在受力鋼筋內(nèi)側，最大間距300mm。2.6 雨篷設計本工程中雨篷設計成板式雨篷，框架縱梁兼作雨篷梁。雨篷計算包括三個內(nèi)容：a.雨篷板的正截面承載力計算；b.雨篷梁在彎矩、剪力、扭矩共同作用下的承載力計算；c.雨篷抗傾覆驗算，之后進行配筋設計。由于雨篷梁與框架整澆，故無須進行抗傾覆驗算3 設計總結經(jīng)過兩個多月的辛苦勞作，在指導老師耐心、兢兢業(yè)業(yè)的指導下，我的畢業(yè)設計終于順利完成了。這次設計是我們在大學四年學習中最大，最完整的一次設計。本次設計不僅是對我們所學知識的全面檢查，更是提高了我們運用理論知識解決實際問題的能力。本次設計我最大的體會就是將四年所學的大部分知識串聯(lián)起來，對專業(yè)知識全面復習一遍，同時也鞏固了所學知識，深有成就感。由于時間較短，設計不太全面，不足之處在所難免，懇請老師批評指正。在此，對老師們的熱情指導深表感謝，并致以崇高的敬意！參 考 資 料：1.建筑結構抗震設計東南大學編著、清華大學主審。北京：中國建筑工業(yè)出版