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1、 大学成人高等教育 毕 业 设 计（论文）姓 名： 学 号： 专 业： 年 级： 学习形式： 函授 夜大 脱产 学习层次：高起本 专升本 高起专 函 授 站： 大学成人高等教育毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目： 姓 名： 学 号： 专业、 年级： 学习形式： 函授 夜大 脱产 学 习 层 次：高起本 专升本 高起专 函 授 站： 毕业设计（论文）内容：综合考虑地区环境、建筑使用功能、综合选型、施工、材料、经济等，结合日常工作中的施工经验，我完成了某小学学生教学楼设计楼的构思，完成了建筑设计说明、基础平面布置图、建筑平面布置图、建筑结构图、立面图等相关设计及计算。专题（子课题）题目： 内容
2、：设计（论文）指导教师（签字）： 主管教学院长（签字）： 2014年 月 日 某小学学生教学楼设计目 录摘 要4第一章 概 述5一、选题意义5二、工程概况5三、设计内容、方法及依据6（一）设计内容6（二）设计方法6（三）设计资料（依据）6第二章 结构设计说明8一、框架结构设计计算8二、荷载计算9三、框架侧移刚度计算12四、横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算15五.竖向荷载作用下框架结构的内力计算201横向架内力计算202横向框架内力组合26六、截面设计：32七、楼梯设计：40八、框架柱下基础的设计：45总结和体会51致谢辞52参考文献53摘 要了解建筑设计、结构设计的全过程，熟悉建筑设
3、计的基本思路和结构设计计算的基本方法。巩固过去几年所学的专业知识和基础知识。学习并掌握相关资料的收集、整理和归纳，从而提高分析和解决实际问题的能力。Summary: Understand building design and construction of the whole design process, furthermore, familiar with the basic way of building design and the basic method of construction calculating. Reinforce profession knowledge and
4、 foundation knowledge for learning of past years. Study and control how to combines the collections of the related data, sorting with induce, whats more, we can increase the ability that analysis and resolve the actual problem through it.关 键 词： 建筑设计 结构设计 结构计算Key words： Building design Construction d
5、esign Construction calculation第一章 概 述一、选题意义这次毕业设计的课题为某小学学生教学楼设计，本着设计富有朝气和时代气息的原则，设计一座现代化的小学教学区。建筑设计在现有的自然环境与总体规划的前提下，根据设计任务书的要求，综合考虑使用功能、结构施工、材料设备、经济艺术等问题，总重解决建筑内部使用功能和使用空间的合理安排，各个细部的构造方式等，创造出即符合科学性，又具有艺术效果的学习环境。本方案采用框架结构，在满足功能要求的基础上，该建筑要体现现代化特色，适应现代化的教学需求，满足消防、抗震等安全要求。二、工程概况某小学学生教学楼为主体四层、局部三层现浇钢筋混凝
6、土框架结构体系，建筑面积为5300。建筑物平面为L形，由三个建筑单体通过回廊连为整体，层高为.m，室内外高差为.m。框架结构平面布置及柱网布置图如图1所示。图1结构平面及柱网布置图三、设计内容、方法及依据（一）设计内容1、结构平面布置结构方案及造型、风荷载和地震荷载处理；2、框架设计（1）材料选用及截面尺寸确定；（2）荷载计算；（3）框架梁、柱刚度计算；（4）框架在地震荷载作用下的侧移及内力计算；（5）框架在竖向荷载作用下的内力计算（6）内力组合；（7）框架结构梁、柱承载力计算（8）框架柱下独立基础设计；3、现浇楼梯设计4、其他现浇构件（雨蓬、卫生间等）设计及节点验算（二）设计方法建筑部分则运
7、用房屋建筑学等学科知识进行设计，结合设计规范要求合理分区，满足使用要求，保证工程的安全性、耐久性、适用性，使设计的结构在规定的设计使用年限内完成预期的功能要求。建筑施工图的绘制遵循工程制图的标准，图中的各种标注、符号符合规范，做到能够看图施工。结构部分要求结构的布置、柱距的确定应满足使用功能，柱网尺寸符合模数。结构的梁、板、柱截面尺寸符合要求，合理确定。采用D值法计算柱的侧移刚度，竖向荷载部分则采用二次弯矩分配法进行计算。（三）设计资料（依据）1、本建筑地处昆明地区，地震设计烈度为度2、气象条件：基本风压0.3KN/，基本雪压0.3KN/3、工程地质条件（根据钻探，建筑所在地区域的地质情况如下
8、）：第一层土：城市杂填土、厚01.0m第二层土：亚粘土、厚3.54.0mR=180KN/第三层土：轻亚粘土，厚4.04.6mR=200KN/第四层土：混圆砾，厚6.08.0mR=300KN/第五层土：轻亚粘土，厚5.06.6mR=250KN/地下水：最高水位，地表下2.5m4、各类建筑材料均能得到保证，钢筋材料均能得到保证，钢筋最长不超过12米。5、屋面及楼面做法：屋面做法：180厚砖砌架空隔热层；二毡三油防水层；冷底子油玛蹄脂二道；焦渣混凝土找坡层（20mm厚）；20mm厚水泥砂浆找平层；100mm厚现浇钢筋混凝土结构层；20mm厚砂浆粉底层；楼面做法：水磨石地面；100mm厚现浇钢筋混凝土
9、结构层；20mm厚砂浆粉底层；6、材料混凝土强度等级：柱 C30 梁、板、基础 C25 垫层 C10钢筋强度等级：梁、柱纵向钢筋 HRB400 箍筋 HPB235板纵向钢筋 HRB335 7、主要活荷载取值屋面活荷载 2.0KN/(上人) 0.5KN/(不上人)楼面活荷载 2.0KN/ 雪荷载 0.3 KN/走廊楼梯阳台活荷载2.5KN/ 第二章 结构设计说明一、框架结构设计计算1、初估截面尺寸（1）柱：底层 b=500mm h=550m其它层 b=500mm h=500mm（2）梁：h=（1/101/12）L=720600mm 取h=700mm b=（1/21/3）h=350233mm 取b
10、=250mm 走道梁为h=500mm b=250mm 其编号如图2所示。图2梁布置及编号图2、梁的计算跨度框架梁的计算跨度以上柱形心线为准，由于建筑轴线与墙轴线重合 ，故建筑轴线与结构计算跨度不同。3、柱高度底层柱高度h=3.6m+0.6m+0.5m=4.7m，其中3.6m为底层层高，0.6m为室内外高差，0.5m为基础顶面至室外地面的高度。其它柱高等于层高，即3.6m。由此得框架计算简图如图3-1、3-2所示 。图3-1纵向框架计算简图(单位：m）图3-2横向框架计算简图(单位：m）二、荷载计算1、屋面均布恒载 按屋面的做法逐项计算均布荷载，计算如下：180厚砖砌架空隔热层 1.1KN/ 二
11、毡三油上铺绿豆砂防水层 0.35KN/20厚1:3水泥砂浆找平层 0.0220=0.4KN/（坡度3%）20厚水泥焦渣找坡层 1.2KN/ 100厚现浇钢筋混凝土板 0.125=2.5KN/ 20厚板底砂浆粉刷层 0.0220=0.4KN/ 小 计 5.95KN/屋面恒荷载标准值 （4.58+4.8+7.8+0.24）（7.22+2.4）5.95=4882 KN2、楼面均布恒载 按楼面做法逐项计算，计算如下：30厚水磨石面层 0.6KN/ 100厚现浇钢筋混凝土板 0.125=2.5KN/20厚板底砂浆粉刷层 0.0220=0.4KN/小计 3.5KN/楼面恒荷载标准值（4.58+4.8+7.
12、8+0.24）（7.22+2.4）3.5=2872 KN3、屋面均布活荷载不上人屋面 0.5KN/屋面雪荷载 0.3KN/雪荷载标准值（4.58+4.8+7.8+0.24）（7.22+2.4）0.3=246KN4、楼面均布活荷载普通教室、会议室、厕所 2.0KN/走廊 2.5KN/楼面活荷载标准值（4.58+4.8+7.8+0.24）（7.22+2.4）2.5=2051KN5、梁、柱、墙、门、窗重力荷载计算屋顶重力荷载代表值包括：屋面恒载，50%屋面雪荷载，纵、横梁自重，半层柱自重，半层墙体自重。其它层重力荷载代表值包括：楼面恒载，50%楼面均布或荷载，纵、横梁自重，楼面上、下各半层的柱及纵、
13、横墙体自重，梁、柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷等计算出单位长度上的重力荷；对墙、门、窗等可计算出单位面积上的重力荷载。墙体为240mm厚粘土空心砖，内、外墙均为20mm厚抹灰则外墙面重力荷载。木门单位面积重力荷载为0.2KN/；铝合金窗单位面积重力荷载取0.4KN/。以上具体各项计算过程从略，计算结果见表1、2、3：6、重力荷载代表值集中于各楼层标高处的重力荷载代表值具体计算过程从略，计算结果见图4：表2 墙体自重计算表墙体t/mh/m(KN/)g(KN/m)L/mGi/KNGi/KN女儿墙0.24 0.90 25.00 5.40 131.76 711.50 底层外墙0.24 0.90 19
14、.00 4.10 131.80 540.91 底层内墙0.24 2.90 19.00 13.22 183.60 2427.93 2968.83 其它层外墙0.24 0.90 19.00 4.10 131.80 540.91 其它层内墙0.24 2.90 19.00 13.22 183.60 2427.93 2968.83 表3 门窗自重计算表构件L/mH/m(KN/)g(KN/m)nGi/KNGi/KN窗4.05 2.00 0.40 3.24 14 45.36 1.80 2.00 0.40 1.44 2 2.88 3.95 2.00 0.40 3.16 2 6.31 4.35 2.00 0.4
15、0 3.48 2 6.96 61.51 1.95 2.00 0.40 1.56 2 3.12 4.56 2.00 0.40 3.65 1 3.65 门1.20 2.90 0.20 0.70 16 11.14 0.90 2.90 0.20 0.52 19 9.92 图4各质点的重力荷载代表值三、框架侧移刚度计算1、横向框架侧移刚度计算横向框架梁线刚度计算过程见表4，柱线刚度计算过程见表5。表4 框架梁线刚度计算表中框架边框架截面惯性矩梁线刚度层号轴线号边（0)混凝土EC梁宽梁高梁跨Ibbh3/12ib2EcIb/lib1.5EcIb/l中(1)强度等级KN/m2（106）bmhmmm4（1000
16、）KN/m（10-4）341/SU轴0.00 C252.80 0.25 0.70 7.20 7.15 5.56 4.17 UV轴1.00 C252.80 0.25 0.50 2.40 2.60 6.08 4.56 121/SU轴0.00 C252.80 0.25 0.70 7.20 7.15 5.56 4.17 UV轴1.00 C252.80 0.25 0.50 2.40 2.60 6.08 4.56 表5 框架柱线刚度计算表截面惯性矩柱线刚度层号柱号混凝土EC柱宽b柱高h柱LIcbh3/12icEcIb/l强度等级KN/m2（106）mmmm4（1000）KN/m（10-4）341C3030
17、.50.53.65.214.342C3030.50.53.65.214.3421C3030.50.53.65.214.3412C3530.50.554.76.934.42柱的侧移刚度按计算，式中刚度修正系数,根据梁柱线刚度比查柱刚度修正系数表求得.在结构平面布置图中的柱可分为中框架中柱和边柱、边框架中柱和边柱以及楼梯间柱等。现以第2层C-4柱的侧移刚度计算为例，说明计算过程，其余柱的计算过程从略，计算结果见表60.7 所以该框架为规则框架。 第2层C-4柱及与其相连的梁的相对线刚度如图5所示.图5c-4柱及相连梁的相对线刚度图中数据取自表4和5。由柱刚度修正系数表可得梁柱线刚度比为 则=1.7
18、7KN/m将上述不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，即得框架各层层间侧移刚度，见表6。2纵向框架侧移刚度计算 纵向框架侧移刚度计算方法与横向框架相同。柱在纵向的侧移刚度除与柱沿纵向的截面特性有关外，还与纵梁的线刚度有关。纵梁线刚度的计算过程见表7。纵向框架柱亦可分为中框架中柱和边柱、边框架中柱和边柱等，其侧移刚度值见表8。纵向框架各层层间侧移刚度值见表9。表7 纵向框架梁线刚度计算表中框架边框架边（0）混凝土截面惯性矩梁线刚度层号中（1）强度等级EC梁宽b梁高h梁跨LIbbh3/12ib2EcIb/lib1.5EcIb/lKN/m2（106）mmmm4（1000）KN/m（10-4）340C25
19、2.80.250.74.57.15 8.89 6.67 1C252.80.250.74.57.15 8.89 6.67 120C252.80.250.74.57.15 8.89 6.67 1C252.80.250.74.57.15 8.89 6.67 表8 纵向框架柱线刚度计算表混泥土截面惯性矩柱线刚度层号柱号强度等级EC柱宽b柱高h柱LIbbh3/12ibEcIb/lKN/m2（106）mmmm4（1000）KN/m（10-4）341C3030.50.53.65.21 4.34 2C3030.50.53.65.21 4.34 21C3030.50.53.65.21 4.34 12C3030.
20、50.554.76.93 4.42 表9 纵向框架抗侧移总刚度计算表层号柱别柱高柱线刚度柱根数（KN/m（104）（104)D楼层侧移刚度mKN/m左梁右梁（104）其他层Z13.64.3476.676.67001.54 0.43 1.75 Z23.64.34176.676.67001.54 0.43 1.75 Z33.64.3478.898.896.76.673.59 0.64 2.58 Z43.64.34178.898.896.76.673.59 0.64 2.58 103.82首层Z14.74.4276.670001.51 0.57 1.37 Z24.74.42176.670001.51
21、 0.57 1.37 Z34.74.4278.8906.703.52 0.73 1.75 Z44.74.42178.8906.703.52 0.73 1.75 74.96四、横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算0.7 所以该框架为规则框架。1横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算(1)横向自振周期计算。按顶点位移法计算框架的自振周期。则横向框架顶点位移计算见表10。T=1.70.7=0.4364s(2)横向地震作用计算在类场地，8度二组地震区的结构特征周期、地震影响系数由于T=0.4264s1.4=1.40.4=0.56s，所以不考虑顶点附加地震作用。按底部剪力法求得其底部剪力，各层
22、横向地震作用及楼层地震剪力横向框架各层水平地震作用和地震剪力见图6由表12可见，最大层间弹性角位移发生在第1层，其值为1/5961/550，满足要求。2水平地震作用下框架内力计算。 以图1中19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。框架柱端剪力及弯矩分别按和 计算，其中取自表5，取自表6，层间剪力取自表11各柱反弯点高度比y按 确定，其中由倒三角形分布水平荷载下各层柱标准反弯点高度比表查得。该设计中底层柱不需考虑其它修正值。具体计算过程及结果见表13。注：表中M量纲为 V量纲为KN。梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按 计算。其中梁刚度取自表4， 具体计算过程见表14和表15。
23、注：1）柱轴力中的负号表示拉力，当左地震作用时，左侧两根柱为拉力，对应的右边两根柱为压力。 2）表中M单位为KN.m，V单位为KN，L单位为m。水平地震作用下框架的弯矩图、梁端剪力图及轴力图如图7所示。3、横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算i. 风荷载标准值。 风荷载标准值按计算。基本风压=0.3KN/，查规范的=0.8（迎风面）和=-0.5（背风面）。B类地区，H/B=16.8/16.4=1.024，查规范得=0.43；=0.4364s，=0.057由规范得=1.187则仍取图中19轴横向框架，其负载宽度为4.5m，则沿房屋高度的分布风荷载标准值为 根据各楼层标高处的高度由规范查取，代入
24、上式可得各楼层标高处的，见表16，沿房屋高度的分布见图8（a）。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。该设计房屋高度H=15.5m30m，且H/B=15.5/16.8=0.9231.5，但由表16可见，风振系数在1.2171.663，因此，该房屋应考虑风压脉动的影响。 框架结构分析时，应按静力等效原理将图8（a）的分布风荷载转化为节点集中荷载，如图8（b）所示。例如，第2层的集中荷载F2的计算过程如下：F2=（1.091+0.91+0.68+0.57）3.6 +（1.21-1.09）+（0.76-0.68） 3.6 +（1.09-0.
25、91）+（0.68-0.57）3.6=6.318KN. 风荷载作用下的水平位移验算。根据图8（b）所示的水平荷载，由式计算层间剪力Vi，然后依据表6求出19轴线框架的层间侧移刚度，再按式和计算各层的相对侧移和绝对侧移。计算结果见表17由表17可见，风荷载作用下框架的最大层间位移角为1/13098，远小于1/550，满足规范要求。. 荷载作用下框架结构内力计算。风荷载作用下框架结构内力计算过程与水平地震作用下的相同，此处从略。图1中19轴线横向框架在风荷载作用下的弯矩、梁端剪力及柱轴力见图9。 五.竖向荷载作用下框架结构的内力计算1横向架内力计算（1）计算单元。取19轴横向框架进行计算，计算单元
26、宽度为4.5m，如图10所示。由于房间布置有次梁，故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影线所示，计算单元范围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。由于纵向框架梁的中心线与柱的中心线不重合，因此在框架节点上还作用有集中力矩。（2）荷载计算。1）恒载计算。 在图10中，q1、q1代表横梁自重，为均布荷载形式。对于第4层 q1=4.375KN/m q1=3.125KN/m q2和q2分别为房间和走道板传给横梁的三角形荷载，由图11所示几何关系可得 q2=13.875KN/m q2=7.14KN/mP1、P2分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载，它包括
27、梁自重、楼板重和女儿墙等的重力荷载，计算如下：P1=4.53.65.95+(4.5+3.6) 4.59+4.53.28+4.55.4=172.63KNP2=(4.53.6+4.51.2) 5.95+(4.5+3.6+1.2) 4.59+4.53.28=185.97KN集中力矩M1=P1*e1=172.63(0.5-0.25)/2=21.58KN.mM1=P2*e2=185.97(0.5-0.25)/2=23.25KN.m 其它层q1包括梁自重和其上横墙自重，为均布荷载。其它荷载计算方法同四层结果见表182) 活荷载计算。活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图12所示： 对于第四层q2=2.25
28、0.5=1.125KN/m q2=1.20.5=0.6KN/m P1=4.53.60.5=8.1KNP2=(4.53.6+4.51.2) 0.5=10.8KNM1=P1*e1=8.10.125=1.013KN.mM2=P1*e2=10.80.125=1.35KN.m同理，在屋面雪荷载作用下q2=0.675KN/m q2=0.36KN/m P1=4.86KN P2=6.48KNM1=0.61KN.m M2=0.81KN.m其它层计算方法同第四层，结果见表19： 注：表中括号内的数值对应于屋面雪荷载作用的情况。（3）内力计算。1)恒载四层：MBA=MAB=1/12（q1+5/8q2）L2P3L/8
29、=1/12(4.375+8.672)7.2279.027.2/8=127.48KN.MMBC=1/12q1L2+5/96q2L2=1/123.1252.42+5/967.142.42=3.64KN.M一三层：MAB=MBA=144.58KN.M MBC=2.7KN.M2)活荷载四层：MAB=MBA=1/121.1257.225.47.2/8=9.72KN.MMAB（雪）=1/120.6757.223.247.2/8=5.83KN.mMBC=5/960.62.42=0.18KN.MMBC（雪）=5/960.362.42=0.11KN.M一三层：MAB=MBA=48.82KN.m MBC=0.9K
30、N.m采用弯矩二次分配法计算由于结构和荷载是对称的，计算时采用半框架弯矩计算过程如下：注：表中V以向上为正。2横向框架内力组合（1）结构抗震等级。结构的抗震等级可根据结构类型、抗震烈度、房屋高度等因素，由此表可知，本工程的框架为二级抗震等级。（2） 框架梁内力组合。本设计考虑了四种内力组合，即1.2SGK+0.91.4（SQK+SK），1.35SGK+1.0SQK及1.2SGE+1.3SEK。此外，对于本设计，1.2SGK+1.4 SK这种内力组合与考虑地震作用的组合相比较小，对于结构设计不起控制作用，故不予考虑。各层的内力组合与结果见表22-表28，表中SGK、SQK两列中的梁端弯矩为经过调
31、幅后的弯矩（调幅系数取0.8）. 活载作用下柱的弯矩、剪力及轴力汇总表 表22截面部位层次43211/S柱柱顶M ()9.2522.7822.7818.89N (KN)10.0384.09157.95231.62柱底M ()17.5817.5819.199.45N (KN)34.08108.14182.00255.67V (KN)7.4511.2111.666.03U柱柱顶M ()2.9614.112.849.6N (KN)12.93101.73190.73279.91柱底M ()14.4119.7421.634.8N (KN)36.98125.78214.77303.96V (KN)4.24
32、9.49.583.06注：活载作用下的柱顶轴力等于柱底轴力恒载作用下柱的弯矩、剪力及轴力汇总表 表23截面部位层次43211/S柱柱顶M ()86.3270.4770.4760.43N (KN)209.32475.61741.901007.6柱底M ()49.2349.2352.8030.22N (KN)234.09500.38766.671043.13V (KN)37.6533.2534.2419.29U柱柱顶M ()67.4933.5833.5824.24N (KN)230.74623.301015.861407.83柱底M ()70.2170.2178.1412.12N (KN)255.
33、56648.071040.631432.60V (KN)38.2528.8331.035.42框架梁内力组合表 表24层次截面内力1.35SGK+SQK1.2SGK+1.4SQK1.2SGK+1.26(SQK+SWK)内力组合取用值,M,V,V左风右风左震右震MVMVMV11/sM-91.10-30.461.20283.28-153.45-151.96-146.19-149.21180.50-371.8-371.8122.71180.50-13.50-371.8122.71V53.237.300.2765.4974.1073.2873.2873.41-13.50122.71ULM-110.5-
34、36.260.77188.2-185.4-183.36-179.26-177.32-299.367.77-299.3134.567.77-1.71-299.3134.50V64.718.910.2765.4996.2790.1389.2288.53134.50-1.71URM-28.60-11.240.83205.84-49.85-50.06-47.44-49.53169.90-231.49-231.4187.02169.90-169.79-231.49187.02V5.024.320.70171.511.1012.0710.5912.35-169.79187.02跨间边82.8632.911
35、44.77145.51145.51中-21.4-11.76-40.65-42.14-49.3221/SM-95.76-32.280.72205.04-161.56-160.10-154.68-156.4999.20-283.84-283.84111.8899.2010.07-183.84111.88V59.797.450.1748.9588.1782.1880.9281.3510.07111.88ULM-111.78-36.980.50147.42-187.88-185.91-181.36-180.10-260.9826.49-260.9116.7826.4914.97-260.98116.7
36、8V64.248.760.1748.9595.4889.3588.3487.91116.7814.97URM-28.76-10.940.54161.22-49.77-49.83-47.62-48.98126.38-188.00-188.00146.61126.38-132.82-188.00146.61V5.024.320.46134.311.10108910.8912.05-132.82146.61跨间边82.2132.06143.04143.54143.54中-19.85-9.78-36.58-37.51-37.5131/SM-95.76-32.280.40144.40-161.56-160.10-155.08-144.0440.04-241.5-241.596.3540.0425.75-241.596.35V59.797.610.1033.9488.3382.4079.6781.4625.7596.35ULM-111.78-35.840.30100.00-186.74-184.31-179.67-178.92-214.23-19.23-214.23101.10-214.23-101.10V64.24
