土木工程毕业设计框架结构教学楼计算书.doc

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1、 毕业设计（论文）题 目 西安理工大学曲江校区11号教学楼设计专 业 土木工程专业 班 级 土木075 学 生 韦定 指导教师 田洁 副教授 2011 年系 土木工程 系 主 任 批准日期 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 土木工程 系 土木工程 专业 土木 班 学生 韦定 一、毕业设计(论文)课题 西安理工大学曲江校区11号教学楼设计 二、毕业设计(论文)工作自2011 年 2 月 28 日起至 2011 年 6 月 24 日止三、毕业设计(论文)进行地点 西安理工大学 四、毕业设计(论文)的内容要求 （一）建设内容： 本设计具有实际工程背景。批准建筑面积10000 m2，建筑层数主体六层

2、，钢筋混凝土框架结构，建筑防火分类为高层建筑二类，耐火等级为一级，耐久年限50年，抗震设防烈度为8度。 主要房间：三合班教室20间，每间100m2；五合班教室10间，每间150160m2；办公室1820间，每间4050m2；实验室68间，每间80100m2；计算机房10间，每间7080m2；教师休息室2间，每间6070m2；研究室（大）56间，每间120130m2；研究室（中）810间，每间7080m2；研究室（小）910间，每间4050m2；总值班室1间，每间810m2。会议室4间，每间7080m2。 建筑技术设计条件：1.气象 温度最冷月平均1.7，最热月平均27.3，夏季极端最高40.8

3、，冬季极端最低20.6；相对湿度最热月平均72；主导风向全年及夏季均为东北风，基本风压00.35kN/m2；年降雨量624.0mm，最大积雪深度220mm，基本雪压S00.2kN/m2；最大冻土深度0.45m。2.工程地质条件：场地土属级非自重湿陷性黄土场地，场地土类型为中软场地土，建筑场地为类场地土，自然地表下1米内为填土，填土下层5米厚黄土状土，,再下为3米厚砂质粘土，最下层为砾石层，地下水位为5.4米，各土层的地基承载力标准值如下：黄土状土fk100120kN/m2，砂质粘土fk220270kN/m2，砾石层fk300400kN/m2。 （二）设计内容及深度： 本设计仅要求完成0.000

4、以上部分。内容及深度见详细的任务书。 1、建筑设计部分 确定建筑设计方案。 完成部分建筑施工图设计。 规定绘制的图纸内容：总平面图，底层平面图，标准层平面图，12个剖面图、34个立面图，12处主要节点或部位的构造详图，门窗明细表，建筑用料说明表，建筑总说明。 图纸要求：用1号或1号加长图纸完成上述内容，各图均按建筑制图标准绘制。 写建筑设计说明书。 2、结构设计部分 确定结构设计方案和结构布置 根据建筑设计、结构承重及抗震方面的要求，以及场地地质条件、材料供应和施工技术等，对结构进行合理选型和布置，统一构件编号，确定各构件定位尺寸，绘制结构布置图。 结构内力计算与分析 内容包括确定框架的计算简

5、图、荷载计算、内力分析、内力组合。选取一榀横向框架进行结构截面配筋计算（手算），并采取相应的构造措施。 宜采用PKPM软件进行电算。 绘制结构施工图 包括结构标准层平面布置图，所选计算单元框架梁、柱配筋图等，结构设计总说明。 图纸要求：用1号或1号加长图纸完成上述内容，各图均按建筑结构制图标准绘制。 结构设计说明书和计算书 内容应包括：结构设计提纲，选用结构方案的理由和设计依据，结构计算书，电算部分说明等。 （三）查阅文献资料 应阅读三篇以上外文原文，并翻译至少一篇2000单词以上外文文献。 要求：1.在教师的指导下，应按进度要求独立完成上述任务书中所规定的全部内容和工作量。2.设计说明书和计

6、算书应包括目录、前言、正文、小结及参考文献等。要求计算正确，文理通顺，书写工整，装订成册。3.答辩前，将自己所作的全套毕业设计文件、成果（包括图纸及设计说明书和计算书等）送交指导教师和答辩委员会评阅，并预先准备好答辩提纲。 负责指导教师 指 导 教 师 接受设计论文任务开始执行日期 学生签名 前 言毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业理论知识的全面总结。 本毕业设计题目为西安理工大学曲江校区11号教学楼设计。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，并认真阅读了老师给的抗震规范

7、、荷载规范等规范。在毕业设计中期，我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。在设计期间，本组在校成员齐心协力、互帮互组，最后大家都圆满完成了各自的设计任务。在设计后期，主要进行设计手稿的电脑输入和施工图纸的绘制，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。 毕业设计的三个月里，在指导老师的帮助下，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，PKPM等绘图软件，以上所有这些从不同方

8、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，敬请各位评委老师批评指正。 二零一零年六月十日 摘要本毕业设计题目西安理工大学曲江校区11号教学楼设计，该教学楼的总建筑面积是11399.1平方米，共六层，建筑高度为23.4米。该建筑采用钢筋混凝土全现浇框架结构体系，建筑的耐久年限为50年。 本设计内容包括手算和电算两部分。其中手算部分中的计算书的主要内容为设计的总说明、构件尺寸的初步确定、框架的计算简图、荷载计算、框架横向侧移计算、框架在水平及竖向荷载作用下的内力计算分析和计算、内力组合、截面设

9、计及基础选型。其中计算水平地震力作用下时采用极限状态设计方法。由于此框架属于二级框架，有进行节点抗震设计，在梁柱截面设计时要采用“强柱弱梁”原则。图纸包括十二张，分别为图纸目录及结构设计总说明、各层平面图等。电算时，先用PMCAD软件进行结构平面布置，检查平面数据，输入荷载数据，形成PK文件，画结构平面图，然后使用PK进行框架计算；最后用SAT-8软件进行框架的空间结构计算，输出框架梁柱配筋梁。柱配筋图及内力计算结果。 在设计过程中采用了手算和电算两种方式，对计算结果进行校核，及时发现设计中的错误以及与电算中不同的部分，找出原因。关键词：框架结构，内力组合，截面设计，地震力Abstract T

10、his graduation projects topic is Qu Jiang Xian University of Technology Teaching Building11,this buildings total floor space probably is 11399.1 square meters, altogether six floors,and the height of building is 23.4 meters. This building uses the reinforced concrete entire cast-in-place portal fram

11、e construction system.The desirable use time is fifty years.This design including the hand calculate and computer calculate as well.And the hand calculate that in the part account books primary coverage for the design always showed that the component sizes preliminary determination, the frame calcul

12、ation diagram, the load computation, the frame horizontal move to the computation, the frame sidewise analyze and calculate, the endogenic force combination, the section design and the foundation shaping under the level and the vertical load function endogenic force computation. And under computatio

13、n horizontal seismic force function time uses the limiting condition design method. Because this frame belongs to the second-level frame, has carries on the node aseismic design, when beam column section design must use “strong column but weak bean” principle. The blueprint including eight, respecti

14、vely always explains, each horizontal plan be the blueprint table of contents and the structural design and so on. When the electricity calculates, uses the PMCAD software to carry on the structure plane layout first, the inspection plane data, the input load data, forms the PK document, draws the s

15、tructure horizontal plan, then uses PK to carry on the frame computation; Finally uses the SAT-8 software to carry on the frame the spatial structure computation, output frame beam column reinforcing bars Liang. Column reinforcing bars chart and endogenic force computed result. Used the hand in the

16、design process to calculate that with the electricity calculated two ways, carried on the examination to the computed result, discovered promptly in the design the mistake as well as with the electricity calculated the different part, discovered the reason.Key word: portal frame construction，endogen

17、ic force combination， section design， seismic force.目录摘要2目录4第一章 建筑设计6第1节 工程概况及设计依据61.1.1 工程概况61.1.2 建筑技术条件71.1.3 设计依据7第2节 总平面设计7第3节 平面设计8第4节 交通部分及防火设计91.4.1 交通部分92.4.2 防火防烟设计9第6节 剖面设计101.6.1 层数、层高的确定101.6.2 窗面积的确定111.6.3 室外高差的确定111.6.4 卫生间标底的确定11第7节 构造设计111.7.1 屋面做法111.7.2 楼面做法121.7.3 卫生间楼面做法121.7.4

18、 地面做法121.7.5 卫生间地面做法131.7.6 踢脚做法131.7.7 卫生间踢脚做法：13第二章 结构设计14第1节 设计依据14第2节 结构计算原理15第3节 配筋计算原理16第4节 结构计算程序17第5节 结构布置17第6节 板、梁、柱截面尺寸的初步确定192.6.1 楼盖及屋盖尺寸初步估算192.6.2 柱的截面尺寸初步估算20第3章 横向水平地震力计算22第1节 框架侧移刚度的计算223.1.1 梁、柱线刚度的计算223.2.2 侧移刚度计算23第2节 重力荷载代表值的计算253.2.1 荷载计算253.2.2 各层重力荷载代表值的计算28第3节 横向水平荷载作用下框架结构的

19、内力和侧移计算333.3.1 横向自振周期的计算333.3.2 水平地震作用及楼层地震剪力的计算343.3.3 水平地震作用下的位移验算363.3.4 水平地震作用下框架内力37第四章 竖向荷载作用下框架结构的内力计算42第1节 计算单元的选择确定42第2节 恒载作用下的内力计算44第3节 活载作用下柱的内力计算46第4节 恒荷载作用下梁的内力计算48第5节 活荷载作用下梁的内力计算49第6节 杆端弯矩分配系数的计算51第7节 竖向荷载作用下的内力计算52第8节 梁端剪力和柱轴力的计算59第五章 框架梁的内力组合60第六章 框架柱的内力组合68第1节 框架柱的内力组合68第2节 柱端弯矩设计值

20、的调整74第3节 柱端剪力组合和设计值的调整76第七章 截面设计78第1节 框架梁截面设计787.1.1 梁的最不利内力797.1.2 梁正截面受弯承载力计算797.1.3 梁斜截面受剪承载力计算87第2节 框架柱截面设计967.2.1 柱截面尺寸验算967.2.2 柱正截面承载力计算977.2.3 柱斜截面受剪承载力计算1067.2.4 框架柱抗震构造措施107第3节 框架梁柱节点核芯区截面抗震验算110第八章 框架结构电算114第1节 框架结构设计信息114第2节 位移输出文件129第3节 周期、地震力与振型输出文件132致谢147第一章 建筑设计第1节 工程概况及设计依据1.1.1 工程

21、概况 1.建设单位： 西安理工大学 2.建设地点： 陕西省 西安市 3.建筑使用年限： 50年 4.建筑防火分类： 二类 5.耐火等级： 二级 6.建筑抗震设防烈度： 8度 7.建筑结构类型： 框架 9.建筑面积： 11399.100 10.建筑层数： 六层 11.建筑高度： 23.4m12.设计标高：相对标高 0.000 ， 0.000相对于绝对标高值（黄海系）419.710m。1.1.2 建筑技术条件1.自然条件：基本风压0.35KN/2.基本雪压0.25/3.地面粗糙度B类，类场地，设防烈度8度、一组。4.地质概况：场地土属级非自重湿陷性黄土场地，场地天类型为中软土场地，建筑场地为类场地

22、土，自然地表1米一下为填土，填土下依次为5米厚黄土状土，3米厚砂质粘土，砾石层。 5.地下水位为-5.4米，建筑场地各土层的地基承载力为标准值如下：黄土状土=100200KN/；砂质粘土=220270KN/砾石层=300400KN/ 。1.1.3 设计依据1.混凝土结构设计规范GB50010-20022.建筑抗震设计规范GB50011-20013.建筑结构荷载规范GB50009-20014.建筑抗震设防分类标准GB50223-20085.建筑结构制图标准GB/T50105-20016.建筑采光设计标准GB50033-20017. 设计任务书第2节 总平面设计1. 建筑物与周围环境该建筑物位于西

23、安理工大学中心，北侧为一规划教学楼，西侧为一规划广场，南侧是学生宿舍和卫生所，东侧有一栋已建教学楼及一个花园。整体看来，场地比较宽松，建筑物与周围环境相融洽。2. 建筑朝向 本设计建筑物由三个部分组成，中部是主楼，两翼是副楼。朝向应考虑日照主导风向建筑场地地形，道路走向及周围环境等因素。本设计建筑物采取南北朝向。3. 出入口和交通路线 该建筑物的主要出入口位于建筑物主楼正中南北两侧，另外在该建筑物东西两侧均设有次要出入口，各出入口均易到达各主次要道路上。4. 防火间距及消防通道根据防火规范要求，级防火，民用建筑防火间距大于6m，本建筑物的东西南北距建筑红线的距离均可满足要求，且建筑周围设有消防

24、通道，其他防火要求以规范为标准。第3节平面设计3.1平面形式及柱网尺寸1根据建筑物场地的限制，结合建筑实用功能，一般选用规则、紧凑、易于功能设计的平面形式。综合考虑，本座建筑平面形式选用类似字型。但不利于抗震，故在主、副楼之间设一宽度为120mm的抗震缝，将建筑分为三个独立的结构规则的部分。其中主体部分的横向跨距为：4.2m、8.1m 、9.0m、8.1m、4.2m。副楼横向跨距为8.1m,3.0m，8.1 m;主楼副楼纵向跨距均为7.1m（具体见平面图）。2根据建筑物的功能、规模和场地条件及周围环境的限制，选取常用的内廊平面形式，即在走廊的两侧布置房间，这种形式结构紧凑，走廊内相对比例较小，

25、房间进深较大，外墙短，建筑耗能少，而且对结构内力分布比较合理。3.2功能分区及各层房间的布置对于本建筑，按楼层进行功能分区，即要求按房间的使用性质要求、顺序和相互关系布置。本建筑为教学实验楼，同时设有计算机机房、研究室和报告厅。主楼部分1层布置学术报告厅，2-6层布置五合班教室。两翼副楼层布置计算机机房，2层布置实验室，2-5层布置教室，6层布置研究室。第4节 交通部分及防火设计1.4.1交通部分本建筑为6层，总高23.4m。垂直交通设施设四部楼梯，两部副楼梯。两翼副楼各两部，由于采用了非上人屋面，楼梯只布置到第六层，总高19.5m。走廊是平面布置中的主要水平交通设施，人流量较大，采用3.0m

26、宽走廊。2.4.2防火防烟设计在平面设计中，应考虑到建筑火灾的特点：火势蔓延途径多、危害严重、人员不易疏散，易造成重大伤亡，高层建筑应实行防火分区。防火分区包括水平和竖向两个方面。1.水平防火分区水平防火分区是指用防火材料将面积大的高层建筑在水平方向隔成几个防火单元，对于本楼，可以采取每层作为一个防火单元。楼梯都按消防楼梯设置；靠楼内部设有较大的开洞，靠外部有自然的采光条件，采用适当的防火材料，设有过厅，防火门等。房间的防火，应满足相应要求。对于大于75的房间应设有两道门。有平面图上看出能满足相应的要求。离房间门最远点至们的距离小于15m，也能满足相应的消防要求。2.竖向防火防烟竖向防火区是指

27、楼上下分别用足够的耐火极限的楼板进行防火分隔。各个楼梯均布置到六楼，使用足够耐火登记的楼板进行竖向分隔，能满足竖向防火要求。各楼层均设有防火门，能满足防火防烟要求。第5节立面设计 立面设计原则：建筑物外部体型受各种不同使用功能的内部空间和物质技术条件的制约，它应正确反映内部空间组合的特点，如：建筑物体形的大小和高低，题型组合的简单和复杂，墙面，门窗的安排，大小形式等建筑空间组合的依据。在完成建筑功能的前提下，在立面上力求简单，立面无明显突变。本建筑立面简洁明快，规整合理。整个立面外观简洁、大方。第6节 剖面设计剖面设计主要是根据建筑物的用途、规模环境条件、使用要求，解决建筑物的高度方向布置问题

28、，从而进行建筑空间组合。1.6.1层数、层高的确定根据各层的使用要求和特点，层高应满足室内净高的要求，其确定的主要依据为使用要求采光通风要求、卫生要求、设备要求及室内空间比例要求。本设计中，为避免层错层的出现，结合教室净高的要求，均采用3.6m的层高，建筑总高度为23.4m.1.6.2窗面积的确定为满足室内的自然采光，规范中规定教室的窗地比不能小于1/7，在本设计中大多数窗户采用较宽的三联窗，其他窗户详见门窗明细栏，窗台高为1.0m。1.6.3室外高差的确定为防止室外雨水流入室内，防止建筑物沉降而引起室内地坪标高过低，同时为了增加建筑的美观和立面效果应设置一定的高度差。本设计在建筑物东西两边的

29、室内外高差为450mm。 1.6.4卫生间标底的确定为防止卫生间的水进入其他房间，讲卫生间的地面低于楼层20mm，以防积水外渗。第7节构造设计1.7.1 屋面做法 40厚C20细石混凝土保护层 1.5厚合成高分子防水卷材一道 2厚合成高分子防水涂膜一道 25厚1:3水泥砂浆找平层 1:6水泥焦渣找坡 100厚现浇钢筋混凝土板 20mm厚板底抹灰层 1.7.2 楼面做法10厚1：2水泥石子磨光5厚1:2.5水泥砂浆粘结层 20厚1:3干硬性水泥砂浆找平层 100厚现浇钢筋混凝土板 20mm厚板底抹灰层 1.7.3 卫生间楼面做法10厚1：2水泥石子磨光素水泥浆结合层一道18厚水泥砂浆找平 2厚氯

30、丁沥青防水涂料，四周沿墙上翻150高刷基层处理剂一道15厚1：2水泥砂浆找平100厚现浇钢筋混凝土板 15mm厚板底抹灰层 1.7.4 地面做法 10厚1：2水泥石子磨光 5厚水泥砂浆粘结层一道 20厚水泥沙浆找平层 素水泥浆结合层一道 60厚C15混凝土垫层 150厚3:7灰土 素土夯实1.7.5 卫生间地面做法10厚1：2水泥石子磨光素水泥浆结合层一道18厚1：3水泥砂浆找平层素水泥浆结合层一道1.5厚合成高分子涂膜防水层四周翻起150高60厚C20细石混凝土找坡 垫层 素土夯实1.7.6 踢脚做法贴15厚预制磨石踢脚8厚1：3水泥砂浆12厚1：2水泥砂浆打底，扫毛或划出纹道1.7.7 卫

31、生间踢脚做法： 贴15厚预制磨石踢脚5厚1：3水泥细砂浆结合层 1.5厚水泥聚合物涂膜防水层 6厚1：0.5：2.5水泥石灰膏砂浆压实抹平 8厚1：1：6水泥石灰膏砂浆打底扫毛 刷界面剂一道（刷前墙面用清水润湿）第二章 结构设计第1节 设计依据1. 主要设计依据（1） 国家标准 建筑结构荷载规范（GB 500092001）（2） 国家标准 建筑抗震设计规范（GB 500092010）（3） 国家标准 建筑工程抗震设防分类标准（GB 502232004）（4） 国家标准 混凝土结构设计规范（GB 500102002）（5） 国家行业标准 高层建筑混凝土技术规程（JGJ 32002）（6） 国家建

32、筑标准设计图集 建筑物抗震构造详图（03G3291）2. 结构类型、结构安全等级、设计使用年限技技术指标技术条件结构类型框架结构结构安全等级二级设计使用年限503. 湿陷性黄土地基的湿陷类型、湿陷等级、建筑物分类技技术指标技术条件湿陷性黄土地基的湿陷类型自重湿陷等级2级建筑物分类乙类4. 基本风压、基本雪压、楼面和屋面活荷载的取值（1） 风荷载、雪荷载 荷载类型取值（kN/m2）基本风压0.35基本雪压0.25（2） 楼面和屋面活荷载的取值荷载类型取值（kN/m2）房间2.0卫生间2.5走廊、楼梯3.5不上人屋面0.5未注明者均参照建筑结构荷载规范（GB50009-2001）有关条款执行5.

33、混凝土的材料混凝土强度等级 梁、板 1 层：C35 fc =16.7 kN/m2 ft=1.57 kN/m2 26 层：C30 fc =14.3 kN/m2 ft=1.43 kN/m2 柱 1 层：C35 fc =16.7 kN/m2 ft=1.57 kN/m2 26 层：C30 fc =14.3 kN/m2 ft=1.43 kN/m2 6.钢筋 受力纵筋用： HRB400级钢筋（fy=360N/mm2） 箍筋或构造钢筋用： HPB235级钢筋（fy=210N/mm2）7.混凝土结构构件纵筋、箍筋等的保护层厚度梁纵筋、箍筋的保护层厚度：35mm柱纵筋、箍筋的保护层厚度：30mm8.混凝土结构钢

34、筋的连接要求：采用螺丝套筒连接第2节 结构计算原理1. 地震作用本工程设防类别为丙类建筑，建筑场地类别为二类，抗震烈度8度，框架抗震等级为二级。一般情况下建筑结构的两个主轴方向都要考虑地震作用并进行抗震验算，本设计值考虑短轴方向的水平地震作用，该地震作用由短轴方向的抗侧力框架结构承担。框架结构地震作用的计算采用底部剪力法；结构的基本自震周期采用顶点位移法计算；水平荷载作用下框架结构的内力和位移计算采用D值法。2. 竖向荷载作用（恒载及活载）在计算单元范围内的纵向框架梁的自重、纵向墙体的自重以及纵向女儿墙的自重以集中力的形式作用在各节点上。竖向荷载作用下框架的内力采用弯矩二次分配法计算。梁端和柱

35、端弯矩计算之后，梁端剪力可根据梁上竖向荷载引起的剪力和梁端弯矩引起的剪力相叠加而得到；柱轴力可由梁端剪力和节点集中荷载叠加得到。3. 控制截面及其内力不利组合对框架梁，选梁的两端截面和跨中截面作为控制截面；对框架柱，选柱的上、下端截面作为控制截面。根据结构类型、地震设防烈度、房屋高度等因素，由抗震规范确定该框架结构抗震等级为二级。因建筑高度在60m以下，设防烈度低于9度，可不考虑风荷载。内力组合：根据结构规范和抗震规范考虑三种内力组合形式：（A）1.2SGk1.4SQk（B）RE1.2(SGk+0.5SQk)+1.3SEk)(C) 1.35SGE+SQk4. 多遇地震作用下层间弹性位移验算多遇

36、地震作用下，框架结构层间弹性位移要满足下式要求：ueeh。ue：多遇地震作用下标准值产生的楼层内最大的弹性层间位移。e：弹性层间位移角限值，钢筋混凝土框架结构取1/550。第3节 配筋计算原理由于本工程按8度设防区设计，因此进行了抗震设计。其设计原则是：“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”。1. 框架梁的截面设计：包括正截面受弯承载力计算和斜截面受剪承载力计算，依据计算结果选用相应的纵向钢筋和箍筋。2. 框架柱的截面设计：包括正截面承载力计算和斜截面受剪承载力计算，依据计算结果选用相应的纵向钢筋和箍筋。3. 框架节点核芯区截面抗震验算按照“强节点”的原则，防止梁柱破坏之前出现节点核芯区的破坏，

37、必须保证节点核芯区的受剪承载力和配置足够数量的箍筋。本设计中二级框架的节点核芯区应进行截面抗震验算。4. 框架结构抗震构造措施按有关规定实行。第4节 结构计算程序采用PKPM2005对结构做整体分析，进行结构电算。第5节 结构布置工程主体结构共6层，层高3.9m，总高度为23.4m。采用混凝土框架结构。为了使刚度均匀对称分布，减小偏心和扭转，建筑平面布置成规则的长方形。柱网横向采用内廊式布置，边跨跨度为8.1m，中间跨跨度为3m。纵向跨度7.2m。详细柱网布置见图3.4.1。依据柱网的布置情况，楼板除走廊部分以外均是双向板，走廊部分为单向板。楼板采用现浇板，厚度初步取120mm。该工程采用全现浇体系，一层混凝土强度等级为C35,以上各层均为C30。结构平