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1、本科毕业设计中学科艺综合楼建筑方案及结 构设计2015年6月本科毕业设计中学科艺综合楼建筑方案及结 构设计 学院(系)：建筑工程与力学学院专 业： 土木工程(房建) 学生 姓名： 学 号： 指导 教师： 答辩 日期： mm大学毕业设计(论文)任务书学院：建筑工程与力学学院 系级教学单位：土木工程系 学号0学生姓名专 业班 级级土木工程(房建)题目题目名称科艺综合楼建筑方案与结构设计题目性质1.理工类：工程设计 ( )；工程技术实验研究型( )；理论研究型( )；计算机软件型( )；综合型( )2.管理类( )；3.外语类( )；4.艺术类( )题目类型1.毕业设计( ) 2.论文( )题目来源
2、科研课题( ) 生产实际( )自选题目( ) 主要内容1. 结构方案的选择与结构布置；2. 构件截面初设计；3. 结构体系在竖向荷载和水平荷载作用下的内力分析；4. 结构侧移计算及截面验算；5. 梁，柱，楼面板的设计 ；6. 基础的设计；7. 节点连接设计；8. 简单的概预算；基本要求1）设计计算书一份，结构设计图纸不少于10张2号图纸；2)基础平面布置图及基础详图;3)标准层结构平面图（楼板）；4）屋顶结构平面；5）框架柱截面设计及节点详图6）框架梁截面设计及节点详图；7钢筋混凝土楼梯配筋。参考资料建筑结构荷载规范(GB 50009-2011)混凝土结构设计规范(GB 50010-2010)
3、建筑抗震设计规范(GB 50011-2010)建筑地基基础设计规范(GB50007-2012)全国统一建筑工程基础定额土木工程专业毕业设计指导周 次1-23-56-89-1112-131415-18应完成的内容准备毕业设计相关资料；初步建筑方案设计。构件选型荷载统计水平荷载下内力分析。竖向荷载下内力分析内力组合构件设计。楼梯的设计基础设计电算复核。计算机绘图整理计算书。毕业设计工程概预算。计算书与施工图修改打印、装订，准备答辩。指导教师： 职称：教授 年 月 日系级教学单位审批： 年 月 日摘要本设计主体为3层钢筋混凝土框架结构教学楼，总建筑面积约2400平方米。层高3.9米。基础采用独立基础
4、。在设计上，根据科艺综合楼的功能要求，综合抗震要求和设计要求，进行了建筑平面、立面及剖面设计，并且绘制了框架梁柱、板和基础配筋图及平面结构布置图。在选型布置上，采用简单的矩形和对称布置增强结构的抗震性能。结构设计过程中，楼盖设计和次梁设计均采用弹性理论方法。结构水平地震作用采用底部剪力法分析。框架结构水平荷载作用下的受力分析采用D值法。框架结构竖向荷载作用下的受力采用弯矩二次分配法进行分析。在结构计算上，首先完成恒荷载、活荷载和重力荷载统计，然后进行了横向水平地震荷载、风荷载的内力计算和竖向荷载作用下的内力计算，并在内力组合的基础上，完成了框架梁、柱的配筋计算。最后完成基础设计和配筋计算。在概
5、预算中，主要针对混凝土和模板用量对结构进行了工程造价，对工程量清单和河北省工程概预算定额等工程造价知识有了初步的认识和运用，掌握了工程造价的基本步骤。关键词:框架结构 内力计算 内力组合 截面设计 工程造价AbstractThe design of the main five-story reinforced concrete frame building with a total construction area of about 2400 square meters. Storey 3.9 meters. Basis using an independent foundation.In
6、the design, based on the functional requirements of building requirements, integrated design requirements and seismic requirements, architectural plan, elevation and section design, and rendering the frame beams, plates and foundation reinforcement planar structure diagram and layout. On the selecti
7、on of layout, using a simple rectangular and symmetrical arrangement to enhance the seismic performance of the structure.Structural design process, design and sub floor are made of elastic beam design theory. Structure using horizontal seismic base shear analysis. Frame horizontal load stress analys
8、is using the D-value method. Frame structures under vertical load of the force used Moment Distribution Method for analysis. In the structure calculation, first complete dead load, live load and gravity load statistics, then the lateral horizontal seismic load, wind load calculations and internal fo
9、rces under vertical load force calculation, and on the basis of a combination of forces, completed the frame beams and columns Reinforcement. Finally completed basic design and Reinforcement. In the budget estimate, the amount of template focuses on concrete and structure of the project cost and Heb
10、ei project budget and other fixed construction costs have a preliminary understanding ofkNowledge and use of project cost mastered the basic steps.Keywords:Frame structure internal force calculation internal force combination section design budget estimate目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 工程概况11.3
11、 设计资料11.4 主要结构材料21.5 设计内容21.6 设计方法21.7 设计依据2第2章 结构布置及计算简图的确定32.1 结构布置32.2 确定梁柱截面尺寸32.3 计算简图的确定4第3章 构件设计63.1 楼盖设计63.1.1 设计资料63.1.2 楼面荷载63.1.3 板型划分63.1.4 荷载分析73.1.5 楼面板配筋：93.2 屋盖设计103.2.1 屋盖荷载103.2.2 荷载分析113.2.3 屋面板配筋：133.3 次梁设计：143.3.1 设计资料：143.3.2 荷载分析：153.3.3 计算简图：153.3.4 正截面承载力计算：153.4 楼梯设计：163.4.
12、1 设计资料：163.4.2 荷载计算：163.4.3 截面设计：173.4.4 平台板设计：173.4.5 平台梁设计：18第4章 荷载统计204.1 重力荷载计算204.2 各层重力荷载代表值的计算：224.2.1屋面处重力荷载标准值计算224.2.2二层各楼面处重力荷载标准值234.2.3底层楼面处重力荷载标准值234.2.4屋顶雪荷载标准值234.2.5楼面活载计算234.2.6总重力荷载代表值23第5章 横向水平荷载作用下框架内力及侧移计算255.1 框架侧移刚度的计算255.1.1 横向框架侧移刚度计算255.1.2 柱的侧移刚度计算265.2 横向水平地震作用下框架内力及侧移计算
13、265.2.1 横向自振周期计算265.2.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算275.2.3 水平地震作用下位移及刚重比和剪重比验算285.2.4 水平地震作用下框架内力计算。285.3 横向水平风荷载作用下框架内力及侧移计算325.3.1 横向框架在风荷载作用下的计算简图325.3.2 风荷载作用下的水平位移验算345.3.3 风荷载作用下框架结构内力计算35第6章 竖向荷载作用下框架结构内力计算396.1 计算单元396.2 荷载计算406.2.1 恒荷载计算406.3 内力计算436.3.1 固端弯矩及内力计算436.3.2恒荷载内力计算446.3.3活荷载内力计算506.3.4横向框架
14、在重力荷载作用下的内力计算56第7章 框架结构内力组合587.1 一般规定587.1.1 梁端负弯矩调幅587.1.2 控制截面587.1.3 内力换算587.1.4 荷载效应组合的种类597.2 框架梁内力组合597.2.1 内力换算和梁端负弯矩调幅597.2.2 非抗震设计时的基本组合597.2.3 地震作用效应和其他荷载效应的基本组合597.2.4 荷载效应的标准组合597.3 框架柱内力组合667.3.1 控制截面的内力667.3.2 非抗震设计时的基本组合667.3.3 地震作用效应和其他荷载效应的基本组合667.3.4 荷载效应的标准组合66第8章 框架结构截面设计718.1 框架
15、梁非抗震截面设计718.1.1 框架梁正截面受弯承载能力计算718.1.2 框架梁斜截面受剪承载能力计算718.1.3 裂缝宽度验算718.2 框架梁抗震截面设计738.2.1 框架梁正截面受弯承载能力计算738.2.2 框架梁斜截面受剪承载能力计算748.3 框架柱非抗震截面设计768.3.1 框架柱正截面受弯承载能力计算768.3.2 框架柱斜截面受剪承载能力计算778.3.3 裂缝宽度验算778.4 框架柱抗震截面设计798.4.1 框架柱正截面受弯承载能力计算798.4.2 框架柱斜截面受剪承载能力计算83第9章 基础设计849.1 设计资料849.2 设计内力849.3 A柱基础设计
16、849.3.1 初步估计基础埋深849.3.2 按轴心受压构件初步估计基础底面积849.3.3 验算持力层地基承载力859.3.4 抗冲切验算859.4 B、C柱联合基础设计889.4.1 确定基础底面宽度889.4.2 验算持力层地基承载力889.4.3 计算基础梁内力889.4.4 梁板部分计算899.4.5 肋梁部分计算90第10章 工程造价92结论95致谢97附录1附录2第1章 绪论1.1 课题背景本课题为科艺综合楼建筑方案及结构设计，结构形式为多层钢筋混凝土框架结构，基础为柱下独立基础，为以实现大学期间各专业知识的综合应用。主要依据：结构力学、材料力学等力学基础，地基基础、砌体结构、
17、钢筋混凝土结构、结构抗震专业知识，毕业设计任务书，以及建筑结构荷载规范(GB50009-2012)和建筑抗震设计规范(GB50011-2010)等设计规范。通过本设计，了解常用结构设计规范及各常用设计图集的应用，熟悉建筑结构设计的步骤及过程，了解多层钢筋混凝土框架结构设计的特点及优点，熟悉钢筋混凝土框架结构中各构件的设计计算。1.2 工程概况本工程为科艺综合楼建筑方案及结构设计，该建筑主要为学生及老师配套服务项目，有舞蹈，音乐等教室。结构形式为钢筋混凝土框架结构，其中主体结构为三层，长度为37.2m，宽度为21m，高度为11.96m；设计使用年限为50年。1.3 设计资料1 工程地质条件：地下
18、水位高程为-12.00m，地下水无侵蚀作用 填土层：厚度约为0.5m; 粘土层：厚度约为25m; 轻质粘土层：厚度约为36m； 卵石层：厚度约为9m。2 基本风压：= 0.5kN/m2，地面粗糙程度为B类地区，常年主导风向为东北风，年最高温度为35 最低温度为-15 。3基本雪压：= 0.35kN/m2。4抗震设防烈度：7度，设计地震分组为第二组，设计基本地震加速度值0.10 g。1.4 主要结构材料1混凝土强度等级： C30。2钢筋：HPB300钢筋、HRB335钢筋、热轧钢HRB400钢筋。1.5 设计内容1. 结构方案的选择与结构布置；2. 构件截面初设计；3. 结构体系在竖向荷载和水平
19、荷载作用下的内力分析；4. 结构侧移计算及截面验算；5. 梁，柱，楼面板的设计 ；6. 基础的设计；7. 简单的概预算。1.6 设计方法毕业设计采用人工手算方法，关键环节采用了如下计算方法：1楼盖设计：弹性理论方法。2次梁设计：弹性理论方法。3结构自振周期：顶点位移法。4水平地震作用：底部剪力法。5框架结构竖向荷载作用下的受力分析：弯矩二次分配法。6框架结构水平荷载作用下的受力分析：D值法。1.7 设计依据1 建筑结构可靠度设计统一标准(GB50068-2010)2 建筑结构荷载规范(GB50009-2010)3 混凝土结构设计规范(GB50010-2010)4 建筑抗震设计规范(GB5001
20、1-2010)5 建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)6 混凝土结构施工平面图整体表示方法制图规则和构造详图7 岩土工程勘察报告第2章 结构布置及计算简图的确定2.1 结构布置根据该工程的使用功能及建筑设计的要求，进行了建筑平面、立面及剖面设计，主体结构共3层，层高3.9 m，填充墙外墙采用200 mm厚加气混凝土砌块墙，内墙采用200 mm厚加气混凝土砌块墙。门为钢门、窗为铝合金窗。楼盖和屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取100 mm厚，卫生间楼板厚度取100 mm厚。图2.1 标准层结构布置图2.2 确定梁柱截面尺寸纵框架梁：，取h=600 mm，b=300 mm。mm，
21、考虑到刚度突变，取mm，mm。横框架梁：h=(1/81/12)4500=300562mm取h=400mm，b=200 mm。次梁：h=400 mm，b=200 mm。柱截面： 边柱600 mm600 mm; 中柱 400 mm600 mm楼梯板厚度确定：走廊单向板2400/35=68.57,双向板3600/40=90 mm。板厚取120mm。梁截面尺寸及混凝土强度等级见表2-1，其混凝土设计强度：C30(=14.3 N/mm2，=1.43 N/mm2)。表2-1 梁截面尺寸及混凝土强度等级层次混凝土强度等级主梁次梁13C30300600200400200400柱截面尺寸的确定：柱截面高度可以取
22、(1/151/ 20)H,H 为层高；柱截面宽度可以取为b=(11/3)h。并按下述方法进行初步估算。1.框架柱承受竖向荷载为主时，可先按负荷面积估算出柱轴力，再按轴心受压柱验算。考虑到弯矩影响，适当将柱轴力乘以 1.2-1.4 的放大系数。2.对于有抗震设防要求的框架结构,为保证柱有足够的延性,需要限制柱的轴压比,柱截面面积应满足下列要求。3.框架柱截面高度不宜小于400mm,宽度不宜小于350mm。为避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比不宜大于4。选定柱截面尺寸为600mm600mm。2.3 计算简图的确定根据地质资料，求得地层层高为4.26 m。基础采用柱下独立基础。框架结构计算简图如
23、图2.1所示，取顶层柱的形心线作为框架的轴线，梁轴线取至板底，23层高度即为层高，取3.9m；底层柱高取4.26m。第3章 构件设计3.1 楼盖设计3.1.1 设计资料混凝土强度等级C30，受力钢筋为HRB335级钢筋，其它钢筋为HPB300级钢筋。3.1.2 楼面荷载大理石层面，30厚1:3干硬砼砂浆1.16kN/m120mm 钢筋混凝土0.1025=3kN/m10mm 石灰砂浆0.0217=0.17kN/m恒载共计4.33kN/m3.1.3 板型划分图3.1 第1-3层楼板平面图根据不同支撑情况，整个楼盖可分为a,b,c,d,e,f,g七种双向板3.1.4 荷载分析(1) =4.33kN/
24、m (2)活荷载标准值：2.0kN/m 走廊：2.5kN/m 其他：2.0kN/m (3)板的恒载设计值g=4.6kN/m 1. a号板：， P=g+q=8.1kN/m，q/2=1.75kN/m，单位板跨中弯矩：(0.0176+0.20.0176）6.64.5+(0.0513+0.20.0513)1.44.5 =4.57(0.0176+0.20.0176）6.64.5+(0.0513+0.20.0513)1.44.5 =4.570，-0.05138.24.5=-8.520，-0.05138.24.5=-8.522. b号板：， P=g+q=6.6kN/m，q/2=1.4kN/m(0.0227+
25、0.20.0168)6.64.5+(0.0603+0.20.0550)1.44.5=5.5(0.0168+0.20.0227)6.64.5+(0.0550+0.20.0603)1.44.5=4.76-0.068.24.5= -9.970，-0.05508.24.5=-9.143. c号板：， P=g+q=8.2kN/m， q/2=1.4kN/m,(0.0234+0.20.0234)6.64.5+(0.0234+0.20.234)1.44.5=5.5(0.0234+0.20.0234)6.64.5+(0.0234+0.20.234)1.44.5=5.5-0.06778.24.5=-11.25-0
26、.06778.24.5=-11.254. d号板：， P=g+q=8.1kN/m，q/2=1.75kN/m(0.0345+0.20.0095)6.353+(0.00095+0.20.0345)1.753=3.31(0.0095+0.20.0345)6.353+(0.0345+0.20.0095)1.753=1.51 -0.07668.13= -5.590，-0.05718.13=-4.175. e号板：， P=g+q=8.1kN/m，q/2=1.75kN/m,(0.0461+0.20.0151)6.353+(0.0151+0.20.0461)1.753=3.19(0.0151+0.20.046
27、1)6.353+(0.0461+0.20.0151)1.753=2.17-0.06778.24.5=-11.25-0.06778.24.5=-11.256. f号板：， P=g+q=10.54kN/m，q/2=1.75kN/m(0.0234+0.20.0234)8.955.6+(0.0234+0.20.0234)1.755.6=9.43(0.0234+0.20.0234)8.955.6+(0.0234+0.20.0234)1.755.6=9.43 -0.067710.55.6= -22.300，-0.067710.55.6= -22.307. e号板：， P=g+q=8.1kN/m，q/2=1
28、.75kN/m,(0.0368+0.20.0076)6.353+(0.0076+0.20.0368)1.753=2.43(0.0076+0.20.0368)6.353+(0.0461+0.20.0151)1.753=1.46-0.07968.13=-5.81-0.05728.13=-4.173.1.5 楼面板配筋双向板配筋：板保护层厚度取20mm，选用A8钢筋作为受力钢筋。短跨方向跨中截面的有效高度: 。长跨方向跨中截面的有效高度：。支座处=96mm。截面弯矩折减20%。计算配筋量时，取内力臂系数。配筋计算结果下见表3-1：表3-1 楼面板配筋表截面配筋实际跨中a号964.57167B8200
29、251884.57183B8200251b号965.50201B8200251884.76190B8200251c号961.513127B8200251763.497230B8200251d号975.50201B8200251(续表3-1)885.50219B8200251e号973.19116B8200251912.1784B8200251f号969.43345B8130387889.43375B8130387g号972.4388B8200251911.4657B8200251支座a号96-8.52311B812041996-8.52311B8120419b号96-9.97364B81204
30、1996-9.14334B8120419c号96-11.25411B812041996-11.25411B8120419d号97-5.59202B812041997-4.17151B8120419e号97-7.62276B812041997-5.67206B8120419f号96-22.30832B1213087096-22.30832B12130870g号97-5.81210B812041997-4.17151B8120419注：b=1000mm,=14.3kN/m,=270kN/m支座处，弯矩为零时按构造配筋。3.2 屋盖设计3.2.1 屋盖荷载 15厚水泥砂浆找平层0.3kN/m40mm
31、厚细石混凝土刚性防水 1.0kN/m三毡四油铺小石子柔性防水 0.4kN/m40厚水泥石灰焦渣砂浆找平0.56kN/m80厚矿渣水泥保温层1.16kN/m120厚现浇钢筋混凝土板3kN/m10mm厚混合砂浆抹灰 0.17kN/m共计 6.89kN/m 板型同楼盖板3.2.2 荷载分析=6.89,板活荷载标准值0.50,板的恒荷载设计值g=1.2,1.a号板：， P=g+q=8.96kN/m，q/2=0.35kN/m，单位板跨中弯矩：(0.0176+0.20.0176）8.614.5+(0.0513+0.20.0513)0.354.5 =5.62(0.0176+0.20.0176）8.614.5
32、+(0.0513+0.20.0513)0.354.5 =5.620，-0.05138.964.5=-12.580，-0.05138.964.5=-12.58 2.b号板：，P=g+q=8.96kN/m，q/2=0.35kN/m， (0.0227+0.20.0168)8.614.5+(0.0603+0.20.0550)0.354.5=7.63(0.0168+0.20.0227)8.614.5+(0.0550+0.20.0603)0.354.5=7.63 -0.0608.964.5= -10.860，-0.05508.964.5=-10.863.c号板：，P=g+q=8.96kN/m，q/2=0.
33、35kN/m，(0.0234+0.20.0234)8.614.5+(0.0234+0.20.234)0.354.5=6.61(0.0234+0.20.0234)8.614.5+(0.0234+0.20.234)0.354.5=6.61-0.06778.964.5=-12.36-0.06778.964.5=-12.364.d号板：，P=g+q=8.96kN/m，q/2=0.35kN/m，(0.0345+0.20.0095)8.613+(0.00095+0.20.0345)0.353=4.33(0.0095+0.20.0345)8.613+(0.0345+0.20.0095)0.353=1.97
34、-0.07668.963= -5.590，-0.05718.963=-4.175.e号板：，P=g+q=8.96kN/m，q/2=0.35kN/m，(0.0461+0.20.0151)8.613+(0.0151+0.20.0461)0.353=4.19(0.0151+0.20.0461)8.613+(0.0461+0.20.0151)0.353=2.17-0.06778.964.5=-11.98-0.06778.964.5=-11.986.f号板：，P=g+q=8.96kN/m，q/2=0.35kN/m，(0.0234+0.20.0234)8.615.6+(0.0234+0.20.0234)0
35、.355.6=9.86(0.0234+0.20.0234)8.615.6+(0.0234+0.20.0234)0.355.6=9.86 -0.06778.965.6= -18.300，-0.06778.965.6= -18.307.g号板：，P=g+q=8.96kN/m，q/2=0.35kN/m，(0.0368+0.20.0076)8.613+(0.0076+0.20.0368)0.353=3.43(0.0076+0.20.0368)8.613+(0.0461+0.20.0151)0.353=1.96-0.07968.963=-6.51-0.05728.963=-5.173.2.3 屋面板配筋
36、双向板配筋：板保护层厚度取 20mm，选用A8钢筋作为受力钢筋。短跨方向跨中截面有效高度。长跨方向跨中截面的有效高度：。支座处=96mm。截面弯矩折减20%。计算配筋量时，取内力臂系数。配筋计算结果下见表3-2：表3-2 屋面板配筋表截面配筋实际跨中a号965.62189B8200251885.62189B8200251b号967.63243B8200251(续表3-2)887.63243B8200251c号966.61201B8200251766.61201B8200251d号974.33169B8200251881.97138B8200251e号974.19160B8200251912.1
37、7108B8200251f号969.86381B8130387889.86381B8130387g号973.4388B8200251911.9695B8200251支座a号96-8.52311B812041996-8.52311B8120419b号96-9.97364B812041996-9.14334B8120419c号96-11.25418B812041996-11.25418B8120419d号97-5.59202B812041997-4.17151B8120419e号97-7.62281B812041997-5.67211B8120419f号96-22.30860B1213087096
38、-22.30860B12130870g号97-5.81210B812041997-4.17151B81204193.3 次梁设计：3.3.1 设计资料梁柱受力纵筋均采用HRB335钢筋，=300N/mm2，C30混凝土，次梁截面200mm400mm3.3.2 荷载分析楼面传来的永久荷载标准值 4.334.5=19.35kN/m 次梁自重 0.2(0.4-0.12)25=1.4kN/m次梁抹灰 0.01(0.4-0.12+0.2)217=0.162kN/m共计 =21.37kN/m活载 =24.5=9KN/m3.3.3 计算简图次梁在墙上支撑长度240mm，主梁截面300mm600mm，次梁截面
39、 200mm400mm计算跨度 =ln+a/2=4500-300/2=4350mm图3.3次梁的计算简图3.3.4 正截面承载力计算1/828.944.35=50.54跨中按 T 型截面计算，翼缘宽度=1/34.35=1450mmb+Sn=3000mm取 1450mm，h=400mm，=400-35=365mm1.014.31450120(365-120/2)=1275.9kNM148.16kNM，按第一类 T 型截面计算选配 2B20+2B25 =1410mm1410/(200400)=1.29%0.21%3.4 楼梯设计3.4.1 设计资料取1号楼梯进行计算，层高3.9m，踏步尺寸150mm300mm。采用C30混凝土。板采用HRB335级钢筋。楼梯均布活荷载标准值取板厚120mm，约为板斜长1/30。板倾斜角tan=150/300=0.5，cos=0.894，取1m宽板带计算。 图3.3 楼体结构平面布置图3.4.2 荷载计算恒荷载 水磨石面层 (0.3+0.15)0.
