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1、毕业设计 题 目 威海分校管理学院教学楼设计 学 院 土木建筑学院 专 业 土木工程 班 级 土木0701班 学 生 学 号 20070605146 指导教师 二一一 年 五月 三十日 摘 要本次设计是威海分校管理学院教学楼设计,教学楼共有六层，层高均为3.9m，建筑总面积为8359.32m2, 建筑总高度为24.3m。本建筑物设计为一字形，采用现浇钢筋混凝土框架结构，按规定抗震等级为三级，抗震设防烈度为7度。结构设计时取一榀典型框架，按荷载统计、内力计算和截面设计顺序进行设计，水平地震作用采用底部剪力法计算荷载值，活荷载按三种不利布置分别计算内力，风荷载和水平地震作用采用D值法进行内力计算。
2、内力组合考虑非抗震组合和抗震组合并按“强柱弱梁”、 “强剪弱弯”的抗震原则进行内力调整，此外还进行了楼板和楼梯的设计以及一品框架的电算设计，最终完成结构计算书一份、建筑施工图一份、结构施工图一份。 关键词： 框架结构;结构设计;抗震设计;内力组合;截面设计ABSTRACTThis design is a teaching building design for the school of Management of the branch campus of Weihai.The cstuction has six storeys with 3.9 meters a storey, the to
3、tal construction area of 8359.32 m2 and a total height of 24.3 m and . This building design adopt cast-in-place reinforced concrete frame structure with the seismic grade of level 3 and the seismic fortification intensity of 7 degrees. The design processed by taking a typical frame and carried on ac
4、cording to load typical statistical, internal force calculation and cross-section design order. Adoping the bottom shear method to calculate the load value of the horizontal earthquake effect. Calculation the internal forces according to three kinds of adverse live load respectively. Tnternal forces
5、 of the wind load and the horizontal seismic effect calculated adopting D value method. Carring on the internal force combination by considering the seismic combination and without considering the seismic combination and adjusting the internal force by the principles of strong column and weak beaman
6、d strong shear capacity and weak bending capacity . Furthermore, designing the floor and stair and computing the framework design. Finally complete structure calculations, building construction drawing, and structure construction drawing.Key words：frame construction；structural design；aseismatic desi
7、gn；internal force combination; section design目 录摘 要IABSTRACTII目 录III1威海分校教学楼建筑设计说明11.1 工程概况11.1.1 工程名称11.2.1 建筑规模11.4.1 自然条件11.2设计意图11.3 建筑设计说明11.3.1 平面设计11.3.2立面设计21.3.3剖面设计21.3.4屋面设计21.3.5门窗设计21.3.6墙体材料21.3.7建筑做法22威海分校教学楼结构设计说明书42.1 工程概况42.2 设计依据42.3 上部结构43结构计算书53.1 基本设计资料53.2 建筑结构选型53.2.2 结构选型：53
8、.2.2 其他结构选型53.3结构布置及结构计算简图的确定53.3.1结构平面布置53.3.2计算简图63.3.3梁、柱的截面尺寸63.3.4梁柱线刚度及其相对线刚度计算83.4 荷载标准值计算103.4.1恒荷载标准值Gk 的计算103.4.2 活荷载标准值 Qk的计算133.4.3 风何载标准值的计算153.4.4 地震荷载标准值的计算163.4.5 水平荷载作用下的变形验算193.5 楼板及屋面板计算213.6 内力计算 (荷载值均取荷载标准值)233.6.1 恒荷载作用下的内力计算233.6.2 活荷载作用下的内力计算293.6.3 风荷载作用下的内力计算463.6.4 地震作用作用下
9、的内力计算503.7框架梁、柱内力组合543.7.1 内力组合原则543.7.2 框架梁的内力组合543.7.3 框架柱的内力组合613.8内力调整673.8.1按强柱弱梁进行内力调整673.8.2框架柱端、梁端剪力进行调整683.9 框架梁、柱截面配筋计算703.9.1 框架梁截面设计703.9.2 框架柱的截面设计：813.10 主要楼梯设计893.10.1荷载和受力计算893.10.2各跑荷载及内力计算及示意图893.10.3配筋面积计算903.10.3配筋结果903.11 辅助楼梯设计923.11.1.楼梯梯段斜板的设计923.11.2楼梯平台板的设计933.11.3 楼梯平台梁的设计
10、94参 考 文 献96致 谢971威海分校教学楼建筑设计说明1.1 工程概况1.1.1 工程名称威海分校教学楼1.2.1 建筑规模六层教学楼，建筑面积8359.32m2、层高3.9m，总高度24.3m，总长度780.27m，总宽度17.6m;1.3.1 自然条件（1）气温：采暖室外空气计算温度-10，夏季通风室外空气计算温度32； （2）基本风压：0.65KN/m2；（3）基本雪压：0.45 KN/m2；（4）地震作用：7度设防，类场地，第一组设计分组；（5）地质情况：教学楼所在建筑场地土层分布有明显的规律性，从上至下依次为杂填土；黄土，中等压缩性，厚度较大；古土壤，中等压缩；粉质粘土，中等偏
11、低压缩性。黄土层地基承载力标准值fk=180kPa ；（6）冻土深度：0.9m； （7）地下水位：地下水属于潜水类型，在勘察期间的稳定水位深8.59.02m，地下水对混凝土没有腐蚀性；（8）荷载信息：上人屋面活荷载标准值为2.0KN/m2,楼面活荷载标准值为2.0KN/m2,走廊、楼梯处活荷载标准值为2.5 KN/m2；（9）墙体材料：蒸压粉煤灰加气混凝土砌块；（10）水、电、暖、通讯管线已通到场地，留有接口。1.2设计意图按照混凝土结构设计规范规定及设计任务书的要求，本着施工机械化、施工方便的原则，采用长方形柱网布置，柱网尺寸为6 m7.2m，6m2.7m，5.4m7.2m，3.6m7.2m
12、，四种开间进深。1.3 建筑设计说明 1.3.1 平面设计（1）房间布置：沿纵横向房间对称布置；（2）楼梯情况：根据规范，耐火等级为三级的建筑，本建筑设三部楼梯，中间楼梯为双分式楼梯，踏步尺寸为：150mm270mm，两侧的楼梯为双跑式楼梯，踏步尺寸为150mm270mm，位于两个外部出口或楼梯之间的房间至外部出口或封闭楼梯间的最大距离为27.05m。(3)厕所：最远的房间距最近厕所的距离为26.5m，小于规范规定50m，满足使用要求；(4) 采光：房间的窗地比大于1/5，均满足采光需要；1.3.2立面设计 建筑立面采用竖向线条以柱另外分割来凸显洁净整齐感觉，门窗居中设置，整齐统一，增强美感。
13、1.3.3剖面设计（1）窗台高度：楼梯窗台高2.3m，厕所窗台高1.5m，其余房间窗台及走廊窗台高均为0.9m； （2）采光通风情况：按规范规定的窗地比设置窗户尺寸，主要房间外墙窗子的尺寸为3000mm2400mm，走廊内墙设高窗，采光通风满足要求；（3）主要构件尺寸：横向框架承重，框架边跨梁截面尺寸为：300mm700mm，中跨梁截面尺寸为：300mm500mm,纵向连系梁截面尺寸为：300mm600mm，柱的截面尺寸为500mm500mm。1.3.4屋面设计（1）屋面排水：采用有组织排水，排水坡度为2%，防水材料采用4厚高分子防水卷材。（2）保温隔热：保温层采用100厚聚苯保温板。1.3.
14、5门窗设计（1）门：大厅门口及底层走廊尽头均采用玻璃门，其余房间采用普通木门。（2）窗：均采用定制铝合金推拉窗。1.3.6墙体材料 全部采用粉煤灰加气混凝土砌块填充墙，外墙厚度为300mm，内墙厚度为200mm。1.3.7建筑做法本设计建筑物的散水、楼地面、内外墙做法均按山东省建筑标准设计图集建筑工程做法中规定的做法进行（1）散水做法：宽600mm,流水坡2，选用 散1即细石混凝土散水做法；（2）地面做法：卫生间防水地面，选用地15即地面砖防水地面做法； 普通地面，选用地15即地面砖地面做法 （3）楼面做法：卫生间防水楼面，选用楼17即地面砖防水楼面做法；普通楼面，选用楼15即地面砖楼面做法（
15、4）内墙做法，选用内墙12即粉刷石膏罩面内墙做法； （5）外墙做法，选用外墙14即面砖外墙做法；（6）屋面做法：选用屋面16即细石混凝土刚性防水平屋面；（7）其它做法：所有墙体均采用蒸压粉煤灰加气混凝土砌块，外墙厚度300mm，内墙厚度200mm，落水管采用200mm直径PVC雨水管。2威海分校教学楼结构设计说明书本次教学楼建筑总面积8359.32m2，一字型现浇钢筋混凝土框架结构，7度抗震设防，共六层，每层设置一部双份式主楼梯和两部双跑式的辅助楼梯，设男女卫生间各两个。设计的主要内容有荷载统计、内力计算和截面设计，计算中水平荷载作用下的框架内力计算采用D值法，恒荷载和活荷载内力采用弯矩二次分
16、配法计算。2.1 工程概况1 工程是六层教学楼，各层层高均为3.9m。 2 工程采用现浇钢筋混凝土框架结构，上人屋面屋面。3 工程抗震设防烈度为7度，三级抗震，第一组设计分组。 2.2 设计依据1黄土层地基承载力标准值fk=180kPa。2 设计依据的相关规范建筑结构荷载规范 GB 500092001建筑抗震设计规范 GB 500112010混凝土结构设计规范 GB 5001020022.3 上部结构1 当填充墙长度大于5m或者高度大于4m时，要按分别设置构造柱和水平梁。构造柱和水平梁配筋及截面见图纸。构造柱上下各1100mm，范围内箍筋加密为6100。2 柱上部有女儿墙均上升至女儿墙顶，截面
17、不变，配筋变为412。3混凝土构件保护层：板-20mm，梁-35mm，柱-40mm。3结构计算书3.1 基本设计资料1 设计地点，山东省威海市；2 采暖室外空气计算温度-10,夏季通风室外空气计算温度32；3 场地情况：自然地坪标高500.03mm，地下水位属潜水类型，勘察期间稳定水位8.5m9.02m，地下水对混凝土无腐蚀性，场地土层分布有明显的规律性，从上至下依次为杂填土；黄土，中等压缩土，厚度较大；古土壤，中等压缩；粉质粘土，中等偏低压缩性。黄土层建议地基承载力标准值为fk=180kPa4 基本雪压：0.45KN/m2;5 基本风压：0.65KN/m2;6 最大冻土深度：0.9m；7 地
18、下水位：地表以下10m。3.2 建筑结构选型3.2.2 结构选型：采用钢筋混凝土现浇框架结构体系。由于该建筑物的开间和跨度都比较大，且建筑物处于7度抗震设防区，所以主体结构选用框架结构。3.2.2 其他结构选型（1）楼板、屋面板结构：采用现浇混凝土板结构，屋面按上人屋面设计，荷载值按规范取用。（2）楼梯：选用钢筋混凝土板式楼梯。（3）过梁：以连系梁兼做门窗过梁为主3.3结构布置及结构计算简图的确定3.3.1结构平面布置柱距以6m为主，跨度边跨7.2m，中跨2.7m，具体平面布置图如下：图3.1 结构平面布置图3.3.2计算简图框架柱嵌固在基础得顶面，梁和柱刚性连接。由于各层柱的截面尺寸保持不变
19、，所以梁得跨度为柱截面形心之间的距离。底层框架柱高度应从基础顶面算至二层楼面；由于基础埋置深度未定，本设计按东土深度取基础顶面至室外地坪高度为0.90m，室内外高差设计为0.45m，所以底层框架柱高度为5.25m。其余各层框架柱高度均取为层高，即为3.90m。框架的计算简图如图3.2所示。3.3.3梁、柱的截面尺寸框架结构为超静定结构，需要预先估算梁、柱的截面尺寸，并确定结构所采用建筑材料的强度等级之后，再进行内力计算。具体取值如下:混凝土强度等级：30(fc=14.3N/mm2,ft=1.43N/mm2,Es=2.0105N/mm2)框架梁的截面尺寸为：边跨框架梁：中跨框架梁： 。图3.2
20、框架结构计算简图连系梁：主要考虑连系梁兼做窗过梁，确定梁高为600mm，外纵墙厚设计为300mm，确定梁宽为300mm，即：bh=300 mm600mm。框架柱：底层柱的柱高H=5250mm, 由于为现浇楼盖，则其计算长度为,其他层柱的柱高H=3900mm，计算高度则 ，3.3.4梁柱线刚度及其相对线刚度计算在计算框架梁截面惯性矩I时，应考虑到楼板的影响，对于本次设计，由于采用的是现浇混凝土楼盖，所以边跨梁的截面惯性矩I扩大为原来的1.5倍，中跨梁的截面惯性矩I扩大为原来的2.0倍，具体计算如下：框架梁、柱刚度计算：边跨框架梁：中跨框架梁：中间层框架柱：底层框架柱：各个框架梁、柱的线刚度如下图
21、所示：图3 .3 框架梁、柱的相对线刚度3.4 荷载标准值计算3.4.1恒荷载标准值Gk 的计算参照建筑结构荷载规范的相关规定进行取值。1.屋面框架线荷载的标准值计算按荷载规范，屋面荷载统计情况见下表：表3.1 屋面荷载统计屋面做法容重(KN/m3)重量KN(m2)板底20厚粉刷抹平170.35120mm厚钢筋混凝土楼板253.080厚1:6水泥焦渣找坡 151.220厚1:3水泥砂浆找平层200.420厚1:3水泥砂浆找平层200.4100厚聚苯保温板 40.44厚高分子防水卷材 120.0525厚1:4水泥砂浆结合层200.5地砖 200.2屋面恒载的标准值6.50 框架梁自重： 边跨框架
22、梁：0.3 （0.7-0.12）25 = 4.35KN/m 中跨框架梁：0.3（0.5-0.12）25 = 2.85KN/m粉刷层自重： 边跨框架梁：0.02 （0.7-0.12）217 = 0.39 KN/m 中跨框架梁：0.02（0.5-0.12）217 = 0.26 KN/m作用在顶层框架梁上的线荷载计算：边跨框架梁、中跨框架梁的自重产生的线荷载为：g6边 = 4.35+0.39 = 4.74 KN/m中跨框架梁的自重产生的线荷载为：g6中 = 2.85+0.26= 3.11KN/m由屋面板传给框架梁的均布线荷载为：g62= 6.56.0= 39 KN/m2.楼面框架梁线荷载的标准值计算
23、楼面荷载统计情况如下表所示：表3.2 楼面荷载统计楼面做法容重(KN/m3)重量KN(m2)板底20厚粉刷抹平170.34120厚钢筋混凝土楼板253.020厚1:3水泥砂浆找平层200.420厚1:4水泥砂浆结合层200.410厚铺地砖面层200.2楼面恒载标准值4.34框架梁的自重：边跨框架梁：0.3 （0.7-0.12）25 = 4.35 KN/m中跨框架梁：0.3（0.5-0.12）25 = 2.85 KN/m粉刷层的自重：边跨框架梁：0.02 （0.7-0.12）217 = 0.39 KN/m中跨框架梁：0.02（0.5-0.12）217 = 0.26KN/m 填充墙的自重：边跨框架
24、梁：0中跨框架梁：0作用在中间层框架梁上的线荷载计算：边跨框架梁、墙体自重产生的线荷载为：g边 = 4.35+0.39+0 = 4.74KN/m中跨框架梁、墙体自重产生的线荷载为：g中 = 2.85+0.26+0 = 3.11 KN/m由楼面板传给框架梁的均布线荷载为：g2 = 4.346= 26.04 KN/m3.屋面框架节点处集中荷载标准值计算：边柱连系梁的自重： 0.30.6625 = 27KN边柱粉刷层的自重：0.02（0.60.12）2617 = 1.96 KN女儿墙体的自重（高900 mm，240厚）：0.240.9619 = 24.62 KN女儿墙粉刷层的自重：0.020.926
25、17 = 3.67KN屋面连系梁传来的自重：1/261/266.5 = 58.5 KN 顶层边节点集中荷载值：G6A = G6D = 115.76 KN中柱连系梁的自重：0.30.6625 = 27 KN 中柱连系梁粉刷层的自重：0.02（0.60.12）2617 = 1.96KN 连系梁传来的屋面自重：1/261/266.5+1/2(3.3+6)1.356.5 = 99.30 KN 顶层中间节点集中荷载值 G6B = G6C = 128.26KN4.楼面框架节点处集中荷载标准值计算：边柱连系梁的自重： 0.30.6625 = 27 KN边柱粉刷层的自重：0.02（0.60.12）2617 =
26、 1.96 KN铝合金窗的自重：32.40.45 = 3.24KN窗下墙体的自重：（60.5）0.30.95.5 = 8.18 KN窗间墙体的自重：0.32.4（630.5）5.5 =9.90KN墙体粉刷层的总重：0.02（60.5）0.9 + 0.02（630.5）2.4 217 = 7.45 KN框架柱的自重：0.50.53.925 = 24.38KN框架柱粉刷层的自重：0.023.90.52 + （0.50.3）2 17 = 1.86KN连系梁传来的楼面自重：1/261/264.34 = 39.06 KN 中间层边跨节点集中荷载值 GA = GD = 123.03 KN中柱连系梁的自重：
27、0.30.6625 = 27 KN中柱连系梁粉刷层的自重：0.02（0.60.12）2617 = 1.96KN内纵墙传来的自重（包括门,窗）：（60.5）（3.90.6）1.51.51.82.1 0.247+1.82.10.2+1.51.50.45 = 22.13KN内墙粉刷的自重（扣除门,窗）：0.02（60.5）（3.90.6）1.82.11.5 1.5 217 = 8.24 KN框架柱的自重：0.50.53.925 = 24.38 KN框架柱粉刷层的自重：0.023.91 + （0.50.24）3 17 = 2.02KN连系梁传来楼面的自重：1/261/26+1/2(3.3+6)1.35
28、 4.34 = 66.30KN 中间层中跨节点集中荷载值 GB = GC= 152.04 KN 恒荷载作用下的框架结构计算简图如图3.4所示图3 .4 结构恒荷载3.4.2 活荷载标准值 Qk的计算屋面为上人屋面，按荷载规范取活荷载的标准值为2.0 KN/m2。雪荷载的标准值为0.45 KN/m2，两者不同时考虑，取其中较大值2.0KN/m2，楼面活荷载的标准值取2.0 KN/m2，走廊活荷载的标准值取2.5 KN/m2。活荷载具体计算结果如下：顶层活载的标准值： q6边 = q6中 =2.06= 12 KN/m中间层边跨活载的标准值：q边 = 2.06 = 12KN/m中间层中跨活载的标准值
29、：q中 = 2.56= 15 KN/m集中荷载标准值：顶层集中荷载的标准值： P6边 = 1/2 61/262.0= 18 KNP6中 = （1/261/26+ 1/29.31.35）2.0 = 30.56KN中间层集中荷载的标准值：P边 = 1/261/262.0 = 18 KNP中 = 1/261/262.0 + 1/29.31.352.5 = 23.69KN活荷载作用下的计算简图如图3.5所示：图3.5结构活荷载3.4.3 风何载标准值的计算按照规范规定，风荷载标准值的计算公式：k =zszo威海当地基本风压值为：o = 0.65 KN/m2查风荷载体形系数表可知，本设计风荷载体形系数为
30、：s = 0.8（-0.5） = 1.3本建筑的总高度为3.96 + 0.9 = 24.3m30 m，并且建筑的高宽比24.3/17.1 =1.41.5，所以可以不考虑风振系数的影响，取z = 1.0，威海当地地面的粗糙程度为C类，查风压高度变化系数表，即可查得各个楼层高度处的风压高度变化系数z。第一层的顶点高度为：Z1 = 3.9 + 0.45 = 4.35 m,风压高度变化系数为：z = 0.74，该层受风面积为：A1=( 4.35 + 3.9)/26 = 24.75 m2风荷载值为： P1 =zszoA1 = 1.01.30.740.6524.75= 15.48KN第二层的顶点高度为：Z
31、2 = 4.35+ 3.9 = 8.25m,高风压度变化系数为：z = 0.74，该层受风面积为：A2=( 3.9+ 3.9)/26 = 23.4m2风荷载值为： P2 =zszoA2 = 1.01.30.740.6523.4 =14.63KN第三层的顶点高度为：Z3 = 4.35 + 3.9 + 3.9 = 12.15 m,风压高度变化系数为：z = 0.74，该层受风面积为：A1=( 3.9+ 3.9)/26 = 23.4 m2风荷载值为：P3 =zszoA1 = 1.01.30.740.6523.4 =14.63KN第四层的顶点高度Z4 = 4.35 + 3.9 + 3.9 + 3.9=
32、 16.05 m,风压高度变化系数为：z = 0.76，该层受风面积为：A4 =( 3.9+ 3.9)/26 = 23.4 m2风荷载值为：P4=zszoA4 = 1.01.30.760.6523.4= 15.03KN第五层的顶点高度Z5 =4.35+ 3.9 4 = 19.95 m,风压高度变化系数为：z = 0.84，该层受风面积为：A5=( 3.9 + 3.9) /26= 23.4 m2风荷载值为：P5=zszoA5 = 1.01.30.840.6523.4 = 16.61KN第六层的顶点高度Z6 =4.35+ 3.9 5 = 23.85 m,风压高度变化系数为：z = 0.90，该层受
33、风面积为：A6=( 0.9 + 3.9/2)6 = 17.1 m2风荷载值为：P6=zszoA6 = 1.01.30.900.6517.1 = 13.00KN具体风荷载计算结果如下表所示：表3.3 风荷载计算表层数zsZi (m)zo (KN/m2)Ai (m2)Pi (KN)六层1.01.323.850.900.6517.113.00五层1.01.319.950.840.6523.416.61四层1.01.316.050.760.6523.415.03三层1.01.312.150.740.6523.414.63二层1.01.38.250.740.6523.414.63一层1.01.34.350.740.6524.7515.48风荷载作用下的框架结构计算简图如图3.5所示图3.6 结构风荷载3.4.4 地震荷载标准值的计算地震作用可分为水平地震和竖向地震作用，本设计只考虑水平地震作用对建筑物的影响，并采用底部剪力法进行计算水平地震作用力。为统计各层框架柱在地震作用下的剪力值，需要首先计算各层结构重力荷载代表值，具体计算公式为：GE = DK + iLki (3.1)-i通常取为0.5各层结构重力荷载代表值计算：顶层结构的重力
