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1、西 京 学 院本科毕业设计(论文)题 目：康泰中学教学楼设计院、 系： 工程技术系 学科专业： 学 生： 学 号： 指导教师： 刘金凤 2011年 5月康泰中学教学楼设计摘要本工程为西安市康泰中学教学楼。本工程总建筑面积约6000。本建筑主体结构5层，总高度16.5m，室内外高差为0.45m。建筑总长度为52.44m，总宽度为18.34m，建筑面积4808.75，裙楼长度为10.8m，宽度为9.5m，裙楼面积为1026。建筑立面规整，除正门为玻璃门外，其余均采用实木门，窗为铝合金窗。本工程结构形式为钢筋混凝土现浇结构，框架梁柱混凝土强度等级为C30，1-5层柱的尺寸选用500mm500mm，梁
2、的尺寸选用300mm700mm，梁、柱主筋选用HRB335，箍筋选HPB235，板受力钢筋选用HRB335。建筑地点地质条件良好，经济符合要求。设计严格遵守我国现行规范，计算中包括荷载计算，内力组合等。关键词：建筑设计；结构计算；结构布置；内力计算；配筋计算The design of KangTai secondary school building of Xian cityAbstract This engineering is KangTai secondary school buildings of xian. This project has a total construction
3、area of about 60 00. This building, the main structure five layers of total height 16.5 m, indoor and outdoor difference 0.45 m. Building 52.44 m, for the total length of total width is 28.34 m, This project has a total construction area of about 4807 .The building elevation neat, except for the gla
4、ss door front, the others all USES real wood door, window of aluminium alloy window. This engineering structure form for reinforced concrete structure of cast-in-situ concrete strength, frame beam-column C30 rating for the five layers, 1 - 5the size of the 500mm x column 500mm, choose the size of th
5、e beam 300mm x 700mm selection, beams and columns Lord HRB335 reinforced selection, stirrup choose HPB235, plate suffers HRB235 reinforced selection. Construction site geological condition is good, the economic meets the requirement. In the current specification designed strictly abide by calculatin
6、g load calculation, including internal combination, etc. Key Words: Architectural design; structure calculation; structural arrangement; internal force calculation; reinforcement calculation 目录1 建筑设计说明11.1 设计的基本原则11.2设计原始资料11.2.1自然条件11.2.2工程地质条件21.3建筑设计任务及要求21.3.1设计任务21.3.2设计要求21.3.3设计成果31.4.1设计任务41
7、.4.2设计要求42 结构布置及计算简图62.1梁的尺寸估算72.2框架柱截面尺寸的估算93 重力荷载计算113.1屋面及楼面的永久荷载标准值113.1.1不上人屋面恒荷载113.1.2 标准层楼面恒荷载113.1.3 雨篷恒荷载113.2屋面、楼面及雨篷可变荷载标准值123.3梁、柱重力荷载计算123.3.1梁自重：123.3.2各层质量集中计算重力荷载代表值134 框架侧移刚度计算174.1横向框架侧移刚度计算174.1.1梁的侧移刚度计算184.1.2柱的侧移刚度计算195 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算225.1横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算225.1.1横向自
8、振周期计算225.1.2水平地震作用及楼层地震剪力计算225.1.3水平地震作用下的位移验算235.1.4水平地震作用下框架内力计算245.2横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算285.2.1风荷载标准值285.2.2横向框架在风荷载作用下的位移计算306 竖向荷载作用下框架结构内力的计算366.1横向框架内力计算366.1.1计算单元366.1.2荷载计算376.2横向框架内力组合596.2.1结构抗震等级596.2.2框架梁内力组合606.2.3框架柱内力组合607 截面设计687.1 梁的截面设计687.1.1 梁的正截面受弯承载力计算687.1.2 梁斜截面受剪承载力计算707.2框
9、架柱717.2.1框架柱的正截面设计717.2.2框架柱斜截面受剪承载力计算748 双向板楼盖设计778.1现浇板的配筋计算：778.2屋面板设计 ：778.3 楼面板设计：859 楼梯配筋计算889.1 建筑设计889.2 楼梯梯段板的计算：889.3 平台板的计算899.4 平台梁的计算90主要参考文献92谢 辞I前言II1 建筑设计说明1.1 设计的基本原则（1）满足功能要求满足建筑物功能要求，为人们的生产生活活动创造良好的环境，是建筑设计的首要任务。本设计要满足住宅的休息，娱乐等基本要求。（2）采用合理的技术措施正确的选用建筑材料，根据建筑空间组合的特点，选择合理的结构、施工方案，使房
10、屋坚固耐久，建造方便。 （3）具有良好的经济效果 在房屋的设计和建造中，要因地制宜，就地取材，尽量做到节省劳动力，节约建筑材料和资金。（4）考虑建筑美观要求建筑物是社会的物质和文化财富，它在满足使用要求的同时，还要考虑人们对建筑物在美观方面的要求，考虑建筑物赋予人在精神上的感受。（5）符合总体规划要求单体建筑是总体规划中的组成部分，单体建筑应符合总体规划提出的要求。建筑物的设计，还要充分考虑和周围环境的关系。1.2设计原始资料1.2.1自然条件(1)地基情况：表面为0.5米原耕种土。下为湿陷性黄土，地耐力标准值为；(2)地下水位不考虑;(3)土壤冰冻深度：450mm 室外计算温度t=-8C-3
11、2C；(4)抗震设防烈度：8；(5)主导风向：东北；(6)年降水量：624.0mm，日最大降水量92.3mm；(7) 风、雪、楼面荷载，按照荷载规范查用；风力：基本风压 Wo=0.35KN/m；雪压：So=0.25kN/m；地面粗糙度为C类；1.2.2工程地质条件(1)根据工程地质勘测报告，拟建场地地势平坦，表面为平均厚度0.3m左右的杂填土，为西安市高新区平原地。场地平坦，自然地面标高418.03m，场地土层分布有明显的规律性，从上至下依次为杂填土厚2.03.5m；黄土，中等压缩性，厚度较大；古土壤，中等压缩；粉质粘土，中等偏低压缩性。建议彻底清除杂填土（不宜直接作天然地基），黄土层地基承载
12、力特征值。(2)地下水稳定埋深8.59.02m，属潜水类型。地下水对混凝土结构不具腐蚀性。但在干湿交替条件下对钢筋混凝土结构中的钢筋具有弱腐蚀性，但此处对本工程无影响。1.3建筑设计任务及要求1.3.1设计任务康泰中学教学楼位于西安市高新木塔地区。大楼主体为框架结构。各层房屋组成基本相同，另外还要包括：普通教室，大教室，办公室，音乐室，图书室，实验室；门厅、楼梯间、卫生间等按需设置。具体位置见地形图：1.3.2设计要求a.通过建筑设计使学生初步掌握建筑设计原则和方法，在设计中应考虑实用、美观及功能要求。建筑平面布置明确，立面简洁，对屋面、楼面、墙面采用合理措施，力求体型简单；重量刚度均匀，对称
13、；避免立面、平面的突然变化。使建筑与结构、施工的配合统一合理。b.设计内容：根据参考图进行平、立、剖面设计，设计时对细部构造、墙身砌体（包括外墙、内墙），墙身防潮层、散水、地面、楼面、屋面、墙面、墙裙、踢脚板以及门窗、油漆等应全面考虑。 c.规定绘制的建筑部分图纸为：各层平面图：比例1：100-1：200（自选一张平面图） 平面图中应注三道尺寸线（总尺寸、开间或进深尺寸、墙段尺寸），注明定位轴线，房间名称，剖面线及详图指示符号等。 如果结构完全相同，中间层可用“标准层”平面代替，但首层及屋顶平面要单独绘出。各主要立面图：比例1：1001：200 绘出正立面、侧立面图，标明立面处理、门窗形式、墙
14、面装饰及雨水管位置等。 剖面图 ：比例1：1001：200 剖切有代表性的部位（应包括楼梯）绘制剖面图，表明屋面、楼板、楼梯及各类主要构造，标注标高（以米计）及尺寸。 构造详图比例 1：201：50 选择主要结点（如檐口，高底墙处的泛水，楼梯与圈梁连接等）绘制详图，详图应与剖面相对应。 d.编制建筑设计说明书 建筑设计说明书内容包括：工程概况，设计依据，参考图集，工程作法，各类房间数量及建筑面积列表、门窗表，内外装修说明。 1.3.3设计成果 编写设计说明书：内容包括设计依据，建筑与结构方案的概述，主要装饰和材料选用等。 完成结构计算书一份，内容包括： a. 一个完整区段楼板的内力计算与配筋；
15、 b. 一榀框架的内力分析与配筋； c. 一部楼梯的计算与配筋。 、图纸绘制 ：1.建筑扩初图：2号图三幅或三幅以上，包括： a.总平面图（1：500）；b.底层平面图（1：100 、1：200）；c.标准层平面图（1：100、1：200）；d.屋顶平面图（1：100、1：200）；e.立面图2幅以上（1：100、1：200）；f.剖面图1-2幅（1：100、1：200）。1.4结构设计任务及要求1.4.1设计任务在建筑方案的设计上，正确选择合理的结构形式，结构体系和结构布置，掌握高层建筑结构的计算方法和基本构造要求，绘制部分施工详图。1.4.2设计要求 a.结构设计是本课题的重点内容，应了解
16、结构设计的方法和结构设计程序；初步掌握结构的选型、结构布置、结构计算、结构施工图绘制的全过程；提高内力分析应用图表和计算机的能力；完成主要构件的设计，正确、简洁地绘制主要构件施工图。b.设计内容：.结构选型：确定各层结构布置；确定各种构件断面尺寸；明确节点构造；合理选择材料规格、等级；定出各层梁板标高，构件刚度参数等。 .计算简图的确定：包括纵横框架及楼面梁板的计算简图。 .进行一榀框架的荷载计算：包括恒载、活载、风载、雪载及地震作用。 .对一榀框架进行不利荷载组合情况下的内力计算。 竖向荷载采用分层法；水平荷载采用D值法；并用D值法验算框架侧移；进行内力组合，选出最不利内力。 .根据最不利内
17、力，进行配筋计算，绘出一榀框架的结构施工图。 .选定1-2个非标准构件进行设计，如楼梯、雨篷、挑檐等。 .选作部分：i.局部大空间的结构设计处理方案及计算；ii.基础设计：正确选择基础形式，进行基础设计和配筋计算； iii.主体结构材料的经济分析比较。 c.图纸： . 结构平面布置图23张：比例1：100；.一榀框架结构配筋图：比例1：40或1：50；.楼梯及雨蓬的配筋图1张：1：50；选作部分：楼板配筋图；基础设计图1张；经济比较说明书。d.编制结构设计说明书：说明结构选型和结构布置的理由及设计依据、结构方案的确定，材料选择。列出结构设计计算过程中采用的计算假定、计算原则、计算方法、计算简图
18、、计算全过程、内力图及计算结果。e.设计成果结构施工图：2号图四幅或四幅以上，包括：a.某层结构布置图，楼板、梁的配筋图；b.一榀框架模板，配筋详图；c.一部楼梯详图；d.基础平面图 图1.1 基础平面图2 结构布置及计算简图根据该房屋的使用功能及建筑设计的要求(见设计任务书)进行了建筑立面、平面、及剖面设计，主体结构共5层（详见建筑图纸）其中1层层高为4.35m,25层层高为3.3m。填充墙采用240厚的粘土空心砖砌筑，隔断采用120厚的粘土空心砖砌筑，底层大门为旋转玻璃门M1，门洞尺寸为3.6m2.1m；底层侧门M2，洞口尺寸为2.4m2.1m;教室门M3，洞口尺寸为1.0m2.1m;办公
19、室门为玻璃木门M4，门洞尺寸为1.0m2.1m；厕所门为木门M5，门洞尺寸为1.0m2.1m；大教室门为M6，洞口尺寸为2.4m2.1m。窗户均为铝合金窗，C1、C2为教室窗，洞口尺寸分别为2.7m1.5m、2.1m1.5m；C3 为楼梯窗，洞口尺寸为2.71.5m。C4为走廊窗，洞口尺寸为1.01.5m。C5、C6为大教室窗，尺寸分别为1.51.5m，3.31.5m。楼盖及屋盖均来用现浇砼结构，楼板厚度取110mm，雨棚板厚度取100mm梁截面高度按梁跨度的估算，由此估算的梁截面尺寸见下表2-1，同时给出了各层梁柱和板的砼强度等级，其设计强度：结构平面布置图见下图2.1：图2.1 结构平面布
20、置图2.1梁的尺寸估算横向边梁，最大跨度L=7.5mh=（1/81/12）L=938mm625mm，取h=700mmb=（1/21/3） h=350mm266mm，取b=300mm横向中梁，最大跨度L=3.6mh=（1/81/12）L=450mm277mm，取h=500mmb=（1/21/3） h=167mm250mm，取b=250mm纵向俩边梁，最大跨度L=6.3mh=（1/81/12）L=788mm525mm，取h=700mmb=（1/21/3） h=350mm266mm，取b=300mm纵向跨中梁，最大跨度L=4.5 m，h=（1/81/12）L=563mm375mm，取h=500mmb
21、=（1/21/3） h=250mm166mm，取b=250mm表2.1 梁截面尺寸（mm）及各层砼强度等级层次砼强度等级横梁（bh）纵梁 (bh)平台梁 (bh)AB跨BC 跨12轴23轴2403001-53007003005003007003005002.2框架柱截面尺寸的估算（1）按轴压比要求初估框架柱截面尺寸由抗震设防裂度8度查表可知抗震等级为二级。知其轴压比限值=0.8，各层的重力荷载代表值近似取，由图2-1可知A轴与3轴相交的边柱的负载面积为7.524.5 m2和B轴与3轴相交的中柱的负载面积分别为5.254.5m2。N=GqSn12,由式得第一层柱截面面积为：边柱：中柱：如取柱截面
22、为正方形，则边柱和中柱截面高度分别为和。根据上述结果并综合考虑其它因素,本设计柱截面尺寸取值如下:1-5层柱截面尺寸为；1轴与A轴相交角柱；角柱虽然承受面荷载较小，但由于角柱承受双向偏心荷载作用，受力复杂，故截面尺寸取与A轴边柱相同即。（2）校核框架柱截面尺寸是否满足构造要求1）按构造要求框架柱截面高度不宜小于，宽度不宜小于350mm。2）为避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4。取二层较短柱高，Hn=3300：Hn/ h =3.3/0.40=8.254框架结构计算简图如下图2.2,取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线,梁轴线取至极底.25层柱高即为层高,取3.3m,底层柱高度从基础顶面取
23、至一层板底,即，。图2.2 横向框架计算简图3 重力荷载计算3.1屋面及楼面的永久荷载标准值3.1.1不上人屋面恒荷载（板厚110mm）:找平层：20厚水泥砂浆 0.0220=0.40防水层：三毡四油 0.4保护层：30厚细实混凝土 0.0322=0.66找坡层：40厚水泥石灰焦渣砂浆3%找平 0.0414=0.56保温层：150厚水泥蛭石 0.155=0.75结构层：110厚现浇钢筋混凝土板 0.1125=2.75抹灰层：10厚混合砂浆 0.0117=0.17合计 5.69取5.703.1.2 标准层楼面恒荷载(板厚110mm):板面装修荷载 1.00结构层:110厚现浇钢筋混凝土板 0.1
24、125=2.75抹灰层:10厚混合砂浆 0.0117=0.17合计: 3.92取4.03.1.3 雨篷恒荷载（板厚100mm）:40细石混凝土面层 1.00防水层 0.30找坡层 0.50防水层 0.30找平层 0.40结构层:100厚现浇钢筋混凝土板 0.1025=2.5板底粉刷 0.0120=0.20合计: 5.73.2屋面、楼面及雨篷可变荷载标准值不上人屋面均布活荷载标准值: 楼面活荷载标准值: 雨篷活荷载（按不上人屋面活荷载考虑） 屋面雪荷载标准值: 3.3梁、柱重力荷载计算3.3.1梁自重：横向边框梁:0.30m0.7m25KN/m30.01m17 KN/m3(0.70.11)m2=
25、5.45KN/m5.451KN/m7.5m=40.88KN/根横向中框梁：0.30m0.5m25KN/m30.01m17 KN/m3(0.50.11)m2=3.26KN/m3.26KN/m 3.6m=11.74/根纵向俩边梁：0.30m0.5m25KN/m30.01m17 KN/m3(0.70.11)m2=5.45KN/m6.089KN/m4.5m=27.40 KN/根纵向中间梁：0.30m0.5m25KN/m30.01m17 KN/m3(0.50.11)m2=3.26KN/m3.26KN/m4.5m=14.67 KN/根柱自重：底层 ： 0.5m0.5m25KN/m3=6.25 KN/m6.
26、25 KN/m4.35m=27.19 KN/根/标准层： 0.5m0.5m25KN/m3=6.25 KN/m6.25 KN/m3.3m=20.63 KN/根墙体自重：墙体为240厚粘土空心砖，外墙面贴瓷砖,墙面为20mm厚抹灰,则外墙单位墙面重力荷载为:内墙为240厚粘土空心砖,两侧均为20mm厚抹灰,则内墙单位面积重力荷载为:卫生间隔断为120厚粘土空心砖，两侧均为20mm厚抹灰,则内墙单位面积重力荷载为:木门单位面积重力荷载为,木窗的单位面积重力荷载为,铝合金窗单位面积重力荷载取 。水平荷载作用下的内力分析：水平荷载分为：风荷载与地震作用产生的水平荷载两类。在本设计中建筑所处地区为烈度为8
27、的地区，在此地区内主要的水平荷载为地震作用下的水平荷载，因此只考虑地震作用下的水平荷载作用。根据结构抗震设计规范GB50011-2001第6.1.2条规定当烈度为8总高H=16.5m30m时，框架结构的抗震等级为二级，取一个抗震单元进行计算即可。3.3.2各层质量集中计算重力荷载代表值 1.屋面G5 ：顶层重力荷载代表值包括屋面恒载+50%屋面雪载+纵横梁自重+半层柱自重+半层墙体自重。屋面荷载g1=5.7(18.8452.44)+0.50.5(18.8452.44)=5779.62KN梁重横向边跨梁=0.300.77.512225=1102.50KN横向中框梁=0.300.503.61225
28、=135KN纵向俩边梁=0.300.76.304425=529.20KN纵向中间梁=0.300.504.59425=506.25KNg2=2272.95KN 外墙纵墙重g3=4.44(2.65.3-1.01.5)4+4.44(2.63.5-2.71.5)18+(1.01.50.44) + (2.71.50.418)0.5=359.35KN内纵墙重g4=4.282.83.34+4.28(2.83.5-1.02.1-2.11.5)18+0.21.02.118+0.42.11.5180.5=269.48KN外墙横墙重g5=4.44(6.502.6-2.71.52)4+4.44 (3.6-0.24)2
29、.8-2.11.520.5=118.87KN内横墙重g6=246.502.64.280.5=867.98KN楼梯间g7=7.54.5+23.64.3=64.71KN柱重g8=250.50.5(1.65-0.1)124=9.69KN48=465KN楼面荷载q1=0女儿墙自重g10= (15.9+62.4)21.10.1815=423.4KN第五层：G5=5779.62+2272.95+359.35+269.48+118.87+867.98+64.71+465+423.4=10668.88KN2.第2-4层G4；重力荷载代表值包括楼面恒载+50%活载+纵横梁自重+楼面上下各半层的柱及纵横墙体自重。
30、楼面自重标准值G办=(52.4418.6-7.54.32-3.67.5)4.0=3409.68KNG卫=7.54.326.0=387.00KNG1=3409.68+387.00=3796.68KN梁自重G2=2272.95KN外墙纵墙重G3=359.352=718.70KN内墙纵墙重G4=269.482=538.96KN外墙横墙重G5=118.872=237.74KN内横墙重G6=867.982=1735.96KN楼梯间重G7=64.71KN内隔墙重G8=2.483.19(24.3+7.26)2=250.42 KN楼面活荷载G9=0.52.0(52.4418.6)=975.38KN柱自重482
31、50.50.5(3.3-0.1)= 960.00KNG2-G4=3796.68+2272.95+718.70+538.96+237.74+1735.96+64.71+250.42+975.38+960.00=11551.50KN3.第一层G1：顶层重力荷载代表值包括楼面恒载+50%活载+纵横梁自重+半层柱自重+半层墙体自重。柱重g1=0.50.54825(2.175+1.35-0.1)=1027.5KN外墙纵墙重g2=4.44(3.655.3-1.01.5)4+4.44(3.653.5-2.71.5)14+(2.71.50.414)+(1.01.50.44)+4.443.653.5+(2.42
32、.1) 25.60.5+359.35KN=581.42+359.35=940.77KN内墙纵墙重g3=4.283.653.34+4.28(3.653.5-1.02.1-2.11.5)14+0.21.02.114+0.42.11.5140.5+269.48=609.79KN外墙横墙g4=(6.502.6-2.71.52)44.44+(3.6-0.24)2.8-2.71.524.44+1.52.7240.4+1.52.120.40.5+359.35=485.02KN内横墙g5=4.28226.502.60.5+867.98=1663.63KN楼梯间重 g6=64.71KN梁重g7=4297.63K
33、N楼面荷载 g8=3796.68+975.38=4772.06KN内阁墙隔墙g9=2.483.19(24.3+7.26)2=250.42KNG1=1027.5+940.77+609.79+485.02+1663.63+64.71+4297.63+4772.06+250.42=14111.53KN表3.1 梁柱重力荷载标准值表层次构件1边横梁0.300.70257.50040.8824981.123174.44中横梁0.300.50253.60011.7412140.88俩端纵梁0.300.70256.30027.408219.2中间纵梁0.300.50254.50014.6736528.12柱
34、0.50.5254.35027.19481305.122-5边横梁0.300.70257.50040.8824981.122859.56中横梁0.300.50253.60011.7412140.88俩端纵梁0.300.50256.30027.408219.2中间纵梁0.300.70254.500014.6736528.12柱0.50.5253.30020.6348990.244 框架侧移刚度计算4.1横向框架侧移刚度计算梁的线刚度，其中为混凝土的弹性摸量，；为梁截面惯性矩，因为是现浇楼面，所以可近似取为：中框架梁：，边框架梁：柱的侧移刚度D计算公式：其中为柱侧移刚度修正系数，为梁柱线刚度比，不
35、同情况下，、取值不同。表4.1 柱侧移刚度修正系数位置边柱中柱简图简图一般层底层固接铰接4.1.1梁的侧移刚度计算表4.2梁的线刚度计算断面bh(m2)跨度L(m4)矩形截面惯性矩I0I0(m4)边框架梁Ib=1.5I0(m4)边框架梁Kb=EIb/LKN.m中框架梁Ib=2.0I0(m4)中框架梁Kb= EIb/LKN.m0.70.307.58.5810-312.810-35.1410417.1610-36.861040.300.503.62.610-33.910-33.251045.210-34.31040.70.306.38.5810-312.810-36.0910417.1610-38.171040.300.504.52.610-33.910-32.61045.210-33.51044.1.2柱的侧移刚度计算表4.3A轴D轴边框架边柱层次砼强度等级断面尺寸层高惯性矩线刚度5C300.253.35.2110-34.731041.290.39203274C300.253.35.2110-34.731041.290.39203273C300.253.35.2110-34.731041.290.39203272C300.253.35.2110-34.731041.290.39203271C300.254.355.2110-33.591041.290.54
