郑州市某中学教学楼土木混凝土课程设计.doc

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1、郑州市某中学教学楼土木混凝土课程设计1 设计资料1.1工程概况（1） 建设地点：郑州市市区（2） 工程名称：郑州市某中学教学楼（3） 工程概况：建筑总高为15 m。共4层，每层层高4.20 m，室内外高差0.45 m。（4） 气候条件:夏季主导风向为南风,冬季主导风向为北风.基本风压0.4 kN/m2,基本雪压0.3 kN/m2。（5） 该地区地质条件:根据对建筑地基的勘测,该地区表层0.2m-0.6m为杂填土,下层为轻亚粘土,厚约3.0m-4.2m,地基承载力特征值为180 kN/m2 。（6） 场地情况：场地平坦,无障碍物，地下无古代建筑，用地四周无住宅区（7） 地面粗糙类型：C类（8）

2、抗震设防烈度为7度，建筑耐火等级二级，建筑耐火年限50年。1.2建筑设计说明书本说明是对建筑方案的必要说明。根据防火疏散要求确定楼梯位置，走廊与梯段净宽，以及办公室布置，墙体防水等构造做法。此外根据规范给出了建筑的等级要求。该工程位于郑州市市区，交通方便，各种材料供应及时。建筑面积3339.04，建筑层数四层。建筑场地平坦，无障碍物，地下无古代建筑物。地质情况良好。1.2.1设计依据（1） 建设行政主管部分对本项目的批复文件。（2） 与甲方签订的设计合同及经甲方同意的建筑方案。（3） 现行国家有关建筑工程设计规范、标准：中小学建筑设计规范 （GBJ99-86(2001版)）建筑抗震设计规范 （

3、GB50011-2001）建筑设计防火规范 （GBJ16-87(2001版)）混凝土结构设计规范 （GB50010-2002）1.2.2 方案说明（1）该工程为郑州市某中学教学楼，建筑结构形式为钢筋混凝土框架结构建筑主体高度为15.000 m，基础形式为条形基础。（2）本设计中柱距为7.20m，进深为6.60m，楼梯开间为3.6m。 （3）按二级防火要求，楼梯设在了建筑的两端，且在建筑的两端均有安全出口，满足防火要求。（4）本工程0.000相对于绝对标高值（黄海系）104.51。（6）本设计中建筑长50.900m，在建筑左侧设有厕所，厕所地面低于同层教室地面30mm。（7）为了防潮和预防洪水季

4、节雨水进入室内，设室内外高差，高差450mm。 （8）为了采光通风满足要求，窗地比均大于1/7，窗台高900mm。（10）屋面防水采用三级防水，不上人屋面。1.2.3等级说明（1）根据建筑抗震设计规范,本工程为丙类建筑。（2）本工程安全等级为二级，设计使用年限为50年。（3）本工程抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.15g。设计地震分组为第一组；场地类别为类。（4）建筑物抗震等级:框架为3级。（5）本工程地基基础设计等级为丙级。（6）本建筑物防火等级为二级。1.2.4建筑设计说明及构造做法（1）长度单位毫米为mm，标高单位米为m。（2）.本工程共四层，室内外高差-0.45m,首层室内

5、地坪标高0.000m，建筑总标高15.000。（3）.建筑材料:现浇的框架柱、梁、板、楼梯间混凝土均为C30，梁柱受力筋HRB335，箍筋HPB235，所有的板钢筋HPB235，外墙加气混凝土砌块250mm宽，内墙加气混凝土砌块200mm。（4）卫生间:地面低于同层楼地面30mm，向地漏找坡1%。地面采用防滑地砖，墙面采用防水砂浆墙面，做法详见98ZJ001-33-16。（5）屋面做法：屋面做法详见中南98ZJ001 屋16；楼地面做法：楼地面做法详见中南98ZJ001 楼6；（6）各房间内墙面做法采用混合砂浆墙面，做法详见中南98ZJ001 内墙4。（7）四层楼梯间设有通向屋顶的通道，屋顶要

6、开检修孔800mm800mm。（8）落水管直径为100mm。1.3结构说明书1.3.1工程概况（1）.本工程为现浇混凝土框架结构，房屋高度详见建筑图，基础为钢筋混凝土条形基础。（2）.根据国家现行规定，本工程建筑结构按7度三级抗震设防，基本风压为0.40kN/m，结构设计使用年限为50年。（3）.设计基本地震加速度为0.15g，设计地震分组为第一组，抗震设防类别为丙类，场地类别为II类，建筑结构安全等级为二级，基础设计的等级为丙级。（4）.依据规范、规程、标准 混凝土结构设计规范 （GB50010-2002）建筑抗震设计规范 （GB50011-2001）建筑结构荷载规范 （GB50009-20

7、01）建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）地下工程防水技术规范（GB50108-2001）1.3.2设计楼面活荷载（1）不上人屋面：0.5 kN/m（2）楼面及卫生间：2.0kN/m（3）走廊、楼梯：2.0kN/m1.3.3材料（1）.混凝土等级：所有混凝土的强度等级都为C30.（2）.钢筋：HPB235（A）、HRB335（B）、HRB400（C）（3）.墙体：0.000以上填充墙采用加气混凝土砌块，M5混合砂浆砌筑。1.3.4楼板（1）.板的设计说明详见各结施图及国家建筑标准设计图集混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图(03G101-1)（2）.板的混凝土保护层厚

8、度均为20mm。（3）.HPB235钢筋所注长度不包括弯钩长度.锚固长度为24d，板中受力筋的短向钢筋放在长向钢筋之上1.3.5梁、柱（1）.梁、柱的设计说明详见各结施图及国家建筑标准设计图集 混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图(03G101-1)（2）.混凝土保护层厚度均为35mm（3）混凝土柱锚入基础梁的钢筋应在基础施工时预埋,预埋钢筋的直径数量同上部柱1.3.6墙体（1）.填充墙的长度5m时, 每隔3-4m在墙中设200X墙厚砼构造柱, 柱主筋上下分别锚入梁内, 锚入长度500mm,箍筋为A8200.（2）女儿墙在每一相交轴线上均设250X250混凝土构造柱1.3.7构造

9、柱（1）.构造柱纵筋锚于基础内直段长度la,并弯直钩 250mm直钩.纵筋层间搭接长度la,箍筋为100，且加密高度不能小于500（2）.穿楼面的构造柱 ,纵筋在穿楼面处应上下贯通,在楼面以上才能搭接;（3）.墙与柱连接处沿柱高每500mm设218 拉结筋,拉结筋伸入墙体内长度不小于1000mm,遇门窗洞按实际长度截取,钢筋伸入柱内不少于210mm.1.3.8其他（1）卫生间及管井周边均做混凝土反边,宽度同墙；（2）所有设备基础均以厂家订货为准，且待设备到货核实后方可施工。（3）未经技术鉴定或设计许可，不得改变结构的用途和使用环境。2 结构的选型和布置2.1 结构选型本建筑只有4层，且功能较少

10、，为方便布置房间和便于管理采用大柱网框架结构。为使结构有较大的刚度本设计中楼面、屋面、楼梯等均采用现浇结构；基础为柱下单向条形基础。2.2 结构布置本设计中柱距为7.2m。根据结构布置，本建筑平面均为双向板。本建筑由于楼面活荷载较大，楼面板和屋面板厚度取120mm。材料选用：混凝土：C30 钢筋：纵向受力钢筋采用热扎钢筋HRB335，HRB400；其余采用热扎钢筋HPB235。墙体：内外墙均采用粉煤灰轻渣空心砌块390240190，重度=7KN/m3.窗：钢塑门窗，=0.35KN/m2.门：木门具体情况见结构布置图2-1。 图2-1结构平面布置图2.3 初估梁柱截面尺寸2.3.1 按大跨度进行

11、计算纵向框架梁：h=(1/81/14)L= (1/81/12) 7200=900514 L纵向柱距 取h=600mm. 300mm200mm 取b=250mm 横向边跨梁：h=(1/81/14)L= (1/81/12) 6600=825471 L纵向柱距 取h=600mm. 300mm200mm 取b=250mm横向中跨梁：取h=450mm. b=250mm连系梁取：h=500mm. b=250mm 故框架梁初选截面尺寸bh=250mm600mm 连系梁尺寸bh=250mm500mm其惯性矩为=1/12300=5.4002.3.2 柱的截面尺寸 ，其中公式中：根据抗震设防烈度为7度时取0.9。

12、 边柱取1.3，不等跨内柱取1.25。gE 各层的重力荷载代表值取14 kN/m2F 柱的负荷面积，如图2-2所示，对于中柱为7.2（6.6/2+2.7/2）=33.48 m2，对于边柱为7.23.3=23.76 m2边柱Ac1 =134 图2-2柱的负荷面积 中柱 Ac =182 如取柱截面为正方形，则边柱和中柱的截面宽度分别为366 mm、423 mm初选柱的截面尺寸为bh=500mm500mm。其惯性矩=3 框架计算简图及梁柱线刚度3.1确定框架计算简图框架的计算单元如图2-1所示，取轴的一榀框架计算。假定框架柱嵌固于基础顶面框架梁与柱刚接，由于各层柱的截面尺寸不变，故梁跨等于轴线之间的

13、距离。底层柱高从基础顶面算至二层楼层，基顶的标高根据地址条件室内外高差定为-1.00m，二层楼面标高为3.60m，故底层的为4.60 m，其余各层柱高楼面算至上一层楼面（即层高）故均为3.60米。由此给出框架计算简图如图3-1所示。3.2框架梁柱的线刚度计算 对于中框架梁：=1/12250=4.5 中跨梁：=1/12250=1.898 考虑楼面板与梁连接使梁的惯性矩增加的有利影响对于中框架梁取I=2I0 边跨梁= 中跨梁= 底层柱= 其余各层柱= 令 则其余各层杆件的相对线刚度为 ， 框架梁柱的相对线刚度如图3-1所示。作为计算各节点杆端弯矩分配系数的依据。4 荷载计算4.1 恒载标准值的计算

14、4.1.1 屋面 中南标98ZJ001-屋面16 2.26 kN/m2 结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.1225= 3.0 kN/m2 抹灰层：98ZJ001-顶3 ，12厚混合沙浆 0.24 kN/m2 总计： 5.5 kN/m2 4.1.2 各层楼面 中南标98ZJ001-楼面6 0.65 kN/m2 结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.1225= 3.0 kN/m2 抹灰层：12厚混合沙浆 0.24 kN/m2 总计： 3.89 kN/m2 4.1.3梁自重 bh=250mm600mm梁自重 （0.6-0.12） 0.2525 = 3.0kN/m抹灰层：12厚混合砂浆 0.24=

15、0.29 kN/m总计： 3.29kN/m 图3-1 结构计算简图 bh=250mm500mm 梁自重 （0.5-0.12） 0.2525 = 2.375 kN/m抹灰层：12厚混合砂浆 0.24=0.24 kN/m总计： 2.62kN/mbh=250mm450mm 梁自重 （0.45-0.12） 0.2525 = 2.06 kN/m 抹灰层：12厚混合砂浆 0.24=0.22 kN/m 总计 2.28 kN/m4.1.4柱自重 bh=500mm500mm 柱自重 0.5 0.525= 6.25 kN/m中南标98ZJ001-外墙4 0.02（0.5+0.25+0.25）17=0.34 kN/

16、m总计： 6.59kN/m 4.1.5外纵墙自重 标准层 纵墙： 0.90.247=2.0 kN/m 钢塑窗： 2.10.35=0.74 kN/m 贴瓷砖外墙面： （3.6-2.1）0.6=0.9 kN/m 混合砂浆内墙面： （3.6-2.1）0.34=0.51 kN/m 总计 4.15 kN/m 底层 纵墙： （4.6-2.1-0.6-0.45）0.247=2.436 kN/m 钢塑窗： 2.10.35=0.74 kN/m 贴瓷砖外墙面： （3.6-2.1）0.6=0.9 kN/m 混合砂浆内墙面： （3.6-2.1）0.34=0.51 kN/m 总计 4.59 kN/m4.1.6内纵墙自重

17、 标准层 纵墙： 2.10.197=2.793kN/m 钢塑窗： 0.350.9=0.315 kN/m 混合砂浆内墙面： 2.10.342=1.428 kN/m 总计 4.54 kN/m4.1.7内隔墙自重 标准层 内隔墙： 3.00.197=3.99kN/m 混合砂浆内墙面： 3.00.342=2.04kN/m 总计 6.03kN/m 底层 内隔墙： （4.6-0.6-0.45）0.197=4.72 kN/m 混合砂浆内墙面： （4.6-0.6-0.45）20.34=2.41 kN/m 总计 7.13kN/m4.2活荷载标准值计算4.2.1 屋面和楼面荷载标准值根据（GB50009-2001

18、）查得： 不上人的屋面： 0.5 kN/m2 楼 面：教室 2.0 kN/m2 走廊 2.5 kN/m2 厕所 2.5 kN/m24.2.2 雪荷载 =1.00.3=0.3 kN/m2 屋面或荷载与雪荷载不同时考虑，俩者中取大值4.3 竖向荷载下框架受荷总图4.3.1在A - B 及C - D轴内： 按双向板计算在B - C 轴内： 按双向板计算 4.3.2在A -B 轴间框架梁板传至梁上的三角形或梯形荷载等效为均布荷载，荷载的传递示意图如图4-1所示 图4-1板传荷载示意图屋面板传递荷载 恒载： 5.51.8（1-20.272+0.273）2=17.3 kN/m 活载： 0.51.8（1-2

19、0.272+0.273）2=1.57 kN/m 楼面板传递荷载 恒载： 3.891.8（1-20.272+0.273）2=12.24 kN/m 活载： 2.01.8（1-20.272+0.273）2=17.3 kN/m 梁自重： 3.29kN/m 在A- B 轴间框架梁均布荷载为： 屋面梁：恒载=梁自重+板传荷载= 3.29+17.3=20.59kN/m 活载=板传荷载=1.57 kN/m楼面梁 恒载=梁自重+板传荷载= 3.29+12.24=15.53kN/m 活载=板传荷载=6.28kN/m4.3.3在B- C轴间框架梁屋面板传递荷载 恒载： 5.51.355/82=9.28 kN/m 活

20、载： 0.51.355/82=0.84kN/m楼面板传递荷载 恒载： 3.891.355/82=6.56 kN/m 活载： 2.01.355/82=3.38 kN/m 梁自重： 2.28kN/m 在B- C 轴间框架梁均布荷载为 屋面梁 恒载=梁自重+板传荷载= 2.28+9.28=11.56kN/ 活载=板传荷载=0.84 kN/m楼面梁 恒载=梁自重+板传荷载= 2.28+6.56=8.84kN/m 活载=板传荷载=3.38kN/m4.3.4 C- D轴间框架梁同A- B 轴间框架梁4.3.5 A- B ，C- D轴间联系梁：屋面板传递荷载 恒载： 5.51.8（1-20.272+0.27

21、3）2=17.3 kN/m 活载： 0.51.8（1-20.272+0.273）2=1.57 kN/m 楼面板传递荷载 恒载： 3.891.8（1-20.272+0.273）2=12.24 kN/m 活载： 2.01.8（1-20.272+0.273）2=17.3 kN/m 梁自重： 2.62kN/m 在A- B 轴间框架梁均布荷载为 屋面梁 恒载=梁自重+板传荷载= 2.62+17.3=19.92kN/m 活载=板传荷载=1.57 kN/m 楼面梁 恒载=梁自重+板传荷载= 2.62+12.24=14.86kN/m 活载=板传荷载=6.28kN/m4.3.6 A轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱女

22、儿墙自重（做法：墙高600 mm）0.250.67+0.6（0.62+0.25）=1.87kN/m顶层柱恒载=女儿墙自重+梁自重+板传荷载 =1.877.2+3.29（7.2-0.5）+5.51.85/87.2+219.926.6/4=145.96kN顶层柱活载=板传荷载= 0.51.85/87.2+21.57/4=9.23kN标准层柱恒载=墙自重+梁自重+板传荷载= 4.15（7.2-0.5）+3.29（7.2-0.5）+3.891.85/87.2+14.866.62/4=130.77kN标准层柱活载=板传荷载= 2.01.85/87.2+6.2826.6/4=36.92kN基础顶面恒载=基

23、础梁自重+底层外纵墙自重 =4.59（7.2-0.5）+2.5（7.2-0.5）=47.86kN4.3.7 B轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱恒载=梁自重+板传荷载 =3.29（7.2-0.5）+5.51.85/87.2+219.926.6/4+5.51.35（1-20.192+0.193）7.2=182.46kN顶层柱活载=板传荷载 =0.51.85/87.2+21.576.6/4+0.51.35（1-20.192+0.193）7.2=13.77kN标准层柱恒载=梁自重+板传荷载 = 3.29（7.2-0.5）+3.891.85/87.2+214.866.6/4+3.891.35（1-20.19

24、2+0.193）7.2=138.09kN标准层柱活载=板传荷载 =2.01.85/87.2+26.286.6/4+2.01.35（1-20.192+0.193）7.2=55.09kN基础顶面恒载=基础梁自重+底层内隔墙自重 =2.5（7.2-0.5）+7.13（7.2-0.5）=65kN4.3.8 C轴柱纵向集中荷载的计算与B轴柱的相同4. 3. 9 D轴柱纵向集中荷载的计算与A轴柱的相同框架在竖向荷载作用下的受荷总图如图4-2所示（图中数值均为标准值） 图4-2竖向受荷总图（KN）4.4风荷载计算作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值见表4-1： w=ZSZ0 本地区基本风压为：w0=

25、0.4 Z 风压高度变化系数.地面粗糙度为C类 S 风荷载体型系数。根据建筑物的体型查的S=1.3 Z 以为房屋总高度小于30米所以Z=1.0 下层柱高 上层柱高，对顶层为女儿墙的2倍B 迎风面的宽度B=7.2m.表4-1集中风荷载标准值离地高度（Z/m）ZZSw0 (kN/m2 )(m)(m)14.40.741.01.30.43.61.26.6410.80.741.01.30.43.63.69.977.20.741.01.30.43.63.69.973.60.741.01.30.44.053.610.604.5 水平地震作用该建筑物的高度为15.00米，以剪切变形为主，且质量和刚度沿高度均匀

26、分布，故可采用底部剪力法计算水平地震作用。4.5.1重力荷载代表值的计算： 屋面处重力荷载代表值=结构和构配件自重标准值+0.5雪荷载标准值楼面处重力荷载代表值=结构和构配件自重标准值+0.5楼面活荷载标准值其中结构和构配件自重取楼面上下各半层高范围内（屋面处取顶层的一半）的结构及构配件自重4.5.1.1 屋面处重力荷载代表值标准值计算屋面板结构层及构造层自重标准值： G屋面板=5.5（50.916.4）=4591.18kNG梁=3.29（6.6-0.5）16+3.29（7.2-0.5）28+2.28（2.7-0.5）8+2.62（6.6-0.5）14=1202.18kNG柱=6.59（1.8

27、-0.12）32=354.28 kN顶层墙重： =247.96+4591.18+1202.18+354.28+743.3=7138.94.5.1.2其余各层楼面处重力荷载标准值计算： =1486.6+3247.22+1202.18+733.86=6769.864.5.1.3 底层楼面处重力荷载标准值计算： =1700.19+3247.22+1202.18+839.54=6989.13KN4.5.1.4屋面雪荷载标准值计算：4.5.1.5楼面活荷载标准值计算：4.5.1.6 总重力荷载代表值的计算：屋面处结构和构件自重+0.5雪荷载标准值 =7138.9+0.5250.43=7264.12=楼面

28、处结构和构件自重+0.5活载标准值 =6769.86+0.51669.52=7604.62底层楼面处：=楼面处结构和构件自重+0.5活载标准值=6989.13+0.51669.52=7823.894.5.2 框架柱抗侧移刚度和结构基本自震周期计算：4.5.2.1 横向D值的计算：计算过程见表4-2及4-3 表4-2中框架柱侧移刚度D值（N/mm）层数边柱（12根）中柱（12根） 240.950.321274071.930.4919509332250011.860.611411413.780.74171221312362 表4-3边框架柱侧移刚度D值（N/mm）层数边柱（4根）中柱（4根） 24

29、0.720.26414071.410.416529610670311.410.56431912.840.6953217964084.5.2.2 结构基本自振周期的计算用假想顶点位移计算结构基本自振周期，计算过程见表4-4表4-4假想顶点位移计算结果层次47264.127264.124292030.01690.178037604.6214868.744292030.03460.161127604.6222473.364292030.05240.126517823.8930297.254087700.07410.0741结构基本自振周期考虑非结构墙影响折减系数=0.6，则结构的基本自振周期为 4.

30、5.2.3多遇水平地震作用计算由于该工程所在地区抗震设防烈度为7度，场地为II类，设计地震分组为第一组，由表查得 =0.8530297.25=25752.66KN 由于，故 式中 r 衰减系数，在的区间取0.9 阻尼调整系数相应的=1.0纵向地震影响系数 不需要考虑顶部附加水平地震作用的影响，即顶部附加地震作用系数： 如图4-3对于多质点体系，对于多质点体系结构底部总纵向水平地震作用标准值： 质点i的水平地震作用标准值，楼层地震剪力及数层层间位移的计算过程见表4-5 图4-3楼层水平地震作用标准值 表4-5层47264.1215.4111867.4299949.7957.7957.742920

31、30.0022337604.6211.889734.5768.21725.94292030.0040227604.628.262357.9533.82259.74292030.0052617823.894.635989.9308.12567.84087700.00628楼层最大位移与楼层层高之比满足位移要求5 内力计算5.1 恒载作用下的框架的内力恒荷载设计值=恒荷载标准值1.2恒荷载作用下框架受荷简图如图5-1 图5-1 恒载受荷简图恒载作用下的内力图见图5-2，5-3，5-4. 图5-2恒载作用下M图(KN.m) 图5-3 恒载作用下N图（KN） 图5-4 恒载作用下的V图（单位：kN）5

32、.2活载作用下的框架的内力活荷载设计值=活荷载标准值1.2活载作用下的内力图见图5-5，5-6，5-7 图5-5活载作用下M图 （单位：kN.M） 图5-6活载作用下的V图（单位：kN）图5-7 活载作用下的N图（单位：kN）5.3风载作用下的框架的内力风荷载设计值=风荷载标准值1.2风荷载作用下的框架受荷简图见图5-8 图5-8风荷载作用下等效集中力风荷载作用下的内力图见图5-9，5-10，5-11 图5-9风荷载作用下的M图（单位：kN.M） 图5-10风荷载作用下N图（单位：kN）图5-11风荷载作用下V图 (单位：kN.M）5.4框架地震内力计算框架柱剪力和柱端弯矩计算采用D值法计算过

33、程见表5-1，表5-2，表5-3表5-1中框架横向水平地震荷载作用下框架柱剪力和柱端弯矩计算柱层次层(KN.m)(KN.m)边柱43.6957.7429203106170.02523.941.930.44738.5247.6633.61725.9429203106170.02543.151.930.4569.9085.4423.62259.7429203106170.02556.491.930.50101.68101.6814.62567.8408770117610.02974.473.780.557190.80151.75中柱43.6957.7429203162570.03836.390.950.37549.1381.8833.61725.9429203162570.03865.580.950.45106.24129.8523.62259.7429203162570.03885.870.950.487150.55158.5814.62567.8408770142680.03589.871.860.564233.16180.24注：表5-2边框架水