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1、Hebei Normal University of Science & Technology专业： 土木工程 学号： 9314090214 本科毕业设计（自然科学） 题 目： 秦皇岛中学实验楼 院（系、部）： 欧美机电系 学 生 姓 名： 刘 深 指 导 教 师： 李冰心 职 称 副教授 2013 年 5 月 26 日河北科技师范学院教务处制 河北科技师范学院本科毕业设计 秦皇岛中学实验楼院（系、部）名 称 ： 欧 美 学 院 机 电 系 专 业 名 称 ： 土木工程 学 生 姓 名 ： 刘 深 学 生 学 号 ： 9314090214 指 导 教 师 ： 李冰心 2013年 5 月 15
2、日河北科技师范学院教务处制 学 术 声 明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于河北科技师范学院。本人签名： 日期： 指导教师签名： 日期： 摘 要本工程为实际应用课题为秦皇岛中学实验楼。建筑使用场地为70m30m，建筑耐火等级II级，结构安全等级二级，本工程占地面积约880平方米左右，建筑面积5200平方米。本建筑共六层，各层梁、板、柱混凝土强度均
3、为C30，纵向受力钢筋采用HRB400级钢筋，其余钢筋用HRB335级钢筋。总长度为48.9米，总宽度为18.0米。建筑立面规整。除正面中门为玻璃门外，其余均采用钢铁门，窗为铝合金窗。本工程结构形式为钢筋混凝土框架结构体系，各层柱截面尺寸均为600600。建筑地点地质条件良好，采用柱下独立基础。楼梯采用混凝土楼梯，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，基础设计及验算柱、梁的强度验算和整体稳定验算，楼梯设计等。关键词：框架结构；独立基础；钢筋混凝土；抗震设计AbstractThis project, serving as a practical subject of appli
4、cation, is located in Qin huandao downtown area and designed as the laboratory building of an experimental high school. With a level II fireproof grade and a level II safety class, this building occupies a venue of 70m30m. In addition, this project covers an area of about 880 square meters and has a
5、 building area of 5200 square meters. The strength of the beams, plates and concrete columns in each layer of this six-layered building is C30. HRB400 steel bars are used lengthways while HRB335 steel bars are used anywhere else. The building plane is square with a total length of 48.9 meters and a
6、total width of about 18 meters. The building elevation is neat and clean. All doors are made of steel except the middle door in the front which is made of glass. Aluminum alloy windows are used. This project employs a reinforced concrete frame structure. The sectional dimension of the columns are of
7、 the same size 600 x 600. The geological condition of the construction site is good. An under column independent foundation and slab-typed concrete stairs are designed. Strictly abiding by the existing norms of design in China, this design includes such calculations as load calculations, the interna
8、l force composition, basic design and checking, the check calculation of the strength of the column and the beam, the overall stability checking and staircase design and so on.Keywords: Frame construction ; Independent foundation ; Reinforced concrete; Seismic design目录摘 要IAbstractI1 建筑设计11.1 工程概况11.
9、2 设计资料11.3 总平面设计11.4 主要房间设计11.5 辅助房间设计21.6 交通联系空间的平面设计21.6.1 水平交通空间的平面设计21.6.2 垂直交通空间的平面设计21.6.3 交通枢纽空间21.7 剖面设计21.7.1 层高的确定21.7.2 室内外高差的确定31.7.3 屋面排水设计31.7.4 楼梯剖面设计31.8 立面设计31.8.1 体型31.8.2 墙体31 设计资料(1)工程名称：秦皇岛中学实验楼。42 结构选型与布置42.1结构选型42.2结构布置43 结构计算简图及梁柱线刚度计算43.1 梁、柱截面尺寸估算43.1.1 梁截面尺寸估算43.1.2柱截面尺寸估算
10、63.2 确定框架计算简图63.2.1 选取计算单元63.2.2 梁柱线刚度计算63.2.3 确定结构计算简图（KJ-4）74 荷载计算84.1 恒载标准值计算84.1.1 屋面84.1.2 各层走廊楼面84.1.3 标准层及其卫生间楼面94.1.4 梁自重94.1.5 柱自重104.1.6 外纵墙自重10标准层104.1.7 内纵（隔）墙自重114.1.8 窗间墙114.1.9 女儿墙自重114.2 活荷载标准值计算124.2.1 屋面和楼面活荷载标准值124.2.2 雪荷载标准值124.3 竖向荷载下框架受荷总图124.3.2 A-B及C-D轴间框架梁134.3.3 A轴柱及D轴柱纵向集中
11、荷载的计算144.3.4 B轴柱及C轴柱纵向集中荷载的计算154.4水平地震作用计算164.4.1 重力荷载代表值计算164.4.2 框架柱抗侧刚度D和结构基本自振周期计算184.4.3 多遇水平地震作用计算205.内力计算225.1 恒荷载作用下框架的内力225.1.1 固端弯矩计算225.2 活荷载作用下框架的内力255.2.1 固端弯矩计算255.4 地震作用下框架的内力286 内力组合326.1 内力调整336.1.1 恒载作用下内力调整336.1.2 活载作用下内力调整346.1.3 地震作用下梁端柱边剪力、弯矩及跨中弯矩计算356.2 内力组合366.2.1 梁端剪力组合366.2
12、.1 柱内力组合407 框架梁柱截面设计447.1 框架横梁截面设计447.1.1 框架横梁正截面受弯承载力计算447.1.2 框架横梁斜截面承载力计算467.1.3 框架梁裂缝宽度验算487.2 框架柱截面设计497.2.1 正截面受弯承载力计算497.2.2 斜截面承载力计算508 板的截面设计538.1板荷载计算538.2板配筋计算538.2.1 B1板配筋计算538.2.2 B2板配筋计算549板式楼梯设计559.1楼梯板设计559.1.1荷载计算569.1.2截面设计569.2平台板设计569.2.1荷载计算569.3平台梁设计579.3.1荷载计算579.3.2配筋计算5810.1
13、边柱基础计算5910.1.1持力层承载力验算5910.1.2基础埋深及冲切验算6010.2中柱基础计算6110.2.1持力层承载力验算6110.2.2基础埋深及冲切验算62结论63参考文献64致谢11 建筑设计1.1 工程概况本建筑位于秦皇岛，六层现浇钢筋混凝土框架结构，房间开间8.1米，层高3.9米。长48.9米，宽18米，高24.6米。总建筑面积5200平方米。1.2 设计资料1） 本建筑设计使用年限为50年.2） 耐火等级为2级.3） 基本风压=0.45 KN/M2，基本雪压=0.35 KN/M2.4） 建筑结构安全等级为二级；抗震设防烈度为7度；建筑抗震设防类别为丙类.1.3 总平面设
14、计总平面布置的基本原则：1） 应根据一栋楼或一个建筑群的组成和使用功能，结合所处位置和用地条件、有关技术要求，综合研究新建的、原有的建筑物、构筑物和各项设施等相互之间的平面和空间关系，充分利用土地，合理进行总体布局，使场地内各组成部分成为有机的整体，并与周围环境相协调而进行的设计。2） 应结合地形、地质、气象条件等自然条件布置，有效组织地面排水，进行用地范围内的竖向布置。3） 建筑物的布置应符合防火、卫生等规范及各种安全要求，并应满足交通要求。4） 建筑物周围布置应与城市主干道及周围环境相协调，合理组织场地内的各种交通流线（含人流、车流、货流等），并安排好道。1.4 主要房间设计 主要房间是各
15、类建筑的主要部分，是供人们学习、生活的必要房间，由于建筑物的类别不同，使用功能不同，对主要房间的设计也不同。但主要房间设计应考虑的基本因素仍然是一致的，即要求有适宜的尺寸，足够的使用面积，适用的形状，良好的采光和通风条件，方便的内外交通联系，合理的结构布置和便于施工等。1.5 辅助房间设计在本建筑中，辅助房间主要为卫生间,休息室，储藏间等。卫生间的设计在满足设备布置及人体活动的前提下，应设在人流交通线上与走道楼梯间相连处，如走道尽端，楼梯间即出入口或建筑物转角处，为遮挡视线和缓冲人流。在本建筑中，每层设男、女卫生间各2间。男卫生间单间尺寸为7.5m3.2m，女卫生间尺寸为7.5m2.8m.1.
16、6 交通联系空间的平面设计主要房间和辅助房间都是单个独立的部分，而房间与房间的水平与垂直方向上的联系、建筑物室内外之间的联系，都要通过交通联系来实现。交通联系空间按位置可分为水平交通空间，垂直交通空间和交通枢纽空间。交通联系空间形状、大小、部位主要决定于功能关系及建筑空间处理的需要，设计时应主意：交通流线简洁明确，对人流起导向作用。良好的采光、通风。安全防火，平时人流畅通，联系方便；交通联系空间的面积大，要有适当的高度和宽度。1.6.1 水平交通空间的平面设计走廊起着联系各个房间的作用，走廊宽度的确定，应符合防火、疏散和人流畅通的要求，本建筑走廊轴线尺寸为3000mm。1.6.2 垂直交通空间
17、的平面设计楼梯是多层房屋的垂直联系和人流疏散的主要措施。由于该建筑物是中学实验楼，按防火要求和疏散人流。1.6.3 交通枢纽空间门厅作为交通枢纽，其主要作用是集散人流，转换人流方向，室内外空间的过渡或水平与垂直交通空间的衔接等。门厅一般应面向主干道，使人流出入方便，有明确的向导性，同时交通流线组织应间明醒目。本设计中大厅门取5400mm3000mm，门开启方向是里外都可以开的弹簧门。所有的窗户均采用铝合金窗，门为钢铁门（大门除外）。1.7 剖面设计1.7.1 层高的确定层高是剖面设计的重要依据，是工程常用的控制尺寸，本建筑为六层，主要为实验室，层高确定为3.9m，这样的房间高度比较合适些。1.
18、7.2 室内外高差的确定为防止室内受室外雨水的流渗，室内与室外应有一定的高差，且高差不宜过大，若过大便不利于施工和通行，故设计室内外高差为0.45m。1.7.3 屋面排水设计本建筑设计中屋面利用材料找坡（2.5），采用有组织排水（女儿墙外排水）。因 2.51/12，故为平屋顶。1.7.4 楼梯剖面设计 所有楼梯均采用现浇钢筋混凝土结构，其具有整体性好，坚固耐久，刚度好等特点。1.8 立面设计建筑立面可以看成是由许多构件组成，如墙体、梁柱、门窗及勒角、檐口等，恰当地确定立面中这些构件的比例、尺寸，运用节奏、韵律、虚实、对比等规律，已达到体型完整，形式和内容的统一。本结构是钢筋混凝土框架，具有明快
19、、开朗、轻巧的外观形象，不但为建筑创造了大空间的可能性，同时各种形式的空间结构也大大丰富了建筑的外部形象，立面开窗自由，既可形成大面积独立窗，也可组成带形窗等。1.8.1 体型建筑体型设计主要是对建筑物的轮廓形状、体量大小、组合方式及比例尺的确定。本建筑根据场地和周围环境的限制，整栋建筑物采用“一”字型，结构和经济方面都容易满足。1.8.2 墙体填充墙采用混凝土砌块。结构计算书1 设计资料(1)工程名称：秦皇岛中学实验楼。(2)工程概况：建筑总高24.60米，共6层，每层层高3.9米，室内外高差0.45米。(3)基本风压：0.40KN/m2，地面粗造程度为C类。(4)基本雪压：0.35KN/m
20、2(5)抗震设防烈度：场地类别为类，冻土深度0.6米，抗震设防烈度7度，设计地震分组第一组，设计地震基本加速度至0.1g。2 结构选型与布置2.1结构选型为了使结构的整体刚度较好，梁柱、楼面、屋面、楼梯等均采用现浇结构，基础为柱下独立基础。2.2结构布置本设计为双向梁柱抗侧力体系，柱距见图1。根据结构布置，板厚mm，本建筑由于楼面活荷载不大，为减轻结构自重，节省材料，楼面板、屋面板的厚度均取为120mm。3 结构计算简图及梁柱线刚度计算3.1 梁、柱截面尺寸估算3.1.1 梁截面尺寸估算框架梁截面高度，次梁截面高度，梁截面宽度，本结构中取：横向AB跨（CD跨）框架梁： h=750mm b=30
21、0mm横向BC跨框架梁：h=500mm b=250mm 纵向框架梁： h=750mm b=300mm3.1.2柱截面尺寸估算柱截面尺寸根据公式估算，仅估算底层柱。该框架结构抗震设防七度，建筑高度24.60m30m，因此为三级抗震，其轴压比限值=0.85。各层重力荷载代表值近似取=12kN/m2，边柱和中柱负荷面积分别为，层数n=6，C30混凝土 ，=14.3Mpa因此 边柱 中柱取柱截面为正方形，则边柱、中柱截面分别为451mm451mm,534 mm534mm，考虑到施工、计算简便以及安全因素，各柱截面尺寸从底层到顶层均取为600 mm600mm。3.2 确定框架计算简图3.2.1 选取计算
22、单元选取轴线的一榀框架进行计算，其余框架可参照此框架进行配筋。3.2.2 梁柱线刚度计算各跨梁的线刚度计算见表1 。各层柱线刚度计算见表 2。令，则其余各杆件的相对线刚度为： 表1 梁线刚度的计算类别ECbhI0LECI0/L1.5ECI0/L2ECI0/L(N/mm2)(mmmm)(mm4)(mm)(Nmm)(Nmm)(Nmm)边横梁AB(CD)3.010430075075004.210106.310108.41010边横梁BC3.010425050030002.610103.910105.21010表2 柱线刚度计算的计算层次ECbhI0hECI0/h(N/mm2)(mmmm)(mm4)(
23、mm)(Nmm)13.01046006001.08101052006.2310102-63.01046006001.08101039008.3110103.2.3 确定结构计算简图（KJ-4）图2 计算简图4 荷载计算4.1 恒载标准值计算4.1.1 屋面05J屋1倒置式屋面 保护层：C20细石混凝土，内配4150150钢筋网片隔离层：干铺无纺聚酯纤维布一层保温层：40mm厚挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板防水层：高聚物改性沥青防水卷材找平层：1：3水泥砂浆，砂浆中掺聚丙烯或棉纶-6纤维0.750.90kg/找坡层：1：8水泥膨胀珍珠岩找2%坡合计： 2.102kN/ 结构层：120厚现浇钢筋混凝土板
24、0.1225kN/=3.0kN/ 抹灰层：10厚粉刷石膏砂浆 0.0112kN/=0.12kN/ 合计： 5.222kN/ 4.1.2 各层走廊楼面05J楼10陶瓷地砖楼面：810厚地砖铺实拍平，水泥浆擦缝20厚1：4干硬性水泥砂浆素水泥浆结合层一遍合计： 0.7kN/ 结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.1225 KN/m2 =3.0 kN/m2 抹灰层：10厚粉刷石膏砂浆 0.0112kN/=0.12kN/ 共计： 3.82kN/m24.1.3 标准层及其卫生间楼面05J楼10陶瓷地砖楼面：810厚地砖铺实拍平，水泥浆擦缝20厚1：4干硬性水泥砂浆素水泥浆结合层一遍合计： 0.7kN/
25、结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.1225 kN/m2 =3.0 kN/m2 抹灰层：10厚粉刷石膏砂浆 0.0112kN/=0.12kN/ 合计： 3.82kN/m2卫生间楼面 05J楼27陶瓷锦砖防水楼面：45厚陶瓷锦砖铺实拍平，水泥砂浆擦缝 20厚1：4干硬性水泥砂浆 1.5厚聚氨酯防水涂料，面撒黄砂，四周沿墙上翻150高 刷基层处理剂一遍 15厚1：2水泥砂浆找平 50厚C15细石混凝土找坡不小于0.5%，最薄处不小于30厚。 合计： 2.04kN/m 结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.1225kN/m2 =3.0kN/m 抹灰层：10厚粉刷石膏砂浆 0.0112kN/=0.1
26、2kN/ 合计： 5.16kN/m 4.1.4 梁自重bh=300 mm 750 mm梁自重 250.3（0.75-0.12）=4.725 kN/m抹灰层：10厚粉刷石膏砂浆 合计: 4.9122kN/m梁自重 250.25（0.5-0.12）=2.5 kN/m 抹灰层：10厚粉刷石膏砂浆 合计: 2.6212kN/mbh=300 mm500 mm梁自重 250.3（0.5-0.12）kN/m=2.85kN/m抹灰层：10厚粉刷石膏砂浆 合计 2.9772kN/m基础梁250 mm400 mm梁自重 250.250.4=2.5 kN/m4.1.5 柱自重bh=600mm600 mm柱自重 ：
27、250.600.60=9 kN/m抹灰层：20厚粉刷石膏砂浆 合计 ： 9.576kN/m4.1.6 外纵墙自重标准层纵墙 铝合金窗 0.352.1=0.735kN/m内墙面：20厚混合砂浆抹面 （3.9-2.1）0.0217=0.612kN/m外墙面：20厚水泥砂浆抹面 （3.9-2.1）0.0220=0.72kN/m合计 3.957kN/m 底层纵墙 （5.2-0.75-2.1-0.4）0.36.0=3.51kN/m铝合金窗 0.352.1=0.735kN/m内墙面：20厚混合砂浆抹面 （3.9-2.1）0.0217=0.612kN/m外墙面：20厚水泥砂浆抹面 （3.9-2.1+0.45
28、）0.0220=0.9kN/m合计 5.757kN/m4.1.7 内纵（隔）墙自重纵（隔）墙： 0.26.0（3.9-0.75）=3.78kN/m内墙面：20厚混合砂浆抹面 0.02172（3.9-0.75）=2.142kN/m 合计 5.922kN/m4.1.8 窗间墙标准层窗间墙 （3.9-0.75）0.36.0=5.67kN/m窗间墙内墙面：20厚混合砂浆抹面 0.0217（3.9-0.75）=1.071kN/m窗间墙外墙面：20厚水泥砂浆抹面 0.02203.9=1.56 KN/m合计 8.301kN/m底层窗间墙 （5.2-0.75-0.4）0.36.0=7.29kN/m窗间墙内墙面
29、：20厚混合砂浆抹面 0.0217（3.9-0.75）=1.071kN/m窗间墙外墙面：20厚水泥砂浆抹面 0.0220（3.9+0.45）=1.74 kN/m 合计 10.101kN/m4.1.9 女儿墙自重纵墙（300mm加气混凝土，20mm厚水泥砂浆外墙面）0.31.26.0+（1.2+0.3）200.02=2.76kN/m4.2 活荷载标准值计算4.2.1 屋面和楼面活荷载标准值不上人屋面 0.5 kN/m2楼面 2.0kN/m2楼梯、走廊 2.5 kN/m24.2.2 雪荷载标准值屋面活荷载和雪荷载不同时考虑，两者中取大值。4.3 竖向荷载下框架受荷总图AB梁和CD上所承担的板的2，
30、按双向板设计，BC梁上的板的，按双向板设计。本结构楼面荷载的传递示意图见图3。4.3.1 B-C轴间框架梁屋面板传荷载：图3 板传荷载示意图恒载 5.2221.525/8=9.7913kN/m 活载 0.51.525/8=0.9375kN/m 雪载 0.351.525/8=0.6563kN/m 楼面板传给荷载：恒载 3.821.525/8=7.1625kN/m 活载 2.01.525/8=3.75kN/m梁自重标准值：2.6212kN/mB-C轴间框架梁均布荷载为：屋面梁 恒载=梁自重+板传荷载=2.6212+9.7913=12.4125kN/m 活载=板传荷载=0.9375kN/m 活载=板
31、传荷载=0.6563kN/m楼面梁 恒载=梁自重+板传荷载=2.6212+7.1625=9.7 活载=板传荷载=3.75kN/m4.3.2 A-B及C-D轴间框架梁屋面板传荷载：恒载 5.2222.0252（1-2）=18.4818kN/m活载 0.52.0252（1-2）=1.7696kN/m雪载 0.352.0252（1-2）= 1.2387kN/m楼面板传荷载：恒载 3.822.0252（1-2）=13.5198kN/m活载 2.02.0252（1-2）=7.0785kN/m梁自重：4.9122kN/mAB及CD轴间框架梁均布荷载为：屋面梁 恒载=梁自重+板传荷载 =4.9122+18.
32、4818=23.394kN/m 活载=板传荷载=1.7696kN/m 活载=板传荷载=1.2387kN/m楼面梁 恒载=梁自重+板传荷载 =4.9122+13.5198=18.432kN/m 活载=板传荷载=7.0785kN/m4.3.3 A轴柱及D轴柱纵向集中荷载的计算 顶层柱顶层柱恒载=女儿墙自重+梁自重+板传荷载=200.457kN 顶层柱活载=板传荷载 =0.52.0258.15/8+1.76967.5/2 =11.762kN雪载时顶层柱活载=板传荷载 =0.352.0258.15/8+1.23877.5/2 =8.233kN标准层柱恒载=墙自重+梁自重+板传荷载 标准层柱活载=板传荷
33、载=2.02.0258.15/8+7.07857.5/2=47.047kN基础顶面恒载=基础梁自重+底层墙自重 4.3.4 B轴柱及C轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱恒载=梁自重+板传荷载 =4.9122（8.1-0.6）+4.91227.5/2+2.62123.0/2+5.2222.0258.15/8+18.4818（7.5/2+3.0/2） =121.46kN 顶层柱活载=板传活载=0.52.0258.15/8+0.93753.0/2 =6.532kN雪载时顶层柱活载=板传活载=0.352.0258.15/8+0.65633.0/2 =4.573kN标准层柱恒载=梁自重+板传荷载+墙自重 =4
34、.9122（8.1-0.6）+2.62123.0/2+4.91227.5/2+7.16258.1+13.51988.1+5.922（8.1-0.6）+5.9227.5/2 =293.3428kN 标准层柱活载=板传活载=0.52.0258.15/8+3.753.0/2 =10.751kN基础顶面恒载=墙自重+基础梁自重 4.4水平地震作用计算4.4.1 重力荷载代表值计算4.4.1.1 屋面 4.4.1.2 标准层楼面处重力荷载标准值计算=1471.145kN=1085.92kN=1259.028kN4.4.1.3 底层楼面处重力荷载标准值计算 =1471.145kN =+ =1472.304
35、6+1459.3824+1471.145+3341.736 =7744.568kN4.4.1.4 屋顶雪荷载标准值计算 4.4.1.5 楼面活载标准值计算 4.4.1.6 总重力荷载代表值计算屋面处：=屋面处结构和构件自重+0.5雪荷载标准值 =8744.42+0.5305.676 =8897.258kN标准层楼面处：=楼面处结构和构件自重+0.5活荷载标准值 =6814.029+0.51746.72 =7687.389kN底层楼面处=楼面处结构和构件自重+0.5活荷载标准值 =7744.568+0.51746.72 =8617.928kN4.4.2 框架柱抗侧刚度D和结构基本自振周期计算4.4.2.1 横向D值计算各层柱的D值及总D值见表3表6。表 3 横向26层框架D值计算构件名称B轴柱及C轴柱0.450.355A轴柱及D轴柱0.340.268表 4 横向底层框架D值计算构件名称B轴柱及C轴柱0.64 0.213A轴柱及D轴柱0.550.183表5 横向2
