土木工程毕业计算书.doc
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1、题 目: 柳州市某小学教学楼结构、施工设计系 别: 土木工程系 专业班级: 土木101 姓 名: 高华勇 学 号: 20102142 指导教师: 辛立凤 职 称: 助教(硕士) 二一四 年 五 月 十八 日11摘要Abstract摘要设计依据国家有关规范和规程进行计算。主要包括结构布局及选型、荷载计算 、内力分析、内力组合、抗震验算、截面设计以及楼梯设计等。详细过程见计算书部分。 实验楼常用形式为混凝土框架结构设计,因为框架的特点是能为建筑提供灵活的使用空间,能满足办公所需空间的要求。建筑布局横向尺寸较短,纵向尺寸较长。 设计所需数据参照相关建筑书籍及规范有关的建筑数据,同时,在设计过程中也借
2、鉴了相关的框架设计案例。关键字:框架结构;荷载计算;内力组合;截面设计 Abstract Design according to relevant state rules and regulations were calculated. Mainly includes the structure layout and selection, the load calculation, internal force analysis, internal force combination, seismic calculation, cross section design and stair de
3、sign, etc. See detailed process of calculation. Laboratory building common form of concrete frame structure design, because the characteristics of the framework for building is to provide agile use the space, can satisfy the requirement of office space required. The architectural layout lateral size
4、 is short, the vertical dimension is longer.Design the data reference related building books and regulate the relevant building data, at the same time, in the design process and the related reference frame design case. Key Words: frame structure; The load calculation; Internal force combination; Cro
5、ss section design II目录目录摘要IAbstractII目录III1 设计原始资料12 结构选型和布置22.1 结构体系选型22.2 承重体系的选择32.3 建筑材料的选择42.4 其他结构选型42.5 结构布置43 屋面板设计63.1 计算梁、柱的线刚度63.2 柱线刚度计算63.3 荷载的计算73.4 弯矩计算10184 现浇楼梯设计194.1 设计资料194.2 梯段板的计算204.3 平台板设计224.4 平台梁设计234.5 T柱设计255 一榀框架的计算265.1 竖向荷载作用下框架内力计算265.3 框架在恒载活载作用下的内力计算435.4 内力组合645.5框
6、架梁截面设计715.6 框架柱的截面设计776 基础截面设计806.1 独立基础的设计816.2 A轴框架柱下独立基础的设计82致 谢83参考文献84广西科技大学鹿山学院本科生毕业设计1 设计原始资料本工程建筑设计已经完成,根据建筑设计资料进行结构设计及施工设计。1.1本工程柳州市某小学教学楼工程,建筑设计工作已完成。总建筑面积2698.78m2。总建筑层5层。各层的层高及各层的建筑面积、门窗标高详见建筑施工图。1.2防火要求:建筑物属二级防火标准。1.3结构形式:钢筋混凝土框架结构。填充墙厚度详表一。1.4气象、水文、地质资料:1.4.1主导风向:夏季南风、冬秋季北风。基本风压值W0详表一。
7、1.4.2建筑物地处柳州市中心,不考虑雪荷载和灰荷载作用。1.4.3自然地面-10m以下可见地下水。1.4.4地质资料:地质持力层为粘土,孔隙比为e=0.75,液性指数IL=0.85,场地覆盖层为1.5m,场地土壤属类场地土。地基承载力详表一。1.4.5抗震设防:此建筑物为一般建筑物,建设位置位于近震区,其抗震设防烈度为6度。1.4.6建筑设计图纸附后。要求在已完成的建筑设计基础上进行结构设计、施工设计,设计条件如下表一所示: 表1-1设计条件填充墙厚度/mm基本风压值/kN/m2地基承载力/kPa计算楼板计算框架计算楼梯180厚标准砖0.50230第5层8轴1#楼梯第五层2 结构选型和布置
8、2.1 结构体系选型2.1.1 结构体系和结构形式的分析比较建筑结构的分类方法很多,按结构所用材料分类时可分为砌体结构(包括石和砌块砌体)、混凝土结构(包括混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土结构)、钢结构及木结构等。各类结构都有其一定的适用范围,应根据其材料性能、结构形式、受力特点和建筑使用要求及施工条件等因素合理选择。一般来说,无筋砌体结构主要用于建造多层住宅、办公楼、教学楼以及小型单层工业厂房等;钢结构多用于建造超高层建筑以及有重型吊车、跨度大于36 米或有特殊要求的工业厂房;其它情况均可采用钢筋混凝土结构。该设计是多层建筑结构设计,因此宜采用钢筋混凝土结构。2.1.2 多层建筑的结构体系及
9、选择2.1.2.1 框架结构体系框架结构的优点是建筑平面布置灵活,可以提供较大的建筑空间,也可以构成丰富多变的立面造型。但框架结构体系的抗侧刚度主要取决于梁、柱的截面尺寸,一般梁柱截面的惯性矩较小,在水平荷载作用下的侧向变形较大,抗侧能力较弱,属柔性结构,因此其建筑高度受到限制。框架结构有横向、纵向、双向承重方案选择:2.1.2.2 横向框架承重方案纵向连系梁将横向框架连成整体。对于水平风荷载作用,由于横向每榀框架的柱子少,而纵向每榀框架的柱子多,所以横向框架的受力远比纵向的大,故一般只需要对每榀横向框架进行内力分析,而对纵向框架可按构造设计。但对水平地震荷载作用,由于框架结构所受的地震作用与
10、房屋框架结构体系是由竖向的柱子与水平构件的梁通过节点连接而组成,既承担竖向荷载,又承担水平荷载(风、地震)2.1.2.3 纵向框架承重方案此时,纵向框架为主要承力构件,沿房屋的纵向设置框架主梁,有利于充分利用室内空间,但其横向刚度较弱,对抗震不利,故不应在地震区框架结构中采用。2.1.2.4 纵横框架双向承重方案这种方案比较适用于建筑平面呈正方形或平面边长L/B1.5 的情形(L房屋长度,B房屋宽度),对于地震区的框架结构,由于其纵向、横向都承受地震作用,需将纵横两个方向的梁、柱按刚接处理,设计成双向承重的框架结构方案。2.1.3 剪力墙结构体系现浇混凝土剪力墙结构抗侧移刚度大、变形小,整体性
11、好,采用先进工艺施工时可缩短工期,节省人力;但墙体较密,使建筑平面布置和空间利用受到限制,很难满足大空间建筑功能要求;结构自重较大加上抗侧刚度较大,结构自振周期较短,导致较大的地震作用。2.1.4 框架-剪力墙结构体系它可提供较大的建筑空间,布置灵活,能为建筑设计提供丰富的建筑造型,且侧移小,减轻节点负担,增加超静定次数,保证塑性铰均匀发展;但水平方向刚度不均匀,抗震性能较剪力墙相对薄弱。2.1.5 筒体结构体系筒体结构属于整体刚度很大的结构体系。由于它能提供很大的建筑空间和建筑高度,建筑物内部空间的划分可以灵活多变,因此它广泛应用于多功能、多用途的超高层建筑中。 2.2 承重体系的选择根据设
12、计原始资料可知,该工程为某框架结构,总楼层为5层。建筑功能的要求,需要较大空间,能适应灵活布置。各开间及进深均较大;抗震设防烈度为6 度,地震作用不考虑。综合以上几种常见的结构体系在抗震、抗侧以及造型要求等方面的比较,并着重考虑由于不同方案所带来的对建筑物造价的影响,结合实际情况,现选取纵横框架双向承重体系作为承重体系。 2.3 建筑材料的选择建筑结构材料是形成结构的物质基础。鉴于框架结构,其填充墙应优先选用轻质砌体。考虑资源的可持续发展,以及环境保护等各方面因素,为满足建筑造型要求,现采用240 厚焦渣砖作为填充墙材料。2.4 其他结构选型2.4.1 屋面结构:充分考虑屋面防漏,采用钢筋混凝
13、土整体现浇板。2.4.2 楼面结构:该建筑处于6 度抗震设防区,为了使建筑整体性好,故采用现浇钢筋混凝土板。2.4.3 楼梯结构:楼梯斜板的水平投影长度超出3m 的不多,因而仍然可以采用板式楼梯,故楼梯均采用钢筋混凝土板式楼梯。2.4.4 过梁:窗过梁均采用钢筋混凝土梁。2.4.5 基础:从抗震整体性、经济和施工方便的角度出发采用钢筋混凝土现浇柱下独立基础。2.4.6 材料选择:混凝土等级:梁、柱:C30、C30 楼板: C30 钢筋等级:HRB335、HPB300。2.4.7 荷载的选择:楼面均布活 载屋面均布活荷载(不上人)走廊楼梯卫生间基本风压2.0 kN/m22.0 kN/m2(0.5
14、 kN/m2)3.5 kN/m23.5 kN/m22.5 kN/m20.5 kN/m22.5 结构布置根据板、梁、柱布置的一般原则,同时充分考虑建筑的美观,并借鉴同类建筑结构平面布置的相关成果,注意易于整体施工的因素,初步确定板厚、梁、柱截面尺寸。并将它们表示在各层的结构平面布置图上。2.5.1 现浇板厚确定查混凝土结构设计规范(GB50010-2002)知:现浇钢筋混凝土双向板的最小厚度为80mm,且根据板的厚度确定的一般原则,结合该建筑物各板的受力情况,取板厚均为100mm。而一般来说,框架结构的楼板板厚不宜小于100mm,且要求双向板的板厚不小于跨度的1/45(简支),1/50(连续);
15、单向板的板厚不小于跨度的1/35(简支),1/40(连续)。因此本设计板厚均取为100mm(楼顶板厚取120mm)。2.5.2确定梁截面尺寸主梁:按高层规范6.3.1 框架结构的主梁截面高度hb 可按(1/101/18)l 确定,l 为主梁的计算跨度;梁净跨与截面高度之比不宜小于4。梁的截面宽度不宜小于200mm,梁截面的高宽比不宜大于4。框架梁截面高度一般取h=(1/101/18) l ,l 为框架梁的最大跨度。框架梁的宽度取b=(1/31/2)h。故主梁的截面高度应满足h=L/18L/10=8000/188000/10=444800mm,取h=700mm,截面宽度为b=1/3 1/2=27
16、0400mm,取b=300mm。次梁:梁截面按h=L/18L/12=8000/188000/12=444667mm(L 为次梁最大跨度)估算,并考虑建筑模数,取梁高为h=600.梁的宽度按b=h/3h/2=200mm300mm 估算,取b=250mm.在建筑中存在挑梁,因为考虑到布置的整体性与施工方便,所以挑梁就直接由走廊的梁直接挑出。2.5.3 确定柱截面尺寸柱组合的轴压比设计值按照公式N=Fgn计算。:考虑地震设防烈度为6 度,此建筑为三类建筑,柱轴压力增大系数,边柱取1.3,中柱取1.25;F:为按照简支状态计算柱的负荷面积;g:为折算后在的单位面积上的重力荷载代表值,12 kN/m21
17、4 kN/m2,取14 kN/m2;n:为验算截面以上楼层层数;边柱:F=(4+4)4=32 m2 ,增大系数=1.2抗震设防为6度,取=0.9,混凝土等级选用C30,利用轴压比公式: 则: N=Fgen=1.232412=1843.2kN Ac N = 1843.2103 = 143216.8mm2 fc 0.914.3边柱的尺寸 bchc=600mm600mm 中柱:F=(4.0+4.0)(4.0+4.0)=64m2 N=Fgen=1.264412=3686.4kN,则: Ac N = 3686.4103 = 286433.6mm2 fc 0.914.3取柱截面尺寸为:bchc=600mm
18、600mm。3 屋面板设计 3.1 计算梁、柱的线刚度 梁线刚度计算梁柱混凝土标号均为C30,Ec=3.00107kN /m2.在框架结构中现浇楼面或预制楼板但只有现浇层的楼面,可以作为梁的有效翼缘,增大梁的有效刚度,减少框架侧移。考虑这一有利作用,在计算梁的截面惯性矩时,对现浇楼面的边框架梁取 I=1.5I0,对中框架梁取 I=2.0I0。对梁: 对柱:纵梁线刚度计算表类别EcN/mm2bhmmmmIomm4LmmEcIo/lmm22EcIo/lNmmBC跨中框架梁3.001043007008.610930008.6106E1.721010CG跨中框架梁3.001043007008.6109
19、75003.84106E7.6810103.2 柱线刚度计算设基础顶面到地面为1000mm,底层柱高为3600mm层次h cmmEcN/mm2b hmm mmI0mm4 EcI0/ hcNmm底层柱边柱49003.001046006001.081010910102层柱边柱36003.001046006001.0810109101035层柱边柱36003.001046006001.08101091010取底层柱边柱和AC跨中框架梁进行验算,则:i1/i2=9/6.5=1.385,符合要求,由此可知其他都符合要求。3.3 荷载的计算3.3.1梁间荷载计算需要输入的梁上线荷载是梁上墙体(包括两面抹灰
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