土木工程毕业设计论文登封市第一初级中学教学楼设计.doc

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1、郑州华信学院毕业设计 登封市第一初级中学教学楼设计郑州华信学院本科生毕业设计 题 目：登封市第一初级中学教学楼设计 指导教师： XXX 职称： 副教授 学生姓名： XXX 学号：XXXXXXX 专 业： 土木工程 院 （系）： 建筑工程学院 答辩日期： 2014年05月18日 2014年05月18日目 录 第1章 结构布置1第2章 框架计算简图及梁柱线刚度22.1 梁、柱截面尺寸估算22.2 确定框架梁的计算简图22.3 框架梁柱的线刚度计算3第3章 荷载计算53.1 恒载标准值的计算53.2 活荷载标准值计算63.3 竖向荷载下框架受荷总图7第4章 恒载、活载作用下的内力计算124.1 恒荷

2、载标准值作用下的内力计算124.2 活荷载标准值作用下的内力计算16第5章 水平地震作用的计算185.1 重力荷载代表值的计算185.2 框架柱抗侧刚度D和结构基本自振周期计算195.3 多遇水平地震作用计算215.4 框架地震内力计算225.5 风荷载的计算28第6章 重力荷载代表值计算296.1 作用于屋面板处均布荷载代表值计算296.2 作用于楼面处均布荷载代表值计算296.3 由均布荷载代表值在屋面处引起固端弯矩296.4 由均布荷载代表值在楼面处引起固端弯矩29第7章 内力组合357.1 恒荷载和活荷载作用下的内力组合357.2 弯矩调幅及强剪弱弯的调整387.3 梁端弯矩最不利内力

3、组合39第8章 框架截面设计478.1 框架柱截面设计568.2 框架梁截面设计56第9章 板的配筋计算619.1 BC轴间板619.2 AB轴间板65第10章 楼梯的计算6910.1 踏步板（TB-1）计算6910.2 梯段梁计算7010.3 平台板（TB-2）计算7110.4 平台梁（TL-2）计算7110.5 平台梁（TL-3）计算74第11章 基础的计算7711.1 A轴柱基础7711.2 B轴柱基础80致谢84参考文献85全套图 纸加扣 3346389411或3012250582II第1章 结构布置 结合本建筑的平面、立面和剖面情况，本教学楼的结构平面布置如图1-1所示。 本建筑的柱

4、距为7.2m，根据结构布置 平面均为双向板。双向板的厚度hL/40L为区格短边边长。本简直楼面活荷载不大，为减轻结构自重和节省材料起见，楼面板和屋面板均为100。本建筑的材料选用如下：混凝土：采用C30钢筋： 纵向受力钢筋采用热扎钢筋HRB400，其余采用热扎钢筋HPB300。墙体： 外墙、分户墙和内隔墙采用加气混凝土砌块，其尺寸为200mm400mm60mm重度： =6.5kN/m2窗： 钢塑门窗=0.35 kN/。门： 木门=0.2kN/m2，玻璃门=0.35 kN/m2。图1-1 结构平面布置图第2章 框架计算简图及梁柱线刚度 图1-1所示的框架体系纵向和横向均为框架体系，是一个空间结构

5、体系，理应按空间结构计算，但是，采用手算和借助简单的计算工具计算空间框架结构太过复杂，但规范规定可以允许在纵、横两个方向相同，故从略。 本建筑中，横向框架的间距均为7.2m，荷载基本相同，可选用一榀框架进行计算与配筋，其余框架和参照此榀框架进行配筋，现以轴线KJ-7为例进行计算。2.1 梁、柱截面尺寸估算2.1.1 框架梁截面尺寸框架横梁截面高度h=（1/141/8），截面宽度b=（1/31/2）h。本结构中，取h=（1/141/8）=（1/141/8）7200=514900，取h=600。b=（1/31/2）h=（1/31/2）600=200300，取b=250。2.1.2 框架柱截面尺寸底

6、层柱轴力估算：根据经验公式：AC=1.2N/fc; N=1.25Nv （2.1）式中： Ac 柱横截面面积，取方形时的边长为a N 柱所承受的轴向压力设计值； Nv 根据柱支撑的楼面面积计算由重力荷载产生的轴向力值； fc 混凝土轴心抗压强度设计值； 1.25为重力荷载的荷载分项系数平均值； 重力荷载标准值近似按（1214）kN/m2计算，本设计用14 kN/m2。 Ac=1.21.25147.22.44.25214.3103=0.148m2a=0.385 取柱截面尺寸bh=450mm450mm2.2 确定框架梁的计算简图框架计算单元如图1-1所示，框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。由于各

7、层柱的截面尺寸不变，故梁跨等于柱截面形心轴线之间的距离。底层柱高从基础顶面算至二层楼面，室内外高差为-0.450m，基础顶面至室外地坪通常取-0.550m，故基顶标高至0.000的距离定为-1.00m，二层楼面标高为4.2m，故底层柱高为5.2m，其余各层柱高从楼面算至上一层楼面（即层高），故均为3.6m，由此可绘出框架的计算简图如图2.1-1所示。 图2.1-1 计算简图2.3 框架梁柱的线刚度计算由于楼面板与框架梁的混凝土一起浇捣，对于中框架梁取I=2I（I=bh/12）。左跨梁：=EI/ =3.7510kNm中跨梁： = EI/=11.2510kNm右跨梁：=EI/ =3.7510kNm

8、A轴D轴底层柱： =EI/h =1.9710kNmA轴D轴其余各层柱： =EI/h =2.8510 kNm令=1.0，则其余各杆件的相对刚度为i右跨梁=3.7510/2.8510=1.32i中跨梁=11.2510/2.8510=3.95i左跨梁=3.7510/2.8510=1.32i底层柱=1.9710/2.8510=0.69框架梁柱的相对线刚度如图2.1-1所示，作为计算各节点杆端弯矩分配系数的依据。第3章 荷载计算 为了方便今后的内力组合，荷载计算宜按标准值计算。3.1 恒载标准值的计算3.1.1屋面高聚物改性沥青卷材防水屋面：二层3厚SBS或APP改性沥青卷材，面层卷材表面带绿页岩保护层

9、刷基层处理剂一遍；20厚1：2.5水泥加气混凝土碎渣找2%坡；平铺150厚加气混凝土砌块；钢筋混凝土屋面板，表面清扫干净 2.20 kN/m2结构层：100厚现浇钢筋混凝土板 0.125=2.5 kN/m2抹灰层：12厚混合砂浆 0.24 kNm2合计 4.94 kN/ m2 3.1.2各层走廊楼面水磨石楼面：12厚1：2水泥石子磨光；素水泥浆结合层一遍；18厚1：3水泥砂浆找平层；素水泥浆结合层一遍 0.65 kN/ m2结构层：100厚现浇钢筋混凝土板 0.125=2.5 kN/ m2抹灰层：12厚混合砂浆 0.24 kN/ m2合计 3.39 kN/ m23.1.3标准层楼面水磨石楼面

10、12厚1：2水泥石子磨光；素水泥浆结合层一遍；18厚1：3水泥砂浆找平层；素水泥浆结合层一遍 0.65 kN/ m2 结构层：100厚现浇钢筋混凝土板 0.125=2.5 kN/ m2抹灰层：12厚混合砂浆 0.24 kN/ m2合计 3.39 kN/ m23.1.4梁自重bh = 250600自重 250.25（0.6-0.1）=3.1 kN/m抹灰层：12厚混合砂浆 0.24（0.6-0.1）20.25 =0.3 kN/m合计 3.4 kN/m3.1.5柱自重bh = 450450自重 250.450.45=5.06 kN/m抹灰层：12厚混合砂浆 0.240.454=0.43 kN/m

11、合计 5.49 kN/m3.1.6外纵墙自重标准层：纵墙 2.40.26.5=3.12 kN/m铝合金窗 0.351.8=0.63 kN/m水泥砂浆粉刷外墙面 （ 3.6-1.2）0.36=0.86 kN/m水泥砂浆粉刷内墙面 （3.6-1.2）0.36=0.86 kN/m合计 5.47 kN/m底层： 纵墙 （4.2-1.2）0.26.5=3.9 kN/m铝合金窗 0.351.8=0.6 3 kN/m水泥砂浆粉刷外墙面 （4.2-1.2）0.36=1.08 kN/m水泥砂浆粉刷内墙面 （4.2-1.2）0.36=1.08 kN/m合计 6.69 kN/m3.1.7内纵墙自重标准层：纵墙 （3

12、6-0.6）0.26.5=3.9 kN/m水泥砂浆粉刷内墙面 （3.6-0.6）0.362=2.16 kN/m合计 6.06 kN/m 3.1.8内隔墙自重标准层：内隔墙 （3.6-0.6）0.26.5=3.9 kN/m水泥砂浆粉刷内墙面 2（3.6-0.6）0.36=2.165 kN/m合计 6.06 kN/m底层：内隔墙 （4.2-0.6）0.26.5=4.68 kN/m水泥砂浆粉刷内墙面 （4.2-0.6）20.36=2.59 kN/m合计 7.27 kN/m3.2 活荷载标准值计算3.2.1 屋面和楼面活荷载标准值由建筑结构荷载规范得上人屋面 2.0 kN/m2楼面：旅馆 2.0 k

13、N/m2走廊 2.0 kN/m23.2.2 雪荷载标准值S=S=1.00.45=0.45 kN/屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取大值。3.3 竖向荷载下框架受荷总图3.3.1 AB轴间框架梁屋面板传给梁的荷载，板传至梁上的均布荷载，本结构楼面荷载的传递示意图如3.3.1-1所示。恒载：4.944.2=20.75 kN/m活载：2.04.2=8.4 kN/m楼面板传给梁的荷载恒载：3.394.2=14.24 kN/m活载：2.04.2=8.4 kN/m梁自重标准值：3.34 kN/mAB轴间框架均布荷载为：屋面梁：恒载=梁自重+板传荷载=3.4+20.75=24.15 kN/m 活载=板传

14、荷载=8.4 kN/m楼面梁：恒载=梁自重+板传荷载=3.4+14.24=17.64 kN/m 活载=板传荷载=8.4 kN/m图 3.3.1-1 板传荷载示意图3.3.2 BC轴间框架梁屋面板与楼面板传给梁的荷载均为：0梁自重标准值：3.4 kN/mBC轴间框架梁均布荷载为：屋面梁：恒载=梁自重+板传荷载 =3.4+0=3.4 kN/m 活载=板传荷载=0楼面梁：恒载=梁自重+板传荷载 =3.4+0=3.4 kN/m 活载=板传荷载=0CD轴间框架梁屋面板传给梁的荷载：恒载=4.944.2=20.75 kN/m活载=2.04.2=8.4 kN/m2楼面板传给梁的荷载：恒载=3.394.2=1

15、4.24 kN/m活载=2.04.2=8.4 kN/m梁的自重：3.4 kN/mCD轴间框架梁的均布荷载为：屋面梁：恒载=梁自重+板传荷载=3.4+20.75=24.15 kN/m 活载=板传荷载=8.4楼面梁：恒载=梁自重+板传荷载=3.4+14.24=17.64 kN/m 活载=板传荷载=8.4 kN/m3.3.3 A轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱：女儿墙自重：（做法：墙高600，100的混凝土压顶）0.20.56.5+250.10.2+（0.62+0.2）0.36=1.654 kN/m顶层柱恒载=女儿墙自重+梁自重+板传荷载+纵梁自重 =1.6544.2+3.4（7.2-0.45）+24.

16、157.2/2+3.44.2=131.12 kN顶层柱活载=板传荷载=8.47.2/2=30.24 kN标准层恒载=墙自重+梁自重+板传荷载+纵梁自重+隔墙自重 =5.47（4.2-0.45）+3.4（7.2-0.45）+17.647.2/2+3.44.2+6.06（7.2-0.45）=162.15 kN标准层柱活载=板传活载=8.47.2/2=30.24 kN基础顶面荷载=底层外纵墙自重+内隔墙自重 =6.253+7.27（7.2-0.45）=67.82 kN3.3.4 B轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱顶层柱恒载=梁自重+板传荷载+纵梁自重 =3.4（7.2-0.45）+21.457.2/2+

17、3.44.2=114.45 kN顶层柱活载=板传荷载 =8.47.2/2=30.24 kN标准层柱恒载=墙自重+梁自重+板传荷载+纵梁自重+隔墙自重 =（4.2-0.45）5.47+3.4（7.2-0.45）+17.647.2/2 +3.44.2+6.06（7.2-0.45）=162.15 kN标准层柱活载=板传荷载 =8.47.2/2=50.47 kN基础顶面荷载=底层外纵墙自重+内隔墙自重 =6.253+7.27（7.2-0.45）=67.82 kN3.3.5 C轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱顶层柱恒载=梁自重+板传荷载+纵梁自重 =3.4（7.2-0.45）+21.457.2/2+3.44

18、2=114.45 kN顶层柱活载=板传荷载 =8.47.2/2=30.24 kN标准层柱恒载=墙自重+梁自重+板传荷载+纵梁自重+隔墙自重 =（4.2-0.45）5.47+3.4（7.2-0.45）+17.647.2/2 +3.44.2+6.06（7.2-0.45）=162.15 kN标准层柱活载=板传荷载 =8.47.2/2=50.47 kN基础顶面荷载=底层外纵墙自重+内隔墙自重 =6.253+7.27（7.2-0.45）=67.82 kN3.3.6 D轴柱纵荷向集中载的计算顶层柱：女儿墙自重：（做法：墙高600，100的混凝土压顶）0.20.56.5+250.10.2+（0.62+0.

19、2）0.36=1.654 kN/m顶层柱恒载=女儿墙自重+梁自重+板传荷载+纵梁自重 =1.6544.2+3.4（7.2-0.45）+24.157.2/2+3.44.2=131.12 kN顶层柱活载=板传荷载=8.47.2/2=30.24 kN标准层恒载=墙自重+梁自重+板传荷载+纵梁自重+隔墙自重=5.47（4.2-0.45）+3.4（7.2-0.45）+17.647.2/2+3.44.2+6.06（7.2-0.45）=162.15 kN标准层柱活载=板传活载=8.47.2/2=30.24 kN基础顶面荷载=底层外纵墙自重+内隔墙自重 =6.253+7.27（7.2-0.45）=67.82

20、kN框架在竖向荷载作用下的受荷总图如图3.3.6-1所示（图中数值均为标准值）。由于A、B、C、D四轴的纵梁外边线分别与该二轴柱的外边线齐平，故此四轴上的竖向荷载与轴线偏心，A、B、C、D四轴的偏心距为100mm。图3.3.6-1 竖向受荷总图第4章 恒载、活载作用下的内力计算为了简化计算，考虑如下几种单独受荷情况：恒载作用：活荷载作用（按满跨布置）采用弯矩分配法计算内力。4.1 恒荷载标准值作用下的内力计算均布荷载和集中荷载偏心引起的固端弯矩构成节点不平衡弯矩： 4.1-1 恒荷载标准值作用下的弯矩分配图 上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁左梁下柱上柱右梁左梁下柱上柱0.430.570.210.1

21、60.630.630.160.210.570.4313-104104-11-2211-104104-133952-19-15-57571519-52-399-1026-429-294-2610-90.40.6-11-8-3232811-0.6-0.461-61100-38-626238-10061-610.300.300.400.180.140.140.540.540.140.140.180.400.300.3016-7676-16-2216-7676-16181824-10-8-8-32328810-24-18-18209-512-8-416-1648-125-9-20-7-7-10-3-2

22、2-9922310773136-6775-18-30-27273018-75-67-36-310.300.300.400.180.140.140.540.540.140.140.180.400.300.3016-7676-16-2216-7676-16181824-10-8-8-32328810-24-18-1899-512-4-416-1644-125-9-9-4-4-5-4-3-3-10103345442339-6274-15-31-28283115-74-62-39-230.300.300.400.180.140.140.540.540.140.140.180.400.300.3016

23、7676-16-2216-7676-16181824-10-8-8-32328810-24-18-18910-512-4-416-1644-125-10-9-4-4-6-4-3-3-10103346442340-6374-15-31-28283115-7463-40-230.330.230.440.200.140.100.560.560.100.140.200.440.230.3316-7676-16-2216-7676-16201426-12-8-6-32326812-26-14-209-613-416-164-136-9-1-1-1-5-4-3-19193451112829-5772-1

24、6-25-31312516-7257-29-28图4.1-1 恒载作用下的弯矩图 （单位： kNm）图4.1-2 恒载作用下的剪力图 （单位： kN）图4.1-3 恒载作用下的轴力图 （单位： kN）4.2 活荷载标准值作用下的内力计算 图4.2-1活荷载作用下的弯矩图 （单位： kNm）图4.2-2 活荷载作用下的剪力图 （单位： kN）图4.2-3 活荷载作用下的轴力图 （单位： kN）第5章 水平地震作用的计算 该建筑物的高度为22.2m小于40m，以剪切变形为主，且质量和刚度沿高度均匀分布，故采用底部剪力法计算水平地震作用。5.1 重力荷载代表值的计算 屋面处重力荷载代表值=结构和构件

25、配件自重标准值+0.5屋面活荷载标准值 楼面处重力荷载代表值=结构和构件配件自重标准值+0.5楼面活荷载标准值 其中，结构和构配件自重取楼面上、下各半层层高范围内（屋面处取顶层的一半）的结构及构配件自重。5.1.1 屋面处的重力荷载代表值的计算(1)女儿墙的重力荷载代表值的计算：G、女儿墙=g、女儿墙=1.654142.8=236.19 kN(2)屋面板结构层及构造层自重标准值：G、屋面板=4.94917.28=4531.36 kNG、梁=250.25（0.6-0.1）16.814+250.25（0.6-0.1）454.6=1417.5 kNG、柱=250.450.45（3.6/2-0.1）5

26、6=481.95 kN(3)顶层的墙重G、墙=1/2(5.4754.62+6.0616.82+6.0654.62)=731.35 kNG= G、女儿墙+ G、屋面板+ G、梁+ G、柱+ G、墙 =236.19+4531.36+1417.5+481.95+731.35=7398.35 kN5.1.2 其余各层楼面处重力荷载标准值计算G、墙 =731.352=1462.7 kNG、楼板=3.3916.854.6=3109.58 kNG、梁 =1417.5 kNG、柱 =481.952=963.9 kNG、标准层= G、墙+ G、楼板+ G、梁+ G、柱=1462.7+3109.58+1417.5

27、963.9=6953.68 kN5.1.3 底层楼面处重力荷载标准值计算G、墙 =1462.7=1588.07 kNG、楼板=3109.58 kN G、梁 =1417.5 kNG、柱 =963.9=1046.52 kNG、底层= G、墙+ G、楼板+ G、梁+ G、柱=1588.07+3109.58+1417.5+1046.52=7161.67 kN5.1.4 屋顶活荷载标准值计算0.554.616.8=458.64 kN5.1.5 楼面活荷载标准值计算 =2.016.854.6+0.58.47.2=1864.8 kN5.1.6 总重力荷载代表值的计算屋面处： GEw=屋面处结构和构件自重+

28、0.5屋面活荷载标准值 =7398.35+0.5458.64=7627.67 kN（设计值为9153.20 kN）楼面处： GEi =楼面处结构和构件自重+0.5活荷载标准值 =6953.68+0.51864.8=7886.08 kN（设计值为9463.30 kN）底层楼面处：GE1 =楼面处结构和构件自重+0.5活荷载标准值 =7161+0.51864.8=8093.4 kN（设计值为9712.08 kN）5.2 框架柱抗侧刚度D和结构基本自振周期计算5.2.1 横向D值的计算各层每一柱的D值和各层柱的总D值计算。横向25层D值计算见表5.2.1-1；横向底层D值计算见表5.2.1-2. 表

29、5.2.1-1 横向25层D值计算 构件名称数量A轴柱0.3981050314147042B轴柱0.7251913214267848C轴柱0.7251913214267848D轴柱0.3981050314147042 表5.2.1-2 横向底层D值的计算 构件名称数量A轴柱0.551066314149282B 轴柱0.7931537414215236C轴柱0.7931537414215236D轴柱0.5510663141492825.2.2 结构基本自振周期的计算用经验公式计算结构基本自振周期T1 =0.25+0.00053=0.25+0.00053=0.3205s本纵计算取T1 =0.32s

30、5.3 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6度，场地土为类，设计地震分组为第二组，水平地震影响系数最大值=0.08，特征周期值=0.35。额=0.8539379.31=33472.41 kN由于，故式中衰减指数，在的区间取0.9；阻尼调整系数，除有专门规定外，建筑结构的阻尼比应取0.05，相应的=1.0。纵向地震影响系数： 1.4=0.49s 不需要考虑顶部附加水平地震作用的影响。如图所示，对于多质点体系，结构底部总纵向水平地震作用标准值：=0.0625633472.41=2598.49 kN 质点的水平地震作用标准值，楼层地震剪力及楼层层间位移的计算过程见表5.3-1。 表

31、5.3-1 ，V和的计算 层（ kN）（m）（ kN）（ kN）（m）57627.6718.6141874.66 445570.88 827.39 827.398297800.001047886.0815118291.20 445570.88 689.85 1517.248297800.001837886.0811.489901.31 445570.88 524.29 2041.538297800.002527886.087.861511.42 445570.88 358.72 2400.258297800.002918093.404.233992.28 445570.88 198.24 25

32、98.497290360.0036楼层最大位移与楼层层高之比： 满足位移要求。5.4 框架地震内力计算反弯点相对高度y值的计算见下表。 表5.4-1 A轴框架柱反弯点位置 层号h/m/m53.61.320.370000.371.33 43.61.320.450000.451.62 33.61.320.470000.471.69 23.61.320.500000.501.80 14.21.90.650000.652.73 表5.4-2 B轴框架柱反弯点位置 层号h/m/m53.65.260.450000.451.6243.65.260.500000.501.833.65.260.500000.501.823.65.260.500000.501.814.27.610.550000.552.31 表5.4-3 C轴框架柱反弯点位置 层号h/m/m53.65.260.450000.451.6243.65.260.500000.501.833.65.260.500000.501.823.65.260.500000.501.814.25.260.550000.552.31 表5.4-4 D轴框架柱反弯点位置 层号h/m/m53.61.320.370000.371.33 43.61.320.450000.451.62 33.61.320.470000.47