土木工程毕业设计.doc

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1、目录摘 要1Abstract2第1章 工程概况3第2章 结构布置及梁柱截面尺寸确定42.1结构布置及计算简图42.2 梁柱截面尺寸初定52.2.1 主梁尺寸52.2.2 次梁尺寸62.2.3 柱截面尺寸62.2.4 楼板尺寸7第3章 荷载计算83.1 屋面及楼面的永久荷载83.1.1 屋面荷载（不上人）83.1.2 楼面荷载83.2 墙、门窗重力荷载93.2.1 外墙荷载93.2.2 内墙荷载93.2.3 门窗荷载103.3梁柱荷载103.4 屋面及楼面可变荷载10第4章 重力荷载代表值计算11第5章 框架侧移刚度计算16第6章 水平地震作用下框架结构内力和侧移计算196.1 横向自振周期计算

2、196.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算196.3 水平地震作用下的位移验算216.4 水平地震作用下框架内力计算216.4.1 柱剪力及柱端弯矩计算216.4.2 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算22第7章 竖向荷载作用下框架结构的内力计算267.1计算单元267.2 恒载计算277.3 活载计算287.4 内力计算307.4.1 分配系数计算307.4.2 节点弯矩计算317.4.3 弯矩二次分配33第8章 框架内力组合408.1 结构抗震等级408.2框架梁内力组合428.3 梁柱内力调整438.3.1梁跨间剪力调整438.4框架柱内力组合448.5柱端弯矩及柱剪力调整458.5.1 柱端弯

3、矩调整458.5.2 柱端剪力调整46第9章 框架梁的截面设计和构造要求489.1 梁的正截面受弯承载力计算489.2 梁斜截面受剪承载力计算509.3 框架柱截面设计519.3.1 剪跨比和轴压比验算519.3.2 柱正截面承载力计算529.3.3 柱的斜截面承载力计算53第10章 楼板设计5510.1 设计资料5510.1.1 截面尺寸5510.1.2 荷载计算5510.2 板的计算5510.2.1 双向板设计5610.2.2 单向板设计59第11章 次梁设计6111.1 荷载及内力计算6111.1.1 荷载设计值6111.1.2 内力计算6111.2 截面设计6111.2.1 正截面受弯

4、承载力计算6111.2.2 斜截面受剪承载力计算62第12章 楼梯设计6412.1 梯段板设计6412.1.1 荷载及内力计算6412.1.2 配筋计算6512.2 平台板设计6512.2.1 荷载及内力计算6512.2.2 配筋计算6612.3 平台梁设计6612.3.1 荷载 及内力计算6612.3.2 配筋计算6712.3.3 斜截面受剪承载力验算67第13章 基础设计6913.1 设计资料6913.2 独立基础设计6913.2.1 基础埋深的确定6913.2.2 基础底面尺寸的确定及地基承载力验算6913.3 基础结构设计7113.3.1 荷载设计值7113.3.2 A柱设计7113.

5、3.3 B-C柱设计74参考文献78致 谢79附录80外文原文81外文译文84毕业设计任务书90开题报告94摘 要 本工程为洛阳市某中学综合实验楼，根据设计任务书以及有关资料，结构形式为现浇钢筋混凝土框架结构，主体结构为5层，总建筑面积约4802m2。该设计包括建筑、结构两大部分。本册说明书仅为结构部分的设计计算书，主要设计内容有：1. 结构选型，确定截面尺寸，计算重力荷载代表值。2. 结构抗震计算，利用顶点位移法计算结构自振周期、利用底部剪力法计算水平地震作用以及水平地震作用下该框架结构的内力。3. 利用弯矩二次分配法计算该框架结构在竖向荷载作用下的内力。4. 内力组合，利用最不利内力组合确

6、定梁柱截面设计。5. 楼盖、楼梯、基础设计。6. 用PKPM电算程序对框架结构进行计算。除此之外，根据计算结果还绘制了图纸（框架、基础、楼梯、楼板配筋图），图纸利用PKPM电算结果和CAD绘制。关键词：框架结构、 地震作用、 内力组合、 截面设计 Abstract The design of the composite laboratory building is builded in LuoYang. The structure adapts reinforced concrete frame structure according to the design assignment and

7、the relative data, the principal part contains 5 floors, the total architectural areas is about 5000 square meters.This design includes architecture, structure, the explaining book is just about the calculation of the structure part, and the following is the primary content:1. Choose the structure t

8、ype, confirm the section size, and calculate the representation value of gravity load. 2. Seismic calculation of structure, calculate the natural period of vibration with the topic displacement method and calculate the earthquake action and structural internal force with equivalent bottom shear meth

9、od.3. calculate the internal force of frame structure in the vertical load by moment distributive method. 4. internal force combination, use the most disadvantageous internal force Combination to design the beam and column. 5. structure design of floor, stair and foundation.6. calculate the frame st

10、ructure with PK-PM program. In addition, frame, foundation, stair and floor configure drawing were plotted according to calculated result, two drawing by plotted by handwork, other drawings by plotted by CAD and PKPM. Key words: Frame structure, Earthquake action , Internal force combination, Design

11、 of section109第1章 工程概况（1）工程名称：洛阳市某中学综合实验楼（2）建设地点：洛阳市区（3）建设高度：共18.00m,层高3.6m,共五层，室内外高差0.45m。（4）风雪条件：基本风压：0.45kN/m2（n=50年)；基本雪压：0.40kN/m2（n=50年)。（5）工程抗震设防烈度：7度，设计基本地震加速度值为0.10 g，设计地震分组为第一组，查建筑抗震设计规范（GB500112011），抗震等级为三级。（6）工程地质：场地平坦、无障碍物，经地质、文物勘探，地质良好，地下无古代建筑，基础持力层为第四层粉质粘土层，地基承载力特征值为190kN/m2,类场地。（7）材料

12、选用：混凝土C30；钢筋：钢筋选用热轧钢筋HRB400级和HRB335 级； 墙体：外墙、内墙和隔墙均采用蒸压粉煤灰加气混凝土砌 块容重为6.0kN/m3。 门窗 ：塑钢窗单位面积重力荷载为0.4 kN/m2 ，木门为0.2 kN/m2， 玻璃门为0.5 kN/m2。 第2章 结构布置及梁柱截面尺寸确定2.1结构布置及计算简图 结构平面形状宜简单、规则、对称，刚度和承载力分布均匀，不应采用严重不规则的平面形状。结构的主要抗侧力构件应对称布置，尽量使结构的刚心与质心重合，避免地震时引起结构扭转及局部应力集中。结构平面布置如下图所示： 结构平面布置图2.1 结构的竖向布置应使体型规则、均匀，避免有

13、较大的外挑和内收，质量沿高度方向均匀分布，结构的承载力和刚度宜自下而上逐渐的减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。 计算简图用框架的轴线表示，框架柱的底部与基础顶面固接。25层柱的计算高度即为层高，取3.6m；底层柱的计算高度从基础顶面到一层楼板顶面，室内外高差为0.45m，基础埋深1.55m，即h=3.6+0.45+0.5=4.55 m。 图2.2 横向框架计算简图2.2 梁柱截面尺寸初定根据建筑抗震设计规范 ，梁的截面尺寸，宜符合下列各项要求：1、截面宽度不宜小于300mm；2、截面高宽比不宜大于4；3、为了避免发生剪切破坏，梁净跨与截面高度之比不宜小于4。2.2.1 主梁尺寸框架结

14、构中梁截面高度h一般取计算跨度的1/141/8，当梁的负载面积较大或荷载较大时宜取上限值。同时为防止梁产生脆性破坏，梁的净跨与截面高度之比不宜小于4。梁的截面宽度可取梁高的1/31/2，同时不应小于250mm。主梁截面尺寸的确定：横向框架梁：h=(1/141/8 )6900=493863（mm），取700mm b=(1/31/2)700=233350（mm）, 取300mm纵向框架梁：h=(1/141/8)7800=558975（mm）, 取700mm b=(1/31/2)700=233350（mm）, 取300mm走道梁：h=(1/141/8)3000=215375（mm)，取450mm b

15、1/31/2)450=150225（mm）, 为使梁宽都一样，取 300mm次梁截面高度取主梁间距的h=(1/181/12)l次梁： h=(1/181/12)6900=383575（mm)，取450mm b=(1/31/2)450=150225（mm）, 取300mm综上所述，在本设计中，梁截面尺寸初选如下：横向框架主梁的截面尺寸为（300700）mm，走廊梁由于走廊的跨度较小，为了防止梁的脆性破坏，规定梁高宜不大于净跨，即mm，截面尺寸为（300450）mm，纵向框架主梁的截面尺寸为（300700）mm。2.2.2 次梁尺寸次梁：h=(1/181/12)L=(1/181/12)6900=

16、383575（mm）则次梁的高度在400600之间取mm。梁截面宽度可取(1/31/2)梁高，同时不小于柱宽，且不应小于。则取次梁的截面尺寸为。2.2.3 柱截面尺寸框架柱的截面尺寸一般根据轴压比限值按下列公式估算： 其中 N柱组合的轴压力设计值； 考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，边柱取1.3,不等跨内 取1.25,等跨内柱取1.2； 折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可根据实际计算， 也可近似取1215 ； n验算截面以上楼层层数； F按简支状态计算的柱的负载面积； Ac柱截面面积； n框架柱轴压比限值，对一级、二级、三级抗震等级分别取0.7 0.8 0.9； 混凝土轴心抗压强度设计

17、值；由表可知本工程抗震等级为三级，轴压比限值N=0.9，各层重力荷载代表值近似取14.0 ，柱的负荷面积如图所示。2.3 柱负载面积示意图中柱的负载面积:(1.5+6.9/2)7.8=38.61边柱的负载面积：(6.9/2)7.8=26.91为了方便施工取边柱与中柱的截面相同，因此取两者较大值F=38.61中柱：如取柱截面为正方形，根据上述计算结果并综合考虑其他因素，本设计柱的截面尺寸为。2.2.4 楼板尺寸按跨高比条件：楼板厚度 b=(1/401/35)3900=97111（mm）。对于现浇楼板要求，则取板厚。第3章 荷载计算3.1 屋面及楼面的永久荷载3.1.1 屋面荷载（不上人）保护层

18、C20细石混凝土，内配I级钢筋网片 防水层 SBS改性沥青 0.4kN/m2找平层 20厚1:3水泥砂浆 保温层 100厚挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板 找平层 20厚1:3水泥砂浆 找坡层 1：8水泥膨胀珍珠岩找2%的坡，最薄处20厚 结构层 100厚现浇钢筋混凝土板 装饰层 12厚混合砂浆平顶 标准值 5.43设计值 3.1.2 楼面荷载10厚地砖铺实拍平,水泥浆擦缝 20厚1：4硬性水泥砂浆 素水泥浆结合层一遍 100厚现浇钢筋混凝土板 12厚板底粉刷 标准值 设计值 3.2 墙、门窗重力荷载3.2.1 外墙荷载250厚蒸压粉煤灰加气混凝土砌块砌体 20厚1:3水泥砂浆找平层 10厚1:1水泥专

19、用胶粘剂刮于板背面 70厚聚苯乙烯泡沫塑料板加压粘牢，板面打磨成细麻面 1.5厚专用胶贴加强网于需加强的部位 基层整修平整，不露网纹及抹刀痕19厚溶剂型外墙涂料 内墙面20厚粉刷石膏 标准值 设计值 3.2.2 内墙荷载粉刷石膏素浆一遍18厚1:2粉刷石膏砂浆，分两次抹灰 2厚粉刷石膏浆压光 200厚蒸压粉煤灰加气混凝土砌块砌体 2厚粉刷石膏浆压光 18厚1:2粉刷石膏砂浆，分两次抹灰 标准值 设计值 3.2.3 门窗荷载木门单位面积重力荷载为，塑钢窗单位面积重力荷载取，钢框窗玻璃门单位面积重力荷载取。3.3梁柱荷载主梁：边跨横梁及纵梁：中跨横梁及次梁：柱: 3.4 屋面及楼面可变荷载不上人屋

20、面均布活荷载 楼面活荷载标准值 走廊活荷载标准值 屋面雪荷载标准值 第4章 重力荷载代表值计算 建筑物的重力荷载代表值是结构和构配件自重的标准值和各可变荷载的组合值之和。在计算水平地震作用时，用到重力荷载代表值各楼层仅可考虑一个自由度，在每一楼层质点处集中了本层楼面及上下各半层墙、柱的重力荷载代表值。的计算：外横墙：外纵墙： 内横墙内纵墙： 窗 门： 女儿墙:G= 屋面面积计算：由于积雪荷载标准值 小于屋面活荷载标准值 则 主梁: 横梁 纵梁次梁:走道梁:柱子： 的计算：外横墙： 外纵墙： 内横墙： 内纵墙： 窗： 门：楼板面积计算：教室： 楼梯间：卫生间： 其他房间：走 廊：因此， 主梁：横

21、梁 纵梁次梁：走道梁：柱子： 的计算：外横墙： 外纵墙： 内横墙：上部下部 内纵墙： 窗： 门： 楼板面积计算：教室： 楼梯间:卫生间：其他房间：走 廊：因此， 主梁：横梁纵梁次梁:走道梁：柱子：雨棚： 集中质点系的如下图所示：图4.1 重力荷载代表值第5章 框架侧移刚度计算 梁板柱采取整体现浇方式，在框架结构中，现浇层的楼面可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减小梁的侧移。为考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼板的中框架梁取，边框架梁取（为矩形梁的截面惯性矩）。各层框架梁均采用C30混凝土，对C30混凝土查混凝土结构设计规范得。表5.1 横梁线刚度计算表类别层次边横梁走廊梁

22、3000类别层次边横梁走廊梁 表5.2 柱线刚度计算表层次柱的侧移刚度计算：根据梁柱线刚度比的不同，据平面布置图中的柱可分为中框架中柱和边柱，边框架中柱和边柱以及楼梯间柱等。柱的侧移刚度值按下式计算：式中，为柱侧移刚度修正系数对不同情况按下表计算，其中表示梁柱线刚度之比。 表5.3 柱抗侧移刚度影响系数 楼层简图K一般层边柱中柱底层按式可计算出各柱的侧移刚度，将同层所有柱的值相加，即为该层框架的总侧移刚度即，框架各层的应沿高层均匀分布即应满足规则建筑的要求。表5.4 中框架柱侧移刚度值层次边柱中柱1.3351表5.5 边框架柱侧移刚度值层次边柱中柱0.6210.237197501.0010.3

23、342783319033210.7850.461190281.2650.54122330165432将上述不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，即得框架各层层间侧移刚度， 表5.6 框架各层层间侧移刚度层次12345801662998832998832998832998832由表可见，故该框架为规则框架。第6章 水平地震作用下框架结构内力和侧移计算6.1 横向自振周期计算 表6.1 结构顶点的假想侧移计算 层次（N/mm）58414.688414.689988328.42146.0749202.6017617.299883217.64137.6539202.6026819.899883220.98

24、 120.0129202.6036022.4899883236.0693.1619752.7145775.1980166257.1057.10按式计算基本周期，其中量纲为m，取为0.7，则6.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算 本设计结构高度不超过40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切型为主，故可用底部剪力法计算水平地震作用。由抗震规范可知：对于7度设防区，设计基本加速度为0.1g，第一组，二类场地。可查得结构特征周期Tg=0.35(s)，水平地震影响系数max=0.12，因 5Tg = 50.35 = 1.75s，因，故可不考虑考虑顶部附加水平地震作用系数作用在质点的水平地震作用标

25、准值 计算结果见下表：表6.2 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次518.958414.68159458.190.302928.29928.29415.359202.60141259.910.267820.701748.99311.759202.60108130.550.205630.132379.1228.159202.6075001.190.142436.482815.6014.559752.7144374.830.084258.203073.80各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见下图： 图6.1 水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度分布图6.3 水平地震作用下

26、的位移验算水平地震作用下框架结构的层间位移和顶点位移分别按下式进行计算： 计算过程见下表：表6.3 横向水平地震作用下的位移验算层次5928.299988320.00090.01173.61/400041748.999988320.00180.01083.61/200032379.129988320.00240.00903.61/150022815.609988320.00280.00663.61/12581 3073.808016620.00380.00384.551/1197由表可见，最大层间弹性位移角发生在第1层，其值为满足的要求，其中。6.4 水平地震作用下框架内力计算6.4.1 柱剪

27、力及柱端弯矩计算按式求得框架第层的层间剪力后，层柱分配到得剪力及该柱上下两端的弯矩和分别按下式计算： 柱下端： 柱上端： 表6.4 各层边柱端弯矩及剪力层次/边 柱y53.6928.299988322441722.690.8280.3528.5953.0943.61748.999988322441742.760.8280.4061.5792.3633.62379.129988322441758.160.8280.497594.22115.1623.62815.609988322441768.830.8280.4975123.27124.5114.553073.808016622096880.4

28、01.0470.6485237.23128.59 表6.5 各层中柱端弯矩及剪力层次中 柱y53.6928.299988323333330.981.3550.3741.2770.2643.61748.999988323333358.371.3550.4594.56115.5733.62379.129988323333379.401.3550.47134.34151.5023.62815.609988323333393.961.3550.4975168.28169.9714.553073.8080166224477102.581.6780.6485302.68164.06注：、，表中M的量纲为，

29、V的量纲为。6.4.2 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算梁左端：梁右端：梁剪力： 柱轴力：式中：分别为表示节点左右梁的线刚度；分别表示节点左右的弯矩； 为柱在i层的轴力，以受压为正。表6.6 梁端弯矩剪力及柱轴力层次边 梁走 道 梁柱 轴 力梁跨中弯矩边柱N中柱N553.0943.616.914.0126.6526.653.017.77-14.01-3.764.764120.9597.356.931.6459.4959.493.039.66-45.65-11.7811.793176.73152.736.947.7593.3393.333.066.22-93.40-26.2511.992218.731

30、88.896.959.08115.42115.423.076.95-152.48-44.1214.901251.86206.296.966.40126.05126.053.084.03-218.88-61.7522.78注：1）柱轴力中的负号表示拉力，当为地震作用时左侧两根柱为拉力，对应的 左侧两根柱为压力； 2）表中M的单位为，V的单位为，N的单位为，的单位为。 水平地震作用下的框架的弯矩图，梁端剪力图及柱轴力图如下图所示：图6.2 左震作用下框架弯矩图图6.3 左震作用下梁端剪力及柱轴力图第7章 竖向荷载作用下框架结构的内力计算7.1计算单元 由5号轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为，如

31、下图所示，由于房间内布置有次梁，故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影线所示，计算单元范围内的其余楼面荷载则通过次梁和纵向框架梁的集中力的形式传给横向框架作用在节点上。由于纵向框架梁的中心线与柱的中心线不重合，因此在框架节点上还有集中力矩。图7.1 横向框架计算单元7.2 恒载计算图7.2 各层梁上作用的恒载根据上图，、代表横梁自重为均布荷载形式对于顶层： 、分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载，顶 层为屋面板。由计算单元图所示几何关系可得： 、分别为边纵梁，中纵梁直接传给柱的恒载，它包括梁自重、楼板自重和女儿墙等的重力荷载计算如下： 集中力矩：对于层， 包括梁自重和其上横墙自

32、重为均布荷载，其它荷载计算方法同第5层，结果为: 7.3 活载计算活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图所示：(只考虑满布情况）7.3 各层梁上作用的活载对于第5层 对于层 将以上结果总汇，见下表：表7.1 横向框架恒载汇总表层次54.792.7921.18169.95166.3525.4924.951-411.262.7912.83149.97158.5122.5023.78表7.2 横向框架活载汇总表层次51.951.58.6310.991.291.651-49.7510.543.1459.686.478.957.4 内力计算 对于多层框架结构，采用弯矩二次分配法计算梁柱端弯矩，先确定梁的

33、固端弯矩及节点各杆的弯矩分配系数，而后进行弯矩分配与传递。 节点的不平衡力矩包括节点两侧反号的梁固端弯矩及纵梁偏心所产生的节点集中力矩，应将它们的代数和相加进行分配，最终的杆端弯矩应为固端弯矩与分配弯矩之代数和。 正负号规定杆端转角，杆端弯矩对杆端顺时针旋转为正，节点处逆时针为正，用于节点的外力偶荷载，作用于转动约束的约束力矩对节点约束顺时针为正。梁端柱端弯矩采用弯矩二次分配法计算，由于结构和荷载均对称，故可取半榀框架。7.4.1 分配系数计算表7.3 梁柱线刚度表（单位：） 构件类型层次梁柱 2-57.4569.112(4.556)9.017.4569.1127.121注：中间梁计算跨度为原来的，故线刚度值为原来的2倍。 传递系数：对于AB跨梁，两端固定传递系数为； 对于BC跨梁，一端固定，一端滑动。分配系数：5层：A节点分配系数： B节点分配系数： 2-4层：A节点分配系数： B节点分配系数： 1层：A节点分配系数： B节点分配系数: 7.4.2 节点弯矩计算恒载作用下：5层AB梁：作用 作用 BC梁作用作用 则5层 1-4层AB梁：作用 作用