土木工程框架结构毕业设计计算书

08级土木工程专业毕业设计第1页共65页1绪论作为一名即将毕业的土木工程专业的本科生，在大学四年的理论学习后，要结合社会的实际情况，检验一下所学习的专业知识是否专业和完善。毕业设计恰好就是一种最好的检验，可以使四年中所学习的知识得到综合利用，使得各方面的知识系统化和实践化。通过独立完成毕业设计，可以培养独立思考、独立工作的能力，以及调查、分析和查阅资料的能力。小组毕业设计题目为《三河县某实验中学教学楼设计》，该工程位于三河县，地震设防烈度为8度，本工程采用框架结构。该楼为四层，层高3.6m，总高14.4m，总建筑面积为2845.44m2。结构形式采用全现浇框架结构。在熟悉本课题设计任务书的基础上，通过给定的总平面图，结合当地的自然条件，施工技术水平，并查阅相关建筑设计的书籍和规范，独立完成综合楼工程的建筑方案设计，并最终绘制出建筑施工图。通过建筑方案的设计，对框架结构进行柱网布置和结构选型，并确定材料类型和截面尺寸。首先，通过现行规范选定房间作法，并以此计算框架结构各层的重力荷载代表值；其次，采用合适的计算方法对竖向荷载作用下框架结构的内力、水平地震荷载作用下框架结构内力及侧移进行计算；最后，通过以上的结构计算，对框架结构进行截面设计（梁、板、柱截面尺寸及配筋）、楼板设计（楼板尺寸及配筋）、楼梯设计（平台板、楼梯梁、梯段板截面尺寸及配筋）、基础设计（柱下独立基础的截面设计及配筋），并使得截面的配筋还要满足构造要求。最总并通过对框架结构的结构设计和结构计算，绘制出框架结构的结构施工图。框架结构设计工作量很大，在框架结构设计计算过程中要手算一榀框架，并对这一榀框架进行截面设计和配筋计算，最后再使用一些计算机辅助软件对计算结果进行对比和校正。由于自己水平有限，难免出现一些错误和不妥之处，恳请各位老师给予批评和指正。第2页共65页08级土木工程专业毕业设计2工程概况工程名称：三河县某实验中学教学楼。建设单位：三河县某实验中学。建设场地：拟建建筑物位于三河县县城东南角。建设规模：总建筑面积3000mm2左右，主体结构4层，拟容纳班级18个。建筑层高自定，无地下室。单位内已引进有城市电网和水管网，并设有水塔供水，屋面不设水箱。本项目拟定开工日期：2012年5月1日，竣工日期：2013年4月30日。气象条件：冬季采暖室外计算温度－6°C。主导风向：夏季主导风向为东南风，冬季主导风向为北风。基本风压0.35kN/m2。基本雪压：0.25kN/m2。年降雨量：593.7mm；日最大降雨量：90mm；时最大降雨量：52mm；雨季集中在7、8月份。三河地区属于温带半湿润大陆季风气候，土壤最大冻结深度0.6m。08级土木工程专业毕业设计第3页共65页3建筑设计3.1建筑总平面设计在建筑总平面设计过程中，依据拟建位置、建筑物的使用功能、道路交通等情况进行综合考虑。在地段条件方面，拟建位置的东面、南面都临近城市主干道，交通方便。建筑物为南北朝向，主入口放在南面，次入口设在东面，考虑了施工便利，教学楼相应需要一个比较安静的环境。并对该建筑物的人流进行设计。建筑物东面为学校主入口，人流主要通过建筑物东面的入口来进行出入，东面为消防安全出入口及车辆入口。3.2建筑方案设计由于此建筑物为综合教学楼工程，建筑物在使用功能上除了要满足普通教学，还应有多媒体教育等使用功能。建筑物采用内廊式。建筑物内部包括大空间多媒体教室及多班合用大教室，在使用功能上要求具有大面积，同时考虑建筑物卫生间、楼道人流及楼梯防火等要求。建筑介绍如下。(1)总建筑面积为3000m2。(2)标准层建筑面积：700m2左右。(3)层数为4层。(4)结构形式：全框架结构。(5)雨篷钢筋混凝土雨篷。(6)本工程普通教室共15个，合班教室1个，计算机机房1个，语音教室1个，实验室1个，办公室14个，每层设卫生间2个。(7)基础采用柱下独立基础。(8)室内外高差为0.45m。(9)外墙，屋面均采用保温苯板。(10)卫生间标高比楼层各处低20mm，每层设地漏。(11)屋面均考虑保温隔热。(12)窗采用塑钢窗，门采用木门。第4页共65页08级土木工程专业毕业设计3.3建筑平面设计一幢建筑物的平、立、剖面图，是这幢建筑物在不同方向的外形及剖切面的投影，这几个面之间是有机联系的，平、立、剖面综合在一起，表达了一幢三度空间的建筑整体。建筑平面是表示建筑物在水平方向房屋各部分的组合关系。在建筑平面设计中，始终需要从建筑整体空间组合的效果来考虑，紧密联系建筑剖面和立面，分析剖面、立面的可能性和合理性，不断调整修改平面，反复深入。3.4建筑立面设计建筑立面是表示房屋四周的外部形象。立面设计和建筑体型组合一样，也是在满足房屋使用要求和技术经济条件的前提下，运用建筑体型和立面构图的一些规律，紧密结合平面、剖面的内部空间组合下进行的。3.5建筑剖面设计建筑剖面图是表示建筑物在垂直方向房屋各部分的组合关系。剖面设计主要分析建筑物各部分应有的高度、建筑层数、建筑空间的组合和利用，以及建筑剖面中的结构、构造关系等。它和房屋的使用、造价和节约用地等有密切关系，也反映了建筑标准的一个方面。08级土木工程专业毕业设计第5页共65页4结构设计4.1框架结构承重方案的选择竖向荷载的传力途径：楼板的均布活载和恒载经次梁间接或直接传至主梁，再由主梁传至框架柱，最后传至地基。根据以上楼盖的平面布置及竖向荷载的传力途径，本建筑物采用纵横向框架承重体系，这可使横向框架梁的截面高度大，增加框架的横向侧移刚度。4.2梁柱截面尺寸的初步确定4.2.1结构平面布置图竖向荷载的传力途径：楼板的均布活载和恒载经次梁间接或直接传至主梁，再由主梁传至框架柱，再由框架柱传至基础，最后传至地基。根据该房屋的使用功能及建筑设计要求，进行了建筑平面及剖面设计。该框架柱网平面布置规则，如图4.1所示。选其中一榀横向框架设计计算，7轴计算简图，如图4.2所示。框架梁的跨度等于柱截面形心轴线之间距离，底柱高从基础顶面算至二层楼板底。室内外高差为－0.45m，基础顶面至室外地坪通常取－0.5m，故底层柱高4.55m，其余各层的柱高从板底算至板底，均为3.6m。图4.1结构平面图第6页共65页08级土木工程专业毕业设计图4.27轴框架简图4.2.2框架梁截面尺寸初估楼板及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取120mm,梁截面高度按照梁跨度的1/12到1/8估算，当梁的负载面积较大时，易取上限值。为了防止梁产生剪切脆性破坏，梁的净跨与截面高度之比不易小于4。梁截面宽度可取1/3～1/2梁高，同时不易小于1/2柱宽，且不应小于250，混凝土强度柱采用C30，梁采用C30，板采用C30，基础采用C25。框架梁尺寸初步确定为：BC跨300mm×500mm，AB、CD跨300mm×700mm，纵向框架梁尺寸为300mm×700mm。4.2.3框架柱截面初估柱截面尺寸按照轴压比确定，查多高层抗震等级规范知该框架的抗震等级为二级，轴压比限值〔ΜV〕＝0.8，各层的重力荷载代表值近似取12，可知边柱及中柱的负载面积为（3600/2+3600/2）×（6000/2）＝3.6×3.0＝10.80m2，（3600/2+3600/2）×（6000/2＋3000/2）＝3.6×4.5＝16.2m2的第一层柱截面积为：边柱Β＝1.3，中柱Β＝1.25边柱AC＝1.3×3.6×3.0×12×1000×5∕（0.8×19.1）＝55130.89中柱AC＝1.25×3.6×4.5×12×1000×5∕（0.8×19.1）＝79515.71如取柱截面为方形，则边柱和中柱截面宽度分别为234.8mm和282.0mm根据上述计算结果并综合考虑其他因素，如hc不宜小于400mm，宽度bc不宜小于350mm，柱净高与截面长边尺寸之比宜大于4。本设计柱截面尺寸取值如下：1～08级土木工程专业毕业设计第7页共65页4层：500mm×500mm。4.2.4楼板设计现浇板厚取h=120mm，平台板厚取h=70mm，雨棚h=80mm。4.3荷载统计4.3.1恒荷载统计屋面荷载（不上人屋面）1:3厚刷着色涂料保护层4厚高聚物改性沥青着色材料0.05kN/m220厚1:3水泥砂浆找平层20×0.02＝0.4kN/m21:6水泥焦渣找2﹪坡最薄处30厚，振捣密实表面抹面[(0.03＋0.031)/2]×12＝0.36kN/m2108厚水泥蛭石保温层5×0.108＝0.54kN/m2120厚现浇钢筋混凝土板25×0.12＝3kN/m2合计：4.35kN/m2楼板荷载楼面做法陶瓷面砖楼面10厚地砖铺实拍平，水泥砂浆擦缝0.010×19.8＝0.198kN/m220厚1:4干硬性水泥砂浆0.02×20＝0.4kN/m2素水泥浆结合层一遍钢筋混凝土现浇板120厚25×0.12＝3.00kN/m2合计：3.598kN/m2外墙面（加气混凝土砌块）喷刷外墙涂料6厚1:1:6水泥石灰膏砂浆刮平扫毛0.006×12＝0.072kN/m26厚1:0.5:4水泥石灰膏砂浆刮平扫毛0.006×12＝0.072kN/m26厚1:2.5水泥砂浆找平0.006×20＝0.12kN/m2刷加气混凝土界面处理剂一遍合计：0.264kN/m2内墙面（加气混凝土砌块）第8页共65页08级土木工程专业毕业设计5厚1:0.3:2.5水泥石膏砂浆抹面压实抹光0.005×12＝0.06kN/m26厚1:1:6水泥石膏砂浆抹平扫毛0.006×12＝0.072kN/m26厚1:0.5:4水泥石膏砂浆打底扫毛0.006×12＝0.072kN/m2刷加气混凝土界面处理剂一遍合计：0.204kN/m2雨棚水泥砂浆抹面（防水）20厚1:3水泥砂浆找平层20×0.020＝0.4kN/m280厚钢筋混凝土现浇板0.08×25＝2.0kN/m220厚底板抹灰0.02×17＝0.34kN/m2合计：2.74kN/m2浴厕、卫生间楼面陶瓷地砖防水楼面8厚地砖铺平拍实，水泥砂浆擦缝0.008×19.8＝0.158kN/m225厚1:4干硬性水泥砂浆0.025×20＝0.5kN/m21.5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0.015×20＝0.3kN/m250厚C15细石混凝土找坡不小于0.5﹪，最薄处不小于30厚0.05×25＝1.25kN/m2现浇钢筋混凝土楼板120厚25×0.12＝3.00kN/m2合计：5.208N/m24.3.2基本构件活荷载各种构件的活荷载见表4.1。表4.1构件活荷载楼面活载走廊活载屋面活载卫生间活载雨棚施工检修雪载2.0kN/m22.0kN/m20.5kN/m22.0kN/m21.0kN不考虑4.3.3楼梯荷载梯段板计算取第一个踏步板的计算单元。其中，踏步尺寸为150mm×300mm，tgα=150/300，c=335.41mm，cosα=0.894。08级土木工程专业毕业设计第9页共65页8厚地砖铺实拍平（带防滑条）面层（0.3+0.15）×0.158/0.3=0.237kN/m220厚1:4干硬性水泥砂浆0.02×20＝0.4kN/m踏步自重1.65×0.3×0.15×25=1.86kN/m120砼斜板0.12×25/0.894=3.36kN/m底面抹灰重0.02×17/0.894=0.38kN/m恒荷载总重g=6.24kN/m平台板重10厚地砖铺平拍实，水泥浆擦缝0.10×19.8＝0.198kN/m220厚干硬性水泥砂浆0.02×20＝0.4kN/m270砼板0.07×25=1.75kN/m2板底抹灰重0.02×17=0.34kN/m2平台板总重2.69kN/m2平台梁重尺寸：200mm×300mm平台梁自重0.2×0.3×25=1.5kN/m70砼板0.07×25=1.75kN/m2梁侧粉刷0.02×0.25×17×2=0.17kN/m2平台梁总重3.42kN/m24.4层间重力荷载代表值计算4.4.1一层重力荷载代表值的计算(1)载代表值梁、柱自重的计算见表4.2。表4.2层间梁柱自重类别截面