本科畢業(yè)設(shè)計(jì)-高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、 本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)題 目 多層教學(xué)樓學(xué)生姓名 馬樂專業(yè)名稱 土木工程指導(dǎo)教師 郭波2006年 05月 20日目 錄第一部分:設(shè)計(jì)總說明摘要1、建筑設(shè)計(jì) 6 1.1 建筑說明1.2 方案設(shè)計(jì)2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 2.1 結(jié)構(gòu)說明2.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算2.2.2豎向荷載作用(恒載及活載2.2.3 內(nèi)力組合2.2.4 配筋計(jì)算2.4 現(xiàn)澆廁所樓面板設(shè)計(jì)2.5 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)3、 設(shè)計(jì)總結(jié) 13多層教學(xué)樓設(shè)計(jì) 馬樂 土木建筑工程系 湖北省孝感學(xué)院 432100 摘要 :本設(shè)計(jì)為某多層教學(xué)樓工程設(shè)計(jì)的整體過程。 按照設(shè)計(jì)任務(wù)書依據(jù)現(xiàn)行 建筑設(shè)計(jì)規(guī)范和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 ,完成本設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)分為建筑設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)兩大部分。建

2、筑部分包括建筑設(shè)計(jì)要點(diǎn)、 建筑平面設(shè)計(jì)、 立面設(shè)計(jì)和剖面設(shè) 計(jì)等。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選擇鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中的一榀框架進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算, 主要包括 結(jié)構(gòu)選型(包括樓板、屋面板、樓梯等 ;結(jié)構(gòu)布置方案;選用有代表性的單元 確定計(jì)算簡圖、 導(dǎo)算荷載、 進(jìn)行內(nèi)力分析和內(nèi)力組合, 對構(gòu)件進(jìn)行截面配筋設(shè)計(jì); 根據(jù)工程地質(zhì)資料,對基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì);用結(jié)構(gòu)分析軟件(PKPM 進(jìn)行驗(yàn)算,并對 手算和電算結(jié)果進(jìn)行比較分析。最后完成了建筑平面圖、結(jié)構(gòu)布置圖、 梁柱配筋 圖、基礎(chǔ)計(jì)算等。關(guān)鍵詞 :建筑設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 框架結(jié)構(gòu)Abstract:This design is for the whole of engineering d

3、esign of teaching building .According to design specifications, according to the current design specification of the building and design specification of the structure ,I finish the designing. Design include two major parts of architectural design and structural design, The part of building includin

4、g architectural design main point, planar design of the building, elevation is designed and designed etc. I choose one of reinforced concrete frame structure to design, it mainly includes the selection of structure (includes floor, roof board, stair, etc.; Layout of structure; I select the represent

5、ative unit to confirm sketch of calculating, Compute its load and carry on internal force analysis and cabinet; According to the geological materials of the project, I design the foundation; go on checking with structure software (PKPM, and carry on checking by comparing manpower calculating and com

6、puter calculating. Finally, I finished structural plans, a table of beams and columns ,a footing plan and pile foundation drawing.Key words:Building construction designStructure design Frame structure1、建筑設(shè)計(jì)1.1 建筑說明本工程為擬建某多層教學(xué)樓,該工程最高處為五層,普通教室,辦公室,會(huì) 議室層高均為 3.6m , 并帶有階梯教室 (兩層 , 層高 4.8m 。 總建筑面積約為 4921m

7、2按任務(wù)書要求通過查找資料,基本風(fēng)壓為 0.35KN/m2, 基本雪壓為 0.50 KN/m2, 該 教學(xué)樓位于抗震設(shè)防烈度為 6度的區(qū)域,設(shè)計(jì)基本地震加速度為 0.10g ,由于為 六度設(shè)防烈度,無須進(jìn)行計(jì)算,由規(guī)范要求進(jìn)行構(gòu)造抗震設(shè)計(jì)即可.1.2 方案設(shè)計(jì)1.2.1根據(jù)地形地貌,設(shè)施布置,建筑物在基地上的位置、標(biāo)高、道路綠化 及其他說明,去考慮方案設(shè)計(jì)。從而很好的把握方案的經(jīng)濟(jì)性、合理性。方案比較方案一:建筑平面為 U 型。 U 形建筑具有造型簡單、美觀、采光通風(fēng)較好, 有利于教室平面靈活布置等優(yōu)點(diǎn)。 由于其轉(zhuǎn)折處可以靈活設(shè)置, 可以避開設(shè)置伸 縮縫的限制, 另外可以根據(jù)大小教室對建筑面積

8、的不同要求, 各段采用不同的平 面布置,有利于柱網(wǎng)的布置。方案二:建筑平面為矩形。 滿足平面力求簡單, 規(guī)則, 本方案既可避免設(shè)縫。 但由于其采用內(nèi)廊式, 走廊的采光不容易滿足, 在大小教室的平面布置上不夠靈 活,對結(jié)構(gòu)簡單要求較高。綜上所述,方案一的平面布局較為合理,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單,傳力明確,施工方 便,較方案二要合理。因此,選擇方案一為本次設(shè)計(jì)方案。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書所給資料,結(jié)構(gòu)型式選用框架結(jié)構(gòu)。本多層框架結(jié)構(gòu)教學(xué) 樓采用外廊懸挑式柱網(wǎng)布置, 考慮到走廊長度大于 40m , 兩面布置房間時(shí), 走廊 最小凈寬度為 1.8m ,所以走廊的跨度取為 2.1m ,房間的開間和進(jìn)深采用 3.6m , 7

9、.2m ; 3m,10.2m 和 4.2m , 7.8m 。采用三部樓梯,樓梯開間均為 4.2m ,考慮到階 梯教室與普通教室的標(biāo)高不同, 在走廊連接處設(shè)輕質(zhì)踏步, 以實(shí)現(xiàn)兩者之間的交 通聯(lián)系。根據(jù)武漢地區(qū)的氣候條件,內(nèi)外墻均采用 240厚。該教學(xué)樓為滿足不同的教學(xué)要求, 設(shè)置了大小教室以及階梯教室。 根據(jù)其他使用功能的要求,首層設(shè)有門廳、門衛(wèi)室,各層還設(shè)有休息室、辦公室、男女衛(wèi) 生間等。1.2.2 該教學(xué)樓在建筑立面上采用較大而明亮的玻璃窗,走廊兩側(cè)均設(shè)置窗 戶,有效的滿足了采光的要求,同時(shí)又表現(xiàn)出簡潔現(xiàn)代感, 還增加了立面的美觀 效果。建筑立面和豎向剖面上力求規(guī)則, 避免立面凹進(jìn)或突出,

10、使結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛 度變化均勻。為了豐富立面,外墻層高處設(shè)裝飾線,底層從 -0.450標(biāo)高往上至 0標(biāo)高做天然石材飾面。 室外臺(tái)階采用花崗巖貼面。 在排水方面由于屋面寬度不大, 采用單面有組織排水,落水管采用直徑為 100PVC 落水管。在剖面上,主要反映 建筑物在垂直方向上各部分的組合關(guān)系?？紤]室內(nèi)外采光通風(fēng),窗臺(tái)取 900mm 高。1.3.1墻體:內(nèi)外墻均采用 240厚砌體,防潮層設(shè)在相對標(biāo)高 -0.050m 處,做 法是 1:2水泥砂漿摻 2%防水劑 20厚。1.3.2 門窗:底層外門均采用鋁合金門,建筑內(nèi)部門采用木門,所有窗戶均 采用鋁合金推拉窗,凡木料與砌體結(jié)構(gòu)接觸部位均應(yīng)涂滿防腐水柏油

11、二度。 1.3.3樓地面做法:見中南地區(qū)建筑圖集。1.3.4 散水做法:水泥砂漿散水寬 600mm 。1.3.5 落水管及雨水口:屋面雨水口做法見中南地區(qū)建筑圖集;落水管材料 采用直徑為 100PVC 落水管。1.3.6 挑出墻面的雨篷等構(gòu)件:凡未特別注明者,其上部粉 1:2水泥砂漿, 并找 1%挑水坡, 其下部粉 1:2水泥砂漿 15厚刷白色 106涂料, 并做滴水線 30寬。2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 結(jié)構(gòu)說明本設(shè)計(jì)為五層框架結(jié)構(gòu)(階梯教室部分為兩層,層高 4.8米 ,建筑物總高 度為 18.45m ,抗震設(shè)防烈度為 6度,設(shè)計(jì)基本地震加速度為 0.10g ,結(jié)構(gòu)安全等 級(jí)為二級(jí),結(jié)構(gòu)正常使用年限

12、為 50年。室內(nèi)設(shè)計(jì)標(biāo)高為±0.000,相對于絕對標(biāo) 高 0.450m ,室內(nèi)外高差 450mm 。建筑物的耐火等級(jí)為二級(jí)。圖紙中標(biāo)高以米, 尺寸以毫米計(jì)。由于建筑物總長度為 47.4m ,滿足混凝土規(guī)范 GB50010-2002第 9.1.1條伸縮縫最大間距 55m 要求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算中,首先進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型和 結(jié)構(gòu)布置,確定承重體系。在計(jì)算荷載之前,根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)初了估梁、柱截面尺 寸,并進(jìn)行了驗(yàn)算。2.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算中, 首先進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型采用橫向承重體系,以增大結(jié)構(gòu)的 橫向剛度 和結(jié)構(gòu)布置, 確定承重體系。 在計(jì)算荷載之前, 根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)初估梁、 柱截面尺寸,并進(jìn)行驗(yàn)算

13、。因該地區(qū)地震 6度設(shè)防, 所以地震作用影響很小, 采用一般結(jié)構(gòu)上設(shè)防即可。 2.2.2 風(fēng)荷載作用根據(jù)負(fù)荷面積寬度, 將風(fēng)荷載換算成作用于框架每層節(jié)點(diǎn)上的集中荷載, 運(yùn) 用 D 值法,求出柱上下端彎矩,通過節(jié)點(diǎn)平衡得出梁端彎矩,由此得到水平風(fēng) 載作用下梁柱彎矩和梁端剪力和柱軸力。2.2.3 豎向荷載作用(恒載及活載在計(jì)算單元范圍內(nèi)的縱向框架梁的自重、 縱向墻體的自重以集中力的形式作 用在各節(jié)點(diǎn)上。 豎向荷載作用下框架的內(nèi)力采用彎矩二次分配法計(jì)算。 梁端和柱 端彎矩計(jì)算之后, 梁端剪力可根據(jù)梁上豎向荷載引起的剪力和梁端彎矩引起的剪 力相疊加而得到;柱軸力可由梁端剪力和節(jié)點(diǎn)集中荷載疊加得到。2.

14、2.4 內(nèi)力組合根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、地震設(shè)防烈度、房屋高度等因素,由抗震規(guī)范確定該框 架結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為三級(jí)。梁的內(nèi)力組合:根據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)范和抗震規(guī)范考慮 三種內(nèi)力組合形式:(2 1.2SGk+0.9×1.4×(SQk+SFk(3 1.35SGk+0.7×1.4(SQk+SFk在進(jìn)行柱的內(nèi)力組合時(shí), 須根據(jù)柱可能出現(xiàn)的最不利荷載分別進(jìn)行組合、 配 筋。這三種組合形式為: M max及相應(yīng)的 N 、 V ; Nmax及相應(yīng)的 M 、 V ; Nmin及相應(yīng)的 M 、 V 。2.2.5 配筋計(jì)算由于本工程按 6度設(shè)防區(qū)設(shè)計(jì),因此進(jìn)行了抗震設(shè)計(jì),形成延性框架結(jié)構(gòu)。 其設(shè)計(jì)原則是:“

15、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件” 。梁、柱配筋計(jì)算框架梁按彈性理論設(shè)計(jì), 以求得的最不利內(nèi)力值為控制值。對框架梁進(jìn)行 正截面受彎承載力計(jì)算時(shí),跨內(nèi)按 T 形截面計(jì)算,應(yīng)滿足受彎構(gòu)件最小配筋率的 要求。斜截面受剪承載力計(jì)算包括:截面尺寸的復(fù)核、 腹筋計(jì)算和最小配箍率驗(yàn) 算。按照框架結(jié)構(gòu)的合理破壞形式, 在梁端出現(xiàn)塑性是允許的, 為了便于澆搗混 凝土,也往往希望節(jié)點(diǎn)處負(fù)鋼筋放得少些。因此,對于現(xiàn)澆框架,可取彎矩調(diào)幅 系數(shù)為 0.8-0.9。必須指出,我國有關(guān)規(guī)范規(guī)定,彎矩調(diào)幅只對豎向荷載作用下 的內(nèi)力進(jìn)行,即水平荷載作用下產(chǎn)生的彎矩不參加調(diào)幅,因此, 彎矩調(diào)幅應(yīng)在內(nèi) 力組合之前進(jìn)行。根據(jù)縱向構(gòu)造

16、鋼筋腰筋的有關(guān)規(guī)定:當(dāng)梁的腹板高度大于 450mm , 在梁的兩側(cè)面應(yīng)沿高度配置縱向構(gòu)造鋼筋,其間距不宜大于 200mm 。 對于 懸臂梁中,有不少于兩根上部鋼筋伸至懸臂梁外端,并向下彎折不小于 12d ;其 余鋼筋不應(yīng)在梁的上部截?cái)? 而應(yīng)按規(guī)定的彎起點(diǎn)位置向下彎折, 并在梁的下邊 錨固,彎終點(diǎn)外的錨固長度在受壓區(qū)不應(yīng)小于 10d ,在受拉區(qū)不應(yīng)小于且不小于 20d d 為受拉鋼筋直徑 ?？蚣苤膬?nèi)力控制值取值, 應(yīng)預(yù)先判斷大小偏心。試驗(yàn)表明,小偏心受壓情 況下,隨著軸向壓力的增加, 正截面受彎承載力隨之減小, 但在大偏心受壓情況 下,軸向壓力的存在反而使構(gòu)件正截面的受彎承載力提高。在界限破

17、壞時(shí), 正截 面受彎承載力達(dá)到最大值。因此,當(dāng)為大偏心時(shí),應(yīng)取彎矩較大,軸力較小;當(dāng) 為小偏心時(shí),應(yīng)取彎矩較大,軸力較大。根據(jù)此原則,可確定出所需最大鋼筋面 積。除此之外,框架柱全部縱筋的配筋率不應(yīng)小于 0.6%;同時(shí),一側(cè)鋼筋的配 筋率不應(yīng)小于 0.2%。軸心受壓構(gòu)件的縱向受力鋼筋應(yīng)沿截面的四周均勻放置, 鋼筋根數(shù)不得少于 4根,鋼筋直徑不宜小于 12mm , 通常在 16至 32mm 范圍內(nèi)選 用。為了減少鋼筋在施工時(shí)可能產(chǎn)生的縱向彎曲,宜采用較粗的鋼筋。從經(jīng)濟(jì)、 施工以及受力性能等方面來考慮,全部縱筋配筋率不宜超過 5%。平面框架柱的 平面外穩(wěn)定按軸心受壓構(gòu)件驗(yàn)算。 梁與柱為剛接的鋼筋混

18、凝土框架柱, 其計(jì)算長度應(yīng)根據(jù)框架不同的側(cè)向約束條件及荷載情況確定。 對于有側(cè)移的全現(xiàn)澆框架結(jié) 構(gòu),柱的計(jì)算長度可取底層柱為 1.0H ,其他層柱取 1.25H H 為柱所在層的框 架結(jié)構(gòu)層高 。2.3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)根據(jù)地質(zhì)報(bào)告, 本工程所在地地質(zhì)情況良好,第二層作為持力層,其地基承 載力達(dá)到 200Kpa ,因此在框架部分選用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)?；A(chǔ)埋置深度的大小, 對于建筑物的安全和正常使用、 基礎(chǔ)施工技術(shù)措施、 施工工期和工程造價(jià)等影響 很大,因此,確定基礎(chǔ)埋置深度是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作中的重要環(huán)節(jié)。 本工程在設(shè)計(jì)時(shí) 綜合考慮建筑物自身?xiàng)l件以及所處的環(huán)境 例如, 應(yīng)注意地下水的埋藏條件和動(dòng) 態(tài) 。從實(shí)際出

19、發(fā), 在滿足地基穩(wěn)定和變形要求的前提下, 以基礎(chǔ)宜淺埋的原則, 合理選擇基礎(chǔ)埋置深度除巖石地基外,基礎(chǔ)埋深不宜小于 0.5m 。根據(jù)第一層 為素填土,土質(zhì)松軟,結(jié)構(gòu)不均,厚 0.4-1.0m ;第二層為粘土,屬中偏高強(qiáng)度 中偏低壓縮性土層,可作天然地基, 厚 2.5-3.5m , 本工程的基礎(chǔ)埋深設(shè)為 1.5m 。 選擇基礎(chǔ)材料,根據(jù)計(jì)算確定基礎(chǔ)高度為 1.0m ,從下至上分兩層,每階高度為 350mm , 250mm 。基礎(chǔ)埋深1. 5m ,高度 0.6m ,根據(jù)上部結(jié)構(gòu)傳來的內(nèi)力值,初 估基底面積,然后進(jìn)行沖切驗(yàn)算和底板配筋。2.4 現(xiàn)澆廁所樓面板、上人孔處屋面板設(shè)計(jì)根據(jù)所設(shè)計(jì)房間區(qū)格的長

20、邊與短邊之比, 確定是單向板還是雙向析 (長邊與 短邊之比大于 2,屬于單向板;長邊與短邊之比小于 2,屬于雙向板。 按照不同 的計(jì)算理論和方法,分別進(jìn)行控制截面配筋計(jì)算。2.5 現(xiàn)澆板式樓梯設(shè)計(jì)根據(jù)建筑要求和施工條件, 本工程中采用現(xiàn)澆板式樓梯, 并根據(jù)建筑類別確 定樓梯的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值后,分別對樓梯梯段板、 平臺(tái)板、 平臺(tái)梁進(jìn)行控制截面的 配筋計(jì)算。采用板式樓梯,具有下表面平整,施工支模較為方便,外觀比較輕巧等優(yōu) 點(diǎn)。梯段板、平臺(tái)和平臺(tái)梁組成,對于梯段板和平臺(tái)板設(shè)計(jì)成單向板都取 1m 的單元進(jìn)行計(jì)算, 對于平臺(tái)梁的設(shè)計(jì)與一般梁設(shè)計(jì)相似。 斜板厚約為梯段板水平 長度的 1/25至 1/30,本

21、設(shè)計(jì)采用約為 1/30的梯段板水平長度?？紤]到樓梯與平臺(tái)梁整澆,平臺(tái)對斜板的轉(zhuǎn)動(dòng)變形有一定的約束作用,故計(jì)算板的跨中正彎矩時(shí), 近似取 M max =PLn 2/10。 為避免斜板在支座處產(chǎn)生過大的裂縫, 應(yīng)在板面配置一定數(shù)量的鋼筋,一般取ø8200,長度為 L n /4。斜板內(nèi)分布鋼筋可 采用ø6或ø8,每級(jí)踏步不少于 1根,放置在受力鋼筋內(nèi)側(cè),最大間距 300mm 。 2.6 雨篷設(shè)計(jì)本工程中雨篷設(shè)計(jì)成板式雨篷, 框架縱梁兼作雨篷梁。 雨篷計(jì)算包括三個(gè)內(nèi) 容:a. 雨篷板的正截面承載力計(jì)算; b. 雨篷梁在彎矩、剪力、扭矩共同作用 下的承載力計(jì)算; c. 雨篷抗傾覆驗(yàn)算,之后進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。由于雨篷梁與框 架整澆,故無須進(jìn)行抗傾覆驗(yàn)算3 設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過兩個(gè)多月的辛苦勞作,在指導(dǎo)老師耐心、兢兢業(yè)業(yè)的指導(dǎo)下,我的畢業(yè) 設(shè)計(jì)終于順利完成了。 這次設(shè)計(jì)是我們在大學(xué)四年