1、 四层双华小学教学楼结构毕业设计目 录1 工程概况1 1.1 计算基本条件1 1.2 建筑材料选择1 1.3 工程地质条件22 结构设计4 2.1 结构选型和布置4 2.2 框架计算简图5 2.3 荷载计算7 2.4 框架在竖向荷载作用下承受荷载的受力图93 风荷载计算14 3.1 集中荷载的计算14 3.2 风荷载作用下的位移验算15 3.3 风荷载作用下的力计算174 地震荷载计算20 4.1 水平地震作用计算20 4.2 等效总重力荷载代表值的计算23 4.3 横向地震作用计算26 4.4 框架在水平地震作用下的力计算285 框架力计算31 5.1 竖向荷载标准值作用下力分析316 框架
2、结构的力组合38 6.1 力组合的一般原理38 6.2 框架梁力组合38 6.3 框架柱力组合407 截面设计43 7.1 截面设计及构造措施要求48 7.2 框架梁48 7.2 框架柱528 板的设计及配筋58 8.1 板类型的选择及板厚的确定58 8.2 板的配筋计算609 基础设计62 9.1 确定柱底荷载62 9.2 基础相关的参数63 9.3 基础底面尺寸的确定63 9.4 基础高度的确定65 9.5 基础配筋计算68 参考文献74 感谢75 WORD版本. 1 工程概况技术设计参数如下表1所示。表1 设计参数表 (mm)建筑层数层高H1层高H2开间尺寸L1开间尺寸L2开间尺寸L3进
3、深尺寸H1进深尺寸H2进深尺寸H3439003600300033003600360018006300混凝土强度等级统一采用C30和C35，板面钢筋及箍筋采用HPB300，设计强度为270Mpa,梁柱主筋采用HRB400，设计强度为360Mpa,墙体采用加气混凝土砌块做隔墙，设计容重为7.5KN/M3,忽略窗户开洞对墙体荷载的影响。工程概况：平面尺寸为46.74m11.82m，设计使用年限为50年。1.1 计算基本条件设计使用年限50年；地上部分为一类环境，地下部分为二b类环境；抗震设防烈度：7度；设计基本地震加速度：0.10g；设计地震分组：第一组；建筑场地类别：类；建筑抗震设防类别：丙类；建
4、筑结构的阻尼比0.05框架结构的抗震等级：根据建筑抗震设计规第3.3.3条及表6.1.2的规定进行确定；查表为三级抗震基本风压为0.35kN/m2平面尺寸46.74m11.82m，4层，1层层高3.9m，2-4层每层层高3.6m，室外高差为0.6m，基础顶面离室外地0.6m。1.2 建筑材料选择混凝土：柱、梁、板、楼梯的混凝土强度等级采用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；（1）楼面做法10厚地砖铺实拍平，水泥浆擦缝40厚1：4干硬性水泥砂浆素水泥浆结合层一遍设计厚度钢筋混凝土楼板说明：屋面除结构层外自重1.0-1.2KN/M2（2）屋面做法10厚地
5、砖铺实拍平，缝宽5-8，1：1水泥浆填缝25厚1：4干硬性水泥砂浆满铺0.5厚聚乙烯薄膜一层1.2厚氯化聚乙烯橡胶共混防水卷材1.5厚聚氨酯防水涂料刷基层处理剂一遍20厚1:2.5水泥砂浆找平层平均厚度为50，1:8水泥珍珠岩保温层干铺50厚挤塑聚苯乙烯塑料板20厚1:2.5水泥砂浆找平层设计厚度钢筋混凝土屋面板说明：屋面除结构层外自重1.97-2.3KN/M2（3）天棚做法设计厚度钢筋混凝土楼板7厚1:1:4水泥石灰砂浆5厚1:0.5:3水泥石灰砂浆表面乳胶漆（4）墙做法200厚加气混凝土墙体15厚1:1:6水泥石灰砂浆5厚1:0.5:3水泥石灰砂浆表面乳胶漆（5）外墙做法15厚1:3水泥砂
6、浆刷素水泥浆一遍4厚1:1水泥砂浆镶贴8厚面砖，1：1水泥砂浆勾缝1.3 工程地质条件（1）基础底面持力层为粉质粘土，地基承载力特征值fak=240kPa；（2）地下水位：地表以下2.0m，无侵蚀性。（3）地基主要受力层围无软弱粘性土层，且地面下15m深度围为不液化土层，地面下深度20m围土层的等效剪切波速vse=205m/s，覆盖层厚度超过50m，不考虑冻土深度。2 结构设计2.1 结构选型和布置根据建筑功能的要求，为使建筑平面布置灵活，我们应充分考虑到建筑设计的情况，本结构设计采用钢筋混凝土框架结构体系。2.1.1 结构布置本建筑有四层，且为小学教学楼，房间布局比较整齐规则，且不需要考虑太
7、多大空间布置，可以采用横向框架承重方案，布置详图见图1。施工方案采用梁、板、柱整体现浇方案。楼盖方案采用整体式双向板肋形梁板结构。楼梯采用整体现浇梁板式楼梯。基础方案采用柱下独立基础。图1 结构平面布置图2.1.2 初估截面尺寸本设计楼盖、屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，屋面板厚度取120mm，楼板厚度取为120mm，通过分析建筑平面布置可以确定的结构平面布置图，楼面面荷载根据规可以取近似值12计算。框架结构的主梁截面宽度和高度可以这样确定：h=（1/10 1/18)L (1)b=(1/2 1/3)h (2)且200mm，估算出的梁截面尺寸如下：横向主框架梁：BC、CE跨；纵向主框架梁： ；次梁
8、：；柱截面尺寸的具体估算方法柱的轴压比应满足该公式： (3)C30混凝土 多层建筑柱截面尺寸宽度和高度可以这样确定：=(1/121/18)（是层高） （4） =（12) （5）=(1/12 1/18)6.3=（0.5250.35）=(1/12 1/18)3.6=（0.30.2）=（12)因抗震设防要求综合考虑柱子截面取为500mm500mm。2.2 框架计算简图2.2.1 计算简图说明 本设计基础选用柱下独立基础，基础顶面标高为-1.20m。框架的计算单元如图1所示，取轴上的一榀框架计算。一层柱高从基础顶面算至二层楼面。一层柱高为5.1m ,其余各层柱的计算高度为层高，即为3.6 m。2.2.
9、2 框架梁柱截面特征由构件的几何尺寸、截面尺寸和材料强度，利用结构力学有关截面惯性矩及线刚度的概念计算梁柱截面的特性，如表2、3及图2所示。表2 柱截面特性计算表层数砼等级柱子轴号截面宽b/mm截面高h/mm梁跨L/mm弹性模量Ec/MPa截面惯性矩I/mm4线刚度i()相对线刚度1C30CE5005005100300005.21x1090.306x1091.0024C30CE5005003600300005.21x1090.434x1091.42表3 梁截面特性计算表中 框 架 梁层数砼等级梁编号截面宽b/mm截面高h/mm梁跨L/mm弹性模量Ec/MPa截面惯性矩I/mm4线刚度i()相对
10、线刚度1-4C30BC跨3005501800300004.16x1091.37x1040.44C30CE跨3005506300300004.16x1093.96x1041.3边 框 架 梁1-4C30BC跨3005501800300004.16x1091.37x1040.33C30CE跨3005506300300004.16x1093.96x1040.982.2.3 框架梁柱的线刚度计算考虑整体现浇梁板结构中，板对梁的有利作用，对于中框架梁取 I=2.0，边框框架梁取1.5，为矩形截面框架梁的惯性矩。 1）柱子计算：首层柱子标准层柱子：2)梁计算2轴是中框架梁，I=2，各层梁截面均相同。中框梁
11、：梁截面：边跨BC、CE：300mm550mm 跨度：1800mm、6300mm C30混凝土弹性模量：30000MPa 3)相对线刚度计算令首层柱子线刚度,则其余各杆件的相对线刚度为： 标准层柱子CE跨梁BC跨悬挑梁同理可得边框架梁相对线刚度为： 根据以上计算结果，框架梁柱的相对线刚度如表2所示，是计算各节点杆端的弯矩分配系数的依据。注：括号为边框架相对线刚度，括号外为中框架相对线刚度。图2 框架梁柱相对线刚度2.3 荷载计算2.3.1 恒载值计算（1）上人屋面恒载计算 除结构层外自重：1.97-2.3kN/m2 取2.14kN/m2钢筋混凝土屋面板：120mm 板底抹灰20mm: 合计：
12、2.14+3+0.34=5.48kN/m2（2）楼面恒载：除结构层外自重：1.0-1.2 取1.2 kN/m2 钢筋混凝土楼面：100mm 40mm1:4干硬性水泥砂浆 合计： 1.2+2.5+0.68=4.38（3）梁自重：梁主次梁：主次的自重：CE跨： （4）基础梁： bh=300mm550mm梁自重：（5）柱自重：KZ1: bh=500mm500mmKZ1自重:合计： 6.25 （6）墙自重：1) 外纵墙自重，单位面积重量。底层：15mm厚1:3水泥砂浆 4mm厚11水泥砂浆 8mm厚面砖 合计：2.37+0.63+0.89=3.89kN/m其余层：15mm厚1:3水泥砂浆 4mm厚11
13、水泥砂浆 8mm厚面砖 合计：1.83+0.49+0.68=3.0kN/m2) 横墙重量：底层：200mm厚加气混凝土墙体 15mm厚116水泥石灰砂5mm厚10.53水泥石灰砂合计： 5.93+1.01+0.34=7.28kN/m其余层：200mm厚加气混凝土墙体 15mm厚116水泥石灰砂浆5mm厚10.53水泥石灰砂浆合计： 4.58+0.78+0.26=5.62kN/m(7) 女儿墙自重：墙重及压顶重： 20mm厚水泥砂浆粉刷外面：合计：4.272.3.2 活荷载标准值1. 屋面及楼面荷载由表1.2.11和表1.2.12查得：上人屋面荷载为，办公楼楼面为2.5kN/m，走廊楼面为；2.
14、 屋面雪荷载标准值：屋面雪荷载与活载不同时考虑，两者取大值，取2.4 框架在竖向荷载作用下承受荷载的受力图当结构布置图被确定后，我们就可以去确定传递路径。板传至梁上的三角形或梯形荷载，为简化计算，将其等效为均布荷载：三角形荷载作用时： (6)梯形荷载作用时： (7) (8) (9)（式中g、q为板面的均布恒荷载和均布活荷载；、为长短跨的计算跨度。）荷载的传递示意图见图3。2.4.1 活荷载标准值计算上人屋面 2.0kN/m2办公室楼面 2.5kN/m2走廊楼面 2.5kN/m2雪荷载 0.35kN/m2将屋面荷载及雪荷载一起考虑，两者中取较大值即可。2.4.2 竖向荷载作用下的框架受荷总图图3
15、 导荷方式示意图（1）轴间框架梁（梯形荷载）1）屋面板传给梁的荷载恒载：5.48（3.6/2）（1-2+）2=17.16kN/m活载：2.0（3.6/2）（1-2+）2=6.27kN/m2）楼面板传给梁的荷载恒载：4.38（3.6/2）（1-2+）2=13.72kN/m活载：2.5（3.6/2）（1-2+）2=7.83kN/m3）框架横梁自重： 3.38 kN/m综上，轴间框架横梁荷载:屋面梁恒载=梁自重+板传荷载=3.38+17.16=20.54kN/m活载=屋面板传荷载=6.27kN/m楼面梁恒载=梁自重+板传荷载+标准层墙重=3.38+13.72+5.62=22.72kN/m活载=楼面板
16、传荷载=7.83kN/m（2）A轴与轴相交悬挑框架梁1）屋面板传给梁的荷载(一个跨度中一个等腰三角形的等效荷载为5/8q)恒载：5.48（1.8/2）5/82=6.17kN/m活载：2.0（1.8/2）5/82=2.25kN/m2）楼面板传给梁的荷载恒载：4.38（1.8/2）5/82=4.93kN/m活载：2.5（1.8/2）5/82=2.81kN/m3）框架横梁自重：3.38 kN/m综上，A轴与轴相交悬挑框架横梁荷载:屋面梁恒载=梁自重+板传荷载=3.38+6.17=9.55kN/m活载=屋面板传荷载=2.25kN/m楼面梁恒载=梁自重+板传荷载+标准层墙重=3.38+4.93+5.62
17、=13.93kN/m活载=楼面板传荷载=2.81kN/m（3）C轴柱纵向集中荷载计算1）顶层柱恒载=梁自重+屋面板传恒载=3.38（3.6-0.5）+ 1.8+6.3=70.08kN活载=屋面板传活载=1.8+6.3=21.78kN2）其余各层柱恒载=梁自重+外墙自重+楼面板传恒载=3.38（3.6-0.5）+3.0（3.6-0.5）+13.726.3+4.93 1.8=67.43kN活载=楼面板传活载=7.836.3+2.811.8=27.19kN3）基础顶面恒载=底层外墙自重+基础梁自重=7.28（3.6-0.5）+4.13（3.6-0.5）=35.37kN（4）E轴柱纵向集中荷载计算1）
18、顶层柱现浇天沟自重250.6+（0.4-0.12）0.12+（0.6+0.2）（0.5+0.36）=2.13kN/m恒载=女儿墙自重+现浇天沟自重+梁自重+屋面板传恒载=（4.27+2.13）（3.6-0.5）+3.38（3.6-0.5）+17.166.3=84.37kN活载=屋面板传活载=6.276.3=19.75kN2）其余各层柱恒载=梁自重+外墙自重+楼面板传恒载=3.38（3.6-0.5）+3.0（3.6-0.5）+13.726.3=63.0kN活载=楼面板传活载=7.836.3=24.67kN3）基础顶面恒载=底层外墙自重+基础梁自重=7.28（3.6-0.5）+4.13（3.6-0
19、.5）=35.37kN竖向受荷示意图如下图所示：注：图中各值的单位为kN，图中数值均为标准值，括号为活载，括号外为恒载。图4 框架在受竖向荷载作用下的总图3 风荷载计算3.1 集中风荷载计算在水平荷载作用下，多高层框架会产生侧移，其侧移由两部分组成：总体剪切变形和总体弯曲变形。总体剪切变形是由层间剪力引起梁、柱弯曲变形所导致的框架变形，其侧移曲线和悬臂梁剪切变形曲线相似，故称为总体剪切变形。总体弯曲变形是由框架两侧边柱中轴力引起柱子伸长或缩短所导致的框架变形，其侧移曲线和悬臂梁的弯曲变形曲线相似，故称为总体弯曲变形。对于一般多高层框架，其侧移由于柱的轴向变形所引起的侧移值很小，可忽略不计，一般
20、仅考虑梁、柱弯曲所引起的侧移，可采用D值法近似计算。单位面积风荷载标准值：垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下式公式计算： Wk=zsz （10）作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值按下式计算 Fk=B.h. （11）式中基本风压(重现期取50年)风压高度变化系数，因建设地点位于城市郊区，所以地面粗糙度为B类；风荷载体型系数，根据建筑物的体型查得；风振系数，基本自振周期对于钢筋混凝土框架结构可用（n是建筑层数）估算，大约0.32s0.25s，但H14.730，故不考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响，；h上下楼层高度的平均值；B单元宽度。表4 风荷载标准值层号sW0(kN/m2)
21、Hi(m)Wk(kN/m2)B(m)h(m)Fk(kN)414.71.12210.513.33.65.58311.11.10.473.33.65.5827.5110.463.33.65.5813.9 110.463.34.356.603.2 风荷载作用下的位移验算1)侧移刚度D风荷载作用下框架侧移计算：表 5 横向24层D值的计算构件名称C轴柱0.31512658E轴柱0.31512658表6 横向底层D值的计算构件名称C轴柱0.54618354E轴柱0.546183542）计算各柱的修正抗侧刚度，见表7。表7 柱的修正抗侧刚度柱号楼层柱线刚度梁柱线刚度比k修正系数层高修正抗侧刚度kN/m相对
22、抗侧刚度边柱一般层4.341040.920.3153.612.6581底层3.061.300.5465.118.3541.453）将楼层剪力按修正抗侧刚度分配给每根柱，将各柱的剪力乘以反弯点到柱端的距离得到柱端弯矩，将节点弯矩之和按梁的线刚度分配给与该节点相连的梁，梁左、右端弯矩之和除以梁跨得到梁的剪力。自顶层向下，逐个节点取脱离体，利用竖向力的平衡条件，可求得柱的轴力。水平荷载作用算下框架的层间侧移可按下式计： （12）式中：Vj第j层的总剪力；D第j层所有柱子的抗侧刚度之和；uj第j层的层间侧移。第一层的层间侧移值求出之后，就可以计算各楼板标高的侧移值的顶点侧移值，各层楼板标高处的侧移值是
23、该层一下各层层间侧移之和。顶点侧移是所有各层层间侧移之和。j层侧移顶点侧移框架在风荷载作用下侧移的计算见下表：表8 风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算层次45.585.58253160.00021/500035.5811.16253160.00041/250025.5816.74253160.00061/166716.6023.34367080.00061/1667侧移验算：层间侧移最大值 :1/16671/550（满足要求）根据高层建筑混凝土结构技术规程规定，高度不大于150m的框架结构，按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比u/h 不宜大于1/550，风荷载侧移满足要求。 3.3 风荷
24、载作用下的力计算表9 风荷载作用下力计算楼层楼层风荷载Fj层间剪力层高柱/梁号柱抗侧刚度Dji楼层刚度柱剪力反弯点高度45.585.583.6跨中C12.65825.3162.790.35E12.6582.790.3535.5811.163.6跨中C12.65825.3165.580.41E12.6585.580.4125.5816.743.6跨中C12.65825.3168.370.45E12.6588.370.4516.6023.343.9跨中C18.35436.70811.670.59E18.35411.670.59表10 柱端剪力及弯矩计算表层次柱别y4C2.790.353.526.5
25、3E2.790.353.526.533C5.580.417.0313.06E5.580.417.0313.062C8.370.4510.5519.59E8.370.4510.5519.591C11.670.5935.1224.40E11.670.5935.1224.40表3.8 梁端剪力及弯矩计算表楼层柱别柱端弯矩（kN.m）柱节点弯矩之和（kN.m）梁相对线刚度梁端弯矩（kN.m）梁跨Ii/m梁剪力（kN）柱轴力（kN）上端下端左端右端4C3.526.5300.441.32.617.446.3-1.6-1.6E3.526.5300.441.310.056.3-1.61.63C7.0313.0
26、600.441.35.2214.876.3-3.19-4.79E7.0313.0600.441.320.096.3-3.194.792C10.5519.5900.441.37.8422.306.3-4.79-9.58E10.5519.5900.441.330.146.3-4.799.581C35.1224.4000.441.315.4844.046.3-8.34-17.92E35.1224.4000.441.359.526.3-8.3417.92图5 左风弯矩图（kN.m）图6 左风剪力图（kN）图7 左风轴力图（kN）4 地震荷载计算4.1 水平地震作用计算对于质量和刚度沿高度分布比较均匀、
27、高度不超过40m（该设计建筑高度16.1m）、以剪切变形为主的结构，震动时水平位移以基本振型为主，且基本振型接近于直线，可以采用底部剪力法计算水平地震作用。因为抗震设防烈度小于9度且没有大跨度和长悬臂结构，可以不考虑竖向地震作用。4.1.1 各层重力标准值计算重力荷载代表值是结构与构配件恒载标准值和各种活荷载组合值之和。在抗震设计中，当计算地震作用的标准值和计算结构构件的地震作用效应与其他荷载效应的基本组合时，作用于结构重力荷载采用其代表值Ge ，它是永久荷载和有关可变荷载的组合值之和，即： (13) 式中：Gk结构或构件的永久荷载标准值；Qki结构或构件第i个可变荷载标准值；Ei第i个可变荷
28、载的组合系数，根据可变荷载种类确定。根据建筑抗震设计规GB 50011-2001规定：计算地震作用时，建筑的重力荷载代表值应取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和。各可变荷载的组合值系数c按下规定取值：l 雪荷载0.5；l 屋面积灰荷载0.5；l 屋面活荷载0.0；l 按实际情况的楼板活荷载1.0；l 按等效均布荷载计算的楼面活荷载0.8，其他民用建筑0.5。楼面重力荷载代表值：GEi=结构和构配件自重标准值+0.5可变荷载标准值，其中构件和结构自重取楼面上、下50层高围的结构及构件自重(包括梁、楼板层及墙柱等自重)。1）各质点的重力代表值计算：表11 柱重力荷载标准值层数柱编号截面宽
29、b/mm截面高h/mm净高hi/mGk(kN/m)数量GKi/kN/kN1KZ15005005.16.253210201275KZ25005005.16.2582552-4KZ15005003.66.2532720900KZ25005003.66.258180注：表中KZ1为框架柱。表12 板重力荷载标准值层数板面积/ 1-9楼面3334.381458.541614.76楼梯29.75.26156.22屋面347.855.481906.221906.22 注：表中楼梯部分的板的按楼面的1.2倍考虑。表13 梁重力荷载作用下的标准值层数梁编号截面宽b/mm截面高h/mm净跨长/m数量1-4KL1
30、3005508.53.388229.841040.37KL23005505.83.3816313.65KL33005503.13.38662.87KL43005508.83.38259.49KL53005501.33.38417.58次梁3005508.73.388235.253005503.33.38444.623005503.03.38220.28挑梁3005501.43.381256.792）各层墙（外墙）自重标准值计算（1）女儿墙的自重总长度：总重量：（2）首层墙重外墙的长度：总重：（3）标准层墙重总重：3）各层（各质点）自重标准值计算（1）首层（墙+梁+板+柱）（2）标准层的自重（3
31、）顶层的自重4）各层重力荷载代表值计算恒载代表值屋梁自重屋面板自重+女儿墙自重+柱重+墙自重4006.83+=4067.70恒载代表值+50活载代表值屋梁自重楼板自重+墙自重+柱重+ 0.5计算单元围里活载标准值3836.89+=4290.26恒载代表值+50活载代表值=屋梁自重楼板自重+墙自重+柱重+ 0.5 计算单元围里活载标准值=4295.48+=4748.86各质点的重力荷载代表值如图8所示：图8 各质点重力荷载代表值4.2 等效总重力荷载代表值的计算此设计给出的抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，场地类别为类场地，根据这些条件可以查得：水平地震影响系数的最大值，特征周期值的值，
32、阻尼比我们取。结构总的重力荷载代表值结构等效重力荷载代表值 (14)=17397.08kN0.85=14787.52kN表14 中框架柱侧移刚度值边柱E层次kh/m根数2-40.920.324.343.60.1265840.920.324.343.60.126581011.30.553.065.10.1835441.30.553.065.10.1835410中柱C2-41.230.384.343.60.1527040.920.324.343.60.126581011.740.603.065.10.0847041.30.553.065.10.1835410续表14中柱B2-41.510.434.
33、343.60.17280412.140.643.065.10.090364边柱A2-41.200.384.343.60.15270411.70.603.065.10.0847042-44.9507215.44400表15 边框架柱侧移刚度值边柱E层次kh/m根数2-40.690.264.343.60.10448210.980.503.065.10.070592中柱C2-40.690.264.343.60.10448210.980.503.065.10.0705922-40.4179210.28236表16 横向框架层间侧移刚度层次12345.726365.368645.368645.368644.2.1 自振周期计算多层及高层框架结构，结构自振周期按顶点位移法计算，将各楼面处的重力荷载代表值Gi作为水平荷载作用在各楼层标高处，按弹性方法求得结构顶点的假想位移，并考虑填充墙对框架的影响，则基本周期T1半经验半理论计算公式为： T1=1.7so
