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遵义教学楼结构设计

第一章毕业设计任务书

1.工程概况

1）建筑规模：

总建筑面积3300平米左右；

2）建筑层数：

5层。

3）柱网：

3.9x6.6

2.自然条件

1）主导风向及风压

该城市主导风向为东南风。

基本风压为0.45kN/m2

2）雨雪条件

该城市的年降雨量为3130mm，月最大降雨量127.5mm

3）工程地质条件：

从地表往下各层土的厚度和承载力如下

根据勘察报告，建筑场地土类别为Ⅱ类，场地土自上而下分布为：

①人工填土、②中砂、③粘土质粉砂、④粘土、⑤粉砂、⑥中砂、⑦细砂、⑧粉质粘土。

本工程的持力层为②层中砂层，②层地基承载力特征值为160kPa，压缩模量为Es=6.0MPa；③层地基承载力特征值为150kPa，压缩模量为Es=5.0MPa。

场地土对混凝土结构没有腐蚀性。

4）地下水位：

地表以下6.8-12.1米，水质对混凝土具有侵蚀性。

5）土的重度为19kN/m3，孔隙比为0.8，液性指数0.83

3.结构类型

钢筋混凝土框架结构。

4抗震设防

抗震设防烈度为6度，设计地震分组为第二组，地震动加速度为0.05g，筑场地类别为II类。

（一）设计任务

1．建筑设计

1）建筑设计总说明

2）平面布置图（2#图纸）；

3）立面图（2#图纸）；

4）剖面图（2#图纸）。

2．结构设计

1）需对部分结构或构件进行手工计算，可以用结构设计软件电算复核。

2）绘制结构施工图。

①结构设计总说明

②基础平面布置及详图（2#图纸）；

③楼盖或屋盖结构的配筋图（2#图纸）；

④梁、柱的配筋图（2#图纸）；

⑤楼梯平面布置及详图（2#图纸）。

（二）设计要求

1．建筑平面设计合理，科学划分功能区域，同时体现简洁、美观、实用的原则；

2．设计计算应遵循专业基本理论和基本原理，并应符合我国现行相关建筑设计规范要求；

3．计算书应书写工整，计算过程完整，计算准确，结果正确；

4．图纸应符合建筑制图标准要求，图面整洁，布置合理，比例适当，表达规范标准，达到施工图设计深度要求；

6．格式应符合标准，书写工整，文字简练，条理清楚；

7．应积极收集资料，认真踏实工作，独立按时完成各阶段的设计任务。

第二章结构平面布置

2.1结构选型与结构布置

随着社会的发展，各种各样的建筑不断的被建造出来，而结构则犹如建筑图的骨骼，传递建筑物所受的外力以及内力，形成支撑体系，是建筑物存在的前提。

从建筑学角度出发，结构是形成建筑造型的前提条件，承担着各种荷载作用，从而满足人们的日常使用需求及对美观的要求。

从结构角度出发，结构则是由墙梁板柱连接组成的承受各种荷载作用的受力体系。

在建筑设计中，主要环节及通过对建筑物深层的分析以及概念设计，选择与建筑物最搭配的结构方案即结构选型。

结构的选型首先是要满足建筑功能的使用要求，其次是要满足建筑的外立面及美观要求，并且要选取最有的结构方案考虑现有条件，尽可能降低工程造价，并且尽量低碳环保。

在现代常规多高层建筑中，经常使用的结构体系有砌体结构、框架结构、剪力墙结构以及框剪结构，其优缺点如下。

砌体结构一般取材方便，施工也较为简单，施工速度较快，对施工技术及机械要求不高，具有良好的耐火性及经济性；不过砌体结构由于材料为砌体，所以结构强度不高，层数受限，并且砌体结构一般使用水泥砂浆连接，所以抗震性能不高

框架结构是以梁板柱作为承重构件的结构体系，其中梁板为竖向受力构件，柱为水平抗侧力构件，房间墙体可以使用轻质材料。

因此框架结构可以方便的进行分隔房间功能，并且梁板柱可以进行标准化生产，特别是装配型结构，可大大缩短工期。

框架结构还具有整体性较好的优点，比较有利于提高抗震性能。

框架结构属于剪切型变形结构，柱为水平抗侧力构件，结构刚度偏柔，水平荷载下位移较大，并且构件较多，对于梁柱节点处应力集中现象比较明显。

剪力墙结构为整体混凝土，刚度大，并且房间不会有凸出柱子，比较美观。

但是剪力墙结构自重较大，平面布置不太灵活，具有一定的空间局限性。

根据上述各种结构体系优缺点，结合本工程实际情况，选择框架结构体系。

2.1.2基础结构类型

基础是建筑物的重要的组成部分，是连接上部结构与地基之间荷载传递的枢纽，基础的设计需要考虑结构受力、场地的工程地质情况、水文条件、工程造价以及工期等，选择合理的基础方案，才能保证基础工程的安全性和经济性，根据地勘报告中上述各种因素综合考虑，选择柱下独立基础。

2.1.3确定材料参数及结构尺寸估算。

1、确定基础持力层。

基础埋深除应满足规范要求外，尚且需要根据施工工期、工程造价以及结构安全度方面进行综合考虑，并且需要注意对周边环境的影响。

在尽量满足承载力及变形的前提下，尽量选择浅埋基础，本工程选择第二层土作为持力层。

2、楼板厚度尺寸确定。

根据建筑图及结构体系，计算板块最大跨度为3900mm，根据《混凝土结构设计规范》9,1节，从构造角度考虑，混凝土板跨厚比不得小于四十分之一，L=3900/40=97.50mm。

根据混规，混凝土现浇板的厚度应在符合承载力设计要求的前提下，考虑经济原则，双向板最小厚度为80mm，单向板厚度不得小于60mm；根据荷载、跨度，取楼层板厚h=100mm。

3、框架梁截面尺寸确定。

钢筋混凝土框架结构梁柱的承载能力与梁柱强度息息相关，而结构的整体刚度亦与梁柱有关，要根据结构强度以及刚度的需要对框架梁柱的尺寸进行估算。

1、横向框架梁：

根据梁板结构布置图可知梁横向跨度为6600mm。

梁高825mm~440mm，取h=650mm；

梁宽325mm~217mm，取b=300mm。

2、纵向框架梁。

纵向框架梁高488mm~260mm，取h=400mm；

纵向框架梁宽200mm~133mm，取b=250mm。

4、框架柱截面尺寸确定。

对于高层及超高层建筑，柱截面尺寸一般由轴压比控制，对于一般多层及小高层建筑，结合混凝土等级及抗震等级等和轴压比进行综合估算。

根据《建筑抗震设计规范》，本工程抗震设防烈度为6度，根据抗规6.1.2，抗震设计等级为3级。

根据框架结构受力特性，结合抗规，选择柱尺寸hc=hc=450mm。

5、材料选择

1、混凝土强度等级：

根据地基基础设计规范，基础选用C30，垫层选用C10，梁选用C30，柱选用C30。

2、钢筋级别。

根据最新混规中对抗震钢筋的要求，结合实际情况，受力纵筋选择HRB400；箍筋、构造钢筋及板筋选用HRB400

第三章.框架荷载计算

3.1框架计算简图及梁柱相对线刚度计算

根据地基基础设计规范，对于混凝土框架结构，底层无刚性板，故结构嵌固部位为基础顶部。

根据规范可知，首层柱计算高度从基础顶部算起。

根据建筑图可知，本工程室内外高差为-0.90m，根据规范要求，基础埋深不得小于0.5m，选基础顶部埋深为0.50m，故基础顶至0.000高度为1.40m，根据图纸首层建筑层高为3.60m,故从首层计算柱长度为5.00m。

二层以上柱高即为层高。

梁柱的线刚度计算

在工程实际施工中，为了保证结构的整体性，梁和板进行整体浇筑，根据课本知识及混凝土设计规范，对于两侧有楼板相连的框架梁取I=2I0，对于边跨即只有单侧楼板相连的框架梁I=1.5I0（I0为无翼缘梁截面惯性矩，）。

A~B

B~C

C~D

以顶层边柱作为基本单位，用其余构件线刚度除以该柱线刚度得出其余各杆件的相对线刚度：

A~B

B~C

C~D

计算简图

3.2恒载标准值计算

1）屋面

2）楼面一

标准层外纵墙自重。

粉刷=[（3.6-0.65）×（3.9+3.9）/2-1.8×1.8]×0.02×2×17=2.81kN

外纵墙荷载合计=保温层+墙体自重+粉刷自重+窗户自重=21.59+1.46+8.39+2.81=34.25kN。

23.78+0.97+6.19=30.94kN

3.3活荷载标准值计算

1）屋面和楼面活载标准值计算

根据荷载规范第四章

屋面荷载（不上人）0.5kN/m2

普通楼面2.5kN/m2

走廊3.5kN/m2

kN/mkN/m2

根据荷载规范，屋面活载与雪载取大值参与荷载组合进行计算。

3.4竖向框架下荷载受荷计算

梁板结构体系受力特性，梁为板的支撑，故板荷载传导给梁：

根据规范，板传递荷载方式按板长宽比分为不同的方式，按长宽比分为单向板和双向板。

板荷载传递时，由于不同板块类型传递荷载的方式不一样，故需要判定是双向板还是单向板，单向板荷载向长边所在梁上传递，荷载平均分配到两侧梁上；双向板为四边受力方式，荷载向四边传递，具体为：

在板四角做45°线，四条线会形成四个区块，每个区块范围内荷载传至最其所在梁上。

板交线形成三角形或提醒荷载，根据课本及静力计算手册，可将三角形或梯形荷载等效为均布荷载。

3.4.1.恒载标准值计算。

屋面层:

抹灰层：

梁两侧考虑10mm水泥砂浆抹灰:

18.23+0.21+3.98=22.42kN/m

楼面层:

抹灰层：

梁两侧考虑10mm水泥砂浆抹灰:

内隔墙自重:

内隔墙两侧粉刷自重:

11.13+4.13+0.22+6.23+2.01=23.72kN/m

屋面层:

抹灰层：

梁两侧考虑10mm水泥砂浆抹灰:

8.28+0.11+2.1=10.49kN/m

楼面层:

抹灰层：

梁两侧考虑10mm水泥砂浆抹灰:

5.06+0.12+2.25=7.43kN/m

屋面层:

抹灰层：

梁两侧考虑10mm水泥砂浆抹灰:

18.23+0.21+3.98=22.42kN/m

楼面层:

抹灰层：

梁两侧考虑10mm水泥砂浆抹灰:

内隔墙自重:

内隔墙两侧粉刷自重:

11.13+4.13+0.22+6.23+2.01=23.72kN/m

顶层

女儿墙自重：

6.22kN/m

屋面板荷载传递给梁:

=13.12+13.12=26.24kN

左侧梁尺寸：

b=250mm；h=400mm

右侧梁尺寸：

b=250mm；h=400mm

屋面梁自重：

抹灰层:

考虑梁两侧10mm石灰砂浆:

女儿墙自重：

A轴柱竖向集中荷载=女儿墙自重+梁自重+粉刷自重+板传荷载

26.24+6.04+0.33+24.26=56.87kN

标准层

楼面板荷载传递给梁:

=8.01+8.01=16.02kN

左侧梁尺寸：

b=250mm；h=400mm

右侧梁尺寸：

b=250mm；h=400mm

楼面梁自重：

抹灰层:

考虑梁两侧10mm石灰砂浆:

p4=34.25kN

16.02+6.47+0.35+34.25=57.09kN

顶层

左侧梁尺寸：

b=250mm；h=400mm

右侧梁尺寸：

b=250mm；h=400mm

屋面梁自重：

抹灰层：

考虑梁两侧10mm厚石灰砂浆:

47.88+6.04+0.33=54.25kN

标准层

左侧梁尺寸：

b=250mm；h=400mm

右侧梁尺寸：

b=250mm；h=400mm

楼面梁自重：

抹灰层：

考虑梁两侧10mm厚石灰砂浆:

内纵墙自重：

p4=30.94kN

29.24+6.47+0.35+30.94=67kN

顶层

左侧梁尺寸：

b=250mm；h=400mm

右侧梁尺寸：

b=250mm；h=400mm

屋面梁自重：

抹灰层：

考虑梁两侧10mm厚石灰砂浆:

47.88+6.04+0.33=54.25kN

标准层

左侧梁尺寸：

b=250mm；h=400mm

右侧梁尺寸：

b=250mm；h=400mm

楼面梁自重：

抹灰层：

考虑梁两侧10mm厚石灰砂浆:

内纵墙自重：

p4=30.94kN

29.24+6.47+0.35+30.94=67kN

顶层

女儿墙自重：

6.22kN/m

=13.12+13.12=26.24kN

左侧梁尺寸：

b=250mm；h=400mm

右侧梁尺寸：

b=250mm；h=400mm

屋面梁自重：

抹灰层：

考虑梁两侧10mm厚石灰砂浆:

女儿墙自重：

26.24+6.04+0.33+24.26=56.87kN

标准层

=8.01+8.01=16.02kN

左侧梁尺寸：

b=250mm；h=400mm

右侧梁尺寸：

b=250mm；h=400mm

楼面梁自重：

抹灰层：

考虑梁两侧10mm厚石灰砂浆:

外纵墙自重：

p4=34.25kN。

16.02+6.47+0.35+34.25=57.09kN

3.4.2活载计算

屋面层:

=0.83+0.83=1.66kN/m

楼面层:

=4.13+4.13=8.26kN/m

屋面层:

=0.38+0.38=0.76kN/m

楼面层:

=2.63+2.63=5.26kN/m

屋面层:

=0.83+0.83=1.66kN/m

楼面层:

=4.13+4.13=8.26kN/m

顶层

=1.19+1.19=2.38kN

=p1=2.38kN

标准层

=5.94+5.94=11.88kN

=p1=11.88kN

顶层

=1.19+1.19+0.98+0.98=4.34kN

=p1=4.34kN

标准层

=5.94+5.94+6.86+6.86=25.6kN

=p1=25.6kN

顶层

=0.98+0.98+1.19+1.19=4.34kN

=p1=4.34kN

标准层

=6.86+6.86+5.94+5.94=25.6kN

=p1=25.6kN

顶层

=1.19+1.19=2.38kN

=p1=2.38kN

标准层

=5.94+5.94=11.88kN

=p1=11.88kN

3.5风荷载内力计算

3.5.1风荷载标准值计算

风荷载是指垂直作用在建筑物表面的荷载标准值，风荷载与风荷载体形系数、基本风压、风振系数以及风压高度变化系数有关，进行风荷载计算时，为简化计算，讲荷载转化为施加在楼板处的集中荷载。

kN/m2

=1.24<4,μs=1.3;

ω0×T^2=0.62×0.45×（0.4）^2=0.04

所以ζ=1.17

ν=0.46

楼层

βz

μs

z（m）

μz

ω0（kN/m2）

A（m2）

Wk（kN）

1.00

1.30

18.90

1.23

0.45

11.70

8.42

1.00

1.30

15.30

1.12

0.45

14.04

9.20

1.00

1.30

11.70

1.02

0.45

14.04

8.38

1.00

1.30

8.10

1.00

0.45

14.04

8.21

1.00

1.30

4.50

0.74

0.45

15.80

6.84

3.5.2风荷载作用下的位移验算

（1）.侧移刚度D

第1层侧向刚度计算:

A轴柱侧向刚度：

B轴柱：

C轴柱：

D轴柱：

第2层侧向刚度计算:

A轴柱侧向刚度：

B轴柱：

C轴柱：

D轴柱：

第3层侧向刚度计算:

A轴柱侧向刚度：

B轴柱：

C轴柱：

D轴柱：

第4层侧向刚度计算:

A轴柱侧向刚度：

B轴柱：

C轴柱：

D轴柱：

第5层侧向刚度计算:

A轴柱侧向刚度：

B轴柱：

C轴柱：

D轴柱：

第A轴

第B轴

第C轴

第D轴

∑Dj

1层

6889.05

7774.79

6889.05

29327.68

2层

13710.94

16875.00

13710.94

61171.88

3层

13710.94

16875.00

13710.94

61171.88

4层

13710.94

16875.00

13710.94

61171.88

5层

13710.94

16875.00

13710.94

61171.88

侧向位移

弯曲位移和剪切位移

楼层

Wk/kN

Vj/kN

∑D（kN/m）

△uj/m

△uj/h

8.42

61171.88

0.00

9.20

17.62

61171.88

0.00

8.38

26.00

61171.88

0.00

8.21

34.21

61171.88

0.00

6.84

41.05

29327.68

0.00

u=∑△uj=0m

第四章非地震作用框架内力计算

根据荷载规范，荷载基本可以分为永久荷载、可变荷载以及偶然荷载三类。

永久荷载包括结构自重、水土压力等；可变荷载包括，屋面活荷载、楼面活荷载、积灰荷载、风雪荷载；偶然荷载包括爆炸荷载、地震荷载等。

对于普通的多高层建筑，通常由永久荷载中的结构自重、可变荷载中的活荷载以及风雪荷载组成，对于有抗震设防要求的地区，尚应考虑地震荷载。

（1）、恒载作用;

（2）、活载分别作用于各跨;

（3）、左风工况和右风工况。

常规一榀框架内力计算方法有迭代法、弯矩分配法、分层法等。

本工程中采用弯矩二次分配法进行计算，弯矩分配法计算步骤如下：

（1）、为方便计算，对梁柱杆件节点进行编号，计算节点处弯矩分配系数，根据一品框架所受荷载通过弯矩分配系数计算梁端弯矩；

（2）、根据节点处弯矩分配系数进行节点弯矩分配，对于刚接框架，传递系数取0.5；

（3）、本节点杆端弯矩向其他节点远端传递，并对由于传递形成的不平衡弯矩进行再次分配，最终使节点处于平衡状态；

（4）、将杆端荷载作用下固端弯矩、分配弯矩和传递弯矩叠加，即为最终杆端计算弯矩。

4.1、竖向恒载内力计算

4.1.1、弯矩分配系数计算

一榀框架节点标号

节点1:

节点2:

节点3:

节点4:

节点5:

节点6:

节点7:

节点8:

节点9:

节点10:

节点11:

节点12:

节点13:

节点14:

节点15:

节点16:

节点17:

节点18:

节点19:

节点20:

4.1.2计算杆件固端弯矩

4.2、竖向活载作用下的内力计算

4.2.1计算杆件固端弯矩

4.3、雪荷载内力计算

S0=0.15kN/m2

Sk=0.15kN/m2

4.4、风荷载内力计算

层号

h/m

yh/m

3.60

2.19

0.41

0.00

0.41

1.48

3.60

2.19

0.45

0.00

0.45

1.62

3.60

2.19

0.50

0.00

0.50

1.80

3.60

2.19

0.50

0.00

0.50

1.80

5.00

3.04

0.55

0.00

0.55

2.75

层号

h/m

yh/m

3.60

0.45

0.00

0.45

1.62

3.60

0.48

0.00

0.48

1.73

3.60

0.50

0.00

0.50

1.80

3.60

0.50

0.00

0.50

1.80

5.00

4.99

0.55

0.00

0.55

2.75

层号

h/m

yh/m

3.60

0.45

0.00

0.45

1.62

3.60

0.48

0.00

0.48

1.73

3.60

0.50

0.00

0.50

1.80

3.60

0.50

0.00

0.50

1.80

5.00

4.99

0.55

0.00

0.55

2.75

层号

h/m

yh/m

3.60

2.19

0.41

0.00

0.0000

0.00

0.41

1.48

3.60

2.19

0.45

0.00

0.0000

0.00

0.45

1.62

3.60

2.19

0.50

0.00

0.0000

0.00

0.50

1.80

3.60

2.19

0.50

0.00

0.0000

0.00

0.50

1.80

5.00

3.04

0.55

0.00

0.0000

0.00

0.55

2.7

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