土木工程专业毕业设计六层框架结构教学楼.docx

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土木工程专业毕业设计六层框架结构教学楼

1.1工程背景

该项目为白银市职业中专教学楼六层钢筋混凝土框架结构体系，总建筑面积约为4278m2;每层层高为3.9m,本工程作为教学楼使用。

室内地坪为±）.000m，室外内高差0.45m。

框架梁、柱、屋面板板均为现浇。

1.1.1设计资料

1、气象资料

冬季采暖室外空气计算温度为-13度，夏季通风室外计算温度为28度，室内计算温度：

卫生间，大厅为16度，其他为18度，全年主导风向为偏东风，冬季平均风速0.7m/s，基本风压w=KN/m2。

2，地质条件

场地自上而下：

填土层，黄土状粉土层，卵石层

填土层：

1.0~2.0m，褐黄色-淡黄色，成分以粉土为主，含有生活及建筑垃圾

黄土粉状层：

埋深2.0~4.5m，褐黄色，土质较均匀，具有II级自重湿陷性，

Fak=200Kpa,压缩模量Es=3.5Mpa

卵石层：

埋深5.0~7.0米，杂色粒径6~10cm为主，含量为60~70%，其中10~15%为大于200cm的漂石，卵石呈浑圆状，成分以花岗岩，石英岩，闪长岩为主潮湿，中密，此地基承载力Fak=550KPa桩端极限阻力可按3000KPa考虑，es=60MPa

3、地震设防烈度

抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值0.15g,第二组

1.1.2材料

柱采用C30，纵筋采用HRB335，箍筋采用HPB235，梁采用C30,纵筋采用HRB335，箍筋采用HPB235。

基础采用C30,纵筋采用HRB400，箍筋采用HPB235。

1.2工程特点

该工程为六层，主体高度为21.6米，属多层建筑

多层建筑采用的结构可分为钢筋混凝土结构、钢结构、钢-钢筋混凝土组合结构等

类型。

根据不同结构类型的特点，正确选用材料，就成为经济合理地建造多层建筑的一个重要方面。

经过结构论证以及设计任务书等实际情况，以及本建筑自身的特点，决定采用钢筋混凝土结构。

在高层建筑中，抵抗水平力成为确定和设计结构体系的关键问题。

高层建筑中常用的结构体系有框架、剪力墙、框架-剪力墙、筒体以及它们的组合。

高层建筑随着层数和高度的增加水平作用对高层建筑机构安全的控制作用更加显著，包括地震作用

和风荷载，高层建筑的承载能力、抗侧刚度、抗震性能、材料用量和造价高低，与其所采用的机构体系又密切的相关。

不同的结构体系，适用于不同的层数、高度和功能。

框架结构体系是由梁、柱构件通过节点连接构成，既承受竖向荷载，也承受水平荷载的结构体系。

这种体系适用于多层建筑及高度不大的高层建筑。

本建筑采用的是框架机构体系，框架结构的优点是建筑平面布置灵活，框架结构可通过合理的设计，使之具有良好的抗震性能；框架结构构件类型少，易于标准化、定型化；可以采用预制构件，也易于采用定型模板而做成现浇结构，本建筑采用的现浇结构。

由于本次设计是教学楼设计，要求有灵活的空间布置，和较高的抗震等级，故采用钢筋混凝土框架结构体系。

1.3本章小结

本章主要论述了本次设计的工程概况、相关的设计资料、高层建筑的一些特点以及综合本次设计所确定的结构体系类型

2框架结构计算

2.1工程概况

该项目为六层钢筋混凝土框架结构体系，总建筑面积约为4278m2;底层层高为

3.9m。

总层高21.6m。

室内地坪为±）.000m,室外内高差0.45m。

本教学楼采用柱距为3.6m的内廊式小柱网，边跨为6.3m，中间跨为2.7m。

框架平面同柱网布置如下图

图2.1框架平面柱网布置

框架梁柱现浇，屋面及楼面采用100mm厚现浇钢筋混凝土。

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，本办公楼框架的承重方案为横向

框架承重方案，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。

2.1.1设计资料

1、气象条件：

基本风荷载W。

=0.4kN/m2;基本雪荷载为0.4KN/m2。

2、楼、屋面使用荷载：

教室1.5kN/m2;走道、会议室、门厅等处：

2.0kN/m2;为安全考虑，均按2.0kN/m2计算。

3、工程地质条件：

建筑物场地地形平坦，地基土成因类型为冰水洪积层。

自上而下叙述如下：

新近沉积层（第一层），粉质粘土，厚度0.5—1.0米，岩性特点，团粒状大孔结构，欠压密。

粉质粘土层（第二层），地质主要岩性为黄褐色分之粘土，硬塑状态，具有大孔结

构，厚度约3.0米,qsk30~35kPa

粉质粘土层（第三层），地质岩性为褐黄色粉质粘土，具微层理，含铁锰结核，可塑状态，厚度3.5米,qsk30~35kPa

粉质粘土层（第四层），岩性为褐黄色粉质粘土，具微层理，含铁锰结核，硬塑状

态，厚度未揭露，qsk30~35kPa,qpk1500~2000kPa

不考虑地下水。

场地位1类一组Tg（s）=0.25smax0.16（表3.8《高层建筑结构》）

4、屋面及楼面做法：

屋面做法：

防水卷材

20mm厚砂浆找平层

炉渣混凝土找坡3%

苯板60mm厚

20mm厚砂浆找平层

130mm厚钢筋混凝土楼板

20mm厚混合砂浆

楼面做法：

130厚混凝土楼板

水泥砂浆抹灰（楼板上下各20mm厚）

2.2梁柱截面、梁跨度及柱高度的确定

初估截面尺寸:

1柱：

bxh=600mm<600mm

2、梁：

梁编号如下图：

L1:

h=（1/12〜1/8）7200=600〜900

b=（1/3〜1/2）H=（1/3〜1/2）700=233〜350

L2:

h=（1/12〜1/8）2100=175〜263

b=（1/3〜1/2）H=（1/3〜1/2）250=84〜125

L3:

h=（1/12〜1/8）4800=400〜600

b=（1/3〜1/2）H=（1/3〜1/2）600=200〜300

L4:

h=（1/12〜1/8）4500=375〜563

b=（1/3〜1/2）H=（1/3〜1/2）500=167〜250

L5:

h=（1/12〜1/8）3600=300〜450

b=（1/3〜1/2）H=（1/3〜1/2）400=133〜200

L6:

h=（1/12〜1/8）5100=425〜637

取h=700mm

取b=300mm

取h=250mm

取b=150mm

取h=600mm

取b=250mm

取h=500mm

取b=200mm

取h=400mm

取b=200m

取h=600m

取b=250mm

b=（1/3〜1/2）H=（1/3〜1/2）600=200〜300

■

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11

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11

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3、梁的计算跨度

框架梁的计算跨度以上柱形心为准，由于建筑轴线与柱轴线重合，故计算跨度如

下:

4、柱高度

底层柱

其它层柱

h=3.6+0.45=4.05m

h=3.6m

图2.3梁的计算跨度

*E

2£

1

i

2£

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I

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图2.4横向框架计算简图及柱编号

2.3荷载计算

2.3.1屋面均布恒载

二毡三油防水层

冷底子有热玛蹄脂

20mm厚1:

2水泥砂浆找平

40mm厚钢筋混泥土整浇层

预应力混凝土多孔板

吊顶粉底

共计

屋面恒载标准值为：

0.35kN/m2

0.05kN/m2

0.0220=0.4kN/m2

0.0425=1kN/（1.88+1.922）/2=1.9kN/m2

0.5kN/m2

5.5kN/m2

（55.8+0.24）X（7.2疋+2.1+0.24）X5.5=5160kN2.3.2楼面均布恒载

按楼面做法逐项计算

0.65kN/m2

0.05X5=1.25kN/m2

1.9kN/m2

0.5kN/m2

水磨石地面

50mm厚、钢筋混凝土整浇层

预应力混凝土多孔板

吊顶粉底

共计4.3kN/m2

楼面恒载标准值为：

（55.8+0.24）X（7.2X+2.1+0.24）X4.3=4034kN2.3.3屋面均布活载

计算重力荷载代表值时，仅考虑屋面雪荷载:

雪荷载标准值为：

0.2X（55.8+0.24）X（7.2X+2.1+0.24）=188kN

2.3.4楼面均布活荷载

楼面均布活荷载标准值为:

gCXICXIHg臾9£xcxl（凶CXIod+gd）*删摩«o飞gagoeeoz

摩89LH段艾寸L報摩§9°09£>g臾9£xcxl（凶CXIOO+9O）*删摩«oE9Q9o®t氏Z

摩9gH艾寸L報摩EeCXI寸Hg^l、艾CXI（凶cxloo+9.0）*删摩«E、寸翌申E9Q9.0曲羸二z

密CXIH9X寸報摩§9|<£>（寸.0+理cxlo.o）卜X80*删摩«寸翌申8QP0HMXq01

摩寸9H艾9L報摩N±9gcxlH（寸.0+理cxlooxgcxl8EN.o8msECXIO翌申E°o0

摩89LH咚8CXI報摩N^cxleuC0+災cxlo.o）xg理Lx卜.0*删摩«El•寸翌申a/POHqxq-3

摩寸帑咚寸L報摩§CXI.geH（9CXIO+臾CXIOOX9災寸.X9寸.0*删摩«

E寸•寸翌申8&POHMXq01摩寸帑咚寸L報摩§S.9H（臾cxlo.o）X9理98X9O*删摩«

E9°QL翌申g®gCXIoHMXq0

摩89LH咚8CXI報摩§Logu（9CXIO+臾cxlo.o）xg理0•災80*删摩«E寸9.9翌申E80E寸oHqxq二1

N±寸88LH（寸CXI+LCXI+风CXI2）X（寸CXI0+寸CXIb+ooggxoCXI

根数14X4^2=112根

表2-1梁柱自重

梁（柱）

编号

截面（m2）

长度（m）

根数

每根重量（kN）

L1

0.4X.8

6.64

168

53.1

L2

0.25X.5

1.86

84

5.81

L3

0.4X.8

4.4

24

35.2

L4

0.4X.8

4.1

168

32.8

L5

0.4X.8

3.2

64

25.6

L6

0.4X.8

4.7

24

37.6

Z1

0.6X.6

4.7

64

42.3

Z2

0.6X.6

3.6

168

32.4

Z3

0.5X.5

3.6

112

22.5

梁截面尺寸（mm）

混凝土等级

横梁（bxh）

纵梁（bxh）

AB跨、CD跨

BC跨

C30

7200>4500

2100>500

600>00

柱截面尺寸（mm）

层次

混凝土等级

bxh

1

C30

600X600

2-6

C30

600X600

2.5墙体自重

外墙墙厚240mm,采用瓷砖贴面；内墙墙厚240mm,采用水泥砂浆抹面，内外墙均采用粉煤灰空心砌块砌筑。

单位面积外墙体重量为：

7.0X.24=1.68kN/m2

单位面积外墙贴面重量为：

0.5kN/m2

单位面积内墙体重量为：

7.0>0.24=1.68kN/m2

单位面积内墙贴面重量为（双面抹面）：

0.36>=0.72kN/m2

表2.2墙体自重

墙体

每片面积（

m2）

片数

重量（KN）

2.85

>.05

4

外墙墙体

77.57

外墙墙面

23.09

3.15

>.05

4

外墙墙体

85.73

外

外墙墙面

25.52

296.67

底

4.05

>.05

1

外墙墙体

27.56

墙

层

外墙墙面

8.20

纵

墙

5.55

>.05

1

外墙墙体

37.76

外墙墙面

11.24

2.85

>.05

4

内墙墙体

77.57

内墙墙面

33.24

内

3.15

>.05

4

内墙墙体

85.73

墙

内墙墙面

36.74

5.55

>.05

1

内墙墙体

37.76

326.59

内墙墙面

16.18

内墙墙体

27.56

4.05

>.05

1

内墙墙面

11.81

6.75

>.05

2

外墙墙体

91.85

底

外墙墙面

27.34

层

外墙

1.95

>.05

2

外墙墙体

26.54

233.98

横

外墙墙面

7.90

墙

4.55

>.05

2

外墙墙体

61.92

外墙墙面

18.43

内

6.754.05

12

内墙墙体

551.12

787.32

墙

内墙墙面

236.20

外

2.853.6

20

外墙墙体

344.74

墙

外墙墙面

102.6

外

墙

3.153.60

4

外墙墙体

76.20

703.34

外墙墙面

22.68

4.05

3.6

20

外墙墙体

391.91

外墙墙面

16.64

苴

丿、

他

层

纵

墙

5.55

3.6

2

外墙墙体

67.13

外墙墙面

28.77

2.85

3.6

4

内墙墙体

68.95

内墙墙面

29.55

3.15

3.6

4

内墙墙体

76.20

内

内墙墙面

32.66

815.18

墙

4.05

3.6

16

内墙墙体

391.91

内墙墙面

167.96

5.55

3.6

1

内墙墙体

33.57

内墙墙面

14.39

6.75

3.6

2

外墙墙体

81.65

苴

丿、

外

外墙墙面

24.3

他

墙

1.95

3.6

2

外墙墙体

23.59

207.97

层

外墙墙面

7.02

横

4.55

3.6

2

外墙墙体

55.04

墙

外墙墙面

16.38

内

6.75

3.6

28

内墙墙体

1143.07

1632.96

墙

内墙墙面

489.89

2.6荷载总汇

顶层重力荷载代表值包括屋面恒载+50%屋面雪载+纵横梁自重+半层柱自重+半层

墙体自重。

顶层恒载Qi:

4182.56kN

顶层活载Q2:

190.98kN

顶层梁自重Q3:

L1+L2+L3+L4+L5+L6

=1650.88+82.65+105.68+36.56+33.08+112.68+39.58

=2061.11kN

顶层柱自重Q4:

21.6132=1123.72kN

顶层墙自重Q5:

703.34+851.18+207.97+1632.96=1677.7kN

G'6=Q1+1/2Q2+Q3+1/2Q4+1/2Q5=9759.58kN

其他层重力荷载代表值包括楼面恒载+50%活载+纵横梁自重+楼面上下各半层的柱及纵横墙体自重。

G'5=3093.05+1/22387.31+2061.11+1123.72+3359.452=7830.99kNG'4=G'3=G'2=7830.99kN

G1'=3093.05+1/22387.31+2061.11+1/21>23.72+1/224.3182=10756.34kN

门窗荷载计算

M-1、M-2采用钢框门，单位面积钢框门重量为0.4kN/m2

M-3、M-4、M-5采用木门，单位面积木门重量为0.2kN/m2

C-1、C-2、C-3、C-4、C-5、均采用钢框玻璃窗，单位面积钢框玻璃窗重量为0.45kN/

m2

表2.3门窗重量计算

层号

门窗号

单位面积（m2）

数量

重量（kN）

-一-

M-1

0.941

49

2.23

至

M-2

3.64.7

1

5.78

242.23

六

C-1

1.81.5

46

3.75

层

C-2

1.51.5

6

1.24

C-3

1.2X5

5

32.99

C-4

1.21.5

4

42.54

1底层墙体实际重量：

G1=10342.04kN

2、二至六层实际重量：

G2=G3=G4=G5=G6=9721.5KN

建筑物总重力荷载代表值=48607.5KN

3水平地震作用下框架的侧向位移验算

3.1横向线刚度

混凝土C30Ec3107kN/m2

在框架结构中，有现浇楼面或预制板楼面。

而现浇板的楼面，板可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧移。

为考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架取I=1.51。

（I。

为梁的截面惯性矩）。

对中框架取I=2.01。

o若为装配楼板，现浇层的楼面，则边框架梁取I=1.2lo，对中框架取I=1.5Ioo横向线刚度计算见表4.1o

3.1.1横向框架柱的侧移刚度D值

柱线刚度列于表3.1,横向框架柱侧移刚度D值计算见表3.2o

3.1.2横向框架自振周期

按顶点位移法计算框架的自振周期。

顶点位移法是求结构基本频率的一种近似方法。

将结构按质量分布情况简化为无限质点的悬臂直杆，导出以直杆顶点位移表示的基本公式。

表3.1柱线刚度

柱号

Z

截面

（m2）

柱高度

（m）

惯性矩

线刚度

.bh34）

1°荷（m）

Kc旦

h

（kN-m）

乙

0.606

4.05

3.4X0-3

5.45

X04

Z2

0.60.6

3.6

3.4X0-3

8.02

X04

表3.2横向框架柱侧移刚度D值计算

、项目

、柱类型\

层

KKb（一般层）

2Kc

KKb（底层）

Kc

K（一般层）

2+K

0.5K（底层）

2+K

12

DKc_j（kN/m）

h

根

数

边框架

边柱

4.25/5.45=0.78

0.421

15738

4

底

边框架

中柱

2.44+4.25/5.45=1.228

0.517

18672

4

层

中框架

边柱

5.24/5.45=0.961

0.276

15423

28

中框架

中柱

5.24+3.14/5.45=1.538

0.613

20961

28

D

1109984

二

边框架

边柱

4.25+4.25/27.2=0.59

0.203

17542

4

至

六

层

边框架

中柱

（4.25+2.44）

X2/14.4=0.929

0.321

24758

4

续表3.2

项目一'柱类型\

层

KKb（一般层）

2Kc

K—（底层）

Kc

K

r（一般层）

2+K

0.5K—（底层）

2+K

12

DKcTkN/m）

h

根

数

至

六

层

中框架

边柱

（6.45+6.45）

X2/14.4=0.896

0.213

23146

28

中框架

中柱

（6.45+4.25）

X2/14.4=1.486

0.287

34571

28

D1567452

这样，只要求出结构的顶点水平位移，就可以按下式求得结构的基本周期：

[9]

T；1.7T

式中°――基本周期调整系数，考虑填充墙使框架自振周期减少的影响，取0.6；

T――框架的顶点位移。

在未求出框架的周期前，无法求出框架的地震力及位移；

T是将框架的重力荷载视为水平作用力，求得的假想框架顶点位移。

然后由T求出Ti，再用Ti求出框架结构的底部剪力，进而求出框架

各层剪力和结构真正的位移。

横向框架顶点位移计算见表3.3。

表3.3横向框架顶点位移

层

次

Gi（kN）

Gj（kN）

Di（kN/m）

层间相对位移

「％

i

6

9721.5

8891.82

1461660

0.0076

0.2864

5

9721.5

13725.13

1461660

0.0138

0.3715

4

9721.5

28438.16

1461660

0.0146

0.2564

3

9721.5

32331.72

1461660

0.0256

0.1702

2

9721.5

46145.08

1461660

0.0327

0.1431

1

10342.04

5824.03

1109984

0.0678

0.0678

T11.7=1.7%.60.31960.577

3.2横向地震作用计算

在I类场地，6度设防区，设计地震分组为第二组情况下，结构的特征周期Tg=0.25s,水平地震影响系数最大值max[6]=0.16。

由于T1=0.577>Tg=1.4025=0.35（s），应考虑顶点附加地震作用。

按底部剪力法求得的基底剪力，若按Fi-G^Fek分配给各层，则水平地震作用呈倒

QHi

三角形分布。

对一般层，这种分布基本符合实际。

但对结构上部，水平作用小于按时程分析法和振型分解法求得的结果，特别对于周期比较长的结构相差更大。

地震的宏观震害也表明，结构上部往往震害很严重。

因此，n即顶部附加地震作用系数考虑顶部地震力的加大。

考虑了结构周期和场地的影响。

且修正后的剪力分布与实际更加吻合。

n=0.08£+0.01=0.080.577+0.01=0.0562

结构横向总水平地震作用标准值：

7

Fek=（Tg/T）XmaxX）.85Gi

i1

0