郑州大学机械工程学院教学楼方案-结构计算书【可提供完整设计图纸】.doc

xx科技学院毕业设计（论文） 第 109 页郑州大学机械工程学院教学楼方案（一）摘要本工程为郑州大学机械工程学院教学楼，采用框架结构，主体为五层，本地区抗震设防烈度为7度，场地类别为II类场地。楼屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构。 本设计贯彻“实用、安全、经济、美观”的设计原则。按照建筑设计规范认真考虑影响设计的各项因素。根据结构与建筑的总体与细部的关系。在确定框架布局之后先进行了层间荷载代表值的计算,接着利用顶点位移法求出自震周期而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力。是找出最不利的一组或几组内力组合。 选取最安全的结果计算配筋并绘图。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计。完成了平台板，梯段板，平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。对楼板进行了配筋计算，本设计采用桩基础，对基础承台和桩进行了受力和配筋计算。 整个结构在设计过程中，严格遵循相关的专业规范的要求，参考相关资料和有关最新的国家标准规范，对设计的各个环节进行综合全面的科学性考虑。总之适用、安全、经济、使用方便是本设计的原则。设计合理可行的建筑结构方案是现场施工的重要依据。关键词： 框架结构，抗震设计，荷载计算，内力计算，计算配筋Mechanical engineering college of zhengzhou university teaching building Author：Zhang sanfengTutor：Liu linaABSTRACT This works for the zhengzhou university teaching building , a framework structure for a five-storey main, in the region earthquake intensity of 7 degrees near Lan site classification as Class II venues. Floor roof were using cast-in-place reinforced concrete structure. The design and implement "practical, security, economic, aesthetic," the design principles. With the architectural design, design seriously consider the influence of the various factors. According to the structural and architectural detail and the overall relationship. In determining the distribution framework, the first layer of representative value of the load, Then use vertex from the displacement method for earthquake cycle, and then at the bottom of shear horizontal seismic load calculation under size, then calculated the level of load under the Internal Forces (bending moment, shear and axial force). Then calculate vertical load (constant load and live load) under the Internal Forces. Identify the most disadvantaged group or an internal force several combinations. Select the best safety results of the reinforcement and Mapping. In addition, the structure of the program indoor staircase design. Completion of the platform boards, boards of the ladder, platform beam component and the reinforcement of internal forces calculation and construction mapping. On the floor reinforcement calculation, the use of pile foundation design, foundation and pile caps for the force and reinforcement calculation. The whole structure of the design process, in strict compliance with the relevant professional standard, reference to relevant information and the latest national standards and specifications, and design of the various components of a comprehensive scientific considerations. In short, application, security, economic and user-friendly design is the principle. Design reasonable and workable structure of the program is the construction site of the important basis for the construction. KEY WORDS:Frame Structure,Seismic Design ，Load Calculation， Internal force calculation，Calculation reinforcement1绪论62 梁、柱截面尺寸估算73 框架计算简图及梁柱线刚度84 荷载计算94.1恒荷载标准值计算 4.1.1 屋面94.1.2 各层楼面94.1.3 梁自重94.1.4 柱自重104.1.5 外纵墙自重104.1.6 内纵墙自重104.1.7 外横墙自重114.1.8 内横墙自重114.1.9 走廊尽头墙114.1.10 女儿墙自重124.2 活荷载标准值计算124.2.1 屋面和楼面活荷载标准值124.2.2 雪荷载标准值124.3 恒荷载和活荷载作用下框架的受荷图124.3.2 BC轴间框架梁134.3.3 A轴柱纵向集中荷载的计算144.4 风荷载标准值计算164.5 水平地震作用计算174.5.1 重力荷载代表值计算174.5.2 框架柱抗侧刚度D和结构基本自振周期计算194.5.3 多遇水平地震作用计算214.5.4 刚重比和剪重比验算235 内力计算235.1 恒荷载标准值作用下框架的内力235.2 活荷载标准值作用下框架的内力235.3 风荷载标准值作用下框架的内力235.4 水平地震作用下框架的内力325.5 重力荷载代表值作用下框架的内力385.5.1 均布重力荷载代表值计算385.5.2 作用于A柱集中重力荷载代表值计算385.5.3 作用于B柱集中重力荷载代表值计算385.5.4 框架内力396 内力组合396.1 各种荷载作用下梁控制截面的内力396.1.1 恒荷载作用下梁控制截面的内力396.1.2 活荷载作用下梁控制截面的内力456.1.3 风荷载作用下梁控制截面的内力456.1.4 水平地震作用下梁控制截面的内力456.1.5 重力荷载代表值作用下梁控制截面的内力466.2 各种荷载作用下柱控制截面的内力466.2.1 恒荷载作用下柱控制截面的内力466.2.2 活荷载作用下柱控制截面的内力476.2.3 风荷载作用下柱控制截面的内力476.2.4 水平地震作用下柱控制截面的内力476.2.5 重力荷载代表值作用下柱控制截面的内力486.3 框架梁内力组合506.3.1 地震作用下框架梁内力组合506.4 框架柱内力组合516.4.1 非地震作用下框架柱内力组合516.4.2 地震作用下框架柱内力组合517 框架梁截面设计617.1 框架梁正截面承载力计算617.2 框架梁斜截面承载力计算697.3 框架梁裂缝宽度验算738 框架柱截面设计738.1 框架柱正截面承载力计算748.1.1 轴压比验算748.1.2 正截面承载力计算748.2 框架柱斜截面承载力计算798.3 裂缝宽度验算809 次梁截面设计819.1 荷载计算819.2 内力计算819.3 次梁截面承载力计算819.3.1 次梁正截面承载力计算819.3.2 次梁斜截面承载力计算8210 板截面设计8210.1 B1计算8310.1.1 荷载计算8310.1.2 内力计算8310.1.3 截面承载力计算8410.2 B2计算8510.2.1 荷载计算8510.2.2 内力计算8510.2.3 截面承载力计算8611 楼梯设计8611.1 设计资料8611.2 踏步板设计（TB1）8711.2.1 确定踏步板的基本尺寸8711.2.2 荷载计算8711.2.3 内力计算8811.2.4 配筋计算8811.3 平台板设计（TB2）8811.3.1 确定平台板的基本尺寸8811.3.2 荷载计算8811.3.3 内力计算8911.3.4 截面承载力计算8911.4 平台梁设计（TL1）8911.4.1 确定平台梁尺寸8911.4.2 荷载计算8911.4.3 内力计算9011.4.4 正截面承载力计算9011.4.5 斜截面承载力计算9111.5 其它梁、板设计9112 基础设计9112.1 作用于基础顶面上的荷载计算9212.1.1 A轴基础9212.1.2 B轴基础9212.2 A柱基础的计算9312.2.1 初步确定基础尺寸9312.2.2 地基承载力验算（采用标准组合）9412.2.3 冲切验算（采用基本组合）9512.2.4 基础底面配筋计算（采用基本组合）9612.3 B柱基础的计算9612.3.1 初步确定基础尺寸9612.3.2 地基承载力验算（采用标准组合）9712.3.3 内力分析（采用基本组合）9812.3.4 基础梁配筋计算9812.3.5 底板配筋计算99致谢102参考文献1021绪论1.1 设计目的和意义 通过本次毕业设计，达到对四年学业的一次检验和总结，更重要的是对学生进入社会从事工作的一次很好的培训。学生要明白从建筑方案设计到结构设计，最后组织施工各个环节，环环相扣，三者之间有着一定的关联性，培养学生在这个过程中的协调能力，以及进行高水平结构设计和组织施工的能力，达到学校的本科培养目标。 通过本次毕业设计掌握土木工程专业的设计原则、程序和内容以及设计的方法和步骤，并熟悉专业相关的规范和规程。1.2 设计任务 根据相关规范和规程以及设计任务书完成建筑平面，立面，剖面和总平面的设计。随后完成手算一榀框架的配筋，以及选算一个柱下独立基础和一个板式楼梯的配筋，并通过运用相关结构设计软件完成整个工程的结构设计计算，绘制结构施工图。最后对整个工程进行施工组织设计并对施工总平面图进行设计1.3 设计资料（1）工程名称：郑州大学机械工程学院教学楼。（2） 结构形式：现浇钢筋混凝土框架结构，柱网尺寸为6.6m×6.9m。（3） 工程概况：建筑层数主体为5层、局部为4层，底层层高有3.6m,4.2m,4.8m，室内外高差450mm，女儿墙高1200mm，建筑高度19.65m，建筑面积6701.76m2。（4） 基本风压：0.45 kN/ m2，地面粗糙度为C类。（5） 基本雪压：0.40 kN/ m2。（6） 抗震设防烈度：七度设防。（7） 材料选用：钢筋：梁、柱中的纵向钢筋采用HRB335，板中钢筋和箍筋采用HPB235；基础中除分布钢筋和箍筋采用HPB235外，其余钢筋采用HRB335。混凝土：采用C30混凝土；墙体：采用加气混凝土砌块，重度=5.5 kN/m3 ；窗：铝合金窗，=0.35 kN/m3 ；（8） 墙体厚度：卫生间的隔墙厚150mm，其余墙厚为200mm。2 梁、柱截面尺寸估算2.1 梁截面尺寸估算框架梁截面高度，截面宽度，本结构中取：纵向框架梁： b=300mm h=600mm横向AB、BC跨框架梁： b=400mm h=1100mm横向CE跨框架梁： b=300mm h=600mm次梁： b=250mm h=500mm2.2 柱截面尺寸估算框架柱的截面尺寸，为第层层高。本结构中层高为4.2m ，3.6m，4.8m，故=（200400）mm。框架柱截面尺寸还应根据公式估算。式中：N=1.25Nv，负荷面积×（1214） kN/ m2×层数，为轴压比，可根据规范查出。仅估算底层柱。本结构中，边柱和中柱负荷面积分别为（6.93.6）m2 ，（6.94.95）m2，层数为5层；该框架结构抗震设防烈度为七度，建筑高度19.05m<30m，因此为三级抗震，其轴压比限值=0.9。C30混凝土 ，=14.3 N/mm2边柱 mm2中柱 mm2取柱截面为正方形，则边柱、中柱截面分别为429mm×429mm,565mm×565mm,考虑到施工、计算简便以及安全因素，各柱截面尺寸从底层到顶层均取为600 mm 600 mm。 图1 结构平面布置图3 框架计算简图及梁柱线刚度3.1 确定框架计算简图（KJ-4）框架的计算单元如图1所示，选取轴线上的一榀框架进行计算，其余框架可参照此框架进行配筋。假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。由于各层柱的截面尺寸不变，故梁跨等于柱截面形心轴线之间的距离。底层柱高从基础顶面算至二层楼面，基础顶面至室外地面的高度为0.5 m，室内外高差为0.45 m，因此基顶标高为-0.95 m，二层楼面标高为4.2m，故底层框架柱高为5.15m，其余各层柱高从楼面算至上一层楼面（即层高），故均为3.6 m。由此可绘出框架的计算简图，如图2所示。3.2 梁柱线刚度计算对于现浇楼板，中框架梁取，。各跨框架梁和各层框架柱的线刚度计算分别见表1和表 2 。由于该榀框架结构对称，因此只需计算半边结构表1 梁线刚度的计算构件EC(N/mm2)bh(mm×mm)I0(mm4)L(mm)1.5ECI0/L(N×mm)2ECI0/L(N×mm)边框架梁AB3.0×104300×6005.4×10969003.5217×10104.6957×1010中框架梁BC3.0×104300×6005.4×10930008.1×101010.8×1010表2 柱线刚度的计算层EC(N/mm2)bh(mm×mm)I0(mm4)h(mm)ECI0/h(N×mm)13.0×104600×60010.8×10951506.291×1010253.0×104600×60010.8×10936009×1010 令，则其余各杆件的相对线刚度为：，框架结构的相对线刚度如图2所示。 图2 计算简图4 荷载计算4.1恒荷载标准值计算 4.1.1 屋面高聚物改性沥青卷材防水屋面 2.20 kN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.1×25 =3 kN/m2抹灰层：粉刷石膏砂浆 0.15 kN/m2合计 5.35 kN/m24.1.2 各层楼面陶瓷地砖楼面 0.70 kN/m2结构层：100厚现浇钢筋混凝土板 0.1×25 =2.5 kN/m2抹灰层粉刷石膏砂浆 0.15 kN/m2合计 3.35 kN/m24.1.3 梁自重（1）bh=300 mm 600 mm梁自重 25×0.3×（0.6-0.12）=3.6 kN/m抹灰层：粉刷石膏砂浆 0.15×（0.6-0.12）×2+0.3=0.189 kN/m合计 3.79kN/m（2）bh=250 mm 500 mm梁自重 25×0.25×（0.5-0.12）=2.38 kN/m抹灰层：粉刷石膏砂浆 0.15×（0.5-0.12）×2+0.25=0.152 kN/m合计 2.53kN/m（4）基础梁300 mm500 mm梁自重 25×0.3×0.5=3.75kN/m4.1.4 柱自重bh=450 mm450 mm柱自重 25×0.5×0.5=6.25 kN/m抹灰层：粉刷石膏砂浆 0.15×0.5×4=0.3 kN/m合计 6.55 kN/m4.1.5 外纵墙自重（1）标准层纵墙在计算单元内相当于高度为m的墙，铝合金窗在计算单元内相当于高度为m的窗。纵墙 1.76× 0.25×5.5=2.42kN/m铝合金窗 1.24×0.35=0.43 kN/m水刷石外墙面 1.76×0.5=0.88kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 1.76×0.15=0.26 kN/m合计 3.99 kN/m （2）底层纵墙在计算单元内相当于高度为m的墙，铝合金窗在计算单元内相当于高度为1.24m的窗。纵墙 2.81×0.25×5.5=3.86kN/m铝合金窗 1.24×0.35=0.43 kN/m水刷石外墙面 2.81×0.5=1.41kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 2.81×0.15=0.42 kN/m合计 6.12 kN/m4.1.6 内纵墙自重（1）标准层纵墙 （3.6-0.6）×0.25×5.5 =4.13kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 （3.6-0.6）×0.15×2=0.9 kN/m合计 4.22 kN/m（2）底层纵墙 （5.15-0.6-0.5）×0.25×5.5=5.57 kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 （5.15-0.6）×0.15×2=1.37kN/m 合计 6.94 kN/m4.1.7 外横墙自重（1）标准层横墙 （3.6-0.6）×0.25×5.5=4.13kN/m水刷石外墙面 （3.6-0.6）×0.5=1.5 kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 （3.6-0.6）×0.15=0.15 kN/m合计 5.78 kN/m（2）底层横墙 （5.15-0.6-0.5）×0.25×5.5=5.57kN/m水刷石外墙面 （4.2+0.45-0.6）×0.5=2.03 kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 （4.2-0.6）×0.15=0.54 kN/m合计 8.14 kN/m4.1.8 内横墙自重（1）标准层横墙 （3.6-0.5）×0.25×5.5=4.26 kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 （3.6-0.5）×0.15×2=0.93 kN/m合计 5.19 kN/m（2）底层横墙 （5.15-0.5-0.5）×0.25×5.5=5.71kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 （3.6-0.5）×0.15×2=0.93 kN/m合计 6.64 kN/m4.1.9 走廊尽头墙（2）底层纵墙在计算单元内相当于高度为m的墙，铝合金窗在计算单元内相当于高度为m的窗。走廊尽头墙 1.28×0.25×5.5=1.76 kN/m铝合金窗 1.72×0.35=0.60 kN/m水刷石外墙面 1.28×0.5=0.64 kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 1.28×0.15=0.19 kN/m合计 3.19 kN/m（2）底层纵墙在计算单元内相当于高度为m的墙，铝合金在计算单元内相当于高度为1.72m的窗。走廊尽头墙 2.33×0.25×5.5=3.2 kN/m铝合金窗 1.72×0.35 =0.60 kN/m水刷石外墙面 2.33×0.5=1.17 kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 1.28×0.15=0.192 kN/m合计 5.16 kN/m4.1.10 女儿墙自重做法：100 mm混凝土压顶，1200 mm加气混凝土墙 0.5×0.25×5.5=0.69 kN/m压顶的混凝土 0.1×0.25×25=0.63 kN/m水刷石外墙面 （0.6×2+0.25）×0.5=0.73 kN/m合计 2.05 kN/m4.2 活荷载标准值计算4.2.1 屋面和楼面活荷载标准值上人屋面 1.5 kN/ m2房间 2.0 kN/ m2走廊 2.0 kN/ m24.2.2 雪荷载标准值=1.0×0.45 kN/ m2屋面活荷载和雪荷载不同时考虑，两者中取大值。4.3 恒荷载和活荷载作用下框架的受荷图AB轴间梁上板的，22.093。宜按双向板进行计算，长边支承梁上荷载呈梯形分布，短边支承梁上荷载呈三角形分布；BC轴间梁上板的，按单项板进行计算，长边支承梁上荷载呈梯形分布，短边支承梁上荷载呈三角形分布。本结构楼面荷载的传递示意图见面3。 图3 板传荷载示意图板传至梁上的三角形荷载等效为均布荷载=0.625q梯形荷载等效为均布荷载 ，。4.3.1 AB轴间框架梁屋面板传给梁（即屋面板两个梯形荷载等效为均布荷载）：恒荷载：5.35×0.625×1.65×2=11.04 kN/m活荷载：1.5×0.625×1.65×2=3.09kN/m楼面板传给梁（即楼面板两个梯形荷载等效为均布荷载）：恒荷载： 3.35×0.625×1.65×2=6.91 kN/m活荷载： 2.0×0.625×1.65×2=4.13kN/mAB轴间框架梁均布荷载为：屋面梁 恒荷载=梁自重+板传恒荷载=3.79+15.87=19.66 kN/m 活荷载=板传活荷载=4.45 kN/m楼面梁 恒荷载=内横墙自重+梁自重+板传恒荷载=5.78+2.53+9.94=18.25 kN/m 活荷载=板传活荷载=5.93kN/m4.3.2 BC轴间框架梁屋面板传给梁（即屋面板两个三角形荷载等效为均布荷载）：恒荷载：5.35×0.625×1.65×2=11.04 kN/m活荷载：1.5×0.625×1.65×2=3.09kN/m楼面板传给梁（即楼面板两个三角形荷载等效为均布荷载）：恒荷载： 3.35×0.625×1.65×2=6.91 kN/m活荷载： 2.0×0.625×1.65×2=4.13kN/mBC轴间框架梁均布荷载为：屋面梁 恒荷载=梁自重+板传恒荷载=3.79+11.04=14.83 kN/m 活荷载=板传活荷载=3.09 kN/m楼面梁 恒荷载=梁自重+板传恒荷载=2.53+6.91=9.44 kN/m 活荷载=板传活荷载=4.13kN/m4.3.3 A轴柱纵向集中荷载的计算屋面板梯形荷载等效为均布荷载：恒荷载：5.35×1.65×0.625=5.52 kN/m活荷载：1.5×1.65×0.625=1.55kN/m楼面板梯形荷载等效为均布荷载：恒荷载：3.35×1.65×0.625=3.45 kN/m活荷载：2.0×1.65×0.625=2.06kN/m* 顶层柱恒荷载=女儿墙自重+外纵框架梁自重+内横框架梁自重+次梁传恒荷载+板传恒荷载=2.05×6.6+3.79×（6.6-0.5）+3.79×（6.9-0.5）÷2+15.87×6.9+5.52×6.6 =194.71kN * 顶层柱活荷载=板传活荷载=1.48×（6.9-0.5）+0.52×6 =12.59kN* 标准层柱恒荷载=外纵墙自重+外纵框架梁自重+内横框架梁自重+次梁传恒荷载+板传恒荷载 =3.99×（6.6-0.5）+3.79×（6.6-0.5）+3.79×（6.9-0.5）÷2+2.53×（6.9-0.5）÷2+9.94×6.9+3.45×6.9 =160.07kN * 标准层柱活荷载=板传活荷载=4.45×（6.9-0.5）+2.06×6.6 =42.08 kN* 基础顶面恒荷载=底面外纵墙自重+基础梁自重 =6.12×（6.6-0.5）+3.79×（6.6-0.5） =60.45 kN4.3.4 B轴柱纵向集中荷载的计算 屋面板传给梁（即屋面板梯形荷载等效为均布荷载）：恒荷载：5.35×0.899×1.5=7.21 kN/m活荷载：1.5×0.899×1.5=2.02kN/m楼面板传给梁（即楼面板梯形荷载等效为均布荷载）：恒荷载： 3.35×0.899×1.5=4.52kN/m活荷载： 2.0×0.899×1.5=2.7kN/m屋面板传给梁（即屋面板三角形荷载等效为均布荷载）：恒荷载：5.35×0.625×1.5=5.02 kN/m活荷载：1.5×0.625×1.5=1.41kN/m楼面板传给梁（即楼面板三角形荷载等效为均布荷载）：恒荷载： 3.35×0.625×1.5=3.14kN/m活荷载： 2.0×0.625×1.5=1.88kN/m顶层柱恒荷载=内纵框架梁自重+内横框架梁自重+次梁传恒荷载+板传恒荷载 =3.79×（6.9+1.5-0.75）+3.79×(6.6-0.5)+2.53×（6.9-0.5）÷2+7.21×6.6+15.87×6.9÷2+11.04×3.3+5.02×6=229.1kN顶层柱活荷载=板传活荷载=4.45×（6.9-0.5）+3.09×(6.6-0.5) ÷2+2.02×(6.6-0.5) ÷2+1.41×(6.6-0.5) =52.67 kN标准层柱恒荷载=内纵墙自重+内纵框架梁自重+内横框架梁自重+次梁传恒荷载+板传恒荷载 =4.22×（6.9-0.5）+3.79×（6.9+1.5-0.75）+3.79×(6.6-0.5)+2.53×（6.9-0.5）÷2+7.21×6.6+9.94×6.9÷2+6.91×3.3+3.14×6 =210.74kN 标准层柱活荷载=板传活荷载=5.93×（6.9-0.5）+4.13×(6.6-0.5) ÷2+2.7×(6.6-0.5) ÷2+1.88×(6.6-0.5) =70.44kN基础顶面恒荷载=底面内纵墙自重+基础梁自重 =6.94×（6.9-0.5）+3.75×（6.9-0.5） =68.42 kN图4 恒荷载和活荷载作用下框架的受荷图注：1.图中集中力的单位为kN，均布力的单位为kN/m；2.图中数值均为标准值；3.括号外数值表示恒荷载，括号内数值表示活荷载。框架在恒荷载和活荷载作用下受荷图如图4所示，竖向荷载与柱轴心有偏心，偏心距均