土木工程(建筑工程)--专业框架结构本科毕业论文.doc

毕 业 设 计（论 文）

设计(论文)题目： 江苏省南京市仙林大学城某培训中心2号教学楼设计

学生姓名： 指导教师：

二级学院： 建筑工程学院 专　　业： 土木工程

班　　级： 学　　号：

提交日期： 2013年 5月 9日 答辩日期： 2013年 5月15日
金陵科技学院学士学位论文 目录
目 录
摘要............................................................Ⅲ
Abstract........................................................Ⅳ
1工程概况与设计资料..............................................1
1.1工程概况..................................................1
1.2设计依据..............................................2
1.3建筑设计..................................................3
2结构方案的选型和布置............................................8
2.1确定结构体系..............................................8
2.2梁柱截面的确定............................................8
2.3横向框架的跨度和柱高.....................................10
3横向框架内力计算...............................................12
3.1水平地震荷载计算.........................................12
3.2风荷载计算...............................................29
3.3竖向恒载计算.............................................38
3.4竖向活载计算.............................................56
4 梁、柱的内力组合...............................................72
4.1梁的内力组合.............................................72
4.2柱的内力组合.............................................78
5 梁、柱的截面设计...............................................84
5.1梁的计算.................................................84
5.2柱的计算.................................................89
6 基础设计......................................................95
6.1边柱基础设计.............................................95
6.2中柱基础设计.............................................99
7 楼梯设计.....................................................102
7.1梯段板的计算............................................102
7.2平台板的计算............................................103
7.3平台梁的计算............................................104
8 现浇板计算...................................................106
8.1屋盖处的现浇板计算......................................106
8.2楼盖处的现浇板计算......................................111
参考文献.......................................................116
致谢...........................................................117

II

金陵科技学院学士学位论文 摘要
江苏省南京市某培训中心教学楼设计

摘 要
依据任务书以及《建筑防火规范》、《建筑结构荷载规范》和《混凝土结构设计规范》等国家现行规范完成了该课题建筑，结构两个方面的设计。
首先从总体出发，综合考虑和组织室内外的空间完成建筑平面，立面，以及剖面的设计；其次完成了一榀框架各结构构件的配筋设计，手绘结构施工图。整个设计方案在建筑、结构方面满足国家现行规范要求。
本设计对一榀框架，从结构选型入手，计算分析了该框架的荷载，利用分层法和D值法分别对框架结构在竖向荷载、水平风荷载、地震荷载作用下产生的内力进行了计算。通过内力组合，得出框架的控制内力，最后完成框架各构件的配筋计算并绘制了该框架的施工图。计算书中同时选算了框架的基础、楼梯，给出了基础、楼梯的配筋计算并绘制了施工图。
关键词：结构设计；框架；荷载计算

III

金陵科技学院学士学位论文 Abstract
The design of training project in NanJing of Jiangsu province

Abstract
On the basis of mandate and the norms in the country, such as "building fire protection norms","structural load norms" and the "design of concrete structures" and so on, in order to complete the task of architecture and structural.
First of all, considering the space in the open and air, complete the construction, Facade, and the corss-section of the design and map architectural construction blueprint; Secondly, completed a load of the structural component of the framework of the reinforcement design, hand-painted structural construction blueprint, and completed the entire structure design. The whole design programs satisfy the state standard requirements in respect of architecture and structure,the construction design satisfy the reality on the ground.
The instruction booklet introduce a load of frame, First of all, selecte the type of structure, calculate and analyze the framework of the load, by the stratification and method D calculate respectively the internal forces of frame on the act of vertical load and wind loads . Through the combination of internal forces, conclude the control framework drawn forces, Finally , finishe the reinforcing bar calculation about the components of framework , and paint structural construction drawing. The booklet also design a foundation and stairs, and conclude the reinforcing bar calculation of the stairs and the base, and complete their structural construction blueprint.
Key words: Construction Design; The Frame; Load Caculation

117

金陵科技学院学士学位论文 第1章 工程概况与设计资料
1 工程概况与设计资料
教学楼是为人们学习提供最为良好环境的建筑。纵观教学建筑的发展历史，无不体现着人类文化、文明的历史进程和时代特征。教学楼建筑设计同设计其他类型建筑一样有许多共同点，也有许多不同的特点和要求。
1.1工程概况
（1）设计题目：江苏省南京市仙林大学城某培训中心2号教学楼设计
本设计教学楼位于江苏省南京市仙林大学城，用地760m2，红线范围为50m×20m，建筑面积约为5000.00m2，层高为3.6m，共5层。该地段地势平坦，环境较好，在选址和环境营造方面，注意自然景色的优美，也注重学习环境和交通条件的因素，更强调人与自然环境的协调统一，比较适合教学楼功能的充分利用。
根据设计资料的规划要求，本教学楼建筑要求的主要功能有：教室，卫生间，教师休息室，管理办公室，值班室，开水房等。
（2）设计资料：
1）地质资料：
地质报告：

图1.1土层分布图
场地条件：拟建场地地表平整，地下水位在地表下1.5米。
2）气象资料：
基本风压值：0.40kN/m2，地面粗糙度B类。
基本雪压值：0.65kN/m2。
3）地震资料：
抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g，建筑场地类别为Ⅲ类，设计地震分组为第一组，抗震等级三级。
（3）荷载资料：
1）教学楼面活载，查《建筑结构荷载规范》（GBJ5009－2010），确定楼面活荷载标准值为2.0 kN/m2。
2）不上人屋面：活荷载标准值0.5kN/m2。
（4）其它条件：
结构形式：钢筋混凝土框架结构。
建筑物重要性类别为丙类，安全等级为二级；
建筑耐火等级：一级；
建筑面积：5000±500；层数：5层；
合理布置教室、卫生间、老师休息室、管理办公室、值班室、开水房等；
层高：层高3.6米。
走廊、楼梯活荷载为2.5kN/m2，卫生间楼面活荷载为2.0kN/m2，教室楼面活荷为2.0kN/ m2。
设计标高：室内外高差：450mm。
墙身做法：墙身采用240厚的加气混凝土块，内粉刷为混合沙浆浆底，纸筋抹灰面，厚20mm，内墙涮两度涂料，外墙贴砖。
楼面做法：楼面（大理石楼面），120厚现浇钢筋砼楼板，20厚板底抹灰。
屋面做法（不上人屋面）：见建筑设计部分。
门窗做法：塑钢窗和木门。

1.2 设计依据
（1）金陵科技学院建筑工程学院教学楼毕业设计（论文）任务书
（2）金陵科技学院建筑工程学院教学楼毕业论文开题报告
（3）相关建筑设计规范

1.3 建筑设计
该建筑物总长度为57.6m，总宽度为16.8m，共五层，总建筑面积约为5000m2，主体结构采用现浇钢筋混凝土框结构，其建筑平面图如图1-1所示。

图1.2 建筑平面图
1.3.1 使用部分的平面设计
使用房间面积的大小，主要由房间内部活动的特点，使用人数的多少以及设备的因素决定的，本建筑物为教学楼，主要使用房间为教室，各主要房间的具体设置如表1-1所示。
表1-1 房间设置表
序号
房间名称
数量
单个面积
1
教室
44
66.2
2
教师休息室
5
33.1
3
管理办公室
1
33.1
4
值班室
1
33.1
5
储藏室
5
16.6
6
开水房
5
16.6
7
男生厕所
5
33.1
8
男生厕所
5
33.1

1.3.2 门的宽度、数量和开启方式
房间平面中门的最小宽度是由通过人流多少和搬进房间家具设备的大小决定的，如果室内人数多于50人，或房间面积大于60 m2时，按照防火要求至少要设两个门，分别设在两端，以保证安全疏散，在进出人流频繁的地方，应使用弹簧门。
教室设置两扇1.0m宽的门，门扇开向室外。为了在发生危险时便于疏散，正面大门采用四扇宽为1.5m的双扇门，走廊两端的采用0.75m的双扇门，均向外开。
1.3.3 窗的大小和位置
房间中窗的大小和位置主要是根据室内采光通风要求来考虑。采光方面，窗的大小直接影响到室内照明是否充足。各类房间照明要求是由室内使用上直接影响到室内是用上精确细密的程度来确定的。通常以窗口透光部分的面积和房间地面的采光面积比来初步确定或检验面积的大小。
根据《建筑采光设计标准》（GB/T50033-2001）第5.0.1条规定：教室为III级采光，面积比大于1/5；走廊和楼梯间为V级采光，面积比大于1/12。
教室采光面积比为>1/5
楼梯间： >1/12
均满足要求。
1.3.4 辅助房间的平面设计
通常根据各种建筑物的使用特点和是用人数的多少，先确定所需设备的个数，建筑物中公共服务的卫生间应设置前室，这样使得卫生间比较隐藏，又有利于改善通向卫生间的走廊或过厅的卫生条件。为了节省交通面积，并使管道集中，采用套间布置。
在本设计中，每层大约有480人上课，按规范规定：
男卫生间：大便器 1具/80人，设6具；小便器1具/96人，设5具；
女卫生间：大便器1具/40人，设12具；
洗手盆 ：1具/120人 ，设4具。
1.3.5 交通部分的平面设计
走廊的应符合人流通畅和建筑防火要求，通常单股人流的通行宽度约为500~600mm。由于走廊两侧设房间，走廊宽度采用3000mm，根据建筑物的耐火等级为一级，层数五层，走廊通行人数为60人，防火要求最小宽度为1m，符合要求。
楼梯是房屋个层间的垂直交通部分，各楼层人流疏散的必经通路。楼梯设计主要根据使用要求和人流通行情况确定梯段和休息平台的宽度，梯段的宽度通常不小于1100mm~1200mm。
1.3.6 立面设计
结构韵律和虚实对比，是使建筑立面富有表现力的重要设计手法。建筑立面上结构构件或门窗作用有规律的重复和变化，给人们在视觉上得到类似音乐诗歌中节奏韵律变化的感受效果。在本设计中，正立面中所有的窗尺寸都是一样的，给人以特别整齐的感觉。
房屋外部形象反映建筑类型内部空间的组合特点，美观问题紧密地结合功能要求，同时，建筑物所在地区的气候、地形、道路、原有的建筑物以及绿化等基地环境，也是影响建筑物立面设计的重要因素。
1.3.7 建筑剖面设计
为防止室外雨水流入室内，并防止墙身受潮，将使内地坪提高到室外地坪450mm。首层、标准层与顶层层高均为3.6m。
1.3.8其它部分详细做法和说明
根据设计规范，采用如下设计。
（1）基础（墙基）防潮层：
在-0.045m以下基础两侧均用防水水泥砂浆防潮，20厚的1：2水泥砂浆掺5％避水浆，位置一般在-0.045m标高处，适用于砖墙墙身。
（2）地面：人造大理石板地面
10厚1：2水泥砂浆找平层
120厚C30混凝土
100厚素土夯实
（3）楼面：人造大理石板地面
20厚1：2水泥砂浆找平层
120厚钢筋混凝土楼板
10厚底板抹灰
（4）踢脚台度做法：
釉面瓷砖踢脚台度
5厚釉面砖（白瓷砖）水泥擦缝
5厚1：1水泥细砂结合层
12厚1：3水泥砂浆打底
（5）内墙面做法：
水泥砂浆粉面：刷（喷）内墙涂料
10厚1：2水泥砂浆抹面
15厚1：3水泥砂浆打底
（6）外墙面：
用15厚1：3水泥沙浆找平，200×60高级无釉质瓷砖饰面。
（7）五层不上人屋面做法：
小瓷砖面层
高聚物改性沥青防水层
1：8水泥砂浆找坡层
20厚1：2水泥砂浆找平层
150厚水泥蛭石保温层
10厚底板抹灰
（8）水泥台阶：
花岗岩面层
20厚1：25水泥砂浆抹面压实抹光
素水泥浆一道70厚C15号混凝土（厚度不包括踏步三角部分）台阶面向外坡1%
200厚碎石或碎砖石灌M2.5号混合砂浆
素土夯实（坡度按工程设计）
（9）散水做法：
20厚1：2水泥砂浆抹面、压实抹光
60厚C15混凝土
素土夯实向外坡4%
备注：①散水宽度应在施工图中注明；
②每隔6m留伸缩缝一道，墙身与散水设10宽，沥青砂浆嵌缝；
③宽600～900mm；
④坡度3%～5%。
（10）主体为现浇钢筋混凝土框架结构，楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构。
整个设计过程中，在满足设计任务书提出的功能要求前提下，同时遵循“安全、适用、经济、美观”的原则，结构布置合理，房间利用率比较高，适用性很强，同时又不失美观。

金陵科技学院学士学位论文 第2章 结构方案的选型和布置
2结构方案的选型和布置
2.1确定结构体系
本工程采用框架承重，现浇整体式钢筋混凝土楼板，墙体240厚KP1空心砖墙。
2.2梁柱截面的确定
2.2.1横向框架梁
（1）截面高度h
框架梁的高度可按照高跨比来确定，即梁高h=L。
h1=L1=×6900＝575~862.5mm
h2=L1=×3000＝250~375mm
取h1=700mm，h2=500mm
（2）截面宽度
b1=h1=×700＝233~350mm
b2=h1=×500＝167~250mm
取b1＝300mm ，b2=300mm

2.2.2纵向框架梁
（1）截面高度
h1=L=×4800＝400~600mm，取h=500mm。
（2）截面宽度
b=h=×500＝167~250mm，取b=250mm。
2.2.3框架柱
根据建筑平面图可知，边柱及中柱的承载范围分别为4.8m×3.45m 和4.8m×4.95m，其示意图如图2.1-1所示。估算结构构件尺寸时，楼面荷载近似取15kN/m2计算（以中柱计算为例）。

图2.1 柱的承载范围示意图
框架柱的截面尺寸根据柱的轴压比限值，按下列公式计算：
（1）柱组合的轴压力设计值
注：——柱轴压力增大系数。
——柱的负载面积。
——建筑面积上的重力荷载代表值，可近似的取15kN/ m2。
——计算截面以上的楼层层数。
（2）≥ /
注：——柱轴压比限值，本方案为三级抗震等级，查《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010），可知取值为0.9。
——凝土轴心抗压强度设计值，对于C30，查得14.3N/ mm2。
（3）计算过程
现只计算中柱，边柱以中柱为准：
=1.25×23.760×15×5=2227.5kN
AC≥ /=2227.5×1000/(0.9×14.3)=173076.92mm2
b=h=mm=416.03mm
取b=h=500mm×500mm。
2.3横向框架的跨度和柱高
2.3.1框架的跨度
框架的跨度应取柱形心间的距离。
2.3.2框架柱的高度
基础顶面距离室外地坪0.5m，首层层高3.6m，室内外高差为0.45m。
所以首层柱子的计算高度为0.5+0.45+3.6=4.55m，2～5层柱子计算高度均为楼层层高3.6m。
如下图所示：

图2.2 横向框架跨度和层高
注：从左至右依次为A、B、C、D柱
金陵科技学院学士学位论文 第3章 横向框架内力计算
3横向框架内力计算
3.1水平地震荷载计算
3.1.1地震作用的计算
地震作用的计算即地震荷载的计算。按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）规定，本设计的结构底部总剪力(即总地震荷载)可以按公式FEK=α1·Geq来计算，其中α1=αmax×（Tg/T1）0.9。
1、产生地震荷载的建筑物总重量Geq的计算
（1）作用于房屋上的恒载标准值
①屋面荷载
防水层 三毡四油上铺小石子 0.40kN/m2
找平层 20厚1:3水泥砂浆找平 0.02×20=0.40kN/m2
保温层 70厚沥青珍珠岩块保温层 (0.07+0.235)/2×7=1.07kN/m2
找平层 20厚1:3水泥砂浆找平 0.02×20=0.40kN/m2
结构层 120厚现浇钢筋砼屋面板 0.12×25=3.0kN/m2
粉刷层 10厚粉平顶 0.01×17=0.17kN/m2
Σ=5.44kN/m2
②楼面荷载
面 层 12厚人造大理石板地面 0.012×28=0.24kN/m2
找平层 25厚1:3水泥砂浆找平 0.025×20=0.40kN/m2
结构层 120厚现浇钢筋砼楼板 0.12×25=3.0kN/m2
粉刷层 10厚粉平顶 0.01×17=0.17kN/m2
Σ=4.01kN/ m2
③框架梁、柱重量
a、700mm高横向框架梁
0.30×0.7×25=5.25kN/m
b、500mm高横向框架梁
0.30×0.5×25=3.13kN/m
c、500mm高纵向框架梁
0.25×0.5×25=3.13kN/m
d、框架柱
0.5×0.5×25=6.25kN/m
（2）质点重量G的计算
决定多层框架的地震荷载时，结构的计算简图可以认为是一多质点体系，产生地震荷载的建筑物重量集中于各层的楼盖处，各质点重量应包括上下各半层范围内的恒载，50%的雪载或50%的楼面等效均布活荷载。
①集中于屋盖平面处的质点重量G5
雪载(50%) 0.5×0.65×57.6.×16.8=314.50kN
屋面恒载 5.44×57.6×16.8=5264.18kN
700高横向框架梁 4.50×(6.9-0.5)×26=748.8.kN
500高横向框架梁 2.25×(3.0-0.5)×13=73.13kN
500高纵向框架梁 5.25×(4.8-0.5)×48=1083.6kN
框架柱 6.25×1.8×52=585kN
女儿墙 0.24×1.3×(57.6×2+16.8×2)×14=650kN
外墙 0.24×[1.8×(57.6×2+16.8×2)-3.6×1.2×25]×14=537.06kN
内墙 [0.24×1.8×(6.9-0.5) ×18+0.24×1.8×(4.8-0.5)×24] ×14=1320.9kN
窗 71.60kN
门 36.45kN
合计：G5=10685.22 kN
②集中于四层顶盖处的质点重量G4
楼面活载(50%) 0.5×2×57.6×16.8=967.68kN
楼面恒载 4.01×57.6×16.8=3880.40kN
700高横向框架梁 748.8kN
500高横向框架梁 73.13kN
500高纵向框架梁 1083.6kN
柱 6.25×3.6×52=1170kN
外墙 0.24×[3.6×(57.6×2+16.8×2)-3.6×0.9×25]×14=1527.72kN
内墙 [0.24×3.6×(6.9-0.5) ×18+0.24×3.6×(4.8-0.5)×24] ×14=2641.77kN
钢窗 71.60kN
钢门 36.45kN
楼梯
平台梁 0.2×0.4×4.8×25=9.6kN
平台板恒载 1.65×4.8×0.1×25=19.8kN
平台板活载 1.65×4.8×2.5=19.8kN
梯段板恒载 0.2025×4.8×3.21×25=78.00kN
梯段板活载 4.8×3.21×2.5=38.52kN
12厚人造大理石板地面 0.012×28×4.8×6=9.68kN
15厚水泥砂浆找平 0.015×20×4.8×6=8.64kN
楼梯小计：184.04kN
合计：12385.19kN
③集中于三层、二层顶盖平面处的质点重量G2=G3=G4=12385.19kN
④集中于一顶盖处的质点重量G1
楼面活载(50%) 967.68kN
楼面恒载 3880.40kN
700高横向框架梁 748.8kN
500高横向框架梁 73.13kN
500高纵向框架梁 1083.6kN
柱 6.25×4.075×52=1324.38kN
外墙 0.24×[4.075×(57.6×2+16.8×2)-3.6×1.8×24]×14=1514.82kN
内墙 [0.24×4.075×(6.9-0.5) ×18+0.24×4.075×(4.8-0.5)×24] ×14=2990.33kN

钢窗 71.60kN
钢门 36.45kN
楼梯
平台梁 0.2×0.4×4.8×25=9.6kN
平台板恒载 1.65×4.8×0.1×25=19.8kN
平台板活载 1.65×4.8×2.5=19.8kN
梯段板恒载 0.2025×4.8×3.21×25=78.00kN
梯段板活载 4.8×3.21×2.5=38.52kN
12厚人造大理石板地面 0.012×28×4.8×6=9.68kN
15厚水泥砂浆找平 0.015×20×4.8×6=8.64kN
楼梯小计：184.04kN
合计：12875.23kN

整个建筑物的重力荷载代表值如下图所示：

图3.1 重力荷载代表值
2、梁和柱刚度的计算
本工程柱、梁的混凝土均采用C30，混凝土弹性模量Ec=3.0×107kN/m2。
(1)梁和柱的线刚度计算
①梁的线刚度计算
在计算框架梁的惯性矩时，考虑楼板对梁刚度的增大效应，需采用框架梁截面的折算惯性矩，对于现浇整体式结构，中框架的折算系数为2，边框架的折算系数为1.5。
表3.1梁的线刚度
类 型
截 面 积
b×h (m2)
跨度
L (m)
截面惯性矩
I0=bh3
中 框 架
边 框 架
IB=2I0
iB
IB=1.5I0
iB
500高
0.25×0.50
3.0
2.60×10-3
5.2×10-3
52000
3.9×10-3
39000
700高
0.30×0.70
6.9
8.58×10-3
17.16×10-3
74608
12.87×10-3
55956
注：表中iB = (kN·m)
②柱的线刚度计算
表3.2柱的线刚度
层 次
层 高 (m)
截面积 b×h (m2)
截面惯性矩 IC= bh3
线刚度iC
底 层
4.55
0.5×0.5
5.21×10-3
34352
其余层
3.60
0.5×0.5
5.21×10-3
43417
注：表中iC = (kN·m)
(2)柱的侧移刚度D值的计算
①中间框架中柱侧移刚度D值的计算
表3.3中间框架中柱侧移刚度D值
层次
截面 (m2)
层高 (m)
线刚度

α
D=α·
5
0.5×0.5
3.60
43417
2.