教学楼的计算书最终版本.doc

摘 要本设计为培训中心教学楼，总建筑面积3725平方米。教学楼主体四层。层高3.9米。主体采用框架结构体系，填充墙采用轻质砌块，基础采用桩基础。度抗震设防，二类场地。根据房屋的使用功能及建筑设计的要求，进行了建筑平面，立面及剖面设计，并且绘制了配筋图及平面结构布置图。本建筑结构形式合理，功能分区明确，能满足防火疏散及抗震要求，能与周围环境相协调。关键词：建筑 框架 混凝土 抗震设计 AbstrsactThis design is a four -floor teaching building. The tatol area is 3725m2,the major part of the building is four floors . The hight of the floor is 3.9m,it is a roof beam post of bearing structure, the base is pile base .70 reluctant earth quake and the second kind ground. According to the use and the constuct desing demand.I did designs of the plane,afront,and the middle plane And I drew streal drawing and plane construct drawing.The construtinon has a good construct and has better use and fits the demand of the reluctant fire and the demand of the reluctant earthquake and also could match to the environment.Key words: building；fram；concrete；seismic design目 录摘 要IAbstrsactII第1章 建筑设计11.1 建筑的总平面设计11.2 建筑平面设计11.2.1 房间的平面设计11.2.2 楼梯设计11.3 建筑立面设计21.4 建筑剖面设计2第二章 结构设计说明32.1 工程概况32.2 设计主要依据和资料32.2.1 设计依据32.3 结构设计方案及布置32.4 变形缝的设置32.5 构件初估32.5.1 柱截面尺寸的确定32.5.2 梁尺寸确定32.5.3 楼板厚度42.6 计算简图42.7 荷载计算42.8 侧移计算及控制42.9 内力计算及组合42.9.1 竖向荷载下的内力计算42.9.2 水平荷载下的计算42.9.3 内力组合42.10 施工材料52.11 施工要求及其他设计说明5第三章 结构设计计算书63.1 设计原始资料63.2 结构布置及计算简图63.3 荷载计算83.3.1 恒载标准值计算83.3.2 活荷载标准值计算93.3.3 竖向荷载下框架受荷总图93.3.4 重力荷载代表值计算143.4 地震作用计算163.4.1 横向框架侧移刚度计算163.4.2 横向自振周期计算193.4.3 横向水平地震力计算193.4.4 水平地震作用下的位移验算213.4.5 水平地震作用下框架内力计算213.5 竖向荷载作用框架内力计算253.5.1 梁柱端的弯矩计算273.5.2 梁端剪力和轴力计算383.6 风荷载计算413.7 内力组合423.8 截面设计453.8.1 框架梁的配筋计算463.8.2框架柱配筋计算483.8.3节点设计513.9 楼板设计524.9.1 B，D区格板的计算523.9.2 A, C单向板计算:553.10 楼梯设计563.10.1踏步板计算573.10.2 斜梁设计583.10.3 平台板设计593.10.4 平台梁的设计613.11 雨蓬设计633.11.1 雨篷板的计算633.11.2 雨蓬梁计算64结 论66致 谢67参考文献68第1章 建筑设计1.1 建筑的总平面设计(1) 该地段地处哈尔滨工业大学校区内。 (2) 为创造一个良好舒适的环境，在用地范围内布置适当的绿化设计，并适当考虑与校园绿化带的相互关系，创造一个和谐、舒适的环境。1.2 建筑平面设计建筑平面设计是针对建筑的室内使用部分进行的，即有机地组合内部使用空间，使其更能满足使用者的要求，本设计是从平面设计入手，着眼于建筑空间的组合，结合教学楼的具体特点进行设计。本设计按照各基本单元空间的功能性质、使用顺序进行功能分析和功能分区。处理好各建筑空间的关系，合理组织好交通流线，使各种流线符合使用顺序并做到简洁明确、顺畅直接、不交叉迂回，避免相互干扰，并布置良好的朝向，满足采光和通风条件。1.2.1 房间的平面设计根据设计任务书中对建筑总面积、层数及房间数量及使用面积的要求，对各个房间在每层平面中所占的比例初步确定每层及各房间的面积、形状与尺寸，根据功能分析、流线分析等进行平面组合设计。首先确定组合方式。且为了提供一个较舒适宽敞的的教学的空间，使得内部的各种功能划分比较灵活，本设计采用了开间5.6m,进深为7.8m柱网，且采用蒸压粉煤灰加气混凝土砌块对大空间进行隔断，其材料较轻并有很好的隔音效果。基于以上各项要求本设计的平面为矩形。楼梯设计在大厅内体现了导向明确、疏散快捷方便的理念。1.2.2 楼梯设计根据人流出行和疏散的要求，有大厅的显著位置设置有楼梯 (1) 根据建筑设计规范中确定楼梯的踏步尺寸与楼梯段净宽：楼梯踏步高度底层取175mm,宽度取300mm。其它层楼梯踏步高度取150mm，宽度取300mm；单跑踏步数均为12。(2) 楼梯形式的选择应便于疏散迅速、安全，尽量减少交通面积并有利于房间平面布置，根据的平面的布置、形状与尺寸，确定楼梯形式为两跑楼梯。(3) 确定楼梯开间进深尺寸，在满足各种功能要求的情况下将开间尺寸定为3900mm，则梯段宽度为1450mm；根据平台宽度大于等于梯段宽度的规定，平台宽度亦取1760mm。(4) 楼梯踏步数：首层踏步数：第一跑梯段踏步数为2100/175=12；第二跑梯段踏步数是2100/175=12； 标准层踏步数：第一跑踏步数为1800/150=12；第二跑梯段踏步数是1800/150=12；(5) 梯段长度：首层梯段长度 （121）300=3300mm 标准层梯段长度：（121）300=3300mm (6) 确定楼梯间的位置楼梯应布置均匀、位置明显、空间导向性强，有利于人员的出行的疏散。本设计的楼梯入口设置在了大厅内，并在另一侧设有楼楼，并满足防火间距的要求。1.3 建筑立面设计在满足使用要求的同时，照顾到立面造型，本设计的的层层高为3.9m。建筑体型设计是建筑设计中的重要环节。建筑体型是建筑空间组合的外在因素,它是内在诸因素的反映。建筑的内部空间与外部体型是建筑造型艺术处理问题中的矛盾双方,是互为依存不可分割的,往往完美和谐的建筑艺术形象,总是内部空间合乎逻辑的反映。立面设计是反映整个建筑的一个方面,是生动的、富有表现力的信息来源。通过立面门、窗及各种构配件的位置、大小、外形等变化,使建筑的外观与使用功能、经济技术的合理性达到统一,给人以简洁、明快、朴素、大方的感受。立面处理的好坏,将影响建筑设计的效果。1.4 建筑剖面设计剖面设计的目的主要是确定内部空间的使用高度，以确保建筑空间的满足使用要求，考虑到教学楼是人流密集的公共建筑，要求有空调，消防等设备高度及主梁的高度，吊顶等。所以确定层高为3.9m，经初步估算，净高符合要求。第二章 结构设计说明2.1 工程概况哈尔滨工业大学培训中心教学楼，设计要求建筑面积约3725m2， 4层。结构为钢筋混凝土框架结构。2.2 设计主要依据和资料2.2.1 设计依据 a) 国家及黑龙江省现行的有关结构设计规范、规程及规定。b) 本工程的活载取值严格按建筑结构荷载规范（GB50009-2001）执行。c) 设计任务书.本工程采用框架结构体系，地震烈度按七度设防，耐火等级为二级，其建筑构件的耐火极限及燃烧性能均按民用建筑设计规范（GBJI0I8-7）执行.全部图纸尺寸除标高以米为单位外均以毫米为单位。本工程结构图中所注标高均为结构标高。2.3 结构设计方案及布置按结构布置不同，框架结构可以分为横向承重，纵向承重和纵横向承重三种布置方案。本次设计的教学楼采用横向承重方案，竖向荷载主要由横向框架承担，楼板为现浇板时，一般需设置次梁将荷载传至横向框架。横向框架还要承受横向的水平风载和地震荷载。在房屋的纵向则设置连系梁与横向框架连接，这些联系梁与柱实际上形成了纵向框架，承受平行于房屋纵向的水平风荷载和地震荷载。2.4 变形缝的设置在结构总体布置中，为了降低地基沉降、温度变化和体型复杂对结构的不利影响，可以设置沉降缝、伸缩缝和防震缝将结构分成若干独立的单元。当房屋既需要设沉降缝，又需要设伸缩缝，沉降缝可以兼做伸缩缝，两缝合并设置。对有抗震设防要求的的房屋，其沉降缝和伸缩缝均应该符合防震缝的要求，并进可能做到三缝合一。2.5 构件初估2.5.1 柱截面尺寸的确定柱截面高度可以取，H为层高；柱截面宽度可以取为。选定柱截面尺寸为500 mm500mm2.5.2 梁尺寸确定 框架梁截面高度取梁跨度的l/8l/12。该工程框架为纵横向承重，根据梁跨度可初步确定框架梁300mm600mm2.5.3 楼板厚度 楼板为现浇双向板，根据经验板厚取130mm。2.6 计算简图在横向水平力作用下，连梁梁对墙产生约束弯矩，因此将结构简化为刚结计算体系，计算简图如后面所述。2.7 荷载计算作用在框架结构上的荷载通常为恒载和活载。恒载包括结构自重、结构表面的粉灰重、土压力、预加应力等。活荷载包括楼面和屋面活荷载、风荷载、雪荷载、安装荷载等。高层建筑水平力是起控制作用的荷载，包括地震作用和风力。地震作用计算方法按建筑结构抗震设计规范进行，对高度不超过40m以剪切为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，可采用底部剪力法。竖向荷载主要是结构自重（恒载）和使用荷载（活载）。结构自重可由构件截面尺寸直接计算，建筑材料单位体积重量按荷载规范取值。使用荷载（活荷载）按荷载规范取值，楼面活荷载折减系数按荷载规范取用。2.8 侧移计算及控制框架结构的侧移由梁柱杆件弯曲变形和柱的轴向变形产生的。在层数不多的框架中，柱轴向变形引起的侧移很小，可以忽略不计。在近似计算中，一般只需计算由杆件弯曲引起的变形。 当一般装修标准时，框架结构在地震作用下层间位移和层高之比、顶点位移与总高之比分别为1：650，1：700。 框架结构在正常使用条件下的变形验算要求各层的层间侧移值与该层的层高之比不宜超过1/550的限值。2.9 内力计算及组合2.9.1 竖向荷载下的内力计算竖向荷载下内力计算首先根据楼盖的结构平面布置，将竖向荷载传递给每榀框架。框架结构在竖向荷载下的内力计算采用分层法计算各敞口单元的内力，然后在将各敞口单元的内力进行叠加；连梁考虑塑性内力重分布而进行调幅，按两端固定进行计算。2.9.2 水平荷载下的计算 利用D值法计算出框架在水平荷载作用下的层间水平力，然后将作用在每一层上的水平力按照该榀框架各柱的刚度比进行分配，算出各柱的剪力，再求出柱端的弯矩，利用节点平衡求出梁端弯矩。2.9.3 内力组合第一：荷载组合。荷载组合简化如下：（1）恒荷载+活荷载、（2）恒荷载+风荷载、（3）恒荷载+活荷载+风荷载、（4）恒荷载+地震荷载+活荷载。第二：控制截面及不利内力。框架梁柱应进行组合的层一般为顶上二层，底层，混凝土强度、截面尺寸有改变层及体系反弯点所在层。框架梁控制截面及不利内力为：支座截面，Mmax，Vmax，跨中截面，Mmax。框架柱控制截面为每层上、下截面，每截面组合：Mmax及相应的N、V，Nmax及相应M、V，Nmin及相应M、V。2.10 施工材料第一：本工程中所采用的钢筋箍筋为级钢，fy=210N/m,主筋为级钢，fy=300N/m。第二：柱梁钢筋混凝土保护层为35mm,板为15mm。第三：钢筋的锚固和搭接按国家现行规范执行。第四：本工程所有混凝土强度等级均为C30。第五：墙体外墙及疏散楼梯间采用200厚蒸压粉煤灰加气混凝土砌块。第六：当门窗洞宽1000mm时,应采用钢筋砖过梁,两端伸入支座370并弯直钩;门窗洞宽1000mm时,设置钢筋混凝土过梁。2.11 施工要求及其他设计说明第一：本工程上部楼板设计时未考虑较大施工堆载（均布），当外荷载达到3.0Kn/m时，应采取可靠措施予以保护。第二：本工程女儿墙压顶圈梁为240mm120mm，内配48，6200，构造柱为240mm240mm，内配410，6200，间隔不大于2000mm第三；施工缝接缝应认真处理，在混凝土浇筑前必须清除杂物，洗净湿润，在刷2度纯水泥浆后，用高一级的水泥沙浆接头，再浇筑混凝土。第四：未详尽说明处，按相关规范执行。第三章 结构设计计算书3.1 设计原始资料（1）.冬季主导风向西南。 (2).常年地下水位低于-1.3m，水质对混凝土没有侵蚀作用。(3).基本雪压SO=0.4KN/M2,基本风压WO=0.4 KN/M2,土壤标准冻结深度2m。(4).抗震设防烈度7度。3.2 结构布置及计算简图 根据该房屋的使用功能及建筑设计的需求，进行了建筑平面、立面、及剖面设计其各层建筑平面剖面示意图如建筑设计图，主体结构4层，层高均为3.9m。填充墙面采用200 mm厚的加气混凝土砌块，门为木门，窗为塑钢窗，门窗洞口尺寸见门窗表。楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取130mm，梁载面高度按梁跨度的1/121/8估算，由此估算的梁载面尺寸见表1，表中还给出柱板的砱强度等级。C30（fc=14.3N/mm2，ft=1.43N/mm2）表1 梁截面尺寸层次砼强度横梁（bh）纵梁(bh)AB跨BC跨CD跨1-4C30300600250500300600250500柱载面尺寸可根据式N=FgEn AcN/UNfc估算表2查得该框架结构在30m以下，抚震得级为三级，其轴压比值UN=0.9表2 抗震等级分类结构类型烈 度6789框架结构高度/m30303030303025框架四三三二二一一剧场、体育等三二一一表3 轴压比限值结构类型 抗 震 等 级一二三框架结构0.70.80.9柱截面尺寸：柱截面高度可取h=（1/15-1/20）H，H为层高；柱截面高度可取b=（1-2/3）h，并按下述方法进行初步估算。a） 框架柱承受竖向荷载为主时，可先按负荷面积估算出柱轴力，再按轴心受压柱验算。考虑到弯矩影响，适当将柱轴力乘以1.2-1.4的放大系数。b） 对于有抗震设防要求的框架结构,为保证柱有足够的延性,需要限制柱的轴压比,柱截面面积应满足下列要求。 c) 框架柱截面高度不宜小于400mm,宽度不宜小于350mm。为避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比不宜大于4。根据上述规定并综合考虑其他因素，设计柱截面尺寸取值统一取500500mm。基础采用柱下条形基础，基础+距离室外地平0.5，室内外高差为0.45,框架结构计算简图如图所示，取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板底，2-4层柱高度即为层高3.9m，底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即h1=3.9+0.45+0.5=4.85m。框架计算简图见图1。图1 框架计算简图3.3 荷载计算3.3.1 恒载标准值计算屋面：刚性防水屋面(有保温层) ： 40厚C20细石砼内配直径4间距150双向钢筋 0.8 kN/m2 20厚1:3水泥砂浆找平 0.02x20=0.4kN/m2 70厚水泥防水珍珠岩块或沥青珍珠岩保温层 0.07x10=0.7 kN/m2 20厚1:3水泥砂浆找平层 0.02x20=0.4 kN/m2100 厚结构层 0.1x25=2.5 kN/m212厚板底抹灰 0.012x20=2.5 kN/m2合 计 4.82kN/m2楼面：水磨石地面(10mm面层,20mm水泥砂浆打底，素水泥打底)0.65kN/m2130厚钢筋砼板 250.13=3.25 kN/m212厚水泥沙浆0.01220=2.5 kN/m2 合 计 4.14 kN/m2梁自重：边跨梁 bXh=300600mm梁自重 250.3(0.6-0.13)=3.75kN/m抹灰层：12厚水泥砂浆0.012(0.6-0.13)2+0.0120.3200.312kN/m合 计 4.062kN/m2中间跨梁 bXh=250500mm梁自重 250.25(0.5-0.13)=3.00kN/m抹灰层：12厚水泥砂浆0.012(0.5-0.13)2+0.0120.25200.26kN/m合 计 3.26kN/m2柱自重：bXh=500500mm柱自重 250.500.50=6.25kN/m抹灰层：12厚水泥砂浆 0.0120.504200.48kN/m合 计 6.73kN/m外纵墙自重：标准层：纵墙（200加气块） 18(3.9-0.5-1.8)0.20=6.48kN/m塑钢门窗 0.351.8 =0.63kN/m水泥粉刷外墙面 0.36(3.60-1.80)=0.756kN/m水泥粉刷内墙面 0.36(3.60-1.80)=0.756kN/m合 计 8.622kN/m2底层：纵墙（200加砌块） 18(4.85-1.80-0.50-0.40)0.20=9.288kN/m塑钢门窗 0.351.8=0.63kN/m釉面砖外墙面 0.5(4.35-1.80-0.50)=1.025kN/m水泥粉刷内墙面 0.756kN/m合 计 11.70kN/m内纵墙自重：标准层：纵墙（200加砌块） 18(3.90-0.50)0.20=14.688kN/m水泥粉刷墙面0.36(3.90-0.5)2.00=2.448kN/m合 计 17.136kN/m底层：纵墙（200加砌块） 18(4.85-0.50-0.40)0.20=17.06kN/m水泥粉刷墙面 0.363.902=2.808kN/m合 计 19.87kN/m3.3.2 活荷载标准值计算第一：面和楼屋面活荷载标准值根据荷载规范查得：上人屋面 2.0楼面：教室 2.0走 道 2.5第二：雪荷载 0.45屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取大值。3.3.3 竖向荷载下框架受荷总图本次设计的教学楼纵向柱距为4.50m,横梁跨度为6.90m，单区格板为4.50m6.90m。L1/L2=1.5T1=0.502S，则取为0FI=（1-n）各层横向地震作用及楼层地震剪力计算见表8表8 各层横向地震作用及楼层地震剪力层次hiHiGiGiHiFiVi43.916.554139685000.345202.07202.0733.912.65488461782.60.311182.15384.2223.98.754884427350.215125.93510.1514.854.855233253800.12874.97585.12各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布如图5，6图6 水平地震作用分布 图7 层间剪力分布3.4.4 水平地震作用下的位移验算水平地震作用下框架结构的层间位移和顶点位移i分别按式和()k计算计算过程见表9，表中还计算了各层的层间弹性位移角=i/hi表9 横向水平地震作用下的位移验算层次ViDiiihie=4202.073058820.666.3239001/59093384.223058821.265.6639001/30952510.153058821.674.4039001/23351585.122143682.732.7348501/1777由表9可见，最大层间弹性位移角发生在第1层，其值为1/59091/550满足式eeh的要求，其中/h=1/550由表查得。3.4.5 水平地震作用下框架内力计算水平地震作用下的内力采用改进的反弯点法。框架柱端剪刀及等矩分别按式Vij= 计算，其中Dij取自表Dij取自表5，层间剪刀取自表7，各柱反弯点高度比y按式y=yn+y1+y2+y3确度，各修正值见表10，各层柱剪力计算见表9。表10 柱剪力计算层次 A轴柱B轴柱C轴柱D轴柱第四层同A轴同B轴第三层同A轴同B轴层次 A轴柱B轴柱C轴柱D轴柱第二层同A轴同B轴第一层 同A轴同B轴表11 各柱的反弯点高度层次A轴柱B轴柱C轴柱D轴柱第四层同A轴同B轴第三层同A轴同B轴第二层同A轴同B轴第一层同A轴同B轴梁端弯矩剪力及柱轴力发别按下式计算：Vb=(Mb1+ Mb2)/l，Ni=表12