土木工程设计概述.docx

土木工程专业课程设计（毕业设计）
设计资料
（1） 工程名称：XXXX职业技术学校教学楼
（2） 结构形式：现浇钢筋混凝土框架结构，
（3） 工程概况：层高3.6m（首层4.2m），室内外高差为600mm，基础顶面至室外地面的高度为500mm，不上人屋面。
建筑面积(7.3×2+3) ×4.2×11 m2。
（4） 基本风压：wo=0.4kN/m2，地面粗糙度为B类。
（5） 基本雪压：S0=0.2 kN/m2。
（6） 抗震设防烈度为6度，建筑场地属Ⅱ类。场地范围内无不良地质现象，地下水位不影响基础设计。该房屋属乙（丙）类建筑，安全等级为二级
（7） 材料选用：
钢筋：钢筋:梁,柱主筋采用HRB335级或HRB400级钢筋，箍筋，构造钢筋采用HPB300级钢筋。
混凝土：均采用C30混凝土，基础除垫层外也采用C30混凝土。
墙体：粘土空心砖，重度=5.5 kN/m3 ；
窗：铝合金窗，=0.35 kN/m3 ；木门=0.2 kN/m3
（8） 墙体构造：均采用加气混凝土砌块，并采用20mm厚抹灰粉刷。女儿墙高1000mm，两侧粉刷。
（9）建筑组成及相应的建筑面积
普通教室：30间，63～72 m2/间；
合班教室：6间，96～100 m2/间；
微机教室：2间，96～100 m2/间；
语音教室：2间，96～100m2/间；
阅览室： 1间，120～140 m2/间；
办公室： 5间，18～20 m2/间；
教研室： 1间，160～200 m2/间
复印打印室：１间，18～20 m2/间；
卫生间：(男女各一间/层), 50～60m2/层；
楼梯(两部)；
其他
以上设定建筑面积可在5%范围内调整。

建筑组成及布置
1、根据任务书相应房间面积要求确定平面布置图，标明各房间布置、使用功能、门窗尺寸。并确定柱网尺寸为7.2m×4.2m。
2、设计层数为6层，层高为3.6m，首层4.2m，总高度22.2m。
3、房屋布置面积如下：
普通教室：30间 4.2×2×7.2=61.2 m2；
合班教室：6间 4.2×3×7.2=90.72 m2；
微机教室：2间 4.2×3×7.2=90.72 m2；
语音教室：2间 4.2×3×7.2=90.72 m2；
阅览室： 1间， 4.2×4×7.2=120.96 m2；
办公室： 5间 4.2×7.2=30.24 m2；
教研室： 1间， 4.2×5×7.2=151.2 m2；
复印室： 1间， 4.2×7.2=30.24 m2；
卫生间：(男女各一间/层) 4.2×7.2=30.24 m2；
楼梯(两部)； 4.2×7.2=30.24 m2；
传达室： 1间， 4.2×7.2=30.24 m2；
以上设定建筑面积均符合任务书要求。
（房屋布置图如下）

1层平面布置图

2层平面布置图

3层平面布置图

4层平面布置图

5层平面布置图

4层平面布置图

结构计算
梁、柱截面尺寸估算
梁截面尺寸估算
框架梁截面高度=7200（1/16~1/12）=450~600。
截面宽度=200~300，本结构中取：
框架梁（AB、CD）： b=300mm h=600mm
为便利框架梁BC同AB、CD b=300mm h=600mm
连系梁 ： b=300mm h=500mm
柱截面尺寸估算

恒荷载：12×1/2×（7.2+3）×4.2×6=1542.24KN
活荷载：2 ×1/2×（7.2+3）×4.2×6=257.04KN
预估柱轴力=1.2×恒荷载+1.4×活荷载=2210.54KN
由任务书二级抗震要求得[μn]=0.75。=14.3 N/mm2

所以截面面积=453.99×453.99mm
为方便计算，柱截面取500×500mm
荷载统计
屋面
二毡三油防水层 0.35 kN/m2
20mm厚1：2水泥砂浆找平层 0.4 kN/m2
100～140厚(2%坡度)膨胀珍珠岩 0.84 kN/m2
15mm 厚白灰砂浆天花抹面 0.26 kN/m2
V 型轻钢龙骨吊顶 0.12 kN/m2
100厚钢筋混凝土屋面板 2.5 kN/m2
合计 4.47 kN/m2
各层楼面
10mm厚水磨石面层 0.65 kN/m2
20厚水泥砂浆找平层 0.4kN/m2
V 型轻钢龙骨吊顶 0.12 kN/m2
100厚钢筋混凝土屋面板 2.5 kN/m2
合计 3.85kN/m2
梁自重
（1）框架梁：bh=300 mm 600 mm
AB、CD框架梁自重 25×0.3×0.6=4.5 kN/m
抹灰层：粉刷石膏砂浆 2×（0.6-0.1）×0.02×17=0.34kN/m
合计 4.84 kN/m
BC框架梁自重 4.5 kN/m
抹灰层：粉刷石膏砂浆 0.34kN/m
合计 4.84 kN/m
（2）连系梁：bh=300 mm 500 mm
次梁等其他梁自重 25×0.3×0.5=3.75 kN/m
抹灰层：粉刷石膏砂浆 2×（0.5-0.1）×0.02×17=0.27kN/m
合计 4.02 kN/m
柱自重
bh=500 mm×500 mm
柱自重 25×0.5×0.5=6.25 kN/m
抹灰层：粉刷石膏砂浆 2×0.02×0.4×17=0.27 kN/m
合计 6.52 kN/m
墙自重
墙体构造采用加气混凝土砌块：γ=5.5 kN/m3，木门γ=0.2 kN/m3，铝合金窗，=0.35 kN/m3 ；门面积2.5×0.9=2.25m2。窗面积3×1.8=5.4m2。高窗面积1×1.2=1.2m2。
（1）外墙
自重 0.240×（3.6×(4.2-0.5)-5.4）×5.5 =10.454kN
粉刷 2×17×（3.6×(4.2-0.5)-5.4）×0.02 =1.293kN
合计 11.747kN
3.175 kN/m

（2）内墙
自重 0.240×（3.6×(4.2-0.5)-2.25-1.2）×5.5 =13.028kN
粉刷 2×17×（3.6×(4.2-0.5)-5.4）×0.02 =1.611kN
合计 14.639kN
3.956 kN/m

（3）横墙
自重 0.240×（3.6-0.6）×5.5 =3.96 kN/m
粉刷 2×17×（3.6-0.6）×0.02 =2.04 kN/m
合计 6.00 kN/m

女儿墙自重
做法： 1000 mm加气混凝土砌块+粉刷
墙 0.24×1×5.5=0.69 kN/m
水刷石外墙面 2×17×0.02×1=0.73 kN/m
水磨石面层 0.24×0.3 =0.072 kN/m
合计 1.49kN/m
屋面恒荷载：
4.47 kN/m2 梁自重4.84 kN/m（粉刷已算）
将上述荷载转化为顶层屋面线荷载： g6AB=g6CD=g4BC=4.84 kN/m
g6AB`=g6CD`= 4.47×4.2=16.32 kN/m
g6BC`=4.47×3=13.41 kN/m

楼面恒荷载：
3.85 kN/m2 梁自重4.84 kN/m（粉刷已算） 墙：6.00 kN/m
将上述荷载转化为中间层框架梁上的线荷载：gAB=gCD= 4.84+6=10.84N/m
gBC=4.84 kN/m
gAB`=gCD`=gBC`=3.85×4.2=16.17 kN/m
gBC`=3.85×3=11.55 kN/m

屋面框架节点集中荷载标准值：
边柱：次梁、连系梁自重 16.88kN
1m高女儿墙 6.26kN
连系梁传来的屋面自重：

S△=底×高×1/2= 4.2×4.2×1/2×1/2×4.47 =19.71kN
顶层边界点集中荷载：G6A=G6D=42.85 kN
中柱：梁自重+粉刷： 16.88 kN
传来的屋面自重：
S梯形=1/2(上底+下底) ×高=1/2(4.2+4.2-3)×1/2×3×4.47=20.12kN
S△=19.71kN
顶层中节点集中荷载：G6B=G6C=56.71 kN

楼面框架节点集中荷载标准值：
中间层边节点集中荷载：GA=GD
外墙自重：11.75 kN
连系梁自重：16.88 kN
楼面板传来的S△ =19.71 kN
柱自重：23.47kN
总计：71.81 kN
中间层边节点集中荷载：GB=GC
内墙自重：14.64 kN
连系梁自重：16.88 kN
楼面板传来的S梯形=20.12 kN
柱自重：23.47kN
总计：75.11kN

活荷载统计
屋面和楼面活荷载标准值
上人屋面 2.0 kN/ m2
房间 2.0 kN/ m2
走廊 3.5 kN/ m2
雪荷载标准值
=1.0×0.40 kN/ m2
屋面活荷载和雪荷载不同时考虑，两者中取大值。
板受荷载
A~B轴间梁上板：
Ly/lx=7.2/4.2=1.71，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；
B~C轴间梁上板：
ly/lx=4.2/3=1.4，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。

恒荷载：α=1/2×4.2/7.2=0.292
顶层：
g边`=g6AB+(1-2α2+α3) ×g6AB`=4.84+（1-0.292×0.292+0.2923）×16.32=20.17kN/m
g中`=g6BC+5/8g6BC`=4.84+5/8×13.41=13.22kN/m
1-5层
g边`=gAB+(1-2α2+α3) ×gAB=10.84+（1-0.292×0.292+0.2923）×16.17=26.03kN/m
g中`=gBC+5/8gBC=4.84+5/8×11.55=12.06kN/m

G6B=G6C=91.48 kN
G6A=G6D=49.92 +23.12=73.04kN
GA=GD=74.62+19.98=94.60 kN
GB=GC=84.1 kN

活荷载：
顶层： P6AB=P6CD=2×4.2=8.4 kN/m
P6BC=2×3=6 kN/m
P6A=P6D=1/2×4.2×1/2×4.2×2=8.82 kN
P6B=P6C=1/2（4.2+4.2-2.1）×1.2×2 + 8.82=16.38 kN

中间层： PAB=PCD=2×4.2=8.4 kN/m
PBC=3.5×3=10.5 kN/m
PA=PD=1/4×4.2×7.2×2.0=15.12 kN
PB=PC=15.12+1/4×4.2×2.1×3.5=22.84 kN

`

风荷载
为简化计算，将计算单元范围内外墙面的风荷载化为等量的作用于楼面的集中风荷载，计算公式为：
,
式中：—基本风压，为0.4 kN/m2
—风压高度变化系数，地面粗糙度为B类
—风荷载体形系数, =0.8-(-0.5)=1.3（迎风面、背风面叠加）
—风振系数，因房屋高度小于30m，所以=1.0
A—风受压区面积：计算单元迎风面宽度×受风层高
受风层高：hi下层柱高（底层至室外地面），hj上层柱高（顶层至女儿墙顶）。L=6.9

各层楼面处集中风荷载标准值
层数

W0 （kN/m2）
6
1.25
1.0
1.3
0.4
5
1.25
1.0
1.3
0.4
4
1.14
1.0
1.3
0.4
3
1
1.0
1.3
0.4
2
1
1.0
1.3
0.4
1
1
1.0
1.3
0.4

底层：
Wk=1×1.3×1×0.4×3.9×4.2=8.52 kN
二层：
Wk=1×1.3×1×0.4×3.6×4.2=7.86 kN
三层：
Wk=1×1.3×1×0.4×3.6×4.2=7.86 kN
四层：
Wk=1×1.3×1.14×0.4×3.6×4.2=8.96 kN
五层：
Wk=1×1.3×1.25×0.4×3.6×4.2=9.83 kN
六层：
Wk=1×1.3×1.25×0.4×(3.6×1/2+1)×4.2=7.64 kN

单位：kN

内力计算
恒荷载标准值作用下框架的内力（附表：荷载计算）
采用力学求解器计算
活荷载标准值作用下框架的内力（附表：荷载计算）
采用力学求解器计算
风荷载标准值作用下框架的内力（附表：荷载计算）
采用力学求解器计算

内力组合
梁端柱端弯矩调幅
适当的塑性调幅，相当于减少梁端负弯矩钢筋，增加梁跨中正弯矩钢筋，
梁端调幅0.85，柱除底层外调幅0.9

（计算结果见附页）
选取控制截面
框架梁：以两侧梁端和跨中为控制截面
梁端：取梁端最大负弯矩
跨中：取跨总最大正弯矩
框架柱：以上下界面为控制界面：
取弯矩最大值下的剪力和轴力、轴力最大时的弯矩剪力、剪力绝对值最大的弯矩轴力。

内力组合
根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）3.2.4、3.2.5确定基本组合的荷载分项系数：
由恒荷载 控制：1.35恒荷载+1.4活荷载
由活荷载 控制：1.2恒荷载+1.4活荷载
由风荷载 控制：1.2恒荷载+0.9×1.4（活荷载+风荷载）

截面设计
梁截面设计
根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）：
受弯构件正截面承载力计算。（6.2.10）
受弯构件正截面承载力计算。（6.3.4）
梁纵向钢筋配筋（9.2.1）
梁箍筋筋配筋（9.2.9）
并符合框架梁配筋要求进行调整：
梁端加密区要求配置箍筋（11.3.7）、（11.3.8）
（框架梁、纵梁等均按照以上要求）
材料数据：
框架梁、柱采用混凝土强度等级C30；垫层C15.
框架梁主筋采用HRB400级钢筋，框架柱采用HRB335级，箍筋，构造钢筋采用HPB300级钢筋。
C30混凝土：fc=14.3N/mm2 ft=14.3N/mm2 α=1.0， ξ=0.518
钢筋HRB400：fy=360N/mm2
设as=40mm则:
h0=600-40=560mm
构件计算结果见配筋计算表格，以下仅列出顶层AB跨梁配筋计算详细过程。

层
计算公式
框架梁AB
左截面
跨中截面
右截面
6

134.06
106.30
158.56

560
560
560
h0=600 - 40=560

0.100
0.079
0.118

0.105
＜0.35
0.082
＜0.55
0.126
＜0.35

701
550
839

336
实配钢筋
416
416
416+2 12
实配钢筋面积
804
804
1030

层
计算公式
框架梁AB
左截面
右截面
6

137.95
143.77

560
560

601.55
＞
601.55
＞

168＞
168＞

＜0
＜0
箍筋选取
28
28

101
101

构造要求
构造要求
加密区箍筋最大间距
100
100
加密区实配箍筋
8@100
8@100
箍筋加密区长度
950
950
非加密区实配箍筋
8@200
8@200

0.202﹪
0.202﹪

0.177﹪
0.177﹪

柱截面设计
根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）：
正截面受压承载力计算6.2.7
斜截面承载力计算6.3.2
梁端加密区要求配置箍筋（9.3.1）、（9.3.2）
并符合框架梁配筋要求进行调整：
11.4.11,11.4.12设定加密区配筋
（柱计算见表）

以下仅列出首层A柱计算结果
计算公式
框架柱A

1.05E+08
9.37E+07

2.42E+05
2.17E+05

1808.59（按大偏压计算）

434.77
432.24

20

454.77
452.24

3600

0.017
0.009

7.2

1

1.0019
1.0019

80

33.89
30.32

500.457
523.372

979.731
924.208

500
实配钢筋
4 18
实配钢筋面积
1017

计算公式
框架柱A

6.65E+04

2.42E+05

6.58+E8

1.07+E6

3.91

2.19E+05

352.1
实配钢筋
8@150

双向板设计
设计存在两种板，均为双向板，B1=7.2/4.2=1.7；B2=4.2/3=1.4。

荷载统计：
WB1、WB2 恒荷载设计值 g=1.24.47=5.36kN/m2
活荷载设计值 q=1.42.0=2.80kN/m2
LB1、 恒荷载设计值 g=1.23.85=4.62kN/m2
活荷载设计值 q=1.42.0=2.80kN/m2
LB2 恒荷载设计值 g=1.23.85=4.62kN/m2
活荷载设计值 q=1.43.5=4.90kN/m2

按弹性理论计算。取1m宽板带作为计算单元。
在求各区格板跨内正弯矩时，按恒荷载均布及活荷载棋盘式布置计算。
WB1、WB2荷载 g=g+q/2=5.36+2.80/2=6.76kN/m2
q=q/2=2.80/2=1.40kN/m2
LB1荷载 g= g+q/2=4.62+2.80/2=6.02kN/m2
q=q/2=2.80/2=1.40kN/m2
LB2荷载 g= g+q/2=4.62+4.90/2=7.07kN/m2
q=q/2=4.90/2=2.45kN/m2
B1=4.2/7.2=0.58；B2=3/4.2=0.71。
查表得弯矩系数：0.58对应：MX=0.091、MY=0.038
0.71对应：MX=0.072、MY=0.041

取LB2计算：
板带
LB2

3/4.2=0.71
跨内

支座

LMB2

M
b
h0

As min
跨中
lx
5.42E+06
1000
90
0.046
0.0479
171.39
200
ly
1.62E+07
1000
90
0.139
0.1513
540.92
200
支座
lx
4.58E+06
1000
90
0.039
0.040
144.26
200
ly
8.98E+06
1000
90
0.077
0.080
288.82
200

选择配筋为：跨中8@200
12@200
支座8@200
8@200

楼梯设计
本楼梯采用现浇板式楼梯，采用水磨石地面。层高3.6m，踏步尺寸为。采用C30混凝土，钢筋均采用HRB400级。楼梯板均布荷载标准值为3.5。

梯段板设计
取梯段板厚100mm。板倾角，。取1m宽板带计算。
荷载计算
荷载种类
荷载标准值（）
恒载
水磨石地面
0.65
120mm厚混凝土板
0.12×25=3
板底抹灰
0.02×17=0.34
活载
3.5

总荷载设计值：
截面设计
梯段板水平计算跨度，弯矩设计值
。板有效高度。取1m宽计算。

则
选配8@100，实配。分布筋每级踏步1根 18。

平台板设计
取板厚100mm，取1m宽板带计算。
总荷载设计值：
截面设计
平台板计算跨度，弯矩设计值
。板有效高度。取1m宽计算。

则
选配8@200，实配。分布筋 8@200。

平台梁设计
取平台梁截面尺寸为300mm×500mm。

荷载种类
荷载标准值（）
恒载
梁自重

梁侧粉刷

平台板传来

梯段板传来

活载

总荷载设计值：
平台梁计算跨度，弯矩设计值
，剪力设计值。梁有效高度。

则
选配2 14，实配。
配置 8@200箍筋，则斜截面受剪承载力

,满足要求。

基础设计：
基底尺寸设计采用正常使用极限状态下的标准组合。中柱基础内力较大，选取中柱弯矩与最大轴力对应的组合：
。
基地尺寸先按轴压进行估算：

考虑偏心，将其放大20%。

取b=1.7m，l=1.7m，A=2.89。
基地尺寸验算：

故中柱（J-1）基础尺寸满足要求，同理，边柱（J-2）满足要求。
基础断面与平面图见图7-1.

7.3 抗冲切验算
①柱边

②变阶处

则基础底面完全搭在45°线（即冲切破锥体）内，可不进行冲切验算。
受弯承载力计算
配筋设计中采用承载力最不利组合值：

基底净反力设计值：
基底最大净反力与最小设计值：

1） 沿框架横向弯矩计算及配筋
a、 柱边截面

则
b、变阶截面处

则
比较可得，按配筋，现于1.5m宽度范围内配，实际配筋面积754。
2） 沿框架纵向弯矩计算机配筋
a、柱边截面

则
b、 变阶处截面

则
比较可得，按配筋，现于1.5m宽度范围内配，实际配筋面积754。
最不利组合值：
基底净反力设计值：
基底最大净反力与最小设计值：

同中柱配筋计算，按中柱配筋，现于1.5m宽度范围内配，实际配筋面积754。

附表（荷载计算）
恒荷载计算结果
-------------------------------------------------------------------------------------------
杆端 1 杆端 2
---------------------------------------- ------------------------------------------
单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩
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1 18.2294483 92.6866891 -99.1881945 18.2294483 -94.7293109 -106.541633
2 3.51942994 18.0900000 -29.1068715 3.51942994 -18.0900000 -29.1068715
3 18.2294483 94.7293109 -106.541633 18.2294483 -92.6866891 -99.1881945
4 -4.30276024 93.1303320 -103.381775 -4.30276024 -94.2856679 -107.540984
5 -1.39245031 18.0900000 -24.1530437 -1.39245031 -18.0900000 -24.1530437
6 -4.30276024 94.2856679 -107.540984 -4.30276024 -93.1303320 -103.381775
7 1.34689845 93.0224458 -102.484034 1.34689845 -94.3935541 -107.420023
8 0.61005705 18.0900000 -25.0647744 0.61005705 -18.0900000 -25.0647744
9 1.34689845 94.3935541 -107.420023 1.34689845 -93.0224458 -102.484034
10 -2.02858138 92.9832311 -102.249278 -2.02858138 -94.4327688 -107.467614
11 -1.07755785 18.0900000 -25.1764345 -1.07755785 -18.0900000 -25.1764345
12 -2.02858138 94.4327688 -107.467614 -2.02858138 -92.9832311 -102.249278
13 8.26537233 93.2822736 -104.281568 8.26537233 -94.1337263 -107.346798
14 4.15841951 18.0900000 -23.7439084 4.15841951 -18.0900000 -23.7439084
15 8.26537233 94.1337263 -107.346798 8.26537233 -93.2822736 -104.281568
16 -35.2345531 70.8845257 -69.7443839 -35.2345531 -74.3394742 -82.1821982
17 -8.92975344 19.8300000 -31.7505356 -8.92975344 -19.8300000 -31.7505356
18 -35.2345531 74.3394742 -82.1821982 -35.2345531 -70.8845257 -69.7443839
19 -966.849497 -13.7241757 19.2138460 -966.849497 -13.7241757 -38.4276920
20 -802.352808 -31.9536240 60.7605025 -802.352808 -31.9536240 -54.2725439
21 -637.412476 -27.6508637 49.1092317 -637.412476 -27.6508637 -50.4338779
22 -472.580030 -28.9977622 52.0501560 -472.580030 -28.9977622 -52.3417879
23 -307.786799 -26.9691808 49.9074903 -307.786799 -26.9691808 -47.1815607
24 -142.694525 -35.2345531 57.1000075 -142.694525 -35.2345531 -69.7443839
25 -1107.25450 10.6123206 -14.8572488 -1107.25450 10.6123206 29.7144977
26 -919.325191 25.3223389 -47.7202637 -919.325191 25.3223389 43.4401565
27 -731.839523 22.4120290