土木工程 教学楼毕业设计

目录
1引言 (1)
2建筑设计概论 (2)
2.1设计依据 (2)
2.2设计规模 (2)
2.3各部分工程构造 (2)
3结构设计方案 (3)
3.1设计资料 (3)
3.2结构方案 (3)
4荷载计算 (4)
4.1初估梁柱截面 (4)
4.2 梁柱线刚度 (4)
4.3 荷载计算 (5)
5 框架在竖向荷载作用下的内力分析 (9)
5.1 计算方法和荷载传递路线 (9)
5.2 竖向荷载计算 (10)
5.3 框架计算简图 (10)
5.4 梁固端弯矩 (11)
5.5 框架弯矩图 (11)
5.6 梁端剪力 (16)
5.7 柱轴力和剪力 (19)
6 水平荷载作用下的框架内力分析 (25)
6.1 框架柱侧移刚度计算 (25)
6.2 水平地震作用分析 (26)
6.3 验算框架层间弹性位移角 (27)
6.4 水平地震作用下框架柱剪力和弯矩计算 (30)
6.5 地震作用下框架梁端剪力和柱轴力标准值 (31)
7 内力组合和最不利内力确定 (34)
7.1 框架梁内力组合 (34)
7.2 框架柱内力组合 (34)
8 框架结构配筋计算 (35)
8.1 边框架梁截面设计 (35)
8.2 中框架梁设计 (37)
8.3 框架柱配筋计算 (40)
9 现浇板配筋计算 (42)
9.1 边跨房间 (42)
9.2 中跨房间 (46)
10 板式楼梯计算 (53)
10.1 工程概况 (53)
10.2 梯斜板 (53)
10.3 平台板计算 (54)
10.4 平台梁计算 (55)
11 基础配筋计算 (57)
11.1 选取内力 (57)
11.2 地基承载力验算 (58)
11.3 基础抗冲切验算 (59)
结论 (62)
致谢 (63)
参考文献 (64)
附表1-1 (65)
附表1-2 (66)
附表1-3 (67)
附表1-4 (68)
附表1-5 (69)
附表1-6 (70)
附表2-1 (71)
附表2-2 (72)
附表2-3 (73)
附表2-4 (74)
附表2-5 (75)
附表2-6 (76)
1 引言
本设计是按照河北科技大学建筑工程学院毕业设计要求编写的毕业设计。

题目为“河北某高校教学楼设计”。

内容包括建筑设计、结构设计两部份。

教学楼是公共建筑，其规范要求比较严格，能体现处建筑和结构设计的很多重要的方面，选择教学楼建筑和结构设计，从而掌握结构设计的基本原理，妥善解决其功能关系，满足使用要求。

框架结构体系的优点是建筑平面布置灵活，可以提供较大的内部空间，建筑立面也容易处理，结构自重较轻，构件简单，施工方便，计算理论也比较成熟，在一定范围内的高度范围内造价较低，因而特别适用于教学楼，能满足其较大的使用面积要求。

框架结构的研究，对于建筑的荷载情况，分析其受力，采用不同的方法分别计算出各种荷载作用下的弯矩、剪力、轴力，然后进行内力组合，挑选出最不利的内力组合进行截面的承载力计算，保证结构有足够的强度和稳定性。

在对竖向荷载的计算种采用了弯矩分配法，对水平荷载采用了D值法，对钢筋混凝土构件的受力性能，受弯构件的正截面和斜截面计算都有应用。

本结构计算选用一榀框架为计算单元，采用手算的简化计算方法，其中计算框架在竖向荷载下的内力时使用的弯距二次分配法，不但使计算结果较为合理，而且计算量较小，是一种不错的手算方法。

本设计主要通过工程实例来强化大学期间所学的知识，建立一个完整的设计知识体系，了解设计总过程，通过查阅大量的相关设计资料，提高自己的动手能力。

在设计过程中还充分利用了PKPM、CAD、结构力学求解器、理正结构工具箱等结构软件使我的毕业设计更加完善。

这次设计是在郭亚然老师和岳宏亮老师的悉心指导下完成的，在此向您们表示衷心的感谢！
鉴于水平有限，设计书中还存在不少缺点甚至错误，敬请老师批评和指正。

2 建筑设计概述
2.1 设计依据：
(1)依据土木工程专业06届毕业设计任务书
(2)《建筑结构荷载规范》
(3)《混凝土结构设计规范》
(4)《建筑抗震设计规范》
(5)《建筑地基基础设计规范》及有关授课教材、建筑设计资料集、建筑结构构造上资
料集等相关资料。

(6)遵照国家规定的现行各种设计规范、有关授课教材、建筑设计资料集、建筑结构构
造上资料集等相关资料。

2.2 设计规模：
(1)本次设计的题目为“河北某高校教学楼设计”
(2)建筑面积：9434 m²，结构共六层，首层层高3.9m,其他层层高3.6m.
(3)室内外高差0.450m，室外地面标高为-0.450m。

2.3 各部分工程构造
(1) 屋面：
防水层：SBS改性沥青防水卷材
找平层：1：3 水泥沙浆25mm厚
保温层：1：10水泥珍珠岩砂浆120㎜厚
找坡层：1：8水泥陶粒100mm
结构层：120mm厚钢筋混凝土板
板底抹灰：20mm厚板下混合砂浆抹灰
(2) 楼面: 瓷砖地面（包括水泥粗砂打底）
素水泥浆结合层一道
1：3水泥砂浆找平18mm
120mm厚钢筋混凝土板
20mm厚板下抹灰
(3) 厕所: 20mm厚水泥砂浆地面
50mm厚防水砂浆
180mm厚空心砖
20mm厚水泥砂浆抹灰
(4) 墙体：外墙370mm厚水泥空心砖墙，内墙为240mm厚水泥空心砖墙，楼梯间墙为370㎜厚水泥空心砖墙，厕所均为180㎜厚隔墙。

(5) 门窗：门厅处为铝合金门，其他均为木门。

双推拉塑钢窗，单层玻璃全封闭窗。

(6) 基础：独立基础。

3 结构方案设计
3.1 设计资料
(1)本工程抗震设防烈度为7度，设计地分组为第一组
(2)自然条件：雪荷载0.3KN/M²，基本风压：0.35KN/M².
(3)地质条件：地质勘探以±0.000为基准面，地质分布具体情况见表1，Ⅱ类场地，7
度设防建筑地点冰冻深度-1.2m。

注：①拟建场地地形平坦，地下稳定水位距地表-6m。

②建筑地点冰冻深度-1.2m。

③建筑场地类别：Ⅱ类场地土。

④地震设防基本烈度：7 度。

3.2 结构方案：
(1)本工程为钢筋混凝土现浇框架结构。

(2)楼板采用现浇钢筋混凝土板。

楼梯为现浇板式楼梯
(3)材料情况：
非重承水泥空心砖；砂浆等级为M5；混凝土：C30（基础、梁、板）、C30（柱）。

纵向受力钢筋：HRB335级（梁）；HRB335级（柱）；箍筋：HPB235级钢筋，基础：HPB235级钢筋
(4)施工：梁、板、柱均现浇。

4 荷载计算
4.1初估梁柱截面：
（1）由轴压比限值条件N/f c A≤0.9(（三级框架）（框架柱的负荷面积内每平米按15kN/m2初估）
N=1.2×（4.35×6.6×15×5）=2583.9kN
A≥N/0.9f c=2583.9×1000/0.9/14.3=200769.23mm2
∵A=bh ∴ b=h =347.08mm 初估：
柱截面：b×h=600mm×600mm.
（2）梁截面
主梁: h=(1/8─1/12)L=（675mm-1012mm）边跨取h=700mm,
中跨取h=500mm.
b=(1/2─1/3)h且b不小于0.5倍柱宽且不小于250mm
取b=300mm
次梁:取h=700mm,b=300
连系梁:h’=(1/8─1/12)L=900mm-1350mm, 取h’=900mm,
b’=(1/2─1/3)h, 取b’=350mm.
（3) 楼板：取h=120mm
4.2梁柱线刚度：
在计算梁的线刚度时，考虑楼板对梁刚度有利影响,认为翼缘参加工作,为简化计算，先按矩形截面计算惯性矩，然后乘以一个增大系数。

现浇钢筋砼梁：边框架梁=1.5I0
中框架梁=2I0
柱采用Ｃ30混凝土梁采用Ｃ30混凝土，ＥC＝3.0×107 kN/m²I0=1/12×bh3(m4)
i单位：KNm
框架梁线刚度计算
柱线刚度计算
4.3 荷载计算
（1）层数划分及计算简图如图：
（2）荷载汇集
1、恒载
1）屋面荷载：（为不上人屋面）
防水层：SBS改性沥青防水卷材 0.4 kn/m²
找平层：25mm1：3水泥沙浆 25×0.02=0.5kn/m²
保温层：120mm厚水泥珍珠岩 0.12×4=0.48 kn/m²
找坡层：水泥陶粒100mm厚 14×0.1=1.4kn/m²
结构层：120mm厚钢筋砼现浇板 0.12×25=3.00 kn/m² 10mm厚板底抹灰 0.01×17=0.17 kn/m²
Gk=Σgk=5.95kn/m²
计算简图
2）楼面：
瓷砖地面（包括粗砂打底） 0.55 kn/m²
找平层：25mm 1：3水泥沙浆 25×0.02=0.5kn/m²
120mm厚钢筋砼现浇板 0.15×25=3.75kn/m²
10mm厚板底抹灰 0.01×17= 0.17kn/ m² Gk=Σgk=5.02kn/m²
3）梁重：（考虑梁上抹灰，取梁自重26kN/m3）
主梁：中跨26×0.7×0.3=5.46kN/m
边跨 26×0.5×0.3=3.9 kN/m
次梁： 26×0.7×0.3=5.46kN/m
连系梁： 26×0.35×0.9=8.19kN/m
4）墙重：（砌体与抹灰之和）
抹灰：外墙面外抹灰： 20厚水泥砂浆 0.4 kN/m2外墙面及内墙面抹灰：20厚石灰砂浆 0.34 kN/m2总墙重：
外墙：底层：15×0.30+0.4+0.34=5.24 kN/m2
内墙：底层：15×0.20+0.34×2 =3.68 kN/m2
5）柱：（考虑到柱子抹灰，取柱子自重26kN/m3）
各层：26×0.6×0.6 =9.36kN/m
6）门、窗：
门：0.2kN/m2窗：0.3kN/m2
2、活荷载：
雪活载： 0.5 kN/m2
厕所： 2.0 kN/m2
教学楼： 2.0 kN/m2
走廊、楼梯： 2.5 kN/m2
不上人屋面： 0.5 kN/m2
3、各层楼层重量(各层重力荷载代表值计算如下)
六层上半层
女儿墙：0.24×0.9×[10.8×6+6.9×10+44×2] ×10=479kN
屋面： [(10.8×3+6.9×5)×(8.1×2+3.3)+10.8×(9.9×2+3.9)]×5=7802.55kN 主梁： 8.1×2×9×5.46+3.3×9×3.9+8.1×4×5.46+2.7×4×3.9=1130.9kN
次梁: 8.1×6×5.46=265.36kN
连系梁：338.7×3.25=1100.78kN
柱子：(9×4+4×3+2)×0.5×3.6×9.36=842.4kN
内墙：(66.9×2+23.7+8.1×14)×(0.5×3.6-0.7)×4.28=1275.40kN
外墙窗：53×1.1×2.7×0.3=47.22kN
内墙窗： 21×0.9×2.7×0.3=15.3kN ∑=12958.91kN
G6=
G+0.5活=12958.91+0.5×0.5×1635=13367.66kN
6
六层下半层和五层上半层
柱子：50×3.6×9.36=1684.8kN
屋面：[(10.8×3+6.9×5)×(8.1×2+3.3)+10.8×(9.9×2+3.9)]×5=7802.55kN 主梁： 8.1×2×9×5.46+3.3×9×3.9+8.1×4×5.46+2.7×4×3.9=1130.9kN
次梁: 8.1×6×5.46=265.36kN
连系 梁：338.7×3.25=1100.78kN 外 墙 220.2×1.1×6.29=1523.56kN 内 墙 270.9×3.6×4.28=4174kN 外 墙 窗 53×1.8×2.7×0.3=38.64 kN 内 墙 门 2.1×1.1×26×0.2=12KN ∑=17732.59kN
5G =5G +0.5×2×活=17732.59+0.5×2×1635=19367.59kN 5G =4G =3G =2G =19367.59kN 二层下半层和一层上半层
楼 面：
[(10.8×3+6.9×5)×(8.1×2+3.3)+10.8×(9.9×2+3.9)]×5=7802.55kN 主 梁： 8.1×2×9×5.46+3.3×9×3.9+8.1×4×5.46+2.7×4×3.9=1130.9kN 次 梁: 8.1×6×5.46=265.36kN 连系 梁：338.7×3.25=1100.78kN 柱 子：50×（1.8+1.95）×9.36=1755kN 外 墙：220.2×1.1×6.29=1523.56kN 外 墙 窗：53×1.25×2.7×0.3=53.66kN 内 墙：270.9×3.6×4.28=4174kN 内 墙 门：2.1×1.1×26×0.2=12KN
雨 蓬：3×1.8×0.1×25+6×2.4×0.1×25=49.5kN ∑=17867.31kN
1G =1G +0.5活=17867.31+0.5×2×1635=19502.31kN
∑G=110340.33kN
∑A=1635×6=9810m2
∑G/∑A=110340.33/9810=11.25kN/m2
5 框架在竖向荷载作用下的内力分析
5.1计算方法和荷载传递路线
（1）计算方法
框架结构在竖向荷载作用下的内力计算采用力矩分配法，因为框架结构对称，荷载对称；又属于奇数跨，故在对称轴上梁的截面只有竖向位移（沿对称轴方向）没有转角。

对称截面可取为滑动端。

弯矩二次分配法是一种近似计算方法，即将各节点的不平衡弯矩同时作分配和传递，并以两次分配为限。

(取一榀横向框架)
（2）荷载传递路线
对于边跨板，为8.1m×6.9m,由于8.1/6.9<3.0 所以按双向板计算
对于中跨板，为6.9m×3.6m,由于6.9/3.6〈3.0 所以按双向板计算
5.2竖向荷载计算
（1）A-B(C-D)轴间框架梁
板传至梁上的三角形或梯形荷载等效为均布荷载。

1）屋面板传载
恒载：5.0×6.9/2×(1-2×0.602+0.602) ×2=22.08kN/m
活载：0.5×6.9/2×(1-2×0.602+0.602) ×2=22.08kN/m
2）楼面板传荷载
恒载：3.99×6.9/2×(1-2×0.602+0.602) ×2=17.62kN/m
活载：2.5×6.9/2×(1-2×0.602+0.602) ×2=11.04kN/m
3）梁自重：5.46 kN/m
A-B(C-D) 轴间框架梁均布荷载为：
屋面梁：恒载=梁自重+板传荷载=5.46 kN/m+22.08 kN/m=27.54 kN/m 活载=板传荷载=2.21 kN/m
楼面梁：恒载=梁自重+板传荷载=5.46 kN/m+17.62 kN/m=23.08kN/m 活载=板传荷载=11.04 kN/m
(2) B-C轴间框架梁
1).屋面板传载
恒载：5.0×6.9/4×5/8 ×2=10.78kN/m
活载：0.5×6.9/4×5/8 ×2=1.08kN/m
2).楼面板传荷载
恒载：3.99×6.9/4×5/8×2=8.6kN/m
活载：2.5×6.9/4×5/8×2=5.39kN/m
3).梁自重：3.9kN/m
B-C 轴间框架梁均布荷载为：
屋面梁：恒载=梁自重+板传荷载=3.9 kN/m+10.78 kN/m=14.68 kN/m 活载=板传荷载=1.08kN/m
楼面梁：恒载=梁自重+板传荷载=3.9 kN/m+8.6kN/m=12.5 kN/m
活载=板传荷载=5.39kN/m
5.3 框架计算简图（见下页）
5.4梁固端弯矩
梁端弯矩以绕杆端顺时针为正，反之为负。

固端弯矩=（均布荷载×跨度²）/12=ql2/12
竖向荷载作用下框架梁的固端弯矩
5.5框架弯矩图
框架弯矩图由结构力学求解器求得
结构力学求解器是由清华大学土木系结构力学求解器研制组研制，是一个方便好用的计算机辅助分析计算软件，其求解内容涵盖了结构力学的教材中所涉及的几乎所有问题，包括二维平面结构的集合组成、静定结构、超静定结构、位移、内力、影响线、自由振动、弹性稳定、极限荷载等。

框架计算简图
竖 向 恒 载 作 用 框 架 弯 矩 图
30.25
30.25
30.59
33.83
63.83
31.67
61.9231.67
61.0531.45
65.7933.96
67.4936.86
21.28
8.1414.0911.75
34.44
19.92
34.44
49.79
17.87
47.79
5.363.0110.6710.6734.07
34.18
16.80
44.65
43.85
16.58
2.14
43.85
12.16
44.24
竖 向 活 载 作 用 下 框 架 弯 矩 图
1.77
4.14
18.31
26.97
16.60
16.9117.57
15.78
8.14
梁弯矩的调幅（由于钢筋混凝土结构具有塑性内力重分布性质，因此在重力荷载作用下对梁端弯矩进行调幅,调幅系数为0.8;对跨中弯矩进行调幅,调幅系数1.2.）
1、恒载作用下的弯距
注: 1）M’为调幅后的弯距。

2）弯矩符号逆时针为正
2、活载作用下的弯距
注: 1）M ’为调幅后的弯距。

2）弯矩符号逆时针为正
5.6梁端剪力：
均布荷载下: l
M
ql ∑-
=
2V 左 l
M
ql V ∑+
=
2右 1、恒载作用下梁端剪力
注：Ｍ就采用调幅前的值2、活载作用下梁端剪力
注：Ｍ就采用调幅前的值
恒载作用下梁的剪力图
活载作用下梁的剪力图
5.7柱轴力和剪力
1.恒载作用下的柱轴力剪力
（1）边柱
说明：①假定外纵墙受力荷载完全由纵梁承受。

②N
∆为本层荷载产生的轴力。

③柱重：首层：0.6×0.6×26×3.9=36.5kN
顶层：0.6×0.6×26×3.6=33.70kN
其他层：0.6×0.6×26×3.6=33.70kN
④a 顶层荷载：
女儿墙：0.9×0.24×10×6.9=14.90kN
连系梁：8.19×6.9=56.51kN
屋面荷载：5.0×0.5×6.9×5/8×0.5×6.9×2=73.39kN
Σ=140.8kN b 标准层荷载
楼面荷载：3.99×0.5×6.9×5/8×0.5×6.9×2=59.36kN
连系梁：8.19×6.9=56.51kN
墙重：6.29×3.6×（6.9-3）=88.31kN
窗： 3×0.3×2.3=2.07kN Σ=206.25kN (2) 中柱：
①.顶层荷载
屋面荷载：α=1－2×(3.6/2/4)2+(3.6/2/4.5)3=0.775
5.0×0.5×
6.9×5/8×0.5×6.9×2+5.0×3.6/2×0.775×0.5×6.9×2=98.45kN
连系梁：8.19×6.9=56.51kN
Σ=154.96N
②.标准层荷载
楼面荷载
3.99×0.5×6.9×5/8×0.5×6.9×2+3.99×7.7/2×0.775×0.5×6.9×2=141.5kN
连系梁：8.19×6.9=56.51kN
Σ=198.11kN 2.活载作用下的柱轴力剪力
活载作用下柱的轴力图
恒载作用下柱的轴力图
6 水平荷载作用下的框架内力分析
6.1 框架柱侧移刚度计算
(1) 柱线刚度：
柱采用C30混凝土，27/100.3m kN E c ⨯=，首层高度3.9m,2-6层3.6m ； 柱截面：各层600 mm ×600mm 则 I 0=1/12×bh 3=10.8×10-3m 4; K C =EI/h 2.柱的侧移刚度D ：
一般层： K =
c b K K 2∑ K
K
+=2α D=2
12h K c α 首层： K =c b K K ∑ K
K ++=25.0α D=212h K c α
层间侧移刚度的验算
∑D 1/∑D 2 =2113112/1593852=1.3﹥0.7 满足要求
6.2水平地震作用分析（底部剪力法）
本框架结构符合底部剪力法的适用范围，故采用底部剪力法计算水平地震作用。

(1) 框架自振周期计算:
用能量法计算。

用能量法计算1T 的数据过程及其结果见表
表5 用能量法计算1T 的数据
s G G T i
i
i i 58.0169.07.02221=⨯⨯=∆
∆
=∑∑ψ
1.考虑七度设防：аmax=0.08
考虑I组类别Ⅱ类场地土 Tg=0.35 S
因为T1=0.58>1.4T g=0.49 S 所以考虑顶部附加水平地震作用
底部剪力为：а1=(Tg/T1)0.9×аmax=(0.35/0.50)0.9×0.08=0.056
F Ek=а1×
G eq=0.056×0.85×63209.48=3008.77 kN
由公式 F i=(G i H i/ΣG j H j) ×F Ek×(1-δn)
δn=0.08T1+0.07=0.1164
横向框架顶点位移计算
剪力分布图见下图。

6.3验算框架层间弹性位移角
1.。