长沙市某大学教学楼建筑结构设计毕业论文
2020-02-13 10:02
摘 要
本设计为长沙市某大学教学楼建筑结构设计。本设计为五层框架结构，建筑面积约为5000m2，抗震设防烈度为6度，建筑平面、立面体型规则对称。
设计主要分为建筑设计和结构设计。建筑设计包括首层、标准层建筑平面图，屋顶排水平面图，建筑正立面、左立面，楼梯和教室处剖面图以及相关的门窗表和设计说明。结构设计包括框架设计、梁、板、柱、基础、楼梯等构件进行内力计算和配筋计算。计算书取一榀横向框架进行水平、竖向荷载作用下结构内力计算，并进行内力组合找出最不利组合，依据内力计算的结果，开展构件的配筋计算和验算。其中设计涉及到D值法、底部剪力法、二次弯矩分配法、塑性铰线法等方法。设计的主要依据国家相关设计规范和湖南省地区相关规范。
关键词：建筑设计；结构设计；内力计算；规范
Abstract
This design is the architectural structure design of a university building in Changsha City. The design is a five-story frame structure with a building area of approximately 5,000 m2 and a seismic fortification intensity of 6 degrees. The building plan and faccedil;ade are symmetrically symmetrical.
The design is mainly divided into architectural design and structural design. The building design includes the first floor, standard floor plan, roof drainage plan, building facade, left facade, stair and classroom section and associated door and window tables and design instructions. Structural design includes frame design, beam, plate, column, foundation, stair and other components for internal force calculation and reinforcement calculation. The calculation book takes a horizontal frame to calculate the internal force of the structure under the action of horizontal and vertical loads, and combines the internal forces to find the most unfavorable combination. Based on the results of internal force calculation, the calculation and verification of the reinforcement of the components are carried out. The design involves D value method, bottom shear method, secondary bending moment distribution method, plastic hinge line method and the like. The design is mainly based on relevant national design codes and relevant regulations of Hunan Province.
Key Words:architectural design；structural design；internal force calculation；code
目 录
第1章 绪论 1
1.1选题意义 1
1.2工程概况 1
1.3设计依据 1
1.4结构方案设计及结构布置 1
1.5结构缝设置 2
1.6地基与基础 2
1.7侧移控制要求 2
第2章 材料选择、构件截面尺寸和计算简图 3
2.1结构平面布置图 3
2.2材料选择 4
2.3梁、柱、板截面尺寸 4
2.3.1梁截面尺寸 4
2.2.2柱截面尺寸 4
2.2.3板截面尺寸 5
2.3基础埋深 5
2.4框架计算简图 5
第3章 框架刚度计算 7
3.1梁、柱线刚度 7
3.2框架侧向刚度 7
第4章 重力荷载和水平荷载计算 10
4.1重力荷载标准值 10
4.1.1屋面和楼面永久荷载标准值 10
4.1.2屋面和楼面可变荷载标准值 10
4.1.3梁、柱重力荷载标准值 10
4.1.4墙体重力荷载标准值 11
4.2重力荷载代表值 11
4.3水平地震作用计算 12
4.3.1结构自振周期 12
4.3.2水平地震影响系数 13
4.3.3水平地震作用标准值 13
4.4风荷载作用计算 15
第5章 水平荷载作用下框架结构分析 17
5.1水平地震作用 17
5.1.1剪重比和侧移验算 17
5.1.2内力计算 18
5.2风荷载作用 23
5.2.1侧移验算 23
5.2.2内力计算 23
第6章 竖向荷载作用下框架结构分析 27
6.1计算单元简图 27
6.2荷载计算 27
6.2.1恒载计算 27
6.2.2活载计算 30
6.3内力计算 33
6.3.1恒载内力 33
6.3.2活载内力 43
第7章 内力组合 50
7.1弯矩调幅 50
7.2内力调整 52
7.3内力组合 61
第8章 梁、柱、板截面设计 77
8.1梁截面设计 77
8.1.1内力组合和步骤 77
8.1.2设计参数 77
8.1.3配筋计算 77
8.2柱截面设计 85
8.2.1内力组合和步骤 85
8.2.2设计参数 85
8.2.3配筋计算 85
8.3双向板配筋 94
8.3.1设计参数 94
8.3.2内力计算 94
8.3.3配筋计算 95
第9章 基础设计 98
9.1设计资料 98
9.2基础梁 98
9.3 A轴柱独立基础 98
9.3.1荷载与内力计算 98
9.3.2基础底面尺寸 98
9.3.3基础立面尺寸 99
9.3.4基础配筋 100
9.4 B、C轴柱联合基础 102
9.4.1荷载计算 102
9.4.2双柱联合基础尺寸 103
9.4.3内力计算 104
9.4.4双柱联合基础高度验算 104
第10章 楼梯设计 106
10.1设计参数 106
10.2梯段板设计 106
10.3斜梁设计 107
10.4平台板设计 109
10.5平台梁设计 110
10.6构造措施 111
结论 113
参考文献 114
致 谢 115
第1章 绪论
1.1选题意义
大学教学楼是高校基础设施之一，在市场经济的发展条件下，高校的基础设计也不断增加和完善，合理的大学教学楼设计能成为学校一道靓丽的风景线，为学生和教师提供一个安静、清洁、美观、文明的环境，并有助于促进整个学校的积极发展和建设。
1.2工程概况
本工程为钢筋混凝土框架结构，填充墙采用加气混凝土砌块。设计使用年限为50年，防火等级为二级，结构安全等级为二级，基础采用独立基础，基础设计为丙级填充墙用加气混凝土。场地地势平坦，地面粗糙度：B类；；建筑安全等级为二级 地基承载力特征值fa=180kN/m2，地下水位-20m。建筑场地类型：Ⅱ类。
依据《建筑结构荷载规范》GB50009-2016，湖南长沙地区基本雪压S0=0.45kN/m2，基本风压omega;0=0.35kN/m2。
依据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（正式版），本建筑按抗震设防烈度6度第一组，设计基本地震加速度值为0.05g，抗震等级为四级。
1.3设计依据
《民用建筑设计通则》GB50352-2005 中国建筑工业出版社
《房屋建筑制图统一标准》GB/T50001-2010 中国建筑工业出版社
《建筑设计防火规范》GB50016-2014 中国建筑工业出版社
《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011 中国建筑工业出版社
《建筑结构荷载规范》GB50009-2016 中国建筑工业出版社
《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 中国建筑工业出版社
《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（正式版） 中国建筑工业出版社
《建筑结构制图标准》GB/T50105-2010 中国建筑工业出版社
《中小学校设计规范》GB50099-2011 中国建筑工业出版社
《建筑灭火器配置设计规范》GB 50140-2005 中国建筑工业出版社
《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010 中国建筑工业出版社
1.4结构方案设计及结构布置
本教学楼采用钢筋混凝土框架结构，由梁、柱通过节点连接组成的结构体系承受竖向荷载和水平荷载，墙体起围护和隔断作用，框架结构具有建筑平面布置灵活、室内空间大等优点。框架为纵横向承重，横向框架与纵向框架均设置主梁承担竖向荷载，楼板为现浇板。结构简单、规则、对称、均匀。
1.5结构缝设置
在结构的布置中，为了减小地基沉降，温度变化等造成的不利影响，通过设置变形缝来将结构分成若干单元。依据地基基础设计规范、混凝土规范、以及抗震规范要求设置伸缩缝、沉降缝和防震缝。坚持“一缝多能”原则，当需要设置多种类型的变形缝时，可以考虑将两种缝或者三种缝合并设置。
1.6地基与基础
依据地基基础设计规范规定，本教学楼地基基础设计等级定为丙级。另根据本教学楼建筑安全等级，依据规范要求可不做地基变形验算。通过安全可靠，施工简单，本教学楼横向框架中跨跨度较大，考虑到地基承载力特征值和基础埋深等条件，基础类型宜采用柱下独立基础。
1.7侧移控制要求
框架结构的抗侧刚度较小，在水平力作用下会产生较大的侧向位移。框架结构的变形分为结构弯曲变形和结构剪切变形。本教学楼设计中高宽比较小，结构的变形以剪切变形为主。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。
第2章 材料选择、构件截面尺寸和计算简图
2.1结构平面布置图
图2.1梁、柱结构布置图（单位：m）
2.2材料选择
在构件的设计中需要充分考虑强柱弱梁，而且施工顺序为梁、板一起整体浇筑，柱单独浇筑，现拟选用材料如下。
表2.1构件材料选择
|
构件名称 |
混凝土强度 |
主筋型号 |
箍筋型号 |
|
柱 |
C40 |
HRB400 |
HRB400 |
|
梁、板 |
C35 |
HRB400 |
HRB400 |
|
楼梯 |
C35 |
HRB400 |
HRB400 |
|
基础 |
C35 |
HRB400 |
HRB400 |
2.3梁、柱、板截面尺寸
2.3.1梁截面尺寸
框架梁截面高度按照梁跨度的1/12~1/8进行估算，截面宽度取截面高度的1/3~1/2，计算结果见下表。
表2.2梁截面尺寸（单位：mm）
|
梁 截 面 |
纵梁（） |
横梁（） |
|
|
尺寸 |
300times;600 |
A-B、C-D |
B-C |
|
300times;650 |
300times;450 |
||
注：框架梁截面宽度、高宽比、跨高比符合《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第11.3.5
条规定。
2.2.2柱截面尺寸
利用框架柱轴压比限值对柱的截面尺寸进行估算。且依据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（正式版）第6.3.5条以及第6.3.6条规定，查得大学教学楼为丙级建筑物，建筑高度小于24m，跨度大于18m，抗震等级按规定查规范得为四级，柱轴压比限值为0.90，矩形截面柱高度和宽度不宜小于400mm。
，
式中: Ac—柱截面面积；
N—地震作用组合下柱的轴向压力设计值；
fc—混凝土轴心抗压强度设计值；
—柱轴压比限值；
—考虑地震作用组合后柱的轴向压力增大系数，边柱取1.3，等跨内柱取
1.2，不等跨内柱取1.25；
A—柱的负载面积；
—折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近似取12-14kN/m2；
—演算截面以上楼层层数。
混凝土强度等级按《混凝土结构设计规范》GB50010-2010取用C40，查得fnof;c=19.1N/mm2，fnof;t=1.71N/mm2，gE取14kN/m2。
由公式计算第一层柱截面面积：
边柱：
中柱：
综合考虑，可选取柱的截面尺寸为
。
2.2.3板截面尺寸
本设计中梁板柱均采用现浇钢筋混凝土结构，其中板的型号有两种，区格板的边长之比7800/4500=1.73lt;2，4500/2700=1.67lt;2，依据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第9.1.2条规定，各板应该按照双向板计算，板厚不小于跨度的1/40，4500/40=112.5mm，2700/40=67.5mm, 为方便施工,各层板厚统一120mm。
2.3基础埋深
柱下独立基础，基础埋深2.0m（自室内地坪算起），其中基础高度为1.0m，室内外地坪高差为0.45m。
2.4框架计算简图
选取一榀横向框架计算，⑥轴横向平面框架计算简图如图2.2所示。2~5层柱计算高度为3.6m；1层柱计算高度取至基础顶面至标高 3.600处，即3.6 1.8-0.8=4.6m。
