摘 要

本设计为河南洛阳某大学教学楼的设计,该教学楼28.6m，总建筑面积约为6000m²。

本设计主要包括建筑设计和结构设计两部分。建筑设计的内容有：平面设计、立面设计及剖面设计。结构设计的内容有：结构选型，梁、柱、板等构件尺寸的确定，重力荷载和水平荷载的计算，竖向和水平荷载作用下框架结构的内力计算，内力组合及梁、板、柱截面设计、楼梯计算和基础设计。其中，基础设计又包括基础选择、基础平面布置、地基承载力计算等。

在完成毕业设计的过程中，我事先准备好了一些土木专业的相关规范和图集以备随时查验，在设计过程中一有问题就去寻找规范上的答案，做到设计的安全性要求以及其他方面的考虑，设计过程中所用到的公式和方法都也来自规范，并且我结合了之前学习的相关专业知识。

关键词：混凝土结构 框架结构 结构计算 内力分析 截面设计

Abstract

This design is the design of a university teaching building in Luoyang, Henan Province. The teaching building is 28.6m and the total construction area is about 6000m².

This design mainly includes two parts: architectural design and structural design. The contents of architectural design include: graphic design, facade design and section design. Structural design includes: structural selection, determination of component sizes such as beams, columns, and plates, calculation of gravity and horizontal loads, calculation of internal forces of frame structures under vertical and horizontal loads, internal force combinations, and beams, plates, and columns. Section design, stair calculations and basic design. Among them, the basic design includes basic selection, basic plane layout, foundation bearing capacity calculation.

During the process, I strictly followed the relevant professional specifications and related regulations. The calculation methods used in the design process were based on relevant specifications or atlases and other reference books.

Keywords:concrete construction,frame structure,structural calculation,internal force analysis, section design.

目录

第1章 绪论 1

1.1 工程概况 1

1.2 设计主要依据 1

1.3 结构方案设计及结构布置 1

1.4 构件材料选择 1

1.5 荷载种类 2

1.6 抗震变形验算 2

1.7 内力计算步骤及组合 2

1.7.1 竖向荷载下的内力计算步骤 2

1.7.2 水平荷载下的内力计算步骤 2

1.7.3 内力组合方法 3

1.8 基础选型 3

第2章 梁、柱截面尺寸及计算简图 4

2.1 结构平面布置图 4

2.2 梁、柱截面尺寸的估算 5

2.3 基础选型与埋置深度 6

2.4 框架计算简图 6

第3章 框架结构侧向刚度计算 7

3.1 框架梁、柱线刚度计算 7

3.2 框架侧向刚度计算 7

第4章 重力荷载及水平荷载计算 9

4.1 重力荷载计算 9

4.1.1 屋面及楼面的永久荷载标准值 9

4.1.2 屋面及楼面的可变荷载标准值 9

4.1.3 梁、柱、墙、门、窗等重力荷载计算 9

4.2 重力荷载代表值 11

4.2.1 底层重力荷载代表值 11

4.2.2 二层重力荷载代表值 11

4.2.3 三、四、五层重力荷载代表值 12

4.2.4 顶层重力荷载代表值 12

4.3 水平地震作用计算及剪重比验算 13

4.3.1 自振周期 13

4.3.2 水平地震作用计算及剪重比验算 13

4.4 风荷载计算 15

第5章 水平荷载作用下框架结构分析 17

第6章 竖向荷载作用下框架结构内力分析 29

6.1 计算单元及计算简图 29

6.2 竖向荷载计算 30

6.2.1 恒载计算 30

6.2.2 活载计算 32

6.3 内力计算 33

6.3.1 计算杆端弯矩分配系数 33

6.3.2 计算杆件固端弯矩 33

6.3.3 计算杆端弯矩 34

6.3.4 计算跨中弯矩 39

6.3.5 梁端剪力及柱轴力计算 41

第7章 内力组合 49

7.1 弯矩调幅 49

7.2 内力调整 51

7.2.1 恒载作用下 51

7.2.2 活载作用下 51

7.2.3 地震作用下 52

7.2.4 风荷载作用下 52

7.3 梁控制截面的内力组合 54

7.4 柱控制截面的内力组合 62

第8章 梁、柱、板截面设计 68

8.1 梁截面设计 68

8.1.1 梁正截面受压承载力计算 68

8.1.2 梁斜截面受剪承载力计算 71

8.1.3 梁裂缝验算 71

8.2 柱截面设计 73

8.2.1 柱正截面受压承载力计算 73

8.2.2 柱斜截面受剪承载力计算 75

8.3 框架梁柱节点核心区截面抗震验算 78

8.4 板截面设计 79

8.4.1 楼面板设计 79

第9章 楼梯计算 81

9.1 楼梯梯段斜板设计 82

9.1.1 荷载计算 82

9.1.2 截面设计 82

9.2 平台板设计 83

9.2.1 荷载计算 83

9.2.2 截面设计 83

9.3 平台梁设计 84

9.3.1 荷载计算 84

9.3.2 截面设计 84

9.4 构造措施 85

9.4.1 锚固长度 85

9.4.2 平台梁构造 85

第10章 基础计算 86

10.1 基础梁设计 86

10.2 C 柱独立基础设计 86

10.2.1 荷载计算 86

10.2.2 基础地面尺寸的确定 87

10.2.3 基础立面尺寸的确定 87

10.2.4 基础高度 87

10.2.5 基础配筋的计算 88

10.3 D、E双柱联合基础设计 89

10.3.1 荷载计算 89

10.3.2 双柱联合基础尺寸的确定 90

10.3.3 双柱联合基础内力计算 90

10.3.4 双柱联合基础高度验算 90

10.3.5 基础配筋的计算 91

结论 92

参考文献 93

致谢 94

第1章 绪论

1.1 工程概况

1.2 设计主要依据

a) 国家及河南省现行的有关土木工程设计规范、图集。

b) 本工程符合上级各项规定要求及甲方房地产公司的要求。

c) 本工程的荷载严格按照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）执行。

1.3 结构方案设计及结构布置

钢筋混凝土框架结构是由梁、柱通过节点联结组成的体系，用来承受水平荷载和竖向荷载的结构，墙体起保护和阻断隔作用。框架结构能够广泛应用于各种民用以及特殊建筑中，可以使建筑平面布置得相对简便、灵活。所以这次设计的河南省洛阳市某大学教学楼采用的是钢筋混凝土框架结构。

框架结构有纵向承重布置、横向承重布置、双向承重布置三种常用的结构布置方法。这次毕业设计的任务中对于教学楼我采用横向承重方案，这应该能够在某种程度上弥补教学楼横向与纵向刚度相差较大的缺点，从而使得结构更加稳定可靠。

1.4构件材料选择

考虑到强柱弱梁,施工顺序（在现场浇筑混凝土时，通常将梁、板一起整现浇筑，柱单独浇筑）等因素，拟选构件材料如下：

1.5 荷载种类

通常作用在多层框架结构上的荷载由永久荷载、可变荷载中的活荷载（包括了风荷载和雪荷载）、地震作用（一般满足抗震设计要求）组成。地震作用计算方法按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第 5.1.2 条规定进行，对建筑高度不超过 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。

1.6 抗震变形验算

多遇地震作用下的多层框架结构楼层内最大的弹性层间位移应符合下式要求：

式中-弹性层间位移角限值，对于钢筋混凝土框架取1/550；

1.7 内力计算方法及组合

结构设计时，需要计算各单项作用下的结构内力，然后根据相关规范的有关条款进行各种内力组合，将结果作为配筋的依据。多层框架结构在竖向荷载作用下的手算方法通常采用力矩分配法，水平荷载作用下采用 D 值法。

1.7.1 竖向荷载下的内力计算方法

1.根据楼盖结构的平面布置，将竖向荷载传递给每榀框架2.然后采用力矩分配法计算各单元的内力，然后再将各单元的内力进行累加；横梁因为在梁端产生塑性铰而进行弯矩调幅，按两端固定进行计算。

1.7.2 水平荷载下的内力计算步骤

1.D值法计算出框架的层间剪力2.根据各柱的刚度比将作用在每一层上的剪力进行分配3.计算出各柱的剪力4.再求出柱端的弯矩5.利用平衡求出梁端弯矩。

1.7.3 内力组合方法

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 活荷载（3）恒荷载 地震作用 活荷载

第二：控制截面及最不利内力。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。

框架梁控制截面及最不利内力为：支座截面，-M_max,V_max,跨中截面,M_max。

框架柱控制截面为每层上、下截面，每层截面组合：Mmax及相应的 N、V，Nmax 及相应的M、V,N_min 及相应的 M、V。

1.8基础选型

河南省洛阳市某大学教学楼采用钢筋混凝土框架结构，根据地质条件，拟采用柱下独立基础，在特殊情况下，比如两个基础相邻太近的时候，根据要求规范，适当采取双柱联合基础，以此来减少施工困难。

第2章 梁、柱截面尺寸及计算简图

2.1结构平面布置图

2.2梁、柱截面尺寸的估算

据该设计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，主体结构共6层，属多层建筑，层高均为4.2m。女儿墙高1.4m，室内外高差为0.45m。

填充墙为加气混凝土砌块。外墙厚200mm,内墙厚200mm。门为铝合金门，窗为铝合金窗。

楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土梁板结构，考虑次梁作用，区格板的边长比7.2/4.5=1.6＜2、9/4.6=1.96＜2,应按双向板计算。楼板厚度≥L/40=4500÷40=112.5mm, 楼板厚度取120mm。梁截面高度按梁跨度的1/12～1/8 估算，梁宽取截面高度的1/3～1/2，各层梁截面尺寸见表2.1。各楼层采用C35混凝土，C35混凝土强度设计值分别为

注：在建筑中存在挑梁，因为考虑到布置的整体性与施工方便，所以挑梁就直接由楼梯间的梁直接挑出，故b×h=250mm×400mm。

柱截面尺寸可根据柱子的轴压比限值估算。

， （2-1）

上式中N为柱轴向压力设计值，β为考虑地震作用时柱轴力增大系数，边柱取1.3，不等跨柱取1.25，等跨柱取1.2，F为按简支状态计算的柱子的负载面积。g为折算在单位面积上的重力荷载代表值（12～14KN/m2）,本设计取12KN/m²。n为验算截面以上的楼层层数，为柱子的截面面积，f_c为混凝土轴心抗力压强度设计的值。因柱选用C35混凝土，故 f_c=16.7N/mm²。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）查得本建筑的抗震等级为三级，取柱子的轴压比限值0.85，其中h_c≥300mm,b_c≥300mm。边柱和中柱的受荷面积分别为9m×3.6m、9m×5.1m。

由公式（2-1）得第一层柱截面面积为：

边柱：

中柱：

，取柱截面为正方形，尺寸则为b×h=600mm×600mm。其它层也取b×h=600mm×600mm。

2.3基础选型与埋置深度

基础选用柱下独立基础，必要时采用柱下联合基础，室内外地坪高差为0.45m。

2.4框架计算简图

取③轴上的一榀框架计算。一榀横向平面框架的计算简图如图2.2所示，取顶层柱的截面形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板底，2-6层柱计算高度即为层高，取4.2m，底层柱计算高度取至基础顶面，室内外高差为0.45m，基础顶面至室外地坪通常取0.50m，为便于计算，本设计取基础顶面至室外地坪的距离为0.55m，即h₁=4.2 0.45 0.55=5.2m。

第3章 框架结构侧向刚度计算

3.1框架梁、柱线刚度计算

框架梁线刚度计算结果见表3.1。柱线刚度，计算结果见表3.2。横向中框架梁、柱线刚度的计算结果见图3.1。

3.2框架侧向刚度计算

第一层和第二层边柱和中柱的侧向刚度计算如下：

第一层边柱：，

第一层中柱：，

第一层一榀横向中框架的总侧向刚度为：

第二层边柱：，

第二层中柱：，

第二层一榀横向中框架的总侧向刚度为：

其余各层一榀横向中框架侧向刚度计算过程从略，计算结果见表3.3。

图3.1 梁、柱线刚度（×10¹⁰N•mm）

第4章 重力荷载及水平荷载代表值

4.1重力荷载计算

4.1.1屋面及楼面的永久荷载标准值

①上人屋面：

保护层：30mm 厚细石混凝土 24×0.03=0.72KN/m²防水层：三毡四油 0.4KN/m²找平层：20mm厚1:3水泥砂浆 20×0.02=0.40KN/m²找坡层：20mm厚1:8碎渣找2%坡 20×0.03=0.60KN/m²

保温层：150mm厚水泥蛭石 5×0.15=0.75KN/m²

找坡层：20mm1:3水泥砂浆 20×0.02=0.40KN/m²

结构层：120mm厚现浇混凝土板 25×0.12=3.0KN/m²

板底抹灰：12mm 17×0.012=0.204KN/m²

合计： 6.474KN/m²

②1～5层楼面：

板面抹灰（板上20mm,板底12mm）： 0.032×17=0.55 KN/m²

120mm厚现浇混凝土板： 25×0.12=3.0KN/m²

合计： 3.55KN/m²

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