摘 要

此计算书是关于“文华学院5#教学楼”的混凝土框架结构的设计，其中包含了建筑设计和结构计算两部分，充分展示了混凝土框架结构的设计过程。

在建筑设计部分中，由建筑设计的老师首先给我们讲解了教学楼的使用功能和消防要求，然后让我们将几个建筑方案进行比对和设计，在遵循了安全、美观、经济、得体的原则下，选择和设计自己喜欢的建筑形式并最终由老师确定，最后确定了建筑材料的构造和基本施工方法。

在结构设计部分中，在老师的指导下我确定了以第2号轴的横向框架作为本次手算的基本任务。然后分别确定具体框架所承受的荷载（恒载、活载、风载、地震作用）、选取最不利组合值进行梁柱截面验算，验算合格后最终进行了梁柱、板、楼梯、基础的配筋设计计算并运用AUTOCAD软件完成各结构平面布置图纸绘制。

关键词：混凝土框架结构；抗震设计；建筑设计；结构设计；教学楼。

Abstract

This calculation book is about the design of concrete frame structure of "no. 5 teaching building of wenhua college", which includes two parts of architectural design and structural calculation, fully showing the design process of concrete frame structure.

In the architectural design part, first of all to us by the architectural design of teacher the use function of the teaching building and fire control requirements, and then let us to compare the several architectural plan and design, following a safe, beautiful, economy, under the principle of appropriate choice and design their own architectural form and eventually be determined by the teacher, finally determine the structure of the building materials and the basic construction method.

In the structural design part, under the guidance of the teacher, I determined the horizontal frame of the second axis as the basic task of this manual calculation. Then determine the load (constant load, live load, wind load, earthquake action) borne by the specific frame, select the most adverse combination value for the beam and column section checking, checking qualified finally carried out the beam and column, plate, stairs, foundation reinforcement design calculation and use AUTOCAD software to complete the layout drawings of each structure.

Keywords: Concrete frame Structure; Seismic design; Architectural design; Structural design; The teaching building.

目 录

目 录 10

第一章 绪论 1

1.1毕业设计的目的 1

1.2毕业设计的基本要求 1

第二章 设计总说明………………………………………………………………………...……2

1 设计简介： 2

2.1 地 面 2

2.2 楼 面 2

2.3 踢脚线 3

2.4 内 墙 3

2.6 屋 面 4

2.7 平 顶 4

2.8 油 漆 4

2.9 台 阶 4

2.10 散 水: 4

2.11 卫生间 5

3 设计内容： 5

3.1 建筑设计： 5

3.2 结构设计： 5

第三章 结构计算 8

1 设计资料： 8

1.2 工程概况： 8

1.3 设计资料： 8

2 结构布置及计算简图 9

2.1 结构布置如图2-1所示 9

2.2 计算单元选取 9

2.3 梁柱截面尺寸的确定 10

2.4 板厚的确定 11

3 恒载计算 12

3.1 屋面荷载标准值 12

3.2 楼面荷载标准值： 12

3.3 框架梁柱荷载标准值： 12

3.4 填充墙荷载标准值： 13

3.5 门窗荷载标准值： 13

3.6 楼梯荷载的标准值： 13

4 活荷载计算 14

5 楼层荷载汇总 14

5.1 顶层荷载： 14

5.2 二至四层荷载： 15

5.3 一层荷载： 16

6 地震作用 17

6.1 横向框架侧移刚度计算 17

6.2 横向框架自振周期计算 21

6.3 横向框架水平地震作用 21

6.4 变形验算： 22

6.5横向框架②轴柱端弯矩计算 24

6.6 地震作用下的内力分析 24

7 横向框架风荷载用下的内力分析 28

7.1横向框架风荷载作用下的水平位移验算 30

7.2 横向框架风荷载作用下的内力计算 32

8 竖向荷载作用下横向框架内力计算 37

8.1计算单元 37

8.2 荷载计算 37

8.3 各层结点弯矩计算 40

8.5 横向框架的弯矩用二次分配法进行弯矩分配 42

9 横向框架内力组合 55

9.1 截面内力值计算 55

9.2 内力组合 56

10 截面设计 58

10.1框架梁 58

10.2 框架柱 66

10.3 现浇板 72

10.4 次梁 77

11 楼梯设计 79

11.1 楼梯板计算 79

11.3 平台梁设计 81

12 地基基础设计 82

12.1 地基变形验算 82

12.2 柱下基础设计 82

12.3地基梁设计 90

第四章 结 论 91

致 谢 91

参考文献 92

第一章 绪论

1.1毕业设计的目的

培养学生综合应用所学基础理论和专业知识，解决一般工程技术问题的能力，进一步提高和训练学生的工程制图、理论分析、结构设计、施工方案设计、计算机应用和外文阅读能力。通过毕业设计，使学生对一般土木工程的土建设计与施工内容、施工全过程有比较全面的了解，熟悉有关规范、规程、手册、和工具书，为今后独立工作打下基础。毕业设计应强调理论联系实际，提高学生分析、解决工程实际问题的能力，注意培养学生踏实、细致、严格、认真和吃苦耐劳的工作作风。

1.2毕业设计的基本要求

建筑部分：

(1）建筑总说明：包括各部分建筑构造的做法，材料规格及色彩，使用的标准及通用图集，防火与防盗措施。

(2)建筑平面图：包括底层平面图、标准层平面图、屋顶（排水）平面图（1:100）。

(3)建筑立面图：根据建筑形式，设计出主要立面及侧立面。对较复杂的民用建筑，四个立面均应表示。 （1:100）

(4)建筑剖面图：至少应表示1~2个在设计中较复杂位置（如楼梯等位置）的横剖面或纵剖面图。 （1:100）

结构部分：

(1)结构设计说明包括各种材料的强度等级，各构件钢筋的构造要求，图纸未能交待清楚或未作交待的有关构造处理及施工说明。

(2)结构平面布置包括底层、标准层结构平面布置和屋面结构平面布置。

(3)框架、梁板柱、一榀框架的配筋图（1:100）。

(4)楼梯梁式楼梯或板式楼梯及休息平台的配筋图（1:100）。

第二章 设计总说明

1 设计简介：

本设计为五层教学楼，按照设计要求与规范，此建筑坐北朝南，此建筑采用质量较高的建筑材料，主体采用了混凝土材料，外墙采用乳胶漆，美观大方。

此建筑采用“一”字形框架结构，顶层有女儿墙，使整个建筑不枯燥单调，教学楼出入口位于南面，东西两侧也各有一个出口，楼梯位于北侧，且两端有出入口，使其有合理的布局，使得此建筑有良好的教学环境，体现了适合教学的这一特点。

2 建筑做法：

根据建筑《苏J01－2005》《房屋建筑学》等资料采用以下建筑做法：

• 1. 地 面：水磨石地面

10厚水磨石面层

素水泥浆结合层一道

15厚1：3水泥沙浆找平层

40厚C20细石混凝土

防水层：冷底子油一道，二毡三油

防潮层：绿豆砂子一层热沥青粘牢

20厚1：3水泥沙浆找平层

60厚C15混凝土

100厚碎石或碎砖夯实

素土夯实

• 1. 楼 面：水磨石楼面

10厚水磨石面层

素水泥浆结合层一道

30厚C20细石混凝土

防水层：聚氨酯二遍涂膜，厚1.2

20厚1:3水泥砂浆找平层，现浇钢筋混凝土楼面

• 1. 踢脚线：地砖踢脚

8厚地砖素水泥浆擦缝

5厚1：1水泥细砂结合层

12厚1：3水泥砂浆打底

界面处理剂一道

• 1. 内 墙：乳胶漆外墙

刷乳胶漆

5厚1：0.3：3石灰膏砂浆水泥粉面

12厚1：1：6水泥石灰砂浆打底

界面处理剂一道

2.5 外 墙：涂料外墙面

刷外墙涂料

6厚1：2.5水泥砂浆粉面

12厚1：3水泥砂浆打底

刷界面处理剂一道

• 1. 屋 面：高聚物改性沥青卷材防水屋面

铺上防滑面砖，干水泥擦缝

30厚C20细石混凝土

三毡四油

隔离层：高分子防水卷材一层

20厚1：3水泥砂浆找平层，现浇钢筋混凝土屋面板

40厚焦渣

80厚矿渣水泥

• 1. 平 顶：喷涂顶棚 （现浇混凝土）

3厚麻刀灰粉面

8厚1：0.3：3水泥石灰膏粉面

素水泥浆一道

现浇钢筋混凝土

• 1. 油 漆： 乳胶漆

乳胶漆二度

满刮腻子二道

刷稀释乳胶漆一度

• 1. 台 阶： 防滑砖台阶

10厚防滑地砖（带防滑条），干水泥擦缝

8厚1：1水泥细砂浆结合层

20厚1：3水泥砂浆找平层

素水泥砂浆结合层一道

70厚C15混凝土台阶面向外坡1%

200厚碎石，灌1：5水泥砂浆

用素土夯实

• 1. 散 水: 细石混凝土散水

40厚C20细石混凝土，撒1:2水泥黄砂压实抹光

120厚碎石垫层

用素土夯实，向外坡4%

• 1. 卫生间：地砖楼面（带防水层）

8-10厚地砖楼面，干水泥擦缝

5厚1:1水泥细砂浆结合层

30厚C20细石混凝土

防水层：聚氨酯二遍涂膜，厚1.2

20厚1：3水泥砂浆找平层

现捣制钢筋混凝土楼板

3 设计内容：

3.1 建筑设计：

此建筑采用的是现浇混凝土框架结构，层数为5层，五层均为教室，分为大小教室，大教室面积为77.76m²,小教室面积为51.85m²。第一层层高为4.2m，其余层高为3.9m，共五层, 室内外高差为0.45m，平屋顶。

在建筑设计阶段，通过收集各种优秀的设计方案，同时对相关建筑物的实地考察，形成一定的设计概念，然后在对相关规范进行认真学习的基础之上做了初步建筑方案设计。在建筑老师的指导下，进行了反复修改，并最终在计算机上绘制了详图，达到正确美观的效果。

3.2 结构设计：

在结构设计阶段，可以采用力矩分配法和分层法对竖向荷载作用下的框架结构进行内力计算；在水平荷载作用下的内力计算可采用D值法，用电算进行计算，手算校核。在进行大量数据处理时，可采用Excel表格进行计算，提高工作效率。通过计算使用Auto-CAD绘制结构详图、施工图、编写施工说明。

3.2.1 结构计算主要包括以下几个步骤：

结构布置、柱网布置、计算简图和梁、柱截面尺寸板厚的确定：

1、梁截面尺寸的确定：主梁高为跨度的1/2-1/3，次梁高为跨度的1/18-1/12，梁的宽度取梁高的1/3-1/2。

2、柱截面尺寸的确定：通过轴压比来确定柱子的截面尺寸。

3、板厚取120mm。

4、计算单元选取：取轴线一榀框架为计算单元。

3.2.2 水平荷载计算：地震作用和风荷载内力计算

1、地震作用内力计算：

根据荷载规范计算各楼层的自重，计算梁和柱的线刚度，在框架结构内力与位移计算中，现浇楼面可视作框架梁的有效翼缘，框架的边梁惯性矩取矩形梁的1.5倍，框架中梁惯性矩取矩形梁的2倍。在地震荷载作用下，用顶点位移法计算结构的自震周期，按底部剪力法计算横向各层等效地震力，根据计算结果，必须考虑顶部附加水平地震作用力的影响。楼层弹性位移及验算。

2、风荷载作用内力计算：

先确定一系列系数的取值。对于本框架结构基本风压值不需调整。由于本建筑物总高度小于30米，对于横向框架：H/Bgt;1.5，沿房屋高度在一定范围内变化，故需考虑风压脉动系数的影风压高度变化系数，按B类地区用插入法根据各层离地面高度查表算出；对于纵向框架：H/Blt;1.5，因此风振系数取1.0。风载体形系数按矩形结构，迎风面取0.8，背风面取-0.5，总体形系数。其余同地震荷载计算。

3.2.3 竖向荷载计算：恒载和活载计算。

恒载由构件自重、装修等材料的重量，按一定的传力途径计算出框架的横梁上的线荷载及柱上的集中力，求出梁的固端弯矩，然后用弯矩分配法计算梁、柱的弯矩，用弯矩分配法时采用分层法计算各层弯矩，再进行叠加，求出最后平衡弯矩，再由平衡条件求出梁柱剪力和轴力。活载计算过程与恒载相同。

3.2.4 内力调整：

支座的弯矩和剪力设计值，应取支座边缘的数值，同时，梁两端支座截面常是最大负弯矩及最大剪力作用处。在水平荷载作用下，端截面还有正弯矩，而跨中控制截面常是最大正弯矩作用处。

根据弯矩图可知，柱的最大弯矩值出现在柱两端，剪力和轴力值在同一楼层内变化很小，因此，柱的设计控制截面为上、下两端截面，即梁的上、下边缘。所以，在轴线处的计算内力也要换算成梁的上、下边缘处的柱截面内力。

3.2.5 内力组合：

考虑五种荷载组合：（注：重力载＝恒载 0.5活载）

1、1.2恒载 1.4活载；

2、1.35恒载 0.98活载

3、1.2恒载 1.4风载；

4、1.2恒载 0.9×（1.4活载 1.4风载）；

5、γRE（1.2重力载 1.3地震荷载）；

框架横梁的控制截面是支座截面和跨中截面，支座处一般产生-Mmax和Vmax，跨中产生Mmax。柱的控制截面在柱的上、下端。恒载、活载、风载和地震荷载都分别按各自规律布置进行内力分析，恒载，活载取支座上部弯矩为负，下部弯矩为正；风载、地震荷载均考虑左右两个方向，然后取出各个构件控制截面处的内力，最后在若干组不利内力中选取几组最不利的内力作为构件截面的设计内力。

3.2.6 梁、柱、板、楼梯及基础的配筋：

1、梁的配筋计算中，分为正截面计算和斜截面计算。正截面计算主要是取梁端最大负弯矩、跨中最大正弯矩来配梁的纵筋。斜截面计算主要是取梁端最大剪力来配梁的箍筋，同时考虑地震剪力的影响。梁端箍筋加密区也要按构造要求来配置。

2、柱的正截面计算中。柱的弯矩和轴力组合共考虑了三种组合，即|M|max及相应的N；Nmax及相应的M; Nmin及相应的M。但大多数情况下这几种组合都有一至二组重合，所以一般情况下，最不利组合只有一至两种，取配筋最大的为最终配筋依据。

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