沈阳市英才小学综合教学楼建筑结构设计计算书

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1、 辽宁科技大学本科生毕业设计 第33页沈阳市英才小学综合教学楼建筑结构设计摘 要本设计是沈阳市英才小学综合教学楼建筑结构设计。本设计采用钢筋混凝土框架结构。柱网布置为4.5m6.0m，层高为3.6m局部层高3.0m。总高为15.2m，总长为77.92m，总宽度为33.34m，总建筑面积4720平方米。设有18个普通教室和多功能教室、微机室等辅助教学房间及行政办公用房，采用单内廊式平面组合。初定梁、柱截面尺寸，楼板的厚度，并验算是否满足刚度要求，进行重力荷载计算，水平地震作用下的框架的内力分析，水平风荷载作用下框架的内力分析，竖向荷载作用下横向框架结构的内力分析，竖向荷载作用下横向框架结构的内力

2、计算，横向框架内力组合，选择最不利的组合对梁、板、柱、基础进行配筋计算，设计中遵循强柱弱梁，强剪弱弯的设计理念,并对楼梯进行配筋计算等。关键词：教学楼；柱网布置；框架结构；内力组合；配筋计算The architectural and structural design of YingCai middle school one of teaching buildings in ShenYangAbstractThis design is about one middle school teaching building in ShenYang. The layout of the columns

3、 is 4.5m6.0m.The height of every floor is 3.6m. And the total height of the building is 15.2m.The total length is 77.92m and total width is 33.34m with a total floor space of 4720 square meters. There are 18 ordinary teaching room,and voice teaching rooms,computer rooms,assistant teaching rooms.The

4、building is designed by shaped and middle corrider type plane. Firstly I mainly assured the size of beam and column, the thickness of the floors. Then, I checked the desgin whether satisfy the rigidity or not. And then I calculated gravity load, under horizontal seismic of the internal forces of fra

5、mework, under wind load of the internal forces of framework, horizontal framework structure of the internal forces under vertical load. And then, I did the combination of internal force of horizontal framework and assured the reinforcement of beams, columns, floors and foundations by the most disadv

6、antage combination of internal force. Follow the weak roof beam of strong post in the design, cut the weak and curved design idea strongly,at the same time I did the calculation of the stairs, rain shelter and so on.Keywords: teaching building，arrangement of columns，framework，combination of internal

7、 force， calculation of reinforcement目 录1.绪论11.1 设计理念11.2混凝土的组成与分类11.3混凝土的优点及缺点21.4混凝土的发展22.建筑设计42.1建筑设计总说明42.2设计原始数据42.3平面设计42.4立面设计52.5剖面设计52.6建筑做法52.7一些主要构造的做法53.结构设计83.1结构设计说明83.1.1设计依据83.1.2自然条件83.1.3设计荷载83.1.4一般说明93.1.5各部分结构构件材料强度等级93.1.6结构抗震等级93.2结构设计与计算93.2.1框架结构布置103.2.2估算板、梁、柱的截面尺寸.103.2.3板

8、的厚度h的确定103.2.4梁的截面尺寸103.2.5柱的截面尺寸确定113.3基本假定与计算简图123.3.1基本假定123.3.2计算简图123.4重力荷载计算133.4.1屋面及楼面的恒荷载标准值（面荷载）133.4.2屋面及楼面活荷载标准值（面荷载）143.4.3各层柱荷载汇总143.4.4各层梁.柱自重标准值汇总153.4.5各层门、窗自重汇总163.4.6各层墙体自重汇总163.4.7各层恒荷载标准值汇总183.5水平地震作用下框架的内力分析 7193.5.1重力荷载代表值193.5.2横向框架梁、柱的线刚度203.5.3横向框架柱侧移刚度D值213.5.4横向水平地震作用计算24

9、3.5.5横向水平地震作用下的侧移计算263.5.6横向水平地震作用下的框架内力计算273.6水平风荷载作用下框架的内力分析343.6.1水平风荷载标准值343.6.2水平风荷载作用下水平位移验算343.6.3横向水平风荷载作用下的框架内力计算353.7竖向荷载作用下横向框架结构的内力计算423.7.1计算单元的选取423.7.2荷载计算423.7.3竖向恒荷载计算443.7.4梁端、柱端弯矩的计算513.7.5竖向荷载作用下梁端剪力、柱轴力的计算633.8 横向框架内力组合703.8.1结构抗震等级703.8.2横向框架梁内力组合703.8.3 横向框架柱内力组合843.9楼板设计893.9

10、.1荷载设计值903.9.2计算跨度903.9.3内力计算903.9.4板的配筋计算913.10梁柱设计933.10.1框架横梁933.10.2框架柱983.11楼梯设计 81063.11.1设计资料1063.11.2梯段的计算1063.11.3斜板设计1063.11.4平台板的设计1083.11.5平台梁设计1093.12基础设计 61103.12.1边柱柱下独立基础.1103.12.2中柱柱下独立基础.1153.13 雨篷的设计1203.13.1 确定雨篷模板尺寸1203.13.2 雨篷板的计算1203.13.3 雨篷梁的计算121结 论125致 谢126参考文献127附录 专题1281.

11、绪论1.1 设计理念本设计设计题目是“沈阳市英才小学综合教学楼的建筑与结构设计”，根据辽宁科技大学资源与土木工程学院下发的12届毕业生，综合教学楼组毕业设计任务书。本设计总建筑面积4720平方米，建筑总高度15.2米，分四层，层高3.6米，柱网4.56.0米。根据功能被分成两个部分即教学部分和行政部分。此综合教学楼设计就采用钢筋混凝土框架结构。钢筋混凝土框架结构做为常用的结构形式之一，其结构体系的特点为：1、建筑平面布置灵活，使用空间大。2、延性及抗震性能较好。3、整体侧向刚度较小，水平力作用下侧向变形较大（呈剪切型）。所以建筑高度受到限制。4、非结构构件破坏比较严重。框架结构是现代建筑的主要

12、结构形式。框架结构使用的主要材料是的钢筋混凝土，钢筋混凝土是以混凝土材料为主，并根据需要配置受力的钢筋、分布筋、箍筋，弯起筋等。框架结构是由梁，柱，节点及基础组成的一种结构形式。框架结构按照结构布置的不同，主要分为横向框架承重，纵向框架承重及双向承重三种方案。横向框架承重方案中，竖向荷载主要由横向框架承担，楼板为预制时应沿横向布置，楼板为现浇时一般设次梁将荷载传至横向框架。横向框架还要承受横向的水平地震作用。在纵向框架承重方案中，竖向荷载主要由纵向框架承担，预制楼板布置方式和次梁设置方向与横向承重框架相反。双向承重方案纵横向均为主要受力方向。钢筋混凝土结构充分利用了钢筋、混凝土间能够协同工作的

13、机理，用抗拉强度很高的钢筋来协助混凝土抵抗拉应力，大大提高了混凝土结构的抗拉强度。1.2混凝土的组成与分类混凝土是由胶凝材料、骨料和水（有些品种的混凝土中可不加水），按适当的比例拌和而成的混合物，经一定时间后硬化而成的人造石材，简写为“砼”。混凝土按所用胶凝材料分为水泥混凝土、石膏混凝土、沥青混凝土、聚合物混凝土等。1、水泥混凝土又称普通混凝土（简称为混凝土），是由水泥、砂、石和水所组成，另外还常加入适量的掺合料和外加剂。在混凝土中，砂、石起骨架作用，称为骨料；水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹在骨料表面并填充其空隙。在硬化前，水泥浆起润滑作用，赋予拌合物一定的和易性，便于施工。水泥浆硬化后，则将

14、骨料胶结为一个坚实的整体。 2、钢筋混凝土（简称RC），是经由水泥、粒料级配、加水拌和而成混凝土，在其中加入一些抗拉钢筋，在经过一段时间的养护，达到建筑设计所需的强度。它应该是人类最早开发使用的复合型材料之一。1.3混凝土的优点及缺点混凝土之所以被广泛应用于建筑业，是因为它具有很多优点。 1、原材料来源广造价低 2、可塑性好 3、可调配性好 4、抗压强度高。混凝土的抗压强度一般为2040Mpa，有的可高达80120 Mpa，适合做结构材料。 5、与钢筋的共同工作性好。混凝土热膨胀系数与钢筋相近，受力特点可以互补，且与钢筋的粘结力较强，可制成钢筋混凝土，扩大应用范围。 6、耐久性好。混凝土一般不

15、需要维护、维修及保养。 7、耐火性好。混凝土的耐火性远比木材、钢材、塑料等好，可经数小时高温作用仍保持其力学性质。但普通混凝土也有不足之处，如自重大，比强度小（单位重量的强度）；抗拉强度低，脆性大；受拉时抗变形能力小、容易开裂；导热系数大，保温隔热性差；硬化较慢，生产周期长等。 钢筋和混凝土是两种全然不同的建筑材料，钢筋的比重大，不仅可以承受压力，也可以承受张力；然而，它的造价高，保温性能很差。而混凝土的比重比较小，它能承受压力，但不能承受张力；它的价格比较便宜，但是却不坚固。而钢筋混凝土的诞生，解决了这两者的缺陷问题，并且保留了它们原来的优点，使得钢筋混凝土成为现代建筑物建造的首选材料。1.

16、4混凝土的发展1、1824年英国人阿斯普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐水泥2、年法国人朗姆波(L.Lambot)制造了第一只钢筋混凝土小船3、1872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋4、混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅150多年。5、与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并不长，但发展非常迅速，目前混凝土结构已成为土木工程结构中最主要的结构，而且高性能混凝土和新型混凝土结构形式还在不断发展。（1）第一阶段钢筋混凝土发明至本世纪初从钢筋混凝土的发明至本世纪初，钢筋和混凝土的强度都比较低，主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等构件。计算理论：结构内力和构件截面计算均套用弹性理论，采用

17、容许应力设计方法。（2）第二阶段从20世纪20年代到第二次世界战争前后1928年法国杰出的土木工程师E.Freyssnet发明了预应力混凝土，可以用来建造大跨度结构。计算理论：前苏联著名的混凝土结构专家格沃兹捷夫开始考虑混凝土塑性性能的破损阶段设计法，50年代又提出更为合理的极限状态设计法，奠定了现代钢筋混凝土结构的基本计算理论。（3）第三阶段：第二次世界战争以后至今二战以后到现在，随着建设速度加快，对材料性能和施工技术提出更高要求，出现装配式钢筋混凝土结构、泵送商品混凝土等工业化生产技术。高强混凝土和高强钢筋的发展、计算机的采用和先进施工机械设备的发明，建造了一大批超高层建筑、大跨度桥梁、特

18、长跨海隧道、高耸结构等大型工程，成为现代土木工程的标志。2.建筑设计2.1建筑设计总说明本设计是根据辽宁科技大学资源与土木工程学院土木专业毕业设计题目中的教学楼组的任务书的要求进行设计的。此设计采用钢筋混凝土框架结构，墙体材料为普通灰沙砖和水泥空心砖，七度抗震设防（一般学校应该按照八度设防，但如果刚度分布均匀可按七度设防），属于三级框架，乙类建筑。2.2设计原始数据1场地：沈阳市近郊2耐久年限：50年 3防火等级：二级4自然条件：（1） 最大冻结深度：1.2（2）工程相对标高0.000（室内地坪）相当于绝对标高27.5。（3）相对地下水位-5.22（最高），-6.12（最低）。（4）本地区抗震

19、设计烈度为七度。（5）本地区最高月平均气温24.6，极端历史高温39；本地区最低月平均气温-14.8，极端历史低温-35。（6）风向：夏季主导风向为南风，冬季主导风向为西北风。（7）基本风压值：W=0.50（8）基本雪压值：S=0.50（9）据建设部下发最新文件楼顶不设置水箱，城市生活用管网水头为0.26mP,足够生活用水压，消防用水采用室外消防水池。（10）利用附近锅炉房的集中供暖，不再单独设置。2.3平面设计本综合教学楼采用平面形状为L形，采用单内廊式的平面组合形式，房间布置在走廊两侧，房间的开间为4.5m，进深为6.0m，走廊宽为2.7m，教学楼总长为77.92m，主教学楼总宽14.7m

20、。根据设计任务书的要求，本教学楼共设了普通教室18间，教师办公室15间，党政办公室13间，史地教室、自然实验室，多功能教室，音乐教室、体育器材室、微机室、教师阅览室、学生阅览室各1间、合班教室1间，每层均设有男女厕所，厕所均设有前室。教学楼内设置楼梯三部，其中门梯的进深为6.0m，两端部楼梯的开间为3.0 m，楼梯的踏步尺寸为，梯段净宽为2760mm，不小于1.1 m，满足通行和防火的要求。2.4立面设计本设计为一栋四层的建筑，层高为3.04.4。采用主附体相结合，做到协调统一，立面造型上有很好的节奏感，再配上装饰和线条的划分，给人以美观、新颖、和谐、的特点。2.5剖面设计给人以整体的楼梯立面

21、感觉，踏步的布置与层高要求的关系，还能使室内外高差的变化一目了然。2.6建筑做法梁板混凝土采用C25，柱混凝土采用C25，钢筋主筋采用HRB335级钢筋；板、箍筋采用HPB300级钢筋，一层外墙墙体采用MU15普通灰砂砖，其他墙体采用MU10水泥空心砖，女儿墙采用MU15矿渣砖，砌筑砂浆采用M5混合砂浆。2.7一些主要构造的做法1屋面（从上到下）： 20厚细石混凝土保护层SBS屋面防水（改性沥青）20厚1：3的水泥砂浆找平层 2%的水泥炉渣（找坡）最薄处20，最厚处170 20mm厚苯板 100钢筋混凝土板 20厚混合砂浆天棚抹底2楼面（从上到下）： 10厚地砖 1：3的20厚水泥砂浆找平层

22、100钢筋混凝土板 20厚混合砂浆天棚抹底 3墙体： 外内墙厚度分别为370、240。一层内外墙墙体采用普通灰砂砖，其他墙体采用水泥空心砖，女儿墙采用MU15矿渣砖。外墙装饰：彩色涂料涂面。内墙装饰：乳胶漆墙面，用于走廊，楼梯间；釉面砖墙面，用于卫生间；水泥砂浆粉刷，用于踢脚线暗柱。4厕所（从上到下）： 白色面砖20厚1：3水泥砂浆找平层30厚细石混泥土二毡三油防水层冷底子油一道20厚1：3水泥砂浆表面压光100厚现浇钢筋混凝土板20厚混合砂浆刮大白 5.基础：边柱基础采用钢筋混凝土柱下独立基础，基础埋深1.4。 6.门窗： 中央大厅的大门采用五扇1.5mx2.4m对开门，窗采用塑钢窗等。7楼

23、梯： (1) 实心扶手，轻金属栏杆，高度为1.0。(2) 180厚钢筋混凝土楼梯板；30厚水磨石面层；20厚的水泥砂浆抹灰。(3) 防滑条6厚钢条防滑条。8墙裙： 1：2水泥砂浆掺5%防水剂20厚，纯水泥浆粘蓝色釉面瓷片。9散水、勒脚、踢脚：（1）散水采用10厚1：1水泥砂浆随打随抹光； （2）80厚C15混凝土面层； （3）800厚炉渣； （4）素土夯实； （5）勒脚采用1：3水泥砂浆抹面，高度为600；（6）踢脚采用1：2水泥砂浆10厚。10L形拐角处，设置抗震缝和伸缩缝，二缝合一。11图上未注明和本表未说明者，均按国家有关规范及该地区有关规定执行。 图2.1 底层平面图3.结构设计3.1

24、结构设计说明3.1.1设计依据1本设计是根据统一下发的09届土木工程专业毕业设计题目中综合教学楼组的毕业设计任务书的具体要求进行设计的。2本设计的建筑结构工程君按国家现行各有关设计规范：建筑结构荷载规范、建筑结构抗震规范、混凝土结构设计规范、中小学校建筑设计规范、建筑结构制图标准、建筑结构设计手册、建筑地基基础设计规范等相关规定进行的。3.1.2自然条件1土质： 00.92m为杂填土；0.922.23m为粘土，地基容许承载力特征为190Kpa；2.234.50m为粉土，容许承载力特征值为200 Kpa，4.50以上为粗砂，容许承载力特征值为250 Kpa2最大冻结深度：1.2m。3工程相对标高

25、0.000 m（室内地坪）相当于绝对标高27.50m；相对地下水位-5.22m（最高），-6.12m（最低）。4本地区抗震设计烈度为七度。5本地区最高月平均气温24.6，极端历史高温39，本地区最低月平均气温-14.8，极端历史高温-32。6风向：夏季主导风向为南风，冬季主导风向为西北风。7基本风压值：W=0.50。8基本雪压值：S=0.50。9据建设部下发最新文件楼顶不设置水箱，城市生活用管网水头为0.26m,足够生活用水压，消防用水采用室外消防水池。10利用附近锅炉房的集中供暖，不再单独设置。3.1.3设计荷载1屋面活荷载：=0.5。2教室活荷载：=2.0。3厕所活荷载：=2.0。4走廊、

26、门厅、楼梯活荷载： =2.5。3.1.4一般说明1本设计采用钢筋混凝土框架结构，梁、板、柱、基础均现浇，采用纵横向框架承重方式；2楼梯也是现场浇筑；3框架填充墙底层外墙采用普通灰砂砖，Mu15规格240mm115mm53mm，重度18；其它层采用水泥空心砖，Mu10规格190mm190mm190mm，重度10.3 ；女儿墙采用普通矿渣砖，Mu10规格240mm115mm53mm，重度18.5 。3.1.5各部分结构构件材料强度等级1梁、板混凝土强度等级采用C25；柱混凝土强度等级采用C30； 2框架梁、柱纵向受力钢筋采用HRB335级热轧钢筋，梁、柱的箍筋和现浇板中的受力钢筋均采用HPB300

27、级热轧钢筋；3楼梯采用C25级混凝土、受力钢筋采用HPB335级钢筋，其他采用HPB300级钢筋；4基础采用C20级混凝土，基础下铺100mm厚C15混凝土垫层，其中受力筋采用HPB335级钢筋；5梁受力钢筋接头采用焊接接头，柱采用电渣压力焊。3.1.6结构抗震等级 结构抗震等级为三级，根据建筑抗震设防分类，属乙类建筑，本设计中按7度抗震设防。3.2结构设计与计算 本建筑采用现浇整体钢筋混凝土框架结构，梁、板、柱、基础均为现场浇注。采用纵横向的框架承重体系。一层内外墙荷载由基础梁承担，其它层内外墙直由框架梁承担。为满足抗震要求，做到强柱弱梁，强剪弱弯、强节点强锚固的原则，对承重的框架的梁、柱、

28、板按弹性理论计算与配筋，同时为了提高框架的延性，对梁的支座弯矩进行了调幅。框架的内力计算中，对水平荷载及竖向荷载引起的内力分别采用D值法和弯矩二次分配法进行计算。3.2.1框架结构布置 该建筑为办公楼，建筑平面布置灵活，有较大空间，设计成现浇整体式框架结构体系，根据建筑使用功能和框架结构体系布置原则，采用如图3.1所示结构平面布置。 图3.1柱网布置图3.2.2估算板、梁、柱的截面尺寸.由经验公式和经验数据，初步确定板、梁、柱的截面尺寸如下：3.2.3板的厚度h的确定由经验公式 h=1/ 50L=1/506000=120mm；又根据最小厚度不小于80mm 要求，又结合工程实际，取h=120mm

29、。3.2.4梁的截面尺寸 1框架横梁的截面高h的确定 h=(1/81/12)L= (1/81/12)6000=750500mm，取h=600mm1.4，应考虑顶部附加水平地震作用。附加地震作用系数：顶点附加地震作用：5各楼层水平地震作用的计算按底部剪力法求得各质点的水平地震作用按式：（1-）计算，将上述和代入，可得：（1-）=1341.5。表3.16各层横向地震作用及楼层地震层间剪力计算表层次层高总高1341.5各层间剪力43.615.28459.368128582.390.38509.77687.5233.611.68459.368100037.790.30 402.451089.9723.

30、688459.36868991.580.20268.31358.2714.44.49338.79441090.690.12106.981465.2535046.06338702.45各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见图3.5所示：（a）水平地震作用分布 （b）层间剪力分布图3.5横向水平地震作用及楼层地震剪力3.5.5横向水平地震作用下的侧移计算水平地震作用下框架结构的层间位移和顶点位移的计算见表3.17所示：本设计采用砌体填充墙，规范允许值为：1层间位移角：采用砌体填充墙时：（hi第i层柱的层高层高）式中2顶点位移：采用砌体填充墙时，（H柱全高）表3.17横向水平地震作用下的

31、位移计算表层数各层间剪力VikN各层抗侧移刚度N/mm层间相对位移mm各层总位移mm层高mm层间位移角顶点位移4687.52427726.51.6112.4636000.0004470.0008231089.97427726.52.5510.8536000.00070821358.27427726.53.188.336000.00088311465.25286442.25.125.1244000.0016注：表中的各层的间总的抗侧刚度取自表3.14；层间剪力Vi取自表3.16；从以上计算可知，框架的层间位移角和顶点位移满足规范的允许值。3.5.6横向水平地震作用下的框架内力计算采用D值法，考虑

32、了框架节点转动对柱的抗侧刚度和反弯点高度位置的影响。1计算单元的选取取结构布置图中16轴线的一榀横向框架为计算单元，如图中阴影部分，其余框架内力计算从略，如图3.6所示。2计算简图地震从左侧方向来时，水平地震和作用下框架的计算简图如图3.7所示。3各柱反弯点高度计算计算公式为：式中：0标准反弯点高度比；1柱上、下横梁刚度比不同时的修正值；2、3分别是上层层高h上和下层层高h下与本层层高h不等时反弯点高度的影响。（0、1、2、3的取值详见相关的混凝土结构教材）计算过程及结果见表3.18 图3.6横向地震作用下计算单元选取图3.7横向地震作用下计算简图表3.18各柱反弯点高度计算表层次层高（m）柱

33、位置标准反弯点位置0123修正后反弯点位置43.6边柱2.530.42710100.427中柱4.190.4510100.4533.6边柱2.530.4771010100.477中柱4.190.501010100.5023.6边柱2.530.5010101.2200.50中柱4.190.5010101.2200.5014.35边柱3.090.55-0.820-0.55中柱5.120.55-0.820-0.55注1：的数值取自表3.12、表3.13；2：0、1、2、3相关数值时，值与手册表中数值往往不相同，需要用内插法计算，不可直接估算取某个近似值。4各层柱端弯矩标准值的计算各柱剪力计算： ；柱端弯矩标准值计算：；弯矩正负号的规定：以使柱产生顺时针旋转为正，逆时针旋转为负。将计算结果列于如下表3.19所示。5梁端弯矩的计算根据节点平衡方法，先计算梁端弯矩之和，再按左、右梁的线刚度，将弯矩分配到梁端。节点左、右梁的弯矩按下式计算： ；。弯矩的正负号规定：以使梁下部受拉为正，上部受拉为负。则根据上