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钟祥市实验小学教学楼结构设计

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文档分类: 建筑工程

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  • 本文标题:钟祥市实验小学教学楼结构设计.docx
  • 链接地址:https://wk.sbvv.cn/view/17779.html
  • 内容摘要:钟祥市实验小学教学楼结构设计学院:专业:姓名:指导老师:数理与土木工程学院土木工程学号:职称:讲师中国&#183;珠海二○二○年四月诚信承诺书本人郑重承诺:本人承诺呈交的毕业设计《钟祥市实验小学教学楼结构设计》是在指导教师的指导下,独立开展研究取得的成果,文中引用他人的观点和材料,均在文后按顺序列出其参考文献,设计使用的数据真实可靠。本人签名:日期:年月日钟祥市实验小学教学楼结构设计摘要本设计是湖北省钟祥市某一小学教学楼。该地区气候条件、地质条件均较为良好,得天独厚。整体为现今国内推行并盛行的钢筋混凝土框架结构,层高共计四层,建筑的平面设计为规则的矩形。框架结构优点在于其有灵活的空间分割能力、自重轻且抗震能力明显。除此之外,框架结构所具有的整体性以及刚度可以满足建筑的需求。在进行建筑设计的整个过程中,先是对建筑物进行初步的设计并确定其结构方案,选择合理的结构体系—框架结构。然后通过计算确定结构构件的尺寸,从中选取一榀框架进行内力计算以及配筋计算,基于手算进行PKPM电算。整个设计与计算过程始终贯彻于安全、适用、使用方便、经济为设计的依据与原则,使得整个建筑物在空间上合理化,从而提升建筑的舒适度。关键词:结构体系;钢筋混凝土;框架结构;配筋计算;初步估算;空间分隔;整体性;刚度;安全、适用、使用方便、经济。StructuraldesignofteachingbuildinginZhongxiangCityAbstractThisdesignisaprimaryschoolteachingbuildinginZhongxiangCityHubeiProvince。Theclimateandgeologicalconditiointhisareaarerelativelygoodandunique。AsawholeitisareinforcedconcreteframestructurepromotedandpopularinChinawithatotaloffourflooinheight。Theplanedesignofthebuildingisaregularrectangle。Theframestructurehastheadvantagesofflexiblespacedivisionlightweightandobviousseismicresistance。Inadditiontheintegrityandstiffnessoftheframestructurecanmeettheneedsofthebuilding。Inthewholeprocessofarchitecturaldesignthefitstepistomakeapreliminarydesignofthebuildinganddetermineitsstructuralschemeandchooseareasonablestructuralsystemframestructure。ThenthesizeofstructuralmembeisdeterminedbycalculationfromwhichaframeisselectedforintealforcecalculationandreinforcementcalculationandPKPMcomputercalculationiscarriedoutbasedonhandcalculation。Thewholedesignandcalculationprocessisalwaysbasedontheprinciplesofsafetyapplicabilityconvenientuseandeconomywhichmakesthewholebuildingreasonableipaceandimprovesthecomfortofthebuilding。Keywords:Structuralsystemreinforcedconcreteframestructurereinforcementcalculationpreliminaryestimationspaceseparationintegrityrigiditysafetyapplicabilityconvenienceandeconomy目录1前言11。1研究的目的及其意义11。2研究现状和发展趋势21。3研究内容和拟解决的关键问题21。4研究的基本思路和方法、可行性分析21。4。1基本思路和方法21。4。2可行性分析32建筑的基本自然条件33梁与柱的截面估算33。1梁与柱材料的基本参数与性能33。2梁截面尺寸估算43。2。1框架梁截面尺寸的确定43。2。2确定柱截面尺寸64建筑荷载的计算74。1恒荷载标准值的计算74。2活荷载标准值的计算94。3框架荷载的计算(竖向荷载作用下)103。4风荷载计算154。5地震作用165内力计算215。1恒荷载标准值作用下的内力计算215。2活荷载标准值作用下的内力计算255。3计算风荷载作用下框架内力295。4计算地震作用下的框架内力325。5计算侧移346内力组合356。1内力组合的计算357框架梁柱的设计467。1框架梁截面设计(以第三层为例)468板的计算628。1荷载计算628。2弯矩计算638。3配筋计算649地基基础设计659。1地质条件概况659。2地基设计659。2。1基础埋深659。2。2地基承载力计算659。2。3初步确定基础底面积669。2。4基础最大压力计算669。2。5基础冲切力验算669。2。6配筋计算6710结论68参考文献69致谢70附录701前言框架结构最重要的两个部分就是它的梁与柱,梁和柱利用钢筋混凝土进行现浇连接起来。框架结构与砖混结构最大的区别就在于其承重部分的不同,砖混结构的承重部分是自身的墙体;而框架结构的承重部位主要是梁、板、柱,墙体只起到分割建筑空间的作用,梁和柱连接而成的框架结构共同抵御使用过程中产生的风荷载、地震荷载。又由于该结构墙体不承重,因而可以非常方便地对结构进行空间上的切割和改造,而不用担心建筑不能承受上部结构给到的重量。除此之外,框架结构楼层可轻松做到几十层,而砖混结构楼高一般做到六层已是极限,这都得益于框架结构的牢固性能大,强度高。框架结构的发展与使用在近几年来如火如荼,为我国建筑行业的发展更添一把手。1。1研究的目的及其意义此次为期几个月的毕业设计是我们在大学期间最后也是最为重要的一个科目了,相比以往的学科学习,这次的毕业设计综合性明显要强。要知道这就是对以往在课堂上学习到的知识进行一次完整性的复习与连结,让我们把以往学习到的知识变得系统化以及实践化。通过毕业设计这种方式,让我们了解并掌握整个建筑结构设计的全过程,从而达到培养了我们学生独立思考问题、分析问题以及解决问题的能力。在进行毕业设计之前,我花了点时间温习了一遍大学期间学习过的三大力学以及钢筋混凝土结构设计原理等几本书,除此之外我还在网上搜索了有关基础的做法和相关规范、文献、地方标准。在这个搜集资料的过程也让我收益匪浅,因为整个过程不仅仅温习了学过的知识还了解并学习到了很多新的知识,同时还锻炼了我们搜集资料,查阅外文文献以及筛选选择的能力。在毕设的过程中,我们会遇到很多不同的问题,也会用到许多的我们专业毕业设计用到的计算机软件,譬如CAD、天正、PKPM、Excel、Word等其他软件,以此来完成建筑、结构、施工的设计及其图纸的绘制,这个过程就训练并巩固了作为土木工程专业学生的绘图制图的能力了。总而言之,整个毕业设计旨在让即将毕业踏入社会的我们,在这短短几个月里能够渐渐掌握并具备上述所说的各项基本能力,并从中培养良好的学习习惯,为将来步入社会打下坚实的基础。1。2研究现状和发展趋势当下,框架结构已经成为建筑业的主流,这种模式的楼房也已经随处可见,它的优点在于其具有良好的结构整体性、自重轻盈、抗震能力突出,梁与柱承担了整栋建筑的绝大部分重量,这才使得墙体可以自由进行布置,因而空间分隔相当灵活。具有这些优点框架结构备受青睐。随着现今社会经济人口发展的速度,国民已经无法满足于已有的砖混结构楼房了,而钢筋混凝土框架结构满足了大众的需求,它的出现是极具意义的,它广泛地应用在教学楼、办公室以及厂房等建筑。现在还有装配式建筑非常的常见,相信在今后装配式与框架结构配合在一起会成为建筑行业的潮流。由此可知此项目使用框架结构模式是非常符合潮流时代选择和满足要求的。1。3研究内容和拟解决的关键问题建筑的设计、结构设计、建筑所需的各类自然条件、建筑节点尺寸的估算、计算荷载值、利用二次弯矩分配法进行内力的计算、内力组合、配筋的计算、地基基础的设计、PKPM模型建立、绘制建筑施工图纸。在进行建筑设计计算后会知道,框架结构需要考虑到地震荷载和风荷载两个因素,当框架结构层数越高,其能承受的水平地震作用、风荷载作用越小,框架在X和Y方向的侧移会明显增大,当地震来临时,住在越高层的人感受到的摇晃感越强。因此需要通过加大柱子的截面尺寸把框架在水平方向上的侧移减小。框架结构的层高最好不要布置太高。在最开始就要进行抗震设计,譬如“强柱弱梁”,意思就是说柱子截面尺寸可以设置得稍微大一点,而梁在符合规范以及承载力得同时其尺寸可以设置得偏小点,以满足整个建筑框架的承载能力。在者要做到“强减弱弯”以及“强节点弱构件”,这几个都是可以显著起到抵抗地震作用的措施。除此之外,地震发生时首先受到冲击的便是框架柱,如果出现塑性铰这会危及到柱子范围上方的建筑,还有一定的概率造成建筑的倾覆与倒塌,危害非常大。所以一般框架结构最好设置为非单跨形式。1。4研究的基本思路和方法、可行性分析1。4。1基本思路和方法在开始毕业设计前,先在网上搜集国内外相关文献,学习将要用到的国家法规规定、做法,同时需要潜心复习大学期间学习过的相关书籍。例如房屋建筑学里面就有关于楼梯的做法,可参照它的相关规定来设计楼梯的踏步数以及楼梯扶手高度的相关规定。除此之外有钢筋混凝土结构设计原理、结构力学等书籍。查阅相关图集图纸资料,为后面画图纸奠定基础,后期会用到电算工具进行计算,在网上进行视频的学习,做到事半功倍。1。4。2可行性分析整个毕业设计的过程长达几个月,在时间上完全足够学生进行设计、绘画图纸以及修改图纸等工作。在整个过程中,指导老师都与我们进行连线,当遇到不能够解答的问题时,可以先查阅相关的规定规范,还可以与同学们一起交流解决问题,实在无法解决还可以咨询指导老师,因此进行此毕业设计是完全可行的。过程中要使用到的工具有CAD、PKPM、Excel、Word等工具大部分在校已经学习过,在网上也有相关的教学视频,那么对于工具使用的问题可以得到解决。过程遇到的问题都能够找到解决的方法方案,因此毕业设计可行性通过。2建筑的基本自然条件钟祥市的基本风压是,重现期是50年,此建筑工地的地面粗糙水平类别归类为C类。钟祥市的基本雪压。该地区的抗震设防烈度、基本地震加速度值分别为6度0。05g,地震的分组类别为第一组。3梁与柱的截面估算3。1梁与柱材料的基本参数与性能梁与柱均采用强度等级为C30的砼,纵向钢筋则采用强度较好的HRB400钢筋,箍筋均采用经济实用性较好且强度满足要求的HPB300钢筋。建表如下:参数取值20。12。0114。31。43参数取值400360360参数取值3002702703。2梁截面尺寸估算3。2。1框架梁截面尺寸的确定选取②轴线上一榀框架进行设计与计算,如图3。1所示:1。②轴线跨:h=L=取。b=h=取。2。BC跨:计算得知数据不符合构造要求,则取取。3。纵向框架梁KL10、KL11、KL12、KL13:h=L=取。b=h=取。4。次梁L2:h=L=取。b=h=取。3。2。2确定柱截面尺寸1。由层高可计算得出框架柱截面尺寸:标准层柱高:底层柱高:2。由柱轴压比可估算出框架柱截面尺寸及计算过程如下:经查阅规范,抗震等级为三级的框架结构柱轴压比限值是0。85。中柱:故。边柱:选取②轴线上一榀框架进行设计与计算,如上图3。1所示:则有。3。由建筑构造要求可确定框架柱的截面尺寸:查阅规范可知:三级抗震时,柱截面尺寸应。由上可选择框架柱的截面尺寸为。4建筑荷载的计算4。1恒荷载标准值的计算1。屋面装饰面层(做法详见建筑施工图总说明):100mm的现浇钢筋混凝土屋面板:12mm水泥砂浆顶棚:合计:2。标准层楼面装饰面层(做法详见建筑施工图总说明):2830mm,自重:100mm,屋面板,现浇:12mm水泥砂浆顶棚:合计:3。卫生间05YJ1楼10:防水层:100mm,面板,现浇:12mm水泥砂浆顶棚:合计:4。梁自重梁尺寸:梁自重:水泥砂浆抹灰20mm:合计:梁尺寸:梁自重:水泥砂浆抹灰20mm:合计:梁尺寸:梁自重:水泥砂浆抹灰20mm:合计:5。柱自重柱尺寸:柱自重:水泥砂浆抹灰20mm:合计:6。外纵墙自重标准层纵墙(外纵墙窗台下部+外纵墙窗间墙重)塑钢窗面砖外墙面水泥砂浆内墙面:保温层:合计:底层纵墙(外纵墙窗台下部+外纵墙窗间墙重)塑钢窗面砖外墙面水泥砂浆内墙面:保温层:合计:7。内墙自重标准层内墙水泥砂浆墙面合计:底层内墙水泥砂浆墙面合计:4。2活荷载标准值的计算1。屋面、楼面标准值根据规范,查得:不上人屋面教室楼面卫生间楼梯走廊、门厅2。雪荷载根据规范:则雪荷载标准值4。3框架荷载的计算(竖向荷载作用下)1。轴间框架梁由规范知板传达到梁上的梯形或三角形荷载,近似等于为均布荷载,荷载传递如图4。1所示:轴间框架梁均布荷载为:2。轴间框架梁:屋面板传荷载:楼面板传荷载:轴间梁均布荷载为:屋面梁:楼面梁:3。轴间框架梁计算过程与轴间框架梁一样。屋面梁:楼面梁:4。柱纵向集中荷载的计算:顶层柱:恒荷载活荷载标准层柱:5。柱纵向集中荷载的计算顶层柱:恒荷载活荷载标准层柱:6。与柱纵向集中荷载的计算由于、与、对称,因而计算的数值一样。顶层柱:标准层柱:顶层柱:标准层柱:框架在竖向荷载作用下的受荷总图如图4。2所示,图中数值为标准值3。4风荷载计算作用在屋面梁和楼面节点处的集中风荷载标准值为:式中:;;。依据规范可知,此教学楼的体型系数。该教学楼,该楼集中风荷载标准值计算过程见下表4。1离地高度15。2500。661。001。30。303。62。44。8611。6500。651。001。30。303。63。65。758。0500。651。001。30。303。63。65。754。4500。651。001。30。304。453。66。434。5地震作用1。重力荷载的代表值(1)集中在屋面层处的质点屋面荷载:50%雪荷载:梁自重(外纵梁和横梁自重+走道梁自重+次梁自重)半层柱自重:半层墙自重(半墙窗间墙自重+半墙窗自重+纵横向内墙和隔墙自重)女儿墙全重:合计:1043。424KN(2)集中到二~三层处的质点重力荷载代表值楼面荷载:50%活荷载上下各半层柱自重:上下各半层墙的自重合计:1098。821KN(3)集中到一层处的质点上下各半层柱自重:上下各半层墙的自重:合计:1135。481KN2。计算方法:设防类别设防烈度加速度设计分组场地类别抗震等级丙类6度0。05g第一组Ⅱ类四级查阅规范知本教学楼的水平地震作用力计算采用底部剪力法。3。自振周期的计算(1)表4。2、4。3和4。4是框架梁柱的抗侧移刚度计算结果。杆件截面尺寸混凝土的弹性模量(kN&#183;mm)相对刚度边框架梁AB、CD跨2506003081000。576BC跨2504003036000。385中框架梁AB、CD跨2506003081000。767BC跨2504003036000。513框架柱地层5005003049500。728其他层5005003036001。000构件名称A轴0。7670。27711131B轴1。2800。39015672C轴1。2800。39015672D轴0。7670。27711131构件名称A轴1。0540。5097877B轴1。7580。6019301C轴1。7580。6019301D轴1。0540。5097877(2)楼层假想位移的计算。各质点的高度:。楼层假想位移计算结果见表4。5。层数41043。4241043。4245360619。465247。27731098。8212142。2455360639。963227。81221098。8213241。0065360660。461187。84911135。4814376。54734356127。388127。388(3)式中4。计算水平地震作用标准值:经查阅规范得知则水平地震影响系数为:顶部附加地震作用系数:计算结果见表4。6层数层高(mm)43。615。751043。42416433。9280。36765。34488。18536061。64514。45933。612。151098。82113350。6750。29853。058141。238536062。63512。81423。68。551098。8219394。9200。21037。390178。628536063。3329。17914。954。951135。4815620。6310。12522。256200。884343565。8475。847层间地震剪力及其横向框架水平地震作用计算简图如图4。3所示5。抗震变形验算:由表4。6,多遇地震作用标准值产生的最大弹性层间侧移与计算楼层层高之比均小于,满足房屋抗震变形的要求。5内力计算5。1恒荷载标准值作用下的内力计算恒荷载标准值作用下弯矩计算如下:采用弯矩二次分配法计算恒荷载标准值作用下的内力。框架梁固定端弯矩及其节点弯矩分配系数和分配过程如图5。1所示。恒荷载标准值作用下框架弯矩图如图5。2所示。取弯矩调幅系数,得到恒荷载标准值作用下框架梁剪力图如图5。3所示,框架柱轴力图如图5。4所示。上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁左梁下柱上柱右梁左梁下柱上柱00。5660。4340。33600。4390。2250。2250。43900。3360。4340。566019。24103。27103。2725。2414。0814。0825。24103。27103。2719。2447。5636。4721。4928。0714。3914。3928。0721。4936。4747。5617。1710。7518。2411。557。207。2011。5518。2410。7517。173。632。794。676。103。133。136。104。672。793。6361。680。3495。3545。7224。424。445。7295。3580。3461。1上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁左梁下柱上柱右梁左梁下柱上柱0。3610。3610。2780。2340。3050。3050。1560。1560。3050。3050。2340。2780。3610。36116。31111。43111。4325。5610。1710。1725。56111。43111。4316。3134。3434。3426。4417。7123。0923。0911。8111。8123。0923。0917。7126。4434。3434。3423。7817。178。8613。2214。0411。555。915。9111。5514。0413。228。8617。1723。7811。5811。588。921。511。971。971。011。011。971。971。518。9211。5811。5846。5439。93102。77108。4535。1632。6715。0615。0632。6735。16108。45102。7739。9346。54上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁左梁下柱上柱右梁左梁下柱上柱0。3610。3610。2780。2340。3050。3050。1560。1560。3050。3050。2340。2780。3610。36116。31111。43111。4325。5610。1710。1725。56111。43111。4316。3134.3434。3426。4417。7123。0923。0911。8111。8123。0923。0917。1726。4434。3434。3417。1719。078。8613。2211。5512。575。915。9112。5711。5513。228。8619。0717。179。889。887。611。171。521。520。780。781。521。521。177。619。889。8841。6343。53101。46108。1133。1234。1415。2915。2934。1433。12108。11101。4643。5341。63上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁左梁下柱上柱右梁左梁下柱上柱0。4010。2920。3070。2550。3320。2420。1710。1710。2420。3320。2550。3070。2920。40116。31111。43111。4325。5610。1710。1725。56111。43111。4316。3138。1427。7829。2019。3025。1318。3212。9412。9418。3225。1319。3029。2027。7838。1417。170。009。6514。6011。550。006。476。470。0011。5514。609。650。0017。173。022。20。。。
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