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某中学教学楼设计计算书

摘要
摘要：欲设计一幢中学教学楼，在建筑形式上采用“一”字形，并且通过调研郑州市的工程地质条件和郑州市教学楼的功能要求,决定本建筑采用钢筋混凝土框架结构, 而框架结构能较好的满足这种要求，为使本设计具有较好的整体性、抗震性能，并能节约钢材用量，所以本设计采用现浇混凝土框架结构。同时这种结构体系布置灵活，可提供较大的建筑空间。同时为偏重于其使用功能，通过对建筑物的结构，系统，服务与环境四个基本要素以及他们之间的内在联系的优化组合，提供了一个投资合理，又具有高效，舒适便利的环境。
本设计主要进行了结构方案中横向框架A、B、C、D轴框架的结构设计。在确定框架布局之后，先进行了荷载标准值的计算。内力计算时，竖向荷载的计算用的是使用力学求解器，进行无限次弯矩分配法；进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。然后进行内力组合，从中找出最不利的一组或几组内力值。选取最安全的结果计算配筋并绘图。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计。完成了平台板，梯段板，平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制
关键词：教学楼、钢筋混凝土框架结构、功能、建筑设计、结构设计 。

Abstract
Abstract：with the plan of designing a middle school teaching building,which uses "one" theglyph in the construction form,through investigation and studies the Zhengzhou engineering geology condition and the Zhengzhou teachingbuilding function request, I decided that this construction uses thereinforced concrete portal frame construction, while the portal frameconstruction can better satisfy this kind of request, in order to enable thisdesign to have a better integrity, a better earthquake resistanceperformance, and to save the steel products amount used, thereforethis design uses the cast-in-place concrete portal frame construction.Simultaneously this kind of structure system arrangement is nimble,may provide the bigger construction space. Meanwhile for stresses toits use function, through to the building structure, the system, theservice and the environment four basic essential factors as well asbetween them the inner link optimum composition, provided aninvestment to be reasonable, also had highly effective, thecomfortable convenience environment.
The purpose of the design is to do the anti-seismic design in the longitudinal frames of axis A, B, C and D. When the directions of the frames is determined, firstly carried on the standard load .When carried on the vertical force computation, the moment distribution of twice is used; then making the amount of the horizontal seismic force can be got by way of the bottom-shear force method. The seismic force can be assigned according to the shearing stiffness of the frames of the different axis. Then the internal force (bending moment, shearing force and axial force.) in the structure under the horizontal loads can be easily calculated. After the determination of the internal force under the dead and live loads, the combination of internal force can be made by using the Excel software, whose purpose is to find one or several sets of the most adverse internal force of the wall limbs and the coterminous girders, which will be the basis of protracting the reinforcing drawings of the components. The design of the stairs is also be approached by calculating the internal force and reinforcing such components as landing slab, step board and landing girder whose shop drawings are completed in the end.
Keywords:Teaching building, reinforced concrete portal frame construction,function, architectural design, structural design.

目     录
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
1 设计资料 1
1.1工程概况 1
1.2建筑设计说明书 3
1.3结构说明书 3
2 结构的选型和布置 5
2.1 结构选型 5
2.2 结构布置 5
2.3 初估梁柱截面尺寸 6
2.3.1 按大跨度进行计算 6
2.3.2 柱的截面尺寸 6
3 框架计算简图及梁柱线刚度 7
3.1确定框架计算简图 7
3.2框架梁柱的线刚度计算 7
4 荷载计算 8
4.1 恒载标准值的计算 8
4.1.1 屋面 8
4.1.2 各层楼面 8
4.1.3梁自重 8
4.1.4柱自重 10
4.1.5外纵墙自重 10
4.1.6内纵墙自重 10
4.1.7内隔墙自重 10
4.2活荷载标准值计算 11
4.2.1 屋面和楼面荷载标准值 11
4.2.2 雪荷载 11
4.3 竖向荷载下框架受荷总图 11
4.3.1在A - B 及C -- D轴内： 11
4.3.2在A -B 轴间框架梁 11
4.3.3 在B- C轴间框架梁 11
4.3.4 C- D轴间框架梁同A- B 轴间框架梁 12
4.3.5 A- B ，C- D轴间联系梁： 12
4.3.6 A轴柱纵向集中荷载的计算 12
4.3.7 B轴柱纵向集中荷载的计算 13
4.3.8 C轴柱纵向集中荷载的计算与B轴柱的相同 13
4.3.9 D轴柱纵向集中荷载的计算与A轴柱的相同 13
4.4风荷载计算 15
4.5 水平地震作用 15
4.5.1重力荷载代表值的计算： 15
4.5.2 框架柱抗侧移刚度和结构基本自震周期计算： 17
5  内力计算 19
5.1 恒载作用下的框架的内力 19
5.2活载作用下的框架的内力 24
5.3风载作用下的框架的内力 27
5.4框架地震内力计算框架柱剪力和柱端弯矩计算采用D值法 31
6 内力组合 35
6.1 恒荷载作用下内力条幅 35
6.1.1 梁端柱边剪力计算 35
6.1.2 梁端柱边剪力梁端柱边弯矩计算 35
6.1.3 弯矩调幅 36
6.2  活荷载作用下内力调幅 36
6.2.1梁端柱边剪力梁端柱边弯矩计算见表6-3 36
6.2.2 弯矩调幅 36
6.3风荷载作用下的内力调幅 36
6.4水平地震作用下的内力调幅 37
6.5 屋面有雪荷载的活荷载作用下内力调幅 37
7 内力组合见组合表 38
8 配筋计算 38
8.1框架梁截面设计 39
8.1.1框架梁正截面承载力，计算见表8-1 39
8.1.2  框架梁斜截面配筋计算 40
8.1.3 框架梁抗裂缝宽度验算 42
8.2 截面设计 44
8.2.1正截面受弯承载力计算： 45
8.2.2 斜截面承载力计算 48
8.3 连系梁计算 49
8.3.1 荷载计算 49
8.3.2 内力计算 49
8.3.3 截面承载计算 50
9 屋面板及楼面板的设计 51
9.1 屋面设计： 52
9.1.1 荷载计算： 52
9.1.2 判断板的计算类型： 52
9.1.3 按弹性理论进行计算： 52
9.2楼面板设计： 54
9.2.1荷载计算： 54
10  楼梯设计 56
10.1 踏步板TB- 1计算 56
10.1.1荷载计算： 57
10.1.2内力计算： 57
10.1.3截面承载力计算： 57
10.2楼梯斜梁计算： 58
10.2.1 荷载计算： 58
10.2.2 内力计算： 59
10.2.3承载力计算： 59
10.3 平台板的设计： 60
10.3.1 判断平台板的计算类型： 60
10.3.2荷载计算： 60
10.3.3 内力计算： 60
10.4 平台梁的计算： 62
10.4.1 荷载计算： 63
10.4.2 内力计算： 63
10.4.3承载力计算： 62
11 基础设计 63
11.1基础底面尺寸计算 63
11.2条形基础梁承载力计算： 65
11.2.1正截面强度计算： 65
11.2.2梁翼板部分计算 66
参考文献： 68
附录1：外文翻译 69
附录2：内力组合表 75

1 设计资料
1.1工程概况
（1） 建设地点：某市市区
（2） 工程名称：某市某中学教学楼
（3） 工程概况：建筑总高为15 m。共4层，每层层高4.20 m，室内外高差0.45 m。
（4） 气候条件:夏季主导风向为南风,冬季主导风向为北风.基本风压0.4 kN/m2,基本雪压0.3 kN/m2。
（5） 该地区地质条件:根据对建筑地基的勘测,该地区表层0.2m-0.6m为杂填土,下层为轻亚粘土,厚约3.0m-4.2m,地基承载力特征值为180 kN/m2 。
（6） 场地情况：场地平坦,无障碍物，地下无古代建筑，用地四周无住宅区
（7） 地面粗糙类型：C类
（8） 抗震设防烈度为7度，建筑耐火等级二级，建筑耐火年限50年。
1.2建筑设计说明书
本说明是对建筑方案的必要说明。根据防火疏散要求确定楼梯位置，走廊与梯段净宽，以及办公室布置，墙体防水等构造做法。此外根据规范给出了建筑的等级要求。
该工程位于某市市区，交通方便，各种材料供应及时。建筑面积3339.04㎡，建筑层数四层。建筑场地平坦，无障碍物，地下无古代建筑物。地质情况良好。
1.2.1设计依据 
（1） 建设行政主管部分对本项目的批复文件。
（2） 与甲方签订的设计合同及经甲方同意的建筑方案。
（3） 现行国家有关建筑工程设计规范、标准：
《中小学建筑设计规范》  （GBJ99-86(2001版)）
《建筑抗震设计规范》    （GB50011-2001）
《建筑设计防火规范》    （GBJ16-87(2001版)）
《混凝土结构设计规范》  （GB50010-2002）
1.2.2 方案说明
（1）该工程为某市某中学教学楼，建筑结构形式为钢筋混凝土框架结构建筑主体高度为15.000 m，基础形式为条形基础。
（2）本设计中柱距为7.20m，进深为6.60m，楼梯开间为3.6m。
（3）按二级防火要求，楼梯设在了建筑的两端，且在建筑的两端均有安全出口，满足防火要求。
（4）本工程±0.000相对于绝对标高值（黄海系）104.51。
（6）本设计中建筑长50.900m，在建筑左侧设有厕所，厕所地面低于同层教室地面30mm。
（7）为了防潮和预防洪水季节雨水进入室内，设室内外高差，高差450mm。
（8）为了采光通风满足要求，窗地比均大于1/7，窗台高900mm。
（10）屋面防水采用三级防水，不上人屋面。
1.2.3等级说明
（1）根据建筑抗震设计规范,本工程为丙类建筑。
（2）本工程安全等级为二级，设计使用年限为50年。
（3）本工程抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.15g。设计地震分组为第一组；场地类别为Ⅱ类。
（4）建筑物抗震等级:框架为3级。
（5）本工程地基基础设计等级为丙级。
（6）本建筑物防火等级为二级。
1.2.4建筑设计说明及构造做法
（1）长度单位毫米为mm，标高单位米为m。
（2）.本工程共四层，室内外高差-0.45m,首层室内地坪标高±0.000m，建筑总标高15.000ｍ。
（3）.建筑材料:现浇的框架柱、梁、板、楼梯间混凝土均为C30，梁柱受力筋HRB335，箍筋HPB235，所有的板钢筋HPB235，外墙加气混凝土砌块250mm宽，内墙加气混凝土砌块200mm。
（4）卫生间:地面低于同层楼地面30mm，向地漏找坡1%。地面采用防滑地砖，墙面采用防水砂浆墙面，做法详见98ZJ001-33-16。
（5）屋面做法：屋面做法详见中南98ZJ001 屋16；
楼地面做法：楼地面做法详见中南98ZJ001  楼6；
（6）各房间内墙面做法采用混合砂浆墙面，做法详见中南98ZJ001  内墙4。
（7）四层楼梯间设有通向屋顶的通道，屋顶要开检修孔800mm×800mm。
（8）落水管直径为100mm。
1.3结构说明书
1.3.1工程概况
（1）.本工程为现浇混凝土框架结构，房屋高度详见建筑图，基础为钢筋混凝土条形基础。
（2）.根据国家现行规定，本工程建筑结构按7度三级抗震设防，基本风压为0.40kN/m²，结构设计使用年限为50年。
（3）.设计基本地震加速度为0.15g，设计地震分组为第一组，抗震设防类别为丙类，场地类别为II类，建筑结构安全等级为二级，基础设计的等级为丙级。
（4）.依据规范、规程、标准
      《混凝土结构设计规范》  （GB50010-2002）
《建筑抗震设计规范》    （GB50011-2001）
《建筑结构荷载规范》    （GB50009-2001）
《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）
1.3.2设计楼面活荷载
（1）不上人屋面：0.5 kN/m²
（2）楼面及卫生间：2.0kN/m²
（3）走廊、楼梯：2.0kN/m²
1.3.3材料
（1）.混凝土等级：所有混凝土的强度等级都为C30.
（2）.钢筋：HPB235（A）、HRB335（B）、HRB400（C）
（3）.墙体：±0.000以上填充墙采用加气混凝土砌块，M5混合砂浆砌筑。
1.3.4楼板
（1）.板的设计说明详见各结施图及国家建筑标准设计图集《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》(03G101-1)
（2）.板的混凝土保护层厚度均为20mm。
（3）.HPB235钢筋所注长度不包括弯钩长度.锚固长度为24d，板中受力筋的短向钢筋放在长向钢筋之上
1.3.5梁、柱
（1）.梁、柱的设计说明详见各结施图及国家建筑标准设计图集  混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》(03G101-1)
（2）.混凝土保护层厚度均为35mm
（3）混凝土柱锚入基础梁的钢筋应在基础施工时预埋,预埋钢筋的直径数量同上部柱
1.3.6墙体
（1）.填充墙的长度>5m时, 每隔3-4m在墙中设200X墙厚砼构造柱, 柱主筋上下分别锚入梁内, 锚入长度500mm,箍筋为A8@200.
（2）女儿墙在每一相交轴线上均设250X250混凝土构造柱
1.3.7构造柱
（1）.构造柱纵筋锚于基础内直段长度>la,并弯直钩> 250mm直钩.纵筋层间搭接长度>la,箍筋为@100，且加密高度不能小于500
（2）.穿楼面的构造柱 ,纵筋在穿楼面处应上下贯通,在楼面以上才能搭接;
（3）.墙与柱连接处沿柱高每@500mm设2^18 拉结筋,拉结筋伸入墙体内长度不小于1000mm,遇门窗洞按实际长度截取,钢筋伸入柱内不少于210mm.
1.3.8其他
（1）卫生间及管井周边均做混凝土反边,宽度同墙；
（2）所有设备基础均以厂家订货为准，且待设备到货核实后方可施工。
（3）未经技术鉴定或设计许可，不得改变结构的用途和使用环境。
2 结构的选型和布置
2.1 结构选型
本建筑只有4层，且功能较少，为方便布置房间和便于管理采用大柱网框架结构。为使结构有较大的刚度本设计中楼面、屋面、楼梯等均采用现浇结构；基础为柱下单向条形基础。
2.2 结构布置
本设计中柱距为7.2m。根据结构布置，本建筑平面均为双向板。本建筑由于楼面活荷载较大，楼面板和屋面板厚度取120mm。
材料选用：
混凝土：C30 
钢筋：纵向受力钢筋采用热扎钢筋HRB335，HRB400；其余采用热扎钢筋HPB235。
墙体：内外墙均采用粉煤灰轻渣空心砌块390×240×190，重度 =7KN/m3.
窗：钢塑门窗， =0.35KN/m2.
门：木门