土木工程结构设计手算书

目录1 绪论 (1)1.1 结构体系的选择 (1)1.2 工程研究背景 (2)1.3 工程研究现状 (2)1.4 本设计主要的研究工作 (3)2 图书馆建筑设计 (5)2.1 建筑功能及其设计理念 (5)2.2 工程做法 (7)3 计算机辅助设计（PKPM设计） (8)3.1 确定结构布置及构件的截面尺寸 (8)3.2 荷载计算 (9)3.3 PMCAD参数选取 (11)3.4 SATWE参数选取 (15)3.5 JCCAD参数选取 (15)3.6 PKPM电算成果 (16)4 零星构件设计 (17)4.1 楼面板的计算 (17)4.2 次梁的计算 (18)4.3 楼梯的计算 (22)5 单榀框架设计 (27)5.1 确定框架计算简图 (27)5.2 竖向荷载计算 (28)5.3 竖向荷载作用下框架内力计算 (28)5.4 竖向荷载作用下的内力计算 (32)5.5 风荷载计算 (44)5.6 地震作用下的内力及位移计算 (50)5.7 梁的内力组合 (58)5.8 梁的截面设计 (64)5.9 柱的内力组合 (69)5.10 柱的配筋计算 (72)5.11 框架梁柱节点核芯区截面抗震验算 (78)6 基础的设计 (80)6.1 基础的设计 (82)6.2 独立基础设计 (81)6.3 基础底板配筋验算 (83)结束语 (85)致谢 (86)参考文献 (87)1 绪论毕业设计是学生完成教学计划规定全部课程后的学习，必须进行的最后一个重要的实践环节。

本次毕业设计以河海大学江宁校区图书馆建筑结构设计为例，研究了框架结构的建筑设计和结构设计等问题。

我们可以通过该毕业设计，熟悉和掌握建筑的的结构的设计思路、流程和框架结构的受力特点，熟练运用AUTOCAD、PKPM、天正、探索者等软件，复习了大学所学习的知识，同时也提高了解决实际问题的能力，为毕业后能适应复杂的工作打下良好的基础。

1.1 结构体系的选择结构体系应根据建筑物的平面布置、抗震设防类别、建筑高度、场地条件、地基、结构材料和施工因素等，经技术、经济和使用条件综合比较后再确定。

当前结构体系主要有砌体结构、木结构、框架结构、剪力墙结构、筒体结构等。

我国现行的《建筑抗震规范》（GB50011—2010）明确规定，结构体系应符合以下各项要求：（1）有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。

（2）应避免因部分结构和构件破坏而导致丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。

这就要求结构设计成超静定结构体系，即使在某些部位遭到破坏时也不会导致整个结构的失效。

（3）应具备必要的抗震能力、良好的变形能力和消耗地震能量的能力。

（4）对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。

结构的薄弱部位一般出现在刚度突变，如转换层、竖向有较大的内收和外突、材料强度放生突变部位，对这些部位都要采取措施进行加强。

建筑的高度是决定结构体系的又一重要因素。

一般情况下多层住宅建筑可采用砌体结构。

而大开间建筑，高层建筑等，多采用框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构和筒体结构。

综合考虑各方面因素本，本图书馆建筑设计采用框架结构，框架空间分隔灵活，自重轻，节省材料；可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构；框架结构施工工期短、内部空间大，结构安全合理而被广泛采用，在结构设计中应用也越来越广泛。

结构的整体性、刚度较好，设计处理好也能达到较好的抗震效果，而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状。

本图书馆设计只有五层且属于公共建筑，要求空间大且布置灵活。

因此本设计采用现浇钢筋混凝土框架结构最合适。

1.2 工程研究背景图书馆是人类智慧的结晶，它真实的记录了人类自从有文字以来改造自然，改造社会的历史，现状以及对未来的需求；图书馆是人类知识的宝库，对广大学生来说，它是知识之源，是良师益友，是大学学习的重要场所之一。

河海大学一直致力于培养“艰苦朴素、实事求是、严格要求、勇于探索”的综合性人才，为了给莘莘学子提供一个舒适的学习环境，河海大学有必要建立一个属于自己的图书馆。

1.2.1 工程概况工程名称：河海大学江宁校区图书馆。

建设地点：江苏省河海大学校园内。

建筑面积：27130m 。

建筑高度：23.7m 。

抗震设防烈度：7度（0.10g ）；抗震设防分类：丙类。

防火等级：II 级。

建筑结构安全等级：三级，设计使用年限：50年。

基本风压：200.4/kN m ω=。

基本雪压：200.65/S kN m = 。

1.3 工程研究现状本设计采用框架结构作为结构体系，框架结构是目前建筑工程界应用最为广泛的一种结构体系，由于框架结构施工工期短、内部空间大，结构安全合理而被广泛采用，在结构设计中应用也越来越广泛。

1.3.1 结构设计原则框架结构的设计主要应遵循以下几个原则：（1）刚柔并济。

结构太刚则变形能力差，强大的破坏力瞬间袭来时，需要承受的力很大，容易造成局部受损最后全部毁坏；而太柔的结构虽然可以很好的消减外力，但容易造成变形过大而无法使用甚至全体倾覆。

（2）多道防线。

安全的结构是层层设防的，在荷载的作用下，所有抵抗外力的结构通力合作。

本图书馆结构设计的柱与梁上下左右贯通，以确保传力途径的完整，避免地震及荷载作用下局部应力集中导致结构破坏。

（3）“强柱弱梁”。

由于框架柱受轴向压力作用，其延性通常比梁的延性小，一旦框架柱先于框架梁出现塑性铰，就会产生较大的层间位移，甚至形成同层各柱上下端同时出现塑性铰的“柱铰结构”，从而危及结构承受竖向荷载的能力而造成结构的倒塌。

（4）“强剪弱弯”。

为了防止梁塌，柱端在弯曲屈服前出现脆性剪切破坏，则要使构件的受剪承载力大于构件弯曲时实际达到的剪力。

（5）“强节点弱构件”。

由于对节点进行抗震结构设计，所有要求使框架节点核心区不在梁柱之前破坏。

框架结构设计在工程实践中已取得丰富的实践经验，因此在设计中要充分结合实际工程经验。

1.3.2 相关的规范及标准目前国内对于框架结构已经有一套相当成熟的理论体系，同时也制定了多种规范来约束施工行为，本次工程设计主要用到以下几本规范及标准：《总图制图标准》GB/T50103-2010《房屋建筑制图统一标准》GB/T50001-2010《建筑结构制图标准》GB/T50105-2010《建筑设计防火规范》GB50016-2014《民用建筑设计通则》GB50352-2005《建筑结构荷载规范》GB50009-2012《混凝土结构设计规范》GB50010-2010《建筑地基基础设计规范》GB50007-2010《建筑抗震设计规范》GB50011-2010《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-20011.4 本设计主要的研究工作毕业设计的研究工作可以概况为采用的技术路线及预期成果。

1.4.1 本设计采用的技术路线本设计要求我们掌握框架结构计算的基本流程，熟练掌握设计中需要用到的各类建筑专业软件和办公软件。

本设计主要采用的技术路线：（1）前期准备：去图书馆查阅相关资料，翻译相关的文献资料，复习三大力学知识，学习使用PKPM、AutoCAD、天正建筑等软件。

（2）根据地质资料和周边环境，建立PKPM模型，了解框架结构受力特点。

（3）结合PKPM生成结果和手算结果书写完整的计算书，通过对计算结果的分析选择最优方案来进行计算。

（4）根据任务书的要求和计算结果，运用探索者软件画出完整的结构施工图。

1.4.2 本设计的预期成果本次毕业设计预期达到的成果主要有：设计说明计算书、建筑施工图、结构施工图和PKPM建模文件。

2 图书馆建筑设计建筑设计是设计师设计理念的集中体现[2]。

就本设计而言：图书馆的总体规划上要因地制宜，结合具体的现状，使功能分区明确，布局合理，各分区联系要方便，动静结合，并且互不干扰；功能上要求是多层次，灵活性，综合性，高效性；结构施工上要符合相关规范要求；材料上应贯彻国家关于节能、环保等方针政策，并且符合国家现行有关要求，做到技术先进、经济合理、实用可靠。

本设计采用框架结构，和砌体结构相比较现浇混凝土框架时整体性较好，能达到较好的抗震效果。

2.1 建筑功能及其设计理念在建筑结构设计中，除了选择合理的结构体系外，还有恰当地设计和选择建筑物的平面形状、剖面和形体。

结构的总体布置要考虑结构的受力特点和经济合理性，对于图书馆而言，要按照公共建筑的有关规范来进行设计[3]。

2.1.1 平面设计光线和通风条件是创造良好阅览环境和藏书环境的必要条件。

以自然采光通风条件为主，充分利用自然资源，节约能源。

因此本设计在进行建筑布局时，据我国的自然条件，图书馆采用坐北朝南，并且设置大面积窗户来解决采光通风问题。

柱网布置是平面布置的一部分，应满足建筑使用要求，同时考虑结构的合理性与施工的可行性。

图书馆各空间柱网尺寸、层高、荷载设计应有较大的适应性和使用的灵活性。

根据《民用建筑设计规范》（GB50352-2005）确定该建筑层高均为4.2米，层数为五层。

底层是一个图书馆的主要部分，包括服务中心、目录厅、藏书馆、复印室、采编室、办公室，二～五层以各种开架阅览为主体，设有阅览室、学生自习室、报告厅、电子阅览室等。

根据《图书馆设计规范》（GBJ 38-99）中的安全疏散要求图书馆的安全出口不应少于两个，并应分散设置。

平面体形上采用L形。

具体见建施-02～建施-07。

2.1.2 立面设计建筑的设计的宗旨是满足使用功能需求的同时，运用制图原理创造出给人以美和感染力的建筑形象。

立面设计是建筑设计中很重要的部分，立面的设计的内容包括很多，有立面的个性，立面的轮廓，立面的材料和色彩，门窗的构成与组织，立面上各部分的比例等等。

在寻求“知识”的环境中最重要的要素就是“光”。

在针对这个巨大空间提供自然采光和通风而建造舒适的阅览环境的问题上，在立面上设置了大面积的玻璃窗。

具体见建施-08～建施—09。

2.1.3 剖面设计建筑剖面设计主要是确定建筑物在垂直方向上的空间组合关系，为了确定建筑物内部的结构布置和主要构配件的尺寸（如建筑层数、门窗洞口的尺寸、楼梯的尺寸，梁板的投影关系等）。

具体见建施-10。

2.1.4 楼地面设计楼地层包括楼板层和地平层，是水平方向分隔房间空间的承重构件，楼板分割上下楼层的空间，地坪层分隔大地与底层的空间。

楼板层的设计要求：（1）具有足够的刚度和强度；（2）满足隔声、防火、热工的要求；（3）满足建筑经济的要求。

本设计的房间用途主要是阅览室和藏书室。

考虑书库和非书资料库内应防止地面、墙身返潮，不得出现结露现象，因此采用水磨石地面，因为水磨石地面具有良好的耐久性、耐腐蚀、耐污损、防潮，并具有质地美观、表面光洁、不起尘、易清洗等优点，而且经济性好。

为了防止卫生间的水溢出，卫生间楼地面低于外地面30mm，并进行找坡，坡度为1%。