xxxx实验楼建筑结构设计

摘 要

　　本工程为xxxx实验楼，位于xxxx区。该工程为四层钢筋混凝土框架结构，建筑面积为4823.28平方米，建筑物总高度为17.1米。

　　本设计主要分两部分，一是建筑设计，主要包括总平面设计、平面设计、立面设计、剖面设计。总平面设计是充分利用建筑空间，提高容积率，提高绿化率，对各类不同性质或功能的建筑进行平面布置，设计出既节约用地，又充分人性化，环境优秀的平面布置。平面设计主要依据各房间的使用功能及使用面积定出其形状和水平方向各部分的组合关系，按采光通风要求设计各房间的门窗大小和尺寸；立面设计主要考虑实验楼的整体美观；剖面设计则根据使用要求确定层高、窗台高度、窗高及室内外高。二是结构设计，是在确定结构布置之后，先进行了截面初估，然后进行了荷载统计，接着计算水平及竖向荷载作用下的内力，找出最不利的一组或几组内力组合，选取最安全的结果计算梁板柱配筋并绘图。此外还进行了基础和楼梯设计，完成了基础、楼梯内力和选型计算及施工图绘制。楼梯采用板式楼梯，基础采用柱下独立基础。另外运用了PKPM进行框架结构设计计算。

　　整个结构在设计过程中，严格遵循相关的专业规范的要求，参考相关资料和有关最新的国家标准规范，对设计的各个环节进行综合全面的科学性考虑。总之，适用、安全、经济、美观、使用方便是本设计的原则。

　　关键词：框架结构     建筑设计    结构设计    内力组合

Abstract

　　The engineering is Xxxx eighth middle school Experiment Building , which is located in Tang Shan city.The engineering is four layer reinforced concreterame structures, which is 4823.28 square meters of the building area. The height of the whole building is 17.1 meters.

　　The design is made up of two parts, one part is architectural design ,which mainly includes: the overall plan design, plan design, facade design and section design. The overall graphic design go into the layout of the different types of nature or function of buildings,which can take full use of architectural space, enhance the volume and improve the greening rate ,in order to save space, also fully human,make layout of good environmental.The plan design is in the light of the functional area of the rooms and is determined by the relation of combination among all the parts of the building in horizontal plan, and design the room size and dimensions of doors and windows according to ventilation and lighting .The facade design should be based on the overall building appearance .The section design determine the height of every store, windows, windowsill and height gap between outdoors and indoors on the basis of the requirement of function . The other part is structure design,when the structural arrangement is determined, firstly take an advance estimate of the cross section and then proceed to the load statistics, and then calculate internal forces under the horizontal and vertical load, identify the most disadvantaged group, or a combination of several sets of internal forces,then select the results of the most secure and computing and reinforcement of beam ,board,column and drawings. In addition, I design the foundation and stairs, and complete the foundation, the stairs and the selection of internal force calculation and construction of mapping.The stairs are cranked slab stairs, and the foundation is independent foundation under column.I also go into the structural design of the framework calculation by PKPM.

　　In the design process of the entire structure, I follows the request of the related specialized standard strictly, then refer to correlation data and the related newest national standards standard, then design each link on the synthesis comprehensive scientific nature consideration. In brief, the suitable, the security, the economy, the beauty, easy to operate is this design principle.

　　Keywords: frame structures; building design; structural design; combination of  internal forces

目录

　　1 引言

　　本次设计题目为"xxxx实验楼建筑结构设计".建筑结构毕业设计是本科教学一个非常重要的环节。本设计从基本理论出发，结合施工现场经验，对本工程的建筑结构做了详细的设计。设计过程中参照了国家现行设计规范和标准，力求在内容上能够全面覆盖本结构设计的全部范围，密切联系工程实际，努力做到能够对现场施工起到主要指导作用。

　　本设计采用钢筋混凝土框架结构，设计内容包括建筑设计和结构设计。

　　建筑设计部分：在建筑结构设计中首先是初步设计的准备工作来满足建筑居住者所使用目的的功能要求，以及建筑物的耐久性能。

　　建筑设计是根据设计任务书的要求，结合相关的规范章程、城市规划、地势条件，并考虑各房间的布局、通风、采光、人流路线来确定的建筑的平立面布置。采用既能满足实验楼的采光、通风、保温、隔音等功能需要，又比较经济、美观的方案。设计步骤是首先设计建筑平面，包括建筑平面选择、平面柱网布置、平面交通组织及平面功能设计；其次进行立面造型、剖面的设计；最后进行楼梯的设计及相关构件的初选。

　　结构设计部分：钢筋混凝土框架作为一种常用的结构形式，具有传力明确、结构布置灵活、抗震性和整体性好的优点。目前已广泛地应用于各类公用建筑中。框架结构设计包括梁、柱、板的初步设计，以确保有足够的强度抵抗结构构件所传递的弯矩、剪力，最后是结构设计的数据处理，通过计算来进行各个构件的配筋计算，以满足建筑物的使用以及耐久性。结构设计部分具体设计步骤如下：

　　结构布置：按建筑方案设计，确定结构布置及各构件的截面尺寸。

　　构件材料及截面尺寸的确定： 建筑材料要选出既经济又能满足构件的强度指标的钢筋和混凝土标号。根据二级框架的有关规定，从而由柱网的尺寸确定出主梁的截面尺寸，再由主梁的布置来确定次梁的截面尺寸，主次梁布置确定后楼板的传力途径则可确定下来，并由此来确定楼板的厚度。柱截面尺寸确定依据结构延性要求，即二级框架限制轴压比？,同时各截面尺寸要满足模数要求。

　　荷载统计：荷载的取值按各层房间的使用功能及所选材料查荷载规范而定，完成恒载与活载的统计。

　　刚度计算：由梁柱截面尺寸及各项参数计算框架梁、柱的线刚度及柱的抗侧移刚度D值。

　　验算侧移：包括层间侧移及顶部位移。

　　横向框架的自振周期：按顶点位移法计算，求出结构的顶点水平位移，按下式求得结构的基本周期：

　　水平内力计算：本设计总高度不大于40米，质量和刚度沿高度方向基本均匀分配，变形以剪切型为主，满足底部剪力法的基本假定和适用条件，故采用底部剪力法来求各层剪力，采用D值法计算水平作用下的内力。

　　竖向荷载作用下的框架内力计算：分析了横向框架在作用下的内力；运用结构力学所学知识求梁固端弯矩，采用弯矩二次分配法求框架的梁端、柱端弯矩；分别计算恒（活）载作用下由荷载引起的梁端剪力及柱轴力和弯矩引起的梁端剪力及柱的轴力。

　　内力组合及配筋计算：对梁端弯矩进行调幅；调幅后对恒载，活载及地震作用下横向框架的内力进行组合，找出最不利内力组合；考虑强柱弱梁、强剪弱弯的设计原则，调整柱端的弯矩及梁柱剪力，并以此为依据对框架梁、柱进行截面设计。最后取其中最大值进行配筋，同时，各构件的配筋均要满足构造要求。

　　板的设计：根据本设计中梁板布置确定单向板和双向板，双向板按弹性理论进行内力分析的。

　　楼梯的设计：结构设计中对板式楼梯进行设计，主要包括梯段板、平台板、平台梁的内力及配筋计算

　　基础的设计：采用柱下钢筋混凝土独立基础，根据得到的几组不利组合取最不利组合进行配筋计算，基础的计算主要包括基底尺寸的确定，基础埋深及高度的确定，以及基底配筋的计算。

　　研究方法：在设计的建筑设计的过程中要运用房屋建筑学的有关知识并参考相关的规范和建筑实例，同时结合自己对建筑设计的理解；在结构设计的过程中要应用结构抗震设计和钢筋混凝土设计的相关知识并结合一些规范和图集。

　　近年来，随着计算机技术的不断发展，框架结构的计算也由手算转向电算，设计人员的工作强度逐渐降低。但是，目前有的工程人员过分依赖计算机的计算结果，缺少独立分析问题、解决问题的能力。所以本次毕业设计采用手算配合电算对手算结果加以验证，本次设计中用到了天正CAD和PKPM等建筑软件，通过手算电算的结合更加深刻的掌握建筑结构设计。

　　2 建筑结构设计

　　2.1工程概况

　　2.1.1工程名称：xxxx实验楼

　　2.1.2建设地点：xxxx

　　2.1.3工程概况：建筑面积 4823.28,结构形式为钢筋混凝土框架结构，共四层，每层高3.9,室内外高差为0.6.设计使用年限为50年。

　　2.1.4地质条件：

　　场地标准冻结深度为-0.8,场地土类型为中硬场地土，建筑场地类别为Ⅱ类。

　　2.1.5气象资料：

　　基本风压：0.4KN/,地面粗糙度为C类。

　　基本雪压：0.35 KN/.

　　2.1.6地震情况：抗震设防烈度为8度，设计地震分组为第一组，框架抗震等级二级。

　　2.1.7材料：

　　基础：钢筋混凝土

　　梁：钢筋混凝土

　　柱：钢筋混凝土

　　隔墙：加气混凝土砌块

　　楼板：钢筋混凝土

　　2.2 设计依据

　　（1）设计任务书

　　（2）建筑设计防火规范（GB50016-2006）

　　（3）中小学建筑设计规范（JBJ99-86）

　　（4）05系列建筑设计标准图集（DBJT02-45-2005）

　　（5）混凝土结构设计规范（GB50010-2002）

　　（6）建筑抗震设计规范（GB50011-2001）

　　（7）建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）

　　（8）建筑结构荷载规范（GB50009-2006）

　　2.3 建筑设计概述

　　建筑设计是在总体规划的前提下，根据任务书的要求综合考虑基地环境，使用功能，结构施工，材料设备，建筑经济及建筑艺术等问题。着重解决建筑物内部各种使用功能和使用空间的合理安排，建筑与周围环境，与各种外部条件的协调配合，内部和外表的艺术效果，各个细部的构造方式等。创造出既符合科学性又具有艺术的教学和办公环境。

　　建筑设计在整个工程设计中起着主导和先行的作用，除考虑上述各种要求以外，还应考虑建筑与结构，建筑与各种设备等相关技术的综合协调，以及如何以更少的材料，劳动力，投资和时间来实现各种要求，使建筑物做到适用，经济，坚固，美观，这要求我们认真学习和贯彻建筑方针政策，正确学习掌握建筑标准，同时要具有广泛的科学技术知识。

　　建筑设计包括总体设计和个体设计两部分。

　　本次设计的主要内容是实验楼的设计，实验楼属于公共建筑类。作为一个公共建筑空间设计，要在平面规划中自始至终遵循实用、功能需求和人性化管理充分结合的原则。

　　（1）建设地区的温度、湿度、日照、雨雪、风向、风速等是建筑设计的重要依据，例如：炎热地区的建筑应考虑隔热、通风、遮阳、建筑处理较为开敞；在确定建筑物间距及朝向时，应考虑当地日照情况及主要风向等因素。

　　（2）基地的地形，地质及地震烈度直接影响到房屋的平面组织结构选型、建筑构造处理及建筑体型设计等。

　　地震烈度，表示当发生地震时，地面及建筑物遭受破坏的程度。本次设计抗震设防烈度为8度，所以应进行建筑物抗震设防。

　　（3）水文条件是指地下水位的高低及地下水的性质，直接影响到建筑物基础。一般应根据地下水位的高低及地下水位性质确定是否在该地区建筑房屋或采用相应的防水和防腐措施。

　　建筑设计图纸要求：建筑图纸均需达到施工图深度，弄清建筑平面、立面和剖面之间的关系，熟悉建筑施工图的表达方式，掌握常用的建筑构造措施等。

　　本工程的建筑用房采用内廊式，双面布房，具有良好的通风和采光条件。

　　本工程楼梯和走廊的设计充分考虑了消防的要求。

　　2.4 结构布置

　　见图1

　　图1  结构布置图

　　2.5 截面初估
　　2.5.1 板截面初估：
　　2.5.2 框架梁截面初估：
　　2.6框架计算简图
　　2.6.1确定框架计算简图
　　2.6.2计算各框架梁柱线刚度：

　　2.7荷载计算
　　2.7.1恒载标准值计算
　　2.7.2活荷载标准值
　　2.7.3竖向荷载下框架受荷总图
　　2.7.4风荷载标准值计算
　　2.7.5水平地震作用计算
　　2.7.6多遇水平地震作用计算

　　2.8 层间位移及剪重比的验算
　　2.9 水平地震作用下内力分析
　　2.10 风荷载作用下的内力分析
　　2.11 竖向荷载下的内力分析
　　2.11.1 恒荷载作用下固端弯矩的计算
　　2.11.2 活荷载作用下固端弯矩的计算
　　2.11.3竖向荷载下剪力计算
　　2.11.4竖向荷载下柱轴力计算
　　2.12 荷载效应组合

　　2.12.1竖向荷载作用下梁端剪力和弯矩调幅
　　2.12.2水平地震作用下梁端弯矩调整
　　2.12.3风载作用下梁端弯矩调整
　　2.13 框架柱的截面设计
　　2.13.1 内力调整
　　2.13.2框架柱的截面设计
　　2.14 框架梁的截面设计
　　2.14.1正截面受弯承载力计算
　　2.14.2 斜截面受剪承载力计算
　　2.15 框架梁柱节点抗震验算
　　2.16 板的配筋计算
　　2.16.1 屋面板的计算
　　2.16.2 楼面板的计算

　　2.17 楼梯的计算
　　2.17.1楼梯梯段斜板设计
　　2.17.2平台板设计
　　2.17.3平台梁设计：
　　2.18 基础的配筋计算
　　2.18.1 荷载设计值
　　2.18.2 A柱独立基础的计算
　　2.18.3 B柱独立基础的计算
　　2.18.4 C柱独立基础的计算
　　2.18.5拉梁的计算
　　2.19 技术经济指标分析

3 结论

　　经过四年基础与专业知识的学习，培养了我独立做建筑结构设计的基本能力。在老师的指导和同学的帮助下，我成功地完成了这次的设计课题--xxxx实验楼建筑结构设计。

　　通过对设计任务书的认真研究和分析，综合考虑各个方面的因素，本设计进行了抗震概念下的建筑和结构设计。建筑设计依据建筑设计防火规范（GB50016-2006）、中小学建筑设计规范（JBJ99-86）等等设计，附有建筑说明以及建筑平面、立面和剖面图等建筑图纸。结构设计依据混凝土结构设计规范（GB50010-2002）建筑抗震设计规范（GB50011-2001）等多种规范设计。设计中选取一榀框架进行计算，按照框架设计计算的步骤：结构布置；各种荷载的计算包括恒荷载、活荷载、和风载及地震作用；框架结构的内力计算和内力组合；针对控制截面按最不利内力组合进行截面设计和配筋计算。然后进行了楼梯及基础的设计；最后用软件PKPM进行了电算验算并画出梁板柱及楼梯基础的配筋图。通过这次设计我得到以下结论：

　　1、对于建筑方面，一幢建筑物，一般是由基础、墙柱、楼板层与地层、楼梯、屋顶和门窗组成。在设计这些部位时，一定满足相关的构造要求；

　　2、建筑是人们为了满足生活、生产或其他活动的需要而创造的物质的、有组织的空间环境。设计时要充分考虑到建筑的使用功能，以满足人体和家具设备所需要的空间尺度。

　　3、对于结构，应使骨架形成的空间能良好地服务于人类生活、生产的要求和人类对美的需要。

　　4、结构要抵御自然界的各种作用力，如作用于楼盖、墙体以及支撑结构上的重力、风力、地震作用和由于温度变化、地基不均匀沉降、混凝土收缩在结构中起的强制作用力等，因而需要有抵抗力的功能。

　　5、除承载力问题外，结构还需要其他的一些抵抗功能。

　　在设计过程中，笔者还发现了一些问题，比如说结构图是使用PKPM软件，软件出的图和我们手算的不一致，手算的各构件的配筋比PKPM出的构件的配筋大一些，其中还有一些细部的问题在老师的指导下得以解决。

　　整个毕业设计过程，理论与实践相结合，使我对结构设计的全过程有了初步的认识，为今后的工作和学习打下了良好的基础，并培养了我们吃苦耐劳的精神，严谨周密的思考方式，认真负责的态度，达到了毕业设计应有的要求和目的。

　　在设计期间，我得到老师的指导和同学的帮助。但是时间并非十分充足，并且知识水平有限，多有纰漏之处，请多多指正。

谢辞

　　时光荏苒，转眼间，大学四年就要过去了，四年前的懵懂稚嫩，四年后的学有所成，凝聚着唐山学院的点点滴滴。在这里送上我真诚的谢意！

　　感谢每一位辛勤耕耘，无私奉献的老师，是你们传道授业解惑，给我以智慧和知识，引我至知识的殿堂，你们甘为人梯的精神我将终身不忘！

　　感谢每一位和蔼可亲，真诚友爱的同学，是你们无微不至的照顾和及时鼓励使我渡过了一个又一个难关！

　　本次毕业设计是在xxx的精心指导下完成的，老师也给予我们指导和帮助。由于我们知识的不足，在设计过程中遇到了大量的难题，老师不辞辛苦的精心指导，敏捷的思维，渊博的学识确保了我们毕业设计的顺利完成。在此我要感谢我的这几位老师！在设计过程中我的同组同学也曾帮助我解决难题。在此我谢谢我亲爱的同学们！

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