摘要
本项目为辽宁机电职业技术学院教学楼,为毕业设计项目, 位于沈阳市文化路和热闹路交接处。该项目主要用于学校教学,主要包括教室,实验室,办公室等教学用房。
本项目占地面积约1681.62平方米,建筑面积7567.29平方米。项目主体五层,局部四层,层高均为4.2米,总高度21.60米,室内外高差为0.60米。建筑总长度为88.22米,设有两道抗震缝,其宽度为100mm.建筑设计使用年限为50年,建筑物的耐火等级为三级。
该建筑结构形式为现浇钢筋混凝土框架结构,框架柱混凝土强度等级为C30,柱截面为500500 mm,框架梁混凝土强度等级为C25,纵向框架梁截面为300600 mm,横向框架梁截面为300550 mm,其中走廊横向框架梁截面为300300 mm.女儿墙用混凝土现浇,墙体均采用空心砖砌筑。建筑地点地质条件良好,采用柱下独立基础,基础埋深为1.8m,混凝土强度等级为C25.经济符合要求。
设计严格遵守我国现行规范,计算中包括地震荷载计算,风荷载计算, 内力组合,框架梁设计, 框架柱设计, 基础设计,楼板设计, 楼梯设计。
关键词:毕业设计, 框架结构 ,教学楼 ,钢筋混凝土
Abstract
The project is a teaching building of Liaoning Mechanical Professional technical institute, which belongs to a graduation project. It lies in the joint of the Wenhua Road and Renao Road in Shenyang. The project is used for teaching for school, and it contains classrooms, laboratories, offices and so on.
This project covers an area of 1681.62 square meters, and the floor space are 7567.29 square meters. The building is five storeys high and four storeys in some parts. Total height of this building is 21.60m, and the difference of height between indoors and outside is 0.45m. The total length of the building is 88.22 m, and there are two avoiding shaking seams which are 100mm wide during it. The designed service life of the Architecture is fifty years, and the construction fire protection rank is three rank.
The structural form of the civil engineering is reinforcement concrete casting frame .The strength class of the frame column is C30, and the cross sections of column is 500500 mm. The strength class of the frame beam is C25, the cross sections of the vertical beam is 300600 mmand the cross sections of the later beam is 300550 mmwhile the later beam of corridor is 300300 mm. The daughter wall is builded by reinforced concrete, and the other wall is used hollow bricks. The soil condition of the building site is good, so use under column independent foundation with the concrete of C25, and the depth of the foundation is 1.8m. The design meet economy needs.
The design strictly complied with the currently used code of our Country. The calculation includes the calculation of the earthquake load and wind load, the composition of internal force, the design of frame beam and column, the design of the foundation and the calculation of the stairs , boards and rain loose.
Key words: graduation project, frame structure,teaching building,reinforced concrete
目录
前 言
本次我的毕业设计的题目是辽宁机电职业技术学院教学楼,结构形式为现浇钢筋混凝土结构。此次设计的目的旨在通过综合运用大学四年中所学到的专业知识,充分利用图书馆,网络等现有资源完成一个包括建筑方案和结构方案的确定,结构计算,建筑施工图和结构施工图的绘制以及经济技术分析,中英文摘要等内容的一个完整的设计任务,从而让我们通过设计了解建筑设计的一般过程,掌握建筑设计的全部内容,同时也可以培养我们综合运用基础理论和基本技能的能力,分析和解决实际问题的能力,还可以掌握多种绘图设计软件,以及word、office等软件的操作。更重要的是通过这次设计还可以让我们对大学所学的知识进行一次全面的融合,这是对我们大学这四年来所学知识的一次具体的运用,对我以后的学习和工作帮助甚大。
第一章 方案论述
1.1建筑方案论述
1.1.1设计依据
(1)依据土木工程专业2006届毕业设计任务书。
(2)遵照国家规定的现行相关设计规范。
1.1.2设计内容、建筑面积、标高
(1)本次设计的题目为"辽宁机电职业技术学院教学楼".该工程位于沈阳市沈河区,为永久性建筑,建筑设计使用年限50年,防火等级二级。
(2)本建筑主体结构为五层,局部四层,层高均为4.2m .建筑面积:7567.29m2,占地面积:1681.62m2.
(3)室内外高差0.600m,室外地面标高为-0.600m.
1.1.3房间构成和布置
(1)房间构成
本工程为一所职业技术学院的教学楼,根据教学楼的功能要求,此次设计该教学楼共包括20个普通教室,8个120人合班教室,10个教师办公室,10个教研室,2个计算机室,2个语音室,物理实验室、化学实验室、生物实验室各1个,1个会议室,资料室,教师休息室,学生会办公室等配套房间若干个,以及配套的卫生间若干个。
(2)房间布局
充分考虑教学楼各种房间在功能和面积等方面的不同,尽量做到功能分区清晰,各功能分区之间联系紧密,以及结构布置合理等,在设计中主要注意了以下几点:
①教室(包括普通教室和合班教室)布置在教学楼的阳面。
②语音教室,以及录音室等需要安静环境的教室布置在教学楼中相对较为偏僻的地方。
③充分考虑实验室办公室,实验准备室和实验室的紧密联系,各类实验室都设置了配套的教师办公室,实验准备室以及实验储藏室。
④考虑结构的合理性,像语音室,计算机室,各类实验室,以及合办教室这样大面积的房间,都布置在了一起,使上下层结构更加规整。
⑤卫生间布置在教学区边缘的阴面,卫生间都带有前室,且通风良好以减少异味,各层卫生间都上下对齐布置,方便穿管。
1.1.4采光和通风
本建筑主体结构采用内廊式,内廊式建筑的采光和通风是一个比较棘手的问题,如何做好内廊的采光和通风,满足建筑规范的要求就显得很重要。由于本建筑主体五层部分长度达到了58.22m,为了满足《民用建筑设计通则》中所规定的:"内廊式走道长度超过20m时应两端设采光口,超过40m时应增加中间采光口"的要求。在本设计中特在建筑中部设置了一个天井,来满足内廊对采光和通风上的要求,同时也可以作为一个共享空间作为学生课间休息的场所。
建筑中的房间,尤其是教室,都采用了排窗的形式,足以满足建筑对采光和通风的要求,为学生的学习提供了一个很好的环境。由于是本建筑地处沈阳,开排窗的形式并不利于建筑的保温和节能,因此采用高标准的双层中空玻璃塑钢窗,在一定程度上保证了建筑的保温和节能。
1.1.5主要立面和出入口的考虑
考虑到本建筑为一个教学楼,因此采用近似于对称的立面造型能够体现出科教建筑一种较为严谨的风格,同时建筑在对称中的变化和局部突出的女儿墙以及凹凸虚实变化又使严谨中更增添了一份活力。另外,建筑位于主要交通要道的北侧,教学楼坐北朝南,因此把教学楼的主出入口设在了建筑的南面,方便进出,此外充分考虑到疏散的要求,在建筑北面设置了五个次要入口。由于主出入口的雨篷比较大,因此采用了斜拉钢结构玻璃雨篷,在立面造型上更体现了一份现代的气息。
1.1.6防火及安全
防火和安全是现代建筑中的一个需要重点考虑的因素。在本设计中,走道,楼梯宽度,房间门的宽度,走道长度,采光等均严格按照国家建筑防火规范进行设计,满足防火疏散的要求。本设计严格要求下需要设置消防楼梯,但考虑到是毕业设计,设计深度比较浅,因此在本设计中并未设置消防楼梯。
1.1.7各部分工程构造
(1) 屋面:为不上人屋面
防水层:改性沥青防水层
20mm厚1:3水泥沙浆找平层
60mm厚苯板保温层
120mm焦渣找坡
100mm厚钢筋混凝土板
20mm厚混合砂浆抹灰
(2)楼面:
水磨石地面
100mm厚钢筋混凝土板
(3)厕所:
面砖地面
20mm厚水泥砂浆保护层
防水剂(2道)
15mm厚水泥砂浆找平
100mm厚钢筋混凝土板
(4)室外台阶:
花岗石条石
30厚1:3干硬性水泥砂浆结合层
100厚C15现浇混凝土
300厚中粗砂垫层
(5)墙体:
① 外墙
20厚1:3水泥砂浆抹灰
200厚空心砖墙体
60厚苯板保温层
20厚水泥砂浆抹面
② 内墙
20厚1:3水泥砂浆抹灰
200厚空心砖
20厚水泥砂浆抹面
(6)门窗构件:
本建筑中窗均采用铝合金窗,除正门采用玻璃门外,其他门均采用实木门。
1.1.8本建筑设计的主要特点
本建筑的主要特点为采用内廊式符合北方地区保温节能的要求。各功能区分区清晰,结构形式较为简单,建筑外墙面采用橙色涂料装饰能够给人一种学生朝气蓬勃的感觉。主体结构采用中间五层,两侧四层的形式,高低错落有致,房间布置合理,经济实用。
1.2 结构方案论述
1.2.1基本资料
(1)抗震条件:
本工程抗震设防烈度为7度(0.1g)。
(2)气象条件:
沈阳地区基本雪荷载0.50kN/m2,基本风压:0.55kN/m2.
(3)工程地质条件:
Ⅱ类场地,建筑地点冰冻深度-1.2m,地下稳定水位距地坪8m以下。
1.2.2结构形式和基础形式
(1)结构形式
目前,多层建筑结构中常采用的结构形式有砌体结构,钢筋混凝土结构和钢结构,这三种结构各有它们自己的特点。
砌体结构以砖墙为主体,加配钢筋混凝土圈梁和构造柱,因此可根据各地情况的特点因地制宜、就地取材、降低造价,是理想的多层建筑结构形式。但是由于砌体结构由砖墙承重决定了它的开间和进深受到了一定的限制,而且砌体结构对抗震也非常不利。而本设计又是一个位于抗震7度设防地区的教学楼工程,不仅需要采取一定的抗震措施,还由于是教学楼需要一些大开间房间,这就决定了本设计不适合采用砌体结构。
钢结构具有强度高、构件重量轻、平面布置灵活、抗震性能好施工速度快等特点。但由于我国钢产量不多,而且施工技术也不是很成熟,因此钢结构建筑造价特别高,因此目前钢结构通常用于跨度大、高度大、荷载大、动力作用大的各种建筑及其他土木工程结构中,而很少运用于教学楼中,因此本设计也不适合采用钢结构。
现浇钢筋混凝土框架结构是一种抗震性能好,施工技术成熟,原材料资源丰富,成本和能耗较低,可模性、整体性、刚性,防火性能和耐久性能均较好的结构形式,而且框架结构具有房间布局灵活等特点。所以现浇钢筋混凝土框架结构已经成为现代工程建设中的主要结构型式。正因为现浇钢筋混凝土框架结构有这些特点,而且随着商品混凝土、钢模板和一些新的施工工艺的涌现,现浇框架结构的建筑周期极大缩短、施工质量明显提高、建筑造价不断降低,这些符合教学了的结构特点和施工要求,符合当地的施工条件,所以本设计将现浇钢筋混凝土框架结构作为其主要结构形式。
在选择柱网上,充分考虑结合教学楼房间的特点,主要采用6m6.6m的经济柱网,对于开间要求较大的合班教室,实验室等,则局部采用了9m6m的较大柱网,为保证房间的净高,采用井字形楼盖,最大限度地降低了梁高,使结构更为经济。
(2)基础形式
基础可以分成深基础和浅基础。考虑到本建筑自重较小,地质条件良好,从技术需要的角度考虑选择天然地基上的浅基础。目前多层框架结构中最常用的浅基础形式有无筋扩展基础,柱下钢筋混凝土独立基础,柱下钢筋混凝土条形基础。其中无筋扩展基础是刚性基础,所选材料抗拉强度大但抗拉和抗弯强度很低,设计时,要求一定的刚性角,所以基础相对很高,基坑深度加大,基底压力增加,也不利于抗震。柱下钢筋混凝土条形基础则多用于处理地基软弱而荷载又较大时的工程问题。根据本工程的地质勘测资料显示,本工程地下水位为-8.0m以下,地下水位比较深。另外,地下土层地质良好,没有软弱层,而且地下-1.8m处为中砂层,地基承载力比较高,因此采用施工方便,技术成熟的柱下独立基础更为经济适用。
1.2.3结构尺寸及采用的材料
框架柱,梁及楼板,楼梯等均为现浇混凝土结构:
(1)框架柱
框架柱截面尺寸为500500mm.采用C30混凝土;纵筋采用HRB335级钢筋,箍筋采用HPB235级钢筋。
(2)框架梁
框架纵梁截面尺寸为300600mm,框架横梁截面尺寸为300550mm和300300mm,采用C25混凝土;纵筋采用HRB335级钢筋,箍筋采用HPB235级钢筋。
(3)现浇板
房间的现浇楼板板厚度为100mm,走廊的现浇板厚度为100mm,采用C25级混凝土;HPB235级钢筋。
(4)基础
基础形式为钢筋混凝土柱下独立基础,基础底面尺寸为28002800mm,基础高度为800mm,混凝土强度等级为C25;采用HRB335级钢筋。基础底做100mm厚C15混凝土垫层。
(5)楼梯
楼梯为现浇折板式楼梯,并设有平台梁,楼梯踏步宽度为300mm,高度为150mm,楼梯斜板厚度为150mm,混凝土强度等级为C25,采用HPB235级钢筋。平台梁截面尺寸为200400mm,混凝土强度等级为C25,纵向钢筋采用HRB335级钢筋,箍筋采用HPB235级钢筋。
(6)墙体
填充墙,外墙200mm厚空心砖墙加60厚苯板保温层,内墙200mm厚空心砖;砂浆等级为M5.
1.2.4荷载种类及其组合
(1)荷载种类
荷载可分为恒荷载,活荷载,风荷载和地震荷载,其中地震荷载在设计中只考虑水平地震荷载,不考虑竖向地震荷载。
(2)荷载组合
在荷载组合中分别考虑无地震作用下的组合和有地震作用下的组合。其中梁端取最大负弯矩和最大正弯矩所对应的组合,以及最大剪力所对应的组合;梁跨中取最大正弯矩对应的组合;柱取最大弯矩绝对值,最大轴力和最小轴力三者所对应的组合。
1.2.5计算方法
用底部剪力法计算水平地震作用;用D值法计算框架结构在水平地震作用下的内力;用力矩二次分配法计算竖向荷载作用下的框架内力;结构设计采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,以可靠指标度量结构构件的可靠度,采用分项系数的设计表达式进行设计。
剖面图
轴立面图
K-A轴立面图及节点详图
第二章 荷载计算
2.1 荷载汇集及截面尺寸选取
2.1.1 截面尺寸选取
2.1.2 荷载汇集
2.2 计算简图及层数划分
2.3 各层重力代表值计算
2.3.1 五层上半层
2.3.2 标准层
2.3.3 二层下半层
2.3.4 一层上半层
第三章 水平地震作用下的框架内力分析
3.1 基本资料
3.2 水平地震作用下的框架内力
3.2.1 梁线刚度
3.2.2 柱线刚度
3.2.3 柱的侧移刚度D
3.2.4 水平地震作用分析
第四章 风荷载作用下的楼层剪力
4.1 风荷载作用下的楼层剪力
4.2 风荷载作用下的框架内力
4.2.1 风荷载作用下的柱端弯矩
4.2.2 风荷载作用下梁端弯矩
4.2.3 风荷载作用下梁端剪力和柱轴力标准值
4.2.4 风荷载作用下的框架梁内力图
第五章 竖向荷载作用下的内力分析
5.1 竖向荷载计算
5.1.1 荷载传递路线
5.1.2 恒载
5.1.3 活载
5.2 框架内力计算
5.2.1 框架计算简图
5.2.2 梁固端弯矩
5.2.3 内力分配系数计算
5.2.4 弯矩分配与传递
5.2.5 梁端剪力
5.2.6 柱轴力和剪力
第六章 荷载组合及最不利内力确定
6.1 基本组合公式
6.1.1 框架梁内力组合公式
6.1.2 框架柱内力组合公式
6.2 梁的内力组合
6.2.1 梁端弯矩的调幅
6.2.2 控制截面内力计算
6.2.3 梁控制截面的内力组合
6.3 柱的内力组合
第七章 框架结构梁柱配筋计算
7.1 框架梁配筋计算
7.1.1 截面尺寸
7.1.2 材料强度
7.1.3 配筋率
7.1.4 基本公式
7.1.5 具体配筋计算
7.2 框架柱配筋计算
7.2.1 截面尺寸
7.2.2 材料强度
7.2.3 框架柱端弯矩和剪力调整
7.2.4 框架柱配筋计算
第八章 现浇板配筋计算
8.1 荷载计算
8.2 配筋计算
8.2.1 A板(四边固定板)
8.2.2 D板(四边固定板)
第九章 基础设计
9.1 确定基础底面面积
9.1.1 选择基础的材料,类型,进行基础平面布置
9.1.2 确定地基持力层和基础埋深
9.1.3 确定地基承载力
9.1.4 确定基础的底面尺寸
9.2 地基承载力验算
9.2.1 按第一组荷载计算
9.2.2 按第二组荷载计算
9.3 基础抗冲切验算
9.4 基础底板配筋计算
9.4.1 考虑第一组内力设计值
9.4.2 考虑第二组内力设计值
第十章 折板式楼梯计算
10.1 梯板设计
10.1.1 板厚
10.1.2 荷载
10.1.3 截面设计
10.2 平台板计算
10.2.1 荷载计算
10.2.2 截面设计
10.3 平台梁柱计算
10.3.1 平台梁计算(TL-1)
10.3.2 平台柱计算(TZ-1)
第十一章 雨篷设计
11.1 荷载计算
11.1.1 荷载
11.1.2 荷载组合
11.2 配筋计算
第十二章 技术经济分析
随着社会和经济的发展,无论在发达国家还是发展中国家,建筑节能都被视为能源工作和能源政策的重要部分。而我国作为人口大国,发展建筑节能对我国经济建筑尤其具有重大意义,因此我们的建筑从规划设计,到施工,再到投入使用到拆除都要做到经济合理,全面贯彻我国"适用、安全、经济、美观"的八字建筑方针。
这次我所设计的辽宁机电职业技术学院教学楼充分考虑了经济问题,通过以下几个方面的考虑最大限度地降低了建筑成本。
(1)建筑方面
第一,我所设计的建筑的主体部分选择了南北朝向,有利于充分利用太阳能。另外,建筑采用内廊式,更有利于北方地区的建筑保温。
第二,建筑的外墙采用200厚陶粒混凝土空心砌块外加60厚苯板保温层的形式,最大限度地节约了能源,避免了热桥。
第三,改进了门窗设计,窗户一律采用塑钢窗,玻璃采用品质优良,保温效果好的双层保温玻璃。
(3)结构形式方面
目前,多层建筑结构中常采用的结构形式有砌体结构,钢筋混凝土结构和钢结构,这三种结构各有它们自己的特点。
砌体结构以砖墙为主体,加配钢筋混凝土圈梁和构造柱,因此可根据各地情况的特点因地制宜、就地取材、降低造价,是理想的多层建筑结构形式。但是由于砌体结构由砖墙承重决定了它的开间和进深受到了一定的限制,而且砌体结构对抗震也非常不利。而本设计又是一个位于抗震7度设防地区的教学楼工程,不仅需要采取一定的抗震措施,还由于是教学楼需要一些大开间房间,这就决定了本设计不适合采用砌体结构。
钢结构具有强度高、构件重量轻、平面布置灵活、抗震性能好施工速度快等特点。但由于我国钢产量不多,而且施工技术也不是很成熟,因此钢结构建筑造价特别高,因此目前钢结构通常用于跨度大、高度大、荷载大、动力作用大的各种建筑及其他土木工程结构中,而很少运用于教学楼中,因此本设计也不适合采用钢结构。
现浇钢筋混凝土框架结构是一种抗震性能好,施工技术成熟,原材料资源丰富,成本和能耗较低,可模性、整体性、刚性,防火性能和耐久性能均较好的结构形式,而且框架结构具有房间布局灵活等特点。所以现浇钢筋混凝土框架结构已经成为现代工程建设中的主要结构型式。正因为现浇钢筋混凝土框架结构有这些特点,而且随着商品混凝土、钢模板和一些新的施工工艺的涌现,现浇框架结构的建筑周期极大缩短、施工质量明显提高、建筑造价不断降低,这些符合教学楼的结构特点和施工要求,符合当地的施工条件,所以本设计将现浇钢筋混凝土框架结构作为其主要结构形式。
在选择柱网上,充分考虑结合教学楼房间的特点,主要采用6m6.6m的经济柱网,对于开间要求较大的合班教室,实验室等,则局部采用了9m6m的较大柱网,为保证房间的净高,采用井字形楼盖,最大限度地降低了梁高,使结构更为经济。
(3)基础形式方面
基础可以分成深基础和浅基础。考虑到本建筑自重较小,地质条件良好,从技术需要的角度考虑选择天然地基上的浅基础。目前多层框架结构中最常用的浅基础形式有无筋扩展基础,柱下钢筋混凝土独立基础,柱下钢筋混凝土条形基础。其中无筋扩展基础是刚性基础,所选材料抗拉强度大但抗拉和抗弯强度很低,设计时,要求一定的刚性角,所以基础相对很高,基坑深度加大,基底压力增加,也不利于抗震,而且还浪费材料。柱下钢筋混凝土条形基础则多用于处理地基软弱而荷载又较大时的工程问题。根据本工程的地质勘测资料显示,本工程地下水位为-8.0m以下,地下水位比较深。另外,地下土层地质良好,没有软弱层,而且地下-1.8m处为中砂层,地基承载力比较高,因此采用施工方便,技术成熟的柱下独立基础更为经济适用。
我此次设计的柱下独立基础的底板面积为2.8m2.8m,根据国家建筑地基基础规范的规定,"当柱下钢筋混凝土独立基础的边长和墙下钢筋混凝土条形基础的宽度大于或等于2.5m时,底板受力钢筋的长度可取边长或宽度的0.9倍,并宜交叉布置".因此我所设计的基础采取了这条规定,在一定程度上节约了基础大约10%的钢筋。通过计算我的基础底板每平方米的用钢量为12公斤,符合要求。
(4)墙体方面
在设计中,我的外墙采用了200厚陶粒混凝土砌块加60厚苯板保温层,内墙采用200厚陶粒混凝土空心砌块。陶粒混凝土空心砌块具有质量轻,施工方便,价格相对较低等特点。因此墙体采用陶粒混凝土空心砌块不仅施工速度快,降低施工成本,更重要的是大大减轻了建筑墙体的自重,从而可以减小梁柱截面节约大量材料,而且还有利于建筑抗震。
主要通过以上这四点的考虑,从而在一定程度上降低了工程成本,满足了经济合理的要求。
第十三章 结 论
通过这17周的毕业设计,我已经完成了从建筑方案构思到结构计算,再到建筑结构施工图的绘制以及外文翻译,中英文摘要等一系列相关资料的撰写工作,基本上完成了此次毕业设计的要求。
在此次设计中我以国家相应规范为标准,按照最新的要求设计的教学楼采用现浇钢筋混凝土框架结构,主体部分为五层局部四层,总建筑面积7567.29平方米,技术经济情况符合要求。结构设计也严格遵守我国现行规范,未出现超规范的情况。计算中包括了地震荷载计算,风荷载计算, 内力组合,框架梁设计, 框架柱设计, 基础设计,楼板设计, 楼梯设计以及雨篷设计。
在这次设计中,由于是毕业设计没有进行结构罕遇地震下的弹塑性验算,没有进行结构薄弱层的验算,也没有进行基础梁的配筋计算和进行电算校核。另外结构计算中也只选取了一品框架进行计算而且还忽略了纵向框架梁的影响。因此由于时间和能力有限这次设计还有许多需要完善的地方,但从总体上看已经完成了多层框架结构的设计和计算,基本上达到了毕业设计的目的。
参考文献
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7.中华人民共和国建设部。 建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)。 北京:中国建筑工业出版社,2002
致 辞
本次设计是在刘明老师的精心指导下进行的,同时得到了很多老师如王强老师、姚大鹏老师、王萍老师等的指导和帮助。老师们兢兢业业的精神使我深受感动,他们严谨治学细心指导的工作态度也给我留下深深的印象。在本次设计圆满结束之时,我在此向老师们致以最诚挚的感谢,并向四年来所有给与我关心和帮助的各位老师及同学们表示最衷心的感谢。
由于时间仓促、经验不足及本人水平有限,在设计过程中遇到很多疑难问题,感谢老师们的指导;图纸及计算书中出现的错误,恳请各位老师批评指正。
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