某市中学教学楼框架结构设计

摘  要

　　本设计主要进行了结构方案中横向框架10轴框架的抗震设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算，接着利用顶点位移法求出自震周期，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）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力。最后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，斜梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。选取部分梁、板、柱进行了构件的内力和配筋计算。

　　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、使用方便是本设计的原则。

　　关键词： 框架；结构设计；抗震设计

Abstract

　　The purpose of the design is to do the anti-seismic design in the longitudinal frames of axis 10. When the directions of the frames is determined, firstly the weight of each floor is calculated .Then the vibrate cycle is calculated by utilizing the peak-displacement method, 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.

　　The whole structure of the design process, in strict compliance with the relevant professional standard, reference to relevant information and the latest national standards and specifications, and design of the various components of a comprehensive scientific considerations. In short, application, security, economic and user-friendly design is the principle.

　　Key words :  frames;structural design;anti-seismic design

目 录

前  言

　　毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段，是深化、拓宽、综合教和学的重要过程，是对大学期间所学专业知识的全面总结。通过毕业设计，使我在大学期间学到的知识贯穿起来，对于我今后的工作奠定了良好的基础。

　　我的毕业设计题目为《某市中学教学楼框架设计》。在毕业设计前期，我温习了《结构力学》、《钢筋混凝土》、《建筑结构抗震设计》等知识，并借阅了《抗震规范》、《混凝土规范》、《荷载规范》、《混凝土结构设计规范》等规范。在毕业设计中期，我通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计。在毕业设计后期，主要进行设计手稿的电脑输入。在整个设计期间我严格按照计划进行设计工作，在杨秀英老师的耐心和细致的辅导下，使我圆满完成了毕业设计任务。

　　在整个毕业设计期间，我在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解，巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。在进行内力组合的计算时，进一步了解了Excel.在绘图时熟练掌握了AutoCAD,天正CAD,PKPM等设计软件，以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。

　　框架结构设计的计算工作量很大，在计算过程中以手算为主，辅以一些计算软件的校正。由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。

　　建筑部分

　　1 总平面设计

　　本工程为教学楼，其采用框架结构，层高均为3.9米。总高18.9米，总建筑面积约为4340.75m2 左右。

　　在建筑设计过程中兼顾安全，适用，经济，美观四个原则，并依据建筑设计资料集进行详细说明。总平面设计要求综合总体规划，基地环境等具体条件合理分区，妥善解决平面各组成部分之间的相互关系，选择合适的交通联系方式。并且简捷明快，管理方便，满足人在心理，视觉和其它各种使用上的要求，按照建筑性质，规划和基地，确定平面形式，使布局紧凑，节约用地，并且为立面设计创造有利条件，考虑合理性及经济。

　　2 平面设计

　　建筑平面是建筑在水平方向房间各部分的组合关系。本设计中，考虑各房间的使用要求以及合理性不止，综合建筑物框架结构特点，初步确定柱网的布置。

　　2.1 交通联系部分的设计

　　交通联系部分是人流通行和集散不可缺少的内容，这部分设计的主要内容有：

　　（1）交通路线简捷，明快，联系方便。

　　（2）人流通畅，紧急疏散时迅速安全。

　　（3）满足一定的采光和通风要求。

　　（4）力求节省交通面积，同时应考虑空间处理等问题。

　　结合本建筑的具体要求，设置以下交通联系部分：

　　2.1.1 走廊--水平交通

　　本设计中走廊为宽3.0m内走廊，在建筑物中延长向布置，同时满足功能使用要求和防火疏散规定。

　　2.1.2 楼梯--垂直交通

　　楼梯设计主要依据使用要求和人流通行情况确定梯段宽度和休息平台的宽度，选择适当的楼梯形式，考虑整幢建筑的楼梯数量，以及楼梯间的平面位置和空间组合。

　　楼梯的位置应布置均匀，导向明确，显明易找，因考虑到建筑面积不大，房间少，故在建筑物中间布置一双跑式楼梯，以便满足行走和防火要求，楼梯踏步为150mm×270mm.

　　2.2 卫生间的平面设计

　　卫生间在满足设备布置及人体活动要求的前提下，力求布置紧凑，节约面积，使管道集中，并尽可能有自然采光和通风条件。

　　根据本建筑设计的类型和使用的人数，每层在建筑物的中间部分设男、女厕所各一间。

　　平面的组合形式详见建筑施工图。

　　3 立面设计

　　建筑立面设计是满足房屋使用要求和技术经济条件的前提下，运用建筑物造型和里面构图的一些规律，紧密结合平面布置，剖面的内部空间组合条件而进行设计。联系建筑平面及剖面建筑体型组合，运用建筑形式美的一些基本规律，使他在满足使用要求的前提下，适应环境条件，符合美学的基本规律，也更加富有现代气息和艺术的感觉。本设计中，外立面上采用大面积的铝合金门窗，充分显示框架结构中，框架的特点。外墙采用乳白色面砖贴面。

　　建筑物室内地坪和室外地坪相差450mm,设四个台阶：150mm×300mm  .

　　建筑立面效果见建筑施工图。

　　4 剖面设计

　　建筑剖面图是表示建筑物在垂直方向房屋各部分的组合关系，剖面设计主要分析建筑物各部分应有的高度，建筑物的层数，空间的组合和利用，以及在建筑物剖面中的结构和构造的关系等。

　　4.1层数的确定

　　根据建筑物的使用要求，城市规划要求，进而确定大楼为五层建筑物。

　　4.2层高的确定

　　根据使用要求，采光、通风、感观和模数，确定第一层层高为3.6m,

　　第二、三、四层层高为3.6 m,顶层层高为3.6m,设女儿墙为0.9m.

　　4.3室内外高差

　　为防止室外雨水倒流入室内及建筑物沉降使室内地坪标高过低，同时也增强了建筑物的立面效果，故取室内外高差450mm.

　　见建筑施工图。

　　5建筑构造设计

　　5.1墙体

　　墙体的厚度应满足强度、稳定性，保温隔热、防火隔音等方面的要求，结合设计资料，统一取外墙为240mm厚，内墙为240mm厚，采用外墙空心砖，内墙砌体填充。

　　5.2屋面结构

　　该层面上设女儿墙，且为上人屋面。四屋面防水及排水

　　采用柔性防水，屋面用细石砼保护，防水采用改性油毡（SBS）防水。屋面排水采用有组织排水，即屋面雨水顺坡流入雨水管，再散水流入排沟。

　　屋面泛水做法：

　　将油毡直接引申到墙面，并在墙面上做水泥沙浆滴水线，泛水的高度取250mm,它满足大于150mm的规范要求。

　　5.3雨水口构造

　　雨水口是屋面雨水汇集并排出至落水管的关键部位，构造上要求排水通畅，防止渗漏和堵塞。雨水口四周须铺一层油毡，并铺到漏斗口内，用沥青胶贴牢。采用铸铁漏斗形的定型件用水泥沙浆埋嵌牢固，缺口及交接处等薄弱环节可用油膏嵌缝，再用蓖网铁置压盖。

　　6 结构选型及平面布置

　　1）结构体系选型：选用钢筋混凝土现浇框架结构体系。

　　2）屋面结构：采用现浇钢筋混凝土屋盖，刚柔性相结合的屋面，屋面板厚120mm.

　　3）楼面结构：全部采用现浇钢筋混凝土楼盖，板厚120mm.

　　4）楼梯结构：采用钢筋混凝土梁式楼梯。

　　5）结构平面布置如图6.1所示：

超结构总图1

超结构总图2

超结构总图3

超结构总图4

超结构总图5

超结构总图6

　　结构部分
　　7 设计原始资料
　　8 结构设计方案及布置
　　9 构件初估
　　9.1 柱截面尺寸的确定
　　9.2 梁尺寸确定
　　9.3 楼板厚度

　　10 基本假定与计算简图
　　10.1 基本假定
　　10.2 计算简图
　　11 结构布置及计算简图
　　12 荷载计算
　　12.1 恒载标准值计算
　　12.2  活荷载标准值计算
　　12.3  竖向荷载下框架受荷总图
　　12.4  重力荷载代表值计算

　　13 地震作用计算
　　13.1 横向框架侧移刚度计算
　　13.2横向自振周期计算
　　13.3横向水平地震力计算
　　13.4  水平地震作用下的位移验算
　　13.5  水平地震作用下框架内力计算
　　14 竖向荷载作用框架内力计算
　　14.1  梁柱端的弯矩计算
　　14.2  梁端剪力和轴力计算

　　15  风荷载计算
　　15.1风荷载侧移计算
　　15.2风荷载内力计算
　　16 内力组合
　　16.1 荷载组合
　　16.2 控制截面及不利内力
　　16.3计算结果
　　16.3.1框架内力计算
　　16.3.2框架柱内力计算结果及框架柱内力组合

　　17 截面设计
　　17.1 框架梁的配筋计算
　　17.1.1 正截面受弯承载力计算
　　17.1.2 斜截面受弯承载力计算
　　17.1.3 裂缝宽度控制验算
　　17.1.4 受弯构件的挠度验算
　　17.2 框架柱配筋计算
　　17.2.1 轴压比验算（B轴柱）
　　17.2.2 正截面受弯承载力计算
　　17.2.3  斜截面受剪承载力计算

　　18 楼板设计
　　18.1 设计荷载
　　18.2 计算跨度l0的求解
　　18.3弯矩的求解
　　18.4 截面设计
　　19 楼梯设计
　　19.1踏步板计算
　　19.1.1.荷载计算
　　19.1.2.内力计算
　　19.1.3.受弯承载力计算

　　19.2 斜梁设计
　　19.2.1 截面设计
　　19.2.2 荷载计算
　　19.2.3 内力计算
　　19.2.4 承载力计算
　　19.3 平台板设计
　　19.3.1 计算单元的选取
　　19.3.2 荷载计算
　　19.3.3 内力计算

　　19.4 平台梁的设计
　　19.4.1 平台梁截面尺寸的选取
　　19.4.2 平台梁荷载计算
　　19.4.3 平台梁内力计算
　　19.4.4 截面设计
　　19.4.5 吊筋计算

　　基础部分
　　20 基础设计资料
　　20.1设计说明
　　20.2 荷载计算
　　20.3 地基承载力设计值的确定
　　21 边柱独立基础设计
　　21.1 荷载计算
　　21.2 基底尺寸的确定
　　21.3 持力层强度验算
　　21.4 柱底对基础抗冲切验算
　　21.5 内力计算与配筋

　　22 中柱联合基础设计
　　22.1 荷载计算
　　22.2 基底尺寸的确定
　　22.3 持力层强度验算
　　22.4 柱底对基础抗冲切验算
　　22.5 内力计算与配筋

　　参考文献
　　1   徐占发。土建专业实训指导与示例。第1版。北京： 中国建材出版社，2006
　　2   彭少民。混凝土结构（下册）。武汉： 武汉工业大学出版社，2002
　　3   梁兴文，王社良，李晓文。混凝土结构设计原理。第3版。 北京： 科学出版社出版社，2005
　　4   梁兴文，史庆轩。混凝土结构设计原理。第2版。 北京： 科学出版社出版社，2005
　　5   周克荣，顾祥林，苏小卒。混凝土结构设计。第1版。上海： 同济大学出版社，2002
　　6   吕西林，桂国庆。高层建筑结构。第2版。 武汉： 武汉工业大学出版社，2005
　　7   中华人民共和国国家标准。建筑结构制图标（GB/T50105--2001）
　　8   中华人民共和国国家标准。建筑制图标准（GBJ/T50104--2001）
　　9   中华人民共和国国家标准。建筑结构荷载规范（GB5009--2001）
　　10  中华人民共和国国家标准。地基基础设计规范（GBJ50011--2001）
　　11  中华人民共和国国家标准。建筑抗震设计规范（GBJ50011--2001）
　　12  建筑制图标准 （GBJ-86）
　　13  建筑设计防火规范 （GBJ16-79）
　　14  莫海鸿，杨小平。基础工程。 第一版。北京：中国建设工业出版社，2003
　　15  房屋建筑学。第四版。武汉：武汉工业大学出版社， 2005
　　16  建筑设计规范大全。中国建筑工业出版社 ,   2001年
　　17  建筑结构常用节点图集。江苏省结构构件通用图集，  苏G01-2003
　　18 程文壤。 楼梯和阳台雨蓬设计（第2版）。东南大学出版社
　　19 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。中国建筑标准设计研究所出版，  03G101-1
　　20 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。中国建筑标准设计研究所出版，  03G101-2
　　21 混凝土结构施工图平面整体表示制图规则和构造详图。中国建筑标准设计研究所（03G101-2）

附录

　　本设计是按照聊城大学建筑工程学院2010年本科毕业设计要求编写的毕业设计。题目为"某市中学教学楼框架结构设计".

　　教学楼是公共建筑，其规范要求比较严格，能体现出建筑和结构设计的很多重要的方面，选择教学楼建筑和结构设计，从而掌握教学楼设计的基本原理，妥善解决其功能关系，满足使用要求。

　　框架结构的设计始于欧美，二十世纪后得到了世界各地大范围的使用，其结构建筑平面布置灵活，使用空间大，延性较好。其具有良好的抗震能力。对办公楼有重要建筑结构非常适用，能满足其较大的使用面积要求。

　　框架结构的研究，对于建筑的荷载情况，分析其受力，采用不同的方法分别计算出各种荷载作用下的弯矩、剪力、轴力，然后进行内力组合，挑选出最不利的内力组合进行截面的承载力计算，保证结构有足够的强度和稳定性

　　本结构计算选用一榀框架为计算单元，采用手算的简化计算方法，其中计算框架在竖向荷载下的内力时使用的弯距二次分配法，不但使计算结果较为合理，而且计算量较小，是一种不错的手算方法。本设计主要通过工程实例来强化大学期间所学的知识，建立一个完整的设计知识体系，了解设计总过程，通过查阅大量的相关设计资料，提高自己的动手能力。

致谢

　　大学四年虽然给我留下了许多美好的回忆，但是使我印象最深的还是这段大家同甘共苦一起做毕业设计的时光。在这段忙碌又充实的日子里，我学到了很多以前没有学到的知识，也遇到了许多以往所没经历的事情，使我受益良多。

　　本次设计从始至终得到了我们建筑工程学院领导、教师的关心和支持，尤其是我的指导老师杨秀英和薛明琛老师。她们在繁忙的工作中抽出大量宝贵的时间对我的设计进行指导，为我提供大量资料参考，在我遇到疑难问题时及时给予解答，使我的设计能够顺利进行。

　　同时，还要感谢同组同学及时的互通消息，以及本宿舍同学在设计中给予的无私帮助和体谅。在此，再次表示衷心的感谢。

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