郑州大学材料工程学院教学楼方案

摘    要

　　本工程为教学楼设计，建筑总面积为5100平方米，建筑总高度19.200米，抗震设防烈度7度，场地类别2类，一般性地基。

　　本次毕业设计主要包括建筑设计与结构设计两部分。第一部分为建筑设计，作为一栋大面积的教学办公楼，建筑造型与功能分区都有很高的要求，因此在设计的前期阶段我利用不同的方式收集了大量的资料并对其进行消化以利于后续工作的顺利进行。经过比较系统地考虑各个房间的尺寸，采光及功能等多方面的要求，尽可能地满足教学使用。

　　结构设计是本设计的重点，考虑到教学楼的造型及功能要求，本工程更适合采用钢筋混凝土框架结构。在设计过程中，需要对结构进行抗震验算及设计，内力分析。通过本次设计，使我对专业知识有了一次全面的总结与完善。更重要的是通过本次设计使我初步掌握了建筑设计、结构设计的一般原则、步骤和方法，能综合运用已学过的知识，培养综合分析问题、解决问题的能力，以及相应的设计技巧，培养解决实际问题的基本素养。

　　关键词： 框架， 结构设计， 抗震设计， 计算机辅助设计

Abstract

　　The project is designed as a teaching building, with a total building area of 5100 square meters, a total building height of 19.200 meters, a seismic fortification intensity of 7 degrees, a site category of class 2 and a general foundation.

　　This graduation project mainly includes two parts: Architectural Design and structural design. The first part is architectural design. As a large-area teaching office building, there are high requirements for architectural modeling and functional zoning. Therefore, in the early stage of design, I collected a large amount of data in different ways and digested it, so as to facilitate the smooth progress of follow-up work. After systematically considering the size, lighting and function of each room, it can meet the teaching use as much as possible.

　　Structural design is the focus of this design. Considering the modeling and functional requirements of the teaching building, the reinforced concrete frame structure is more suitable for this project. In the design process, it is necessary to carry out seismic checking calculation, design and internal force analysis of the structure. Through this design, I have a comprehensive summary and improvement of professional knowledge. More importantly, through this design, I have preliminarily mastered the general principles, steps and methods of architectural design and structural design, can comprehensively use the learned knowledge, cultivate the ability to comprehensively analyze and solve problems, as well as the corresponding design skills, and cultivate the basic quality of solving practical problems.

　　Key words: frame, structural design, seismic design, computer aided design

目       录

　　1  绪论

　　1.1课题背景及目的

　　毕业设计是我们在学校期间的最后一次实践性的锻炼，通过毕业设计使我们系统地、综合地、灵活地运用学到的各种理论知识，解决建筑工程中的实际问题，通过毕业设计，使我们在分析、使用技术资料、计算、绘图、编写设计文件及独立工作等方面得到全面锻炼。

　　毕业设计要求我们在指导教师的指导下，独立系统地完成一项工程设计，运用四年所学基础知识跟专业知识解决与之相关的所有问题，熟悉与此设计相关的国家规范，包括设计规范、防火规范等等以及相关手册、标准图和工程实践中常用的方法，具有实践性、综合性强的显著特点。

　　在此次设计中，要把所学的知识运用到设计、施工中去，熟悉国家有关规范、条例并知道如何去查找规范里的相关条文；另外由于现代化建筑一般都是高度高，功能多，花式多样，装修豪华，防火要求，需要各工种配合。因此，通过这次毕业设计，拓展我们非本专业知识面也是十分重要的。

　　由于此次是初次做毕业设计，其中要了解的专业比较多以及条件和自身水平有限，所以难免有很多错误跟漏洞，还望各位老师谅解。

　　1.2工程名称

　　郑州大学材料工程学院教学楼方案（一）设计

　　1、规模：主楼为四层普通教室，副楼为三层阶梯教室。总建筑面积约5100m2.

　　2、屋面为上人保温隔热屋面。

　　3、主楼层高为3.900m,副楼层高为4.800m .

　　4、楼面、屋面采用现浇板。

　　5、房屋结构为框架结构。

　　6、填充墙采用加气混凝土砌块。

　　1.3建设地点

　　建设地点：郑州市西北园区，郑州大学新校区院内。

　　1.4工程特点

　　建筑总高度为19.200m,共四层。主楼室内外高差为0.45mm,底层室内设计标高±0.000.建筑总面积5100 m2.

　　多层建筑采用的结构可分为钢筋混凝土结构、钢-钢筋混凝土组合结构等类型。根据不同结构类型的特点，正确选用材料，就成为经济合理地建造多层建筑的一个重要方面。经过结构论证以及设计任务书等实际情况，以及本建筑自身的特点，决定采用钢筋混凝土结构。

　　在多层建筑中，抵抗水平力成为确定和设计结构体系的关键问题。多层建筑中常用的结构体系有框架、剪力墙、框架-剪力墙以及它们的组合。多层建筑随着层数和高度的增加水平作用对多层建筑机构安全的控制作用更加显著，包括地震作用和风荷载，多层建筑的承载能力、抗侧刚度、抗震性能、材料用量和造价高低，与其所采用的机构体系又密切的相关。不同的结构体系，适用于不同的层数、高度和功能。框架结构体系是由梁、柱构件通过节点连接构成，既承受竖向荷载，也承受水平荷载的结构体系。这种体系适用于多层建筑及高度不大的多层建筑。本建筑采用的是框架结构体系，框架结构的优点是建筑平面布置灵活，框架结构可通过合理的设计，使之具有良好的抗震性能；框架结构构件类型少，易于标准化、定型化；可以采用预制构件，也易于采用定型模板而做成现浇结构，本建筑采用的现浇结构。

　　由于本次设计是教学楼设计，要求有灵活的空间布置，和较高的抗震等级，故采用钢筋混凝土框架结构体系

　　2  工程概况

　　2.1建筑等级

　　2.2抗震设防

　　2.3气象资料

　　2.4地质资料

　　2.5材料选用

　　2.6楼、屋面使用荷载

　　3  建筑设计说明

　　3.1平面设计

　　3.1.1  使用部分平面设计

　　3.1.2  交通联系部分设计

　　3.1.3  平面组合设计

　　3.2剖面设计

　　3.3立面设计

　　3.4抗震设计

　　3.5楼梯的设计

　　3.6关于防火的设计

　　3.7基础工程设计

　　3.8构造和建筑设计措施

　　3.8.1  墙体

　　3.8.2  基础

　　3.8.3  楼地层

　　3.8.4  屋顶

　　3.8.5  装饰

　　3.8.6  门窗工程

　　3.8.7  油漆构件防腐、防锈工程

　　4  施工要求及其他设计说明

　　5  结构设计

　　5.1主体工程设计

　　5.2结构设计方案及布置

　　5.2.1  构件初估

　　5.2.2  基本假定与计算简图

　　5.3.3  荷载计算

　　5.2.4  侧移计算及控制

　　5.2.5  内力计算及组合

　　5.2.6  构件及节点设计

　　5.2.7  基础设计

　　5.2.8结构计算简图

　　6  荷载计算

　　6.1屋面及楼面的永久荷载标准值

　　6.2屋面及楼面可变荷载标准值

　　6.3梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算

　　6.3.1  梁自重计算

　　6.3.2  柱自重计算

　　6.4计算重力荷载代表值

　　6.4.1  第5层的重力荷载代表值

　　6.4.2  2~4层的重力荷载代表值

　　6.4.3  一层的重力荷载代表值

　　7  侧移刚度计算

　　7.1计算梁、柱的线刚度

　　7.2计算柱的侧移刚度

　　8  截面设计

　　8.1框架梁

　　8.1.1  一层AB梁的正截面受弯承载力计算

　　8.1.2  梁斜截面受剪承载力计算

　　8.1.3  二层AB梁的正截面受弯承载力计算

　　8.1.4  梁斜截面受剪承载力计算

　　8.2框架柱

　　8.2.1柱截面尺寸验算

　　8.2.2框架柱的截面设计

　　9  基础设计

　　9.1基础梁截面尺寸的选取

　　9.2荷载选用

　　9.3基础截面计算

　　9.4地基承载力及基础冲切验算

　　9.5基础底板配筋计算

　　10 楼板设计

　　10.1基本资料

　　10.2计算结果

　　10.3跨中挠度验算

　　10.4裂缝宽度验算

　　11 建筑结构的总信息

　　11.1总信息

　　11.2 各层的质量、质心坐标信息

　　11.3各层构件数量、构件材料和层高

　　11.4风荷载信息

　　11.5计算信息

　　11.6各层刚心、偏心率、相邻层侧移刚度比等计算信息

　　11.7抗倾覆验算结果

　　11.8结构整体稳定验算结果

　　11.9楼层抗剪承载力、及承载力比值

　　12 周期、地震力与振型输出文件

　　12.1考虑扭转耦联时的振动周期（秒）、X,Y 方向的平动系数、扭转系数

　　12.2 仅考虑 X 向地震作用时的地震力

　　12.3仅考虑 Y 向地震时的地震力

　　12.4各楼层地震剪力系数调整情况 [抗震规范（5.2.5）验算

　　13 楼梯钢筋计算书

　　13.1荷载和受力计算

　　13.2配筋面积计算

　　13.3 配筋结果

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--郑州大学材料工程学院教学楼的框架结构设计。

　　此课题设计历时约三个月，在这三个月中，我能根据设计进度的安排，紧密地和本组同学合作，按时按量的完成自己的设计任务。在毕设前期，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》等规范。在毕设中期，我们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。本组在校成员齐心协力、分工合作，发挥了大家的团队精神。在毕设后期，主要进行设计手稿的电脑输入，并得到刘丽娜老师和宁永胜老师的审批和指正。

　　毕业设计是对四年专业知识的一次综合应用、扩充和深化，也是对我们理论运用于实际设计的一次锻炼。通过毕业设计，我不仅温习了以前在课堂上学习的专业知识，同时我也得到了老师和同学的帮助，学习和体会到了建筑结构设计的基本技能和思想。特别值得一提的是，我深深的认识到作为一个结构工程师，应该具备一种严谨的设计态度，本着建筑以人为本的思想，力求做到实用、经济、美观；在设计一幢建筑物的过程中，应该严格按照建筑规范的要求，同时也要考虑各个工种的协调和合作，特别是结构和建筑的交流，结构设计和施工的协调。这就要求一个结构工程师应该具备灵活的一面，不仅要抓住建筑结构设计的主要矛盾，同时也要全面地考虑一些细节和局部的设计。在毕业设计的过程中，我深深地认识到各种建筑规范和规定是建筑设计的灵魂，一定要好好把握。在以后的学习和工作中，要不断加强对建筑规范的学习和体会，有了这个根本，我们就不会犯工程上的低级错误，同时我们在处理工程问题时就有了更大的灵活性。

　　土木工程是一门古老而又现代的学科，在进行工程实践的过程中，我们应该立足经典的理论知识，在不断的工程实践积累中，勇于创新，扩大交流，不断形成我们的工程技术优势。现在我国正处于基础建设的高峰时期，作为一名新世纪的土木工程人员，我们应该立足本国的具体情况，充分利用我国的人力和物力优势，不断的加强对外工程技术交流与合作，在竞争激烈的国际市场中占据我们的一席之地。

　　"三个臭皮匠，顶个诸葛亮。"在繁忙紧张的工程实践中，作为一名工程技术人员，我们应该努力调动集体的积极性和创造力，充分挖掘团队的潜力，这样我们的工作才能以最高的效率来进行。在工程实践上，有很多问题应该发挥集体的智慧和力量，所以我们要重视团队作用的发挥。

　　"养兵千日，用兵一时。"在本次毕业设计中，我为能用上四年的学习成果而欣喜万分，同时我深深的感觉到了基础知识的重要性。在以前学习结构力学、钢筋混凝土结构、建筑结构抗震等专业课时，老是觉得所学的东西跟实践相差的太远，甚至觉得没什么用，这可能跟当时特别想学什么就马上能用有关。这种急功近利的思想使自己对一些专业课的学习有所放松，在毕业设计的过程中，我感觉到那些基础知识是相当重要的。在以后的学习生活中切不可急于求成而忽略了基础的夯实，对一门系统的科学，应该扎实的学习它的每一部分知识，充分利用各种实践环节，切实做到理论联系实践，学以致用。

　　同样，通过这次毕业设计，我也感觉到我们的课程设置方面的优势和不足。在建筑学院土木工程学科，我们拥有相当一批非常优秀的结构和施工方面的老师，拥有一批相当勤奋的同学，在教和学的环节处理上，可以说是相当不错的。但话有说回来，我们在一些课程的设置上是不甚合理的。在本次框架结构设计中，我觉得知识涉及面最广的莫过于建筑结构抗震和钢筋混凝土结构，可是在我们的课程设置中，建筑结构抗震设计属于专业选修课，没有得到应有的重视，而且钢筋混凝土课程的课时安排比较紧张，有很多东西只能通过自学。希望以后的课程能够设置得更加合理，这样我们运用起来可能会更加自如。

　　大学毕业后，我将在新的学校开始自己新的学习和生活，但毕业设计这段时间是我四年的大学生活最充实得一段时间，我也初步掌握了建筑结构设计的基础知识。通过本次毕业设计，培养了我们综合运用所学的基本理论和专业知识，提高了分析和研究解决结构设计等空间问题的能力，培养了我们建立理论联系实际，踏实，勤奋，认真，严格的科学作风；电子版本的输出让我学会了办公自动化和PKPM 结构设计软件的操作和应用， CAD出图让我学会了天正 CAD并巩固了Aoto CAD的操作和应用。经过和同学的讨论，让我增长了很多知识。这一些都将为我毕业后尽快适应各项工作打下良好的基础。

致   谢

　　经过本次毕业设计之后，使我更加深入的对所学知识得到了认识和掌握，学习和体会到了建筑和结构设计的基本技能和思想。与此同时，也增强了我以理论知识为基础，广泛的搜索相关各种资料、查询有关规范，从而得到解决实际工程问题方法的能力。在本次毕业设计过程中，也培养了我勤奋、踏实、认真和严谨的工作作风，一切所有的一切都为以后的工作打下了坚实的基础。

　　虽然我获得的知识和能力离不开自己的刻苦努力，但是这一切都是在院领导和各位老师的辛勤培养和淳淳教导下取得的。在此，我衷心的感谢刘丽娜导师和宁永胜老师，在毕业设计期间两位老师给我细心的指导，不厌其烦的给我们讲解难懂的问题，一次次的改正我们在毕业设计中出现的错误。更使我们感动是两位导师放弃节假日的休息时间，来到学校给我们指导。在这里我也感谢在大学期间我的所有任课老师，在他们的教导下我们掌握了所需的专业知识，同时他们也教会了我们做人处世的原则。也感谢院系的领导给我们提供了毕业设计的环境和在我们毕业设计期间对我们的支持，为我们我们做设计铺平一切道路，让我们的毕业设计顺利的完成。

　　参考文献

　　[1] 沈蒲生，罗国强。 混凝土结构 [M]. 北京：中国建筑工业出版社，2002:45-52.

　　[2] 滕智明，朱金铨。 混凝土结构 [M]. 北京：中国建筑工业出版社，2003:52-56.

　　[3] 吕西林。 高层建筑结构 [M]. 武汉：武汉理工大学出版社，2003:32-35.

　　[4] 杨位洸。 地基及基础 [M]. 北京：中国建筑工业出版社，1998:25-28.

　　[5] 丰定国，王社良。 抗震结构设计 [M]. 武汉：武汉理工大学出版社，2003:35-36.

　　[6] 方鄂华。 多层及高层建筑结构设计 [M]. 北京：地震出版社，1992:35-36.

　　[7] 陈基发，沙志国。 建筑结构荷载设计手册 [M]. 北京：中国建筑工业出版社，2004:42-48.

　　[8] 龙驭球，包世华。结构力学（上）[M]. 北京：清华大学出版社，2001:99-102.

　　[9] 吴德安。 混凝土结构设计手册 [M]. 北京：中国建筑工业出版社：105-108.

　　[10] 混凝土结构设计规范（GB50010-2002）[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2002:32-38.

　　[11] ACI Committee446.Fracture Mechanics of Concrete:Concepts, Models and Determination of Material Properties[S].Detroit:American Concrete Insititute.1991:12-14.

　　[12] 建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2002: 35-38.

　　[13] 建筑抗震设计规范（GB50011-2001）[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2002:25-28.

　　[14] 沈蒲生，梁兴文。混凝土结构设计（下册）[M].北京：高等教育出版社，2002:104-108.

　　[15] 赵明华。土力学与基础工程 [M]. 武汉：武汉理工大学出版社，2000:48-52.

　　[16] Bolander J E, Le B D Jr.Modeling crack development in reinforced concrete structures under service lading[J].Construction and Building Materials,1999（13）：23-31.

（如您需要查看本篇毕业设计全文，请您联系客服索取）