中学教学楼框架结构毕业设计开题报告.docx

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中学教学楼框架结构毕业设计开题报告

毕业设计任务书

题目深圳市福田区某中学第六教学楼框架结构设计

题目来源：

□导师实际科研项目"导师自拟题目□其

题目属性：

"工程设计型□理论研究型□软件开发型□其

研究方向：

框架结构

毕业设计基本内容和要求：

一、设计目的：

毕业设计是学生完成教学计划规定的全部课程的学习后，必须进行的最后一个重要的实践性教学环节，是学生从学习转向工作岗位必要的过渡阶段。

通过这个阶段的工程设计、施工或专题研究，培养学生具有综合应用基础理论和专业知识，独立分析、解决一般建筑工程技术问题的能力，使学生受到工程师的基本训练，达到培养目标的要求。

同时通过使用和熟悉结构辅助设计软件，了解软件编制原理，掌握计算软件所采用的计算方法及现行规范在计算机辅助设计中的体现。

培养学生正确使用计算机辅助设计的良好习惯。

二、设计原始资料

1、气象条件：

室外气温：

基本气温最低为8C,最高为35C;

冻土深度：

一一；基本雪压:

基本风压：

0.75kN/m2。

2、地质资料：

18m以上为粉质黏土，fak=180kPa，地下水位深15m。

3、抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.10g，场地土类型为III类。

4、地面粗糙度类别D类。

5、建筑场地：

60mX40m。

6、提供的建筑材料：

（1）钢筋：

HRB400级，HRB500级，HRBF400级，HRBF500级,HPB300级。

（2）混凝土：

C20-C45。

（3）砌体（填充墙）：

加气砌块、空心砌块，强度等级MU7.5（加气砌块、空心砌块容重不大于8kN/m3），采用M7.5混合砂浆砌筑。

三、建筑物组成及功能要求

深圳市福田区某中学第六教学楼，拟建6层，总建筑面积5000〜6000平方米左右，室内外高差0.6m。

要求采用钢筋混凝土框架结构。

其中普通教室40个左右，每个70平方米左右；多功能大教室3-5个，每个200平方米左右；设电梯两部。

无地下室。

建筑物防火等级为二级。

毕业设计重点研究的问题：

1掌握教学楼建筑的基本要求。

2使用和熟悉结构辅助设计软件。

3掌握框架结构的整体布置、受力特点、构件验算等。

4掌握结构抗震分析的基本原理和方法。

毕业设计应完成的工作：

．建筑设计内容及要求

1、平面设计

（1）根据设计要求，研究拟建建筑物的位置及朝向，确定建筑物的平面分区及各房间的平面形状面积大小及位置。

（2）按使用功能要求及经济合理性选择结构体系。

（3）根据防火要求，分析确定门厅、走廊、楼梯、电梯等位置和数量。

（4）根据建筑物功能要求进行辅助房间如厕所、储藏室等的面积、位置及平面设计。

（5）按采光通风要求，设计房屋的门窗大小和位置。

（6）根据墙的围护、承重作用及柱网等确定墙的厚度、柱的尺寸及轴线位置。

2、剖面设计

（1）根据建筑物功能确定各层层高。

（2）根据选定的结构体系，估算主要构件的尺寸，如梁、板、柱等。

（3）根据采光及通风及工艺构造要求，确定建筑物部分剖面高度。

4）确定楼梯及建筑物部分剖面尺寸。

3、立面设计

1）根据平面和剖面设计，绘制建筑立面轮廓图。

2）根据体型组合，调整各部分比例尺度，使其完整均衡，比例恰当，主次分明，并使体型简洁，与环境协调。

3）运用各种手法，进行立面处理，使建筑具有一定美感，并对门廊、雨篷等部分进行重点处理。

4）选择合适的装修材料，并进行色彩配置，使建筑物具有鲜明的表现力。

4、结构方案考虑及平面、剖面草图绘制

1）主体结构方案：

确定结构承重体系，楼屋盖结构形式，并从抗震角度分析层高、总长、抗震墙间距以及结构构造要求，使之满足抗震设防要求

2）根据伸缩缝、沉降缝、抗震缝的设置原则及基础方案设计墙柱连接部位尺寸。

3）绘制平立剖面方案草图，进行方案讨论并确定方案。

5、绘制施工图

1）首层平面图1：

100

2）标准层平面图1：

100

3）建筑详图

4）正立面图1：

100

5）剖面图1：

100

（6）编制建筑设计说明书

二．结构设计内容及要求

1、结构选型:

根据在建筑设计阶段已考虑的结构承重体系、柱网布置，确定主要构件的尺寸，如梁、板、柱等。

2、编制结构设计中各种作用的计算原理（如风荷载、地震作用等），不同体系结构分析的简化计算方法。

掌握简化计算方法的假定条件、原理、计算步骤以及荷载效应组合等内容。

3、荷载计算：

根据初定的建筑结构方案，以及荷载规范、抗震规范进行荷载的统计计算，计算各楼层重量（包括楼面恒载、活荷载，隔墙重量等）。

4、运用PKPM软件进行结构刚度、效应分析、杆件内力标准值的计算，基本掌握模型建立、荷载输入、参数确定、整体计算、结果分析等各重要环节。

结合规范理解输入参数的含义，并将自己的理解编制入计算书中。

5、对构件内力标准值进行组合。

6、一榀框架手算，梁、柱、墙构件的配筋计算。

7、指定楼层楼板配筋计算。

8、楼梯配筋计算。

9、绘制结构施工图：

结构平面布置图2张；

现浇楼板配筋图2张；

一榀框架立面配筋图1张；

梁配筋图1张（平法表示）；

柱配筋图1张；主要节点详图1张。

10、编制结构设计说明书。

三毕业设计成果（提纲）

1、设计说明书部分：

（1）设计任务书；

（2）中英文摘要；

（3）建筑设计说明书；

（4）结构设计方案说明书；

（5）结构设计计算书；

）附件：

开题报告（含文献综述）；外文参考资料翻译（含原文）；

）结束语。

2、设计图纸。

参考资料推荐：

1.《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）

2.《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）

3.《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）

4.《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）

5.《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）

6.《建筑结构制图标准》（GBT50105-2010）

7.《建筑制图标准》（GBT50104-2010）

8.《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）

9.《砌体结构设计规范》（GB50003-2011）

10.《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008）

11.《混凝土建筑结构设计》中国建筑工业出版社，2013，吕晓寅等

编

12.《PKPM结构系列软件应用于设计实例》机械工业出版社，2012其他要说明的问题：

要求有一定计算机操作能力。

XXXXXX土建学院2010级本科生毕业设计开题报告

姓名：

XXX班级：

土木1004班学号：

XXXXXXXX

毕设课题：

深圳市福田区某中学第六教学楼框架结构设计

指导老师：

XX导师

一•文献综述

1.1框架结构介绍

框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成，构成承重体

系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。

框架可以是等跨或不等跨的，也可以是层高相同或不完全相同的，有时因房屋布局和空间使用要求等原因，也可能在某层抽

柱或某跨抽梁，形成缺梁、缺柱的框架。

结构的房屋墙体不承重，仅起到围护和分隔作用，一般用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、空心砖或多孔砖、浮石、蛭石、陶粒等轻质板材等材料砌筑或装配而成。

框架结构构件截面较小，因此框架结构的承载力和刚度都较低，它的受力特点类似于竖向悬臂剪力墙，楼层越高，水平位移越慢，高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力，所以框架结构属于柔性结构，自振周期较长，地震反应较小，经过合理的结构设计可以具有较好的延展性能。

1.2框架结构国内外研究现状

在国内，框架结构已被广泛的应用于各类多层的工业与民用建筑

中。

随着社会的发展，多层框架结构的建筑越来越多。

因此，应用的越多，则要求的越高。

如今国内外这方面的专家也对框架结构进行了结构强化，施工简化等和使用当中遇到的一些问题进行了研究。

通过

参考文献的阅读与资料收集，对目前框架结构应用与研究的现状进行了总结。

1.2.1框架结构的主要优点

框架结构空间分隔灵活，自重轻，节省材料；具有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；框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，以缩短施工工期；采用现浇混凝土框架时，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。

122平面布置与选型的研究

框架结构设计首先对于建筑平面的布置与结构选型是非常重要的，平面布置宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀。

不应采用严重不规则的平面布置，此外结构平面布置应减少扭转的影响。

对于选型，在规范中构件的选择需要根据建筑与建筑当地环境的综合考虑以及基本荷载的计算来进行匹配，而且每个构件之间的选择都是互相联系相关的，例如梁、板、柱的选型。

1.2.3钢混框架结构抗倒塌的研究

（1）目前，偶然荷载作用下钢筋混凝土框架结构倒塌过的研究已经取得了许多令人瞩目的研究成果，这对于认识结构破坏和倒塌行为、预防和减轻地震灾害起了非常重要的作用。

但由于问题的复杂性，对于某些重要问题的研究尚有待于进一步深入研究。

（2）框架结构的破坏是一个损伤发生、积累和演化的过程，这一点人们已经达成共识，但迄今为止，尚没有一种损伤模型能说明这一过程。

（3）针对框架结构的破坏，提出了很多破坏准则。

但这些准则只能解释部分或者局部的现象，存在很多问题需要进一步研究。

例如合理抗震破坏准则匮乏。

现有准则未能反映荷载幅值和作用路径变化对结构累积损伤的影响，替代荷载路径法中被移除构件确定方法单一。

设计时一般将底层柱逐个移除以确定重分布荷载传递路径，缺乏科学的识别方法和依据；地震倒塌准则和评价指标较少。

鉴于结构地震倒塌反应的复杂性，仅靠位移角来评价结构能否实现“大震不倒”存在不足。

1.2.4抗震设计的研究

规范中明确规定，当抗震等级大于等于6级的地区必须进行抗震设防设计，本设计抗震设防烈度为7度，故必须进行抗震设计。

抗震措施很多，例如：

1.在选择建筑场地时，应该尽量避免一些地质条件差的危险地段，当建筑场地无法避免时则应该对场地地基采取一定的加强措施，加强地基的承载力。

2.对于选择规则的建筑形态对抗震会有一定的效果，当建筑形态不规则时则需要按照规范要求来设计。

3.明确了解建筑的薄弱部位并进行有效的加固。

4.对建筑结构增添抗震缝等的设计也有助于防震效果的提高

1.2.5框架结构“强柱弱梁”屈服机制的研究

从地震的震害情况来看，大多数钢筋混凝土框架结构的破坏始于柱端出现塑性铰，而整个楼屋盖系统几乎没有损坏。

该破坏现象启发我们考虑几个问题：

一是是否规范中的规定不能满足“强柱弱粱”；二是在柱端首先出现塑性铰的钢筋混凝土框架结构的抗震性能如何；三是现浇板的存在对整体屈服机制的影响。

鉴于此，国内外专家学者对现浇板框架“强柱弱粱”的实现问题的研究进行分析讨论。

其中影响强柱弱梁的因素有四个：

梁端计算配筋与实际配筋的差距，梁端负弯矩值，轴压比的影响，现浇板的影响。

通过数值模拟与理论推导总结出对于不能完全实现“强柱弱梁”的结构，应用总体失效准则（顶点位移、层间位移、结构层侧移分布和能量耗散系数）和局部失效准则（塑性铰的分布、塑性铰转动程度以及结构延性需求），对产生梁柱混合铰屈服机制的结构的抗震性能进行综合评价。

1.2.6框架结构填充墙裂缝控制的研究

1.2.6.1控制砌块质量：

在生产过程中要严格控制砂石材料，控制砂石的碱含量、含泥量，优化砂石的颗粒级配，规范化生产，确保砌块质量。

并应建立严格的砌块生产管理制度，做好砌块养护，不到龄期不允许上墙。

1.2.6.2建筑物的体型力求简单：

建筑物体型复杂常常是削弱建筑物整体刚度和加剧不均匀沉降的重要因素，平面形状复杂的建筑物，如“工”字形，在纵横交叉处，基础密集，地基中应力重叠，沉降量增加。

同时，此类建筑物整体性差，刚度不对称，容易遭受地基不均

匀沉降的危害而产生开裂

1.2.6.3施工过程控制措施：

及时做好混凝土试块检测，事先做好砂石质量保证措施，严格按要求做好基坑保护工作基础施工开挖不得破坏基底原状土，加强基础施工的房心土回填及肥槽回填的质量控制，避免泡槽，市政管线的开挖施工要保证和建筑物基础的保护距离。

基坑开挖应避开雨季施工，如无法避免，应做好基坑降排水防护措施和应急预案，确保基坑安全，避免基坑土受扰动、积水浸泡等引起基地土体松动造成地基产生不均匀沉降。

1.3框架结构当前存在的问题

框架节点应力集中显著；框架结构的侧向刚度小，属柔性结构框架，在强烈地震作用下，结构所产生水平位移较大，易造成严重的非结构性破坏数量多，吊装次数多，接头工作量大，工序多，浪费人力，施工受季节、环境影响较大；不适宜建造高层建筑，框架是由梁柱构成的杆系结构，其承载力和刚度都较低，特别是水平方向的（即使可以考虑现浇楼面与梁共同工作以提高楼面水平刚度，但也是有限的），它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，其总体水平位移上大下小，但相对于各楼层而言，层间变形上小下大，设计时如何提高框架的抗侧刚度及控制好结构侧移为重要因素，对于钢筋混凝土框架，当高度大、层数相当多时，结构底部各层不但柱的轴力很大，而且梁和柱由水平荷载所产生的弯矩和整体的侧移亦显著增加，从而导致截面尺寸和配筋增大，对建筑平面布置和空间处理，就可能带来困难，影响建筑空间的合理使用，在材料消耗和造价方面，也趋于不合理，故一般适用于建造不超过15层的房屋。

1.4框架结构今后的发展方向

由于框架结构当前存在的问题，因此框架结构今后的发展方向也很明确，当前的问题能够得到进一步的解决与完善是今后主要的研究目的。

现今，根据框架结构水平刚度较小的问题，也出现了混合模式的结构-框剪结构，这种结构能够在剪力墙的作用下很好的提高结构水平的抗侧力，在今后出现多种混合结构的可能研究性是有价值的，是值得学者们去深入探讨，深入试验的。

框架结构施工吊装次数多，接头工作量大，工序多，浪费人力，施工受季节、环境影响较大；当高度大、层数相当多时，结构底部各层不但柱的轴力很大，而且梁和柱由水平荷载所产生的弯矩和整体的侧移亦显著增加，从而导致截面尺寸和配筋增大，对建筑平面布置和空间处理，就可能带来困难，影响建筑空间的合理使用，在材料消耗和造价方面，也趋于不合理，因此目前不适合建筑高于15层的建筑。

那么，对于高层建筑能够嵌入框架结构也是具有研究价值的。

因此今后框架结构能够适应更多的建筑类型是值得我们去期待去努力的。

二•研究方案

本次毕设主要由两大板块组成，即建筑设计与结构设计。

在本次的研究方案中，对这两个步骤的具体研究流程与方法也进行了简述：

2.1建筑设计

2.1.1平面设计

1.根据设计要求，研究拟建建筑物的位置及朝向确定建筑物的平面

分区及各房间的平面形状面积大小及位置（包括普通教室/多功能大教室/电梯/厕所/走道/楼梯/其他辅助功能）。

具体如下：

1.1普通教室中课桌椅的排距要求：

中学不宜小于1200mm，纵向走道宽度均不应小于550mm。

前排边座的学生与黑板远端形成的水平视角不应小于300。

教室第一排课桌前沿与黑板的水平距离不宜小于2000mm；教室最后一排课桌后沿与黑板的水平距离：

中学不宜大于8500mm。

教室后部应设置不小于600mm的横向走道。

1.2每层应设置教师办公室、休息室，要求如下：

1教师办公室的平面布置，宜有利于备课及教学活动。

2教学楼中宜每层或隔层设置教师休息室。

3教师办公室和教师休息室宜设洗手盆、挂衣钩、电源插座等。

1.3每层应设置厕所，要求如下：

中学、中师、幼师教学楼学生厕所，女生应按每25人设一个大便器（或1100mm长大便槽）计算；男生应按每50人设一个大便器（或1100mm长大便槽）和1000mm长小便槽计算。

1.4走道

1教学楼走道的净宽度应符合下列规定：

2教学用房：

内廊不应小于2100mm；外廊不应小于1800mm。

这次设计走道尺寸具体在平面布置图中体现。

1.5楼梯与电梯

1楼梯间应有直接天然采光。

2楼梯不得采用螺形或扇步踏步

3每段楼梯的踏步，不得多于18级，并不应少于3级。

梯段与梯段之间，不应设置遮挡视线的隔墙。

楼梯坡度，不应大于30°。

4楼梯梯段的净宽度大于3000mm时宜设中间扶手。

5楼梯井的宽度，不应大于200mm。

当超过200mm时，必须采取安全防护措施。

6室内楼梯栏杆（或栏板）的高度不应小于900mm。

室外楼梯及水平栏杆（或栏板）的高度不应小于1100mm。

7楼梯不应采用易于攀登的花格栏杆。

8公共建筑室内外台阶踏步宽度不宜小于0.30m，踏步高度不宜大于0.15m，并不宜小于0.10m，踏步应防滑。

室内台阶踏步数不应少于2级，当高差不足2级时，应按坡道设置；

9人流密集的场所台阶高度超过0.70m并侧面临空时，应有防护设施。

10梯段改变方向时，扶手转向端处的平台最小宽度不应小于梯段宽度，并不得小于1.20m，当有搬运大型物件需要时应适量加宽。

11楼梯踏步的高宽比应符合表6．7．10的规定。

懂輛燙別

笊小寬度

昴大髙疣

0.26

0.175

0.2€

0.15

电谁院、剧扬、休住愀、商场、廣院"雄馆和大中学校等楼拂

03

0J6

拭他逹筑楼梯

0.26

OJ7

专用疏散楼梯

0.25

0.18

战务璨梯、住宅無内楼梯

0.22

0.20

注：

无中社螺確楼梯秫弧形楼制离内側扶于中心0.25m处的踏步览度不应小于

0,22rti

12.电梯候梯厅的深度应符合表6.8.1的规定，并不得小于1.50m;

表&*u候拂厅猱度

电禅棊别

一J

布畫方式

険梯厅糜度V

住宅电样

■■帯

>B

爭合甲侧卅列

孑矿

名台収侧排列

A相対电梯之和井＜；350m

公共建報电梯

单台

^L5B

x当电梯棒为4台时应沖L40m

多台双侧排列

|m相对社捧B*之和井＜4.50m

单台

耳15月

多台单侧排列

窘台权他排列

M相对电弄矿之和

注匚召湾轿潮秣度，旷为电梯拼中锻大轿刷猱度“

2.按使用功能要求及经济合理性选择结构体系，本次设计采用钢筋混凝土框架结构。

3.按采光通风要求，设计房屋的门窗大小和位置，门窗的大小根据建筑规模要求的采光等级和通风条件确定，并考虑美观、节能、空间尺寸、层高等因素。

教学用房窗的设计应符合下列规定:

1、教室的窗台高度不宜低于800mm，并不宜高于1000mm，本次设计预计使用900mm尺寸，具体体现在平面布置图中。

2、教室靠外廊、单内廊一侧应设窗。

但距地面2000mm范围内，窗开启后不应影响教室使用、走廊宽度和通行安全。

3、教室、实验室的窗间墙宽度不应大于1200mm。

4、二层以上的教学楼向外开启的窗，应考虑擦玻璃方便与安全措施。

5、炎热地区的教室、实验室、风雨操场的窗下部宜设置可开启的百叶窗。

四.根据墙的围护、承重作用及柱网等确定墙的厚度、柱的尺寸及轴线位置。

2.1.2剖面设计

1.根据建筑物功能确定各层层高，本设计建筑在规范中属于A级，最大高宽比不得大于4。

2.根据选定的结构体系，估算主要构件的尺寸，如梁、板、柱等。

3.根据采光及通风及工艺构造要求，确定建筑物部分剖面高度。

4.确定楼梯及建筑物部分剖面尺寸。

2.1.3立面设计

1.根据平面和剖面设计，绘制建筑立面轮廓图。

2.根据体型组合，调整各部分比例尺度，使其完整均衡，比例恰当，主次分明，并使体型简洁，与环境协调。

3.运用各种手法，进行立面处理，使建筑具有一定美感，并对门廊、雨篷等部分进行重点处理。

4.选择合适的装修材料，并进行色彩配置，使建筑物具有鲜明的表现力。

2.1.4结构方案考虑及平面、剖面草图绘制

1.主体结构方案：

确定结构承重体系，楼屋盖结构形式，并从抗震角度分析层高、总长、抗震墙间距以及结构构造要求，使之满足抗震设防要求

2.根据伸缩缝、沉降缝、抗震缝的设置原则及基础方案设计墙柱连接部位尺寸。

3.绘制平立剖面方案草图，进行方案讨论并确定方案。

2.1.5防火要求

建筑物内的防火墙不宜设置在转角处。

如设置在转角附近，内转角两侧墙上的门、窗洞口之间最近边缘的水平距离不应小于4.0m。

防火墙的构造应使防火墙任意一侧的屋架、梁、楼板等受到火灾的影响而破坏时，不致使防火墙倒塌。

1.窗槛墙、窗间墙的填充材料应采用不燃材料。

当外墙面采用耐火极限不低于1.00h的不燃烧体时，其墙内填充材料可采用难燃材料。

2.无窗间墙和窗槛墙的幕墙，应在每层楼板外沿设置耐火极限不低于1.00h、高度不低于0.8m的不燃烧实体裙墙。

3.幕墙与每层楼板、隔墙处的缝隙应采用防火封堵材料封堵。

2.1.6绘制施工图

1.首层平面图1：

100

2.标准层平面图1:

100

3.建筑详图

4.正立面图1:

100

5.剖面图1:

100

6.编制建筑设计说明书

2.2结构设计

1.结构选型：

根据在建筑设计阶段已考虑的结构承重体系、柱网布置，确定主要构件的尺寸，如梁、板、柱等。

例如其中规定：

框架结构的主梁截面高度hb可按（-〜丄）lb确定;

1018

lb为主梁计算跨度；梁净跨与截面高度之比不宜小于4。

梁的截面宽度不宜小于200mm，梁截面的高宽比不宜大于4。

矩形截面柱的边长抗震设计时不宜小于300mm，柱剪跨比宜大于2，柱截面高宽比不宜大于3。

2.编制结构设计中各种作用的计算原理（如风荷载、地震作用等），不同体系结构分析的简化计算方法。

掌握简化计算方法的假定条件、原理、计算步骤以及荷载效应组合等内容。

3.荷载计算：

根据初定的建筑结构方案，以及荷载规范、抗震规范进行荷载的统计计算，计算各楼层重量（包括楼面恒载、活荷载，隔墙重量等）。

本次风荷载影响与地震作用参考混凝土建筑结构设计中的计算

方法进行，框架结构的线刚度与侧移计算采用D-值法。

其中D-值法

有四项假定具体如下：

（1）假定计算目标柱及与其上下相邻柱的线刚度均为ic。

（2）假定计算目标柱及与其上下相邻柱的层间水平位移均为厶口。

（3）假定计算目标柱两端节点及与其上下左右相邻的各个节点的转角均为B。

（4）假定与目标柱相交的横梁的线刚度分别为i1,i2,i3,i4。

D-值法实际为反弯点法的修正版，能够对结构的抗侧移刚度与反弯点高度进行修正，从而得到更准确的内力分配与内力的大小。

4.运用PKPM软件进行结构刚度、效应分析、杆件内力标准值的计算，基本掌握模型建