实验中学框架结构教学楼设计.docx
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实验中学框架结构教学楼设计
泰山学院
本科毕业论文（设计）
实验中学框架结构教学楼设计
所在学院机械与工程学院
专业名称土木工程
申请学士学位所属学科工科
年级09级
学生姓名、学号
指导教师姓名、职称
完成日期2013年5月30日
摘要
在实际工程中，钢筋混凝土框架结构是一种较为普遍结构形式，广泛应用于住宅、办公、学校等公共建筑。
本设计主要对多层框架教学楼的横向框架进行了设计。
在进行设计时首先查《荷载规范》对结构的恒载、活载、风荷载以及地震荷载进行计算。
竖向荷载利用分层法、水平荷载利用D值法进而得到各种作用下结构各杆件的内力标准值。
然后按照最不利组合方式，对各种作用下的内力进行组合。
最后在组合中找出各杆件最不利的一组或几组对构件进行截面设计，选取最安全的结果进行配筋并绘出施工图。
本设计还对基础、楼板、楼梯等进行了设计，并绘出了结构施工图。
除对本框架进行手算外，还利用了PKPM对本结构进行了电算。
通过本次毕业设计并充分结合我四年来学到的基本知识使我了解了框架结构设计的全过程，达到了从理论到实践的飞跃。
同时通过设计中使用的建筑方面的规范和软件，使我更加熟悉了规范和软件的使用操作，为我以后工作打下了良好的基础。
关键字：
框架结构；荷载；分层法；D值法
Abstract
Inpracticalengineering,thereinforcedconcreteframestructurehasbeenacommonstructuralformowingtotheirsuccessfulapplicationsinmanyareassuchasresidence,office,schoolsandotherpublicbuildings.Thisthesisisaimedatthedesignfortransverseframeofteachingbuildingswithmultistoryframe.First,deadloads,liveloads,windloadandseismicloadofthestructurearecomputedreferringto“LoadStandards”.Thenthestandardvaluesofeachmembersofstructureunderhorizontalloadandverticalloadcanbeobtainedbyusingstratificationmethodand“D”methodrespectively.Next,theinternalforcesundervariousloadarecombinedaccordingtothemostunfavorablecombinationmode.Finally,themostunfavorableoneorseveralonesintheabovecombinationstorealizesectiondesignformembersisfound.Inthisway,thesafestresultstoreinforceischosenandWorkingDrawingisPainted.thebasement,thefloorandthestairsarealsodesignedandstructuralworkingdrawingarepaintedinthisthesis.Moreover,thestructurecomputerizationisshownviaemployingPKPM.
Thankstothisgraduationdesign,andcombiningwithknowledgeI’velearnedinthepastfouryears,Imastertheentireprocessofthedesignforframestructure,andrealizetheleapfromtheorytopractice.Meanwhile,Ibecomemorefamiliarwiththestandardsandoperationsofrelativesoftwaresthanbefore.Allthesehavebuiltagoodfoundationformyfuturework.
Keywords:
framestructure;load;stratification;“D”method
引言
四年的大学时光即将结束，我们也即将走入社会。
在这最后的阶段，毕业设计是我们最后的一门课程。
它是我们是否能运用四年学到的基础知识进行综合的一次检验。
在我们踏出社会之前毕业设计给了我们一次较好的实践的机会。
本次我的设计题目是《自贡市曙光中学框架教学楼结构设计》，在设计之前我对我大学四年所学过的课程做了一次较大范围的复习。
有了考研的经验和导师的辅导复习起来不是很费劲。
在复习基础的同时也参阅了一些我国现行的规范，特别是《混凝土结构设计规范》，《荷载规范》，《建筑抗震规范》做了深入的了解。
了解一些结构设计方面的知识。
在设计期间，通过导师和同学的帮助，我能较好的利用自己在大学里学到的基础理论知识、专业知识与设计实践相结合。
根据设计任务书上的要求和老师的指导，我对本毕业设计进行了系统的手算。
并在后期又利用PKPM进行了电算。
最终较好的完成本次设计任务。
在此我由衷的感谢在毕业设计中给了我帮助的老师和同学们。
通过本次毕业设计，提高了我动手查阅资料规范的能力和对基础、专业知识的巩固，同时也使我加深熟悉了新规范和对03G101-1了解。
提高了我的综合分析能力。
在设计过程中，通过运用word，Excel等办公软件，使我加深了对这些软件的了解。
在绘图时我运用到了AutoCAD、天正、PKPM等建筑方面的软件。
通过对这些软件的运用使我较好的熟悉了这些软件的使用过程。
所有这些宝贵的经验，都会为我以后工作打下了很好的基础。
达到了本次毕业设计的目的。
由于框架结构手算计算量较大，根据设计要求，在计算过程中主要以手算为主，电算尽作为参考。
最后两者结合得到最后毕业设计结果。
由于本人水平有限，难免不会出现不妥和疏忽之处，还请各位老师指正。
第一部分建筑设计
1.1基本设计资料
1.11建设项目名称及概况
（1）项目名称：
实验中学教学楼
（2）建筑面积：
约为22222m
（3）建筑总高度：
18.6ｍ
（4）建筑层数：
五层
（5）结构类型：
框架结构
（6）该综合教学楼标准层高3.6m，走廊宽度1.8m,室内外高差0.45m，女儿墙为0.6米，在室外设三个踏步起过度作用，剖切面位置见剖面图。
1.12建筑地点
章丘市实验中学
1.13设计依据：
A、南京市规划局规划设计要点
B、工程地质勘察报告
C、气象资料与荷载规范
D、各类国家建筑、结构设计规范
E、民用建筑设计防火规范
南京市气候条件
年平均温度20℃
主导风向全年主导风向为东南风
平均风速3M/S
最大风速19.3M/S
基本风压值0.35KN/M
基本雪压0.4KN/M
地震烈度7度近震
地质条件该工程场区地势平坦，拟建地土类为软弱场地土，建筑场地类别为三类。
1.14设计资料
（1）地质水文资料：
根据工程地质勘测报告，拟建场地地势平坦，承载力的特征值为250kN/m2，可作为天然地基持力层。
（2）抗震设防要求：
七度设防，而教学楼为乙类建筑物。
按我国抗震设防标准：
“小震不坏，中震可修，大震不倒”，本方案的设计满足抗震的要求。
（3）底层室内主要地坪标高为±0.000。
（4）不考虑地下水影响。
（5）基本风压WO=0.35kN/m
。
（6）活荷载：
教室：
2.0kN/m2；
走道：
2.5kN/m2；
不上人屋面：
0.7kN/m2。
南京为7度抗震设防区，
（7）根据地质资料地基承载力特征值选取180KPa
1.15建筑要求
（1）建筑等级:
耐火等级为Ⅱ级
（2）抗震等级为Ⅲ级
（3）设计使用年限50年
其他建筑要求见附录建筑总说明。
1.2建筑设计总说明
本毕业设计题目为南京市某高中教学楼，拟建于南京市区内，建筑的主要功能教学使用等。
建筑结构形式为钢筋砼框架结构。
建筑物为五层，建筑高度为18.6米。
作为教学楼，在设计过程中从建筑的功能分区和造型要求着手，结合具体施工的可能性，从合理和经济的角度出发，选择简洁而实用的建筑方案。
1.21平面设计
建筑平面设计是组合布置建筑物在水平方向房屋各部分的组合关系，它包括使用部分和交通联系部分的设计教学楼使用部分的平面设计充分考虑了各种房间的使用功能要求，重点满足教学的主要功能。
各房间通风顺畅，不同分区互不影响又相互联系，空间利用合理且满足安全疏散的要求。
交通联系部分把各个房间以及各楼层有机地组合起来，考虑到使用部分的功能分区，减少交通干扰。
立面和剖面设计
在建筑立面的处理上，主要是适当地把握好建筑的地域性和时代感想结合的问题。
充分利用建筑场地的宽度，把建筑的立面尽量的做大。
在建筑立面细部处理上，尽量采用能与建筑气质相关联的形式，使建筑看上去美观，大方，庄重，新颖。
为了便于以后的荷载计算，在建筑设计中将建筑构造做法作以说明，具体的做法列于表中：
屋面做法（不上人）：
一般做法：
类别
具体做法
备注
屋面设计
30厚细石混凝土保护层
屋面采用不上人屋面（详细做法见图）
防水层（刚性）30厚细石混凝防水
15厚水泥沙浆找平层
找坡层：
40厚水泥石灰焦渣砂浆
80厚矿渣水泥
120厚钢筋混凝土板
楼面设计
12mm厚大理石地面
一般楼面，采用大理石地面（详细做法见图）
30mm厚细石混凝土
120mm厚钢筋混凝土现浇板
10厚天棚水泥砂浆抹灰
地面做法
15厚1：
2水泥石子磨光
一般地面，采用大理石地面，卫生间另说明（详细做法见图）
素水泥浆结合层一道
20厚1：
3水泥砂浆找平层
素水泥浆结合层一道
60厚C15混凝土
100厚碎石夯实
素土夯实
外墙做法
15厚1：
3水泥砂浆
刷素水泥浆一道
3-4厚水泥胶结合层
8-10厚面砖，1：
1水泥砂浆勾缝
内墙设计
15厚1：
1：
6水泥石灰砂浆
采用水泥石灰砂浆
5厚1：
0.5：
3水泥石灰砂浆
墙裙设计
满刮腻子一道、底油、铅油、调和漆
油漆墙裙1500高（具体做法见图）
5厚1：
2水泥砂浆面层
15厚1：
3水泥砂浆底层
踢脚设计
10厚1：
1.5水泥石子水磨石面
水磨石踢脚150高（见祥图）
12厚1：
2.5水泥砂浆底层（转角处R20）;
卫生间楼面
10厚缸砖地面
采用防水面砖地面
5厚1：
1水泥细砂浆
20厚1：
3水泥砂浆找平
40厚C20细石砼坡向地漏
聚氨脂三遍涂膜防水层厚1.5-1.8
20厚1：
3水泥砂浆找平层，四周抹小八字角
80厚现浇楼板
卫生间地面
8-10厚地面砖干水泥擦缝
地砖地面
撒素水泥面（洒适量水）
10厚1：
2干硬性水泥砂浆结合层
刷素水泥浆一道
40厚C20细石混凝土
刷冷底子油一道，二毡三油防水层
20厚1：
3水泥砂浆粉光抹平
60厚C10混凝土随捣随抹
100厚碎石或碎砖夯实
卫生间墙裙
瓷砖地面
5厚纯水泥浆粘贴层
15厚1：
2水泥砂浆底层
散水做法
10厚1：
2.5水泥砂浆抹面
详见图
60厚C10混凝土
80厚碎砖或道渣
素土夯实
1.2.2屋面排水设计
根据规范要求，适当的划分排水坡、组织排水区，一般每个排水区按每个雨水管排除150-200M2屋面（水平投影）雨水划分。
进深超过12M，不宜采用单坡排水。
对于刚性防水屋面，最小坡度为1：
50，设计中采用排水坡度为1：
50。
因为屋面流水线路不宜过长，本方案的宽度大于12M，所以采用双坡排水。
勒脚做法
勒脚是墙身接近室外地面的地方，它有保护墙身和增加建筑物美观的作用。
由于一般的防潮层易开裂使用寿命短的特点，本设计中采用了60厚的配筋细石砼防潮带。
第二部分：
结构设计
结构设计说明目的是对拟建的建筑物进行结构选型，结构布置，以及结构设计过程中所要考虑的一些设计原则和规定等。
结构的选型主要是根据设计的功能要求、地质条件和受荷情况以及经济等角度来判断结构的选型。
2.1常见的钢筋混凝土结构体系
a、框架结构体系
框架结构是由梁、柱构件通过接点连接而成。
当结构单元的竖向和水平荷载完全由框架结构承担时，这种结构体系称为框架结构体系。
框架结构体系可以比较灵活的配合建筑平面的布置，安排需要较大空间的会议室、商场、餐厅、娱乐室、实验室等。
具有一定的灵活性，所以在我国现阶段一些地区的公共建筑、综合大楼等的结构选型中被广泛采用。
同时作为框架体系有不同于其他结构体系的优点。
框架结构的梁、柱等构件比较容易标准化、定型化，便于采用装配式整体结构，适用于层数不太高的建筑。
当建筑物层数不断增多时，水平荷载对梁、柱的截面尺寸和配筋量的控制作用就越来越大。
当层数相当多的时候，底部各层不但柱的轴力很大而且梁和柱的由水平荷载所产生影响的弯距也明显增加，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，也将趋于不合理，影响设计的竞争力。
框架结构的自震周期长，建筑物自重较小，从而承受的地震荷载也比较小，这是对抗震比较有利的一方面。
但是另一方面，国内外许多震害都表明：
高层框架由于侧向刚度小，在强烈地震作用下的顶端水平位移和底部的层间位移都过大，致使非承重结构的严重破坏，即填充墙、建筑装修和设备管道严重破坏。
框架结构的特点是：
它的优点是建筑平面布置灵活，因而使用也就非常灵活；框架抗侧移主要取决于梁、柱子的截面尺寸。
通常，梁柱的截面惯性矩小，侧向变形大，这是框架结构的主要特点，也因此而限制了框架结构的高度。
b、剪力墙体系
承受建筑物竖向和水平荷载的主体结构全部为剪力墙时，即形成剪力墙结构体系。
剪力墙结构体系自重较大，侧向刚度大，自重周期短，因而导致产生较大的地震荷载。
但剪力墙的截面有效工作高度大，截面惯性矩大，所以很容易满足强度要求。
现浇钢筋砼剪力墙结构，由于整体性好和刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小，顶端水平位移和层间相对位移通常都能满足要求。
切由于侧向变形小，有利于避免内部隔断墙、建筑装修、设备管道等非结构性破坏，也有利于防止过大的位移对主体结构在强度和稳定性方面造成的不利影响。
剪力墙结构体系的缺点是：
剪力墙间距不能太大，平面布置不灵活，立面处理不灵活，很难满足公共建筑等使用大空间的要求。
结构自重较大往往导致增加基础工程的造价，也从一定程度上影响到设计的竞争力。
c、框架-剪力墙体系
框架-剪力墙体系是在框架体系的基础上增加一定数量的纵向和横向剪力墙，所构成的双重体系。
框架体系具有空间大，平面布置灵活，立面处理丰富等优点，但侧向刚度差，抵抗水平荷载能力低，底部层间位移大容易引起非结构性破坏和次生灾害，对抗震不利。
但剪力墙体系则相反,抗侧力强度和刚度均很大，但平面布置不灵活，不适应大空间的要求。
因此，把两种结构体系结合起来，在同一结构中同时采用框架和剪力墙结构，共同承受竖向和水平荷载，可做到取长补短的作用。
在水平荷载的作用下，剪力墙的存在，不但使框架各层梁柱值降低，而且使各层梁弯矩沿高度方向的差异减小，在数值上趋于均匀。
与框架结构相比，框架剪力墙结构体系的抗侧力能力大大提高，地震作用下侧移减小，非结构性破坏一般较轻，是抗震性较好的结构体系。
结构选型
结构体系方案选择要根据拟建建筑物的高度、用途、施工条件、经济等进行比较。
经过对以上三种结构体系的比较，针对自己的设计题目—徐州市方正公司办公楼，我选择了框架结构，理由如下：
框架结构建筑平面布置灵活，可以有较大的空间的会议、办公等，并且可以需要用隔断分隔成小房间或者是拆除改成大房间，使用灵活。
建筑物选址于南京，为七度近震。
根据建筑物所在地的设防烈度及房屋的使用情况、层数、建筑物的高度等因素，根据《抗震设计手册》的规定：
设防烈度为7度，高度为50M以下的房屋采用钢筋混凝土框架结构体系较为合理。
2.2结构设计原则
延性原则
结构、构件或者截面的延性是指他们进入破坏阶段以后，在承载力没有明显下降的情况下承受变形的能力。
也就是说，延性反映他们后期变形的能力。
后期是指从钢筋开始屈服进入破坏阶段直到最大承载力（或者下降到最大承载力的85%）时的整个过程。
延性差的结构、构件或者截面，其后期变形能力小，在达到其最大承载力后会突然发生脆性破坏，在设计中是应当要避免的，因此，对结构、构件或截面除了要满足承载力的要求之外，还要求他们具有一定的延性，其目的在于：
a、防止发生象超筋梁那样的破坏，以确保人的生命和国家财产的安全。
b、在超静定结构中，能更好地适应地基的不均匀沉降以及温度的变化等情况。
c、使超静定结构能够充分的进行内力的重分布，并避免配筋疏密悬殊，便于施工，节约钢材。
d、有利于吸收和耗散地震能量满足抗震方面的要求。
强柱弱梁的原则—控制塑性铰的位置：
强柱弱梁的设计原则是通过控制梁、柱的相对强度，以保证塑性铰首先出现在框架梁中，尽量避免或减少在框架柱中出现塑性铰。
因为塑性铰出现在框架柱中，结构很容易形成几何可变体系而倒塌。
强剪弱弯原则—控制构件的破坏形态：
强减弱弯是要求构件的受剪承载力大于因弯距出现塑性铰时的截面剪力，即保证在塑性铰形成并转动前，不出现剪切脆性破坏。
为此，在设计中有意识的提高构件的受剪承载力，以保证结构的塑性铰按设计要求出现在受剪破坏之前，增强框架结构的延性性质。
强节点、强锚固原则—保证结点区的承载力：
结构分析时往往以梁端或柱端为控制截面进行构件的配筋计算，而把梁柱胶结区作为一个理想的刚结点。
强节点、强锚固的设计原则是为了充分发挥塑性铰的作用，避免节点破坏或锚固失效出现在塑性铰发挥作用之前，这样才能使梁柱构件的承载力和变形能力得到充分的发挥，以确保框架结构的延性要求。
2.3结构布置
2.31结构布置要点
结构布置包括结构平面布置和结构剖面布置，建筑物的房屋楼面标高变化不大时，可只做结构平面布置，如屋面、各层楼面以及基础等结构平面布置，本建筑物只作结构平面布置。
结构布置应在建筑平面、立面剖面确定好之后进行，且上一层的结构应在下一层的结构平面图上布置。
进行布置时应注意以下几点：
a、既要满足建筑功能的要求，又要使结构合理，受力明确，如柱网的尺寸，从建筑上讲柱网间距越大越好，但结构上却不宜过大，主梁的跨度一般为5-8M，次梁为4-7M，若为混凝土过梁，跨度可达12M。
b、房屋平面内质量分布和抗侧力构件的布置基本均匀对称。
c、楼层刚度不小于其相邻层刚度的70%，且连续三层总的刚度降低不超过50%。
d、应考虑是否设置变形缝，房屋的长度大于50M时，应设置伸缩缝一个。
该建筑物长度为43.2M，因此没有设置变形缝。
e、房屋立面局部收进的尺寸，不大于该方向总尺寸的25%。
2.32截面设计要点
a、材料：
《建筑抗震设计规范》对混凝土强度等级的要求是：
当按一级抗震等级设计框架梁时，其混凝土强度等级不应低于C30，当按二、三级抗震等级设计框架梁时，其混凝土强度等级不应低于C20。
《建筑抗震设计规范》对钢筋强度等级的要求是：
框架梁中的纵向受力钢筋宜采用II、III级变形钢筋，钢箍宜采用I、II级钢筋。
在施工中，不宜以强度等级较高的钢筋代替原设计中的钢筋，如必须代换时，应按钢筋拉应力设计值相等的原则进行代换。
b、截面尺寸
确定框架梁的截面尺寸，应从强度、稳定、经济、防止脆性破坏等几方面综合考虑。
《建筑抗震设计规范》规定，梁的截面尺寸应符合下列各项要求：
1）框架梁宽应不小于200mm且不应小于柱宽的1/2。
这是为了保证梁的侧向稳定。
2）梁截面的高宽比应不大于4。
这也是为了保证梁的侧向稳定。
3）框架梁的跨高比不宜小于4。
这是为了避免出现深梁的脆性破坏。
当框架梁的净跨与截面高度之比小于4时，该梁以剪切变形为主，容易发生剪切脆性破坏。
4）按最大相对受压高度控制最小截面尺寸。
5）按最大剪压比控制最小截面尺寸。
6）按工程实践经验确定梁的截面尺寸。
b、主梁截面尺寸为：
250*500次梁截面尺寸：
250*400
2.3.3框架柱的截面设计
a、材料：
《建筑抗震设计规范》对混凝土强度等级的要求是：
当按一级抗震等级设计框架柱时，其混凝土强度等级不应低于C30，当按二、三级抗震等级设计框架柱时，其混凝土强度等级不应低于C20。
由于混凝土的抗压强度高，在框架柱中采用强度等级较高的混凝土比较经济。
《建筑抗震设计规范》对钢筋强度等级的要求是：
框架柱中的纵向受力钢筋宜采用II、III级变形钢筋，钢箍宜采用I、II级钢筋。
b、截面尺寸
对于多层钢筋混凝土框架，柱的截面尺寸通常采用400*400，450*450，500*500。
确定框架柱的截面尺寸，应从强度、稳定、经济、防止脆性破坏等几方面综合考虑。
《建筑抗震设计规范》规定，柱的截面尺寸应符合下列各项要求：
1）按震害规律，框架柱截面宽度不宜小于300MM。
2）按剪跨比最小值限制框架柱的截面尺寸，延性框架柱的剪跨比最小值为2，即柱净高与截面高度比不宜小于4。
初估截面尺寸
a、框架柱子
截面尺寸均为
N/Afc＝0.8（抗震等级为二级的框架结构取0.8）
边柱A=N/ufc=1.3×4×3.5×14×5×1000/（14.3×0.8）
=111363mm2
中柱A=N/ufc=1.25×4×（3.5+2.9）×14×5×1000/（14.3×0.8）
=195805mm2
统一取正方形截面，A1/2=443mm为保证安全取b×h=500mm×500mm
第三部分楼板设计
3.1设计资料
（1）气象条件
基本雪压=0.4kN/m2；基本风压=0.55N/m2
（2）抗震设防
7度近震。
（3）材料
混凝土采用C25，纵筋Ⅱ级，箍筋Ⅰ级
3.2屋面和楼面板的荷载
1）教室采用水磨石地面
白水泥大理石子面15mm厚0.015×25=0.38
1:
3水泥砂浆找平18mm厚0.018×20=0.36
纯水泥浆一道2mm厚0.002×20=0.04
钢筋混凝土楼板120mm厚0.120×25=3.00
板底20厚粉刷抹平0.020×17=0.34
楼面恒载4.12kN/m2
楼面活载2.00kN/m2
2）厕所采用地砖地面
地砖铺实10mm厚0.010×20=0.20
1：
4干硬性水泥砂浆25mm厚0.025×20=0.50
基层处理剂一遍 0.05
C20混凝土0.5％找坡20mm厚0.020×25=0.71
1：
3
升级会员 