教学楼设计毕业设计(共110页).docx

精选优质文档-倾情为你奉上西安工业大学北方信息工程学院本科毕业设计(论文)题目：西安远东中学教学楼设计系 别： 建筑工程系 专 业： 土木工程 班 级： B 学 生： 史 伟 浩 学 号： B 指导教师： 王 海 荣 2016年 05月专心-专注-专业 毕业设计（论文）任务书系（部） 建工系 专业 土木工程 班级 10 姓名 史伟浩 学号 B 1.毕业设计（论文）题目： 远东中学教学楼设计 2.题目背景和意义：本设计为远东中学教学楼设计，总建筑面积4500平方米，拟建5层，主体结构为钢筋混凝土框架结构，位于西安市劳动南路。主要房间组成及使用面积见下表：房间名称建筑面积（m2）备注普通教室55562830间多功能教室1001202间电教器材储存兼放映室3540与多功能教室吡连物理实验室75851间生化实验室75851间实验准备室3040共两间，与实验室靠近音乐教室53551间乐器室15201间，与音乐教室靠近阅览室75851间书库3040与阅览室吡连科技活动室15201间或2间办公室1216每层设两间 本设计的意义主要有以下几个方面：（1）通过本设计，可以使学生对四年来所学的基本理论和专业知识进行综合的应用，加深对专业知识的掌握和理解，同时对建筑设计和结构设计有整体和全面性的认识。（2）通过查阅各种资料和建筑规范等完成本工程的建筑设计，结构选型，结构布置，结构计算及建筑、结构施工图的绘制，进而巩固对基础知识和专业知识的掌握程度以及综合运用的实际能力。 3.设计(论文)的主要内容（理工科含技术指标）： （1） 建筑部分 根据任务书进行建筑方案及建筑施工图设计，以施工图为主，具体要求如下： 计算机绘制，达施工图深度，要求完成图纸内容：主要平面图（底层平面图、标准层平面图等）；正立面图及侧立面图；剖面图一个（剖楼梯间）；屋面排水图。（2）结构部分 结构方案设计：包括柱网布置、结构平面布置、构件的初步估算、基础形式及埋置深度的确定。结构计算：选一具有代表性的框架进行计算。包括：确定框架计算简图，荷载计算，恒荷载作用下的内力计算，活荷载作用下的内力计算，水平地震作用下的内力计算，内力组合，框架截面设计（配筋计算），自选构件设计和计算（现浇板或楼梯）。绘制施工图，结构图纸要求完成内容：结构平面布置图，一榀框架配筋图，自选构件配筋图。编写设计说明书和结构计算书（装订成册）。 工程地质条件：场地地势平坦，地质构造简单，持力层为亚粘土，类场地，地基承载力标准值为180kPa。 土壤最大冻结深度为18cm,最大积雪厚度为20cm，雪荷载为 0.25kN/m2。常年地下水位于地面以下7m，水质对混凝土无侵蚀。 气象条件：冬季室外计算温度-9，夏季室外计算温度+30。最热月平均气温为+27，最冷月平均气温为-0.2。 年总降水量631.8mm,一日最大降水量为109.6mm，一小时最大降水量为79mm。全年主导风向为东北风，基本风压0.35kN/m2。 建筑结构安全等级：二级；建筑结构设计使用年限：50年。 地震设防烈度为8度，建筑场地类别为类，设计地震分组为第一组。 4.设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）： （1）设计的基本要求:1>要有良好的城市景观，要求建筑造型美观、大方。 2>设计方案合理，计算方法正确，计算数据准确。 3>计算书格式应符合标准，书写工整，文字简练，条理清楚。 4>施工图须符合制图标准，能正确、准确表达设计意图，图面布置协调、清楚、整洁。 （2）进度安排:建筑设计、结构选型、结构布置 15-16（1）第15周-第18周 荷载计算 15-16（1）第19周-第20周 荷载计算 15-16（2）第1周-第3周 结构构件计算 15-16（2）第4周-第7周 整理说明书、绘制施工图 15-16（2）第8周-第9周 出图、论文装订 15-16（2）第10周 答辩 15-16（2）第11周 5. 毕业设计（论文）的工作量要求 图纸（幅面和张数）*： 建筑图6张,结构图4张 其他要求：论文字数： 20000字 外文翻译字数： 3000字 参考文献篇数： 15篇以上 指导教师签名： 年 月 日 学生签名： 年 月 日 系主任审批： 年 月 西安远东中学教学楼设计摘 要 本设计主要进行了结构方案中横向框架的抗震设计。先确定框架布局，之后进行了层间荷载代表值的计算,然后取一榀框架进行分析，分别计算水平荷载作用下和竖向荷载作用下的内力与位移，水平地震作用采用底部剪力法进行计算，水平地震作用下的侧移刚度采用D值法进行计算，框架结构在正常使用条件下的变形验算要求各层的层间侧移值与该层的层高之比不宜超过1/550的限值。接着采用弯矩二次分配法计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力，并进行内力组合，进而找出最不利的一组或几组内力进行计算配筋，框架配筋计算，应遵循“强柱弱梁，强减弱弯，强节点、强锚固”等原则，选取最安全的结果计算配筋并绘图。整个结构在设计过程中，严格遵循有关最新的国家标准规范，参考相关资料和课本，对设计的各个环节进行综合全面的科学性考虑。设计本着适用、安全、经济、使用方便的原则进行。建筑结构方案是否合理，不但关系到是否满足使用要求和结构受力是否可靠，而且也关系到是否方便施工等问题。关键词：框架结构；抗震；结构设计；内力计算 The Design of the teaching buiding in Xian YuanDong school of Arts and sciencesThe design of the main structure scheme of horizontal seismic design framework . 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 peakdisplacement method, then making the amount of the horizontal seismic force can be got by way of the bottomshear 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 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. Design reasonable and workable structure of the program is the construction site of the important basis for the construction.Key Words： Frame structure; seismic; structural design; internal force calculation 目录1 绪论1.1工程概况1.1.1建筑介绍设计题目：西安远东中学教学楼设计建筑面积：4480m2建筑高度：18m结构形式：现浇钢筋混凝土框架结构建筑物耐久年限：50年1.1.2建筑类型建筑成一字型,东侧为两层大跨度多媒体教室，五层框架结构。1.1.3抗震设防烈度 地震设防烈度为8度，建筑场地类别为类，设计地震分组为第一组，设计基本加速度为0.20g，结构安全等级为二类。1.2设计原始资料1.2.1气象条件温度：冬季室外计算温度-9，夏季室外计算温度+30。最热月平均气温 为+27，最冷月平均气温为-0.2。2.基本风压：0.35kN/m2。3.基本雪压：0.25kN/m2。1.2.2工程地质条件 场地地势平坦，地质构造简单，持力层为亚粘土，类场地，地基承载力标准值为180kPa。常年地下水位于地面以下7m，水质对混凝土无侵蚀1.3 建筑平面设计 根据本建筑物的使用功能要求，采用框架结构，边跨为6.3米，中跨为2.7米，设置一个双跑楼梯和一个平行双分楼梯，满足建筑防火要求。根据人流的多少和搬进房间设备的大小取门宽为1200mm，开启方向朝房间内侧。走道两端的门采用等宽双扇门，大厅的门采用一个两个双扇玻璃门。房间窗设置：房间中的窗大小和位置的确定，主要是考虑到室内采光和通风的要求。1.4 建筑立面设计 本建筑主楼立面采用对称体型，建筑物各部协调统一，形式完整。本建筑确定每层层高为3.6米，楼梯高度等于层高，屋面为不上人屋面，挑檐宽1000mm，挑檐高度设为 600mm。建筑总高度18m。整个立面看起来规则整齐，简洁大方，简单的造型更显示了干练。总体上，本建筑立面造型符合建筑造型和构图方面的均衡、韵律、对比的规律，并满足适用、经济、美观的要求。1.5建筑剖面设计室内外高差为0.45米，可防止室外流水流入和墙身受潮。根据采光设计标准及结构布置要求，确定标准层房间窗高到框架梁底 ，主要窗宽为2.4米，高为2.1米。标准层走廊两端设置玻璃窗以便空气流通和采光要求。屋面排水采用有组织外排水方式，用外装塑料空心管作为落水管，屋面材料找坡2%。1.6土建设计1. 墙体±0.000以上均采用M5混合砂浆砌筑，±0.000以下均采用水泥砂浆砌筑。 2. 卫生间楼地面比同层相邻楼地面低20mm。3. 楼屋面面层材料的选择及构造设计。4. 屋面：(不上人) 20厚1:2.5水泥砂保护层层 4厚SBS高聚物改性沥青防水卷材一道 25厚1:3水泥砂浆找平层 100厚水泥珍珠岩保温层 1:6水泥焦渣找坡层（最薄处30厚） 100mm厚现浇钢筋混凝土屋面板 10厚混合砂浆 5. 楼面： 10厚瓷砖楼面，干水泥擦缝（在卫生间内采用地砖防水楼面）5厚1:2.5水泥砂浆粘结层（内掺建筑胶）20厚1:3干硬性水泥砂浆结合层（内掺建筑胶）水泥砂浆一道（内掺建筑胶）100mm厚钢筋混凝土板，随打随磨光 10厚混合砂浆 2 结构布置2.1 结构布置（1）采用双向纵横向框架承重方案，纵向总长53m。（2）根据建筑设计要求，主体结构共5层。（3）墙采用240mm粘土空心砖（4）混凝土等级：梁，板，柱均采用C35。（5）楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构。2.1.1 结构平面布置 图2.1 结构平面布置图2.1.2 初选截面尺寸(1) 框架梁截面尺寸纵向框架梁h=(1/81/12)×l=(1/81/12)×6000=500mm750mm 取h=600mmb=(1/21/3)×h=(1/21/3)×600=220mm325mm 取b=300mm横向框架梁 AB CD跨h=(1/81/12)×l=(1/81/12)×6300=525mm787mm 取h=600mm b=(1/21/3)×h=(1/21/3)×600=220mm325mm 取b=300mm表2.1 梁截面尺寸(mm)层数混凝土等级横梁(b×h)纵向框架梁(b×h)纵向次梁(b×h)AB跨、CD跨BC跨1-5C35300×600300×400300×600300×450(2) 柱截面尺寸估算柱截面尺寸根据柱的轴压比限值，按公式计算1) 根据建筑抗震设计规范，结构形式为框架结构，抗震设防烈度为8度，建筑物高度18m 24m,查得抗震等级为二级，确定柱轴压比限值为0.82) Ac N/fc (2.1)柱组合的轴压比设计值N= A g n (2.2)注：考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数,边柱取1.3，内柱取1.2。 g 折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近似取14 kN/m2。 n为验算截面以上的楼层层数。 A柱的负荷面积。 fc为混凝土轴心抗压强度设计值，对C35，查得16.7 N/mm2。 图2.2 框架结构的计算简图 中柱：A1=6.0×4.5=27.0m2 边柱：A2=3.15×6.0=18.9m2 一层：中柱Ac N/µfc=Agn/fc =(1.2×27.00×14×5)×103/ (0.8×16.7)= mm2 边柱Ac N/fc=Agn/µfc=(1.3×18.9×14×5)×103/ (0.8×16.7)= mm2 据计算结果并综合考虑其它因素： 取 中柱b×h=600mm×600mm 边柱b×h=600mm×600mm 二层五层：取 b×h=600mm×600mm 表2.2 柱截面尺寸(mm)层次混凝土等级b×h (mm2)1C35600×6002-5C35600×600（3） 板厚估算 h=(1/401/50)×l=(1/401/50)×(6300/2)=63mm79mm 取h=120mm 3 计算截面的确定（1）框架各构件在计算简图中均用单线条代表，各单线条代表构件形心轴所在的位置线（2）梁的跨度=该跨左右两边柱截面形心轴线之间的距离（3）底层柱高=从基础顶面算至楼面标高处（4）中间层柱高=从下一层楼面标高至上一层楼面标高（5）顶层柱高=从顶层楼面标高算至屋面标高（6）当上.下柱截面发生改变时，取截面较小的截面形心轴线作为计算简图上的柱单元一层五层：横跨 AB CD跨：6300+120+100-600=5920mm BC跨：2700100×2+600=3100mm 纵跨 轴： 6000mm 柱高： 底层柱的计算高度：4300m 2-5层的柱高：3.60m图3.1 横向计算简图图3.2 纵向计算简图4 框架结构刚度参数计算4.1 梁柱线刚度计算在框架结构中，可将现浇楼面视作梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧移。考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架梁取I=1.5I0，对中框架梁取I=2I0。 截面惯性矩I0=bh3/12。框架梁线刚度为ib=EcI0/L，其中EC为混凝土弹性模量，L为梁的计算跨度 表4.1 横梁线刚度ib计算表类 别 层次Ec（N/Mm2）b×h（mm×mm）I（mm4）L(mm)ib=EcI0/L（N·mm）1.5EcI0/L（N·mm）2EcI0/L（N·mm）AB,CD跨1-5层3.15×104300×6005.4× 10963002.57×10103.855× 10105.14× 1010BC跨1-5层3.15×104300×4001.6× 10924001.77×10102.655× 10103.54× 1010柱的线刚度iC=ECLC/HC。其中LC为柱的截面惯性矩，HC为框架柱的计算高度。表4.2 柱的线刚度计算表层次Ec（N /mm2） b×h（mm×mm） HC(mm)LC（mm4）iC=EcICHC（kN·mm）13.15×104600×600 43001.08×10107.5×10102-53.15×104600×600 36001.08×1010 9.0×1010令i1-5AB=1.0，则其余各层杆件的相对线刚度按计算所得，作为弯矩二次分配时计算各节点杆端弯矩分配系数的依据。4.2 柱的抗侧刚度计算 根据梁柱的线刚度比的不同，框架柱可分为中柱，边柱 柱抗侧移刚度：D=c×12×ic/h2 注：c 柱抗侧移刚度修正系数表4.3 柱侧移刚度修正系数表位置边柱中柱c简图K简图K一般层底层 边框架柱侧移刚度D值 表4.4 边框架柱侧移刚度D值 单位： N /mm层次边柱（4）根中柱（4）根DcDCDC×4cDCDC×4 10.5140.419470778800.70.45262852-50.430.171416756668070.262166786668中框架柱侧移刚度D值 表4.5 中框架柱侧移刚度D值 单位： N /mm层次边柱（16）根中柱（16）根DcDCDC×16cDCDC×16 10.690.43209301.200.46223902-50.570.22166670.960.3327500将上述不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，即为各层间侧移刚度D 表4.6 层间侧移刚度 单位：N /mm 层 次12-5D D1 /D2 =/=0.9>0.7,故该框架为横向规则框架。 5 荷载计算5.1 恒载标准值计算(1) 屋面(不上人)： 20厚1:2.5水泥砂浆保护层 20mm×10-3×20kN/m3=0.4kN/m2二毡三油防水层 0.35kN/m2 150厚水泥蛭石保温层 5×0.15kN/m3=0.75kN/m2100140厚膨胀珍珠岩找坡 （100+140）/2×7=0.84kN/m2 120mm厚现浇钢筋混凝土屋面板 120mm×10-3×25kN/m3=3.0kN/m2 10厚混合砂浆 0.17kN/m2合计： 5.51kN/m2 （2）1-4层楼面： 10 面层水磨石地面 20 水泥沙浆打底 0.65KN/m2 素水泥浆结合层一道120厚钢筋混凝土板 25×0.12=3.0 KN/m2 10厚混合砂浆 0.17KN/m2合计 3.82KN/m2（3）屋面及楼面可变荷载标准值：不上人屋面均布活荷载标准值 0.5 KN/m2楼面活荷载标准值 2.5 KN/m2屋面雪荷载标准值 SK=urS0=1.0×0.2=0.2 KN/m2 （式中ur为屋面积雪分布系数）（4）梁柱密度25 KN/m2 墙体均为240厚粘土空心砖，两侧均为20mm厚抹灰，则单位面积上墙体重量为 15×0.24+17×0.02×2=4.28 KN/m2木门单位面积重力荷载0.2 KN/m2，钢铁门0.4 KN/m2，铝合金窗单位面积重力荷载取0.4 KN/m25.2 重力荷载代表值计算(1)第一层：楼面恒载: 3.6×53×15.3=2974.32KN50%楼面均布活荷载: 0.5×53×15.3×2.0=826.2 KN纵梁:4×1.05×0.3×0.6×(53-8×0.6)×25=910.98 KN边横梁：0.3×0.6×25×1.05×（6.0-0.6）×18=459.27 KN中横梁：0.3×0.4×25×1.05×（2.7-0.6）×9=59.54 KN 次梁: 0.3×0.45×25×1.05×（6.3-0.3）×16=340.21 KN梁总重: 1769.99KN柱: 0.6×0.6×25×1.05×4.25×36=1606.5 KN纵墙:总长53×4-29×0.6-6×2-2.4=180.2m 总重（3.55×180.2-2×2.1×32-2×0.9×11）×4.28=2077.92 KN横墙:总长6.3×21+2.7=135.0m总重(3.55×135-20×2.1) ×4.28=2004.4 KN墙总重：4082.32 KN木门：0.2×2.1×0.9×22=9.24 KN塑钢门：0.4×（2.1×2）×4+1.6×2.1=10.08 KN铝合金窗：(2.0×2.1×32+2×0.9×11)×0.4=61.68 KN门窗总重：81 KN由上述可知，一层重力荷载代表值：11339.39 KN(2) 第二层重力荷载代表值楼面恒载: 2974.32 KN50%楼面均布活荷载: 826.2 KN 梁总重: 1769.99 KN柱: 1360.8KN纵墙:总长53×4-29×0.6-6-2.4=186.2m 总重（3.0×186.2-2×2.1×34-2×0.9×11-2×1.5×3）×4.28=1733.4 KN横墙:总长6.3×21+2.7×2=137.7m总重：(3.0×137.7-2×2.1×2)×4.28=1732.116KN墙总重：3456.516 KN木门：0.2×2.1×1.0×20=8.4 KN塑钢门：1.6×2.1×2×0.4=2.688KN铝合金窗：63.36 KN门窗总重：74.448 KN由上述可知二层重力荷载代表值：10220.94 KN(3)三四层重力荷载代表值楼面恒载: 2974.32 KN50%楼面均布活荷载: 826.2 KN 梁总重: 1769.99 KN柱: 1360.8KN纵墙:总长53×4-29×0.6-6-2.4=186.2m 总重（3.0×186.2-2×2.1×34-2×0.9×11-2×1.5×3）×4.28=1733.4 KN横墙:总长6.3×18+2.7×2=118.8m总重：(3.0×118.8-2×2.1)×4.28=1507.5KN墙总重：3206.2 KN木门：0.2×2.1×1.0×16=6.72 KN塑钢门：（1.6×2.1）×6×0.4=8.064铝合金窗：(2.1×2.0×34+2×0.9×11+2.0×1.5×3)×0.4=68.64 KN门窗总重：83.43 KN由上述可知三四重力荷载代表值：10220.94 KN（4）第五层屋面恒载：5.19×53×15.3=4208.6 KN50%屋面活荷载：0.5×0.5×53×15.3=202.725 KN梁总重：1769.99 KN柱总重：1360.8/2=663.39 KN墙总重：（186.2+137.7）×1.35-2×2.1×34-2×0.9×11-2×1.5×3-2.0×2.1×2 ×4.28 =1101.1 KN木门：8.4 KN铝合金窗：63.36 KN门窗总重：71.76KN女儿墙：0.6×（53+15.3）×2-15.3 ×4.28=311.5 KN 由上述可知，五层重力荷载代表值：8346.1KN则结构抗震分析时所采用的计算简图如下： 6 内力计算6.1 横向水平地震作用下框架结构的内力和位移计算6.1.1横向自振周期计算 T1=1.7T （uT）1/2 （6.1）注：uT假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值Gi作为水平荷载而算得的结构顶点位移。T结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数，取0.7。uT按以下公式计算： VGi=Gk （6.2） （u）i= VGi/D ij （6.3） uT=（u）k （6.4）注：D k为集中在k层楼面处的重力荷载代表值，VGi为把集中在各层楼面处的重力荷载值视为水平荷载而得的第i层的层间剪力。D ij 为第i层的层间侧移刚度。（u）i（u）k分别为第i、k层的层间侧移。表6.1 结构顶点的假想侧移计算层次Gi（kN）VGi（kN）D i（kN/mm）ui（mm）ui（mm）58346.18346.19.82169.494 10220.9418567.04 21.84159.67310220.9428787.98 33.9137.83210471.9439259.92 46.18103.93111339.350599.22 57.7557.75T1=1.7T（uT）1/2 =1.7×0.7×(0.16949)1/2=0.49s6.1.2水平地震作用及楼层地震剪力计算根据建筑设计抗震规范（GB500112010）规定，对于高度不超40米、以剪切变形为主且质量和刚度沿着高度方向分布比较均匀的结构，以及可近似于单质点体系的结构，可以采用底部剪力法等简化方法计算抗震作用。因此本框架采用底部剪力法计算抗震作用。FEK=1 Geq （6.5）GEQ=0.85Gi=0.85×50599.22=43009.337kN根据场地类别为类，设计基本地震加速度为0.2g，查得场地特征周期值Tg=0.45s。抗震设防烈度为8