教学楼设计-工程类专业(毕业论文).doc

大学毕业论文专业工程管理学号姓名成绩初审意见 初审老师签名：评审意见 评审老师签名：备注教学楼设计 专业：工程管理 学号： 学生姓名： （ 指导老师： ）摘 要：本毕业设计的课题是某教学楼设计，主体结构采用现浇钢筋混凝土框架结构，总长度为55.2m，总宽度为16.8m, 总高度为26.8m，总建筑面积为5564m2，共六层，底层和其余层层高均为3.9米。本设计贯彻“适用、坚固、经济、美观”按照建筑设计的规范，认真考虑了影响设计的各种因素，考虑到建筑设计的功能、技术和形象。本毕业设计主要完成以下内容：建筑设计：根据建筑的使用功能进行建筑的平面布置及建筑造型设计，并确定建筑材料及绘制建筑施工图；结构设计：结构布置及结构计算简图；确定梁、柱截面尺寸；荷载计算，包括重力荷载、水平地震作用等；荷载效应组合；梁、柱配筋计算；基础设计；绘制结构施工图。本设计统筹考虑了建筑设计和结构设计的和谐统一，做到在合理的条件建筑设计更符合人们的审美观点，结构设计更安全可靠。关键词：建筑设计，结构设计，钢筋混凝土，框架结构1.引 言随着国家投资四万亿到基础性建设政策的逐步推进，我国的建筑市场逐渐回暖，以此拉动的国民经济增长更是十分显著。建筑工程无疑在这场大规模的基础性建设中担任主力军的角色，任重而道远。本次毕业设计给了我一次锻炼的机会。通过这次毕业设计，我把以前学习的各个学科的知识点有力的串联在了一起，加深了我对理论知识的认识，同时也使我对“做工程”这三个字有了新的定义与理解。不仅如此，在设计的各个环节中，我更检查出了自己以前学习的不足，纠正了我以前理解有错误的地方，提高了我分析问题、解决问题、综合应用专业知识的能力。2. 建筑设计2.1 平面设计建筑平面设计的任务就是充分研究几个部分的特征和相互关系，以及平面与周围环境的关系，在各种复杂的关系找出平面设计的规律，使建筑能满足功能，技术，经济，美观的要求。2.1.1 主要房间设计对主要房间平面设计的要求有：房间的面积，形式和尺寸要满足室内使用活动和设备合理布置的要求； 门窗的大小和位置应考虑房间中的出入方便，疏散安全，采光通风良好；房间的构成应使结构布置合理，施工方便，也要有利于房间之间的组合，所用材料要符合相应的标准；室内空间及顶棚，各个墙面和构建细部，要考虑人们的使用要求和审美要求。良好的采光条件也是一个建筑所必须的。一般房间单侧或双侧采光，因此，房间的深度常受到采光的限制。为保证室内采光的要求，一般单侧采光时进深不大于窗上口至距离的2倍，双侧采光时进深可较单侧采光时增大一倍。经济合理的结构布置，一般建筑常采用墙体承重的梁板式结构和框架结构体系。另外，建筑要符合建筑模数协调统一标准的要求，按照建筑模数协调统一标准的规定，房间的开间进深一般以300mm为模数。2.1.2 辅助使用房间设计厕所设计，厕所按其使用特点可分为专用厕所和公用厕所，厕所卫生设备主要有大便器、小便器、洗手盆、污水池等。大便器有蹲式和坐式两种，可根据建筑标准和使用习惯分别选用。蹲式大便器使用卫生间，便于清洁，对于使用频繁的公共建筑如学校、医院、办公楼、车站等尤其适用。而标准较高，2.1.3 交通联系部门设计走道又称过道、走廊。凡走道一侧或两侧空旷者称为走廊。走道是用来联系同层内各大小房间用的，有时也兼有其他的从属功能。一般民用建筑的常用走道宽度如下：当走道两侧布置房间时，学校为2.13.0m，门诊部为2.43.0m，办公楼为2.12.4m，旅馆为1.52.1m，作为局部联系或住宅内部走道宽度不应小于0.9m，当走道一侧布置房间时，其走道的宽度可相应减小。走道的长度应根据建筑性质、耐火等级及防火规范来确定。直接通向疏散走道的最远一点房间疏散门至最近的外部出口或封闭楼梯间的距离必须控制在一定的范围内。2.2 立面设计建筑体型和立面设计是整个建筑设计的重要组成部分。外部形体和立面反映内部空间的体征，但绝不能简单的理解为体型和立面设计只是内部空间的最后加工，是建筑设计完成后的最后处理，而应与平，剖面设计同时进行，并贯穿于整个设计的初始，在方案设计一开始，就应在功能，物质技术条件等制约下按照美观的要求考虑建筑体型及立面的雏形。某教学楼楼底及标准层层高均为为3.9m。在墙面装修上采用白色色调，期间加入蓝色过度呈现出一点的层次感，并且与附属结构联系起来产生整体感。2.2.1 房间的立面形状房间的立面形状可分为矩形和非矩形两类，大多数民用建筑均采用矩形。只是因为矩形立面简单、规则 、便于竖向空间的组合，容易获得简洁而完整的体型，同时结构简单，施工方便。非矩形立面常用于有特殊要求的房间。2.2.2 房屋各部分高度的确定 房间的立面设计，首先需要确定房间的净高和层高。房间的净高是指楼地面到结构层底面或顶棚下表面之间的距离。为了防止室外雨水流入室内，并防止墙身受潮，一般建筑常把室内地坪适当提高，以使建筑物室内外地面形成一定的高差。建筑设计中一般以低层室内地面标高为0.000，高于它的为正值，低于它的为负值。3. 建筑结构设计基于综合服务楼建筑的使用功能和外观形式的要求，整个规划设计力求色彩简洁，外型大方，形成具有简洁明快时代特征的建筑风格。首先根据给定的房间的面积、个数、用途初步定出功能分区，分别处理好主用功能与次要功能分区，静与闹的关系，建筑功能的对内对外的关系，同时注意人流分析，避免发生不必要的人流交叉。考虑到拟建建筑与道路和原有建筑的对位关系，人流疏散的问题和所给场地局限性，综合服务楼的入口方向朝南。该建筑耐火等级为二级，四周较空旷，房屋间距满足防火间距的要求，且建筑周围绿化面积也满足绿化率要求。消防车道还可以利用建筑周边道路，消防车可以到达建筑每个位置。另外，建筑的日照，通风，卫生等要求均能满足。3.1楼盖设计 现浇楼盖具有刚度大，整体性好，抗震抗冲击性能好，防水性好，对不规则平面的适应性强，开洞容易的的优点在楼盖的选择上采用现浇单向板肋梁楼盖。 现浇单向板肋楼盖中，板、次梁、主梁的计算模型为连续板或连续梁，其中，次梁是板的支座，主梁是次梁的支座，柱或墙式主梁的支座。对于单向板可取1m带宽的板带作为其计算单元，在此范围内的楼面均布荷载便是该板带承受的荷载，即为计算构件负荷的楼面面积。楼盖中部主次梁截面形状都是两侧带翼缘（板）的T形截面，每侧翼缘板的计算宽度取与相邻中心距的一半。次梁承受板传来的均布线荷载，主梁承受次梁传来的集中荷载，一根次梁的负荷范围以及次梁传给主梁的集中范围。计算跨度，某一跨的计算跨度应取该跨两端支座处转动点之间的距离。按弹性理论计算时，中间各跨取取支撑中心线之间的距离，边跨由于端支座情况有差别，与中间跨的取值方法不同。荷载取值，确定荷载效应组合的设计值时，恒荷载的分项系数取为：当其效应对于结构不利时，对由活荷载效应控制的组合，取1.2，对由恒荷载效应控制的组合，取1.35；当其效应对结构有利时，一般情况，取1.0，对抗倾覆和侧滑移验算取0.9.活荷载的分项系数一般情况下取1.4。3.2 框架设计框架结构由梁、柱构件通过节点连接构成。按施工方法的不同，框架结构可分为现浇式、装配式和装配整体式三种。在地震区，多采用梁、柱、板全现浇或梁柱现浇、板预制的方案；在非地震区，有时可采用梁、柱、板均预制的方案。在竖向荷载和水平荷载作用下，框架结构各构件将产生内力和变形。水平荷载作用下框架结构的侧移限值通常控制梁、柱截面尺寸。框架结构的侧移一般由两部分组成：由水平力引起的楼层剪力。使梁、柱构件产生弯曲变形，形成框架结构的整体剪切变形；由水平力引起的倾覆力矩，使框架柱产生轴向框架结构的变形，形成框架结构的整体弯曲变形。当框架结构房屋的层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切变形，整体弯曲变形的影响很小。建筑设计要求建筑物功能分区合理，房屋布置适宜，满足各项使用功能要求；结构设计要求结构布置合理，构件设计安全经济合理。3.2.1 横向框架承重方案在横向上布置主梁，在纵向上设置联系粱。楼板支撑在在横向框架上，楼面竖向荷载传给横向框架主梁。由于横向框架跨数较少，主梁沿框架横向布置有利于增加房屋横向抗侧移刚度。由于竖向荷载主要通过横梁传递，所以纵向联系粱往往截面尺寸较大，对于给定的净空要求使结构层高增加。3.2.2 纵向框架承重方案在纵向上布置框架主梁，在横向上布置连系梁。楼面的竖向荷载主要沿纵向传递。由于连系梁截面尺寸较小，这样对于大空间房屋，净空较大。房屋布置灵活。不利的一面是进深尺寸受到板长度的限制，同时房屋的横向刚度较小。3.2.3 纵横向框架混合承重方案框架在纵横向两个方向上均布置主梁。楼板的竖向荷载沿两个方向传递。柱网较小的现浇楼盖，楼板可以不设井字粱直接支撑在框架主梁上。由于这种方案沿两个方向传力，因此受力较均匀，整体性也较好，通常按空间框架体系来进行内力分析。3.2.4 控制截面的选取框架柱的弯矩、轴力和剪力沿柱高是线性变化的，因此可取各层柱的上下端截面作为控制截面。对于框架梁来说，在水平力和竖向荷载的共同作用下，剪力沿粱轴线呈线性变化，弯矩则呈抛物线形变化，因此，除取粱的两端为控制截面外，还应在跨间取最大正弯矩的截面为控制截面。3.3 基础设计建筑场地平坦，没有不利地质情况，无软弱下卧层；其他有关设计资料可根据建筑物所在地区的具体情况，所需设计参数可参照现行行业规范确定，地下稳定水位距地坪-4m以下；土层深度由自然地坪算起。桩基础设计应满足下列基本条件：单桩承受的竖向荷载不应超过单桩竖向承载力特征值；桩基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许值；对位于坡地岸边的桩基础进行稳定性验算。上述土层结构满足上述要求u，故采用桩基础。桩基础设计其主要内容包括：桩的类型和几何尺寸选择；单桩竖向（和水平向）承载力的确定；确定桩的数量、间距和平面布置；桩基础承载力和沉降验算；桩身结构设计；承台设计；绘制桩基础施工图。确定地基承载力特征值的方法主要有四类：根据土的抗剪强度指标以理论公式计算由现场荷载试验的p-s曲线确定；按规范提供的承载力表确定；在土质基本相同的情况下、参照临近建筑物的工程经验确定。单桩竖向承载力Qu由桩侧总极限摩擦阻力和桩端总极限阻力组成，可忽略两者间的相互影响，以单桩竖向极限承载力Qu除以安全系数K（通常取值为2）即得到单桩竖向承载力特征值Ra。由于地基有很好的持力层，故采用柱下独立基础，它具有施工简单，沉桩进度快等特点。3.4 楼梯设计楼梯是多层及高层房屋中的重要组成部分，楼梯的平面布置，她不尺寸，栏杆形式都由建筑设计确定，板式楼梯和梁式楼梯时最常见的楼梯形式，板式楼梯由梯段板，平台板和平台梁组成。学校行政楼踏步常用尺寸为：踏步高140mm160mm，踏步宽280mm340mm，中间平台宽度应不小于楼梯宽度，以保证通行顺畅，并不小于1200mm。楼梯宽度应以60200mm为宜，若大于200mm，则应考虑安全措施。在设计中采用梁式楼梯设计。共设三部楼梯，主楼梯为梯间宽度5760mm，边梯段宽1500，中梯段宽2560mm的双分平行楼梯.辅助楼梯为梯间宽3060mm，梯段宽为1480mm的双跑楼梯。楼梯在平面设计中提到使用梁式楼梯。梁式楼梯由踏步板、斜梁、平台板和平台梁组成。踏步板两端支撑在斜梁上，按两端简支的单板计算，一般取一个踏步作为计算单元。踏步板为楼梯截面，板厚一般不小于30-40mm。每一个踏步一般需配置不少于26的受力钢筋，沿斜面布置的分布筋直径不少于6，间距不大于300mm。斜梁的内力计算与板式楼梯的斜板相同，踏步可能位于斜梁截面的上部。也可能位于下部、计算截面高度可取为矩形截面。平台梁主要承受斜梁传来的集中荷载（由上、下跑楼梯传来）和平台板传来的均布荷载，平台梁一般按简支梁计算。4. 次梁设计4.1 楼面次梁计算4.1.1 AB跨、213轴线间次梁计算4.1.1.1 荷载设计值板传来永久荷载 5.172.4=12.41 kN/m次梁自重 0.2（0.4-0.12）251.2=1.68 kN/m次梁粉刷 0.02（0.4-0.12）2+0.2）171.2=0.31kN/m小计 g=14.4 kN/m可变荷载设计值 q=2.82.4=6.72kN/m荷载总设计值 g+q=21.12 kN/m4.1.1.2 承载力计算正截面受正弯承载力计算时，跨内按T形截面计算，23，跨翼缘宽度为， ，故取；34，45，56，67,跨翼缘宽度为 ,，故取78,跨翼缘宽度为 ,，故取。环境类别一级，C30混凝土，梁的最小保护层厚度=25mm。一排纵向钢筋400-35=365mm。C30混凝土，；纵向钢筋计算结果表明，支座截面的均小于0.35，符合塑性内力重分布的原则；%，此值大于=0.451.43/300=0.21%，同时大于0.2%，满足最小配筋率的要求。斜截面受剪承载力计算包括：截面尺寸的复核、腹筋计算和最小配筋率验算。验算截面尺寸：，因 4，为厚腹梁，应满足：,截面满足要求。计算所需腹筋采用HPB3008双肢箍筋，计算支座F右侧截面。由,可知配筋已满足要求，故可根据构造要求，按箍筋的的最小配筋率来配置箍筋。 采用HPB3008200， 0.13%,则由，得mm，最后按构造配筋取箍筋间距为200mm4.1.2 B轴线、114轴线间次梁计算4.1.2.1 荷载设计值板传来永久荷载 5.172.4=12.41 kN/m次梁自重 0.2（0.4-0.12）251.2=1.68 kN/m次梁粉刷 0.02(0.4-0.12)2+0.2)171.2=0.31kN/m轻质空心砖墙的自重 0.243.9101.2=11.23kN/m 小计 g=25.63 kN/m可变荷载设计值 q=2.01.42.4/2+2.51.42.4/2=7.56 kN/m荷载总设计值 g+q=33.19 kN/m33.2 kN/m4.1.2.2 承载力计算正截面受正弯承载力计算时，跨内按T形截面计算，12，23，跨翼缘宽度为， ，故取；34，45，56，67,跨翼缘宽度为 ,，故取；78,跨翼缘宽度为 ,，故取。环境类别一级，C30混凝土，梁的最小保护层厚度=25mm。一排纵向钢筋400-35=365mm。C30混凝土，；纵向钢筋采用HRB335钢，箍筋采用HRB235钢，。计算结果表明，支座截面的均小于0.35，符合塑性内力重分布的原则；%，此值大于=0.451.43/300=0.21%，同时大于0.2%，满足最小配筋率的要求。斜截面受剪承载力计算包括：截面尺寸的复核、腹筋计算和最小配筋率验算。验算截面尺寸：，因 4，为厚腹梁，应满足：,故需按计算配置箍筋。 1.252703650.24mm2/mm 采用8200，实有250.3200=0.503mm2/mm 0.24mm2/mm ，可以。箍筋配筋率250.3/200200=0.25% 0.13%,可以。4.2 屋面次梁计算4.2.1 荷载设计值板传来永久荷载 6.532.4=15.67 kN/m次梁自重 0.2（0.4-0.12）251.2=1.68 kN/m次梁粉刷 0.02(（0.4-0.12）2+0.2)171.2=0.31kN/m小计 g=17.66 kN/m可变荷载设计值 q=21.42.4=6.72kN/m荷载总设计值 g+q=24.38 kN/m4.2.2 承载力计算正截面受正弯承载力计算时，跨内按T形截面计算，12，23，跨翼缘宽度为， ，故取；34，45，56，67,跨翼缘宽度为 ,，故取；78,跨翼缘宽度为 ,，故取。环境类别一级，C30混凝土，梁的最小保护层厚度=25mm。一排纵向钢筋400-35=365mm。C30混凝土，；纵向钢筋采用HRB335钢，箍筋采用HRB235钢，。计算结果表明，支座截面的均小于0.35，符合塑性内力重分布的原则；%，此值大于=0.451.43/300=0.21%，同时大于0.2%，满足最小配筋率的要求。斜截面受剪承载力计算包括：截面尺寸的复核、腹筋计算和最小配筋率验算。验算截面尺寸：，因 4，为厚腹梁，应满足：,截面满足要求。计算所需腹筋采用HPB3008双肢箍筋，计算支座G右侧截面。由，满足要求。中柱B取，由前面的对柱的内力组合表可知：。由于，所以采用公式：而，满足要求。8.3.2 柱截面承载力计算框架结构的变形能力与框架的破坏机制密切相关，对一般框架结构来说，梁的延性远大于柱，梁先屈服可以在跨中形成塑性铰，从而使整个框架有较大的内力重分布和能量的消耗。层间位移极限增大，利于抗震。若柱形成了塑性铰，则会伴随产生极大层间位移，降低结构承受垂直荷载的能力以及可能使结构成为机动体系。所以在框架设计时应遵循强柱弱梁的原则。要满足框架结构抗震设计中的“强柱弱梁”的目标，要求三级框架的梁柱节点处，除框架顶层和柱轴压比小于0.15 外，梁柱端弯矩设计值还应符合下式的要求: 式中：组合弯矩设计值之和，上下柱端的弯矩设计值，可按弹性分析分配；组合弯矩设计值之和； 9. 结 论建筑设计要遵循安全、适用、经济、美观且便于后期建筑结构设计与施工的原则的。但往往设计人员注意到适用、安全、经济、美观，而忽略了便于施工。有时设计人员为图方便，用偏于安全的简化计算方法计算，虽然既省事又保证安全，却增加了造价。由此可见这五个方面各有所重。又互为矛盾，一个优秀的建筑结构设计往往是这五个方面的最佳结合。在实际设计时还需注意的问题还有很多，需要改良的地方很多，设计就是一个不断改良，将最初的设计理念在图纸上展现出来。参考文献1混凝土结构设计规范(GB 50010-2010).中华人民共和国建设部.中国建筑工业出版社.20102建筑设计防火规范(GB 50016-2006).中华人民共和国建设部.北京:中国建筑工业出版社.20063建筑结构荷载规范(GB 5009-2001).中华人民共和国建设部.北京:中国建筑工业出版社.20024建筑抗震设计规范(GB 50011-2010).中华人民共和国建设部.北京:中国建筑工业出版社.20105建筑地基基础设计规范(GB 50007-2011).中华人民共和国建设部.北京