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题目：五层层钢筋混凝土框架结构教学楼设计一、前言 研究的意义：随着时代的发展和科技的进步，人们的生活水平也在不断提升。而建筑是社会和科技发展所需要的“衣、食、住、行”的之首。它在任何一个国家的国民经济中都占有举足轻重的地位。社会是在前进的，到处都在发展，当然少不了建设。然而我们作为土木工程专业的一名本科毕业生，应该能从事土木工程的设计施工与管理工作。土木工程这个专业直接决定了我们将来要从事的工作：就是运用我们所学的专业知识来指导将来的民用及工业建筑物的设计，施工或管理等各个环节。而设计的实质目的就是让我深入了解建设设计与施工的过程，对一般框架类型的房屋有更深刻的认识，以自己的课题出发，学会应用知识于现代建筑的具体实践之中，从设计之中来提升自己的能力，获取间接经验。通过毕业设计这一重要的教学环节，培养土木工程专业本科毕业生正确的理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度。毕业设计要求我们在指导老师的指导下，独立系统的完成一项工程设计，解决与之有关的所有问题，熟悉相关设计规范、手册、标准图以及工程实践中常用的方法，具有实践性、综合性强的显著特点。因此毕业设计对于培养学生初步的科学研究能力，提高其综合运用所学知识分析问题、解决问题能力有着重要意义。研究现状：土木工程是建造各类工程设施的科学，技术和工程的总称。土木工程是伴随着人类社会的发展而发展起来的。它所建造的工程设施反映出各个历史时期社会经济、文化、科学、技术发展的面貌，因而土木工程也就成为社会历史发展的见证之一。土木工程在我国可以分为：建筑工程、桥梁工程、公路和城市道路工程、铁路工程、隧道工程、水利工程、港口工程、给水和排水工程、环境工程。作为土木工程专业的学生，深知土木工程设计范围之广，以及和社会生活联系之密切。我们在校只是学习了土木工程这一个小的分支并且着重学习了工民建部分。工民建方面就结构布置部分有以下几种结构：框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、板柱-剪力墙结构、框架-支撑结构、筒体结构、框架-核心筒结构、巨型结构等等。就此次的设计题目，以及结合任务书所给定的各项条件，选择了框架结构比较合理并且切合实际。发展趋势：目前国内外多层房屋大多采用现浇式钢筋混凝土框架结构。框架结构是如今常用的一种建筑结构，整体性比较好，一般用于小高层建筑，在10层以下，否则要加设剪力墙结构。纯框架在现代运用是较广的。而房屋的框架分类可以按很多种定义而来，按跨数分有单跨、多跨；按层数分有单层、多层；按立面构成分有对称、不对称；按所用材料分有钢框架、混凝土框架、胶合木结构框架或钢与钢筋混凝土混合框架等。其中最常用的是混凝土框架（现浇整体式、装配式、装配整体式，也可根据需要施加预应力，主要是对梁或板）、钢框架。装配式、装配整体式混凝土框架和钢框架适合大规模工业化施工，效率较高，工程质量较好。经调查，国外的混凝土结构使用历史较长，它在性能及材料来源等方面有许多自身优点，发展速度很快，应用也最广泛，已从工业与民用建筑，交通设施转到了近海工程和海底工程等。我国应用混凝土的时间比较短，但目前钢筋混凝土结构在我国发展势头非常好，所以深入了解混凝土的性能也是非常有必要的。近年来，由于人们对大空间、大跨度的要求，国内外正在推广使用预应力混凝土结构。预应力构件的使用，大大减少混凝土的用量。另外，由于地域的不同，或是特殊功能的要求，新的防冻、防火等具有特殊性能的混凝土正不断地被研制开发出来，相信未来混凝土的用途会越来越广泛。自从汶川地震以来，更多的这类问题被关注，现在的框架结构用的越来越多，正因为框架不光传递荷载明确简单，最主要的还具有良好的延性，能达到较好的抗震效果，框架建筑具有空间分隔灵活，自重轻，有利于抗震，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。而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状。而这些个优点，已被广泛的应用于各类多层的民用建筑中，随着社会的发展，多层框架的建筑已经越来越多了。在国外，他们以钢为框架材料，而我们国内主要还是钢筋混凝土。6框架虽然很流行，但是也有不少缺点在里面，由于构件的截面比较小，框架结构的承载力合刚度都很低，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，所以不适合高层建筑。而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，但相对与各楼层而言，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。不光如此，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性；钢材和水泥用量较大，构件的总数量多，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。特别是在抗震设计中，柱顶，柱底，梁端会出现裂缝。2作为一座教学楼的设计，在设计前最好进行现场的调查研究，了解地质条件等有利信息，并多观察教学楼的不平凡之作品的结构布置，在整个设计中结构设计是分量最多的部分，所以要更加遵循规范，规范才是设计的唯一标准。课题的研究目标、内容和拟解决的关键问题：建筑设计要求通过毕业设计了解并掌握民用建筑设计全过程（包括初步设计、建筑方案选定、施工图设计），培养我们在具体条件下分析问题、解决问题的能力，要求在三周内确定建筑方案，进行平面、立面、剖面、细部、构造等建筑设计，选用内外装饰材料，熟练运用计算机绘制建筑施工图，写出建筑总说明及本人所做设计的有关依据及思想。要求完成的建筑施工图有：（1） 首层平面图（1：100）（2） 楼层平面图（1：100）（3） 屋顶平面图（1：100）（4） 立面图（1：100或1：50）：正立面、侧立面（5） 剖面图（1：100或1：50，剖切位置必需在楼梯部位）、楼梯详图（1：50或1：25）需要解决的关键问题：根据相应的建筑设计规范并结合实际情况初步确定预设建筑物的平面形状，立面外观，侧面外观，单层平面尺寸，以及建筑物的层数；由功能分区的相关原则初步确定建筑物各部分的功能，最终初步确定出建筑设计部分的轮廓。结构设计结构体系采用钢筋混凝土现浇框架体系，抗震7度设防。通过毕业设计要求掌握多层房屋的结构选型、结构布置、结构计算（手算，包括：一榀横向框架的荷载计算，水平地震力下框架抗震变形验算，梁柱板的内力分析、计算及组合，构件截面设计）及结构施工图（部分）绘制的全过程。学习使用工程软件，掌握计算机绘图方法，会使用各种设计规范及标准图集。要求完成的建筑施工图有：（1）某一层结构平面图（1：100）；（2）一榀框架梁、柱配筋图（1：50）；注：对所完成的图纸应按建施和结施分别编制目录，图纸不少于六张图。需要解决的关键问题：根据建筑设计方案及设计原始资料，选择结构体系，布置结构构件，进行结构内力分析，确定构件配筋，绘制结构施工图。计算书完成建筑设计说明、结构设计说明及计算书，要求内容完整、计算准确、条理清楚、并有目录，中英文摘要、关键词等。二、设计方案的确定方案的原理、特点与选择依据：框架结构体系是由横梁与柱子连接而成。梁柱连接处(称为节点)一般为刚性连接。有时为便于施工和其他构造要求，也可以将部分节点做成铰接或者半铰接。柱支座一般为固定支座，必要时也可以设计成铰支座。框架结构可以分为现浇整体式,装配式,现浇装配式。框架结构荷载由楼板传给梁，再由梁通过节点传给柱，最后由柱传给基础到地下，整个荷载的传递线路相当明确。3框架结构的布置灵活,容易满足建筑功能和生工艺的多种要求。同时,经过合理设计,框架结构可以具有较好的延性和抗震性能。但是,框架结构承受水平力(如风荷载和水平地震作用)的能力较小。当层树较多或水平力较大时,水平位移较大，在强烈地震作用下往往由于变形过大而引起非结构构件(如填充墙)的破坏。因此，为了满足承载力和侧向刚度的要求，柱子的截面往往较大，既耗费建筑材料，又减少使用面积。这就使框架结构的建筑高度受到一定的限制。目前，框架结构一般用于多层建筑和不考虑抗震设防，层数较少的的高层建筑(比如，层数为10层或高度为30米以下)。所以，框架结构特别适合于再办公楼，教学楼，公共性与商业性建筑，图书馆，轻工业厂房，公寓以及住宅类建筑。5所以此教学楼采用钢筋混凝土框架结构。设计步骤：建筑设计部分：1.平面设计：合理确定平面柱网尺寸；布置房间；确定楼（电）梯数量、位置及形式；满足室内采光、通风要求。2.剖面设计：确定合理层高；给出楼（地）面、屋面、墙身工程做法。3.立面设计：建筑风格、造型应富有创意，有时代感。8要求完成的建筑施工图有：1.首层平面图（1：100）2.楼层平面图（1：100）3.屋顶平面图（1：100）4.立面图（1：100或1：50）：正立面、侧立面5.剖面图（1：100或1：50，剖切位置必需在楼梯部位）、楼梯详图（1：50或1：25）6.建筑设计说明书（在建筑设计说明中，应说明自己所选取的方案的设计意图，注意从平、立、剖等方面分别说明，具体可参见房屋建筑学教材）。结构设计部分：1.结构选型：根据建筑设计方案及设计原始资料，选择适当的结构体系。2.结构布置：确定柱在平面上的排列方式，一般柱网有内廊式和等跨式两种，选择承重方案，框架结构的平面布置形式非常的灵活，框架结构按照承重方式的不同分为以下三类：(1)横向框架承重方案，以框架横梁作为楼盖的主梁，楼面荷载主要由横向框架承担。由于横向框架数往往较少，主梁沿横向布置有利于增强房屋的横向刚度。同时，主梁沿横向布置还有利于建筑物的通风和采光。但由于主梁截面尺寸较大，当房屋需要大空间时，净空较小，且不利于布置纵向管道。(2)纵向框架承重方案，以框架纵梁作为楼盖的主梁，楼面荷载由框架纵梁承担，由于横梁截面尺寸较小，有利于设备管线的穿行，可获得较高的室内净空，但房屋横向刚度较差，同时进深尺度受到预制板长度的限制。(3)纵横向框架混合承重方案，纵横向框架混合承重方案是沿纵横两个方向上均布置有框架梁作为楼盖的主梁，楼面荷载由纵，横向框架梁共同承担。它具有较好的整体工作性能。合理布置结构构件，初步确定材料强度等级及构件截面尺寸。4要确定构件的截面尺寸，只能先估算，等构件的内力和结构的变形计算好后，如果估算的截面尺寸符合要求，便以估算的截面尺寸作为框架的最终截面尺寸。如果所需的截面尺寸与估算的截面尺寸相差很大，则要重新估算和重新进行计算。53.计算简图的确定4.结构内力分析及构件设计：根据现行国家设计规范，计算结构荷载及地震作用；手算完成结构一个主轴方向的内力分析，进行框架梁、柱、的内力组合，完成构件截面设计；同时，可采用工程设计软件PKPM计算结构内力及配筋，并与手算结果进行对比分析。1在内力计算中，在竖向荷载作用下框架结构的内力可用分层法、弯矩二次分配法等近似方法计算。分层法在分层计算时，将上、下柱远端的弹性支承改为固定端，同时将除底层外的其他各层柱的线刚度乘以系数 0.9，相应地柱的弯矩传递系数由 1/2 改为 1/3，底层柱和各层梁的线刚度不变且其弯矩传递系数仍为1/2。弯矩二次分配法是先对各节点的不平衡弯矩都进行分配（其间不传递），然后对各杆件的远端进行传递。分层法和弯矩二次分配法的计算精度较高，可用于工程设计。水平荷载作用下框架结构内力可用D值法、反弯点法等简化方法计算。其中 D 值法的计算精度较高，当梁、柱线刚度比大于3时，反弯点法也有较好的计算精度。D值是框架结构层间柱产生单位相对侧移所需施加的水平剪力，可用于框架结构的侧移计算和各柱间的剪力分配。D值是在考虑框架梁为有限刚度、梁柱节点有转动的前提下得到的，故比较接近实际情况。影响柱反弯点高度的主要因素是柱上、下端的约束条件。柱两端的约束刚度不同，相应的柱端转角也不相等，反弯点向转角较大的一端移动，即向约束刚度较小的一端移动。D值法中柱的反弯点位置就是根据这种规律确定的。在水平荷载作用下，框架结构各层产生层间剪力和倾覆力矩。层间剪力使梁、柱产生弯曲变形，引起的框架结构侧移曲线具有整体剪切型变形特点；倾覆力矩使框架柱（尤其是边柱）产生轴向拉、压变形，引起的框架结构侧移曲线具有整体弯曲型变形特点。当框架结构房屋较高或其高宽比较大时，宜考虑柱轴向变形对框架结构侧移的影响。5.完成楼梯的计算和配筋。（可参照文献7来计算。）6.完成板的配筋计算。三、阶段性设计计划、设计目标与应用价值：阶段性进度安排周 次工 作 内 容检 查 方 式第1-2周查阅文献及外文翻译，熟悉图纸与设计任务提交原文及译文，撰写文献综述第3-4周实习周末提交实习日记与实习报告第5-7周建筑设计提交建筑施工图第8-9周多层房屋的结构选型，结构方案及布置提交结构设计总说明第10周荷载计算及各种标准件的选用计算原始资料；提交计算说明书第11周水平地震作用下，框架抗震变形验算提交计算说明书第12-13周用手算方法进行横向框架的内力分析、计算及组合提交计算说明书第14周构件截面设计提交计算说明书及施工图纸第15-16周撰写毕业设计资料提交毕业设计资料第17周毕业设计修改整理正式提交毕业设计资料第18周毕业设计评审、答辩设计目标与应用价值：由于框架结构具有空间大、平面布局灵活多样的特点，满足了人们不断追求使用个性化的要求。随着社会的不断发展和人们物质生活水平的提高，框架结构(住宅、公共建筑)将会得到较大发展。设计多层框架结构，设计人应首先判断结构方案的可行性，对可能碰到的问题，提前采取措施予以解决，并对所有计算结果认真分析，判断，准确