土木工程毕业设计（论文）-辽宁科技大学10号教学楼建筑结构设计

1、第 130 页辽宁科技大学本科生毕业设计论文1绪论产业革命带来了生产力发展与经济的繁荣，大工业的兴起使人口集中到城市中来，造成城市用地紧张，地价上涨，城市不断向周边扩展，但城市空间仍然局促。为了在较小的用地范围内建造更多的使用面积，建筑物不得不向高空发展，这也是多高层建筑产生的根本原因，也可以说多高层建筑的产生是社会发展的必然产物，两者相互依存，相互影响。改革开放以来，随着经济的快速发展，多高层建筑如同雨后春笋在全国各个大中城市拔地而起。它给人们带来了更多的使用空间，更多的绿地面积，同时也丰富了城市的轮廓线，使城市变得更加美丽。现代多高层建筑主要着重于使用功能，同时又要充分表现其美学功能，多高

2、层建筑往往成为现代城市的点缀或标志性建筑。随着建筑业的发展框架结构多被用于框架结构中，下面谈谈多层框架结构的优缺点、发展、应用及混凝土框架结构的一些设计理念。全套图纸加扣 3346389411或3012250582 1.1框架结构的适用范围框架结构的特点是有刚结的梁和柱来传递竖向和侧向荷载，墙体仅起围护作用。在建筑上具有大空间、便于布置各种尺度不同房间的灵活性；在结构上则有构建分工明确，可以充分发挥材料性能的特点。由于梁、柱的连接是杆件的交叉，使节点构造便于检查和施工；并且框架结构的建筑尚存在水平方向刚度差、抗侧向荷载能力小的缺点，当层数较多或侧向荷载较大时，为了满足侧向刚度和强度的要求，必须

3、加大框架结构的截面尺寸；因此较高的高层建筑或在地震区内采用框架结构是不经济的。在实践中，钢筋混凝土框架结构应根据其所处的环境不同，选用有控制的高度。在钢筋混凝土结构规范中规定：对于现浇的框架结构的高度有如下限制，非抗震设防区，其高度不大于60 m，相当于20层高；7度抗震设防区，其高度不大于55 m，相当于18层高；8抗震度设防区，其高度不大于45 m，相当于15层高；9度抗震设防区，其高度不大于25 m，相当于8层高的住宅。目前，国内多层与高层民用建筑的钢筋混凝土开间常用6.68.6 m，层高3.66 m。 1.2混凝土结构的主要优点和缺点钢筋混凝土结构除了比素混凝土结构具有较高的承载力和较

4、好的受力性能以外，与其他结构相比还具有下列有点：1就地取材。砂，石是混凝土的主要成分，均可就地取材。在工业废料比较多的地方，可利用工业废料制成人工骨料用于混凝土结构。2耐久性：处于正常环境下的混凝土结构的耐久性好，高强混凝土的耐久性更好。在混凝土结构中，钢筋受到保护不易锈蚀，所以混凝土结构具有良好的耐久性。对处于侵蚀性环境下的混凝土结构，经过合理设计及采取有效措施后，一般可满足工程需要。3耐火性。混凝土为不良导热体，埋置在混凝土中的钢筋受高温影响远较暴露的钢筋结构小。只要钢筋表面的混凝土保护层具有一定的厚度，在发生火灾时钢筋不会很快软化，可避免结构倒塌。4整体性。现浇或装配整体式混凝土结构具有

5、良好的整体性，从而结构的刚度及稳定性都比较好，这有利于抗震，抵抗震动和爆炸冲击波。5可模性，新拌和的混凝土为可塑的，因此可根据需要制成任意形状和尺寸的结构，这有利于建筑造型。6节约钢材。钢筋混凝土结构合理低利用了材料的性能，发挥了钢筋与混凝土各自的优势，与钢结构相比能节约钢材并降低造价。钢筋混凝土的结构也有下述主要缺点：1自重大。混凝土结构自身重力较大，这样它所能负担的有效荷载相对较小。这队大跨度结构，高层建筑结构都是不利的。另外，自身大会使地震力加大，故对结构抗震也不利。2抗裂性差。钢筋混凝土结构在正常使用情况下构件截面受拉区通常存在裂缝，如果裂缝过宽，则会影响结构的耐久性和应用性范围。3需

6、用模板。混凝土结构的制作需要模板予以成型。如采用木模板，则可重复使用的次数少.会增加工程造价。此外，混凝土结构施工工序复杂，周期较长，切受季节气候影响；对现役混凝土结构，如果损伤则修复困难；隔热，隔声性能也比较差。随着科学技术不断的发展，混凝土结构的缺点正在被逐渐克服或有所改进。如采用轻制，高强混凝土及预应力混凝土，可减小结构自身重力并提高其抗裂性；采用可重复使用恶毒钢模板会降低工程造价；采用预制装配式结构，可以改善混凝土结构的制作条件，少受或不受气候条件的影响，并能提高工程质量及加快施工进度等。1.3混凝土的发展11824年英国人阿斯普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐水泥21850年法国人朗

7、姆波(L.Lambot)制造了第一只钢筋混凝土小船31872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋4混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅150多年。5与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并不长，但发展非常迅速，目前混凝土结构已成为土木工程结构中最主要的结构，而且高性能混凝土和新型混凝土结构形式还在不断发展。（1）第一阶段钢筋混凝土发明至本世纪初从钢筋混凝土的发明至本世纪初，钢筋和混凝土的强度都比较低，主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等构件。计算理论：结构内力和构件截面计算均套用弹性理论，采用容许应力设计方法。（2）第二阶段从20世纪20年代到第二次世界战争前后1928年法国杰出的土木工

8、程师E.Freyssnet发明了预应力混凝土，可以用来建造大跨度结构。计算理论：前苏联著名的混凝土结构专家格沃兹捷夫开始考虑混凝土塑性性能的破损阶段设计法，50年代又提出更为合理的极限状态设计法，奠定了现代钢筋混凝土结构的基本计算理论。（3）第三阶段：第二次世界战争以后至今二战以后到现在，随着建设速度加快，对材料性能和施工技术提出更高要求，出现装配式钢筋混凝土结构、泵送商品混凝土等工业化生产技术。高强混凝土和高强钢筋的发展、计算机的采用和先进施工机械设备的发明，建造了一大批超高层建筑、大跨度桥梁、特长跨海隧道、高耸结构等大型工程，成为现代土木工程的标志。 1.4设计计算理论 发展了以概率理论为

9、基础的极限状态设计法，基础理论问题大都得到解决，而新型混凝土材料及其复合结构形式的出现又不断提出新的课题，并不断促进混凝土结构的发展。进行框架结构设计时，设计人员还应掌握如下设计规范：建筑结构荷载规范、抗震规范、混凝土结构设计规范等。并应考虑当地地方性的建筑法规。设计人员应熟悉当地的建筑材料的构成、货源情况、大致造价及当地的习惯做法，设计出经济合理的结构体系。2建筑设计2.1建筑设计总说明本设计是根据辽宁科技大学土木工程学院土木专业毕业设计题目中的教学楼组的任务书的要求进行设计的。此设计采用钢筋混凝土框架结构，墙体材料为矿渣砖和水泥空心砖，八度抗震设防，属于二级框架，乙类建筑。 2.2设计原始

10、数据1、场地：鞍山市高新技术开发区2、安全等级 二级3、防火等级 二级4、自然条件：（1）最大冻结深度：1.2 m（2）工程相对标高0.000（室内地坪）相当于绝对标高27.50m。（3）相对地下水位-5.22m（最高），-6.12m（最低）。（4）本地区抗震设计烈度为八度。（5）本地区最高月平均气温24.6，极端历史高温39本地区最低月平均气温-14.7，极端历史高温-32。（6）风向：夏季主导风向为南风，冬季主导风向为北偏西风。（7）基本风压值：=0.50（8）基本雪压值：=0.45（9）据建设部下发最新文件楼顶不设置水箱，城市生活用管网水头为0.26mP,足够生活用水压，消防用水采用室外

11、消防水池。（10）利用附近锅炉房的集中供暖，不再单独设置。 2.3建筑方案设计考虑到本地区抗震设防烈度为8度，所以在建筑方案的确定中力求平面简单对称规则，减少偏心。门窗外窗均为塑钢窗；内部门采用木门；主要入口处均为塑钢窗门。办公门，厕所门为木门。墙体外墙为370mm，一层采用矿渣砖，二之五层用水泥空心砖填充，内填充墙为240mm采用水泥空心砖填充，每面抹水泥砂浆20mm。教学楼的主入口在南面。2.4平面设计该教学楼平面采用一字型内廊式平面组合形式，教室及其他功能房间布置在两侧，教室的开间9.6m,进深6.9m，教室面积66.2。根据老师下发的任务书布置了36个普通教室，容纳两个班的合班阶梯教室

12、2间，容纳三个班以上的合班阶梯教室2间，教师办公室10间，教师休息室2间。卫生间和饮水处离的很近考虑到上下水的方便。在一楼的两侧开设小出口，为满足通行和防火要求，本设计楼梯间均是封闭楼梯间。2.5立面设计教学楼共五层。首层层高3.6 m,其它四层层高均3.6 m。做到协调统一，立面造型上有很好的节奏感，再配上装饰和线条的划分，给人以美观、新颖、和谐、的特点。2.6剖面设计给人以整体的楼梯立面感觉，踏步踢步的布置与层高要求的关系，还能使室内外高差的变化一目了然。2.7建筑做法 梁柱混凝土采用C25, 钢筋主筋采用HRB335级钢筋；板、基础，箍筋采用HPB300级钢筋；墙体采用MU10空心砖，砌

13、筑砂浆采用M5混合砂浆。2.8一些主要建筑的做法1、屋面荷载（不上人屋面，自上而下）40mm厚细石混凝土 220.04=0.88 50mm厚聚本乙烯泡沫塑料板 0.50.05=0.025两层SBS改性沥青卷材防水 0.520mm厚水泥砂浆找平层 200.02=0.4 1：8厚水泥炉渣2%找坡 0.1914=2.66 100厚现浇钢筋混凝土板 0.125=2.5 20mm厚混合砂浆天棚抹灰 0.0217=0.34屋面恒荷载标准值： G=7.31 2、楼面荷载30mm厚水磨石地面 0.030.65=0.0195 20mm厚1：3水泥砂浆垫层 0.0220=0.40 100厚钢筋混泥土板 0.125

14、=2.5 20mm厚1：3混合砂浆天棚抹灰 0.0217=0.34楼面恒荷载标准值： G=3.263、厕所楼面荷载两层SBS改性沥青卷材防水 0.520mm厚1：3水泥砂浆垫层 0.0220=0.4 100厚钢筋混泥土板 0.125=2.5 20mm混合砂浆天棚抹灰 0.0217=0.34楼面恒荷载标准值： G=3.744、基础： 采用钢筋混凝土柱下独立基础，基础埋深1.2m。5、门窗： 中央大厅的大门采用3扇对开门1800mm2400mm, 一楼二边的门采用1500mm2400mm的塑钢门，窗采用3300mm2100mm的塑钢窗等。6、楼梯（1）实心扶手，轻金属栏杆，高度为0.9m；（2）1

15、30厚钢筋混凝土楼梯板；30厚水磨石面层；20厚的水泥沙浆抹灰；（3）防滑条6厚钢条防滑条；7、散水、勒脚、踢脚 （1）散水采用100厚的C20素混凝土随捣随压光； （2）做900厚的炉渣垫层，防止土壤冻涨引起散水开裂； （3）在散水长度方向每隔12m设置一温度缝，内填沥青沙浆，防止散水因热胀冷缩而引起开列； （4）在散水与墙体相交处，留20的缝，内填沥青油膏； （5）勒脚采用1：3水泥沙浆抹面，高度为700mm；（6）踢脚采用20厚黑色大理石，高度为120mm；8、凡是图上未注明和本表未说明者，均按国家有关现行规范（规程）及该地区有关规定执行。3结构设计3.1结构设计说明3.1.1设计依据（

16、1）本设计是根据统一下发的13届土木工程专业毕业设计题目中综合教学楼组的毕业设计任务书的具体要求进行设计的。 （2）本设计的建筑结构工程君按国家现行各有关设计规范：建筑结构荷载规范、建筑结构抗震规范、混凝土结构设计规范、中小学校建筑设计规范、建筑结构制图标准、建筑结构设计手册、建筑地基基础设计规范等相关规定进行的。3.1.2自然条件 (1)土质：从自然地面以下为种植土，0.000m-0.500m；;-0.500m-1.000m.为粘性土，；-1.000m以下为强风化岩，无腐蚀性。（2）最大冻结深度：1.2 m（3）工程相对标高0.000（室内地坪）相当于绝对标高22.50m。（4）相对地下水位

17、-5.22m（最高），-6.12m（最低）。（5）本地区抗震设计烈度为八度。（6）本地区最高月平均气温24.6，极端历史高温39本地区最低月平均气温-14.7，极端历史高温-32。（7）风向：夏季主导风向为南风，冬季主导风向为北偏西风。（8）基本风压值：=0.50场地：鞍山市开发区；安全等级： 二级；防火等级； 二级 ；结构抗震等级为二级，根据抗震设防分类属乙类建筑，本设计按8度抗震设防。（9）基本雪压值：=0.45（10）据建设部下发最新文件楼顶不设置水箱，城市生活用管网水头为0.26mP,足够生活用水压，消防用水采用室外消防水池。（11）利用附近锅炉房的集中供暖，不再单独设置。3.1.3设

18、计荷载1屋面活荷载：=0.5 kN/m。2教室活荷载：=2.0 kN/m。3厕所活荷载：=2.0 kN/m。4走廊、门厅、楼梯活荷载： =2.5 kN/m。3.1.4一般说明（1）本设计采用钢筋混凝土框架结构，梁、板、柱、基础均现浇，采用纵横向框架承重方式；（2）楼梯、雨篷也是现场浇筑； （3）框架填充墙地层采用矿渣砖，其它层采用水泥空心砖。3.1.5各部分结构构件材料强度等级1梁、板、柱混凝土强度等级采用C25；2框架梁、柱纵向受力钢筋采用HRB335级热轧钢筋，梁、柱的箍筋和现浇板中的受力钢筋均采用HPB300级热轧钢筋；3楼梯采用C25级混凝土、受力钢筋采用HPB335级钢筋，其他采用H

19、PB300级钢筋；4基础采用C20级混凝土，基础下铺 100 mm厚C15混凝土垫层，其中受力筋采用HPB335级钢筋； 5梁受力钢筋接头采用焊接接头，柱采用电渣压力焊。3.2结构设计与计算 本建筑采用现浇整体钢筋混凝土框架结构，梁、板、柱、基础均为现场浇注。采用纵横向的框架承重体系。一层内外墙荷载由基础梁承担，其它层内、外墙直由框架梁承担。为满足抗震要求，做到强柱弱梁，强剪弱弯、强节点强锚固的原则，对承重的框架的梁、柱、板按弹性理论计算与配筋，同时为了提高框架的延性，对梁的支座弯矩进行了调幅。框架的内力计算中，对水平荷载及竖向荷载引起的内力分别采用D值法和弯矩二次分配法进行计算。3.2.1框

20、架结构布置 该建筑为教学楼，建筑平面布置灵活，有较大空间，设计成现浇整体式框架结构体系，根据建筑使用功能和框架结构体系布置原则，采用如图3-1所示结构平面布置。图3.1 柱网布置图3.2.2估算板、梁、柱的截面尺寸由经验公式和经验数据，初步确定板、梁、柱的截面尺寸如下：3.2.3板的厚度h的确定 板由经验公式 h=1/50L=1/504800=96mm;根据最小厚度不小于80mm要求，又结合工程实际，取h=100mm; 3.2.4梁的截面尺寸梁的截面尺寸应满足承载力、刚度及延性要求，框架梁截面高度按梁跨度的1/121/8估算，为防止梁产生剪切脆性破坏，梁的净跨度与截面高度之比不宜小于4。梁截面

21、宽度可取1/31/2梁高，同时不宜小于1/2柱宽，且不应小于250mm。 （1）框架横梁的截面高h的确定 h=(1/81/12)L=(1/81/12)6900=862.5575mm,取h=600mm1/4=1725mm,满足要求。 （2）走道横梁截面高的确定 h=(1/81/12)L= (1/81/12)3000=375250mm 取h=450mm; （3）框架纵梁（边）截面高h的确定；h=(1/121/15)L= (1/121/15)4500=400320mm 取h=500mm; （4）框架纵梁（中）截面高h的确定；取h=450mm;（5）梁截面宽 b=(1/21/3)h= (1/21/3)

22、600=300200mm 取b=250mm;表3.1 梁截面尺寸（mm）及各层混凝土强度等级层次 混凝土强度等级横梁（bh）纵梁（bh）框架横梁走道横梁边纵梁内纵梁15C25250600（中）250600*（边）250450（中）250450*（边）250500*250450注：表中带*号的梁表示受拉区带翼缘的梁。3.2.5柱的截面尺寸确定 由于框架结构抗震等级为二级，其轴压比；C25混凝土，kN/mm各层的重力荷载代表值按经验数值，近似取12 kN/m；由图3-1可知边柱及中柱负载面积分别为和。因该工程建筑总高度H=18.60m0.7，所以该横向框架为规则框架。3.5.3 横向水平地震作用计

23、算本设计中的房屋高度为18.95m，不超过40m，所取计算单元宽刚度和质量沿高度分布均匀，层数为5层的框架结构，因此采用底部剪力法进行计算。（1）框架横向自振周期对于重量和刚度沿高度分布均匀的框架结构，可采用顶点位移法计算结构基本自振周期T1，对框架填充墙对结构刚度从而对结构周期的影响采用周期调整系数来折减。计算公式如下：（式中）结构的顶点位移计算过程见表3-14示所 表3.14 结构顶点位移计算表层数（kN）假想层间剪力Vi（Vi=）各层抗侧移刚度各层顶点相对位移（）各层顶点位移（）513111.2213111.229015200.0150.195411060.9624172.18 9015

24、200.0270.18311379.1135551.299015200.0390.153211379.1146930.409015200.0520.114112194.8059125.209500400.0620.062 （2）结构的特征周期和地震影响系数的确定 建设场地类场地，地震烈度为8度，查建筑抗震设计规范结构的特征周期 和地震影响系数为 ,=0.16 （3）结构总水平等效地震力（4）顶部附加水平地震作用的计算由于，应考虑顶部附加水平 震作用附加地震作用系数：顶点附加地震作用： （5）各楼层水平地震作用的计算按底部剪力法求得各质点的水平地震作用按式：计算，将上述和代入，可得=5498.5

25、(1-0.113)=4877.17分配给各层质点，各楼层水平地震作用标准值计算见表3-15所示。 表3.15 各层横向地震作用及楼层地震层间剪力计算表层次层高总高=4877.17各层间剪力53.618.4513111.22242557.570.3601755.78+621.302377.0843.614.8511060.96164808.300.2451194.903571.9833.611.2511379.11128583.940.191931.544503.5223.67.6511379.1187619.150.130634.035137.5514.054.0512194.8049998.

26、680.074 360.915498.46673567.64 图3.4 水平地震作用分布 图3.5 层间剪力分布3.5.4 地震作用下框架柱剪力及弯矩计算 水平地震作用下框架结构的层间位移和顶点位移的计算见表3-17所示。本设计采用砌体填充墙，规范允许值为：（1） 层间位移角：采用砌体填充墙时：（hi第i层柱的层高层高） 式中（2）顶点位移：采用砌体填充墙时，（H柱全高） 表3.16 横向水平地震作用下的位移计算表层数各层间力V KN各层抗移N/mm层间相对位移mm各层总移mm层高mm层间位角顶点位移52377.089015202.6423.0936001/13641/80643571.98

27、9015203.9620.4536001/90934503.529015205.0016.4936001/72025137.559015205.7011.4936001/63215498.469500405.795.7942001/708注：表中的各层的间总的抗侧刚度取自表3.13；层间剪力Vi取自表3.15；从以上计算可知，框架的层间位移角和顶点位移远远满足规范的允许值。3.5.5 横向水平地震作用下的框架内力计算采用D值法，考虑了框架节点转动对柱的抗侧刚度和反弯点高度位置的影响。（1）计算单元的选取取结构布置图中轴线的一榀横向框架为计算单元，如图中阴影部分，其余框架内力计算从略，如图3.6所示。（2）计算简图地震从左侧方向来时，水平地震和作用下框架的计算简图如图3-7所示。（3）各柱反弯点高度计算计算公式为：式中：0标准反弯点高度比； 1柱上、下横梁刚度比不同时的修正值； 2、3分别是上层层高h上和下层层高h下与本层层高h不等时反弯点高度的影响。（0、1、2、3的取值详见相关的混凝土结构教材）计算过程及结果如图所示。 图3.6 横向地震作用下计算单元选取 图3.7 横向地震作用下计算简图