某市中学教学楼框架结构设计secret.docx

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某市中学教学楼框架结构设计secret

某市中学教学楼框架结构设计

图书分类号:

密级:

某市中学教学楼框架结构设计

作者姓名宋金超

学科专业土木工程指导教师姓名杨秀英

毕业设计（论文）完成日期毕业设计（论文）答辩日期

学历类别本科

入学时间2006.09

指导教师职称讲师

原创性声明

本人郑重声明：

所提交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，论文中不含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。

对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人承担本声明的相应责任。

学位论文作者签名：

日期：

指导教师签名：

日期：

毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程，是对大学期间所学专业知识的全面总结。

通过毕业设计，使我在大学期间学到的知识贯穿起来，对于我今后的工作奠定了良好的基础。

我的毕业设计题目为《某市中学教学楼框架设计》。

在毕业设计前期，我温习了《结构力学》、《钢筋混凝土》、《建筑结构抗震设计》等知识，并借阅了《抗震规范》、《混凝土规范》、《荷载规范》、《混凝土结构设计规范》等规范。

在毕业设计中期，我通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计。

在毕业设计后期，主要进行设计手稿的电脑输入。

在整个设计期间我严格按照计划进行设计工作，在杨秀英老师的耐心和细致的辅导下，使我圆满完成了毕业设计任务。

在整个毕业设计期间，我在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解，巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。

在进行内力组合的计算时，进一步了解了Excel。

在绘

图时熟练掌握了AutoCAD天正CAD,PKP等设计软件，以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。

框架结构设计的计算工作量很大，在计算过程中以手算为主，辅以一些计算软件的校正。

由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。

摘要

本设计主要进行了结构方案中横向框架10轴框架的抗震设计。

在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算，接着利用顶点位移法求出自震周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。

接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力。

最后找出最不利的一组或几组内力组合。

选取最安全的结果计算配筋并绘图。

此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计。

完成了平台板，梯段板，平台梁，斜梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。

选取部分梁、板、柱进行了构件的内力和配筋计算。

整个结构在设计过程中，严格遵循相关的专业规范的要求，参考相关资料和有关最新的国家标准规范，对设计的各个环节进行综合全面的科学性考虑。

总之，

适用、安全、经济、使用方便是本设计的原则。

关键词：

框架；结构设计；抗震设计

Abstract

Thepurposeofthedesignistodotheanti-seismicdesignintheIongitudinalframesofaxis10.Whenthedirectionsoftheframesisdetermined,firstlytheweightofeachflooriscalculated.Thenthevibratecycleiscalculatedbyutilizingthepeak-displacementmethod,thenmakingtheamountofthehorizontalseismicforcecanbegotbywayofthebottom-shearforcemethod.Theseismicforcecanbeassignedaccordingtotheshearingstiffnessoftheframesofthedifferentaxis.Thentheinternalforce（bendingmoment,shearingforceandaxialforce）inthestructureunderthehorizontalloadscanbeeasilycalculated.Afterthedeterminationoftheinternalforceunderthedeadandliveloads,thecombinationofinternalforcecanbemadebyusingtheExcelsoftware,whosepurposeistofindoneorseveralsetsofthemostadverseinternalforceofthewalllimbsandthecoterminousgirders,whichwillbethebasisofprotractingthereinforcingdrawingsofthecomponents.Thedesignofthestairsisalsobeapproachedbycalculatingtheinternalforceandreinforcingsuchcomponentsaslandingslab,stepboardandlandinggirderwhoseshopdrawingsarecompletedintheend.

Thewholestructureofthedesignprocess,instrictcomplianeewiththerelevantprofessionalstandard,refereneetorelevantinformationandthelatestnationalstandardsandspecifications,anddesignofthevariouscomponentsofacomprehensivescientificconsiderations.Inshort,application,security,economicanduser-friendlydesignistheprinciple.

Keywords:

frames；structuraldesign；anti-seismicdesign

某市中学教学楼框架结构设计

建筑部分

1总平面设计

本工程为教学楼，其采用框架结构，层高均为3.9米。

总高18.9米，总建筑面积约为4340.75m2左右。

在建筑设计过程中兼顾安全，适用，经济，美观四个原则，并依据建筑设计资料集进行详细说明。

总平面设计要求综合总体规划，基地环境等具体条件合理分区，妥善解决平面各组成部分之间的相互关系，选择合适的交通联系方式。

并且简捷明快，管理方便，满足人在心理，视觉和其它各种使用上的要求，按照建筑性质，规划和基地，确定平面形式，使布局紧凑，节约用地，并且为立面设计创造有利条件，考虑合理性及经济。

2平面设计

建筑平面是建筑在水平方向房间各部分的组合关系。

本设计中，考虑各房间的使用要求以及合理性不止，综合建筑物框架结构特点，初步确定柱网的布置。

2.1交通联系部分的设计

交通联系部分是人流通行和集散不可缺少的内容，这部分设计的主要内容有：

（1）交通路线简捷，明快，联系方便。

（2）人流通畅，紧急疏散时迅速安全。

（3）满足一定的采光和通风要求。

（4）力求节省交通面积，同时应考虑空间处理等问题。

结合本建筑的具体要求，设置以下交通联系部分：

2.1.1走廊——水平交通

本设计中走廊为宽3.0m内走廊，在建筑物中延长向布置，同时满足功能使用要求和防火疏散规定。

2.1.2楼梯垂直交通

楼梯设计主要依据使用要求和人流通行情况确定梯段宽度和休息平台的宽度，选择适当的楼梯形式，考虑整幢建筑的楼梯数量，以及楼梯间的平面位置和空间组合。

楼梯的位置应布置均匀，导向明确，显明易找，因考虑到建筑面积不大，房间少，故在建筑物中间布置一双跑式楼梯，以便满足行走和防火要求，楼梯踏步为150mm<270mm

2.2卫生间的平面设计

卫生间在满足设备布置及人体活动要求的前提下，力求布置紧凑，节约面积,

使管道集中，并尽可能有自然采光和通风条件。

根据本建筑设计的类型和使用的人数，每层在建筑物的中间部分设男、女厕所各一间。

平面的组合形式详见建筑施工图。

3立面设计

建筑立面设计是满足房屋使用要求和技术经济条件的前提下，运用建筑物造型和里面构图的一些规律，紧密结合平面布置，剖面的内部空间组合条件而进行设计。

联系建筑平面及剖面建筑体型组合，运用建筑形式美的一些基本规律，使他在满足使用要求的前提下，适应环境条件，符合美学的基本规律，也更加富有现代气息和艺术的感觉。

本设计中，外立面上采用大面积的铝合金门窗，充分显示框架结构中，框架的特点。

外墙采用乳白色面砖贴面。

建筑物室内地坪和室外地坪相差450mm设四个台阶:

150mnrK300mm。

建筑立面效果见建筑施工图。

4剖面设计

建筑剖面图是表示建筑物在垂直方向房屋各部分的组合关系，剖面设计主要分析建筑物各部分应有的高度，建筑物的层数，空间的组合和利用，以及在建筑物剖面中的结构和构造的关系等。

4.1层数的确定

根据建筑物的使用要求，城市规划要求，进而确定大楼为五层建筑物。

4.2层高的确定

根据使用要求，采光、通风、感观和模数，确定第一层层高为3.6m,第二、三、四层层高为3.6m，顶层层高为3.6m,设女儿墙为0.9m。

4.3室内外高差

为防止室外雨水倒流入室内及建筑物沉降使室内地坪标高过低，同时也增强了建筑物的立面效果，故取室内外高差450mm

见建筑施工图。

5建筑构造设计

5.1墙体

墙体的厚度应满足强度、稳定性，保温隔热、防火隔音等方面的要求，结合设计资料，统一取外墙为240mm厚，内墙为240mm厚，采用外墙空心砖，内墙砌体填充。

5.2屋面结构

该层面上设女儿墙，且为上人屋面。

四屋面防水及排水

采用柔性防水，屋面用细石砼保护，防水采用改性油毡（SBS防水。

屋面排

水采用有组织排水，即屋面雨水顺坡流入雨水管，再散水流入排沟。

屋面泛水做法：

将油毡直接引申到墙面，并在墙面上做水泥沙浆滴水线，泛水的高度取250mm它满足大于150mm勺规范要求。

5.3雨水口构造

雨水口是屋面雨水汇集并排出至落水管的关键部位，构造上要求排水通畅，防止渗漏和堵塞。

雨水口四周须铺一层油毡，并铺到漏斗口内，用沥青胶贴牢。

采用铸铁漏斗形的定型件用水泥沙浆埋嵌牢固，缺口及交接处等薄弱环节可用油膏嵌缝，再用蓖网铁置压盖。

6结构选型及平面布置

1）结构体系选型：

选用钢筋混凝土现浇框架结构体系。

2）屋面结构：

采用现浇钢筋混凝土屋盖，刚柔性相结合的屋面，屋面板厚120mm

3）楼面结构：

全部采用现浇钢筋混凝土楼盖，板厚120mm

4）楼梯结构：

采用钢筋混凝土梁式楼梯。

5）结构平面布置如图6.1所示：

4

图6.1结构平面布置图

结构设计

7设计原始资料

（1）.冬季主导风向东北平均风速2.6m/s,夏季主导风向东南平均风速2.6m/s,最大风速23.7m/s。

（2）.常年地下水位低于-1.3m，水质对混凝土没有侵蚀作用。

（3）.最大积雪厚度0.32m,基本雪压SO=0.35KN/M2,基本风压W=0.45KN/M2,土壤最大冻结深度0.09m。

（4）.抗震设防烈度7度，设计地震分组第三组.

（5）.地质条件如表7.1

表7.1

序号

岩石名称

厚度

Fak（MPa）

1

耕土

1.1

---

2

黏土

2.8

250

3

黏土

9.4

110

8结构设计方案及布置

钢筋混凝土框架结构是由梁，柱通过节点连接组成的承受竖向荷载和水平荷载的结构体系。

墙体只给围护和隔断作用。

框架结构具有建筑平面布置灵活，室内空间大等优点，广泛应用于电子、轻工、食品、化工等多层厂房和住宅、办公、商业、旅馆等民用建筑。

因此这次设计的成集中学教学楼采用钢筋混凝土框架结构。

按结构布置不同，框架结构可以分为横向承重，纵向承重和纵横向承重三种布置方案。

本次设计的教学楼采用横向承重方案，竖向荷载主要由横向框架承担，楼板为预制板时应沿横向布置，楼板为现浇板时，一般需设置次梁将荷载传至横向框架。

横向框架还要承受横向的水平风载和地震荷载。

在房屋的纵向则设置连系梁与横向框架连接，这些联系梁与柱实际上形成了纵向框架，承受平行于房屋纵向的水平风荷载和地震荷载。

9构件初估

9.1柱截面尺寸的确定

柱截面高度可以取h二1/15一1/2°10，lo为梁的计算跨度；柱截面宽度可以取为

b—（1/2—1/4）h。

选定柱截面尺寸为500mmx500mm

9.2梁尺寸确定

框架梁截面高度取梁跨度的l/8~l/12。

该工程框架为纵横向承重，根据梁跨度可初步确定框架梁300mM600mm

9.3楼板厚度

楼板为现浇双向板，根据经验板厚取120mm

10基本假定与计算简图

10.1基本假定

第一：

平面结构假定：

该工程平面为正交布置，可认为每一方向的水平力只由该方向的抗侧力结构承担，垂直于该方向的抗侧力结构不受力。

第二：

由于结构体型规整，布置对称均匀，结构在水平荷载作用下不计扭转影响。

10.2计算简图

在横向水平力作用下，连梁梁对墙产生约束弯矩，因此将结构简化为刚结计算体系，计算简图如后面所述。

11结构布置及计算简图

根据该房屋的使用功能及建筑设计的需求，进行了建筑平面、立面、及剖面设计

其各层建筑平面剖面示意图如建筑设计图，主体结构为局部5层，层高均为3.6m。

填充墙面采用240mm厚的灰砂砖砌筑，门为木门，窗为铝合金窗，门窗洞口尺寸见门窗表。

楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取120mm梁载面高度按梁跨

度的1/12~1/8估算，由此估算的梁载面尺寸见表11.1o

表11.1梁截面尺寸

层次

砼强度

横梁（Mh）

纵梁（b汉h）

AB跨

BC跨

CD跨

1-5

C30

300汉600

300汉500

300^600

300^600

柱载面尺寸可根据式N邛FgEnAc>N/[UN]fc估算表11.2查得该框架结构在

30m以下，抚震得级为三级，其轴压比值[UN]=0.9

表11.2抗震等级分类

结构类型

烈度

6

7

8

9

框架结构

高度/m

<30

>30

<30

>30

<30

>30

<25

框架

四

三

三

-二二

-二二

-一-

-一-

剧场、体育等

三

-二二

-一-

-一-

表11.3轴压比限值

抗震等级

结构类型

-一-

-二二

三

框架结构

0.7

0.8

0.9

柱截面尺寸：

柱截面宽度可取b=（1/12-1/18）H,H为层高；柱截面高度可取

h=（1-2）b,并按下述方法进行初步估算。

a）框架柱承受竖向荷载为主时，可先按负荷面积估算出柱轴力，再按轴心受压

柱验算。

考虑到弯矩影响，适当将柱轴力乘以1.2-1.4的放大系数。

b）对于有抗震设防要求的框架结构，为保证柱有足够的延性，需要限制柱的轴压比,柱截面面积应满足下列要求。

A—N八fc

c）框架柱截面高度不宜小于400mm宽度不宜小于350mm为避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比不宜大于4。

根据上述规定并综合考虑其他因素，设计柱截面尺寸取值统一取500500mm

基础采用柱下条形基础，基础+距离室外地平0.5，室内外高差为0.45,框架结构计算简图如图所示，取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板底，2-4

层柱高度即为层高为3.6m，底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即h1=3.6+0.45+0.5=4.55m。

框架计算简图如图11.1所示。

2OC0

图11.1框架计算简图

12荷载计算

12.1恒载标准值计算

（1）屋面:

防水层（刚性）30厚C20细石混凝土防水

1.0kN/m2

防水层（柔性）三毡四油铺小石子

0.4kN/m2

找平层:

15厚水泥砂浆

0.02m

2

x20kN/m3=0.4kN/m

找坡层：

40厚水泥石灰焦渣砂浆

2%W

0.04m

2

x14kN/m3=0.56kN/m

保温层：

80厚矿渣水泥

0.08m

x14.5kN/m3=1.16kN/m2

结构层：

120厚现浇钢筋混凝土板

0.12m

x25kN/m3=3kN/m

抹灰层：

10厚混合砂浆

0.01m

x17kN/m3=0.17kN/m2

合计

6.59kN/m2

（2）楼面：

水磨石地面（10mm面层,20mm水泥砂浆打底，素水泥打底）

0.65kN/m2

120厚钢筋砼板

12厚水泥沙浆

合计

（3）梁自重：

边跨梁bxh=300x600mm

梁自重25

抹灰层：

12厚水泥砂浆

2

25x0.12=3kN/m

0.012x20=2.5kN/m2

2

3.89kN/m

x0.3x（0.6-0.12）=3.6kN/m

〔0.012x（0.6-0.12）x2+0.012x0.3〕x20=0.298kN/m

合计

3.898kN/m

（4）柱自重:

bxh=500x500mm

柱自重

抹灰层：

12厚水泥砂浆

合计

（5）外纵墙自重：

标准层：

纵墙（240灰砂砖）

铝合金门窗

瓷砖外墙面

水泥粉刷内墙面

25x0.50x0.50=6.25kN/m

0.012x0.50x4x20=0.48kN/m

6.73kN/m

18x（3.6-0.6-1.8）x0.24=5.18kN/m

0.35x1.8=0.63kN/m

0.36x（3.60-1.80）=0.648kN/m

0.36x（3.60-1.80）=0.648kN/m

大学本科毕业设计

合计

底层：

7.106kN/m2

纵墙（240灰砂砖）

18X（4.55-1.80-0.60-0.40）X0.24=7.56kN/m

铝合金门窗

0.35X1.8=0.63kN/m

瓷砖外墙面

0.5X（4.55-1.80-0.50）=1.125kN/m

水泥粉刷内墙面

0.756kN/m

合计

内纵墙自重：

10.071kN/m

标准层:

纵墙（240灰砂砖）

18X（3.60-0.60）X0.24=12.96kN/m

瓷砖墙面

0.36X（3.60-0.60）X2.00=2.16kN/m

合计

底层：

2

15.12kN/m

纵墙（240灰砂砖）

18X（4.55-0.60-0.40）X0.24=15.336kN/m

瓷砖墙面

0.36X3.60X2=2.592kN/m

合计

12.2活荷载标准值计算

17.928kN/m

第一：

面和楼屋面活荷载标准值

根据荷载规范查得：

上人屋面

2.0kN/m2

楼面：

教室

2

2.0kN/m

走道

2

2.5kN/m

第一：

雪荷载

0.4kN/m2

屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取大值。

12.3竖向荷载下框架受荷总图

本次设计的教学楼纵向柱距为

7.20m,横梁跨度为5.40m,单区格板为7.20mX

5.40m。

L1/L2=1.3<2所以按双向板传递荷载，板上荷载分配如图12.1所示

图12.1板面荷载分配图

板的计算单元的选取如图12.2

图12.2计算单元的选取

5400

*

4

第一：

A-B轴间框架

屋面板荷载：

板传至梁上的三角形和梯形荷载等效为均布荷载

23

恒载6.59（1-20.250.25）2.72=27.44kN/m

23

活载2.0（1-20.250.25）2.72=8.33kN/m

楼面板荷载：

23

恒载3.89（1-20.2520.253）2.72=16.20kN/m

23

活载

2.0（1-20.250.25）2.72=8.33kN/m

梁自重3.90kN/m

B轴间框架梁均布荷载：

屋面梁恒载=梁自重+板传荷载

=3.9027.44

=31.34kN/m

活载=板传荷载

=8.33kN/m

楼面梁恒载二梁自重+板传荷载+墙自重

=3.9016.2015.12

^35.22kN/m

活载=板传荷载

=8.33kN/m

第二：

B-C轴间框架梁均布荷载:

屋面板传荷载：

恒载

活载

楼面板荷载：

恒载

6.59-32=19.77kN/m

2

5

2.032=7.5kN/m

8

3.89丄32=11.67kN/m

2

5

活载

2.52.12=9.375kN/m

8

梁自重3.90kN/m

B-C轴间框架梁均布荷载：

屋面梁恒载=梁自重+板传荷载

-3.9019.77

=23.67kN/m

活载=板传荷载

二7.5kN/m

楼面梁

恒载=梁自重+板传荷载+墙自重

=3.9011.6715.12

=30.69kN/m

活载=板传荷载

=9.37kN/m

第三：

C-D轴间框架梁均布板荷载同A-B轴

第四：

A柱纵向集中荷载计算

顶层柱：

女儿墙自重（做法：

墙高900mm,100mm砼压顶）

=0.240.918250.10.24（0.9m20.24m）0.5=5.808kN/m

顶层柱恒载=梁自重+板传荷载+板传荷载

51

=5.815.43.90（5.4-0.5）6.595.45.4

=110.52

15

顶层柱活载=2.05.4（5.4-0.50）=16.54kN

28

标准层柱：

标准层柱恒载=墙自重+梁自重+板传荷载

5