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1、芦山县飞仙关中心校教学楼结构设计摘要：本毕业设计的课题是芦山县飞仙关中心校教学楼。根据学校布局需要的规划，解决教学建筑紧张等问题，在满足教学需要的同时也为了改善和丰富校内景观，拟在校内中心地段新建一教学建筑。该建筑为四层， 底层层高3.9米，上部层高为3.9米。本建筑为公共建筑，要满足教学的需要。因此要明确重要使用部分、辅助使用部分之间的关系，做到功能分区明确，流线组织合理，空间尺寸恰当，满足建筑设计防火规范。教学楼在建筑设计时力求体形简洁明快，外立面主要处理好入口、窗型及外墙涂料色彩的对比 ，满足中小型教学建筑的设计原则：适用、经济、美观。在结构设计方面该综合楼采用现浇钢筋混凝土框架结构，墙
2、体均为非承重墙（楼梯间除外）；楼梯采用现浇混凝土板式楼梯；基础采用独立基础。关键词： 教学楼；建筑设计；结构设计 The central school teaching building structure design of FeiXianGuan,LuShanXianAbstract:The graduation design issues are Fei Xian Guan, Lu Shan Xian central school teaching building. AccordiNg to the plan layout of school Network, in order to
3、slove the problems of teaching buildings shopping inconvenient, satisfy the Needs in commercial office at the same time to improve and enrich school landscape, a new teaching building is going to be built. Thebuilding four layers, the hitht of bottom layer is 3.9m, the hight of upper layers are 3.9m
4、。.As a public building ,it should satisfy the teaching needs . Therefore, we should know the relationship among the most imporstant part ,the assist part and the traffic part. The building should has a obvious function, a convinent traffic , and a clear area, all of these are in order to satify the
5、standard of architectural design. So the trafic shoud be convinient .and use of the relationship between transport links, functional area clear, streamline organization reasonable size of space, and satisfy the code for fire protection design of buildings. Central South University building in archit
6、ectural design to form when is concise and lively, mainly deal with entrance facade, wiNdow and wall paiNt color contrast, satisfy the design principle of small office buildings, use, economy, beautiful.IN the structural design of the building adopts cast-in-situ reinforced concrete frame, wall are
7、the main wall (stairwells except), Stair adopts cast-in-situ concrete board stairs, Foundation adopt independent foundation.Keywords：Teaching building, Architectural design,The structure design目 录前 言1第1章 建筑设计21.1 设计资料21.1.1 建筑规模21.1.2 结构形式21.1.3 使用要求21.2 平面设计21.2.1 房屋设计21.2.2 防火设计31.2.3 体型和立面设计3第2章
8、结构设计42.1设计资料42.2 结构计算书62.2.1 结构布置及结构选型62.2.2楼板设计92.2.3楼梯设计132.2.4确定框架计算简图172.2.5恒活荷载及内力分析202.2.6 风荷载及其内力分析372.2.7 内力组合522.2.8 截面设计662.2.9 基础设计73第3章 PKPM计算相关数据81结 论111致 谢112参 考 文 献113 前 言毕业设计是学生在学完课程之后必须进行的最后一个实践性的教学环节，是对学生所学知识的一个综合检验。它是学生从学校走向工作岗位必需经历的一个环节，有助于学生对所学专业知识的深入了解，使学生熟悉有关的设计、施工规范和手册，进一步提高工
9、程制图、理论分析和运用计算机辅助软件的能力，并熟练掌握各种绘图软件，培养学生综合应用所学理论知识解决一般房屋建筑工程的建筑设计、结构设计以及施工组织设计方面的能力，使他们受到土木工程师所必需的基本训练，达到培养建筑工程专业人才的目的。本人的设计课题是芦山县飞仙关中心校一栋教学楼，总占地面积约1056 m2，地处校内。本设计按照最新规范进行设计，由结构图、中文摘要、建筑设计说明书、结构方案说明书、结构设计计算书等部分组成。第1章 建筑设计1.1 设计资料工程名称：芦山县飞仙关中心校教学楼。1.1.1 建筑规模1）总建筑面积：3380 m22）用地面积：约1056 m23）最高层数：主体4层1.1
10、.2 结构形式本工程采用钢筋混凝土框架结构，基础采用柱下独立基础。1.1.3 使用要求1）本建筑为公共建筑，工作人员与顾客的流线分明，不相互影响。2）临街造型与里面装修应作重点处理。3）楼梯与走廊等设计应满足国家规范安全疏散防火要求。1.2 平面设计教学楼在平面设计过程中，为了满足使用功能要求，不断的调整修改平面，反复深入。本建筑着眼于建筑空间的组合，并考虑使用要求，通过内走廊连接主楼成为一有机的整体，在满足使用要求的同时也丰富了建筑的体型，使得该建筑达到了适用和美观的效果。1.2.1 房屋设计门厅：62.1m2会议室：62.1m2教室：62.1m2办公室：62.1m2实验室：62.1m2多媒
11、体网络教室：62.1m2图书阅览室：62.1m2教师休息室：26.91m2准备室：26.91m2厕所：45.54m2 1.2.2 防火设计本工程属小高层建筑，二级防火。按二级防火要求，房间到最近的疏散口最大距离应小于35m，本设计中的房间布置均能满足。1.2.3 体型和立面设计该建筑属于教学办公建筑，在立面设计时遵循了此类建筑的共同规律，本工程满足建筑规范要求。在满足建筑内部使用功能前提下，同时也追求建筑的外在形象。在简洁的体型组合前提下，力求运用均衡、韵律、对比、统一等手段，把适用、经济、美观有机的结合起来。主入口处设在一个高而大的的雨篷，采用较高的玻璃门。有一临街立面部分采用玻璃幕墙窗，外
12、墙面采用彩色的面砖。第2章 结构设计2.1设计资料（1）工程名称：芦山县飞仙关中心校教学楼（2）建设地点：四川省雅安市芦山县飞仙关（3）工程概况：总建筑高18.6 m，共4层，首层层高3.9 m，标准层与顶层层高3.9 m。室内外高度差0.45m（4）温度：全年平均气温11 o C，最高气温30 o C，最低气温-3 o C（5）相对湿度最热月平均73%（6）主导风向：全年为东北风，基本风压w0=0.3kN/m2，地面粗糙度为C类（7）风雪条件：年降雨量1450mm，月最大降水强度192mm/d，暴雨水强度3.3L/d.m2 （8）抗震设防要求：7度设防，II类场地 （9）材料选用：采用C30
13、混凝土（弹性模量Ec=3.01010N/m2,抗压强度设计值fc=14.3 Mpa） （10)钢筋：梁、柱中箍筋和板及基础底板内钢筋采用HPB300，梁、柱主筋采用HRB400，板受力钢筋采用HRB335 （11）墙体：填充墙采用混凝土小型空心切块 （12）女儿墙：高1.5 m （13)混凝土强度等级：C30 屋面做法：（从上往下）40mm厚C20细石混凝土，三毡四油，20mm厚水泥砂浆找平，40mm厚水泥石灰焦渣砂浆3%找平，80mm厚矿渣水泥保温，100mm厚现浇混凝土板，现浇楼板天鹏抹灰（10mm厚）楼面做法：12mm厚大理石地面，30mm厚细石混凝土，现浇楼板（100mm厚），天鹏抹灰
14、（15mm厚）外墙做法：MU10蒸压会砂浆200mm厚，内切120mm厚加气混凝土小型切块。内墙做法：200mm厚加气混凝土小型砌块。（14)水文地质资料：（1）根据地质勘查报告，拟建建筑场地平整，自地表向下依次为：素填土：厚约1.2m，浅黄褐黄色，松散，稍湿湿，以粘性土为主，另含少量基岩风化物。 粘土：厚2.03.6m，褐黄色，稍湿坚硬状（IL0.00），含铁锰质氧化物及少量钙质结核，韧性高，干强度高。粉质粘土：厚1.03.1m ，褐黄色, 稍湿,硬塑状（IL10击。粉砂质泥岩：紫红色，中等风化粉砂泥质结构，岩石呈块状，岩体裂隙不发育，岩性稍硬，揭露厚度0.7m。表2-1地基岩土物理力学参数
15、表地层代号土名天然地基土重度（）孔隙比（e）凝聚力（c）内摩擦角（）压缩模量（Es）承载力特征值（fak）KN/m度素填土1954.0100粘土20.80.58230.023.516.7220粉质粘土20.40.6014.416.69.52001中密卵石2235355002密实卵石234245800粉砂质泥岩25600（2）地下水位较深，可不考虑，对砼无侵蚀性。（3）抗震设防烈度为7度，设计地震分组为一组，场地特征周期为0.35S，设计基本地震加速度值为0.10g。场地第四系覆盖层厚度稳定，无不良地质现象，属抗震有利地段。场地稳定性良好，适宜建筑。场地土为类场地土。2.2 结构计算书2.2.1
16、 结构布置及结构选型（1）、结构承重方案选择：根据建筑功能要求以及建筑施工的布置图，本工程确定采用框架纵横向承重方案，框架梁、柱布置如图2.1所示图2.1 框架平面布置与计算单元简图 取轴上的一榀横向平面框架进行计算，取相邻两个柱距的各1/2宽作为计算单元，如图3.1阴影所示。（2）、主要构件选型及尺寸初步估算：1）主要构件选型：a)梁、板、柱结构形式：现浇钢筋混凝土结构。b)墙体采用：混凝土小型空心切块。c)基础：采用柱下独立基础。2)梁、柱截面尺寸估算。（取轴上的一榀横向框架计算）a)框架柱截面尺寸的初步确定： 柱截面面积可根据可根据：N= F G n Ac N/ f c 确定根据经验估算
17、钢筋混凝土建筑g可取14KN/m2 n取4F负荷面积：F=9(2.7+6.9)/2=43.2m2 C30混凝土：fc=14.3Mpa 考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，边柱取1.3，不等跨内柱取1.25，等跨内柱取1.2； 中柱： Ac=1.251443.241.05111000/14.3/0.85=0.26 初步选定柱截面尺寸为600mm600mm 边柱：考虑到边柱承受偏心荷载且跨度较大，故都取600mm600mm按上述方法确定的柱截面高度不宜小于400mm，宽度不宜小于350mm，柱净高与截面边长尺寸之比宜大于4 边柱: 中柱:角柱:综上都满足要求。取柱截面为正方形，则边柱和中柱截面高度
18、分别是600mm600mmb）框架梁尺寸确定： （1） 横向框架梁： h=（1/81/12）L=（1/81/12）6.9=0.860.57m 取h=0.7m b=（1/21/3）h=（1/21/3）0.6=0.20.3m 取b=0.25m （2）纵向框架梁： h=（1/81/12）L =1.1250.75m 取h=0.8m b=（1/21/3）h=0.40.27m 取b=0.3m （3）纵向次梁： h=（1/81/12）L 取h=0.5m b=（1/21/3）h 取b=0.25m （4）楼板厚度：（采用双向板） h=1/40L=1/403.9m=0.098m 取h=100mmc）梁柱计算高度、
19、跨度： （1）梁的跨度：取轴线柱间距，边跨梁为6.6m、中间跨为3m。 （2）柱的计算高度：底层柱高：底层柱高为3.9m+0.45m+0.55m=4.9m其它层柱：取层高3.9m。2.2.2楼板设计（1）屋面恒荷载:(不上人屋面) 面荷载 40厚C20细石混凝土防水 1.0 kN/m2三毡四油上铺小石子： 0.4 kN/m220mm厚水泥砂浆找平： 20kN/m30.02m=0.4kN/m240mm厚水泥石灰焦渣砂浆3%找平 14 kN/m30.04m=0.56 kN/m280mm厚矿渣水泥保温： 14.5kN/m30.08m=1.16 kN/m2现浇楼板（100mm厚）： 0.1m25kN/
20、m3=2.5kN/m2天棚抹灰（10mm厚）： 0.010m17kN/m3=0.17kN/m2屋面恒荷载标准值： 6.19kN/m2 取6.5kN/m2（2）楼面恒荷载： 12mm厚大理石地面： 0.012m28kN/m3=0.34kN/m2 30mm厚细石混凝土： 0.03m24kN/m3=0.72kN/m2 现浇楼板（100mm厚）： 0.1m25kN/m3=2.5kN/m2 天棚抹灰（15mm厚）： 0.01517kN/m3=0.26kN/m2 楼面恒荷载标准值： 3.82kN/m2 取4.0kN/m2（3）卫生间恒荷载： 10mm厚防滑地砖： 0.010m34N/m3=0.34kN/m
21、2 20mm厚干硬性水泥砂浆： 0.02m20kN/m3=0.4kN/m2 30mm厚水泥石灰砂浆找坡： 0.03m17kN/m3=0.51kN/m215mm厚水泥砂浆找平： 0.015m20kN/m3=0.3kN/m2现浇楼板（100mm厚）： 0.1m25kN/m3=2.5kN/m2 油毡防水层： 0.3kN/m2 50mm厚碎石垫层： 0.05m14kN/m3=0.7kN/m2天棚抹灰（10mm厚）： 0.01017kN/m3=0.17kN/m2 楼面恒荷载标准值： 5.22kN/m2 取5.5kN/m2（4）构件自重： 横向框架梁自重（边跨）： 0.25m（0.6-0.1）m25kN/
22、m3=3.1255kN/m （中间跨）： 0.25m（0.4-0.1）m25kN/m3=1.875kN/m 纵向框架梁自重： 0.3m（0.8-0.1）m25kN/m3=5.25kN/m 框架柱自重（中间层）： 0.60.625kN/m3.9m=35.1kN （首层）： 0.60.6254.9kN=44.1kN 外墙重： （0.212+20.36）kN/m2 =3.12kN/m2 内墙重： 0.212kN/m2 +0.362kN/m2 =3.12kN/m2 洞口折减系数 0.6女儿墙重： 0.24191.5kN/m=6.84kN/m边跨框架梁承担由屋面板、楼面板传来的荷载形式为矩形，为计算简便
23、，按矩形分布如下图2.2。 图2.2 荷载传力分布图取第二层中2轴与3轴间的楼板进行计算如下图2.3。图2-3 楼板编号1、A区格板配筋计算（板厚h3900/40=97.5mm，取h=100mm） =9m =2.3m 9/2.3=3.913 按单向板计算（1） 荷载设计值。恒荷载设计值： g=1.24.0 =4.8KN/活荷载设计值： q=1.42.5=3.5KN/ g+q/2=4.8+3.5/2=6.55KN/ q/2=3.5/2=1.75KN/ g+q=4.8+3.5=8.3KN/（2）内力计算。 =9m =2.3m =0.256荷载总设计值为：计算（取板宽计算）支座弯矩：跨中弯矩： 取
24、故按构造配筋，取8180，实际配筋面积为2792、B、C区格板配筋计算（板厚h3900/40=97.5mm，取h=100mm）由于它们都是单向板，计算与A一样计算出来也是按构造配筋，取8180，实际配筋面积为2792.2.3楼梯设计本楼梯间开间为3.9m，进深为5.5m。如下图2.4，采用现浇板式楼梯，一至四层为等跑楼梯，共26级踏步，踏步宽300mm，其踏步的水平投影长度为12300=3600mm。楼梯的踢面和踏面均做30厚水磨石层，底面为20厚白色抹灰。混凝土强度等级C30（fc=14.3mpa）。板采用HRB335钢筋（），梁纵筋采用HRB335钢筋（fy=360N/mm2）。 图2.4
25、 楼梯详图1 梯段板TB1设计板倾斜角tan=150/300=0.5，cos=0.894。斜板的水平投影计算长度为：，板厚约为板斜长的，取h=100mm。取1m宽板带计算。1）荷载计算恒荷载：踏步重： 斜板重： 20mm厚找平层 30厚水磨石面层 板底抹灰 金属栏杆重 恒荷载标准值： 总荷载 2）截面设计斜板的计算简图可用一根假想的跨度为的水平梁替代，由于此楼梯设计时仅在中间休息平台下设有平台梁，而在楼梯与楼板层交界处，有主梁兼作平台梁。故为了简化计算，可按均布荷载进行计算，并取均布荷载为。水平投影计算跨度为，计算简图如下,2.5所示。图2.5 斜板计算简图板水平计算跨度ln=3.755弯矩设
26、计值。板的有效高度。，选配1080，实际配筋面积，分布钢筋选用8200。2 平台板PTB1设计设平台板厚100mm，取1m宽带板计算。1）荷载计算恒荷载：30厚水磨石面层 20mm厚找平层 平台板自重： 板底抹灰 恒荷载标准值： 总荷载2）截面设计平台板的计算跨度弯矩设计值板的有效高度。，选配8200，实际配筋面积4.1.3 平台梁TL1设计设平台梁截面尺寸为1）荷载计算梁自重 梁侧粉刷 平台板传来 梯段板传来 总荷载 2）截面设计，取两者之间的较小值，弯矩设计值：剪力设计值：截面按倒L形计算，取经判别属第一类T形截面。，选用216实际配筋面积，3）箍筋计算斜截面受剪承载力为所以，箍筋按构造配
27、置，选用8200。2.2.4确定框架计算简图 （1） 三个假设： a：平面结构假定：认定每一方向的水平力只由该纵方向的抗侧力结构承担，垂直于该方向的抗侧力构件不受力。 b：在水平荷载作用下楼板在自身平面内不产生相对位移。 c：不考虑水平荷载作用下的扭转作用。 计算简图如下2.6： 图2.6 轴线框架计算简图（2） 框架在竖向荷载作用下，可忽略节点侧移，按刚性方案设计。在水平荷载作用下不能忽略节点侧移，按弹性方案设计。 Ic= (3.2) i= (3.3)a)框架柱线刚度计算如下： 柱线惯性矩：Ic=a4/12=0.0108m4 底层柱线刚度：ic1=EcIc/H=6.61107Nm 其他层柱线
28、刚度：ic2=EcIc/H=8.31107Nm 注（Ec=3.01010N/m2） b)框架梁线刚度计算如下： 计算框架梁的截面惯性矩，考虑楼面板与梁的连接使惯性矩增大有利影响，故要2. 标准层：边跨梁的惯性矩：Ib1=2bh3/12=0.014m4 边跨梁的线刚度：ib1=EcIb1/L=4.67107Nm 中间跨梁的惯性矩：Ib2=2bh3/12=0.00267m4 中间跨梁的线刚度：ib2=EcIb2/L=2.58107Nm顶层：边跨梁的惯性矩：Ib1=2bh3/12=0.009m4 边跨梁的线刚度：ib1=EcIb1/L=4.15107Nm 中间跨梁的惯性矩：Ib2=2bh3/12=0
29、.00267m4 中间跨梁的线刚度：ib2=EcIb2/L=2.58107Nm c)相对线刚度： 取ib1=4.15107Nm=1 则：ib1= 4.67107 / 4.15107=1.13ib2=2.58107/ 4.15107=0.62 ic1=1.59 ic2=2.0得计算简图如下2.7：图2.7 框架计算简图2.2.5恒活荷载及内力分析 1)横向框架在恒载作用下的计算简图（1） 屋面恒荷载标准值：(AB段梁) 图2.8 AB段梁计算简图梁自重及抹灰：q=0.25FA计算：梁自重：0.3两侧抹灰：0.01=0.238 kN/m女儿墙自重：1.5 kN/m板传来：6.5kN/mFA=(5.
30、25+0.238+6.84+7.475)=178.2 kNFB计算：同样原理与A梁自重：0.3两侧抹灰：0.01=0.238 kN/m板传来：6.5kN/mFB=(5.25+0.238+16.25)=195.66kNF1计算：梁自重：0.3两侧抹灰：0.01=0.136 kN/m板传来：6.5kN/mF1=(14.95+2.5+0.136)=158.31kN（2） 楼面恒荷载标准值：（AB段梁） 图2.9 AB段梁计算简图梁自重及抹灰：q=0.25墙自重：3.2 kN/m总和：Q=14.19 kN/mFA计算：梁自重：0.3两侧抹灰：0.01=0.238 kN/m墙自重： kN/m板传来：4.
31、0kN/mFA=(5.25+0.238+5.3+4.6)=138.51 kNFB计算：同样原理与A梁自重：0.3两侧抹灰：0.01=0.238 kN/m墙自重： kN/m板传来：4.0kN/mFB=(5.25+0.238+8.45+10)=215.46kNF1计算：梁自重：0.3两侧抹灰：0.01=0.136 kN/m板传来：4.0kN/mF1=(9.2+2.5+0.136)=106.56kN（3） 楼屋面恒荷载标准值：（BC段梁）梁自重：0.25两侧抹灰：0.01=0.102kN/mQ=0.102+1.875=1.98(kN/m)恒荷载分布图如下：图2.10 恒荷载分布图（4） 计算固端弯矩
32、： 图2.11 计算简图 代入数据： 顶层： 标准层： 弯矩二次分配法计算恒荷载作用下的框架梁柱弯矩（单位：kN/m）如表2-2下柱右梁左梁上柱下柱右梁0.6670.3330.2760.5530.171-246.89246.89-1.59167.1482.21-67.700.00-135.65-41.9540.62- 33.8541.10-30.8720.97-4.52-2.25-8.610.00-17.25-5.34203.24-200.78211.680.00-183.77-27.910.3900.3900.2200.1970.3470.3470.109-208.33208.33-1.59
33、81.2581.2545.83-40.73-71.74-71.74-22.5383.5740.62-20.3622.91-67.82-30.8711.26-41.27-41.27-23.2812.7122.3922.397.03123.5580.6-206.14203.22-117.14-80.22-5.830.3900.3900.2200.1970.3470.3470.109-208.33208.33-1.5981.2581.2545.83-40.73-71.74-71.74-22.5340.6244.16-20.3622.91-30.87-38.6611.26-25.12-25.12-14
34、.176.9612.2712.273.8596.75100.29-197.03197.47-90.34-98.13-9.010.4240.3370.2390.2120.3740.2980.116-208.33208.33-1.5988.3370.2149.79-43.83-77.32-61.61-23.9840.62-21.9124.89-30.8711.99-7.93-6.30-4.47-1.27-2.25-1.79-0.69120.9963.91-184.92188.12-110.44-63.40-14.2735.10 -31.80AB 表2-2 恒载弯矩二次分配梁柱弯矩（4）跨中弯矩计算
35、： 图2.12 计算简图顶层： 标准层： （5） 绘制内力图： 根据弯矩图，求出剪力，最后做出剪力图，轴力图 图2.13 恒荷载作用下弯矩图图2.14 恒荷载作用下剪力图 图2.15 恒荷载作用下轴力图2)横向框架在活载作用下的计算简图（1）屋面恒荷载标准值：(AB段梁)FA 图2.16 计算简图计算：板传来：0.5kN/mFA=0.575=5.175 kNFB计算：同样原理与A板传来：0.5kN/mFB=1.25=11.25kNF1计算：板传来：0.5kN/mF1=1.15=10.35kN（2）楼面活荷载标准值：（AB段梁） 图2.17 计算简图FA计算：板传来：2.5kN/mFA=2.875=25.88 kNFB计算：同样原理与A板传来：2.5kN/mFB=7.6=68.4kNF1计算：板传来：2.5kN/mF1=5.75=51.75kN活荷载分布图如下：（3）计算固端弯矩： 图2.18 计算简图 代入数据： 顶层： 标准层： 图2.19 活荷载分布图弯矩二次分配法计算活荷载作用下的框架梁柱弯矩（单位：kN/m）如表2-3上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁0.6670.3330.2760.5530.171-15.3815.38010.265.12-4.240.00-8.51-2.6314.99- 2.122.56-13.341.81-8.58-4
