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多层教学楼设计
本科毕业论文（设计）
题
目 多层教学楼
学生姓名
马乐 专业名称
土木工程
指导教师
郭波
2006年05月20日
多层教学楼设计
目 录
第一部分：设计总说明 摘要
1、建筑设计………………………………………………………6 1.1 建筑说明 1.2 方案设计 1.3建筑材料及做法
2、结构设计………………………………………………………7 2.1 结构说明 2.2 结构计算
2.2.1风荷载作用
2.2.2竖向荷载作用（恒载及活载）2.2.3 内力组合 2.2.4 配筋计算 2.3现浇板式楼梯设计 2.4 现浇厕所楼面板设计 2.5 基础设计
3、设计总结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 13
多层教学楼设计
多层教学楼设计
[ 马乐 土木建筑工程系 湖北省孝感学院 432100 ] [摘要]：本设计为某多层教学楼工程设计的整体过程。按照设计任务书依据现行《建筑设计规范》和《结构设计规范》，完成本设计。设计分为建筑设计和结构设计两大部分。建筑部分包括建筑设计要点、建筑平面设计、立面设计和剖面设计等。结构设计选择钢筋混凝土框架结构中的一榀框架进行设计计算，主要包括结构选型（包括楼板、屋面板、楼梯等）；结构布置方案；选用有代表性的单元确定计算简图、导算荷载、进行内力分析和内力组合，对构件进行截面配筋设计；根据工程地质资料，对基础进行设计；用结构分析软件（PKPM）进行验算，并对手算和电算结果进行比较分析。最后完成了建筑平面图、结构布置图、梁柱配筋图、基础计算等。
[关键词]：建筑设计
结构设计
框架结构
[Abstract]：This design is for the whole of engineering design of teaching building.According to design specifications, according to the current《design specification of the building》and 《design specification of the structure》,I finish the designing.Design include two major parts of architectural design and structural design, The part of building including architectural design main point, planar design of the building, elevation is designed and designed etc.I choose one of reinforced concrete frame structure to design, it mainly includes the selection of structure(includes floor, roof board, stair, etc.);Layout of structure;I select the representative unit to confirm sketch of calculating, Compute its load and carry on internal force analysis and cabinet;According to the geological materials of the project, I design the foundation;go on checking with structure software(PKPM), and carry on checking by comparing manpower calculating and computer calculating.Finally, I finished structural plans, a table of beams and columns ,a footing plan and pile foundation drawing.[Key words]：Building construction design
Structure design
Frame structure
多层教学楼设计
1、建筑设计
1.1 建筑说明
本工程为拟建某多层教学楼，该工程最高处为五层，普通教室，办公室，会议室层高均为3.6m，并带有阶梯教室（两层），层高4.8m。总建筑面积约为4921m2按任务书要求通过查找资料，基本风压为0.35KN/m2,基本雪压为0.50 KN/m2,该教学楼位于抗震设防烈度为6度的区域，设计基本地震加速度为0.10g，由于为六度设防烈度，无须进行计算，由规范要求进行构造抗震设计即可．
1.2 方案设计
1.2.1根据地形地貌，设施布置，建筑物在基地上的位置、标高、道路绿化及其他说明，去考虑方案设计。从而很好的把握方案的经济性、合理性。
方案比较
方案一：建筑平面为U型。U形建筑具有造型简单、美观、采光通风较好，有利于教室平面灵活布置等优点。由于其转折处可以灵活设置，可以避开设置伸缩缝的限制，另外可以根据大小教室对建筑面积的不同要求，各段采用不同的平面布置，有利于柱网的布置。
方案二：建筑平面为矩形。满足平面力求简单，规则，本方案既可避免设缝。但由于其采用内廊式，走廊的采光不容易满足，在大小教室的平面布置上不够灵活，对结构简单要求较高。
综上所述，方案一的平面布局较为合理，结构设计简单，传力明确，施工方便，较方案二要合理。因此，选择方案一为本次设计方案。
根据设计任务书所给资料，结构型式选用框架结构。本多层框架结构教学楼采用外廊悬挑式柱网布置，考虑到走廊长度大于40m，两面布置房间时，走廊最小净宽度为1.8m，所以走廊的跨度取为2.1m，房间的开间和进深采用3.6m，7.2m；3m,10.2m和4.2m，7.8m。采用三部楼梯，楼梯开间均为4.2m，考虑到阶梯教室与普通教室的标高不同，在走廊连接处设轻质踏步，以实现两者之间的交通联系。根据武汉地区的气候条件，内外墙均采用240厚。
该教学楼为满足不同的教学要求，设置了大小教室以及阶梯教室。根据其他
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使用功能的要求，首层设有门厅、门卫室，各层还设有休息室、办公室、男女卫生间等。
1.2.2 该教学楼在建筑立面上采用较大而明亮的玻璃窗，走廊两侧均设置窗户，有效的满足了采光的要求，同时又表现出简洁现代感，还增加了立面的美观效果。建筑立面和竖向剖面上力求规则，避免立面凹进或突出，使结构的侧向刚度变化均匀。为了丰富立面，外墙层高处设装饰线，底层从-0.450标高往上至0标高做天然石材饰面。室外台阶采用花岗岩贴面。在排水方面由于屋面宽度不大，采用单面有组织排水，落水管采用直径为100PVC落水管。在剖面上，主要反映建筑物在垂直方向上各部分的组合关系。考虑室内外采光通风，窗台取900mm高。
1.3建筑材料及做法
1.3.1墙体：内外墙均采用240厚砌体，防潮层设在相对标高-0.050m处，做法是1：2水泥砂浆掺2％防水剂20厚。
1.3.2 门窗：底层外门均采用铝合金门，建筑内部门采用木门，所有窗户均采用铝合金推拉窗，凡木料与砌体结构接触部位均应涂满防腐水柏油二度。
1.3.3楼地面做法：见中南地区建筑图集。1.3.4 散水做法：水泥砂浆散水宽600mm。
1.3.5 落水管及雨水口：屋面雨水口做法见中南地区建筑图集；落水管材料采用直径为100PVC落水管。
1.3.6 挑出墙面的雨篷等构件：凡未特别注明者，其上部粉1：2水泥砂浆，并找1％挑水坡，其下部粉1：2水泥砂浆15厚刷白色106涂料，并做滴水线30宽。
2、结构设计
2.1 结构说明
本设计为五层框架结构（阶梯教室部分为两层，层高4.8米），建筑物总高度为18.45m，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.10g，结构安全等级为二级，结构正常使用年限为50年。室内设计标高为±0.000，相对于绝对标高0.450m，室内外高差450mm。建筑物的耐火等级为二级。图纸中标高以米，尺寸以毫米计。由于建筑物总长度为47.4m，满足《混凝土规范》GB50010-2002
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第9.1.1条伸缩缝最大间距55m要求。在结构设计计算中，首先进行结构选型和结构布置，确定承重体系。在计算荷载之前，根据设计经验初了估梁、柱截面尺寸，并进行了验算。
2.2 结构计算
在结构设计计算中，首先进行结构选型〔采用横向承重体系，以增大结构的横向刚度〕和结构布置，确定承重体系。在计算荷载之前，根据设计经验初估梁、柱截面尺寸，并进行验算。
2.2.1地震作用
因该地区地震6度设防，所以地震作用影响很小，采用一般结构上设防即可。2.2.2 风荷载作用
根据负荷面积宽度，将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，运用D值法，求出柱上下端弯矩，通过节点平衡得出梁端弯矩，由此得到水平风载作用下梁柱弯矩和梁端剪力和柱轴力。
2.2.3 竖向荷载作用（恒载及活载）
在计算单元范围内的纵向框架梁的自重、纵向墙体的自重以集中力的形式作用在各节点上。竖向荷载作用下框架的内力采用弯矩二次分配法计算。梁端和柱端弯矩计算之后，梁端剪力可根据梁上竖向荷载引起的剪力和梁端弯矩引起的剪力相叠加而得到；柱轴力可由梁端剪力和节点集中荷载叠加得到。
2.2.4 内力组合根据结构类型、地震设防烈度、房屋高度等因素，由《抗震规范》确定该框架结构抗震等级为三级。梁的内力组合：根据《结构规范》和《抗震规范》考虑三种内力组合形式：
（1）1.2SGk＋1.4SQk(2)1.2SGk+0.9×1.4×(SQk+SFk)(3)1.35SGk+0.7×1.4(SQk+SFk)在进行柱的内力组合时，须根据柱可能出现的最不利荷载分别进行组合、配筋。这三种组合形式为： ① ︱M︱max及相应的N、V； ② Nmax及相应的M、V；
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③ Nmin及相应的M、V。2.2.5 配筋计算
由于本工程按6度设防区设计，因此进行了抗震设计，形成延性框架结构。其设计原则是：“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”。
梁、柱配筋计算
框架梁按弹性理论设计，以求得的最不利内力值为控制值。对框架梁进行正截面受弯承载力计算时，跨内按T形截面计算，应满足受弯构件最小配筋率的要求。斜截面受剪承载力计算包括：截面尺寸的复核、腹筋计算和最小配箍率验算。按照框架结构的合理破坏形式，在梁端出现塑性是允许的，为了便于浇捣混凝土，也往往希望节点处负钢筋放得少些。因此，对于现浇框架，可取弯矩调幅系数为0.8-0.9。必须指出，我国有关规范规定，弯矩调幅只对竖向荷载作用下的内力进行，即水平荷载作用下产生的弯矩不参加调幅，因此，弯矩调幅应在内力组合之前进行。根据纵向构造钢筋〔腰筋〕的有关规定：当梁的腹板高度大于450mm，在梁的两侧面应沿高度配置纵向构造钢筋，其间距不宜大于200mm。对于悬臂梁中，有不少于两根上部钢筋伸至悬臂梁外端，并向下弯折不小于12d；其余钢筋不应在梁的上部截断，而应按规定的弯起点位置向下弯折，并在梁的下边锚固，弯终点外的锚固长度在受压区不应小于10d，在受拉区不应小于且不小于20d〔d为受拉钢筋直径〕。
框架柱的内力控制值取值，应预先判断大小偏心。试验表明，小偏心受压情况下，随着轴向压力的增加，正截面受弯承载力随之减小，但在大偏心受压情况下，轴向压力的存在反而使构件正截面的受弯承载力提高。在界限破坏时，正截面受弯承载力达到最大值。因此，当为大偏心时，应取弯矩较大，轴力较小；当为小偏心时，应取弯矩较大，轴力较大。根据此原则，可确定出所需最大钢筋面积。除此之外，框架柱全部纵筋的配筋率不应小于0.6%；同时，一侧钢筋的配筋率不应小于0.2%。轴心受压构件的纵向受力钢筋应沿截面的四周均匀放置，钢筋根数不得少于4根，钢筋直径不宜小于12mm，通常在16至32mm 范围内选用。为了减少钢筋在施工时可能产生的纵向弯曲，宜采用较粗的钢筋。从经济、施工以及受力性能等方面来考虑，全部纵筋配筋率不宜超过5%。平面框架柱的平面外稳定按轴心受压构件验算。梁与柱为刚接的钢筋混凝土框架柱，其计算长
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度应根据框架不同的侧向约束条件及荷载情况确定。对于有侧移的全现浇框架结构，柱的计算长度可取底层柱为1.0H，其他层柱取1.25H〔H为柱所在层的框架结构层高〕。
2.3 基础设计
根据地质报告，本工程所在地地质情况良好，第二层作为持力层，其地基承载力达到200Kpa，因此在框架部分选用柱下独立基础。基础埋置深度的大小，对于建筑物的安全和正常使用、基础施工技术措施、施工工期和工程造价等影响很大，因此，确定基础埋置深度是基础设计工作中的重要环节。本工程在设计时综合考虑建筑物自身条件以及所处的环境〔例如，应注意地下水的埋藏条件和动态〕。从实际出发，在满足地基稳定和变形要求的前提下，以基础宜浅埋的原则，合理选择基础埋置深度〔除岩石地基外，基础埋深不宜小于0.5m〕。根据第一层为素填土，土质松软，结构不均，厚0.4-1.0m；第二层为粘土，属中偏高强度中偏低压缩性土层，可作天然地基，厚2.5-3.5m，本工程的基础埋深设为1.5m。选择基础材料，根据计算确定基础高度为1.0m，从下至上分两层，每阶高度为350mm，250mm。基础埋深１.５m，高度0.6m，根据上部结构传来的内力值，初估基底面积，然后进行冲切验算和底板配筋。
2.4 现浇厕所楼面板、上人孔处屋面板设计
根据所设计房间区格的长边与短边之比，确定是单向板还是双向析（长边与短边之比大于2，属于单向板；长边与短边之比小于2，属于双向板。）按照不同的计算理论和方法，分别进行控制截面配筋计算。
2.5 现浇板式楼梯设计
根据建筑要求和施工条件，本工程中采用现浇板式楼梯，并根据建筑类别确定楼梯的活荷载标准值后，分别对楼梯梯段板、平台板、平台梁进行控制截面的配筋计算。
采用板式楼梯，具有下表面平整，施工支模较为方便，外观比较轻巧等优点。梯段板、平台和平台梁组成，对于梯段板和平台板〔设计成单向板〕都取1m 的单元进行计算，对于平台梁的设计与一般梁设计相似。斜板厚约为梯段板水平长度的1/25至1/30，本设计采用约为1/30的梯段板水平长度。
考虑到楼梯与平台梁整浇，平台对斜板的转动变形有一定的约束作用，故计
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算板的跨中正弯矩时，近似取Mmax=PLn 2/10。为避免斜板在支座处产生过大的裂缝，应在板面配置一定数量的钢筋，一般取ø8@200，长度为Ln/4。斜板内分布钢筋可采用ø6或ø8，每级踏步不少于1根，放置在受力钢筋内侧，最大间距300mm。2.6 雨篷设计
本工程中雨篷设计成板式雨篷，框架纵梁兼作雨篷梁。雨篷计算包括三个内容：a.雨篷板的正截面承载力计算；b.雨篷梁在弯矩、剪力、扭矩共同作用下的承载力计算；c.雨篷抗倾覆验算，之后进行配筋设计。由于雨篷梁与框架整浇，故无须进行抗倾覆验算设计总结
经过两个多月的辛苦劳作，在指导老师耐心、兢兢业业的指导下，我的毕业设计终于顺利完成了。这次设计是我们在大学四年学习中最大，最完整的一次设计。本次设计不仅是对我们所学知识的全面检查，更是提高了我们运用理论知识解决实际问题的能力。
本次设计我最大的体会就是将四年所学的大部分知识串联起来，对专业知识全面复习一遍，同时也巩固了所学知识，深有成就感。
由于时间较短，设计不太全面，不足之处在所难免，恳请老师批评指正。在此，对老师们的热情指导深表感谢，并致以崇高的敬意！
参 考 资 料：
[1].《建筑结构抗震设计》东南大学编著、清华大学主审。北京：中国建筑工业出版社，1998 [2].《建筑结构制图标准》（GB/T50001-2001）中华人民共和国建设部。2002.3.1 [3].《建筑结构荷载规范》（GB5009-2001）中华人民共和国建设部。2002.3.1 [4].《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）中华人民共和国建设部。2002.4.1 [5].《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）中华人民共和国建设部。2002.1.1 [6].《建筑地基基础》吴湘兴主编。华南理工大学出版社，2002.7 [7].《混凝土结构》上册、中册，第二版，天津大学、同济大学、东南大学主编，清华大学主审。北京：中国建筑工业出版社，1998 [8].《房屋建筑学》第三版，同济大学、西安建筑科技大学、东南大学、重庆建筑大学编，北京：中国建筑工业出版社，1997
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[9].《建筑类专业外语》之建筑工程，第三册，王翰邦、刘文瑛主编，北京：中国建筑工业出版社，1997 [10].《建筑工程制图》第三版，同济大学建筑制图教研室，陈文斌、章金良主编，上海：同济大学出版社，1996 [11].《结构力学》上册，第四版，湖南大学结构力学教研室编，北京：高等教育出版社，1998 [12].《土木工程专业英语》，段兵廷主编，武汉：武汉工业大学出版社，2001 [13].《高等学校建筑工程专业毕业设计指导》，沈蒲生、苏三庆主编，北京：中国建筑工业出版社，2000、6 [14].《土木工程专业毕业设计指导》，梁兴文、史庆轩主编，北京：科学出版社，2002 [15].《建筑结构荷载规范》，02—1—10发布，02—3—1实施中华人民共和国建设部主编，北京：中国建筑工业出版社，2002 [16].《混凝土结构设计规范》，02—2—20发布，02—4—1实施，中华人民共和国建设部主编，北京：中国建筑工业出版社，2002
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