某教学楼B建筑结构设计结构设计说明

某教学楼B建筑结构设计结构设计一、毕业设计任务书（一）目的要求1.了解并妥善解决本设计中建筑总体布局的合理性、实用性。

了解并掌握教学建筑的设计原则，柱网、层高的确定依据，消防及环保的要求。

2.合理安排平面功能布局，交通空间明确、流畅。

灵活运用构图法则，从体型到立面，从整体到局部完成建筑体型及立面设计。

3.绘制建筑施工图。

熟悉收集和查找有关部门标准构件和规范资料。

4.应用结构基本理论，计算框架结构、梁板结构、楼板结构的内力、配筋。

5.根据所提供的工程地质资料，合理选择基础类型进行基础设计。

（二）设计资料1、工程概况：某教学楼地上五层，地下一层。

室内外高差0.3m，层高3.5m。

设计底层室内标高±0.000。

本工程±0.000为相对标高，相对于绝对标高值为448.8。

采用钢筋混凝土框架结构体系。

其建筑平面布置（见图1所示）。

其中第四层只有两间小教室。

图1 平面布置图2、气象条件：地面风压0.6KN/m²，地面粗糙度B类，风荷载体形系数1.3。

3、抗震设防烈度：拟建场地位于抗震设防烈度8度区，设计基本地震加速度值为0.20g，设计地震分组为第一组。

4、工程地质条件：自然地表1.2m内为填土，填土下层为2.0m厚砂质粘土，再下为砾石层。

砂质粘土承载力特征值为250kN/m2，砾石层允许承载力特征为312～400kN/m2。

详见表1-1。

无冻胀影响。

5、抗震设防烈度本工程抗震设防烈度为8度，场地类别为二类，设计地震分组为第一组。

表1-1 工程地质条件6、材料供应及施工能力均能得到保证。

7、不计上人屋面活荷载。

（三）设计要求1. 根据建筑设计和结构承重及抗震方面的要求、场地地质条件、材料供应及施工技术条件等，合理进行结构及其构件(楼面板、屋面板、过梁等)的选型和结构布置，应尽可能使计算简便，统一构件的编号，确定构件的定位尺寸，正确标注构件的结构标高。

2. 进行框架及其柱下基础计算时，应有正确的计算简图，选择合理的构件尺寸。

内力计算步骤要完整。

内力计算可用手算或计算机计算，手算时可根据具体情况采用不同得计算方法。

进行内力组合，确定截面的配筋，并且满足构造要求。

施工图中，结构及构件尺寸的标注要齐全，受力钢筋、箍筋及构造钢筋的编号要清楚、正确。

受力钢筋的锚固、连接及截断位置要清楚正确；箍筋加密区及非加密区的范围要详细准确，配置的数量要正确，横断面的选取位置及数量要合理。

3. 现浇楼梯的设计可采用板式或梁楼梯，要有正确的计算简图，构件的截面尺寸要合理。

内力计算及配筋要正确。

施工图中，各构件的代号、尺寸的标注要齐全，配筋图要正确，结构标高要标注在相应位置。

4. 现浇板的设计计算应根据具体情况考虑采用弹性理论或塑性理论。

分清楚什么是单向板什么是双向板。

板的厚度要合理，受力筋(板底与板面)及非受力筋的配置和标注要正确，并标注板的底部及顶部的结构标高。

定位轴线、构件尺寸的标注要齐全。

（四）拟做的工作在任务书和已给建筑方案的基础上，主要完成以下工作：1. 绘制建筑施工图2. 应用PKPM建立有限元模型进行结构分析3. 选取一榀框架进行内力分析和截面设计4. 楼盖、楼梯、基础设计计算5. 绘结构施工图二、建筑设计建筑设计的关键是体现以人为本的原则，采用合理的技术措施，在满足使用功能的同时又创造出良好的室内外空间环境，获得良好的经济效益。

建筑设计的内容包括四层教学楼的建筑平面、立面和剖面设计、楼梯设计。

根据建筑类型、层数选择合理的结构形式，合理地进行各使用房间的平面组合。

设计过程中参考《现行建筑设计规范》的要求，根据教学楼的使用要求、采光要求、结构要求等因素，所有的房间开间要适中，进深根据房间的具体要求及内部格局的布置而定，具体情况具体安排，以尽量满足使用功能为首要任务。

我在此次设计过程中将主要解决以下问题：1.设计阶段划分由于初步设计阶段已基本完成，现主要进行施工图设计，即在初步设计的基础上，综合建筑、结构、设备各工种，核实核对，把满足工程施工的各项具体要求反映在图纸中，做到整套图纸齐全统一，明确无误。

2.建筑平面的组合设计建筑物的合理性不仅体现在单个房间上，而且很大程度上取决于各层各个房间按功能要求使用的组合上。

因此，必须在熟悉各组成部分的基础上，紧密结合具体情况，通过调查研究分析各种制约因素确定合理的功能分区。

绘出建筑施工图（底层平面、南立面、1-1剖面图）如下：图2-1 建筑底层平面图图2-2 建筑南立面图图2-3 建筑1-1剖面图三、一榀框架结构设计(取3-3轴框架为例)（一）结构平面布置及构件尺寸1. 结构平面布置某教学楼B 为钢筋混凝土现浇框架结构。

建筑平面为倒L 形，层高均为3.5m ，室内外高差为0.3m 。

确定柱网尺寸，绘制框架结构平面布置图，如图3-1所示。

图3-1 结构平面布置图2. 建筑构造做法楼盖及屋盖均浇钢筋混凝土结构。

（1）使用荷载标准值屋面活荷载应取均布活载与雪荷载之间的较大值，即非上人屋面取20.5/kN m ；抗震计算时，计算屋面重力荷载代表值时不考虑屋面活荷载，雪荷载为0。

楼面活荷载为22.0/kN m ，楼梯为消防楼梯，活荷载为23.5/kN m 。

（2）屋面做法：高分子卷材4mm , 1：3水泥砂浆找平20mm ,憎水珍珠岩保温层60mm , 1：3水泥砂浆找平 20mm , 1:6水泥焦渣找坡50mm , 钢筋混凝土楼板80mm ， 板底20厚粉刷抹平20mm ； （3）楼面做法：缸砖楼面缸砖面层10mm , 纯水泥浆一道2mm , 1:2水泥砂浆结合层20mm , 钢筋混凝土楼板80mm , 板底20厚粉刷抹平20mm ； （4）材料混凝土：梁、板混凝土强度等级为C30，柱混凝土强度等级为C35。

钢筋：柱、主梁受力钢筋采用HRB335级钢筋，其他均用HPB235级钢筋。

填充墙：所有墙体均为空心砖，240mm 厚。

3．构件截面尺寸确定由于该结构平面布置非对称结构，在此取受力较大的3-3轴框架进行结构计算。

（1）梁截面尺寸边跨（AB 、CD ）梁： 1111()610050976381281211500b=()=25023AB CD AB CD h h l mm mm h h mm h mm===⨯=== ::::取取中跨(BC)梁：取 400h mm = 250b mm =A 轴、B 轴、C 轴、D 轴、E 轴框架梁：11400044499h l mm ==⨯=　取 h=500mm 250b mm = 3-4轴间连系梁：取 h=500mm 250b mm =（2）柱截面尺寸柱截面尺寸可根据下式估算： n N F β= (3.1)[]/c n c A N f μ≥ (3.2)查表可知该框架结构的抗震等级为三级，其轴压比限值[μn ]＝0.9；各层的重力荷载代表值近似取214/kN m 。

边柱的负载面积有以下几类：( β为地震作用后的轴压比增大系数) 1) 4.0×6.0/2=12 β=1.3 2) 4.0×10.0×1/5=83) 4.0×10.0×1/5+4.0×6.0×1/4=14中柱的负载面积和β：β=1.21) 4.0×10.0×1/5+4.0×6.0×1/4+2.0×4.0×1/2=182) 4.0×6.0/2+2.0×4.0×1/2=16由上式得第一层柱截面面积为：≥1.3×12×14×103×4/(0.9×14.3)=67879mm2边柱： AC1≥1.3×8×14×103×3/(0.9×14.3)=33939 mm2AC2A≥1.3×14×14×103×4/(0.9×14.3)=56566 mm2C3≥1.2×16×14×103×4/(0.9×14.3)=83543 mm2中柱： AC1≥1.2×18×14×103×4/(0.9×14.3)=93986 mm2AC2由于在结构第四层处没有大教室，造成结构刚度变化较大，在地震作用下引起的扭转效应较强，故为增强扭转刚度，减少层间位移，边柱和中柱的截面尺寸均取比实际计算=bh3/12=2.133×109mm4值较大的尺寸即400×400mm。

惯性矩I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=3.5+0.3+0.5=4.3m。

并根据以下假定：3.5m；底层柱高度从基础顶面取至一层板顶，即h1①各榀框架自身平面内刚度无限大，平面外刚度很小；②楼板为刚度无限大平板。

得框架结构计算简图如图3-2所示：图3-2 一榀框架杆件编号（3）板厚现浇楼板厚()()1135~1301~14000114~134h l mm mm ==⨯=，取120h mm = （4）梁柱跨度1）梁： 边跨：4.0m 、6.0m ； 中跨： 2.0m 、6.0m 。

2）柱： 底层柱高：1 3.50.30.5 4.3H m =++= 其它层柱高： 3.5i H m =、（二）框架的计算简图1．确定计算单元（如图3-3所示）2．计算梁、柱线刚度结构计算简图如图3-4所示。

根据地质资料，确定基础顶面离室外地面为500mm ，由此求得底层层高为4.3m 。

各梁柱构件的线刚度经计算后列于图3-4。

其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取为02I I =（0I 为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。

（1） 梁：00.2I I b = ，bb b l EI i =,1230bh I =，混凝土的弹性模量42.810E MPa =⨯边跨梁AB 线刚度：341025050012.8102 3.6510124000b b b EI i N mm l ⨯==⨯⨯⨯⨯=⨯⋅边跨梁DE 线刚度、中跨梁CD 线刚度： 341025050012.8102 2.4310126000b b b EI i N mm l ⨯==⨯⨯⨯⨯=⨯⋅：中跨梁CD 线刚度：341025050012.81027.2910122000b b b EI i N mm l ⨯==⨯⨯⨯⨯=⨯⋅ （2） 柱：c c cEI i l =， 123bh I c =，混凝土的弹性模量43.010E MPa =⨯ 非底层柱线刚度：341040040013.010 1.8310123500c c c EI i N mm l ⨯==⨯⨯⨯=⨯⋅ 底层柱线刚度：341040040013.010 1.4910124300c c c EI i N mm l ⨯==⨯⨯⨯=⨯⋅图3-4 梁、柱线刚度（单位：1010N mm ⨯⋅）（三）荷载计算1. 竖向恒载计算（1）屋面框架梁线荷载标准值40mm 厚高分子卷材 12×0.004=0.05 KN/m 2 20mm 厚1：3水泥砂浆找平 20×0.02=0.40 KN/m 2 60mm 厚憎水珍珠岩保温层 4×0.060=0.24 KN/m 2 20mm 厚1：3水泥砂浆找平 20×0.02=0.40 KN/m 2 50mm 厚1:6水泥焦渣找坡 15×0.05=0.75 KN/m 2120mm厚钢筋混凝土板25×0.12=3.0 KN/m220mm厚板底粉刷抹平17×0.02=0.34KN/m2屋面恒载标准值：2kN m5.20/边跨AB框架梁自重0.250.525 3.125/⨯⨯=kN m 梁侧粉刷20.02(0.50.12)170.26/⨯⨯-⨯=kN mAB梁上1.2m高女儿墙自重0.24 1.219 5.47/⨯⨯=kN m 女儿墙侧粉刷20.02 1.2170.816/⨯⨯⨯=kN m 边跨梁AB上恒载：9.67/kN m 边跨DE框架梁自重0.250.525 3.125/⨯⨯=kN m 梁侧粉刷20.02(0.50.12)170.26/⨯⨯-⨯=kN m 边跨梁重： 3.4/kN m 边跨BC框架梁自重0.250.525 3.125/⨯⨯=kN m 梁侧粉刷20.02(0.50.12)170.26/⨯⨯-⨯=kN mBC梁上1.2m高女儿墙自重0.24 1.219 5.47/⨯⨯=kN m 女儿墙侧粉刷20.02 1.2170.816/⨯⨯⨯=kN m 中跨梁BC上恒载：9.67/kN m 中跨CD框架梁自重0.250.525 3.125/⨯⨯=kN m 梁侧粉刷20.02(0.50.12)170.26/⨯⨯-⨯=kN m 中跨梁重： 3.4/kN m图3-5 均布荷载向梁传递图示由图3-5板上恒载向梁传递图可以求得框梁上的恒载为：319.67/AB g kN m = 419.67/BC g kN m =4141 3.4/CD DE g g kN m ==324242 5.20 2.010.4/AB BC CD g g g kN m ===⨯=62 5.20 4.020.80/DE g kN m =⨯=（2）楼面框架梁线荷载标准值10mm 厚缸砖面层 2220.010.22/kN m ⨯=2mm 厚纯水泥浆一道 2200.0020.04/kN m ⨯=20mm 厚1:2水泥砂浆结合层 2200.020.4/kN m ⨯=120mm 厚钢筋混凝土楼板 2250.12 3.0/kN m ⨯=20mm 厚板底粉刷抹平 2170.020.34/kN m ⨯=楼面恒载标准值 24.0/N m边跨（AB 、DE ）框架梁自重及梁侧粉刷 3.4/kN m边跨填充墙自重 0.24(3.50.5)1913.68/kN m ⨯-⨯=墙面粉刷 20.02(3.50.5)17 2.04/kN m ⨯⨯-⨯= 边跨梁重 19.12/kN m中跨BC 框架梁自重及梁侧粉刷 3.4/kN m中跨填充墙自重 0.24(3.50.5)1913.68/kN m ⨯-⨯=墙面粉刷 20.02(3.50.5)17 2.04/kN m ⨯⨯-⨯= 中跨BC 梁重 m kN /2.119中跨CD 框架梁自重 0.250.525 3.125/kN m ⨯⨯=梁侧粉刷 20.02(0.50.12)170.26/kN m ⨯⨯-⨯=中跨CD 梁重： 3.4/kN m由图3-5板上恒载向梁传递图可以求得框梁上的恒载为：11119.12/AB BC DE g g g kN m ===1 3.4/CD g kN m =22 4.0 2.08.0/AB CD g g kN m ==⨯=22 4.0 4.016.0/BC DE g g kN m ==⨯=（3）屋面框架节点集中荷载标准值A-3轴边柱连系梁自重 0.250.5 2.025 6.25kN ⨯⨯⨯=梁侧粉刷 0.02(0.50.12)2 2.0170.515kN ⨯-⨯⨯⨯=1.2m 高女儿墙自重 1.20.242.01910.944kN ⨯⨯⨯=墙侧粉刷 1.20.022 2.017 1.632kN ⨯⨯⨯⨯=连系梁传来屋面自重 11144 5.210.4222kN ⨯⨯⨯⨯⨯= 顶层A-3轴边节点集中荷载 329.74A G kN =E-3轴边柱连系梁自重 0.250.5 4.02512.5kN ⨯⨯⨯=梁侧粉刷 0.02(0.50.12)2 4.017 1.03kN ⨯-⨯⨯⨯=1.2m 高女儿墙自重 1.20.24 4.01921.89kN ⨯⨯⨯=墙侧粉刷 1.20.022 4.017 3.264kN ⨯⨯⨯⨯=连系梁传来屋面自重 1144 5.220.822kN ⨯⨯⨯⨯= 顶层E-3轴边节点集中荷载 459.50E G kN =B-3轴中柱连系梁自重 0.250.5225 6.25kN ⨯⨯⨯=梁侧粉刷 0.02(0.50.12)2 2.0170.515kN ⨯-⨯⨯⨯=1.2m 高女儿墙自重 1.20.242.01910.944kN ⨯⨯⨯=墙侧粉刷 1.20.022 2.017 1.632kN ⨯⨯⨯⨯=连系梁传来屋面自重 1124 5.210.422kN ⨯⨯⨯⨯= 顶层 B-3轴中节点集中荷载 429.74B G kN =C-3轴中柱连系梁自重 0.250.542512.5kN ⨯⨯⨯=梁侧粉刷 0.02(0.50.12)2 4.017 1.03kN ⨯-⨯⨯⨯=1.2m 高女儿墙自重 1.20.242.01910.944kN ⨯⨯⨯=墙侧粉刷 1.20.022 2.017 1.632kN ⨯⨯⨯⨯=连系梁传来屋面自重 ()114+4-22+42 5.241.624kN ⎡⎤⨯⨯⨯⨯⨯=⎢⎥⎣⎦（ 顶层 C-3轴中节点集中荷载 467.70C G kN =D-3轴中柱连系梁自重 0.250.542512.5kN ⨯⨯⨯=梁侧粉刷 0.02(0.50.12)2 4.017 1.03kN ⨯-⨯⨯⨯=连系梁传来屋面自重 ()114+4-22+42 5.25222kN ⎡⎤⨯⨯⨯⨯⨯=⎢⎥⎣⎦（ 顶层 D-3轴中节点集中荷载 465.53D G kN =（4）楼面框架节点集中荷载标准值（荷载计算方法同上）A-3轴边柱连系梁自重 0.250.5 2.025 6.25kN ⨯⨯⨯= 梁侧粉刷 0.02(0.50.12)2 2.0170.515kN ⨯-⨯⨯⨯= 窗自重 0.5 2.1 1.50.450.71kN ⨯⨯⨯= 窗上墙体自重 0.50.24(3.5 1.50.90.5)(4.00.4)19 4.9kN ⨯⨯---⨯-⨯= 窗上墙侧粉刷 0.520.02(3.5 1.50.90.5)(4.00.4)170.73kN ⨯⨯⨯---⨯-⨯= 窗下墙体自重 0.50.240.9(4.00.4)197.39kN ⨯⨯⨯-⨯= 窗下墙体粉刷 0.520.020.9(4.00.4)17 1.1kN ⨯⨯⨯⨯-⨯= 窗边墙体自重 0.50.24 1.5(4.00.4 2.1)19 5.13kN ⨯⨯⨯--⨯= 窗边墙体粉刷 0.520.02 1.5(4.00.4 2.1)170.765kN ⨯⨯⨯⨯--⨯= 梁传来楼面自重 0.50.5 4.00.5 4.0 4.08kN ⨯⨯⨯⨯⨯= 框架边柱自重 0.40.4 3.52514kN ⨯⨯⨯= 柱侧粉刷 ()()0.42+0.1620.02 3.5-0.517 1.142kN ⨯⨯⨯⨯⨯= 中间层A-3轴边节点集中荷载 50.63A G kN =E-3轴边柱连系梁自重 0.250.5 4.02512.5kN ⨯⨯⨯= 梁侧粉刷 0.02(0.50.12)2 4.017 1.03kN ⨯-⨯⨯⨯= 窗自重 2.1 1.50.45 1.42kN ⨯⨯= 窗上墙体自重 0.24(3.5 1.50.90.5)(4.00.4)199.8kN ⨯---⨯-⨯= 窗上墙侧粉刷 20.02(3.5 1.50.90.5)(4.00.4)17 1.46kN ⨯⨯---⨯-⨯= 窗下墙体自重 0.240.9(4.00.4)1914.78kN ⨯⨯-⨯= 窗下墙体粉刷 20.020.9(4.00.4)17 2.2kN ⨯⨯⨯-⨯= 窗边墙体自重 0.24 1.5(4.00.4 2.1)1910.26kN ⨯⨯--⨯= 窗边墙体粉刷 20.02 1.5(4.00.4 2.1)17 1.53kN ⨯⨯⨯--⨯= 梁传来楼面自重 0.5 4.00.5 4.0 4.016kN ⨯⨯⨯⨯= 框架边柱自重 0.40.4 3.52514kN ⨯⨯⨯= 柱侧粉刷 ()()0.4+0.1630.02 3.5-0.5170.898kN ⨯⨯⨯⨯=连系梁传来屋面自重 1144 4.01622kN ⨯⨯⨯⨯= 中间层E-3轴边节点集中荷载 101.90E G kN =B-3轴中柱连系梁自重 0.250.5 4.02512.5kN ⨯⨯⨯= 梁侧粉刷 0.02(0.50.12)2 4.017 1.03kN ⨯-⨯⨯⨯= 窗自重 0.52 2.1 1.50.450.162kN ⨯⨯⨯⨯= 窗上墙体自重 0.50.24(3.50.9 1.50.5)(4.00.4)19 2.46kN ⨯⨯---⨯-⨯= 窗上墙侧粉刷 0.520.02(3.50.9 1.50.5)(4.00.4)170.37kN ⨯⨯⨯---⨯-⨯= 窗下墙体自重 0.50.24 2.1(4.00.4)1917.24kN ⨯⨯⨯-⨯= 窗下墙体粉刷 0.520.02 2.1(4.00.4)17 2.57kN ⨯⨯⨯⨯-⨯= 窗边墙体自重 0.50.240.6(4.00.4 2.1)19 3.285kN ⨯⨯⨯--⨯= 窗边墙体粉刷 0.520.020.6(4.00.4 2.1)170.5kN ⨯⨯⨯⨯--⨯= 梁传来楼面自重 0.5 4.00.5 4.0 4.016kN ⨯⨯⨯⨯= 框架中柱自重 0.40.4 3.52514kN ⨯⨯⨯= 柱侧粉刷 ()()0.1640.02 3.5-0.5170.653kN ⨯⨯⨯⨯= 中间层 B-3轴中节点集中荷载 70.77B G kN =C-3轴、D-3轴中柱连系梁自重 0.250.5 4.02512.5kN ⨯⨯⨯= 梁侧粉刷 0.02(0.50.12)2 4.017 1.03kN ⨯-⨯⨯⨯= 门M-1自重 2 2.1 1.00.45 1.8kN ⨯⨯⨯= 门上墙体自重 0.24(3.5 2.10.5)(4.00.4)1914.77kN ⨯--⨯-⨯= 门上墙侧粉刷 20.02(3.5 2.10.5)(4.00.4)17 2.2kN ⨯⨯--⨯-⨯= 门边墙体自重 0.24 2.1(4.00.4 1.0)1915.32kN ⨯⨯--⨯= 门边墙体粉刷 20.02 2.1(4.00.4 1.0)17 2.28kN ⨯⨯⨯--⨯= 梁传来楼面自重 ()[]0.54+4-22+0.542 4.040kN ⨯⨯⨯⨯⨯=（ 框架中柱自重 0.40.4 3.52514kN ⨯⨯⨯= 柱侧粉刷 ()()0.1640.02 3.5-0.5170.653kN ⨯⨯⨯⨯= 中间层C-3轴、D-3轴中节点集中荷载 104.3C D G G kN ==恒载作用框架的计算简图如图3-6所示。