全套完整某中学教学楼土木工程毕业设计案例

全套完整某中学教学楼土木工程毕业设计案例

摘 要
本次毕业设计为教学楼设计，主体5层，建筑面积5475.6㎡，抗震设防烈度为8度。本设计主要分为建筑设计和结构设计两部分。建筑设计是在总体规划的前提下，根据设计任务书的要求，综合考虑基地环境、使用功能、综合选型、施工、材料、建筑设备、建筑艺术及经济等。从整体入手，力求创造一个新颖大方的建筑，在建筑处理手法上强调教学的特点同时考虑到场地要求、绿化设施、其它功能要求，以及周围建筑物的影响，设计时采用矩型。在这一部分内容中，考虑到当今能源的紧缺，建筑节能也逐渐成为了一种发展趋势，因此在本次设计过程中也进行了节能设计。
结构设计是在建筑物初步设计的基础上确定结构方案；选择合理的结构体系；进行结构布置，并初步估算，确定结构构件尺寸，进行结构计算。本设计采用钢筋混凝土现浇框架结构，基础采用柱下独立基础，承重体系为横向承重框架体系。
关键词：教学楼，建筑设计，结构设计，框架结构

目 录
第1章 建筑设计 - 1 -
1.1 工程概况 - 1 -
1.2 建筑设计的内容 - 1 -
1.2.1 总平面设计 - 1 -
1.2.2工程做法设计 - 2 -
1.2.3设计说明 - 3 -
第2章 结构设计 - 6 -
2.1结构选型 - 6 -
2.2 结构平面布置 - 8 -
2.2.1基本原则 - 8 -
2.2.2结构布置的内容 - 9 -
2.2.3基本方法 - 9 -
2.2.4梁柱截面的确定 - 10 -
2.2.5横向框架的跨度和柱高 - 12 -
2.3荷载计算 - 12 -
2.3.1竖向恒载标准值计算 - 12 -
2.3.2 屋面和楼面活载标准值的取值 - 14 -
2.3.3重力荷载计算 - 14 -
2.3.4水平地震力作用计算 - 17 -
2.3.5风载作用计算 - 21 -
2.3.6竖向荷载下框架受荷总图 - 22 -
2.4 框架内力计算 - 24 -
2.4.1水平地震作用下框架的内力计算 - 24 -
2.4.2风荷载作用下框架的内力计算 - 28 -
2.4.3 竖向荷载作用下框架内力的计算 - 32 -
2.5梁、柱的内力组合 - 50 -
2.5.1 内力调幅 - 50 -
2.5.2框架内力组合 - 52 -
2.6框架梁柱配筋计算 - 59 -
2.6.1 框架梁截面设计 - 59 -
2.6.2框架柱截面设计 - 60 -
2.7基础设计 - 69 -
2.7.1 设计资料 - 69 -
2.7.2边柱独立基础 - 69 -
2.7.3中柱独立基础 - 72 -
第3章 楼梯计算 - 76 -
3.1楼梯板计算 - 76 -
3.2 平台板计算 - 77 -
3.3平台梁计算 - 77 -
结 论 - 79 -
致 谢 - 80 -
参考文献 - 81 -

第1章 建筑设计
1.1 工程概况
1、.工程名称：某中学教学楼设计设计
2、建筑面积：5475.6平方米
3、建筑层数及使用要求：主体为五层，主要用于教学
4、主体部分建筑层高与总高：底层层高3.6米，其余层层高均为3.6米，建筑总高18.0米
5、结构类型：采用钢筋混凝土框架结构
6、抗震设计烈度：本地区抗震设防烈度为7度，设计地震基本加速度值为0.15g
7、场地土类别：第二组别
8、建筑标高：±0.000
9、建筑物的等级：结构安全等级为二级，防火等级：二级。
1.2 建筑设计的内容
1.2.1 总平面设计

建筑物是近似矩形，长72.8米，宽19.8米。建筑总体布局应根据城市规划要求，对建筑布局、通路、竖向、绿化、工程管线和环境保护等进行综合设计。

1.2.2工程做法设计
屋面做法：
1、40厚C20细石混凝土随捣随抹（4@150双向b）
2、油毡一道
3、一道4㎜SBS改性沥青防水卷材
4、20厚1：3水泥砂浆层找平层
5、40厚聚苯乙烯泡沫塑料板保温层
6、1：8水泥焦渣找2%坡，最薄处20厚
7、钢筋混凝土基层
8、板底抹灰
楼面做法：        `
选用水磨石楼面
1、30厚水磨石地面
2、100厚钢筋混凝土楼板
3、10厚抹灰
地面做法：
选用水磨石地面
1、15厚1：2白水泥白石子(掺有色石子)磨光打蜡。
2、20 厚1：3 水泥砂浆找平层。
3、60厚C10混凝土。
4、100厚碎石或碎砖夯实。
5、素土夯实。
内墙做法：
选用混合砂浆粉面
1、刷(喷)内墙涂料。
2、10厚1：2水泥石灰砂浆抹面；
3、15厚1：3水泥石灰砂浆打底；
4、200厚陶粒混凝土砌块。
墙基防潮：
采用防水砂浆防潮层
20厚1：2水泥砂浆掺5%避水浆，位置一般在-0.06标高处
踢脚做法：采用水磨石踢脚、台度
1、10厚1：2水泥白石子磨光打蜡；
2、12厚1：3水泥砂浆打底。
卫生间做法：
1、4-厚马赛克，素水泥浆擦缝
2、3-4厚水泥胶合层
3、20厚1：3水泥砂浆找平层
4、素水泥浆结合层一道
5、80厚钢筋混凝土楼板
女儿墙做法
1、 6厚水泥砂浆罩面
2、 12厚水泥砂浆打底
3、 200厚陶粒混凝土砌块
4、 20厚水泥砂浆找平
1.2.3设计说明
1、建筑规模和标准
本建筑主要用途教学楼。采用钢筋砼全现浇框架结构，五层，每层层高3.6m，本建筑总长为72.8m，总宽为18.0m。建筑设计使用年限：50年；结构形式：采用钢筋混凝土框架结构，现浇楼盖、屋盖，基础为钢筋混凝土独立基础；基础设计等级为丙级；建筑防火设计：耐火等级为二级
2、气象条件
1）基本雪压：  基本雪压为0.6kN/m2
2）基本风压： 基本风压为 0.5 kN/m2
3）主导风向：  夏季为南、西南风；冬季为东北风
4） 抗震烈度： 8度，设计基本地震加速度值为 0.30g，第二组。
3、平面设计
本楼在平面设计过程中，始终从建筑整体空间组合的效果来考虑，紧密的联系建筑的剖面和立面，分析剖面和立面的合理性，不断的调整修改平面，反复深入，在普通的“一字形”布局上做了一些处理，如在顶层根据房间尺寸的要求做了悬挑，再在立面上做些处理，使得该建筑达到了适用和美观的效果。
该建筑为五层，房间主要有二种类型，即第一类：办公室、阅览室、资料室、卫生间；第二类：教室。房间采用大理石地面，走廊采用水磨石地面。
该建筑的房间设计，严格按照《建筑设计资料集》、《民用建筑设计通则》和《现行建筑设计规范大全》。房间层高：均为3.6米，房间的平面布置有良好的朝向，通风，采光，日照，房间的长宽比不宜超过2:1。
每层均设有男女卫生间2间。设有男女厕所、盥洗、二种设施，此种既功能齐全又节省面积。
本工程属多层建筑，二级防火，每层为一个防火分区。按二级防火要求，房间到最近的疏散口最大距离应小于35m，袋形走道的长度应小于22m，本设计中的房间布置均能满足。
4、交通联系部分的平面设计
在交通联系部分的设计中，按照如下要求：交通路线简洁明确，联系通行方便；人流通畅，紧急疏散时迅速安全；满足一定的采光通风要求；力求节省交通面积，同时考虑空间处理等造型问题。以下分述各种交通联系部分的平面设计。
过道的宽度应符合人流和建筑防火要求，通常单股人流的通行宽度约为550mm-600mm，并要满足防火要求最小宽度，本设计主要采用内廊式，过道宽度为2400mm，可5人并行通过，满足要求。
楼梯设计主要依据使用要求和人流通行情况确定梯段和休息平台的宽度，选择适当的楼梯形式，考虑整栋建筑的楼梯数量，以及楼梯间的平面布置和空间组合。设置了三个开间为4800mm的双跑楼梯。
门厅是建筑物主要出入口处的内外过渡人流集散枢纽。和所有交通联系部分的设计一样，疏散出入口安全也是门厅设计的一个重要内容。门厅对外出入口的总宽度不应小于通向该门厅的过道、楼梯宽度的总和，门厅内交通线路及服务分区过厅设在过道与过道之间，起到交通路线的转折和过渡作用。门厅内交通路线应明确，本设计满足要求。
5、体型、立面设计
该建筑属于教学综合类建筑，在立面设计时既遵循了此类建筑的共同规律，即满足了建筑的内部使用功能，同时也追求建筑的外部形象。在简单的体型组合前提下，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。
6、剖面设计
建筑剖面设计主要是根据功能和使用方面对立体空间的要求，结合建筑结构和构造特点，来确定房间各部分高度和空间比例；考虑垂直方向空间的组合和利用；选择适当的剖面形式；进行垂直交通和采光、通风等方面的设计，使建筑物立体空间关系符合功能、艺术和技术、经济的要求。建筑平面与剖面是从两个不同的方向来表示建筑各部分的组合关系，因此，设计中的一些问题往往需要将平面和立面结合在一起考虑，才能加以解决。
垂直交通包括两部楼梯。门的高度根据人体尺寸来确定，窗高要满足通风采光要求。
第2章 结构设计
2.1结构选型
本工程采用框架结构，横向承重体系，现浇整体式钢筋砼楼板，外墙240墙体厚，内墙240厚空心砖墙。
一、材料选择
（一）砌体结构体系
砌体结构取材方便，造价较低耐火、隔声、隔热性好，但自重大，强度低，抗震性差，一般多用于8层以下的多层建筑，现代高层一般很少采用。
（二）钢筋混凝土结构体系
钢筋混凝土结构与砖石结构相比，具有强度高，抗震性能好，结构布置灵活的优点；与钢结构相比又具有造价低，材料来源丰富，结构刚度大，耐火性能好的优点。因此，我国绝大多数的高层建筑都采用钢筋混泥土结构。
（三）钢结构体系
钢结构具有自重低，强度高，抗震性好，施工安装快等优点，但造价高，耐火性能较差，在钢材较多的国家，采用钢结构建造高层较多，我国目前钢产量不高，所以采用钢结构建造高层建筑的还较少。
二、结构体系选择
（一）砖混合结构体系
1、砖混合结构特点
砖混合结构取材方便、造价低廉、施工简单、保温隔热效果好，刚度较大。但砖砌体强度较低，利用砖墙承重时，房屋层数受到限制，同时由于抗震性能较差，在地震区应用也受到一定限制。一般适用六层及六层以下的楼房。
（二）框架结构体系
1、框架结构
框架结构是由梁和柱刚性连接而组成的空间结构。墙体不承重，内外墙只起分隔和维护作用。
钢筋混凝土框架结构按施工方法的不同，可分为全现浇式、半现浇式、装配式和装配整体式等四种结构形式。
全现浇式框架是指梁、柱和楼板在现场浇筑成整体，它的整体性和抗震性能好，构件尺寸不受标准构件的限制，对房屋各种使用功能的适用性大；但现浇施工的工作量大，工期长，且需大量的模板。
半现浇式框架是指梁、柱现浇，楼板预制或是柱为现浇，梁板预制的结构。与全现浇式框架相比，可以节约大量的模板，提高施工效率，降低工程成本，这是目前较受欢迎的框架结构形式。
装配式框架是指梁、柱、楼板均为预制，通过焊接拼装连接而成的整体框架结构，这种框架可加快施工进度和提高建筑工业化程度。但焊接点处必须预埋连接件，不仅增加了用钢量，而且节点构造难处理。装配式框架结构整体性较差，不仅增加了用钢量，而且节点构造难处理。装配式框架结构整体性较差，抗震能力墙，地震区不宜采用。
装配整体式框架是指梁、柱、楼板均为预制，在吊装就位后，焊接或绑扎节点钢筋，然后浇捣混凝土，形成刚性节点，把梁、柱和板连结成整体框架。它兼有现浇框架与装配式框架的优点，且可节省去连接构件，用钢量少。但节点现浇施工复杂，要求高。
框架结构按承重结构划分有全框架和内框架两种类型。
全框架是指房屋的楼（屋）面荷载全部由框架承担，墙体仅起维护和分隔作用。
内框架是指房屋内部由梁、柱组成和框架承重，外围由砖墙承重，楼（屋）面荷载由框架与砖墙共同承担，这种框架称为内框架，由于钢筋混凝土与砖两种材料弹性模量不同，两者刚度不协调，所以房屋整体性和总体刚度都比较差。地震区不宜采用。
框架结构的优点是：建筑平面布置灵活，能提供较大的使用空间，且墙不承重，可以根据需要分隔成小房间，或者拆除隔墙改为大房间，在立面设计上，易于表现建筑艺术的要求，因此，在工业与民用建筑中应用最广泛。
框架结构既承受竖向荷载，又承受水平荷载。在荷载作用下，梁、柱将产生内力和变形。梁的主要内力为弯矩和剪力，它的轴力很小，常可忽略不计；柱的主要内力为轴力和弯矩，它的剪力较小。
框架的变形，主要指它的水平位移，通常称侧移。由竖向荷载引起的水平位移很小，甚至无侧移，而水平荷载（风荷载，在地震区还有水平地震作用）作用下的侧移主要是由于梁、柱弯曲变形所引起，使整个结构呈现“剪切型”变形。在水平荷载作用下，由于梁、柱截面尺寸较小，框架结构抗侧刚度较小，水平位移较大，所以，框架结构属于柔性结构，这是它的主要缺点，因此也限制了框架结构的建造高度，对非地震区一般不超过20层，高度不超过60m。
随着房屋的高度增加，由水平荷载而产生的内力M和侧移△u将逐渐增长，当层数过多时，M和△u将迅速增长，尤其是底层柱的内力大得惊人，这时就将因侧移值过大而不能满足正常使用的要求；或形成肥梁胖柱，既不经济，又不合理，所以，水平荷载作用下结构侧移值的大小成为设计多层和高层房屋的重要控制因素之一，此外，还需要注意框架横梁在竖向荷载作用下引起的挠度值。
（三）剪力墙结构体系
剪力墙结构是将房屋纵横墙全部浇筑成实体的钢筋混凝土结构。墙体既可承担竖向荷载和水平荷载，同时又起维护和分隔作用。
剪力墙是一片高大的钢筋混凝土墙体，抗剪截面较框架柱大得多，侧面又有刚性刚性楼盖的支撑（保证其稳定性），在墙自身平面内具有很大的抗侧刚度，在水平作用荷载下，侧向位移很小，所以，剪力墙属于刚性结构，它的侧移△u主要是由墙两边部分轴向变形所引起，呈现“弯曲型”变形。由于剪力墙墙体的作用是承受平行于墙平面的水平荷载，习惯上称为“剪力墙”。
剪力墙结构的主要优点是，空间整体性好，抗侧刚度大，侧移变形小，抗震性能好，且易满足承载力要求；但剪力墙结构的墙体布置受楼板跨度的限制，因此墙的间距小，墙体较多，平面布置不灵活，不能满足大房间的使用要求，且结构自重也大，适用于建造宾馆、住宅等要求较小开间的高层建筑。
（四）框架—剪力墙结构体系
框架结构抗侧刚度小，抗震性能差，但平面布置灵活，里面处理丰富，而剪力墙结构则相反。如在框架结构中设置适当数量的剪力墙代替部分框架，形成框架—剪力墙结构。这种结构具有框架结构平面布置灵活，使用方便的优点，又具有剪力墙结构抗侧刚度大，抗震性能好的优点，因此被广泛应用于10～20层的宾馆及公共建筑中。
在框架—剪力墙结构中，框架主要承担竖向荷载，剪力墙抗侧刚度大，主要承担水平荷载（可达整个水平荷载80%～90%），两者刚度相差较大，在水平荷载作用下，单纯框架变形以“剪切型”变形为主，而剪力墙的变形则以“弯曲型”变形为主，两者不同的变形是通过各层楼盖把它们连结在一起协同攻工作，使整个结构的侧面变形呈现“弯剪型”变形，协同工作后，框架的下部和剪力墙上部层间位移都减小，整个结构的层间位移和顶点侧移较纯框架结构小得多，提高了整个结构的抗侧刚度，因此，框架—剪力墙结构属于中等刚性结构。其刚度和承载能力都比纯框架结构大大提高了。
三、选择结构
本建筑为五层教学楼，部分使用空间较大，总高度不大，竖向荷载较大，水平荷载较小，因此采用钢筋砼框架结构。框架结构体系具有建筑平面布置灵活，易于满足功能使用要求的优点，可以根据需要隔断分隔成小空间，或拆除隔断改成大空间。而且钢筋砼结构造价不高，其材料来源丰富，可浇注成各种断面形状，还组成多种结构体系，既节省钢材，承载能力也不低。
2.2 结构平面布置
2.2.1基本原则
结构总体布置的基本原则：结构平面形状宜简单、规则、对称，刚度和承载力分布均匀，不应采用严重不规则的平面形状。
结构平面布置的一般原则：同一结构单元，宜使结构布置简单、规则和对称，结构的抗震刚度要求均匀，且宜使抗侧刚度中心与质量中心重合。
（1）总体布置具体原则如下：
①结构的平面形状通常是根据规划用地、建筑使用及建筑造型等因素确定，柱网通常采取方形或矩形的布置格式。
②柱网尺寸不仅要满足建筑使用要求，还需结合考虑框架梁及楼板的合理跨度及经济技术指标等因素，整个结构的柱网尺寸宜均匀相近，且不宜大于8-9米。
③结构平面形状：板式、塔式，以正多边形、无凹角的建筑平面为宜。
④竖向布置：竖向的体形力求规则、均匀、连续，避免刚度突变和结构不连续，过大外挑和内收。规范要求：建筑下层侧向刚度大于上层侧向刚度 ，若刚度连续三层降低，则降低的幅度应小于该层侧向刚度的50%。必须加强塔楼与主体的连接，塔楼不宜采用砌体结构。
⑤变形缝在多层建筑中应该尽量少设缝或不设缝，这可简化构造、方便施工、降低造价、增强结构整体性和空间刚度。
⑥建筑物的高与宽比满足：H/B≤5。
⑦要满足建筑使用要求、结构安全、建筑施工方便等方面的要求。
（2）平面布置得具体原则如下：
①结构上应尽可能地简单、均匀、规则、对称，构件类型少。
②妥善处理温度，地基不均匀沉降及地震等因素对建筑的影响。
③满足人防、消防要求，使水、暖、电各专业的布置能有效地进行。
④柱网尺寸：主梁的经济跨度：6～7m。
⑤满足使用要求，并尽可能与建筑平、立、剖面划分相一致。
⑥尽可能施工简便，经济合理。
2.2.2结构布置的内容
结构布置的内容包括：
①柱网的布置。框架结构的柱网布置既要满足生产工艺和建筑平面布置得要求，又要使结构受力合理，施工方便。
②承重框架的布置。一般柱网确定以后，用梁把柱连起来，即形成了框架结构，也就是承重结构体系。在一般情况下柱在两个方向均应有梁拉结，亦即沿房屋纵横方向均应布置梁系。
③变形缝的布置。变形缝有伸缩缝、沉降缝、防震缝三种。在多层及高层建筑结构中，应尽量少设缝或不设缝，这样可以简化结构、方便施工、降低造价、增强整体性和空间刚度。
2.2.3基本方法
（1）柱网的设置
内廊式柱网常为对称三跨，边跨跨度常为6m、6.6m、7.2m，中间跨为走廊，跨度常为2.4m、2.7m、3.0m。开间方向柱距为3.6～8m。
办公楼等民用建筑中，蛛网布置应与建筑分隔墙布置相协调，一般常将柱子设在纵横建筑隔墙交叉点上，以尽量减少柱网对建筑使用功能的影响。柱网的尺寸还受梁跨度的限制，一般使梁跨度在6～9m 之间为宜。
（2）梁的布置
1）承重方案：横向承重、纵向承重、横纵双向承重，本工程采用横纵双向承重方式。
2）主梁布置：主梁为纵横双向框架梁，梁轴线尽量通过柱的中心。
3）次梁的轴向布置：次梁的布置间距要使板满足经济跨度的要求，板的经济跨度为2.8～3.3m 。
4）次梁布置：
①墙下一定要布置次梁来承受墙的重量。
②选定次梁布置的主要方向。
③不同的楼层的次梁的走向、位置、数量应尽量统一。
④次梁布置将分隔板块，布置应尽量使板的短边满足经济跨度要求。
（3）缝的设置
1）温度伸缩缝
规范规定，钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距：
框架结构现浇式应≤55m（室内或土中）
框架结构现浇式应≤35m（露天式）
伸缩缝宽度一般为20～30mm。
2）沉降缝
设置沉降缝的条件：
①分期建造房屋的交界处。
②建筑结构或基础类型不同处。
③高度（或荷载）有差异。
④地基土的压缩性有显著差异处。
⑤建筑平面有转折部位。
⑥长高比过大的砌体承重结构或钢筋混凝土框架结构的适当部位。
沉降缝的宽度一般不小于50mm。
3）防震缝
防震缝的设置条件：
①房屋有较大错层时。
②各部分结构的刚度或荷载相差悬殊时。
③地基不均匀，各部分的沉降差过大时。
④房屋平面局部突出部分的长度大于宽度及总长的30%。
⑤房屋立面局部收进的尺寸大于该方向总尺寸的30%。
防震缝的宽度不宜小于70mm，同时应根据建筑物的高度来确定防震缝的宽度，详见《规范》对防震缝宽度设置的要求。

全套完整某中学教学楼土木工程毕业设计案例结构计算书以下内容省略。

资料编号10020部分图纸展示：