综合教学楼建筑结构设计

　　前 言

　　毕业设计是针对我们大学四年所学知识进行的一次系统的回顾、总结和运用的过程，也是对我们综合各学科知识能力的一次实践锻炼。本次毕业设计作为土木工程专业建筑工程方向的本科学生毕业设计，旨在通过这一重要实践环节使学生具有调查研究、收集资料的能力，熟悉相关设计规范、标准图集，一定的理论分析与设计运算能力，掌握工程设计的一般步骤，并进一步培养应用计算机技术的能力，工程制图及编写说明书的能力，培养学生独立完成课题的工作能力和根据条件变化而调整工作重点的应变能力，增强即将跨入社会的竞争能力和自信心。

　　本次毕业设计（博思综合教学楼）分建筑设计和结构设计两部分，建筑设计包括总平面、建筑平、立、剖面、防火、抗震、建筑结构构造设计及建筑施工图绘制等；结构设计包括结构布置及选型、楼板、连续次梁、楼梯、雨篷、主要框架、基础设计等；同时，编写一份详实的毕业设计说明书，内容主要包括设计任务书、中英文摘要、建筑设计（总平面，建筑平、立、剖面，防火，抗震，建筑结构构造设计等）、结构设计部分（楼板，连续次梁，楼梯，雨篷，主要框架，基础设计等）、致谢、参考文献及附录部分。设计图纸全部采用计算机进行绘制，设计说明书采用计算机进行编辑，在设计完成时图纸和设计说明书共同提交打印版本和电子版本。

　　由于是教学楼建筑，需要考虑其柱网尺寸、面积、层高以及荷载等设计应有较大的适用性和使用的灵活性，符合现代化的教学要求，为广大师生提供一个良好的学习环境，并且适当考虑在今后发展过程中，具有调整和改造的可能性。根据建筑方案，选择合理的机构形式、机构体系、结构布置，应用合理的结构构造，并且保证良好的技术经济指标。总之，保证所设计的教学楼建筑——布局合理，功能齐全，技术先进，美观大方，经济适用、安全耐久。在设计过程中，根据国家或地区的相关规范、标准图集以及其它的技术资料，并比较国内外著名教学楼建筑的建筑、结构设计特点来确定设计的方案，注意充分吸收先进的设计经验和成果，取长补短。

　　由于设计经验的不足，以及自身掌握的专业知识欠缺，在本设计说明

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　　书中仍存在一些不妥之处，敬请各位评审老师批评指正，在此表示衷心的感谢。我会根据指出的错误认真地进行整改，进一步完善本设计说明书。

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　　目录

　　1 建筑设计 ..................................................... 1

　　1.1建筑设计的目的、要求和内容 ............................. 1

　　1.2设计原始资料 ........................................... 2

　　1.2.1 建筑环境和地点 ................................... 2

　　1.2.2 建筑使用功能需求 ................................. 2

　　1.3方案比较及可行性分析 ................................... 2

　　1.4 总平面设计 ............................................. 5

　　1.4.1总平面设计的依据 ................................. 6

　　1.4.2总平面设计的基本要求 ............................. 7

　　1.4.3总平面布置的基本形式 ............................. 7

　　1.5 建筑平面设计 ........................................... 8

　　1.5.1功能布局及分区 ................................... 9

　　1.5.2房间形状、使用面积、尺寸的确定 .................. 10

　　1.5.3门窗大小及位置的确定 ............................ 11

　　1.5.4教学用房的具体要求 .............................. 12

　　1.5.5卫生间的设计 .................................... 14

　　1.5.6交通联系部分的平面设计 .......................... 14

　　1.6立面设计 .............................................. 18

　　1.6.1立面的虚实与凹凸 ................................ 18

　　1.6.2立面的线条处理 .................................. 19

　　1.6.3立面的色彩与质感 ................................ 19

　　1.7剖面设计 .............................................. 19

　　1.8 防火设计 .............................................. 21

　　1.9 细部构造设计 .......................................... 25

　　1.9.1勒脚 ............................................ 25

　　1.9.2散水 ............................................ 26

　　1.9.3楼地面工程 ...................................... 26

　　1.9.4屋面工程 ........................................ 26

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　　1.9.5门窗工程 ........................................ 26

　　1.9.6油漆构件防腐、防锈工程 .......................... 27

　　1.9.7女儿墙设计 ...................................... 27

　　1.9.8 变形缝的设计 .................................... 27

　　1.9.9建筑细部具体构造做法 ............................ 28

　　1.10 其它相关说明 ......................................... 29

　　2 结构设计 .................................................... 30

　　2.1结构设计的目的、要求和内容 ............................ 30

　　2.2结构体系选型 .......................................... 31

　　2.3 板的设计 .............................................. 31

　　2.3.1 设计资料 ........................................ 31

　　2.3.2 荷载计算 ........................................ 31

　　2.3.3 按塑性理论计算双向板 ............................ 32

　　2.4 连续次梁设计 .......................................... 39

　　2.4.1设计资料 ........................................ 39

　　2.4.2 AB轴中间次梁 ................................... 39

　　2.4.3 AB轴边次梁 ..................................... 42

　　2.5 楼梯设计 .............................................. 45

　　2.5.1设计资料 ........................................ 45

　　2.5.2 梯段板设计 ...................................... 45

　　2.5.3 平台板的设计 .................................... 46

　　2.5.4 平台梁设计 ...................................... 48

　　2.6 框架设计 .............................................. 49

　　2.6.1 设计资料 ........................................ 49

　　2.6.2 结构布置及结构计算简图的确定 .................... 50

　　2.6.3 荷载统计 ........................................ 53

　　2.6.4 内力计算 ........................................ 63

　　2.6.5 内力组合及截面设计 .............................. 91

　　2.7 雨篷设计 ............................................. 109

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　　2.7.1 设计资料 ....................................... 109

　　2.7.2 雨篷的抗弯强度计算 ............................. 109

　　2.7.3 雨蓬梁计算 ..................................... 110

　　2.8 基础计算 ............................................. 113

　　2.8.1荷载设计值 ..................................... 114

　　2.8.2独立基础(B、E柱)设计 ........................... 115

　　2.8.3联合基础（C、D）柱设计 ......................... 120

　　参考文献 ....................................................... 1

　　致 谢 ......................................................... 3 附 录 ........................................ 错误！未定义书签。 英汉资料互译 .................................. 错误！未定义书签。

　　图纸目录 ....................................................... 4

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　　1 建筑设计

　　本建筑根据“山东科技大学土木工程专业2004级毕业设计任务书”设计，为驻青岛某高校综合教学楼，建筑名称为博思综合教学楼。该高校位于风光秀丽的珠山脚下，东临前港湾海滨，环山倚势而就。随着该高校规模的不断扩大，已有教学楼已不能满足日常教学的要求，因此决定拟建一座综合教学楼，并设置必要的办公、生活和会议等辅助用房。拟建建筑物要考虑与校区建筑风格相协调，同时也要突出自己的建筑风格。

　　本建筑采用现浇钢筋混凝土框架结构，主体共四层，现浇钢筋混凝土楼盖，内外填充墙为240 mm厚普通混凝土砌块，围护结构为普通砖砌块填充墙。此外，由于校区内已有建筑的主色调为暗红色加白色点缀，因此本建筑外墙装饰主要采用砖红色瓷砖贴面，局部加白色瓷砖及玻璃幕墙点缀，走廊及卫生间局部采用白色瓷砖镶贴，内墙装饰为涂料。

　　1.1建筑设计的目的、要求和内容

　　通过毕业设计初步了解民用建筑设计原理，熟悉应用建筑规范和标准图集。初步掌握建筑设计的基本方法和步骤，了解建筑各细部的构造做法。

　　在总体规划的前提下，根据任务书的要求综合考虑基地环境，使用功能，结构施工，材料设备，建筑经济及建筑艺术等问题，着重解决建筑物内部各种使用功能和使用空间的合理安排，建筑与周围环境，与各种外部条件的协调配合，内部和外表的艺术效果，各个细部的构造方式等，还应考虑建筑与结构，建筑与各种设备等相关技术的综合协调，以及如何以更少的材料，劳动力，投资和时间来实现各种要求，要正确选用建筑材料，根据建筑空间组合的特点，选择合理的结构、施工方案，使房屋坚固耐久、建造方便，具有良好的经济效果，创造出既符合科学性又具有艺术的生产和生活环境。即本着“布局合理，功能齐全，技术先进，美观大方，经济合理”的原则设计一座实用，经济，坚固，美观的现代化教育建筑。

　　建筑设计的内容主要包括：建筑总平面设计；建筑平、立、剖面设计；防火设计；抗震设计；建筑结构构造设计；建筑施工图绘制；建筑设计说明的编写等。

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　　1.2设计原始资料

　　1.2.1 建筑环境和地点

　　拟建建筑物位于青岛市经济技术开发区，基本风压为0.5kN/m；地面粗糙度为B类；年平均降雨量710mm；基本雪压0.25N/m；抗震设防烈度为7度，三级抗震；建筑物场地类别为Ⅱ类。

　　表1.1各层土层力学指标汇总表

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　　1.2.2 建筑使用功能需求

　　拟建建筑物总面积为5000-7000m2,上下浮动为5%，层数：4-5层，层高：首层4.2-4.5米，标准层3.6-3.9米。使用房间包括教室、实验室、试验准备室，行政用房，对内部分用房，公共用房五部分，设计时另加走廊、楼梯等辅助部分。教室用房又包括普通教室、多功能大教室，行政用房包括传达办公室、教师办公室、党支部办公室、会议室、档案室等，对内部分包括服务、休息、管理、仓库等，公共部分包括休息、卫生等。

　　表1.2 预设计房间类别及数量汇总表

　　1.3方案比较及可行性分析

　　在毕业设计之前进行的毕业实习中，根据搜集的资料和参观的著名教

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　　学楼工程实例，来初步确定设计方案，并根据各种已知的条件（自然条件、施工技术条件等）进行建筑设计可行性分析，明确初步选定的拟建建筑物设计方案的优缺点，技术经济指标和尚待解决的问题等。

　　锦州医学院综合教学楼位于锦州医学院新建校区内，方案特点：1、在设计时，主要考虑通过建筑构形设计使建筑能直接利用周围的自然资源，包括地形、地势、采光、通风。分别在平面、立面、剖面上调整建筑的小环境，建筑以一种自然的姿态满足它的使用要求。在空间感受上，注重流动空间理念的应用。2、立面设计注重“表”优先于“里”。建筑的立面成为环境的过滤器，废气不直接排放，不良的室外环境也被拒之在外。立面不仅仅是美化建筑，它的功能扩展为遮荫，自然的通风和采光，冷却夏季的高温对室内的影响，保持室温，还可以保持与外部的视觉联系。外墙面采用浅米色的高强的防水涂料，表面粗糙，使这个大体量的建筑看起来庄严、凝重。而女儿墙和阶梯屋面用暗红色的相同材质。他们在颜色和凸凹上的对比，都为建筑又增加一丝活泼的生气。

　　南京理工大学基础实验教学楼是该区域内规模较大、较重要的建筑群体，方案特点：运用标准化设计方法将不同的实验教学功能分类组合形成单元体，通过单元模块化集成的空间组织方式实现建筑从单元到整体的过程。不同的实验室、研究和附属空间、楼梯、走廊甚至洗手间都是构成建筑单元的基本模块，各个模块如同是批量生产的标准化机器零件，在各单元中被反复运用。实验室作为建筑单元中的主体，其平面设计在充分研究各类基础实验活动功能的基础上强调空间使用标准化、资源配置集约化，各类管线、设备的集中布置，经济合理。这种设计方法使空间使用的灵活性、通用性大大增强。

　　淮南工业学院3号综合教学楼总建筑面积约24000m2，八层，框架结构。其中包括80人普通教室36间，120人普通教室12间，160人阶梯教室6间，200人阶梯教室4间，及一座能容纳400人的科学报告厅。这是学院提出的设计功能要求。建筑场地东西长66m，南北长60m。在这近乎正方形的场地上，布置这些规格不一、种类繁多的教室，必须考虑每一问教室都要有良好的通风，采光和日照。经过构思，设计方案采用东西对称式布局，以强化校园轴线。南北分层次布置阶梯教室楼和普通教室楼．建筑南低北高。南楼四层．布置所有阶梯教室，单面走廊可避免人多干扰。北面

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　　青岛理工大学黄岛校区2号教学楼位于校区西南角，总建筑面积：28814 m2，占地面积：5382 m2，主体5层，总高度23.5m，采用钢筋混凝土框架结构形式。建筑特点：1、“交往庭院” 教学楼以组团式布置采用庭院式布局，35人至90人的教室布置在教学楼的北面和南面，东面以开敞连廊相接，110人的阶梯教室及办公室布置在西面，四者围合成了优美的半开放型内院，庭院内有充足的阳光，布置有广场、花坛、小品、宣传栏等，给学生提供了一个交流、休闲、娱乐的场所，形成“交往庭院”。2、“交往走廊”教学楼采用了四种形式的走廊：教学楼南侧采用内廊式布置方式；教学楼北侧采用单侧廊式布置方式，廊面向内院；教学楼西侧的阶梯教室采用外侧出挑的开敞走廊；东面的开敞连廊把教学楼南北两侧连接起来。设计中，充分考虑室内、外意义上的交通空间—— 内廊扩大至3m，单侧廊扩大至2.7m，外侧出挑的开敞走廊及开敞连廊扩大至3m，成为一个可以交往、驻留的空间——“交往走廊”。3、“交往阳台”教学楼外围的四角设计了大面积出挑的“交往阳台”，它位于教学楼四面走廊的四个交汇处，使线性的“交往走廊”汇聚并放大成集中的交往空问，使交往空间更富于变化，丰富了交往空间的层次。

　　通过比较几所著名教学楼建筑的建筑、结构方案及考虑与校园环境相协调，最后确定，此次设计的教学楼建筑外墙装饰主要采用砖红色瓷砖，局部加白色瓷砖及玻璃幕墙点缀，走廊及卫生间局部采用白色瓷砖镶贴；采用现浇钢筋混凝土框架结构，主体共四层，现浇钢筋混凝土楼盖，楼板选用肋梁楼板结构体系，围护结构，内外填充墙均为240 mm厚为普通混凝土砌块，内外墙装饰均为涂料。之所以采用钢筋混凝土框架结构，是因为钢筋混凝土结构经济性能较好，可形成灵活布置的建筑空间，使用较方便；框架结构建筑平面布置灵活，可以形成较大的使用空间，框架结构的组成

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　　简单，只有框架柱和框架梁两种基本构件组成，便于构件的标准化、定性化，可以采用现浇式结构。

　　综合教学楼结构体系的框架是由梁、柱构件通过节点连接形成的骨架结构。框架结构由梁柱构成，构件截面较小，因此框架结构的承载力和刚度都较低，它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，楼层越高，水平位移越慢，高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力，这时，现浇楼面也作为梁共同工作的，水平作用使得框架底部梁柱构件的弯矩和剪力显著增加，从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加，到一定程度，将给建筑平面布置和空间处理带来困难，影响建筑空间的正常使用，在材料用量和造价方面也趋于不合理。框架结构房屋的布置应对称、均匀，减小抗侧刚度中与水平荷载合力作用线的距离，减小结构重心和刚度中心之间的距离，以减小结构发生的扭转。由于框架构件截面较小，抗侧刚度较小，在强震作用下结构整体位移和层间位移都较大，容易产生震害。抗震设计的框架结构除需加强梁、柱和节点的抗震措施外，还需注意填充墙的材料以及填充墙与框架的连接方式等，以避免框架变形过大时填充墙的破坏。也要增大房屋的抗侧刚度，以限制房屋的总水平位移和层间位移。所有的建筑结构都各有利弊，应当就建筑用途、选址条件、建筑工期、成本造价以及施工难度等因素进行对比后再作选择。

　　通过建筑方案的比较，选择最佳建筑设计方案。比较分析过程中，发现设计中主要存在的问题体现在：柱网尺寸选定过大或过小均不合理，要结合经济性和房间的需求使用面积；变形缝的设置位置是否合理，考虑实际施工中有可能存在的困难以及使用要求，避免设置在楼梯间、卫生间和房间的内部；建筑物的朝向；独立大空间与主体结构的连接；大面积房间不能设置柱时应采用井字梁体系；考虑日照间距对房屋高度的要求等。

　　1.4 总平面设计

　　拟建场地面积为长100m，宽40m。本建筑在总平面中为主要建筑，故在进行总平面设计时将其布置在明显而又主要的位置。建筑整体为座北向南，场地呈中轴对称，位于学校主次干道十字路口路口交界处，主干道对面为学校主楼，次干道对面为图书馆，基地形状均为狭长矩形。

　　本建筑为教学楼建筑，并且场地面积较大，要求有安静的环境，并考

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　　虑美化、遮阳、挡风防尘、防噪等效果，故在其周围布置大面积绿化场地，在建筑物靠近道路两向可布置一些高大乔木或攀缘植物。对教学用房、教学辅助用房、行政管理用房、服务用房、运动场及生活区应分区明确、布局合理、联系方便、互不干扰。

　　基地内设停车场，并安排车库自行车棚等基础设施，并考虑环境与绿化设计，其主体部分有良好的朝向和日照。为了满足《建筑设计防火规范》中关于消防车道，及环形车道的相关规定，在建筑周围设置了宽为4m的消防车道。

　　1.4.1总平面设计的依据

　　(1)功能分区合理，妥善组织人流和车辆交通流线，对喧闹与安静的用房应有明确的分区和适当的分隔。各用房之间应由紧密地联系，以利综合利用；当各厅室独立使用时，不互相干扰，对人流量大且集散较为集中的用房，应由独立的对外出入口。

　　(2)根据使用要求，基地至少应设两个出口，当主要出入口紧邻交通干道时，应按有关规定留出缓冲距离。应合理安排好设备机房、附属设施和地下建筑物。如设有锅炉房、食堂的宜设运送燃料、货物和清除垃圾等的单独出入口。

　　(3)在基地内应设置自行车和机动车停放场地，并考虑设置画廊、橱窗等宣传设施。建筑基地内应设机动车和自行车停车场(库)。条件不允许时，可由有关部门就近统筹建设停车空间。停车场地面积由当地规划部门确定。

　　(4)不论用地面积大小，在建筑组合及总平面布置时，应尽量紧凑、集中，以创造宽敞、丰富的室外空间。分散式布置时文化馆较好的组合形式，应合理地进行不同大小、高低、形体的建筑组合和组织不同的室外空间，以创造良好的休息和活动环境。

　　(5)总平面布置，应充分利用地形、地势、工程地质及水文地质条件，合理地布置建筑物、构筑物和有关设施，并应减少土（石)方工程量和基础工程费用。

　　(6)总平面布置，应结合当地气象条件，使建筑物具有良好的朝向、采光和自然通风条件。高温、热加工、有特殊要求和人员较多的建筑物，应避免日晒。

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