【正文】 鄭州大學(xué)化學(xué)系辦公樓建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1 緒論 概述本章將首先對建筑設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作簡單介紹，后敘述框架結(jié)構(gòu)的含義、優(yōu)點(diǎn)及國內(nèi)外框架結(jié)構(gòu)研究狀況。最后講述本畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究意義、目的及主要工作內(nèi)容。 建筑設(shè)計(jì)建筑設(shè)計(jì)包括兩方面的內(nèi)容，即對建筑空間的研究及對構(gòu)成建筑空間的建筑物實(shí)體的研究。其程序一般可以分為方案階段、初步設(shè)計(jì)階段和施工圖設(shè)計(jì)階段。建筑設(shè)計(jì)除應(yīng)滿足相關(guān)的建筑標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等要求之外，還應(yīng)滿足建筑功能的需求，符合所在地規(guī)劃發(fā)展的要求并有良好的視覺效果，采用合理的技術(shù)措施。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的建筑設(shè)計(jì)部分參考相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，考慮實(shí)用、美觀等要求，采用框架結(jié)構(gòu)，建筑功能分區(qū)明確，合理布置房間。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則就是要保證結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的安全性、適用性和耐久性。結(jié)構(gòu)及構(gòu)件既要滿足建筑功能的要求，結(jié)構(gòu)構(gòu)件在外力作用下的安全性，還要滿足人們生活的舒適度及經(jīng)濟(jì)合理性。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分包括結(jié)構(gòu)計(jì)算和繪制結(jié)構(gòu)施工圖兩方面。結(jié)構(gòu)計(jì)算需要完成橫向框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及樓梯設(shè)計(jì)。同時(shí)，采用PKPM 結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件進(jìn)行電算，將手算與電算結(jié)果對比分析。利用PKPM和AutoCAD軟件繪制結(jié)構(gòu)施工圖。 框架結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)框架結(jié)構(gòu)是指由梁和柱剛接或鉸接相連接而構(gòu)成承重體系的結(jié)構(gòu)，即由梁和柱組成框架共同抵抗適用過程中出現(xiàn)的水平和豎向荷載?？蚣芙ㄖ闹饕獌?yōu)點(diǎn)在于空間分隔靈活，自重輕，利于抗震，節(jié)省材料，可以較靈活地配合建筑平面布置，利于安排需要較大空間的建筑結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的梁、柱構(gòu)件易于標(biāo)準(zhǔn)化、定型化，便于采用裝配整體式結(jié)構(gòu)，以縮短施工工期。采用現(xiàn)澆混凝土框架時(shí)，結(jié)構(gòu)的整體性、剛度較好，設(shè)計(jì)處理好也能達(dá)到較好的抗震效果，而且可以把梁或柱澆筑成各種需要的截面形狀。 國內(nèi)外框架結(jié)構(gòu)研究狀況隨著社會的發(fā)展,鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的建筑物越來越普遍。由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與砌體結(jié)構(gòu)相比較具有承載力大、結(jié)構(gòu)自重輕、抗震性能好、建造的工業(yè)化程度高等優(yōu)點(diǎn)；與鋼結(jié)構(gòu)相比又具有造價(jià)低、材料來源廣泛、耐火性好、結(jié)構(gòu)剛度大、使用維修費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。因此，在我國鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是多層框架最常用的結(jié)構(gòu)型式。近年來，世界各地的鋼筋混凝土多層框架結(jié)構(gòu)的發(fā)展很快，應(yīng)用很多，一般用于小高層建筑，在10層以下，否則要加設(shè)剪力墻結(jié)構(gòu)。純框架在現(xiàn)代運(yùn)用鉸廣。目前國內(nèi)外多層房屋大多采用現(xiàn)澆式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。近年來，由于人們大空間、大跨度的要求，國內(nèi)外正在推廣使用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的使用大大減少混凝土的用量。另外，由于地域的不同，或是特色功能的要求，新的防凍、防火等具有特殊性能的混凝土正不斷地被研制開發(fā)出來，相信未來混凝土的用途會越來越廣泛。 本設(shè)計(jì)的研究意義及目的土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)是對學(xué)生所學(xué)課程進(jìn)行綜合訓(xùn)練的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是緊密聯(lián)系工程實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的重要步驟，也是完成理論到實(shí)踐的過渡。通過查閱相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，完成一個(gè)完整的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程，使我對建筑設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有系統(tǒng)的了解和掌握，對以前所學(xué)的專業(yè)知識進(jìn)行綜合性的復(fù)習(xí)和運(yùn)用。我選擇的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是鄭州大學(xué)化學(xué)系辦公樓，教學(xué)樓有其自身的特殊性，不僅要滿足正常的教師辦公要求，也要滿足正常的教學(xué)要求。在結(jié)構(gòu)方案選擇上采用框架結(jié)構(gòu)體系，框架結(jié)構(gòu)具有傳力明確、結(jié)構(gòu)布置靈活、抗震性和整體性好的優(yōu)點(diǎn)。通過本次設(shè)計(jì)，學(xué)會綜合運(yùn)用所學(xué)過的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，以提高分析和解決工程實(shí)際問題的能力，熟悉工程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和程序，為以后的工作打下良好基礎(chǔ)。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要工作內(nèi)容本設(shè)計(jì)為六層框架教學(xué)樓，主要進(jìn)行了建筑設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。建筑設(shè)計(jì)主要是對教學(xué)樓的平面、立面、剖面及細(xì)部構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)（見附件）。本教學(xué)樓在結(jié)構(gòu)布置方案上采用橫向承重。手算一榀框架時(shí)，選一具有代表意義的框架進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，主要按以下步驟進(jìn)行1)確定框架計(jì)算簡圖 2)荷載計(jì)算3)垂直荷載作用的內(nèi)力計(jì)算 4)水平荷載作用下內(nèi)力計(jì)算5)荷載組合和內(nèi)力組合 6)截面設(shè)計(jì)（配筋計(jì)算）。然后又進(jìn)行了基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與樓梯設(shè)計(jì)。同時(shí)采用PKPM軟件對框架教學(xué)樓進(jìn)行電算，并與手算結(jié)果進(jìn)行對比分析。用PKPM軟件導(dǎo)出框架教學(xué)樓的結(jié)構(gòu)施工圖并做出相關(guān)修改，使之符合規(guī)范要求。2 建筑設(shè)計(jì) 工程概況本工程實(shí)例的名稱為鄭州大學(xué)化學(xué)系辦公樓，批準(zhǔn)總建筑面積為6864m2,擬建層數(shù)為6層。結(jié)構(gòu)類型為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。辦公室配備為：（1）教師辦公室：合理選擇開間和進(jìn)深，以12開間為一辦公單元；(2）會議室：每層一個(gè)；(3)傳達(dá)室：1個(gè)，設(shè)在首層大廳旁邊；(4)多功能展廳：1個(gè)，考慮通風(fēng)并適當(dāng)考慮自然采光；（5）裙房：設(shè)計(jì)成兩層，階梯會議室或報(bào)告廳。 設(shè)計(jì)資料本工程的擬建位置于鄭州市中原區(qū)。氣象條件為冬季室外計(jì)算溫度9℃，凍土深度30cm，夏季室外計(jì)算溫度+33℃；年降水量680mm；，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，；最大積雪厚度為20cm，；常年地下水位于地面以下，水質(zhì)對混凝土無侵蝕。地理?xiàng)l件為場區(qū)地勢平坦，地層分布規(guī)律，地耐力按170kN/m2計(jì)，持力層為輕亞粘土，II類場地。工程抗震設(shè)防設(shè)防烈度為7度。鋼筋采用HRB335級鋼筋，箍筋采用HPB335級鋼筋，混凝土采用C30等級混凝土。 建筑設(shè)計(jì) 辦公樓的組合設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書提到的功能要求，在符合國家有關(guān)規(guī)范的前提下，對教學(xué)樓整體進(jìn)行平面組合設(shè)計(jì)，考慮到教學(xué)樓的特點(diǎn)，選擇內(nèi)廊式的組合方式，并考慮結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和美觀，整體結(jié)構(gòu)呈T形，主樓和裙樓的沉降縫為150mm(為兩個(gè)柱邊距離)，具體見建筑平面圖。 各種房間的尺寸確定根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書提到的功能要求，配備一個(gè)門衛(wèi)室、資料室，每層一個(gè)會議室，多功能室設(shè)置在裙樓，根據(jù)房屋建筑規(guī)范，柱網(wǎng)開間為7600mm,進(jìn)深為6900mm,門衛(wèi)室尺寸不需要很大，可以取3800mm6900mm,會議室需要采光比較好，最好設(shè)置在陽面，尺寸為7600mm6900mm,其余的辦公室尺寸取7600mm6900mm和3800mm6900mm,具體祥見建筑平面圖。 樓梯、廁所設(shè)計(jì)根據(jù)辦公樓的用途和人流量，可以設(shè)計(jì)三個(gè)樓梯，一個(gè)三跑的主樓梯，兩個(gè)雙跑的側(cè)樓梯，樓梯間尺寸為有7600mm6900mm和4200mm6900mm，樓梯不能僅靠著邊墻設(shè)置，會造成荷載集中。每層有兩個(gè)男女衛(wèi)生間和兩個(gè)開水房，而廁所最好不要對著辦公室。男女衛(wèi)生間的尺寸都為38006900mm，而開水房的尺寸為2400mm6900mm,樓梯、廁所和開水房的具體做法見建筑圖紙。 房間門窗的尺寸確定門主要作為交通疏散，并兼通風(fēng)用。結(jié)合教室尺寸以及建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范的要求，選擇門洞的尺寸為單門1000mm2100mm、雙門1800mm2400mm和三門5000mm2700mm，門內(nèi)開，以免影響走道中行人的通行。窗的大小根據(jù)采光和通風(fēng)要求確，普通辦公室的窗戶尺寸為1800mm2400mm裙樓的多功能室窗戶的尺寸為2100mm2100mm，廁所的窗戶尺寸1200600mm,次樓梯的窗戶尺寸為1800mm1000mm,主樓梯的窗戶尺寸為27001200mm，窗戶的具體作法見建筑圖紙。 走道設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，充分考慮教學(xué)樓的使用過程中人流量的變化，選擇內(nèi)廊式走道，走道寬為3m。 勒腳和散水設(shè)計(jì)勒腳是墻身接近室外地面的部分，一般情況下，其高度為室內(nèi)地坪與室外地面的高差部分。它起著保護(hù)墻身和增加建筑物立面美觀的作用。由于它容易受到外界的碰撞和雨、雪的侵蝕，遭到破壞，同時(shí)地表水和地下水的毛細(xì)作用所形成的地潮也會造成對勒腳部位的侵蝕。所以，在構(gòu)造上必須采取相應(yīng)的防護(hù)措施。勒腳防潮層分為水平防潮層和垂直防潮層。當(dāng)室內(nèi)地坪出現(xiàn)高差或室內(nèi)地坪低于室外地面時(shí)，要同時(shí)設(shè)置水平防潮層和垂直防潮層。本工程只設(shè)水平防潮層。為保護(hù)墻基不受雨水的侵蝕，常在外墻四周將地面做成向外傾斜的坡面，以使將屋面水排至遠(yuǎn)處，這一坡面稱散水。散水坡度約3%5%，寬一般為600mm1000mm，本工程做散水，寬度600mm，坡度2%。 本章小結(jié)本章詳細(xì)說明了本教學(xué)樓的設(shè)計(jì)資料及工程概況，為后面框架結(jié)構(gòu)的手算提供了必要的依據(jù)。參考了《建筑制圖標(biāo)準(zhǔn)》[1]（GB/T501042010），《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[2]（GB500092001）（2010年版）,《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]（GB500102002），《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[4]（GB500162010），《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]（GB500112001）等，對教學(xué)樓的細(xì)部構(gòu)造（勒腳、散水、樓梯設(shè)計(jì)等）進(jìn)行說明，完成了教學(xué)樓的建筑設(shè)計(jì)部分。建筑設(shè)計(jì)部分主要是對建筑平面、立面和剖面的設(shè)計(jì)。3 計(jì)算簡圖的確定及構(gòu)件設(shè)計(jì) 概述本章主要完成對梁、柱截面尺寸的初步估算，確定框架計(jì)算簡圖。對框架進(jìn)行荷載計(jì)算，確定框架的側(cè)移剛度及框架在水平和豎向荷載作用下的內(nèi)力和側(cè)移。本設(shè)計(jì)主要采用分層法和D值法。 結(jié)構(gòu)平面布置圖根據(jù)所提供的設(shè)計(jì)資料，結(jié)合相關(guān)知識，在符合國家相關(guān)規(guī)范的前提下，盡可能地滿足設(shè)計(jì)要求中提到的要求，合理地進(jìn)行規(guī)劃和布局。 結(jié)構(gòu)平面布置圖 結(jié)構(gòu)立面計(jì)算簡圖我手算的一榀框架軸號為④，其立面計(jì)算簡圖如下圖。 結(jié)構(gòu)立面計(jì)算圖 梁、柱截面尺寸估算 梁截面尺寸估算（1）主梁:縱梁的跨度為:,取；,??；故縱向框架主梁初選截面尺寸為 橫向主梁的跨度為: ,取 ,取； 故橫向框架主梁初選截面尺寸為：。所以主梁截面尺寸為：（2）次梁： 主樓次梁: ，??； ,??； 故次要框架梁初選截面尺寸為：。 裙樓次梁： ，??；,??；故次要框架梁初選截面尺寸為：。 柱截面尺寸估算柱截面尺寸估算:，H為層高，柱截面尺寸為600mm600mm。 樓板厚度樓板為現(xiàn)澆雙向板，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)板厚取120mm。 本章小結(jié)本章主要進(jìn)行了平面計(jì)算簡圖和基本構(gòu)件的尺寸確定。其中，以優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案為目的，在確定結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖，初步確定結(jié)構(gòu)布置方案和構(gòu)件尺寸后，先使用PKPM進(jìn)行模型建立，再結(jié)合SATWE模塊計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力，得到初步結(jié)果，然后在滿足抗震要求和保證安全的前提下，對初步選定的構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化，將結(jié)果反饋至計(jì)算機(jī)，重新修改建立模型，最終得到能夠通過可行性檢驗(yàn)的最優(yōu)方案。4 一榀框架計(jì)算 概述確定建筑設(shè)計(jì)方案后，通過查閱國家相關(guān)規(guī)范結(jié)合所學(xué)知識選取具有結(jié)構(gòu)代表性一榀框架，采用分層法，分別進(jìn)行荷載計(jì)算、內(nèi)力計(jì)算、內(nèi)力組合。 荷載計(jì)算 屋面均布恒載計(jì)算40mm厚水泥石灰焦渣砂漿2%找坡 15= kN/m220mm厚1:3水泥砂漿找平層 20= kN/m2卷材防水層 80mm厚礦渣水泥保溫層 20= kN/m2120mm厚鋼筋混凝土樓板 25=3kN/m220mm厚水泥砂漿找平層 20= kN/m2 15mm厚水泥砂漿抹灰 20=合計(jì) ++++3++=屋面恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值為 (2+3)=868kN 屋面均布活載計(jì)算，兩者取較大值，故屋面活荷載取值為 。屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為 (2+3)=64kN 樓面均布恒載計(jì)算50050020地磚面層 22＝10mm厚1:3水泥砂漿結(jié)合層 20= kN/m220厚的1:3水泥砂漿找平層 20＝現(xiàn)澆120厚的鋼筋混凝土樓板 25＝3kN/m215mm厚水泥砂漿抹灰 20=合計(jì) +++3+=樓面恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值為 (2+3)=554kN 樓面均布活載計(jì)算軸線AB、AB、=105kN；軸線BC間為走廊，3=57kN；樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為1052+57=267kN。 梁自重主梁自重（300mm600mm） 25=15mm厚水泥砂漿抹灰 (2+)20=合計(jì) +=次梁自重（200mm400mm） ＝2kN/m15mm厚水泥砂漿抹灰 （2+）20＝合計(jì) 2+= 柱自重柱自重（600mm600mm） 25=15mm厚水泥砂