西安建筑科技大学成教教学楼设计

1西安建筑科技大学成教教学楼设计学生姓名：李宁指导教师：熊仲明（土木工程学院土木工程专业）【摘要】：该建筑为西安建筑科技大学教学楼，7层，建筑高度25.95m，建筑面积5150㎡，总造价约500万元。根据岩土工程勘察报告确定场地类别为Ⅱ类。抗震设防烈度8度，设计基本地震加速度0.2g。西安市A2区小震时特征周期Tg=0.5s，地震影响系数最大值αmax=0.15，大震时Tg=0.65s，αmax=0.80。结构类型为混凝土框架。结构安全等级二级，耐火等级二级。设计包括两部分，建筑设计部分包括平面设计，立面设计和剖面设计。结构设计部分包括结构体系的选择，结构平面布置，基础选型，竖向荷载和水平荷载的计算，框架和基础内力分析及截面设计以及抗震构造措施等。【关键词】：西安建筑科技大学；框架；筏板【Abstract】：ThebuildingisateachingbuildingofXi’anUniversityofArchitecture&Technologywhichis7storiesandthebuildingheightis25.95m.Theconstructionareais5150㎡.5millionyuanwillbeinvestedforthisbuilding.Dependingonthereportofexploration,thetypeofsiteofthisbuildingisⅡ.Theseismicfortificationintensityis8degreeandthedesignbasicaccelerationofgroundmotionis0.2g.BecausethisbuildinginA2area,thecharacteristicperiodofgroundmotionTg=0.5s,αmax=0.15forsmallearthquake,Tg=0.65s,αmax=0.80forviolentearthquake.Theconcreteframestructurewaschosenforthisbuildingandthestructuresafeclassis2.Theclassoffireresistanceis2.Thedesigncontainstwopartswhicharearchitecturedesignandconstructiondesign.Architecturedesigncontainsplanedesign,standingdesignandsectionplanedesignetc.Constructiondesigncontainsthechoiceofstructuralsystemandfoundationsystemthedisposaloftheframestructure,erectdirectionloadsandlevelloadscalculation,beamsandcolumniationsinternalforceanalysis,combinationanddetailsofseismicdesignetc.【Keywords】：Xi’anuniversityofarchitectureandtechnology,frame,raftfoundation1建筑设计说明书1.1工程概况本建筑为西安建筑科技大学教学楼，西安建筑科技大学位于西安市雁塔路中段，教学楼位于该校东北部，北为友谊路，东邻空军医院家属院。因为隶属西安建筑科技大学的一部分，因此其他行政、办公、生活福利建筑，部分教学建筑及设施均可使用学校相应的建筑和设施。本建筑中主要是普通教室，阶梯教室。建筑面积5135m2，7层，总投资500万元。1.2设计原始资料(1)冬季采暖室外空气计算温度6℃，夏季通风室外空气计算温度30℃。(2)室内计算温度：卫生间，楼梯间，大厅为16℃，其他均为18℃。(3)全年主导风向为东北风，冬季平均风速为1.9m/s，夏季2.2m/s，基本风压值为W0=0.35kN/m2。(4)最大积雪深度220mm，基本雪压S0=0.20kN/m2，土壤最大冻结深度0.45m。(5)抗震设防烈度8度，A2区：Tg=0.5s，αmax=0.15。(6)室内地坪标高±0.000，相当于绝对高程418.27m。(7)工程地质勘察由西安建筑科技大学岩土工程研究所完成，自然地面标高418.03m，场地地貌单元属渭河南岩Ⅲ级阶地。地下水属于潜水类型，勘察期间稳定水位深8.5-9.02m，地下水对混凝土无腐蚀性。场地土层分布具有明显的规律性，从上到下依次为杂填土厚2.0-3.5m；黄土，中等压缩性，厚度较大；古土壤，中等压缩；粉黏土，中等偏低压缩性。黄土层建议地基承载力标准值fk=150kPa。21.3建筑平面设计1.3.1总平面设计总平面图见图1.1，该建筑耐火等级为二级，四周较空旷，满足防火间距的要求，消防车道可以利用友谊东路，日照，通风，卫生等要求均能满足。1.3.2平面设计该建筑开间为3.3m，进深7.2m，采用柱距为6.6m的大柱网。在端部设一跨度为9.9m。每三个开间合为一教室，阶梯教室布置在底层。计算机房与阅览室布置在顶层，各层教室休息室靠近楼梯布置。辅助房间设计：卫生间平面设计：为保证卫生间的自然通风，将卫生间布置在建筑的西端头，卫生间前设置一阳台，卫生间左右相邻。交通联系部分的平面设计：设计走廊净宽为2m，取轴线尺寸为2700mm。为使人流尽早分散，避免底层走廊过于拥挤，将楼梯与门厅结合在一起布置，另在靠近西端头处再设置一楼梯。建筑平面组合设计：阶梯教室与设计室人员流动较多，置于底层。计算机房与阅览室为便于管理，置于顶层。教室休息室靠近楼梯布置。卫生间置于通风条件良好的西端头。普通教室在各层灵活布置。1.4建筑剖面设计该建筑为7层，底层层高取3.9m，其余各层取3.6m。室内外高差为450mm。窗高h=2.1m，室内地面至窗台高度为0.9m，则窗上缘高度为3.0m。1.5建筑立面设计学校建筑应严谨而活泼，该建筑采用非对称设计，门厅布置于建筑的中轴线西侧，靠近西安建筑科技大学北门，两入口相互呼应，以表明其与西建大的从属关系。门厅正上方和卫生间前，各层均出挑阳台，以丰富立面效果，由此在立面上竖向划分为阳台—窗—阳台—窗四大块，在横向上由外墙的不同颜色来联系与分割，地面到窗台用浅灰色，形成贯穿整个建筑的色带，与阳台的白色能较好的过度，灰色的后退感又突出白色阳台的立面效果。窗台以上用砖红色，典雅大方，与校内的南阶梯，逸夫楼，继续教育学院教学楼形成统一的风格。友谊东路篮球场120004500024000400012000195005000图1.1总平面图40003在结构设计中取的梁高可能不一致，引起窗洞高度的变化，在外立面上用与窗颜色相近深色调整。底层阶梯教室临街一侧墙不设置窗，用花岗岩饰面。1.6构造设计内外墙体材料及厚度的确定，楼地面面层材料的选择，檐口构造详细见建施3详图。1.7防火设计该建筑耐火等级为二级，建筑分类为二类。故每层为一防火分区。设有两部楼梯，每个防火分区的安全出口为2个，满足规范的要求。安全疏散距离满足规范要求。设封闭楼梯间，在走道和楼梯交汇处设置防火门。2结构设计计算书2.1符号规定略2.2结构布置及计算简图根据该建筑的使用功能以及建筑设计的要求，进行了建筑平面、立面和剖面的设计，其标准层建筑平面，结构平面和剖面详见图。楼盖以及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取100mm。梁截面高度按照梁跨度的1/12至1/8估算。该框架的抗震等级为二级。基础选用肋梁式筏板基础，基础埋深2.2m,肋梁高度1.2m。框架结构计算简图取顶层的形心线作为框架柱的轴线，取板底为框架梁轴线，2至7层柱高即为层高，取3.6m，底层柱高度从基础顶面取至一层板底：h1=3.6-.01+0.45+1=5.25m。2.3重力荷载代表值计算分别计算屋面以及楼面的永久荷载标准值，屋面及楼面可变荷载标准值，梁、柱、墙、窗、门重力荷载值，然后计算各层重力荷载代表值。2.4框架侧移刚度计算根据梁柱的线刚度比K的不同，框架柱可分为中柱，边柱和楼梯间柱等。将上述不同情况下同层框架柱的侧移刚度相加，即得框架各层层间侧移刚度∑Di,该框架为规则框架。2.5横向水平地震作用下框架结构的侧移和内力计算本建筑高度不超过40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切变形为主，采用底部剪力法计算水平地震作用。根据西安地区抗震设防区划图，该建筑属于A2区，Tg=0.5s，αmax＝0.15，求得水平地震作用。经验算弹性层间位移角满足规范要求。用D值法分析结构内力。2.6竖向荷载作用下框架结构的内力计算2.6.1框架内力计算取④轴线处框架进行计算，由于房间内布置有次梁，故直接传给该框架的楼面荷载需要分割，计算单元范围内的其余楼面荷载则通过次梁和纵向框架以集中力的形式传给横向框架。由于纵梁对柱有偏心，所以在框架节点上还作用有集中力矩。（1）荷载计算恒载计算与活荷载计算，具体过程略。（2）内力计算梁端和柱端弯矩采用弯矩二次分配法计算。先确定梁的固端弯矩以及节点各杆的弯矩分配系数。在竖向荷载作用下，结构为奇数跨对称结构，故可取半框架进行计算。梁端弯矩求出后，从框架中截取隔离体，应用平衡条件，梁端剪力可根据梁上竖向荷载引起的剪力与梁端弯矩引起的剪力相叠加而得，柱端剪力可由柱端弯矩确定。柱轴力为柱所在层以上所有与该柱相连的梁端剪力和节点集中力之和，计算恒载作用时的柱轴力要考虑柱的自重。2.6.2横向框架内力组合4该结构为框架结构，高度小于30m，烈度为8度，可确定建筑抗震等级为二级。（1）框架梁内力组合在设计过程中考虑了四种内力组合，即可变荷载控制的组合1.2SGk+1.4SQk，永久荷载控制的组合1.35SGk+SQk，地震作用下的不利组合1.2SGEk+1.3SEk和地震作用下的有利组合1.0SGEk+1.3SEk。在实际计算中均从正弯矩值较大的支座剪力判断跨中弯矩最大值发生的位置，在对称荷载作用下，跨中弯矩最大值总是偏向于支座弯矩正弯矩较大的一侧。在地震作用下的组合中考虑有利作用与不利作用。（2）框架柱内力组合取每层柱子顶和柱底两个控制截面，进行三种内力组合，即可变荷载控制的组合1.2SGk+1.4SQk，永久荷载控制的组合1.35SGk+SQk，地震作用下的不利组合1.2SGEk+1.3SEk。2.7截面设计2.7.1框架梁（1）正截面受弯承载力计算将支座中心处的弯矩换算为支座边缘控制截面的弯矩再进行配筋计算。当梁下部受拉时，现浇板可作为受压翼缘，将梁下部钢筋伸入支座，作为支座负弯矩作用下的受压钢筋进行计算。（2）梁斜截面承载力计算2.7.2框架柱（1）剪跨比和轴压比验算（2）框架柱正截面承载力计算遵循强柱弱梁的设计原则，为了保证框架柱的受弯承载力大于梁的受弯承载力，避免柱中出现塑性铰而形成柱铰型破坏机构，需要根据梁端弯矩对柱端弯矩进行调整，并与柱端组合弯矩的调整值比较后，选出最不利内力，进行配筋计算。（3）柱斜截面受剪承载力计算为防止构件发生脆性剪切破坏，宜使构件的斜截面的受剪承载力大于构件弯曲屈服时实际达到的剪力。2.7.3框架梁柱节点核芯区截面抗震验算该框架的抗震等级为二级，根据《建筑抗震设计规范》（GB500011－2001），节点核心区配箍特征值不宜小于0.10，且体积配箍率分别不宜小于0.5％。2.8罕遇地震作用下弹塑性变形验算根据《西安市抗震设防区划》罕遇地震下Tg=0.65s，αmax=0.80，多遇地震下Tg=0.5s，αmax=0.15。则0.8/0.15×（0.65/0.5）0.9=6.75。按照框架梁、柱的实际配筋面积和材料强度的标准值计算构件端部的实际正截面承载力。最大的层间弹塑性位移角度发生在底层，θp=1/521/50，满足要求。2.9基础设计根据工程地质勘察结果，选用柱下肋梁式筏板基础，其具有减小基底压力和调整不均匀沉降的能力，埋置深度取2.2m，筏板厚度