1、复旦大学3号教学楼设计 院 系：城市建设学院专业班级：土木工程1202班 姓 名：王俊天宏 学 号：20121222169 指导教师：李扬2016年5月20日复旦大学3号教学楼设计Design of 3 teaching building of Fudan University 摘要 本工程名称为复旦大学3号教学楼工程，采用钢筋混凝土框架结构，主体结构为7层，地点在上海市徐汇区，该地区的抗震设防烈度为7度，建筑场地类别为类场地。基本风压为0.55kN/m2,基本雪压为0.20kN/m2。楼、屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构。在本工程设计中我将贯彻“以人为本”的原则，合理考虑平面布局、科学安排设计流
2、程，从而来满足建筑的使用要求，并且其间严格按照建筑设计规范中的相关规定。本工程设计主要分析了轴的一榀框架，在确定柱网布置后，初步确定柱截面和梁截面的尺寸，估算出现浇板厚度，并且进行了框架线刚度计算。之后，对恒荷载、活荷载、风荷载与地震作用分别进行荷载统计，并且对风荷载、地震作用进行侧移验算。然后，运用力学结构求解器进行内力计算，再进行内力组合，接下来便是梁柱板和基础的配筋计算部分。完成上述流程后，最后绘制相应的建筑图纸与结构图纸。关键词：框架结构 以人为本 荷载统计 内力计算 内力组合 配筋计算IAbstract The project name for No. 3 teaching buil
3、ding project in Fudan University, with reinforced concrete frame structure, the main structure is divided into 7 layers and place in Xuhui District, Shanghai City, the seismic fortification intensity of the area is 7 degrees, the building site categories for site class II. The basic pressure 0.55kN/
4、m2, basic snow 0.20kN/m2. Floor and roof are used in cast-in-place reinforced concrete structure. In the design of this project, I will implement the principle of people-oriented, consider a reasonable layout, scientific arrangement of design process, in order to meet the requirements of the buildin
5、g, and during in strict accordance with the relevant provisions of the code for design of building. This design mainly analyzes the three shaft frame, in determining the grid layout, initially identified column section and beam section size, estimate the thickness of the slab, and the wire frame sti
6、ffness calculation. After that, the load statistics on dead load, live load, wind load and earthquake action are carried out respectively, and the calculation of wind load and earthquake action is checked. Then, the mechanical structure is used to calculate the internal force, and then the internal
7、force combination, the next is the beam column plate and foundation reinforcement calculation part. After the completion of the above process, and finally draw the corresponding architectural drawings and structural drawings.Key words: frame structure people oriented load statistics calculation of i
8、nternal force internal force combination reinforcement calculation II目录摘要IAbstractII绪论11.建筑设计11.1设计概要11.1.1房间的面积、形状、尺寸的确定11.1.2房间的门窗设置11.1.3交通联系空间的平面设计11.2建筑平面设计21.3建筑立面设计21.4建筑剖面设计31.5抗震设计41.6楼梯设计41.7防火设计41.8细部构造做法51.8.1勒脚51.8.2屋面工程51.8.3门窗工程51.8.4油漆构件防腐、防锈工程51.8.5基础工程51.9建筑细部具体构造做法61.9.1屋面做法61.9.2
9、楼面做法71.9.3内墙做法71.9.4外墙做法71.9.5卫生间做法72.结构设计82.1工程概况82.2设计依据82.2.1规范依据82.2.2工程地质勘察报告82.2.3结构设计参数92.2.4抗震设计参数92.3荷载取值92.3.1 雪荷载、风荷载92.3.2 楼面、屋面活荷载标准值102.3.3 结构重要性系数、荷载分项系数、可变荷载组合值系数取值102.4 主要结构构件及墙体截面尺寸102.5 基础102.6 材料113.结构方案113.1设计有关资料123.2构件及材料尺寸123.2.1框架柱截面初步确定123.2.2梁截面初步确定133.2.3现浇板厚度143.3计算简图的确定
10、143.4结构平面布置图154.荷载统计164.1恒荷载标准值计算174.2活荷载标准值计算224.3风荷载计算244.4地震荷载264.4.1建筑物重力荷载代表值Gi的计算264.4.2地震作用的计算284.4.3计算一榀框架轴的抗侧刚度304.5侧移验算314.5.1风荷载作用下的侧移验算314.5.2地震作用下的侧移验算315.内力计算315.1内力计算方法325.2竖向荷载作用与水平荷载作用下的内力计算325.2.1恒载满布时一榀框架的内力图325.2.2 活荷载布置在第一跨时的内力图345.2.3 活荷载布置在中间跨时的内力图375.2.4活载满布时内力图405.2.5 水平风荷载作
11、用下的内力图435.2.6地震作用下的内力图（左震）465.2.7重力荷载作用下的内力计算496.内力组合536.1 组合原则546.2 横向框架内力组合566.3 框架柱内力组合637.梁柱配筋计算717.1框架梁配筋计算727.1.1设计参数727.1.2 BC梁左支座正截面设计727.1.3 BC梁右支座正截面设计727.1.4 BC跨梁跨中正截面设计737.1.5梁斜截面设计747.1.6裂缝宽度验算757.1.7变形验算767.2框架柱配筋计算807.2.1设计参数817.2.2柱子柱顶截面纵筋设计817.2.3柱子柱底截面纵筋设计837.2.4柱顶截面箍筋设计857.2.5柱底截面
12、箍筋设计867.2.6裂缝宽度验算878.板的设计948.1板的平面结构布置图958.2荷载计算958.3弯矩计算958.4截面设计968.5裂缝验算999.基础设计999.1 B柱独立基础1009.1.1 基础设计参数1009.1.2 确定基础底面面积1009.1.3 持力层强度验算1019.1.4 基础冲切验算1019.1.5 基础配筋计算1039.2 C、D双柱联合基础1049.2.1 基本设计参数1049.2.2 确定基础底面面积1049.2.3 持力层强度验算1059.2.4 基础冲切验算1059.2.5 基础配筋计算106结论108致谢109参考文献109附录111 绪论复旦大学3
13、号教学楼设计按照的是华中科技大学武昌分校毕业设计要求编写的毕业设计，内容包括建筑设计、结构设计两部分。 该拟建工程项目为复旦大学3号教学楼，位于上海市徐汇区，交通发达，地势平缓。总建筑面积约为5900m2，建筑高度为31.85m，设有教室、办公室、会议室、公共卫生间等设施。设计的合理使用年限为50年，建筑耐火等级为二级，屋面防水等级为三级，该地区为一类环境。月平均最高气温32.4，月平均最低气温为1.7。 教学楼属于民用建筑中公共建筑中的文教建筑一类。在我国，高校的建设一直是国家教育发展战略的重点。进入新世纪以来，在教育全球化的影响下，我国高等教育有了长足的发展，公共教学楼规模也越来越大。在近
14、十年来，高校规模的急剧增长与土地资源不可再生的矛盾日益突出，因此对高校教学楼的设计提出了新的要求。当下，对新建高校教学楼的通用性、公共空间的研究也成为国内外研究的主要方向之一，它具有深刻的时代意义和历史价值。 本设计方案应体现“以人为本”的原则，平面布置应当合理，流程步骤应当科学。并在最终提交建筑设计施工图57张，包括内容为建筑设计总说明；门窗表；装修做法表；总平面图；首层、标准层和屋面平面图；各立面图和主要剖面图；详图（不少于三张）。 （1）结构选型：根据建筑设计方案及设计原始资料，选择适当的结构体系。 （2）结构布置：合理布置结构构件，初步确定材料强度等级及构件截面尺寸。 （3）结构内力分
15、析及构件设计：根据现行国家设计规范，计算结构荷载及地震作用，手算完成结构一个主轴方向的内力分析，并进行框架梁、柱的内力组合，完成构件截面设计及配筋计算；同时，采用工程设计软件验算结构内力及配筋（结构力学求解器、PKPM），最终将其与手算结果进行对比分析。 （4）地基基础方案：基础选型及其埋置深度的确定，基础尺寸及配筋计算。 （5）施工绘图：结构施工图68张，以计算结果为依据，结合结构的相关构造要求，全面准确地完成以下内容：结构设计总说明；基础平面布置图及基础配筋图；标准层结构平面布置图、屋面结构平面布置图；框架梁柱配筋图。21.建筑设计1.1设计概要 本设计是上海市复旦大学的3号教学楼，采用钢
16、筋混凝土框架结构，主体为7层，属于高层建筑，而且该建筑为二级抗震，在设计时需要考虑地震因素的影响。 由于本设计是大学教学楼，所以需要根据其建筑的使用功能、建筑规模和相关的建筑规范来对建筑进行设计，力求达到空间上的合理运用、经济上的合理分配和功能上的合理发挥。当然在教学楼中，日常的光照时间、光照面积和走廊楼梯的相关设计也尤其重要。1.1.1房间的面积、形状、尺寸的确定民用建筑常见的房间形状有矩形、方形、多边形、圆形等，在具体设计中，应从使用功能、平面组合、结构形式与结构布置、经济条件、建筑造型等方面综合考虑，选择合适的房间形状。我在设计中选择的是矩形平面，在实际工程中，矩形房间在诸如教学楼、办公
17、楼等建筑中常常被采用。矩形平面体型简单，墙体是平直的，利于房间内部的设施布置，而且结构布置简单，也便于施工。其次，矩形平面便于统一开间和进深，也有利于我在平面及空间的组合。在教学楼中，为了保证良好的视听效果和音质效果，矩形平面的开间与进深的比例也需要进一步的确定，在通常情况下取1:1.21:1.5，狭长型的矩形不利于使用。框架结构房屋中，进深也一般不大于9.00m，且开间和进深都需要符合相应的模数。1.1.2房间的门窗设置房间的门是供人们出入和交通联系用的，也会兼作采光和通风的作用。在平面设计中，门的宽度取决于人体尺寸、人流股数及家具设备的大小等。由于是大学教学楼，考虑到学生和老师人数较多，需
18、要把门的宽度设计的大一些，最好在教室两头各设置一处门供出入。除此之外作疏散作用的门开启方向应朝外侧，其余的门朝内侧。窗户的主要功能是采光和通风，窗的面积要符合相应的窗地比，达到采光上的要求，且需要符合模数。我在设计中采用的是推拉窗，尺寸为1500mm1500mm。1.1.3交通联系空间的平面设计走道的主要功能是连接各个房间、楼梯和门厅等，用来解决建筑中水平交通的联系问题。走道的宽度应符合人流通行和建筑防火的要求，对于大学教学楼来说，走道宽度要适当的加大，以满足对人流的要求。而走道的长度，对不同的耐火等级，其要求也各不相同，一切都要以安全为第一考虑。楼梯是建筑中各楼层间垂直交通联系得部分，它的设
19、计主要是根据所要使用的需要和安全疏散要求来选择合适的形式，然后确定楼梯的梯段宽度和休息平台宽度，且要布置在适当的位置，并且需要确定建筑物内的楼梯数量和楼梯间的平面位置及空间组合。必要时，除了楼梯之外还得考虑设置电梯。1.2建筑平面设计建筑的平面设计包括单个房间平面设计以及平面组合设计，单个房间的设计是在整体建筑合理而适用的基础上，确定房间的面积、形状、尺寸、及门窗大小和位置。平面组合设计实际上是建筑空间在平面上的组合。影响平面组合设计的为以下几个方面： （1）使用功能：要合理分区，并且要有明确的流线组织。 （2）结构类型：目前民用建筑常用的结构类型有三种，即混合结构、框架结构和空间结构。综合考
20、虑框架结构设计的诸多优点，本设计采用框架结构。 （3）设备管线：设备管线占有一定空间，在设计时应考虑一定的设备位置，恰当的布置相应的房间。 （4）建筑造型：一般而言，简洁、完整的建筑造型无论对于缩短内部交通流线，还是对于结构的简化，节约用地，降低造价以及对抗震性能的能升都是极为有利的。1.3建筑立面设计由于不同功能要求的建筑类型，具有不同的内部空间组合特点，一栋建筑物的外部形象在很大程度上是其内部空间功能的的表露，因此，采用那些与其功能要求相适应的外部形式，并在此基础上采用适当的建筑艺术处理方法来强调该建筑的性格特征，使其更为鲜明、突出。建筑立面设计则偏重于对建筑物的各个立面以及其外表面上所有
21、构件，例如门窗、雨篷、遮阳板、暴露的梁、柱等等的形式、比例关系和表面的装饰效果等进行仔细的推敲。在设计时，通常是根据初步确定的建筑内部空间组合的平、剖面关系，例如房间的大小和层髙、构部件的构成关系和截面尺寸、适合开门窗的位置等等，先绘制出建筑物各个立面的基本轮廓，作为下一步调整的基础。然后再进一步推敲出各个立面的总体尺度比例，同时综合考虑立面之间的相互协调性，特别是相邻立面之间的连续关系，并且对立面上的各个细部，特别是门窗的大小、比例和位置，以及各种突出物的形状等进行必要的调整。最后还应该对特殊部位，例如出人口等作重点的处理。1.4建筑剖面设计剖面设计的主要目的是根据建筑空间的使用特点、造型要
22、求及经济等因素，分析并确定建筑物在垂直方向的剖面形状、建筑层数、高度、建筑竖向方向的空间，以及建筑剖面中的结构、构造关系。建筑物的剖面形状与功能要求相关，在民用建筑中绝大多数的建筑是属于一般功能要求的，住宅、宿舍楼、教学楼、办公楼等建筑房间的剖面形状多采用规整的矩形。一般进深不大的房间多采用侧光窗，当进深较大时刻提高窗户高度。普通窗台的高度一般为900mm，但有时功能需求不同时可相应变换。为了防止室外雨水侵入室内，并防止墙身受潮，首层室内地坪（地面标高为0.000），一般应高于室外底面至少150mm，室内外高差通常在150mm600mm之间，本设计采用室内外高差为350mm。通常对于一些经常使
23、用水的房间，如卫生间、盥洗室、阳台、厨房等，为避免溢水，常将地坪设置的比本层地坪低20mm50mm，本设计中，卫生间的标高比本层楼面标高低20mm。剖面设计与平面设计时分别从两个不同的方面来反映建筑物内部空间关系。平面设计着重解决空间内部在水平方向上的逻辑关系，而剖面设计则不同，它主要是针对于内部空间在垂直方向上的组合，主要解决层数、层高和空间组合等问题，它直接表达出不同建筑空间之间的尺度关系。一般习惯是先进行平面设计，继而进行剖面设计，剖面关系反过来又回影响建筑平面的布局。因此在建筑设计中，必须将剖面与平面设计综合考虑，不断调整，修缮，才能使设计更加完善、合理。综合各方面因素考虑，本设计采用
24、：首层层高4.5m，27层层高4.5m,采取上人屋面，建筑总高为31.85m，室内外高差取0.35m，女儿墙高度取1200mm。1.5抗震设计本设计抗震设防烈度7，。根据建筑抗震设计规范（GB50011-2010）第1.0.2规定：抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设计。钢筋混凝土框架建筑应根据其抗震设防类别、抗震设防烈度、结构类型和建筑高度采用不同的抗震等级，并应符合相应的计算和构造措施要求。本工程的抗震设防类别为丙类。地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防的要求。本设计属于框架结构，7度设防，高度大于24m，所以抗震等级为二级。1.6楼梯设计 楼梯是多、高层建筑中竖向交通和
25、人流紧急疏散的主要交通设施。此外，根据建筑物的要求，也可设置电梯、自动扶梯和坡道等垂直交通设施。楼梯的数量、位置、梯段宽度和楼梯间形式应满足使用方便和安全疏散的双重要求。并且其构造设计应满足坚固、耐久、安全、防火等方面的要求。在房屋建筑学中，关于楼梯的相关规范，对于大学教学楼，楼梯的踏步最小宽度为280mm，最大高度为160mm。由于大学教学楼人流较多，梯段宽度取1650mm2100mm之间，梯井宽度不小于150mm，栏杆扶手高度不小于900mm，平台深度不应小于梯段宽度。在本工程中，共设有2部楼梯，均采用双跑楼梯，楼梯的开间为4.6m，进深6.6m。层高为4.5m，设计为等跑楼梯，每跑均15
26、级踏步，14个踏面，踏步尺寸为280mm150mm，中间休息平台尺寸为2100mm4400mm。除此之外，本设计中还设有2部电梯，载重量为1250kg，轿厢尺寸为1950mm1400mm2300mm，井道尺寸为3500mm2300mm。1.7防火设计 在对建筑进行相关的设计时，需要考虑防火的要求。本设计建筑耐火等级为二级，所以对疏散走道、安全出口、疏散楼梯梯段、房间疏散门的净宽和直接通向疏散走道的房间疏散门至最近安全出口的最大距离等都应符合相关的防火规范要求。在设计中，需要充分考虑这方面的因素。1.8细部构造做法1.8.1勒脚墙角所处的位置容易受到外界的碰撞和雨、雪的侵蚀，致使墙体破坏，影响建
27、筑物的耐久和美观。除此之外，由于常受到地表水和地下水毛细作用所形成的潮气侵蚀，致使墙身受潮，饰面脱落，影响室内外环境卫生和人体健康。一般来说，勒脚的高度不应低于700mm。勒脚应与散水、墙身水平防潮层形成闭合的防潮系统，它起着保护墙身和提升墙体立面美观的作用。为了防止水突然沿着基础上升及室外地面积水通过勒脚渗入墙体内部的情况发生，需要对墙体进行防潮措施，墙身防潮的方法是在墙角铺设水平防潮层和垂直防潮层。本工程设水平防潮层。采用防水砂浆防潮层。1.8.2屋面工程 （1）屋面防水等级为三级。 （2）基层与突出屋面结构（女儿墙、墙、变形缝、管道、天沟、檐口）的转角处水泥砂浆粉刷均做成圆弧或圆角。 （
28、3）凡管道穿屋面等屋面留洞孔位置须检查核实后再做防水材料，避免做防水材料后再凿洞。 （4）高层面雨水排至低屋面时，应在水管下方屋面铺放一块49049030细石混凝土保护。1.8.3门窗工程 （1）在生产加工门、窗之前，应对门窗洞口进行实测。 （2）门窗安装前预埋在墙或柱内的木，铁构件应做防腐、防锈处理。1.8.4油漆构件防腐、防锈工程 （1）所有埋入混凝土及砌块中的木质构件均须做好防腐处理，满涂焦油一道。屋面架空硬木版须经防虫、防腐处理后方可使用，面刷酚酞清漆。 （2）所有埋入混凝土中的金属构件须先除锈，刷防锈漆二道；所有露明金属构件（不锈钢构件除外），均须先除锈刷防锈漆一道，再刷油漆二道。1
29、.8.5基础工程根据现行建筑地基基础设计规范和地基损坏造成建筑物破坏后果（危及人的生命、造成经济损失和社会影响及修复的可能性）的严重性，将基础分为三个安全等级：一级、二级、三级。本设计基础的安全等级为二级，对应于破坏后产生严重的后果，建筑类型为一般工业与民用建筑。基础按刚度分为：刚性基础和柔性基础，按构造分类可分为：独立基础、条形基础、伐板基础、箱形基础和壳体基础。其中，独立基础是柱基础中最常用和最经济的型式。本工程采用独立基础和联合基础。基础埋置埋深的选择应考虑： （1）建筑物结构条件和场地环境条件 在保证建筑物基础安全稳定，耐久使用的前提下，应尽量浅埋，以便节约投资，方便施工。某些建筑物需
30、要具备一定的使用功能或宜采用某种基础形式，这些要求常成为其基础埋深的先决条件。结构物荷载大小的不同和性质的不同，对地基的要求也不同，因而会影响基础埋置深度的确定。为了保护基础不受人类和生物活动的影响，基础宜埋置在地表以下，其最小埋深为0.5m，且基础顶面宜低于室外设计地面0.1m，同时有要便于周围排水沟的布置。 （2）工程地质条件 （3）水文地质条件选择基础埋深时应注意地下水的埋藏条件和动态： （1）地基冻融条件。 （2）建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，基础的形式和构造。 （3）作用在地基上的荷载大小和性质。 （4）工程地质和水文地质条件。 （5）相邻建筑物的基础埋深。 （6）地基土冻胀和融陷的影响。1.9建筑细部具体构造做法1.9.1屋面做法15厚水泥砂浆 （刚性）40厚C20细石混凝土防水 （柔性）三毡四油铺小石子 15厚水泥砂浆 40后水泥石灰焦渣砂浆0.3%找平 80厚
