苏州新区某轻工业厂房设计土木工程毕业论文.docx
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苏州新区某轻工业厂房设计土木工程毕业论文
XXXX学院
毕业设计
题目
苏州新区某轻工业厂房设计
专业
土木工程
学号
班级
XX级本科
姓名
XX
指导
XX
2015年05月
摘要
本次毕业设计为工业厂房设计,主体4层,抗震设防烈度为6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车间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。
还进行了基础及楼梯的设计.在截面设计中为了得到一个较优的截面尺寸,提高设计的经济性在初选截面尺寸时进行了比选构件截面尺寸。
最后还借助于PKPM软件,对整个结构体系进行了电算。
关键词:
工业厂房,建筑设计,结构设计,
ABSTRACT
Thegraduationdesignforindustrialbuildingdesign,mainbody4layer,theseismicfortificationintensityis6degrees.Thedesignconsistsofarchitecturaldesignandstructuraldesignoftwoparts.Thearchitecturaldesignisonthepremiseofoverallplanning,accordingtotherequirementsofthemissiondesign,consideringthebaseenvironment,usefunction,comprehensiveselection,construction,materials,constructionequipment,architecturalartandeconomy.Startfromthewhole,andstrivetocreateamodernandelegantbuilding,intheconstructionoftheprocessingtechniqueemphasizesthecharacteristicsofofficeatthesametimetakingintoaccountthevenue,greenfacilities,andotherfunctionalrequirements,andthesurroundingbuildings,adoptingthedesignofrectangular.Inthispart,takingintoaccountthecurrentshortageofenergy,energysavinghasbecomeatrend,sointhisdesignprocesswasalsocarriedoutenergy-savingdesign.
Structuraldesignofbuildingsisinpreliminarydesignisdeterminedonthebasisofstructuralscheme;selectingreasonablestructuralsystem;structurallayout,andthepreliminaryestimate,determiningthesizeofstructuralcomponent,structurecalculation.Thedesignofthecast-in-placereinforcedconcreteframestructure,thefoundationofsinglefoundationundercolumn,bearingsystemfortransversebearingframesystem.Alsothebasisandthestaircasedesign.Incrosssectiondesigninordertogetabettersectionsize,improveeconomyofdesignintheprimarysectionofacomparisonsectionsizeofcomponents.Finally,withthehelpofPKPMsoftware,theentirestructurewascarriedoutbycomputer.
Keywords:
industrialbuilding,architecturaldesign,structuraldesign,
1.建筑设计
1.1设计基本资料
1.工程名称:
苏州新区某轻工业厂房设计
2.建筑面积:
5423.8平方米
3.设计使用年限:
50年;
4.地面粗糙度:
B类;
5.抗震等级:
二级;
6.设防烈度:
6度;
7.结构重要性系数:
1.0
8.设计标高:
室内设计标高±0.000,室内外高差300mm
9.气象:
设计标高:
气侯温和湿润,四季分明。
年平均气压1016.1hPa
年平均气温15.7°C
最热月月平均气温28.2°C
最冷月月平均气温3.1°C
极端最高气温38.8°C
极端最低气温-9.8°C
平均年总降水量1088.5mm
一日最大降雨量343.1mm
最大积雪深度18.1mm
全年平均风速3.9m/s
30年一遇最大风速25.3m/s
全年最多风向东南
夏季最多风向东南
冬季最多风向西北,西北偏北
全年日照1996.3hr.
10、工程地质:
(1)天然地面标高:
吴淞基准5.6m。
(2)洪水位:
吴淞基准4.4m。
(3)地下水位:
天然地面以下2.8m。
其余见工程地质勘探报告。
1.2平面设计
建筑平面设计是建筑方案设计的主要内容,它对是否满足建筑物的使用功能起着决定性的作用。
建筑平面是表示建筑在水平各方向各部分的组合关系,能够较为集中的反映建筑物功能方面的问题,因此一般从平面设计入手。
但在平面设计过程中要结合建筑物的整体空间效果,密切联系建筑的立面和剖面,不断调整和修改平面。
再结合结构布置的要求,尽量使房间合理布置又满足结构设计的要求。
一栋建筑除满足各房间的使用要求外,还需要交通联系部分把各房间联系起来。
交通联系部分包括水平交通空间(走廊)、垂直交通空间(楼梯、电梯、台阶),交通枢纽空间(门厅、过厅)。
合理组织好建筑内部交通和对外联系是平面设计的主要内容,它直接影响到建筑的使用和人员的安全。
1.3剖面设计
剖面设计是确定建筑物竖向各房间的组合关系、空间的形状、尺度和建筑层次等。
它与平面一样和建筑使用、造价、节约用地等有密切的关系,应结合平面全面的进行考虑。
净高和层高净高为房间地面到顶棚或其它构件底面的距离,与房间的使用性质、活动特点、采光通风、空间观感有关,层高已由任务书给出,它是该层地平或楼面到该上层楼面的距离,即净高加上楼板层的结构厚度。
室内外高差为防止室外雨水流入室内并防止墙身受潮,将室内地面适当抬高,一般从建筑物使用方便的原则出发,室内外高差不宜过大,一般为0.45m-0.6m。
窗台高、窗高及门高一般情况考虑层间窗台高与工作面的协调,取值班室面对大厅的窗台高0.9米。
其它房间根据功能和空间观感协调窗台高度,宿舍及其余窗台高取1.2米;窗高主要影响房间的采光均匀度,框架结构建筑宜在框架梁或在联系梁下直接设窗,不宜另设过梁。
1.4立面设计
建筑立面表示建筑物四周的形象。
立面设计是在紧密结合平面、剖面的内部空间组合、外部环境及在满足建筑使用要求和技术经济条件下运用建筑造型和立面构图的规律进行的。
根据初步确定的建筑内部空间组合的平剖关系,如建筑的大小,高低,门窗的位置,大小等,描述出建筑各立面的基本轮廓,作为进一步调整,统一进行立面设计的基础。
首先推敲立面各部分总的比例关系,考虑作为一个整体的几个立面的统一,相邻的立面间的连接和协调,然后按建筑构图规律着重分析立面上墙面的划分和处理,门窗的安排和调整,最后对建筑入口、各部分装饰等做重点及细部加工。
1.5建筑构造设计
建筑构造设计是建筑设计的重要组成部分,是建筑平、立、剖的继续和深入,也是结构设计和施工的重要依据。
外墙框架结构的外墙只起维护作用,在保温隔热的同时要求质轻以减少结构负担,不宜采用普通砖石,宜采用轻质砌块或轻质板材。
本设计选用陶粒空心砌块,砌块直接砌于框架梁上,一般梁下直接设门窗,不另设过梁,外墙厚240mm。
内墙一般只起分隔空间作用,根据内墙两侧空间的使用要求来选择墙体材料、尺寸和构造方式,楼梯间应有足够的防水性能;卫生间应具有防水、防潮性能等。
楼面采用现浇楼板,室内和走廊为陶瓷地砖楼面,卫生间为陶瓷锦砖,且卫生间地面比走廊低20mm,以防止水外溢,周围墙体用瓷砖做防水处理。
屋面不上人且有保温。
女儿墙高500mm,在端部做现浇砼压顶,采用有组织外排水。
将下部窗间构造柱伸入女儿墙,间距3600mm,以增强其抗震性能。
2、结构选型和结构布置
2.1结构型式
建筑的结构型式主要是依据建筑结构受力骨架的材料来划分,建筑结构的型式繁多,通常有:
砌体结构、钢筋混凝土结构、钢结构和钢—混凝土组合结构等:
1、砌体结构:
强度较低,建筑物中墙、柱的截面尺寸较大,材料用量较多,因而结构自重大,抗拉抗剪性能较差,难以抵抗水平作用产生的弯矩和剪力,抗震性能差。
2、钢筋混凝土结构:
强度较高、抗震性能较好,并且具有良好的可塑性。
3、钢结构:
强度较高、自重较轻,具有良好的延性和抗震性能,并能适应建筑上大跨度、大空间的要求。
4、钢—混凝土组合结构:
一般是钢框架与钢筋混凝土筒体的组合。
5、本项目结构型式的确定
由于本工程只有四层,属于典型的多层建筑,从受力方面来讲钢筋混凝土和钢结构以及钢-混凝土组合结构都比较合理,但由于钢结构随着高度的增加侧位移变形也随之增加,另外从国内建筑的发展状况和经济的角度考虑,选择钢结构和钢-混凝土结构也不大合理,所以通过各发面的比较,最后确定本工程的结构型式为钢筋混凝土结构型式。
2.2结构体系
多层及高层建筑常用的受力结构体系有:
混合结构、框架结构、剪力结构、筒体结构、框架——剪力墙结构、巨型结构。
根据工程设计的原始资料和设计任务要求,综合各种技术、经济条件、建筑艺术要求,确定建筑结构体系,对其进行总体结构布置,尽量符合安全、适用、经的要求。
各自的特点如下:
1、混合结构
混合结构的特点为:
主要承重用砖或砌块砌筑;造价低廉,施工简单,保温隔热效果好;但砌体强度较低,利用砖墙承重时,房屋的层数受到限制,同时由于抗震性能较差,地震区应用也受到一定的限制。
一般六层及六层以下的楼房,如住宅、办公室、医院等民用建筑及中小型工业建筑都适宜用混合结构。
在墙体的布置上,纵横墙体的布置一般容易达到刚性方案的构造要求,刚度较大。
墙体是承受荷载的主要构件,要使墙体有足够的刚度,就必须在结构布置上设计足够多的墙体,以提高结构的整体工作能力,导致建筑使用空间受到限制。
2、框架结构体系
框架是由梁、柱构件通过节点连接形成和骨架结构,由梁、柱承受竖向荷载和水平荷载,墙仅起分隔维护作用。
其优点:
整体性和抗震性较混合结构要好,而且平面布置灵活,可提供较大的使用空间,也可构成丰富多变的立面造型;框架结构可分为板、梁、柱体系和板、柱体系两种形式。
现浇板、梁、柱体系的结构整体刚度大,构件断面可以比较小;对空间净高的影响也小,因而可以形成较大的使用空间;而板柱体系因无梁高影响将能获得更大的使用空间,这种结构一般适用于楼面为均布荷载,且在经济范围内的建筑,如某些商场、轻型厂房、库房等。
国外曾发展扁平框架,即由扁平的壁柱和壁梁构成墙壁化的薄壁刚架,把壁柱和壁梁集中在一起,可以扩大平面的自由度,刚架与墙壁的组合具有同一机能;同时,也可以减少全部的构件长度,形成较大的使用空间,可以承受如覆雪等较大的荷载。
但此结构会导致增加一些钢筋量。
缺点:
框架结构水平刚度较小,抗震性能较差,此外,非结构性破坏如填充墙、建筑装修和设备管道等破坏较严重。
使用于层数较少或非抗震设计的建筑。
3、剪力墙结构体系
剪力墙结构比框架结构刚度大,用钢量省,结构顶点水平位移和层间位移通常较小,能够满足抗震设计变形要求。
适用于开间较小、墙体较多,房间面积不太大的建筑如住宅、旅馆等,而且室内没有梁柱棱角,整体美观。
同时可以在底部一层或数层取消部分剪力墙而代之框架,形成框支剪力墙结构以满足布置会议室、商店和公用设施等大空间的要求。
4、框架——剪力墙结构
此类结构中,房屋的竖向荷载分别由框架和剪力墙共同承担,而水平作用主要由抗侧刚度较大的剪力墙承担。
这种结构既具有框架结构布置灵活、使用方便的特点,又具有较大的刚度和较强的抗震能力,因而广泛应用于高层办公建筑和旅馆建筑中。
5、筒体结构
筒体结构是以剪力墙构成空间薄壁筒体,或者密柱、密梁形成空间框架筒,这种结构体系作为一个空间构件受力,具有更好的的抗侧移刚度和更好的抗震性能。
常用的有筒中筒、成束筒等形式。
6、巨型结构
一般有巨型框架结构和巨型桁架结构。
巨型框架的大截面柱和巨型梁之间的构件截面较小,增加了建筑布置的灵活性和有效使用面积。
2.3框架布置原则及注意的问题
2.3.1框架布置原则
结构平面形状和立面体形宜简单、规则,使各部分刚度均匀对称,减少平面和竖向结构布置的不规则。
传力明确,减少构件种类规格,便于施工。
结合实际情况进行设缝:
当建筑单元过长时,应考虑设伸缩缝;当建筑存在较大高差时,应考虑设沉降缝,或新建筑物附近有旧建筑物,为避免地基破坏,虚设沉降缝。
缝的设置尽量满足一缝多用。
同时框架布置还应当考虑使用要求、当地的施工条件和经济性。
2.3.2注意问题
框架结构的梁柱宜贯通,不宜采用复式框架,尽量避免采用梁上独立柱承受较大荷载,避免采用柱上顶板或板上压墙的结构方案。
边柱应该注意防被通长设置的纵梁、过梁分割成短柱,由于短柱是脆性破坏的构件,延性差对抗震不利。
梁柱的尺寸划一。
框架柱上下层截面尺寸不同是,边柱应向内扩展,中柱宜向两侧扩展
架梁截面的中心线宜与柱中心线重名,边框架的大量以及沿处纵墙的纵向梁可以编置,但应注意加强刚度。
截面尺寸可以较边柱截面尺寸大一号或尺寸相同,增加角柱纵筋数量并按全高加倍配置箍筋。
护结构宜采用轻质填充墙。
2.4变形缝的设计
在建筑结构的总体布置中,要考虑沉降、混凝土收缩、温度改变和建筑体型复杂等所产生的不利影响。
通常可以分别用沉降缝、伸缩缝和防震缝将房屋分成若干个独立部分,从而消除沉降差、温度和收缩应力以及体型复杂对结构的带来的危害。
沉降缝、伸缩缝和防震缝统称为变形缝。
在多层建筑结构中,设置变形缝是结构安全的需要。
但缝的设置不但影响建筑使用和建筑立面的效果,而且还导致结构构造复杂、防水处理困难和施工不便等不利因素,特别是缝的两侧相邻部分,地震时常因相互碰撞而造成震害。
因此,在多层建筑特别是钢结构的设计中,应尽量通过调整结构的平面形状和尺寸,采取构造和施工措施,尽可能不设缝。
下面分别就三种缝如何设置进行讨论。
2.4.1伸缩缝
伸缩缝也称为温度缝,可以释放建筑平面尺寸较大的房屋因温度变化和混凝土干缩产生的结构内力。
在温度变化影响比较大的部位提高配筋率。
如顶层、底层、山墙、纵墙端开间最小构造配筋率为0.25%,实际工程一般为0.3%。
顶层加强保温隔热措,或设计架空通风屋面,避免屋面结构温度梯度过大。
外强可设置保温层。
顶层可以局部改变为刚度较小的形式,或顶层设温度缝,将结构划分为长度较短的区段。
2.4.2沉降缝
当同一建筑物的不同部分发生不均匀沉降时,会在结构中产生较大的内力和变形而带来危害。
此时,可以采用在该结构不同部分的交接处设置沉降缝的方法,将该不同部分的结构从顶到基础整个断开,使各部分自由沉降,以避免由于沉降差引起的附加应力对结构的危害。
在下列情况下,宜考虑设置沉降缝:
(1)建筑主体结构高度悬殊,重量差别过大。
高层建筑主体结构的周围,常设有层数很少的裙房,它们与主体结构高度悬殊,重量相差很大,会产生相当大的沉降差。
两者之间设置沉降缝,将主体结构和裙房从顶到基础整个断开,使两部分自由沉降,避免由于沉降差引起的附加应力。
(2)地基不均匀。
地基土的压缩性有显著差异时,易造成结构不同部分产生沉降差。
(3)同一建筑结构不同的单元采用不同基础形式。
(4)上部结构采用不同的结构形式或结构体系的交接处。
采用设置沉降缝将建筑物分成若干个独立部分,各部分可自由沉降,即为“放”的处理措施——彻底放开建筑物的各个独立部分。
2.4.3防震缝
当高层建设平面复杂、不对称或房屋各部分刚度、高度和质量相差悬殊时,在地震作用下,会产生扭转和复杂的振动状态。
因而在应力集中和连接薄弱部位,会造成震害。
为了避免这种震害,可采用设置防震缝的办法,将平面和体型复杂的高层建筑,分成若干个比较规则、整齐和均匀的独立结构单元。
一般地,在下列情况下,宜设防震缝:
(1)当建筑平面突出部分较长,而又未采取有效措施时;
(2)房屋有较大错层时;
(3)房屋各部分结构刚度或荷载相关悬殊时;
(4)地基不均匀,各部分沉降相差过大时
2.5本工程的布置
本工程中,根据提供的建筑施工图的要求,结合工程实际情况,布置柱子。
根据实际情况本工程选定承重方案为纵横双向承重。
梁、柱的平面布置图详见“结构平面布置图”。
1、框架梁柱的布置
根据本工程的建筑平面布置及要求,本工程横向刚度相对较小,采用横向框架承重,平面框架横梁沿房屋横向布置,可提高横向刚度,利于抵抗横向水平荷载,纵向框架内力很小,仅按构造要求布置莲系梁,结构受力均匀,布置简单、灵活,柱的布置按方案中的柱位要求进行。
2、次梁和板的布置
沿房屋纵向布置次梁及连系梁,将横向承重框架连结成空间骨架,加强房屋的整体刚度,且使现浇板的跨度在经济跨度之内。
4、其它结构布置
卫生间楼面及楼梯采用现浇方案,楼梯结构布置包括梯段板、梯段梁、平台、平台梁的布置。
5、根据房屋总长、地质情况、抗震等要求,可不设变形缝。
6、标准层楼面及屋面结构布置详见“结构布置平面图”。
2.6构件选型
假定框架柱嵌固于基础顶面,框架梁与柱刚接。
由于各层柱的截面尺寸不变,故梁跨等于柱截面形心轴线之间的距离。
底层柱高从基础顶面算至二楼楼面,基顶标高根据地质条件、室内外高差等条件,初定为-1.0m,二楼楼面标高为4.50m,其余各层的柱高从楼面算至上一层楼面(即层高),故均为3.90m。
由此,可绘出框架计算单元图及框架的计算简图。
2.6.1框架梁
1、纵梁:
L=7800mm,h=(1/18~1/12)L=433mm~650mm,取h=500mm。
b=(1/3~1/2)h=133mm~200mm,取b=250mm(因梁宽必须大于墙厚240㎜)
初选截面尺寸为:
b×h=250mm×500mm
梁惯性矩I=1/12×b×h3=1/12×250×5003=3.125×109
2、横梁:
L=8100mm,h=(1/12~1/8)L=675mm~1013mm,取h=650mm。
b=(1/3~1/2)h=217mm~325mm,取b=300mm
初选截面尺寸为:
b×h=300mm×650mm
梁惯性矩I=1/12×b×h3=1/12×300×6503=8.575×109
2.6.2框架柱
柱截面尺寸可根据公式估算:
式中
—为柱组合的轴压力设计值;
—为简支状态计算的柱的负载面积;
—为折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值,可根据实际荷载计算,也可近似取12~15
;
—不考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数;
—验算截面以上楼层层数;
—柱截面面积;
—混凝土轴心抗压强度设计值;
—框架柱轴压比限值。
由于本框架结构的抗震等级为三级,其轴压比限值
=0.9,各层的重力代表值近似取15
。
由结构平面布置图可知边柱及中柱的负荷面积均为8.1/2
7.8
和8.1
7.8
。
由公式得第一层柱截面面积为
边柱:
中柱:
取柱截面为正方形,则边柱和中柱界面高度分别为319mm和451mm。
根据上述计算结果并综合考虑其他因素,本设计柱截面尺寸取值如下:
mm
注:
底层高度由二层楼面算至基础顶面,所以底层柱高取为H=300+700+4200=5200㎜,其余各层取层高,H=3600㎜。
2.7梁、柱相对线刚度计算
根据公式i=EI/l,可以得出梁柱的线刚度,
框架横梁:
i=EI/l=8.575×109E/8100=1.243×106E
底层柱:
i=EI/H=4.167×109E/5200=6.944×105E
其余层柱:
i=EI/H=4.167×109E/3600=9.259×105E
取底层柱iA0A1=iB0B1=iC0C1值作为基准值1,算得梁柱的相对线刚度,标于下图:
3.荷载计算
3.1单位面积内屋面和楼面的荷载标准值计算
1、墙的荷载:
240厚围护砖墙0.24×[(4.2-0.5-2.4)×3+(3.6-0.5)×(3.6-3)]×19=32.969KN
2、框架横梁荷载:
混凝土0.3×0.65×25=5.25KN/m
抹灰(0.65×2×0.02+0.3×0.02)×17=0.578KN/m
-------------------------------------------------------------------------
合计5.828KN/m
3、窗的荷载:
钢窗0.45×3×2.4=3.24KN
4、屋面梁上均布荷载
10厚混凝土板架空层0.4KN/m2
二毡三油沥青防水层0.35KN/m2
20厚水泥砂浆找平层0.4KN/m2
100厚钢筋混凝土板0.1×25=2.5KN/m2
20厚顶棚混合砂浆抹灰刷白0.34KN/m2
-------------------------------------------------------------------------
合计3.990KN/m2
屋面梁上均布恒载标准值gw,k=3.990×4.05+5.828=21.389KN/m
屋面梁上均布活载标准值qw,k=0.5×4.05=2.030KN/m
5、楼面梁上均布恒载
30厚水磨石面层(含结合层)0.65KN/m2
100厚钢筋混凝土板0.1×25=2.5KN/m2
20厚板底抹灰刷白0.34KN/m2
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