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开题报告
华北水利水电学院本科生毕业设计(论文)开题报告
2009年03月04日
学生姓名
董理
学号
200603031
专业
土木工程
题目名称
郑州市某中学教学楼
课题来源
模拟
主
要
内
容
1、设计题目及课题来源
2、类似工程目前国内外的设计方案
3、设计理念
4、设计内容
5、进度安排
6、参考文献
采取的主要技术路线或方法
建筑设计:
收集有关资料→拟定建筑方案→施工图设计
结构设计:
审查建筑设计图纸→确定结构方案→结构平面布置→梁柱截面尺寸估算→荷载计算→框架在竖向荷载作用下的内力计算→框架在水平荷载作用下的内力计算→计算地震作用,验算层间位移→内力组合,确定梁柱配筋,楼面板配筋,其他构件配筋→梁柱截面设计→基础设计
预期的成果及形式
1、设计说明书
2、设计施工图
时间安排
1、开题报告,英文翻译2周
2、实训,建筑设计说明书和建筑施工图的绘制4周
3、结构计算 3周
4、绘制结构施工图 3周
5、施工图修改、打印计算书和图纸 2周
6、答辩1周
指导教师意见
签名:
年月日
备注
开题报告
摘要:
本设计为郑州市某中学教学楼,十八个班,共4层。
经收集地质水文资料,气象资料以及水电等设施管道资料后,进行合理的选址。
针对中学教学楼的具体使用要求,通过基地踏勘,决定采用一字形的结构。
又根据建筑设计,结构设计和建筑施工,建筑材料以及综合技术经济指标等各方面考虑,决定采用钢筋混凝土框架结构体系。
关键词:
中学教学楼建筑设计结构设计钢筋混凝土框架结构体系
Abstract:
Thisdesignsfora4-storyand18-classteachingbuildinginZhengzhou.Siteisreasonablychosenaftercollectinghydrology,climateandpipesreports.Theone-lineformstructureisadoptedconsideringtheneedofteachingbuilding.Framestructureisadoptedforthereasonsofarchitecture,structure,construction,materialsandcomprehensibleeconomicindex.
Keyword:
teachingbuilding,architecturedesign,structuredesign,reinforcedconcreteframestructure
1课题研究的现状
教育建筑从功能上说包括教学空间及辅助空间。
现在作为教学空间的教室类型比以往更多样化,其功能也更复杂。
以前那种将面积统一、形式死板的教室沿走廊连成一串的线性布局不再是教育建筑的唯一选择。
新加坡校园建筑就提出了灵活教室、聚落式教室的概念。
即将几个教室合成一组,以廊相连,并在附近设公共用地以利于班级间的交流及集体活动的开展。
每间教室的空间也不是完全固定不变,而是使用灵活隔断以方便空间的重新组合。
作为“配角”的辅助空间在现代教育建筑设计中也不容小看,走廊、过厅、门厅等在组织交通的同时为学生们提供了交往、游戏的场所。
而素质、创新教育提倡“寓教于乐”,所以辅助空间也可视为另一育人场所。
现在已有许多建筑师关注到教育建筑辅助空间的设计,如:
某些教学楼将底层架空,使建筑与环境“对话”,人与自然“交流”;或扩宽走廊;或利用屋顶退台布置花园等等。
交往空间是现代教育建筑所呼唤的第三种空间,它具有不确定性.无法刻意界定。
它是融合在人的各种感受之中的。
而这些感受是人在建筑空间的演绎与变化中自然生成的。
新加坡建筑师通过调查发现扩宽的走廊、庭院、天井等都是深受师生们欢迎的交往空间。
一般来说,教学楼大部分采用混合结构和框架结构,但相比较而言,混合结构的承重墙体往往随建筑高度的增加而加厚,不仅耗费大量材料,也减少了使用面积,因此多层与小高层常采用框架结构体系。
1.1.框架结构概述
(1)框架结构体系的特点:
框架是由梁、柱构件通过节点连接形成的骨架结构,框架结构的特点是由梁、柱承受竖向和水平荷载,墙仅起维护作用。
其整体性和抗震性均好于混合结构,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。
国外多用钢为框架材料,而国内主要为钢筋混凝土框架结构。
框架结构可通过合理的设计,使之具有良好的延性,成为“延性框架”。
在地震作用下,这种延性框架具有良好的抗震性能。
(2)钢筋混凝土框架的的划分:
钢筋混凝土框架按其施工方法可分为:
现浇框架、装配式框架及装配整体式框架三种。
①现浇框架的全部构件均在现场现浇成整体,结构整体性好,抗震性能强,钢材用量省,构件尺寸不受标准构件所限制,对房屋各种使用功能的适应性大。
②装配式框架的构件可以提前在预制厂工业化生产,有利于保证构件质量,现场工作量少,施工速度快。
缺点是结构整体性减弱,抗震性能也相对减弱,就与节点连接及构件运输吊装的需要往往导致比现浇式框架更多的钢材用量。
③装配整体式框架是在现场将预制构件吊装就位后,通过在现场浇筑节点混凝土,将构件连接成整体框架结构,既发挥了装配式施工方法的优点,又保持了现浇施工方法整体型号的优点。
1.2.框架设计的基本要求
(1)框架体系多层房屋的平面布置宜简单、规则、对称、尽量减少偏心。
不能满足要求时,宁可划分成规整的小单元也不采用大块的复杂平面。
(2)框架房屋的长度不宜超过55m,超过时可以根据规范做如下构造措施和施工措施,从而适当放宽设缝的间距:
①顶层、底层、山墙和纵墙端开间等温度变化影响较大的部位提高配筋率;
②顶层加强保温隔热措施,外墙设置外保温层;
③每30~40m间距留出施工后浇带,带宽800~1000mm,钢筋采用搭接接头,后浇带混凝土宜在两个月后浇灌;
④顶部楼层改用刚度较小的结构形式或顶部设局部温度缝,将结构划分为长度较短的区段;
⑤采用收缩小的水泥、减少水泥用量、在混凝土中加入适宜的外加剂;
⑥提高每层楼板的构造配筋率或采用部分预应力结构。
(3)当房屋的跨度较大时,宜采用预制预应力叠合梁,既可以在预制厂制作,又不妨碍在现场与框架柱结成整体。
(4)框架结构应采用双相刚接体系,不宜采用铰接体系。
2设计理念
首先,鉴于我国对教育事业越来越高的重视程度,人们对孩子的受教育程度和质量要求越来越高,随之而来的建筑要求也逐步提高。
中学是继小学之后,向大学的过渡阶段,在这个阶段内,孩子会经过身体和心灵上的青春期,因此我们一定要做好孩子受教育的一切工作。
汶川地震中倒塌的教学楼埋葬了那么多幼小的灵魂,重建的教学楼还在建设中,作为一名设计师,为了让孩子在受到高质量教育的同时能在安全的校舍里安心学习,一定要严格按照规范进行设计。
其次,从建筑平面布置上看,该建筑的主要功能是满足教学要求。
教学楼主要功能分为教学空间、办公空间和交通空间。
充分考虑到当地的学生和教师的教学特点,结合现代的教学流程,精心设计,科学布置,针对教学楼的使用特点,将教师休息室与教室就近布置,使之形成简便的教学交通流线,教师能方便出入教室,照看和监督学生的学习情况。
化学实验室、物理实验室、音乐室和体育器材室布置在底层,中间两层为教室,顶层为教务和行政用房,这样分类布置,该建筑设计为四层,方便使用和管理。
考虑到楼层高的学生的课余活动时间和范围,在该建筑楼每层的中部设置有跟一间教室一样大的活动场所,同时在立面上此部位采用玻璃幕墙,以增进采光的需要,在一定程度上达到节能的目的。
最后,在设计中学教学楼时,应先在明了设计规范之后,清楚教学楼基地的选择,教室用房设计所要满足的要求,实验室等房间设计所要满足的要求以及交通空间设计所要满足的要求,并满足结构平面布置的要求,拟定该建筑外形采用一字形。
这种形状比较规整、对称,整体性好,并且采用现浇式钢筋混凝土框架结构,该结构抗震性能好,对于8级设防烈度的郑州市来说比较适合。
该教学楼的设计是本着各单元使用方便,功能合理,各种指标符合国家标准,综合技术经济指标优化的思想设计的。
3设计的内容
3.1工程概况
3.1.1主要技术指标
该建筑采用框架结构四层,采用双内廊式一字型矩形平面,二级耐火等级。
功能要求:
(1)教学和教学辅助用房:
有教室18间,物理实验室1间,化学实验室一间,音乐室一间,体育器材室一间等。
(2)行政和生活服务用房:
教务和行政用房若干间,厕所四间等。
3.1.2主要设计参数
(1)场地条件
根据1990年颁布的《中国地震烈度区划图》,郑州市的地震基本烈度为7度(50年超越概率10%),建筑地震影响按近震,场地类别按Ⅱ类。
《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)中确定郑州市地震抗震设防烈度为7度(相当于地震动加速度峰值0.15g),设计地震基本加速度值为0.15g,要求一般工业与民用建筑按七度设防,抗震设计分组为第一组,水平地震影响系数最大值
特征周期值
s
(2)气象条件
基本风压0.40kN/m2,基本雪压0.30kN/m2。
(3)工程地质条件
勘查单位已对拟建位置详勘,证明该处地层分布均匀、土层良好,在8度范围内无可液化土层,地基承载力满足建筑物采用浅基础设计所需,地基承载力Fak=170kpa
(4)各种用房的活荷载标准值见现行《建筑结构荷载规范》。
3.2建筑设计
3.2.1建筑平面设计
(1)使用部分的设计
使用部分的设计包括教学和教学辅助用房、行政和生活服务用房的设计。
它们均需满足建筑设计规范,具体条文如下:
中学教室、实验室的最低净高为3.4m,教学辅助用房的最低净高为3.1m,办公及辅助用房的最低净高为2.8m,故统一选择层高为3.6m。
根据使用面积和功能要求,一层主要布置物理实验室(带准备室)、化学实验室(带准备室)、体育器材室(带体育教研室),化学实验室和器材室选择7.8m×15.3m;二层主要布置会议室、办公室和各科教研室,会议室选择7.8m×16.8m,办公室选择7.8m×4.2m,物化生和政史地教研室选择7.8m×11.1m,三层主要布置教室,尺寸均为7.8m×8.4m;四层主要布置普通教室、音乐教室(带准备室)和科技活动室,音乐室选择7.8m×12.6m,余下的教务和行政用房选择7.8m×8.4m或7.8m×4.2m;每层均设厕所和教师休息室,采用7.8m×4.2m。
③中学、中师、幼师教学楼学生厕所,女生应按每25人设一个大便器(或1100mm长大便槽)计算;男生应按每50人设一个大便器(或1100mm长大便槽)和1000mm长小便槽计算。
教学楼内厕所,应按每90人应设一个洗手盆(或600mm长盥洗槽)计算。
故每层设置男女厕所各一间,女厕设10个大便器,男厕设5个大便器和5个小便槽,男女厕各设3个洗手盆。
(2)交通联系部分设计要求主要有足够的通行宽度,联系便捷,互不干扰,通风采光良好等。
走廊:
由于方案是‘一’字型,又是中学,为了保证学生的通行方便以及课间休息,选择双内廊式走廊。
规范规定的最小净宽为2.1m,本方案选择2.7m。
楼梯:
在楼的中部偏两侧各设置一个楼梯间,规范要求楼梯井的宽度,不应大于200mm。
当超过200mm时,必须采取安全防护措施,故梯井设计为100mm。
规范还要求室内楼梯栏杆(或栏板)的高度不应小于900mm,故设计为1100mm。
楼梯形式采用传统的双跑楼梯,楼梯间
3.2.2建筑剖面设计
根据窗地比要求,除厕所是1/10外,其余房间均不得小于1/6。
教室、实验室的窗台高度不宜低于800mm,并不宜高于1000mm。
教室、实验室的窗间墙宽度不应大于1200mm。
故为了统一,房间窗户均采用3300mm×2100mm的推拉窗,窗台统一设置为900mm高。
教室安全出口的门洞宽度不应小于1000mm。
合班教室的门洞宽度不应小于1500mm。
故教室、教师休息室等小房间的门洞设计为1000mm宽的单扇内开门,上设亮子;会议室,实验室,音乐室,体育器材室等大房间的门洞设计为1500mm宽的双扇内开门,上设亮子。
教室、实验室、体育器材室、门厅、走道、楼梯间的墙裙高度1.00-1.20m,厕所1.20-1.50m,故选择墙裙高度统一为1.20m。
3.2.3建筑立面设计
在外形上本设计采用简洁大方朴素的一字型,并且是传统的对称结构,由于采用框架结构,墙体不承重,因此可以在立面开窗采用大面积的独立窗,既有效的满足了采光通风的要求,又给人以简洁,明快,舒爽的外观形象。
3.3结构设计
3.3.1设计过程
采用现浇混凝土框架结构,结构柱网布置如下:
柱网如上图:
横向有三跨。
3.3.2梁柱截面的确定
框架梁:
房间主梁
h=(1/14~1/8)l=(1/14~1/8)×7800mm=557mm~975mm
且h≥l/15=7800mm/15=520mm
取主梁尺寸b=450mm,h=600mm。
房间次梁
h=(1/18~1/12)l=(1/18~1/12)×7800mm=433mm~650mm
且h≥l/25=7800mm/25=312mm
取次梁尺寸b=300mm,h=500mm。
走廊横梁
h=(1/14~1/8)l=(1/14~1/8)×2700mm=193mm~338mm
且h≥l/15=2700mm/15=180mm
为防止梁两侧截面差异过大,取走廊横梁梁尺寸b=300mm,h=500mm。
建筑总高度按15.6m计算,小于24m高的现浇框架结构,设防烈度7度,查抗震设计规范,该框架为三级抗震。
最大轴压比0.8.假定各层采用C35混凝土,查得C35:
fc=16.7/mm²,估算负载最大的中柱,每平方米荷载为12kN/m²。
竖向荷载产生的轴力估计值:
Nv=1.25×12×(1.35+3.9)×8.4×4=2646KN/m2
水平荷载增大系数按1.1估算,即:
N=1.1Nv=1.1×2646=2910.6KN/m2
故取柱截面为正方形,根据上述计算结果并综合考虑,本设计B轴、C轴各柱截面尺寸从底层到顶层都取为500mm×500mm。
A轴、D轴各柱尺寸从底层到顶层都取为450mm×450mm。
板厚一般取(1/35)L,本设计跨度最大有4200mm,则均取规范要求的厚度120mm。
3.3.3结构计算
一般应首先验算控制性尺寸是否满足要求,在有抗震要求的地区,地震时的侧移刚度往往是主要控制因素。
计算时一般是先整体,后局部。
计算简图的确定
框架体系房屋是由横向框架和纵向框架组成的空间结构。
在通常情况下,为了简化计算,忽略它们之间的空间联系,而按横向平面框架和纵向平面框架分别计算。
这样,就可单独取出一榀框架作为计算单元。
如下所示为横向框架的计算简图。
在框架计算简图中,框架梁柱以其轴线表示,在现浇框架体系中,一般将节点简化为刚结节点。
荷载计算
竖向荷载
建筑的竖向荷载主要是结构自重和使用荷载。
结构自重可由构件截面尺寸、长度、装修材料等直接计算,建筑材料单位体积重量、使用荷载及楼面荷载折减系数均按荷载规范取用。
屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑。
水平荷载
对于抗震设计,60m以下的建筑物不考虑风的影响,其水平力以地震作用为主。
地震作用
7~9度设防时,要考虑地震作用的影响。
对于高度不超过40m、刚度和质量沿高度分布均匀的建筑,可采用底部剪力反应谱法。
内力计算
平面框架内力的计算方法较多,如弯矩分配法、无剪力分配法、迭代法等,也可以用矩阵位移法进行电算内力分析。
手算时竖向荷载作用下常用分层法、水平荷载作用下可用反弯点法和D值法。
内力组合,确定梁柱配筋
首先确定控制截面,梁的控制截面在柱边,应将梁柱轴线交点处的内力值换算成柱边的内力值作为梁配筋计算的内力值。
柱的控制截面在梁底(柱上端)、梁顶(柱下端),为简化计算,可采用轴线处内力值,柱钢筋用量会略微增加。
8度设防时构件配筋应考虑抗震设计,为了使结构有良好的耗能能力以及在强震下结构不倒塌,其构件应有足够的延性。
要设计延性框架结构,应满足“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的要求,并进行相应的内力调整,然后用调整后的内力值进行配筋计算。
3.3.4基础设计
基础的作用是把建筑物的荷载安全可靠地传给地基,保证地基不发生强度破坏或变形过大,同时还要充分发挥地基承载力。
在墙、柱之下设置水平荷载面向下扩大基础,以便将墙或柱荷载扩散分布于基础底面,使之满足地基承载力变形后的要求。
基础埋深宜大于0.6m,小于2.0m,拟采用埋深d=1000mm。
基础采用扩展基础系中的柱下钢筋混凝土独立基础。
该基础抗弯、抗剪性能好,可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用。
由于这类基础的高度不受台阶高比限制,故适宜需要“宽基浅埋”的场合下使用,当基础埋深和底面尺寸确定之后,即可计算基础内力,以便设计基础截面。
4、课题进度计划
1、开题报告,英文翻译2周
3月1日(第1周)—3月14日(第2周)
2、实训,建筑设计说明书和建筑施工图的绘制4周
3月15日(第3周)—4月11日(第6周)
3、结构计算 3周
4月12日(第7周) —5月9日(第10周)
4、绘制结构施工图 3周
5月10日(第11周)—5月23日(第12周)
5、施工图修改、打印计算书和图纸 2周
5月24日(第13周)—6月6日(第14周)
6、答辩1周
6月7日(第15周)—6月11日(第15周)
5、参考文献
1、《混凝土结构设计原理》赵顺波主编同济大学出版社2005
2、《混凝土结构设计》沈蒲生主编高等教育出版社2003
3、《房屋建筑学》同济大学西安建筑科技大学东南大学重庆大学合编中国建筑工业出版社2008
4、《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)
5、《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)
6、《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)
7、《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)
8、《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001)
9、《中小学建筑设计规范》(GBJ99-86)
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