资源描述
中学多层教学楼
摘要
本建筑为长春市飞跃中学多层教学楼，建筑面积为4315.96m2，位于长春市主干道的附近，耐久年限为50年，结构按7度设防设计，结构类型为框架结构，墙体为陶粒空心砌块。建筑柱网尺寸纵向为3.0m和7.5m，横向为9.0 m和12.0m，底层及各层层高均为3.9m。本建筑坐北朝南，分区比较合理，有利于实现各种教学活动。本建筑多为大开间，故柱网跨度较大。
框架结构体系一般用于钢结构和钢筋混凝土结构中，由梁和柱通过节点构成承载结构，框架形式可灵活布置建筑空间，使用较方便。对建筑中出现的墙体均直接放在梁上，墙、板的重量传给梁，梁再传给柱，传力路线明确。
钢筋混凝土结构合理的利用了钢筋和混凝土两种材料的受力性能特点，可以形成强度较高、刚度较大的结构构件。耐久性和耐火性较好，维护费用低。可模性好，结构造型灵活，可以根据使用需要浇注成各种形状的结构。现浇钢筋混凝土结构的整体性好，又具备必要的延性，适于用作抗震结构；同时它的防震性和防辐射性也好，亦适于用作防护结构。
在框架结构计算时，采用底部剪力法计算地震作用，采用弯矩分配法对框架进行分配，在计算过程中对梁的弯矩进行了调幅，实现了强柱弱梁、强剪弱弯的抗震要求。由于本建筑层数较低，故采用柱下独立基础，
关键词：多层教学楼；建筑设计；结构设计；抗震设计；框架结构；独立基础；
Abstract
The construction of Changchun Leap Middle school multi-storey teaching building, building area of 6408 m2, located in Changchun City, near the main road, durable for 50 years, the structure of the seven minimum security design, structural framework for the type of structure, the wall is hollow ceramic Block. Building-size vertical network for 3.0 m and 7.5 m, horizontal to 9.0 m and 12.0 m, and the bottom layers are high 3.9 m. The construction ride the Northern Dynasties South, area more reasonable and conducive to the realization of various teaching and learning activities. The construction of large bays for more, the larger-Span network.
General framework for the structural system of reinforced concrete and steel structure in the structure of beams and columns from the node through a support structure that could form the framework of flexible layout architectural space, use more convenient. The construction of the wall directly on the beam, wall, the weight of pass-beam, beam re-transmission, power-line clear.
Reinforced concrete structure and rational use of reinforced concrete and two of the characteristics of the force, can create a higher strength and stiffness of the larger structural members. And better durability and fire resistance, low maintenance costs. Can be a good model, modeling flexible structure, can use all kinds of needs pouring into the shape of the structure. Cast-in-place reinforced concrete structural integrity, and also has the necessary ductility, suitable for seismic structure at the same time the earthquake and radiation protection of, or also suitable for protective structure.
In the framework of structural calculations, calculated using shear at the bottom of the earthquake, a moment distribution method of allocation framework, in the calculation of the beam during the course of a moment of AM and realized the strong-weak beam, the weak shear-bending Seismic requirements. Since the lower floors of the building, the use of under-independent basis,
Key words: Multi-storey teaching building, architectural design, structural design, seismic design; frame structure; independent basis；
建筑设计
建筑设计是在总体规划的前提下，根据任务书的要求综合考虑基地环境，使用功能，结构施工，材料设备，建筑经济等问题。着重解决建筑物内部各种使用功能和使用空间的合理安排，建筑与周围环境，与各种外部条件的协调配合，内部和外表的艺术效果，各个细部的构造方式等。
建筑设计在整个工程设计中起着主导和先行的作用，除考虑上述各种要求以外，还应考虑建筑与结构，建筑与各种设备等相关技术的综合协调，以及如何以更少的材料，劳动力，投资和时间来实现各种要求，使建筑物做到适用，经济，坚固，美观. 建筑设计包括总体设计和个体设计两部分。
一、工程概况
1、工程名称：长春市飞跃中学多层教学楼
2、工程位置：长春市
3、工程总面积：4315.96㎡，共六层，矩形，每层层高均为3.3ｍ
4、结构形式：框架结构
二、设计条件
1、自然条件
（1）场地为Ⅱ类
（2）抗震设防烈度：7度
（3）防火等级：二级
（4）基本风压：0.65KN/㎡，主导风向：西南风
（5）基本雪压：0.35KN/㎡
（6）冻土深度：-1.62ｍ
（7）楼面活载：教室、活动室、 2.0 KN/㎡
走廊、厕所、楼梯 2.5 KN/㎡
2、工程做法：见节点详图
三、设计要点
1、建筑平面设计
（1）根据建筑功能的要求，确定柱网的尺寸，然后逐一确定各房间的开间和进深。
（2）根据交通、防火与疏散的要求，确定楼梯间的位置和尺寸。
（3）确定墙体所用材料和厚度，以及门窗的型号和尺寸。
2、建筑立面设计
（1）确定门窗的立面形式。
（2）与平面图对照，核对雨水管、雨篷等的位置及做法。
（3）确定墙体立面装饰材料做法、色彩以及分格艺术处理的详细尺寸。
3、建筑剖面设计
（1）根据建筑物空间组合情况，确定剖面位置在门厅部位。
（2）进一步核实外墙窗台、过梁、楼板等在外墙高度上的构造关系，确定选用哪种类型的窗台、过梁、楼板以及形状和材料。
（3）根据平面图计算确定的尺寸，核对楼梯在高度方向上的梯段的尺寸。
4、建筑平面设计、立面设计、剖面设计详见建筑图。
四 建筑设计文件的深度
4.1 图纸目录
先列新绘制的图纸，后列选用的标准图或重复利用图。
4.2 首页（包括设计说明）
1. 施工图设计依据。
2. 设计规模和建筑面积。
3. 用料说明：室外用料作法，如基础以上的墙体的砖标号，砂浆标号，墙身防潮层，地下室防水，屋面，外墙、勒脚、散水、台阶、斜坡等作法，可用文字说明或部分文字说明，部分直接在图上引注或加注索引号。
4. 门窗表。
2.4.3 平面图
1. 纵、横墙，柱、墩，内外门窗位置及编号，门的开启方向，房间名称或编号。轴线编号等。
2. 柱距（开间）、跨度（进深）尺寸、墙身厚度、柱、墩宽、深和轴线关系尺寸。
3. 轴线间尺寸，门窗洞口尺寸，分段尺寸，外包尺寸。
4. 楼梯位置及楼梯上下方向示意及主要尺寸。
5.雨蓬、踏步、散水、通气竖管、管线、雨水管位置及尺寸。
6. 室内外地面标高，设计标高、楼层标高（地层地面为±0.000）。
7. 剖切线及编号（一般只注在底层平面）。
8. 有关平面墙上节点祥图或祥图索引号。
9. 指北针（画在底层平面，尽量取上北下南）。
11. 平面图尺寸和轴线。如系对称平面可省略重复部分尺寸，楼层平面除开间跨度等主要尺寸及轴线号外与底层相同的尺寸可省略。楼层标准层可共用亦平面，但需注明层次及标高。
2.4.4 立面图
1. 建筑物两端及分段轴线编号。
2. 女儿墙顶、檐口、柱、栏杆、台阶、踏步、雨蓬、线条、勒脚、洞口、门、窗、门口、雨水管、其他装饰构件和粉刷分格线示意图等；外墙的留洞应注尺寸与标高（宽×高×深及关系尺寸）。
3. 各部分构造、装饰节点祥图索引、用料名称或符号。
2.4.5 剖面图
1. 墙、柱、轴线、轴线编号，并标注其间距尺寸。
2. 室外地面，地（楼）面、各层楼板、屋顶、檐口、女儿墙、门窗、梁、楼梯、台阶、坡道、散水、防潮层、平台、雨蓬、踢脚板、雨水管及其他装修等能见的内容。
3. 高度尺寸。外部尺寸门、窗、洞口（包括洞口上顶和窗台）高度、层间高度、总高度（室外地面至檐口或女儿墙顶）。
4. 标高。底层地面标高（±0.000）、以上各层楼面平台标高、屋面檐口、女儿墙顶、、室外地面标高、
结构设计
一 工程概况：
本工程位于长春市飞跃中学校园内一平坦地段。建筑面积为4315.96m2，结构形式为全框架结构，场地为Ⅱ类,7度设防，设计分组为第一组,抗震等级为三级，设计地震加速度为0.1g。故设计地震参数为αmax=0.08,Tg=0.35s。基本雪压S=0.35KN/m2,主导风向为西南风，基本风压为W=0.65 KN/m2，地面粗糙度为C类。土壤冻结深度为：-1.65 m。
二 结构布置及计算简图
本房屋主体结构为4层,层高均为3.9m。填充墙采用390mm×290mm×190mm的陶粒混凝土空心砌块。门为木门，洞口尺寸为1.0m×2.1m。窗为塑钢窗。洞口尺寸为1.0m×2.1m。楼盖及屋盖采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚为100mm。梁截面高度按跨度的1/12~1/8估算，宽度按高度的1/2~1/3估算。梁采用混凝土的设计强度为C35（fc=16.7 N/mm2,ft=1.57 N/mm2）。梁的截面尺寸如表1
表1 梁的截面尺寸（mm）
混凝土强度
等级
横梁
纵梁
（b×h）
次梁
（b×h）
AB,CD跨
BC跨
C25
300×600
300×500
350×700
300×500
柱的截面有公式估算。由该框架结构的抗震等级为三级，其轴压比限值[μ]=0.9，一层采用C35的混凝土，二~四采用C30混凝土。各层重力荷载代表值近似取12KN/m2。由图1知可知边柱及中柱的负载面积分别为9.0×3.75 m2和9.0×5.25m2。故第一层柱的截面面积为
边柱 mm2
中柱 mm2
柱截面采用正方形，则边柱和中柱截面分别为273mm×273mm和324mm×324mm。
故柱采用正方形截面，边柱和中柱截面分别为500mm×500mm和500mm×500mm。
基础采用独立基础，基础埋深为1.15m。
框架结构计算简图如图2所示。取柱的形心线作为柱的轴线;两轴线取至板底，2~4层柱的高度即为层高。底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即
H=3.9+0.6+1.65-1.15-.1=4.9m。
二 重力荷载计算
1.屋面永久荷载标准值:
1. 屋面(不上人):
彩色广场砖: 1.04 KN/㎡；
细砂找平20mm： 0.02×14=0.28 KN/㎡；
二道SBS防水层： 0.3 KN/㎡；
水泥珍珠岩找平100mm： 15×0.06=0.9 KN/㎡；
S B S 隔 气 层 0.2 KN/㎡；
水泥砂浆找平层20mm; 0.02×20=0.4 KN/㎡；
E P S板 0.5×0.12=0.06 KN/㎡；
钢 筋 凝 土 板100厚: 25×0.1=2.5 KN/㎡；
混 合 砂 浆 20mm 厚: 17×0.02=0.34 KN/㎡；
合计 =6.12 KN/㎡
2.屋面可变荷载标准值:
不上人屋面均布或荷载标准值 0.5KN/㎡
屋面雪荷载标准值: 0.35KN/㎡
3. 楼面永久荷载标准值:
地面砖 0.16 KN/㎡
水泥砂浆30mm: 30×0.02=0.6 KN/㎡
钢筋混凝土楼板100mm： 100×25=2.5 KN/㎡
板底抹灰20mm 0.02×17=0.34 KN/㎡
合计 = 3.6 KN/㎡
4楼面活荷载标准值：
教室，实验室等： 2.0 KN/㎡
过道，门厅 ，楼梯间 2.5 KN/㎡
5. 外 墙 自 重
外墙为290厚陶粒砌块，两面20mm抹灰，则外墙单位墙面重力荷载为
0.29×6.0+0.02×20+0.02×17=2.48 KN/㎡
6. 内 墙 自 重
内墙为190厚陶粒砌块，两面20mm抹灰，则内墙单位墙面重力荷载为
0.19×6.0+2×0.02×17=1.82 KN/㎡
7. 梁 自 重
主框架梁截面为 350mm×700mm，抹灰为20mm
0.35×（0.7-0.1）×25+2×0.02×(0.7-0.1)×20+0.02×(0.35+0.02×2)×20
=5.886 KN/㎡
次框梁截面为300mm×600mm， 抹灰为20mm
0.3×（0.6-0.1）×25+2×0.02×(0.6-0.1)×20+0.02×(0.3+0.02×2)×20
=4.286 KN/㎡
次梁及走廊框架梁截面为300mm×500mm， 抹灰为20mm
0.3×（0.5-0.1）×25+2×0.02×(0.5-0.1)×20+0.02×(0.3+0.02×2)×20
=3.456 KN/㎡
8.女儿墙自重
女儿墙厚200mm，高800mm
25×0.2+17×0.02×2=5.68 KN/㎡
9.柱自重
柱截面为500mm×500mm
0.5×0.5×25+0.02×2×0.54×25+0.02×2×0.5×25=7.29 KN/㎡
10.门.窗自重
木门为0.2 KN/㎡，塑钢窗为0.45 KN/㎡
各层重力荷载计算
一层高为4.9m。其余各层高为3.9m。
四层半层高及屋面荷载，女儿墙g1
g1=6.12×18.45×7.4+0.5×[（0.35×18.4×.57.4+0.2×(57.7+18.7)×20×2]+（1.95×2.48×18.7+2×1.15×1.8×.45-2×1.15×1.8×2.48-0.6×18×2.48)×2+(1.95×2.48×57.7-0.6×57×2.48-1.15×1.8×15×2.48+1.15×1.8×15×0.45)+(1.95×2.48×57.7
-0.6×57×2.48-1.15×18×1.18×2.48+1.15×1.8×15×0.45)+（13×7.5×1.95×1.82-0.5×7.5××13×1.82)+57×1.95×1.82-0.5×57×1.82+12×1×0.15×1.82+12×1×0.15×0.2+57×1.95×1.82-0.5×57×1.82-9×1.95×1.82-10×1×0.15×1.82×+10×1×0.15×0.2+9×1.95×1.82
故g1=8916.9866 KN
梁重g2=5.886×57×4+4.286×14×7.5+3.456×7×3+3.456×2×13.5+3.456×13×7.5+3.45×7.5×3
故g2=2372.646 KN
柱重g3=28×（0.5×0.5×25×1.95+0.02×2×0.54×25×1.95+0.02×2×0.5×25×3.9）
故 g4=398.04 KN
故G4=g1+g2+g3=8916.9866+2372.646+398.04 =11707.19 KN
同理计算得：
G2=G3=9780.376 KN G1=10241.31KN
三 框架侧移刚度计算
1 横向框架侧移刚度计算
梁采用C25混凝土，首柱采用C35混凝土，2-4层采用C30的混凝土。由于采用现浇钢筋混凝土板中框架的惯性矩增大系数为2.0，边框架增大系数为1.5.
（1）梁的线刚度
①边框架边跨梁
②边框架中跨梁
③中框架边跨梁
④中跨架中跨梁
（2）柱的线刚度
①首层柱
②其它层柱
（3）柱的侧移刚度
表2 2~4层边框架侧移刚度D值（KN/m）
柱
中柱(4)
15202
边柱(4)
8542
表3 2~4层中框架侧移刚度D值（KN/m）
柱
中柱（6）
17400
边柱（6）
10546
表4楼梯间侧移刚度D值（KN/m）
柱
D-3
D-6
8542
C-3
C-6
15202
B-3
B-6
17400
A-3
A-6
10546
故
=366032 KN/m
表5底层边框架侧移刚度D值（KN/m）
柱
中柱(4)
10716
边柱(4)
8037
表6 底层中框架侧移刚度D值（KN/m）
柱
中柱（6）
11720
边柱（6）
8874
表7 底层楼梯间侧移刚度D值（KN/m）
柱
D-3
D-6
8037
C-3
C-6
10716
B-3
B-6
11720
A-3
A-6
8874
故
=277270 KN/m
故>0.7,因此该框架为规则框架。
2 框架自振周期的计算
按如下公式计算，其中的量纲为m,取=0.7，则
s
3多遇地震水平地震作用和位移计算
（1）各楼层剪力计算
表8 框架自振周期
层次
(KN)
(KN/m)
4
11707.19
366032
11707.19
0.032
0.3258
3
9780.38
366032
21487.57
0.0587
0.2938
2
9780.38
366032
31567.95
0.0854
0.2351
1
10241.31
277270
41509.26
0.1497
0.1497
（1）各楼层剪力计算
由工程概况和规范知，本场地设防烈度为7度，设计地震加速度为0.1g时，
αmax=0.08。设计地震分组为第一组，抗震等级为三级，Tg=0.35s。故
因=0.68s>1.4 =1.40.35=0.49s
故需考虑顶部附加水平地震作用。由于结构高度不超过40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切型为主，故可采用底部剪力法计算水平地震作用。结构总水平地震作用标准值
顶部附加水平地震作用
由公式计算各层剪力如表9所示
（2）位移计算
水平地震作用下框架结构的层间位移和顶点位移分别按公式和公式
计算。计算结果如表10
表9 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表
层次
(KN)
(m)
(KN·m )
(KN)
(KN)
4
11707.19
16.6
194339.35
454799.94
773.97
773.97
3
9780.38
12.7
124210.83
454799.94
371.25
1145.22
2
9780.38
8.8
86067.34
454799.94
257.24
1402.46
1
10241.31
4.9
50182.42
454799.94
149.99
1552.45
表10 横向水平地震作用下的位移演算
层次
(KN)
(KN/m)
(mm)
(mm)
(mm)
(KN)
4
773.97
366032
2.11
15.07
3900
1/1848
3
1145.22
366032
3.13
12.96
3900
1/1246
2
1402.46
366032
3.83
9.83
3900
1/1018
1
1552.45
277270
6.00
6.00
4900
1/817
因此最大层间位移弹性角发生在第一层，其值为1/817< 1/550故满足规范要求
（3）水平地震作用下框架内力的计算
取图2中的④轴线横向框架内力为例，说明计算方法。框架柱端剪力及弯矩分别按下列公式计算：
柱端弯矩：上端
下端
柱端剪力
各柱反弯点高度比y按公式确定。本结构底层柱需考虑修正值，第二层柱需考虑修正值，其余柱不需修正。具体计算过程及结果见表11,表12。
表11 各层边柱柱端弯矩及剪力计算
层次
(m)
(KN)
(KN/m)
(KN/m)
(KN)
4
3.9
773.97
366032
10546
0.029
22.45
1.01
0.40
35.02
52.53
3
3.9
1145.22
366032
10546
0.029
33.21
1.01
0.45
58.28
71.24
2
3.9
1402.46
366032
10546
0.029
40.67
1.01
0.50
79.31
79.31
1
4.9
1552.45
277270
8874
0.032
49.68
1.2
0.63
153.36
90.07
表12 各层中柱柱端弯矩及剪力计算
层次
(m)
(KN)
(KN/m)
(KN/m)
(KN)
4
3.9
773.97
366032
17400
0.048
37.15
2.46
0.45
65.02
79.69
3
3.9
1145.22
366032
17400
0.048
54.97
2.46
0.45
101.4
112.98
2
3.9
1402.46
366032
17400
0.048
67.32
2.46
0.50
131.27
131.27
1
4.9
1552.45
277270
11720
0.042
65.30
2.94
0.55
175.11
143.77
梁端弯矩
梁端剪力
柱轴力 边柱为各层梁端剪力按层叠加，中柱轴力为柱两侧剪力之差，亦按层叠加
表13 梁端弯矩、剪力计算
层
次
AB跨梁
BC跨梁
L
L
4
7.5
52.53
32.59
11.35
3
47.1
47.1
31.4
3
7.5
106.26
72.88
23.89
3
105.3
105.3
70.2
2
7.5
137.59
95.16
31.03
3
137.51
137.51
91.67
1
7.5
169.38
112.49
37.58
3
162.55
162.55
108.37
表14 柱轴力计算
层次
柱轴力
4
3
2
1
边柱（KN）
11.35
35.24
66.27
103.85
中柱 (KN)
20.05
66.36
127
197.79
四 风荷载计算
1风荷载标准值
由《荷载规范》规定知，本建筑是高度小于30m且高宽比小于1.5的房屋结构，故不考虑风振系数。仍取图中④轴线横向框架，其负载宽度为9.0m。因此沿房屋高度的分布风荷载标准值：
q(z)=9×0.65=5.85
由规范知，迎风面体型系数为0.8，背风面为-0.5。故各楼层标高处的q(z)计算如表15
表15 沿房屋高度分布风荷载标准值
层次
（m）
(迎风面)
(迎风面)
女儿墙
17.4
0.788
0.8
-0.5
3.688
2.305
4
16.6
0.772
0.8
-0.5
3.613
2.258
3
12.7
0.74
0.8
-0.5
3.463
2.165
2
8.8
0.74
0.8
-0.5
3.463
2.165
1
4.9
0.74
0.8
-0.5
3.463
2.165
框架结构分析时，按静力等效原理将分布风荷载转化为节点集中荷载，例如第二层的集中荷载计算过程如下：
2风荷载作用下的水平位移验算
由求得的水平集中荷载，计算层间剪力，然后根据④轴线框架的层间侧移刚度，计算出各层的相对侧移和绝对侧移。计算过程见表16
表16 风荷载作用下框架层间剪力及位移计算
层次
4
3
2
1
（KN）
16.58
21.94
21.94
24.76
（KN）
16.58
38.52
60.46
85.22
（KN/m）
55892
55892
55892
41188
（mm）
0.297
0.689
1.082
2.069
（mm）
4.137
3.84
3.151
2.069
（mm）
3900
3900
3900
4900
1/13131
1/5660
1/3604
1/2368
由上表可最大层间位移角为1/2368<1/550，故满足规范位移要求。
表17 风荷载作用下各层边柱柱端弯矩及剪力计算
层次
(m)
(KN)
(KN/m)
(KN/m)
(KN)
4
3.9
16.58
55892
10546
0.19
3.15
1.01
0.35
4.3
7.99
3
3.9
38.52
55892
10546
0.19
7.32
1.01
0.45
12.85
15.70
2
3.9
60.46
55892
10546
0.19
11.49
1.01
0.45
24.65
24.65
1
4.3
85.22
41188
8874
0.22
18.75
1.2
0.59
37.67
37.67
表18 风荷载作用下各层中柱柱端弯矩及剪力计算
层次
(m)
(KN)
(KN/m)
(KN/m)
(KN)
4
3.9
16.58
55892
17400
0.31
5.14
2.46
0.42
8.48
11.57
3
3.9
38.52
55892
17400
0.31
11.94
2.46
0.47
22.03
24.54
2
3.9
60.46
55892
17400
0.31
18.74
2.46
0.50
36.54
36.54
1
4.3
85.22
41188
11720
0.28
23.86
2.94
0.55
51.18
41.87
表19梁端弯矩、剪力计算
层
次
AB跨梁
BC跨梁
L
L
4
7.5
7.99
4.73
1.7
3
6.84
6.84
4.56
3
7.5
20
13.51
4.47
3
19.51
19.51
13.01
2
7.5
37.5
23.96
8.19
3
34.61
34.61
23.07
1
7.5
57.83
32.07
11.99
3
46.34
46.34
30.89
表20 柱轴力计算
层次
柱轴力
4
3
2
1
边柱（KN）
1.7
6.17
14.36
26.35
中柱 (KN)
2.86
11.43
26.31
45.21
五 竖向荷载作用下框架结构的内力计算
1横向框架结构内力计算
取④轴线横向框架进行计算，计算单元为宽度为9.0m，如图所示。由于房间内有次梁，故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影所示，计算单元范围内的其余楼面荷载则通过次梁和纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架，作用于各节点上。由于纵向框架梁的中心线与柱的中心线不重合，因此在框架节点上还作用由集中力矩。
2荷载计算
（1） 恒载计算
在图中，、代表梁的自重，，为均布荷载形式。对于第8层
、分别为教室和走廊板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载，由图5所示几何关系可得
、分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载，它包括梁的自重、楼板重和女儿墙等的重力荷载，计算如下：
集中力矩
对
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