中学教学楼设计
本工程是对中学教学楼的设计。建筑面积约为6500m²，共5层，层高为3.9m，结构为钢筋混凝土框架结构，建筑抗震等级为7级。通过设计任务书，阅读相关的资料和期刊和场地岩土勘探报告，在遵循“经济性”、“安全性”、“适用性”和“耐久性”的设计原则和国家相关现行的建筑结构设计规范和标准的基础上，进行教学楼的设计。
本结构的计算选取第⑤轴的一榀框架作为计算单元，在计算竖向荷载作用下的内力是使用弯矩二次分配法，在计算横向荷载作用下的内力时使用D值法。对建筑物的初步选型和结构平布置用天正建筑获得各平面的图纸，在使用PKPM进行建模和结构的荷载内力等的计算，得出最安全的计算结果。
1 概述
1.1 工程概述
建筑地点：泉州市
建筑类型：五层教学楼，现浇框架填充墙结构。
工程简介：场地面积为50×110m2左右，占地面积为1229.52m²，拟建建筑面积
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约6500 m2，。楼盖及屋盖均采用钢筋混凝土框架结构，层数为五层，
层高为3.9m，女儿墙高度1.2m，采用不上人屋面，基础采用柱下独
立基础或桩基础。设计使用年限为50年。
地质条件：经过地质勘探部门的确定，拟建场地土类型为中软场地土，混凝土结构的环境类别为二类b，干湿交替环境、水位频繁变动环境，二类b
环境，该场地的最低混凝土强度等级为C30[1]。根据参考文献[2]知晋
江市的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g。
安海中学教学楼的地理位置如图1-1中的A点所示：
图1-1安海中学教学楼地理位置图
1.2 结构设计依据
《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001)
《建筑设计防火规范》（GBJ16-89）2001)修订版
《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)
《国家建筑标准设计图集》(03G101-1)现浇混凝土框架
《国家建筑标准设计图集》(03G101-2)现浇混凝土板式楼梯
《建筑制图标准》（GBJ1—86）
《地基基础设计规范》（GB5007--2002）
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《建筑抗震设计规范》（GB50011--2010）
《中小学校建筑设计规范》（GB50099--2011）
1.3 材料选用
1. 柱：采用C35混凝土，主筋采用HRB400钢筋，箍筋采用HPB235钢筋；
2. 梁：采用C35混凝土，主筋采用HRB400钢筋，箍筋采用HPB235钢筋；
3. 板：采用C30混凝土，钢筋采用HRB335；
4. 基础：采用C20混凝土，主筋采用HRB335钢筋，构造筋采用HPB235钢筋；
5. 外墙采用190mm厚混凝土多孔砖，内墙及隔墙采用190mm厚的蒸压加汽混凝土砌块
2 建筑设计
2.1 建筑平面设计
建筑平面设计首先考虑建筑的使用功能和所处的环境，建筑外形应保持规整。考虑到建筑的类型为教学楼，用房的主要由教室，办公室和卫生间组成，平面由各个房间和走道共同组成，所以房间的布置位置应根据占地面积和构件选型等确定个房间的开间和进深，辅助用房和教室之间应保持合理的距离。教室的门
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窗位置应考虑出入方便和人流疏散及通风采光效果。走道和楼梯的宽度要根据楼层学生人数来确定，根据建筑防火的要求设置楼梯间。
1.为了充分发挥框架结构空间分隔灵活、整体性好等特点，并结合柱网的布置要求，根据参考文献[3]的基本规定：在初级中学和高级中学应为每班50人及普通教室的布置要求。教学楼普通教室的开间取10.8m，进深取7.8，能满足50个学生同时上课和其它功能的要求。
2.每层均设有有男女卫生间，并设置公用的前室，前室内置三个洗手盆，厕所有不向邻室对流的直接自然风和天然采光。
3.采用内廊式结构布置。中间走道宽 3.2m，以满足人流要求。设有两部双跑楼梯，兼做消防楼梯；一部双分平行楼梯，方便人流的疏散。楼梯是必不可少的一部分，是楼层人流疏散的必经之路，楼梯的数量、位置满足使用方便和安全疏散的要求，注重建筑环境空间的艺术效果。
4.每层均设有教室办公室、仪器室和值班室，开间取
5.4m进深取7.8m面积都约为33m²，能满足功能和使用要求。
2.2 建筑立面设计
建筑立面设计是根据建筑物的功能和要求，结合材料使用、结构布置、环境特点以及外观艺术要求，综合地考虑建筑物内部的功能划分、外部的体形组合及材料观感、色彩的处理等等，使建筑物的外形与内容统一，使建筑形成良好的艺术形象，人们的审美要求得以满足。通过采用白色马赛克瓷砖贴面进行立面的装饰，配合塑钢窗，显示出教学楼的简洁和大气。
墙体依其在房屋所处位置的不同，有内墙和外墙之分。按布置方向又可以分为纵横墙，按受力方式分为承重墙和非承重墙。根据墙体所处位置和功能的不同，设计时应满足下列要求：一、具有足够的强度和稳定性，墙体的强度与所用材料有关。墙体的稳定性通常可通过增加墙体厚度、增设墙垛、壁柱、圈梁等方法；二、具有必要的保温、隔热等方面的性能；三、应满足防火规范中相应燃烧性能和耐火极限所规定的要求；四、应满足隔声标准的要求[4]。
2.3 屋顶
本工程屋顶采用现浇混凝土结构平板屋顶，屋顶设计为不上人屋顶，檐口采用1.2m高女儿墙。
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1.排水构造：屋顶采用保温层找坡。坡度为2%，屋面外排水;
2.防水构造：三毡四油防水层;
3.保温构造：50mm厚炉渣保温层。
通过软件画出该结构的空间结构布置图如图2-1所示：
图2-1 空间结构布置图
3 结构方案的选择及结构布置
3.1 结构方案
本工程教学楼主体结构采用钢筋混凝土现浇框架结构形式。框架结构是由梁和柱组成称重体系的框架体系。框架建筑的主要优点是自重轻、节省材料；空间可以灵活的布置和分隔；结构的整体性好，刚度较好；应用范围很广。因此，选择框架结构作为教学楼的主体结构是比较合理的[5]。
3.2 结构布置
在框架结构中，作用在楼板的活荷载和恒荷载直接或者间接的传至次梁和框架梁，再由框架梁传至框架柱，最后传至地基。根据框架结构竖向荷载的传递方
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6 式及楼盖的平面布置，本次教学楼为横向框架承重方案。因为横向框架梁和框架柱的跨度为7.8m ，纵向框架梁和框架柱的跨度为5.4，所以在纵向框架梁A 与C 和D 与F 之间增加次梁B 和E ，将板荷载通过次梁传递给主梁，减小板的厚度。
框架结构的两边和中间布置有楼梯，两边的为平行双跑楼梯中间为平行双分楼梯，解决学生上下课是密集的人流问题。结构为对称布置，对提高建筑物的稳 定性和抗震性均有帮助。结构布置图见图3-1：
图3-1 框架结构平面布置图
3.3 柱网尺寸及层高
本教学楼采用纵向柱距为4.2m 和5.4m ， 横向边跨为7.8m ，中跨为3.2m 的内廊式框架结构，二至五层层高为3.9m ，底层层高为5m 。
3.4 梁和柱截面尺寸的初步确定
梁截面的高度：主梁一般取为梁跨度的1/14～1/8；次梁一般取为梁跨度的
1/18~1/12。根据参考文献[6]知轴压比计算公式为c
c f A N n ，因结构类型抗震等 级为三级框架结构，所以n 取0.7。
（1）横向框架梁：
边跨：取h=（l/8~l/14）L=560~975mm ，取高为650mm ，宽b 为300mm 。
中跨：取h ＝650mm ，b ＝300mm 。
纵向框架梁:
取h=（l/8~l/14)L=385~675mm，取高h为550mm，宽b为300mm。（2）纵向次梁：
取h=（1/18~1/12）L=300~450mm，取高h为450mm，宽b为300mm。
对于边柱：N= nβFg E =5×1.3×5.4×3.9×14＝1916.46kN
Ac≥N/（N f c）=1916.46×103/（19.1×0.7）＝143340mm 对于中柱：N= nβFg E =5×1.25×5.4×5.5×14＝2598.75kN
Ac≥N/（N f c）=2598.75×103/（0.7×19.1）=194371mm2取柱子尺寸为：b×h=500mm×550mm
3.5 楼板选择
本设计中所有楼板均采用现浇板，板厚均为100mm。
3.6 结构横向框架的计算简图
本框架结构采用柱下独立基础，基础顶面到室内地面1.10m。2～5层柱的高度取为3.9m，底层柱的高度从基础顶面至楼板，h=3.9+1.1=5m。.其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取I=2I0（I0为不考虑楼板翼缘作用的梁
截面惯性矩）。根据梁柱线刚度计算公式
l h
b
E
I c
123
⨯
⨯
=，其中Ec为混凝土弹性
模量，b为梁柱的截面宽度，h为梁柱的截面高度，L为梁柱的跨度和高度。
AB,CD跨梁：
I=2（Ec×0.3×0.653）/）（12×7.8）=17.61×10-4Ec
BC跨梁：
I=2（Ec×0.3×0.653）/）（12×3.2）=42.91×10-4Ec
上层柱：
I=（Ec×0.5×0.53）/）（12×3.9）=13.35×10-4Ec
底层柱：
I=（Ec×0.5×0.53）/）（12×5）=10.42×10-4Ec
得出结构计算简图如图3-2所示：
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图3-2横向框架结构计算简图
（注：图中数字为线刚度，单位：×10-4E c m³）
4 竖向荷载作用下的内力计算
4.1 计算单元：
取⑤轴线处的横向框架为计算单元，计算单元的宽度为 5.4m，由于房间内布置有次梁，故直接传给该框架的楼面荷载如图中影线所示，计算单元范围内的其余楼面荷载通过次梁和纵向连系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子的中心线不重合，因此在框架节点上还作用有集中力矩。计算单元及荷载传递图如图4-1所示：
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