框架结构教学楼设计毕业设计.doc

引　　言

作为四年大学里最后一个学习环节,毕业设计是至关重要的,起到了承前启后的作用，毕业设计是把在课堂学到的专业知识运用到工程实践上去,为即将踏上工作岗位以及进一步深造作好强实的基础。和其他学习环节不同，毕业设计是在我们指导老师的指导下，独立系统地完成一项工程设计，解决与之相关的所有问题，熟悉相关设计规范、手册、标准图以及工程实践中常用的方法，具有实践性、综合性强的显著特点。因而对培养我们的综合素质、增强工程意识和创新能力具有其他教学环节无法代替的重要作用。
本论文的内容是中国矿业大学南湖校区框架结构教学楼设计，侧重于结构计算，考虑结构的抗震设计，以此介绍框架结构体系的基本设计计算方法。
框架结构体系一般在教学楼和办公楼中被广泛应用，其特点是由梁、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。需要时，可用隔断分隔成小房间，或拆除隔断改成大房间。如果采用轻质隔墙和外墙，就可大大降低房屋自重，节省材料。框架结构构件类型少，易于标准化、定型化；可以采用预制构件，也易于采用定型模板而做成现浇结构，有时还可以采用现浇柱及预制梁扳得半现浇半预制结构。现浇结构的整体性好，抗震性能好，在地震区应优先采用。
在设计中，一方面要把所学的知识运用到设计、施工中去，熟悉国家有关规范、条例和规程并知道如何去查找规范里的相关条文；另一方面，由于现代化建筑一般都具有密度大，高度高，功能多，设备复杂，装修豪华，防火要求和管理自动化水平高，需要各工种交叉配合。因此，通过这次毕业设计，扩大非本专业知识面也是十分重要的。
由于毕业设计是一种初步的尝试，涉及专业比较多，加上条件和水平所限，不可避免地存在疏漏与错误，敬请老师批评指正。
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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使用授权说明

本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
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学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名： 日期： 年 月 日

学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　 　 　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。

作者签名： 日期： 年 月 日
导师签名： 日期： 年 月 日

指导教师评阅书

指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师： （签名） 单位： （盖章）
年 月 日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师： （签名） 单位： （盖章）
年 月 日

中国矿业大学2011届本科生毕业设计 第92页
教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
评定成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）
年 月 日
教学系意见：

系主任： （签名）
年 月 日

1. 文献综述

现代高层建筑是随着社会生产的发展和人们生活的需要而发展起来，是商业化、工业化和城市化的结果。而科学技术的进步、轻质高强材料的出现以及机械化、电气化、计算机在建筑中的广泛应用等，又为高层建筑的发展提供了物质和技术条件。20世纪90年代以后，随着我国钢材产量的不断提高，钢一混凝土组合结构在建筑行业得到了迅速发展，随着建筑造型和建筑功能要求日趋多样化，无论是工业建筑还是民用建筑都有很广泛的应用。
多层及高层建筑的结构体系大致有混合结构体系、框架结构体系、剪力墙结构体系、筒体结构体系、巨型结构体系。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。
框架结构特别适合于在办公楼、教学楼、公共性与商业性建筑、图书馆、轻工业厂房、公寓以及住宅类建筑中采用，是多层、高层建筑的一种主要结构形式。
框架结构是一种古老的结构形式，它的历史可以追溯到原始社会。当原始人由穴居而转人地面居住时，就逐渐学会了用树干、树枝、兽皮等材料搭成类似于后来北美印第安人式的帐篷，这实际上就是一种原始的框架结构。
框架结构的最大特点就是把承重的骨架和用来围护分隔空间的帘幕式墙面明确地分开，这可能是因为人们在长期的实践中逐渐地认识到有的材料虽然具有良好的力学性能，但却不适宜用来防风避雨，而另一些材料正好具有这方面的特长，因而分别选用前一种材料当作承重骨架，然后再用后一种材料覆盖在骨架上，从而形成一个可供人们栖息的空间。
典型的印第安人式帐篷的骨架是由许多根树干和树枝做成的，树干的下端插入地下，上端集中在一起，四周覆以兽皮或人工纺织的席子，这样就形成了一个圆锥形的空间。这种原始的帐篷结构极其简单，内部空间狭小局促，人在其中生活会受到很多的限制。
我国古代建筑所运用的木构架也是一种框架结构，它具有悠久的历史，据估计这种梁系统的结构早在公元二世纪的汉代就己经趋于成熟。由于梁架承担着屋顶的全部荷载，而墙仅起维护空间的作用，因而可以做到“墙倒屋不塌”。
除木材外，用砖石也可能砌筑成为框架结构的形式。13-15世纪在欧洲风行一时的高直式建筑所采用的正是一种砖石框架结构。高直式教堂所采用的尖拱拱肋结构，无论从形式或受力状态上看都不同于罗马时代的筒形拱或弯窿。它的最大特点是把拱面上的荷载分别集中在若干根拱肋上，再通过这些交又的拱肋把重力汇集于拱的矩形平面的四角，这样就可以通过极细的柱墩把重力传递给地面。高直式教堂就是以重复运用这种形式的基本空间单元而形成宏大的室内空间的。
近代框架结构的应用，不仅改变了传统的设计方法，甚至还改变了人们传统的审美观念。采用砖石结构的古典建筑，愈是底层，荷载愈大，墙也愈实愈厚，由此形成了一条关于稳实的观念—上轻下重、上小下大、上虚下实，而违反了这些原则就会使人产生不愉快的感觉。采用框架结构的近现代建筑，由于荷载全部集中在立柱上，底层无须设置厚实的墙壁，而仅仅依靠立柱就可以支托建筑物的全部荷载，因而它可以根本无视这些原则，甚至还可以把这样原则颠倒过来—采用底层透空的处理手法，使建筑物的外形呈上大下小或上实下虚的形式。
采用框架结构的近代建筑，由于荷载的传递完全集中在立柱上，这就为内部空间的自由灵活分隔创造了十分有利的条件，现代西方建筑正是利用这一有利条件，打破了传统六面体空间观念的束缚，以各种方法对空问进行灵活的分隔，不仅适应了复杂多变的近代功能要求，同时还极大地丰富了空间的变化，所谓“流动空间”正是对传统空间观念的一种突破。
由于钢筋混凝土框架结构的快速发展，我国建国解放以来建造了许多钢混结构的建筑物，例如北京的长城饭店，长城饭店是中国国际旅行社北京分社与美国伊沈建设发展有限公司合资建设和经营的高级旅游饭店。该饭店是美国贝克特国际公司设计，由北京市六建公司、机械施工公司、设备安装公司、市政三公司、房修二公司、园林局修建公司和花木公司联合建设施工的。工程占地1.5万平方米，建筑总面积82459万平方米。全组建筑呈“Y”字型，中心塔楼22层，高82.85米，周围分三翼，为18层。全部为柔性框架抗震结构。外墙饰面采用反射片式冷光玻璃，晶莹光亮，犹如水晶宫一般，有“玻璃大厦”之称。
在当前的发展趋势中，更为合理的是同时采用钢和钢筋混凝土材料的混合结构。这种结构可以使两种材料互相取长补短，取得经济合理、技术性能优良的效果。目前有这两种组合方式：
（1）用钢材加强钢筋混凝土构件。钢材放在构件内部，外部有钢筋混凝土做成，成为钢骨（或型钢）混凝土构件。也可以在钢管内部填充混凝土，做成外包钢构件，成为钢管混凝土。前者可充分利用外包混凝土的刚度和耐火性能，又可利用钢骨减小构件断面和改善抗震性能，现在应用比较普遍。
（2）部分抗侧力结构用钢结构，另一部分采用钢筋混凝土结构（或部分采用钢骨混凝土结构）。这种结构可成为混合结构，多数情况下使用钢筋混凝土做筒（剪力墙），用钢材做框架梁、柱。例如：上海静安希尔顿饭店就是这种混合结构。香港中国银行则是另一种混合方式，它采用钢骨混凝土角柱，而横梁及斜撑都采用钢结构。被称为中华第一楼的上海金茂大厦，就是采用钢筋混凝土做核心筒，外框用钢骨混凝土柱和钢柱的混合结构。深圳地王大厦也是用钢筋混凝土做核心筒，外框为钢结构的混合结构 。
除钢筋混凝土外，钢材也是一种比较理想的框架结构材料。与钢筋混凝土相比，钢材强度高、韧性大、易于加工;高层钢结构具有决构断面小、自重轻、抗震性能好等优点；钢结构构件可在工厂加工，能缩短现场施工工期，施工方便。但钢材的防火性能差，用钢材做框架还必须用不易燃的材料把它包裹起来，这也会给设计带来许多麻烦。钢筋混凝土主要缺点是构件断面大，占据面积达、自重大。但是钢筋混凝土结构造价较低，且材料来源丰富，并可以浇筑成各种复杂断面形状，还可以组成多种结构体系；可节省钢材，承载能力不低，经过合理设计，可获得较好的抗震性能。因为两者各有所长，目前世界各国的情况不同，有的主张用钢框架，有的则主张用钢筋混凝上框架。就我国的情况来讲，由于钢的产量不足，成本较高一般均采用钢筋混凝土框架。
框架结构是由梁、柱、节点及基础组成的结构形式，横梁和柱，通过节点连为一体，形成承重结构，将荷载传至基础，整个房屋全部采用这种结构形式的称为框架结构或纯（全）框架结构，框架可以是等跨或不等跨的，也可以是层高相同或不完全相同的，有时因工艺和使用要求，也可能在某层抽柱或某跨抽梁，形成缺梁、缺柱的框架。
框架结构体系是由竖向构件的柱子与水平构件的梁通过节点连接而成的，既承担竖向荷载，又承担水平荷载的结构。横梁和立柱通过节点连成一体，形成承重结构，将荷载传至基础。其特点是承重系统与非承重系统有明确的分工，支承建筑空间的骨架与梁，柱是承重系统，而分割室内外空间的围护结构和轻质隔墙是不承重的，这种结构形式强度高，整体性好刚度大，抗震性好，开窗自由。
这种结构体系的优点是建筑平面布置灵活，能获得较大的使用空间，建筑立面容易处理，可以适应不同的房屋造型。同时，在结构性能方面，框架结构属于柔性结构，自振周期较长，地震反应较小，经过合理的结构设计可以具有较好的延性性能，成为“延性框架”。
框架结构侧向刚度较小，当层数过多时，会发生过大的侧移，易引起非结构构件破坏而不能满足使用要求。框架结构是柔性结构，有水平位移，房屋的总水平位移越大，人的感觉越不舒服，而层间位移会影响建筑物的装修和隔墙开裂，由于框架结构层间变形较大，在地震区，高层框架结构带来的另一严重问题是，容易引起非结构构件的破坏，因而对这两种水平位移进行限，这样在设计中要增大房屋的抗侧刚度。框架抗侧刚度主要取决于梁、柱的截面尺寸。通常梁柱截面惯性矩小，侧向变形较大，这是框架结构的主要缺点，也因此而限制了框架结构的使用高度。
同时由于框架构件截面较小，抗侧刚度较小，在强震作用下结构整体位移和层间位移都较大，容易产生震害。在框架结构的抗震设计中，柱顶、柱底、梁端易出现裂缝。但是框架梁的裂缝宽度验算往往被工程设计人员忽视，对此应引起注意。影响裂缝宽度的主要因素有两方面。一是混凝土强度等级，二是钢筋的级别和直径。对于普通的混凝土构件，混凝土强度等级的提高对梁的裂缝宽度影响不大，一般情况宜采用增大梁的配筋率或增大梁的截面尺寸的方法来减小梁的裂缝宽度。另外，要注意的是在用计算机辅助软件进行计算时，一定要将恒、活荷载分开来输入，以便正确进行内力组合和裂缝宽度计算。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。因而其主要适用于非抗震区和层数较少的建筑，抗震设计的框架结构除需加强梁、柱和节点的抗震措施外，还需注意填充墙的材料以及填充墙与框架的连接方式等，以避免框架变形过大时填充墙的破坏。
但是随着结构高度增加，水平作用使得框架底部梁柱构件的弯矩和剪力显著增加，从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加，到一定程度，将给建筑平面布置和空间处理带来困难，影响建筑空间的正常使用，在材料用量和造价方面也趋于不合理。当有变形性能良好的轻质隔断及外墙材料时，钢筋混凝土框架可建造到30层左右，但在我国目前的情况下，框架结构建造高度不宜太高，以15-20层以下为宜。
当柱为正方形或接近正方形，或楼面荷载较大的情况下，可采用纵横向承重方案，这时楼面常为现浇双向板楼盖或井字梁楼盖，两个方向的框架同时承受竖向荷载和水平荷载。
在框架结构的设计方面， 木工程中出现以来，随着生产实践的经验积累和科学研究的不断进步，钢筋混凝土框架结构的设计方法在不断的发展和完善，先后经历了容许应力设计方法、破损阶段设计方法和极限状态设计方法。
容许应力法以线弹性设计方法为基础，要求在使用荷载作用下构件截面的应力不大于容许应力，截面应力按线弹性设计方法求出，容许应力是用材料的强度除以安全系数求得。容许应力法仅考虑材料的弹性性质，容许应力取值也无科学依据，框架结构设计是否安全可靠无法用实验来验证。
破损阶段法以塑性设计方法为基础，要求在使用荷载作用下构件截面的内力不大于破坏时内力除以某一安全系数，破损阶段法使构件有了总的安全度的概念，可以说它开创了一个新局面。但它仍存在一些重大的缺点:只保证了构件的强度，但却无法了解构件正常使用是否满足要求;安全系数取值仍须经验，并无严格科学依据;单一安全系数不能对不同荷载、材料、构件区别对待，从而正确地度量框架结构的安全度。
极限状态法是破损阶段的发展，它规定了框架结构的极限状态，并把单一安全系数改为三个分项系数，即荷载系数、材料系数和工作系数，从而把不同荷载、材料、构件区别对待，使构件具有比较一致的安全度。
从本质上讲，破损阶段设计法和极限状态设计法中的承载力极限状态设计所依据的都是极限强度设计方法。极限强度设计方法的基本原则是求出截面破坏时的极限承载力，然后控制截面在使用荷载作用下的内力不大于破坏时的极限承载力除以某个考虑安全的系数。系数可用单一系数，即破损阶段法;也可用分项截面钢筋超配系数，即极限状态法。随着可靠度设计方法的发展，安全系数的取值己经从传统的定值设计法发展到今天的半概率设计有很高的延性。然而在实际工程中很难完全做到这一点，比较经济的办法是有选择有重点的提高结构中重要构件或某些善、更科学的方向发展。但是，只有框架结构的极限承载力得以准确评估后，框架结构安全系数更为精确、科学的取值才会更有意义框架结构安全度才能得到充分保证。
可见 ，钢筋混凝土框架结构设计是十分重要的一项工作，设计的科学性对框架结构设计的经济性、安全性和可靠性都有十分重大的意义。建筑结构设计是建设工程设计的重要环节，是保障建筑结构安全、实现建筑使用功能的灵魂。
地震时建筑物的稳定性是建筑物结构设计的一个很重要的考虑方面，但是钢筋混凝土结构如果要求在大震作用下，结构仍处于弹性阶段不发生破坏是很不经济的。既经济又安全的抗震设计是允许在强烈地震作用下破坏严重，但不应倒塌。因此，依靠弹塑性消耗地震能量是抗震设计的特点，“大震不倒”是设计要达到的目标。
具有塑性变形能力的框架结构称为延性框架，大量的震害调查试验证明，钢筋混凝土框架经过合理设计，可以达到较大的延性。为了保证结构有较大的延性，应做到以下方面：钢筋混凝土框架梁、柱构件之间应设置为“强柱弱梁”。
钢筋混凝土框架的层间变形能力取决于梁柱的变形能力。柱是压弯构件，其变形能力不如梁，所以较合理的破坏机制梁比柱尽可能早发生，底层柱柱底塑性铰较晚形成。钢筋混凝土框架梁、柱构件应避免剪切破坏。框架梁、柱是钢筋混凝土的主要受力构件，应以受弯破坏为主，这样构件延性好。梁、柱节点的承载力宜大于梁、柱构件承载力。在钢筋框架设计中，除了保证梁柱构件具有足够的承载力和变形能力外，保证节点的抗剪能力，使之不过早破坏十分重要。
震害调查表明：节点破坏大多数是由于无箍筋或少箍筋，在剪压作用下混凝土出现斜裂缝甚至挤压破坏，纵筋压屈成灯笼状。因此保证节点不发生剪切破坏的主要措施是保证节点区混凝土的强度和密实性以及在节点核心内配置足够的箍筋。
框架结构的抗震概念设计主要归纳为以下几点：
（1）选择对建筑抗震有利的场地和地基。抗震设计时，应选择坚硬土或中硬土场地，当无法避开不利的或危险的场地时，应采取适当的措施。
（2）结构必须具有足够的刚度和承载力，以及良好的延性和耗能能力。足够的刚度使结构满足小震作用下的侧移和层间变形限值，避免非结构构件的破坏。特别是不规则框架，一定要设置从上到下贯通连续的有较大的刚度和承载力的抗侧力结构。结构的延性和耗能能力，通过采取构造措施获得。
（3）尽可能设置多道抗震防线。地震有一定的持续时间，而且可能多次作用，适当处理构件强弱关系，使其形成多道防线，是增强结构抗震能力的重要措施。例如，框架结构中的梁和柱，要做成“强柱弱梁”。
（4）控制结构的非弹性部位(塑性铰区)，实现合理的屈服耗能机制。塑性铰是结构屈服后的耗能部位，塑性铰的分布确定了结构的屈服机制，塑性铰所在部位则影响到铰的耗能能力。合理的耗能机制是梁铰机制，因为梁铰机制结构的层间位移均匀，即使出现较多的梁铰也不会形成机构。另一个原因是梁的轴向应力小，并且可以设计成弯曲破坏而不是剪切破坏，只要在梁端采取措施，就能获得良好的延性。
（5）应合理选择梁柱截面尺寸、配置纵向钢筋和箍筋，避免剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土的压溃先于钢筋的屈服、钢筋锚固粘结先于构件破坏。这是因为剪切、压溃和锚固破坏都是脆性破坏，延性很小。
（6）提高结构整体性。各构件之间的连接，必须可靠，符合下列要求:构件节点(主要是梁柱节点)的承载力不应低于其连接构件的承载力，当构件屈服、刚度退化时，节点应保持承载力和刚度不变。予埋件的锚固承载力不应低于连接件的承载力，装配式的连接应保证结构的整体性，各抗侧力构件必须有可靠的措施以确保空间协同工作。
（7）地基承载力和刚度要与上部框架结构的承载力和刚度相适应。
（8）以工程实际情况和概念设计的基本理论为依据，这是:①结构总体系与各分体系的工作原理和力学性质；②设计和构造处理原则；③计算程序的力学模型和功能；④吸取或不断积累的实践经验。
建筑物是社会物质和文化财富，它在满足使用要求的同时，还需要考虑人们对建筑物在美观方面的要求。
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、结构施工、材料设备、建筑经济及建筑艺术等问题，着重解决建筑物内部各种使用空间的合理安排，建筑物与周围环境、与各种外部条件的协调配合，内部和外表的艺术效果，各个细胞的构造方式等，创造出既符合科学性又具有艺术性的生产和生活环境。
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。
追求空间品质是现代建筑和古典建筑区别的重要标志之一，在建筑设计中，设计者一般把空间作为一个重要功能因素进行平面组合。以剧院设计为例，一般剧院的公共空间形态由门厅、大厅和休息厅等为观众服务的辅助空间共同构成，传统概念中这部分空间的功能比较单一，主要是为观众在演出开幕前以及幕间提供一个休息的场所，所以从设计考虑上与观演厅联系比较紧密，在使用上独立性不强，在形态构成上多服从于观演厅。随着剧场建筑的发展，尤其是像国家大剧院这种综合性的演艺中心的出现，公共空间的功能要求愈来愈多，公共空间的形态要求也愈来愈高，独立性也愈来愈强。国家大剧院在任务书中就明确地要求在这部分空间中不仅要包括休息厅的功能要求，同时要设置相当面积的艺术展廊、文化交流、餐饮和商场，由此使整体建筑成为一个向所有人开放的活跃的街区。这就在没有演出的白天时间里，大剧院内部也可组织各式各样的文化活动，吸引戏剧演出之外参加其它活动的人流，为大剧院的经营和使用提供更充裕的硬件资源。
现代建筑发展到今天，对建筑创作理念的探讨已经不能停留在二元理论的层面上即要么把建筑完全视为艺术的观念，抽象的形式变成了最主要的建筑语言，比例、均衡、韵律成了评论建筑的重要标准要么在建筑中添加许多哲学的想法，致使许多建筑师在设计中追求一种哲理上的意义，在这种冲动的鼓舞下，构成、符号、乡土、文脉等各种理论相继出现。当前的建筑创作理念已经由原来方案创作中手法的单一性向多元化发展，任何一个成功的典型建筑都是功能、形式和技术的辨证统一、协调组合。
“坚固，实用，美观”作为建筑的三要素，它们之间相互制约、相互平衡，由
三要素引申出来的注重技术、注重形式和注重功能的不同建筑创作理念，表面看它们是互不相关的设计理念，其实只是在寻求建筑创作中寻求最佳解题方案的不同表现形式，它根据具体的建筑设计项目采用有不同的策略。有独创性的建筑师往往都是综合运用各种设计方法的。建筑师针对不同的设计任务、环境条件、场所特点和文化要求可选择与之相适应的设计方法。各种设计方法的运用均可产生杰出的建筑作品，但在特定的条件下一种设计方法可能优于其他的方法，因此建筑师掌握和总结不同的设计方法是很有必要的。建筑师并不是在建筑创作中把所有的设计方法都用到，其实每个建筑师都有自己常用的或偏爱的设计方法，每个设计项目都有需要解决的突出的问题，找到相应的解决方法就是成功的设计。所以，每个建筑师在建筑设计的不同阶段，都可能采用不同的设计方法，针对不同性质的项目，也可能采用不同的设计方法。
当前的建筑创作思路，应当在充分满足功能和讲究经济效益的前提下，注意形象建设，做到“适用、经济、美观”相结合。不能离开功能、适用、经济去片面追求城市形象，否则，就会堕入形式主义，造成浪费。同时应对建筑建立合理的评价体系，无论从政府以及社会的管理和监督角度讲，应该予以重视，特别是一些典型建筑的设计方案，本文提倡建筑师运用综合的设计方法去解决建筑的技术、功能、美学、经济等问题。
建筑设计和结构设计的关系：建筑是人们运用一定的物质材料创造所需空间和环境的一种技术和艺术，有许多使用和美观要求；结构是由构件组成的能承受“作用”的受力骨架，它的功能是形成建筑功能所要求的基本空间和体型。因此，在设计政府办公楼时，结构方面的设计一定要能满足建筑方面的要求，而建筑设计也必须考虑到所采用结构形式的特点。两者的关系相当于螺钉和螺帽，只有相互配套，才能共同发挥作用。
根据建筑物用途分类，教学楼应属于民用建筑中的公共建筑。不同用途的建筑有不同的功能要求，可以根据教学要求的实际对房屋的建筑设计和结构设计提出相应要求。

2 建筑设计

2.1 工程概况
工程名称：徐州市中国矿业大学教学楼；
工程地点：徐州市三环南路
工程规模：主体6层；
结构类型：钢筋混凝土框架结构；
工程环境：本工程位于徐州市三环南路；
地面粗糙度：B类；
建筑类别：丙类；
场地土类别：Ⅱ类；
设计使用年限：50年；
结构重要性系数：1.0；
现浇钢筋混凝土房屋抗震等级：三级；
环境类别：上层一类，基础：二（a）类；
抗震设防烈度：7度（第一组别），设计地震基本加速度值为0.10g；
防火等级：二级；
底层层高为3.6m，其它层均为3.6m，女儿墙高0.9m，建筑物总高度为22.5m。室内外高差为0.60m，无地下室。
2.2 地质资料
（1）工程地质：对建筑物有较大影响的是第四纪地层，本工程地质条件能满足一般建筑物的要求，到需注意冲沟、岩脉，建筑物总平面布置应尽量避开，以免导致建筑物倾斜、拉裂。
根据地质资料，野外勘测成果与室内土工试验成果表明，场地工程地质条件简单。勘探深度内揭露的岩土地层全为第四系冲洪积层，岩性以粘性土为主。依据其物理与工程特性，可划分为4个主层（编号为层①～层④）。
层①砂土：棕黄、褐黄等色，含少量铁锰氧化物，偶有锰结核。硬塑，具中压缩性。该层层底埋深，层厚。
层②粘土：棕黄、棕红色及浅棕红色，含铁锰氧化物，含少量钙结核，硬塑，具中压缩性。该层层底埋深，层厚。
层③粉质粘土：黄褐色、褐黄色及棕黄色，偶见钙质条纹。硬塑，具中压缩性。据穿透的勘探点统计,该层层底埋深，层厚。
层④粉质粘土：褐黄及棕黄等色，含氧化铁和少量锰结核。硬塑，具中压缩性。该层最大揭露厚度，层底标高。
本工程地基土体的平均容重取20.0；地基承载力标准值取第一层，。
（2）水文地质：本地区地下水靠天然降水补给，地下水由东、东南向西、西北方向流动，与地形坡度一致。
（3）地震工程地质：地质运动以断裂运动为主，褶皱运动为辅，断层裂缝较多，老的断层有三条：峄山断层、张范断层、花石沟断层。在断层内有活动迹象，地壳运动比较活跃，尤其是花石沟断层比较明显，裂隙地面可见。根据有关方面分析：虽然断层较多，但断层并无应力积聚条件，故历史上从未发生过较大地震（最大三级），国家地震局和省地质局确定为7度设防区。
2.3 方案选择
钢筋混凝土结构体系大致有混合结构体系、框架结构体系、剪力墙结构体系、筒体结构体系、巨型结构体系。本文设计采用框架结构，框架结构体系是由竖向构件的柱子与水平构件的梁通过节点连接而成的，既承担竖向荷载，又承担水平荷载的结构。其特点是承重系统与非承重系统有明确的分工，支承建筑空间的骨架是梁，柱是承重系统，而分割室内外空间的围护结构和轻质隔墙是不承重的，这种结构形式强度高，整体性好刚度大，抗震性好。这种结构体系的优点是建筑平面布置灵活，能获得较大的使用空间，建筑立面容易处理，可以适应不同的房屋造型。
2.4 工程要求
该工程为丙类建筑，Ⅱ类场地，耐火等级为一级，抗震设防烈度为七度，地震加速度0.1g，设计地震第一组，抗震等级为三级。主体结构采用全现浇钢筋混凝土框架结构，梁、柱、板均为现浇，混凝土强度等级主要采用C35,钢筋主要采用HRB400级钢筋，箍筋选用HRB335级钢筋；本建筑场地较为平整，地质条件较为简单，所以采用全框架结构及柱下独立基础。基础采用柱下独立基础。
2.5 建筑设计说明
在进行建筑设计时，综合考虑了基地环境，使用功能，结构选型，施工材料，设备和建筑艺术等问题，合理安排了建筑内部各种使用功能和使用空间，并使建筑与周围外部环境相协调。
本设计为中国矿业大学教学楼的设计，主体结构为6层，高度为22.5m，层高均为3.6米，室内外高差0.6m，女儿墙高0.9m。填充墙采用200mm厚的空心砌块。楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度为100mm。
整个建筑由抗震缝分为四个区，分别为南区、北区、西区和东区，整个建筑因此联系起来成一个回字形，有利于建筑抗震。
将房间按使用的性质分类，分为教室、办公室、开水室和交通联系部分。建筑主要布局为教室，教室分为大教室和普通教室，大教室采用14.4m×7.2m布局，一个层共有六个，主要分布在东西走向上，是学生上课的主要地点。普通教室采用7.2m×7.2m布局，一层上有八个，主要分布在南北走向，由于教室对于采光要求较高，所以开了较大的窗子。同时在南北两区的两端安排7.2m×3.6m的办公室，一层设置四个，主要用于教师答疑以及日常办公。并在南区办公室隔壁设置一个7.2m×3.6m开水室，以便教师及学生日常饮水。整个教学楼根据《建筑专业标准规范》布置，从而来合理地布置各个房间，同时在不影响安全保卫工作的基础上使其内外联系方便。
教学楼的卫生间，在布局中的位置，充分考虑到来此地的各部分人的使用方便，尽量保证良好的通风和采光。本设计在每层各布置两个厕所，紧靠楼梯，使用方便。建筑为六层，故采用了楼梯作为垂直交通手段，考虑到学生人流量较大以及筑的抗震防火要求，故设置三个楼梯，在南区设置一个楼梯，在北区设置两个楼梯，楼梯宽度为3.6m，楼梯间休息平台宽度1.9m。
本设计采用外廊式与内廊式相结合的布局，外廊式布局主要特点是具有较好的朝向、采光和通风；内廊式布局的主要优点是走道所占的面积比较小，此外，为了解决内廊式走道采光不好的问题，在走道端部开设窗子以解决走道的采光问题。
2.5.1 建筑平面说明
建筑平面设计是在熟悉使用空间及其使用要求的基础上，进一步分析建筑整体的使用要求，分析各使用空间之间及使用空间与交通联系空间之间的相互关系，综合考虑技术、经济和建筑艺术等方面的要求，结合整体规划、场地环境等具体条件，将各使用空间和交通联系空间在水平方向上相互联系和结合，组成一个有机的建筑整体。
在建筑平面设计过程中，由于设计题目为教学楼，建筑的功能要求比较单一，主要为教学之用，同时结合办公答疑之用。首先从建筑的功能着手，分析其使用空间的结合，把建筑中使用功能相同或联系紧密的使用空间组合在一起形成一区。平面设计中将房间按不同的功能要求分类并进行分区布局，使之既有明确的分区和隔离，又有必要的联系。本设计中主要是教室的集中，结合办公室、开水房辅助教室使用。
根据规范要求，本设计由于采用的是框架结构，房间的布置比较灵活，根据房间使用的性质不同，房间的尺寸也不同，房屋的开间取为7.2m，进深为7.2m。中间走道为3.6m。厕所布置在建筑朝向较差的一面，距最远的房间距离远小于50米，符合规范要求。
2.5.2建筑立面说明
建筑的立面设计是在符合使用功能和结构构造等要求的前提下对建筑空间造型的进一步美化，运用建筑造型和立面构图的一些规律，紧密结合平面、剖面的内部空间组合而进行的。因此在立面设计中一应反映出建筑的性格，即建筑的使用性质；二应反映内部空间及其组合情况；三应反映自然条件和民族特点的不同；四应适应基地环境和建筑规划的总体要求。
本设计在立面上看起来显的比较简单，柱子突出外墙起到了分隔作用且采用轻质装饰材料，给人以强烈的视觉效果。在墙面涂料上，用的是水刷石涂料，显的比较质朴、典雅。在窗户处理上，整个立面大体上采用了两种形式的窗户，较为传统的矩形窗使得整个建筑显的很稳重，楼梯间使用的弧形窗使得楼梯间显得典雅。总体上说，整个建筑在立面设计上力求达到活泼、简洁、朴素、典雅的效果。通过对空间的综合利用，以端庄朴实无华