毕业设计---某多层办公楼设计.doc

本科学生毕业设计 某多层办公楼设计 一、设计资料（1） 设计标高：室内设计标高0.000,室内外高差450mm.（2） 墙身做法：采用加气混凝土块，用M5混合砂浆砌筑，内粉刷为混合砂浆底，纸筋灰面，厚20mm，“803”内涂料两度。外墙采用贴面砖，1：3水泥砂浆底厚20mm。（3） 楼面作法：楼板顶面为水磨石地面，楼板底面为15mm厚白灰砂浆天花抹面，外加V型轻钢龙骨吊顶。（4） 屋面作法：现浇楼板上依次铺20mm厚水泥砂浆找平层、300mm厚水泥珍珠制品隔热找平层、20mm厚水泥砂浆找平层和SDC120复合卷材，下面依次为15mm厚白灰砂浆天花抹面和V型轻钢骨龙吊顶。（5） 基本风压：o=0.3KN/m2(地面粗糙度属C类)。（6） 基本雪压：S0=0.3KN/m2。（7） 抗震设防烈度：八度（0.2g）第二组，框架抗震等级为二级。（8） 地质条件： 由上至下：人工添土：厚度为1m粉质粘土：厚度为7m，地基承载力特征值为500KPa中风化基岩：岩石饱和单轴抗压强度标准值为3.6MPa建筑场地类别为类；无地下水及不良地质现象。活荷载：上人屋面活荷载2.0KN/m2，办公室楼面活荷载2.0KN/m2,走廊楼面活荷载2.5KN/m2,档案室楼面活荷载2.5KN/m2。二、结构布置及结构计算简图的确定结构平面布置如图1所示。各梁柱截面尺寸确定如下：主梁：取h=1/9=1/97200=800mm，取h=800mm,取b=350mm，次梁：取h=1 /16=1/167200=450mm，取h=500mm,取b=250mm，柱子：取柱截面均为bh=600600mm，现浇板厚为100mm。取轴线为计算单元，结构计算简图如图2所示，根据地质资料，确定基础顶面离室外地面为500mm，由此求得底层层高为4.7m。各梁柱构件的线刚度经计算后列于图2中，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）。梁柱均采用C30混凝土。由于后面梁的组合弯矩过大，相对受压区高度超过了界限受压区高度，所以改用C40混凝土，因为梁柱刚度成比例增加，不会引起后面分配系数的改变。地震作用下的弹性侧移将更小，一定符合要求。框架刚度计算：1.边跨框架梁线刚度：ib=2EcI。/l=23.01043508003/(127200) =12.441010Nmm2.中间跨框架梁线刚度： ib=2EcI。/l=23.01043508003/(122400)=37.331010Nmm3.二五层框架柱线刚度：ic=EcI。/l=3.01046006003/(123600)=9.001010Nmm4.首层框架柱线刚度：ic=EcI。/l=3.01046006003/(124700)=6.891010Nmm在计算内力时，柱的线刚度取框架实际柱线刚度的0.9倍。即：首层框架柱线刚度:ic=0.96.891010=6.201010Nmm二五层框架柱线刚度:ic=0.99.001010=8.101010Nmm三、荷载计算1.恒载计算（1） 屋面框架梁线荷载标准值：SDC120复合卷材 0.15KN/m220mm厚水泥砂浆找平层 0.4 KN/m2300mm厚水泥砂浆珍珠制品隔热找平层 1.2 KN/m220mm厚水泥砂浆找平层 0.4 KN/m2100mm厚现浇混凝土楼板 2.5 KN/m215mm厚白灰砂浆天花抹面 0.26 KN/m2V型轻钢龙骨吊顶 0.12 KN/m2屋面恒载 5.03 KN/m2框架梁自重 0.350.80257.00 KN/m梁侧粉刷2（0.80-0.1）0.02170.48KN/m作用在顶层框架梁上的线荷载为：g5AB1=g5CD1=7.000.487.48 KN/m g5BC1=7.48KN/mg5AB2=g5CD2=5.033.6=18.12 KN/m g5BC2=5.032.4=12.07KN/m （2） 楼面框架梁线荷载标准值：水磨石地面 0.65 KN/m2100mm厚现浇混凝土楼板 2.5 KN/m215mm厚白灰砂浆天花抹面 0.26 KN/m2V型轻钢龙骨吊顶 0.12 KN/m2楼面恒载 3.53 KN/m2边跨填充墙自重： 0.20（3.6-0.80）73.92KN/m墙面粉刷： （3.6-0.80）0.022171.90KN/m作用在中间层框架梁上的线荷载为：gAB1=gCD1=7.48+3.921.9013.30KN/m gBC1=7.48 KN/mgAB2=gCD2=3.533.6=12.71 KN/m gBC2=3.532.4=8.47 KN/m （3） 屋面框架节点集中荷载标准值：边柱连系梁自重： 0.350.807.22550.40KN粉刷： 20.02（0.80-0.10）7.2173.43KN次梁自重： 0.250.507.2250.511.25 KN粉刷： 20.02（0.50-0.10）7.2170.50.98KN1.5m高女儿墙自重： 1.57.20.20712.10 KN粉刷： 20.021.27.2175.88 KN连系梁传来屋面自重： A、D点相同： （3.63.6+1.81.8）5.0381.49 KN顶层边节点集中荷载： G5A=G5D=165.53KN中柱连系梁自重： 0.350.807.22550.40KN粉刷： 20.02（0.80-0.10）7.2173.43 KN次梁自重： 0.250.507.2250.511.25KN粉刷： 20.02（0.50-0.10）7.2170.50.98 KN连系梁传来屋面自重：B、C点相同：0.51.21.22.41.20.51.81.81.83.6 25.03117.70 KN顶层中间节点集中荷载： G5B=G5C=183.76KN（4） 楼面框架节点集中荷载标准值：边柱连系梁自重： 0.350.807.22550.40KN粉刷： 20.02（0.80-0.10）7.2173.43 KN次梁自重： 0.250.507.2250.511.25KN粉刷： 20.02（0.50-0.10）7.2170.50.98 KN钢窗自重： 2.121.80.453.40KN窗下墙体自重： 0.21.006.679.24KN粉刷： 20.021.006.6174.49 KN窗边墙体自重： 1.8（6.62.12）0.276.05 KN粉刷： 20.021.8（6.62.12）172.94 KN框架柱自重： 0.600.603.62532.4 KN粉刷： 1.80.023.6172.20 KN连系梁传来楼面自重：A、D点相同： （3.63.6+1.81.8）3.5357.19 KN 中间层边节点集中荷载： GA=GD=183.97KN中柱连系梁自重： 50.40 KN粉刷： 3.43 KN次梁自重： 11.25 KN粉刷： 0.98 KN内纵墙自重： 6.6（3.60.80）0.2725.87KN粉刷： 6.6（3.60.80）20.021712.57KN扣除门洞重加上门重：2.11.0（70.2+1720.020.2）-3.95KN框架柱自重： 32.4KN粉刷： 2.20KN连系梁传来楼面自重：B、C点相同： 0.51.21.22.41.20.51.81.81.83.6 23.5382.60 KN 中间层中节点集中荷载： GB=GC=217.75KN（5） 恒载作用下的结构计算简图如图3所示，其中：G5A= G5D=165.53KNG5B= G5C=183.76 KNGA= GD=183.97 KNGB= GC=217.75 KNg5AB1= g5BC1= g5CD1=7.48 KN/mg5AB2= g5CD2=18.12 KN/mg5BC2=12.07KN/mgAB1 = gCD1 =13.30KN/mgBC1=7.48KN/mgAB2 = gCD2 =12.71KN/mgBC2=8.47 KN/m2.屋、楼面活荷载计算屋、楼面活荷载作用下的结构计算简图如图4所示。图中各荷载值计算如下P5AB= P5CD=3.62.0=7.20 KN/mP5BC=2.42.0=4.80KN/mP5A=P5D=(1.81.8+3.63.6) 2.0=32.40KNP5B= P5C= 1.21.2+4.81.2+1.81.8+3.63.6 2.0=46.8 KNPABPCD =2.03.6=7.2 KN/m走廊：PBC2.52.4=6.00KN/mPA= PD= (1.81.8+3.63.6) 2.0=32.40KNPB= PC= 1.21.2+4.81.22.5+1.81.8+3.63.62.0=50.40KN3.风荷载计算风压标准值计算公式为： =zszo因结构高度H18.600m30m,可取z1.0；对于矩形平面s1.3；z可查荷载规范得到，当查得得z 1.0时，取z1.0。将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如表1所示。表中A为一榀框架各层节点的受风面积。计算结果如图5所示。 风荷载计算 表1层次zsZ（m）zo (KN/m2)A(m2)Pw(KN)五层1.01.319.10.780.3247.30四层1.01.315.50.740.328.88.31三层1.01.311.90.740.328.88.31二层1.01.38.30.740.328.88.31一层1.01.34.70.740.333.29.584.地震作用计算（1） 计算框架梁柱的线刚度：框架梁线刚度：边跨：ib1=12.44104KNM 中跨：ib2=37.33104KNM框架柱线刚度：首层：ic1=6.20104KNM 其他层：ic2=8.1104KNM（2） 本设计仅考虑水平地震作用即可，并采用基底剪力法计算水平地震作用力。为求基底剪力，先要计算结构各层的总重力荷载代表值：顶层： G5= g5AB116.8+(3.6+7.2)(g5AB2+ g5CD2)0.5+ g5BC22.40.5+ G5A+ G5B+ G5C+ G5D+4G柱/2+0.37.216.80.5=7.4816.8+10.818.1220.5+12.072.40.5+(165.33+183.76)2+40.5(32.4+2.20) +0.37.216.80.51121.36KNG4 = G3= G2= gAB114.4+ gBC12.4+ 0.5gAB2(3.6+7.2)2+0.52.4gBC2+GA+GB+ GC+ GD+4G柱0.5+(3.6+7.2)(pAB+ pCD)0.5+ pBC2.40.5+PA+ PB+ PC+ PD 0.5=13.3014.4+7.482.4+10.812.71+0.52.48.47+(183.97+217.75) 2+234.6+10.80.514.8+1.26.0+(32.4+46.8) 2 0.5=1352.30KNG1= G2+4(2.35-1.8) G柱/3.6=1352.30+40.6534.6/3.6=1373.44 KN质量重力荷载代表值见图6。（3） 用“D值法”计算柱的侧向刚度，框架各构件线刚度如图7：其中：i5= i4= i3= i2=8.11010 N*mm i1=6.21010 N*mmi51=i41=i31=i21=i11=12.441010 N*mmi52=i42=i32=i22=i12=37.331010 N*mm除底层外，其余柱的D值：边柱 由K=（i51+ i41）/（2 i5）=1.536 =K/（2+K）=0.434 则 D5边=12ic/hj2=0.414128.1104 /3.62=32550KN/m中柱 由K=（i51+ i52+ i41+ i42）/（2 i5）=6.144 =K/（2+K）=0.754 则D5中=12 ic/ hj2=56550KN/m底层柱的D值：边柱 由K= i11/ i1=2.006 =（0.5+K）/（2+K）=0.626 故D1边=12 ic/ hj2=21083 KN/m中柱 由K=（i11+ i12）/ i1=8.027 得（0.5+K）/（2+K）=0.850 故D1中=12 ic/ hj2=28628 KN/m从而得各层的侧向刚度如下：K1=2（D1边+D1中）=2（2108328628）99422KN/m K2= K3= K4= K5=2（D边+ D中）=2（3255056550）178200KN/m（4） 用顶点位移法求结构基本周期T1：将各层的重力荷载代表值当作水平力，产生的楼层剪力为：V5=G5=1121.36KNV4= G4+G5=1352.30+1121.36=2473.66KNV3= V4+G3=3825.96KNV2= V3+G2=5178.26KNV1= V2+G1=6551.70KN求顶点位移，则： U1= V1/ K1=0.0659m U2= U1+ V2/ K2=0.0659+0.0291=0.0950m U3= U2+ V3/ K3=0.0950+0.0215=0.1165m U4= V4/ K4+ U3=0.1165+0.0139=0.1304m U5= V5/ K5+ U4=0.1304+0.0063=0.1367m= UT 故T1=1.8 =0.6655s由于要考虑填充墙对基本周期的折减，故取折减系数为0.6，则T1=0.60.66550.3993s由于T11.4 Tg=1.40.4=0.56s，故不考虑顶层附加作用。查抗震设计规范得：max0.16由于T10.3993sTg0.4s，故1max0.16FEK=1Geq=0.851GE=0.850.16(1121.36+1352.303+1373.44) =891.03 KNF1=FEK=891.03=75.53KN同理：F2=131.33 KN F3=188.30KN F4=245.26 KN F5=250.61 KN故地震的水平作用力如图8.所示：（5） 地震作用下的水平位移的弹性验算：U=+=8.96210-3+4.57610-3+3.83910-3+2.78310-3+1.40610-3=21.5310-3m层间位移验算：底层：满足要求； 二层：满足要求；顶点位移验算：=满足要求。由于风荷载远小于水平地震作用，故不必验算风荷载作用下框架的弹性水平位移，肯定能够满足。5.屋面雪荷载（分布同屋面活荷载）P雪ABP雪CD0.33.61.08 KN/mP雪BC0.32.4=0.72 KN/mP雪A=P雪D=(1.81.8+3.63.6) 0.3=4.86KNP雪B= P雪C= 1.21.2+4.81.2+1.81.8+3.63.6 0.3=7.02 KN四、内力计算（1） 恒载作用下的内力计算采用分层法。顶层：由图3中取出顶层进行分析，结构计算简图如图9所示。图9中的柱子线刚度取框架柱实际线刚度的0.9倍。图中，梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成，可根据固端弯矩相等的原则先将梯形分布荷载及三角形分布荷载化为等效均布荷载。等效均布荷载的计算公式如图10.所示： g5边g5AB1+g5AB2=7.48+18.12=23.62KN/mg5中g5BC1+g5BC2=7.48+12.07=15.02 KN/m图示结构内力可用弯矩分配法计算，并可利用结构对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为：M5AB= M5BA =g5边l边223.627.22102.04 KNMM5BE=g5中l中215.091.227.24 KNMM5EB=g5中l中215.091.223.62 KNM弯矩分配法计算过程如图11.所示：二至四层荷载作用如图12.：利用结构对称性取二分之一结构计算。同理，先将梯形分布荷载及三角形分布荷载化为等效均布荷载。g边gAB1+gAB2=13.30+12.71=24.62 KN/mg中gBC1+gBC2=7.48+8.47=12.77 KN/m各杆的固端弯矩为：MAB= MBA=g边l边224.627.22106.36 KNMMBC=g中l中212.771.226.13KNMMCB=g中l中212.771.223.06 KNM弯矩分配法计算过程如图13.所示：底层除柱子的线刚度不同外，其它同二至四层，故其弯矩分配过程如图14.所示：各层弯矩图为：顶层（图15.）：标准层（图16.）：底层（图17.）：将各层分层法求得的弯矩图叠加，柱子按传递，并将叠加后的各个不平衡的节点重新分配，从而得到竖向荷载作用下的整个结构的弯矩图。顶层(图18)：顶层左端：柱顶弯矩 45.7+33.45/3(=11.15)=56.85 左端弯矩不平衡（梁端 -45.7，柱顶56.85）需进行再一次分配，把-11.15（56.85-45.7=11.15转号）按柱梁的线刚度分配，梁端得到-6.67，柱-4.39四层（图19.）：三层（图20.）：二层（图21.）：一层（图22.）：一层传至柱底的弯矩为（图23.）：（2） 跨中弯矩计算：将固端弯矩简化为简支端计算，同时将荷载叠加，如图24.所示：对于：M中ql2=7.487.2248.47KNM（五层边跨） =7.482.425.39 KNM（中跨）=13.307.2286.18 KNM（其它层边跨）对于：M中18.1223+18.122132.88KNM(顶层边跨)12.7123+12.71293.21KNM(其它层边跨)对于：M中1.212.071.25.79 KNM (顶层中跨)1.28.471.24.07KNM (其它层中跨)跨中弯矩组合：顶层：标准层：故梁的跨中弯矩即等于梁端弯矩的平均值减去跨中弯矩组合值。（3） 弯矩调幅：将梁各固端弯矩值乘以0.85的折减系数如图25.所示,括号内为调幅后的弯矩，跨中弯矩为调幅后的端弯矩的平均值减去跨中弯矩组合值。（4） 剪力计算：按简支跨计算： 对顶层边跨： V17.27.487.23.618.123.63.618.121.87.244.29+91.370 V169.31KN 同理：V282.39KN对顶层中间跨：V12.4-7.482.41.2-12.072.41.20 V1V216.22KN 对四层边跨：V17.213.307.23.612.713.63.612.711.87.265.82+89.200 V178.95KN 同理：V285.44 KN对四层中间跨：V2.4-7.482.41.2-8.472.41.20 V1V214.06KN 对三层边跨：V17.213.307.23.612.713.63.612.711.87.264.40+89.650 V178.69KN 同理：V285.70KN对三层中间跨：V2.4-7.482.41.2-8.472.41.20 V1V214.06 KN 对二层边跨：V17.213.307.23.612.713.63.612.751.87.264.69+89.570 V178.74KN 同理：V285.65 KN对二层中间跨：V2.4-7.482.41.2-8.472.41.20 V1V214.06 KN对首层边跨：V17.213.307.23.612.713.63.612.751.87.258.06+91.830 V177.51KN 同理：V286.89KN对首层中间跨：V2.4-7.482.41.2-8.472.41.20 V1V214.06KN（5） 柱子轴力计算：五层边柱：N5D=G5DG柱V1=269.44KN五层中柱：N5C=G5CG柱V1V2=316.97KN四层边柱N4D=GDN5DG柱V1=566.96KN四层中柱N4C=GCN5CG柱V1V2=668.82KN三层边柱N3D=GDN4DG柱V1=864.27KN三层中柱N3C=GCN4CG柱V1V2=1020