土木工程办公楼毕业设计--某行政办公楼设计.doc

毕 业 设 计学生姓名： 学 号： 学 院： 专 业： 土木工程 题 目： 某行政办公楼设计 指导教师： 评阅教师： 20年 6 月 88毕 业 设 计 中 文 摘 要本工程为实际应用课题，地点在区内，为城建局办公楼设计。建筑使用场地为70m30m，建筑耐火等级II级，结构安全等级二级，本工程占地面积约2100平方米左右，建筑面积5000平方米。本建筑共五层，各层梁、板、柱混凝土强度均为C30，纵向受力钢筋采用HRB400级钢筋，其余钢筋用HPB300、HRB335级钢筋。建筑平面呈四方形，总长度为56.7米，总宽度为15米。建筑立面规整。除正面中门为玻璃门外，其余均采用钢铁门，窗为铝合金窗。本工程结构形式为钢筋混凝土框架结构体系，2至5层柱截面尺寸为500500，首层柱截面尺寸为600600。建筑地点地质条件良好，采用柱下独立基础。楼梯采用混凝土板式楼梯，设计严格遵守我国现行规范，计算中包括荷载计算，内力组合，基础设计及验算，柱，梁的强度验算和整体稳定验算，楼梯设计等。关键词：框架结构 独立基础 钢筋混凝土 抗震设计 本科毕业设计 第 88 页 共 82 页毕 业 设 计 外 文 摘 要Title The designed as the office building of the City Building Department in Shijiazhuang AbstractThis project, serving as a practical subject of application, is located in Shijiazhuang downtown area and designed as the office building of the City Building Department in Shijiazhuang . With a level II fireproof grade and a level II safety class, this building occupies a venue of 70m30m. In addition, this project covers an area of about 2100 square meters and has a building area of 5000 square meters. The strength of the beams, plates and concrete columns in each layer of this five-layered building is C30. HRB400 steel bars are used lengthwise while HPB300、HRB335 steel bars are used anywhere else. The building plane is square with a total length of 56.7 meters and a total width of about 15 meters. The building elevation is neat and clean. All doors are made of steel except the middle door in the front which is made of glass. Aluminum alloy windows are used. This project employs a reinforced concrete frame structure. The sectional dimension of the columns in the second to the fifth layer is 500 mm x 500 mm while that in the first layer is 600mm600mm. The geological condition of the construction site is good. An under column independent foundation and slab-typed concrete stairs are designed. Strictly abiding by the existing norms of design in China, this design includes such calculations as load calculations, the internal force composition, basic design and checking, the check calculation of the strength of the column and the beam, the overall stability checking and staircase design and so on.Key words Frame construction Independent foundation Reinforced concrete Seismic design目 录1 引言42 结构选型和布置52.1 结构选型52.2 结构布置52.3 初估截面尺寸52.3.1 估算依据52.3.2 梁截面尺寸估算依据52.3.3 柱截面尺寸估算依据73 框架计算简图73.1 计算简图说明73.2 框架梁柱截面特征83.3 框架梁柱的线刚度计算83.3.1 柱子计算83.3.2 梁计算93.3.3 相对线刚度计算93.4 框架柱侧移刚度计算114 荷载计算124.1 恒载标准值计算124.1.1 不上人屋面恒载（屋1：倒置式屋面）124.1.2 楼面横载124.1.3 梁、柱自重134.1.4 墙体自重（加气混凝土砌块）144.2 活荷载标准值计算154.2.1 屋面及楼面活载标准值154.2.2 屋面雪荷载标准值154.3 各层重力荷载代表值计算154.3.1 突出屋面电梯间154.3.2 五层上半层154.3.3 五层下半层164.3.4 二、三、四上半层174.3.5 二、三、四层下半层194.3.6 一层上半层194.3.7 各层重力荷载代表值215 水平地震作用225.1 横向自振周期计算225.2 水平地震作用及楼层地震剪力225.3 水平地震作用下的位移验算255.4 楼层最小地震剪力的验算255.5 水平地震作用下框架内力计算265.5.1 取横向一榀框架，采用D值法即改进反弯点法进行计算265.5.2 弯矩计算275.6 地震作用下框架梁端剪力和柱轴力计算286 竖向荷载作用下框架的内力分析306.1 计算方法和荷载传递路线306.1.1 计算方法（采用弯矩二次分配法）306.2 竖向荷载计算316.2.1 D-C(B-A)轴间框架梁316.2.2 B-C轴间框架梁326.3 框架计算简图336.4 梁固端弯矩336.5 框架节点分配系数346.6 恒、活载产生弯矩的分配与传递346.7 弯矩的调幅396.8 恒、活载作用下梁端剪力计算406.9 恒、活载作用下柱轴力计算436.9.1 恒载作用下的柱的轴力436.9.2 活载作用下柱的轴力467 内力组合477.1 框架梁内力组合477.1.1 基本组合公式477.1.2 框架梁内力组合表487.2 框架柱内力组合507.2.1 框架柱内力组合表518 框架结构配筋计算538.1 框架梁配筋538.1.1 截面尺寸538.1.2 材料强度548.1.3 最小配筋率548.1.4 纵向受力钢筋配筋面积548.2 计算公式548.2.1 正截面抗弯548.3 框架梁抗弯计算558.4 框架梁抗剪计算608.5 框架柱配筋计算618.5.1 截面尺寸618.5.2 材料强度618.5.3 框架柱弯矩和剪力调整（强柱弱梁）628.5.4 边柱节点628.6 框架柱受压计算638.6.1 计算公式：638.7 一层A、D轴柱648.7.1 轴压比验算648.7.2 截面尺寸复合648.7.5 裂缝宽度验算658.8 一层B、C柱658.8.1 轴压比验算658.8.2 截面尺寸复核658.8.3 正截面受弯承载力计算（对称配筋）668.8.4 垂直于弯矩作用平面的受压承载力计算668.8.5 裂缝宽度验算668.9 二层A、D轴柱678.9.1 轴压比验算678.9.2 截面尺寸复合678.9.3 正截面受弯承载力计算（对称配筋）678.9.4 垂直于弯矩作用平面的受压承载力计算688.9.5 裂缝宽度验算688.10 二层B、C轴柱688.10.1 轴压比验算688.10.3 正截面受弯承载力计算（对称配筋）688.10.4 垂直于弯矩作用平面的受压承载力计算698.10.5 裂缝宽度验算698.11 框架柱抗剪计算699 现浇板配筋计算719.1 板荷载计算719.2 板配筋计算7110 板式楼梯设计7210.1 楼梯板设计7210.1.1 荷载计算7210.1.2 截面设计7310.2 平台板设计7310.2.1 荷载计算7310.2.2 截面设计7310.3 平台梁设计7410.3.1 荷载计算7410.3.2 配筋计算7411 基础设计7511.1 边柱基础计算7511.1.1持力层承载力验算7511.1.2 基础埋深及抗冲切验算7611.1.3 配筋计算7711.2 中柱基础计算7711.2.1 持力层承载力验算7711.2.2 基础埋深及冲切验算7811.2.3 配筋计算79结 论80致 谢81参 考 文 献821 引言毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。我的毕业设计题目为城建局办公楼设计。在毕业设计准备阶段，我温习了结构力学、钢筋混凝土、建筑结构抗震设计规范等教材，并查阅了结构抗震设计规范、混凝土设计规范、荷载设计规范等规范。在毕业设计前中期，我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑设计、开题报告、外文翻译、以及结构设计和计算等内容，在毕业设计后期，我主要进行设计手稿的电子排版整理、进行AutoCAD制图和运用PKPM进行结构的电子计算。在此期间得到了老师的审批和指正，使我能够圆满地完成了设计任务，在此我对在毕业设计中给予我指导和帮助的老师表示衷心的感谢。毕业设计的三个月里，在指导老师的细心指导和帮助下，经过资料查阅、开题报告、外文翻译、建筑设计、结构计算、PKPM计算，使我对新规范、规程、手册等相关内容有了新的理解，巩固了专业知识，提高了分析、解决问题的能力。在绘图时熟练掌握了各种建筑制图软件，以及多种结构设计软件。以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。框架结构设计的计算工作量很大，在计算过程中以手算为主，辅以计算软件的校正。由于自己水平有限，难免有不妥和疏漏之处，敬请各位老师批评指正。 二零一二年六月一日2 结构选型和布置2.1 结构选型根据办公建筑功能的要求，为使建筑平面布置灵活，获得较大的使用空间，本结构设计采用钢筋混凝土框架结构体系。2.2 结构布置根据建筑物结构功能的要求及建筑物可用的占地平面地形，横向尺寸较短，纵向尺寸较长，故框架结构采用纵横向框架混合承重方案。施工方案采用梁、板、柱整体现浇方案。楼盖方案采用整体式肋形梁板结构。电梯井采用框架结构体系。楼梯采用整体现浇板式楼梯。基础方案采用柱下独立基础。(详图2.1)2.3 初估截面尺寸2.3.1 估算依据根据本设计建筑的结构类型、抗震设防烈度和建筑的高度查现行抗震规范得本建筑的抗震等级为三级。楼盖、屋盖均采用现浇钢筋混凝土楼板，楼板厚度取为120mm，各层梁、板、柱混凝土强度均为C30，纵向受力钢筋采用HRB400级钢筋，其余钢筋用HPB300、HRB335级钢筋。根据建筑平面布置确定的结构平面布置图可知，边柱及中柱的承载范围分别为8.1m3m和8.1m4.5m。估算结构构件尺寸时，楼面荷载近似取为12kN/计算（以中柱计算为例）。2.3.2 梁截面尺寸估算依据框架结构的主梁截面高度及宽度可由下式确定：且，其中横梁跨度：纵梁。由此估算的梁的截面尺寸如下： 横向主框架梁：bh=300mm600mm纵向框架梁：bh=300mm750mm次梁：bh=300mm500mm图2.1 结构布置图2.3.3 柱截面尺寸估算依据柱的轴压比应小于轴压比限值的要求：C30混凝土：上式中的1.2为荷载分项系数，5表示底层柱承受其5层的荷载。N按底层中柱的负荷载面积考虑。取柱截面为正方形。结合实际情况，并综合考虑其他因素，本设计2至5层柱截面尺寸为500500，首层柱截面尺寸为600600。纵向受拉钢筋抗震锚固长度，梁内钢筋伸至边柱内长度，故柱子截面满足此抗震构造要求。3 框架计算简图3.1 计算简图说明本设计基础选用柱下独立基础，基础顶面标高为-1m，（室外地坪以下为1m）。框架的计算单元如图2.1所示，取轴上的一榀框架计算，假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。由于2至5层柱截面尺寸不变，故梁跨度等于柱截面形心轴线之间的距离。首层柱高从基础顶面至二层楼面，首层净高3.6m，故首层计算高度为4.6m，其余各层柱计算高度为层高，即为3.6m。ABCDC5B5D5A5A4C4B4D4A2C2B2D2A3C3B3D3A1C1B1D1A0C0B0D036003600360060006000 300046003600图3.1 计算单元3.2 框架梁柱截面特征由构件的几何尺寸、截面尺寸和材料强度，利用结构力学有关截面惯性矩及线刚度的概念计算梁柱截面的特性，如表2.2所示。3.3 框架梁柱的线刚度计算3.3.1 柱子计算首层柱子：二至五层柱子：3.3.2 梁计算轴梁为中框架梁，各层梁截面均相同。AB、CD跨梁：BC跨梁：3.3.3 相对线刚度计算令二至五层柱子线刚度i=1.0，则其余杆件的相对线刚度为：首层柱子：AB、CD跨梁：BC跨梁：同理可得边框架梁相对线刚度为：根据以上计算结构，框架梁柱的相对线刚度如下图所示，是计算各节点杆端的弯矩分配系数的依据。考虑整体现浇梁板结构中，板对梁的有利作用，对中框架取，对边框架取。为矩形截面框架梁的惯性矩。1.262.511.261.631.631.63（0.95）1.01.01.01.01.01.01.0（0.95）1.01.631.01.01.01.01.01.01.01.0（0.95）1.26（1.90）2.51（0.95）1.261.26（1.90）2.51（0.95）1.26（0.95）1.26（1.90）2.51（0.95）1.26（0.95）1.26（1.90）2.51（0.95）1.26（0.95）（1.90）图3.2 框架梁柱相对线刚度（注：括号内为边框相对线刚度）3.4 框架柱侧移刚度计算表3.1 柱侧移刚度修正系数位置边柱中柱简图简图一般层底层固接 一般层： 首层： 表3.2 柱截面特性层次（N/mm2）（mmmm）（m4）(mm）（Nmm）13.010460060010.810-3460070435253.01045005005.210-3360043333 表3.3 中框架柱侧移刚度D值 (N/mm)层次边柱 (14根)中柱 (14根)10.770.46183742.310.6525964620732251.260.39156483.770.6526080584192表3.4 边框架柱侧移刚度D值 (N/mm)层次边柱（4根）中柱（4根）10.580.42167771.750.623967162976250.950.32128392.850.5923673146048层间侧移刚度验算： 故该框架为规则框架。4 荷载计算4.1 恒载标准值计算4.1.1 不上人屋面恒载（屋1：倒置式屋面）保护层：C20细石混凝土内配钢筋网片隔离层：干铺无纺聚酯纤维布一层保温层：挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板（厚50/0.495）防水层：F1（II级）双层高聚物改性沥青防水卷材找平层：1:3水泥砂浆，砂浆中掺聚丙烯或锦纶-6纤维找坡层：1:8水泥膨胀珍珠岩找2%坡 查荷载规范得合计：2.415kN/结构层：120mm厚现浇钢筋混凝土板 25kN/m30.120m=3kN/ 板底10mm抹灰： 17kN/m30.010m=0.17kN/合计： 5.585kN/4.1.2 楼面横载（1） 走廊+办公室（楼10：陶瓷地砖楼面）10厚地砖铺实拍平，水泥砂浆擦缝 19.8kN/m30.01m=0.198kN/ 20厚1:4干硬性水泥砂浆 20kN/m30.02m=0.4kN/120mm厚钢筋混凝土板 25kN/m30.12m=3kN/板底10mm抹灰： 17kN/m30.010m=0.17kN/合计： 3.768kN/（2） 卫生间（楼28：陶瓷地砖防水楼面）10厚地砖铺实拍平，水泥砂浆擦缝25厚1:4干硬性水泥砂浆 1.5厚聚氨酯防水涂料面撒黄沙四周沿墙上翻150mm高刷基层处理剂一遍15厚1:2水泥砂浆找平50厚C15细石混凝土找坡不小于0.5%，最薄处不小于30厚 查荷载规范得合计：2.26kN/ 120mm厚钢筋混凝土板 25kN/m30.12m=3kN/板底10mm抹灰： 17kN/m30.01m=0.17kN/合计： 5.43kN/4.1.3 梁、柱自重横向框架梁：bh=300mm600mm（梁三面10厚抹灰）纵向框架梁：bh=300mm750mm（梁三面10厚抹灰）次梁：bh=300mm500mm（梁三面10厚抹灰） 基础梁：bh=300mm400mm柱：2至5层bh=500mm500mm 首层bh=600mm600mm（柱四面10厚抹灰）横向框架梁自重： 25kN/m30.3m（0.60m-0.12m）+17kN/m30.010m(0.6m-0.12m)2+0.3m=3.814kN/m纵向框架梁自重： 25kN/m30.3m（0.75m-0.12m）+17kN/m30.010m(0.75m-0.12m)2+0.3m=4.99kN/m次梁自重：25kN/m30.3m（0.50m-0.12m）+17kN/m30.010m(0.50m-0.12m)2+0.3m=3.03kN/m基础梁： 25kN/m30.3m0.4m=3kN/m2至5层柱： 25kN/m30.5m0.5m+ 17kN/m30.01m0.5m4=6.59kN/m 首层柱： 25kN/m30.6m0.6m+ 17kN/m30.01m0.6m4=9.41kN/m 4.1.4 墙体自重（加气混凝土砌块）（1） 外墙自重墙重： 5.5kN/m30.3m=1.65kN/ 内墙面20厚抹灰： 17kN/m30.02m=0.34kN/外墙面贴瓷砖： 0.5kN/ 合计： 2.49kN/ （2） 内墙自重墙重： 5.5kN/m30.2m=1.1kN/ 20厚抹灰（两侧）： 17kN/m30.02m=0.34kN/合计： 1.44kN/（3） 女儿墙墙重： 5.5kN/m30.3m1.1m=1.815kN/m压顶重： 25kN/m30.1m0.3m=0.75kN/m外墙瓷砖： 0.5kN/1.2m=0.6kN/m水泥粉刷内面： 0.36kN/1.2m=0.432kN/m 合计： 3.597kN/m(4)电梯间墙体（加气混凝土砌块）混凝土自重： 25kN/m30.2m=5kN/ 内墙面10厚抹灰： 17kN/m30.01m=0.17kN/ 合计： 5.17kN/ (5)卫生间墙体（加气混凝土）墙体自重： 5.5kN/m30.2m=1.1kN/ 墙面两侧贴面砖： 0.5kN/2=1kN/ 合计： 2.1kN/ (6)突出屋面电梯间墙体（钢筋混凝土）混凝土自重： 25kN/m30.2m=5kN/ 外墙贴面砖： 0.5kN/ 合计： 5.5kN/ (7)其他钢铁门：0.45kN/ 钢框玻璃门：0.45kN/铝合金门窗：0.35kN/4.2 活荷载标准值计算4.2.1 屋面及楼面活载标准值由建筑结构荷载规范GB5009-2001(2006年版)查得，不上人屋面为0.5kN/、办公楼楼面为2.0kN/、走廊楼面为2.5kN/、档案室为2.5kN/、报告厅为3.0kN/、卫生间为2.0kN/、图书资料室为2.5kN/、门厅为2.5kN/、楼梯为2.5kN/。4.2.2 屋面雪荷载标准值 屋面雪荷载与活荷载不同时考虑，两者中取大值。4.3 各层重力荷载代表值计算4.3.1 突出屋面电梯间(1)混凝土自重： 25kN/m30.2m2m（3.15m+2m）2-25kN/m30.2m1.8m0.9m=94.90kN（2）外墙面砖： 0.5kN/2m（3.15m+2m）2-1.8m0.9m=9.49kN（3）板顶： 25kN/m30.1m2m3.15m=15.75kN（4）门自重： 0.45kN/1.8m0.9m=0.729kN （5）电梯轿厢及设备自重： 200kN （6）电梯间顶板活荷载： 0.3kN/2m3.15m=1.89kN 合计： 322.76kN4.3.2 五层上半层（1）女儿墙： 3.597kN/m（56.7m+15m）2=515.81kN（2）屋面： 5.585kN/（56.7m15m-0.9m1m）=4745.02kN（3）梁： 横梁： 3.814kN/m15m8=457.68kN 纵梁： 4.99kN/m56.7m4=1131.73kN 次梁： 3.03kN/m6m14=254.52kN 合计： 1843.93kN（4）柱： 6.59kN/m3.6m0.536=427.03kN（5）外窗： C1： 0.35kN/1.425m3m28=41.90kN C2： 0.35kN/1.5m4.5m2=4.73kN C4： 0.35kN/1.5m1.5m2=1.58kN 合计： 48.21kN （6） 外墙： 横向右：1.5m(15m-0.5m3)-1.5m4.5m2-1.5m1.5m2.49kN/=11.21kN横向左： 1.5m(15m-0.5m3)-1.5m1.5m2.49kN/=44.82kN纵向北： 1.425m(56.7m-0.5m9)-1.425m3m142.49kN/=36.19kN纵向南： 1.425m(56.7m-0.5m7)-1.425m3m142.49kN/=39.74kN 合计： 131.96kN（7） 内墙：横梁下： 1.44kN/1.5m6m10=129.6kN纵梁下：(8.1m62-0.5m14-3.55m2-7.6m)1.425m-1.2m0.7m20-1.425m2m1.44kN/=126.63kN卫生间：（1.5m6m3+1.425m7.6m-1.2m0.7m2+2.55m1.74m2）2.1kN/=94.55kN次梁下： 1.44kN/1.55m6m10+1.44kN/1.55m2.65m=139.83kN电梯间： 2(2m+3.15m)1.6m5.17kN/=85.20kN走廊墙体： (3m-0.5m)1.5m-2.1m0.7m1.44kN/=3.28kN 合计： 579.09kN (8)门自重： （1.2m0.7m22+2.1m0.7m）0.45kN/=8.98kN五层上半层恒载合计：515.81kN+4745.02kN+1843.93kN+427.03kN+48.21kN+131.96kN+579.09kN+8.98kN=8300.03kN活载： 0.5kN/56.7m15m=425.25kN五层上半层荷载总计： 8300.03kN+0.5425.25kN=8512.66kN4.3.3 五层下半层（1） 柱子： 6.59kN/m3.6m0.536=427.03kN（2）外窗： C1： 0.35kN/0.225m3m28=6.62kN C2： 0.35kN/4.5m0.3m2=0.95kN C4： 0.35kN/0.3m1.5m2=0.32kN 合计： 7.89kN （3）外墙： 横向右：1.5m(15m-0.5m3)-0.3m4.5m2-0.3m1.5m2.49kN/=42.58kN横向左： 1.5m(15m-0.5m3)-0.3m1.5m2.49kN/=49.30kN纵向北： 1.425m(56.7m-0.5m9)-0.225m3m142.49kN/=161.69kN纵向南： 1.425m(56.7m-0.5m7)-0.225m3m142.49kN/=165.24kN 合计： 418.81kN(4)内墙：横梁下： 1.44kN/1.5m6m10=129.6kN纵梁下：(8.1m62-0.5m14-3.55m2-7.6m)1.425m-1.2m1.5m20-1.425m2m1.44kN/=98.98kN卫生间：（1.5m6m3+1.425m7.6m-1.2m1.5m2+2.55m1.74m2）2.1kN/=90.52kN次梁下： 1.44kN/1.55m6m10+1.44kN/1.55m2.65m=139.83kN电梯间： 2(2m+3.15m)1.6m5.17kN/=85.20kN走廊墙体： (3m-0.5m)1.5m-2.1m1.5m1.44kN/=0.86kN 合计： 544.99kN(5)门自重 ： （1.2m1.5m22+2.1m1.5m）0.45kN/=19.24kN 五层下半层恒载合计： 427.03kN+7.89kN+418.81kN+544.99kN+19.24kN=1417.96kN 4.3.4 二、三、四上半层（1）楼面：（56.7m15m-8.1m6m2-2m3.15m)3.768kN/+8.1m6m5.43kN/+8.1m6m4.158kN/=3298.17kN（2）梁： 横梁： 3.814kN/m15m8=457.68kN 纵梁： 4.99kN/m56.7m4=1131.73kN 次梁： 3.03kN/m6m14=254.52kN 合计： 1843.93kN（3）柱： 6.59kN/m3.6m0.536=427.03kN（4）外窗： C1： 0.35kN/1.425m3m28=41.90kN C4： 0.35kN/1.5m1.5m2=1.58kN 合计： 43.48kN（5）外墙： 横向： 1.5m(15m-0.5m3)-1.5m1.5m2.49kN/2=89.64kN纵向北： 1.425m(56.7m-0.5m9)-1.425m3m142.49kN/=36.19kN纵向南： 1.425m(56.7m-0.5m7)-1.425m3m142.49kN/=39.74kN 合计： 165.57kN(6)内墙：横梁下： 1.44kN/1.5m6m12=155.52kN纵梁下：(56.7m2-0.5m16-3.55m2-7.6m)1.425m-1.2m0.7m24-1.425m2m1.44kN/=152.98kN卫生间：（1.5m6m3+1.425m7.6m-1.2m0.7m2+2.55m1.74m2）2.1kN/=94.55kN次梁下： 1.44kN/1.55m6m11+1.44kN/1.55m2.65m=153.23kN电梯间： 2(2m+3.15m)1.6m5.17kN/=85.20kN 合计： 641.48kN(7)门自重： 1.2m0.7m260.45kN/=9.83kN恒载合 3298.17kN+1843.93kN+427.03kN+43.48kN+165.57kN+641.48kN+9.83kN=6429.49kN2、 三层活载： 2.5kN/56.7m3m+2.5kN/4.05m6m2+2.0kN/8.1m6m+（4.05m6m24-2m3.15m）2.0kN/=1797.75kN四层活载： 2.5kN/56.7m3m+2.5kN/4.05m6m2+2.0kN/8.1m6m+3.0kN/8.1m15m+（4.05m6m20-2m3.1