钢筋混凝土结构办公楼的建筑设计、结构设计毕业设计.doc

摘要摘 要本论文综合运用所学的专业知识，根据设计任务书的要求进行了钢筋混凝土结构办公楼的建筑设计、结构设计。设计过程遵循先建筑后结构再基础的顺序进行。建筑设计，依据建筑总体规划要求、建筑用地条件和基地周边的环境特点，首先设计建筑平面， 其次进行立面造型、剖面设计。建筑设计应满足使用功能和造型艺术的要求，并适应未来发展与灵活改造的需要。结构设计密切联系建筑设计，以现行的有关规范为依据，主要包括结构选型及结构布置、确定计算简图及计算单元、荷载计算、侧移控制、内力组合、构件设计、楼梯设计、基础设计等内容 。本工程采用钢筋混凝土结构框架结构体系（横向承重），选择了有代表性的一榀框架进行计算。对于竖向荷载作用采用弯矩分层法，水平荷载作用采用D值法。设计计算整个过程中综合考虑了技术经济指标和施工工业化的要求。关键词： 建筑设计 结构设计 荷载计算 ABSTRACTThis thesis uses the professional knowledge synthetically according to the request of the design program. The design of the office building includes architectural design, structural design and construction management design. The design process follows the order: firstly, architectural design; secondly, structural design; lastly, the foundation design. The architectural design, according to the master plan of the building, the site condition, peripheral urban environment, and characteristic of the base design the building plain at first. The elevation design is carried on secondly, considering building classify and fire prevention. The architectural design should meet the needs of the functional requirement, the use requirement and development and flexible transformation in the future.Structural design maintains close ties with the architectural design, which is based on current relevant codes. It includes the structure style, the preliminary estimation for the structural members, confirmation of the sketch and unit for calculation, sideway control, load calculation, component design, slab-stairs design, floor overlay design and foundation design. This project adopts cast-in-place reinforced concrete structure (transverse bearing), which has chosen a representative frame to calculate. Vertical load function adopts moment distribution method, level load function adopts D value method, and seismic load function adopts equivalent base shear method. Keywords: Architectural design Structural design Load calculation- 2 - 目录目录前言1第一章 建筑设计方案 21.1工程地质条件 21.2设计标高 21.3活荷载标准值 21.4主要建筑做法 2第二章 建筑结构选型、平面布置及计算简图 32.1结构选型 32.2框架结构平面布置 32.3构件截面初估 32.4确定计算简图 4第三章 荷载计算63.1恒载标准值计算 63.2活载标准值计算 8第四章 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算104.1横向框架侧移刚度计算 104.2风荷载作用下的内力分析及计算 104.3地震作用作用下的内力计算及侧移验算 14第五章 竖向荷载作用下框架结构内力计算225.1恒荷载作用下的内力计算 225.2活荷载作用下的内力计算 28第六章 结构内力组合 35第七章 梁的截面设计 42第八章 柱截面设计 508.1底层A柱截面设计 508.2底层B柱截面设计578.3节点设计64第九章 板的计算 659.1 设计资料659.2 AF区格板的计算65第十章 楼梯设计 7010.1 计算简图及截面尺寸 7010.2设计资料7110.3 梯段板设计7110.4平台板计算7210.5平台梁计算73第十一章 基础设计 7511.1确定基础底面尺寸7511.2 校核地基承载力（标准组合）7511.3 验算基础高度7611.4 基础底板配筋（按基本组合）78结论80致谢81参考文献82前言 前 言结构设计是土木工程毕业设计的重要阶段，毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。本组毕业设计题目为高等商业专科学校学生宿舍楼设计。在结构前期，我复习了结构力学、土力学与基础工程、混凝土结构、建筑结构抗震设计等知识，并借阅了抗震规范、混凝土规范、荷载规范、砌体规范、地基基础规范等规范。在网上搜集了不少资料，并做了笔记。在结构设计中期，我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行计算和分析。在结构设计后期，主要进行设计手稿的电脑输入和PKPM 计算出图（并有一张手画基础图），并得到老师的审批和指正，使我圆满的完成了任务，在此表示衷心的感谢。结构设计的六周里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。在进行内力组合的计算时，进一步了解了Excel；在绘图时熟练掌握了AutoCAD，PKPM 等专业软件。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，辅以一些计算软件的校正。由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。本工程为四川省绵阳市高等商业专科学校学生宿舍楼设计，采用现浇钢筋混凝土框架结构，横向框架承重。根据规划及房屋使用要求采用六层的结构，层高为3.3m。建筑平面布置，剖面布置及各节点祥图详见建筑图。第一章 建筑设计方案 第一章 建 筑 设 计 方 案11工程地质条件1.1.1地形地貌、地层岩性该场地地形平整，无滑坡，无液化土层等不良地质现象，地基承载力1.1.2抗震设防烈度、场地土类型和建筑场地类别该场区抗震设防烈度为6度；设计基本地震加速度值为0.05g，设计分组为第二组，特征周期值为0.40s；场地地基土属中软场地土，场地类别属II类。1.1.3最大冻结深度及土的冻胀性类别该场区最大冻结深度为0.15米，土的冻胀类别属不冻胀。1.1.4不良地质现象经现场勘察及资料收集证实，场区内无其它不良地质现象存在，因此该场区较适宜该建筑物的建设。1.1.5自然条件该地区主导风向为东北风，平均气温16.3度左右，最高气温38度，最低气温5度；年降雨量800mm，最大雨量110mm/日。基本风压值0.30KN/m2。12设计标高 室内设计标高0.00，室内外高差450mm13活荷载标准值活荷载：楼面活荷载标准值为2.0KN/，走廊、门厅活荷载标准值为2.5KN/，楼梯活荷载采用3.5KN/，屋面采用不上人屋面均布活荷载标准值为0.5KN/。1.4主要建筑做法主要建筑做法说明见建筑做法总说明。门窗做法：主要入口为铝合金门，其他为木门，窗均为铝合金窗,门窗尺寸见建筑做法总说明门窗表第二章 建筑结构选型、平面布置及计算简图第二章 建筑结构选型、平面布置及计算简图2.1结构选型本工程是高等商业专科学校学生宿舍楼设计，建筑面积为6100，层数为6层，根据使用要求采用框架结构，楼面采用现浇板，框架梁、柱为现浇整体构件，基础采用钢筋混凝土柱下独立基础。2.2框架结构平面布置框架结构平面布置如下图：图2-1 结构平面布置2.3构件截面初估1.梁截面尺寸的确定：主梁：边跨（AB、CD段）梁：h=(1/81/12)l=(1/81/12)7100=600900，取h=700mm,b=300mm中跨BC梁：取h=500mm,b=300mm次梁：h=(1/81/12)l=(1/81/12)3900=217325，取h=350mm,b=200mm2.框架柱截面的初步估定：框架柱要求，为轴压比限值，该框架结构的抗震等级为三级，轴压比限值为0.9，各层重力荷载代表值近似取14KN/。边柱：N=1.33.97.2/2146=1533KN=，取600mm600mm对于内柱：N=1.253.9（7.2+2.1）/2146=1904KN=，取600mm600mm2.4确定计算简图梁柱混凝土标号均为，在框架结构中，现浇楼面或预制楼面，但只有现浇楼面可以作为有效的翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧移，考虑这一有利作用，在计算截面惯性矩的时候，对现浇楼面边框架梁取，对中框架梁取,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4.25m。 横梁线刚度计算表 表2-1 类别/bh/mmmm/mml/mm/N/mm边横梁300003007007200走道梁300003005007200柱线刚度计算表 表2-2 层次/bh/mmmm/mmh/mm/N/mm130000600600425026300006006003300图2-2 结构计算简图- 41 -第三章 荷载计算第三章 荷载计算3.1恒载标准值计算1.屋面4mm厚APP卷材防水层 0.35KN/20mm厚1：2水泥砂浆找平 0.0220=0.4KN/120mm厚（2%找坡）膨胀珍珠岩保温层 （0.1+0.14.）/27=0.8KN/100mm现浇钢筋混凝土屋面板 0.125=2.5KN/15mm厚纸筋石灰抹灰 0.01516=0.24KN/屋面恒荷载 4.29KN/因此作用在顶层框架梁上的线荷载为：2.标准层楼面25mm厚水泥砂浆面层 0.02520=0.5KN/100mm现浇钢筋混凝土屋面板 0.125=2.5KN/15mm厚纸筋石灰抹灰 0.01516=0.24KN/楼面恒荷载 3.24 KN/边跨框架梁及梁侧粉刷 5.66KN/中跨框架梁及梁侧粉刷 4.02 KN/因此作用在中间层框架梁上的线荷载为：3.屋面框架梁节点集中荷载标准值：边柱连系梁自重 0.20.353.925=6.83KN粉刷 0.02（0.35-0.1）23.917=0.663KN1m高女儿墙自重 13.90.2419=17.78KN粉刷 10.0223.917=2.65KN连系梁传来屋面自重 0.53.90.53.94.29=16.31KN顶点边节点集中荷载 中柱连系梁自重 0.20.353.925=6.83KN粉刷 0.2（0.35-0.1）23.917=0.663KN连系梁传来屋面自重 0.5（3.9+3.9-2.1）1.054.29=12.84KN 0.53.90.53.94.29=16.31KN顶点中节点集中荷载 4.楼面框架梁节点集中荷载标准值：边柱连系梁自重 0.20.353.925=6.83KN粉刷 0.02（0.35-0.1）23.917=0.663KN铝合金窗自重 2.41.80.45=1.94KN窗下墙体自重 0.241.153.619=18.88KN粉刷20.021.153.617=2.82KN窗边墙体自重1.21.80.2419=9.85KN粉刷1.21.820.0217=1.47KN框架柱自重粉刷0.60.63.325=29.7KN连系梁传来楼面自重 0.53.90.53.93.24=12.32KN中间层边节点集中荷载 中柱连系梁自重 6.83KN粉刷 0.663KN内纵墙自重 3.6(3.3-0.35)0.2419=48.43KN粉刷 3.6(3.3-0.35)20.0217=7.22KN扣除门洞重加上门重 -2.410.2419+2.410.2=-10.46KN框架柱自重 29.7KN粉刷 1.88KN连系梁传来楼面自重 0.5(3.9+3.9-2.1)1.053.24=9.7KN 0.53.91.953.24=12.32KN中间层中节点集中荷载 5.恒荷载作用下的结构计算简图：图3-1 恒荷载作用下的结构计算简图3.2 活荷载标准值计算楼面活荷载作用下结构计算简图如图3-2各荷载值计算如下：=0.53.9=1.95KN/m =0.52.1=1.05KN/m=0.53.90.53.90.5=1.9KN=0.5(3.9+3.9-2.1)1.050.5+0.253.93.90.5=3.4KN/m=23.9=7.81KN/m =2.52.1=5.25KN/m=0.253.97.22=14.04KN=14.04+0.253.92.52.1=19.16KN图3-2 楼面活荷载作用下结构计算简图第四章 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算第四章 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算4.1横向框架侧移刚度计算计算柱的侧移刚度柱侧移刚度D计算公式：，其中为柱侧移刚度修正系数，K为梁柱线刚度比，对一般层，对底层，横向框架柱侧移刚度D计算表 表4-1 层次层高h/m柱根数KN/mm14.25边柱20.9380.48924755113802中柱22.110.63532146263.3边柱20.7280.26728892155172中柱21.6370.45148694，该框架为规则框架。4.2风荷载作用下的内力分析及计算4.2.1风压标准值计算风压标准值计算公式为：，基本风压：因结构高度H=20.3m30m,可取=1.0，对于矩形平面=场地粗糙度C类，可查建筑结构荷载规范，将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如表所示，表中z为框架节点至室外地面的高度，A为一榀框架各层节点所受风面积，计算结果如表4-2所示风荷载计算 表4-2 层次Z(m)A611.320.250.8440.310.343.4511.316.950.7790.312.873.91411.313.650.740.312.873.71311.310.350.740.312.873.71211.37.050.740.312.873.71111.33.750.740.313.753.97图4-1 风荷载作用下的结构计算简图4.2.2风荷载作用下侧移计算及内力分析1.侧移计算水平荷载作用下框架的层间侧移可按下式计算，各层的层间侧移值，求得以后顶点侧移为各层的层间侧移之和，框架在风荷载作用下的侧移计算表风荷载作用下的侧移计算表 表4-3 层数各层风荷载层间剪力侧移刚度层间侧移63.43.41551720.00002253.917.311551720.000047143.7111.021551720.00007133.7114.731551720.00009523.7118.441551720.0001113.9722.411138020.000196框架总侧移，层间侧移最大值为，满足侧移限值2.风荷载作用下的框架内力分析（D值法）风荷载作用下的结构计算简图如图4-1，内力计算采用D值法，各柱的剪力分配公式为 图4-2风荷载作用下内力计算（左图）剪力在各柱间的分配(KN);（右图）各柱反弯点及柱端弯矩(KNm)梁端弯矩按下式计算，其中梁线刚度见结构计算简图2-2，由梁端弯矩进一步求得梁端的剪力，具体过程如表4-4所示公式：， 梁端弯矩剪力及柱的轴力计算表 表4-4 层次AB跨梁BC跨梁柱轴力KN/mKN/mLmKNKN/mKN/mLmKNA柱轴力KNB柱轴力KN61.460.977.20.341.211.212.11.150.340.8153.312.527.20.813.143.142.12.991.152.9945.84.257.21.45.315.312.15.062.556.6537.785.817.21.897.257.252.16.94.4411.6629.727.527.22.49.49.42.18.956.8418.21112.919.647.23.1312.0412.042.111.479.9726.55图4-3 风荷载作用下框架弯矩图（KNm）图4-4 风荷载作用下框架剪力、轴力图（KN）4.3地震作用作用下的内力计算及侧移验算4.3.1重力荷载代表值计算各层重力荷载代表值去全部楼面恒载，一半活载（雪载），上下各半层的建筑结构代表值1.顶层重力荷载代表值：屋面恒载 （7.22+2.1）3.94.29=276.1KN1m高女儿墙自重 13.90.24192=35.57KN纵横梁自重 5.667.22+4.022.1+4（6.83+0.663）=119.92KN半层柱自重 （29.17+1.88）40.5=62.1KN半层横墙自重 0.5（7.2-0.62）20.24（3.3-0.7）19+21.220.5=81.74KN半层纵墙自重 （48.43+7.22）20.5+34.960.52=90.6KN恒载+0.5活载81.14+276.1+35.57+119.92+62.1+90.61+0.50.5（7.22+2.1）3.9=682.13KN2. 25层重力荷载代表值：楼面恒载 （7.22+2.1）3.93.24=208.5KN上下半层纵墙重 90.612=181.22KN上下半层横墙重 81.742=163.48KN纵横梁自重 119.92KN上下半层柱自重 62.12=124.2KN楼面层活载 3.9（7.222+2.12.5）=132.8KN恒载+0.5活载163.48+208.5+181.22+119.92+124.2+0.5132.8=863.72KN3.底层重力荷载代表值：楼面恒载 （7.22+2.1）3.93.24=208.5KN上下半层纵墙重 90.61+90.613.75/3.3=193.58KN上下半层横墙重 81.74+81.743.75/3.3=174.63KN纵横梁自重 119.92KN上下半层柱自重 62.1+62.13.75/3.3=132.67KN楼面层活载 3.9（7.222+2.12.5）=132.8KN恒载+0.5活载208.5+193.58+174.63+119.92+132.67+0.5132.8=895.7KN则一榀框架的总重力荷载代表值：=682.13+863.724+895.7=5032.71KN4.3.2地震力计算1.横向自震周期的计算运用顶点位移法计算，对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构，基本自震周期可按下式来计算：式中，计算结构基本自震周期用的结构顶点假想位移结构基本自震周期考虑非承重砖墙影响的折减系数，取0.7故先计算结构的顶点假想位移，计算过程如表4-5结构的顶点假想位移计算表 表4-5 层次/KN/KN/N/mm/mm/mm6628.13628.131551724.05121.535863.721545.851551729.96117.484863.722409.5715517215.53107.523863.723273.2915517221.0991.992863.724137.0115517226.6770.91895.75032.7111380244.244.2由上表计算基本周期：=1.70.7=0.4152.水平地震作用及楼层地震剪力计算该建筑结构高度远小于40m，质量和刚度沿高度分布均匀，变形以剪切变形为主，因此用底部剪力法来计算地震作用。首先，计算总水平地震作用标准值，即底部剪力：式中： 相应于结构基本自震周期的水平地震影响系数结构等效总重力荷载，多质点取总重力荷载代表值的85%=0.85=0.855032.71=4277.8KN特征周期为0.40S，抗震设防烈度为6度，查表得水平地震影响系数最大值=0.04由水平地震影响系数曲线来计算：式中，衰减系数，取0.9=0.03874277.8=165.54KN因为=0.4151.4=1.40.4=0.56所以不需要考虑顶部附加水平地震作用，则质点i的水平地震作用为：式中： 、分别为集中于质点i、j的荷载代表值；、分别为质点i、j的计算高度。具体计算过程如下，各楼层的地震剪力按来计算，一并列入表中。各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表 表4-6 层次/m/KN/KNm/KN/KN620.75682.1314154.238.3238.32517.45863.7215071.9140.879.12414.15863.7212221.6433.09112.21310.85863.729371.3625.37137.5827.55863.726521.0917.65155.2314.25895.73806.7310.31165.5461146.93各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿高度的分布如图 图4-5 水平地震作用 图4-6 横向水平地震作用及层间地震剪力4.3.3水平地震作用下的位移计算用D值法来验算，框架第i层的层间剪力，层间位移及结构顶点位移分别按下式来计算：，计算过程见下表，表中计算了各层的层间弹性位移角横向水平地震作用下的位移验算 表4-7 层次层间剪力/KN层间刚度层高h/mm638.321551720.2473300579.121551720.5133004112.211551720.72333003137.581551720.86633002155.23155172133001165.541138021.454250由上表可见，最大层间弹性位移角发生在第一层，其值为,满足要求。4.3.4水平地震作用下的框架内力计算图4-7地震作用下剪力在歌柱间分配（KN）图4-8 地震作用下各柱反弯点及柱端弯矩（KNm）横向框架柱端弯矩计算地震荷载作用下结构内力计算采用D值法，各柱的剪力分配公式为梁端弯矩按下式计算，其中梁线刚度见结构计算简图2-2，由梁端弯矩进一步求得梁端的剪力，具体过程如表4-8所示公式：， 梁端弯矩剪力及柱的轴力计算表 表4-8 层次AB跨梁BC跨梁柱轴力KN/mKN/mLmKNKN/mKN/mLmKNA柱轴力KNB柱轴力KN616.4710.97.23.813.6313.632.112.983.89.18536.2327.447.28.8434.2734.272.132.6412.6432.98459.8444.157.214.4455.1555.152.152.5227.0871.06376.8356.077.218.4670.0370.032.166.745.54119.3285.7468.697.221.4585.7885.782.181.7066.99200.711101.2577.97.224.8873.9873.982.170.4691.87261图4-9 地震荷载作用下框架弯矩图（KNm）图4-10 地震荷载作用下框架剪力及轴力图（KN）第五章 竖向荷载作用下框架结构内力计算第五章 竖向荷载作用下框架结构内力计算5.1恒荷载作用下的内力计算恒荷载作用下的内力计算采用分层法，根据固端弯矩等效原则先将梯形分布荷载及三角形分布荷载转化为等效均布荷载图5-1 分层法荷载计算图对于顶层： 集中力矩 对于15层：集中力矩 梁端固端弯矩计算对于顶层：对于15层：各层线刚度应乘以0.9的修正系数，其传递系数，底层为0.5，其他层为1/3。顶层弯矩分配图： 下柱 右梁 左梁 下柱 右梁0.447 0.553 0.287 0.355 0.358 8.85 -65.75 65.75 -7.33 -3.55 -1.77 25.43 31.47 15.74 -10.13 -20.27 -25.07 -25.28 25.284.53 5.6 2.8 -0.4 -0.8 -0.994 -1 1 0.18 0.22 38.99 -38.99 63.22 -33.4 -29.83 24.5125层弯矩分配图：上柱 下柱 右梁 左梁 上柱 下柱 右梁 0.356 0.356 0.288 0.212 0.264 0.264 0.26 17.27 -144.57 144.57 -21.26 -7.81 3.91 34.64 34.64 28.02 14.01 -12.56 -25.12 -27.29 -27.29 -30.81 30.81 4.47 4.47 3.62 1.81 -0.19 -0.38 -0.48 -0.48 -0.47 0.47 0.068 0.068 0.055 39.18 56.45 -95.63 104.89 -31.77 -34.03 -39.09 35.19底层弯矩分配图：上柱 下柱 右梁 左梁 上柱 下柱 右梁 0.387 0.3 0.313 0.225 0.278 0.216 0.81 17.27 -144.57 144.57 -21.26 -7.81 -3.91 37.66 29.19 30.45 15.23 -11.33 -22.66 -28 -21.76 -28.3 28.3 4.38 3.4 3.55 1.775 -0.2 -0.4 -0.49 -0.38 -0.5 0.5 0.08 0.06 0.063 42.12 49.92 -92.04 108.52 -28.49 -43.4 -36.61 24.89分层法弯矩计算结果：图5-2顶层分层法弯矩计算结果图5-3 标准层分层法弯矩计算结果图5-4 底层分层法弯矩计算结果框架各层组合弯矩重分配顶层：A节点：下柱 38.99+13.06-13.060.447=46.21KNm 右梁 -38.99-13.060553=-46.21 KNmB节点：左梁 63.22+10.590.287=66.26 KNm 下柱 -33.4-10.59+10.590.355=-40.23 KNm 右梁 -29.83+10.590.358=-26.04 KNm五层：A节点：上柱 39.18+13-（13+13.06）0.356=42.9 KNm 下柱 56.45+13.06-（13+13.06）0.356=60.23 KNm右梁 -95.63-（13+13.06）0.288=-103.14 KNmB节点：左梁 104.89+(11.13+10.59)0.212=109.5 KNm 上柱 -31.77-11.13+(11.13+10.59)0.264=-37.17 KNm 下柱 -34.03-10.59+(11.13+10.59)0.264=-38.89 KNm 右梁 -39.09+(11.13+10.59)0.26=-33.44 KNm二四层：A节点：上柱 39.18+18.82-(18.82+13.06)0.356=46.65 KNm 下柱 56.45+13.06-(18.82+13.06)0.356=58.16 KNm右梁 -95.63-(18.82+13.06)0.288=-104.81 KNmB节点：左梁 104.89+(10.59+17.68)0.212=110.88 KNm 上柱 -31.77-17.68+(10.59+17.68)0.264=-41.99 KNm 下柱 -34.03-10.59+(10.59+17.68)0.264=-37.16 KNm 右梁 -39.09+(10.59+17.68)0.26=-31.74 KNm顶层：A节点：上柱 42.12+18.82-18.820.387=53.66 KNm 下柱 49.92-18.820.3=44.27 KNm右梁 -92.04-18.820.313=-97.93 KNmB节点：左梁 108.52+17.680.25=112.5 KNm 上柱 -28.49-17.68+17.680.278=-41.25 KNm 下柱 -43.4+17.680.216=-39.58 KNm 右梁 -36.61+17.680.281=-31.64 KNm考虑梁端弯矩调幅，去调幅系数为0.8对顶层梁端弯矩：=46.210.8=31.19 KNm=63.220.8=50.58 KNm=29.830.8=23.86 KNm对于25层：=95.630.8=76.5 KNm=104.890.8=83.91 KNm=39.090.8=31.07 KNm对于底层： =92.040.8=73.63 KNm=108.520.8=86.82 KNm=36.610.8=29.29 KNm调幅后边跨跨中弯矩计算：对于顶层 对于25层 对于底层 梁端剪力可根据梁上竖向荷载引起的剪力与梁端弯矩引起的剪力相叠加而得，柱轴力