土木工程专业毕业设计--某综合办公楼设计计算书.doc

青岛滨海学院土木工程专业毕业设计k 3本科毕业设计 题 目： 某综合办公楼设计 英文题目： A office building design 学 院： 建筑工程学院 专 业： 土木工程 姓 名： 孙方星 学 号： 20110590110 指导教师： 高巍巍 2015年 4 月 10 日毕业设计独创性声明 该毕业设计是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其他机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。作者签名： 日期： 年 月 日 毕业设计使用授权声明本人完全了解青岛滨海学院有关保留、使用毕业设计的规定，即：学校有权保留送交毕业设计的复印件，允许被查阅和借阅；学校可以公布全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存该毕业设计。保密的毕业设计在解密后遵守此规定。作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 摘 要本毕业设计的题目是“某综合办公楼设计”，共六层，主体结构采用钢筋混凝土结构。建筑总面积6208.10m2，总长67.14m，总宽17.64m。底层层高4.2m，其他层层高3.6m，室内外高差0.45m。建筑为二类建筑，建筑安全等级为二级，建筑使用年限50年，防火等级为二级，按7度抗震设防烈度设计。该毕业设计内容包括建筑设计和结构设计两个部分。建筑设计是依据设计任务书的要求，完成了建筑平面、立面、剖面及细部的构造设计。结构设计是本次毕业设计的重点，主体结构为横向承重框架。在进行荷载计算和构件截面估算后，选取了一榀框架进行计算，计算内容包括框架梁柱截面尺寸的选取及线刚度的计算；恒载、活载、地震作用、风荷载作用下梁端、柱端弯矩、剪力、轴力的计算；框架内力组合；框架梁柱配筋计算。框架受力钢筋主要采用级钢筋，箍筋也采用级钢筋，楼梯采用钢筋混凝土板式楼梯；由于柱网的限制，基础采用钢筋混凝土柱下独立基础和联合基础。整个方案设计基本符合设计和结构要求，具有一定的合理性。通过对办公楼平面图、立面图、剖面图、构造图的绘制和结构的设计，熟悉了建筑设计的全过程，掌握了结构设计计算的基本方法，创造性的完成了毕业设计任务。同时，对这些年所学的专业知识和基本概念有了更深的理解，从而提高了分析和解决实际问题的能力。关键词： 综合办公楼 框架结构 建筑设计 结构设计 内力组合 AbstractThe topic of graduation project is “the design of a comprehensive office building”,The building has 7 floor,the mian structure is reinforced concrete structure.All space of this build -ing is 6208.10m2,The length of it 67.14 merters,The total width is 17.64 merters.The bottom layer is 4.2 merters and the others is 3.6 merters,inside and outside elevation differenece of 0.45 merters.This building is secondary architecture,building securuty level for the secondary,The estimated useful life is 50 years and building fire rating for the secondary,the intensity of an earthquake resistance is 7. The graduation design content mianly includes the architectural design and structural design of two parts.According to assignment book define every layer blueprint and plare arranges.The agent structure is a two-way bearing frame ,horizontal frame,etc. According to the designing requirement,the biuueprints and the plan are stepped.The crosswise load-bearing scheme is chosen for the design.After calculating and component section estimating,choose one Pin frame calculate to load to go on,consideration substantiation include select frame column section measurement and thread rigidity;calculate dead loads and live loads and seismic action produce roof beam extremity and column extremity bending moment shear and axle power. Frame internal forces make up;Mate steel; Stairs mate steel and foundation mate steel calculates.This office building adopts L model arranges.Frame be subject to power steel adopt level and hoop steel adopt level.The whole conceptual design accords with the design and structure demand basically,have certain creativity and rationality. Through the design of market floor construction,and drawing floor plan,constructed profile and constructional drawing,I am familiar with the principle design of construction,and controlled the basic methods of computation of the construction design,and my work is creative.At the same time,I have a deeper understanding of the first several yearsprofession learning and the foundation knowledge,as a result,my ability that analyzing and solving the actual problems is increased. Key words：a comprehensive office building frame structure architectural design structural design the combination of internol forces目 录前言11.方案论述2 1.1建筑方案设计论述2 1.1.1建筑设计依据2 1.1.2建筑设计说明3 1.2结构方案设计论述4 1.2.1结构设计依据4 1.2.2结构设计概述4 1.2.3结构设计说明4 1.2.4部分工程构造52.结构设计6 2.1结构平面布置及计算简图的确定6 2.1.1结构平面布置6 2.1.2计算简图6 2.2截面尺寸初选及荷载统计6 2.2.1截面尺寸初选7 2.2.2荷载统计7 2.3重力荷载代表值计算8 2.3.1六层上半层9 2.3.2二至六层下半层9 2.3.3二至五层上半层9 2.3.4一层上半层103.水平地震作用下框架内力和侧移计算11 3.1梁柱刚度计算11 3.1.1梁柱线刚度计算11 3.1.2横向框架柱侧移刚度计算12 3.2自振周期计算13 3.3横向水平地震作用计算13 3.4变形验算15 3.5地震作用下框架内力计算15 3.5.1地震作用下框架柱剪力及弯矩计算16 3.5.2地震作用下梁端弯矩、剪力及柱轴力计算17 3.5.3地震作用下框架内力图184.风荷载作用下框架内力计算20 4.1风荷载作用及楼层剪力计算20 4.2风荷载作用下框架内力计算21 4.2.1风荷载作用下框架柱剪力及柱轴力计算21 4.2.2风荷载作用下梁端弯矩、剪力及柱轴力计算23 4.2.3风荷载作用下框架内力图245.竖向荷载作用下框架内力计算26 5.1恒荷载标准值计算26 5.1.1框架梁线荷载标准值计算26 5.1.2框架节点集中荷载标准值计算28 5.1.3横荷载作用下横向框架计算简图31 5.2活荷载标准值计算32 5.2.1框架梁线荷载标准值计算32 5.2.2框架节点集中荷载标准值计算34 5.2.3活荷载作用下横向框架计算简图37 5.3分配系数计算38 5.3.1转动刚度S及相对转动刚度计算38 5.3.2分配系数计算39 5.4梁固端弯矩计算39 5.4.1恒载作用下固端弯矩39 5.4.2活载作用下固端弯矩40 5.5弯矩分配及传递41 5.5.1恒荷载作用下弯矩分配41 5.5.2活荷载作用下弯矩分配43 5.6梁跨中弯矩计算45 5.6.1横荷载作用下梁跨中弯矩计算45 5.6.2活荷载作用下梁跨中弯矩计算46 5.7梁端剪力计算46 5.7.1横荷载作用下梁端剪力计算47 5.7.2活荷载作用下梁端剪力计算47 5.8柱轴力计算47 5.8.1恒荷载作用下柱轴力计算47 5.8.2活荷载作用下柱轴力计算486.内力组合49 6.1内力调整49 6.1.1荷载作用下调幅后的梁端弯矩和剪力49 6.1.2荷载作用下调幅后的梁跨中弯矩50 6.2控制截面51 6.3梁内力组合51 6.4柱内力组合517.结构构件设计62 7.1板的设计62 7.1.1设计资料62 7.1.2楼板荷载62 7.1.3弯矩设计63 7.1.4双向板截面设计66 7.2梁的设计69 7.2.1设计资料69 7.2.2梁正截面配筋计算69 7.2.3梁斜截面配筋计算73 7.3柱的设计74 7.3.1设计资料74 7.3.2B柱截面配筋计算74 7.3.3C柱截面配筋计算75 7.4楼梯设计77 7.4.1设计资料77 7.4.2梯段板设计77 7.4.3平台板设计78 7.4.4平台梁设计79 7.5基础设计80 7.5.1设计资料80 7.5.2边柱独立基础设计80 7.5.3中柱联合基础设计84结论87参考文献88致谢89附录90前 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。本组毕业设计题目为某综合办公楼设计。本次毕业设计采用的是钢筋混凝土框架结构，共分建筑设计和结构设计两大部分，建筑设计主要包括总平面图、建筑平面图、立面图、剖面图及构造详图等；结构设计主要包括结构构件尺寸的确定、地震力作用下的结构验算、结构内力组合分析、结构构件的配筋及结构施工图等。毕业设计共经历了三个阶段，即：前期、中期和后期。在毕业设计前期，我温习了土木工程制图、房屋建筑学、结构力学、混凝土结构设计原理(上、中册)、建筑抗震设计、基础工程等知识，并查阅准备了相关规范。在毕业设计中期，我通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑设计和结构设计。在毕业设计后期，主要进行设计手稿的电子排版整理，并得到指导老师的审批和指正，使我圆满地完成了设计任务。本计算书全部内容共分7章，其中包含了水平地震作用下的框架变形验算和内力分析、风荷载作用下的框架内力分析、竖向荷载作用下框架内力分析、内力组合及结构构件设计等主要内容。通过完成这个完整的设计任务，让我了解到建筑设计、结构设计的一般过程，加深了我对新规范、规程、手册等相关内容的理解，同时也巩固了我的专业知识，提高了我的综合分析、解决问题的能力。 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CAD、PKPM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。- 51 -1 方案论述1.1 建筑方案设计论述1.1.1 建筑设计依据 （1）建筑设计依据：办公楼的建筑设计能满足安全、经济、实用、美观等方面的基本要求。（2）建筑各个部分设计依据:办公、服务用房可按不同的规模进行设置。办公用房包括办公室、会议室服务用房包括传达室、接待室，平面布置应功能分区明确，避免相互干扰，方便使用管理，有利于交通疏散。办公区域应布置在较好日照方位，并满足冬至日底层满窗日照不少于3h(小时)的要求，温暖地区、炎热地区的办公用房应避免朝西，否则应设遮阳设施。办公室、接待室等房间窗地比不应小于16。注：窗地比为该房间侧窗洞口面积与该房间地面面积之比。办公室的室内净高不得低于2.60m，设空调的可不低于2.40m；走道净高不得低于2.10m，贮藏间净高不得低于2.00m。办公室门洞口宽度不应小于1m，高度不应小于2m。办公用房、会议室、接待室等允许噪声级不应大于55dB(A声级)。走道最小净宽不应小于表1.1的规定。表 1.1 走道最小净宽走道长度(m)走道净宽(m)单面布房双面布房401.301.40401.501.80注：内筒结构的回廊式走道净宽最小值同单面布房走道。走道地面有高差，当高差不足二级踏步时，不得设置台阶，应设坡道，其坡度不宜大于18 。会议室规范要求：a、会议室根据需要可分设大、中、小会议室。b、中、小会议室可分散布置。小会议室使用面积宜为30m2左右，中会议室使用面积宜为60m2左右；中、小会议室每人使用面积：有会议桌的不应小于1.80m2，无会议桌的不应小于0.80m2。c、大会议室应根据使用人数和桌椅设置情况确定使用面积。会议厅所在层数和安全出口的设置等应符合防火规范的要求，并应根据语言清晰度要求进行设计。接待室规范要求接待室根据使用要求设置，专用接待室应靠近使用部门，办公楼建筑的接待室宜靠近主要出入口。厕所规范要求a、厕所距离最远的工作点不应大于50m。b、厕所应设前室，前室内宜设置洗手盆。c、厕所应有天然采光和不向邻室对流的直接自然通风，条件不许可时，应设机械排风装置。d、男厕所每40人设大便器一具，每30人设小便器一具(小便槽按每0.60m长度相当一具小便器计算)；e、女厕所每20人设大便器一具；f、洗手盆每40人设一具。注：每间厕所大便器三具以上者，其中一具宜设坐式大便器。 设有大会议室的楼层应相应增加厕位。 专用卫生间可只设坐式大便器、洗手盆和面镜。1.1.2 建筑设计说明（1）平面设计 该办公楼共有有62个39006000和5个45006000的小办公室，门宽1000mm，窗宽2400mm；15个78006000的中级办公室，门宽1200mm，窗宽2400mm；10个78006000的高级办公室，门宽1200mm，窗宽2400mm。每层设78009000的活动室1个，78009000的会议室1个，公共卫生间两个，首层设有传达室与接待室各一间。共设置了三部楼梯，中间楼梯开间4.5m，两侧楼梯开间3.9m，与走道直接相连，这样让门厅和办公、服务用房以及水平竖向交通紧密联系在一起，更好的发挥了门厅的作用。本建筑设置了三个出入口，分别位于正立面中间位置，左侧面和右侧面中间位置，满足安全疏散的要求。本设计屋面为不上人屋面，女儿墙高600mm。（2）立面设计 根据建筑内部空间组合的平、剖面关系，进行立面设计。底层层高4.2米，其他层层高3.60米。（3）剖面设计 根据规范规定采光通风的相关要求及办公楼建筑的特点，窗高均设为2100，窗台高为900mm，门高2100mm。考虑到此屋面为不上人屋面，排水坡度为2.0%。1.2 结构方案设计论述1.2.1 结构设计依据（1）根据土木工程专业2015届毕业设计任务书（2）遵照国家规定的现行设计规范、专业授课教材等相关资料1.2.2 结构设计概述（1）工程名称：某综合办公楼设计。（2）建筑面积：6208.10m2 场地面积：1034.68m2。 （3）建筑等级：结构安全等级为二级，设计使用年限为50年。（4）层数与层高：6层，首层层高4.2m，其他层层高3.6m。 （5）设计标高：0.000相当于绝对标高56.000m，室内外高差0.45m。1.2.3 结构设计说明（1）本工程采用钢筋混凝土框架结构。内外填充墙除标注外均采用240mm加气混凝土砌块。（2）本工程的抗震设防烈度为7度，场地类别II，主要风向全年为西北风，夏季为东南风，基本风压为：0.5 kN/m2；年平均降雨量为710mm，年最高温度为36，最低温度为12，冻土深度为0.6m；最大积雪厚度为200mm，基本雪压为0.25 kN/m2。 （3）根据荷载规范查得，办公楼楼面活荷载取为2.0 kN/m2，走廊楼面活荷载取为2.5 kN/m2，楼梯活荷载取为3.5kN/m2，不上人屋面活荷载取为0.5kN/m2(屋面活荷载于雪荷载不同时考虑，两者中取最大值)。（4）本工程梁柱纵向受力钢筋均采用HRB400级钢筋，fy=360N/mm2；箍筋采用HRB400级钢筋，fy=360N/mm2；板内受力钢筋采用HRB400级钢筋，fy=360N/mm2；基础与楼梯内的受力钢筋采用HRB400级钢筋，fy=360N/mm2。（5）除基础垫层采用C10素混凝土外，其他均采用C30混凝土。1.2.4 部分工程构造（1）屋面 防水层(刚性)30厚C30细石混凝土防水 防水层(柔性)三毡四油铺小石子 找平层：15厚水泥砂浆 找平层：15厚水泥砂浆 找坡层：40厚水泥石灰焦渣砂浆3找平保温层：80厚矿渣水泥 结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 抹灰层：10厚混合砂浆 （2）标准层楼面 地瓷砖面层，水泥砂浆擦缝、30厚13干硬性水泥砂浆，面上撒2mm厚素水泥浆结合层一道 结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 抹灰层：10厚混合砂浆 2 结构设计2.1 结构平面布置及计算简图的确定2.1.1 结构平面布置 结构平面布置如图2.1所示。图2.1 结构平面布置图2.1.2 计算简图 计算简图如图2.2所示。 图2.2 计算简图 图2.3 重力荷载代表值图2.2 截面尺寸初选及荷载统计2.1.1 截面尺寸初选（1） 框架柱根据轴压比公式初步估定柱截面尺寸：矩形截面柱边长不宜小于400mm，柱截面高宽比不宜大于3，(框架柱的负荷面积按12-18kN/m2估算，现取15 kN/m2)，N/fcbh0.9(三级框架) N=1.215柱子的单层负荷面积层数=1.2157.8(6.0+2.4)/26=3538.08kN 选定柱截面尺寸： bchc=600600mm （2）框架梁主梁：边跨(BC,DE)： h=(1/81/12)l=(1/81/12) 6000=750mm500mm取h=600mm, b=(1/31/2)h=(1/31/2) 600=200300，取b=300mm中跨(CD)： h=(1/81/12)l=(1/81/12) 2400=300mm200mm,取h=400mm, b=(1/31/2)h=(1/31/2) 400=200133，取b=300mm次梁： h=(1/121/18)l=(1/121/18) 7800=650mm433mm,取 h=500mm, b=(1/31/2)h=(1/31/2) 500=167mm250mm，取b=250mm 2.1.2 荷载统计 （1）屋面 防水层(刚性)30厚C30细石混凝土防水 1.0 kN/m2防水层(柔性)三毡四油铺小石子 0.4 kN/m2 找平层：15厚水泥砂浆 0.015m20kN/m3=0.30kN/m2找平层：15厚水泥砂浆 0.015m20kN/m3=0.30kN/m2 找坡层：40厚水泥石灰焦渣砂浆3找平 0.04m14kN/m3=0.56kN/m2 保温层：80厚矿渣水泥 0.08m14.5kN/m3=1.16kN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土 0.10m25kN/m3=2.5kN/m2 抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m17kN/m3=0.17kN/m2 恒载合计： 6.84 kN/m2活载合计(不上人)： 0.5kN/m2（2）楼面地瓷砖面层，水泥砂浆擦缝、30厚13干硬性水泥砂浆，面上撒2mm厚素水泥水泥浆结合层一道 0.66kN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.10m25kN/m3=2.5kN/m2抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m17kN/m3=0.17kN/m2 恒载合计： 3.83 kN/m2活载合计： 2.5kN/m2 （3）梁自重bh=300mm600mm梁自重 25kN/m30.3m(0.6m0.1m)=3.75kN/m 合计： 3.75kN/mbh=300mm400mm梁自重 25kN/m30.3m(0.4m0.1m)=3.00kN/m 合计： 3.00kN/mbh=250mm500mm梁自重 25kN/m30.25m(0.5m0.1m)=2.50kN/m 合计： 2.50kN/m （4）柱自重bh=600mm600mm柱自重 25kN/m30.6m0.6m=9kN/m 合计： 9kN/m （5）墙自重墙重： 18kN/m30.24m=4.32kN/m2 合计： 4.32kN/m2 （6）女儿墙自重 600mm女儿墙自重 18kN/m30.6m0.24m=2.59kN/m 合计： 2.59kN/m2.3 重力荷载代表值计算 各楼层荷载代表值Gi=永久荷载标准值(楼板重+梁重+上下各半层墙、柱等构件的自重)+0.5可变荷载标准值(楼面或屋面活荷载)。在计算Gi时，无论是否为上人屋面，其屋面上的可变荷载均取雪荷载。2.3.1 六层上半层屋面：6.84(67.1414.64+3.008.04)=6888.22kN横梁：3.756.00243.002.40123.753.004=671.40kN纵梁：3.757.80303.754.5043.753.904=1003.50kN次梁：2.506.00142.52.4062.53.002=261.00kN柱子：9.001.848=777.60kN女儿墙：2.59174.6=452.21kN外墙：4.321.268.82=356.76kN内墙：4.32(1.2168.421.340.32)=1099.53kN窗重：0.45(17.2866.24)5(15.123.60)=131.18kN门重：0.15(6.33.24)=2.40kN=6888.22671.401003.50261.00452.21777.60356.761099.53131.182.40=11634.800kN2.3.2 二六层下半层柱子：9.001.848=777.60kN外墙：4.320.9(68.82+109.44)+1.827.36=905.83kN内墙：4.321.8(168.4240.32)=1623.16kN窗重：0.45(12.9649.68)5(22.685.40)=168.59kN门重：0.15(37.819.44)=8.59kN=3483.77kN2.3.3 二五层上半层楼面：3.83(67.1414.64+3.008.04)=3857.00kN横梁：3.756.00243.002.40123.753.004=671.40kN纵梁：3.757.80303.754.5043.753.904=1003.50kN次梁：2.506.00142.52.4062.53.002=261.00kN柱子：9.001.848=777.60kN外墙：4.321.268.82=356.76kN内墙：4.32(1.2168.421.340.32)=1099.53kN窗重：0.45(17.2866.24)5(15.123.60)=131.18kN门重：0.15(6.33.24)=2.40kN=8160.37kN =()+0.52.5=(8160.37+3483.77)+1.25=11645.39kN2.3.4 一层上半层楼面：3.83(67.1414.64+3.008.04)=3857.00kN横梁：3.756.00243.002.40123.753.004=671.40kN纵梁：3.757.80303.754.5043.753.904=1003.50kN次梁：2.506.00142.52.4062.53.002=261.00kN柱子：9.002.62548=1134.00kN外墙：4.32(0.6103.14+1.514.28+0.937.99)=507.58kN内墙：4.32(1.5151.321.663.36)=1418.50kN窗重：0.45(9.7249.68)526.46=159.03kN门重：0.45(2.161.86)=1.81kN=9013.82kN =11634.800+0.50.253857.00=12116.925kN =(8160.37+3483.77)+0.52.53857.00=16465.390kN =(3483.77+9013.82)+0.52.53857.00=17318.840kN各质点重力荷载代表值如图2.3所示。3 水平地震作用下框架内力和侧移计算3.1 梁柱刚度计算3.1.1 梁柱线刚度计算（1） 梁线刚度计算 在计算梁线刚度时，考虑楼板对梁刚度的有利影响，即板作为翼缘工作。在工程上，为简化计算，通常梁均先按矩形截面计算某惯性矩I0，然后乘以增大系数。 中框架梁I=2.0I0；边框架梁I=1.5I0。梁采用C30混凝土，EC=3.0104N/mm2横向框架： 边跨梁：B-C轴300600mm C-D轴300400mm D-E轴300600mm； 中跨梁：B-C轴300600mm C-D轴300400mm D-E轴300600mm；中框架梁 中跨：=2EI/L=40000kNm 边跨：=2EI/L=41538kNm =2EI/L=41538kNm ，中跨、边跨梁的线刚度 E ,I ,L混凝土弹性模量、梁截面惯性矩、梁跨度边框架梁 中跨：=1.5EI/L=30000kNm 边跨：=1.5EI/L=31154kNm =1.5EI/L=31154kNm（2）柱线刚度计算 柱采用C30混凝土， Ec=3.0N/mm2，首层柱高5.25m，其它层柱高3.6m 柱截面： 600mm600mm =61714kNm =90000kNm =90000kNm 3.1.2 横向框架柱侧移刚度计算 K值、c值和D值的计算式见表3-1。表3-1 K值、c值和D值的计算式楼层KcD一般层底层 D值计算过程见表3-2。表3-2 柱的侧移刚度柱的侧移刚度种类数量h(m)cD顶层中框架中柱123.6163076900000.9060.31225980311763851212边柱123.683076900000.4620.18715625187498边框架中柱123.6122308900000.6790.25421132253589边柱83.662308900000.3460.148122959836125层中框架中柱123.6163076900000.9060.31225980311763851212边柱123.683076900000.4620.18715625187498边框架中柱123.6122308900000.6790.25421132253589边柱83.662308900000.3460.1481229598361首层中框架中柱125.2581538617141.3210.54814734176804578008边柱125.2541538617140.6730.43911791141495边框架中柱125.2561154617140.9910.49813394160723边柱84.931154617140.5050.4011237398986 梁柱相对线刚度比 与柱两端相接的梁的线刚度之和 柱的线刚度 柱侧移刚度修正系数 修正后的柱抗侧移刚度3.2 自振周期计算自振周期采用顶点位移法。按式T1=1.7T计算基本周期T1，T取0.7。其中为结构