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乌兰察布市政府办公楼结构设计毕业论文第1章 绪论1.1设计题目乌兰察布市政府办公楼设计1.2 设计资料1.2.1 水文地质资料抗震设防烈度7度，建筑场地类别二类，场地特征周期为0.35秒， 基本雪压S0=0.40kN/，基本风压0=0.60kN/.地区表面为一般粘性土层，下部为砂类土，水质无侵蚀性，承载力情况良好(承载力值待定)。1.2.2 气象资料 冬季室外平均温度 -22 绝对最高温度 30 绝对最低温度 -25 全年雨季 7-8月 最大降雨量 31.7/10min1.3 设计要求1.3.1 建筑部分： 总平面，平立剖面，主要节点构造1.3.2 结构部分：（1）结构方案与布置；（2）框架剪力墙结构协同工作分析；（3）结构侧移计算；（4）框架剪力墙受力分析和截面计算。1.4设计成果1.4.1 概况： 建筑设计说明，结构设计说明，结构计算书1.4.2 设计施工图：（1) 建筑施工图：底层平面图，标准层平面图，主要平面图，主要剖面图，节点详图（2)结构施工图：结构布置图，框架和楼面配筋图107 第2章 设计概况2.1 工程概况拟建一综合办公楼，建筑面积9000平方米，受场地限制，宽度20米，长度80米，设计要求框架结构，丙类建筑。2.2 具体要求 政府办公楼：8-10人标准间（60左右）；6-8人带套间办公室（80左右）；每层有单人办公室2-4间，小型会议室1间；大型多功能会议室（200左右）2间。2.3 设计依据本设计依据各种现行建筑设计规范、结构设计规范，设计说明书，规划位置图要求进行设计。2.4 设计过程（1）确定结构体系与结构布置；（2）根据经验对构件进行初估；（3）确定计算模型及计算简图；（4）荷载计算；（5）内力计算及组合；（6）构件及节点设计；（7）编写设计任务说明书；（8）图纸绘制。第3章 结构布置及计算简图根据该房屋的使用功能及建筑设计的要求1，进行了建筑平面、立面及剖面设计，其标准层建筑平面、结构平面和剖面示意图分别见大图，主体结构共9层，底层层高4.2m，其余各层层高均为3.9m，共35.4m。突出塔楼部分为电梯间，层高3米。填充墙采用240mm厚的粘土空心砖。门为木门，门洞尺寸有0.9m2.4m，3.0m2.4m，1.5 m2.4 m，1.22.4 m。入口处为玻璃转门，门洞尺寸为2.42.7 m，弹簧门，门洞尺寸为1.82.7 m。窗为铝合金窗，洞口尺寸有2.4 m2.1m，2.1m2.1m，1.8 m 2.1 m，3.0 m2.1 m。楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构2，楼板厚度取100mm。梁截面高度按梁跨度的1/121/8估算，由此估算的梁截面尺寸见表3-1，表中还给出了各层梁、柱和板的混凝土强度等级。其设计强度C35（fc=16.7 N/ m，ft=1.57 N/ m），C30(fc=14.3 N/ m，ft=1.43 N/ m)。表3-1 梁截面尺寸及各层混凝土强度等级层次混凝土强度等级横梁（bh），mmBC跨，DE跨AB跨CD跨纵梁（bh），mm次梁(bh)，mm29C303006003004003006003005001C35350600350400350600300500柱截面尺寸可根据公式（3-1）、（3-2） N=FgEn (3-1) ACN/Nfc (3-2)估算。由于本框架结构的抗震等级为二级，其轴压比限值N=0.8，各层的重力代表值近似取12 kN/ m。由结构平面布置图可知边柱及中柱的负荷面积分别为7.23.6 m和7.24.8 m。由公式（3-2）得第一层柱截面面积为 边柱 AC1.37.23.612108/0.816.7=236196 mm 中柱 AC1.257.24.812108/0.816.7=275625 mm如取柱截面为正方形，则边柱和中柱截面高度分别为486mm和525mm。根据上述计算结果并综合考虑其它因素，本设计中柱截面尺寸取值如下： 1层 700mm700mm 25层 600mm600mm 69层 550mm550mm基础采用肋梁式筏板基础，基础埋深2.5米，肋梁高度取1.2米。框架结构计算简图如下图所示。取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线；梁轴线取至板底，2-9层柱高即为层高，取3.9m，底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即h1=4.20.62.51.20.1=6m。(a)横向框架 (b)纵向框架图3-1 框架结构计算简图第4章 重力荷载计算4.1 屋面及楼面的永久荷载标准值8屋面（上人） ： 30厚细石混凝土保护层 220.03=0.66 kN/ m 三毡四油防水层 0.40 kN/ m 20厚水泥砂浆找平层 200.02=0.40 kN/ m 150厚水泥蛭石保温层 50.15=0.75 kN/ m 100厚钢筋混凝土板 250.1=2.50 kN/ m V型轻钢龙骨吊顶 0.25 kN/ m 合计 4.96 kN/ m18层楼面： 瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 0.55 kN/ m 100厚钢筋混凝土板 250.1=2.50 kN/ m V型轻钢龙骨吊顶 0.25 kN/ m合计 3.30 kN/ m4.2 屋面及楼面可变荷载标准值 上人屋面均布活荷载标准值 2.0 kN/ m 楼面活荷载标准值 2.0kN/ m 屋面雪荷载标准值 sk=rs0=1.00.4=0.4 kN/ m式中：r为屋面积雪分布系数，取r=1.0。4.3 梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算梁、柱可根据截面尺寸，材料容重及粉刷等8计算出单位长度上的重力荷载3；对墙、门、窗等可计算出单位面积上的重力荷载。计算结果见表4-1表4-1 梁、柱重力荷载标准值层次构件bmhmKN/mgKN/mlimnGiKNGiKN1边横梁0.350.60(0.40)251.055.513(3.675)6.410(4.120)86317.550(105.840)2251.68中横梁0.350.60(0.40)251.055.513(3.675)6.390(1.700)88317.550(70.560)次 梁0.300.50251.053.946.4606170.100纵 梁0.350.60251.055.526.500321270.08柱0.700.70 251.1013.486.000383072.3025边横梁0.300.60(0.40)251.054.725(3.150)6.600(4.200)86272.160(90.720)1954.26中横梁0.300.60(0.40)251.054.725(3.150)6.600(1.800)88272.160(60.480)次 梁0.300.50251.053.946.4606170.100纵 梁0.300.60251.054.7256.600321088.64柱0.600.60251.109.93.90381467.1669边横梁0.300.60(0.40)251.054.725(3.150)6.650 (4.250)86272.160(90.720)1954.26中横梁0.300.60(0.40)251.054.725(3.150)6.650(1.850)88272.160(60.480)次 梁0.300.50251.053.946.4606170.100纵 梁0.300.60251.054.7256.650321088.64柱0.550.55251.108.3193.900381232.84 注：1）表中为考虑梁、柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数；g表示单位长度构件重力荷载；n为构件数量。2）梁长度取净长；柱长度取层高墙体为370mm厚钢筋混凝土，外墙面贴瓷砖（0.5 kN/ m），内墙面为20mm厚抹灰，则外墙单位墙面重力荷载为 0.5+150.37+170.02=4.44 kN/ m内墙为240mm厚粘土空心砖，两侧均为20mm厚抹灰，则内墙单位墙面重力荷载为 150.24+170.022=4.28 kN/ m木门单位面积重力荷载为0.2 kN/ m；铝合金窗单位面积重力荷载取0.4 kN/ m。4.4 重力荷载代表值集中于各质点的重力荷载Gi，为计算单元范围内各层楼面上的重力荷载代表值及上下各半层的墙、柱等重量。各可变荷载的组合值系数按表4-2的规定采用3：无论是否为上人屋面，其屋面上的可变荷载均取雪荷载。表4-2 可变荷载组合值系数可变荷载种类组合值系数雪荷载0.5屋面积灰荷载0.5屋面活荷载不考虑按实际情况考虑的楼面活荷载1.0按等效均布荷载考虑的楼面活荷载藏书库、档案库0.8其他民用建筑0.5吊车悬吊物重力硬 钩 吊 车0.3简单的计算过程如下：顶层：屋面恒载、50屋面荷载、纵横梁的自重、半层柱的自重、半层墙的自重。其它层：楼面荷载、50楼面均布荷载、纵横梁自重、楼面上、下各半层的柱及纵横墙自重。主体结构总面积 A=16.850.4+4.87.24=846.72+ 69.12=984.96m第一层（楼板重+梁柱重+墙体重+门窗重）G1=3.3984.96+0.52.0984.96+ 2251.68+3072.30+4.2(7.2-0.7)4.2824+4.2(7.2-0.7)4.4417+4.2(2.4-0.7)4.442+4.2(4.8-0.7)4.444=14793.399kN第二层G2=3.3984.96+0.52.0984.96+ 1954.26+1467.16+3.9(7.2-0.6)4.2829+3.9(4.8-0.6)4.282+3.9(7.2-0.6)4.4418+3.9(2.4-0.6)4.442+3.9(4.8-0.6)4.444=13402.197kN第三五层算法和第二层类似第六层 G5=3.3984.96+0.52.0984.96+1954.26+1232.84+3.9(7.2-0.55)4.2829+3.9(4.8-0.55)4.282+3.9(7.2-0.55)4.4418+3.9(2.4-0.55)4.442+3.9(4.8-0.55)4.444=13214.529kN第七、八层算法与第六层类似第九层（梁柱重/2+墙体/2+门窗重+楼面恒载+楼面活荷载+楼面雪荷载）G9=4.96984.96+0.52.0984.96+(1954.26+1232.84/2+3.9(7.2-0. 55)4.2829+3.9(4.8-0.55)4.282+3.9(7.2-0.55)4.4418+3.9(2.4-0.55)4.442+3.9(4.8-0.55)4.444/2=10359.962kN各层重力荷载代表值如下： 第一层 G1=14793.399kN 第二层 G2=13402.197kN 第三五层 G3= G4 = G5= G2=13402.197kN 第六层 G5=13214.529kN 第七八层 G7= G8= G5=13214.529kN 第九层 G9=10359.962kN计算结果见图4-1。图4-1 各质点的重力荷载代表值第5章 框架侧移刚度计算表5-1 横梁线刚度ib计算表类别层次ECN/mmbhmmmmI0mm4mmECI0/Nmm1.5ECI0/Nmm2ECI0/Nmm边横梁13.151043506003504006.31091.9109720048004.1401001.8751005.52010102.5001010293.01043006003004005.41091.61094.50010102.0001010走道梁13.151043504001.910924003.7510105.001010293.01043004001.61093.0010104.001010表5-2 柱线刚度ic计算表层次hc，mmEC，N/mmbh，mmmmIc，mm4EcIc/hc，Nmm160003.151047007002.001101010.50010102539003.001046006001.08010108.30810106939003.001045505507.6261095.8661010 根据梁、柱线刚度比K的不同， 结构平面布置中的柱可分为中框架中柱和边柱、边框架中柱和边柱以及楼、电梯间柱等。现以第2层C-3柱的侧移刚度计算为例，说明计算过程，其余柱的计算过程从略，计算结果见表5-3。第2层C-3柱及与其相连的梁的相对线刚度 =1.145 c =1.145/ （2+1.145） =0.364由公式5-1 (5-1)得D=0.364=23859N/mm框架柱侧移刚度D值计算结果见表5-3。图5-3 C-3柱与其相连的梁的相对线刚度 表5-3 框架柱侧移刚度D值（N/mm）层号位置 柱根数6 9边框架边柱0.5750.2561032040.4850.181110772边框架中柱1.2600.4001748820.9850.3302166121.3350.385201222中框架边柱0.7800.2811226020.9750.3281432120.5200.2061352540.6500.245160772中框架中柱1.7600.4682045520.7800.2811226021.9550.4942160021.1730.3792423641.3030.38525462635边框架边柱0.4950.1891340240.4520.217187992边框架中柱1.1250.3612692120.8350.2793421520.7890.295318762中框架边柱0.6000.2451879620.8250.2892103420.4400.1901923740.5600.321233342中框架中柱1.4500.4373078920.6000.2461786920.8230.2962354920.9950.3353546741.1450.3642515162边框架边柱0.2330.1121643840.2250.102203412边框架中柱0.5860.2263156720.4230.1563457120.4520.185368732中框架边柱0.3880.1452035220.4260.1782654220.3280.1202126940.2580.128259082中框架中柱0.7660.2263885620.3980.2872035420.8560.1394123720.5430.2894236540.2870.2312549761边框架边柱0.6040.4253597540.5340.407459782边框架中柱1.3780.5444717621.0660.3423486721.3240.569618892中框架边柱0.8090.467323947921.0120.6004236520.5460.4245034840.7090.456501202中框架中柱1.7800.6095156820.8020.4763987521.8970.6785318921.2380.4596545841.4890.573679826第6章 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算6.1横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算6.1.1横向自振周期计算结构顶点的假想位移由公式（6-1）（6-3） (6-1) (6-2) (6-3)计算。计算过程见表6-1。表6-1 结构顶点的假想位移计算层次Gi，kNVGi，kNDi，N/mmi，mmi，mm9 10359.962 10359.96211243559.21444.31813214.52923574.491112435520.9435.1713214.52936789.020112435532.7414.2613214.52950003.549112435544.4381.5513402.19763405.746125453656.5337.1413402.19776807.943125453668.0280.6313402.19790210.140125453675.5212.6213402.197103612.337135665480.6137.1114793.399118405.736209781056.556.5按公式（6-4） T1=1.7YT(T)1/2 (6-4)计算基本周期T1，其中T的量钢为m，取YT=0.7，则 T1=1.70.7(0.4431)1/2=0.79s6.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算本例中，结构高度不超过40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切型为主，故可用底部剪力法1计算水平地震作用。结构总水平地震作用标准值计算如下：Geq=0.85Gi=0.85(14793.399+13402.1974+13214.5293+ 10359.962)=0.85118405.736=100644.88 kNa1=(Tg/T1)0.9 amax=(0.30/0.79)0.90.08=0.033 FEK= a1 Geq=0.033100644.88=3368.42kN因1.4Tg=1.40.30=0.42s1.5，由表6-6可知，沿房屋高度在1.0841.341范围内变化，即风压脉动的影响较大。因此，该房屋应考虑风压脉动的影响。框架结构分析时，应按静力等效原理将分布风荷载转化为节点集中荷载。例如第六层的集中荷载F6的计算过程如下：F6=（5.871+3.669+5.455+3.409）3.91/2 （6.291-5.871）+（3.932-3.669）3.91/21/3 （5.871-5.455）+（3.669-3.403）3.91/22/3=37.21kN各层节点集中荷载见表6-8，图如6-3所示。表6-8 各层节点集中荷载层次123456789集中荷载32.3027.0330.9932.8735.4537.2140.2342.1544.30图6-3框架上的风荷载6.2.2 风荷载作用下水平位移验算表6-9风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算层次123456789Fi/KN32.3027.0330.9932.8735.4537.2140.2342.1544.30Vi/KN322.53290.23263.20232.21199.34163.89126.6886.4544.30Di/N/mm)97380122684113596113596113596123122123122123122123122i/mm3.3122.3662.3172.0441.7551.3311.0290.7020.360i/mm3.3125.6787.99510.03911.79413.12514.15414.85615.216i/hi1/18121/16481/16831/19081/22221/29301/37901/55561/10833风荷载作用下框架最大层间位移角为1/18121/550，满足要求。6.2.3 风荷载作用下框架结构内力计算表6-10 风荷载作用下边柱端弯矩及剪力计算层次/m，N/mmy93.91124355195118.140.7670.309.5222.2283.911243551951114.360.7670.38221.3934.6173.911243551951120.680.7670.438353345.3363.911243551951126.290.7670.4546.14563953.912545362163726.140.4990.4545.8856.0743.912545362163728.760.4990.4550.4761.6933.912545362163730.100.4990.4552.8364.5623.913566542358533.580.5560.5065.4865.4816.020978102059539.020.5730.732119.9643.92表6-11 风荷载作用下中柱端弯矩及剪力计算层次/m，N/mmY93.91124355420508.201.2610.37411.8319.8183.911243554205012.451.2610.37418.1630.4073.911243554205022.991.2610.37433.5356.1263.911243554205030.601.2610.37444.6374.7153.912545363516142.720.9650.4778.3188.3043.912545363516156.400.9650.47103.38116.5833.912545363516164.940.9650.47119.04134.2323.913566543775772.481.0730.45127.20155.4716.020978102809591.100.8020.65233.40125.68表6-12 风荷载作用下梁端弯矩剪力及柱轴力层次边 梁走道梁柱轴力MblMbrlVbMblMbrlVb边柱N中柱N922.229.077.24.3510.7410.742.48.95-4.35-4.60844.1319.347.28.8222.8922.892.419.08-13.17-14.86766.7234.027.213.9940.2640.262.433.55-27.16-34.42691.7249.577.219.6258.6758.672.448.89-46.78-63.695102.160.887.222.6572.0572.052.460.04-69.43-101.084107.5789.267.227.34105.63105.632.488.03-96.77-161.773115.03108.837.231.09128.78128.782.4107.22-127.86-237.902118.31125.737.233.89148.78148.782.4123.98-161.75-327.991109.40114.557.231.28138.33138.332.4114.22-193.03-410.93横向框架在水平风荷载作用下的弯矩图及梁端剪力和轴力图如图6-4，图6-5所示。图6-4 风荷载作用下框架弯矩图图6-5 风荷载作用下梁端剪力及柱轴力图第7章 竖向荷载作用下框架结构的内力计算7.1 横向框架内力计算7.1.1 计算单元取轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为7.2m，由于房间内布置有次梁，故直接传给该框架的楼面荷载如下图中的阴影线所示，计算单元范围内其余楼面则通过次梁和纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架9，作用于各节点上。由于纵向框架梁的中心线与柱的中心线不重合，因此在框架节