办公楼结构设计计算书.doc

办公楼结构设计计算书1前言这次课程设计中，我选择的课题是沈阳某大学办公楼结构设计，采用的是钢筋混凝土框架结构。在建筑行业中，钢筋混凝土框架结构是最主要的施工方式。框架结构的自重轻，承载能力大，空间的分隔灵活，能满足外墙窗户洞口的各种尺寸，在空间上能满足人们的各种个性上的要求。同时，采用现浇混凝土浇筑时，结构的整体性好，刚度较大，使得在地震过程中，能更好的承受地震力的作用。这次毕业设计中，我选择了沈阳某大学办公楼结构设计，并且采用的就是钢筋混凝土框架结构这一结构形式。这次毕业设计的主要任务就是结构设计方案的选择、结构设计、荷载计算、荷载作用下的框架内力分析、框架梁柱内力组合、框架配筋、构件截面计算、现浇板计算、楼梯计算和基础设计。完成毕业设计的思路是先进行荷载计算，根据荷载进行框架内力分析、框架梁柱内力组合、框架配筋。然后进一步完成现浇板计算、楼梯计算和基础计算。此次毕业设计中，综合运用了大学期间学到过的大部分知识。让我在毕业之前，更好的复习了以前所学到的知识，明白了在实际的结构设计中遇到的各种问题。1. 工程概况沈阳建筑大学办公楼结构设计，该楼主体结构采用钢筋混凝土现浇框架结构，占地面积为1252m2，总建筑面积为6260m2，共五层。设计年限为50年，基本风压为0.55kN/m2 ，基本雪压为0.50kN/m2 ，建筑抗震设防分类为乙类，结构安全等级为2级，抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，地质条件良好，基础采用柱下独立基础。2. 结构布置该工程结构采用钢筋混凝土现浇框架结构，15层柱的混凝土强度等级C30，1梁的混凝土强度等级C30，板的混凝土强度等级C30，平面布置灵活，有较大空间，结构布置图如下：图2-1结构平面布置图3. 结构设计（梁、柱、板截面尺寸的估算）3.1 框架梁截面尺寸估算主梁长度：主梁截面高度：h=主梁截面宽度：b=主梁截面尺寸：300mm700mm主梁长度：l=6600mm主梁截面高度：h=主梁截面宽度：b=主梁截面尺寸：300mm650mm主梁长度：l=2100mm主梁截面高度：h=主梁截面宽度：b=主梁截面尺寸：300mm550mm次梁长度：l=6600mm次梁截面高度：h=次梁截面宽度：b=次梁截面尺寸：250mm550mm3.2 框架柱截面尺寸估算框架高度3.65=18m，抗震设防烈度为7度。查建筑抗震设计得该框架结构抗震等级为三级1，框架柱轴压比限值为=0.85。框架柱截面尺寸根据柱的轴压比限制，按下式计算：1. 柱组合的轴压比设计值按照公式计算： （3-1）式中： G取1.25；q取14 KN/m；附加系数1，风载1=1.05，边柱、角柱轴向力增大系数2边柱1.1，角柱1.2，中柱1.0。2. 柱截面 （3-2）边柱和中柱的负载面积：边柱：7800mm3300mm中柱：7800mm4350mm边柱：A中柱：A根据上述计算结果，并综合考虑其他因素，取柱截面为正方形，初步估计柱的尺寸为550550302500mm2，为计算简便中柱和边柱的尺寸相同，均为550550。故初选柱的尺寸为550550。3.3 板的截面尺寸按跨高比的条件，要求板厚h2100/30=70mm，取h=100mm。3.4 结构计算简图结构底层柱高：室内外高差是0.45m，基础埋深1.75m，所以底层柱高为3.6+0.45+1.75=5.8m，其层柱高3.6m，框架计算简图如下图所示：图3-1 框架计算简图4. 梁柱侧移刚度4.1 梁柱线刚度计算梁线刚度AB跨：边框架= 中框架=BC跨：边框架= 中框架=CD跨：边框架= 中框架=4.2 柱线刚度1层柱：=2-5层柱：=4.3 柱的横向侧移刚度计算按下列公式进行柱的横向侧移刚度计算2： (4-1)具体计算见下表：表4-1柱的横向侧移刚度计算楼层(根数)一般层：底层：一般层：底层：25A、D轴边框边柱0.730.2716103(4)A、D轴中框边柱0.960.3218.96103(10)B、C轴边框中柱2.150.5230.81103(4)B、C轴中框中柱2.690.5733.78103(10)714.641031A、D轴边框边柱1.200.537.37103(4)A、D轴中框边柱1.590.588.07103(10)B、C轴边框中柱3.490.7310.16103(4)B、C轴中框中柱4.670.7810.85103(10)259.321035. 荷载计算5.1 屋面及楼面恒荷载计算1. 屋面恒荷载防水层: 4厚高聚物改性沥青防水卷材 0.05 KN/找平层:20厚13水泥砂浆 0.0220=0.4 KN/找坡层:60厚16水泥焦渣找2%坡 0.0614=0.84 KN/保温层:60厚聚苯乙烯泡沫塑料板 0.060.5=0.03 KN/结构层:100厚钢筋混凝土板 0.125=2.5KN/抹灰层：10厚板底抹灰 0.0117=0.17 KN/ 合计 3.99KN/2. 楼面恒荷载找平层:20厚13水泥砂浆 0.0220=0.4 KN/结构层:100厚钢筋混凝土板 0.125=2.5KN/抹灰层：10厚板底抹灰 0.0117=0.17 KN/合计 3.07KN/5.2 屋面及楼面活荷载计算1. 屋面活荷载上人屋面：0.5KN/雪荷载：0.50kN/m2 屋面荷载与雪荷载不同时考虑,两者取大值.2.楼面活荷载楼面：2.0KN/(办公楼)3.风荷载基本风压为0.55kN/m25.3梁柱墙门窗重力荷载计算1. 梁300mm700mm自重： 250.3(0.7-0.1)=4.5KN/m抹灰层:10厚混合砂浆 KN/m合计 4.76KN/m2. 梁300mm650mm自重： 250.3(0.65-0.1)=4.13KN/m抹灰层:10厚混合砂浆 KN/m合计 4.37KN/m3. 梁300mm550mm自重： 250.3(0.55-0.1)=3.38KN/m抹灰层:10厚混合砂浆 KN/m合计 3.58KN/m4. 梁250mm550mm自重：250.25(0.55-0.1)=2.81KN/m抹灰层:10厚混合砂浆 KN/m合计 3.01KN/m5.柱 550550自重 250.550.55=7.56KN/m 抹灰层：10厚混合砂浆 0.010.5417=0.34KN/m 合计 7.9KN/m 6. 外墙荷载(1) 纵墙 （3.6-0.7）0.37=6.09KN/m铝合金窗： 0.35 KN/1.8m=0.63 KN/m水泥粉刷内外墙 (3.6-0.7) 0.322=1.61 KN/m合计 8.33KN/m(2) 横墙 （3.6-0.65）0.37=6.20KN/m水泥粉刷内外墙 (3.6-0.55) 0.322=1.95 KN/m合计 8.15KN/m7. 内墙荷载(1) 纵墙 （3.6-0.6）0.37=6.09KN/m水泥粉刷内外墙 (3.6-0.7) 0.322=1.61 KN/m合计 7.7KN/m(2) 横墙 (3.6-0.65）0.37=6.20KN/m水泥粉刷内外墙 (3.6-0.55) 0.322=1.95 KN/m合计 8.15KN/m5.4 重力荷载代表值计算地震作用时，结构的重力荷载代表值（为自身结构、构件自重标准值和各种可变荷载组合值的和），具体计算如下式： (5-1)：结构、构件永久荷载标准值；：可变荷载标准值；：可变荷载的地震组合值系数。表5-1 可变荷载组合值系数表可变荷载种类组合值系数雪荷载0.5屋面的积灰荷载0.5屋面的活荷载不计入实际的楼面活载1.0按等效均布荷载计算的楼面活荷载藏书库、档案库0.8其他民用建筑0.51. 底层重力荷载=3.0715.8539.25=1909.88KN=7.95.728=1260.84KN=（38.7-0.556）44.76+（6.62-0.553） 4.377+（6.6-0.55）10 3.01+（2.1-0.55）73.58=1248.28KN=（15.3-0.553）28.35+（38.7-0.556）28.33+（15.3-0.556）27.7+6.6108.35=1553.62KN1909.88+1260.84+1248.28+1553.62=5972.62KN2. 标准层重力荷载=1909.88KN=7.93.528=774.2KN=1248.28KN=1553.62KN5485.98KN3. 顶层重力荷载=3.9915.8539.25=2482.23KN=7.93.528=774.2KN=1248.28KN=1553.62KN6058.33KN4. 屋顶雪荷载标准值计算5. 楼面活荷载标准值计算6. 重力荷载标准值=楼面处构件和构件自重+0.5活荷载标准值 =5972.62+0.51244.23=6594.74KN=楼面处构件和构件自重+0.5活荷载标准值 =5485.98+0.51244.23=6108.10KN=屋面处构件和构件自重+0.5雪荷载标准值 =6058.33+0.5311.06=6213.86KN5.5 竖向荷载 图5-1 板传荷载示意图1. AB、(CD)轴间框架梁：（1） 屋面荷载恒载 板传荷载 KN/ m 梁自重 4.37KN/ m活载 KN/ m、(CD)轴间框架梁的均布荷载为屋面梁 恒载=梁自重+板传荷载 =4.37+13.25=17.62KN/m 活载=1.66KN/m（2） 楼面荷载恒载 板传荷载 KN/ m 梁自重 4.37KN/ m活载 KN/ m、(CD)轴间框架梁的均布荷载为楼面梁 恒载=梁自重+板传荷载 =4.37+10.20=14.57KN/m 活载=6.64 KN/m2. 轴间框架梁（1） 屋面荷载恒载 板传荷载 KN/ m 梁自重 3.58KN/ m活载 KN/ m轴间框架梁的均布荷载为屋面梁 恒载=梁自重+板传荷载 =3.58+5.24=8.82KN/m 活载=0.66KN/m（2）楼面荷载恒载 板传荷载 KN/ m 梁自重 3.58KN/ m活载 KN/ m轴间框架梁的均布荷载为楼面梁 恒载=梁自重+板传荷载 =4.03+3.58=7.61KN/m 活载=2.63 KN/ m3. 、D轴纵向集中荷载顶层柱女儿墙自重（墙高800，100厚混凝土压顶）KN/ m顶层柱恒载=女儿墙梁自重板传荷载 =KN 活载=板传荷载 =3.93.30.5=6.44KN其他层柱恒载=墙自重+梁自重+板传荷载 =8.33（7.8-0.55）+8.353.3+4.377.8+3.013.3+3.073.9 3.3 =173.51KN 活载=板传荷载 =3.93.32=25.74KN4. B、C轴纵向集中荷载顶层柱恒载=梁自重板传荷载 =4.767.8+3.014.35+4.993.94.35 =134.66KN 活载=板传荷载 =3.94.350.5=8.48KN其他层柱恒载=墙自重+梁自重+板传荷载 =8.77（7.8-0.55）+7.73.3+4.767.8+3.014.35+3.073.94.35 =189.96KN 活载=板传荷载 =3.94.352=26.1KN5.6 风荷载标准值计算 （5-2）为风荷载标准值（kN/m2）；为高度为处的风振系数；为风荷载体型系数；为风压高度的变化系数；为基本风压（kN/m2）。0= 0.55KN/m2，由建筑结构荷载规范查得体形系数等参数，L矩形平面,=1.33。结构高度为18.45m，地面粗糙度为c类，因为结构高度小于30m，所以不用考虑风振系数，即=1。风荷载计算见下表：表5-2 风荷载计算层数层高离地高度B作用高度13.64.051.30.741.00.550.52915.851.88.3023.67.651.30.741.00.550.52915.853.616.6033.611.251.30.741.00.550.52915.853.616.6043.614.851.30.741.00.550.52915.853.616.6053.618.451.30.811.00.550.57915.853.618.175.7 水平地震作用计算建筑抗震设计规定，对于高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，可采用底部剪力法计算水平地震作用4。本建筑结构基本符合以上要求，所以采用底部剪力法。由于该工程所在地区抗震设防烈度为7度，场地土为类,设计地震分组为第一组,抗震规范查得： 0.35Geq=0.8530685.4=26082.59kN利用能量法计算基本自振周期，计算见如下公式： （5-3）表5-2 能量法计算基本自振周期层数56213.867151036213.860.0110.2391463.72349.830.6146108.1071510312142.960.0210.2282768.59631.2436108.1071510318161.560.0310.2073759.44778.2026108.1071510324180.160.0420.1764255.71749.0016594.7425910330685.40.1340.1344111.84550.99总计16359.33059.26注 考虑非承重墙影响的周期折减系数，取0.7。因为，所以地震影响系数应为： （5-4）作用在结构底部的水平地震标准值为：因为，所以顶部的附加地震作用应考虑：15层横向地震作用计算： （5-5）15层楼层的水平地震作用下各层间剪力计算： （5-6）计算过程见下表：表5-3 地震作用标准值、地震剪力及楼层间位移计算表层数56213.86110238 328659437.38592.387151030.001046108.1086668343.87 155936.257151030.001636108.1065000257.90 1194.157151030.002126108.1043334171.93 1366.087151030.002416594.742341992.9214592591030.0064楼层最大位移与楼层层高之比 u i /h=0.0064/3.6=1/5631/550 满足要求6. 框架结构内力分析6.1 横向荷载作用6.1.1 水平地震作用计算柱端承受的剪力和弯矩。公式如下： Vij=DijVi /Dij （6-1） Mc下=Vijyh （6-2） Mc上=Vij（1-y）h （6-3） y=yn+y1+y2+y3 （6-4）查混凝土结构与砌体结构设计附表，得到框架柱反弯点高度比，见下表：表6-1 A、D轴框架柱反弯点位置层号h(m)Ky0y1y2y3yyh53.60.550.280000.281.00843.60.550.350000.351.2633.60.550.430000.431.54823.60.550.500000.501.815.80.900.650000.653.77表6-2 B、C轴框架柱反弯点位置 层号h(m)Ky0y1y2y3yyh53.62.090.400000.401.4443.62.090.450000.451.6233.62.090.500000.51.823.62.090.500000.51.815.83.430.550000.553.19通过计算得到柱端剪力和弯矩，见下表。绘制弯矩图，通过弯矩图再绘制剪力图和轴力图。 表6-3 横向水平地震荷载作用下A、D柱剪力与柱端弯矩的计算层号Vi(KN)DDimDim/DVi(KN)yhi(m)Mc上(KN*m)Mc下(KN*m)5592.38715103189600.02313.621.00835.3014.714936.25715103189600.02321.531.2650.3827.1331194.15715103189600.02327.471.54856.3742.5221366.08715103189600.02331.421.856.5656.561145925910380700.02942.313.7785.89159.51表6-4 横向水平地震荷载作用下B、C柱剪力与柱端弯矩的计算层号Vi(KN)DDimDim/DVi(KN)yhi(m)Mc(KN*m)Mc下(KN*m)5592.38715103337800.05230.801.4466.5344.354936.25715103337800.05248.691.6296.4178.8831194.15715103337800.05262.101.8111.78111.7821366.08715103337800.05271.041.8111.78111.7811459259103108500.04565.663.19171.37209.46梁两端的内力可按下列公式计算得到： M l b=i l b（Mbi+1，j + M u i，j）/（i l b+ i r b） （6-5） M r b=i r （Mbi+1，j + M u i，j）/（i l b+ i r b） （6-6） V b=（M l b+ M r b）/ l （6-7） Ni=（V l b- V r b）k （6-8）图6-1 横向水平地震作用下M图(KNm)图6-2 横向水平地震作用下V图(KN)表6-3 横向水平地震作用下N图(KN)6.1.2 风荷载作用计算风荷载作用，在计算风荷载作用的，水平作用力按照均布水平力考虑。反弯点高度，根据混凝土结构与砌体结构设计查的5。见下表： 表6-5 A、D轴框架柱反弯点位置层号h(m)Ky0y1y2y3yyh53.6 0.550.280000.281.00843.6 0.550.350 000.351.2633.6 0.550.43 0000.431.54823.6 0.550.500000.501.815.80.900.650000.653.77表6-6 B、C轴框架柱反弯点位置 层号h(m)Ky0y1y2y3yyh53.62.090.400000.401.4443.62.090.450000.451.6233.62.090.500000.51.823.62.090.500000.51.815.83.430.550000.553.19表6-7 风荷载作用下A、D柱剪力与柱端弯矩的计算层号Vi(KN)DDimDim/DVi(KN)yhi(m)Mc上(KN*m)Mc下(KN*m)518.17715103337800.0230.421.0081.090.42434.77715103337800.0230.801.261.871.01351.37715103337800.0231.181.5483.181.83267.97715103337800.0231.561.82.812.81176.27259103108500.0292.213.774.498.33表6-8 风荷载作用下B、C柱剪力与柱端弯矩的计算层号Vi(KN)DDimDim/DVi(KN)yhi(m)Mc上(KN*m)Mc下(KN*m)518.17715103337800.0520.941.442.031.35434.77715103337800.0521.811.623.582.91351.37715103337800.0522.671.84.814.81267.97715103337800.0523.531.86.356.35176.27259103108500.0453.433.198.9510.94图6-4 风荷载作用下M图(KNm)图6-5 风荷载作用下V图(KN)图6-6 风荷载作用下N图(KN)6.2 竖向荷载作用计算1. 恒荷载作用下的弯矩计算作用于屋面均布荷载标准值 作用于楼面均布荷载标准值 由均布荷载在屋面形成的固端弯矩 （6-5）由均布荷载在楼面形成的固端弯矩 （6-5）计算分配系数，公式如下： （6-6） 具体分配系数见下表：表6-9 AB轴分配系数表节点单元AB位置A下柱A上柱AB端BA端B下柱B上柱BC端分配 系数五层0.65-0.350.180.32-0.5二四层0.390.390.220.130.240.240.39一层0.280.460.260.150.160.270.42表6-10 CD轴分配系数表节点单元CD位置CB端C下柱C上柱CD端D下柱D上柱DC端分配 系数五层0.50.32-0.180.65-0.35二四层0.390.240.240.130.390.390.22一层0.420.160.270.150.280.460.26二次弯矩分配法进行弯矩分配，具体过程见下：图6-7 二次弯矩分配法计算图（kNm)梁跨中弯矩 图6-7 恒载作用下M图(KNm) 根据弯矩图，计算梁端剪力，公式如下 （6-7） （6-8）表6-11 跨梁端剪力、层数517.626.6-44.8756.0147.09-56.53414.576.6-45.9447.4543.36-43.82314.576.6-43.784743.11-44.08214.576.6-44.1447.0843.15-44.04114.576.6-40.445.9442.75-44.43表6-12 跨梁端剪力、层数58.822.1-26.9126.9110.5-10.547.612.1-11.8711.878.6-8.637.612.1-13.2313.238.6-8.627.612.1-12.9712.978.6-8.617.612.1-16.9416.948.6-8.6计算柱端剪力，见下：图6-8 恒载作用下V图(KN) 恒荷载作用下的边跨框架的轴力计算 恒荷载作用下的中跨框架的轴力计算： 图6-9 恒载作用下的N图（单位KN）2.活荷载作用下的弯矩计算作用于屋顶处的活荷载标准值 作用于楼板处的活荷载标准值 由活荷载标准值在屋面处引起的固端弯矩:由活荷载标准值在楼面处引起的固端弯矩: 计算分配系数，公式如下: (6-6)具体计算见下表：表6-9 AB轴分配系数表节点单元AB位置A下柱A上柱AB端BA端B下柱B上柱BC端分配 系 数五层0.65-0.350.180.32-0.5二四层0.390.390.220.130.240.240.39一层0.280.460.260.150.160.270.42表6-10 CD轴分配系数表节点单元CD位置CB端C下柱C上柱CD端D下柱D上柱DC端分配 系 数五层0.50.32-0.180.65-0.35二四层0.390.240.240.130.390.390.22一层0.420.160.270.150.280.460.26 二次弯矩分配法进行弯矩分配，具体计算过程见下图：图6-10 二次弯矩分配法计算图（kNm)跨中弯矩 图6-10 活荷载作用下M图(KNm) 根据弯矩图，计算梁端剪力，公式如下： （6-7） （6-8）表6-13 跨梁端剪力、层数51.666.6-5.786.45.38-5.5746.646.6-2124.4521.39-22.4336.646.6-21.6124.621.46-22.3726.646.6-21.7924.6321.48-22.2416.646.6-19.8624.3921.23-22.64表6-14 跨梁端剪力、层数50.662.1-3.423.420.69-0.6942.632.1-13.6113.612.76-2.7632.632.1-13.1613.162.76-2.7622.632.1-13.0713.072.76-2.7612.632.1-14.4714.472.76-2.76计算柱端剪力，见下：图6-11活荷载作用下V图(KN) 活荷载作用下的边跨框架的轴力计算活荷载作用下的中跨框架的轴力计算：图6-12活荷载载作用下的N图（KN）7. 框架梁柱内力组合7.1 框架梁的内力组合在竖向荷载下，可以考虑塑性内力重分布，进行弯矩调幅，降低梁端负弯矩。对于现浇框架，调幅系数可取0.8-0.9，现取0.8。梁的跨中弯矩乘以1.2的放大系数6。由于风荷载作用下的组合与考虑地震组合相比，一般较小，对于结构设计不起控制作用，故不考虑。只考虑以下三种组合形式：一.由可变荷载效应控制的组合： （7-1） 二.由永久荷载效应控制的组合： （7-2） 三.竖向荷载与水平地震作用下的组合： （7-3）具体计算，见下表7-1：表7-1 横梁弯矩调幅荷载类型恒荷载层 跨左梁右梁跨度跨中弯矩左调幅右调幅跨中调幅5AB-44.87-56.016.638.10-35.90-39.545.72BC-26.91-26.912.1-21.40-21.53-21.53-25.68CD-56.01-44.876.638.10-39.5-35.9045.724AB-45.94-47.456.625.36-36.75-37.9630.43BC-11.87-11.872.1-7.01-9.50-9.50-8.41CD-47.45-45.946.625.36-37.96-43.7830.433AB-43.78-476.626.54-35.02-37.631.85BC-13.23-13.232.1-8.37-10.58-10.58-10.04CD-47-43.786.626.54-37.6-35.0231.852AB-44.14-47.086.626.32-35.31-37.6731.58BC-12.97-12.972.1-8.11-10.38-10.38-9.73CD-47.08-44.146.658.89-37.67-35.3131.581AB-40.4-45.946.628.76-32.32-36.7534.51BC-16.94-16.942.1-12.08-13.55-13.55-14.50CD-45.94-40.46.628.76-36.75-32.3234.51荷载类型活荷载层跨左梁右梁跨度跨中弯矩左调幅右调幅跨中调幅5AB-5.78-6.46.62.95-4.62-5.123.54BC-3.42-3.422.1-3.06-2.74-2.74-3.67CD-5.78-5.786.62.95-5.12-4.623.54续表7-1荷载类型活荷载层跨左梁右梁跨度跨中弯矩左调幅右调幅跨中调幅4AB-21-24.456.613.43-16.8-19.5616.12BC-13.61-13.62.1-12.46-10.89-10.89-14.95CD-24.45-216.613.43-19.56-16.816.123AB-21.61-24.66.613.05-17.29-19.6815.66BC-13.16-13.162.1-11.75-10.53-10.53-14.1CD-24.6-21.616.613.05-19.68-17.2915.662AB-21.79-24.636.612.94-17.43-19.7015.52BC-13.07-13.072.1-11.63-10.46-10.46-13.96CD-24.63-21.796.612.94-19.70-17.4315.521AB-19.86-24.396.614.03-15.89-19.5116.84BC-14.47-14.472.1-13.02-11.58-11.58-15.62CD-24.39-19.866.614.03-19.51-15.8916.84122表7-2 框架梁内力组合层杆件号截面内力荷载类别内力组合恒活地震左地震右1.2+1.41.35+0.981.2(+0.5)+1.31.31A1B1A1右M-32.32-15.89143.35-143.35-61.03-59.20138.04-234.67V42.7521.23-2