土木工程毕业设计（论文）-吉林市国邦大厦建筑、结构、施工设计.doc

长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 前 言全套图纸加扣3012250582 本设计是按照长春工程学院土木工程学院2014年毕业设计要求编写的毕业设计。题目为“吉林市国邦大厦建筑、结构、施工设计”。本工程为钢框架结构。 中国钢结构产业在近10余年期间发展迅速，已成为全球钢结构用量最大、制造施工能力最强、产业规模第一、企业规模第一的钢结构大国。对于钢结构建筑，建设部有关领导和专家认为，钢结钢是一种较为符合产业化生产方式的结构形式。它容易实现设计和标准化、构配件生产的工厂化、施工的机械化和装配化，能够进行标准化的设计，系列化的开发、集约化的生产和社会化的供应。有的学者曾预言，50年后，钢结构可能成为我国新建筑的主体结构，由今日之发展状况看，这一预期有望大幅度提前。如果说钢筋混凝土结构的发展使施工从手工进入了机械化，那么钢结构的应用就将使住宅施工实现现代化，钢结构住宅将成为建筑现代化发展的一个重要标志。 钢框架结构的研究，根据建筑的荷载情况，分析其受力，采用不同的方法分别计算出各种荷载作用下的弯矩、剪力、轴力，然后进行内力组合，挑选出最不利的内力组合进行截面的承载力计算，保证结构有足够的强度和稳定性。在对竖向荷载的计算中采用了弯矩二次分配法，计算结果合理且计算量较小，对水平荷载的计算中采用了D值法，对钢筋混凝土构件的受力性能，受弯构件的正截面和斜截面计算都有应用。本结构计算选用一榀横向框架为计算单元，采用手算方法。本设计主要通过工程实例来强化所学的专业知识，建立一个完整的设计知识体系，了解设计大体过程，通过查阅大量的相关设计资料和组内探讨学习，提高自己的动手能力和团结合作能力。鉴于编者水平有限，设计书中存在不少不足和错误，敬请老师批评和指正。编者：建筑设计部分1 工程概况 1.1 设计题目 本工程为吉林市国邦大厦建筑、结构、施工设计 结构类型：钢框架结构 1.2 建筑场地 地点：吉林省吉林市 1.3 建筑规模 建筑层数：九层 总建筑面积：10592。 建筑高度：31.500 m2 方案论证 吉林市国邦大厦，该工程考虑建筑物抗震和抗扭转能力，建筑物的平面布置为槽型，但主体以矩形为主，长向对称。这种布置方式可以使建筑物内部房间布置简单且导向明确。该工程中多为相对独立的办公室，单个房间面积不大，平面组合采用走廊型组合。考虑房间的布置，采用大开间的设计，柱网尺寸定为9.0m6.6m,这样房间布置及使用功能的分区就更加灵活了。裙房的设计目的在于可以多些空间来发挥作用，也是为了能在紧急情况下更好的疏散人群。建筑物的两面都有安全出口。使得乘坐交通很方便。3 设计参数及计算 3.1 楼梯尺寸设计 3.1.1 根据楼梯的房间跨度4500mm，确定楼梯梯段宽度B B=(W-b-2c)/2，取梯井380mm.B=(4500-380-2100)/2=1960mm取2000mm(符合1/2M) 3.1.2 确定楼梯平台宽度 取D=1800mm，D1=2000mm（一层，二层） D=1800mm，D1=2000mm（标准层） 3.1.3 确定楼梯踏步尺寸 每层踏步级数N=F/h 取h=150.0，则N=3600/150.0=24(偶数)一层，二层 h=150.0 N=3300/150.0=22（偶数）标准层 取b=250mm 3.1.4 确定底层平台下净高 底层平台下净高为21002000 3.1.5 计算楼梯的水平投影长度 I=（n-1）b,I=11270=2970mm（一层，二层） I=10270=2700mm（标准层） 3.1.6 较算楼梯间的柱距尺寸 L=D+D1+I，L=1800mm+2000mm+2700=6500mm6600mm 取D=1800mm，D1=2000mm。 方案合理 3.2 卫生间设计 3.2.1 根据人数、男女比例确定设备数量 每层有男50人，女30人，所以男厕设2部蹲便器，女厕设4部。 具体布置室内设备，具体尺寸见卫生间详图 图3-1 卫生间详图 3.3 窗洞口尺寸设计 3.3.1 窗的大小的确定窗地面积比=窗洞口面积/房间地面面积计算采光面积a S= 1/61/8（4.56.6）=3.724.95, b S= 1/61/8（9.06.6）=7.439.9 窗高h=层高F-窗台高h1-窗上口高h2， 层高3600 h=3600-900-1800=900mm, 层高3300 h=3300-900-900=1500mm 则窗按房间面积不同取值：a 尺寸4500*6600取1800*1500 一个窗户即可； b 尺寸9000*4500取2100*1500 两个窗户即可。窗面积满足采光要求。结构设计部分4 设计资料 4.1 结构概况本工程为吉林市国邦大厦建筑、结构、施工设计，建筑面积为10592平米，结构类型采用九层钢框架结构，总高度31.5m，第一层层高3.6m，其余层高全为3.3m，室内外高差为450mm按建筑抗震设防分类标准1，本建筑为丙类建筑；按建筑抗震设计规范2，本房屋的抗震等级为四级， 结构使用年限为50年。 4.2 荷载设计相关取值 4.2.1 0.000为测量标高的230.3m。 4.2.2 房间使用荷载标准值走廊3.5、办公室2.0。 4.2.3 风荷载标准值 0.5， 雪荷载标准值 0.35。 4.2.4 地震设防烈度7度，设计地震基本加速度0.10g，多遇地震阻尼比 0.04，水平地震影响系数最大值取0.08。 4.2.5 工字型截面节点域抗震设防烈度为7度时折减系数取0.6。5 结构选型 结构体系采用钢框架结构，屋面和楼面采用压型钢板组合楼板，墙体材料采用NALC板。6 结构平面布置 6.1 柱截面设计 柱材料选用Q345C， 保证柱的轴压比0.60 根据经验公式估算柱子轴力 由得 同理可预估其它层柱截面，截面选择如表6-1所示。表6-1 柱截面层数1轴柱3轴柱B轴柱C轴柱一层7007002032700700203270070020327007002032二六层6506501830650650183065065018306506501830七九层6006001628600600162860060016286006001628 6.2 梁截面设计，钢梁的强度等级为Q235B。 框架梁均按选取截面尺寸。 纵向框架梁 GKL-1,，选用HM钢，型号为600300（HM5823001217）。 纵向框架梁 GKL-2,，选用HM钢，型号为300200（HM294200812）。 横向框架梁GKL-3，选用HM钢，型号为450300(HM4403001118）。 横向框架梁GKL-4，偏于安全的选用HM钢，型号为500300（HM4883001118）。 横向框架梁GKL-5，选用HM钢，型号为500300（HM4883001118）。纵向框架梁GKL-6，偏于安全的选用HN钢，型号为500200（HN5002001016）。 纵向框架梁GKL-7，选用HM钢，型号为500300（HM4883001118）。 纵向框架梁GKL-8，选用HM钢，型号为300200（HN2942001112）。图6-2 底层结构平面布置图 横向框架梁GKL-9，选用HM钢，型号为50020（HM4883001118）。 横向框架梁GKL-10，选用HM型钢，型号为450300(HM4403001118)。 次梁 CL-1 , ，则 ，取，选用I40a普通工字钢。 次梁 CL-2， 则，取，选用I36a普通工字钢。 次梁 CL-3， ，选用HN650300813。 7 组合楼板计算 楼板选用1.2mm厚YX75-200-600(II)型压型钢板，压型钢板上混凝土厚100mm，混凝土强度等级为C25，钢材强度等级为Q235，。 7.1 楼板计算 7.1.1 压型钢板采用厚YX-75-200-600（）板厚1.2mm，截面积，有效截面惯性矩，有效截面抵抗矩 图7-1 压型钢板简图 7.1.2 办公室板LB1计算 图7-2 楼板计算简图（一） 1. 施工阶段荷载计算(1) 施工恒荷标准值 压型钢板自重 钢筋混凝土自重 合 计 (2)施工恒荷载设计值 (3)施工活荷载标准值 (4)施工活荷载设计值 2. 使用阶段荷载计算 (1)使用阶段恒荷载标准值 水磨石地面 钢筋混凝土自重 压型钢板自重 轻型龙骨吊顶 合 计 (2)使用阶段恒荷载设计值 (3)使用阶段活荷载标准值 (4)使用阶段活荷载设计值 3. 内力计算 (1)施工阶段内力 1m宽度压型钢板上作用的弯矩设计值 1m宽度压型钢板上作用的剪力设计值 (2)使用阶段内力 1m宽度压型钢板上作用的弯矩设计值 跨中： 支座： 1m宽度压型钢板上作用的剪力设计值 取一个波距进行计算，则 4. 施工阶段压型钢板计算 (1)受压翼缘有效计算宽度 故承载力和变形计算应按有效截面计算。 (2)受弯承载力 1m板宽上有效截面的抵抗矩，惯性矩。 压型钢板的受弯承载力为 (3)挠度计算 故施工阶段强度和挠度均满足要求。 5. 使用阶段组合板计算 (1)受弯承载力 一个波距上压型钢板的面积为 压型钢板的强度设计值折减系数0.9和混凝土抗压强度折减系数0.8。 故塑性中和轴在混凝土翼缘板内，这时压型钢板全截面有效。 压型钢板的形心轴距混凝土板上翼缘的距离为 (2)支座抗弯 选配，满足要求 实际配筋值与设计配筋值相差5%。 (3)斜截面受剪承载力 故斜截面受剪承载力满足要求。 6. 挠度验算 则换算截面惯性矩为 考虑荷载长期影响时换算截面中和轴到受压区边缘距离为 则换算截面惯性矩为 按荷载效应标准组合时计算的挠度为 按荷载效应准永久组合时计算的挠度为 ，满足要求。 7. 自振频率验算 由永久荷载产生的挠度 组合板自振频率为 ，满足要求。 7.1.3 卫生间板LB3计算图7-3 楼板计算简图（二） 施工阶段荷载同上 使用阶段恒荷载标准值 铺地砖防水楼面 10厚地砖铺平拍实，水泥浆擦缝 25厚1:4干硬性水泥砂浆结合层 1:5厚聚胺脂防水涂料刷基层处理剂一遍 15厚水泥砂浆找平层 50厚C15细石砼找坡 压型钢板自重 轻型龙骨吊顶 合 计 使用阶段恒荷载设计值 使用阶段活荷载标准值 使用阶段活荷载设计值 (1) 内力计算 2)施工阶段内力 1m宽度压型钢板上作用的弯矩设计值 1m宽度压型钢板上作用的剪力设计值 (2) 使用阶段内力 1m宽度压型钢板上作用的弯矩设计值 跨中： 支座： 1m宽度压型钢板上作用的剪力设计值 取一个波距进行计算，则 (3) 施工阶段压型钢板计算 1)受压翼缘有效计算宽度 故承载力和变形计算应按有效截面计算。 2)受弯承载力 1m板宽上有效截面的抵抗矩，惯性矩。 压型钢板的受弯承载力为 3)挠度计算 故施工阶段强度和挠度满足要求。 (4) 使用阶段组合板计算 1)受弯承载力 一个波距上压型钢板的面积为 压型钢板的强度设计值折减系数0.9和混凝土抗压强度折减系数0.8。 故塑性中和轴在混凝土翼缘板内，这时压型钢板全截面有效 压型钢板的形心轴距混凝土板上翼缘的距离为 2)支座抗弯 选配，满足要求。 实际配筋值与设计配筋值相差5% 3)斜截面受剪承载力 故斜截面受剪承载力满足要求。 4) 挠度验算 则换算截面惯性矩为 考虑荷载长期影响时换算截面中和轴到受压区边缘距离为 则换算截面惯性矩为 按荷载效应标准组合时计算的挠度为 按荷载效应准永久组合时计算的挠度为 满足要求。 5) 自振频率验算 由永久荷载产生的挠度 组合板自振频率为 ，满足要求。 7.1.4 走廊板LB6计算图7-4 楼板计算简图（三） 板LB6为走廊板，且长度最长，故只计算板LB6，其它走廊板均按本板进行构造配筋。 施工阶段荷载同上 使用阶段恒荷载同LB1，。 因板LB6为走廊板，故使用阶段活荷载标准值为 使用阶段活荷载设计值为 （1）内力计算 1)施工阶段内力计算 1m宽度压型钢板上作用的弯矩设计值 1m宽度压型钢板上作用的剪力设计值 2)使用阶段内力 1m宽度压型钢板上作用的弯矩设计值 跨中： 支座： 1m宽度压型钢板上作用的剪力设计值 取一个波距进行计算，则 ， (2)施工阶段压型钢板计算 1)受压翼缘有效计算宽度 故承载力和变形计算应按有效截面计算。 2)受弯承载力 1m板宽上有效截面的抵抗矩，惯性矩。 压型钢板的受弯承载力为 3)挠度计算 施工阶段挠度不满足要求，所以可以考虑在施工时加支撑。 (3)使用阶段组合板计算 1) 受弯承载力 一个波距上压型钢板的面积为 考虑折减：考虑作为受拉区的压型钢板没有混凝土保护以及中和轴附近材料强度发挥不充分等原因，压型钢板的强度设计值折减系数0.9和混凝土抗压强度折减系数0.8。 故塑性中和轴在混凝土翼缘板内，这时压型钢板全截面有效。 压型钢板的形心轴距混凝土板上翼缘的距离为 2)支座抗弯 选配，满足要求。 实际配筋值与设计配筋值相差5% 3)斜截面受剪承载力 故斜截面受剪承载力满足要求。 (4)挠度验算 则换算截面惯性矩为 考虑荷载长期影响时换算截面中和轴到受压区边缘距离为 则换算截面惯性矩为 按荷载效应标准组合时计算的挠度为 按荷载效应准永久组合时计算的挠度为 ，满足要求。 (5)自振频率验算 由永久荷载产生的挠度 组合板自振频率为 故自振频率满足要求 7.1.5 悬挑板计算 外墙荷载标准值300厚NALC墙板除去窗洞 20厚混合砂浆两侧抹 10厚水泥砂浆找平 100厚保温苯板 钢材自重 窗自重 合 计 支座处弯矩值 支座剪力值 因为计算各板块中最小支座弯矩，为计算各板块中最小支座剪力，因此，悬挑板支座配筋均采用相邻边的支座配筋即可满足要求，故支座处配筋。 7.2 屋盖设计 7.2.1 屋盖压型钢板及屋面板的布置与标准层楼板相同，仅施工阶段和使用阶段荷载不同。 屋盖压型钢板选用1.6mm厚YX75-200-600(II)型压型钢板，压型钢板上混凝土厚100mm，混凝土强度等级为C25，钢材强度等级为Q235， 压型钢板截面楼板截面积,重量,有效截面惯性矩有效截面抵抗矩 7.2.2 施工阶段荷载收集 (1)施工恒荷载标准值 压型钢板自重 钢筋混凝土自重 合 计 (2)施工恒荷载设计值 (3)施工活荷载标准值 (4)施工活荷载设计值 7.2.3 使用阶段荷载计算 (1)使用阶段恒荷载标准值 30厚C20现浇抗渗细石混凝土 SBS改性沥青防水卷材(上卷300) 20厚水泥砂浆找平层 水泥珍珠岩找坡层 隔气层 20厚水泥砂浆找平层 钢筋混凝土自重 压型钢板自重 轻型龙骨吊顶 合 计 (2)使用阶段恒荷载设计值 (3)使用阶段活荷载标准值 (4)使用阶段活荷载设计值 8 荷载及侧移刚度计算8.1 荷载收集 由于楼盖及屋盖均按顺肋方向的单向板设计，所以计算单元内的全部屋面、楼面荷载通过纵向钢框架梁传递到横向钢框架梁上，纵向钢框架梁上的荷载直接传递给钢柱，形成节点荷载，中间的钢框架梁上没有楼面传来的荷载，只有梁本身自重荷载。对于刚架梁和刚架柱需要做防火涂层，近似将其自重放大1.1倍考虑。1.屋盖板荷载标准值 2.楼面板荷载标准值 3.女儿墙荷载标准值 1500mm高300厚NALC墙板 20厚混合砂浆两侧抹灰 10厚水泥砂浆两侧找平 100厚保温苯板 合 计 4.内隔墙荷载标准值 200厚NALC墙板 20厚混合砂浆两侧抹灰 泥砂浆两侧找平 钢材自重 合 计 5.外墙荷载标准值 300厚NALC墙板除去窗洞 20厚混合砂浆两侧 10厚水泥砂浆找 100厚保温苯板 钢材自重 窗自重 合 计 8.1.2荷载计算 (1).屋面框架梁 a.屋面板均布恒荷载标准值 GKL-10上板传来恒荷载标准值 GKL-10自重： 防水及装饰 合 计 GKL-4自重： 防水及装饰 合 计 CL-2自重：I36a工字钢 防水及装饰 合 计 GKL-1自重： 防水及装饰 合 计 b.作用于柱顶的恒荷载标准值 传至屋面B轴柱顶恒荷载标准值： 女儿墙自重 屋面恒荷载传来 纵向框架梁自重 CL-2自重 GKL-10自重 合 计 传至屋面C轴柱顶恒荷载标准值： 屋面恒荷载传来 纵向框架梁自重 CL-2自重 GKL-10自重 GKL-4自重 合 计 c.屋面活荷标准值 屋面活荷 屋面雪荷 活荷载取其中较大值计算 合 计 传至屋面B轴柱顶活荷载标准值 传至屋面C轴柱顶活荷载标准值 B轴纵向框架梁中心往外侧偏离柱轴线，应考虑偏心，以及由此产生的节点弯矩，则 ， (2).楼面框架梁 a.楼面板均布恒荷载标准值 GKL-10上板传来恒荷载标准值 GKL-10自重： 防水及装饰 GKL-2上部墙体重 合 计 GKL-4自重： 防水及装饰 合 计 B.作用于柱顶的恒荷载标准值 传至楼面B轴柱顶恒荷载标准值： 外纵墙自重 楼面恒荷载传来 纵向框架梁自重 CL-2自重 GKL-10自重 GKL-2上墙自重 合 计 传至楼面C轴柱顶恒荷载标准值： 内纵墙自重 楼面恒荷载传来 纵向框架梁自重 CL-2自重 GKL-10自重 GKL-10上墙自重 GKL-4自重 合 计 c.楼面活荷标准值 楼面活荷(教室) 楼面活荷(走廊) 传至楼面B轴柱顶活荷载标准值 传至楼面C轴柱顶活荷载标准值 B轴纵向框架梁中心往外侧偏离柱轴线，应考虑偏心，以及由此产生的节点弯矩， 则， ， ， (3)柱自重 底层柱自重 二-六层柱自重 七-九层柱自重 8.2 刚架结构分析 1.计算简图横向框架计算单元为9m宽；刚架梁的计算长度取轴线距离；刚架柱的计算高度：底层柱的计算高度偏安全地取为从基础顶面到一层楼盖顶面的高度，对其余各层柱为上下两层楼盖顶面之间的高度。假设基础顶面距室外地面0.7m，室内外高差450mm，首层层高3600mm,其余层层高为3300mm,则底层柱的计算高度为4750mm，其余层计算高度为3300mm。钢结构弹性分析时，可考虑现浇钢筋混凝土楼板与钢梁共同作用，梁的惯性矩可取(为钢梁本身的惯性矩)，在设计中应保证钢梁与楼板间有可靠的连接。 梁柱线刚度见表8-1表8-1 框架梁柱线刚度构件名称截面惯性矩等效惯性矩构件长度线刚度相对线刚度刚架梁边跨54001.0中跨22504.201刚架柱底柱475011.112-6层柱330011.957-9层柱33008.732.柱侧移刚度计算 表8-2 底层柱侧移刚度层号首层边柱（2根）24117中柱（2根）33525 表8-3 其余层柱侧移刚度层号二六层边柱（2根）7480中柱（2根）33286七九层边柱（2根）7254中柱（2根）30895 图8-4 梁柱的相对线刚度3.框架柱反弯点计算 表8-5 框架柱反弯点位置 A轴框架柱反弯点位置层数93.30.1150.0380000.130.1383.30.1150.030000.100.173.30.1150.0230000.080.0863.30.0840.210000.210.7953.30.0840.290000.290.9643.30.0840.380000.381.2533.30.0840.500000.581.6523.30.0840.7100-0.070.642.1114.750.091.040-0.0600.985.10B轴框架柱反弯点位置层数93.30.5960.300000.300.9983.30.5960.400000.401.3273.30.5960.450000.451.4963.30.4350.420000.421.395330.4350.420000.451.4943.30.4350.450000.451.4933.30.4350.450000.501.6523.60.4350.5500-0.050.501.6514.750.4680.780-0.0500.732.859 荷载作用下框架内力分析9.1 水平地震作用下框架内力分析吉林市抗震设防烈度为7度，设计分组为第一组，设计地震基本加速度为0.10g，设计特征周期为0.35s，建筑场地类别为类。 9.1.1 计算重力荷载代表值 1.顶层 女儿墙荷载 屋面荷载 梁自重 GKL-1 GKL-10 GKL-4 CL-2 半层高外墙荷载 半层高内墙荷载 半层高柱自重 合 计 2. 7-8层 楼面荷载 梁自重 外墙自重 内墙自重 柱自重 合 计 3. 2-6层 楼面荷载 梁自重 外墙自重 内墙自重 柱自重 合 计 4.底层 楼面荷载 梁自重 外墙自重 内墙自重 柱自重 合 计 图9-1 水平地震作用计算简图 9.1.2 框架自振周期计算计算将各楼层重力荷载水平作用于结构时引起的侧移值，计算结果列于表9-2中所示。表9-2 横向水平地震作用下框架侧移计算层次楼层重力荷载楼层剪力楼层侧移刚