地方税务局建筑设计毕业论文.doc

目 录地方税务局建筑设计毕业论文目 录摘 要IAbstractII第1章 工程概况11.1 工程背景11.2 设计材料11.2.1 基本参数11.2.2 材料21.3 施工条件2第2章 结构截面设计和荷载计算32.1结构截面尺寸设计32.1.1框架梁32.1.2 柱截面42.1.3 楼板52.1结构截面尺寸设计5第3章 PKPM建模及初步设计73.1 PKPM结构建模中考虑的控制参数值73.1.1 周期比73.1.2 剪重比73.1.3 位移比83.1.4 刚度比83.1.5 层间受剪承载力比93.1.6 刚重比（结构整体稳定性验算）93.1.7 轴压比93.2 PKPM结构建模中参数输入93.3结构模型最终方案133.4 SATWE对结构模型分析修改过程143.4.1 模型一143.4.1.1 周期比153.4.1.2 位移比和层间位移角153.4.1.3 层刚度比163.4.1.4 剪重比控制183.4.1.5 刚重比控制193.4.1.6 层间受剪承载力193.4.1.7 轴压比控制203.4.1.8 构建配筋验算213.4.1.9 梁挠度图233.4.2 模型二233.4.2.1 周期比243.4.2.2位移比和层间位移角243.4.2.3 层刚度比263.4.2.4 剪重比控制273.4.2.5 刚重比控制283.4.2.6 层间受剪承载力293.4.2.7 轴压比控制293.4.2.8 构建配筋验算303.4.2.9 梁挠度图323.4.3 模型三323.4.3.1 周期比333.4.3.2 位移比和层间位移角333.4.3.3 层刚度比343.4.3.4 剪重比控制363.4.3.5 刚重比控制373.4.3.6 层间受剪承载力383.4.3.7 轴压比控制383.4.3.8 构建配筋验算393.4.3.9 梁挠度图413.4.3.10 水平作用力下结构各层平均侧移图413.5 部分配筋信息463.5.1柱部分配筋：473.5.2部分梁配筋：483.5.2部分楼板配筋计算50第4章 基础的计算554.1 JCCAD结构建模中参数输入554.2 底层部分柱柱载荷图及独立基础节点号574.2 部分独立基础计算书出结果58第5章 楼梯的计算635.1 主楼梯计算635.1.1 基本资料635.1.2 楼梯几何参数645.1.3 均布永久载荷标准值645.1.4 均布载荷设计值655.1.5 板梯斜截面受承载力计算655.1.6 正截面受弯承载力计算655.1.7 跨中挠度计算655.1.8 板式楼梯平面整体表示方法的注写内容655.2 副楼梯的计算665.2.1 基本资料665.2.2 楼梯几何参数675.2.3 均布永久载荷标准值675.2.4 均布载荷设计值685.2.5 梯板斜截面受剪承载力计算685.2.6 正截面受弯承载力计算685.2.7 跨中挠度验算685.2.8 板式楼梯平面整体表示方法的注写内容68结 论69参考文献70第1章 工程概况第1章 工程概况1.1 工程背景本工程框架结构，唐山市路北区。设计使用年限为50年，总建筑面积2736平方米，基底面积576平方米。建筑高度17.55m，主体5，首层3.9m，其余各层3.3m。室内外高差450mm。1.2 设计材料1.2.1 基本参数1 建筑物所在地唐山市2 框架抗震等级二级3 设防烈度8度4 设计地震分组一组5 设计基本地震加速度值0.2g6 场地土类别II类7 基本风压0.40kN/m28 地基的地质资料如下9 耐久年限50年10 建筑平面设计可以不考虑场地周边影响场地地层分布如表1。表1 建筑场地底层分布情况序号土层分类土层描述土层厚度（m）土层重度（kN/m3）地基承载力特征值（kN/m2）1杂填土碎石、砖块、粘土等组成，松散状0.6/2粉土中密状，粘粒含量12%3-4181803细沙密实状6-7192401.2.2 材料材料选用：混凝土强度等级：C30，fc=14.3N/mm2，ft=1.43N/mm2受力钢筋：HRB400，fy=360N/mm2柱受力钢筋：HRB400，fy=360N/mm2其余钢筋：HRB400，fy=360N/mm1.3 施工条件（1）建设场地平坦，道路通畅，水、电就近可接通，基本具备开工建设条件。（2）拟参与投标的施工单位技术力量和机械化水平均较高。第2章 结构截面设计和荷载计算第2章 结构截面设计和荷载计算2.1结构截面尺寸设计建筑结构设计的一般原则是安全，适用，耐久，经济合理。结构设计应考虑功能要求与经济之间的均衡，在保证结构可靠的条件下，设计出经济的，施工方便的结构。图2-1 结构布置图2.1.1框架梁高层建筑规范规定：框架结构的主梁截面高度h可按（1/81/12）确定，梁净跨与截面高度之比不宜小于4。梁的截面宽度不宜小于200mm，梁截面的高宽比不宜大于4。梁截面设计：纵向框架梁：L=6000mm，h=(1/81/12)L=750500mmL=9000mm，h=(1/81/12)L=7501125mm横向框架梁：L=4800mm，h=(1/81/12)L=400600mmL=7200mm，h=(1/81/12)L=600900mm次梁选取： L=6000mm，h=(1/121/15)L=500400mm L=4800mm，h=(1/121/15)L=400320mm L=3000mm，h=(1/121/15)L=250200mm由于结构要求要规整主梁选择：300600，300700两种次梁选择：300600，250400两种2.1.2 柱截面高层建筑规范规定柱截面尺寸宜符合下列要求：矩形截面柱的边长，非抗震设计时不宜小于250mm，抗震设计时不宜小于300mm；圆柱截面直径不宜小于350mm；2柱剪跨比宜大于2；3柱截面高宽比不宜大于3。柱截面设计：柱的截面尺寸估算(按轴压比)：允许轴压比，三级0.85，二级0.75，一级0.65。竖向荷载与地震作用组合的最大轴力设计值N。：分项系数，取为1.2；：单位面积重量，取为；：柱承载楼面面积；：柱设计截面以上楼层数；：一、二级抗震设计角柱为1.3,其余为1.0：由于水平力使轴力增大的系数，7度1.05，8度1.1，9度1.2。：混凝土强度设计值，取C30混凝土，则为14.3kN/mm2。由公式（2.1） （2.1）首层边柱，角柱，中间柱中首层中间柱取最大值。柱子宽比梁宽大500mm。 首层首层中间柱结论：各层柱截面尺寸为2.1.3 楼板一般楼层楼板厚度在100140mm范围内，不宜小于80mm，顶层楼板厚度不宜小于120mm，转换成楼板厚度不宜小于180mm。初步估算，楼板取120mm，屋面板厚度取120mm，符合规范要求。2.1结构截面尺寸设计墙重：墙自重： 5.50.2=1.1kN/m2 墙面装饰： 0.0420=0.8kN/ m2合计： 1.1+0.8=1.9kN/ m2不同梁高下墙的线荷载：1.9（3.3-0.4）=5.51KN/m1.9（3.3-0.5）=5.32KN/m1.9（3.3-0.6）=5.13KN/m1.9（3.3-0.7）=4.94KN/m1.9（3.3-0.8）=4.75KN/m女儿墙自重：1.90.6=1.14KN/m屋面荷载恒载：楼板厚度为120mm： 0.1225=3kN/ m2附加荷载： 3.5kN/ m2合计： 3+3.5=6.6kN/ m2活载：0.5kN/ m2楼面荷载（除卫生间楼梯间外）：恒载楼板厚度为120mm： 0.1225=3KN附加荷载： 1.52.0KN，取2.0KN合计： 2+3=5KN活荷载：2.0KN卫生间沉箱：恒载：沉箱设置400mm： 0.420=8kN/ m2楼板厚度为120mm： 0.1225=3kN/ m2附加面层重量： 1KN合计： 3+8+1=12kN/ m2 活载：2.5kN/ m2楼梯间：横荷载： 0.1225/cos30=3.5kN/ m2附加面层： 3.5kN/ m2合计： 3.5+3.5=7.0kN/ m2活荷载：2.0kN/m2走廊活荷载：2.5kN/m2第3章 PKPM建模及初步设计第3章 PKPM建模及初步设计本建筑的结构布置比较灵活，且为探索性设计,运用PKPM电算能力，通过参数设置，进行结构计算和优化。3.1 PKPM结构建模中考虑的控制参数值整体结构的科学性和合理性是新规范特别强调内容。新规范用于控制结构整体性的主要指标主要有：周期比、位移比、刚度比、层间受剪承载力之比、刚重比、剪重比、地震作用调整中0.2Qo的调整、结构中框架的抗震等级、轴压比等。3.1.1 周期比主要为限制结构的抗扭刚度不能太弱，使结构具有必要的抗扭刚度，减小扭转对结构产生的不利影响。周期比不满足要求，说明结构的扭转刚度相对于侧移刚度较小，结构扭转效应过大。调整方法结构调整：加强结构外围墙、柱或梁的刚度，适当削弱结构中间墙、柱的刚度。高规4.3.5条规定：结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比(周期比)，A级高度高层建筑不应大于0.9。如果周期比不满足规范的要求，说明该结构的扭转效应明显，设计人员需要增加结构周边构件的刚度，降低结构中间构件的刚度，以增大结构的整体抗扭刚度。根据工程经验，一般的框架结构T1=(0.120.15)N。本工程总层数N=5，因此基本周期通常在0.60-0.75s范围内。本工程的基本周期再该范围内。3.1.2 剪重比主要为限制各楼层的最小水平地震剪力，确保周期较长的结构的安全。剪重比不满足规范要求，说明结构的刚度相对于水平地震剪力过小；剪重比过分过大时，说明结构的经济技术指标较差，宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。正确计算剪重比，必须选取足够的振型个数使有效质量系数大于0.9。调整方法：剪重比首先可以由“有效质量系数”来控制，当“有效质量系数”大于90%时，可以认为地震作用满足规范要求，此时，再考察结构的剪重比是否合适，否则应修改结构布置、增加结构刚度，使计算的剪重比能自然满足规范要求。“有效质量系数”与“振型数”有关，如果“有效质量系数”不满足90%，则可以通过增加振型数来满足。3.1.3 位移比（层间）位移比是控制结构平面不规则性的重要指标。其限值在建筑抗震设计规范和高规中均有明确的规定（1）抗震规范3.4.3规定：扭转不规则时，应计及扭转影响，且楼层竖向构件的最大的弹性水平位移和层间位移分别不宜大于楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的1.5倍。（2）高规4.3.5条规定：结构平面布置应减少扭转的影响，在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍。需要指出的是，新规范中规定的位移比限值是按刚性板假定作出的，如果在结构模型中设定了弹性板，则必须在软件参数设置时选择“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”，以便计算出正确的位移比。在位移比满足要求后，再去掉对所有楼层强制采用刚性楼板假定的选择，以弹性楼板设定进行后续配筋计算。此外，位移比的大小是判断结构是否规则的重要依据，对选择偶然偏心，单向地震，双向地震下的位移比，设计人员应正确选用。条件：宜1.2；必须1.5。高层规范4.6.3规定的框架结构的层间位移角的限值为1/550。3.1.4 刚度比刚度比主要为限制结构竖向布置的不规则性，避免结构刚度沿竖向突变，形成薄弱层。抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相临上部楼层侧向刚度的70%或其上相临三层侧向刚度平均值的80%。刚度比不满足时的调整方法如下：1.程序调整：如果某楼层刚度比不满足要求，SATWE自动将该楼层定义为薄弱层，并按高层规范第5.1.15条将该楼层地震剪力放大1.15倍。2.人工调整：如果还需人工干预，可按以下方法调整：1) 适当降低本层层高，或适当提高上部相关楼层的层高。2) 适当加强本层墙、柱和梁的刚度，或适当削弱上部相关楼层墙、柱和梁的刚度。3.1.5 层间受剪承载力比主要为限制结构竖向布置的不规则性，避免楼层抗侧力结构的受剪承载能力沿竖向突变，形成薄弱层。调整方法：结构调整：适当提高本层构件强度，（如增大配筋、提高混凝土强度或加大截面）以提高本层墙、柱等抗侧力构件的承载力，或适当降低上部相关楼层墙、柱等抗侧力构件的承载力。高规4.4.3：A级高度：楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于上一层受剪承载力的80%，不应小于其上一层受剪承载力的65%。3.1.6 刚重比（结构整体稳定性验算）主要为控制结构的稳定性。其中，规范上限主要用于确定重力荷载在水平作用位移效应引起的二阶效应是否可以忽略不计。当刚重比不满足规范上限要求时，说明重力二阶效应的影响较大，应予以考虑。规范下限主要是控制重力荷载在风荷载和水平地震作用位移效应引起的二阶效应不致过大，避免结构的失稳倒塌。当刚重比不满足规范下限要求，说明结构的刚度相对于重力荷载过小。当刚重比过大，则说明结构的经济技术指标较差，宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。高规(5.4.4)的整体稳定验算：结构刚重比应大于10；高规(5.4.1)结构刚重比大于20,可以不考虑重力二阶效应；调整方法：结构调整：应调整并增大竖向构件的侧向刚度。3.1.7 轴压比柱轴压比的限值延性设计的要求，规范针对不同的抗震等级的结构给出了不同要求，需要注意的是，在抗震设计中，轴压比采用的时地震组合下的最大轴力。轴压比不满足要求，结构的延性要求无法保证；轴压比过小，则说明结构的经济技术指标较差，宜适当减少相应墙、柱的截面面积。轴压比不满足时的调整方法：增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度等级。3.2 PKPM结构建模中参数输入总信息结构材料信息 钢砼结构混凝土容重（kN/m3） Gc =26.00钢材容重（kN/m3） Gs=78.00水平力的夹角（Rad） ARF=0.00地下室层数 MBASE=0竖向荷载计算信息 按模拟施工加荷计算方式风荷载计算信息 计算X,Y两个方向的风荷载地震力计算信息 计算X,Y两个方向的地震力特殊荷载计算信息 不计算结构类别 框架结构裙房层数 MANNEX=0转换层所在层号 MCHANGE=0是否对全楼强制采用刚性楼板假定 否采用的楼层刚度算法 层间剪力比层间位移算法结构所在地区 全国风荷载信息修正后的基本风压（kN/m2） WO=0.40地面粗糙程度 C类结构基本周期（秒） T1=0.50体形变化分段数 MPART=1各段最高层号 NSTi=5各段体形系数 USi=1.30地震信息振型组合方法（CQC耦联;SRSS非耦联） CQC计算振型数 NMODE=15地震烈度 NAF =8.00场地类别 KD=2设计地震分组 一组特征周期 TG=0.35多遇地震影响系数最大值 Rmax1=0.16罕遇地震影响系数最大值 Rmax2=0.90框架的抗震等级 NF=2剪力墙的抗震等级 NW=3活荷质量折减系数 RMC=0.50周期折减系数 TC=0.70结构的阻尼比（%） DAMP=5.00是否考虑偶然偏心 是是否考虑双向地震扭转效应 是斜交抗侧力构件方向的附加地震数 等于0活荷载信息考虑活荷不利布置的层数： 从第1到5层 柱、墙活荷载是否折减： 折算 传到基础的活荷载是否折减： 折算 柱，墙，基础活荷载折减系数计算截面以上的层数折减系数 1 1.00 2-3 0.85 4-5 0.70 6-8 0.65 9-20 0.60 20 0.55调整信息中梁刚度增大系数 BK=2.00梁端弯矩调幅系数 BT=0.85梁设计弯矩增大系数 BM=1.00连梁刚度折减系数 BLZ=0.70梁扭矩折减系数 TB=0.40全楼地震力放大系数 RSF=1.00是否按抗震规范5.2.5调整楼层地震力 IAUTO525 =1是否调整与框支柱相连的梁内力 IREGUKZZB=0配筋信息梁主筋强度（N/mm2） IB=360柱主筋强度（N/mm2） IC=360梁箍筋强度（N/mm2） JB=360柱箍筋强度（N/mm2） JC=360梁箍筋最大间距（mm） SB=100.00柱箍筋最大间距（mm） SC=100.00设计信息结构重要性系数 RWO=1.00柱计算长度计算原则 无侧移梁柱重叠部分简化 不作为刚域是否考虑P-Delt效应 否柱配筋计算原则 按单偏压计算钢构件截面净毛面积比 RN=0.85梁保护层厚度(mm) BCB=30.00柱保护层厚度(mm) ACA=30.00是否按砼规范(7.3.11-3)计算砼柱计算长度系数 否荷载组合信息恒载分项系数 CDEAD=1.20活载分项系数 CLIVE=1.40风荷载分项系数 CWIND=1.40水平地震力分项系数 CEA_H=1.30竖向地震力分项系数 CEA_V=0.50特殊荷载分项系数 CSPY=0.00活荷载的组合系数 CD_L=0.70风荷载的组合系数 CD_W=0.60活荷载的重力荷载代表值系数 CEA_L=0.50第3章 PKPM建模及初步设计3.3结构模型最终方案首先根据建筑的使用用途、高度、可靠度等要求，采用框架结构，其梁、柱、板尺寸在第一章“基本参数和数据的计算”已给出，建筑总高度为14.25m，建筑层数5层。建筑主体结构合理使用年限为50年。最终方案各层布置情况以及立面图：图3-1 第1层第3层结构平面图（-0.45017.550）（15层柱截面700*700）图3-1 第5层结构平面图（13.80017.100）（柱截面700*700）图3-1 结构立面图3.4 SATWE对结构模型分析修改过程3.4.1 模型一模型建立采用框架结构，梁柱板混凝土强度等级取C30。运行SATWE部分进行数据分析处理，然后查看软件输出文件的各控制指标数值。图3-3 结构标准层布置图3.4.1.1 周期比查看文本输出文件WZQ.OUT，结构前三阶周期的计算结果如下，考虑扭转耦联时的振动周期(秒)、X,Y 方向的平动系数、扭转系数。考虑扭转耦联时的振动周期(秒)、X,Y 方向的平动系数、扭转系数。振型号 周期 转角 平动系数(X+Y) 扭转系数1 0.6762 87.17 0.78 ( 0.00+0.77 ) 0.222 0.5991 175.96 1.00 ( 0.99+0.01 ) 0.003 0.5339 82.98 0.27 ( 0.00+0.27 ) 0.73地震作用最大的方向=-84.991（度）结构的平动周期为T1=0.6762s，根据工程经验，一般的框剪结构的基本周期为T1=(0.120.15)n。本工程总层数N=5，基本周期通常在0.60.75s范围内。本工程的周期均在该范围。Tt/T1=0.893.2%。满足规范要求。但是剪重比太大，结构整体刚度偏刚，会引起很大的地震内力，不经济。3.4.1.5 刚重比控制查看文本输出文件WMASS.OUT，结构整体稳定验算结果如下：结构整体稳定验算结果-层号 X向刚度 Y向刚度 层高 上部重量 X刚重比 Y刚重比1 0.117E+07 0.943E+06 3.90 36820. 123.71 99.942 0.892E+06 0.694E+06 3.30 28690. 102.62 79.853 0.832E+06 0.639E+06 3.30 20743. 132.42 101.594 0.788E+06 0.600E+06 3.30 12795. 203.11 154.725 0.566E+06 0.418E+06 3.30 5128. 364.24 269.11该结构刚重比Di*Hi/Gi大于10，能够通过高规(5.4.4)的整体稳定验算。该结构刚重比Di*Hi/Gi大于20，可以不考虑重力二阶效应。3.4.1.6 层间受剪承载力高规4.4.3：A级高度：楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于上一层受剪承载力的80%，不应小于其上一层受剪承载力的65%。查看文本输出文件WMASS.OUT，结构各楼层受剪承载力及承载力比值结果如下：Ratio_Bu：表示本层与上一层的承载力之比- 层号 塔号 X向承载力 Y向承载力 Ratio_Bu:X,Y- 5 1 0.4759E+04 0.4735E+04 1.00 1.00 4 1 0.7684E+04 0.7980E+04 1.61 1.69 3 1 0.9328E+04 0.9678E+04 1.21 1.21 2 1 0.1057E+05 0.1100E+05 1.13 1.14 1 1 0.1363E+05 0.1383E+05 1.29 1.26各楼层层间抗侧力结构的受剪承载力均大于上一层受剪承载力的80%，满足规范要求。3.4.1.7 轴压比控制查看图形文件输出柱轴压比简图，结构首层轴压比最大，图形输出如下：图3-4 首层柱的轴压比图3-5 3层柱的轴压比图3-6 5层柱的轴压比当轴压比不满足规范要求时，结构的延性要求就无法保证。轴压比过小，说明结构的经济技术指标较差，应适当减少相应墙、柱的截面面积。高规（6.4.2）此结构的抗震等级为二级，框架结构的轴压比限值0.75。该结构轴压比都远小于0.75，不经济，可以适当增加柱的轴压比。调整方法：减小柱截面或降低柱混凝土的强度等级。因此模型一仍需重新调整。3.4.1.8 构建配筋验算查看图形输出文件中混凝土构件配筋及刚构件验算简图，输出结果如下：图3-6 验算简图图中出现超配筋的梁用圆圈标出，说明截面选取不当，应重新修改方案，可以适当增加超筋梁的截面面积。3.4.1.9 梁挠度图查看PMCAD画结构平面图中的挠度验算，输出结果如下：图3-7 第一层梁弹性挠度 简图(mm)图中未出现挠度超限梁，梁挠度验算通过，结构布置，梁截面选取没有问题。经以上数据分析，模型一除梁的截面配筋超筋和层间位移角限值外都符合规范，但是为了更加优化适当调整柱子截面尺寸及细部调整结构布置及截面即能满足要求。3.4.2 模型二鉴于模型一的配筋和轴压比不足之处，模型二仍采用框架结构，结构平面布置图如下图所示，本次模型特进行了改正：通过局部调整梁截面大小以满足梁的配筋要求。考虑到结构的经济性，模型上面几层的轴压比偏小，因此模型二把柱子截面从上到下为变截面依次变小。梁柱板的混凝土等级取C30。运行SATWE部分进行数据分析处理，然后查看软件输出文件的各控制指标数值。图3-8 模型一的标准层布置图图3-9 模型二的