土木工程毕业设计（论文）-吉林森工集团办公楼结构、施工设计.doc

CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY土木工程专业2013届毕业设计计算书设计题目：吉林森工集团办公楼结构、施工设计学生姓名： 专业方向： 建筑工程 班 级： 土木0941 学 号： 指导教师： 职 称: 2013年 6 月 14 日长春工程学院毕业设计前 言全套图纸加扣3012250582 土木工程专业包括建筑工程、岩土工程、桥梁工程等。对土建工程，毕业设计是在学完全部理论课程，并完成了工艺流程实习，专业实习之后对房屋建筑工程中常见的典型房屋进行一次理论和实践相结合的相对完整的工程设计。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。我的设计题目是吉林森工集团办公楼结构、施工设计，整个设计分二个部分：结构设计和施工设计，结构设计主要包括框架梁，柱设计，楼板，基础和楼梯设计等；施工设计包括招标工程量清单、施工组织设计。可以说这是一次非常完备的理论与实际的结合。毕业设计的近四个月里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、论文撰写以及外文的翻译，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。在进行内力组合的计算时，进一步了解了Excel；在绘图时熟练掌握了AutoCAD、PKPM、天正软件，以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。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，辅以一些计算软件的校正。由于经验的匮乏和时间的仓促,难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。 编者： 2012 年 6 月结构设计部分 1工程概况根据房屋的使用功能及建筑设计的要求，建筑平面图，立面图，剖面图分别参见建筑施工图。本工程主体结构共8层，建筑总高度29.7m，一层高3.6m，二至八层层高3.3m。楼梯间突出屋面3m。该工程的室内首层地面标高0.000相当于绝对标高230.3m，室内外高差0.450m。外墙0.000以上采用450厚陶粒混凝土空心砌块，内墙为200厚陶粒混凝土空心砌块。混凝土强度等级：框架柱：一至二层为C40，三至八层为C35； 梁：C30 板：C25 1.1工程资料该工程为吉林森工集团办公楼，建筑面积为7919.52，抗震设防烈度按7度设计，结构类型采用八层框架结构。耐火等级及耐久等级均为二级。该工程的室内首层地面标高0.000，室内外高差450。首层层高3.6 m，标准层层高3.3 m。 1.2建筑物功能与特点本办公楼为中等规模办公楼，位于长春市，采用“一”字型，建筑物平面简单，规则，具体建筑设计概况如表1-1： 表1-1 建筑设计概况序号项目内 容1建筑功能办公2建筑特点功能多样，立面造型美观3建筑面积 7919.524建筑层数地上8层地下05建筑层高首层3.6m二至八层3.3m6建筑高度0.000绝对标高（m）230.3室内外高差（m）0.45m基底标高-1.800建筑总高29.7m7建筑平面横轴编号1-16轴纵轴编号A-D轴横轴距离（m）55.15m纵轴距离（m）17.4m8建筑防火防火分类为二级，室内消火栓设在走廊两侧,每层两侧及中间设2个消火栓9抗震方面建筑的平立面布置规则，建筑的质量分布和刚度变化均匀，楼层没有错层，满足抗震要求 1.3场地工程地质条件概述： 1.3.1建筑场地 建筑场地位于市区内，场地地势平坦，由钻探资料探明场区地层由上而下分别为：（1）杂填土：含有大量砖石碎块和人工垃圾，厚约1.3米；（2）粘土：棕黄色，稍湿，呈可塑状态，厚约3.8米；（3）淤泥质土：黑灰色，含有大量腐植质，呈流塑状态，厚约5.0米；（4）粉质粘土：呈可塑状态，厚约4.1米。（5）粘土：呈硬塑状态，未穿透。各类土的主要物理力学性质指标见表1-2。 表1-2 土的物理力学性质指标层次土层名称土层厚度(m)土的天然密度(t/m3)土的天然含水量(%)孔隙比e塑性指数IP液性指数IL土的内摩角(度)土的粘聚力C(kPa)压缩模量ES(MPa)承载力特征值fak(KPa)1杂填土1.31.682粉质粘土3.81.87240.72140.625129.01603淤泥质土5.01.75401.5191.2105.03.0954粉质粘土4.11.90280.72190.52726.512.52655粘土未穿透1.96260.7200.2284514.6290 1.3.2 地下水情况本场区地下水属潜水，水位高程为-2.4米，略受季节的影响，但变化不大。根据该场区原有测试资料，地下水无腐蚀性。 1.3.3 自然条件 1自然条件地势平坦；地质资料：场地土类别、地质勘察资料见地质勘察报告；抗震设防要求：7度设防；基本风压：0.65kN/，基本雪压：0.35kN/；土壤冻结深度：1.7m。2.设备条件电力，供水，排水，供热均由城市系统引入；电梯依据设计和防火规范要求设置。3.施工条件 施工工期由指导教师给定； 施工现场位置及周围环境见建筑总平面图； 施工现场地势平坦，“三通一平”已经完成； 本工程处于长春市市区，所有建筑材料、构配件和施工机械均可经市区道路直接运抵现场； 所有建筑材料、构配件均由施工单位购买，货源已经落实； 施工单位的劳动力、施工机械和运输工具均能满足本工程的需要； 施工现场应设置施工需要的搅拌站、加工棚、材料构件堆场及其他临时建筑物； 施工现场内若不设工人宿舍，则工人在工地附近生活区居住； 水源、电源已由建设单位引到施工现场附近，可直接引入现场。 2结构布置 2.1结构选型本结构采用钢筋混凝土框架结构，承重方案采用纵横向框架共同承重方案。在满足使用功能的基础上，结构布置力求简单、规则、对称。标准层结构平面布置图所示。图2-1 标准层结构平面布置图2.2构件尺寸估算板厚 取100mm ， 屋盖厚150mm。框架梁， 次梁， 框架柱 底层柱高 ，柱截面宽 ，标准层柱高H=3300mm ，柱截面宽 ，表2-1 柱截面框架柱截面尺寸bh(mmmm)第1层60060028层550550表2-2 框架梁截面截面尺寸bh(mmmm)框架梁300650次梁300600表2-3 框架柱截面尺寸、柱高、混凝土强度等级 楼层框架柱的截面尺寸bh柱高框架柱的混凝土强度等级8550mm550mm3300mmC357550mm550mm3300mmC356550mm550mm3300mmC355550mm550mm3300mmC354550mm550mm3300mmC353550mm550mm3300mmC352550mm550mm3300mmC401600mm600mm4450mmC403 楼板配筋设计 3.1荷载收集及计算楼面及屋面的活荷载标准值根据建筑结构荷载规范查民用建筑楼面均布活荷载的标准值。办公楼为，会议室为，浴室、厕所、盥洗室为，一般资料档案室为，走廊、门厅、楼梯为，为计算方便，偏安全的统一取均布活荷为2.5 kN/ m2。上人的屋面均布活荷载为。普通楼面（包括办公室，会议室，及走廊）防滑底面砖 0.55 15mm厚1:3水泥砂浆打底 0.01520=0.3100厚现浇钢筋混凝土楼板 15厚混合砂浆抹面 恒荷载标准值 恒荷载设计值 活荷载标准值 办公室 走廊 活荷载设计值 办公室 走廊 3.2板的计算根据楼板的长边与短边的比值，楼板均按双向板计算。双向板中卫生间楼板用弹性理论计算，其余按塑性理论计算。楼板布置如下表所示图3-1 标准层板平面布置图LB1 （双向板，按塑性理论计算）图3-2 LB1计算简图 ，取，由上述公式得 LB10（卫生间，双向板，按弹性理论计算）计算简图如图所示由于卫生间有防水要求，根据混凝土楼板设计规范规定，屋面和有防水要求的房间，应采用弹性法计算楼盖的内力。 a）跨内 b）支座 图3-3 B10计算简图计算公式为，查表得跨内当时，当时，LB11（卫生间，双向板，按弹性理论计算）由于卫生间有防水要求，根据混凝土楼板设计规范规定，屋面和有防水要求的房间，应采用弹性法计算楼盖的内力。 a）跨内 b）支座 图3-4 LB11计算简图计算公式为， ，查表得跨内当时，当时，支座 3.3配筋计算在结构混凝土设计中，考虑构件耐久性的影响，构件要满足一定的保护层厚度。保护层厚度不但与构件类别有关，还与构件所处的环境，混凝土强度等级有关。根据混凝土结构设计规范（GB 50010-2010）中表8.2.1中规定，本建筑楼板的保护层厚度。则取跨中截面有效高度，支座截面有效高度。板采用混凝土强度等级C30，钢筋HPB300级，则纵向受力钢筋的最小配筋百分率：根据公式计算钢筋面积。板跨中配筋计算：对LB1： 方向 按构造选配钢筋为，实配面积；方向 按构造选配钢筋为，实配面积支座配筋计算：对LB1-LB3：选配钢筋为，实配面积板块的配筋计算参见下表表3-1 标准层楼板配筋截面h0(mm)m (KN/m)As(mm/m)配筋As（实配）跨中LB1lo1方向804.07198.348200251lo2方向702.12118.078200251LB2lo1方向801.6178.468200251lo2方向700.2111.728200251LB3lo1方向802.76134.58200251lo2方向700.7441.38200251LB4lo1方向801.6278.958200251lo2方向700.9150.688200251LB5lo1方向801.0852.638200251lo2方向700.633.428200251LB6lo1方向807.87383.5210200393lo2方向702.12118.078200251LB7lo1方向807.79379.6210200393lo2方向705.92329.710200393LB8lo1方向800.2914.138200251lo2方向700.15.868200251LB9lo1方向801.6680.898200251lo2方向700.2211.758200251LB10lo1方向804.73243.378200251lo2方向701.5892.898200251LB11lo1方向805.9303.510200393lo2方向702.25132.288200251支座B1-B3808.14396.6910150523B3-B3808.14396.6910150523B5-B68015.74767.0610100785B6-B88015.74767.0610100785B7-B108015.58759.2610100785B7-B88015.58759.2610100785B10-B118010.63518.0410150523B10-B9805.27256.8310200393B10-B78011.8457710100785B11-B98010.63518.0310150523B7-B98015.58759.2610100785B1-B1803.22156.928200251B1-B2801.6078.468200251B2-B4801.8866.778200251B4-B5800.4716.698200251B8-B9801.3246.888200251B5-B9801.6078.468200251B2-B3800.186.398200251B4-B3801.4250.438200251B5-B3801.4250.438200251B9-B3800.7025.308200251注：1.考虑施工方便，综合选配钢筋；2.满足最小配筋率的要求。标准层楼板配筋图参见结施-8。4一榀横向框架的内力分析 4.1确定框架结构计算简图本建筑柱网平面布置规则，选择14轴上的一榀横向框架KJ-14进行设计计算。该榀框架的计算单元如图4-1中的阴影范围。图4-1 建筑平面及结构平面布置 确定梁的跨度的计算简图（如下图4-2）中，框架梁的跨度等于顶层柱截面形心轴线之间的距离。图4-2 KJ-14计算简图确定柱的高度对于底层来说，底层柱高从基础顶面算至二层楼板面。长春市标准冻土深度为1.7m，室内外高差为0.45m。基础为1.2m高，则。其余各层的柱高位建筑层高，二至八层为3.3m。4.2梁、柱线刚度计算材料选用混凝土，框架梁均为C30， 框架柱一至二层C40， 三至八层C35， 钢筋，梁柱纵向钢筋采用HRB335级，箍筋为HPB300级，。梁柱截面的惯性矩边横梁截面为，。走道梁截面为，。框架柱截面尺寸及混凝土强度等级分布表，可知柱的截面尺寸及混凝土强度等级，则一层柱，二至八层柱，边横梁，走道梁柱的线刚度一层柱，二层柱，三层柱， 横向框架侧移刚度验算表4-1 底层柱侧移刚度 D 柱边（14根）中柱（10根）楼梯柱（4根）边柱（两侧框架4根）表4-2 二层柱侧移刚度 D柱边柱（14根）中柱（10根）楼梯柱（4根）边柱（两侧框架梁4根）检验刚度沿竖向分布是否规则：满足结构抗震时竖向规则性要求。 荷载收集屋面框架梁40厚C20刚性防水混凝土面层 25厚粗砂隔离层 4厚SBS改性沥青防水卷材 20厚1：3水泥砂浆找平层 80厚阻燃聚苯乙烯泡沫塑料保温板 20厚1：3水泥砂浆找平层 100厚现浇钢筋混凝土屋面板 20厚混合砂浆抹灰 屋面板均布恒荷载标准值 17层楼面防滑地面 15厚1:3水泥砂浆打底 100厚现浇钢砼楼板 15厚混合砂浆抹面 层次构件b/mh/m/kN/m3g/kN/mli nGi/kNGi/kN 1边横梁0.30.65251.055.126.5816538.622131.52中横梁0.30.60251.054.732.40890.82次梁0.30.60251.054.737.1514473.47纵梁0.30.65251.055.127.18281028.61柱0.60.60251.19.94.45321409.76边横梁0.30.65251.055.126.6516544.772150.31中横梁0.30.60251.054.732.45892.71次梁0.30.60251.054.737.1514473.47纵梁0.30.65251.055.127.25281039.36柱0.60.55251.18.323.332878.59表4-3 梁柱重力荷载标准值外墙面积：内墙面积：外墙390厚陶粘砼空心砖，外贴40mm苯板，20mm抹灰内墙200厚陶粘砼空心砖，20mm厚两侧抹灰（外墙）（内墙）一层墙（包括梁、柱）一层板表4-4 各层墙、柱、梁、板重力荷载墙、柱、梁板1层7068.268092.0727层6191.148092.078层6191.145811.63女儿墙：20厚1:2.5水泥砂浆 80厚苯板 20厚1:3水泥砂浆 120厚钢砼 20厚水泥砂浆 60厚苯板 20厚1:3水泥砂浆 合计 4.3重力荷载代表值集中于各楼层标高处的重力荷载代表值Gi见表表4-5 重力荷载代表值（kN） 14721.1114283.2114283.2114283.2114283.2114283.2114283.218907.20 图4-3 重力荷载代表值4.4 横向水平地震作用 4.4.1 自振周期计算 结构顶点假想侧移由式，计算过程见表，其中第8层的为G8与Ge之和。表4-6 结构顶点的假想侧移计算层次89926.439926.4397785110.15515.03714283.2124209.6497785124.76504.88614283.2138492.8597785139.36480.12514283.2152776.0697785153.97440.76414283.2167059.27977851 68.58386.79314283.2181342.78977851 83.18318.21214283.2195625.6998579397.00235.03114721.77110347.46799419138.03138.03 按式计算基本周期，其中的量纲为，取，则 4.4.2水平地震作用此结构总高度为29.7米且质量和刚度沿高度分布比较均匀，近似按底部剪力法计算。该建筑地震设防烈度为7度（0.15g）,=0.08; 场地类别为二类,设计地震分组为第二组=0.35s;当阻尼=0.05时,=1.0,因=0.35s5,所以=0.9计算结构等效总重力荷载 计算底部剪力 因，所以应考虑顶部附加水平地震作用。顶部附加地震作用系数，即 表4-7 横向水平地震作用计算表层次827.559926.43245393.361700093.40838.73838.73724.2514283.21364367.84 579.611346.74620.9514283.21299233.25508.011926.35517.6514283.21252098.66 484.142410.49414.3514283.21204964.06409.142819.62311.0514283.21157829.47 231.053051.4627.7514283.21110694.88225.023276.4814.4514721.7765511.88132.993409.47横向水平地震作用及楼层地震作用剪力图4-4 横向水平地震作用及楼层地震作用剪力4.4.3 水平地震作用下的位移验算表4-8 横向水平地震作用下的位移验算层次8838.739778510.853300 1/388271346.749778511.9733001/168861926.359778512.89 33001/115052410.499778513.66 33001/90842819.629778514.29 33001/77533051.469778514.7833001/69623276.489778515.0833001/65513409.477994196.5144501/685由上表可知，最大层间弹性位移角发生在第2层，其值为1/655满足要求。4.4.4 水平地震作用下框架内力计算以第一榀框架内力计算为例(D值法)具体计算过程见下表表4-9 各层柱端弯矩及剪力计算层次边柱83.3838.739778513515129.880.590.25 24.6573.9573.31346.739778513515169.300.590.35 80.04148.6563.31926.3597785135151101.7 0.590.40 134.24201.3653.32410.4997785135151128.9 0.590.45 191.39233.943.32819.6297785135151151.1 0.590.45 224.26 274.1033.33051.4697785135151168.2 0.590.45 249.66 305.1423.33276.48 97785135151180.0 0.590.52 308.88 285.1214.453409.4779941919602127.6 0.410.78 442.86124.91表4-9 （续） 层次中柱83.3838.73977851 4234235.992.280.40 47.5171.2773.31346.749778514234283.472.280.45 123.95151.4963.31926.3597785142342122.492.280.45 181.89 222.31 53.32410.4997785142342 155.232.280.50 256.13 256.1343.32819.6297785142342181.902.280.50 280.14280.0433.33051.4697785142342202.502.280.50 304.13304.1323.33276.4897785142342217.732.280.50 329.25 329.1514.453409.4779941930121196.052.10.55 379.83 436.46表4-10 梁端弯矩剪力及轴力层次边梁走道梁柱轴力边柱N中柱N873.9525.457.213.8145.8245.823.030.55-13.81-16.74 7173.3071.07 7.233.94 127.93127.93 3.085.29 -47.75 -68.09 6281.40123.66 7.256.25 222.60 222.60 3.0148.40 -103.01 -160.235318.16156.23 7.272.86 251.58251.85 3.0167.72 -175.87 -275.094365.48 198.67 7.292.24 307.00 307.00 3.0205.07 -268.11 -321.25 3429.40 226.53 7.2104.99 337.75 337.75 3.0225.17 -373.10 -488.09 2434.78 247.64 7.2106.67380.74 380.74 3.0240.49 -481.77-661.19 1333.79337.75 7.2107.16 407.96 407.96 3.0271.97 -588.93 -859.34 注：表中M的单位为，V的单位为KN 图4-5 左震作用下的框架弯矩图 图4-6 左震作用下的框架剪力和柱轴力图4.5 横向风荷载计算4.5.1 风荷载标准值风荷载标准值按式。基本风压，由荷载规范查得。C类地区，对于高度大于30m且高宽比大于1.5的高高柔房屋,应采用风振系数 以考虑风压脉动的影响,本房屋高度H=29.7m 30m 所以 取横向框架，其负载宽度为7.2m，底层负载高度为3.6m. 其它层为3.3m,房屋所受风荷载标准值表4-11 沿房屋高度分布风荷载标准值层次(各层柱顶集中风荷载标准值） 826.70.851.0723.40.791.0 620.10.751.0 516.80.701.0 413.50.651.0 310.20.651.0 26.90.651.0 13.60.651.0 图4-7 等效节点集中风荷载4.5.2 风荷载作用下的水平位移验算根据水平荷载，由式计算层间剪力，然后依据求出层间侧移，再按式，计算出各层的相对侧移和绝对侧移，过程见表，表中还计算各层的层间弹性位移角 表4-12 风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算层次816.2816.281549840.11715.8532.131549840.21 615.0547.181549840.30514.0561.231549840.40412.0573.281549840.47312.0585.331214300.70213.0598.381219860.81114.24112.62994491.13由表可见，内荷载作用下框架的最大层间位移为远小于是，满足要求。4.5.3 风荷载作用下框架结构内力计算以KL-14内力计算为准，框架柱端剪力及弯矩分别按式和，层间剪力取自上表各柱的反弯点，离高度比其中，；的确定由抗震结构设计的相关知识确定。表4-13 各层柱端弯矩及剪力计算 层次边 柱柱底M(KN.m)柱顶M(KN.m)83.316.28154984351513.69 0.590.25 3.049.1273.332.13154984351517.28 0.590.35 8.4115.62 63.347.181549843515110.690.590.40 14.1121.17 53.361.231549843515113.87 0.590.45 20.6025.1743.373.281549843515116.600.590.45 24.78 30.2933.385.331214301837412.91 0.590.45 19.17 23.43 23.398.381219861813314.620.590.52 25.09 23.16 14.45112.62 994491960322.190.41 0.78 62.31 17.57表4-13续层次中 柱柱顶M(KN.m)柱底M(KN.m)83.316.28154984351514.44 2.280.40 5.868.7973.332.13154984351518.77 2.280.45 13.02 15.92 63.347.181549843515112.882.280.45 19.13 23.38 53.361.231549843515116.71 2.280.5 27.57 27.5743.373.281549843515120.002.280.5 33.0033.0033.385.331214301837425.55 2.280.5 42.1642.16 23.398.381219861813334.572.20.5 57.04 57.04 14.45112.62 994491960334.092.10.5567.5055.23梁端弯矩，剪力及柱轴力分别按式：，其中，分别为节点在左右梁的线刚度。，分别表示节点左右梁的弯矩，为柱在层的轴力，以受压为正。其中梁的线性刚度见表，具体计算过程见表表4-14 横向水平线荷载作用梁端弯矩，剪力及柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力边柱N中柱N89.123.147.21.705.655.653.03.77-1.7-2.07718.667.787.23.6714.0014.003.09.33-5.37-7.73629.5813.007.25.9123.423.43.015.60-11.28-17.42539.5816.687.27.7730.0230.023.020.01-19.05-29.66450.89 21.637.210.0738.9438.943.025.96-29.12-45.55348.21 26.847.210.1548.32 48.323.032.21-39.27-67.61242.33 35.437.210.8063.7763.773.042.51-50.07-99.32142.66 40.137.211.5072.2472.243.048.16-61.57-135.98 注： 1）柱轴力中力的负号表示拉力。2） 表中M单位为，V单位为KN。 图4-8风荷载作用下框架弯矩图 图4-9风荷载作用下框架剪力及轴力 4.6竖向恒载作用下框架结构的内力计算4.6.1计算单元 取14轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为3.9m，如下图所示。由于房间内布置次梁，故直接传给该框架的楼 面荷载如图中的水平阴影线所示，计算单元范围内的其余楼面荷载则通过次梁和纵向框架