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湖南大学毕业设计(论文) 第97页 1 设计说明1.1工程概况本工程为长沙市一栋高层办公楼，为钢筋混凝土框架结构，填充墙为加气混凝土空心砌块。该办公楼地上9层，地下1层，设2部电梯。首层层高为3.6米，其它层次为3.3米，房屋总结构高度为30米。1.2 设计原始资料1.2.1 气象资料温度：最热月平均29.3摄氏度；最冷月平均4.7摄氏度。夏季极端最高温度40.6摄氏度；冬季极端最低温度5.3摄氏度。相对湿度：最热月平均75。主导风向：全年为西北风，夏季为东南风，基本风压，地面粗糙度为C类。雨雪条件：年降雨两1450mm；暴雨降水强度；基本雪压为。抗震设防：本工程抗震设防烈度为7度二级，场地类别为类场地，地震分组为第一组。1.2.2 工程地质条件自然地表1m内为填土，填土下层为3米厚砂质粘土，再下为砾石层。砂质粘土承载力为250。砾石蹭允许承载力标准值为300400。地下水位：地表以下2.0m，无腐蚀性。1.2.3 材料混凝土：本工程的混凝土强度等级为C35。钢筋：本工程的钢筋采用HPB235级和HRB400级。墙体：地上填充墙体采用加气混凝土空心砌块，地下墙体选用混凝土填充墙。2 结构设计2.1 结构选型和布置2.1.1 结构选型 根据办公建筑功能的要求，为使建筑平面布置灵活，获得较大的使用空间，本结构设计采用钢筋混凝土框架结构体系。2.1.2 结构布置 根据建筑功能要求及建筑物可用的占地平面地形，横向尺寸短，纵向尺寸较长，故把框架结构横向布置，即采用横向框架承重方案，具体布置详图见图1。施工方案采用梁、板、柱整体现浇方案。楼盖方案采用整体式肋形梁板结构。电梯井采用钢筋混凝土筒体。楼梯采用整体现浇板式楼梯。基础方案采用柱下独立基础。2.1.3 初估截面尺寸 （1）根据本项目房屋的结构类型、抗震设防烈度和房屋的高度查建筑抗震设计规范得本建筑得抗震等级为二级。楼盖、屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度为100mm，各层梁柱板混凝土强度等级均为C35，纵向受力钢筋采用HRB400级钢筋，其余钢筋用HPB235级。 根据建筑平面布置确定得结构平面布置图可知，B柱、D柱、E柱、F柱的承载范围分别为6m3.3m 、6m6m 、6m5.7m、6m3m。估算结构构件尺寸时，露面荷载近似取为12 计算（以中柱计算为例）。 （2） 梁界面尺寸估算依据 框架结构的主梁截面高度及宽度可由下式确定： 且，其中横梁跨度：，纵梁6m。由此估算的梁界面尺寸如下：横向主框架梁：bh300mm600mm纵向框架梁：bh300mm600mm次梁：bh300mm500mm（3）柱截面尺寸估算依据。 由建筑的抗震设防烈度查表可知，柱的轴压比应小于轴压比限值： C35混凝土：求得： 上式中得1.2为荷载分项系数，10表示底层柱承受其上十层得荷载。N按底层中柱得受荷面积考虑。取柱截面为正方形，则柱截面边长为622mm。结合实际情况，并综合考虑其他因素，本设计柱截面尺寸为650mm650mm。纵向受拉钢筋抗震锚固长度梁内钢筋伸至边柱内长度，故柱子截面满足此抗震构造要求。2.2 框架计算简图2.2.1 设计简图说明 本设计基础选用柱下独立基础，基础顶面标高为4.200m（地下室地坪以下为0.600m）。框架的计算单元如图1所示，取轴上的一榀框架计算，假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。由于各层柱截面尺寸不变，故梁跨度等于柱截面形心轴线之间的距离。地下室柱高从基础顶面算至底层楼面，地下室高为3.6m，故地下室柱计算高度为4.2m，其余各层柱计算高度为层高，即首层为3.6m，其余各层柱计算高度为3.3m。2.2.2 框架梁柱截面特性 由构件的几何尺寸、截面尺寸和材料强度，利用结构力学有关截面惯性矩及线刚度的概念计算梁柱截面的特性，如表1和表2所示。表1 梁截面特性计算表 中框架梁层数硂强度梁编号截面宽截面高梁跨硂弹性模量截面惯性矩线刚度相对线刚度-19C35BD跨3006006600315000.36C35BE跨3006005400315000.44C35EF跨3006006000315000.40 边框架梁层数硂强度梁编号截面宽截面高梁跨硂弹性模量截面惯性矩线刚度相对线刚度-19C35BD跨3006006600315000.27C35BE跨3006005400315000.33C35EF跨3006006000315000.30 表2 柱截面特性计算表层数硂强度柱子轴号截面宽截面高柱高硂弹性模量截面惯性矩线刚度相对线刚度1C35BD跨3006006600315000.791 C35BE跨3006005400315000.9229C35EF跨3006006000315001.002.2.3 框架梁柱的线刚度计算 1柱子计算地下室柱子首层柱子 二至九层柱子 2、梁计算 2轴梁为中框架梁，各层梁截面均相同。BD跨梁 DE跨梁 EF跨梁 3、相对线刚度计算 令二至九层柱子线刚度i1.0，则其余各杆件的相对线刚度为:地下室柱子: 首层柱子: BD跨梁: DE跨梁: EF跨梁: 同理可得边框架梁相对线刚度： ; 根据以上计算结果，框架梁柱的相对线刚度如图2所示，是计算各节点杆断的弯矩分配系数的依据。 考虑整体现浇梁板结构中，板对梁的有利作用，对中框架取，对边框架取。为矩形截面框架梁的惯性矩。2.3 荷载计算荷载计算是结构计算中非常重要的基础数据计算。不能漏算荷载，也不能多计算荷载。要使荷载计算准确无误，关键应把握荷载的正确传递路径和荷载的正确取值。荷载的传递路径直接与结构布置有关，有什么样的结构布置就有什么样的荷载传递方式；荷载的正确取值又分恒荷载和活荷载。此外还应特别注意的是，若考虑功能分隔可以灵活布置的隔墙或考虑二次装修荷载，设计之初隔墙位置或装修位置不确定时，可将非固定隔墙的自重取每延米（）的作为露面活载的附加值（）记入，附加值不小于1.0。2.3.1 恒载标准值计算 1、上人屋面恒载 保护层：40mm配筋C25细石硂 隔热层：30mm挤塑聚苯保温隔热板 防水层： 找平层：1:3水泥砂浆20mm 找坡层: 1:8水泥陶粒100mm 结构层：100mm现浇钢筋混凝土板 板底抹灰：10mm 合计： 6.104 2、楼面荷载 （1）走廊 瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 0.55 现浇钢筋混凝土板：100mm 2.50 V型轻钢龙骨吊顶： 0.25 合计： 3.3 （2）办公室及办公室地面 磨光花岗岩块 磨光花岗岩地面：30厚1:3干硬性水泥砂浆 1.20上撒2mm厚素水泥 水泥浆结合层一道现浇钢筋混凝土板：100mm 2.50V型轻钢龙骨吊顶： 0.25合计： 3.953、梁自重主梁：bh300mm600mm次梁：bh300mm500mm主梁自重： 次梁自重： 4、基础梁bh250mm400mm梁自重: 5、柱自重KZ1: bh650mm650mm 柱自重： 抹灰层：10厚混合砂浆： 合计： 11.005KZ2: bh500mm500mm 柱自重： 抹灰层：10厚混合砂浆 合计： 6.59TZ1: bh300mm500mm 柱自重：抹灰层： 合计： 4.0226、墙自重(1) 外纵墙自重（胡凝土空心砌块）首层： 纵墙 铝合金窗 外墙面贴瓷砖 内墙面20厚抹灰 合计： 4.974 标准层： 纵墙 铝合金窗 外墙面贴瓷砖 内墙面20厚抹灰 合计： 4.014 （2）内纵墙自重及内横墙自重（只考虑固定位置的纵横向墙体，其他位置不定的墙体在附加的活荷载中体现）首层： 纵（横）墙 内墙面20厚抹灰（两侧） 合计： 9.424 标准层： 纵（横）墙 内墙面20厚抹灰（两侧） 合计： 8.512 (3) 女儿墙自重墙重及压顶重： 外墙面贴瓷砖： 水泥粉刷内面： 合计： 4.365 2.3.2 活载标准值计算 1、屋面及露面活载 由建筑的使用功能查表的：上人屋面为2.0；办公楼楼面为2.0；走廊为2.5。 综合考虑活动隔墙及二次装修，楼面活荷载标准值取为4.0。（注：本例为计算方便取房屋及楼面活载为4.0。实际工程设计重，应根据集具体情况对屋面及不同的楼面活载进行取值计算）。 2、屋面雪荷载标准值 屋面雪荷载与活荷载不同时考虑，两者中取大值。 3、风荷载 其中：地面粗糙度为B类; ; :风荷载体型系数，由建筑结构荷载规范7.2节及7.3节查得1.3 ：风压高度变化系数； ：风振系数： 其中：由， 查建筑结构荷载规范7.4节得：； ：查表7.4.4-3得（H/B0.88）； ：由Z/H查建筑结构荷载规范得。 风荷载的计算详见表3。 表3 横向风荷载计算层次女儿墙顶31.81.31.4451.3780.350.9065.4361.2 930.61.0001.31.4281.3780.350.8955.371.23.315.305 827.30.8921.31.3741.3340.350.8345.0043.33.316.513 724.00.7841.31.3181.2990.350.7794.6743.33.315.424 620.70.6761.31.2621.2640.350.7264.3563.33.314.37 517.40.5691.31.1931.1940.350.6483.8883.33.312.83 414.10.4611.31.1151.1630.350.5903.5403.33.311.682 310.80.3531.31.0251.1160.350.5203.1203.33.310.296 27.50.2451.31.001.0650.350.4852.9103.33.39.603 14.20.1371.31.001.0230.350.4652.7903.33.69.626-10.60.0201.31.001.0110.350.4602.7603.60.66.6242.4 竖向荷载作用下框架受荷总图 当结构布置图确定后，荷载的传递路径以确定。从本例的结构布置图可知：BD跨 ；DE跨 ；EF跨 。当时，宜按双向板布置，若按单向板布置设计时，沿长边方向应配置不少于短边方向25 %的手力钢筋。本设计中的梁格按单向板设计，BD跨、EF跨沿长边布置不少于短边25%的手力钢筋。因此可知板面均布荷载传给纵向次梁及框架梁，纵向次梁及纵向框架梁的荷载以集中力的方式传给横向承重的框架主梁，为计算方便将框架主梁的自重简化为集中荷载（详见图4）。受荷总图中荷载位置的大小及作用位置的正确是结构内力分析的基础。2.4.1 顶层梁柱1. 恒载计算 BD跨梁a. 板传给次梁（纵向） 中间次梁：B轴边框架梁： （女儿墙） D轴中间框架纵梁：b. 次梁传给横框架梁（主梁） 中间次梁传递 次梁自重： 板传递荷载： 小计 ： c. 横框架梁自重 折算为集中荷载： 合计： EF跨梁a. 板传给次梁（纵向） 中间次梁：F轴边框架纵梁： （女儿墙） E轴中间框架纵梁：b. 次梁传给横框架梁（主梁） 中间次梁传递 次梁自重： 板传递荷载： 小计 ： c. 横框架梁自重 折算为集中荷载： 合计： DE跨梁a. 板传给次梁（纵向）b. 次梁传给横框架梁（主梁） 次梁自重： 板传递荷载： 小计 ： c. 横框架梁自重 折算为集中荷载： 合计： 柱子a. B柱 边框架梁传递板荷载： 边框架梁传递女儿墙荷载: 边框架梁自重： 合计： (偏心) b. D柱 纵向中框架梁传递： 纵向框架梁自重： 合计： c. E柱 纵向中框架梁传递： 纵向框架梁自重： 合计： d. F柱 边框架梁传递板荷载： 边框架梁传递女儿墙荷载： 边框架梁自重： 合计： (偏心) 2. 活载计算 BD跨框架梁 板传给次梁： B轴边跨梁： D轴中框架梁： 中间次梁传递给主梁： DE跨框架梁 板传给次梁： E轴中框架梁： 中间次梁传递给主梁： EF跨框架梁 F轴边框架梁： 中间次梁传递给主梁： B柱 D柱 E柱 F柱 顶层荷载位置布置图如图3所示。2.4.2 标准层梁柱1. 恒载计算 BD跨梁a. 板传给次梁 中间次梁： B轴边框架梁： （外墙）D轴中间框架纵梁：b. 次梁传给横框架梁（主梁） 中间次梁传递 次梁自重： 板传递荷载： 小计 ： c. 横框架梁自重 折算为集中荷载： 合计： DE跨梁a. 板传给次梁 b. 次梁传给主梁 次梁自重： 板传递荷载： 小计 ： c. 横框架梁自重 折算为集中荷载： 小计： EF跨梁a. 板传给次梁（纵向） F轴边框架梁 ： （外墙） E轴中框架梁： b. 次梁传给横框架梁（主梁） 次梁自重： 板传递荷载： 小计 ： c. 横框架梁自重 折算为集中荷载： 合计： 柱子 a. B柱 边框架梁传递板荷载： 边框架梁传递外墙荷载: 边框架梁自重： 柱自重： 合计： (偏心) b. D柱 纵向中框架梁传递： 纵向中框架梁自重： 柱自重： 合计： c. E柱 纵向中框架梁传递： 纵向框架梁自重： 柱自重： 合计： d. F柱 边框架梁传递板荷载： 板框架梁传递外墙荷载： 边框架梁自重： 柱自重： 合计： (偏心) （注：以上式中的柱高取层高减去板厚，3.3m0.1m=3.2m） 2. 活载计算 BD跨框架梁 板传给次梁： B轴边跨梁： D轴中框架梁： 中间次梁传递给主梁： DE跨框架梁 板传给次梁： E轴中框架梁： 中间次梁传递给主梁： EF跨框架梁 F轴边框架梁： 中间次梁传递给主梁： 柱子 B柱 D柱 E柱 F柱 2.4.3 底层梁柱 1. 恒载计算 BD跨梁a. 板传给次梁 中间次梁： B轴边框架梁： （外墙）D轴中间框架纵梁：b. 次梁传给横框架梁（主梁） 中间次梁传递 次梁自重： 板传递荷载： 小计 ： c. 横框架梁自重 折算为集中荷载： 合计： DE跨梁a. 板传给次梁 b. 次梁传给主梁 次梁自重： 板传递荷载： 小计 ： c. 横框架梁自重 折算为集中荷载： 小计： EF跨梁a. 板传给次梁（纵向） F轴边框架梁 ： （外墙） E轴中框架梁： b. 次梁传给横框架梁（主梁） 次梁自重： 板传递荷载： 小计 ： c. 横框架梁自重 折算为集中荷载： 合计： 柱子 a. B柱 边框架梁传递板荷载： 边框架梁传递外墙荷载: 边框架梁自重： 柱自重： 合计： (偏心) b. D柱 纵向中框架梁传递： 纵向中框架梁自重： 柱自重： 合计： c. E柱 纵向中框架梁传递： 纵向框架梁自重： 柱自重： 合计： d. F柱 边框架梁传递板荷载： 板框架梁传递外墙荷载： 边框架梁自重： 柱自重： 合计： (偏心) （注：以上式中的柱高取层高减去板厚，3.6m0.1m=3.5m） 2. 活载计算 BD跨框架梁 板传给次梁： B轴边跨梁： D轴中框架梁： 中间次梁传递给主梁： DE跨框架梁 板传给次梁： E轴中框架梁： 中间次梁传递给主梁： EF跨框架梁 F轴边框架梁： 中间次梁传递给主梁： 柱子 B柱 D柱 E柱 F柱 2.4.4 地下室荷载计算 柱自重 墙自重 抹灰 基础梁自重 基础顶面恒载 中柱： 边柱： 以上荷载载计算基础时用。综合上述各楼层的荷载计算结果，绘出结构总图如图4所示。2.5 水平地震作用计算及内力、位移分析 水平地震作用在房屋的纵向和横向，作为毕业设计的练习，本例以横向水平地震作用的计算为例说明。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，可采用底部剪力法的简化方法计算水平地震作用。该方法将结构简化为作用于各楼层位置的多质点葫芦串，结构底部总剪力与地震影响系数及各质点的重力荷载代表值有关。为计算各质点的重力代表值，本例先分别计算各楼面层梁、板、柱的重量，各楼层墙体的重量，然后按以楼层为中心上下各半个楼层的重量集中于该楼层的原则计算各质点的重力荷载代表值。水平地震作用计算还涉及结构的自振周期，本例采用假想顶点位移法确定。水平地震作用下内力及位移分析均采用D值法进行。2.5.1 重力荷载标准值计算 1、各层梁、板、柱自重标准值。详见表4、表5、表6。 表4 柱重力荷载标准值层数柱编号截面宽/mm截面高/mm净高/m/(kN/m)数量/kN/kN-1KZ16506504.111.005441985.3022159.339KZ25005004.16.594108.076TZ13005004.14.022465.9611KZ16506503.511.055441694.771843.338KZ25005003.56.59492.26TZ13005003.54.022456.30829KZ16506503.211.055441549.5041685.338KZ25005003.26.59484.352TZ13005003.24.022451.482电梯机房KZ16506504.111.005290.24190.241屋面楼梯KZ16506502.911.0554127.658250.757KZ25005002.96.59476.444TZ13005002.94.022446.655表5 板重力荷载标准值层数板面积/（）19楼面958.9353.953787.7933895.296楼梯22.684.74107.503屋面屋面965.0556.1045890.6965998.199楼梯22.684.74107.503电梯机房48.243.95190.548190.548楼梯45.543.95179.883179.883注：表中楼梯部分的按露面的1.2倍考虑。 表6 梁重力荷载标准值层数柱编号截面宽/mm截面高/mm净高/m/(kN/m)数量/kN/kN-19KL13006005.353.7512240.752073.715KL23006005.353.75 10200.6253006002.4253.75 436.375KL33006005.0253.75 237.6883006005.353.75 240.1253006002.4253.75 436.375KL43006005.0253.75 237.6883006005.353.75 480.25KL53006005.953.75 11245.4383006004.753.75 11195.9383006005.353.75 11220.688KL63006005.953.75 2 44.625L13005005.73.0 10 171.03005005.3753.0 2 32.25L23005005.73.0 585.5L23005005.3753.0 116.125L33005005.73.0 4 68.4L43005005.73.0 4 68.43005005.3753.0 4 64.5L53005005.73.0 2 34.23005005.3753.0 1 16.125L63005005.73.0 4 68.43005005.3753.0 2 32.25层数柱编号截面宽/mm截面高/mm净高/m/(kN/m)数量/kN/kN楼梯间 出屋 面KL2 300 6002.425 3.75 218.188125.626KL3 300 6002.425 3.75 218.188KL5 300 600 5.95 3.75 244.625KL6 300 600 5.95 3.75 244.625注：表中KL表示框梁，L表示次梁或其他小梁。2、各层墙(外墙)自重标准值计算（1） 女儿墙重 总长 L 总重 （2） 标准层 总长 总重 （3） 首层 （4） 地下室 3、各层（各质点）标准值计算 （1）地下室（墙梁板柱） (2) 首层（墙梁板柱） 8358.015 (3) 标准层（墙梁板柱）（4） 屋顶（墙梁板柱）（5）电梯、机房、出屋面楼梯及水箱（设备重柱梁板）取设备自重重力荷载：200电梯轿箱及设备自重：400 2.5.2 重力荷载代表值计算 重力荷载代表值G取结构和构件自重标准值和各可变荷载组合值之和，各可变荷载组合之系数取为雪荷载：0.5，屋面荷载：0.0，按等效均布荷载计算的楼面活载：0.5。1. 地下室（墙梁板柱） (注：上式恒载0.5（楼板面积楼梯面积）活载标准值)2. 首层 3. 标准层 4. 屋面 （注：上式中0.35为雪荷载标准值）5. 电梯、出屋面楼梯、机房及水箱 集中于各楼层标高处的重力荷载代表值计算图如图5所示。2.5.3 等效总重力荷载代表值计算 本设计抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，场地类别为类场地，依此查得：水平地震影响系数最大值0.08，特征周期值0.35s,取阻尼比0.05。 结构总得重力荷载代表值 结构等效总重力荷载代表值 2.5.4 横向框架侧移刚度计算 地震作用是根据各受力构件得抗侧刚度来分配得，同时，若用顶点位移法求结构得自振周期时也要用到结构得抗侧刚度，为此先计算各楼层柱得抗侧刚度。1. 中框架柱侧移刚度计算 （1） 1层 B柱 ； D柱 ； E柱 ； F柱 ； （2） 1层 B柱 ； D柱 ； E柱 ； F柱 ； （3） 一般层 B柱 ； D柱 ； E柱 ； F柱 ； 2. 边框架柱侧移刚度计算（1） 1层 B柱 ； D柱 ； E柱 ； F柱 ； （2） 1层 B柱 ； D柱 ； E柱 ； F柱 ； （3） 一般层 B柱 ； D柱 ； E柱 ； F柱 ； 3. 计算结果 计算结果详见表7、表8、表9。 表7 中框架柱侧移刚度D值 B柱层次/（）h/m()根数290.360.1531.423.30.239405510.3910.1641.3023.60.197711510.4560.3891.1164.20.2953225D柱290.800.2861.423.30.447515510.8700.3031.3023.60.365283511.0130.5021.1164.20.3811105 E柱290.840.2961.423.30.463163510.9130.3131.3023.60.377339511.0630.5101.1164.20.3871845 F柱290.400.1671.423.30.261311510.4350.1791.3023.60.215794510.5060.4011.1164.20.3044335 297.0569715.07806416.840245表8 边框架柱侧移刚度D值B柱层次/（）h/m()根数290.270.1191.423.30.186204210.2930.1281.3023.60.154311210.3420.3601.1164.20.2733062 D柱290.600.2311.423.30.361455210.6520.2461.3023.60.296567210.7590.4561.1164.20.3461882 E柱290.630.241.423.30.375537210.6850.2551.3023.60.307417210.7970.4641.1164.20.3522612 F柱290.300.1301.423.30.203416210.3260.1401.3023.60.168778210.3800.3701.1164.20.3044332 292.25322411.85414612.552376 表9 横向框架层间侧移刚度层次11299.3926217.6347869.3101942.5.5 横向自振周期计算 1. 把折算到主体结构的顶层 2.结构顶点的假想侧移计算先由式(2.1)计算楼层剪力，再由式(2.2)计算层间相对位移，最后由式(2.3)计算结构的顶点位移。 （2.1） （2.2） （2.3）计算过程见表10，其中第9层的. 表10 结构顶点的假想侧移计算 层次/ /()/m/m 911750.09211750.0929310190.0126210.640909 810175.52521925.6179310190.0235500.628288 710175.52532101.1429310190.0344800.604738 610175.52542276.6679310190.0454090.570258 510175.52552452.1929310190.0563380.524849 410175.52562627.7179310190.0672680.468511 3