乐至某框架办公楼结构设计计算书-本科毕业论文

2017届土木工程专业毕业设计目 录摘 要IAbstractII引 言III第一章 建筑设计11. 建筑设计概要12. 设计说明13. 建筑构造说明14. 门窗表25. 设计依据2第二章 结构设计31. 设计资料32. 柱网布置33. 结构选型及承重方案44. 梁、柱截面尺寸初步估算45. 计算简图及梁柱线刚度5第三章 荷载标准值计算61. 恒载标准值计算62. 活载标准值计算93. 竖向荷载下框架受荷总图9第四章 横向水平荷载作用下结构侧移计算131. 侧移刚度D计算132. 风荷载计算153. 风荷载作用下位移计算154. 重力荷载代表值计算165. 水平地震作用及地震剪力186. 水平地震作用下的侧移19第五章 荷载作用下框架结构内力计算201. 竖向恒荷载作用下结构内力计算202. 竖向活荷载作用下结构内力计算273. 水平横向风荷载作用下结构内力计算324. 水平地震作用下结构内力计算36第六章 内力组合39第七章 截面设计441. 框架柱截面设计442. 框架梁截面设计473. 板的截面设计50第八章 楼梯设计53第九章 基础设计561.基础底面尺寸计算562. 地基承载力验算573. 基础高度验算574. 基础底板配筋计算58第十章 设计心得59参考文献60致谢61乐至某框架办公楼设计 Xxx重庆三峡学院土木工程学院土木工程专业2013级重庆万州404100摘 要本设计为乐至某框架办公楼设计，采用整体现浇框架结构。在建筑设计完成之后进行结构设计。在建筑设计时先进行建筑方案设计，待建筑方案通过后进行建筑施工图的绘制。完成建筑施工图绘制之后，根据建筑施工图确定结构布置方案，在确定框架布局后，选取横向一榀框架作为代表进行计算，本设计以轴线为代表进行计算。在进行结构设计时，先对水平地震荷载和风荷载、竖向恒荷载和活荷载进行内力计算，水平地震荷载和风荷载的内力计算采用D值法计算，竖向的恒荷载和活荷载的内力计算采用弯矩二次分配法进行计算。在计算出各种内力计算之后，然后进行内力组合，内力组合时要考虑地震的作用，之后找出最不利的内力组合，选取最安全的结果计算配筋，设计时先算上部结构，再进行下部基础设计。最后进行施工图的绘制。施工图的绘制要依据混凝土制图规范和混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图。关键词：框架结构，结构设计，办公楼设计，最不利设计IDesign of a frame office building in LezhiXxxSchool of civil engineering, Chongqing Three Gorges University,2013,Chongqing wanzhou 404100AbstractThis design is a framework of Lezhi office building, the cast-in-place frame structure. The structure design in architectural design. The first architectural design in architectural design, through the construction scheme for drawing construction drawing. Complete construction drawing after determine the layout of the structure according to the construction drawings in determining the distribution framework, after selecting one transverse framework as representatives of the calculation, the design of the axis represented to calculate.In structural design, the horizontal seismic load and wind load, vertical constant load and live load internal force calculation, the D value method to calculate the internal force calculation of horizontal seismic load and wind load, calculated by moment two methods of distribution to calculate the internal force of vertical constant load and live load. After calculating the various the internal force calculation, and then the combination of internal forces, internal force combination should be considered when the earthquake, then find out the most unfavorable combination of internal forces, the safety results of the reinforcement design, first calculate the upper structure, then lower the foundation design. Finally, the construction drawing.The drawing of the construction drawing should be based on the concrete drawing standard and the concrete structure construction drawing plane integral representation method the drawing rule and the construction detailKey words:frame structure, structural design, office building design, the most unfavorable designI引 言作为一名即将毕业的土木工程专业的本科生，在大学几年的理论学习后，要结合社会的实际情况，检验一下所学习的专业知识是否专业和完善。毕业设计恰好就是一种最好的检验，可以使两年本科所学习的知识得到综合利用，使得各方面的知识系统化和实践化。通过独立完成毕业设计，可以培养独立思考、独立工作的能力，以及调查、分析和查阅资料的能力。本次毕业设计题目为乐至某框架办公楼设计，结构形式采用整体全现浇框架结构。在熟悉本课题设计任务书的基础上，结合当地的自然条件，施工技术水平，并查阅相关建筑设计的书籍和规范，独立完成办公楼工程的建筑方案设计，并最终绘制出建筑施工图。通过建筑方案的设计，对框架结构进行柱网布置和结构选型，并确定材料类型和截面尺寸。首先，通过现行规范选定房间作法，并以此计算框架结构各层的重力荷载代表值；其次，采用合适的计算方法对竖向荷载作用下框架结构的内力、水平地震荷载作用下框架结构内力及侧移进行计算；最后，通过以上的结构计算，对框架结构进行截面设计（梁、板、柱截面尺寸及配筋）、楼板设计（楼板尺寸及配筋）、楼梯设计（平台板、楼梯梁、梯段板截面尺寸及配筋）、基础设计（柱下独立基础的截面设计及配筋），使得截面的配筋满足构造要求。最后通过框架结构的结构设计及计算结果，绘制出框架结构的结构施工图。III 第1章 建筑设计1. 建筑设计概要本例设计为4层钢筋混凝土框架结构，总建筑面积为2995.2m2。根据建筑使用功能和给出的建筑环境加以分析，建筑平面选用“矩形”布置，主入口面向南。出于所给场地的地形，建筑物抗震有利的因素的考虑，以及办公楼对简洁庄严的外观要求，建筑的平面布置为对称形式最为合理。不论从建筑的节能与保温上还是在施工的经济性方面上，内廊形式都应该是首选方案。建筑平面长为48m，宽为15.6m，平面图设计具体见建施图。建筑立面设计讲究色彩对比，每层外墙面水刷石，正立面图、背立面图和侧立面图见建施图。建筑剖面设计，每层层高都为3.6m，内外地坪高差取0.45m，女儿墙高取1.0m，剖面设计具体见建施图。屋面排水采用落水管外排水，屋面坡度为2%，落水管个数根据本设计的屋顶布置样式确定为4根，见建施图。2. 设计说明（1）设计标高：室内设计标高为0.000，室内外高差450mm。（2）墙身做法：外墙与内墙均采用灰砂砖，用M5混合砂浆砌筑，外墙面为水刷石，内墙面20厚抹灰；内墙两侧均为20厚抹灰。 （3）楼面做法：办公区：100厚现浇钢筋混凝土楼板，10厚石灰抹灰，20厚水磨石地面，20厚水泥砂浆找平；卫生间：20厚小瓷砖，20厚水泥砂浆找平 ，素水泥结合层一道，80厚现浇混凝土板 10厚混合砂浆。走廊楼梯：平铺20厚大理石地面，20厚干硬性水泥砂浆找平，100厚钢筋混凝土楼板，10厚混合砂浆。（4）屋面做法：20厚细石混凝土防水层，SBS改性沥青防水防水卷材，100厚水泥陶粒找坡2%，10厚水泥抹底，100厚钢筋混凝土板,20厚水泥砂浆找平。（5）门窗做法：首层门厅处为玻璃门，楼梯间为防火门，办公室门为钢塑门；窗户均为钢塑窗。（6）楼梯做法：分别采用平行双跑楼梯和双跑楼梯。（7）散水做法：素土夯实，150厚3：7灰土，70厚C10混凝土，再用15厚1：1水泥沙子赶光，面层用50后C15混凝土铺筑。散水宽度取600mm，坡度取3%，每6m留一条变形缝，用沥青砂浆嵌缝。3.建筑构造说明（1）楼梯设计应符合防火规范规定，主要楼梯设于入口附近，位置明显。（2）走道宽度应符合防火规范规定，应注意走道的采光要求，走道过长时应考虑增加采光口或在走道端部开窗，尽量减少在每个房间的内墙上开设高窗。（3）门的最小宽度应根据人流通行和建筑防火而定。天然采光房间窗的面积大小由各房间采光系数决定。4.门窗表5.设计依据1、 房屋建筑制图统一标准2、 建筑制图标准3、 高层民用建筑防火规范3、 办公建筑设计规范4、 建筑设计防火规范5、 建筑给排水设计规范6、 重庆三峡学院毕业设计任务书第2章 结构设计1.设计资料（1） 地质条件：基本设防烈度为5度，设计地震分组为第三组，抗震等级为四级，设计基本地震加速度值为0.05g，此建筑场地类别为二类场地。（2） 气候条件：地处中纬度季风区，属亚热带季风气候，日均气温16.7，年均降水量918mm，基本风压0.20KN/m2，全年西北，夏季东南，基本雪压0.3KN/m2雪荷载准永久系数0.35，屋面积雪分布系数1.0。（3） 材料选用：混凝土：采用C30，抗压强度设计值fc=14.3N/mm2，抗拉强度设计值为：ft=1.43N/mm2；钢筋：纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB400，抗压强度设计值与抗拉强度设计值fy=360N/mm2，其余采用热轧钢筋HPB300，抗压强度设计值与抗拉强度设计值fy=270/mm2；墙体：外墙与内墙均采用灰砂砖，其重度为=18KN/m2； 门窗：钢塑门窗=0.35N/m2，木门=0.2KN/m2。 2.柱网布置柱网布置：本办公楼采用柱距为8m的小柱网三跨内廊式，边跨为6.6m，中间跨为2.4m，层高取3.6m。如图 图2.2.1 柱网布置3.结构选型及承重方案本办公楼采用钢筋混凝土现浇框架结构体系，屋面结构采用现浇钢筋混凝土肋形屋盖以及刚柔性相结合的屋面，屋面板厚100mm，楼面结构采用全部采用现浇钢筋混凝土肋形楼盖，板厚100mm。楼梯结构采用钢筋混凝土梁式楼梯。竖向荷载的传力途径：楼板的均布荷载经次梁间接或直接传至主梁，再有主梁传至框架柱，最后传至地基。根据以上楼盖的平面布置及竖向荷载的传力途径，本办公楼框架的承重方案为横向框架承重方案。4.梁、柱截面尺寸初步估算框架梁的截面尺寸应该根据承受的竖向荷载的大小、梁的跨度、框架的间距、是否考虑抗震设防要求以及选用的混凝土材料强度等诸多因素综合考虑确定。但在一般情况下，框架梁的截面尺寸可先按以下两式估算。 则：式中l0梁的计算跨度，这里取6600mm。 取600 取300 表2.4.1 梁截面尺寸(mm)及各层混凝土强度等级层次横梁bh纵梁次梁AB跨、CD跨BC跨15300600300600300600300500框架柱截面采用方形截面，在多层建筑中，框架柱截面尺寸按柱的轴压比限值公式计算： (1) 柱组合的轴压力设计值N=Gqsn12式中: G -竖向荷载分项系数1.35 q-每个楼层上单位面积的竖向荷载,可取q=14KN/m2 s-柱一层的荷载面积，边柱83.3=26.4m2、中柱84.2=33.6m2 n-柱荷载楼层数为4 1-考虑水平力产生的附加系数，风荷载或四级抗震时1=1.05 2-边角柱轴向力增大系数,边柱2 =1.1,中柱2 =1.0 -柱由框架梁与剪力墙连接时,柱轴力折减系数,可取为0.8（2） 轴压比初步确定框架柱截面尺寸AcN/Nfc式中：N - 框架柱的轴压比，四级抗震取1.0 Ac -框架柱的截面面积 f c-柱混凝土抗压强度设计值为14.3N/m3 N-柱轴向压力设计值则： 边柱 N=1.351426.441.051.10.8=1844.16KN Ac1844.161000/(1.014.3) = 128962.24mm2=359.11mm359.11mm 取450mm450mm 中柱 N=1.351433.641.051.00.8=2133.7KN Ac2133.71000/（1.014.3）=149212.2mm2=386.28mm386.22mm 取450mm450mm5.计算简图及梁柱线刚度框架的计算单元如图2.5.1所示，取3轴的一榀框架计算。假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。由于各层柱的截面尺寸不变，故梁跨等于柱截面形心轴线之间的距离。底层柱高从基础顶面算至二层楼面，基顶标高根据地质条件、室内外高差定为-0.55-0.45=-1.0m，二层楼面标高为3.6m，则底层柱高为4.6m，其余各层柱高从楼面算至上一层楼面（即层高），均为3.6m。由此计算梁柱线刚度。 图2.5.1 计算单元 根据框架柱截面惯性矩公式I=（1/12）bh3与框架柱的线刚度公式i=EcI/H计算梁柱线刚度：对于中框架梁惯性矩取I=2Io，Io为梁按矩形截面计算的惯性矩。左边跨梁 I=EI/L=3.0107KN/m221/120.3m（0.6m）3/6.6m=4.91104KNm中跨梁 I=EI/L=3.0107KN/m21/1220.3（0.6m）3/2.4m=13.5104KNm右边跨梁 I=EI/L=3.0107KN/m221/120.3m（0.6m）3/6.6m=4.91104KNm底层柱（AD轴） I=EI/L=3.0107KN/m21/12（0.45m）4/4.6m=2.23104KNm其余各层柱（AD轴） I=EI/L=3.0107KN/m21/12（0.45m）4/3.6m=2.85104KNm令中跨梁的线刚度I=1，则其余杆件的相对线刚度为 左边跨梁I=4.91104KNm/13.5104KNm=0.36 右边跨梁I=4.91104KNm/13.5104KNm=0.36 底层柱（AD轴）I=2.23104KNm/13.5104KNm=0.16 其余各层柱（AD轴）I=2.85104KNm/13.5104KNm=0.21框架梁柱的相对线刚度如图2.5.2所示，作为 计算各节点杆端弯矩分配系数的依据。 图2.5.2 轴剖面计算简图第3章 荷载标准值计算1. 恒载标准值计算（1）屋面防水层（刚性）30厚C20细石混凝土防水 0.03m20KN/m3=0.6KN/m 2SBS（3+3）改性沥青防水卷材 0.4KN/m220厚的1：3水泥砂浆找平层 0.02m20N/m30.4kN/m2100厚1:8水泥陶粒找坡 0.1m14N/m3=1.4kN/m2100厚的钢筋混凝土板 0.10m25N/m3=2.5kN/m220厚水泥砂浆找平层 0.02m20N/m30.4kN/m210厚板底抹底 0.01m17KN/m3=0.17kN/m2 合计： 5.87kN/m2（2）各层走廊及楼梯平铺20厚大理石地面 0.02m28KN/m3=0.56KN/m220厚干硬性水泥砂浆找平 0.02m20KN/m3=0.40KN/m2素水泥结合层一道 100厚钢筋混凝土楼板 0.1m25KN/m3=2.5KN/m210厚混合砂浆 0.0117KN/m3=.0.17KN/m2合计： 3.63kN/m2 （3）各层卫生间20厚小瓷砖 0.55KN/m220厚水泥砂浆找平 0.02m20KN/m3=0.4KN/m2素水泥结合层一道 80厚现浇混凝土板 0.08m25KN/m3=2.0KN/m210厚混合砂浆 0.0117KN/m3=.0.17KN/m2合计： 3.12kN/m2（4）各层办公楼面20厚水磨石地面 0.02m24N/m3=0.48kN/m220厚水泥砂浆找平 0.02m20KN/m3=0.4KN/m2素水泥结合层一道 100厚现浇混凝土板 0.1m25KN/m3=2.5KN/m210厚混合砂浆 0.0117KN/m3=.0.17KN/m2合计： 3.55KN/m2（5）外墙20厚混合砂浆抹灰外墙面 0.02m17KN/m3（3.6m-0.6m）0.7=0.71KN/m 200厚灰砂砖墙体钢塑门 0.35KN/m32.1m=1.05KN/m 200厚灰砂砖墙体 0.2m18KN/m3（3.6m-0.6m）0.7=7.56KN/m20厚水泥粉刷内墙面 0.02m20KN/m3（3.6m-0.6m）0.7=0.84KN/m 合计： 10.16KN/m（6）内纵墙 200厚灰砂砖墙体 0.2m18KN/m3（3.6m-0.6m）0.7= 7.56KN/m 木门 2.1m0.2KN/m2=0.42KN/m20厚水泥粉刷墙面 20.02m（3.6m-0.6m）20KN/m30.7=1.68KN/m合计： 9.66KN/m（7） 内横墙200厚灰砂砖墙体 0.2m（3.6-0.6）m18KN/m3=10.8KN/m20厚水泥粉刷墙面 20.02m（3.6-0.6）m20KN/m3=2.4KN/m合计： 13.2KN/m（8）卫生间隔墙 20厚水泥粉刷墙面 20.02m3.5m20KN/m3=2.8KN/m200厚水泥空心砖墙体 0.2m3.5m9.8KN/m3=6.86KN/m合计： 9.66KN/m（9）横梁、纵梁（非次梁）300mm600mm钢筋混凝土梁 0.3m（0.6-0.1）m25KN/m3=3.75KN/m10厚混合砂浆 0.01m（0.3+0.6+0.6-0.1-0.1）m17KN/m3=0.22KN/m合计： 3.97KN/m（10）次梁300mm500mm钢筋混凝土梁 0.3m（0.5-0.1）m25KN/m3=3KN/m10厚混合砂浆 0.01m（0.3+0.5+0.5-0.1-0.1）m17KN/m3=0.19KN/m合计： 3.19KN/m（11）柱自重钢筋混凝土柱 0.45m0.45m25KN/m3=5.06KN/m 10厚混合砂浆 0.01m0.45m417KN/m3=0.31KN/m合计： 5.37KN/m2. 活载标准值计算（1） 根据荷载规范查得上人屋面：2.0KN/m2楼面：2.0KN/m2(办公)走廊及楼梯：2.5KN/m2卫生间：2.5KN/m2（2） 雪荷载 Sk=1.00.3KN/m2=0.3KN/m2屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取最大值。3. 竖向荷载下框架受荷总图 板传至梁上的三角形或梯形荷载，为简化计算按规范近似等效为均布荷载，荷载传递示意图见图3.3.1 图3.3.1 板传荷载示意图（1） AB轴间框架梁屋面板传荷载：恒载：5.87KN/m22m（1-0.32+0.33）2=22KN/m活载：2.0KN/m22m（1-0.32+0.33）2=6.94KN/m楼面板传荷载：恒载：3.55KN/m22m（1-0.32+0.33）2=13.3KN/m活载：2.0KN/m22m（1-0.32+0.33）2=6.94KN/mAB跨梁自重3.97KN/m（轴主梁）AB轴间框架梁均布荷载为屋面梁：恒载=梁自重+板传荷载=3.97KN/m+22KN/m=25.97KN/m活载=板传荷载=6.94KN/m 楼面梁：恒载=梁自重+板传荷载=3.97KN/m+13.3KN/m=17.27KN/m活载=板传荷载=6.94KN/m（2） BC轴间框架梁屋面板传荷载：恒载：5.87KN/m21.2m5/82=8.8KN/m活载：2.0KN/m21.25/82=3KN/m楼面板传荷载：恒载：3.63KN/m21.2m5/82=5.44KN/m活载：2.5KN/m21.2m5/82=3.75KN/mBC跨梁自重3.97KN/m（轴主梁）BC轴间框架梁均不荷载为屋面梁：恒载=梁自重+板传荷载=3.97KN/m+8.8KN/m=12.77KN/m活载=板传荷载=3KN/m楼面梁：恒载=梁自重+板传荷载=3.97KN/m+5.44KN/m=9.41KN/m活载=板传荷载=3.75KN/m（3） CD轴间框架梁屋面板传荷载：恒载：5.87KN/m22m（1-0.32+0.33）2=22KN/m活载：2.0KN/m22m（1-0.32+0.33）2=6.94KN/m楼面板传荷载：恒载：3.55KN/m22m（1-0.32+0.33）2=13.3KN/m活载：2.0KN/m22m（1-0.32+0.33）2=6.94KN/mCD跨梁自重3.97KN/m（轴主梁）CD轴间框架梁均布荷载为屋面梁：恒载=梁自重+板传荷载=3.97KN/m+22KN/m=25.97KN/m活载=板传荷载=6.94KN/m 楼面梁：恒载=梁自重+板传荷载=3.97KN/m+13.3KN/m=17.27KN/m活载=板传荷载=6.94KN/m（4） 女儿墙自重女儿墙做法：墙高1000mm，厚200mm，10厚混合砂浆抹灰女儿墙自重：0.2m1.0m18KN/m3+0.01m（1.0m2+0.2m）17KN/m3=3.94KN/m（5） A、D轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱恒载=女儿墙自重+梁自重+板传荷载 =3.94KN/m8.0m+3.97KN/m（8.0m-0.45m+6.6m/2-0.45m+0.1m）+23.19KN/m6.6m/4+5.87KN/m22.0m5/84.0m2+5.87KN/m22.0m（1-0.32+0.33）6.6m2/42+5.87KN/m22（1-0.32+0.33）6.6m=287.37KN顶层柱活载=板传荷载 =2KN/m22.0m5/84.0m2+2KN/m22.0m（1-0.32+0.33）6.6m2/42+2KN/m22（1-0.32+0.33）6.6m=89.47KN标准层恒载=墙自重+梁自重+板传荷载 =10.16KN/m（8.0m-0.45m）+13.2KN/m（6.6m/2-0.45m+0.1m）+213.2KN/m(6.6m-0.2m)/4+3.97KN/m（8m-0.45m+6.6m/2-0.45m+0.1m）+23.19KN/m6.6m/4+3.55KN/m22.0m5/84.0m+(3.55KN/m24m6m+3.12KN/m24m2m)/82.05/8+3.55KN/m22.0m（1-0.32+0.33）+3.12KN/m22.0m（1-0.32+0.33）6.6m/4+3.55KN/m22（1-0.32+0.33）6.6m2/4+3.55KN/m22m（1-0.32+0.33）=294.29KN标准层活载=板传荷载 =2.0KN/m22.0m5/84m+(2.0KN/m24m6m+2.5KN/m24m2m)/82.05/8+2.0KN/m22.0m（1-0.32+0.33）6.6m+2.0KN/m22.0m（1-0.32+0.33）+2.5KN/m22.0m（1-0.32+0.33）6.6m/4+2.0KN/m22m（1-0.32+0.33）6.6m=84KN基础顶面=基础梁自重+墙体自重 =3.97KN/m(8m-0.45m+6.6m/2-0.45m+0.1m)+3.19KN/m(6.6m-0.2m)/2+10.16KN/m（8.0m-0.45m）+13.2KN/m（6.6m/2-0.45m+0.1m）+13.2KN/m(6.6-0.2m)/2=219.79KN（6） B、C轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱恒载=梁自重+板传荷载 =3.97KN/m（8m-0.45m+3.3m+1.2m-0.45m）+3.19KN/m(2.4m-0.2m)/2+3.19KN/m(6.6m-0.2m)/2+5.87KN/m22.0m （1-0.32+0.33）6.6+5.87KN/m21.2m5/82.4m+5.87KN/m22.0m5/84.0m+5.87KN/m21.2（1-0.32+0.33）4.0m+5.87KN/m22.0m（1-0.32+0.33）6.6m+5.87KN/m21.2m5/82.4m=281.86KN/m顶层柱活载=板传荷载 =2.0KN/m22.0m （1-0.32+0.33）6.6+2.0KN/m21.2m5/82.4m+2.0KN/m22.0m5/84.0m+2.0KN/m21.2（1-0.32+0.33）4.0m+2KN/m21.2m5/82.4m=75.68KN/m标准层恒载=墙自重+梁自重+板传荷载 =9.66KN/m（8m-0.45m）+13.2KN/m（3.3m-0.45m/2）+13.2KN/m（6.6m-0.2m）/2+3.97KN/m（1.2m+3.3m-0.45m）+3.97KN/m（8m-0.45m）+3.19KN/m（2.4m-0.2m）/2+3.19KN/m（6.6m-0.2m）/2+3.63KN/m21.2m5/82.4m+3.63KN/m25/82.4m+3.63KN/m21.2m（1-0.32+0.33）4.0m2+3.55KN/m22.0m5/84.0m+(3.55KN/m24.0m6m+3.12KN/m24m2m)/8m5/8+3.55KN/m22m（1-0.32+0.33）6.6m+3.55KN/m22m（1-0.32+0.33）6.6m+3.12KN/m22m（1-0.32+0.33）6.6m/4+3.55KN/m22m（1-0.32+0.33)6.6m/2=373.04KN标准层活载=板传荷载 =2.5KN/m21.2m5/82.4m+2.5KN/m25/82.4m+2.5KN/m21.2m（1-0.32+0.33）4.0m2+2.0KN/m22.0m5/84.0m+(2.0KN/m