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中学行政办公楼设计毕业论文第一章 设计依据1.1 工程名称某中学行政办公楼设计1.2 工程概况本项目为某中学行政办公楼。工程共8层，结构计算的一榀框架为7层，首层层高4.2m，其余各层层高均为3.6m，室内地坪为0.000，室内外高差0.6m。框架梁、板、柱均为现浇。1.3 工程地质情况(自然底面标高3.8，道路标高4.5)：层序岩土名称层厚（m）压缩模量（MPa）地基承载力特征值（kPa）钻孔灌注桩侧阻力特征值（kPa）钻孔灌注桩端阻力特征值（kPa）（2）粘土0.701.83.28010（3）-1淤泥1.65.41.3405（3）-2淤泥夹粉砂1.04.32.0506（3）-3粉砂夹淤泥3.415.34.58018（3）-4淤泥夹粉砂0.58.52.0558（3）-5淤泥7.411.91.6458(3)-6淤泥质粘土7.816.52.86010(3)-7淤泥质粘土夹粉砂0.910.93.57013(3)-8淤泥质粘土2.37.23.06511(4)-1卵石0.75.025030800(4)-2粉砂夹粉质粘土0.51.57.018025400(4)-3卵石1.120.7300351500(5)中风化5.28.320001504000注：本工程勘察期间测得稳定地下水位埋深为0.61.67，高程2.563.13m，地下水位年变化幅度约23m，常年水位可取3.5m。 本工程的0.00相当于绝对标高为4.95m。1.4 荷载及抗震设防要求1. 活载办公室 2.0KN/ m2厕所 2.5KN/ m2走廊、门厅 2.5KN/ m2楼梯 3.5KN/ m2不上人屋面 0.5KN/ m2上人屋面 2.0KN/ m22. 风荷载基本风压 0.6KN/ m2 3. 地震设计烈度按6度设防1.5 材料强度等级 混凝土： 采用C30钢筋： 纵向受力筋采用热轧钢筋HRB335，其余采用热轧钢筋HPB235砂浆和砂块：外墙采用烧结多孔砖（20孔），强度等级不小于MU10，混合砂浆强度等级不小于M5.0；内墙采用轻集料混凝土空心砌块，强度等级M5.01.6 屋面、楼地面做法参见建筑施工图1.7 参考图集及规范1楼盖结构设计原理2高层建筑结构设计3混凝土及砌体结构4建筑工程课程设计指南5结构力学的若干问题6办公楼设计指导7房屋建筑学 武汉工业大学出版社8混凝土结构设计（上、下） 武汉理工大学出版社9基础工程 同济大学出版社10建筑结构设计 东南大学出版社11结构力学 人民教育出版社12地基与基础 武汉工业大学出版社13土木工程专业毕业设计指导 科学出版社14实用钢筋混凝土构造手册 中国建筑工业出版社15房屋建筑制图统一标准（BG50001-2001） 中国建筑工业出版社16建筑结构制图标准（BG50105-2001） 中国建筑工业出版社17建筑设计防火规范（GBJ1687） 中国建筑工业出版社18民用建筑设计规范（GBJI0I8-7） 中国建筑工业出版社19建筑抗震设计规范（GB500112001） 中国建筑工业出版社20中小学建筑设计规范（GBJ99-86） 中国计划出版社21建筑楼梯模数协调标准（GBJI0I-87） 中国建筑工业出版社22建筑结构荷载规范（GB5009-2001） 中国建筑工业出版社23建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068-2001） 中国建筑工业出版社24混凝土结构设计规范（GB500102002） 中国建筑工业出版社25地基与基础设计规范（GB5007-2002） 中国建筑工业出版社本工程采用框架结构体系，框架抗震等级为三级。本工程耐火等级为二级，其建筑构件的耐火极限及燃烧性能均按民用建筑设计规范（GBJI0I8-7）执行.全部图纸尺寸除标高以米为单位外均以毫米为单位。本工程结构图中所注标高均为结构标高。第二章 结构布置及梁柱线刚度21 结构布置2.1.1 框架柱柱截面尺寸根椐柱的允许轴压比mc按下式计算确定。根据建筑抗震设计规范GB50011-2001第6.3.7条，框架抗震等级为三级时柱的轴压比限值为mc=0.9。为使结构在两个主轴方向的动力特性相近，柱截面采用方柱，柱的轴力设计值Nc按下式估算。最大负载的柱为5B、5C处，则其最大轴力估算为：=1.2514(7.24.8)51.051.01.0=3175.2 kN 因此，主楼框架柱截面尺寸确定为：600600。2.1.2 框架梁 根据抗震规范梁的截面宽度不宜小于200mm；截面高宽比小于4；梁净跨与截面高度之比宜大于4。 （1）BE轴纵向框架梁： h=(1/81/12)l =(1/81/12)7200 =900600，取h=650mm，b=240mm； （2）119轴BC段及DE段横向框架梁： h=(1/81/12)l =(1/81/12)7200 =900600，取h=650mm，b=240mm； （3）119轴CD段横向框架梁 按与AB段框架梁线刚度相等计算，即 mm故取h=450mm，b=240mm； （4）楼面次梁h=(1/121/18)l =(1/121/18)7200 =600450，取h=450mm，b=240mm；（5）现浇板厚h=(1/301/35)l =(1/301/35)3600= 120100，取h=120mm；标准层结构平面布置简图如图所示。注：梁的尺寸：L1=240650, L2=240450,L3=240450 边柱、内柱的尺寸均为：55055022 梁柱线刚度计算及框架计算简图确定框架梁柱计算跨度以柱形心线为准线。221 框架梁柱的线刚度计算对于中框架梁取I=2I0 左边跨梁（A-B）：i左边梁=EI/l = 3.0107kN/m221/120.24m(0.65m)3/7.2m=4.58104kNm 中跨梁(B-C)：i中跨梁=EI/l = 3.0107kN/m221/120.24m(0.45m)3/2.4m=4.56104kNm 右边跨梁(C-D)：i右边梁=EI/l = 3.0107kN/m221/120.24m(0.65m)3/6.6m=4.58104kNm 底层柱（A-D）：i底层柱=EI/l = 3.0107kN/m21/12(0.60m)4/5.3m=6.11104kNm 其余各柱（A-D）：i余柱=EI/l = 3.0107kN/m21/12(0.60m)4/3.6m=9.00104kNm 令 i余柱=1.0，则其余各杆件的相对线刚度为： i左边梁=0.72 i中边梁=0.72 i右边梁=0.72 i底层柱=0.68222 计算简图框架的计算单元如图一阴影部分的一榀框架，假定框架柱嵌固于基础顶面，根据地质条件基础承台顶标高定为-1.100m.则底层柱高度为5.3m。其余各层均为3.6m，由此可绘出计算简图如图所示框架计算简图第三章 荷载计算31 恒载标准值计算(1) 屋面（不上人）防水层（刚性）15厚细石混凝土防水 0.5KN/防水层（柔性）三毡四油铺小石子 0.4 kN/找平层：15厚水泥砂浆 0.015 m20 kN/m3=0.30 kN/找坡层：40厚水泥石灰焦渣砂浆3找平 0.04 m14 kN/m3=0.56 kN/保温层：40厚聚乙烯泡沫塑胶 0.04m0.5 kN/m3=0.02 kN/结构层：120厚现浇混凝土板 0.12m25 kN/m3=3 kN/抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m17 kN/m3=0.17 kN/ 合计： 5.25 kN/m2(2) 各层走廊地面10厚面层水磨石地面：20水泥砂浆打底 0.65 kN/ 素水泥砂浆结合层一道结构层：120厚现浇混凝土板 0.12 m25 kN/m3=3 kN/ 抹灰层：10厚混合砂浆 0.01 m17 kN/m3=0.17kN/ 合计： 3.82 kN/（3） 标准层楼面大理石面层，水泥砂浆擦缝30厚1:3干硬性水泥砂浆，面上撒2厚素水泥 1.16 kN/水泥砂浆结合层一道结构层：120厚现浇混凝土板 0.12 m25 kN/m3=3 kN/ 抹灰层：10厚混合砂浆 0.01 m17 kN/m3=0.17 kN/ 合计： 4.33 kN/ (4) 梁自重bh=240650梁自重： 25 kN/m30.24m（0.65m-0.12m）=3.18 kN/m抹灰层：10厚混合砂浆 0.17 kN/0.24m+2（0.65m-0.12m）=0.22Kn/m 合计： 3.40kN/mbh=240450梁自重： 25 kN/m30.24m（0.45m-0.12m）=1.98 kN/m抹灰层：10厚混合砂浆 0.17 kN/0.24m+2（0.45m-0.12m）=0.15Kn/m 合计： 2.13kN/m基础梁 bh=240450梁自重： 25 kN/m30.24m0.45m=2.7 kN/m（5） 柱自重bh=600600柱自重： 25 kN/m30.60m0.60m=9.00kN/m抹灰层： 10厚混合砂浆 0.41kN/m 合计： 9.41kN/m（6） 外纵墙自重标准层：纵墙： （3.6-0.65-1.81.5/3.6）m0.24m18kN/m3=9.50N/m铝合金窗： 0.95kN/m水刷石外墙面： 0.75 kN/m水泥粉刷内墙面： 0.54 kN/m 合计： 11.74kN/m底层：纵墙： （5.3-0.65-1.81.5/3.6）m0.24m18kN/m3=16.85N/m铝合金窗： 0.95 kN/m水刷石外墙面： 0.74 kN/m水泥粉刷内墙面： 0.54 kN/m 合计： 19.08kN/m（7） 隔墙自重标准层：内隔墙： （3.6-0.65）m0.24m9.8kN/m3=6.94N/m水泥粉刷内墙面： 0.54 kN/m 合计： 7.48kN/m底层：内隔墙： （4.2 m -0.65m）0.24m9.8 kN/=8.35N/m水泥粉刷内墙面： 0.54 kN/m 合计： 8.89kN/m32 活荷载标准值计算(1) 屋面和楼面活荷载标准值根据荷载规范查得：不上人屋面0.5(2) 楼面：办公室2.0，走廊2.5(3) 雪荷载：Sk=1.00.45 KN/=0.45 KN/屋面活荷载与雪荷载不同时考虑,取两者中的最大值，故取0.5 KN/33 竖向荷载下框架受荷总图根据结构平面布置图，选定5轴线一榀框架作为计算单元，如下图所示： 3.3.1 B-C轴间框架梁屋面板传荷载：恒载 5.25 kN/1.8m1-2(1.8/7.2)2+(1.8/7.2)32=16.83 kN/m活载 0.5 kN/1.8m1-2(1.8/7.2)2+(1.8/7.2)32=1.60 kN/m 楼面板传荷载：恒载 4.33 kN/1.8m1-2(1.8/7.2)2+(1.8/7.2)32=13.88kN/m活载 2.0 kN/1.8m1-2(1.8/7.2)2+(1.8/7.2)32=6.40kN/m梁自重 3.40kN/mB-C轴间框架梁均布荷载为：屋面梁 ： 恒载=梁自重+板传荷载=3.40 kN/m+16.83 kN/m=20.23kN/m活载=板传荷载=1.60 kN/m楼面梁 ： 恒载=梁自重+板传荷载=3.40 kN/m+13.88 kN/m =17.28kN/m活载=板传荷载=6.4kN/m3.3.2 C-D轴间框架梁屋面板传荷载：恒载 5.25 kN/1.2m5/82=7.88kN/m活载 0.5 kN/1.2m5/82=0.75 kN/m 楼面板传荷载：恒载 4.33 kN/1.2m5/82=5.73kN/m活载 3.75 kN/1.2m5/82=3.75kN/m梁自重 2.13kN/mC-D轴间框架梁均布荷载为：屋面梁 ： 恒载=梁自重+板传荷载=2.13 kN/m+7.88 kN/m=10.01kN/m活载=板传荷载=0.75 kN/m楼面梁 ： 恒载=梁自重+板传荷载=2.13 kN/m+5.73 kN/m =7.86 kN/m活载=板传荷载=3.75kN/m3.3.3 B轴柱纵向集中荷载计算顶层柱：女儿墙自重（做法：墙高1100mm，100厚混凝土压顶） 0.24m1.1m18KN/m3+25KN/m30.1m0.24m+(1.2m2+0.24m)0.5kN/m3=6.67KN/m天沟重（玻璃瓦+现浇天沟): 玻璃瓦自重：1.05m1.1KN/m2=1.16kN/m 现浇天沟：25KN/m30.60m+(0.2m-0.080m)0.08m+(0.6m+0.2m) (0.5KN/m2+0.36KN/m2)=2.13kN/m 合计： 3.29kN/m顶层：顶层柱恒载=女儿墙及天沟自重+梁自重+板传荷载=（6.67kN/m+3.29kN/m）7.2m+ 3.4kN/m（7.2m-0.60m）+5.25 kN/1.8m5/87.2m+16.83N/m7.2m0.5+2.13kN/m7.2m0.5=204.93kN顶层柱活载=板传活载=0.5kN/1.8m5/87.2m+1.6KN/m7.2m0.5=9.81 KN标准层：标准层柱恒载=墙自重+梁自重+板传荷载=10.54kN/m(7.2m-0.60m)+ 3.40kN/m（7.2m-0.60m）+4.33kN/1.8m5/87.2m+13.88N/m7.2m0.5+2.13kN/m7.2m0.5+7.48kN/m7.2m0.5=211.65kN标准层柱活载=板传活载=2.0kN/1.8m5/87.2m+6.4KN/m7.2m0.5=39.24 KN基础顶面恒载=底层外纵墙自重+基础梁自重=19.08KN/m(7.2m-0.60m)+2.7KN/m（7.2m-0.60 m）=143.75KN3.3.4 C轴柱纵向集中荷载计算顶层：顶层柱恒载=梁自重+板传荷载= 3.4kN/m（7.2m-0.60m）+5.25 kN/1.8m5/87.2m+16.83N/m7.2m0.5+2.13kN/m7.2m0.5+5.25 kN/1.2m1-2(1.2/7.2)2+(1.2/7.2)37.2m=176.27kN顶层柱活载=板传活载=0.5kN/1.8m5/87.2m+1.6KN/m7.2m0.5+0.5 kN/1.2m1-2(1.2/7.2)2+(1.2/7.2)37.2m=13.91KN标准层：标准层柱恒载=隔墙自重+梁自重+板传荷载=7.48kN/m(7.2m-0.55m)+ 3.40kN/m（7.2m-0.55m）+4.3kN/1.8m5/87.2m+13.88N/m7.2m0.5+2.13kN/m7.2m0.5+7.48kN/m7.2m0.5+3.82 kN/1.2m1-2(1.2/7.2)2+(1.2/7.2)37.2m=222.77kN标准层柱活载=板传活载=2.0kN/1.8m5/87.2m+6.4KN/m7.2m0.5+2.5 kN/1.2m1-2(1.2/7.2)2+(1.2/7.2)37.2m=59.24 KN基础顶面恒载=底层内隔墙自重+基础梁自重=8.89KN/m(7.2m-0.60m)+2.7KN/m（7.2m-0.60m）=76.50 KN 3.3.5 D轴柱纵向集中荷载计算 与C轴柱纵向集中荷载计算相同3.3.6 E轴柱纵向集中荷载计算 与B轴柱纵向集中荷载计算相同框架在竖向荷载作用下的受荷总图如图所示（图中数值均为标准值）图3.2 竖向受荷总图注：1.图中各值的单位为kN2.图中数值均为标准值34 风荷载计算作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中荷载标准值: 式中 - 基本风压； -风压高度变化系数，地面粗糙度为C类 -风荷载体型系数，根据建筑物的体型查表得=1.3 -风振系数，应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响，因房屋高度小于30m，且高宽比小于1.5 ,所以风振系数取1.0-下层层高-上层层高，对顶层为女儿墙高度的2倍 -迎风面的宽度，B=7.2 m3.4.1 集中风荷载标准值如表3.4.1所示离地高度z，m，m，mWk，kN/m226.40.9411.30.63.62.415.8422.80.8811.30.63.63.617.7919.20.8311.30.63.63.616.78 15.60.7511.30.63.63.615.1612.00.7411.30.63.63.614.968.40.7411.30.63.63.614.964.80.7411.30.64.53.617.45表4.1 集中风荷载标准值3.4.2风荷载作用下的位移验算构件名称12/h 2,kN/mA轴柱0.510.20316917B轴柱1.020.32727250C轴柱1.020.32727250D轴柱0.510.20316917D =16917+27250+27250+16917=88334kN/m横向25层D值的计算（h=3.6 m）构件名称12/h 2,kN/mA轴柱0.750.45511876B轴柱1.500.57114904C轴柱1.500.57114904D轴柱0.750.45511876D =11876+14904+14904+11876=53560kN/m 横向底层D值计算（h=5.3m）层号Wj/kNVj/kND kN.muj/muj/h715.8415.84883340.000181/20000617.7933.63883340.00038 1/9473516.7850.41883340.000571/6316415.1665.57883340.000741/4865314.9680.53883340.000911/3956214.9695.49883340.001081/3333117.45112.94535600.002111/1706 风荷载作用下框架侧移计算侧移验算：层间侧移最大值1/1706 1/550（满足）第四章 内力计算4.1 风荷载标准值作用下的内力计算4.1.1 框架在风荷载下的内力计算框架在风荷载（从左向右吹）下的内力用D值法进行计算.其步骤为：(1)求各柱反弯点处的剪力值；(2)求各柱反弯点的高度；(3)求各柱的杆端弯矩及梁端弯矩；(4)求各柱的轴力和剪力4.1.2 框架各柱的杆端弯矩、梁端弯矩计算框架各柱的杆端弯矩、梁端弯矩按下式计算: 中柱 边柱 4.1.3 框架柱反弯点位置见表4.1、表4.2、表4.3和表4.4层号h/myYh/m73.60.510.200000.200.7263.60.510.350000.351.2653.60.510.400000.401.4443.60.510.400000.401.4433.60.510.450000.451.6223.60.510.5000-0.050.451.6215.30.750.68 0-0.0300.653.45表4.1 A轴框架柱反弯点位置层号h/myYh/m73.61.020.350000.351.2663.61.020.400000.401.4453.61.020.450000.451.6243.61.020.450000.451.6233.61.020.450000.451.6223.61.020.5000-0.050.451.6215.31.500.60 0-0.01500.593.13表4.2 B轴框架柱反弯点位置层号h/myYh/m73.61.020.350000.351.2663.61.020.400000.401.4453.61.020.450000.451.6243.61.020.450000.451.6233.61.020.450000.451.6223.61.020.5000-0.050.451.6215.31.500.60 0-0.01500.593.13表4.3 C轴框架柱反弯点位置层号h/myYh/m73.60.510.200000.200.7263.60.510.350000.351.2653.60.510.400000.401.4443.60.510.400000.401.4433.60.510.450000.451.6223.60.510.5000-0.050.451.6215.30.750.68 0-0.0300.653.45表4.4 D轴框架柱反弯点位置4.1.4 风荷载下的内力计算 见表4.5、表4.6、表4.7、表4.8、表4.9层号Vi/kNDim Vi/kNyh/mMc上kN.mMc下kN.mMb总kN.m715.8488334169170.1923.040.728.762.198.76633.6388334169170.1926.461.2615.128.1417.31550.4188334169170.1929.681.4420.9113.9629.05465.5788334169170.19212.591.4427.1918.1341.13380.5388334169170.19215.461.6230.6125.0548.74295.4988334169170.19218.331.6236.2929.6961.341112.9453560118760.22225.073.4546.3886.4976.07表4.5 左风荷载下A轴柱剪力和梁柱端弯矩计算层号Vi/kNDim Vi/kNyh/mMc上/kN.mMc下/kN.mMb左/kN.mMb右 /kN.m715.8488334272500.3084.881.2611.426.155.715.71633.6388334272500.30810.36 1.4422.3814.9214.2714.27550.4188334272500.30815.53 1.6230.7525.1622.8422.84465.5788334272500.30820.20 1.6240.0032.7232.5832.58380.5388334272500.30824.80 1.6249.1040.1840.9140.91295.4988334272500.30829.41 1.6258.2370.6449.2149.211112.9453560149040.27831.40 3.1368.1498.2857.8957.89表4.6 左风荷载下B轴柱剪力和梁柱端弯矩计算层号Vi/kNDim Vi/kNyh/mMc上/kN.mMc下/kN.mMb左/kN.mMb右 /kN.m715.8488334272500.3084.881.2611.426.155.715.71633.6388334272500.30810.36 1.4422.3814.9214.2714.27550.4188334272500.30815.53 1.6230.7525.1622.8422.84465.5788334272500.30820.20 1.6240.0032.7232.5832.58380.5388334272500.30824.80 1.6249.1040.1840.9140.91295.4988334272500.30829.41 1.6258.2370.6449.2149.211112.9453560149040.27831.40 3.1368.1498.2857.8957.89表4.7 左风荷载下C轴柱剪力和梁柱端弯矩计算层号Vi/kNDim Vi/kNyh/mMc上kN.mMc下kN.mMb总kN.m715.8488334169170.1923.040.728.762.198.76633.6388334169170.1926.461.2615.128.1417.31550.4188334169170.1929.681.4420.9113.9629.05465.5788334169170.19212.591.4427.1918.1341.13380.5388334169170.19215.461.6230.6125.0548.74295.4988334169170.19218.331.6236.2929.6961.341112.9453560118760.22225.073.4546.3886.4976.07表4.8 左风荷载下D轴柱剪力和梁柱端弯矩计算层号梁端剪力 / KN柱轴力 / KNBC 跨VbBCCD 跨VbCDGH跨VbDEB轴NcBC轴D轴E轴NcEVbBC-VbCDNbCVbCD-VbDENcD72.014.762.01-2.01-2.75-2.752.752.752.0164.3911.914.39-6.40-7.52-10.277.5210.276.4057.2119.037.21-13.61-11.82-22.0911.8222.0913.61410.2427.1510.24-23.85-16.91-39.0016.9139.0023.85312.4534.0912.45-36.30-21.64-60.6421.6460.6436.30215.3541.0015.35-51.65-25.65-86.2925.6586.2951.65118.6148.2418.61-70.26-29.63-115.9229.63115.9270.26表4.9 左风荷载作用下框架柱轴力与梁端剪力4.2 恒荷载标准值作用下的内力计算弯矩二次分配法比分层法作了更进一步的简化。在分层法中，用弯矩分配法计算分层单元的杆端弯矩时，任一节点的不平衡弯矩都将影响到节点所在单元中的所有杆件。而弯矩二次分配法假定任一节点的不平衡弯矩只影响至与该节点相交的各杆件的远端。因此可将弯矩分配法的循环次数简化到一次分配、一次传递、再一次分配。所以本框架设计采用弯矩分配法计算框架内力，传递系数为1/2。各节点分配两次即可。表410 恒载作用下的框架弯矩内力二次分配表 恒载作用下的框架梁调幅后弯矩 图4.11 恒荷载作用下的M图（单位：kNm）图4.12 恒荷载作用下的V图（单位：kN）图4.13 恒荷载作用下的N图（单位：kN）4.2 活荷载标准值作用下的内力计算同恒载作用下用弯矩二次分配法计算框架内力，折减系数为1/2，各节点分配两次即可。恒载作用下的框架梁调幅后弯矩图4.14 活荷载作用下的M图（单位：kNm）图4.15 活荷载作用下的V图（单位：kN）图4.16活荷载作用下的N图（单位：kN）第五章 内力组合竖向荷载作用下的内力计算，用弯矩二次分配法计算。由前述的刚度比按计算节点各杆端的弯矩分配系数。各种荷载情况下的框架内力求得后，根据最不利又是可能的原则进行内力组合。当考虑结构塑性内力重分布的有利影响时，应在内力组合之前对竖向荷载作用下的内力进行调幅。分别考虑恒荷载和活荷载由可变荷载效应控制的组合和永久荷载效应控制的组合，并且比较两种组合的内力，取最不利者。由于构件控制截面的内力值应取支座边缘，为此，进行组合前，应先计算各控制截面处的（支座边缘处的）内力值。梁支座边缘处的内力值：式中 -支座边缘截面积的弯矩标准值； -支座边缘截面的剪力标准