成都市新都区水景湾办公楼建筑结构设计及施工组织设计毕业论文.doc

成都市新都区水景湾办公楼建筑结构设计及施工组织设计毕业论文 目录第一章 前言 11.1 本工程设计的意义1 1.2 本次设计的内容11.2.1 建筑设计简述1 1.2.2 结构设计简述 11.2.3 施工组织设计简述1 1.3 场地条件21.4 本设计的技术路线2第二章 建筑设计22.1 工程概况 32.2 总平面设计 32.3 总体设计 42.4 建筑平面设计 42.5 建筑立面设计 52.6 建筑剖面设计 62.7 建筑防火设计 7 2.8 小结 7 第三章 结构手算设计73.1 确定计算简图 83.1.1 一层建筑平面图 83.1.2 框架结构计算简图 83.1.3 框架梁的截面尺寸93.1.4 框架柱的截面尺寸93.1.5 材料强度等级93.2 荷载计算93.2.1屋面横梁竖向线荷载标注值103.2.2楼面横梁竖向线荷载标准值123.2.3屋面框架节点集中荷载标准值133.2.4楼面框架节点集中荷载标准值133.2.5风荷载153.3建筑物的重力代表值计算163.3.1 建筑物的总重力荷载代表值Gi计算 163.3.2 集中于三、四层处的质点重力荷载的代表值G3、G2 163.3.3集中于三、四层处的质点重力荷载的代表值G1173.4地震作用计算173.5 框架自震周期的计算 213.5.1横向框架自震周期213.5.2横向地震作用计算233.6 框架内力计算 233.6.1计算单元的选择 233.6.2恒载作用下的框架内力计算 24 3.6.2.1弯矩分配系数24 3.6.2.2杆件固端弯矩26 3.6.2.3节点不平衡弯矩27 3.6.2.4内力计算283.6.3活载作用下的框架内力计算 34 3.6.3.1梁固端弯矩34 3.6.3.2 纵梁偏心引起柱端附加弯矩36 3.6.3.3各节点不平衡弯矩363.6.4 风荷载作用下的位移、内力计算403.6.5 地震作用下横向框架的内力计算443.6.6横向框架抗震变形计算503.7 框架内力组合523.7.1 荷载组合523.7.2 控制截面及最不利内力53 3.7.2.1 控制截面53 3.7.2.2 最不利组合53 3.7.3 弯矩调幅533.7.4 内力组合553.8 框架梁柱截面设计573.8.1 框架横梁配筋573.8.2柱截面承载力计算61 3.8.2.1柱配筋构造措施613.9 楼梯结构设计633.9.1 楼梯设计概述633.9.2 楼梯设计的一般要求及构造处理633.9.3楼梯结构设计653.9.4 梯段板计算653.9.5 休息平台板计算663.9.6 梯段梁的计算673.10 现浇楼面板设计683.10.1 楼板类型与设计方法的选择683.10.2 设计计算简图693.10.3 求支座中点最大弯矩693.10.4 区格板的计算70 3.10.4.1 A区格板70 3.10.4.2 D区格板713.10.5 板内配筋计算713.11 基础设计723.11.1 基础设计资料723.11.2 荷载计算723.11.3 边柱基础设计73 3.11.3.1 确定基础尺寸73 3.11.3.2 轴心作用下地基承载力验算75 3.11.3.3 偏心作用下地基承载力验算75 3.11.3.4 基础冲切验算75 3.11.3.5 基础配筋计算763.11.4 中柱基础设计76 3.11.4.1 确定基础尺寸773.11.5 基础梁设计79 3.11.5.1 恒载作用下梁的荷载统计79 3.11.5.2由恒载引起的弯矩设计值79 3.11.5.2由荷载引起的剪力设计值79 3.11.5.4 截面设计80第四章 结构电算设计814.1 概述814.2 结构平面计算机辅助设计（PMCAD）814.2.1结构建模814.2.2结构平面图864.3三维组合结构（SATWE）874.3.1 柱的轴压比884.3.2 层间最大位移884.3.4 粱的挠度图894.4 墙梁柱施工图894.4.1 梁施工图894.4.2 柱施工图894.5 基础组合（JCCAD）904.5.1 地质资料输入904.5.2 基础人机交互输入904.6 楼梯（LTCAD）914.7 工程量统计（STAT-S）924.8 电算与手算对比934.8.1 手算934.8.2 电算944.8.3 对比结果考虑95第五章 主体工程施工组织设计975.1 编制依据975.2工程概况975.2.1 总体概况975.2.2 建筑设计概况975.2.3 结构设计概况985.2.4 工程、水文及气象概况985.2.5施工条件及技术经济条件985.2.6 工程特点995.3 施工部署995.3.1 现场组织管理机构995.3.2施工准备1005.3.3施工原则1005.3.4施工顺序1005.4 施工进度计划及总平面布置1015.4.1 总体施工进度计划1015.4.2 阶段性施工进度计划1015.5 工程主要的施工方法1035.5.1土方工程1035.5.2钢筋工程1035.5.3模板工程104 5.5.4混凝土工程1055.5.5砌体工程1065.5.6装饰工程1075.5.7防水工程1075.5.8室外道路工程1075.6关键工序质量保证措施1075.6.1 框架结构钢筋1085.6.2框架结构砼1085.6.3屋面防渗漏措施1085.6.4室内给排水防渗漏措施1095.7质量保证体系1095.7.1各部门职责1095.7.2质量保证工作制度1115.8安全生产及消防保证措施1115.8.1 安全管理措施1115.9文明施工1115.9.1 场内规划1115.9.2场具管理112结论112致谢112参考文献113 第1章 前言1.1 本工程设计的意义 此次的土木工程毕业设计,在毕业前的最后阶段学习和综合训练的机会。若要完成工程设计类毕业设计,就需要我们能熟练的运用结构力学、建筑结构、结构设计、施工组织设计等知识；完成此次设计过程是我们大学四年来的基础学习和专业知识的集成以及深化和扩大的过程。通过此次设计,我们可以熟悉的掌握和应用设计规范和标准(或通用)图集,掌握设PKPM结构设计软件和天正建筑的基本设计原则和程序，同时增加对施工组织设计过程的理解。然后为将来工作打下基础。 1.2 本次设计的内容本次课题的设计内容是建筑设计、结构设计和施工组织设计。1.2.1 建筑设计简述此次建筑设计包含了平面、立面、和剖面设计和细部构造。同时，采用天正建筑软件绘制办公楼的平面图、立面图和剖面图，它对工程建设的总体规划与战略布置具有重要意义。1.2.2 结构设计简述在结构方案选择上，采用了框架结构体系。框架结构具有结构布置灵活、传力明确、延性良好、抗震性及整体性良好的优点。同时对于办公楼来说可提供较大的使用空间，也可构成丰富多变的立面造型。本次结构设计部分主要对第轴横向框架进行手算。首先使用分层方法确定了框架布局以及完成代表重力荷载的统计和抗侧移刚度的计算,在使用顶点位移法求出横向自振周期的前提下,使用底部剪力法寻求框架结构水平地震作用下的内力,和地震作用下的层间位移角。然后根据静态等效原理,将风荷载转化成了节点集中荷载，完成了风荷载作用下框架结构内力的计算，并对风荷载作用下的水平位移进行了验算。接下来,用第一个5轴横向框架为计算单位,确定水平框架图垂直荷载作用下计算,采用弯矩二次分配法求出固定端弯矩。而后在得到一系列荷载作用下的内力以后，又分别对框架梁、框架柱完成了抗震和非抗震的内力组合、最不利荷载下的截面配筋设计。 1.2.3 施工组织设计简述在拥有建筑施工图和结构施工图的基础上，根据现场环境完成施工部署，制定施工方案，完成施工总平面图的布置，同时绘制完成主体工程的施工进度计划表，并列出资源供应计划。1.3 场地条件场地工程地质条件：场地地表土土层为杂填土，厚度0.3m；杂填土之下为红粘土，厚度0.2m，=18kN/m3，=5o，fak=170kPa；红粘土之下为粗砂，厚度0.2m，=20kN/m3，=15o，fak=160kPa；粗砂之下为碎石，厚度2m，=20kN/m3，=15o，fak=230kPa，碎石下面是风化岩，厚度为10m，=20kN/m3，=15o，fak=230kPa。1.4 本设计的技术路线这个设计过程可以大致分为以下步骤：（1） 首先熟悉设计资料进行调查研究（2）初步确定建筑设计方案（3）再根据实际工程资料研究考虑（4）确定建筑设计方案（5）建筑施工图的作图（6）研究地勘等报告（7）结构类型的选取（8）结构的布局与放置（9）结构的 PKPM计算（10）绘制结构施工图（11）进行结构一榀框架的手算（12）分析对比电算与手算的差别及原因2 第二章 建筑设计2.1 工程概况该工程位于成都市新都区，场地平坦、开阔，交通便捷。总建筑面积为4000，结构抗震等级三级，类场地，防火等级为二级，抗震设防裂度为度，设计使用年限为50年，层高均为3.9米。本工程除总平面尺寸及标高以米为单位外，其余均以毫米为单位，0.000标高相对于绝对标高。2.2 总平面设计 该工程位于成都市新都区，交通便利，道路畅通。总平面图如图2-1所示。 图2-1 总平面图2.3总体设计(1)楼地面做法楼面为100mm厚，屋面为120mm厚。楼面为水磨石楼面，屋面防水采用卷材防水屋面。室内经常有水房间应设地漏,楼地面用1：2.5水泥砂浆（掺3%防水）做不小于1%排水坡度坡向地漏，最薄处20厚，地面最高点标高低于同层房间地面标高20。(2)屋面工程屋面防水等级为三级，具体详见建筑说明（西南03J201）屋面雨水采用100PVC管；落水管到地面接入室外雨水沟，再接室外雨水管网。凡管道穿屋面等屋面留空洞位置需要检查核实后再做防水材料，避免做防水材料后再凿洞。(3)墙体工程外墙为240厚混凝土小型空心砌块，内墙为190厚混凝土小型空心砌块。内外墙装修采用混合砂浆找平后刷漆。(4)门窗工程在生产加工门、窗之前，应对门窗洞口进行实测，门窗安装前预埋在墙或柱内的结构应做防腐，防锈处理。2.4 建筑平面设计 该建筑物平面为矩形，总长度为46.8m，总宽度为17.4m，由于办公建筑人流量较大，顾采用大开间框架结构，分别在两侧设置楼梯。本工程采用平屋顶，采用2%的排水坡度，屋顶设计满足功能，结构、 建筑艺术三方面要求，屋面采用高分子卷材防水屋面，其构造简单，施工方便快捷，造价成本较低。该工程二层建筑平面如图2-4所示，其余建筑平面图见建施3、5及6.4 图2-42.5建筑立面设计 建筑立面设计是建筑功能、建筑结构和建筑美学的统一，建筑师通过的颜色、材料、尺寸、形状、规模、方向及其组合,使用对比差异和统一,呼应和渗透,几何、美学理论、节奏和押韵等,在满足建筑功能的基础上,尽量创造里面和外表的美感；与此同时,正面的外观受到社会文化、经济水平、当地习俗等影响。 这个建筑总高度为17.1米。外观设计在满足建筑功能的要求的前提下,使用的建筑模型和一般的立面构成,与平面和剖面紧密相连的内部空间,应正确确定门、窗、组件的比例，如檐口、勒脚、规模、位置和使用的材料和颜色,做到主从分明，比例合理，布局均衡，协调统一，虚实对比强烈，从而达到立面美观的要求。建筑正立面如图2-5所示，其余建筑立面见建施8、9。 图2-5 建筑正立面图2.6 建筑剖面设计建筑部分是表示建筑物在垂直方向的各个部分的组合。剖面设计是主要分析 建筑物各个部分应当有的高度、建筑空间、建筑层数的组合和利用，以及建筑剖面设计中的结构、构造关系等。它和房屋的使用成本和节约用地等有着密切的关系,也反映了另一个方面的建设标准。这个工程建设部分形状是矩形,形状规则、简单的特点,有利于梁板布置,同时也方便施工。楼梯间剖面图如图2-6所示： 图2-6 楼梯间立面图2.7建筑防火设计该建筑物采用的耐火等级为二级，根据建筑防火设计规范 GB 50016-20065.2.1 条，建筑物的防火间距不应小于 6m，所以，该建筑物总平图建筑物间距为13m。该建筑物采用的耐火等级为二级，根据建筑防火设计规范 GB 50016-20065.3.8 条，房门到外部出口或封闭楼梯间的最大距离应小于 40m，该建筑物满足规范要求。2.8 小结本工程的平面设计，满足建筑的舒适性要求；立面设计，满足建筑的美学性； 剖面设计，满足建筑的空间使用性能；防火设计满足规范对建筑防火的要求。 第三章 结构手算设计3.1 确定计算简图 3.1.1 一层建筑平面图（如图3-1所示）图3-1 一层建筑平面图 3.1.2 框架结构计算简图框架的计算简图假设是在底层柱下端固定于基础，则按照工程地质资料提供的数据，查阅建筑抗震设计规范可以判断该场地是2类场地土，地质条件较好，初步确定本次工程基础应当采用柱下独立基础，且挖去所有的杂填土，设立第二层粉质粘土层之上，此办公楼的基底标高为设计相对标高-2.10米，初步假设基础高度为0.5米,首层层高3.9米，室内外地坪高差0.90米。所以首层柱的计算高度为3.9+1.8-0.5=5.2m，24层柱计算高度均为层高3.9m。柱节点为刚接，而横梁计算跨度应取柱中心到中心的距离，三跨分别是：l=7500、2400、7500.计算简图见图3-2.图3-2 结构计算简图 3.1.3 框架梁的截面尺寸 截面高度一般我们取梁跨度的1/15到1/10，截面幅宽一般取截面高度的1/2到1/3。可得梁的截面初步定为bh=300mm600mm。BC跨梁的长度为2400mm, 可得梁的截面初步定为bh=300mm500mm。表3-1 梁截面尺寸(mm)混凝土等级横梁（bh）纵梁（bh）AB跨、CD跨BC跨C30300600300500300500 3.1.4 框架柱的截面尺寸框架柱截面的尺寸以柱的轴压比限值，根据下列公式计算： （1）柱组合的轴压力设计值 注：作用组合之后柱轴压力增大的系数。 F支状态计算柱的负载面积，见图1.1。 gE建筑面积上的重力荷载代表值，可近似的取14KN/m2。 n计算截面以上的楼层层数。（2）AcN/uNfc 注：uN架柱轴压比限值，本方案是三级抗震等级，查抗震规范可知该取为0.9。 fc凝土轴心抗压强度设计值，对C30，查得14.3N/mm2。 （3）计算过程对于边柱：N=FgEn=1.321.6144=1572.48（KN）AcN/uNfc=1572.48103/(0.914.3)=137454.54 (mm2)取500mm500mm对于中柱：N=FgEn=1.2530.24144=2116.8（KN）AcN/uNfc=2116.8103/(0.914.3)=185034.96(mm2) 取500mm500mm表3-2 柱截面尺寸(mm)层次混凝土等级bh1C305005002-4C30500500 3.1.5 材料强度等级 混凝土：均采用C30级 钢筋直径大于或等于12mm的都采用HRB335级钢筋，其余采用HPB300级钢筋3.2 荷载计算 本工程以10轴线横向框架当作计算分析对象 3.2.1 屋面横梁竖向线荷载标注值（1）恒载（图3-3）查建筑荷载规范可取：屋面恒荷载标准值（不上人）30厚架空隔热板 250.03=0.75KN/m2高聚物改性沥青防水卷材 0.4KN/m2 20厚1：3水泥砂浆找平层 200.02=0.4KN/m2图3-3 恒载作用下结构计算简图图3-4 活载作用下结构计算简图120厚现浇钢筋混凝土板 250.12=3.0 KN/m220厚底板粉刷 170.020=0.34KN/m2 屋面恒荷载标准值： 4.89KN/m2梁自重 边跨AB、CD跨 250.300.6=4.5 KN/m梁侧粉刷 2（0.6-0.12）0.0217=0.33KN/m 4.83KN/m 中跨BC跨： 0.300.525=3.75KN/m 梁侧粉刷： 2（0.5-0.12）0.0217=0.26KN/m 4.01 KN/m 作用在顶层框架梁上的线荷载恒载标准值为：梁自重： g4ABI=g4CDI=4.85 KN/m,g4BCI= 4.01 KN/m板传来的荷载： g4AB2=g4CD2=4.893.6=17.60 KN/m g4BC2= 4.892.4=11.74KN/m（2）活载（图3-4）作用在顶层框架梁上的线荷载标准值： q4AB=q4CD=0.73.6=2.52 KN/m q4BC=0.72.4=1.68 KN/m3.2.2 楼面横梁竖向线荷载标准值（1）恒载25厚水泥砂浆面层 200.025=0.50KN/m2120厚钢筋砼现浇板 0.1225=3.0KN/m220厚的板底粉刷 0.02017=0.34KN/m2 楼面恒载标准值： 3.84KN/m2 边跨（AB、CD跨）框架梁自重： 4.85 KN/m 中跨（BC跨）框架梁自重： 4.01 KN/m 作用在楼面层框架梁上的线恒荷载标准值：梁自重： gABI=gCDI=4.85 KN/m,gBCI= 4.01 KN/m板传来的荷载： gAB2=gCD2=3.843.6=13.82KN/m gBC2= 3.842.4=9.22 KN/m（2） 活载楼面活载： qAB=qCD=2.03.6=7.2 KN/m q4BC=2.02.4=4.8 KN/m 3.2.3屋面框架节点集中荷载标准值（图3-5）（1）恒载 边跨连系梁自重： 250.300.53.6=13.50 KN 粉刷： 2（0.5-0.12）0.023.617=0.93KN 1.5m高女儿墙： 1.53.63.617=19.44KN 粉刷： 1.520.023.617=3.67KN 连系梁传来屋面自重： 0.53.60.53.64.89=15.84KN 顶层边节点集中荷载 ： G4A=G4D=57.83KN 中柱连系梁自重： 0.300.503.625=13.50KN 粉刷 ： （0.50-0.12）20.023.617=0.93KN 连系梁传来屋面自重： 0.53.60.53.64.89 =15.84KN 0.5（3.6+3.6-2.4）2.40.54.89=14.08KN 顶层中节点集中荷载： G4B=G4C =43.90KN（1）活载Q4A=Q4D = 0.53.60.53.60.7=2.27KNQ4A=Q4D = 0.53.60.53.60.7+0.5（3.6+3.6-2.4）2.40.5 0.7=4.29KN 3.2.4楼面框架节点集中荷载标准值（图3-5）（1）恒载（此处未考虑填充墙自重）边柱连系梁自重： 13.50KN 粉刷： 0.93KN连系梁传来楼面自重： 0.53.60.53.63.84=12.44KN 图3-5 恒载顶层集中力图3-6 恒载中间层节点集中力中间层边节点集中荷载： GA=GD=26.42KN框架柱自重： G1A=G1D =0.50.53.925=24.38KN 中柱连系梁自重： 3.05KN粉刷： 0.93KN连系梁传来楼面自重： 0.53.60.53.63.84=12.44KN 0.5（3.6+3.6-2.4）2.40.53.84=11.06KN 37.48KN中间层边节点集中荷载： GB=GC=37.48KN柱传来集中荷载： G1B=G1C =0.50.53.925=24.38KN(2) 活载 QA=QD=0.53.60.53.62.0=6.48KNQB=QC=0.53.60.53.62.0+0.5（3.6+3.6-2.4）2.40.52.0=12.24KN3.2.5风荷载已知基本的风压WO=0.35KN/M2 ，该工程为办公楼，地面的粗糙度属于B类，荷载规范 风荷载体型系数：背风面是-0.5，背风面是0.8，因高度H=17.1m30m(从室外的地面算起)，取用风振系数=1.0，具体计算过程如表3-3表3.3风荷载标准值计算表层次离地高度 Z/mzWO (kn/M2)A(M2)Pw(KN)416.51.171.01.30.3516.5610.08312.61.091.01.30.3518.7210.6128.71.001.01.30.3518.729.7314.81.001.0.130.3520.8810.86 风荷载作用下的荷载分布图如下图3-7图3-7 横向框架上的风荷载3.3建筑物的重力代表值计算 3.3.1 建筑物的总重力荷载代表值Gi计算 集中在屋盖处的质点重力荷载代表值G4 50%雪载： 0.50.1517.2046.60=160.30KN 屋面恒载： 4.8946.607.52+5.4346.602.4=3965.00KN 横梁： （4.857.52+4.012.4）14=1153.24KN 纵梁： （13.50+0.93）1322=750.36KN 女儿墙： 1.53.6（46.60+17.20）2=689.04KN 柱重： 0.500.501.952556=682.5KN 横墙： 3.6167.51.95+（2.41.95-1.81.22）=923.13KN（忽略内纵墙的门窗按墙重计算） 纵墙：（3.61.95-1.81.82）283.9+3.61.953.924=1246.75KN 窗： 241.801.800.50.4=15.55KN G4=9585.87KN 3.3.2集中于三、四层处的质点重力荷载的代表值G3、G2： 50%楼面活载： 0.52.017.2046.60=801.52KN 楼面恒载： 3.69246.60（7.52+2.4）=3113.63KN 横梁： （4.857.52+4.012.4）14=1153.24KN 纵梁： （13.50+0.93）1322=750.36KN 柱重： 0.500.501.9525562=1365KN 横墙： 923.132=1846.26KN 纵墙： 1246.752=2493.50KN 窗： 261.801.800.4=33.70KN G3=G2=11557.21KN3.3.3集中于三、四层处的质点重力荷载的代表值G1： 50%楼面活载： 0.52.017.2046.60=801.52KN 楼面恒载： 3.8446.60（7.52+2.4）=3113.63KN 横梁： （4.857.52+4.012.4）14=1153.24KN 纵梁： （13.50+0.93）1322=750.36KN 柱重： 0.500.50(1.95+2.6) 56225=3185.0KN 横墙： 923.13+923.132.61.95=2153.97KN 纵墙： 1246.75 +1246.752.61.95=2909.08KN 窗： 2241.801.800.50.4=31.10KN G1=14097.90KN3.4地震作用计算计算时应考虑地板梁和柱刚度对框架梁的影响,在现浇楼盖中,中框架梁的惯性矩取I= 2IO，边框架梁取I=1.5I0，IO是根据计算算出的矩形横截面的截面惯性矩。横梁以及框架柱的线刚度分别见表3-4和表3-5.表3-4横梁线刚度表类别Ec（N/mm2）bh（mmmm）I0（mm4）l（mm）EcI0/l（Nmm）1.5EcI0/l（Nmm）2EcI0/l（Nmm）AB、CD跨3.01043006005.4010975002.1610103.2410104.321010BC跨3.01043004003.1310924001.610105.8710107.821010注：I=bh3/12 表3-5 柱线刚度表层次hc（mm）Ec（N/mm2）bh（mmmm）Ic（mm4）EcIc/hc（Nmm）152003.01045005000.5210103.010102439003.01045005000.5210104.01010框架柱的横向侧移刚度计算：底层：1)边框边柱 K=1.33/0.93=1.43c=(0.5+K)/(2+K)=0.513Di1=c12ic/h2 =0.513123.001010/52002 =6829.88N/mm数量4 , D1i=6829.88427319.53 N/mm2)边框中柱K=(5.87+3.24) /3.00=3.04c=(0.5+K)/(2+K)=0.587Di1=c12ic/h2 =0.587123.001010/52002 =7815.09 N/mm数量4 , D1i=7815.094=31260.36 N/mm3)中框边柱K=4.32/3.00=1.44c=(0.5+K)/(2+K)=0.564Di1=c12ic/h2 =0.564123.001010/52002 =7508.88N/mm数量24, D1i=7508.8824=180213.12N/mm4)中框中柱K=(7.82+4.32)/3.00=4.05c=(0.5+K)/(2+K)=0.894Di1=c12ic/h2 =0.894123.001010/52002 =11902.37 N/mm数量24, D1i=11902.3724=285656.88 N/mm底层：D1=524449.89N/mm二四层：1）边框边柱K=（3.242）/（4.00