保定涿州市某实验高中办公楼结构设计

1、 本 科 毕 业 设 计 第 84 页 共 84 页目录摘 要3第一章 绪论51.1毕业设计概况：5第二章 结构计算单元的确定及框架侧移刚度的计算62.1 柱网与层高：62.2 框架结构承重方案的选择：62.3 框架结构的计算简图：72.4 梁、柱、板截面尺寸的初步确定：82.5 梁柱线刚度的计算：9第三章：荷载计算143.1 恒载计算143.2 横向水平风荷载计算163.3 地震作用计算17第四章： 水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算224.1 横向自振周期的计算：224.2 水平地震作用及楼层地震剪力的计算：234.3 多遇水平地震作用下的位移验算：254.4 水平地震作用下框架内力计

2、算：25第五章：竖向荷载作用下框架结构的内力计算295.1 内力计算：295.2 梁端剪力和柱轴力的计算：385.3 框架梁的内力组合：395.4 框架柱的内力组合：435.5 柱端弯矩设计值的调整：435.6 柱端剪力组合和设计值的调整：46第六章：截面设计476.1 框架梁：476.2 框架柱：526.3 框架梁柱节点核芯区截面抗震验算：61第七章：楼板设计657.1 楼板类型及设计方法的选择：657.2 设计参数：657.3 弯矩计算：66第八章：楼梯设计688.1 设计参数：688.2 楼梯板计算：698.3 平台板计算：708.4 平台梁计算：70第九章：基础设计719.1 由前期资

3、料可知：719.2 地基承载力特征值fa：729.3 初步确定基础底面尺寸：729.4 验算基础尺寸：739.5 验算基础高度：739.6 验算持力层地基承载力：759.7 基础底面荷载计算：759.8 受冲切承载力验算：779.9 底板配筋：789.10 对B基础有799.11 对A基础有：80结论81参考文献82摘 要毕业设计题目是保定涿州市某实验高中办公楼而且按照各类国家现行规范办公建筑设计规范（JGJ67-2006）、建筑设计防火规范（GB50016-2014）、建筑结构荷载规范（GB50009-2012）、混凝土结构设计规范（GB50010-2010）、建筑地基基础设计规范（GB50

4、007-2011）、抗震设计规范（GB50011-2010） 罗若帆,王莺歌,王仕成.土木工程专业毕业设计常见问题探讨与分析J.广东水利电力职业技术学院学报,2016,14(04):27-31.等对本办公楼进行建筑以及结构的计算和设计。根据毕业设计任务书的要求，首先进行建筑平面、立面的设计，其次进行建筑基础、梁、板、柱的配筋设计计算 国家标准.房屋建筑制图统一标准（GBT50001-2010）.北京：中国计划出版社，2011.。整个毕业设计严格符合国家各类的现行规范中的要求。过程中借助天正建筑TS以及AutoCAD2014等相关建筑软件进行建筑设计，采用结构软件计算基础配筋，用用天正结构CAD

5、软件和PKPM软件计算整个工程的梁板柱配筋，设计具有一定的可靠性、安全性、创造性 国家标准.建筑设计防火规范（GB50016-2014）. 北京：中国计划出版社，2006.。毕业设计的计算结果汇总于计算书中，并按照章节分为结构选型，荷载计算，配筋计算，基础计算，楼梯计算。其中建筑荷载计算过程中竖向荷载采用弯矩二次分配法计算，水平荷载采用D值法计算 同济大学、西安建筑科技大学、东南大学、重庆大学合编.房屋建筑学.北京：中国建筑工业出版社，2005.，通过荷载内力组合确定一榀框架结构的控制内力，最后完成一榀框架的配筋 标准图集.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（独立基础、条形基础

6、、桩基承台）（11G101-3）. 北京：中国建筑标准设计研究院，2011.，并绘了一榀框架结构施工图。关键词 建筑设计 框架 配筋ABSTRACTBusiness official building located in the Zhuozhou town in Baoding city . In accordance with the present state standards strictly such as: “Office Building Design Standards” (JGJ67-2006), “Architectural Design of Fire Safety R

7、egulations”(GB50016-2014), “Structural Load Norms”(GB50009-2012), “Concrete Structure Design Standards” (GB50010-2010), “Building Foundation Design Standards”(GB50007-2011), “Seismic Design Standards”(GB5001-2010), and so on, the author tries to complete the architectural design and constructive des

8、ign for this official building. The first task is to design the architectural faade and the vertical faade, and then, the author design the buildings foundation, beams, plates, columns reinforced. The whole design is in accordance with the requirements of current national standard. During the whole

9、process of this design, the architectural design adopts Tch TS and AutoCAD 2004 software and the calculation of basic reinforced uses easily calculated software, and the author calculates the whole project of beam-reinforced by means of CAD software and PKPM software. This design has the certain abi

10、lity of reliability, safety and creativity. The calculative book includes the selection of architectural structure, construction loads, the reinforced framework, the basis of calculation, calculation of the staircase. In the process of architectural load calculation, vertical load uses the iterative

11、 method and the level load adopts the D calculation method. The control forces of a framework for the reinforcement will be found through a combination of load frame.Finally, a framework for the reinforcement load and the painted pieces of the framework for a reinforcement plan are completed. Keywor

12、ds architectural design framework reinforced；第一章 绪论1.1 毕业设计概况：建筑地点：拟建建筑物位于保定涿州市，基地平面图为矩形。建筑结构和类型：六层综合办公楼，钢筋混凝土框架结构。建筑概况：室内标高为0.000m室外地面的标高为-0.45m，楼盖及屋盖为现浇钢筋混凝土，楼板厚度取120mm，填充墙采用蒸压白砂砖砌块。门窗选择：首层大厅门洞尺寸为1.5m2.5m，材质为钢材，其他房间用门材质为木门。本框架所有的窗户洞口尺寸为1.5m2.1m和1.2m1.8m，材质为铝合金。地质条件：根据设计任务说明地震设防烈度为8度，抗震等级为二级 国家标准.建

13、筑抗震设计规范（GB50011-2010）. 北京：中国计划出版社，2016.，耐火等级为二级。地基承载力标准值为125KN/m2，地面粗糙程度为B类，地基基础等级为二级 国家标准.建筑地基基础设计规范（GB 500072011）.北京：中国计划出版社，2012.。气象条件：最高基本气温为25.9，最低基本气温为2.15。基本风压0.4 KN/m2，基本雪压0.35 KN/m2。材料选用:采用柱下独立基础且强度等级为C20,其余混凝土的强度等级为C30。纵向受力钢筋采用HRB400级、箍筋为HPB335。第二章 结构计算单元的确定及框架侧移刚度的计算2.1 柱网与层高：本建筑设计取柱网的柱距为

14、6.0m，边跨柱距取6.0m，中间跨的柱距取2.7m，楼层的高度首层取4.5m,其余楼层层高为3.3m，楼盖的平面布置见下图：图2.1：办公楼结构平面图2.2 框架结构承重方案的选择：建筑结构竖向荷载的传力方式为：楼板的均布活载和恒载先由梁传给框架柱，再由框架柱传到基础和地基 张贺.框架结构设计在建筑结构设计中的应用J.工程技究,2016(08):218-253.。根据上图的楼盖平面布置方式以及竖向荷载的传力方式，选横向框架的承重方案作为承重方案，这种承重方案可以使得横向框架梁的截面高度大，从而增大框架的横向侧移刚度。2.3 框架结构的计算简图：图2.2：竖向典型结构单元图2.3：平面典型结构

15、单元2.4 梁、柱、板截面尺寸的初步确定：（1）、框架梁：根据规范，梁宽不小于200mm，梁高不大于4倍梁宽，梁净垮不小于4倍梁高 国家标准.建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068-2001）.北京：中国计划出版社，2002.。参考受弯构件连续梁经验估算公式： 式：（2.1） 式：（2.2）式中： 梁的计算跨度； 梁的截面高度； 梁的截面宽度。（2）、框架柱：根据规范，柱截面宽b不小于300mm，柱净高与截面高度之比不宜小于4 国家标准.混凝土结构设计规范（GB500102010）.北京：中国计划出版社，2011.。柱截面估算公式： 式：（2.3） 式：（2.4）式中： 第层层高； 柱截面

16、宽度； 柱截面高度。梁取600mm，取250mm，可得梁的截面为=250600。楼板取120mm，楼梯板及休息平台板为100mm,平台梁250400。表2.1：梁截面尺寸（mm）混凝土强度等级横向框架梁（）纵向框架梁（）A-B C-DB-CC30250600250400250600表2.2：柱截面尺寸（mm）混凝土强度等级层次C301-66006002.5 梁柱线刚度的计算：线刚度计算公式： 式：（2.5）式中： 线刚度；混凝土弹性模量；惯性矩；计算长度。 2.5.1 横向框架梁线刚度的计算： 梁均采用C30混凝土，则查得Ec=3.0104表2.3：一至六层横向框架梁线刚度计算位置类别Ec10

17、4（N/mm2）（mmmm）I0109（mm4）（mm）EcI0/l（1010Nmm）系数i b（1010Nmm）A-B 边框3.02506004.5060002.252.04.50B-C 中框3.02504001.3327001.482.03.34C-D边框3.02506004.5060002.252.04.50注：i b=EcI0/l 对于梁考虑整体刚度提高取I=I02.5.2柱线刚度的计算： 式：（2.5）表2.4：一至六层柱线刚度计算位置hc（mm）Ec104（N/mm2）（mmmm）Ic1010（mm4）i c1010（Nmm）1层45003.06006001.087.22层6层33

18、003.06006001.089.82采用的是修正抗侧刚度D的计算方法来进行结构楼层的抗侧刚度的计算，按照公式进行计算，其中为抗侧刚度修正系数，按以下的公式计算：底层， 式：（2.6）一般层， 式：（2.7）表2.5：底层柱抗侧刚度修正系数计算类别位置i1i21010i3i4ic1010KL0c边柱A04.500 7.20.6345000.43D04.5007.20.6345000.43中柱B4.53.34007.21.0945000.43C4.53.34007.21.0945000.43表2.6：标准层柱抗侧刚度修正系数计算类别位置i1i21010i3i4ic1010KL0c边柱A04.50

19、4.5 9.820.4633000.39D04.504.59.820.4633000.39中柱B3.344.53.344.59.820.8033000.39C3.344.53.344.59.820.8033000.39表2.7：顶层柱抗侧刚度修正系数计算类别位置i1i21010i3i4ic1010KL0c边柱A04.504.5 9.820.4633000.39D04.504.59.820.4633000.39中柱B3.344.53.344.59.820.8033000.46C3.344.53.344.59.820.8033000.46表2.8：底层结构楼层抗侧刚度计算类别位置ic1010L0c

20、D104数量njDj边柱A9.8233000.394.223625.22D9.8233000.394.223625.22中柱B9.8233000.394.981898.64C9.8233000.394.981898.64表2.9：标准层结构楼层抗侧刚度值计算类别位置ic1010L0cD104数量njDj边柱A9.8233000.394.223625.22D9.8233000.394.223625.22中柱B9.8233000.464.981898.64C9.8233000.464.981898.64表2.10：顶层结构楼层抗侧刚度计算类别位置ic1010L0cD104数量njDj边柱A9.82

21、33000.394.223625.22D9.8233000.394.223625.22中柱B9.8233000.464.981898.64C9.8233000.464.981898.64选取轴所对应的横向框架进行计算，计算简图如图所示：图2.4：计算简图 （梁柱线刚度单位1010N/mm）第三章：荷载计算3.1 恒载计算（1）屋面框架梁线荷载标准值：20厚1：2水泥砂浆找平 0.02200.4 KN/m21：8水泥膨胀珍珠岩找坡2，最薄处30厚平均厚度85mm 0.0853.5=0.3 KN/m2120厚现浇钢筋混凝土屋面板 0.12253 KN/m215厚石灰抹底 0.015160.24 K

22、N/m2 屋面恒载 3.94 KN/m2表3.1：作用在顶层框架梁上的线荷载位置梁重KN/m粉刷KN/m合计KN/m边跨3.750.344.09中跨2.50.2042.704注：则梁的恒载=bh1+20.02h2 1=25kN/m3 2=17kN/m3(2)楼面框架梁线荷载标准值:25厚水泥砂浆面层 0.02520 0.5 KN/m 120厚现浇钢筋混凝土楼板 0.12253 KN/m15厚板底石灰抹底 0.015160.24 KN/m 楼面恒载 3.74 KN/m表3.2：作用在中间层框架梁上的线荷载位置梁重KN/m粉刷KN/m合计KN/m1层2层5层1层2层5层边跨3.753.750.34

23、4.0919.44中跨2.52.50.2042.7048.748注：则梁的恒载=bh1+20.02h2 1=25kN/m3 2=17kN/m3(3)屋面框架节点集中荷载标准值：边柱连系梁自重 0.250.6625=22.5 KN粉刷 0.040.5617=2.04 KN1.2m高女儿墙 7.20.2519=34.2 KN粉刷 2.40.02617=4.9 KN连系梁传来屋面自重 333.94=35.8 KN顶层边节点集中荷载 99.5 KN中柱连系梁自重 0.253.625=23 KN粉刷 0.020.51217=2.04 KN连系梁传来屋面自重 （62-2.7）1.353.94/2=25.0

24、0 KN 623.94/4=35.82 KN顶层中节点集中荷载 85.34 KN(4)楼面框架节点集中荷载标准值：窗边墙体自重 0.25 (5.5-2.4)1.819=27.13 KN粉刷 0.043.31.817=3.80 KN钢窗自重 2.41.21.80.9 /2=2.0 KN窗下墙体自重 0.250.95.519=22.2 KN粉刷 0.040.9（6-0.5）17=3.18 KN框架柱自重 0.623.325=29.7 KN粉刷 2（0.6+0.6）0.023.317=2.0 KN边柱连系梁自重 22.5 KN 粉刷 2.04 KN连系梁传来楼面自重 623.74/4=29.20 K

25、N中间层边节点集中荷载 143.75 KN中跨连系梁 22.5 KN粉刷 2.04 KN框架柱 29.7 KN粉刷 2.0 KN内纵墙 32.7219=154.0 KN粉刷 12（3.3-0.6）20.0217=11.02 KN扣除门洞重加上门 -2.10.8(6-0.5-0.2) 2=-17.81 KN连系梁传来楼面： 9.31.53.74/2=26.09 KN楼面活荷载计算： 61.353.74/2=15.15 KNp6AB =p6CD=26=12 KN/mp6BC=2.52.7=6.75 KN/mp6A=p6D=332=18 KNp6B=p6C=(12-2.7)1.51.35/2+0.5

26、60.561.35=12.56+18=30.56 KNpAB=pCD=2.06=12KN/mpBC=2.52.7=6.75 KN/mpA=pD=0.560.562=18KNpB=pC=0.5(12-2.7)1. 52+0.560.562=13.95+18=31.95KN3.2 横向水平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：（3.1）式中： 基本风压 ； 风压高度变化系数，地面粗糙度为B类；风荷载体型系数，查表得=1.3；因结构高度H30m ，风振系数可取z1.0；可查荷载规范，当查得的z1.0时，取z1.0；将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如表：表3.

27、3：风荷载计算：层次Z(m)(KN/m)A (m2)PW (kN)61.01.3211.390.49.97.1651.01.317.71.230.419.812.6641.01.314.41.130.419.811.6331.01.311.11.130.419.811.6321.01.37.810.419.810.2911.01.34.510.423.412.13.3 地震作用计算 由于该框架结构的柱网为长方形布置，而纵向柱网会增大结构整体纵向刚度，故只需考虑水平地震对横向柱网影响。水平地震作用力采用底部剪力法计算，在求基底剪力之前，要完成楼层的总重力代表值得计算，地震作用力的计算，建筑各楼层

28、的重力荷载代表值为结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和 王兆尉.关于框架结构设计的若干注意事项J.科技经济导刊,2017(05):50.。故取抗震模型可为6个集中质量的多自由度体系，各层楼盖、屋盖处的集中荷载代表值计算如下所示 国家标准.建筑制图标准（GBT501042010）.北京：中国计划出版社，2011.：总重力荷载统计：3.3.1 顶层总计：1245.137 KN梁 0.50.5（24+12-2.7）1.225252.36 KN窗 （2.5523+3.152）0.456.237 KN板 0.12（72+2.76）10.58 KN门 （3.153+1.682）（6-0.5）70.

29、45 KN柱 0.50.50.2663.325=148.6 KN墙 （5.5122.7+2.12.729.452-3.242.5220.2519=755.23 KN3.3.2 六层总计：18626.723 KN屋面 3.94（613+2.9）（6+6+2.7）=4685.57KN梁 25 （613+2.97.8）5.77+0.60.52.17251432.8 KN窗 （1.249+1.57）1.80.4556.133 KN板 （613+2.9）（6+6+2.7）（0.1225+0.0217）3368.30 KN门 1.6853（6-0.5）489.72KN柱 0.363.325（154+7）1

30、9879.1 KN墙 （513.243.3-（1.251+1.55）1.8-82.320.2519 6605.1 KN3.3.3 五层总计 ：18377.873 KN楼面 3.74（613+2.9）（6+6+2.7）4436.72 KN梁 （613+2.917.8）255.77+0.60. 52.17251432.8KN板 （613+2.9）（6+6+2.7）（0.01225+0.0217）3368.30 KN门 1.6853（6-0.5）489.72KN窗 （1.249+1.57）1.80.4556.133 KN柱 0.363.325（154+7）19879.1 KN墙 （513.243.3

31、-（1.251+1.55）1.8-82.320.2519 6605.1 KN3.3.4 四层总计：18377.873 KN楼面 3.74（613+2.9）（6+6+2.7）4436.72 KN梁 （613+2.917.8）255.77+0.60. 52.17251432.8KN门 1.6853（6-0.5）489.72KN窗 （1.249+1.57）1.80.4556.133 KN结构板 （613+2.9）（6+6+2.7）（0.01225+0.0217）3368.30 KN柱 0.363.325（154+7）19879.1 KN墙 （513.243.3-（1.251+1.55）1.8-82.

32、320.2519 6605.1 KN3.3.5 三层总计：18377.873 KN楼面 3.74（613+2.9）（6+6+2.7）4436.72 KN梁 （613+2.917.8）255.77+0.60. 52.17251432.8KN门 1.6853（6-0.5）489.72KN窗 （1.249+1.57）1.80.4556.133 KN结构板 （613+2.9）（6+6+2.7）（0.01225+0.0217）3368.30 KN柱 0.363.325（154+7）19879.1 KN墙 （513.243.3-（1.251+1.55）1.8-82.320.2519 6605.1 KN3.

33、3.6 二层总计：18377.873 KN楼面 3.74（613+2.9）（6+6+2.7）4436.72 KN梁 （613+2.917.8）255.77+0.60. 52.17251432.8KN窗 （1.249+1.57）1.80.4556.133 KN结构板 （613+2.9）（6+6+2.7）（0.01225+0.0217）3368.30 KN柱 0.363.325（154+7）19879.1 KN墙 （513.243.3-（1.251+1.55）1.8-82.320.2519 6605.1 KN门 1.6853（6-0.5）489.72KN3.3.7 一层总计：22376.46 KN

34、楼面 3.74（613+2.9）（6+6+2.7）4436.72 KN板 （613+2.9）（6+6+2.7）（0.01225+0.0217）3368.30 KN梁 （613+2.917.8）255.77+0.60. 52.17251432.8KN柱 0.363.325（154+7）19879.1 KN墙 （513.244.5-110.16）1.8-82.320.2519 9869.63 KN门 1.6853（6-0.5）489.72KN窗 （1.249+1.57）2.10.4566.49 KN图3.1：各层重力荷载代表值框架结构的自振周期按照规范由经验公式估算为： 式：（3.2）式中： H为

35、结构总高； B为结构宽度。即： 由前期资料已知结构为8度设防，max=0.16，取Tg为0.2。 GE=115759.812KNFEK总1Geq=10.85GE=0.107 0.85115759.81210528.32KN设计的框架共有14榀承受水平地震力作用，则每一榀承受的底部剪力计算为 梁兴文，史庆轩.土木工程专业毕业设计指导. 北京：科学出版社，2002.：FEK= FEK总/14=10528.35/14=752.02KN根据T1 1.4Tg,所以不计入顶部附加水平地震作用的影响，故每榀受到的水平地震作用可依照下列公式分配给各层节点位置处： （ i=1,2,36） 式：（3.3）表3.4

36、：Fi计算表位置Hi（mGi（kN）GiHi（kNm）)Fi（kN）62118626.723391.16208.46517.718377.873325.288173.45414.418377.873264.994141.03311.118377.873203.994108.7127.818377.873143.34776.3914.522376.4682.744.07第四章： 水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算4.1 横向自振周期的计算：4.1.1 横向自振周期的计算采用结构顶点的假想位移法：按式: 将突出房屋重力荷载代表值折算到主体结构的顶层，即: 4.1.2 基本自振周期T1（s）可按

37、下式计算： 式：（4.1）式中： UT结构顶点位移；T折减系数，取0.6。4.1.3 UT按以下公式计算：VGi=Gk (u）i= VGi/D ij UT=（u）k 式：（4.2）式中： D ij 为第i层的层间侧移刚度；（u）i为第i层的层间侧移；（u）k为第k层的层间侧移；s为同层内框架柱的总数。4.1.4 结构顶点的假想侧移计算过程见下表：其中第六层的Gi为G6和Ge之和：表4.1：结构顶点的假想侧移计算层次Gi（kN）层间剪力Vi（kN）层间刚度Di（N/mm）ui（mm）顶点位移ui （mm）618626.72310942.0183540013.0256.43518377.87321

38、502.583540025.74243.33419377.87331429.8483540037.62243.33318377.87341357.1883540049.54217.59218377.87351267.3780233063.90130.4122376.4666279.5499661066.5066.5 式：（4.3） =0.517(s)4.2 水平地震作用及楼层地震剪力的计算：本结构高度不超过30m，因规范规定沿高度质量和刚度分布比较均匀，以剪切型变形为主和单质点体系的结构，用底部剪力法计算 刘文涛.建筑结构设计中的常见问题与解决措施J.科技经济刊,2017(08):105.，即：4.2.1 结构等效总重力荷载代表值Geq:Geq=0.85Gi 式：（4.4）=0.85（18626.723+18377.8734+22376.46+1245.137）=98395.84（KN）4.2.2 计算水平地震影响系数1:查表得二类场地近震特征周期值Tg=0.30s。查表得设防烈度为8度的max=0.161 =（Tg/T1）0.9max 式：（4.5） =（0.3/0.517）0.90.16 =0.08744.2.3 结构总的水平地震作用标准值FEk:应按照下列公式计算FEk=1Geq 式：（4.6） =0.087498395.84 =