土木工程毕业设计

1、昆明理工大学成人高等教育昆明理工大学成人高等教育 毕毕 业业 设设 计（论文）计（论文） 姓 名： 黎所红 学 号： 2014A 专 业： 土木工程 年 级： 2014 学习形式： 函授 夜大 脱产 学习层次：高起本 专升本 高起专 函 授 站： 昆明理工大学成人高等教育昆明理工大学成人高等教育 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目： 某办公楼 姓 名： 黎所红 学 号： 2014A 专业、年级： 土木工程 2014 级 学习形式： 函授 夜大 脱产 学习层次： 高起本 专升本 高起专 函 授 站： 毕业设计（论文）内容： 本工程为昆明市某办公楼，框架结构，建筑面积

2、25003500m2，层数为 46 层；该 办公楼主要以层为单元出租，每层为一个独立的单元，拥有接待室、会议室、档案室、 普通办公室、专用办公室等。楼内设有三个楼梯，楼梯的布置均要符合消防、抗震的要 求。 公共交通及卫生间部分：楼梯间及走道的布局尽可能简捷通畅，满足防火规范的要 求，卫生间满足使用人数要求。 专题（子课题）题目： 建筑设计方案三 KJ-4 的结构计算 内 容：梁截面及柱截面尺寸的确定、框架 KJ-4 荷载的计算、框架内力计算、横向框 架内力组合、框架结构配筋计算、框架柱下独立基础设计。 设计（论文）指导教师（签字）： 主管教学院长（签字）： 年 月 日 某办公楼某办公楼 目 录

3、 中文摘要中文摘要 .I I 1 1 设计概况设计概况 .1 1 1.1 工程概况 .1 1.2 设计原始资料 .1 2 2 建筑设计建筑设计 .3 3 2.1 平面设计 .3 2.2 剖面设计 .3 2.3 立面设计 .4 2.42.4 建筑构造设计建筑构造设计 .4 3 3 结构选型及计算简图结构选型及计算简图 .5 5 3.1 结构选型 .5 3.1.1 钢筋混凝土结构特点.5 3.1.2 框架结构特点.5 3.1.3 确定结构选型.6 3.2 结构布置 .6 3.2.1 结构平面布置的一般原则.6 3.2.2 柱网布置.7 3.3.3 框架梁布置和框架承重方案的确定.7 3.3 梁柱截

4、面尺寸的初步确定 .7 3.3.1 梁截面尺寸的初步确定.7 3.3.2 柱截面尺寸的初步确定.7 3.4 结构计算简图 .9 4 4 荷载计算荷载计算 .1111 4.1 恒荷载计算 .11 4.1.1 屋面框架梁线荷载标准值 .11 4.1.2 楼面框架梁线荷载标准值 .11 4.1.3 屋面框架梁节点集中荷载标准值 .12 4.1.4 楼面框架节点集中荷载标准值 .12 4.1.5 恒荷载作用下的结构计算图 .13 4.2 活荷载计算 .14 4.3 风荷载计算 .15 4.4 重力荷载代表值 .16 5 5 框架内力计算框架内力计算 .1818 5.1 水平地震作用下的侧移验算 .18

5、 5.2 水平地震作用下框架内力计算 .24 5.3 水平风荷载作用下的层间侧移验算 .27 5.3.1 梁的线刚度 .27 5.3.2 柱的线刚度 .28 5.3.3 横向框架柱侧移刚度 .29 5.3.4 框架的侧移验算.30 5.45.4 风荷载作用下框架内力计算风荷载作用下框架内力计算 .31 5.5 恒荷载作用下的荷载效应 .33 5.5.1 结构计算简图 .33 5.5.2 等效均布荷载的计算 .33 5.5.3 梁、柱端弯矩计算 .35 5.5.4 框架梁跨中弯矩计算 .39 5.5.5 恒荷载作用下的荷载效应 .40 5.6 活荷载作用下的荷载效应 .43 5.6.1 等效均布

6、荷载的计算 .43 5.6.2 框架梁、柱端弯矩计算 .44 5.6.3 框架梁跨中弯矩计算 .44 5.6.4 活载作用下的内力图 .48 6 6 横向框架内力组合横向框架内力组合 .5151 6.1 框架梁内力组合 .51 6.2 框架柱的内力组合 .51 7 7 框架结构配筋计算框架结构配筋计算 .5252 7.1 框架梁配筋计算 .52 7.2 框架柱配筋计算 .54 8 8 基础设计基础设计 .6161 8.1 荷载计算 .61 8.2 基础底面尺寸 .61 8.3 基础高度验算 .63 8.4 底面配筋 .63 结结 论论 .6666 总结与体会总结与体会 .6767 谢辞谢辞 .

7、6969 参考文献参考文献 .7070 附录附录 A A .7171 附录附录 B B.7373 附录附录 C C.7676 附录附录 D D.8080 中文摘要 本次设计的任务是对某办公楼进行建筑和结构部分的设计，此次设计是学生综 合应用所学的基本知识和专业知识的综合实践教学环节，以实际工程为课题。其目的 是，在教师的指导下，学生运用所学理论知识进行结构设计和施工设计。设计中，根 据建筑物的结构特点，同时考虑到材料、经济等条件，首先确定了本工程的结构型式 为钢筋混凝土结构型式，结构体系为框架结构体系。然后根据工程实际经验和结构设 计的基本规范，分别对主梁、次梁和柱的截面以及板厚进行了初步估算

8、。据此运用 PMCAD 软件进行楼层、屋面结构平面布置并由程序生成第二层板配筋。然后手算一 榀框架荷载计算、PK-PM 框架设计、内力计算及其组合、梁柱截面设计、基础配筋计 算等。 中文关键词：办公楼设计;建筑设计, 结构设计，框架荷载计算；内力组合 1 设计概况 1.1 工程概况 本工程为昆明市某办公楼，框架结构，建筑面积25003500m2，层数为46层； 该办公楼主要以层为单元出租，每层为一个独立的单元，拥有接待室、会议室、档案 室、普通办公室、专用办公室等。楼内设有三个楼梯，楼梯的布置均要符合消防、抗 震的要求。 公共交通及卫生间部分：楼梯间及走道的布局尽可能简捷通畅，满足防火规范的

9、要求，卫生间满足使用人数要求。 1.2 设计原始资料 1、冬季最冷月平均温度7，夏季最热月平均温度19.7，最高温度31.5，最低 温度-7.8； 2、冬季主导风向西南平均风速2.2m/s，夏季主导风向西南平均风速2.2m/s，最大 风速10m/s； 3、年平均降水量1000mm，月最大降水量204.5mm； 4、最大积雪厚度0.47m，基本雪压S0=0.3kN/m2，基本风压W0=0.3kN/m2，土体最 大冻结深度0.09m； 5、地基条件： 表 1-1 建筑地层一览表 序号 岩土 深度 土层 深度 厚度 范围 地基土 承载力 压缩 模量 （m）（m）（kPa）（MPa） 1杂填土0.01

10、.81.8- 2淤泥质土1.83.82.01203.0 3中粗砂3.86.22.426011.0 4砾砂6.225.018.832023.0 拟建场地地形平坦，土质分布具体情况见表，类场地土，地下稳定水位距地表- 2.0m，表中给定土层深度由自然地坪算起。建筑地点冰冻深度-0.5m。 6、抗震设防烈度：8 度设防，抗震设计分组为第三组，设计基本地震加速度值为 0.20g. 2 建筑设计 2.1 平面设计 建筑平面设计是建筑方案设计的主要内容，它对是否满足建筑物的使用功能起着 决定性的作用。建筑平面是表示建筑在水平各方向各部分的组合关系，能够较为集中 的反映建筑物功能方面的问题，因此一般从平面设

11、计入手。但在平面设计过程中要结 合建筑物的整体空间效果，密切联系建筑的立面和剖面，不断调整和修改平面。再结 合结构布置的要求，尽量使房间合理布置又满足结构设计的要求。 一栋建筑除满足各房间的使用要求外，还需要交通联系部分把各房间联系起来。 交通联系部分包括水平交通空间（走廊） 、垂直交通空间（楼梯、电梯、台阶） ，交通 枢纽空间（门厅、过厅） 。合理组织好建筑内部交通和对外联系是平面设计的主要内容， 它直接影响到建筑的使用和人员的安全。 2.2 剖面设计 剖面设计是确定建筑物竖向各房间的组合关系、空间的形状、尺度和建筑层次等。 它与平面一样和建筑使用、造价、节约用地等有密切的关系，应结合平面全

12、面的进行 考虑。 净高和层高 净高为房间地面到顶棚或其它构件底面的距离，与房间的使用性质、 活动特点、采光通风、空间观感有关，层高已由任务书给出，它是该层地平或楼面到 该上层楼面的距离，即净高加上楼板层的结构厚度。 室内外高差 为防止室外雨水流入室内并防止墙身受潮，将室内地面适当抬高， 一般从建筑物使用方便的原则出发，室内外高差不宜过大，一般为 0.45m-0.6m。 窗台高、窗高及门高 一般情况考虑层间窗台高与工作面的协调，取值班室面对 大厅的窗台高 0.9 米。其它房间根据功能和空间观感协调窗台高度，宿舍及其余窗台 高取 1.2 米；窗高主要影响房间的采光均匀度，框架结构建筑宜在框架梁或在

13、联系梁 下直接设窗，不宜另设过梁。 2.3 立面设计 建筑立面表示建筑物四周的形象。立面设计是在紧密结合平面、剖面的内部空间 组合、外部环境及在满足建筑使用要求和技术经济条件下运用建筑造型和立面构图的 规律进行的。 根据初步确定的建筑内部空间组合的平剖关系，如建筑的大小，高低，门窗的位 置，大小等，描述出建筑各立面的基本轮廓，作为进一步调整，统一进行立面设计的 基础。首先推敲立面各部分总的比例关系，考虑作为一个整体的几个立面的统一，相 邻的立面间的连接和协调，然后按建筑构图规律着重分析立面上墙面的划分和处理， 门窗的安排和调整，最后对建筑入口、各部分装饰等做重点及细部加工。 2.42.4 建筑

14、构造设计建筑构造设计 建筑构造设计是建筑设计的重要组成部分，是建筑平、立、剖的继续和深入，也 是结构设计和施工的重要依据。 外墙 框架结构的外墙只起维护作用，在保温隔热的同时要求质轻以减少结构负 担，不宜采用普通砖石，宜采用轻质砌块或轻质板材。本设计选用陶粒空心砌块，砌 块直接砌于框架梁上，一般梁下直接设门窗，不另设过梁，外墙厚 240mm。 内墙 一般只起分隔空间作用，根据内墙两侧空间的使用要求来选择墙体材料、 尺寸和构造方式，楼梯间应有足够的防水性能；卫生间应具有防水、防潮性能等。 楼面 采用现浇楼板，室内和走廊为陶瓷地砖楼面，卫生间为陶瓷锦砖，且卫生 间地面比走廊低 20mm ,以防止水

15、外溢，周围墙体用瓷砖做防水处理。 屋面不上人且有保温。女儿墙高 500mm，在端部做现浇砼压顶，采用有组织外排水。将 下部窗间构造柱伸入女儿墙，间距 3600mm,以增强其抗震性能。 3 结构选型及计算简图 3.1 结构选型 3.1.1 钢筋混凝土结构特点 钢筋混凝土结构由配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢筋骨架的混凝土制成的结构。 (一)优点：1、强度高、抗震性能好； 2、混凝土硬化后钢筋与混凝土之间产生了良好的粘结力，使两者可靠地结合在一 起。 3、耐火性、耐久性性能好； 4、可模性能好。钢筋混凝土结构可根据需要浇制各种成各种形状和尺寸的结构。 (二)缺点：1、普通钢筋混凝土本身自重比钢结构大

16、。自重过大对于大跨度结构、 高层建筑以及结构的抗震都是不利的。 2、钢筋混凝土结构的抗裂性能较差，在正常使用时往往带裂缝工作。 3、建造较费工，现浇结构模板需耗用较多的木材，施工条件受限制，补强修复较 困难，隔热隔声性能较差等等。 (三)规范要求： 地震设防烈度为 6 度时： 现浇混凝土房屋适用的最大高度60m（适用于框架结构） 130m（适用于剪力墙结构） 3.1.2 框架结构特点 框架结构体系是用梁、柱、节点及基础组成的结构形式，横梁和立柱通过节点连 为一体，形成承重结构将荷载传至基础。适用于多层、高度不是很大的高层建筑，框 架结构实为空间结构，由横向框架和纵向框架组成。一般把主要承受楼板

17、荷载的框架 称为主框架。根据楼板的布置方式，可分为下列三种承重方案：横向承重框架方案、 纵向承重框架方案、纵横向承重框架方案。 (一)优点：1、框架结构形成可灵活布置建筑空间，使用较方便。 2、适用于空间较大的建筑物及立面较复杂的建筑物。 3、结构比较轻巧，施工比较方便、经济。 4、框架结构比砖混结构整体性好。 (二)缺点：1、随着建筑物高度的增加，水平作用使得框架低部梁柱构件的弯矩和 剪力显著增加，从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加，给建筑平面布置和空间处理带 来困难，影响建筑空间的正常使用。因此层数受到限制。 2、框架结构抗侧刚度较小，在水平力作用下将产生较大的侧移。 3、由于框架结构体系截

18、面较小、抗侧刚度较小，在强震下结构整体位移和层间位 移都较大 ，容易产生震害。 (三)规范要求： 地震设防烈度为 6 度时： 建筑物的最大高度60m，层数在 15 至 20 层为宜，抗震墙间距最大18m。 3.1.3 确定结构选型 本工程部分空间较大，总高度不大，竖向荷载较大，水平荷载较小，因此采用钢 筋砼框架结构。框架结构体系具有建筑平面布置灵活，易于满足功能使用要求的优点， 可以根据需要隔断分隔成小空间，或拆除隔断改成大空间。而且钢筋砼结构造价不高， 其材料来源丰富，可浇注成各种断面形状，还组成多种结构体系，既节省钢材，承载 能力也不低。 3.2 结构布置 3.2.1 结构平面布置的一般原

19、则 建筑结构平面形状宜简单、规则、对称，刚度和承载力分布均匀，不应采用严重 不规则的平面形状，结构的抗震刚度要求均匀，且宜使抗侧刚度中心与质量中心重合。 建筑的开间、进深尺寸和构件类型应尽量减少规格，以利于建筑工业化。建筑平 面的形状宜选用风压较小的形式，还必须考虑有利于抵抗水平作用和坚向荷载，受力 明确、传力直接。 建筑平面的长宽比不宜过大，一般小于 6，以避免两端相距太远，振动不同步，产 生扭转等复杂的振动而使结构受到损害。建筑不面突出部分长度 L 应可能小。平面凹 进时，应保证楼板宽度 B 足够大。 3.2.2 柱网布置 框架柱的布置应使整个建筑体型规则、均匀，避免有较大的外挑和内收，结

20、构的 承载力和刚度宜自上而下逐渐的减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。 3.3.3 框架梁布置和框架承重方案的确定 框架梁是框架和框架结构在地震作用下的主要耗能构件，框架结构一般呈“强柱 弱梁” 、 “强剪弱弯”的受力性能，所以框架梁的延性对结构抗震耗能能力有较大影响。 一般框架梁直接地布置在框架柱上，力求规则、均匀、对称，所以结构刚度较大，整 体性较好。 根据楼板的平面布置及竖向荷载的传递路径，框架的承重方案可分为横向、纵向 和纵横向框架混合承重三种方案。根据本工程的特点，本工程采用横向框架承重方案 最为合理，在横向上布置框架主梁。 3.3 梁柱截面尺寸的初步确定 3.3.1 梁截面

21、尺寸的初步确定 纵向框架梁：h=（ /101/18）L=433780mm b=(1/41/2)h1 取 h=500mm b=250mm 横向边（中）跨框架梁： 取 h=600mm b=250mm 次梁： 取 h=450mm b=250mm 现浇楼板厚 100mm 3.3.2 柱截面尺寸的初步确定 柱子的截面尺寸：bc=（ /201/15）H hc=(12)bc1 其中：H 底层层高；bc柱截面宽度；hc柱截面高度； 取 bc hc=450mm 450mm。 首层柱取 C30，其它各层柱取 C25。抗震等级为四级的轴压比限值为 0.9。假定结 构每平方米总荷载设计值为 12kN，则首层边柱轴向力

22、设计值： N=1.312 7.8 5.1/2 5=1551.42kN。 考虑地震荷载作用取增大系数为 1.1，则 Nv=1.11551.42=1706.56kN，从而轴压 比为： =0.59=0.9 （3-1） 450450 3 . 14 1706560 同上首层中柱： N=1.2512 7.8 （5.1+2.1）/2 4=2106kN Nv=1.12106=2316.6kN =0.8=0.9 450450 3 . 14 2316600 同上上层边柱： N=1.312 7.8 5.1/2 4=1241.14kN Nv=1.11241.14=1365.25kN =0.57=0.9 450450

23、9 . 11 1365250 同上上层中柱： N=1.2512 7.8 （5.1+2.1）/2 4=1684.8kN Nv=1.11684.8=1853.28kN =0.77=0.016 第三层剪重比：1331.14/20938.55=0.0636=0.016 第二层剪重比：1572.43/28267.38=0.0556=0.016 底层剪重比： 1715.98/35584.21=0.0482=0.016 由此得出，各层的剪重比均满足要求。 5.2 水平地震作用下框架内力计算 以轴横向框架为例进行计算。在水平地震作用下框架柱剪力及弯矩计算采用 D 值法。柱反弯点高度比的计算见表 5-7，框架剪

24、力及弯矩标准值的计算见表 5-8。在水 平地震作用下横向框架的弯矩、剪力和轴力图见图 5-3、5-4。 表 5-7 柱反弯点高度比表 层数 边柱 中柱 4 (h=3.7) n=4 j=4 k=1.074 y=yn=0.3537 yh=1.2733 n=4 j=4 k=3.682 y=yn=0.45 yh=1.62 3 (h=3.7) n=4 j=3 k=1.074 y=yn=0.4537 yh=1.633 n=4 j=3 k=3.682 y=yn=0.5 yh=1.8 2 (h=3.7) n=4 j=2 k=1.074 yn=0.5 3=1.4722 y3=-0.0463 y=0.5-0.04

25、63=0.4537 yh=1.633 n=4 j=5 k=1.074 yn=0.5 3=1.4722 y3=0 y=0.5 yh=1.8 1 (h=4.8) n=4 j=1 k=1.476 yn=0.6024 2=0.6792 y2=-0.01582 y=0.6024-0.01582=0.5866 yh=3.109 n=4 j=1 k=5.061 yn=0.55 2=0.6792 y2=0 y=0.55 yh=2.915 43.7487.1087.101.848.390.03635159484386851331.143 428.3211.6639.9832.711.6203.68220.190

26、.0363515948438685555.47 135.9385.65121.533.1091.47639.090.0227846932059831715.981 A 103.1260.5650.281.63330.790.0195885894386851572.432 79.5051.2742.561.63326.060.0195885894386851331.143 425.3125.3113.8481.2731.07410.880.019588589438685555.47 左bM 右bM上cM下cM yhK ik)ViD Vim=(Dim/ iD/imD imD 刚度 各柱 /mkN/

27、 iD 度 层间刚 ikV 剪力 层间 次 层 号 柱 1.074 1.074 3.682 3.682 表5-8 水平地震作用下轴框架剪力及弯矩标准值 164.4867.74129.33158.072.3653.9954.230.0316065102059831715.981 B 134.5655.42102.88102.881.857.160.03635159484386851572.432 106.21 25.305 25.305 13.848 51.268 79.498 42.563 60.560 103.123 50.277 85.650 135.927 121.527 158.066

28、 164.475 129.327 67.736 102.884 134.564 102.884 55.417 87.097 106.213 87.097 43.742 28.316 11.662 39.978 32.709 图 5-3 地震荷载作用下的弯矩图（）mkN 7.248 24.165 31.086 39.934 26.968 101.155 128.156 156.643 19.720 147.363 244.433 361.142 119.020 79.086 48.000 7.248 图 5-4 地震荷载作用下的剪力、轴力图（）kN 5.3 水平风荷载作用下的层间侧移验算 5.3

29、.1 梁的线刚度 现浇楼盖框架梁的截面惯性矩取值：边框架梁取 Ib=1.5I0（I0为矩形梁的截面惯 性矩） ；中框架梁取 Ib=2I0。框架梁采用 C25 混凝土，Ec=2.80104N/mm2。梁的线刚度 计算见表 5-1。 表 5-1 梁的线刚度 边框架梁中框架梁 梁 号 截面 bh（m2） 跨度 惯性矩 /10-3m4 Ib =1.5I0 kb （104） kNm Ib=2I0 kb （104 ） kNm L10.250.67.84.56.752.42393.231 L20.250.63.94.56.754.84696.462 L30.250.64.24.56.754.596 L40.

30、250.66.34.56.75394 L50.250.65.44.56.753.594.667 L60.250.55.12.63.92.1415.22.855 L70.250.52.12.63.95.25.26.933 L80.30.456.1232.283.423.7994.565.065 L90.250.613.064.56.751.44791.93 5.3.2 柱的线刚度 柱的线刚度计算见表 5-2。其中，C30 混凝土的 Ec=3.00104N/mm2。 表 5-2 柱的线刚度计算表 柱号 截面 bh（m2） 柱高/m 惯性矩 Ic=bh3/12（m4） 线刚度 Kc/kNm Z10.

31、450.453.73.41710-32.658104 Z20.450.454.83.41710-31.934104 横向框架计算简图见图 5-1。 2.855 2.855 2.855 2.855 2.658 2.658 2.658 1.934 6.933 6.933 6.933 6.933 2.855 2.855 2.855 2.855 图 5-1 横向框架计算简图 （单位：104kNm 5.3.3 横向框架柱侧移刚度 横向框架柱侧移刚度 D 值计算见表 5-3。 表 5-3 横向框架柱侧移刚度 D 值计算表 层 次 柱类型 K=Kb/2Kc (一般层） K=Kb/Kc （底层） =K/（2+

32、K） （一般层） =（0.5+K） /（2+K） （底层） 各柱刚度 Dim=12Kc/hi2 根 数 边框边柱 1.1070.51742714 边框中柱 3.7960.74161224 中框边柱 1.4760.568469318 中框中柱 5.0610.788651012 底 层 D 边框边柱 0.8060.28770634 边框中柱 2.7620.580142744 中框边柱 1.0740.349858918 中框中柱 3.6820.6481594812 标 准 层 D 5.3.4 框架的侧移验算 风荷载作用下的结构计算简图见图 4-3 所示。水平风荷载作用下，横向框架层间 弹性位移验算结

33、果见表 5-9。 表 5-9 横向框架层间弹性位移验算 层号 层间剪力 kNVi/ 层间刚度 mkNDi/ iiei DVu/H i u /H eii e 426.2830.3.71/26509 3 57.45 0.3.71/17400 2 85.90 0.3.71/13235 1 112.48 0.4.81/7489 1/550 由计算结果知水平风荷载作用的弹性变形满足要求。 5.45.4 风荷载作用下框架内力计算风荷载作用下框架内力计算 风荷载作用下框架的弯矩、剪力和轴力图见图 5-5、图 5-6。 计算过程见表 5-10 至 5-11。 表 5-10 风载作用下的柱端弯矩 边柱 层次 D

34、 D V yh U M L M 40.1754.601.2710.705.86 30.17510.431.4522.3815.15 20.17515.881.6331.2425.93 10.17520.861.6341.0334.06 续表 5-10 中柱 层次 D D V yh U M L M 40.338.541.6316.9113.84 30.3319.361.7435.9633.75 20.3329.491.8053.0853.08 10.3338.741.8069.7369.73 表 5-11 梁端风载弯矩和轴力 边柱处中柱处剪力kNVb轴力kNN 层 次 Mc b K M l b Mc l b K r b M l b MAB 梁BC 梁边柱中柱 410.7-10.716.90.29-11.98-4.93-3.07-11.41-3.07-8.34 328.2-28.249.80.29-35.27-14.53-8.39-33.59-11.45-33.5 246.4-46.486.80.29-61.50-25.33-14.06-58.57-2