现浇混凝土框架结构办公楼设计.docx

菏泽学院城市与建设学院本科生毕业设计某现浇混凝土框架结构办公楼设计院 系： 城市与建设学院 专 业： 土木工程 摘 要次设计为现浇混凝土框架结构办公楼设计，设计时，先对恒荷载和活荷载和风荷载进行内力计算，竖向的恒荷载和活荷载的内力计算采用分层法进行计算，风荷载的内力计算采用D值法计算，在计算出所有的内力之后，进行内力组合，然后找出最不利的内力组合，选取最安全的结果计算配筋， 关键词：现浇混凝土框架结构，结构设计，办公楼设计IIAbstractThe second design is the office building design of cast-in-situ concrete frame structure. In the design, the internal forces of constant load, live load and wind load are calculated firstly, the internal forces of vertical constant load and live load are calculated by layered method, and the internal forces of wind load are calculated by D value method. After calculating all internal forces, the internal forces are combined, and then the most disadvantageous internal forces are found out. Calculating Reinforcement with the Safest Result.Key Words：Cast-in-place concrete frame structure, structural design, office design目 录摘 要IIABSTRACTIII引 言11工程概况21.1 概况介绍21.2 柱网布置21.3 框架结构承重方案的选择22构件截面尺寸的确定和计算简图32.1 构件截面尺寸的确定32.2 计算简图33 横向框架侧移刚度计算44荷载计算64.1 计算单元64.2 恒载计算64.2.1 顶层框架梁64.2.2 楼层框架梁74.2.3 顶层框架节点集中恒荷载74.2.4 楼层框架节点集中恒荷载84.2.5 柱自重计算94.3 活载计算94.3.1 楼面可变荷载标准值94.4风荷载计算114.41 风荷载标准值115 横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算135.1 风荷载作用下框架结构内力计算135.2风荷载作用下的水平位移验算176 竖向荷载作用下横向框架结构的内力计算186.1 恒荷载作用下内力计算186.2活载作用下内力计算257 框架内力组合318 截面设计348.1.1梁的正截面受弯承载力计算348.1.2梁斜截面受剪承载力计算368.2.1框架柱轴压比验算378.2.2截面尺寸的复核378.2.3 框架柱正截面承载力计算378.2.4 垂直于弯矩作用平面的受压承载力计算388.2.5 斜截面受剪承载力计算399 楼盖设计409.1 板区格布置图409.2 荷载设计值409.3 弯矩计算409.4 截面设计4110 次梁设计4211 主梁设计44参考文献47致 谢48V引 言作为一名即将毕业的土木工程的学生，经过大学的学习，我们应该结合社会的情况，检验一下自己的知识储备，而毕业设计就是一种最好的检验，在设计中，我们可以四年来学到的知识，使知识实践化，通过毕业设计，我们可以培养独立工作、独立思考的能力。本次毕业设计题目为现浇混凝土框架结构办公楼设计，以现浇框架结构为形式，结合当地的自然条件，施工管理技术水平以及相关规范等，独立完成办公楼工程的建筑方案设计首先，先进行建筑方案设计，进行柱网布置和结构选型，将材料类型和截面尺寸确定，进而计算框架结构各层的重力荷载代表值；之后对竖向荷载作用下框架结构的内力进行计算，最后，通过以上的结构计算，对框架结构进行截面设计（梁、柱截面尺寸及配筋）、楼板设计（楼板尺寸及配筋）、使得截面的配筋满足构造要求。491 工程概况 1.1 概况介绍建筑介绍：办公楼建筑面积约2000平方米，四层，采用内廊式布置，层高为3600mm，楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土框架结构，填充墙采用蒸压粉煤灰加气混凝土砌块。地质条件：基本设防烈度为7度，设计地震分组为第三周，此建筑场地类别为二类场地1.2 柱网布置柱网与层高：本办公楼采用柱距为7.2m的内廊式小柱网，边跨为5.4m，中间跨为2.1m，层高取3.6m，如图1.1柱网布置图所示：图1.1 结构柱网布置图1.3 框架结构承重方案的选择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。2 构件截面尺寸的确定和计算简图2.1 构件截面尺寸的确定框架结构的主梁截面高度和宽度可有下式确定：hb=11518L bb=1213hb 且hb200mm各层梁截面尺寸及混凝土强度等级如下表表2.1 梁截面尺寸(mm)及各层混凝土强度等级层次混凝土强度等级横梁b×h纵梁次梁AB跨，CD跨BC跨14C30250500250400250500250500 柱截面尺寸估算 框架柱：要求A1.2N/Nfc，N=（1014）nF=12KN/m2×4×2.7+1.05m×7.2=1296KNAc1.2Nfc=1.2×1296×10314.3=108755mm2b根号A=329mm取柱子截面为正方形，则尺寸为400mm400mm2.2 计算简图框架结构计算简图，框架柱的轴线是顶层柱的形心线，梁轴线取至板顶，24层高度即为层高，取3.6m；底层柱高度从基础顶面取至一层板顶，底层柱高度4.5m。图2.1 结构计算简图3 横向框架侧移刚度计算梁柱混凝土采用C30，在框架结构中，现浇楼面可作梁的有效翼缘，减少框架侧移，增大梁的有效刚度。计算梁的截面惯性矩时，现浇楼面的框架梁取。 表3.1 横梁线刚度计算表杆件Ec(N/mm2)bh(mmmm)Ib(mm4)(mm)i=ECIb/(Nmm) 相对刚度AB跨CD跨3.0104 2505005.210954002.61063BC跨3.01042504002.710921003.81064.4纵梁3.01042505005.210972002.21062.6柱线刚度计算表3.2 柱线刚度Ic计算表层次柱（mm）Ec/(N/mm2)bh/mmmmIc/mm4ECIc/Nmm相对刚度1A D柱45003.0104400400 2.1310914.21051B C柱45003.0104400400 2.1310914.2105124 A D柱36003.01044004002.1310917.751051B C柱36003.01044004002.1310917.751051柱的侧移刚度柱的侧移刚度D： 为柱侧移刚度修正系数，为梁柱线刚度比，不同情况下，、取值不同。一般层： 底层： 表3.3 横向框架柱侧移刚度D计算表层次层高 (m)柱N/mmN/mm2-43.6边柱60.75624027122中柱14.80.88732114.5边柱30.71150550620中柱7.40.84138054 荷载计算4.1 计算单元计算单元宽度为7.2m，如图所示，因为房间内布置有次梁，因此直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影线所示，单元内的其余楼面荷载则通过次梁和纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架，作用于各节点。图4.1 横向框架计算单元4.2 恒载计算4.2.1 顶层框架梁SBS弹性沥青防水卷材 0.05kN/m220厚的1：2水泥砂浆找平层 20×0.020.4kN/m2100厚的钢筋混凝土板 25×0.10=2.5kN/m220厚水泥砂浆找平层 20×0.020.4kN/m215厚板底抹底 0.015× 17 =0.255 kN/m2AB、CD跨恒荷载标准值 3.605×3.6=12.98kN/mBC跨恒荷载标准值 3.605×1.05×2=7.57kN/mAB、CD跨顶层框架梁自重 0.25×（0.5-0.1）×25=2.5kN/mAB、CD跨顶层框架梁两侧抹灰重 0.015×(0.5-0.1) ×17×2=0.2kN/mBC跨顶层框架梁自重 0.25×（0.4-0.1）×25=1.88kN/mBC跨顶层框架梁两侧抹灰重 0.015×（0.4-0.1）×17×2=0.153kN/m故AB、CD跨顶层框架梁均布恒荷载标准值 g4AB=g4CD=12.98+2.5+0.2=15.68kN/mBC跨顶层框架梁均布恒荷载标准值 g4BC=7.57+1.88+0.153=9.6kN/m4.2.2 楼层框架梁水磨石面层及水泥砂浆找平层 0.65kN/m230mm厚C20细石混凝土找平层 0.03×24=0.72kN/m2100厚现浇钢筋混凝土板 0.1×25=2.5kN/m215mm厚混合砂浆抹底 0.015×17=0.26kN/m2 楼层恒荷载 4.13×3.6=14.87kN/m 内隔墙自重200mm厚混凝土填充墙 0.2m×8kN/m3=1.6kN/m220mm厚混合砂浆内墙面 0.02×17kN/m3×2=0.68kN/m2合计 1.6+0.68=2.28kN/m2内隔墙自重标准值 2.28×（3.6-0.5）=7.07kN/mAB跨楼面梁上恒荷载标准值 g1=3.6×4.13=14.87kN/m g3=7.07+2.7=9.77kN/mBC跨楼面梁上恒荷载标准值 g2=1.05×2×4.13=8.67kN/m g4=2.03kN/m4.2.3 顶层框架节点集中恒荷载 1.0m高女儿墙及墙面抹灰重 （0.2×0.65+0.025×20×2）×1×3.6=4.07kN 纵向框架梁及抹灰自重标准值 （0.25×0.5×25+0.025×0.5×20+0.02×0.4×17）=3.51kN次梁自重 0.25×（0.5-0.1）×25=2.5kN/m抹灰 （0.4×2+0.25）×0.02×17=0.36kN/m次梁自重标准值 3.51+0.36=2.86kN/m女儿墙自重 4.07kN/m×7.2=29.3kN纵向框架梁自重 3.15×7.2=22.68kN次梁自重 3.3×2.86=9.44kN A轴屋面恒荷载传来 7.2×3.35-(1.5+3.3) ×1.8 ×3.065=47.45kNB轴屋面恒荷载传来 7.2×3.35-(1.5+3.3) ×1.8 ×3.605=55.81kN (7.2×1.05 -1.05×1.05)×3.605=23.28kNA轴总计 29.3+22.68+9.44+55.81=117.23kN/mB轴总计 22.68+9.44+47.45+23.28=102.85kN/m4.2.4 楼层框架节点集中恒荷载 外纵墙自重标准值 墙重 (7.2×2.95-1.8×2.0×2) ×2.28=32.01kN窗重 1.8×2.0×1×2=7.2kN内纵墙自重标准值 墙重 （7.2×2.95-1.0×2.0×2）×2.28=39.3kN门重 1.0×2.0×1.0×2=4kNA轴纵向框架梁传来恒荷载标准值 次梁上墙重 2.28kN/m2×(3.6-0.4）×3.65=26.63kN 纵向框架梁自重 3.51kN/m×7.2=25.27kN 次梁自重 2.86kN/m×3.35m=9.58kN 楼面恒荷载传来 7.2×3.35-(1.5+3.3)×1.8 ×4.13kN/m2=63.93kN 合计 32.01+7.2+26.63+25.27+9.58+63.93=164.62kNB轴纵向框架梁传来恒荷载标准值 次梁上墙重 2.28kN/m2×(3.6-0.4）×3.65=26.63kN 纵向框架梁自重 3.51kN/m×7.2=25.27kN 次梁自重 2.86kN/m×3.35m=9.58kN 楼面恒荷载传来 7.2×3.35-(1.5+3.3)×1.8 ×4.13kN/m2=63.93kN (7.2×1.05-1.05×1.05) ×4.13=26.67kN合计 39.3+4+26.63+25.27+9.58+63.93+26.67=195.38kN 4.2.5 柱自重计算边柱自重： 0.4×0.4×3.6×2816.13kN/m中柱自重： 0.4×0.4×3.6×2816.13kN/m4.3 活载计算4.3.1 楼面可变荷载标准值屋面均布活荷载标准值 2.0kN/m2楼面活荷载标准值 2.0kN/m2走廊活荷载标准值 2.5kN/m2活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图： P1 P2 P2 P1 图4.5 各层梁上作用的活载对于屋面， =2.5×3.6=9KN/m=2.5×2.1=5.25KN/m节点集中荷载 7.2×3.05-(1.5+3.3)×1.8 ×2.5=33.3KN节点集中荷载 7.2×3.05-(1.5+3.3)×1.8 ×2.5=33.3KN (7.2×1.05-1.05×1.05) ×2.5=16.14kN P2=49.44kN对于13层， =2×3.6=7.2KN/m=2.5×2.1=5.25KN/m节点集中荷载 7.2×3.05-(1.5+3.3)×1.8×2=26.64KN节点集中荷载 7.2×3.05-(1.5+3.3)×1.8×2.5=33.3KN (7.2×1.05-1.05×1.05) ×2.5=16.14KN P2=49.44KN4.4风荷载计算4.41 风荷载标准值垂直于建筑物表面上的风荷载标准值当计算主要承重结构时：风荷载标准值（kN/m2）高度Z处的风振系数风荷载体型系数风压高度变化系数基本风压（kN/m2）基本风压：=0.45KN/m，地面粗糙度为B类。风载体型系数=1.3。房屋高度H=15.35m< 30m，不需要考虑风压脉动的影响，取=1.0。各层柱顶集中风荷载标准值F4=0.45×1.3×1.0×1.15×（1.8+0.9）×7.2=13.08kNF3=0.45×1.3×1.0×1.049×3.6×7.2=15.9kNF2=0.45×1.3×1.0×1.0×3.6×7.2=15.16kNF1=0.45×1.3×1.0×1.0×（2.25+1.8）×7.2=17.06kN将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载 表4.1 风荷载计算层次sZ(m)41.01.315.351.150.4525.9213.0813.0831.01.311.751.0490.4525.9215.928.9821.01.38.151.00.4525.9215.1644.1411.01.34.501.00.4532.417.0661.2 A为一榀框架各层节点的受风面积，取上层的一半和下层的一半之和，顶层取到女儿墙顶，底层只取到下层的一半。图4.6 等效节点集中风荷载计算简图(kN)5 横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算5.1 风荷载作用下框架结构内力计算在求得框架第I层的层间剪力后，I层j柱分配到的剪力以及柱上、下端的弯矩、分别按下列各式计算： 柱端剪力计算公式为柱端弯矩计算公式为 ， 风荷载作用下的反弯点高比是根据表：均布水平荷载作用下的各层标准反弯点高度比查得。表6.1 各层边柱柱端弯矩及剪力计算层次y043.63 0.455.944.8633.66.67图5.4 地震作用下梁端剪力及柱轴力图0.512.00612.00623.610.160.518.2918.2914.513.910.5528.1734.43表6.2 各层中柱柱端弯矩及剪力计算层次y043.63.530.3158.7433.67.820.31519.288.8723.611.910.25332.0310.8514.516.690.537.5537.55注：表中弯矩单位为KN.M,剪力单位为KN。 梁端弯矩、剪力以及柱轴力分别按照下列公式计算：； ； 层次AB跨梁Mbl/kN·mMbr/kN·ml/mVb/kN130.5144.595.413.91217.4225.465.47.94311.4416.715.45.2145.167.545.42.35层次BC跨梁Mbl/(kN·m)Mbr/(kN·m)l/mVb/kN137.5537.552.135.76221.4421.442.120.42314.0814.082.113.4146.356.352.16.05图6.2 风荷载作用下梁端剪力及柱轴力图图6.1 风荷载作用下弯矩图5.2风荷载作用下的水平位移验算 根据求出的水平荷载，计算出层间的剪力，再根据层间侧移刚度，计算出每层的相对侧移和绝对侧移。计算过程如下表表6.3 风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算层次413.0813.08271220.480.00013315.928.98271221.070.00029215.1644.14271221.630.00045117.0661.2506201.210.00027由表得，风荷载作用下框架的最大层间位移角为一层的0.00045，小于1/550，满足规范要求。6 竖向荷载作用下横向框架结构的内力计算6.1 恒荷载作用下内力计算荷载作用下得计算简图如图所示，恒载的内力计算采用分层法，取中间层任一层进行分析。对于边节点，与节点相连的各杆件均为固接，为杆件的线刚度，杆端近端的转动刚度，分配系数为；对于中间节点，与该节点相连的走道梁的远端转化为滑动支座，因此转动刚度，其余杆端。梁上分布荷载由梯形和矩形两部分组成，求固端弯矩时，可根据图示荷载计算，也可根据固端弯矩相等的原则，先将梯形分布荷载以及三角形分布荷载，化为等效均布荷载，等效均布荷载的计算公式如图。 图7.1 荷载的等效，（三角形荷载）=1.4/5.4=0.259 （梯形荷载）顶层梯形荷载化为等效均布荷载 =2.7+(1-2×0.2592+0.2593) ×15.68=18.44KN/mq=g+58g=2.03+5/8×11.76=9.38KN/m结构内力可用弯矩分配法计算并可利用结构对称性取一半结构计算，则顶层各杆的固端弯矩为M AB=-112ql2=-1/12×18.44×5.42=-44.81KN·mM BC=-13ql2=-1/3×9.38×1.052=-3.48KN·m其余层梯形荷载化为等效均布荷载=9.77+(1-2×0.2592+0.2593) ×14.87=24.7KN/mq=g+58g =2.03+5/8×8.67=7.45KN/m同理，其余层各杆的固端弯矩为：M AB=-112ql2 =-1/12×24.7×5.42=-60.02KN·mM BC=-13ql2=-1/3×7.45×1.052=-2.74KN·m梁端和柱端弯矩采用弯矩二次分配法来计算，计算时先对各节点不平衡弯矩进行第一次分配，向远端传递(传递系数为1/2)，然后，对传递而产生的不平衡弯矩再进行分配。由于结构和荷载均对称，故计算时可用一半框架。弯矩分配法计算过程A下ABBAB下BCCB0.8720.1280.1220.8330.045-44.8144.81-3.48-1.7439.075.742.872.7-5.39-36.82-1.991.99-2.35-0.35-0.180.020.150.008-0.00836.72-36.7242.13-36.67-5.460.24顶层弯矩分配法计算过程A上A下ABBAB上B下BCCB0.4660.4660.0680.0670.4550.4550.023-60.0260.02-2.74-1.3727.9727.974.082.04-1.99-3.97-27.0-27.0-1.361.360.930.930.140.07-0.005-0.03-0.03-0.0020.00228.928.9-57.7958.16-26.97-26.97-4.10.008标准层弯矩分配法计算过程A上A下ABBAB上B下BCCB0.5140.4110.0750.0730.40.50.027-60.0260.02-2.74-1.3730.8524.674.52.25-2.18-4.35-23.81-29.77-1.611.611.120.90.160.08-0.006-0.03-0.04-0.0020.00231.9725.57-57.5457.00-23.84-29.81-4.350.24底层弯矩分配法计算过程将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得整个框架结构在恒荷载作用下得弯矩图，叠加后框架各节点弯矩不一定能达到平衡，可将节点不平衡弯矩再分配一次进行修改。 计算恒载作用下梁端剪力和柱轴力梁端剪力可根据梁端弯矩引起的剪力与梁上竖向荷载引起的剪力相叠加而得，而柱轴力可由节点集中力和梁端剪力叠加得到，计算恒载作用时的柱底轴力，考虑柱的自重。恒载作用下梁的剪力以及柱的轴力、剪力计算梁端剪力由两部分组成：a.荷载引起的剪力，计算公式为： 、分别为矩形和梯形荷载 、分别为矩形和三角形荷载b.弯矩引起的剪力，根据杆件弯矩平衡，即跨 跨 因为跨两端弯矩相等，故柱的轴力计算：顶层柱顶轴力由节点集中力和节点剪力叠加得到，柱底轴力为柱的自重加柱顶轴力。其余层轴力计算同顶层，需要考虑上部柱轴力的传递作用。表 7.1 恒载作用下AB梁端剪力层次V ABV BA415.682.747.74-62.34314.879.7759.70-81.17214.879.7759.70-81.17114.879.7759.70-80.91表7.2 恒载作用下BC梁端剪力层次V BC V CB411.762.0313.41-13.4138.672.0310.17-10.1728.672.0310.17-10.1718.672.0310.17-10.17表7.3 柱轴力计算层数A柱V ABFGNA上NA下447.74117.2316.13164.97181.1359.70164.6216.13389.29405.42259.70164.6216.13613.61629.97159.70164.6216.13837.931272.228层数B柱V BAV BCFGNB上NB下462.3413.41102.8516.13178.6194.73381.1710.17195.3816.13465.32481.45281.1710.17195.3816.13752.04768.17180.9110.17195.3816.131038.51054.63图7.2 分层法弯矩计算结果6.2活载作用下内力计算按照满布分布考虑活载，采用分层法和弯矩分配法计算，考虑弯矩调幅，将梁端节点弯矩算至梁端柱边弯矩。梁上分布荷载为梯形荷载，由于固端弯矩需相等，因此，先将三角形分布荷载以及梯形分布荷载化为等效均布荷载。活载作用下，顶层梯形荷载化为等效均布荷载顶层q边'=（1-212+13）p5AB=(1-2×0.2592+0.2593) ×9=7.64KN/mq中'=58p5BC=5/8×5.25=3.28KN/m标准层q边'=1-212+13pAB=(1-2×0.2592+0.2593) ×7.2=6.11KN/mq中'=58pBC=5/8×5.25=3.28KN/m用弯矩分配法并可利用结构对称性取1/2结构计算。则顶层各杆的固端弯矩为：顶层M AB=±112q边'l边2 =±1/12×7.64×5.42=±18.57KN.mM BC=-112q中'l中2=-1/3×3.28×2.12=-4.8KN.m其余层各杆的固端弯矩为M AB=±112q边'l边2 =±1/12×6.11×5.42=±14.85KN.mM BC=-13q中'l中2=-1/3×3.28×2.12=-4.8KN.m弯矩分配法计算过程：A下ABBAB下BCCB0.8720.1280.1220.8330.045-18.5718.57-4.8-2.416.192.381.19-0.915-1.83-12.46-0.670.670.80.120.060.007 0.05 0.00216.99-17.22517.99-12.41-5.47-1.73顶层弯矩分配法计算过程A上A下ABBAB上B下BCCB0.4660.4660.0680.0670.4550.4550.023-14.8514.85-4.8-2.46.926.921.010.51-0.015-0.71-4.8-4.8-0.240.0050.0070.0070.0016.9276.927-13.8514.65-4.8-4.8-5.04-2.395标准层弯矩分配法计算过程A上A下ABBAB上B下BCCB0.5140.4110.0750.0730.40.50.027-14.8514.85-4.8-2.47.636.11.110.56