安徽工业大学工商学院土木工程毕业设计.doc

安徽工业大学工商学院毕业设计(论文)任务书课题名称综合办公楼建筑结构设计学院工商学院系 别土木工程系专业班级姓 名学 号毕业设计（论文）的主要内容及要求:建筑位于马鞍山市雨山区，由主管部门批准拟建基地平面图见设计指导书，内容含门卫室、专业接待室、普通办公室和会议室，各层设卫生间等。建筑物的总层数应控制在56层，其总高度应控制在24m以下；总建筑面积5000-5500m2，根据具体情况可适当调整，但是不应超过7000m2。建筑设计规模、建筑设计构想与说明在其总平面布置设计中尚需考虑其它内容，理解所给的条件，变成自己的想法，书写自己的建筑设计构想与说明。结构设计与计算内容包括：荷载计算；计算简图、内力分析、内力组合及变形验算； 梁、板、柱截面设计及构造措施；基础设计；楼梯设计（可任选一部楼梯）；其它构件（如雨篷等选悬挑构件）。图纸内容及要求包括：1012张A1图纸（其中一半为CAD绘图），包括总平面图（包括建筑设计说明）；平面图、立面图和剖面图；首层平面图、二层五层平面图（任选其中二层）、正立面图、侧立面图不少于个；剖面图个；建筑节点详图；主外墙大样图1个，节点大样图34个；基础平面布置及基础配筋详图；结构平面布置及部分结构节点构造详图；梁、板、柱配筋图及构造详图；楼梯结构布置及配筋详图。论文设计说明书包括任务书、中、外文摘要、目录、文献综述、建筑设计说明书、结构设计计算书、英文资料翻译等内容。指导教师签字： 日期： 年 月 日 前言本设计是按照安徽工业大学工商学院2011届毕业设计要求编写的毕业设计。题目为“马钢厂区综合办公楼建筑、结构设计”。内容包括建筑设计、结构设计两部分。办公楼是公共建筑，其规范要求比较严格，能体现出建筑和结构设计的很多重要的方面，选择办公楼和结构设计，从而掌握办公楼设计的基本原理，妥善解决其功能关系，满足使用要求。框架结构的设计始于欧美，二十世纪后得到了世界各地大范围的使用，其结构建筑平面布置灵活，使用空间大，延性较好。其具有良好的抗震能力。对办公楼有重要建筑结构非常适用。能满足其较大的使用面积要求。框架结构的研究，对于建筑的荷载情况，分析其受力，采用不同的方法分别计算出各种荷载作用下的弯矩、简历、轴力，然后进行内力组合，挑选出最不利的内力组合进行截面的承载力计算，保证结构有足够的强度和稳定型。在对竖向荷载的计算中采用了弯矩分配法，对水平荷载采用了D值法，对钢筋混凝土构件的受力性能，受弯构件的正截面和斜截面计算都有应用。本结构计算选用一榀框架为计算单元，采用手算的简化计算方法，其中计算框架在竖向荷载下的内力时使用的弯矩二次分配法，不但使计算结果较为合理，而且计算量较小，是一种不错的手法。本设计主要通过工程实例来强化大学期间所学的知识，建立一个完整的设计知识体系，了解设计总过程，通过查阅大量的相关设计资料，提高自己的动手能力。这次设计是在老师的悉心指导下完成的，在此向您表示衷心的感谢！鉴于水平有限，设计书中还存在不少缺点甚至错误，敬请老师批评和指正。 摘要本工程为马钢厂区综合办公楼工程，采用框架结构，主体为5层，本地区抗震设防烈度为7度，场地类别为类场地。基本风压0.45kN/m2，基本雪压0.40kN/m2。 。楼、屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构。本设计贯彻“实用、安全、经济、美观”的设计原则。按照建筑设计规范，认真考虑影响设计的各项因素。根据结构与建筑的总体与细部的关系。本设计主要进行了结构方案中横向框架抗震设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算，接着利用顶点位移法求出自震周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。接着计算竖向荷载（横载及活荷载）作用下的结构内力。试找出最不利的一组或几组内力组合。选取最安全的结果计算配筋并绘图。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计。完成了平台板，梯段板，平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。对楼板进行了配筋计算，本设计采用桩基础，对基础承台和桩进行了受力和配筋计算。整个结构在设计过程中，严格遵循相关的专业规范的要求，参考相关资料和有关最新的国家标准规范，对设计的各个环节进行综合全面的科学性考虑。总之，适用、安全、经济、使用方便是本设计的原则。设计合理可行的建筑结构方案是现场施工的重要依据。关键词：框架结构，抗震设计，荷载计算，内力计算，计算配筋 ABSTRACT This works for the city of Maanshan City Magang factory office building ,a framework structure for a five-storey main,in the region earthquake intensity of 7 degrees as Class venues. the basic Pressure 0.45kN/m2,basic snow pressure0.40kN/m2. Floor roof were using cast-in-place reinforced concrete structure. The design and implement “practical, security, economic, aesthetic,” the design principles. With the architectural design, design seriously consider the influence of the various factors.According to the structural and architectural detail and the overall relationship.The design of the main structure of the program horizontal framework axis -seismic design. In determining the distribution framework, the first layer of representative value of the load, Then use vertex from the displacement method for earthquake cycle, and then at the bottom of shear horizontal seismic load calculation under size, then caiculated the level of load under the Internal Forces (bending moment,shear and axial force). Then calculate vertical load (constant load and live load) under the Internal Forces. Identify the most disadvantaged group or an internal force several combinations. Select the best safety results of the reinforcement and Mapping. In dddition, the structure of the program indoor staircase design.Completion of the platform boards, boards of the ladder,platform beam component and the reinforcement calculation, the use of pile foundation design, foundation and pile caps for the force and reinforcement calculation.The whole structure of the design process, in strict compliance with the relevant professional standard, reference to relevant information and the latest national standards and specifications, and design of the various components of a comprehensive scientific considerations. In short, application, security, economic and user-friendly design is the principle. Design reasonable and workable srructure of the program is the constraction site of the important basis for the construction.KEY WORDS: Frame Structure, Seismic Design, Load Calculation, Internal force calculation, Calculation reinforcement. 目录文献综述8第1章 结构布置及计算简图111.1 初步设计资料111.2 结构布置及梁、柱截面尺寸的初选121.2.1 梁截面尺寸的初选121.2.2 柱截面尺寸的估算131.3 结构布置141.4框架结构的计算简图161.5 框架梁柱的线刚度计算161.5.1横梁线刚度计算171.5.2 柱的线刚度计算17第2章 重力荷载代表值的计算192.1 屋面及楼面恒荷载计算192.2 屋面及楼面活荷载计算202.3 梁、柱、墙、门、窗重力荷载的计算20第3章 板和次梁的计算223.1 板的计算223.1.1 设计资料223.1.2 荷载计算233.1.3板的配筋243.2 次梁的计算29第4章 楼梯计算314.1 设计参数314.2 梯段板计算314.3 平台板计算324.4 平台梁计算33第5章 水平荷载作用下框架内力和侧移计355.1 侧移刚度D355.2 外墙、内墙、女儿墙、梁、板、柱自重的计算355.3 各楼层重力代表值的计算395.4横向框架自震周期计算405.5 地震作用及各楼层地震剪力计算415.6 水平地震作用的位移验算425.7 地震作用下的内力计算43第6章 竖向荷载作用下的内力计算476.1 确定节点处各杆件的分配系数476.2 框架结构的荷载计算486.3 荷载作用下框架的内力536.3.1 恒荷载作用下框架的弯矩计算536.3.2 活荷载作用下框架的弯矩计算546.4 梁端剪力及柱轴力计算59第7章 框架结构的内力组合617.1 框架梁内力组合617.2 框架柱内力组合63第8章 框架梁、柱截面配筋计算668.1 框架梁的截面设计668.1.1 承载力抗震调整系数RE668.1.2 框架梁的正截面设计668.1.3 框架梁的斜截面设计768.2 框架柱的截面设计828.2.1框架柱正截面设计828.2.2框架柱斜截面设计84第9章 基础设计899.1 设计资料899.2 柱独立基础设计899.2.1 初步确定基础底面尺寸909.2.2地基承载力验算919.2.3 冲切验算919.2.4 配筋计算929.3 柱联合基础设计949.3.1 初步确定基础底面尺寸949.3.2 地基承载力的验算959.3.3 冲切验算959.3.4 配筋计算96英文译文97致谢：111参考资料112文献综述建筑是人类最早的生产活动之一，是在一定的历史条件下，随着社会生产力发展而形成发展的。由于经济的发展、土地的减少，现代建筑趋向于多高层建筑，而砌体结构存在自重大、砌筑工作相当繁重、抗拉抗弯性能低、粘土砖用量很大，往往占用农田，影响农业生产等缺点，现代建筑多采用框架结构、框剪结构、框筒结构等结构体系。而框架结构是多高层建筑的一种主要结构形式。框架结构有钢筋混凝土框架和钢框架，而钢筋混凝土框架在教育建筑中较为常用。随着建筑行业迅速发展，我国混凝土行业已与世界混凝土技术进程同步。从干性混凝土到大流动性混凝土，再到混凝土建筑砌块。高强混凝土，混凝土外加剂发展，各种性能更优混凝土，绿色混凝土发展，混凝土行业前景一片光明。混凝土的各种优越性已充分体现。框架结构内部可用轻型材料分隔，许多轻型、隔热、隔音材料不断出现，绿色建材不断涌现。框架结构由梁、柱构件通过节点连接构成。按施工方法的不同,框架结构可分为现浇式、装配式和装配整体式三种。在地震区,多采用梁、柱、板全现浇或梁柱现浇、板预制的方案；在非地震区,有时可采用梁、柱、板均预制的方案。在竖向荷载和水平荷载作用下,框架结构各构件将产生内力和变形。水平荷载作用下框架结构的侧移限值通常控制梁、柱截面尺寸。框架结构的侧移一般由两部分组成:由水平力引起的楼层剪力,使梁、柱构件产生弯曲变形,形成框架结构的整体剪切变形；由水平力引起的倾覆力矩,使框架柱产生轴向框架结构的变形,形成框架结构的整体弯曲变形。当框架结构房屋的层数不多时,其侧移主要表现为整体剪切变形,整体弯曲变形的影响很小。我的毕业设计是做框架结构,需要对该结构具有较为深入的了解。该办公楼的建筑要求设计6000平米左右，五层。建筑设计要求建筑物功能分区合理，房间布置适宜，满足各项使用功能要求；结构设计要求结构布置合理，构件设计安全经济合理。 一：框架结构体系的特点:1、结构自重较轻。2、建筑立面容易处理。3、计算理论比较成熟。4、设计时要控制高宽比。5、建筑平面布置灵活，能获得较大空间空间,也可按需要做成小房间。6、整体侧向刚度较小，水平荷载作用下侧移较大,有时候影响正常使用。二、框架结构体系选择的因素及适用范围:1、考虑建筑功能的要求。例如多层建筑空间大、平面布置灵活时。2、考虑建筑高度和高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地条件等因素。3、非抗震设计时用于多层及高层建筑。抗震设计时一般情况下框架结构多用多层及小高层建筑。4、框架结构体系是介于砌体结构与框架-剪力墙结构之间的可选结构体系。框架结构设计应符合安全适用、技术先进、经济合理、方便施工的原则。5、框架结构由于其抗侧刚度较差，因此在地震区不宜设计较高的框架结构。在7度设防区，对于一般民用建筑，层数不宜超过7层，总高度不宜超过28米。在8度设防区，层数不宜超过5层，总高度不宜超过20米。超过以上数据时虽然计算指标均满足规范要求，但是不经济。三：框架结构结构布置原则：1、结构平面形状和立面体型宜简单、规则，使各部分均匀对称，减少结构产生扭转的可能性。2、控制结构高宽比，以减少水平荷载下的侧移。3、尽量统一柱网及层高，以减少构件种类规格，简化设计及施工。4、建筑的总长度宜控制在最大温度伸缩缝间距内，当长度超过规定值时，可设伸缩缝将其分成若干温度区段。四：框架结构的承重方案：根据承重框架布置方向的不同，框架承重体系可分为：1、横向框架承重方案：在横向上布置主梁，在纵向上设置联系梁。楼板支撑在横向框架上，楼面竖向荷载传给横向框架主梁。由于横向框架跨数较少，主梁沿框架横向布置有利于增加房屋横向抗侧移刚度。由于竖向荷载主要通过横梁传递，所以纵向联系梁往往截面尺寸较大，对于给定的净空要求使结构层高增加。2、纵向框架承重方案：在纵向上布置框架主梁，在横向上布置联系梁。楼面的竖向荷载主要沿纵向传递。由于联系梁截面尺寸较小，这样对于大空间房屋，净空较大，房屋布置灵活。不利的一面是进深尺寸受到板长度的限制，同时房屋的横向刚度较小。3、纵横向框架混合承重方案：框架在纵横两个方向上均布置主梁。楼板的竖向荷载沿两个方向传递。柱网较小的现浇楼盖，楼板可以不设井字梁直接支撑在框架主梁上。由于这种方案沿两个方向传力，因此各杆件受力较均匀，整体性也较好，通常按空间框架体系来进行内力分析。五、变形缝的设置。在框架结构总体布置中,考虑到沉降、温度变化和体型复杂对结构的不利影响,可用沉降缝、伸缩缝和防震缝将结构分成若干独立的部分。框架结构设缝后,给建筑、结构和设备的设计和施工带来一定的困难,基础防水也不容易处理.因此,目前的总趋势是避免设缝,并从整体布置或构造上采取相应的措施来减小沉降、复杂温度变化或体型复杂造成的不利影响。当必须设缝时,应将框架结构划分为独立的结构单元。 该毕业设计是综合应用我们四年来所学基础知识、专业知识和技术知识来解决具体的土木工程问题，使我能够在指导老师的指导下，比较独立地完成办公楼的设计，可以熟悉相关的设计规范、手册、标准图集，掌握AutoCAD、Office等办公软件技术，为我以后工作打下坚实的基础。第1章 结构布置及计算简图1.1 初步设计资料 一、工程名称：马钢厂区综合办公楼。二、工程概况：建筑面积6268.46m2 ，建筑总高19.95m，主体大楼为五层，室内外高差为0.45m. 三、风压：基本风压0.45kN/m2四、雨雪条件：基本雪压0.40kN/m2。五、水文资料：地下稳定水位距地坪6m以下六、地质条件：1、 建筑场地类别：类场地土；地震设防烈度：7度。2、 地质资料：见表1-1 表1-1 建筑地层一览表（标准值）序号岩土分类土层深度厚度范围地基承载力桩端阻力桩周摩擦力1杂填土0.00.80.82粉 土0.81.81.0120103中 砂1.82.81.0200254砾 砂2.86.53.73002400305圆 砾6.512.56.0500350060六、 材料使用：1、 混凝土：梁板柱均使用C30混凝土，基础为C25混凝土2、 钢筋：纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB400，其余采用热轧钢筋HPB235.3、 墙体：a、 外纵墙采用370厚粉煤灰轻渣空心砌块b、 内隔墙、卫生间隔墙、女儿墙采用240厚蒸压加气混凝土砌块c、 窗：均为钢框玻璃窗d、 门：除大门为玻璃门，办公室、会议室、卫生间均为木门。1.2 结构布置及梁、柱截面尺寸的初选1.2.1 梁截面尺寸的初选主体结构共5层，层高为3.9m，内外墙的做法：外墙砌370厚空心砌块砖，内墙砌240厚空心砌块砖，门窗见门窗表，楼层屋盖均为现浇钢筋混凝土结构。板厚取h=120mm.一、 梁截面尺寸的估算：1、 AB跨：（1）主梁：L1=7200mmh=(1/101/15)L=720mm480mm, 取650mmb=(1/21/3)h， 取300mm 主梁：L2=7800mm h=(1/101/15)L=780mm520mm, 取650mmb=(1/21/3)h， 取300mm 故框架横梁的截面尺寸为b×h=300mm×650mm （2）次梁：L=7200mm h=(1/181/12)L=400mm600mm, 取500mmb=(1/21/3)h， 取250mm 故框架次梁的截面尺寸为b×h=250mm×500mm2、 BC跨：主梁：L=3000mmh=(1/151/10)L=200mm300mm， 取500mmb=(1/31/2)h, 取250mm 故框架梁的截面尺寸为b×h=250mm×500mm 表1-2 估算梁的截面梁尺寸（mm）及各层混凝土强度等级层数混凝土强度等级横梁（b*h）纵梁次梁AB、CD跨BC跨15 C30300×650250×500300×650250×5001.2.2 柱截面尺寸的估算框架柱截面尺寸根据柱的轴压比限制，按下式计算：1、柱组合的轴压比设计值按照公式1-1计算： ( 1-1 )式中： ：地震作用组合后柱轴力增大系数，边柱取1.3，等跨内柱取1.2，不等跨取1.25； F：为按照简支状态计算柱的负荷面积； g:为折算后在单位面积上的重力荷载代表值，近似取14 kN/m2 n:为验算截面以上楼层层数。2、框架柱验算 (1-2) 由计算简图1-1可知边柱和中柱的负载面积可知：图1-1 边柱和中柱的负荷面积简图中柱：（7.8+7.8）/2×（3+7.2）/2=7.8×5.1=39.78 m2边柱：（7.8+7.8）/2×(7.2/2)=7.8×3.6=28.08 m2中柱：Ac>1.2N / fc =（1.25×39.78×14×1000×5）/（14.3×0.9）=mm2边柱：Ac>1.2N / fc=（1.3×28.08×14×1000×5）/（14.3×0.9）= mm2根据上述计算结果，并综合考虑其他因素，取柱截面为正方形，初步估计柱的尺寸为600mm×600mm= mm2 > mm2,为计算简便中柱和边柱的尺寸相同，均为600mm×600mm。故初选柱的尺寸为600mm×600mm。1.3 结构布置 图1-2 结构平面布置图注：梁的尺寸 L1=300mm×650mm L2=250mm×500mm L3=300mm×650mm L4=250mm×500mm边柱、内柱的尺寸均为：600mm×600mm1.4框架结构的计算简图 图1-3 框架结构梁、柱尺寸 注：室内外高差为0.45m 基础顶面距天然地坪0.5m则底层计算高度: h=0.45m+0.5m+3.9m=4.85m1.5 框架梁柱的线刚度计算框架梁柱的相对线刚度如图1-4所示，作为计算各节点弯矩分配的依据。在框架结构中，现浇楼板的楼板可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架的侧移。为考虑这一有利的作用，在计算梁的截面惯性矩的时候，对边框架取1.5I0，对于中框架取2 I0（I0为梁的截面惯性矩） 梁采用C30混凝土，Ec=3.0×107 kN/m21.5.1横梁线刚度计算AB跨梁： =EI /L=3.0×107×1.5×1/12×0.3×(0.65) 3 / 7.2=4.29×104 kN.mBC跨梁：=EI /L=3.0×107×2×1/12×0.25×(0.5) 3 / 3=5.21×104 kN.mCD跨梁：= iAB =4.29×104 kN.m1.5.2 柱的线刚度计算二五层：Zi= EI /L=3.0×107×1/12×(0.6) 4/ 3.9=8.31×104 kN.m底层：Z1= EI /L=3.0×107×1/12×(0.6) 4/ 4.85=6.68×104kN.m令二五层Zi=1.0，则其余各杆件的相对线刚度为：iAB=4.29×104/8.31×104=0.516iBC=5.21×104/8.31×104=0.627iCD= iAB=0.516底层Z1=6.68×104/8.31×104=0.804由此可知框架相对刚度如图1-4所示： 图1-4 框架梁柱的相对线刚度第2章 重力荷载代表值的计算2.1 屋面及楼面恒荷载计算 一、屋面 防水层：（刚性）30厚C20细石混凝土 1.0 kN/m2防水层：（柔性）三毡四油油铺小石子 0.4 kN/m2找平层：15厚水泥砂浆 0.015m×20 kN/m3=0.3 kN/m2 找坡层：40厚水泥石灰砂浆3%0找平 0.04m×14 kN/m3=0.56 kN/m2 保温层：80厚矿渣水泥 0.08m×14.5 kN/m3=1.16 kN/m2 结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.12m×25 kN/m3=3.0kN/m2 抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m×17 kN/m3=0.17kN/m2 合计 6.59 kN/m2二、各层走廊楼面面层：水磨石地面 0.65kN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.12m×25 kN/m3=3.0kN/m2抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m×17 kN/m3=0.17kN/m2 合计 3.82 kN/m2三、标准层楼面面层：水磨石地面 0.65kN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.12m×25 kN/m3=3.0kN/m2抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m×17 kN/m3=0.17kN/m2 合计 3.82 kN/m2四、楼梯构造层： 0.65 kN/m2结构层：120厚现浇混凝土板 0.12m×25 kN/m3=3.0kN/m2 抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m×17 kN/m3=0.17kN/m2 合计 3.82 kN/m22.2 屋面及楼面活荷载计算一、根据«荷载规范»查得：不上人屋面： 0.5 kN/m2楼面： 2.0 kN/m2走廊： 2.5 kN/m2二、雪荷载 =1.0×0.40 kN/m2=0.40 kN/m2 屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者取大者,故活荷载取0.5 kN/m2。2.3 梁、柱、墙重力荷载的计算一、梁自重 1、横梁L1、纵梁L3： b×h=300mm×650mm 梁自重： 25 kN/m3×0.3m×(0.65m-0.12m)=3.975 kN/m 抹灰层10厚混合砂浆0.01m×(0.6m-0.12m)×2+0.3m×17kN/m3=0.214 kN/m 合计 4.187kN/m2、中横梁L2、次梁L4： b×h=250mm×500mm 梁自重： 25 kN/m3×0.25m×(0.5m-0.12m)= 2.375kN/m 抹灰层10厚混合砂浆：0.01m×(0.5m-0.12m) ×2+0.25m ×17 kN/m3=0.1717kN/m 合计 2.547 kN/m二、柱自重： 1、柱： b×h=600mm×600mm 柱自重： 25 kN/m3×0.6m×0.6m=9 kN/m 抹灰层10厚混合砂浆： 0.01m×0.6m×4×17 kN/m3= 0.408kN/m 合计 9.408 kN/m2、构造柱： b×h=240mm×240mm 柱自重： 25 kN/m3×0.24m×0.24m=1.44kN/m 抹灰层10厚混合砂浆： 0.01m×0.24m×0.24m×2×17 kN/m3= 0.02kN/m 合计 1.46 kN/m三、墙体自重：1、外纵墙：370厚粉煤灰轻渣空心砌块：(3.9m-0.65m) ×7.5kN/m3x0.37m=9.01875kN/m 铝合金窗: 0.45kN/m2×1.8m×1.8m/3.9m=0.374 kN/m 外墙贴瓷砖： 3.9m×0.5 kN/m2 = 1.95kN/m内墙面20厚白色水泥粉刷： (3.9m-0.6m)× 17 kN/m3x0.02m=1.122kN/m合计 12.46 kN/m 2、内墙自重： 240厚蒸压加气混凝土砌块： (3.9m-0.65m)×5.5 kN/m3x0.24m=4.29kN/m内墙面20厚白色水泥粉刷：(3.9m-0.65m)×17 kN/m3×2×0.02m=2.21kN/m合计 6.5kN/m3、女儿墙370厚粉煤灰轻渣空心砌块： 0.5m ×0.37m×7.5 kN/m3 = 1.3875 kN/m100mm高混凝土压顶: 25 kN/m3×0.1m ×0.37m = 0.925 kN/m20厚抹灰17 kN/m3： 0.5m× 17 kN/m3x0.02m=0.17 kN/m瓷砖外贴0.5 kN/m2 : 0.5m ×0.5kN/m2 = 0.25kN/m 合计