多层框架结构办公楼毕业设计(手算)(共60页).docx

精选优质文档-倾情为你奉上本科生毕业论文(设计)某办公楼设计（二）院 系： 城市与环境学院 专 业： 土木工程 班 级： 08房建 学 号： 学生姓名： 崔云博 联系方式： 指导老师：王俊 职称：副教授2012年05月独 创 性 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业设计是本人在指导老师指导下取得的研究成果。除了文中特别加以注释和致谢的地方外，设计中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在设计中作了明确的说明并表示了谢意。学生签名： 年月 日授 权 声 明本人完全了解许昌学院有关保留、使用本科生毕业设计的规定，即：有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业设计的复印件和磁盘，允许毕业设计被查阅和借阅。本人授权许昌学院可以将毕业设计的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编设计。本人设计中有原创性数据需要保密的部分为：无学生签名： 年 月 日指导教师签名： 年 月 日专心-专注-专业摘 要本设计为某办公楼设计（二），采用现浇框架结构。在建筑设计完成之后进行结构设计。在建筑设计时先进行建筑方案设计，在建筑方案通过后进行建筑施工图的绘制。完成建筑施工图绘制之后，根据建筑施工图确定结构布置方案，在确定框架布局后，选取横向一榀框架作为代表进行计算，本设计以7轴线为代表进行计算。在进行结构设计时，先对水平地震荷载和风荷载、竖向恒荷载和活荷载进行内力计算，水平地震荷载和风荷载的内力计算采用D值法计算，竖向的恒荷载和活荷载的内力计算采用分层法进行计算。在计算出各种内力之后，然后进行内力组合，内力组合时要考虑地震的作用，之后找出最不利的内力组合，选取最安全的结果计算配筋，设计时先算上部结构，再进行下部基础设计。最后进行施工图的绘制。施工的绘制要依据混凝土制图规范和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。 关键词：框架结构，结构设计，办公楼设计，抗震设计AbstractThe design for the second office building design, is used cast-in-place framework structure. In the architectural design for the first building project design, construction scheme in after the construction plans drawn. Completion of construction drawing, according to the construction drawings to determine the layout of the structure, after determining the frame layout, selection of transverse frame as a representative of calculation, the design has been selected 7 axis as the representative to calculate.In structural design, first on the horizontal seismic load and wind load, vertical dead load and live load inner force calculation, horizontal seismic load and wind load calculation of internal forces calculated using D values, vertical dead load and live load calculation using hierarchical method. After the calculation of the various forces, then the combination of internal force, internal force combination to consider when earthquake, then identify the most unfavorable combination of internal forces, select the most secure reinforcement calculation of the results, before designing the lower foundation, we should desing the upper structure. Finally, the work is drawing.Construction drawing should be relied on the concrete drawing rule and concrete construction diagram representation of the whole plane and construction drawings detailing the rules.Key Words： Frame structure, structural design, office design, seismic design目 录引 言作为一名即将毕业的土木工程专业的本科生，在大学几年的理论学习后，要结合社会的实际情况，检验一下所学习的专业知识是否专业和完善。毕业设计恰好就是一种最好的检验，可以使五年中所学习的知识得到综合利用，使得各方面的知识系统化和实践化。通过独立完成毕业设计，可以培养独立思考、独立工作的能力，以及调查、分析和查阅资料的能力。本次毕业设计题目为某办公楼设计，结构形式采用全现浇框架结构。在熟悉本课题设计任务书的基础上，结合当地的自然条件，施工技术水平，并查阅相关建筑设计的书籍和规范，独立完成办公楼工程的建筑方案设计，并最终绘制出建筑施工图。通过建筑方案的设计，对框架结构进行柱网布置和结构选型，并确定材料类型和截面尺寸。首先，通过现行规范选定房间作法，并以此计算框架结构各层的重力荷载代表值；其次，采用合适的计算方法对竖向荷载作用下框架结构的内力、水平地震荷载作用下框架结构内力及侧移进行计算；最后，通过以上的结构计算，对框架结构进行截面设计（梁、板、柱截面尺寸及配筋）、楼板设计（楼板尺寸及配筋）、楼梯设计（平台板、楼梯梁、梯段板截面尺寸及配筋）、基础设计（柱下独立基础的截面设计及配筋），使得截面的配筋满足构造要求。最后通过框架结构的结构设计及计算结果，绘制出框架结构的结构施工图。1 工程概况 1.1 概况介绍建筑介绍：办公楼建筑面积约4000平方米，五层，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7.8m的内廊式小柱网，边跨为6m，中间跨为2.4m，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 构件截面尺寸的初步确定及计算简图2.1 构件截面尺寸的初步确定框架结构的主梁截面高度和宽度可有下式确定：hb=110118L 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15C30柱截面尺寸估算 该框架结构的抗震等级为三级，其轴压比限值为=0.9,各层重力荷载代表值近似取14kN/m2，边柱及中柱的负荷面积分别为7.83 m2和7.84.2 m2，可得一层柱截面面积为:边柱AcNNfc=2129.4×1030.9×14.3=.55mm2中柱 AcNNfc=2866.5×1030.9×14.3=.27mm2取柱子截面为正方形，则边柱和中柱截面尺寸分别为450mm450mm和500mm500mm2.2 结构计算简图框架结构计算简图，取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板顶，25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，本设计选用柱下独立基础，基顶标高为-0.95m,则底层柱高度h13.6+0.45+0.54.55m。见下图2.1:图2.1 结构计算简图（注：图中数字为相对线刚度）3 横向框架侧移刚度计算梁线刚度计算梁柱混凝土标号均为C30，在框架结构中，现浇楼面可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧移。考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架梁取，对中框架梁取。 表3.1 横梁线刚度计算表杆件Ec(N/mm2)bh(mmmm)I0(mm4)(mm)i=2ECI0/(Nmm) 相对刚度AB跨CD跨3.0104 5.410960001.81062.4BC跨3.01045.410924004.51066纵梁3.01045.410978001.391061.85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45503.0104 3.411097.511051B C柱45503.0104 5.2110911.451051.5325A D柱36003.01043.411099.491051.26B C柱36003.01045.2110914.471051.93计算柱的侧移刚度柱的侧移刚度D计算公式：其中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。对于一般层： 对于底层： 表3.3 横向框架柱侧移刚度D计算表层次层高 (m)柱N/mm2-53.6边柱1.90.4912.9210681.3106中柱4.350.6927.7310614.55边柱2.40.668.6210649.1106中柱5.490.8015.931064 荷载计算4.1 计算单元取7轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为7.8m，如图所示，由于房间内布置有次梁，故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影线所示，计算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，作用于各节点上。见图4.1图4.1 横向框架计算单元4.2 恒载计算4.2.1 屋面的永久荷载标准值屋面40厚的细石混凝土保护层 22×0.040.88kN/m2SBS（3+3）改性沥青防水卷材 0.4kN/m220厚的1：3水泥砂浆找平层 20×0.020.4kN/m2100厚1:8水泥陶粒找坡 0.1×14=1.4 kN/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/m210厚板底抹底 0.170kN/m2合计 5.75kN/m24.2.2 梁自重计算框架主梁自重： 0.3×0.5×253.75kN/m 粉刷： 2×（0.6-0.1）×0.01×170.17 kN/m 合计 3.92 kN/m次梁自重： 0.30.45253.375 kN/m 粉刷： 2×0.45×0.01×170.153 kN/m 合计 3.528 kN/m4.2.3 女儿墙自重女儿墙自重(含贴面和粉刷)：1.20.022170.245.51.22.4 kN/m 图4.3 活荷载作用下计算简图图4.2 恒荷载作用下计算简图4.2.4 屋面恒荷载计算 P1 P2 P2 P1 q1 q1 图4.4 各层梁上作用的荷载在图中，、代表横梁自重，为均布荷载形式，对于第五层，q1=3.92KN/m和分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载，由图所示的几何关系可得，=5.75×3.9=22.425KN/m=5.75×2.4=13.8KN/m、分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的荷载，它包括梁自重、楼板重和女儿墙等的自重荷载，计算过程如下：节点集中荷载：(a)板重 （0.5×3.9×0.5×3.9×5.75）×2+0.5×（12-3.9）×0.5×3.9×5.75=89.14KN(b)次梁自重 6×3.528=21.168KN(c)纵梁自重： 3.92×（7.8-0.5）=29.616KN合计： 141.276kN节点集中荷载：(a)板重 136.22KN(b)次梁自重 （2.4+6）×3.528=30KN(c)纵梁自重 21.168KN合计： 194.83kN4.2.5 楼面永久荷载标准值水磨石地面 0.65kN/m2100厚的钢筋混凝土板 25×0.10=2.5kN/m210厚板底抹底 0.170kN/m2合计 3.33kN/m2 4.2.6 柱自重计算边柱自重： 0.45×0.45×3.6×2518.225kN/m粉刷： (0.45×4-0.24×3) ×3.6×0.02×17=1.322kN/m合计 19.547kN/m中柱自重： 0.5×0.5×3.6×2522.5kN/m粉刷： (0.5×4-0.24×3) ×3.6×0.02×17=1.57kN/m合计 24.07kN/m内纵墙自重(含贴面和粉刷)： 6.0kN/m外纵墙自重(含贴面和粉刷)： 4.04kN/m4.2.7 楼面恒荷载计算对于14层，计算的方法基本与第五层相同，计算过程如下：q1=3.92+6=9.92KN/m=3.92KN/m=3.22×3.9=12.558KN/m=3.22×2.4=7.728KN/m节点集中荷载：(a)板重 （0.5×3.9×3.9）+0.5×（12-3.9）×0.5×3.9×3.32=51.47KN(b)次梁自重 6×(3.528+6)=57.168KN(c)纵梁自重 (3.92+4.04)×（7.8-0.5）=58.108KN(d)柱重 19.547KN 合计： 141.276kN节点集中荷载：(a)板重 136.22/5.75×3.32=78.65KN (b)次梁自重 6×(3.528+6)+2.4 3.528=65.64KN(c)纵梁自重 (3.92+4.04)×（7.8-0.5）=58.108KN(d)柱重 24.07KN 合计： 221.945kN4.3 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屋面雪荷载标准值 Sk=rs0=1.00.5=0.5kN/m2式中：r为屋面积雪分布系数，取r1.0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， =2.5×3.9=9.75KN/m=2.5×2.4=6KN/m节点集中荷载=15.51×2.5=38.775KN节点集中荷载=23.69×2.5=59.225KN对于14层， =2×3.9=7.8KN/m=2.5×2.4=6KN/m节点集中荷载=15.51×2=31.02KN节点集中荷载=23.69×2.5=59.225KN4.4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按下式来计算：式中，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：=0.4KN/m，地面粗糙度为B类。风载体型系数由荷载规范第7.3节查得： =0.8（迎风面）和=-0.5（背风面）。本设计中，房屋高度H=18.95 < 30m，则不需要考虑风压脉动的影响，取=1.0。 将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，如下表4.1：表4.1 风荷载计算层次sZ(m)51.01.318.451.2160.418.9611.9911.9941.01.314.851.130.428.0816.528.4931.01.311.251.0350.428.0815.1143.621.01.37.6510.428.0814.658.211.01.34.0510.429.83515.5273.72 其中，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。注意底层的计算高度应从室外地面开始取。图4.6 等效节点集中风荷载计算简图(kN)5 水平地震作用下的内力计算和侧移计算5.1 计算重力荷载代表值5.1.1 第5层的重力荷载代表值：屋面恒载： 屋面板自重 5.7514.47.8645.84 kN女儿墙： 0.247.821.25.520.592 kN梁自重： 24.75×2+8.55+4×（33.75+23.51）+2×8.66304.41 kN半层柱自重： 2×(18.225+22.5) ×0.569.70 kN横墙自重： 6×0.24×(6-0.3) ×3×5.5=135.432 KN窗洞 4×1.5×1.8+4×1.2×1.5=18m2纵墙重 8×0.24×（3.6-0.3）×3-18×0.24 ×5.5=90.288KN屋面活载 2.0×14.4×7.8=224.64KN雪载 0.514.47.8=56.16 kNG5=恒载+0.5活载=1267.527KN5.1.2 24层的重力荷载代表值楼面恒载： 板自重 14.47.83.32372.90kN上下半层墙重： （135.432+90.288）KN纵横梁自重： 304.41 kN上半层柱+下半层柱： 81.45kN楼面活荷载： 224.64kNG=恒载+0.5活载=1102.2KN 5.1.3 一层的重力荷载代表值：G1=恒载+0.5×楼面活载=372.90+40.725+304.41+（90.288+5.4）/4=854.77kN 图5.1 结构重力荷载代表值5.2 结构自振周期对于框架结构，采用经验公式计算 T=0.085n=0.085×5=0.425s 5.3 水平地震作用及楼层地震剪力计算该建筑结构高度远小于40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切为主，因此用底部剪力法来计算水平地震作用。首先计算总水平地震作用标准值即底部剪力。 式中，相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数；结构等效总重力荷载，多质点取总重力荷载代表值的85；查规范得特征周期Tg=0.45s查表得，水平地震影响系数最大值由水平地震影响系数曲线来计算，T=0.425s< Tg=0.45s 故=因为T<1.4 Tg，所以不需要考虑顶部附加水平地震作用 FEK=GEq=0.85GE=0.85×0.08×（1267.527+3×1102.2+854.277）=369.13 则质点i的水平地震作用为：式中：、分别为集中于质点i、j的荷载代表值；、分别为质点i、j的计算高度。具体计算过程如下表，各楼层的地震剪力按 来计算，一并列入表中，表5.1 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次518.951267.52786.1986.19415.351102.274.95161.14311.751102.274.95236.0928.151102.274.95311.0414.55854.27758.09369.13各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见图5.2图5.2 横向水平地震作用及层间地震剪力 5.4 水平地震作用下的位移验算用D值法来验算框架第层的层间剪力、层间位移及结构顶点位移分别按下式来计算： 计算过程见下表，表中计算了各层的层间弹性位移角。表5.2 横向水平地震作用下的位移验算层次586.190.96412.17436001/15564161.141.80711.21036001/13693236.092.4569.40336001/12502311.042.9036.94736001/11731369.13956044.0444.04445501/1125由表中可以看到，最大层间弹性位移角发生在第一层，1/1173<1/550,满足要求。5.5 水平地震作用下框架内力计算将层间剪力分配到该层的各个柱子，即求出柱子的剪力，再由柱子的剪力和反弯点高度来求柱上、下端的弯矩。柱端剪力按下式来计算： 柱上、下端弯矩、按下式来计算 式中： i层j柱的侧移刚度；h为该层柱的计算高度； y-反弯点高度比；标准反弯点高比，根据上下梁的平均线刚度，和柱的相对线刚度的比值，总层数，该层位置查表确定。 上下梁的相对线刚度变化的修正值，由上下梁相对线刚度比值 及查表得。 上下层层高变化的修正值，由上层层高对该层层高比值及查表。下层层高对该层层高的比值及查表得。查表y1 = y2 =y3 =0表5.3 各层边柱柱端弯矩及剪力计算层次y053.613.700.39532.3321.0543.625.610.44551.1741.0333.637.520.49567.5467.5423.649.430.5088.9788.9714.5564.810.56129.75165.14表5.4 各层中柱柱端弯矩及剪力计算层次y053.6117.590.4558.2147.6343.6220.410.598.9398.9333.6299.550.5144.95144.9523.6354.140.5190.96190.9614.55386.60.55245.21299.70注：表中弯矩单位为,减力单位为KN梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按下式来计算 水平地震作用下框架的弯矩图5.3、梁端剪力图及柱轴力图5.4图5.3 水平地震作用下框架的弯矩图图5.4 地震作用下梁端剪力及柱轴力图6 横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算6.1 风荷载作用下框架结构内力计算计算方法与地震作用下的相同,都采用D值法。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 ， 需要注意的是，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y53.61.910.3954.162.7243.64.530.4459.057.2633.66.930.49512.47412.47423.69.250.5016.6516.6514.55 12.940.5625.9132.97表6.2 各层中柱柱端弯矩及剪力计算层次y053.64.090.458.16.6343.69.720.517.517.533.614.870.526.7726.7723.619.850.535.7335.7314.5523.920.5548.9859.86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：； ； 横向框架在风荷载作用下弯矩、梁端剪力及柱轴力见图6.1和6.2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6.2风荷载作用下的水平位移验算 根据水平荷载，计算层间剪力，再依据层间侧移刚度，计算出各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511.9911.990.051.051/18047416.528.490.120.601/15350315.1143.60.191.201/13352214.658.20.261.971/11811115.5273.72956040.433.141/10581由表可以看出，风荷载作用下框架的最大层间位移角为一层的1/10581，小于1/550，满足规范要求。7 竖向荷载作用下横向框架结构的内力计算7.1 恒荷载作用下内力计算荷载作用下得计算简图如图4.2所示，恒载作用下的内力计算采用分层法，取中间层任一层进行分析，中柱的线刚度取框架柱实际线刚度的0.9倍。对于边节点，与节点相连的各杆件均为固接，因此杆端近端的转动刚度，为杆件的线刚度，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。梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成，在求固端弯矩时可直接根据图示荷载计算，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所示。 ，（三角形荷载）图7.1 荷载的等效顶层梯形荷载化为等效均布荷载 =3.92+(1-2×0.3252+0.3253) ×22.425=22.38KN/mg中'=gBC1+58gBC2=3.92+5/8×1