框架结构办公楼毕业设计(39页).doc

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1、-框架结构办公楼毕业设计-第 34 页 摘 要 本设计主要是对上海市一多层综合办公楼进行结构设计，应用PKPM结构设计软件完成。该办公楼占地面积为1310，总建筑面积5240，建筑物共6层，总高度25.5m。设计采用现浇钢筋混凝土框架结构，基础采用柱下独立基础。设计使用年限为50年，抗震等级为三级，抗震设防烈度为7度，场地类别II类。 本设计应用的PKPM软件是由中国建筑科学研究院建筑结构研究所推出的一套集建筑设计、结构设计、设备设计、管理信息化于一体的大型综合工程CAD系统，涵盖建筑结构设计的各个方面，是目前国内建筑工程界应用最广，用户数量最多，国内影响力最大的计算机辅助设计软件。PKPM结

2、构软件事实上已成为行业标准，是广大结构工程师设计工作中必不可少的利器。 在本设计中，主要应用了PKPM结构设计软件中的四个部分：PMCAD、SATWE、JCCAD和LTCAD。其中，应用PMCAD建立模型，应用SATWE计算分析，应用JCCAD设计基础，应用LTCAD设计楼梯。设计成果包括计算分析数据和结构施工图。关键字：钢筋混凝土框架结构； 结构设计； PKPM软件应用； 抗震设计 Abstract This paper presents a design about a multilayer comprehensive office building in Shanghai, using

3、PKPM software to complete it.The area of the building is 1310 , the area of structure is 5240 , it has six layers and total height is 25.5 m.The design adopted Cast-in-situ reinforced concrete frame structure and Independent under-post foundation.The design working life of it is 50 years, classes of

4、 seismic measure is level 3,the seismic fortification intensity is of 7 degrees with ite category II class.As a large-scale integrated engineering CAD system,the PKPM software used in this case is put forward by China construction science research institute of building structures which makes Archite

5、ctural design, structural design, equipment design, management information as a whole.It covers all aspects of the architectural structure design,and is the most widely used in current domestic construction engineering with the most number of users.As a result,It became the most influential domestic

6、 computer aided design software and has become the industry standard.In fact, it is the indispensable tool in the general structural engineers design work.In this paper, four parts in the PKPM structure design software are used,which are PMCAD、SATWE、JCCAD and LTCAD.PMCAD is used for modeling,PMCAD i

7、s used for calculating and analyzing,JCCAD is used for designing foundation and LTCAD is used for designing stairs. The design results include Including the calculation and analysis data and the structure construction drawing.Keyword: reinforced concrete frame; structural design ; appliance of PKPM

8、software; seismic calculation , 目 录1 工程概况1 1.1 工程背景1 1.2 设计条件11.2.1 工程地质条件11.2.2 气象资料11.2.3 抗震设防烈度11.2.4 材料1 1.3 建筑平面布置1 1.4 设计依据32 模型建立与荷载布置4 2.1 结构模型方案的选择及布置42.1.1 结构方案的确定42.1.2 基础类型的确定42.1.3 结构构件截面尺寸的选择4 2.2 荷载计算42.2.1 楼面荷载42.2.2 梁间荷载52.2.3 地震荷载52.2.4 风荷载62.2.5 活荷载折减72.2.6 荷载组合系数73 结构内力分析8 3.1 结构

9、基本信息83.1.1 结构构件统计83.1.2 结构材料及配筋信息83.1.3 各层的质量、质心坐标信息8 3.2 风荷载作用下的结构内力9 3.3 地震作用下的结构内力93.3.1 地震振型参数93.3.2 仅考虑 X 向地震作用时的地震力103.3.3 仅考虑 Y 向地震时的地震力103.3.4 振型个数检验113.3.5 各振型作用下 X 、Y方向的基底剪力11 3.4 底层最大内力组合11 3.5 各层轴力之和124 结构构件计算与配筋设计13 4.1 楼板计算与配筋设计134.1.1 楼板计算134.1.2 楼板配筋设计17 4.2 主梁配筋设计174.2.1 主梁归并174.2.2

10、 主梁计算174.2.3 主梁配筋图17 4.3 柱配筋设计174.3.1 柱归并174.3.2 柱配筋计算结果244.3.3 柱配筋图245 结构整体验算26 5.1 楼层抗剪承载力验算26 5.2 结构抗倾覆验算26 5.3 结构整体稳定性验算265.3.1 结构刚度计算结果26 5.4 薄弱层验算265.4.1 各层剪力验算结果265.4.2 薄弱层的屈服系数27 5.5 结构位移验算275.5.1 结构位移计算结果275.5.2 最大值层间位移角验算29 5.6 结构周期比验算29 5.7 结构构件变形验算295.7.1 楼板变形验算295.7.2 主梁变形验算336 楼梯设计38 6

11、.1 楼梯尺寸设计38 6.2 荷载和受力计算386.2.1 楼梯计算简图386.2.2 计算公式386.2.3 荷载计算参数396.2.4 各跑荷载计算39 6.3 配筋计算39 6.4 配筋结果396.4.1 配筋措施396.4.2 各跑实际配筋结果407 基础设计41 7.1 基础设计参数417.1.1 基础荷载41 7.2 基础配筋设计与沉降验算417.2.1 基础平面布置图417.2.2 基础配筋设计427.2.3 基础沉降验算42结 论43致 谢44参考文献附 录 1 工程概况1.1 工程背景 该工程为上海浦东三林六层办公楼，主体为现浇钢筋混凝土框架结构，占地面积为1310，建筑面

12、积5240，建筑物共6层，底层层高5.1m，标准层层高3.6m，顶层层高4.5m，总高度25.5m，室内外高差0.450m，基础顶面距离室外地面1.05m，基础采用柱下独立基础。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。楼内设有两个电梯三个楼梯，主、次楼梯开间均为3m，进深均为6.6m，楼梯的布置均符合消防、抗震的要求。1.2 设计条件1.2.1 工程地质条件拟建场地地形平坦，土质分布具体情况见表，II类场地土。地下稳定水位距地表-9m，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。表1-1 建筑地层一览表序号岩土深度

13、土层深度（m）厚度范围（m）地基土承载力（kPa）压缩模量（mPa）1杂填土0.01.21.2-2粉土1.22.00.82005.03中粗砂2.04.82.83009.54砾砂4.815.010.235021.01.2.2 气象资料（1） 气温：年平均气温15.8，最高气温:40.2，最低气温3.5。（2） 雨量：年降雨量1100mm。最大雨量110mm/d。（3） 基本风压： 0.55KN/m2，B类粗糙度。（4） 基本雪压0.2KN/m2。1.2.3 抗震设防烈度 抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.1g；建筑场地土类别为二类，场地特征周期0.35s，抗震等级三级，抗震设计分组为

14、第一组。1.2.4 材料除基础垫层混凝土选用C10，基础选用C25外，基础以上各层混凝土均选用C35。框架梁、柱等主要构件的纵向受力钢筋选择HRB335级钢筋；构造钢筋、箍筋及板内钢筋选用HPB235。1.3 建筑平面布置标准层平面布置图如下（图1-1）。 图1-1 标准层平面布置图-轴立面图（图1-2） 图1-2 -轴立面图-轴立面图（图1-3） 图1-3 -轴立面图1.4 设计依据（1）混凝土结构设计规范（GB50010-2011）. 北京：中国建筑工业出版社，2002（2) 建筑抗震设计规范（GB50011-2010）. 北京：中国建筑工业出版社，2008（3）建筑地基基础设计规范（GB

15、50007-2011）. 北京：中国建筑工业出版社，2002（4）建筑结构荷载规范（GB50009-2001）. 北京：中国建筑工业出版社，2006(5) 杨星. PKPM建筑结构CAD软件教程. 北京：中国建筑工业出版社，2010(6) 李必瑜,王雪松. 房屋建筑学（第3版）. 武汉：武汉理工大学出版社，2008(7) 叶列平. 混凝土结构（第2版 上册）. 北京：清华大学出版社，2006(8) 周景星,李广信等. 基础工程（第2版）. 北京：清华大学出版社，2007(9) 中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部. PKPM结构系列软件用户手册.2008 2 模型建立与荷载布置本设计的模型建

16、立与荷载布置工作应用PKPM结构设计软件中的PMCAD模块完成。PMCAD是担负整套结构软件中模型输入与绘制平面施工图的模块，也是整个结构CAD系统的核心。 PMCAD的功能主要有：绘制正交及斜交网格平面的框架、框剪及砖混结构的平面图和立体图；画出预制板、次梁及楼板开洞布置；计算现浇楼板内力与配筋并画出板配筋图；统计结构工程量并以表格形式输出等。2.1 结构模型方案的选择及布置2.1.1 结构方案的确定考虑到现浇钢筋混凝土框架结构建筑平面布置灵活，能够获得较大的使用空间，建筑立面容易处理，可以适应不同房屋造型，故本设计采用现浇钢筋混凝土框架结构。2.1.2 基础类型的确定根据施工场地、地基条件

17、、场地周围的环境条件，选择柱下独立基础。2.1.3 结构构件截面尺寸的选择1）基础顶面设计标高的确定根据地质勘察报告的建议，地基持力层可设在中粗沙层上，该层距室外地面2.0m4.8m之间，现选用桩基础，故取基础顶面距离室外设计地面1.05m处。2）楼板厚度的确定根据平面布置，单向板的最大跨度为3m，按刚度条件，板厚为l/40=3000/40=75mm；按构造要求，现浇钢筋混凝土单向板的最小厚度为60mm；综合荷载等情况考虑，取板厚h=100mm.3）框架梁截面尺寸确定1、横向框架梁：横向框架梁的最大跨度为6600mm，横向框架梁高h=(1/81/12)l=(1/81/12)6600=825mm

18、550mm，取h=750mm；横向框架梁宽b=(1/21/3)h=(1/21/3)750=375mm250mm， 取b=350mm 2、 纵向框架梁：纵向框架梁高h=(1/81/12)l=(1/81/12)6600=825mm550mm，取h=750mm；纵向框架梁宽b=(1/21/3)h=(1/21/3)750=375mm250mm， 取b=350mm 4）框架柱截面尺寸确定对于多层框架，无论从受力的角度，还是柱的净高而言，都以底层最为不利。底层层高H=5.1m，柱截面高度取h=(1/151/20)H=(1/151/20)5100=340mm255mm。又对于抗震设防烈度为7度，房屋高度为2

19、2.5m30m，即抗震等级为三级的框架结构，为保证柱有足够的延性，需要限制柱的轴压比，柱截面面积应满足下式：，其中，再扩大1.21.3倍，则，即，bc=hc=530mm，综合考虑取bc=hc=600mm。2.2 荷载计算2.2.1 楼面荷载2.2.1.1 活载定义该建筑为办公楼，根据建筑结构荷载规范（GB50009-2001），按第4.1.1条规定，因此取楼面均布活荷载标准值为2.0kN/m2；按第4.3.1条规定，上人屋面，因此取屋面均布活荷载标准值为2.0kN/m2。2.2.1.2 恒载定义 （1)楼面恒载水磨石地面（10mm面层，20mm水泥砂浆打底） 0.65kN/100厚钢筋混凝土屋

20、面板 250.10=2.50kN/10厚纸浆石灰泥粉平 160.01=0.16kN/V型轻钢龙骨吊顶 0.25kN/合计 3.56kN/（2）屋面恒载现浇40厚细石混凝土 220.04=0.88kN/捷罗克防水层（厚8mm） 0.10kN/20厚1：3水泥砂浆找平 200.02=0.40kN/膨胀珍珠岩砂浆找坡（平均厚140mm） 140.14=1.96kN/100厚钢筋混凝土屋面板 250.10=2.50kN/10厚纸浆石灰泥粉平 160.01=0.16kN/V型轻钢龙骨吊顶 0.25kN/合计 6.25kN/2.2.2 梁间荷载本设计中定义的梁间荷载是填充墙的自重，将其布置为均布线荷载。材

21、料选择300mm250mm110mm水泥空心砖，密度为10.3kN/m3。外墙厚270mm，1-4层梁上承受的均布线荷载值为10.30.27(3.6-0.7）=8.06kN/m；5层梁上承受的均布线荷载值为10.30.27(4.5-0.7）=10.57kN/m,6层梁上承受的均布线荷载值为10.30.27(3-0.7）=6.40kN/m。 内隔墙厚240mm，1-4层梁上承受的均布线荷载值为10.30.24(3.6-0.7)=7.17kN/m。5层梁上承受的均布线荷载值为10.30.24(4.5-0.7）=9.39kN/m，6层梁上承受的均布线荷载值为10.30.24(3-0.7）=5.69k

22、N/m 。2.2.3 地震荷载2.2.3.1 地震荷载参数 地震荷载参数如表2-1所示 表2-1 地震荷载参数表 振型组合方法 CQC耦联 计算振型数15 地震烈度7 场地类别 设计地震分组 第一组 特征周期 0.35多遇地震影响系数最大值0.08罕遇地震影响系数最大值0.50 框架的抗震等级3 重力荷载代表值的活载组合值系数0.50 周期折减系数0.652.2.3.2 地震振型 本设计取计算振型个数为15个，其振型图如图2-1、2-2所示。 图2-1 X方向投影振型 图2-2 Y方向投影振型 2.2.4 风荷载2.2.4.1 风荷载参数 风荷载参数如表2-2所示： 表2-2 风荷载参数表修正

23、后的基本风压 (kN/m2)0.55 风荷载作用下舒适度验算风压(kN/m2)0.55 地面粗糙程度B 类 结构X向基本周期（s） 0.35结构Y向基本周期（s） 0.35是否考虑顺风向风振是 风荷载作用下结构的阻尼比(%) 5.00 风荷载作用下舒适度验算阻尼比(%) 2.00是否计算横风向风振否是否计算扭转风振否承载力设计时风荷载效应放大系数1.00体形变化分段数1各段最高层号7各段体形系数(X)1.30各段体形系数(Y)1.302.2.5 活荷载折减结构计算的过程中，应用到的柱、墙、基础活荷载折减系数如表2-3所示。表2-3 活荷载折减系数计算截面以上的层数12-34-56-8折减系数1

24、.000.850.700.652.2.6 荷载组合系数荷载组合信息如表2-4。 表2-4荷载组合参数表恒载分项系数 1.20活载分项系数 1.40风荷载分项系数 1.40水平地震力分项系数 1.30 竖向地震力分项系数 0.50 特殊风荷载分项系数 1.40 活荷载的组合值系数 0.70风荷载的组合值系数 0.60重力荷载代表值效应的活荷组合值系数 0.50仅考虑恒载、活载参与组合 0.60 3 结构内力分析本设计的结构计算分析工作应用PKPM结构设计软件中的SATWE模块完成。SATWE是专门为多、高层结构分析与设计而研制的空间组合结构有限元分析软件。SATWE的核心工作就是要解决剪力墙和楼

25、板的模型化问题，尽可能地减小其模型化误差，更好地反映出结构的真实受力状态。SATWE适用于高层和多层钢筋砼框架、框架-剪力墙、剪力墙结构，以及高层钢结构或钢-砼混合结构。此外，SATWE考虑了多、高层建筑中多塔、错层、转换层及楼板局部开大洞等特殊结构型式。SATWE所需的几何信息和荷载信息全部都从PMCAD建立的建筑模型中自动提取生成，并且有墙元和弹性楼板单元自动划分、多塔、错层信息自动生成功能。 SATWE可完成建筑结构在恒、活、风、地震力作用下的内力分析、动力时程分析及荷载效应组合计算，可进行活荷不利布置计算，并可将上部结构和地下室作为一个整体进行分析，对钢筋砼结构可完成截面配筋计算，对钢

26、构件可作截面验算。SATWE完成计算后，可经全楼归并接力PK绘梁、柱施工图，并可为各类基础设计软件提供设计荷载。3.1 结构基本信息3.1.1 结构构件统计各层构件数量、构件材料和层高如表3-1所示。表3-1 各层构件与层高统计表层号梁元数(混凝土/主筋)柱元数(混凝土/主筋)层高(m)累计高度(m)150(30/ 300) 45(30/ 300)5.15.12150(30/ 300) 45(30/ 300)3.68.73 150(30/ 300) 45(30/ 300)3.612.34150(30/ 300)45(30/ 300)3.615.95150(30/ 300)45(30/ 300)

27、3.619.56150(30/ 300) 45(30/ 300)4.524.03.1.2 结构材料及配筋信息3.1.2.1 结构材料参数 混凝土容重： Gc = 25.5 kN/m3 钢材容重： Gs = 78.0 kN/m33.1.2.2 结构配筋计算参数表3-2 配筋信息表梁主筋强度 (N/mm2)IB = 300柱主筋强度 (N/mm2)IC = 300墙主筋强度 (N/mm2)IW = 300墙分布筋强度 (N/mm2)JWH = 300梁箍筋强度 (N/mm2)JB = 270柱箍筋强度 (N/mm2)JC = 270梁箍筋最大间距 (mm)SB = 100柱箍筋最大间距 (mm)S

28、C = 100梁保护层厚度 (mm)BCB =20柱保护层厚度 (mm)ACA=203.1.3 各层的质量、质心坐标信息3.1.3.1 各层的质量、质心坐标信息如表3-3所示。表3-3 各层的质量、质心坐标信息统计表层号质心X(m)质心Y(m)质心Z(m)恒载质量(t)活载质量（t)质量比6 14.22422.57224.000 1262.999.3 0.925 14.13022.337 19.500 1384.493.3 1.464 14.126 22.37415.900 916.1 93.3 1.003 14.126 22.37412.300 916.1 93.3 1.002 14.126

29、 22.374 8.700 916.1 93.3 0.651 13.982 22.383 5.100 1452.1 93.3 1.003.1.3.2 结构在荷载作用下的总质量。 活载产生的总质量为 575.694 t，恒载产生的总质量为 6986.989t，结构的总质量为 7562.683。 其中恒载产生的总质量包括结构自重和外加恒载，结构的总质量包括恒载产生的质量和活载产生的质量，活载产生的总质量和结构的总质量是活载折减后的结果。3.2 风荷载作用下的结构内力 风荷载作用下的结构内力最大值如表3-4所示。表3-4 风荷载作用下的结构内力最大值 层号风荷载X（kN ）剪力X（kN) 倾覆弯矩

30、X(kNm) 风荷载Y（kN) 剪力Y（kN)倾覆弯矩Y(kNm)188.50 571.9 9097.8218.64 1406.2 22405.6267.70 483.46181.2166.32 1187.6 1187.6375.98 415.7 4441.0 186.02 1021.2 10958.7485.36 339.7 2944.5 208.47 835.2 7282.3594.27 254.3 1721.6229.69 626.8 4275.46131.55 160.1 805.9 319.64 397.1 2019.13.3 地震作用下的结构内力 3.3.1 地震振型参数 考虑扭转

31、耦联时的振动周期(秒)、X,Y 方向的平动系数、扭转系数如表3-5所示。表3-5 振动周期(秒)、X,Y 方向的平动系数、扭转系数振型号周 期转 角平动系数 (X+Y)扭转系数10.9018 90.380.99 ( 0.00+0.99 ) 0.0120.8458 0.73 1.00 ( 1.00+0.00 )0.0030.7974134.42 0.02 ( 0.01+0.01 )0.9840.299790.390.99 ( 0.00+0.99 )0.0150.28240.751.00 ( 1.00+0.00 )0.0060.2651140.900.02 ( 0.01+0.01 )0.9870.

32、179090.290.99 ( 0.00+0.99 )0.0180.1715 0.620.99 ( 0.99+0.00 )0.0190.1590 143.870.03( 0.02+0.01 )0.97100.120589.230.99 ( 0.00+0.99 ) 0.01110.1162179.10 1.00 ( 1.00+0.00 )0.00120.1080 1.20 0.02 ( 0.01+0.01 )0.98130.0973 88.231.00 ( 0.00+1.00 ) 0.00140.0908177.420.12 ( 0.12+0.00 )0.88150.0866178.81 0.8

33、4 ( 0.84+0.00 )0.16地震作用最大的方向 = -89.890 3.3.2 仅考虑 X 向地震作用时的地震力当仅考虑 X 向地震作用时的地震力时，各层 X 方向的作用力如表3-6所示。其中，Fx X向地震作用下结构的地震反应力 Vx X向地震作用下结构的楼层剪力 Mx X向地震作用下结构的弯矩 Static Fx静力法X向的地震力表3-6 各层 X 方向的作用力(CQC)FloorFx（kN)Vx（kN）整层剪重比Mx（kNm）Static Fx(kN)6997.811114.087.37% 5362.501321.245914.451981.996.63%12436.47 11

34、64.494565.53 2491.606.23%21311.54 648.573520.272917.575.83%31656.42501.732469.32 3262.625.42%43165.89354.881579.553652.644.83%61279.41 318.51抗震规范(5.2.5)条要求的X向楼层最小剪重比 = 1.60%，根据表3-6所示，满足要求。3.3.3 仅考虑 Y 向地震时的地震力 当仅考虑Y向地震作用时的地震力时，各层Y方向的作用力如表3-7所示。其中，Fy Y 向地震作用下结构的地震反应力 Vy Y 向地震作用下结构的楼层剪力 My Y向地震作用下结构的弯矩

35、 Static Fy静力法Y向的地震力表3-7 各层 Y 方向的作用力(CQC)FloorFy（kN)Vy（kN）整层剪重比My（kNm）Static Fy(kN)6962.051077.997.13%5199.681243.065860.841882.926.30%11904.451095.584532.562346.645.87%20237.87610.193498.112730.395.45%29875.94 472.042457.133041.555.05%40542.30333.881 565.653394.414.49% 57248.48299.66 抗震规范(5.2.5)条要求的

36、Y向楼层最小剪重比 = 1.60%，根据表3-6所示，满足要求。3.3.4 振型个数检验计算结果显示，X方向的有效质量系数为99.92%，Y方向的有效质量系数为99.89%，均大于90%，满足建筑抗震设计规范（GB50011-2001）要求。所以地震振型个数设为15是合理的。3.3.5 各振型作用下 X 、Y方向的基底剪力 各振型作用下X、Y方向的基底剪力如表3-8所示。表3-8 各振型作用下 X 、Y方向的基底剪力振型号X方向剪力(kN)Y方向剪力(kN)10.133325.0123601.610.59315.7542.0540.02553.245495.61 0.1062.475.5970

37、.00104.478 91.550.0190.261.03100.0025.0311 21.170.01120.010.21130.001.05140.060.00150.550.003.4 底层最大组合内力 底层最大组合内力如表3-9所示。其中，Xod,Yod 最大组合内力的作用点(Mx,My=0) Sum of Axial 最大组合内力值 (kN)表3-9 底层最大组合内力XodYodSum of AxialLoad Case14.12722.528-87601.0Vxmax14.09022.439-89975.5Vymax13.99922.622-58580.2Nmin14.23522.

38、500-102175.5Nmax14.09022.439 -89975.5Mxmax14.12722.528 -87601.0Mymax3.5 各层轴力之和柱在竖向力、恒荷载、活荷载作用下的轴力之和如表3-10所示。表3-10 柱、墙、支撑在竖向力、恒荷载、活荷载作用下的轴力之和 （kN） 作用力第1层第2层第3层第4层第5层第6层竖向力-81383.8-64996.9-53970.2-42943.5-31916.8-16206.6恒荷载-69869.9-55348.9-46188.1-37027.2-27866.4-14022.1活荷载-11513.9-9648.0-7782.1-5916.

39、2-4050.4-2184.5 4 结构构件计算与配筋设计4.1 楼板计算与配筋设计4.1.1 楼板计算本设计中楼板均为现浇楼板，计算时仅考虑作用在楼板和屋面上的恒载与活载。4.1.1.1楼板剪力计算所得的楼板剪力值如图4-1、4-2所示。 图4-1 第1-5层楼板剪力图(kN) 图4-2 顶层楼板剪力图(kN)4.1.1.2楼板弯矩计算所得的楼板弯矩如图4-3、4-4所示。图4-3 第1-5层楼板弯矩图(kNm)图4-4 顶层楼板弯矩图(kNm)4.1.2 楼板配筋设计 楼板的配筋根据计算所得的楼板最大剪力、最大弯矩进行设计，楼板的配筋图见附图。4.2 主梁配筋设计4.2.1 主梁归并在进行主梁配筋设计时，