阜新市六层政府框架结构办公楼设计-土木工程专业-学位论文.doc

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1、辽宁工程技术大学毕业设计前言大学四年的学习生活即将结束，毕业设计将成为我们展示四年学习成果的一个最好平台。毕业设计是大学本科教育的一个重要阶段，可以将我们所学的理论知识付诸于实践，是毕业前的综合学习阶段，是对大学期间所学专业知识的全面总结。它涉及到房屋建筑学、高层建筑、抗震、混凝土、结构力学等多门课程，应用到了很多重要实用的专业知识，比如有底部剪力法、D值法、反弯点法和弯矩分配法等，又涉及钢筋混凝土的配筋和计算，几乎涉及到了所有专业知识。为了做好本次毕业设计，我对大学所学的专业知识进行了及时而全面的复习，查补了以前学习上的漏洞，并借阅了许多相关的书籍和规范。我会很好的把握这次毕业设计的机会，将

2、以前所学的知识应用到实践中去，这无论对以后的学习还是工作都将起到莫大的帮助。我所选择的毕业设计题目是阜新市政府办公楼设计，采用框架结构。框架结构是目前应用最为广泛的结构形式之一，这种结构形式建筑平面布置灵活，可以做成较大空间的会议室，车间，住宅等，可以分割成小房间，或拆除隔断改成大空间结构，立面也富有变化。通过合理的设计，框架结构本身的抗震性能良好，能承受较大荷载，能承受较大变形。因此，我所设计的市政府办公楼非常适合选用这种结构形式。本次设计主要分为建筑设计和结构设计。建筑设计包括：总平面图、平面图、立面图、剖面图及节点详图。结构设计包括：梁板布置图和配筋图。根据民用建筑实用、经济原则，在可能

3、的条件下，注意美观的原则，本设计首先考虑办公楼的实用性，经济性，充分显示现代建筑的特点。结构计算严格按照最新国家规范的要求进行。在毕业设计的三个月里，在指导教师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、论文撰写以及外文翻译，我加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解，巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力，进一步掌握了Excel、Word 、AutoCAD及天正等软件的使用，以上这些说明从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。本次设计得到了指导教师们的大力帮助，在此特别表示感谢，尤其对我的指导教师孙芳锦老师表示感谢。由于框架结构设计的计算工作量很多，包括地震作用、风荷载作用、恒载作用、活载作用

4、下的梁端、柱端剪力、框架梁、柱的内力组合以及内力值的调整。在计算过程中以手算为主，辅以一些Excel计算软件的校正。由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。 二零一零年六月十五日1 设计基本资料1.1 初步设计资料保定市徐水县拟兴建6层国土资源局，建筑面积约5283.24m，长50.9m，宽17.3m。拟建房屋所在地的设计地震动参数max=0.08，Tg=0.35s，基本雪压S0=0.40KN/ m，基本风压0=0.45KN/ m，地面粗糙度为B类。年降雨量578mm，日最大降雨量85mm。常年地下水位于地表下-7.5m，水质无侵蚀性。地区表面为一般粘土层，下部为砂土，冻

5、土深度-1.0米，承载力情况良好。土的重度为18 KN/ m，孔隙比为0.8，液性指标为0.85，地基承载力特征值fak=230 KN/ m。1.2 设计任务a 建筑图纸：总平面图，首层平面、标准层平面图，剖面图，屋面防水、主要立面图，各部分节点详图等。b 结构图纸：结构布置图、框架配筋图、梁柱截面配筋图等。c 结构计算说明书：1) 计算一榀框架的内力及配筋。2) 对典型楼板进行必要的设计验算。3) 外文文献及翻译。1.3 设计过程1) 确定结构体系与结构布置2) 根据经验对构件进行初估3) 确定计算模型及计算简图4) 荷载计算5) 内力计算及组合6) 构件设计7) 编写设计任务说明书8) 图

6、纸绘制1.4 建筑设计1.4.1 工程概况该工程为框架结构体系多层办公楼，主体为6层，高25.2米，建筑面积约5283 .42m 。16层层高均为3.6m，局部突出电梯间为3.6m，1.4.2 平面设计 由于本建筑冬季气温较低，因此采用内廊式办公楼，走廊净宽为2.4m，柱网为7.2m7.2m。首层设有值班室，接待室，配电室，档案室，资料室，食堂，开水间，传达室等；2 6层是标准层，设有办公室，会议室，,活动室，咖啡厅，杂物室，单人办公室；顶层设有大会议室，局长办公室和图书阅览室，。为了办公的舒适，每层均设有开水间。1.4.3 立面设计建筑物高度25.2m，高宽比H/B=1.464，可以采用底部

7、剪力法计算水平地震作用。顶层设电梯机房，屋面为上人屋面，女儿墙高为1.2m。本建筑的窗一般采用双层塑钢窗，且为平推窗，因为双层窗具有保温的作用，而推拉窗在高层建筑中使用起来比平面方便，可使之免于受风的破坏，窗的尺寸为2.4 m1.5m和1.2m1.5m。为了避免地坪层受潮，使室内外地坪标高差为600mm，为了解决这个600mm的高差，使人容易上到地坪层，在门厅前做了三个台阶，台阶是供人们正常出入的，由于台阶伸出屋面，为了防雨而在其上设置了雨蓬。1.4.4 剖面设计建筑主体为6层，层高均为3.6m，室内外地坪高差为600mm，为了室内装修和阻隔结构层中需要，进行吊顶，这样楼中各种电线，保温管等都

8、从吊顶中穿过，为了避免上下层之间固体传声，在吊顶中加入吸音材料。2 结构布置及计算简图2.1 结构布置及梁、柱截面尺寸的初选2.1.1 结构平面布置方案根据办公楼的结构型式、受力特点和建筑使用要求及施工条件等因素综合考虑，本设计采用现浇钢筋混凝土框架结构。主体结构6层，层高为3.6m。建筑物总高为25.2m。根据办公楼的使用功能要求，并考虑柱网的布置原则，本工程主体柱网为7.2m7.2m。填充墙内墙采用200mm厚的加气混凝土砌块砌筑，外墙采用300mm厚的加气混凝土砌块砌筑。门为木门和玻璃门，窗为塑钢窗。图2-1平面结构布置图Fig.2-1 Flat distribution of the

9、structure图2-2结构计算简图Fig.2-2 Drawing of the structural design2.1.2 梁截面尺寸初选楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度按跨度的1/45估算，取楼板厚度为120mm。梁的截面尺寸应满足承载力、刚度及延性要求。截面高度按一般取梁跨度l的1/121/8估算。为防止梁产生剪切脆性破坏，梁的净跨截面高度之比不宜小于4。由此估算梁的截面尺寸见表2-1，表中还给出了各层梁、柱和板的混凝土强度等级。其设计强度C35（fc=16.7 N/ m,ft=1.57 N/ m），C30(fc=14.3 N/ m,ft=1.43 N/ m)。表2-1

10、梁截面尺寸及各层混凝土强度等级Form2-1 The sectional size of a roof beam of the form and grade of intensity of every layer concrete混凝土强度等级横 梁bhAB CD BC纵梁bh次梁bh2-6C303507502504503507503006001C353507502504503507503006002.1.3 柱截面尺寸初选1) 柱的轴压比设计值按照公式1-1计算： (2-1)式中：考虑地震作用组合后柱轴力压力增大系数，边柱取1.3，等跨内柱取1.2,不等跨取1.25；F：按照简支状态计算柱的

11、负载面积；g：折算后在单位面积上的重力荷载代表值，近似取；n：验算截面以上楼层层数；2) 框架柱验算(2-2)由计算简图2-1可知边柱和中柱的负载面积分别为7.23.6 m和7.24.8 m。由公式（2-2）得第一层柱截面面积为：边柱 中柱 如取柱截面为正方形，则边柱和中柱截面高度分别为410.4mm和410mm。根据上述计算结果并综合考虑其它因素，本设计中柱截面尺寸取值如下：1层 26层 框架结构平面布置如图2-1所示，计算简图如图2-2所示。取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板底，2-6层柱高度即为层高3.6m；基础选用独立基础，基础埋深取2.5m。底层柱高度从基础顶面取至一层板

12、底，即。3 重力荷载代表值计算3.1 屋面及楼面的永久荷载标准值1) 顶层上人屋面30厚细石混凝土保护层5mm厚的焦油聚氨酯防水涂料 20厚水泥砂浆找平层 150厚水泥蛭石保温层 120厚钢筋混凝土板 V型轻钢龙骨吊顶 合计 2) 15层楼面瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 100厚钢筋混凝土板 V型轻钢龙骨吊顶 合计 3.2 屋面及楼面可变荷载标准值上人屋面均布活荷载标准值 楼面活荷载标准值 屋面雪荷载标准值 式中：r为屋面积雪分布系数，取。3.3梁、柱墙门重力荷载标准值计算梁、柱可根据截面尺寸，材料容重及粉刷等计算出单位长度上的重力荷载。计算结果见表3-1。表3-1 梁、柱重力荷载标准值For

13、m3-1 Roof beam , post gravity load standard value层次构件bmhmKN/mGKNlimnGiKNGiKN1边横梁0.350.75251.057.3836.616791.462679.46中横梁0.250.40251.052.6251.8839.9次 梁0.300.60251.054.7257.014463.05纵 梁0.350.75251.057.3836.6281385.05柱0.600.60251.109.95.68362024.3522024.35226边横梁0.350.75251.057.3836.7516791.462679.46中横梁

14、0.250.40251.052.6251.95839.9次 梁0.300.60251.054.7257.014463.05纵 梁0.350.75251.057.3836.6281385.05柱0.450.45251.105.5693.636721.74721.74注：1) 表中为考虑梁、柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数；G表示单位长度构件重力荷载；n为构件数量。2) 梁长度取净长；柱长度取层高。3.4 墙重力荷载标准值计算外墙为300mm厚加气混凝土砌块（加气混凝土砌块密度为15 KN/m3），外墙面贴瓷砖（0.5 KN/ m），内墙面为20mm厚抹灰，则外墙单位墙面重力荷载为：内墙

15、为200mm厚加气混凝土砌块，两侧均为20mm厚抹灰，则内墙单位墙面重力荷载为： 木门单位面积重力荷载为0.2；铝合金门窗单位面积重量取0.4。3.5 重力荷载代表值集中于各质点的重力荷载Gi，为计算单元范围内各层楼面上的重力荷载代表值及上下各半层的墙、柱等重量。各可变荷载的组合值系数按规范规定采用：无论是否为上人屋面，其屋面上的可变荷载均取雪荷载。简单的计算过程如下：顶层重力荷载代表值包括： 屋面恒载、50%屋面荷载、梁自重、半层柱自重、半层墙自重。其它层重力荷载代表值包括：楼面荷载、50%楼面均布活荷载、梁自重、楼面上下个半层的柱自重、墙自重。第一层： 楼板面积： 柱 ： 外墙面积： 铝合

16、金门窗： 内墙面积 ： 内墙木门铝合金门窗： 木门 ：第二五层： 第六层 ： 机房： 建筑物总重力和在标准值为:图3-1 各质点重力荷载代表值Figure 3-1 various particles gravity load representative plants4 框架侧移刚度计算4.1 框架梁的线刚度计算表4-1 横梁线刚度计算表Form4-1 Line rigidity ib reckoner of the crossbeam类别层次ECN/mmb mmh，mmI0，mm4l，mmEcI0/lNmm1.5EcI0/lNmm2.0EcI0/lNmm边横梁13.1510435075072

17、005.76810108.652101011.541010263.010435075072005.49310108.24101010.9861010走道梁13.151042504001.33310924001.749610102.624410103.51010263.01042504001.33310924001.666110102.510103.3341010表4-2 柱线刚度ic计算表 Form 4-2 Thread rigidity ic reckoner of the post层次hc，mmEc，N/mm2)bh，mm2I0，mm4EcI0/hc，Nmm156803.151046006

18、001.0810105.989410102636003.010444504503.417102.84751010图4-1 C-10柱及与其相连梁的相对线刚度Figure 4-1 C-10 column and its connected Liangs relative stiffness根据梁、柱线刚度比的不同，结构平面布置图中的柱可分为中框架中柱和边柱、边框架中柱和边柱等。现以第2层C-10柱的侧移刚度计算为例，说明计算过程，其余柱的计算过程从略，计算结果分别见表4-3和表4-4。第2层C-3柱及与其相连的梁的相对线刚度如图4-1所示，图中数据取自表4-1和表4-2。图4-1 C-10柱及与

19、其相连梁 的相对线刚度得： 表4-3中框架各柱侧移刚度D值（N/mm） Form 4-3 The frame post side of China moves rigidity D value层次边柱（14根） c Di1中柱（14根） c Di2Di15.02810.7154188653.85740.65861736850726225.15380.7204189973.9540.664117513511140362.51040.6674148681.92610.617913765400862表4-4 边框架柱侧移刚度D值(N/mm)Form 4-4 The frame post side m

20、oves rigidity D lue层次A-1，D-1，A-10，D-10， c Di1B-1，C-1，B-8，C-10， c Di2Di12.89330.5613148023.77110.65341723012812822.96560.5972157483.86530.65917378132504361.44460.5645125761.88280.613713672104992 将上述不同情况下得到的同层框架柱侧移刚度相加，即得框架各层层间侧移刚度Di，如表4-5所示。表4-5 横向框架层间侧移刚度（N/mm）Form 4-5 The side moves rigidity among

21、the horizontal frame layer层次123456Di505854643644635390635390635390635390由表可知，故该框架为规则框架。5 横向水平荷载作用下框架的内力和侧移计算5.1 横向水平地震作用下框架的内力和侧移计算5.1.1 横向自振周期计算按公式5-1 （5-1）将折算到主体结构的顶层，即结构顶点的假想位移由公式5-2公式5-4。计算过程间表5-1，其中第6层的Gi为G7与Ge之和。 （5-2） （5-3） （5-4）表5-1 结构顶点的假想位移计算Form 5-1 The imagination displacement of the sum

22、mit pinnacle of the structure is calculated层次Gi，kNVGi，kNDi，N/mmui，mmui，mm611065.0311065.0363593017.4428.9512374.24323439.27363593036.9411.5412374.24335813.51663593056.41374.6312374.24348187.75963539075.8318.2212374.24360562.00264364494.1242.4114448.5975010.592505854148.3148.3按公式5-5 （5-5）计算基本周期T1,其中T

23、的量钢为m，取YT=0.7，则5.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算本设计中，结构主体高度不超过40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切型为主，故可用底部剪力法计算水平地震作用。结构总水平地震作用标准值计算如下： 因，所以应考虑顶部附加水平地震作用。顶部附加地震作用系数n经查表，计算得：各质点的水平地震作用按公式5-6 （5-6）计算。将上述n和FEK代入可得具体计算过程见表5-2。各楼层地震剪力按公式5-7 （5-7）计算，结果列入表5-2表5-2 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表Form 5-2 Cut the strength reckoner in every p

24、article horizontal horizontal earthquake function and floor earthquake层次Hi，mGi，KNGiHi，KNmGiHiGiHiFi，KNVi，KN27.28517.0514105.120.01331.883=95.6495.64623.6810430.07246984.060.231558.47590.35520.0812374.243248474.80.232562.071152.42416.4812374.243203927.520.191461.491613.91312.8812374.243159380.250.149

25、360.831974.7429.2812374.243114832.980.107260.082238.8215.6814448.5982067.990.077185.952420.77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5-1 图5-1 横向水平地震作用及楼层地震剪力Fig 5-1 crosswise horizontal earthquake function and floor earthquake shearing force5.1.3 多遇水平地震作用下的位移验算水平地震作用下框架结构的层间位移ui和顶点位移ui分别按公式5-8和公式5-9。 （5-8） （5-9）计

26、算。计算过程见表5-3。表中还计算了各层的层间弹性位移角。表5-3 横向水平地震作用下的位移验算Form 5-3 Displacement checking computations under horizontal horizontal earthquake function层次Vi，KNDi，N/mmui /mmui /mmhi /mme=6590.3563563900.9316.6736001/387451152.4263563901.8115.7436001/198441613.9163563902.5413.9336001/141731974.7463563903.1111.3736

27、001/115822238.826436443.478.2636001/103612420.775058544.794.7956801/1186由表5-3可见，最大层间弹性位移角发生在第3层，其值为1/10361/550，满足要求，其中限值。5.1.4 水平地震作用下框架内力计算以图2-1中轴线横向框架内力计算为例，说明计算方法，其余框架内力计算从略。框架柱端剪力及弯矩分别按公式5-10和公式5-11。 (5-10) (5-11)计算，其中Dij取自表4-3，Dij取自表4-5，层间剪力取自表5-2。各柱反弯点高度比y按公式5-12。 (5-12)确定。本例中底层柱需考虑修正值y2，第2层柱需

28、考虑修正值y1和y3，其余柱均无修正。具体计算过程及结果见表5-4、表5-5。表5-4 各层边柱端弯矩及剪力计算Form 5-4 Curved square of post end of every side layer and cutting strength calculated层次hi，mVi，KNDijN/mm边 柱Di1N/mmVi1NKymMijbKNmMijuKNm63.6590.356353901736816.143.85740.4526.1431.9553.61152.426353901736831.503.85740.556.756.743.61613.9163539017

29、36844.123.85740.579.4179.4133.61974.746353901736853.983.85740.597.1697.1623.62234.826436441751360.813.9540.5033110.18109.4515.682420.775058541376565.871.92610.603695225.88148.274表5-5各层中柱端弯矩及剪力计算Form 5-5 Curved square of post end of every middle layer and cutting strength calculated层次hi，mVi，kNDijN/mm

30、中 柱Di1N/mmVi1NKymMijbKNm MijuKNm 63.6590.356353901886517.535.02810.4528.3934.7053.61152.426353901886534.225.02810.561.5961.5943.61613.916353901886547.925.02810.586.2586.2533.61974.746353901886558.635.02810.5105.54105.5423.62234.826436441899765.965.15380.5118.73118.7315.682420.775058541486871.152.510

31、40.5755232.586171.546注：表中M量纲为KNm，V量纲为KN。梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按公式5-13公式5-15 (5-13) (5-14) (5-15)计算。其中梁线刚度取自表5-1，具体计算过程见表5-6。表5-6 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算Form 5-6 Curved square of roof beam end , cutting the strength and strength of axis of a cylinder calculated层次边梁走道梁柱轴力MblMbrlVbMblMbrlVb边柱N中柱N631.9526.647.28.148.068.0

32、62.46.72-8.141.42582.8469.097.221.120.8920.892.417.41-29.245.114136.11113.517.234.6734.3334.332.428.61-63.9111.173176.57147.267.244.9844.5344.532.437.11-108.8919.042206.61172.27.252.6152.0752.072.443.39-161.528.261258.454220.887.266.5767.467.42.456.17-232.1438.66注：1）柱轴力的负号表示拉力，当为左地震作用时，左侧两根柱为拉力，对应的右

33、侧两根柱为压力。2）表中M单位为kNm ，V单位为KN ，N单位为KN ，l单位为m。水平地震作用下框架的弯矩图、梁端剪力图及柱轴力图如图所示。图5-2 地震作用下的框架弯矩Fig 5-2 The sqare of frame under earthquake图5-3 地震作用下的框架梁端剪力及柱轴力图Fig 5-3 The strengh of beam and axis of pillar under earthquake5.2 横向风荷载作用框架结构内力和侧移计算 5.2.1 风荷载标准值基本风压0=0.45KN/ m，s=0.8（迎风面），s= - 0.5（背风面）， B类地区，H/B

34、=23.68/50.9=0.465，由表查v=0.42，T1=0.78s，0T1=0.40.78=0.274KN.s/m,=1.3022,，仍取轴线横向框架，其负载宽度为7.8m，由公式得沿房屋高度的荷载标准值根据各层标高处的高度Hi由表查取z，代入上式可得各楼层标高处的q(z)见下表5-7，q(z)沿房屋高度的分布见下图5-3 表5-7 沿房屋高度分布风荷载标准值Form 5-7 Highly distribute the wind and load standard value along the house层次HiHi/Hzzq1(z) ，KN/mq2(z)，KN/m622.21.001

35、.28741.03.3372.086518.60.8381.21921.03.161.9754150.6761.141.02.9551.847311.40.5141.03921.02.6941.68427.80.3511.0001.02.5921.6214.20.1891.0001.02.5921.62图5-4 风荷载沿房屋高度的分布(单位：KN/m)Fig 5-4 High wind load distribution along the housing(KN/m)荷载规范规定，对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋结构，应采用风振系Z来考虑风压脉动的影响。本结构房屋高度H=28.15m

36、30m,且H/B=23.68/17.3=1.371.5，由表5-1可见Z沿房屋高度在1.1001.387范围内变化，即风压脉动的影响较小。因此，该房屋不必考虑风压脉动的影响。框架结构分析时，应按静力等效原理将图5-3的分布风荷载转化为节点集中荷载，如图5-4。例如，第5层的集中荷载F5的计算过程如下：图 5-5等效节点集中风荷载(kN)Figure 5-5 Concentrated wind loading on equivalent nodalKN 表 5-8 各层节点集中荷载Form 5-8 Every layer node concentrates on loading层次123456集

37、中荷载16.428615.163215.760817.287218.4869.76145.2.2 风荷载作用下水平位移验算根据图5-4所示的水平荷载，由公式5-10计算层间剪力Vi，然后求出轴线框架的层间侧移刚度，再式计算各层的相对侧移和绝对侧移。计算过程见下表5-9。表5-9 风荷载作用下框架层间剪力及侧移Form 5-9 Cut strength and side move among the frame layer under the function of loading of wind层 次 Fi，kNVi，kNDi，N/mmui，mmui，mmHi，mmui/hi69.76149.

38、7614724660.13474.66793600126726518.48628.2474724660.38984.5332360019236417.287245.5346724660.62844.1434360015729315.760861.2954724660.84593.515360014256215.163276.4586730201.04712.6691360013438116.426892.8854572661.6221.622420013502风荷载作用下框架最大层间位移角为1/34381/550，满足规范要求。5.2.3 风荷载作用下框架结构内力计算 表5-10 风荷载作用边柱端弯矩及剪力计算 Form 5-10 The wind loads the curved square of post end of function and cu