-百色市某办公楼结构设计第4轴.docx

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1、广西大学行健文理学院毕业设计说明书题目:百色市某办公楼结构设计第轴 学 部: 理工学部 专 业: 土木工程 班 级: 土木154班 学 号: 1538360459 姓 名: 李建华 指导老师: 陈欣 二一九年六月摘 要本设计是北海市某办公楼结构设计，结构采用钢筋混凝土框架结构。主要是根据设计任务书与相关行业设计规范的要求，进行结构设计。结构的设计既要满足规范要求，又要设计合理满足使用要求。在本次结构设计的过程中，首先根据建筑的使用要求，以及场地的地质情况确定结构形式，完成结构布置，然后选取一榀框 架进行结构设计计算。根据结构平面的布置，由经验公式初步估计各构件的截面尺寸;下一步根据建筑使用功能

2、和行业规范进行结构承受的荷载计算，包括恒荷载、活荷载与风荷载的计算:完成荷载计算后，依照相关行业规范要求，使用D值法计算水平荷载作用下产生的结构内力，用弯矩分配法计算竖向荷载作用下产生的结构内力，并绘制结构的内力图:再根据相关行业规范进行内力组合，本次设计中考虑了在永久荷载效应控制、可变荷载效应控制等基本组合形式:选出最不利内力对各构件配筋，包括梁、板、柱的配筋。最后使用PKPM软件出图，包括结构平面布置图、各构件配筋图，再使用AutoCAD软件修改图纸。关键词:钢筋混凝土 框架结构 结构设计The Structural Design of the 4th Axis for An Office

3、Buliding in BeihaiAbstractThe design is a structural design of an office buildinginBeihai, withreinforced concrete frame structure.Mainly according to design specification andrelated industry design specification requirements, structural design.The designof the structure should meet the requirements

4、 of the specifcation and the design.In the process of the structural design, first of all, according to therequirements of the building use, and site geological conditions to determine thestructure of fomn, the structure arrangement of the complete and then select acommon framework for the structure

5、 design and calculation.According to thelayout of the structural plane, the section size of each component is estimated bythe empirical formula.The next step is to cany out load calculation according tothe construction use function and industry specification, including the calculationof constant loa

6、d, live load and wind load.Completion of load calculation, inaccordance with the relevant industry standard requirements, use D value methodto calculate the structure intemal force under the action of horizontal loading,with moment distribution method to calculate the structural intemal force underv

7、ertical load, and draw in trying to structure;According to the relevant industrynorms, the intemal force combination is carried out, and the basic combinationforms such as permanent load effect control and variable load effect control areconsidered in this design.Select the most unfavorable intermal

8、 force to eachmember reinforcement, including beam, plate, column reinforcement.In the end,PKPM software is used to make the drawing, including the layout plan of thestructure, the reinforccment diagram of each component, and the AutoCADsoftware to modify the drawing.Keywords: Reinforced concrete St

9、ructural design Frame structure目 录第一章 工程概况11.1工程项目11.2建筑设计1第二章 结构平面布置22.1结构平面布置图22.2构件截面尺寸初步确定32.3结构第轴框架梁、框架柱的线刚度计算及其简图4第二章 荷载计算63.1恒活荷载标准值计算63.2第轴框架恒载、活载取值73.3恒、活荷载计算简图133.4风荷载作用下的结构内力计算15第四章 内力计算26 4.1第轴框架梁在恒荷载作用下的弯矩计算304.2第轴框架梁在活荷载作用下的弯矩计算32 4.3弯矩分配系数344.4弯矩分配37 4.5跨中弯矩计算40 4.6梁柱剪力与轴力计算44 4.7第轴框架

10、在竖向荷载作用下的内力图48第五章 内力组合555.1弯矩调幅555.2内力换算56第六章构件截面设计与配筋666.1框架柱截面设计与配筋666.2框架梁截面设计与配筋70第七章 双向板配筋817.1双向板荷载计算817.2双向板内力计算827.3双向板配筋计算88参考文献92致谢93第一章 工程概况1.1工程项目(1)工程设计资料总建筑面积769，建筑楼层3层，各层层高均为3m，室内外高差0.6m，基础顶面距室外地坪1.2m.经勘察地下水无侵蚀性，在地面以上8m。地面粗糙程度等级为C类，基本风压W0=0.45kN/。按多层建筑结构设计，建筑合理使用年限为50年。结构安全等级二级；耐火性等级二

11、级；环境类别一类；设计不考虑抗震。1.2建筑设计(1)屋面做法：25厚1：2.5或M15水泥砂浆；刷冷底子油一道；三毡四油防水层；150mm厚水泥膨胀珍珠岩找坡层；30厚挤塑型聚苯乙烯泡沫塑料板（阻燃型）；100mm钢筋混凝土屋面板；20厚混合砂浆抹灰。(2)楼面做法：水磨石地面，20厚水泥砂浆找平层，100mm厚现浇混凝土结构层；20mm厚混合砂浆抹灰。(3)外墙做法：采用24011553mm烧结普通转砌筑，墙厚240mm.使用M5砂浆，内侧采用20厚混合砂浆抹灰，外侧采用15mm厚的水泥砂浆找平，普通瓷砖贴面。(4)内墙做法：采用24011553mm烧结普通转砌筑，墙厚180mm.使用M5

12、砂浆，两侧采用20厚混合砂浆抹灰。(5)门窗设计：门采用铝合金门11000mm2000mm;窗户采用铝合金推拉窗尺寸为2200mm1800mm。(6)活荷载标准值：办公楼不上人屋面活荷载标准值为0.5kN/，办公室、会议室活荷载标准值为2.0kN/，走廊活荷载标准值为2.5kN/，楼梯活荷载标准值为3.5kN/。第二章 结构平面布置2.1结构平面布置图图2-1 结构平面布置图2.2构件截面尺寸初步确定2.2.1梁根据跨度确定梁截面尺寸，其经验公式为2：主梁：,b=（1）横向框架梁： = b= 取bh=250mm500mm(2) 纵向框架梁： = b= 取bh=200mm400mm2.2.2框架

13、柱框架柱根据轴心受压构件估算截面尺寸，乘以放大系数考虑弯矩影响。柱子采用C35混凝土。 不考虑抗震时，估算的经验公式为： ：根据柱支撑的楼面面积； A：单根柱子支撑荷载的面积； n:楼层数 ,1.25为荷载系数 N=1.25314(2550+600)3600=595.3510KN/m 则取柱子尺寸为bh=500mm500mm42779.2mm2.2.3板 由混凝土结构设计规范GB50010-2010（2015年版）9.1.2规定【2】，双向板厚：，取屋面和楼面板厚h=100mm2.3结构第轴框架梁、框架柱的线刚度计算及其简图 取结构第轴框架进行计算，框架底部固定在基础顶面，梁柱之间为刚性连接。

14、室内外高差为0.6m，基础顶面距室外地坪1.2m，则底层柱计算高度从基础顶面算起为3+0.6+1.2=4.8m，二至三层柱子计算高度为3m。2.3.1梁的线刚度计算 梁的截面惯性矩,第轴梁为中框架梁，线刚度取;C35混凝土弹性模量，则 (1) AB跨梁：(2) BC跨梁：(3) CE跨梁：2.3.2柱的线刚度计算 线刚度：(1) 底层柱：(2) 二至三层柱：2.3.3梁柱相对线刚度计算设第轴底层柱相对线刚度，其他梁、柱的相对线刚度如下梁：;柱：2.3.4计算简图 第轴框架梁、柱界面尺寸及各杆件相对线刚度表示在简图如图2-2所示。图2-2第轴框架梁柱截面尺寸及相对线刚度第二章 荷载计算3.1恒活

15、荷载标准值计算3.1.1恒活标准值（1） 屋面板恒荷载（不上人屋面）25厚水泥砂浆 0.02520=0.5kN/三毡四油防水层 0.4kN/150mm厚膨胀珍珠岩层 0.1510=1.5kN/100mm厚钢筋混凝土板 0.125=2.5kN/20mm厚混合砂浆抹灰 0.0217=0.34kN/合计 5.24kN/（2） 楼面板恒荷载水磨石地面 0.65kN/20mm水泥砂浆找平层 0.0220=0.4kN/100mm厚现浇混凝土结构层 0.125=2.5kN/20厚混合砂浆抹灰 0.0212=0.34kN/合计 3.9kN/（3）框架梁自重AB跨梁（250mm500mm）钢筋混凝土梁自重 0.

16、25（0.5-0.1）25=2.5kN/m20mm厚混合砂浆抹灰 （0.5-0.1）20.0217=0.27kN/m合计 2.8kN/mBC跨梁（250mm500mm） 钢筋混凝土梁自重 0.25（0.5-0.1）25=2.5kN/m20mm厚混合砂浆抹灰 （0.5-0.1）20.0217=0.27kN/m合计 2.8kN/mCD、CE跨梁（250mm500mm） 钢筋混凝土梁自重 0.25（0.5-0.1）25=2.5kN/m20mm厚混合砂浆抹灰 （0.5-0.1）20.0217=0.27kN/m合计 2.8kN/纵向框架梁（250mm400mm） 钢筋混凝土梁自重 0.25（0.4-0.

17、1）25=1.9kN/m20mm厚混合砂浆抹灰 （0.4-0.1）20.0217=0.27kN/m合计 2.1kN/m（4）框架柱自重（500mm500mm）钢筋混凝土梁自重 0.50.525=6.25kN/m20mm厚混合砂浆抹灰 0.50.50.02174=0.27kN/m合计 6.6kN/m（5）外墙荷载普通瓷砖 0.5kN/240厚外墙普通砖 0.2419=4.56kN/15mm厚水泥砂浆找平层 0.01520=0.3kN/20mm厚混合砂浆抹灰 0.0217=0.34kN/合计 5.7kN/（6）内墙荷载180mm厚普通砖 0.1819=3.61kN/20mm厚混合砂浆抹灰 0.02

18、172=0.68kN/合计 4.1kN/3.1.2活荷载标准值根据建筑结构荷载规范GB50009-2012规定【2】办公楼活荷载值可取：1、 不上人屋面活荷载标准值为0.5kN/2、 办公室、会议室活荷载标准值为2.0kN/3、 走廊活荷载标准值为2.5kN/4、 楼梯活荷载标准值为3.5kN/3.2第轴框架恒载、活载取值图3-1 板荷载传递示意图（单位：mm）3.2.1第轴框架梁恒载屋顶框架梁自重可视为均布荷载为2.8标准层框架梁自重、内墙自重可视为均布荷载为：（1） 屋顶AB梁恒荷载恒载作用下，梁承受的荷载为均布荷载和梯形荷载叠加。板传递给梁的梯形荷载最大值为：（2） 屋顶BC梁恒荷载恒载

19、作用下，梁承受的荷载为均布荷载和三角形荷载叠加。板传递给梁的三角形荷载最大值为：（3）屋顶CE梁恒荷载恒载作用下，梁承受的荷载为均布荷载和梯形荷载叠加。板传递给梁的梯形荷载最大值为：（4）标准层AB梁恒荷载恒载作用下，梁承受的荷载为均布荷载和梯形荷载叠加。板传递给梁的梯形荷载最大值为：（5）标准层BC梁恒荷载恒载作用下，梁承受的荷载为均布荷载和三角形荷载叠加。板传递给梁的三角形荷载最大值为：（6）标准层CE梁恒荷载恒载作用下，梁承受的荷载为均布荷载和梯形荷载叠加。板传递给梁的梯形荷载最大值为：3.2.2第轴框架梁活荷载（1）AB梁活荷载屋顶和楼面AB梁的活荷载标准值分别为0.5和2.0受梯形荷

20、载的最大值为：屋面：，楼面：（2）BC梁活荷载屋顶和楼面AB梁的活荷载标准值分别为0.5和2.5受三角形荷载的最大值为：屋面： 楼面：（3）CE梁活荷载屋顶和楼面AB梁的活荷载标准值分别为0.5和2.0受梯形荷载的最大值为：屋面：，楼面：3.2.3第轴框架柱恒荷载统计纵向框架梁自重：（1） 顶层轴边柱恒载承受的部分板重为集中力有偏心弯矩（2） 顶层轴中柱恒载承受的部分板重为集中力偏心弯矩（3） 顶层轴中柱恒载承受的部分板重为集中力偏心弯矩（4） 顶层轴边柱恒载承受的部分板重为集中力有偏心弯矩（5） 标准层轴边柱恒载承受的部分板重为柱自重：36.6=19.8kN/m外墙+窗重：集中力有偏心弯矩（

21、6） 标准层轴中柱恒载承受的部分板重为柱自重：36.6=19.8kN/m纵向内墙+门重：集中力偏心弯矩（7） 标准层轴中柱恒载承受的部分板重为柱自重：36.6=19.8kN/m纵向内墙+门重：集中力偏心弯矩（8） 标准层轴边柱恒载承受的部分板重为柱自重：36.6=19.8kN/m外墙+窗重：集中力有偏心弯矩3.2.4第轴框架柱活荷载统计(1) 顶层、轴边柱活载部分板传递的力为：偏心弯矩(2) 顶层、轴中柱活载部分板传递的力为：偏心弯矩(3) 标准层、轴边柱活载部分板传递的力为：偏心弯矩(4) 标准层、轴中柱活载部分板传递的力为：偏心弯矩3.3恒、活荷载计算简图图3-2 恒载计算简图（单位kN/

22、m、kN、kNm)图3-3 活载计算简图（单位kN/m、kN、kNm)3.4风荷载作用下的结构内力计算3.4.1风荷载标准值的计算及计算简图 框架结构在风荷载作用下的侧移计算可简化为柱端节点受水平力的作用，将计算单元的外墙分布风荷载当做等效作用于楼面屋面的集中风荷载计算。 本办公楼采用钢筋混凝土框架结构，为三层，室内外高差0.6m，地面粗糙程度为C类，地面以上结构总高度为。 第i层屋顶集中风荷载标准值按下式计算3: hi：本层柱高（底层从室外地坪算起）hi+1：上层柱高（顶层取2倍女儿墙高度算面积）B：计算单元迎风面宽度，取3.6m。：风荷载体形系数。高宽比H/B=9.6/10.8=0.894

23、，故取：风振系数，由建筑结构荷载规范（GB50009-2012）中规定，对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋应考虑风振的影响，本建筑结构总高度为10.8m小于30m且H/B=9.6/10.8=0.891.5，所以取=1.0：风压高度变化系数，地面粗糙程度为C类，可查风压高度变化表得知。则该办公楼第四轴各层楼面出和屋面处集中风荷载标准值计算如下表3-1表3-1各层柱端左风荷载标准值层数地地高度(kN/m)(m)B13.611.30.650.453.63.93.65.1326.611.30.650.45333.64.11310.811.30.650.45303.62.05图3-4 风荷载计算

24、简图（单位：kN）3.4.2风荷载作用下位移的D值法计算（1） 侧移刚度计算表3-2侧移刚度计算公式楼层D边柱中柱一般层底层表3-3侧移刚度D计算柱名底层一般层A边柱0.940.589010.590.2316770.8B中柱3.230.7112639.42.020.536458.3C中柱3.290.6511571.22.050.5137187.5E边柱10.589010.630.2417500_42012.6_107916.6底层，；一般层，（2）风荷载作用下该框架侧移计算框架结构受水平荷载时的层间位移计算公式为式中：为第i层总剪力为第i层所有柱子的抗侧刚度之和为第i层的层间位移各层楼板标高处

25、的水平侧移为该层一下各层层间位移之和。该框架在风荷载作用下的侧移大小计算如表3-4所示3-4风荷载作用下各层侧移层号32.052.05107916.60.0000231/15000024.116.16107916.60.0000631/5000015.1311.2942012.60.000274.81/17778则框架总为验算：框架结构楼层层间位移的层高比值为1/550，本框架的最大层高比限值为1/17787，满足要求。3.4.3风荷载作用下的内力计算框架结构的风荷载作用下的内力采用D值法计算（1） 反弯点高度计算（2） 反弯点高度比为：式中：:标准反弯点高度比：上下层横梁线刚度变化时的反弯点

26、高度比修正值上层层高变化时的反弯点高度比修正值：上层层高变化时的反弯点高度比修正值查表可得、，各层柱反弯点高度计算如表3-5所示表3-5 各层柱反弯点高度计算层号330.590.300000.300.90230.590.300000.300.9014.80.940.350000.351.68332.020.450000.451.35232.020.450000.451.3514.83.230.450000.452.16332.050.450000.451.35232.050.450000.451.3514.83.290.450000.452.16330.630.300000.300.90230

27、.630.300000.300.9014.81.000.350000.351.68（1）风荷载作用下的柱端剪力、弯矩计算柱端剪力计算公式：式中:：第i层第j柱层间剪力：第i层总剪力标准值：第i层第j柱的抗侧刚度：第i层所有柱的抗侧刚度之和则柱端弯矩为：，风荷载作用下柱端弯矩和剪力计算见表3-6表3-6 风荷载作用下柱端弯矩计算柱号层号A32.05107916.60.160.330.90.300.6926.16107916.60.160.980.90.882.06111.2942012.60.212.371.683.987.39B32.05107916.60.340.71.350.951.162

28、6.16107916.60.342.091.352.823.45111.2942012.60.303.392.167.328.95C32.05107916.60.340.71.350.951.1626.16107916.60.342.091.352.823.45111.2942012.60.303.392.167.328.95E32.05107916.60.160.330.90.300.6926.16107916.60.160.980.90.882.06111.2942012.60.212.371.683.987.39（1）梁端弯矩、剪力，柱轴力的计算梁端弯矩根据节点平衡条件求解，且梁端弯矩之

29、和等于柱端弯矩之和，再将节点左右的两端弯矩之和按线刚度分配，梁端弯矩计算公式为5： 式中：分别为计算节点的左、右梁端弯矩分别为计算节点的左、右梁的相对线刚度分别为计算节点上层柱的下端弯矩、下层柱的上端弯矩。节点弯矩平衡简图如图3-5图3-5节点弯矩平衡简图对B中柱： 对C中柱： 各节点左、右端弯矩计算结果见表3-7表3-7各层梁节点左、右端弯矩层号柱节点3A00.69_0.69B01.160.290.710.340.821.16C01.160.700.300.810.351.16E00.69_0.692A0.32.36_2.06B0.954.400.290.711.283.123.45C0.9

30、54.400.700.33.081.323.45E0.32.36_2.061A0.888.27_7.39B2.8211.770.290.713.418.368.95C2.8211.770.700.308.243.538.95E0.888.27_7.39注：表中弯矩值的单位为弯矩方向如图3-5节点弯矩平衡简图所示边柱A、B柱节点的梁端弯矩为，方向绕节点逆时针。梁端弯矩及剪力计算结果见表3-8表3-8梁端弯矩和剪力大小层号AB跨梁BC跨梁CE跨梁30.690.345.10.200.820.812.10.770.350.694.80.2222.361.285.10.713.123.082.12.95

31、1.322.364.80.7718.273.415.12.298.368.242.17.903.538.274.82.46注：表中弯矩值单位为kNm；长度单位为m；剪力单位为kN弯矩和剪力值都以绕梁端截面顺时针为正、分别表示同一跨梁的左、右端弯矩值柱端弯矩轴力计算结果见表3-9表3-9各层柱端轴力柱端轴力柱层321A0.20.913.20B0.572.818.42C0.552.738.17E0.220.993.45（1）框架在左侧风荷载作用下的弯矩图见图3-6，梁的剪力图见图3-7，柱的轴力图见图3-8。图3-6 左侧风荷载作用下的梁柱弯矩图（单位：kN）图3-7 左侧风荷载作用下的梁柱剪力图

32、（单位：kN）图3-8 左侧风荷载作用下的柱轴力图（单位：kN且以柱子受压力为正）第四章 内力计算计算框架结构受竖向荷载作用时的内力可用力法、位移法等结构力学方法计算。在设计中为了简化计算，可用分层法等方法计算。本办公楼为框架结构，所受的竖向荷载有恒荷载活荷载，采用分层发计算内力。内力计算过程使用结构力学理对内力正负号的规定6：1、 梁端弯矩对梁端而言顺正逆负2、 轴力以拉为正。4.1第轴框架梁在恒荷载作用的弯矩计算4.1.1等效均布恒载的计算梯形分布荷载可按固端弯矩等效原理折算为等效均布荷载。折算公式为：；其中：（短跨计算长度；长跨计算长度：梯形分布荷载最大值）（1） 顶层AB跨梯形恒载 （

33、2） 顶层BC跨三角形恒载（3） 顶层CE跨梯形恒载（4） 标准层AB跨梯形恒载（5） 标准层BC跨三角形恒载（6） 标准层CE跨梯形恒载4.1.2梁固端弯矩计算根据恒荷载计算简图，计算各个杆件在均布荷载作用下产生的固端弯矩，梁端固定支座固端弯矩为：（q为杆件收到的均布荷载标准值之和）（弯矩值以顺时针为正，则对于同一根梁左端为负弯矩值，右端为正弯矩值）（1） 顶层（2） 标准层4.2第轴框架梁在活荷载作用的弯矩计算4.2.1等效均布活载的计算计算方法同恒载，则（1）顶层AB跨梯形活载 （2）顶层BC跨三角形恒载（3）顶层CE跨梯形恒载（4）标准层AB跨梯形恒载（5）标准层BC跨三角形恒载（6）

34、标准层CE跨梯形恒载4.2.2梁固端弯矩计算根据活荷载计算简图，计算各个杆件在均布荷载作用下产生的固端弯矩，计算方法同恒载，则：（3） 顶层（4） 标准层4.3弯矩分配系数由各杆件的线刚度可得各节点的杆端弯矩分配系数，计算公式为：式中：为x节点处杆件xy的相对线刚度；为x节点处各杆件的相对线刚度之和计算弯矩分配系数过程中，除底层柱外的其它层柱的线刚度均乘以修正系数0.9.梁柱相对线刚度如下图4-1所示图4-1 梁柱相对线刚度4.3.2各节点分配系数a节点： b节点： c节点： d节点： e节点： f节点： g节点：h节点： i节点： j节点： k节点：l节点： 4.4弯矩分配计算杆端弯矩采用弯

35、矩分配法。由荷载计算简图和梁固端弯矩值，运用分成法来进行弯矩分配，每层弯矩分配完毕后，将柱弯矩叠加，不平衡弯矩再分配，分配过程如下图所示。116表4-2 顶层恒载力矩分配偏心弯矩-4.607.80-7.804.60下柱右梁左梁下柱右梁左梁下柱右梁左梁下柱分配系数0.600.400.200.310.490.480.300.220.410.59固端弯矩-73.3173.31-3.563.56-60.8660.68分配过程-6.201/2-12.39-19.20-30.361/2-15.1844.9429.961/214.9815.521/231.0519.4014.231/27.11-3.051/2-6.10-9.46-14.951/2-7.47-12.951/2-25.91-37.281.831.221/20.614.901/29.816.134.491/22.25-0.551/2-1.10-1.71-2.701/2-