某集团办公楼框架结构设计.doc

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1、南阳理工学院毕业设计（论文）1.前言毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。本组毕业设计题目为*市某集团办公楼框架结构设计。在毕设前期，我温习了结构力学、钢筋混凝土、建筑结构抗震设计等知识，并借阅了抗震规范、混凝土规范、荷载规范等规范。在毕设中期，我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计。在毕设后期，主要进行设计手稿的整理，并用电脑绘图并得到老师的审批和指正，使我圆满的完成了任务，在此表示衷心的感谢。毕业设计的三个月里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、论文撰写以

2、及外文的翻译，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。在绘图时熟练掌握了AutoCAD，天正，及PKPM以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。框架结构设计的计算工作量很大，在计算过程中以手算为主，辅以一些计算软件的校正。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。 二零零八六月十日2建筑设计总说明2.1建筑设计说明： 2.1.1工程概况工程名称：南阳卧龙区财政局办公楼；工程位置：南阳市区；工程总面积：4562，高22.60m.结构形式：现浇整体框架。2.1.2物功能与特点：该拟建的建筑位于南阳市内，设计内容：此楼

3、为办公楼，此建筑占地面积 912.4m2 ，总建筑面积为4562 m22.1.2.1平面设计建筑朝向为南北向，平面布置满足长宽比小于5，采用纵向3.6m、横向6.3m、2.4m、6.3m的柱距，满足建筑开间模数和进深的要求。2.1.2.2、立面设计该建筑立面为了满足采光和美观需求，外墙面根据98J1工程做法选用面砖饰面，不同分隔区采用不同的颜色区隔，以增强美感。2.1.2.3、防火防火等级为二级，安全疏散距离满足房门至外部出口或封闭楼梯间最大距离小于35m，大房间设前后两个门，小房间设一个门，满足防火要求；室内消火栓设在走廊两侧,每层两侧及中间设3个消火栓，最大间距25m,满足间距50m的要求

4、。2.1.2.4、抗震建筑的平立面布置规则，建筑的质量分布和刚度变化均匀，楼层没有错层，满足抗震要求。2.1.2.5屋面屋面形式为平屋顶；平屋顶排水坡度为2%，排水坡度的形式为垫置坡度，排水方式为内排水。屋面做法采用98J1工程做法中柔性防水，聚苯乙烯泡沫塑料板保温层屋面。 2.2结构设计说明2.2.1、设计资料2.2.1.1自然条件1、工程地质条件：自然地面以下土层依次为： 地层结构及地层评述。自然地面以下土层依次为： 第一层 杂填土层：厚度为0.30-1.00m； 第二层 粘土层：厚0.4-1.0m，连续分布；地基土承载力特征值170KPa； 第三层 粘土含姜石：厚0.4-2.3m，连续分

5、布；地基土承载力特征值200Kpa； 第四层 粘土：厚度大于13 m，未钻穿。连续分布；地基土承载力特征值220Kpa；水文地质条件下水埋深13.3-16.4m,本场区地下水对混凝土结构中钢筋无腐蚀性。场地土类型为中硬场地土，建筑场地类别为II类，地震烈度7度时不会产生地震液化。.2、抗震设防： 7 度3、防火等级： 二级4、建筑物类型： 乙类5、基本风压： W0= 0.35 KN/m2，主导风向：西北风6、基本雪压： S0= 0.40 KN/m27、冻土深度： 0.6 m8、地下水位： 最低：1.7 m 最高：1.5 m9、气象条件： 年平均温度：12 oC 最高温度：42 oC 最低温度：

6、-12 oC 年总降雨量：710 mm 10、楼面活荷： 办公室：2.0 KN/m2；走道：2.0 KN/m2。2.2.2、工程做法屋面做法高聚物改性沥青卷材防水4厚高聚物改性沥青卷材防水层（带砂、小片石，作为保护层）20厚1：3水泥砂浆层找平层1：6水泥焦渣找2%坡，最薄处30厚50厚聚苯乙烯泡沫塑料板保温层钢筋混凝土基层楼面做法房间、走道楼面现制水磨石12厚1:2.5水泥磨石楼面磨光打蜡素水泥浆结合层一道20厚1:3水泥砂浆找平层，上卧分隔条。40厚C20细石混凝土垫层（后浇层）钢筋混凝土楼板卫生间楼面铺地砖8厚地砖楼面，干水泥擦缝撒素水泥面（洒适量清水）20厚1:4干硬性水泥砂浆结合层6

7、0厚C20细石混凝土向地漏找平，最薄处30厚聚氨酯三遍涂膜防水层厚1.51.8或用其他防水涂料防水层，防水层周边卷起高15020厚1:3水泥砂浆找平层，四周抹小八字角现浇钢筋混凝土楼板内外墙面做法纸筋（麻刀）灰墙面刷内墙涂料2厚纸筋（麻刀）灰抹面9厚1:3石灰膏砂浆5厚1:3:9水泥石膏砂浆打底划出纹理加气混凝土界面处理剂一道散水做法：混凝土散水50厚C15混凝土撒1:1水泥砂子，压实赶光150厚3:7灰土垫层素土夯实向外坡4%三、 结构设计计算书3.1结构平面布置3.1.1结构布置及结构计算简图的确定构平面布置如图1所示。 图1 结构平面布置图3.1.2、确定梁柱截面尺寸：主梁：边跨(AB,

8、CD)梁: h=(1/81/12)l=(1/81/12) 6300=788mm525mm取h=600mm,b=(1/31/2)l=(1/31/2) 600=200300，取b=250mm中跨(BC)梁: h=(1/81/12)l=(1/81/12) 2400=300mm200mm取h=400mm,b=250mm连系梁：边柱（A轴，D轴），中柱（B轴，C轴）上连系梁 ： h=(1/121/15)l=(1/121/15) 3900=325mm260mm 取 h=400mm,b400/4=100 取b=250mm柱截面：H=4600mm,b=(1/151/20)H=(1/81/12) 4600=30

9、6mm230mm 取bh=300 mm450mm现浇楼板厚100mm，满足h/l01 1/503.1.3、计算简图的确定（见图2）根据地质资料，确定基础顶面离室外地面为700mm,由此求得底层层高为5.5m。各梁柱构件的线刚度经计算后列于图2，其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，梁取I=2I0（I0为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。AB,CD跨梁：BC跨梁：中部各层柱： 首层柱： 注：图中数字为线刚度，单位：10-4Em3Ec=3.25104N/mm2 Eb=3.00104N/mm2图2：结构计算简图3.2荷载统计3.2.1恒载计算3.2.1.1屋面框架梁线荷载标准值：三毡四油上铺

10、小石子防水层 0.35KN/ m220厚1：3水泥砂浆层找平层 0.0220=0.4 KN/ m2120厚膨胀珍珠岩保温层 0.127=0.84 KN/ m2100厚现浇钢筋混凝土楼板 0.125=2.5 KN/ m2装饰层：15厚纸筋石灰抹底 0.01516=0.24 KN/ m2屋面恒载: 4.33KN/m2边跨(AB、CD跨)框架梁自重 0.250.625=3.75 KN/ m2 梁侧粉刷 2（0.60.1）0.0217=0.34 KN/ m2中跨框架梁自重 0.250.425=2.5KN/ m2梁侧粉刷 2（0.40.1）0.0217=0.2 KN/ m2因此，作用在顶层框架梁上的线荷

11、载为：（图3）g5AB1= g5CD1=4.09KN/ mg5BC1= 2.7 KN/ mg5AB2= g5CD2=4.333.9=16.89 KN/ mg5CD2= 4.332.4=10.39KN/ m 3.2.1.2楼面框架梁线荷载标准值20厚水泥砂浆面层 0.0220=0.40KN/m2100厚现浇钢筋混凝土楼板 0.125=2.5 KN/ m215厚纸筋石灰抹底 0.01516=0.24 KN/ m2楼面恒载 3.14 KN/ m2边跨(AB、CD跨)框架梁自重及梁侧粉刷 4.09 KN/ m边跨填充墙自重 0.24（3.60.6）19=13.68KN/ m墙面粉刷 （3.60.6）0

12、.02217=2.04 KN/ m中跨框架梁自重及梁侧粉刷 2.7KN/ m因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为（图3）：gAB1= gCD1=4.09+15.72=19.81 KN/ mgBC1=2.7KN/ mgAB2= gCD2=3.143.9=12.25KN/ mgBC2= 3.142.4=7.54KN/ m3.2.1.3、屋面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重 0.250.403.925=9.75KN粉刷 0.02(0.40.10)23.617+0.250.023.917=1.13KN600高女儿墙自重 0.63.90.2419=10.67KN粉刷 0.60.0223.617+0.

13、280.023.917=1.96KN连系梁传来屋面自重 1/23.91/23.94.33=16.46KN顶层边节点集中荷载 G5A= G5D =112.87KN中柱连系梁自重及粉刷 9.75+0.796=10.55KN连系梁传来屋面自重 1/2（1.5+3.9）2.4/24.33=16.46KN顶层中节点集中荷载 G5B = G5C =41.04KN3.2.1.4楼面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重及粉刷 9.75+1.13= 10.88KN塑钢窗自重 2.12.20.45=2.08KN窗下墙自重 0.241.03.619=16.42KN粉刷 0.02213.617=2.45KN窗边墙自重

14、 1.5（3.61.00.6）0.2419=15.05KN粉刷 0.0221.52.217=2.24KN 连系梁传来楼面自重 1/23.61/23.63.14=11.94KN 框架柱自重 0.30.453.625=12.15KN粉刷 【( 0.3+0.45)230.24】0.023.617=0.95 KN外贴面砖 0.080.53.319.8=2.61KN中间层边节点集中荷载 GD=73.98KN中间柱连系梁自重及粉刷 9.75+0.8=10.55KN内纵墙自重 3.6（3.60.4）0.2419=52.53 KN粉刷 3.63.220.0217=7.83KN扣除门洞重加上门重 2.41.0（

15、5.240.2）=12.10 KN框架梁传来屋面自重 1/23.93.92.4)1/22.143.14=10.17KN 1/23.91/23.92.14=11.94KN框架柱自重 12.15 KN粉刷 0.95 KN中间层中节点集中荷载 GB= GC =94.02 KN3.2.1.5、恒载作用下结构计算简图（图3）3.2.3、楼面活荷载计算楼面活荷载作用下结构计算简图如图4所示。图中各荷载计算如下：3.2.3.1、屋顶板的活荷载标准值p5AB= p5CD=0.53.9=1.95KN/ mp5BC=0.52.4=1.2 KN/ m3.2.3.2、楼面板的活荷载标准值pAB= pCD=2.03.6

16、=7.2KN/ mpBC=2.02.4=4.8 KN/ m图4：活荷载作用下结构计算简图图3：恒载作用下结构计算简图3.2.3.3、屋顶框架节点集中荷载标准值由连系梁传来的屋面活荷载 P5A=P5D=1/23.91/23.90.5=1.90KN P5B=P5C =1/2（1.5+3.9）2.4/20.5+1/43.93.90.5=3.52KN3.2.3.4、楼面框架节点集中荷载标准值 楼面连系梁传来的楼面活荷载 PA=PD = 1/23.91/23.92=7.6KN PB=PC =1/2（1.5+3.9）2.4/22+1/43.93.92=14.08KN3.3、风荷载计算3.3.1 风压标准值

17、计算风压标准值计算公式为 wk=zszw0因结构高度H=18.6m30m,B=14.4,H/B=1.291.5,可取z=1.0z可查荷载规范，按地面粗糙程度和建筑物离地面高度确定。地面粗糙程度为B类,通过插入法求得。 表1离地面高度（m）5 10 15 204.05 7.6511.2514.8518.45风压高度系数z1.01.01.141.251.01.01.0351.1361.216对于矩形平面s=1.3；将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如表2所示。表中A为一榀框架各层节点的受风面积，计算结果如图5所示。 横向风荷载计算 表2层次zszw0(KN/ m2)WK(KN/

18、 m2)A(m2)FwK(KN)51.01.31.2160.350.6308.645.89741.01.31.1360.350.59114.048.57131.01.31.0350.350.23814.047.92621.01.31.00.350.52014.047.42711.01.31.00.350.414.047.301转化为集中风载：（受荷面与计算单元同）五层 Fw5K =0.633.9（0.6+3.6/2）=5.897KN四层 Fw5K =3.63.9（0.63+0.591）2=8.571KN三层 Fw5K =3.63.9（0.591+0.538）2=7.926KN二层 Fw5K =

19、3.63.9（0.538+0.52）2=7.427KN一层 Fw5K =3.63.9（0.52+0.52）2=7.301KN 3.3.2、风载下的位移计算3.3.2.1、计算简图，见图5。3.3.2.2、柱Kc值 C30, Ec值为3.0104N/mm 柱Kc值计算 表3层数截面（m2）混凝土强度等级惯性矩Ic（m4）（m3）(KNm)250.30.45C302.2810-36.3311.89910410.30.45C302.2810-34.9510-41.485104图5：风荷载作用下结构计算简图（单位 KN）3.3.2.3、梁Kb值 2.4m梁：6.0m梁：3.3.2.4、及的值 及的值

20、表4层柱类型根数底层边柱15/4.95=3.030.7027564中柱（15+11.1）/4.95=5.270.794854.84D1610.8二三四五层边柱15*2/（2*6.33）=2.370.54949.54中柱（15+11.1）*2/（2*6.33）=4.120.671178.14D2127.6 3.4荷载作用下的框架内力分析荷载取设计值，它等于荷载标准值乘以相应的荷载分项系数。3.4.1、竖向恒载作用下的内力计算竖向恒载作用下的内力计算采用力矩二次分配法。3.4.1.1、荷载简化梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成，在求固端弯矩时，将梯形分布荷载及三角形荷载化作等效均布荷载。顶层：AB

21、,CD跨（=1.95/6.0=0.325）BC跨 14层：AB,CD跨（=1.95/6.0=0.325）BC跨 3.4.1.2、弯矩分配系数 弯矩分配系数 表5 构件名称转动刚度S(KNm)相对转动刚度框架梁边跨4Kb=415103=60103 3.030中跨4Kb=211.1103=22.2103 1.21框架柱边跨4Kc=414.95103=19.8103 1.000中跨4Kc=46.33103=25.32103 1.279各节点杆件分配系数见下表: 各节点杆件分配系数 表6节点左梁右梁上柱下柱 61.279+3.030=4.309 0.703 0.297 3,4,51.279+3.030

22、+1.279=5.588 0.542 0.229 0.229 21.279+3.030+1.000=5.309 0.571 0.241 0.188 123.030+1.121+1.279=5.43 0.588 0.206 0.2369,10,113.030+1.279+1.21+1.279=6.709 0.452 0.166 0.191 0.19183.030+1.279+1.121+1.000=6.43 0.471 0.178 0.199 0.1563.4.1.3、杆件固端弯矩 固端弯矩计算 表7AB跨BC跨简图固端弯矩MFMJ（KN/m）简图固端弯矩MF=MK（KN/m）顶层21.59KN

23、/m21.596.0264.7715.71KN/m1/315.711.227.54中层17KN/m176.62518.5KN/m1/38.51.224.083.4.1.4、杆件固端弯矩分配与传递上柱 下柱 右梁 左梁上柱 下柱 右梁 图6 恒载力矩分配与传递 传递系数： 远端固定，传递系数为 远端滑动铰质，传递系数为1。弯矩分配： 恒载作用下，框架的弯矩分配计算见图6，框架的弯矩见图7；活载作用下，框架的弯矩分配计算见图，框架的弯矩见图。在竖向荷载作用下，考虑框架梁端的塑性内力分布，取弯矩调幅系数为0.8，调幅后，恒载及活载弯矩图见恒载作用下框架弯矩图及活载用框架弯矩图内数值。求得杆端内力后，

24、通过静力平衡条件，可求得相应的剪力和轴力，见图8，9，10。梁端剪力及柱轴力计算梁端剪力 V=VqVm式中：Vq梁上均布荷载引起的剪力，Vqql；Vm梁端弯矩引起的剪力，Vm 柱轴力 N=V+P式中：V梁端剪力； P节点集中力及柱自重。下图为恒载下框架弯矩图6 图6 恒载下框架弯矩图3.4.2、竖向活荷载作用下的内力计算3.4.2.1荷载简化 错误！链接无效。 图7 调幅后恒载下框架弯矩图 3.4.2.2杆件固端弯矩 固端弯矩计算 表8AB跨BC跨简图固端弯矩M0MJ（KN/m）简图固端弯矩MJ=MK（KN/m）2.44KN/m2.446.326.721.05KN/m1/31.051.220.

25、58.99KN/m8.996.3226.994.2KN/m1/34.21.222.023.4.2.3风载下内力计算 风荷载作用下的结构计算如图5所示。内力计算采用D值法，计算过程见图和图，其中可通过有关表格查得反弯点高度y0。风荷载下的弯矩图见图。柱轴力和梁剪力图见图9 、图10图8 活载弯矩分配图 （KN/m）图9：恒载下梁的剪力图（KN）图10：恒载下柱的轴力图（KN）图12：活荷载作用下的弯矩图（KNm） 图12：活荷调幅后的弯矩图（KNm）图13：活荷载下梁的剪力图（KN） 图14：活荷载下柱的轴力图(KN)3.4.3风荷载作用下的内力计算3.4.3.1风荷载设计值1.4(1)风荷载的

26、计算简图见下图所示,其计算采用D值法,计算过程见下表 8层力号总Fwk(KN) Ka D(KN/m)总D(KN/m)V=D/总D*总Fwk 5 8.256边柱 2.37 0.54 9495 42552 1.84中柱 4.12 0.67 11781 2.29420.255边柱 2.37 0.54 9495 42552 4.52中柱 4.12 0.67 11781 5.60331.352边柱 2.37 0.54 9495 42552 6.99中柱 4.12 0.67 11781 8.69241.749边柱 2.37 0.54 9495 42552 9.31中柱 4.12 0.67 11781 11

27、.56151.974边柱 3.030.702 7560 32216 12.21中柱5.27 0.794 8548 13.79 3.4.3.2求反弯点高度: 由本结构的风荷载简图知其分布接近于均布荷载.故Y0由(杨志勇主编,武汉工业大学出版社)中的表5-2-4查得.本结构的各层横梁的线刚度相同.则Y1=Y2=Y3=0.因此柱底至反弯点高度YH=Y0H.计算反弯点高度见下表:9表:9反弯点高度Y0H 层号柱号 KY0YH=Y0H 5 边柱 2.37 0.419 1.51中柱 4.12 0.45 1.624边柱 2.37 0.45 1.62中柱 4.12 0.5 1.83边柱 2.37 0.5 1.

28、8中柱 4.12 0.5 1.82边柱 2.37 0.5 1.8中柱 4.12 0.5 1.81边柱 3.030.55 2.53中柱5.27 0.55 2.533.4.3.3.风荷载作用下的框架内力计算过程求的各柱的反弯点高度YH和杆端剪力Vjk后,即可求的各杆端弯矩.再根据节点平衡条件求得梁端弯矩.例如5层边柱:M51=V51Y51; M52=V51(H-Y51)梁端弯矩与其线刚度成正比对于中柱:Mb左=(Mij上+Mij下)Ib左/(Ib左+Ib右)Mb右=(Mij上+Mij下)Ib右/(Ib左+Ib右)对于边柱Mb=Mij上+Mij下风荷载作用下的弯矩图剪力图.轴力图如下 图17：风荷载

29、下弯矩图（KNm）图18：风荷载下柱的轴力和梁的剪力图3.4.4、地震作用下荷载计算 本设计仅考虑水平地震作用即可，并可采用基底剪力法计算水平地震作用力。由于该结构的刚度比较均匀，可取一个计算单元进行计算。3.4.4.1、分层计算重力荷载代表值：第五层GE5值为整个框架结构第五层上半层以上所有构件的重量及活荷载的重量,一到四层类同.各层重力荷载代表值为： G5=框架梁及自重+屋面自重+女儿墙自重+女儿墙粉刷+柱的自重+窗及窗下墙+连系梁自重+活荷载=4.096.02+2.72.4+4.333.9(62+2.9)+(10.67+1.96)+0.30.453.625/24+(0.243.63.91

30、9)22+0.0223.63.91722+(2.08+16.42+2.45+15.05+2.24)2+4(9.75+1.13)=486.89KN G42=4.096.02+2.72.4+3.773.9(62+2.9)+0.30.453.6254+0.954+2(11.22+64.02+9.55+19.12)+4(9.75+1.13)=571.02KN G1=4.096.02+2.72.4+3.773.9(62+2.9)+0.30.45(3.6+4.6)254+0.30.454.10.02172+2(11.22+64.02+9.55+19.12)(4.6/3.6)+4(9.75+1.13)=60

31、3.21KNGE5= G5+0.5 QK=486.89+0.5(14.43.9/2)=500.93KN GE4= G4+0.5 QK =571.02+0.5(14.43.9/2)=627.18KN GE2= GE3= GE4=627.18KNGE1= G1+0.5 QK=603.21+0.5(14.43.9/2)=659.37KN(3) 等效重力荷载 对于对于层建筑，其等效重力荷载GEq =0.85 GEi =0.85(659.37+627.183+500.93)=2585.56KN3.4.4.2、自振周期计算 按顶点位移法计算，考虑填充墙对刚度的影响，取基本周期调整系数0=0.6。计算公式为

32、，式中为顶点位移（单位为m），按D值法计算，见表5。 横向框架顶点位移计算 表9层次5500.93 500.9342550 0.01180.234627.18 1128.1142552 0.02650.21823627.18 1755.2942550 0.04130.19172627.18 2382.4742552 0.05600.15041659.37 3041.8432216 0.09440.0944 3.4.4.3、横向地震作用地震作用按7度类场地,地震动参数区划的特征周期分组按三组考虑，则Tg=0.45,max=0.08,采用底部剪力法计算。由于5 Tg=2.25 T1=0.57Tg=

33、0.45s,故地震影响系数 计算水平地震作用力为： FEk =aGEq =0.0652585.56=168.06KN 由于T1 1.4Tg =1.4 Tg =1.40.45=0.63所以不考虑顶部附加地震作用计算结果列于表6。各层地震作用及楼层地震剪力 表10层次hi(m)Hi(m)Gi(KN)GiHiFi(KN)Vi(KN)53.619500.939517.670.27446.0759.8943.615.4627.169658.2640.27846.76120.6833.611.8627.167400.7240.21335.83167.2623.68.2627.165142.7120.148

34、24.9199.6314.64.6651.376081.00.08614.51218.483.4.4.4.横向水平地震作用下的框架内力计算荷载的计算简图见下图所示,其计算采用D值法,计算过程见下表 表11层力号总Fwk(KN) Ka D(KN/m)总D(KN/m)V=D/总D*总Fwk 5 59.89边柱 2.37 0.54 9495 42552 13.36中柱 4.12 0.67 11781 16.594120.68边柱 2.37 0.54 9495 42552 26.91中柱 4.12 0.67 11781 33.433167.26边柱 2.37 0.54 9495 42552 37.3中柱 4.12 0.67 11781 46.332199.63边柱 2.37 0.54 9495 42552 44.52中柱 4.12 0.67 11781 55.31218.48边柱 3.030.702 7560 32216 5