办公楼建筑结构设计.doc

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1、 湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 设 计 I 13 届 本 科生毕业论文（设计） 存档编号 本 科 毕 业 设 计办公楼建筑结构设计学 院 建筑工程学院 专 业 土木工程 班 级 09-11 学 生 刘 宝 指导教师 王丽红 2013年3月11日 湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 设 计 摘 要本工程为南方某市办公楼建筑结构设计。建筑面积约4500m2，占地面积约 m2，五层，总高18.000m，采用框架结构，柱下独立(联合)基础，设计基准期50年，结构安全等级为二级，抗震设防烈度为7度。以建筑设计方案为基础，综合考虑行政办公楼的使用功能要求、建筑

2、物重要性等级、地质条件、抗震设防要求、施工条件及材料供应情况等方面的条件，参照有关设计规范、资料的规定或建议，并通过调查研究，参考以往相近工程的经验。按照“安全、经济、实用、美观”的设计原则，采用简单、实用的建筑体型和立面设计，对建筑物的平面布置、结构构造等项目进行合理设计，力求做到建筑功能与建筑形象的亲和力与开放性，创造亲切宜人的建筑形象和舒适自然的办公环境。设计出符合现代化建筑风格的建筑设计方案，绘出建筑施工图。按照设计的建筑方案和结构设计的弹塑性理论进行结构计算，通过手算与机算的结果，绘出结构施工图。关键词：办公楼；钢筋混凝土框架；结构设计湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院

3、毕 业 设 计 ABSTRACTThis project is the architectural and structural design of a five-floor classroom building in a city of south China, of which area is about 4500 m2 position area is about m2,and highth is 18.000m. Its portal frame construction, using the independent（combine）foundation under the colum

4、ns. The design datum time is 50 years, the structure security grade is two levels, the earthquake resistance fortification intensity is 7 degrees.The architectural design “is suitable in line with the function, the economy is reasonable, the modelling is artistic, the environment is suitable” the pr

5、inciple, take the national corresponding standard, the standard as the basis, has completed the construction plane design which the design project description requests, and carried on in this foundation has set up the surface, the section plane, the building detail design, and drew up the constructi

6、on chart construction drawing.Structural design in line with “safe, suitable, durable” the principle, has carried on the vertical load collection, the horizontal load collection, the endogenic force computation, the endogenic force combination, the structure earthquake resistance checking calculatio

7、n, the board, the beam, the column, the stair, the foundation component design, and complect the construction drawing. Key word: classroom building; reinforced concrete frame; structural design目 录第1章 工程概况11.1工程名称11.2建筑规模11.3建筑特点11.4建筑设计资料1第2章 框架结构布置及简图32.1框架结构布置32.2梁柱截面的确定5第3章 荷载计算63.1恒荷载计算63.1.1屋面框

8、架梁线荷载标准值63.1.2楼面框架梁线荷载标准值63.1.3屋面框架节点集中荷载标准值73.1.4楼面框架节点集中荷载标准值73.2活荷载计算93.3风荷载计算103.4地震作用计算11第4章 内力计算164.1恒荷载作用下的框架内力计算164.2活荷载作用下的框架内力计算204.3风荷载作用下的框架内力计算234.4地震力作用下的框架内力计算25第5章 内力组合28第6章 配筋计算296.1框架梁的配筋计算296.1.1正截面受弯承载力计算296.1.2斜截面受弯承载力计算306.2框架柱截面设计306.2.1剪跨比和轴压比验算316.2.2柱正截面承载力计算316.2.3柱斜截面承载力计

9、算336.3屋面板设计37 6.4楼板设计39第7章 基础设计427.1边柱基础427.2中柱基础45结 论49致 谢51参考文献524湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 设 计 第1页第1章 工程概况1.1 工程名称 ：南方某市办公楼1.2 建筑规模 1)建筑总面积约4500m2，占地面积约887.4m2，五层，总高18.000m； 2)上人屋面； 3)钢筋混凝土框架结构； 4)层高:首层3m，标准层3m1.3 建筑特点 （1）一层设有门厅和值班室，每层均有两个隐蔽盥洗室，一间会议室，两间大办公室（面积约40m2），八间小办公室（面积约28m2 ） （2）建筑能满足办公需

10、求，并且外形保证美观大方。1.4 建筑设计资料（1）气象资料：全年主导风向：东北风；冻土深度：0.2米；风荷载基本值：(离地面10米高值)雪荷载基本值：室外计算温度：冬季极端气温，夏季极端气温，最热月平均气温，最冷月平均气温降水量：年降水量1108.6mm，日最大降水量262.7mm年平均相对湿度：75（2）工程地质资料：拟建场地原始地形为湖塘洼地，后经人工填筑而成，地形平坦，场地分层情况如下：第1层为杂填土，土层厚2m；第2层为灰色粘土，土层厚8m；第3层为褐色粉质粘土（未揭穿）。土的物理力学性质如下表所示。5湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 设 计 第2页土层名称水含

11、量重力密 度孔隙比液限塑限塑限指数液限指数饱和度粘聚力内摩擦角压缩模量承载力摩擦力端承力W%KN/m3eWL%WP%IPILSr%CKPa度ESMPafkKPaqsKPaqpKPa杂填土16.0灰色粘土38.218.91.038.218.419.81.095.612204.6411017褐色粉质粘土26.719.60.7532.717.715.00.696.518207.022028.2992（3）水文地质资料拟建场地范围内，地下水分布主要有两种类型：浅部填土中的上层滞水，主要受大气降水及地表排水控制，地下水位埋深为1.52.0m之间；承压孔隙含水层:拟建场地范围内，地下水对混凝土无侵蚀性。（

12、4） 抗震设防要求 该地区基本烈度为7度（近震）。6湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 设 计 第3页第2章 结构布置和计算简图2.1 框架结构布置 框架计算简图如2.1所示。 框架计算单元如设计书上所示，取出号轴线上的一榀框架计算。假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接，由于各层柱的截面尺寸不变，故梁跨等于柱截面形心轴之间的距离。底层柱从基础顶面算到二楼楼面，基础顶面根据地质条件，室内外高差，定位-0.45m，二楼楼面标高为3.00m，故底层柱高为3.45m。其余各层柱高为3.00m。有次绘出框架的计算简图，如图2.1、2.2所示。图2.1框架平面布置与计算单元简图 7

13、湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 设 计 第4页图2.2框架剖面及结构计算简图8湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 设 计 第5页2.2 梁柱截面的确定 边跨梁（AB、CD跨）： 取 中跨梁（BC跨)：取 柱截面均为，现浇楼板厚100mm。 AB、CD跨梁： BC跨梁： 上部各层柱： 底层柱： ,则轴压比 ,故满足要求。9湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 设 计 第6页第3章 荷载计算3.1 恒荷载计算 3.1.1 屋面框架梁线荷载标准值： 20mm厚1：2水泥砂浆找平 100140mm厚（2%找坡）膨胀珍珠岩 100mm厚现浇钢

14、筋混凝土楼板 四层做法防水层 屋面恒荷载 边跨（AB、CD跨）框架梁自重 梁侧粉刷 中跨（BC跨）框架梁自重 梁侧粉刷 因此，作用在顶层框架梁上的线荷载为： 3.1.2 楼面框架梁线荷载标准值： 水磨石面层 100mm厚现浇钢筋混凝土楼板 20mm厚石灰砂浆抹底 楼面恒荷载 10湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 设 计 第7页边跨框架梁及梁侧粉刷 边跨填充墙自重 填充墙粉刷自重 中跨框架梁及梁侧粉刷 因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为：3.1.3 屋面框架节点集中荷载标准值： 边柱梁自重 粉刷 1m高女儿墙自重 粉刷 梁传来屋面自重 顶层边节点集中荷载 中柱梁自重 粉刷

15、 梁传来屋面自重 顶层中节点集中荷载 3.1.4 楼面框架节点集中荷载标准值 边柱梁自重 粉刷 钢窗自重 窗下墙体自重 11湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 设 计 第8页 粉刷 窗边墙体自重 粉刷 框架柱自重 粉刷 梁传来楼面自重 中间层边节点集中荷载 中柱梁自重 粉刷 内纵墙自重 粉刷 扣除门洞中加上门重 框架柱自重 粉刷 梁传来楼面自重 中间层中节点集中荷载 12湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 设 计 第9页 图3.1恒荷载作用下的计算简图3.2 活荷载计算 3.2.1 屋面活荷载 3.2.2 楼面活荷载 13湖 北 文 理 学 院 建 筑

16、工 程 学 院 毕 业 设 计 第10页 活荷载作用下的结构计算简图如图3.2所示 图 3.2 活载作用下的计算简图3.3 风荷载计算 风压标准值计算公式为（3-1） 因结构高度H=18m30m，可取=1.0；=1.3；=0.3。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3.1所示。其中z为框架节点至室外地面的高度，A为一榀框架各层节点的受风面积，计算结果如图3.3所示。表3.1 风荷载计算层次Z（m）（kN/m2）A（m2）（kN）71.01.30.7422.20.3123.4661.01.30.7419.20.3123.4651.01.30.7416.20.3123.464

17、1.01.30.7413.20.3123.4631.01.30.7410.20.3123.4621.01.30.747.20.3123.4611.01.30.744.20.315.64.5014湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 设 计 第11页图 3.3 风荷载作用下的结构计算简图3.4 地震作用计算3.4.1 重力荷载代表值计算 作用于屋面梁及各层楼面梁处的重力荷载代表值为： 屋面梁处：=结构和构件自重+50%雪荷载 楼面梁处：=结构和构件自重+50%活荷载 其中结构和构件自重取楼面上下1/2层高范围内（屋面梁处取顶层一半）的结构和构件自重，各质点的重力荷载代表值及质点

18、高度如图3-4所示。图 3-4 质点重力荷载代表值及质点高度各层荷载为：=屋面恒载+0.5屋面雪荷载+屋盖纵横梁自重+屋面下半层的柱及墙体自重+女儿墙自重=4.015117.4=3558.47=0.241.2(17.4+51)25.5+0.02(0.24+2)(17.4+51)217=320.88=0.417.451=354.96=0.40.425(1.5-0.1)60=313.6=0.2525(0.6-0.1)(7.2-0.48)21+0.022(0.6-0.1)(7.2-0.48)2117+0.2525(0.6-0.1)(7.2-0.24)+ 0.022(0.6-0.1)(7.2-0.24

19、)15湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 设 计 第12页17+0.2525(0.4-0.1)(2.4-0.2)11+0.022(0.4-0.1)(2.4-0.24)1117+0.2525(0.4-0.1)(3.45-0.4)28+0.022(0.4-0.1)(3.45-0.4)1728+0.2525(0.4-0.1)(3.45-0.2-0.28)8+0.022(0.4-0.1)(3.45-0.2-0.28)817+0.2525(0.7-0.1)(8.4-0.4)2+0.022(0.7-0.1)(8.4-0.4)217=441+47.98+21.75+2.37+45.37+

20、4.94+160.13+17.42+41.55+4.52+60+6.53=853.56=0.2(1.8-0.6)(7.2-0.48)115.5+0.022(1.8-0.6)(7.2-0.4)1715+0.24(1.8-0.6)(7.2-0.4)45.5+0.2(1.8-0.6)(7.2-0.1-0.12)5.5+0.022(1.8-0.6)(7.2-0.24)17+0.24(1.8-0.48)(3.45-0.48-2.4)145.5+0.24(1.8-0.4)(3.45-0.2-2.4-0.28)45.5+0.24(1.8-0.4)(2.4-0.2-1.5)5.52+0.022(1.8-0.4

21、)(2.4-0.2-1.5)172+0.2(1.8-0.4)(3.45-0.4)135.5+0.2(1.8-0.4)(3.45-0.2-0.28)35.5+0.022(1.8-0.4)(3.45-0.4-2.4)1417+0.02(1.8-0.4)(3.45-0.2-0.28)2174+0.022(1.8-0.4)(3.45-0.4)1713+0.022(1.8-0.4)(3.45-0.2-0.28)173+0.2(1.8-0.7)(8.4-0.4)5.5+0.022(1.8-0.7)(8.4-0.4)17+0.24(1.8-0.7)(8.4-0.4-4.8)5.5+0.022(1.8-0.7

22、)(8.4-0.4-4.8)17=96.12+81.03+41.94+9.21+5.70+36.22+9.76+76.08+17.19+18.66+14.17+47.03+10.62+9.68+5.98+4.65+2.39+2.59+1.33=490.35=+0.5+=3558.47+320.88+0.5*354.96+853.56+313.6+490.35=5714.34同理得：5862.17=5974.363.4.2 框架刚度计算考虑到现浇楼板的作用，中框架梁，边框架梁（为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。计算过程表3-2、3-3、3-4所示。17湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程

23、学 院 毕 业 设 计 第13页表 3-2 梁的刚度类别砼强度等级截面跨度惯性矩边框架中框架(m)L(m)(10-3m4 )(10-3m4 )(kNm)(10-3m4 )(kNm)边跨梁C250.250.67.24.56.751.599.02.11中跨梁C250.250.43.01.3321.132.661.50表 3-3 柱的刚度层号砼强度等级截面高度惯性矩线刚度K(kN/m)(m)H(m)(kNm)边框架边柱（）2-5C300.40.432.131.991.360.40510.7513.452.131.571.760.4687.41边框架中柱（）2-5C300.40.432.131.992

24、.360.54114.3513.452.131.573.070.6069.59中框架边柱（）2-5C300.40.432.131.991.810.47512.6013.452.131.572.350.65510.37中框架中柱（）2-5C300.40.432.131.993.150.61216.2313.452.131.574.090.67210.64表 3-4 框架总刚度层号(kN/m)(kN/m)2-54357.4252324.667.7129.6438.36207.4212.848.8218湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 设 计 第14页3.4.3 结构基本周期的

25、计算本楼的主体总高度为18m，且楼房的质量和刚度可采用底部剪力法计算水平地震作用，为此必须先确定其基本周期。现用能量法计算，并考虑非承重填充墙刚度的影响，取折减系数。其计算过程列于表3-5。表 3-5 能量法计算基本周期层号(kN/m)=(m)55714.34 5714.3484.9980.0226 0.2348 1341.73 315.04 45862.17 11576.5184.9980.0303 0.2122 1243.95 263.97 35862.17 17438.6884.9980.0381 0.1819 1066.33 193.97 25862.17 23300.8584.998

26、0.0458 0.1438 842.98121.2215974.36 29275.2146.840.0980 0.0980 585.49 57.38 29275.21 -0.2568 -5053.48 951.58 得，3.4.4 多遇水平地震作用标准值计算7度第二组地震和类场地，s。 所以不考虑顶部附加水平地震作用，结构的总重力荷载为29275.21，所以底部剪力为各楼层水平地震作用标准值按下式计算19湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 设 计 第15页（3-2）楼层的地震作用标准值 和地震剪力标准值 的计算如表3-6。表 3-6 地震作用标准值和地震剪力标准值层次557

27、14.341585715.1851.53851.5345862.17 1270346.04698.851550.3835862.17 952759.53524.14 2074.5225862.17635173.02349.422423.94 15974.36319723.08195.942619.8829275.21 -261916.772619.88 -3.4.5 横向框架弹性变形验算多遇地震作用下，横向框架层间的弹性验算结果列于表3-7，其中楼层间的地震剪力应取标准值。表 3-7 层间弹性位移计算层号层间剪力层间刚度层高5851.5367.71.894 30.631/55041550.38

28、67.72.339 30.783 2074.5267.72.681 30.8922423.9467.72.919 30.9712619.8848.825.555 31.80从表中验算知，故多遇水平地震作用的变形验算满足要求。20湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 设 计 第16页第4章 内力计算4.1 恒荷载作用下的内力计算以一榀中框架为例，恒载作用下的内力计算采用分层法，这里以顶层为例说明分层法的计算过程，其他层（中间层、底层）计算过程与顶层相同。中柱的线刚度采用框架梁柱实际线刚度的0.9倍，按照固端弯矩相等的原则，先将梯形分布荷载及三角形分布荷载，化为等效为均布荷载。顶

29、层等效均布荷载为：用弯矩分配法并利用结构的对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为：标准层等效均布荷载为： 用弯矩分配法并利用结构的对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为：21湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 设 计 第17页表 4-1 分层法分配系数及恒载作用下固端弯矩计算结果（kN/m）节点单元ABE分配 系数位置A下柱A上柱AB端BA端B下柱B上柱BE端EB端顶层0.359-0.6440.4360.241-0.323-中间层0.2630.2630.4740.3510.1860.1860.18-底层0.2290.2210.550.4510.1880.1810.1

30、8-固端 弯矩顶层-88.9988.99-6.93-3.47中间层-104.12104.12-6.36-3.18底层-104.12104.12-6.36-3.18弯矩分配法计算过程如图4-1。A下柱AB端BA端B下柱BE端EB端0.356 0.644 0.436 0.241 0.323 -88.99 88.99 -6.93-3.4731.68 57.31 28.66 -19.40 -38.80 -21.45 -28.7428.74 6.91 12.496.25 -1.36 -2.73 -1.51-2.022.02 0.48 0.88 0.44 -0.10 -0.19 -0.11 -0.14 0

31、.14 0.04 0.06 39.11 -39.11 82.62 -23.07 -37.83 27.43 图 4-1 弯矩分配法计算过程 将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得整个框架在恒载作用下的弯矩图。叠加后框架内各节点弯矩不一定达到平衡，为提高精度，可将节点不平衡弯矩再分配一次进行修正，修正后恒载作用下的弯矩图如图4-2所示。并求得框架各梁柱的剪力和轴力如图4-3所示。22湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 设 计 第18页图 4-2 弯矩图（单位：） 23湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 设 计 第19页 图 4-3 梁剪力、柱轴力图（单位：）24

32、湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 设 计 第20页4.2 活荷载作用下的内力计算以一榀中框架为例，用分层法计算。 顶层等效均布荷载为：用弯矩分配法并利用结构的对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为： 标准层等效均布荷载为：用弯矩分配法并利用结构的对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为：将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得整个框架在活荷载作用下的弯矩图。叠加后框架内各节点弯矩不一定达到平衡，为提高精度，可将节点不平衡弯矩再分配一次进行修正，修正后活荷载作用下的弯矩图如图4-4所示。并求得框架各梁柱的剪力和轴力如图4-6所示。25湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 设 计 第21页图 4-4 弯矩图（单位：)26湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 设 计 第22页 图 4-5 梁剪力、柱轴力图（单位：kN）27湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 设 计 第23页4.3 风荷载作用下的内力计算以一榀中框架为例，内力计算采用D值法，以左风为例计算，右风符号相反。计算过程如表4-3、4-4、4-5所示。表 4-2 风荷载作用框架楼层层间侧移与层高之比计算层号53.463.46 67.70.00018 31