土木工程毕业设计（论文）银泰综合办公楼设计.doc

银泰综合办公楼设计院 （部）：城市建设学院专 业 班：土木工程0802班姓 名：学 号：20081222217指导教师： 2012年 5月银泰综合办公楼设计The Designment of Yintai Comprehensive office 摘 要钢筋混凝土框架结构的特点是由刚接的梁和柱来传递竖向和侧向作用力，具有良好的传力路径和抗震能力。另外，由于其建筑平面布置灵活，能够获得较大的使用空间，建筑立面易于处理，已被广泛应用于各种建筑。本工程名称为银泰综合办公楼设计，采用框架结构，主体结构为6层，分为建筑设计和结构设计两部分。本地区抗震设防烈度为7度，场地类别为II类场地。主导风向为西南，基本风压0.35kN/ m2，基本雪压0.5 kN/ m2。楼屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构。本设计贯彻“安全、实用、经济、美观”的设计原则。根据任务书的要求，按照建筑设计规范的有关规定，首先进行建筑设计。根据建筑设计成果，完成结构设计方案。首先进行结构选型，确定平面布置，在确定框架布局之后，从中选取具有代表性的一榀框架进行计算，包括荷载计算、框架刚度计算、框架内力计算以及基础设计。框架内力计算包括结构在恒荷载、活荷载、风荷载以及水平地震作用下的内力计算。其中对于竖向荷载作用下内力计算采用分层法；风荷载和水平地震作用下的内力计算采用 “D”值法。根据抗震设计“强柱弱梁”的设计原则，竖向荷载作用下的梁端弯矩乘以0.85的调幅系数以减少节点附近梁截面的配筋量，而相应的跨中弯矩亦相应增加。根据规范要求进行了配筋设计；根据上部框架结构形式以及上部荷载等确定采用柱下独立基础；对整个结构采用pkpm软件进行校核并绘制施工图。本设计成果还包括绘制建筑施工图和结构施工图，符合工程制图和施工图纸要求。 关键词： 抗震设计 荷载计算 弯矩调幅 内力组合 截面设计Abstract The character of reinforced concrete frame structure is using rigid beams and columns to pass the vertical and lateral forces, which boast a good force transmission path and seismic capacity. Moreover, Because its architectural layout is flexible, which is able to obtain greater use of space,and the building facade is easy to handle, so it has been widely used in various buildings. The name of the project is YinTai comprehensive office design, which is built as a frame structure, and the main structure of the layer 6 is divided into two parts, the architectural design and structural design respectively.The region's seismic intensity is 7 degrees, and site classification is as a Class II site. Besides, the dominant wind direction is southwest; the basic wind pressure is 0.35kN/ m2;basic snow pressure is 0.5 kN/ m2. And floor, roof are made of cast-in-place reinforced concrete structure. The design is to implement the 'safe, practical, economic, aesthetic 'design principles. According to the requirements of the mission statement, and in accordance with the relevant provisions of the architectural design specification, the first thing to do is the architectural design. Using the architectural design achievements to complete the structure design project. The first thing to do is structural selection, which involves determing the layout and after having determined framework for the layout, it is needed to select from representative specimens of the framework,which are calculated then, consisting of the load calculation, frame stiffness calculation, the framework of the internal force calculation as well as basic design. What is more, the framework of internal force calculation includes the structure dead load, live load, wind loads and internal forces of the horizontal seismic computing,in which the internal force is calculated using a layered approach for vertical loads; and under wind loads and horizontal seismic internal forces are calculated using the "D" value method.According to the seismic design of 'strong column and weak beam 'design principle, the vertical loads of the beam end moment multiplied by the amplitude modulation factor of 0.85 to reduce the amount of nodes near the beam cross-section of the reinforcement, and the corresponding mid-span moment is also a corresponding increase.It is also needed to in accordance with regulatory requirements for the reinforcement design.Further more,the upper frame structure and the upper load determine the use of the basis of individual columns. The entire structure is checked by the pkpm software,which is also used to draw the construction plans. This design achievements include the preparation of construction plans and construction drawing.,which is Compliance with engineering drawings and construction drawings. Key words: Seismic design Load calculation Moment redistribution Internal force combination Section design目 录摘要Abstract绪论11 工程概况和建筑设计21.1 工程概况21.2 建筑设计22 结构选型及结构布置42.1 结构选型42.2 结构布置42.3 梁板柱截面尺寸确定43 荷载计算及梁柱刚度计算63.1 屋面及楼面永久荷载标准值63.2 重力荷载代表值73.3 梁柱线刚度计算94 横向框架在水平荷载作用下的计算简图及内力计算114.1 水平地震作用下框架结构内力和位移计算114.1.1 横向自振周期计算124.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算124.1.3 水平地震作用下位移计算134.1.4 水平地震作用下内力计算134.2 水平风荷载作用下框架结构内力和位移计算164.2.1 风荷载计算164.2.2 水平风荷载作用下位移计算174.2.3 水平风荷载作用下内力计算185 横向框架在竖向荷载作用下的计算简图及内力计算215.1 横向框架计算单元215.2 恒荷载计算215.3 恒载作用下内力计算265.4 活载作用下内力计算326 荷载内力组合446.1 弯矩调幅446.1 框架梁内力组合466.2 框架柱内力组合487 配筋设计527.1 板配筋设计527.2 梁配筋设计557.3 柱配筋设计578 基础设计598.1 工程地质条件598.2 确定基础截面尺寸及埋深598.3 基础抗冲切计算60结论62致谢63参考文献64附录65绪 论土木工程是具有很强的实践性的学科，而毕业设计给我们提供了一个锻炼实践的机会，它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。在做毕业设计过程中，我们将温故而知新，在资料查找、设计安排、分析计算、施工图绘制、口头表达等各个方面得到综合训练，掌握从事相关工作的基本素质和技能。本次毕业设计的题目是银泰综合办公楼设计，采用的结构形式是钢筋混凝土现浇框架结构。它的特点是平面布置比较灵活，能提供较大的室内空间，施工较方便，较为经济；但它也有抗侧移刚度较弱，受水平荷载影响较大的缺点。结构是建筑的骨架，是建筑赖以生存的物质基础。一个成功的设计必然以经济合理的结构方案为基础，本设计通过详细的手算方法、形象的图表展示和文字论述，进行完整的结构设计。结构设计部分主要是先进行结构的选型，柱网的布置，梁柱截面尺寸的选取，然后选取一榀有代表性的框架进行荷载统计、内力计算、内力组合及配筋验算。其中竖向荷载作用下的内力计算采用分层法，水平风荷载作用下的内力计算用D值法，地震作用下的内力计算采用底部剪力法。在毕业设计的三个月时间里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、论文撰写以及外文的翻译，我们加深了对新规范、图集、指导手册等相关内容的学习，也加深了对以往知识的理解。同时，在设计过程中，进一步加强了对Word、Excel的运用，加深了对AutoCAD等绘图软件的使用。由于所学知识有限，其中难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。1 工程概况和建筑设计1.1 工程概况本工程名为银泰综合办公楼。建筑面积约6000，主体结构为六层，室内外高差0.5m。基本风压0.35kN/，基本雪压0.50kN/ ，场地平坦,地基条件较好。本工程抗震设防烈度为7度，场地类别为类，地震分组为第二组，丙类建筑。地质资料：自上而下土层分布情况为：粉质黏土，Fk160kPa，Es4.6MPa，厚度1.23.3m，黄褐色，可塑；粉质黏土，Fk65kPa，Es3.2MPa，厚度4.510.5m，褐灰色，软塑可塑；粉质黏土，Fk310kPa，Es9.1MPa，厚度4.27.8m，黄褐色，可塑硬塑；碎石土，Fk3900kPa，Es25.6MPa，厚度0.5m褐色，硬塑；强风华岩层，Fk500kpa，坚硬。地下水位较低，无侵蚀性。 材料使用：混凝土：基础垫层为C10混凝土，基础和主体结构部分采用C30混凝土。钢筋：纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB335,其余采用热轧钢筋HPB235。墙体：外纵墙采用250厚加气混凝土砌块，一侧墙体为水刷石墙面, 为20厚抹灰；内隔墙采用200厚蒸压粉煤灰加气混凝土砌块,两侧均为20mm厚抹灰；卫生间隔墙采用200厚蒸压粉煤灰加气混凝土砌块，两侧贴瓷砖；女儿墙采用250厚加气混凝土砌块，两侧均为20mm厚抹灰，墙高800mm。窗：均为钢框玻璃窗。门：除大门为玻璃门，办公室均为木门。1.2 建筑设计本办公楼主要依据任务书所提要求进行设计。设计时首先考虑了满足使用功能上的需求，给办公创造良好条件；其次，考虑到结构计算的简便，为使手算工作量不太繁重，在平面及立面造型上力求简洁明快；最后，在满足使用功能的前提下，为使所有房间都统一到本办公楼里来，对个别房间的使用面积作了小幅调整。本办公楼设计为六层，建筑面积为6048平方米，根据建筑设计规范有关规定，办公楼采光要求窗地面积比为1/61/8。本办公楼开间尺寸为7500mm×8100mm，需窗户面积为7.610.2平方米，因此采用了两樘3000mm×2400mm的塑钢窗，共14.4平方米。其余房间也均能满足采光要求。根据任务书要求，本办公楼为钢筋混凝土框架结构，建筑类别为丙级，为一般民用建筑，所选建筑材料符合二级耐火等级，按合理使用年限为50年设计。设计中主要以以下设计规范为依据：民用建筑设计通则（GB 503522005）办公建筑设计规范（JGJ 6789）建筑设计防火规范（GBJ16872001修订版）公共建筑节能设计标准（GB 501982005）建筑采光设计标准（GB/T 500332001）平面设计首先考虑满足使用功能的需求，为办公和会议创造良好的条件，重点考虑了交通组织、采光、通风的良好配置，同时还要合理地安排厕所、盥洗室等辅助用房。平面尺寸安排上为简化结构计算采用了对称形式。功能分区较为合理，人流交通便捷、畅通，保证良好的安全疏散条件及安全防火要求。在简单的体型组合前提下，力求运用均衡、韵律、对比、统一等手段，把适用、经济、美观有机的结合起来。在正立面处理上，将外凸的框架柱设计成欧式风格，使整个建筑显得活泼而不呆板，同时大门采用了不锈钢玻璃弹簧门，上配玻璃雨篷，下为花岗岩室外台阶，均使立面效果增色不少。外墙装饰方面，勒脚为烧毛面花岗岩石板面层，与室外台阶的面层相统一，既美观，又坚固耐久；其余外墙面为涂料面层。屋顶采用部分突出方式，两侧对称收进，两侧楼梯上部采用欧式小亭，中间部分采用平屋顶，整栋建筑为中西结合样式。建筑物室内外高差为0.5米，满足防水、防潮和内外联系方便的要求。层高的确定，根据任务书的要求，首层层高为4.2米，标准层层高为3.3米。2 结构选型及结构布置2.1 结构选型结构体系选型：采用钢筋混凝土现浇框架结构体系。屋面板厚100mm。楼梯结构采用钢筋混凝土板式楼梯。2.2 结构布置该工程位于武汉市，框架结构。房屋总层数6层，主体结构高度：26.40m，底层高为4.2m，其余3.3m。外墙采用加气空心混凝土砌块，外墙厚250mm，内墙厚200mm，楼盖和屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构,外门为玻璃门，其余为木门，抗震设防烈度为7度、场地类别为类。根据建筑设计成果，初步确定本建筑结构布置图如图2-1所示：图2-1 结构平面布置图2.3 梁板柱截面尺寸确定主梁：横向框架梁，最大跨度L=8.1m，纵向框架梁，最大跨度7.5m，两者相差不多，为计算方便，采用相同尺寸：h=（1/81/12）L=1000mm675mm，取h=800mmb=（1/21/3）h=400mm266mm，取b=300mm次梁：h=500mm，b=250mm；梁板具体尺寸见表2-1。 表2-1 梁板截面尺寸主梁（bh）次梁（bh）板 300mm×800mm框架柱截面尺寸根据柱的轴压比限制，按照公式2-1计算： (21)式中 为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；为按照简支状态计算柱的负荷面积；为折算后在单位面积上的重力荷载代表值，近似取18kN/;为验算截面以上楼层层数。框架柱验算公式： (22)由结构平面图可知边柱和中柱的负载面积为：边柱：7.5×4.05=30.375 中柱：7.5×5.55=41.625抗震等级四级的框架结构轴压比，则边柱 中柱 根据上述计算结果，并综合考虑其他因素，取柱截面为正方形，初步估计柱的尺寸为650×650422500> 392963.3，为计算简便中柱和边柱的尺寸相同，均为650×650。 故初选柱的尺寸为650×650。3 荷载计算及梁柱刚度计算3.1 屋面及楼面永久荷载标准值本办公楼室内地面采用水磨石地面，厕所铺设地砖，屋面和楼面板的荷载取自建筑结构荷载规范（GB500092001）。房屋各部分荷载统计如表3-1至表3-4所示：表3-1 楼面荷载统计名 称做 法厚度（mm)容重(kN/m3)重量kN(m2)彩色水磨石楼面白水泥水磨石子面15250.381:3水泥砂浆找平18200.36纯水泥浆一道2200.04钢筋混凝土楼板100252.5板底20厚粉刷抹平20170.34楼面恒载3.6楼面活载2表3-2 卫生间荷载统计名 称做 法厚度（mm)容重(kN/m3)重量kN(m2)厕所地砖铺实10200.21：4干硬性水泥砂浆25200.5基层处理剂一遍0.05C20混凝土0.5找坡20250.711：2.5水泥砂浆找平20200.4防水涂料1.50.2钢筋混凝土楼板100252.5板底20厚粉刷抹平20170.34楼面恒载4.9楼面活载2.5表3-3 上人屋面荷载统计名 称做 法厚度（mm)容重(kN/m³)重量（kN/)上人屋面高分子卷材4120.051：3水泥砂浆找平20200.4憎水珍珠岩保温层6040.241：3水泥砂浆找平20200.41:6水泥焦渣找坡50150.75钢筋混凝土楼板100252.5板底20厚粉刷抹平20170.34楼面静载4.7楼面活载2.0表3-4 走道荷载统计名 称做 法厚度（mm)容重(kN/m³)重量（kN/）彩色水磨石楼面白水泥大理石子面15250.381:3水泥砂浆找平18200.36纯水泥浆一道2200.04钢筋混凝土楼板100252.5板底20厚粉刷抹平20170.34楼面静载3.6楼面活载2.53.2 重力荷载代表值计算结构在地震作用下的内力时，采用重力荷载代表值。结构分析时采用计算简图集中于各质点的重力荷载代表值Gi为计算单元范围内各层楼面的重力荷载代表值及上下各半层的墙柱等的重力荷载，屋面和楼面活荷载按实际情况取，折减系数取1.0。各层重力荷载代表值为：第一层的重力荷载代表值：外墙 ：内墙： 则墙的重力荷载值为：门窗： 本工程门窗为不同尺寸和材质，分别计算如下：C1 : M1: C2: M2:则门窗的重力荷载值为：墙和门窗的重力荷载总和为：=+=2661.71kN楼面重力荷载为：3.18263.523.5=4748.34则一楼的重力荷载代表值为： 第二层至五层的重力荷载代表值：因为二层至五层的重力荷载代表值的计算方法与第一层的计算方法一样,故计算过程从略,计算结果如下：楼面重力荷载:4748.34kN，墙和门窗的重力荷载值总和为，则二层至五层的重力荷载代表值为： =13359.86kN第六层的重力荷载代表值同理，第六层的楼面重力荷载:5.2263.523.5=7789.545，墙和门窗的重力荷载值总和为，则第六层的重力荷载代表值为： 各质点的重力荷载代表值Gi见表3-5：表3-5 各质点的重力荷载代表值Gi（kN） 质点123456Gi13663.7513359.8613359.8613359.8613359.8615254.71图3-1 各质点重力荷载代表值（kN）3.3 梁柱线刚度计算框架的计算单元取第3轴上的一榀框架计算。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线之间的距离。底层柱高从基础顶面算至二层楼面，基顶标高根据地质条件，室内外高差定为-0.5m，基础埋深1.5米，二层楼面标高为4.2m，故底层柱高为6.2m。其余各层柱高从楼面算至上一层楼面(即层高)，故均为3.3m。左边跨梁： =EI/=3.0×kN/×2××0.3m×/8.1m=3.3×kN·m中间跨梁： =EI/=3.0×kN/×2××0.3m×/8.1m=5.6×kN·m右边跨梁： =EI/=3.0×kN/×2××0.3m×/8.1m=3.3×kN·m底层柱(AD)：=EI/=3.0×kN/××/6.2m=1.6×kNm其余各层柱(AD)：=EI/=3.0×kN/××/3.3m=1.9×kNm=1.0,则其余各杆件相对线刚度为： 左边梁=3.3×kN·m/1.9×kNm=1.74右边梁=3.3×kN·m/1.9×kNm=1.74中跨梁=5.6×kN·m/1.9×kNm=2.95底层柱=1.6×kN·m/1.9×kNm=0.844 横向框架在水平荷载作用下的计算简图及内力计算假定框架柱嵌固于基础顶面上，框架梁与柱刚接，由于各层柱的截面尺寸不变，故框架梁的跨度等于柱截面形心之间的距离。本设计选取横向框架第3轴计算，横向框架简图如图4-1所示：图4-1 3号轴横向框架简图4.1 水平地震作用下框架结构内力和位移计算4.1.1 横向自震周期计算结构顶点侧移计算由下列公式计算，计算结果见表4-1。 （4-1） （4-2） （4-3） （4-4）式中 基本周期调整系数。考虑填充墙对框架自振周期影响的折减系数，框架结构取0.60.7，该框架取0.7；框架结构的顶点假想位移。在未求出框架的周期前，无法求出框架的地震力及位移，是将框架的重力荷载视为水平作用力，求得的假想框架顶点位移。然后由求出，再用求出框架结构的底部剪力。进而求出框架各层剪力和结构真正的位移；第i层第j跟柱的抗侧移刚度。表4-1 结构顶点侧移计算层次Gi/kNVGi/kNDi /N/mmui/mmui/mm615254.7114134.600.5510.72513359.8628678.570.9869.63413359.8641272.351.678.53313359.8655334.682.016.93213359.8668654.172.585.7113663.7582357.63.103.25按式计算基本周期，其中的量纲为m，取，则 。4.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算用底部剪力法计算水平地震作用，结构水平地震作用标准值Geq 为：二类场地土，地震分组为第二组，查表 得 =0.4s ，T1 =0.136s ，由于0.1sT1，则 ，。因，所以不考虑顶部附加水平地震作用，各个质点的水平地震作用按下述计算： （4-5）式中 分别为集中于质点的重力荷载代表值；质点的计算高度。各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度分布结果见表4-2。表4-2 横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次/kN/m620.715254.71350095.60.291624.11624.1517.413359.86262521.250.211176.02800.1414.113359.86218433.7110.181008.063808.16310.813359.86174346.1730.14784.054592.2127.513359.86130258.6350.11616.035208.2414.213663.7588131.1880.07392.025600.264.1.3 水平地震作用下位移计算水平地震作用下位移计算过程及结果见表4-3。表4-3 水平地震作用下位移计算层次61624.10.060.90933001/5500052800.10.110.84933001/3000043808.160.150.73933001/2200034592.210.1760.58933001/1875025208.240.20.41333001/1650015600.260.2130.21364501/30282由上表可见最大层间弹性位移发生在地二层，其值为1/165001/550，满足要求。4.1.4 水平地震作用下内力计算框架第i层第j柱分配到的剪力以及该柱上、下端的弯矩和分别按下列各式计算，框架柱剪力和柱端弯矩计算采用D值法，计算过程见表4-4,4-5： （4-6） （4-7） （4-8） （4-9） 其中，为标准反弯点高度比，可由查表得。本设计中，底层柱只需考虑修正值;第二层柱需考虑修正值，其余各柱均无修正。表4-4 柱端弯矩及剪力计算层次/m/kN/N/mm边柱y63.31624.134.850.4130.2124.1590.8553.32800.160.090.4130.3569.4128.8943.33808.1681.720.4130.41110.57159.1133.34592.2198.550.4130.45146.35178.8723.35208.24111.770.4130.55202.86165.9814.25600.26141.230.4350.86783.4127.53表4-5 柱端弯矩及剪力计算 层次/m/kN/N/mm中柱y63.31624.159.540.8260.3568.77127.753.32800.1102.660.8260.413138.9199.943.33808.2139.620.8260.45207.3253.433.34592.2168.360.8260.45250.0305.623.35208.2190.950.8260.50315.1315.114.25600.3175.440.8690.65735.55396.1梁端弯矩，剪力及轴力分别按下式计算： (4-10) (4-11) (4-12) (4-13)具体过程见表4-6。表4-6 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁中间梁柱轴力边柱N中柱N690.8563.888.119.3463.8863.88315.97-19.343.45150.04134.338.135.55134.33134.33333.58-54.895.34228.51196.158.153.08196.15196.15349.04-107.979.43289.44256.458.168.24256.45256.45364.11-176.2113.52312.33282.558.174.36282.55282.55370.64-250.5717.21330.39258.858.173.66258.85258.85364.71-324.2326.2水平地震作用下框架的弯矩如图4-2所示。图4-2 地震作用下框架弯矩图(kN·m) 4.2 水平风荷载作用下框架结构内力和位移计算4.2.1 风荷载计算 基本风压值 0=0.35kN/m3 ，风振系数z值，由于建筑物H<30m,所以z=1. 查荷载规范得体型系数µS值： 迎风面µS =0.8,背风面µS =-0.5,取µS =1.3查表得风压高度变化系数µZ 值：一至三层µZ =0.74,四至六层µZ =0.87得风荷载标准值K： 一至三层：K =z µZ µS0 =1.00.741.30.35 KN/M2=0.34KN/M2 四至六层：K =z µZ µS0 =1.00.961.30.35 KN/M2=0.44 KN/M2 风荷载的线荷载标准值qk：一至三层：qk =2K 3.3M=0.68 KN/M2 3.9M=2.5 KN/M 四至六层：qk =2K 3.3M=0.80 KN/M2 3.9M=3.2 KN/M 为简化计算，将矩形分布的风荷载折算成节点集中力Fik: 第六层：3.2KN/M (3.6/2+1.5/2)M=7.8KN 第五层：3.2KN/M3.6M/22=14KN 第四层：3.2KN/M3.6M/22=12.4KN 第三层：3.2KN/M3.6M/2+2.5KN/M3.6M/2=11.5KN 第二层：3.2KN/M3.6M/22=10.5KN 第一层：3.2KN/M (3.6M/2+4.2M/2)=10.9KN风荷载作用下荷载分布图见4-3：图4-3 风荷载作用下荷载分布图(kN)4.2.2 水平风荷载作用下位移计算风荷载作用下需考虑框架节点的侧移，采用D值法，各柱的D值及剪力分配系数见表4-7：表4-7 各柱D值及剪力分配系数表层位及层高