框架结构办公楼土木毕业设计.doc

流星办公楼设计Design of Liuxing Office Building学 院：土木工程学院专 业 班 级：学 号：学 生 姓 名： 指 导 教 师： 2013年 6月摘 要本工程位于大连市铁西区某一地段17346m2,整个建筑为7层，该建筑总高为25.8m(室外至顶层)。本设计贯彻“实用、安全、经济、美观”的设计原则。按照建筑设计规范，认真考虑影响设计的各项因素,本设计主要进行了结构方案中横向框架第3轴抗震设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算,接着利用顶点位移法求出自震周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力。是找出最不利的一组或几组内力组合。 选取最安全的结果计算配筋并绘图。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计。完成了平台板，梯段板，平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。对楼板进行了配筋计算，本设计采用桩基础，对基础承台和桩进行了受力和配筋计算。整个结构在设计过程中，严格遵循相关的专业规范的要求，参考相关资料和有关最新的国家标准规范，对设计的各个环节进行综合全面的科学性考虑。总之，适用、安全、经济、使用方便是本设计的原则。设计合理可行的建筑结构方案是现场施工的重要依据。 关键词： 框架结构，抗震设计，荷载计算，内力计算，计算配筋ABSTRACTThe engineering locates at someplace in Shenyang economica and Technology Development Zone，witch is a representational architecture .The whole architecture is 17346m2, the floor of the whole engineering is 7 and the height is 25.8m.The design implements the princeple of "practical,security, economic and aesthetic," With the architacture design, we can consider the influence of the various factors seriously. According to the structural and architectural detail and the overall relationship, the design of the main structure of the programe horizontal framework is 3-axis serious design. In determing the distribution of framework, the first layer of representative value of the load, Then use vertex from 3 displacement method for earthquake style, and then at the bottom of shear horizontal seismiE load calculation under size, then calculated the level of load under the internal forces (bending moment, shear and axial force). Then caculatte vertical load (constant load and live load) under the internal forces. Identify the most disadvangted group or an internal force several combinations. Selecting the best safety results of the reinforcement and Mapping. In addition, the structure of the programe indoor structure design. completion of the platforme boards, boards of the ladder, platforme beam component and the reinforcement of internal forces calculation and constrction mapping. On the floor reinforcement calculation, the use of pile foundation design, foundation and pile gaps for the force and reinforcement calculation. The whole structure of the design process, is in strict complicate with the relevant professional standard, reference to relevent information and the latest national standards and specifications, and design of the various components of camprehensive specific considerations. In short, application, security, economic and user-friendly design is the principle. The reasonable of design and workframe structure of the programes the construction site of the important resis for the construction.Keyword :Framework Structure, Anearth Design，Load caculation，Internal force calculation，Accumulation reinforcement目 录摘 要IABSTRACTII第1章 设计基本资料11.1初步设计资料11.2总平面设计21.3材料使用21.3.1 混凝土21.3.2 钢筋31.3.3 墙体31.3.4 门31.4结构选型31.4.1 结构体系选型31.4.2 屋面结构31.4.3 楼面结构31.4.4 楼梯结构3第2章 结构设计说明42.1结构布置及结构计算简图的确定42.2梁柱刚度计算5第3章 荷载计算83.1 恒载自重83.1.1屋面83.1.2 各层楼面83.1.3 梁自重83.1.4 柱自重93.1.5 外纵墙自重93.1.6 内纵墙自重93.1.7 外横墙自重103.1.8 内横墙自重103.1.9 走廊尽头墙113.1.10 女儿墙自重113.2 活荷载标准值计算113.2.1 屋面和楼面活荷载标准值113.3 恒荷载和活荷载作用下框架的受荷图123.3.1 GF轴间框架梁123.3.2 EF轴间框架梁133.3.3 G轴柱纵向集中荷载的计算133.3.4 F轴柱纵向集中荷载的计算143.4风荷载计算163.5地震荷载计算183.5.1重力荷载代表值计算183.5.2框架柱抗侧刚度D和结构基本自振周期计算213.5.3 多遇水平地震作用计算243.5.4各层重力荷载代表值计算253.5.5框架水平地震作用及水平地震剪力计算25第4章 内力计算284.1恒荷载作用下的内力计算284.1.1分层法计算恒荷载内力计算284.1.2恒荷载作用下弯矩二次分配524.2 活荷载作用下的内力计算584.3 风荷载作用下的内力计算624.4 内力调幅70第5章 内力组合77第6章 截面设计906.1 延性框架设计的要点906.2 框架梁设计906.3 框架柱设计99第7章 基础设计1067.1 扩展基础的设计及验算1067.1.1 设计资料1067.1.2 G轴基础1077.1.3 F轴基础1077.2 G柱基础的计算1087.2.1 初步确定基础尺寸1087.2.2 地基承载力验算1087.2.3 冲切验算1097.2.4 基础底面配筋计算1097.3 F柱基础的计算1107.3.1 初步确定基础尺寸1107.3.2 地基承载力验算1117.3.3 内力分析1127.3.4 基础梁配筋计算1127.3.5 底板配筋计算114第8章 结构电算1158.1 计算步骤1158.2 静力分析1178.3 动力分析结果1188.4 楼层刚度中心参考值1188.5 电算计算结果1198.5.1 梁、板、柱电算结果1198.5.2 基础电算结果122结论125致谢126参考文献127第1章 设计基本资料1.1初步设计资料一、工程名称：沈阳市铁西区宇浩5A高级办公楼二、工程概况：建筑面积17346m2，建筑总高为25.8m（室外地平到屋顶），主体大楼为7层。室内外高差为0.45m，基础埋深0.5m。三、温度：最冷月平均温度-9.1 最热月平均温度23 极端最高温度38.3 极端最冷温度-30.6四、相对湿度：最冷月平均相对湿度64%，最热月平均相对湿度78%。五、基本风压：0.55kN/m2六、冻土深度：-1.2m七、雨雪条件：雪荷载0.40 kN/m2 年降水量716.6mm八、水文资料：地下稳定水位距地坪-8m以下。九、地质条件：1.地震烈度：沈阳地区抗震设防烈度为7度；2.场地类型：类；3.地质资料：见表1-1表1-1 地质资料土层深度（m）土层厚度（m）岩土名称地基承载力fk(kPG)0.0-1.11.1杂填土-1.1-2.11.0粉土1402.1-3.81.7中砂1803.8-6.52.7砾砂3006.5-12.56.0圆砾600注：1）地下稳定水位距地坪-8m以下；2）表中给定土层深度由自然地坪算起1.2总平面设计本工程位于沈阳铁西区某一地段，建筑物周围场地平整，无障碍物和异常物，场地东西长100米，南北长80米，场地东侧、西侧、南侧均有城市道路，交通方便。总平面设计当中，考虑的是多方面的因素和影响，主要是设计当中能使建筑物和周围的环境相协调，该建筑的使用功能能充分发挥出来。充分利用建筑场地充足以及环海等地理条件优势，根据设计任务书所给基地条件。整栋楼的采光通风非常好，符合现代人对阳光空间感的追求。总平面图如图1-1所示。图1-1 总平面图1.3材料使用1.3.1 混凝土 梁、柱使用E40混凝土，板用E40混凝土1.3.2 钢筋纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB400，箍筋采用HRB335。1.3.3 墙体1)外纵墙采用300厚灰砂砖（6.6kN/m3）,外侧墙面为铝单板幕墙（0.08kN/m2）,内侧为20mm厚抹灰（17kN/m3），外侧部分玻璃幕墙（1.01.5）kN/m2。2)内墙采用200厚空心砖（6.6kN/m3），两侧均为20mm厚抹灰。3)女儿墙采用300厚灰砂砖（18kN/m2），内侧20厚抹灰，墙高900mm。1.3.4 窗1.3.4 门 主入口采用玻璃门（0.35kN/m2）；室内房间的门采用木制门（0.10.2kN/m2）。1.4结构选型1.4.1 结构体系选型采用钢筋混凝土现浇框架结构体系1.4.2 屋面结构采用现浇混凝土屋盖，刚柔性结合的屋面，屋面板厚120mm。1.4.3 楼面结构采用现浇混凝土楼盖，板厚120mm。1.4.4 楼梯结构采用钢筋混凝土梁式楼梯。第2章 结构设计说明2.1结构布置及结构计算简图的确定结构平面布置如图2-1所示，各梁柱截面尺寸确定如下：手算的一榀框架为3-3轴。图2-1 结构平面布置图框架梁截面高度 截面宽度 本结构中取：纵向框架梁： F=300mm h=650mm横向GF、ED跨框架梁： F=250mm h=600mm横向FE跨框架梁： F=250mm h=400mm次梁： F=250mm h=600mm框架柱的截面尺寸，为第层层高。本结构中层高为3.6m，故=（200300）mm。框架柱截面尺寸还应根据公式估算。式中：，负荷面积×14kN/ m2×层数，为轴压比，可根据规范查出。仅估算底层柱。本结构中，柱的最大负荷面积分别为（7.26.6）m2，层数为7层；该框架结构抗震设防烈度为七度，建筑高度25.8m<30m，因此为三级抗震，其轴压比限值=0.9。E40混凝土 ，=17.1 N/mm2边柱GE>1.2*7.2*6.6*14*7*103/0.9*19.1=32600mm2取柱截面为正方形，则边柱、中柱截面均为600 mm 600 mm。2.3 板厚度估算 3600 /40=90 2700/40=67.5 板厚取1202.2梁柱刚度计算根据地质资料，确定基础顶面离室外地面为600mm，底层层高为4.85m，各梁柱构件的线刚度经计算后列于下图如图2-2所示，其中在求梁截面惯性矩时考虑现浇楼板的作用，取I=2I（I为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯矩）梁柱线刚度计算对于现浇楼板，中框架梁取，。表2-1 梁线刚度的计算构件EE(N/mm2)Fh(mm×mm)I0(mm4)L(mm)1.5EEI0/L(N×mm)2EEI0/L(N×mm)边框架梁GF3.0×104250×60045*10966003068×10104091×1010中框架梁FE3.0×104250×4001.3333×10927002.2222×10102.9630×1010表2-2 柱线刚度的计算层EE(N/mm2)Fh(mm×mm)I0(mm4)h(mm)EEI0/h(N×mm)13.25×104600×600108×10105600644×1010273.25×104600×600108×10103600975×1010 图2-1 框架结构线刚度简图图2-2 结构计算简图第3章 荷载计算3.1 恒载自重3.1.1屋面高聚物改性沥青卷材防水屋面 2.20 kN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.12×25 =3 kN/m2抹灰层：粉刷石膏砂浆 0.15 kN/m2合计 5.35 kN/m23.1.2 各层楼面陶瓷地砖楼面 0.70 kN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.12×25 =3 kN/m2抹灰层粉刷石膏砂浆 0.15 kN/m2合计 3.85 kN/m23.1.3 梁自重（1）Fh=250 mm 600 mm梁自重 25×0.25×（0.6-0.12）=3 kN/m抹灰层：粉刷石膏砂浆 0.15×（0.6-0.12）×2+0.25=0.18 kN/m合计 3.18 kN/m（2）Fh=300 mm 650 mm梁自重 25×0.3×（0.65-0.12）=3.975kN/m抹灰层：粉刷石膏砂浆 0.15×（0.65-0.12）×2+0.3=0.204kN/m合计 4.179 kN/m（3）Fh=250 mm 400 mm梁自重 25×0.25×（0.4-0.12）=1.75 kN/m抹灰层：粉刷石膏砂浆 0.15×（0.4-0.12）×2+0.25=0.12 kN/m合计 1.87 kN/m（4）基础梁300mm400 mm梁自重 25×0.3×0.4=3.125 kN/m3.1.4 柱自重Fh=600 mm600 mm柱自重 25×0.6×0.6=9kN/m抹灰层：粉刷石膏砂浆 0.15×0.6×4=0.3kN/m合计 9.3 kN/m3.1.5 外纵墙自重（1）标准层纵墙在计算单元内相当于高度为(7.2-0.6)*(3.6-0.65)-1.5*2.05*2/6.6=2.02m的墙，铝合金窗在计算单元内相当于高度为1.5*2.05*2/6.6=0.918m的窗。纵墙 2.02× 0.3×5.5=3.33 kN/m铝合金窗 0.918×0.35=0.32 kN/m水刷石外墙面 2.02×0.5=1.01kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 2.02×0.15=0.3 kN/m合计 4.96kN/m （2）底层纵墙在计算单元内相当于高度为(7.2-0.6)*(4.2-0.65)-1.5*2.65*2/6.6m=2.35的墙，铝合金窗在计算单元内相当于高度为0.918m的窗。纵墙 2.35×0.3×5.5=3.88 kN/m铝合金窗 0.918×0.35=0.32kN/m水刷石外墙面 2.35×0.5=1.18 kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 2.35×0.15=0.35 kN/m合计 5.73 kN/m3.1.6 内纵墙自重（1）标准层5纵墙 （3.6-0.65）×0.2×5.5 =3.25kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 （3.6-0.65）×0.15×2=0.89 kN/m合计 4.14 kN/m（2）底层纵墙 （4.2-0.65）×0.2×5.5=3.91kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 （3.6-0.65）×0.15×2=0.89kN/m合计 4.8 kN/m3.1.7 外横墙自重（1）标准层横墙 （3.6-0.6）×0.3×5.5=4.95 kN/m水刷石外墙面 （3.6-0.6）×0.5=1.5 kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 （3.6-0.6）×0.15=0.45 kN/m合计 6.9 kN/m（1） 底层横墙 （4.2-0.6）×0.3*5.5=5.94 kN/m水刷石外墙面 （4.2-0.6）×0.5=1.8 kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 （4.2-0.6）×0.15=0.54 kN/m合计 8.28 kN/m3.1.8 内横墙自重（1）标准层横墙 （3.6-0.6）×0.2×5.5=3.3kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 （3.6-0.6）×0.15×2=0.9 kN/m合计 4.2 kN/m（2）底层横墙 （4.2-0.6）×0.2×5.5=3.96 kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 （4.2-0.6）×0.15×2=1.08 kN/m合计 5.04 kN/m3.1.9 走廊尽头墙（1）标准层纵墙在计算单元内相当于高度为(2.7-0.6)*(3.6-0.6)-1.5*2.1/2.1=1.5m的墙，铝合金窗在计算单元内相当于高度为1.5*2.1/2.1=1.5m的窗。走廊尽头墙 1.5×0.3×5.5=2.48 kN/m铝合金窗 1.5×0.35=0.53 kN/m水刷石外墙面 1.5×0.5=0.75 kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 1.5×0.15=0.23 kN/m合计 3.99kN/m（2）底层纵墙在计算单元内相当于高度为(2.7-0.6)*(4.2-0.6)-1.5*2.1/2.1=2.1m的墙，铝合金在计算单元内相当于高度为1.72m的窗。走廊尽头墙 2.1×0.3×5.5=3. 47kN/m铝合金窗 1.5×0.35=0.53 kN/m水刷石外墙面 2.1×0.5=1.05 kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 2.1×0.15=0.32kN/m合计 5.37kN/m3.1.10 女儿墙自重做法：100 mm混凝土压顶，1200 mm加气混凝土墙 1.2×0.3×5.5=1.98 kN/m压顶的混凝土 0.1×0.45×25=1.125 kN/m水刷石外墙面 （1.3+0.45）×0.5=0.875 kN/m合计 3.98 kN/m3.2 活荷载标准值计算3.2.1 屋面和楼面活荷载标准值不上人屋面 0.5 kN/ m2房间 2.0 kN/ m21走廊 2.0 kN/ m2 3.2.2 雪荷载标准值屋面活荷载和雪荷载不同时考虑，两者中取大值。3.3 恒荷载和活荷载作用下框架的受荷图GF轴间梁上板的Loy/Lox=6600/3600<2，按双向板进行计算，长边支承梁上荷载呈梯形分布，短边支承梁上荷载呈三角形分布；EF轴间梁上板的，按单向板进行计算，荷载平均分给两长边的支承梁。本结构楼面荷载的传递示意图见图3-1 图3-1 面荷载的传递方式 板传至梁上的三角形荷载等效为均布荷载；梯形荷载等效为均布荷载 ，1-2*0.272+0.273=0.874，Q1=0.874q。3.3.1 GF轴间框架梁屋面板传给梁（即屋面板两个梯形荷载等效为均布荷载）：恒荷载：3.85×1.8×0.874×2=16.83 kN/m活荷载：0.5×1.8×0.874×2=1.57 kN/m楼面板传给梁（即楼面板两个梯形荷载等效为均布荷载）：恒荷载： 3.85×1.8×0.874×2=12.11 kN/m活荷载： 2.0×1.8×0.874×2=6.29 kN/mGF轴间框架梁均布荷载为：屋面梁 恒荷载=梁自重+板传恒荷载=3.18+16.83=20.01 kN/m 活荷载=板传活荷载=1.57 kN/m楼面梁 恒荷载=内横墙自重+梁自重+板传恒荷载=4.2+3.18+12.11=19.49 kN/m 活荷载=板传活荷载=6.29kN/m3.3.2 EF轴间框架梁FE轴间框架梁均布荷载为：屋面梁、楼面梁 恒荷载=梁自重=1.87 kN/m 活荷载=03.3.3 G轴柱纵向集中荷载的计算屋面板三角形荷载等效为均布荷载：恒荷载：5.35×1.8×=6.02 kN/m活荷载：0.5×1.8×=0.56 kN/m楼面板三角形荷载等效为均布荷载：恒荷载：3.85×1.8×=4.33 kN/m活荷载：2.0×1.8×=2.25kN/m顶层柱恒荷载=女儿墙自重+外纵框架梁自重+板传恒荷载+次梁传恒荷载 =3.98×7.2+3.18×（7.2-0.6）*4.179+6.02×（7.2-0.6）+16.83*6.6/2+3.18*6.6/2=162 kN 顶层柱活荷载=板传活荷载=0.56×（7.2-0.6）+1.57*6.6/2 =8.877kN标准层柱恒荷载=外纵墙自重+外纵框架梁自重+板传恒荷载+次梁传恒荷载 =4.96×（7.2-0.6）+4.179×（7.2-0.6）+4.33×（7.2-0.6）+12.11*6.6/2+3.18*6.6/2 =139.35kN 标准层柱活荷载=板传活荷载=2.25×（7.2-0.6）+6.29*6.6/2 =35.61 kN基础顶面恒荷载=底面外纵墙自重+基础梁自重 =5.73×（7.2-0.6）+3.125×（7.2-0.6） =58.44 kN3.3.4 F轴柱纵向集中荷载的计算走廊屋面板均布荷载：恒荷载：5.35×1.35=7.22 kN/m活荷载：0.5×1.35=0.68 kN/m走廊楼面板均布荷载：恒荷载：3.85×1.35=5.20 kN/m活荷载：2.0×1.35=3.38kN/m顶层柱恒荷载=内纵框架梁自重+板传恒荷载+次梁传恒荷载 =4.179×（7.2-0.6）+6.02×（7.2-0.6）+16.83*6.6/2+7.22×（7.2-0.6）+3.18*6.6/2=181kN顶层柱活荷载=板传活荷载=0.56×（7.2-0.6）+0.34*3.4+0.68×（7.2-0.6） =13.37 kN标准层柱恒荷载=内纵墙自重+内纵框架梁自重+板传恒荷载+次梁传恒荷载 =4.14×（7.2-0.6）+4.179×（7.2-0.6）+4.33×（7.2-0.6）+12.11*6.6/2+5.20×（7.2-0.6）+3.18*6.6/2 =168.26 kN 标准层柱活荷载=板传活荷载=2.25×（7.2-0.5）+6.29*6.6/2+3.38×（7.2-0.6） =57.92kN基础顶面恒荷载=底面内纵墙自重+基础梁自重 =4.8×（7.2-0.6）+3.125×（7.2-0.6） =52.3 kN图3-2 恒荷载作用下的结构简图3.4风荷载计算为简化计算，将计算单元范围内外墙面的风荷载化为等量的作用于楼面的集中风荷载，计算公式为：式中：基本风压，为0.45 kN/m2风压高度变化系数，地面粗糙度为E类风荷载体形系数, =0.8-(-0.5)=1.3（迎风面、背风面叠加）风振系数，因房屋高度小于30m，所以=1.0下层柱高上层柱高，对于顶层为女儿墙高2倍F计算单元迎风面宽度，F=7.2m计算过程见表3-1。表3-1 各层楼面处集中风荷载标准值离地高度(m)(m)(m)(kN)4.550.741.01.34.653.612.858.250.741.01.33.63.611.2211.850.741.01.33.63.611.2215.450.7491.01.33.63.611.3619.050.821.01.33.63.612.4422.650.881.01.33.63.613.3825.250.941.01.33.61.39.7风压标准值计算公式为： （3-1）式中 风荷载标准值(kN/m2)； 基本风压(kN/m2)； 风荷载体形系数； 风压高度变化系数； z高度处的风振系数。根据平面类型，；可查结构设计规范10；风振系数，其中查表可得，；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所示。表中Z为框架节点至室外地面的高度，G为一榀框架各层节点的受风面积。计算结果如图3-3所示。图3-3 风荷载作用下各层框架受力图（kN）3.5地震荷载计算3.5.1重力荷载代表值计算kNkN=917.11kNkN外纵墙+内纵墙+外横墙+内横墙+走廊尽头墙=602.63kN=239.44+355