莱钢大学办公楼设计 框架结构毕业设计.doc

毕业设计题 目 莱钢大学办公楼设计 学 院 土木建筑学院 专 业 土木工程 班 级 土木 1107 学 生 陈浩 学 号 20110622014 指导教师 林 明 强 二一 五 年 六 月 一 日摘 要本次设计为多层办公楼设计，设计结合现代的生活观念，建立“整合设计”的感念，突出“以人为核心”的设计理论，本结构采用框架结构，平面灵活，使用性强，从结构上做到为人们创造方便舒适的办公空间。本次设计包括建筑设计和结构设计。该设计主要采用的是框架结构，结构型式采用现浇钢筋混凝土框架结构，楼面采用现浇钢筋混凝土板。基础根据场地情况选择浅基础。 结构设计方面，首先是根据建筑技术、使用条件、场地条件和抗震设计等要求，合理进行结构选型、结构布置和基础形式等，绘制结构布置图；然后进行结构计算，采用框架结构近似计算法，求竖向荷载作用下的内力用弯矩叠代法；求水平荷载作用下的内力时，有D值法等。求水平地震作用的时候采用底部剪力法。然后进行结合所学过的知识、通过查阅参考资料初步设计，再交指导老师审查，审查通过后，利用AutoCAD 或天正完成绘图，利用Excel、word等完成设计说明书及其他内容的编写。关键词：框架结构；办公楼；荷载计算ABSTRACT The design for the multilayer office building design, combined with modern concept of life, to establish a "integrated design" concept, highlight the design theory of "human -centered", this structure adopts frame structure, planar flexible, strong usability, from the structure to create convenient and comfortable office space for people. The design includesarchitectural design and structural design. This design mainly adopts frame structure, structural type using cast-in-place reinforced concrete frame structure, floor using cast-in-place reinforced concrete slab. According to site condition choose shallow foundation.Structure design, first of all is according to the construction technology, using conditions and site conditions and seismic design requirements, such as reasonable structure type selection, structure arrangement and foundation forms, etc., draw the structure arrangement; Then structure calculation, using the approximate calculation method of frame structure, internal force under the vertical load with bending moment iterative method; Find the internal force of horizontal loads, D value method, etc. O the bottom shear method is used to horizontal seismic action. Then combined with the learned knowledge, through the check resources for preliminary design, to guide teacher review again, after review by the use of AutoCAD or was complete drawing, use of Excel, word, etc to complete the design specification and other content to write.Key words: frame structure; Office building; The load calculation目 录摘要.IABSTRACT.II1 前言.12设计资料.23结构布置及计算简图.53.1结构布置.53.2结构选型.54荷载计算.74.1恒荷载计算.74.2活荷载计算.94.3风荷载计算.104.4重力荷载代表值计算.115内力分析.155.1水平地震作用下内力计算.155.2恒荷载作用下内力计算.235.3活荷载作用下内力计算.305.4风荷载作用下内力计算.366内力组合.396.1梁柱内力组合.396.2梁柱内力调整.407框架梁柱截面设计.457.1框架梁截面设计.457.2框架柱截面设计.548板的结构设计.668.1计算简图.668.2楼面板设计.668.3屋面板设计.689楼梯设计.719.1平面布置图.719.2梯段板设计.719.3平台板设计.729.4平台梁设计.73结论.75参考文献.76致谢.771 前言框架结构体系的优点是：建筑平面布置灵活，能获得较大的空间；建筑立面容易处理，结构自重较轻；计算理论比较成熟；在一定高度范围内造价较低，目前在多高层房屋建筑中应用十分广泛。其缺点是：侧移刚度较小，在地震作用下非结构构件（如非填充墙、建筑装饰等）破坏较严重。因此，采用框架结构时应控制建筑物的层数和高度。设计中需要考虑到建筑抗震要求、结构构件的变形以及施工的方便性等问题。为了使设计能够满足钢筋混凝土框架结构设计规范的要求，我们需要熟悉钢筋混凝土结构设计的全过程，需要充分理解钢筋混凝土结构基本理论、基本方法。本次毕业设计系统、全面地帮助我们对四年来所学专业知识进行了一次复习与巩固，使我们对结构设计的宏观理解上了一个层次，对专业知识的应用更加熟练，独立钻研与动手能力得到强化。本设计共包含九个部分，分别为：设计资料、结构布置及计算简图、荷载计算、内力计算、内力组合、梁柱截面设计、板结构设计、楼梯结构设计。由于个人水平能力有限，设计中难免有错误与不妥之处，希望得到各位老师与同学的批评指正。2 设计资料本设计为五层的钢筋混凝土框架结构，主要设计资料如下：2.1标高设计 标高±0.000，室内外高差450 mm。2.2 气象资料 一月份全年最冷月平均气温：-8，七月最热月平均气温：32。历年平均降水量：613 mm ，夏季平均降水量：424.8 mm ，年最大降水量：1142.6 mm 。基本风压：0.4 kN/；主导风向：冬季：西北，夏季：东南。基本雪压：0.35 kN/；最大冻深：300mm。 2.3 工程地质与水文地质资料 地基允许承载力 R=150 kN/，土类型为一般粘土，类场地，最高地下水位：自然地面以下12m 。2.4 抗震烈度抗震设防烈度为7 度，地震分组为第二组，三级抗震要求。2.5 墙身做法外墙采用彩色聚氨酯外保温墙面(加气混凝土墙)：厚370刷混凝土界而处理剂一道；6厚1:3 水泥砂浆打底扫毛；7厚1: 2.5 水泥砂浆找平扫毛；1.5厚聚氨酯胶粘贴30厚发泡聚氨酯块500 ×300（胶的配比：A 料:B料=1:4）；7厚聚合物砂浆保护层，配比: 胶料:粉料=1: 4(重量比)；刷外墙涂料备注：(1) 碎拼大理石颜色设计人定。，选定块材边长不大于300，厚度应一致；(2)镶贴厚度不大于20；(3)设计有图案时，应先贴图案部分。内墙采用水泥砂浆抹面（加气混凝土墙）：厚240刷混凝土界面处理剂一道；5厚1 : 3 水泥砂浆打底扫毛； 9厚1 : 1 : 6 水泥石灰膏砂浆扫毛； 6厚1 : 2 . 5 水泥砂浆压实抹光； 喷内墙涂料或刷油漆。备注：涂料或油漆品种、颜色由设计人定。2.6 楼面做法彩色釉面地瓷砖楼面：120厚现浇钢筋混凝土楼板；20厚素水泥浆一道；20厚1：2水泥砂浆找平层；3厚T910地板胶粘剂粘贴彩色釉面地瓷砖，稀水泥浆填缝。备注：彩色釉面砖规格、颜色由设计人定；胶粘剂也可采用其它合格产品。2.7 屋面做法平瓦保温屋面（混凝土板基层）：120厚现浇钢筋混凝土屋面板；100-160厚（2找坡）水泥膨胀珍珠岩；20厚1：3水泥砂浆；三层油毡防水层；100厚憎水膨胀珍珠岩块；备注：适用于防水等级为、级的屋面；防水材料也可采用LM防水涂料。2.8 门窗做法(1) 门采用的材料：首层大厅门及走道最东侧和最西侧采用玻璃门，其余的均为实木门(2) 窗采用的材料：均采用铝合金窗2.9 活荷载1、 办公室 根据建筑结构荷载规范，办公楼办公室的可变荷载标准值取2.0KN/m2。2、 洗手间 根据建筑结构荷载规范，办公楼洗手间的可变荷载标准值取2.5KN/m2。3、 走道 根据建筑结构荷载规范，办公楼走道的可变荷载标准值取2.5KN/m2。4、 楼梯间 根据建筑结构荷载规范，办公楼楼梯间的可变荷载标准值取3.5KN/m2。5、 屋面 根据建筑结构荷载规范，办公楼的不上人屋面可变荷载标准值取0.5KN/m2。6、 会议室 根据建筑结构荷载规范，办公楼会议室的活荷载标准值取2.5KN/m2。2.10 所用材料1、 板：混凝土：采用C30级，fc = 14.3 N/mm2 ,ft = 1.43 N/mm2；钢筋：采用HPB300，fy = fy =270 N/mm2 ；HRB400，fy = fy =360 N/mm2 。2、 梁：混凝土：采用C30级，fc = 14.3 N/mm2 ,ft = 1.43 N/mm2；纵向受力钢筋：采用HRB400，fy = fy =360 N/mm2；箍筋：采用HPB300级，fy = fy =270 N/mm2 。3、 柱：混凝土：采用C30级，fc = 14.3 N/mm2 ,ft = 1.43 N/mm2；纵向受力钢筋：采用HRB400，fy = fy =360 N/mm2；箍筋：采用HPB300级，fy = fy =270 N/mm2 。3 结构布置及计算简图3.1 结构布置根据任务书及场地条件的要求，莱钢大学办公楼设计选用横向框架承重结构体系。柱间距离分别如下：纵向：4800mm；横向：6600mm（边跨），2400mm（中跨），平面布置如图2-1。各构件混凝土强度等级均为C30；钢筋型号见具体各构件计算书。图3.1 柱网尺寸图（单位：mm）3.2 结构选型3.2.1 梁板柱截面初选3.2.1.1 梁截面初选（1）边跨横梁（AB跨和CD跨）：梁高为h=（1/121/8）L=（1/121/8)×6600 =（550825）mm，初选取值h =600mm梁宽为b=（1/31/2）h=（1/31/2）×600 =（200300）mm，初选取值b=300 mm（2）中跨横梁（BC跨）：梁高为h=（1/121/8）L=（1/121/8)×2400=（200300）mm，初选取值h=500mm梁宽为b=（1/31/2）h=（1/31/2）×500 =（167250）mm，按构造要求初选取值b=250mm（3）纵向连系梁：梁高为h =（1/181/12）L =（1/181/12)×4800 =（267400）mm，初选取值h =500 mm梁宽为b =（1/31/2）h （1/31/2）×500=（167250）mm，初选取值h =250 mm3.2.1.2 柱截面初选对于较低设防烈度地区的多层民用框架结构，一般可通过满足轴压比限值进行截面设计。本设计中房屋高度H<30 m ，抗震等级为三级，所以轴压比取0.9，各层重力代表值近似取12 kN / 。由图3.1 可知：边柱、中柱的受荷面积分别为A=3.3×4.8=15.84，A=4.5×4.8=21.6，则竖向荷载下柱截面面积为： 边柱：Nv=1.3×4.8×3.3×12×10³×5=1235520 N / Ac1235520/(0.9×14.3)=96000mm² 中柱：Nv=1.25×4.8×4.5×12×10³×5=1620000 N / Ac1620000/(0.9×14.3)=125874mm² 选柱截面为b×h=400×400mm²3.2.1.3 板截面初选板厚为h=（1/401/50）l01=（1/401/50）×4800=12096mm，所以板厚取值为120mm，满足工程要求。3.2.2 结构计算简图根据地质资料确定基础顶面离室外地面为550 mm ，由此求得底层高为4.60 m ，取号轴线横向框架计算简图如图3.2 所图3.2 结构计算简图（单位：mm）4 荷载计算4.1 恒荷载计算 （1）屋面框架梁线荷载标准值120厚的钢筋混凝土现浇屋面板 0.12×25=3.0KN/m2100-160厚（2找坡）水泥膨胀珍珠岩 （0.1+0.16）/2×7=0.91KN/m220厚1：3水泥砂浆 0.02×20=0.40KN/m2三层油毡防水层 0.35KN/m2100厚憎水膨胀珍珠岩块 0.5×0.1=0.05KN/m2 屋面恒荷载 4.71KN/m2框架梁自重：边跨梁 0.30×(0.6-0.12)×25=3.60kN/m 中跨梁 0.25×(0.5-0.12)×25=2.38kN/m框架梁粉刷：边跨梁 0.02(0.6-0.12)217=0.33kN/m 中垮梁 0.02(0.5-0.12)2+0.2517=0.34kN/m因此，作用于顶层框架梁的线荷载为：边跨梁自重产生的荷载： g5AB1=g5CD1=3.60+0.33=3.93KN/m中垮梁自重产生的荷载： g5BC1=2.38+0.34= 2.72 KN/m屋面板传给框架梁的均布线荷载： g5AB2=g5CD2=4.71×4.8=22.61KN/m g5BC2=4.71×2.4=11.30KN/m （2）楼面框架梁线荷载标准值120厚现浇钢筋混凝土楼板 0.1225=3.0kN/20厚素水泥浆一道 0.02×20=0.40kN/20厚1：2水泥砂浆找平层 0.02×20=0.4KN/m23厚地板胶粘剂粘贴彩色釉面地瓷砖，稀水泥浆填缝 0.003×0.55=0.0016kN/楼面恒荷载 3.80KN/ 边跨框架梁及梁侧粉刷 3.93KN/m 边跨填充墙自重 0.24×（3.6-0.6）×7.0=5.04KN/m墙面粉刷 （3.6-0.6）×0.02×2×17=2.04KN/m合计 7.08KN/m中跨框架梁及梁侧粉刷 2.72KN/m因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为：边跨梁、墙体自重产生的线荷载： gAB1=gCD1=3.93+7.08=11.01KN/m中跨梁的线荷载： gBC1=2.72KN/m楼面板传给框架梁的均布线荷载： gAB2=gCD2=3.80×4.8=18.24 KN/m gBC2=3.80×2.4=9.12 KN/m （3）屋面框架节点集中荷载标准值边柱纵向连系梁自重 0.25×0.5×4.8×25 =15KN 粉刷 0.02×（0.5-0.12）×2×4.8×17=1.24KN1.2m高女儿墙自重 0.24×1.2×4.8×7.5= 10.37KN 粉刷 0.02×1.2×2×4.8×17 =3.92KN连系梁传来屋面自重 1/2×4.8×1/2×4.8×4.71=27.13KN顶层边节点集中荷载 G5A = G5D =57.66 KN 中柱纵向连系梁自重 0.25×0.5×4.8×25 =15KN 粉刷 0.02×(0.5-0.12)×2×4.8×17=1.24KN连梁传来屋面自重 1/2×（4.8+4.8-2.4）×1.2×4.71=20.35KN 1/2×4.8×2.4×4.71=27.13KN顶层中节点集中荷载 G5B= G5C = 63.72KN （4）楼面框架节点集中荷载标准值边柱纵向连系梁自重 15KN 粉刷 0.02×（0.5-0.12）×2×4.8×17=1.24KN铝合金窗自重 2.1×1.5×0.45 = 1.42KN窗下墙体自重 0.37×0.9×4.8×7.5 = 11.99 KN 粉刷 2×0.02×0.9×4.8×17=2.94KN窗边墙体自重 0.37×2.3×(3.61.4）×7.5=14.04KN 粉刷 2.3×（3.6-1.4）×2×0.02×17 =3.44KN窗上墙体自重 0.66×（4.8-0.4）×0.37×7.5=8.06KN 粉刷 0.66×（4.8-0.4）×2×0.02×17=1.97KN过梁自重 0.18×0.37×2.58×24=4.12KN 粉刷 0.18×2.58×0.02×2×17=0.32KN框架柱自重 0.4×0.4×3.6×25 = 14.4 KN 粉刷 0.02×3.6×0.48×17 = 0.59KN 连系梁传来楼面自重 1 /2×4.8×1/2×4.8×3.80=21.89KN 中间层边节点集中荷载 GA = GD=101.42KN 中柱连系梁自重 15KN 粉刷 1.24KN内纵墙体自重 0.24×4.4×（3.6-0.5）×7.5=24.55KN 粉刷 4.4×（3.6-0.5）×2×0.02×17=9.28KN扣除门洞重加上门重 2.1×0.9×（7.5-0.2）=13.80KN过梁自重 0.12×0.24×（1.98+1.38）×24=2.32KN 粉刷 0.12×（1.98+1.38）×0.02×17=0.14KN框架柱自重 14.4 KN 粉刷 0.59KN连系梁传来楼面自重 1/2×（4.8+4.82.4）×1.2×3.8=16.42KN 1/2×4.8×2.4×3.8=21.89KN中间层中节点集中荷载 G=G=92.03KN （5）恒荷载作用下的结构计算简图如下图4.1 恒荷载作用下结构计算简图4.2 活荷载计算莱钢大学办公楼屋面设计为上人屋面，根据建筑结构荷载规（GB500092012），不上人屋面可变荷载标准值是0.5KN/m2。又查荷载规范得当地基本雪压是0.4KN/m2，当屋面可变荷载与雪荷载不同时考虑时，应取其中的较大值，因此，取0.5 KN/m2。（1）顶层线荷载标准值边跨梁：线荷载标准值 P5AB=P5CD=0.5×4.8= 2.4KN/m 集中荷载标准值 P5A =P5D=1/2×4.8×4.8×1/2×0.5 =2.88KN中跨梁：线荷载标准值 P5BC=0.5×2.4=1.2KN/m集中荷载标准值 P5B=P5C=1/2×（4.8+4.8-2.4）×1.2×0.5+1/4×4.8×4.8×0.5=5.04KN（2）中间层线荷载标准值边跨梁：线荷载标准值 PAB =PCD=2.0×4.8= 9.6 KN/m集中荷载标准值 PA=PD= 1/4×4.8×6.6×2.0=15.84KN 中垮梁：线荷载标准值 PBC = 2.5×4.8=12 KN/m集中荷载标准值 PB=PC=15.84+1/4×4.8×2.4×2.5=23.04KN活荷载作用下结构计算简图如下：图4.2 活荷载作用下结构计算简图4.3 风荷载计算风荷载标准值计算公式为: k =z µs µz 0k 风压标准值，kN/；由建筑结构荷载规范，查得当地基本风压为： = 0.4kN/ ； z高度为z处的风振系数,由于房屋的高度未超过30m，取 ß = 1.0；µs风压体型系数,查荷载规范得：当建筑的体形为矩形时，迎风面：µ=0.8； 背风面µ= -0.5，因此，µ=0.8-（-0.5）=1.3；µz风压高度变化系数，其值与当地地面的粗糙程度有关，本设计的地面粗糙程度定为C类，查风压高度变化系数表，可得相应高度处的风压高度变化系数。 节点风荷载计算公式为： P = A计算过程如表4.1所示，计算结果见图4.3表4.1 风荷载计算层次Z（m）ßµµ(kN/)(kN/)A()P(kN)518.451.01.30.8090.40.42113.685.759414.851.01.30.7400.40.38520.527.900311.251.01.30.7400.40.38520.527.90027.651.01.30.7400.40.38520.527.90014.051.01.30.7400.40.38521.808.393图4.3 风荷载作用下的计算简图（ kN ）4.4 重力荷载代表值计算由设计资料可知，该工程所在地地震设防烈度为7 度，框架抗震等级为三级、类场地，因此，本框架结构抗震模型可表示为5 个集中质量的多自由度体系，各层楼盖、屋盖处的集中荷载代表值计算如下： （1）顶层重力荷载代表值 G5=屋面恒载 + 50的屋面雪载 + 纵横梁自重 + 半层柱自重 + 半层墙体自重 + 部分门窗自重顶层雪荷载： 53.28×16.08×0.35 = 299.86 KN顶层屋面恒载： 53.28×16.08×4.71 = 4035.26 KN女儿墙自重 （53.28 +16.08）×2×1.2×0.24 ×7.5 =299.63KN 粉刷 0.02×1.2×(53.28+16.08)×2×2×17 = 113.20KN横梁自重 0.3×（0.60.12）×6.6×2 + 0.25×（0.50.12）×2.4 ×25×12=638.64KN 粉刷 0.02×（0.60.12）×2×6.6×2 + 0.02×（0.50.12）×2×2.4 ×17×12 =59.14KN连系梁自重 0.25×（0.50.12）×53.28×25×4 =506.16KN 粉刷 0.02×（0.50.12）×2×53.28×17×4 =55.07KN半层框架柱自重 0.4×0.4×3.6×25×12×4×1/2= 345.6KN 粉刷 0.02×0.4 +（0.40.24）×3 ×1.8×17×12×4= 25.85KN半层墙体总重（不考虑门窗） （6.6-0.4）×（1.8-0.6）×4+(2.4-0.4)×（1.8-0.5）×2+(4.8-0.4)×1.3×22×0.37×7.5+6.2×1.2×19+(4.8-0.4)×1.3×19+1.72×1.3×0.24×7.5=446.22+454.1=900.32KN 粉刷 413.08×2×0.02×17 =280.89 KN半层铝合金窗自重 （0.6×1.5×17+0.6×2.1×18+0.6×0.9×4+0.6×1.5×2）×0.45=41.94×0.45=18.87KN半层木门自重 0.3×0.9×21×0.2=1.13KN门窗过梁自重 0.12×0.24×（1.98+1.38）×17+0.24×0.12×2.76×2+1.98×0.37×0.12×2+0.37×0.18×2.58×18+0.37×0.12×1.38×4×24=29.84KN 粉刷 0.12×（1.98+1.38）×17+0.12×2.76×2+1.98×0.12×2+0.18×2.58×18+0.12×1.38×4×0.02×17=5.78KN扣除门窗过梁洞口重 -（41.94+5.65+1.24）×7.5=-366.23KN G5合计