土木工程 毕业设计 计算书.doc

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。通过毕业设计,可以将以前学过的知识重温回顾,对疑难知识再学习,对提高个人的综合知识结构有着重要的作用。通过毕业设计,使我们在资料查找、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,具备从事相关工作的基本技术素质和技能。目前，我国建筑中仍以钢筋混凝土结构为主，钢筋混凝土造价较低，材料来源丰富，且可以浇筑成各种复杂断面形状，节省钢材，承载力也不低，经过合理设计可以获得较好的抗震性能。今后几十年，钢筋混凝土结构仍将活跃在我国的建筑史上。框架结构体系的主要特点是平面布置比较灵活，能提供较大的室内空间，对于办公楼是最常用的结构体系。多层建筑结构的设计，除了要根据建筑高度、抗震设防等级等合理选择结构材料、抗侧力结构体系外，要特别重视建筑体形和结构总体布置。建筑体形是指建筑的平面和立面；结构总体布置指结构构件的平面布置和竖向布置。 建筑体形和结构总体布置对结构的抗震性能有决定性的作用。毕业设计的三个月里，在指导老师的帮助下，经过查阅资料、设计计算、论文撰写以及图纸绘制，加深了对规范等相关内容的理解，巩固了专业知识，提高了综合分析、解决问题的能力。并熟练掌握了AutoCAD和结构设计软件PKPMCAD，基本上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，后面采用建筑结构软件PKPMCAD进行电算,并将电算结果与手算结果进行了误差分析对比。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。2 建 筑 设 计2.1 建筑概况:设计题目： 济南章丘市政府办公楼建筑面积： 8850 建筑总高度：36.6（室外地坪算起） 建筑层数： 九层结构类型： 钢筋混凝土框架结构2.2 工程概况： 该办公楼为主体层钢筋框架结构体系，建筑面积约8500m2，走廊宽度2.4m, 一层层高为4.2米，标准层层高为3.6米，柱网尺寸为7.8米×7.8米。室内外高差0.6m。设有3部楼梯，一个主入口，两个辅入口，这样人流分区明确，满足疏散要求。2.3 设计资料：建设地点：济南章丘市，周围无建筑物，抗震设防裂度为6度。用地概况：该项目位于章丘市繁华地段，该地段南临城市主干道，西临城市次要道路。基地内地势平坦，周围环境优越。场地内已经建成一幢辅助建筑，可做餐厅用。2.4 建筑要求建筑等级:耐火等级为级设计使用年限50年2.5 建筑说明2.5.1建筑的平面布置 详见地下室，首层，标准层，机房层平面图。2.5.2建筑细部做法屋面排水设计：综合考虑结构形式、气候条件、使用特点等因素，本建筑物采用有组织外排水,排水坡度为2%。屋面防水设计：本工程采用刚性性防水屋面，40厚C20防水细石混凝土，高分子防水卷材，20厚1：3水泥砂浆抹平，20厚1：3水泥砂浆找平，40厚水泥珍珠岩找坡，现浇钢筋混凝土楼板。楼面做法：楼板（各层办公室及会议室）顶面为20mm厚水泥砂浆找平，30mm厚水磨石。卫生间、大厅、走廊楼面见建筑说明。墙体做法：内外墙均 采用240mm厚混凝土砌块，用M5混合砂浆砌筑；内粉刷为20mm厚水泥砂浆打底，刷内墙涂料,外粉刷为贴面砖饰面。楼梯做法：本办公楼采用二跑楼梯，踏步尺寸均有300×150mm，铜防滑包角。散水：散水坡度为5%，宽度600mm，自下而上依次是：素土夯实 ，80厚碎石或道渣，60厚素混凝土，10厚水泥砂浆抹面。3. 结 构 选 型 与 置3.1 结构选型 本工程为济南章丘市政府办公楼，总面积8500平方米。办公楼主体地上九层，采用钢筋混凝土框架结构。框架结构适用于多层及高度不大的高层建筑，它的优点是建筑平面布置灵活，可做成需要较大空间的会议室、餐厅、办公室、实验室等。加隔墙后，也可做成小房间。框架结构的构建主要是梁和柱，可以做成预制或现浇框架，布置比较灵活，立面也可变化。通过合理设计，框架本身的抗震性能较好，能承受较大的变形。框架结构在我国已得到广泛的应用，技术已经比较成熟。3.2 结构布置3.2.1 柱网布置图3.1 柱网布置取一品框架，4轴线，如下图：图3.2 一榀框架3.2.2 楼面结构布置3.2.2.1梁框架梁 横向 Lmax=7.8m h=(1/81/12)L=(650975)mm 取h=700mm, b=1/2h=350mm 廊上的梁跨度 L=2.4m,取 h=500mm， b=350mm纵向 取h=700mm， b=250mm 次梁 取h=500mm， b=250mm3.2.2.2板从结构平面图看,单向板有以下几种尺寸：7.83.9 7.8×2.4 4.8×1.8双向板有以下几种尺寸： 7.84.8单向板厚1/35L短跨双向板厚1/40L短跨为了便于计算和施工取同样的板厚，取h=120mm3.2.2.3柱根据轴压比初步确定柱截面尺寸 =N/fcbh抗震设防烈度为6度，框架结构，高度>30m,抗震等级3级，故轴压比0.9, 即N/fcA0.9工程采用C30混凝土，fc=14.3N/mm2N=N标准*1.3=qA131.3 q取12 kN/m2中柱 A1=(1.2+3.9) 7.8=39.78m2 边柱 A2=（3.9+3.9）3.9=30.42m2 柱用统一的尺寸，故用A1计算则N=1239.7891.3=5585.112 kN N/fcA0.9A433964 mm2b=h=658mm,因此取柱截面尺寸为700×700mm 4. 荷 载 统 计4.1 计算简图取基础形式为桩基础，假定基础承台顶面离地面为500mm，则底层层高为4.2+0.5+0.6=5.3 m。各梁柱构件的线刚度经计算后列于下图中。其中在计算梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取I=2I0 (I0 为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩)。边柱：截面尺寸为700×700 mm 中柱：截面尺寸为700×700 mm一层 i= Ec(1/12)0.700.703 /5.3=0.378 10-2 Ec m3其余各层 i= Ec(1/12) 0.700.703 /3.6=0.556 10-2 Ec m3AB、CD跨梁：截面尺寸为350700mm i= 2Ec(1/12) 0.350.73 /7.8=0.257 10-2 Ec m3BC 跨梁：截面尺寸为350*500mm i= 2Ec(1/12) 0.350.503 /2.4=0.30410-2 Ec m3 单位：10-3Ecm3图4.1 框架式样及构件线刚度4.2荷载计算4.2.1屋面框架梁荷载标准值40厚C20防水细石混凝土 0.0425=1.0 kN/m24mm厚APP卷材防水层 0.35kN/m220厚1：3水泥砂浆抹平 0.0220=0.4 kN/m220厚1：3水泥砂浆找平层 0.0220=0.4 kN/m2 40厚（最薄处）水泥珍珠岩找坡层 2% 0.044.0=0.16 kN/m2120厚现浇钢筋混凝土顶层楼板 0.1225 = 3 kN/m220厚板底抹灰 0.0217 = 0.34 kN/m2 屋面恒荷载 5.65 kN/m2框架梁自重 0.35(0.7-0.12) 25 =5.08kN/m框架梁抹灰 2 (0.7-0.12) 0.0217=0.39kN/m 框架梁自重合计 5.47kN/mAB跨屋面梁上恒荷载标准值 gwk1=3.95.65=22.04 kN/mBC跨屋面梁上恒荷载标准值 gwk2=0不上人屋面，活荷载标准值 为0.5 kN/m，则AB跨屋面梁上活荷载标准值 qwk1=0.53.9=1.95kN/mBC跨屋面梁上活荷载标准值 qwk2=04.2.2屋面纵向梁传来作用于柱顶的集中荷载女儿墙自重标准值：0.9m高，0.24m厚，双面抹灰，砖墙自重为 0.9(0.2419+20.0217)=4.72 kN/m纵向梁自重标准值：纵向框架梁自重 0.25(0.7-0.12) 25=3.63 kN/m抹灰 （0.7-0.12）20.0217=0.39 kN/m 纵向框架梁自重合计： 4.02 kN/m次梁自重标准值： 次梁自重 0.25(0.5-0.12) 25=2.38 kN/m抹灰 （0.5-0.12）20.0217=0.26kN/m 次梁自重合计 2.64 kN/mA轴纵向框架梁传来恒荷载标准值 Gwk1女儿墙自重： 4.727.8=36.82 kN/m纵向框架梁自重： 4.027.8=31.40kN/m纵向次梁自重： 2.643.9=10.30 kN/m屋面恒荷载传递： 3.93.95.65=85.94 kN/m Gwk1=164.46kN/mB轴纵向框架梁传来恒荷载标准值 Gwk2纵向框架梁自重： 4.027.8=31.40 kN/m纵向次梁自重： 2.643.9=10.30 kN/m屋面恒荷载传递： 7.8 3.95.65=171.87 kN/m 7.81.25.65=52.90 kN/m Gwk2=266.5 kN/mA轴纵向框架梁传来活荷载标准值 Qwk1屋面活荷载传来 Qwk1=7.83.90.5=15.21kNB轴纵向框架梁传来活荷载标准值 Qwk2屋面活荷载传来 Qwk2=(7.83.9+7.81.2) 0.5=19.89 kNA轴、B轴纵向框架梁往外侧偏离柱轴线，应考虑225mm的偏心，以及由此产生的节点弯矩，则A轴 Mwk1=164.40.225=36.99kN.m Mwk2=15.210.225=3.42 kN.mB轴 Mwk3=266.50.225=59.96 kN.mMwk4= 19.890.225=4.48 kN.m中跨梁自重标准值 梁自重 0.35（0.5-0.12）25=3.33 kN.m 抹灰 （0.5-0.12）20.0217=kN.m 中跨梁自重标准值 3.59 kN/m24.2.3楼面框架梁: 楼面均布恒载：30厚水磨石面层 0.65 kN/m2120厚现浇钢筋混凝土楼板 0.1225=3 kN/m220厚板底抹灰 0.0217=0.34 kN/m2 楼面均布恒载标准值 3.99 kN/m2内隔墙自重240厚加气混凝土砌块 0.247.5=1.8 kN/m220厚砂浆双面抹灰 0.02172=0.68 kN/m2内隔墙自重标准值 （横向） 2.48（3.6-0.5）=7.69 kN/m （纵向） 2.48（3.6-0.7）=7.19 kN/mAB跨楼面梁上恒载标准值 gk1=3.93.99=15.56 kN/mgk3=7.19+5.47=12.66 kN/mBC跨楼面梁上恒载标准值 gk2=0办公楼楼面活荷载标准值为 2.0 kN/m2AB跨楼面梁上活荷载标准值为qk1=3.92.0=7.8 kN/mBC跨楼面梁上活荷载标准值为 qk2=04.2.4楼面纵向梁传来作用于柱顶的集中荷载： 外纵墙自重标准值墙重 (7.82.9-2.11.82) 2.48=37.35 kN窗重 1.8 2.11.02=7.56 kN 合计 44.90kN内纵墙自重标准值 墙重 （7.82.9-0.92.12）2.28=46.73 kN 门重 0.92.11.02=3.78 kN 合计 50.51 kNA轴纵向框架梁传来恒荷载标准值 Gk1:外纵墙重 44.90 kN次梁上墙重 2.28(3.6-0.5) 3.9=29.99 kN纵向框架梁自重 4.027.8=31.37kN纵向次梁自重 2.643.9=10.30 kN楼面恒载传来 3.93.93.99=60.69 kN Gk1=177.25 kNB轴纵向框架梁传来恒荷载标准值 Gk2:内纵墙重 50.51 kN次梁上墙重 2.28(3.6-0.5) 3.9=29.99 kN纵向框架梁自重 4.027.8=31.37 kN纵向次梁自重 2.643.9=10.30 kN楼面恒载传来 3.93.9 3.99=60.69 kN7.81.2 3.99=37.35 kN Gk2=222.21 kNA轴纵向框架梁传来活荷载标准值 Qk1Qk1=3.93.92.0=30.42 kNB轴纵向框架梁传来活荷载标准值 Qk2Qk2=(7.81.2+3.93.9) 2=49.14 kNA轴纵向框架梁偏心产生的节点弯矩 Mk1=177.250.225=39.88kN.m Mk2=30.420.225=6.84 kN.mB轴纵向框架梁偏心产生的节点弯矩 Mk3=222.210.225=50.00kN.m Mk4=49.140.225=11.06kN.m图4.2 楼面梁恒荷载图图4.3 楼面梁活荷载图4.2.5柱自重：底层柱自重: 0.700.70285.3=72.72 kN其余各层柱自重： 0.700.70283.6=49.39 kN混凝土容重取28 kN/m2以考虑柱外抹灰重。5荷 载 作 用 下 的 框 架 内 力 分 析5.1风荷载作用下的框架内力分析及侧移验算5.1.1风荷载计算风荷载基本风压W0=0.45 kN/m2 ,风载体型系数s =1.3,风压高度变化系数按C类粗糙度查表，查得高度变化系数如下表所示表5.1 高度变化系数表地面高度/m51015203040z0.740.740.841.001.13结构在Z高度处的风振系数z可按下试计算z=1+z/z经计算查表得=1.23=0.437表5.2 z值层数高度 z933.61.058301.00726.40.94622.80.89519.20.82415.60.753120.7428.40.7414.80.74振型系数均取第一振型可得见表5.3表5.3 z值层数高度z933.61.008300.85726.40.73622.80.63519.20.43415.60.343120.2328.40.1314.80.04表5.4 z值层数高度z933.61.468301.41726.41.37622.81.34519.21.25415.61.223121.1528.41.0814.81.03由Wk=zsz W0 得Wk 见表5.5表5.5 Wk计算值层数高度Wk933.60.908300.82726.40.75622.80.70519.20.60415.60.543120.5028.40.4714.80.45Fi= WkA各层迎风面负荷宽度为7.8m，则各层柱顶集中风荷载标准值如表5.6 所示：表5.6 各层柱顶集中风荷载标准值层数高度/m各层柱顶集中风荷载标准值/ kN933.60.90(0.9+1.8)7.8=18.958300.823.67.8=23.03726.40.753.67.8=21.06622.80.703.67.8=19.66519.20.603.67.8=16.85415.60.543.67.8=15.163120.503.67.8=14.0428.40.473.67.8=13.2014.80.45(1.8+2.4)7.8=14.74图5.1 风荷载计算简图5.1.2柱的侧移刚度c柱侧移刚度修正系数 梁柱线刚度比值=ib/ic(底层) =ib/2ic(一般层)c=（0.5+）/（2+）(底层) c=/（2+）(一般层) D=cic12/hc2表5.7 底层柱的侧移刚度柱 (N/mm)边柱（2根）0.6800.44021315中柱（2根）1.4840.56927565=（21315+27565）2=97760 N/mm表5.8 其余层柱侧移刚度柱 (N/mm)边柱（2根）0.4620.18829036中柱（2根）0.5040.20131043 =120158N/mm 5.1.3风荷载作用下的侧移验算水平荷载作用下框架的层间侧移可按下式计算 ui=vi/各层的层间侧移值求得以后，顶点侧移为各层层间侧移之和。框架在风荷载作用下的侧移计算见表3.9：表5.9 框架在风荷载作用下的侧移层次各层风荷载pi/ kN层间剪力Vi /kN侧移刚度 （kN/m）层间侧移ui/mui/h918.9518.951201580.000161/22500823.0341.981201580.000351/10286721.0663.041201580.000521/6923619.6682.701201580.000691/5217516.8599.551201580.000831/4337415.16114.711201580.000951/3789314.04128.751201580.001071/3364213.20141.951201580.001181/3050114.74159.69977600.001301/2769框架总侧移u=ui=0.00705m层间侧移最大值为1/2769，小于1/550，满足侧移限值。5.1.4风荷载作用下的框架内力分析（D值法）第九层A轴线柱：求柱剪力：因D /D =29036/120158=0.242,则V=18.950.242=4.59 KN反弯点高度：由K=0.462,查得y0=0.2311=1.0,y1=0, 3=1.0, y3=0,柱顶不考虑y2 ，则y= y0+ y1+ y2=0.231柱端弯矩： 柱顶MA98=(1-0.231)3.64.59=12.71kN.m 柱底 MA89=0.2313.64.59=3.82kN.mB轴线柱：柱剪力：因D /D =31043/120158=0.258 则V=18.950.258=4.89kN反弯点高度：由K=0.504,查得y0=0.2521=1.0,y1=0, 3=1.0, y3=0,柱顶不考虑y2 ，则y= y0+ y1+ y2=0.252柱端弯矩： 柱顶 MB98=(1-0.252) 3.64.89=13.17kN.m 柱底 MB89=0.2523.64.89=4.44 kN.m其余各层计算过程见表3.10所示：梁端弯矩由下式求得：-节点处左右的梁端弯矩；-节点处柱上下端弯矩； -节点左右的梁的线刚度。由梁端弯矩进一步求得梁端的剪力，具体计算过程如下表5.11所示表5.10 D值法计算柱端弯矩层数A轴B轴D/DV(KN)Y(m)Mc上(KN.m)Mc下(KN.m)D/DV(KN)Y(m)Mc上(KN.m)Mc下(KN.m)90.2424.590.23112.713.820.2584.890.25213.174.4480.24210.160.35023.7712.800.25810.830.35225.2613.7270.24215.260.40033.0021.970.25816.260.40235.0023.5360.24220.020.43141.0131.060.25821.330.45042.2334.5550.24224.100.45047.7239.040.25825.680.45050.8541.6040.24227.770.45054.9944.990.25829.590.45258.3848.1530.24231.170.50056.1156.110.25833.210.50059.7859.7820.24234.360.55055.6668.030.25836.620.55059.3272.5110.21837.570.76946.00153.120.28240.420.75053056160.67表5.11 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次AB跨梁BC跨梁柱轴力Mb左Mb右L层数Mb左Mb右L层数Mb左Mb右912.76.07.8912.76.07.8912.76.0827.613.67.8827.613.67.8827.613.6745.822.37.8745.822.37.8745.822.3663.030.17.8663.030.17.8663.030.1578.839.17.8578.839.17.8578.839.1494.045.87.8494.045.87.8494.045.83101.149.47.83101.149.47.83101.149.42111.854.67.82111.854.67.82111.854.61114.057.87.81114.057.87.81114.057.8柱轴力前的正负号表示风荷载可左右两方向作用于框架，当风荷载反向作用于框架时，轴力将变号。框架在左风荷载作用下的弯矩如图5.2所示：图5.2 左风荷载作用下的弯矩图图5.3 左风荷载作用下的轴力图5.2恒荷载作用下框架内力分析 梁端、柱端弯矩采用分层法计算。分层法除底层以外，其余各层柱的线刚度应乘以0.9的修正系数，且传递系数，由1/2改为1/3，以考虑假设的柱上下端与实际情况的出入由于结构和荷载均对称，故计算时可用半框架。5.2.1梁固端弯矩 顶层：AB跨 q=22.04+5.47=27.51 kN/m±ql2 /12=±27.517.82/12=139.5 kN.mBC跨 q=3.59 kN/m- ql2 /3=-1.7kN.m其余层：AB跨 q=5.47+7.67+15.56=28.7 kN/m±ql2 /12=±28.77.82/12=145.5 kN.mBC跨 q=3.59 KN/m- ql2 /3=-1. KN.m5.2.2 弯矩分配系数图5.4 顶层弯矩分配系数图5.5 二八层弯矩分配系数图5.6 一层弯矩分配系数图5.7恒荷载作用下顶层弯矩分配 图5.8 恒荷载作用下二八层弯矩分配图5.9 恒荷载作用下底层弯矩分配各层弯矩图：图5.10 恒荷载作用下顶层弯矩图图5.11 恒荷载作用下二八层弯矩图图5.12 恒荷载作用下底层弯矩图表5.12恒荷载作用下的梁剪力和柱轴力层次荷载引起的剪力弯矩引起的剪力总剪力柱轴力AB跨BC跨AB跨BC跨AB跨BC跨A柱B柱/kN/kN/kN/kN/kN/kN/kNNuNlNuNl9107.34.3-1.40105.9108.74.3270.3319.7379.5428.98110.14.3-0.50109.6110.64.3606.6656766815.47110.14.3-0.50109.6110.64.3942.9992.31152.51201.96110.14.3-0.50109.6110.64.31279.21328.615391588.45110.14.3-0.50109.6110.64.31615.51664.91925.51974.94110.14.3-0.50109.6110.64.31951.82001.223122361.43110.14.3-0.50109.6110.64.32288.12337.52698.52747.92110.14.3-0.50109.6110.64.32624.42673.830853134.41110.14.3-0.80109.3110.94.32960.73010.13471.53520.9竖向梁端调幅系数取0.8,跨中弯矩由调幅后的梁端弯矩和跨内实际荷载求得。顶层：AB跨梁端弯矩调幅后，MA=O.8 120.3=96.2 kN.mMB=0.8 131.4=105.1 kN.m跨中弯矩MAB=(-96.2-105.1)/ 2 +1/8 27.517.82 =83.25 kN.m同理，BC跨，跨中弯矩MBC=-14 kN.m8层：MAB=73.2 kN.mMBC= -4.4 kN.m37层：MAB=74.8 kN.mMBC=-5.8 kN.m 2层：MAB=74.4 kN.mMBC=-5.4 kN.m 1层 MAB=78.7 kN.mMBC=-9.8 kN.m综合以上弯矩图用分层叠加法得恒荷载作用下弯矩图见图3.125.3可变荷载作用下框架内力分析采用满布荷载近似法考虑活荷载不利布置的影响，内力分析方法采用分层法计算，分层法除底层以外，其余各层柱的线刚度应乘以0.9的修正系数，且传递系数，由1/2改为1/3，以考虑假设的柱上下端与实际情况的出入。梁固端弯矩AB跨 q=7.8=39.55 kN·m (5.3a)图5.13 恒荷载作用下弯矩图 图5.14 活荷载作用下顶层弯矩分配图5.15 活荷载作用下二八层弯矩分配 图5.16活荷载