高层框架剪力墙结构办公楼毕业设计计算书.doc

目 录摘 要1ABSTRACT2前言3第一章建筑设计41.1建筑总体设计41.2建筑平面设计41.2.1首层平面图41.2.2标准层平面图41.3建筑立面设计41.4建筑剖面设计51.5垂直交通设计5第二章 结构设计62.1结构计算单元的确定62.1.1主要构件选型及尺寸初步估算62.2荷载计算92.2.1荷载汇集92.3竖向荷载作用下框架结构的内力的计算112.3.1恒荷载计算122.3.2活荷载计算132.3.3内力计算142.4横向水平载荷作用下框架结构内力和侧移计算262.4.1横向框架侧移刚度计算262.4.2横向风载荷作用下的框架结构内力和侧位移计算292.4.3横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算382.5横向框架内力组合632.5.1结构抗震等级的确定632.5.2框架梁内力组合632.5.3框架柱内力组合632.6框架截面设计712.6.1 框架梁截面设计712.6.2 框架柱截面设计722.6.3 框架梁柱节点核芯区设计752.7楼板配筋计算782.7.1角区格B1计算792.7.2边区格B2计算802.7.3边区格B3计算822.7.4中间区格B4计算832.8楼梯配筋计算872.8.1梯段斜板的配筋计算872.8.2平台板的配筋计算882.8.3平台梁的配筋计算88第三章 基础部分设计903.1基础类型的选择及分析903.2确定基础埋深913.3选择桩型913.4单桩承载力的计算和桩数的确定913.4.1计算单桩承载力913.4.2桩数的确定和布置913.5单桩承载力验算及桩顶竖向力设计值933.6基础结构设计933.6.1桩身设计933.6.2承台设计94参考文献98附录A99后记106摘要本设计主要是做一幢钢筋混凝土结构的高层生产综合楼。设计以结构设计为主，仅涉及一部分建筑设计。此次设计的目的：1.掌握建筑设计的内容、方法和步骤、充分考虑影响设计的各种一因素。2.熟悉且正确的使用各种规范、标准。3.培养综合运用所学知识能力，掌握现行规范、规程，明确建筑设计的基本程序和设计要领。4.掌握高层结构的计算方法和构造要求等等。通过对高层生产综合楼的设计，掌握结构竖向荷载的计算方法、水平风荷载、水平地震荷载的计算方法、学会用力矩分配法计算荷载的弯矩、学会梁平法、柱平法、梁板配筋的计算，同时学会用PKPM进行电算，使得手算与电算进行对比，以查找不足之处。通过此次设计，在老师的帮助下，我完成了自己的毕业设计，学会了与高层生产综合楼相关的一系列知识，并举一反三，融会贯通，可以进行高层结构的其他设计。关键词：竖向荷载；水平风荷载；水平地震荷载；混凝土工程AbstractThe origin mainly design is to do a key figures that the reinforced concrete is structural transact the building.Design medium structure design is a lord, involving one part of building designs only.This purpose of design:1, control the contents, method and steps of the building design and consider various one factor that influence design well.2, acquaint with and use various norm rightly, standard 3, foster the knowledge ability that comprehensive usage learn, control the current norm, the rules distance, the basic procedure of the explicit building design and design the main theme 4, control the key figures the calculation method of the structure and construct to request the etc.Pass the design that transacts to the key figures, control the structure toward the calculation method, the level breeze lotus that the lotus carry carry, the level earthquake lotus carry of calculation method, academic association use the curved that a method of calculation lotus carry, the even method, the beam plank of even method, pillar of the academic association beam go together with the calculation of the mastering to make use of the computer to carry on at the same time machine-readable, make calculate to carry on the contrast with COBOL, to check the place of seek the shortage.Pass this time design, under the teacher's help, I completed own graduation design, master to transact the related and a series of knowledge of building with key figures, and draw inference from one example, integrate, can carry on the key figures' other design of the structure.This design of unique shortage of be placed in in did not carry on all constructions organization design through, carried on only among them of a part- reinforced concrete engineering.Key words：the carries toward lotus;the level breeze lotus carry;the level earthquake lotus carry;reinforced concrete engineering前言现代科学技术的高速发展把我们带入了一个全新的信息时代，加快了工作与生活的节奏，因此，如何使今天的办公环境成为高效率传递与处理来自四面八方的大量信息，适应现代办公方式的有效场所，换言之，即如何设计现代办公楼，已成为当今建筑师和有关专家多研究的重要课题之一。国外现代办公楼设计可追溯到十九世纪，产业革命伴随着科学技术进步，钢材用于建筑、电话用于通讯、电灯用于照明，而电梯解决了高层建筑内的垂直交通问题，这一切都为办公楼实现各种现代化功能创造了必要的条件。直至八十年代，科学技术与经济的发展使得装备以形形色色的现代化设施、实现各种复杂的综合性功能成为现代办公楼设计的发展趋势。当今世界办公楼发展日新月异，它的设计具有很强的科学性、技术性、与现代信息技术、人体工程学、心理学等有密切联系、，成为专门研究的课题。办公室时脑劳动者管理和生产信息的部门。为了保证高效率，以求在高速竞争的社会中立于不败之地，办公楼的投资者和设计者将最先进的信息情报手段引进办公室的设计内；为了给工作人员提供各种方便核安全保障，将各种自动管理、总动控制体系用于办公楼的设计水平，使得整个办公楼设计成为多种学科的综合科技成果。可以这样说，先进办公楼的设计水平，从侧面反映这个国家的科学、技术、经济发展水平。国外办公楼发展动向可以归纳为以下几点：1.向高层发展；2.向综合性发展；3.向灵活性发展；4.向智能化发展。其中以最后一点为现代办公楼的主要特征。随着我国工业生产迅速发展，城市用地日趋紧张，大城市中的办公楼有向高层发展的趋势。钢筋混凝土结构体系的发展，为高层办公楼提供了新的平面布局条件，其中核心式的建筑布置方式、及把楼梯、电梯间、卫生间等放在平面的中心部位把办公室放在周围这种形式成为近年来国内高层办公楼的布局模式。第一章建筑设计本工程是拟于杭州市某高层生产综合楼。总建筑面积13462,三级抗震，单一办公楼群体，用于办公和精密仪器检测之用，以满足人们日益提高的物质生活和精神生活的需要。本建筑为本建筑为二类建筑,耐火等级为二级。1.1建筑总体设计本次设计主要是做一幢框架结构的高层生产综合楼的设计。以下是该工程的工程概况：某高层生产综合楼，共13层（包括构架层），一层层高为4.5m，213层层高3.6m，总高度为47.8m。三进深为8.5m，2.4m、8.5m，开间大小基本一致，见图可视。总长57.6m，结构平面、立面、剖面及节点祥图见图。框架及楼板均采用现浇混凝土结构。本工程建于6度抗震设防地区。二类场地土，抗震等级为三级，基础采用先张法预应力混凝土管桩基础。本工程框架柱截面及材料选用如下：16层为C35混凝土，其他层采用C30混凝土，框架梁截面均采用C30混凝土。1.2建筑平面设计1.2.1首层平面图设计的交通核心集中在建筑两部分的中轴处，路线分明。其他服务设施分布在次要且必须符合人们应用习惯的位置，主要有检测室、接待室、办公室等；设计力求雄伟壮观,采光充分、交通方便、环境舒适。1.2.2标准层平面图标准层设计是一个很重要的部分，在标准层设计中主要含两大内容，一是使用空间，二是交通空间；在充分考虑生产综合楼采光要求的同时，再结合结构设计，使得房间采光充足，使用方便，合理布置垂直交通系统,交通便利,满足人流,物流的要求.1.3建筑立面设计立面设计时首先提高各部分的比例关系，考虑建筑整体的几个主要面的统一，相邻立面之间的连接与协调，然后着重分析各立面的处理，门窗的调整安排，最后对入口建筑装饰等作进一步处理。在建筑立面上，充分考虑节奏的韵律和虚实对比。相同构件或门窗作用规律的重复变化，给人们在视觉上得到类似音乐诗歌中节奏韵律的感受效果。立面的节奏感，在门窗的排列组合上，墙面的划分中表现得较为突出。虚实对比即形体凸凹的光影效果，形成比较强烈的明暗对比关系。不同的虚实对比，给人们不同的舒适感觉。材料质感和色彩的选择、配置是使建筑立面进一步取得丰富和生动效果的又一重要方面，本设计以深色与浅色对比的立面色调，用相应色泽的波动表现，给人以节奏明快清新的感觉。1.4建筑剖面设计建筑剖面图是表示建筑物在垂直方向上各部分的组合关系。剖面设计主要分析建筑物各部分应有的高度、建筑层数、建筑空间的组合以及利用、建筑剖面中的结构、构造关系等，它和房屋的使用造价和节约用地等有密切关系。也反映了建筑标准的一个方面，它和平面的联系比较密切。在本高层生产综合楼建筑设计中首层层高4.5m，标准层层高为3.6m。电梯布置在中部，楼梯布置在电梯与综合楼的一端。1.5垂直交通设计对于高层来讲, 主要垂直交通工具是电梯.因此,对电梯和楼梯的布置与选用，将决定此建筑物的合理使用，各空间的利用效率及工程造价等一些方面的问题布置原则与方式：第一.以安全疏散为主,在主要出入口处楼梯与电梯并存,设置至少一部的消防电梯,同时,布置时考虑结构对称等问题,布置为主入口为一部电梯,一部楼梯;左侧入口设一部楼梯。平面任一点至电梯、楼梯出口的距离均不大于15m，满足了高层建筑的防火要求，垂直交通系统位于建筑物的中心及两侧，形成了建筑物的垂直交通系统的网络；第二.充分考虑人流,物流的问题,使用时感到方便；第三.主要通道与电梯隔开，避免人流高峰时相互影响，并考虑防火问题，分隔区域，同时，电梯经避开主要通道而设在靠外墙一侧。第二章结构设计2.1结构计算单元的确定2.1.1主要构件选型及尺寸初步估算1.主要构件选型柱网：本综合楼采用柱距为7.8m的内廊式柱网，边跨8.5m,中间跨2.4m。标准层层高为3.6m,如下图所示：图2-1 柱网布置图框架结构的承重方案竖向荷载的传力途径：楼板的均布活载和恒载经次梁间接或直接传至主梁，再由主梁传至框架柱，最后传至地基。Ly/lx=3.9/3.8=1.03<2 故现浇楼板为双向板Ly/lx=4.35/3.6=1.21<2 故现浇楼板为双向板Ly/lx=3.9/2.4=1.63<2 故走道现浇楼板为双向板综上，采用纵横框架承重。图2-2 框架结构计算简图图2-3 横向框架组成的空间结构简图2.梁柱截面尺寸估算梁、板、柱截面尺寸的初步确定(1)梁 DE跨（FG跨）l=8500mmhb=(1/101/18)l=850472mm，取h=750mmb=(1/21/3)h,且b200mm,取b=350mm即b×h=350×750mmEF跨l=2400mmhb =(1/101/18)l=240133mm，取h=750mmb=(1/21/3)h,且b200mm,取b=350mm即b×h=350×750mm纵梁l=7800mmhb =(1/101/18)l=780433mm，取h=700mmb=(1/21/3)h,且b200mm,取b=300mm即b×h=300×700mm次梁l=8500mmhb =(1/101/18)l=850472mm，取h=500mmb=(1/21/3)h,且b200mm,取b=250mm即b×h=250×500mm（2）现浇民用建筑板厚，且mm故取板厚为120mm各层重力荷载代表值近似取15KN/m3，一到六层选C35型混凝土fc=16.7N/,七到十三层用C30型混凝土fc=14.3N/。三级抗震 （2-1）角柱： 边柱： 中柱： 角柱边柱中柱第七层开始变截面：角柱边柱; 中柱2.2荷载计算2.2.1荷载汇集1.屋面及楼面的永久荷载标准值屋面20厚1：3水泥砂浆保护层 20kN/m3×0.02=0.4 kN/m2CNR-922橡胶防水层 0.5 kN/m220厚1：4水泥砂浆找平层 20kN/m3×0.02=0.4 kN/m21：6煤渣混凝土找坡3% 20kN/m3×0.08=1.6 kN/m2150厚苯板保温 20kg/m3×0.15=3 kg/m2=0.03 kN/m220厚1：3水泥砂浆找平层 20kN/m3×0.02=0.4 kN/m2120厚钢筋混凝土楼板 25kN/m3×0.12=3.0kN/m213厚1：3水泥砂浆打底 25kN/m3×0.12=3kN/m25厚混合砂浆抹面，压实赶光 7kN/m3×0.005=0.085kN/m2 合计 5.5kN/m22.楼面地面面层（10mm面层，20mm水泥砂浆打底） 0.4 kN/m220厚1：3水泥砂浆找平层 20kN/m3×0.02=0.4 kN/m2120钢筋混凝土楼板 25kN/m3×0.12=3kN/m220厚1：3混合砂浆 17kN/m3×0.02=0.34kN/m2 合计 3.8kN/m23.屋面均布活荷载标准屋面和楼面板的荷载取自建筑荷载规范（GB500092001）。上人屋面均布活荷载标准值（主楼部分） 2.0 kN/m2不上人屋面均布活荷载标准值（裙房部分） 0.5kN/m2 4. 楼面等效均布活荷载标准值表2-1 楼面等效均布活荷载标准值房间名称荷载值（kN/m2） 分项系数准永久值系数走道2.51.40.4楼梯2.5（3.5）1.40.4电信间5.01.40.4展厅3.51.40.4电梯厅2.01.40.4培训室2.01.40.0接待室2.01.40.4会议室2.01.40.4办公室2.01.40.4卫生间2.01.40.4检测室2.01.40.4实验室2.01.40.0图书资料室5.01.40.4电梯机房7.01.40.45.雪荷载标准值基本雪压： 屋面积雪分布系数：（主楼部分）（裙房靠近主楼8m之内）（裙房靠近主楼8m之外）(主楼部分)(裙房靠近主楼8m之内)(裙房靠近主楼8m之外)6.风荷载标准值 (2-2)基本风压：，地面粗糙度类别B类7.建筑物四周围护墙及隔墙永久荷载标准值（按墙面面积计算）外墙（实墙）面砖： 0.65多孔240型砖墙 18.75×0.24=4.5kN/ 合计 5.15考虑到墙上开洞(按0.8折减) 5.15×0.8=4.12内墙 3.5裙房屋顶女儿墙(普通砖)多孔240型砖墙18.75×0.24=4.5kN/外墙外维护结构 1.5kN/2.3竖向荷载作用下框架结构的内力的计算取轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为7.8m，由于房间内布置有次梁，故直接传给该框架的楼面载荷如图中的阴影线所示，计算单元范围内的其余楼面载荷则通过次梁和纵向框架的中心线与助中心不重合，因此在框架节点上还作用有集中力矩。图2-4横向框架计算单元2.3.1恒荷载计算如图所示，代表横梁自重和内墙传给横梁的荷载，为均布载荷形式； ，和分别为房间和走道板传给横梁的梯形载荷和三角形载荷；、分别为由次梁，中纵梁，边纵梁传给柱的恒载，他包括梁自重，楼板重和墙等的重力载荷，、分别为边纵梁和中纵梁集中力传柱的过程中由于偏心产生的弯矩。图2-5 各层梁上作用的恒载对于构架层： =3.8×7.8=29.64kN/m,=3.8×2.4=9.12 kN/m,=5.257.8=40.95kN=6.475×7.8=50.51kN集中力矩：=50.51×对于第12层： =6.56 kN/m, =6.56 kN/m,=5.57.8=42.9 kN/m,=5.52.4=13.2 kN/m,=5.50.9=4.95 kN/m,=(3.91.94+3.81.952) 5.5+3.1257.8+3.1253.8=158.515kN=(3.91.92+1.22+3.81.95+2.41.2) 5.5+5.257.8+3.1253.1=155.331kN=(3.91.92+0.452+3.81.95+0.90.45) 5.5 +3.1257.8+3.1252.35=111.043kN=(0.452+0.90.45)5.5+6.4757.8+3.1250.45+5.777.8=115.108kN集中力矩： 其他层计算方法同第12层，计算过程从略。2.3.2活荷载计算活载荷作用下各层框架梁上的荷载分布如下图.图2-6 各层梁上作用的活载对于第12层： 集中力矩: 同理,在屋面雪荷载作用下: 集中力矩: 其他层计算方法同第12层,计算过程从略.将以上计算结果汇总,见表2-2和2-3表2-2横向框架恒载汇总表层次构架层6.66.640.9550.55.88.2126.66.642.913.24.9158.5155.3111.0115.113.231.171116.76.629.69.13.4106.6202.1179.7109.512.640.41616.76.629.69.13.4106.6202.1179.7109.523.550.5表2-3横向框架活荷载汇总表层次1215.6(3.51)4.8(1.08)1.8(0.41)37.05(8.34)38.07(8.57)28.85(6.57)9.92(2.23)1.14(0.26)7.61(1.71)71115.64.81.837.0538.0728.859.921.147.611615.64.81.837.0538.0728.859.922.139.522.3.3内力计算1.梁、柱线刚度的计算对构架层：边跨： 分配系数：梁：柱：中跨： 分配系数：梁：柱：对712层：边跨： 分配系数：梁：柱：中跨：分配系数：梁： 柱：对6层：边跨： 分配系数：梁：柱：中跨： 分配系数：梁：柱：对25层：边跨： 分配系数：梁：柱：中跨： 分配系数：梁：柱：对底层：边跨： 分配系数：梁：柱： 中跨： 分配系数：梁：柱：2固端弯矩的计算:梯形和三角行荷载将其转化为等效均布荷载。梯形荷载 三角形荷载 （1）恒荷载产生的固端弯矩：构架层为例计算梁的固端弯矩 DE跨:EF跨:其他层计算方法同构架层,计算过程从略。图2-7 恒载作用下的横向框架弯矩的二次分配法图2-8恒载弯矩图梁端剪力的计算图2-梁端剪力示意图 （2-3） （2-4）柱轴力计算图2-10柱轴力示意图 边柱（上）： （2-5）中柱（上）： （2-6）边柱（下）： （2-7）中柱（下）： （2-8）计算结果见表2-4表2-4恒载作用下梁端剪力及柱轴力（kN）层次荷载和弯矩引起的剪力总剪力柱轴力DE跨EF跨DE跨EF跨D柱E柱1331.2（）9.829.632.89.8119151.4127171.112189.3（）15.9182.1196.315.9535.4567.8573.1617.211244（10.7238.5249.510.71017.81050.21068.21112.310243.7（）11.1237.5249.911.11497.21529.61565.31609.49243.5（）11.4237.3249.711.41974.620072060.42104.58243.6（）11.8238249.211.824522484.42555.52599.67243.4（）12.1238.2248.612.12930.42962.83052.63096.76249（）12.6252.6245.412.634743531.63542.73600.35247.7（）12.7248.424712.74012.64070.24055.34112.94248（）13.3249.4246.613.34552.24609.84567.94625.53248（）13.6249.3246.713.65092.85150.45081.55139.12248.2（）14.0249.8246.614.05635.456935595.15652.71261.7（）24.5 267.3256.124.564716552.66163.76245.3（2）活荷载产生的梁端弯矩：以第12层为例计算梁的固端弯矩 DE跨：=-7.9EF跨：=-4.2其他层梁固端弯矩计算方法同第12层，计算过程从略。图2-11 活载作用下的横向框架弯矩的二次分配法图-12 活载弯矩图梁端剪力的计算图2-13 梁端剪力示意图 （2-9） （2-10）柱轴力计算图2-14 柱轴力示意图边柱（上）： （2-11）中柱（上）： （2-12）边柱（下）： （2-13）中柱（下）： （2-14）计算结果见表2-5表2-5 活载作用下梁端剪力及柱轴力（kN）层次荷载和弯矩引起的剪力总剪力柱轴力DE跨EF跨DE跨EF跨D柱E柱133.10.11.64.60.122001245.9（0.1）3.145.846.03.1676788881146.12.746.345.92.713213217717710463.046.245.83.01981982662669463.146.245.83.12642643553558463.246.345.73.2329329444444745.93.246.045.83.23943945335336473.248.645.43.2462462620620546.83.248.145.53.2529529707707446.93.348.045.83.3596596795795346.83.347.646.03.3662662883883246.84.447.546.14.4729729972972146.54.947.245.84.9812812106310632.4横向水平载荷作用下框架结构内力和侧移计算2.4.1横向框架侧移刚度计算横梁线刚度计算过程见表2-6；柱线刚度计算过程见表2-7。表2-6横梁线刚度计算表类别层次 /（N/）/边横梁112 走道梁112表2-7柱线刚度计算表层次1 26 711 表2-8计算表柱侧移刚度按式 计算，现以第2层E-7柱的侧移刚度计算为例，说明计算过程，其余柱的计算过程从略，计算见表2-8及2-9。 由式 表2-9 中框架柱侧移刚度值层次边柱（12根）中柱（12根）7120.9650.33275012.660.57886671394016260.2900.13360211.490.43119145186199210.4100.38370000.820.4745764993168表2-10 中框架柱侧移刚度值层次 7121.5000.43172803.2900.6251667275788260.6900.26227500.9900.339123945595610.9800.50153891.4000.5654463279408将上述不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，即得框架各层层间侧移刚度，见表2-11。表2-11横向框架层间侧移刚度层 次126712127257623179481669804由表2-11可见，故该框架为不规则框架.2.4.2横向风载荷作的框架结构内力和侧位移计算1.风载荷标准值基本风压，查规范得知： µs=0.8(迎风面)和µs=-0.5（背风面），B类地区。高层建筑（钢筋混凝土结构）具体结构（钢筋混凝土框架结构） =0.25+0.53=0.64s高层建筑满足以下三个条件：(1)高度H>30m(2)H/B=44.4/19.4=2.3>1.5(3)可忽略扭转影响时,可以用公式计算 () 且H=44.1m可以确定取轴线横向框架，其负载宽度为7.8m,得房屋方向的分布风