宁夏石嘴山市星瀚集团办公楼设计 毕业设计.doc
摘 要 毕业设计是对即将毕业的学子自身学习成果的综合性总结与锻炼,也是全面提高自身专业知识和培养一定创新能力的过程。在毕业设计中可以更好的利用理论知识分析与完成设计以增加理论经验。 此次毕业设计题目为“宁夏石嘴山市星瀚集团办公楼设计”。内容包括本办公楼的总体概况,荷载的计算(包括恒载、活载、及地震作用),框架内力计算,框架内力的组合,梁、柱截面设计。 在整个毕业设计的过程中,在老师的指导下,重新整合了建筑工程专业学习到的建筑制图、房屋建筑学、AutoCAD、天正建筑、建筑力学、结构力学、钢筋混凝土结构设计、抗震设计等知识。在设计过程中能够接触到规范、建筑图集和参考书籍,学习到课本以外的比较实用的理论知识,而且从中培养了我们查阅资料、自学的能力。这些对我们即将走向工作有很大的帮助。 毕业设计的内容主要以手算完成的,结合了CAD、天正建筑的绘制。由于知识水平有限,可能会出现个别的因疏忽造成的错误,敬请各位老师批评指正。关键词:框架结构;建筑设计;结构设计;配筋Abstract Graduation design is for graduating students their learning outcomes of a comprehensive summary and exercise, and comprehensively improve their professional knowledge and develop the innovative ability of a certain process. In the graduation design can be done better use of theory analysis and design to increase the theoretical experience. The graduation design topic for "star ningxia shizuishan group office building design". Contents include the general situation of the office building, the calculation of load (including the constant load, live load and seismic action), frame internal force calculation, the combination of frame internal force, beam and column section design. In the process of the graduation design, under the guidance of the teacher, learned to integrate the building engineering construction drawings, architectural design &construction, AutoCAD, tarch, construction mechanics, structural mechanics, reinforced concrete structure design, seismic design and other knowledge. In the design process can come into contact with the specification, construction atlas and reference books, learn to the textbooks of practical theory of knowledge, but also to cultivate the we check data, self-study ability. These coming to work has a great help to us. Most of the content of the graduation design is done by hand, combined with CAD, tarch drawing. May arise due to the limited knowledge level, individual because of negligence error, please the teacher comment.Key words: frame structure; Architectural design; Structure design; reinforcement目 录摘 要IAbstractII目 录III1 绪论11.1设计依据11.2设计规模11.3各部分工程构造11.3.1屋面做法11.3.2楼面做法11.3.3墙体做法11.3.4厕所做法1 1.3.5门窗做法12结构方案设计22.1设计资料22.2结构设计23荷载计算33.1初估梁柱截面33.1.1初步确定柱的截面尺寸33.1.2初步确定梁的截面尺寸3 3.1.3楼板厚度确定33.2荷载计算3 3.2.1结构选型33.2.2荷载汇集53.2.3各层梁、柱、墙、门窗重力荷载计算64水平荷载作用下的框架内力分析114.1 梁的线刚度114.2框架柱侧移刚度计算114.2.1柱线刚度114.2.2 柱的侧位移刚度D计算11 4.3 水平地震作用分析12 4.4 横向地震作用计算12 4.5 验算框架层间弹性位移角13 4.6 水平地震作用下框架柱剪力和弯矩计算145竖向荷载作用下框架内力分析175.1梁柱转动刚度计算175.2荷载计算及计算简图185.3恒载作用下梁端固端弯矩计算185.4活载作用下梁端固端弯矩计算185.5恒(活)载作用下框架梁端剪力计算205.6恒(活)载作用下框架柱轴力计算226内力组合26 6.1框架梁内力组合:26 6.2框架柱内力组合267 截面设计34 7.1 框架梁的配筋计算34 7.2框架柱的配筋计算477.2.1柱的配筋计算487.2.2柱斜截面受剪承载力计算51参考文献53结束语54致谢55附录561 绪论1.1设计依据 (1)总图制图标准(GB/T 50103-2010) (2)房屋建筑制图统一标准(GB/T 50001-2010) (3)建筑设计防火规范(GB50016-2006) (4)民用建筑设计通则(GB50352-2005) (5)建筑结构荷载规范(GB 50009-2012) (6)混凝土结构设计规范(GB 50010-2010) (7)建筑地基基础设计规范(GB50007-2011) (8)建筑结构抗震规范(GB 50011-2011) (9)建筑设计资料集(13) (10)钢筋混凝土设计手册1.2设计规模 本次设计题目为“石嘴山市星瀚集团办公楼设计”,建筑面积:3000.88,结构共4层,每层3.6m。室内外高差0.45m,室外地面标高为-0.45m。1.3各部分工程构造1.3.1屋面做法 屋面采用不上人屋面,由上至下,依次为: 防水层:SBS高聚物改性沥青防水卷材 找平层:20mm厚1:3水泥砂浆 保温层:120mm厚水泥珍珠岩 找坡层:30mm厚水泥焦渣 结构层:120mm厚钢筋砼现浇板 10mm厚板底抹灰 1.3.2楼面做法 12mm厚水磨石地面 20mm厚水泥砂浆找平 石混凝土垫层 120mm厚钢筋砼现浇板 10mm厚板底抹灰 1.3.3墙体做法 外墙采用240厚加气混凝土砌块,外墙面贴瓷砖,内墙面抹灰。保温层采用水泥蛭石30厚。内墙采用240厚加气混凝土砌块,两面抹灰。采用M5混合砂浆砌筑。1.3.4厕所做法 墙裙高铺瓷砖,墙面抹灰,地面为防滑地板砖,设有地漏。1.3.5门窗做法 门厅处为玻璃门,其他均为木门。双推拉铝合金窗,单层玻璃全封闭窗。1.4选题的目的及意义1.4.1选题的目的 毕业前的最后一次大型的课程设计,也许也是最后一次在老师的指导下学习,专业决定了我们将来要从事的工作,运用我们所学的专业知识来指导将来建筑物的设计,施工,管理等各个环节。毕业设计的实质性目的就是让我们深入了解工程建设设计与施工的过程,对一般框架类型的房屋有更深刻的认识,以自己的课题出发,学会应用知识于现代建筑的具体实践之中,从设计之中来提升自己的能力,获取间接经验。通过综合运用所学的理论知识和技能,解决教学楼的建筑设计和结构设计方面的实际问题,为今后独立从事土建设计和施工打下基础。因此,本次毕业设计的选题为“石嘴山市星瀚集团办公楼设计”,采用钢筋混凝土框架结构体系。1.4.2选题的意义 为毕业后从事土木工程打好基础 进一步提高我们工程制图、理论分析、结构设计的能力 培养学生他是、细致、严格、认真和吃苦耐劳的精神 我们能将大学所学的知识串联起来 培养我们所学的基础理论和知识解决一般工程技术问题的能力 为今后的独立工作打下基础1.5设计现状和发展趋势 房屋建设对资源的占用和消耗是巨大的。就城市办公楼而言,据统计,城市建成区用地的50用于商业建设,而且随着城市化水平的提高,这一比例还会提高。混凝土结构使用历史较长,它在性能及材料来源等方面有很多自身优点,发展速度很快,应用也最广泛,已从工业与民用建筑,交通设施转到了近海工程和海底工程等。我国应用混凝土的时间比较短,但目前钢筋混凝土结构在我国发展势头非常好,所以,深入了解混凝土的性能是非常必要的。框架结构是由梁和柱连接而成的,是如今常用的一种建筑结构,整体性比较好,一般用于小高层建筑,在10层以下,否则要加设剪力墙结构。纯框架结构在现代运用也较广泛。 近年来,由于人们对大跨度、大空间的要求,国内外正在推广使用预应力混凝土结构。预应力的使用大大减少了混凝土的用量。另外,由于地域的不同或是特殊功能的要求,新的防冻、防火等具有特殊性能的混凝土正在不断地被研发出来,相信未来混凝土的用途会越来越广泛。为了使办公楼建设步入资源节约的可持续发展道路,分别从基地环境、规划、建筑单体等方面研究城市住宅设计的节地策略,希望对城市住宅发展与土地资源紧缺的矛盾提供一些新思路。因此,办公楼的节地问题至关重要。在合理的情况下如何尽可能的节约利用土地,如何尽可能的提高土地的利用率,解决更多人的居住问题,具有重要的现实意义。1.6设计的主要内容1.5.1建筑设计部分 建筑设计就是根据任务书要求并结合相应的建筑设计规范以及实际情况确定预设建筑物的平面形状,立面外观,侧面外观,单层平面尺寸,以及建筑物的层数,完成建筑平面、剖面及立面设计;由功能分区的相关原则确定建筑物各部分的功能,最终初步确定出建筑设计部分。 结构设计类型为全现浇钢筋混凝土框架结构,填充墙为加气混凝土或粘土空心砖; 设计室内外高差为0.45-0.6m; 具体功能要求:建筑面积3000-4500m2,层数为4层,层高3.0-3.9m。 建筑构造要求:屋面采用有组织外排水;窗材料及开启方式自选;内外装饰为普通标准;卫生间墙面铺满瓷砖,地面为防滑地板砖,均设地漏。1.5.2结构设计部分 结构设计就是根据建筑设计方案级设计原始资料,选择结构体系,布置结构构件(柱网、框架柱、次梁、缝的设置,铺板方向等),进行结构计算,确定构建配筋,整理计算书并绘制结构施工图。设计计算部分 荷载计算,水平地震作用下的变形验算,建筑构件的配筋计算。取一榀典型横向框架计算,其余部分可用计算机软件计算校核。 在地震荷载作用下的杆件内力计算; 在竖向荷载作用下框架各个杆件的内力; 内力组合; 梁、柱配筋计算; 结构设计图纸部分。1.7方案论证 这次毕业设计课题拟建于石嘴山市,工程用地面积3000多方米。本地块周边都为主要交通干道,人流交通较为密集。现在社会提倡绿色建筑设,不仅建筑本身要提倡环抱。包括建筑四周的环境在要体现绿色。所以在计中总体布局、空间组织、绿化环境的调配上更为重要,在环境空间上结合周边道路尽可能多以绿化、景观水景为亮点,使园林绿化与建筑形成有机的结合,营造一个良好的工作环境,建筑的外立面也同样采用节能设计。 建筑的美丽体现在他的外表,也就是外立面的设计上,在结合现代派的设计理念上,以简单的线、面来表现建筑的刚性美,在配以建筑内部照明的窗来柔和过于刚性的视觉感,大到钢柔并进。但毕竟是土木工程课程而非建筑学,再华丽的外表也要有内在的美来寸托。 本课题为办公楼建筑因此在结构设计上采用混凝土框架结构能灵活布置及使用空间,也同时满足建筑设计要求。框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体系的结构,即由梁和柱组成框架共同抵抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。并采用结构的填充墙,仅起到围护和分隔作用。框架结构的主要优点是:空间分隔灵活,自重轻,有利与抗震,建筑材料节省;具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点,利于安排需要较大空间的建筑结构,所以适合用于办公室的分布格局,组成各个独立的空间;框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化,便于采用装配整体式结构,以缩短施工工期;采用现浇混凝土框架时,结构的整体性、刚度适宜,也能达到较好的抗震效果,而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状。框架结构体系的缺点为:框架节点应力集中显著;框架结构的侧向刚度小,属柔性结构框架,在强烈地震作用下,结构所产生水平位移较大,易造成严重的非结构性破性;钢材和水泥用量较大,构件的总数量多,吊装次数多,接头工作量大,工序多,浪费人力,施工受季节、环境影响较大;不适宜建造高层建筑,框架是由梁柱构成的杆系结构,其承载力和刚度都较低,特别是水平方向的(即使可以考虑现浇楼面与梁共同工作以提高楼面水平刚度,但也是有限的),它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁,其总体水平位移上大下小,但相对与各楼层而言,层间变形上小下大。因此设计时提高框架的抗侧刚度及控制好结构侧移为重要因素。 办公楼的安全、健康和舒适:在办公环境中,对雇主来说,最大的一笔支出费用就是办公室中这些雇员的工资。这类支出一般来说超过设备租赁费和所耗用的能源费用。因此,在高效能办公室中,员工的健康、安全和舒适是最最重要的问题。在正在形成中的新一代先进办公室中,这些问题已经被应该被重视,如,提高新鲜空气流通率,采用无毒、低污染材料和系统等。当办公室职员被提供了令人鼓舞的、充满活力的工作环境后,员工满意度和业绩提高了。提高工作场所满意度能够得益于此。2结构方案设计2.1设计资料 本工程地震设防烈度为八度第二组,地震加速度为0.2g,场地土类别为类,丙类建筑,地基基础设计等级为丙级,气象资料为基本风压W0=0.3KN/m2;水文资料为勘察范围内未见地下水,最大冻土深度为1.2m,地质资料为本工程地质情况自上而下依次为: 杂填土,层厚1.2m,地基承载力fak=100Kpa Es=6.0Mpa 粉土,层厚1m,地基承载力fak=130Kpa Es=9.0Mpa 卵石,勘察范围内未见底,地基承载力fak=500Kpa Es=32Mpa。2.2结构设计 本工程为钢筋混凝土现浇框架结构。楼板均采用现钢筋混凝土板,楼梯为现浇板式楼梯。施工:梁、板、柱均现浇材料情况:非承重加气混凝土砌块;砂浆等级M5;混凝土:C30。纵向受力钢筋:HRB335级(梁);HRB335级(柱);箍筋:HPB300级钢筋。3荷载计算3.1初估梁柱截面3.1.1初步确定柱的截面尺寸 由轴压比限值条件N/fcA0.8((二级框架)(框架柱的负荷面积内每平米按12kN/m2初估)A 0.8fc 初估:柱截面:. 3.1.2初步确定梁的截面尺寸 梁截面 主梁: 边跨取, 取中跨取.且b不小于0.5倍柱宽且不小于250 取3.1.3 楼板厚度确定取3.2荷载计算3.2.1结构选型 结构选型是一个综合性问题,应选择合理的结构形式。根据结构受力特点,常用的建筑结构形式有:混合结构、框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构(一般剪力墙结构、筒体剪力墙结构、筒中筒剪力墙结构)等。混和结构主要是墙体承重,由于取材方便,造价低,施工方便,我国广泛地应用于多层民用建筑中,但砌体结构强度低、自重大、抗震性能较差,一般用于7层及7层以下的建筑。框架结构是由梁、柱构件通过节点连接形成的骨架结构,框架结构的特点是由梁、柱承受竖向和水平荷载,墙体起维护作用,其整体性和抗震性均好于混合结构,且平面布置灵活,可提供较大的使用空间,也可构成丰富多变的立面造型,但随着层数和高度的增加,构件截面面积和钢筋用量增多,侧向刚度越来越难以满足设计要求,一般不宜用于过高的建筑。 简图如图:图3.1 结构横剖面简图图3.2 结构布置简图3.2.2荷载汇集恒载屋面荷载:(不上人屋面)防水层:SBS高聚物改性沥青防水卷材 找平层:20mm厚1:3水泥砂浆 保温层:120mm厚水泥珍珠岩 找坡层:30mm厚水泥焦渣 结构层:120mm厚钢筋砼现浇板 10mm厚板底抹灰 楼面:12mm厚水磨石地面 20mm厚水泥砂浆找平 120mm厚钢筋砼现浇板 10mm厚板底抹灰 梁、柱重:考虑梁、柱上抹灰,取梁、柱自重。墙重:外墙面外抹灰贴面转 内墙面抹灰: 总墙重: 外墙: 内墙: 门、窗:门取0.2KN/m2,窗取0.4KN/m2。活荷载:厕所: 教室: 走廊、楼梯: 不上人屋面 3.2.3各层梁、柱、墙、门窗重力荷载计算梁重力荷载标准值表 3.1 梁重力荷载计算一览表层数构件B(m)H(m)(KN/m3)L(m)nG(KN)1-4层边横梁0.30.6251.05620567中横梁0.30.6251.05310141.75纵梁0.30.6251.0559.941132.11则每层梁重1840.86KN柱重力荷载标准值表3.2 柱重力荷载计算表层数B(m)H(m)(KN/m3)L(m)nG(KN)10.50.5251.054.05401063.1252-40.50.5251.053.640945门窗重力荷载标准值表3.3 门窗参数表类别门窗名称洞口尺寸门窗数量总计材料1234门M11000×24002820121272木门(0.2KN/m2)M21200×2400404412窗C11800×150026282828110钢框架玻璃窗(0.4KN/m2)C21500×1500888832C31200×150022228 一层门窗重力荷载标准值: 二层门窗重力荷载标准值: 三至四层门窗重力荷载标准值: 墙重:加气混凝土砌块取6KN/,外墙面瓷砖取0.5KN/,内墙面20抹灰取17KN/。 则首层墙重: 三至四层墙重: 首层墙重表3.4 首层墙面积计算位置长度(m)高度(m)门窗(m2)柱(m2)面积(m2)外纵墙A轴线59.92.9542.313.275121.13外纵墙D轴线59.92.9546.9813.275116.45外横墙、轴线152.9510.84.42529.025内纵墙B、C轴线51.52.9545.610.32596内横墙122.9501.47533.925表3.5 二层墙面积计算位置长度(m)高度(m)门窗(m2)柱(m2)面积(m2)外纵墙A、D轴线59.92.9542.313.275121.13外横墙、轴线152.9510.84.42529.025内纵墙B、C轴线51.52.9545.610.32596内横墙122.9501.47533.925 三层、四层墙重:表3.6 三、四层墙面积计算位置长度(m)高度(m)门窗(m2)柱(m2)面积(m2)外纵墙A、D轴线59.92.9542.313.275121.13外横墙、轴线152.9510.84.42529.025内横墙122.9501.47533.925内纵墙B、C轴线21.52.95184.42541表3.7 荷载汇总表一层二层三层四层楼面恒载(KN)4.9×886.93+36=4391.984.9×886.93=4345.964.9×886.93=4345.96楼面活载2×886.93=1773.862×886.93=1773.862×886.93=1773.86梁重1840.861840.861840.861840.860.5(上柱+下柱)1004.07945945472.50.5(上墙+下墙)1659.281465.561342.36986.660.5(上门窗+下门窗)67.03258.5452.5626.280.5(上楼梯+下楼梯)恒载44.44544.44544.4450.5(上楼梯+下楼梯)活载55.55955.55955.559屋面恒载4.9×886.93=4345.96屋面活载0.5×886.93=443.47 雨蓬:120厚钢筋混凝土 雨蓬面积: 则雨蓬的重力标准值为: 楼梯面积: 楼梯恒载为: 楼梯活载: 楼面面积:则一层重力荷载标准值: 二层重力荷载标准值: 三层重力荷载标准值: 四层重力荷载标准值: 图3.3 各层重力荷载代表值4水平荷载作用下的框架内力分析4.1在计算梁的线刚度时,考虑板对梁刚度有利影响,认为翼缘参加工作,为简化计算,先按矩形截面计算惯性矩,然后乘以一个增大系数。现浇钢筋混凝土梁。现浇钢筋砼梁:边框架梁=1.5I0 中框架梁=2I0 柱、梁均采用30混凝土 , 框架梁线刚度计算:边框梁(A-B):中框架梁(B-C):4.2框架柱侧移刚度计算4.2.1柱线刚度柱采用C30混凝土,首层4.05米,其余层高3.6m;柱截面:各层则:表4.1 线刚度计算表层次h()b×h(2)I0(109)EI0/h(n.m)14050500×5005.23.85×10102-436004.33×10104.2.2 柱的侧位移刚度D计算表4.2 底层柱D值的计算表D值=D=边柱4.90.7821969中柱1.340.5515492表4.3 二-四层柱D值的计算表D值=D=边柱4.350.7630470中柱1.190.5321249层间侧移刚度的验算 满足要求4.3 水平地震作用分析(底部剪力法) 按顶点位移法计算,考虑填充墙对结构周期影响,取基本周期调整系数0=0.7,顶点位移按D值法计算,顶点位移计算如下表。表4.4 横向框架顶点位移计算层次Gi/KNGi/KNDi层间位移i=Gi/D/m47893.9957893.99510343800.007639485.8917379.910343800.016829615.0726994.9610343800.02619922.3836917.347492200.049 顶点位移:4.4 横向地震作用计算 本工程地震设防烈度为八度第二组,地震加速度为0.2g,场地土类别为类,则:,故不考虑顶部附加地震作用。 各层水平地震作用标准值(计算过程见表4.5):表4.5 各层水平地震作用标准值及楼层剪力层数HHiG1G1HiG1Hi/GjHjF1V143.614.857893.995117225.830.3471777.051777.0533.611.259485.89106716.260.3161618.293395.3423.67.659615.0773555.290.2181116.424511.7614.054.059922.3840185.640.119609.425121.184.5 验算框架层间弹性位移角表4.6 弹性变形验算层数HD1V1相对弹性转角43.610343801777.050.0004833.610343803395.340.0009123.610343804511.760.0012114.057492205121.180.00169均满足4.6 水平地震作用下框架柱剪力和弯矩计算柱剪力: 柱弯矩: ,反弯点高度 式中:反弯点到柱下端质点的距离,即反弯点高度 标准反弯点高度比 为上、下层梁线刚度比变化修正值 为上层层高变化修正值 为下层层高修正值柱内力值:; 根据框架总层数m,该柱所在层数n和梁柱线刚度比值K确定,并由内插法根据K值确定,柱端弯矩见表4.7、表4.8,计算过程见图4.1、图4.2。表4.7 边柱柱端弯矩计算表层数层高hD层间剪力DimVimKYM上M下43.610343801777.053047052.354.350.45103.784.8133.610343803395.3430470100.014.350.5180.00180.0023.610343804511.7630470132.904.350.5239.22239.2214.057492205121.1821969150.174.90.55273.68334.50表4.8 中柱柱端弯矩计算表层数层高hD层间剪力DimVimKYM上M下43.610343801777.052124936.511.190.4177.5553.8933.610343803395.342124969.751.190.45138.11113.0023.610343804511.762124992.681.190.5166.82166.82图4.1 水平地震作用下框架弯矩图图4.2 水平地震作用下框架梁端剪力和柱轴力5竖向荷载作用下框架内力分析5.1梁柱转动刚度计算表5.1 梁柱转动刚度计算杆件名称转动刚度 S/N.mm相对转动刚度S框架梁边跨4×Ib=7.812×1010.0.900中跨2×Ib=8.680×1010.1.000框架柱底层4×Ic=13.296×1010.1.532其他层4×Ic=17.360×1010.2.000各节点弯矩分配系数计算见表5.2。表5.2 分配系数节点SU左梁U右梁U上柱U下柱50.900+2.000=2.900-0.310-0.6904-30.900+2.000×2=4.900-0.1840.4080.40820.900+2.000+1.532=4.432-0.2030.4510.346100.9+1.0+2.0=3.9000.2310.256-0.5139-80.9+2.0×2+1.0=5.9000.1530.1690.3390.33970.9+1.0+1.532+2.0=5.4320.1660.1840.3680.2825.2 荷载计算及计算简图荷载计算过程见:表5.3 荷载计算表恒载活载四层梁:0.3×0.65×251.2=5.85KN/m屋面:4.9×7.5=36.75KN/m总:42.6KN/m0.5×7.5=3.75KN/m二至三层梁:0.3×0.65×251.2=5.85KN/m楼面:5.13×7.5=38.475KN/m墙:2.24×2.95=6.608KN/m总:50.663KN/m2×7.5=15KN/m5.3恒载作用下梁端固端弯矩计算。屋面梁:边跨: Mp=ql2/12=39.32×6.9×6.9/12=117.96KN/m中跨: Mp=ql2/12=39.32×2.7×2.7/12=23.88KN/m楼面梁:边跨: MP=ql2/12=42.79×6.9×6.9/12=128.37KN/m中跨: MP=ql2/12=42.79×2.7×2.7/12=25.99KN/m恒载作用下框架弯矩采用二次分配法计算,过程如下表。表5.4 恒载作用下的弯矩分配(首层)上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁0.4510.3460.2030.1660.3680.2820.184-128.37128.37-25.99-8.5-16.995-37.68-28.87-18.8461.7347.3627.7813.89-1.16-2.31-5.11-3.92-2.560.520.400.240.1262.2547.76-110.01-0.02-0.04-0.03-0.02123.05-42.83-32.82-47.41表5.5 恒载作用下的弯矩分配(2-3层)上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁0.4080.4080.1840.1530.3390.3390.169-128.37128.37-25.99-7.83-15.66-34.71-34