办公综合楼建筑、结构设计土木工程毕业设计计算.doc

题 目：柳州市某办公综合楼建筑、结构设计专 业： 土木工程 专业班级： 土木xxx 姓 名： xxx 学 号： xxxxxxxx 指导教师： xxx 职 称： xxx 二一四 年 五 月 十八 日摘要摘 要本工程为某综合楼工程，总楼层为地上5层，局部6层。总建筑面积3170.89m2。本工程结构设计采用多层钢筋混凝土框架结构，基本步骤为：结构计算简图的确定；板的设计、楼梯的设计、荷载计算；内力分析；内力组合；梁、柱截面配筋、基础的设计以及结构施工图的绘制等。其中，内力计算分无地震内力组合与有地震内力组合。无地震内力计算考虑以下三种荷载作用，即恒荷载、活荷载、风荷载，恒载内力计算采用二次分配法；有地震内力计算考虑重力荷载代表值和地震荷载。柱、板的设计采用弹性理论；梁的设计采用塑性理论；风荷载、地震荷载内力计算均采用D值法；楼梯选用板式楼梯；基础选用柱下独立基础。关键词：钢筋混凝土；框架结构；结构设计IAbstractAbstractThis project is a comprehensive building,including 5 floors of earth amd 6layers of local. The total construction area is 3170.89m2.The engineering structure is designed by multi-layer structure of reinforced concrete frame construction. The basic steps are:the determination of the structure calculation diagram; design of board, design of staircase , load calculation; internal force analysis; internal force combinations; beams, columns section of reinforcement, foundation design and structural construction drawings and other drawings. Among in them, the internal force calculation is divided into non- combination of internal forces and earthquake seismic combination of internal forces. Non-internal force calculation takes into account the following three seismic loads：dead loads, live loads, wind loads.And the calculation of constant load force use the secondary distribution method. Seismic internal force calculation takes into account the representative value of gravity load and seismic loads.The design of column, board uses the theory of elasticity and beams design uses plastic theory. About the wind loads, seismic loads are used to calculate the internal forces by D-valued method.Stairs selects plate stairs;and the foundation selectes independent foundation under column.Keywords Reinforced Concrete; Frame Construction; Structural Design163目录目 录摘 要IABSTRACTII目 录III第一部分 建筑设计/结构设计11 工程概况和设计资料11.1 工程概况11.2 相关设计资料12 结构选型和布置22.1 结构形式22.2 结构体系22.3 梁、板、柱截面尺寸的估算22.3.1 梁截面尺寸的估算22.3.2 板截面尺寸的估算32.3.3 框架柱截面尺寸的估算43 三层现浇楼板63.1 楼板平面图63.2 板的荷载计算63.2.1 板的恒荷载计算63.2.2 可变荷载标准值73.2.3 楼面荷载设计值计算73.2.4 板的荷载设计值83.3 板的弯矩计算和配筋93.3.1 计算跨度93.3.2 弯矩计算及配筋94 三层现浇楼梯设计174.1 设计资料174.2 梯段板设计174.2.1 尺寸设计174.2.2 荷载计算184.2.3 截面设计184.3 平台板设计194.3.1 荷载计算194.3.2 截面计算194.4 平台梁设计204.4.1 荷载计算204.4.2 截面计算204.5 梯柱设计225 框架计算235.1 确定框架的计算简图及梁柱线刚度235.1.1 确定框架的计算简图235.1.2 框架梁柱线刚度计算245.2 竖向荷载计算265.2.1 恒载标准值计算265.2.2 活载标准值295.3 竖向荷载作用下的框架受荷计算305.3.1 楼面层传荷载305.3.2 柱自重335.3.3 附加偏心弯矩计算335.3.4 恒、活导荷图345.4 竖向荷载作用下内力计算375.4.1 活载作用下的内力计算375.4.2 恒载作用下的内力计算505.5 地震荷载计算535.5.1 地震荷载导荷535.5.2 地震荷载作用下的内力计算565.6 风荷载的计算685.6.1 风荷载导荷685.6.2 荷载作用下的内力计算705.7 弯矩调幅825.7.1 支座调幅825.7.2 支座调幅后跨内（跨中）弯矩计算835.7.3 按简支计算跨中弯矩865.8 内力组合895.8.1 内力组合说明895.8.2 内力组合905.9 框架结构配筋计算1205.9.1 二层横向框架梁截面设计1205.9.2 框架柱的配筋计算1276 柱下独立基础设计1476.1 确定地基的类型及基础的持力层1476.2 荷载效应的组合1476.2.1 地基承载力计算1476.2.2 基础截面及配筋计算1476.3 框架柱下独立基础设计1516.3.1 基础底面积的确定1516.3.2 基础的抗冲切验算1536.3.3 基础的抗冲切验算157结束语160致 谢161参考文献162本科生毕业设计（论文）第一部分 建筑设计/结构设计1 工程概况和设计资料根据指导老师所给的计算任务书，本毕业设计是在所给的建筑施工图的基础上进行结构设计，其它专业的设计从略。1.1 工程概况本工程为某综合办公楼单位工程,采用框架结构。总建筑面积为3170.89。总楼层为地上5层,局部6层，建筑基地面积为662.25。建筑高度为主体18.6m，局部21.6m,一层层高为4.2m,二层四层、五层层高为3.6m。建筑轴线尺寸为39.6m×14.7m,建筑类型为丙类,防火等级为二级,场地类别为类,抗震设防烈度为6度,抗震等级为四级。采用横向框架为主要受力框架,其中横向跨度:AC跨8.4m,CE跨6.3m;纵向:13、45、78、911轴间柱距为4.2m;34、57、89轴间柱距为3.6m。1.2 相关设计资料1、主导风向:夏季东南风、冬秋季西北风。2、建筑物地处市中心,不考虑雪荷载作用。3、自然地面-10m以下可见地下水。4、 地质资料:地质持力层为碎石土,场地覆盖层为1.0M,场地类别属类场地。5、抗震设防:此建筑物为一般建筑物,建设位置位于近震区。6、填充墙厚度外墙为240厚烧结页岩多孔砖，其余的为200厚烧结页岩多孔砖;基本风压为0.30kN/;地基承载力为180kPa;计算三层楼板;计算轴框架;计算3层2#楼梯。表11 设计条件学生姓名设防烈度填充墙厚度（mm）基本风压（kN/m2）地基承载力（kPa）计算楼板计算框架计算楼梯谭瑞辉6度240、200烧结页岩多孔砖0.30180三层轴2#三层2 结构选型和布置2.1 结构形式根据建筑物的使用功能、造型、房屋的高度,工程地质条件等物质技术条件,本工程的设计的主体房屋采用钢筋混凝土框架结构。2.2 结构体系根据荷载情况,本多层钢筋混凝土框架结构工程采用横向框架为主要受力框架,即横向布置框架梁,纵向布置连系梁。2.3 梁、板、柱截面尺寸的估算2.3.1 梁截面尺寸的估算2.3.1.1 框架梁的截面尺寸估算（1）横向框架连系梁的截面尺寸估算1轴11轴的横向框架梁AC跨跨度L1=8400mm, CE跨跨度L2=6300mm。CD跨:h=()l1=( 7001050mm) 取h=750mmb=()h=(250375mm) 取b=250mm （边跨取b=300mm）DF跨:h=()l2=(525788mm) 取h=550mmb=()h=(183275mm) 取b=250mm （边跨取b=300mm）（2）纵向框架连系梁的截面尺寸估算纵向框架连系梁在A轴、C轴、E轴交111轴处纵向框架梁(以最大跨度L=8400mm计算)h=()l=(7001050mm) 取h=700mmb=()h=(217325mm) 取b=250mm （边跨取b=300mm）（3）其他次梁的截面尺寸估算 纵向B轴交111轴处次梁(以最大跨度L=8400mm)h=()l=(467700mm) 通过与实际加载（PKPM）计算对比 取h=700mmb=()h=(233350mm) 取b=250mm 横向次梁(卫生间隔墙位置处L=4320mm)h=()L=(240360mm) 为满足构造要求取h=500mm（考虑卫生间下沉）b=()h=(167250mm) 取b=250mm 横向次梁(A轴-B轴、C轴-E轴交2、4、6、8、10轴处各设一根次梁,跨度为L=6300mm)h=()l=(350525mm)通过与实际加载（PKPM）计算对比取h=550mmb=()h=(183275mm) 取b=250mm 其他次梁与主梁有局部调整，以实际加载（PKPM）为准。2.3.2 板截面尺寸的估算2.3.2.1 板截面尺寸估算的原则（1）根据混凝土结构设计规范 9.1.2条,单向板民用建筑楼板最小厚度为60mm,单向板工业建筑楼板最小厚度为70mm,双向板最小厚度为80mm。（2）根据板的跨度进行估算:单向板: ; 双向板: ; 其中L为短边跨度。2.3.2.2 截面尺寸估算取几个有代表性的板来估算板厚（1）B1板：<2，为双向板;板厚: （2）B2板：<2,为双向板;板厚：（3）B3板: >2，为单向板;板厚: （4）B4板：>2，为单向板;板厚: （5）B5板：>2，为单向板;板厚：（6）B10板: <2,为双向板;板厚：（7）B21板: <2,为双向板;板厚：为了计算的简便及施工的方便起见, 所有板均取相同板厚,根据尺寸估算及板的构造要求,取h=100mm（屋面板厚取h=120mm）。2.3.3 框架柱截面尺寸的估算2.3.3.1 框架柱截面尺寸估算的原则（1）根据混凝土结构设计规范、高层建筑混凝土结构技术规程的规定:矩形截面框架柱的边长,非抗震设计时不宜小于300mm,抗震设计时不宜小于350mm;圆柱截面直径不宜小于350mm,剪跨比不宜大于2,框架柱中线与框架梁中心线的偏心距不宜大于柱截面在该方向边长的1/4。框架柱的截面尺寸根据柱的轴压比限值按下列公式估算:N=Fge×n； Ac； b×hAc其中: N为柱组合的轴压力设计值；F为柱受荷面积；n为层数；ge=(1214)kN/；为增大系数(1.051.3)；fc为混凝土轴心抗压强度设计值,对C30取14.3N/mm2。2.3.3.2 框架柱截面尺寸的估算（1）内柱KZ1F=(8.4/2+7.8/2)×(6.3/2+8.4/2)=60取增大系数=1.25, ge=13 kN/,n=5。则: 由于设防烈度为6度,查表可知抗震等级为四级,由于规范最大轴压比限值为0.9,为满足构造要求,则取n=0.9,混凝土强度等级。 取b×h=550mm×750mm 纵轴边柱KZ2F=8.4/2×（8.4/2+7.8/2）=34.02取增大系数=1.25, ge=12 kN/,n=5。则： 取b×h=450mm×550mm 横轴边柱KZ3，以及角柱KZ4F=8.4/2×（8.4/2+6.3/2）=30.87取增大系数=1.25, ge=12 kN/,n=5。则： 取b×h=450mm×500mm，由于角柱构造有特殊要求因此也取b×h=450mm×500mm3 三层现浇楼板根据任务书要求，选择本层5块以上不同类型（荷载、尺寸、计算形式不同）板计算。3.1 楼板平面图图3-1 四层楼面（部分）布置图（图中编号只用于后面的计算）3.2 板的荷载计算3.2.1 板的恒荷载计算3.2.1.1 屋面恒载标准值计算防水卷材二层 100mm厚膨胀蛭石保温层 20mm厚水泥砂浆找平层 找坡层，平均厚90mm（水泥焦渣） 120厚现浇板 板底抹灰 小计： 3.2.1.2 楼面恒载标准值计算（除卫生间外其它都为此做法）瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 100mm厚现浇混凝土板自重 板底抹灰（12mm厚水泥砂浆） 小计： gk=3.2.1.3 楼面恒载标准值计算（除卫生间外其它都为此做法）10厚防滑面砖 0.01×19.8=0.2kN/m225厚1：4干硬性水泥砂浆 0.025×20=0.5kN/m2现浇40厚钢网C20细石混凝土 0.04×25=1kN/m21：6水泥炉渣垫层380厚 0.38×14=5.32kN/m220厚1：2.5水泥砂浆保护层 0.02×20=0.4kN/m220厚1：3水泥砂浆找平层 0.02×20=0.4kN/m2100mm厚现浇混凝土楼板 0.1m×25 kN/m3=2.5kN/m2V型轻钢龙骨吊顶 0.12kN/m2卫生间板恒荷载标准值合计： gk=10.44kN/m23.2.2 可变荷载标准值 （查建筑结构荷载规范GB50009-2012）办公室，会议室，供应部: 2.0 kN/m²走廊: 2.5 kN/m²楼梯: 3.5 kN/m²3.2.3 楼面荷载设计值计算3.2.3.1 上人屋面荷载设计值（1）由可变荷载控制的组合 （2）由永久荷载控制的组合 3.2.3.2 办公室，会议室，库房，宿舍等（1）由可变荷载控制的组合 （2）由永久荷载控制的组合 3.2.3.3 走廊（1）由可变荷载控制的组合 （2）由永久荷载控制的组合 3.2.3.4 卫生间（1）由可变荷载控制的组合 （2）由永久荷载控制的组合 由于可变荷载控制的组合效应大于由永久荷载控制的组合效应，因此应取可变荷载控制的组合效应，即：屋面板： 卫生间： 楼梯、走廊取： 办公室，会议室，库房等：3.2.4 板的荷载设计值由前面可知，应可变荷载控制的组合恒载设计值： （卫生间） （屋面板） （楼面板）活载设计值： （卫生间） （其它楼面） （走廊、楼梯）荷载总设计值： （卫生间） （屋面板） （楼面板） （走廊、阳台）折算恒载设计值：（卫生间） （屋面板） （楼面板） （走廊、阳台）折算活载设计值： 3.3 板的弯矩计算和配筋3.3.1 计算跨度选其中5块板来计算：单、双向板按弹性理论计算，取支座中心线间的距离。B1板： B2板： B3板： B9板： B16板： 3.3.2 弯矩计算及配筋求跨中最大正弯矩时，在正对称荷载g+q/2 作用下，中间支座为固支，边支座按实际情况（固支）考虑；在反对称荷载±q/2 作用下，可近似认为中间支座为简支，边支座按实际情况（固支）考虑，同时应考虑混凝土的泊松比，混凝土的泊松比0.2。求支座最大负弯矩时，认为各区格板中间支座为固支，边支座按实际情况（固支）考虑，然后按单块板计算出各支座的负弯矩，当相邻区格板分别求得的同一支座负弯矩不相等时，取绝对值的较大值作为该支座最大负弯矩。3.3.2.1 单向板设计有前面推理可知板B3、B9、B16为单向板由图可以看出，沿着板的短边方向的不规则布置（即相邻板的跨度差超过10%），所以，都按单块两端固结的单向板处理。计算简图如下：图3-2 AB跨计算简图查静力学手册得：1、B3的计算 （计算跨度近似按轴间距取）连续单向板取1m板宽作为计算单元：b=1000mm，板厚100mm，本设计中，混凝土统一取C30，；钢筋统一取级弯矩设计值：由前面板的荷载得：两端支座弯矩： 正截面受弯承载力的计算： 两端支座配筋： 选配钢筋： 跨中截面配筋：选配钢筋： 最小配筋率验算： 满足适用条件且在经济配筋率范围内()分布钢筋按构造配筋选： 2、B9的计算 （计算跨度近似按轴间距取）连续单向板取1m板宽作为计算单元：b=1000mm，板厚100mm，本设计中，混凝土统一取C30，；钢筋统一取级弯矩设计值：由前面板的荷载得：两端支座弯矩： 正截面受弯承载力的计算： 两端支座配筋： 选配钢筋： 跨中截面配筋：选配钢筋： 最小配筋率验算： 满足适用条件且在经济配筋率范围内()分布钢筋按构造配筋选： 2、B16的计算 （计算跨度近似按轴间距取）连续单向板取1m板宽作为计算单元：b=1000mm，板厚100mm，本设计中，混凝土统一取C30，；钢筋统一取级弯矩设计值：由前面板的荷载得：两端支座弯矩： 正截面受弯承载力的计算： 两端支座配筋： 选配钢筋： 跨中截面配筋：选配钢筋： 最小配筋率验算： 满足适用条件且在经济配筋率范围内()分布钢筋按构造配筋选： 3.3.2.2 双向板设计（B1、B2）1、板的弯矩计算（1）板B1计算因为本设计为框架结构，板与梁柱现浇，计算跨度取净跨长，但从结构偏于安全考虑，故取轴线跨度计算： =4200mm =6000mm / =0.7g+q/2=5.35kN/m2 q/2=1.4kN/m2 g+q=6.75kN/m2弯矩计算:跨内计算简图： 支座计算简图：查表得：表3-2 双向板计算系数表支承条件0.7一简三固0.01940.0370-0.0903-0.0748四周简支0.02960.0683（2）板B2计算因为本设计为框架结构，板与梁柱现浇，计算跨度取净跨长，但从结构偏于安全考虑，故取轴线跨度计算： =4200mm =6300mm / =0.67g+q/2=5.35kN/m2 q/2=1.4kN/m2 g+q=6.75kN/m2弯矩计算:跨内计算简图： 支座计算简图：查表得：表3-3 双向板计算系数表支承条件0.67二简二固0.01590.0447-0.1024-0.0774四边简支0.02810.07232、截面设计板跨中截面两个方向有效高度：假定选用 8钢筋，则有= 板支座截面有效高度为： 截面设计用弯矩：板与梁柱现浇，所以跨中及支座弯矩均减少20%，但从实际经验 的角度来讲，一般不考虑此折减。钢筋统一取级钢，fy=360N/mm2,，近似取0.95， 板的最小配筋率：板的最小配筋面积：截面配筋按弹性理论计算，计算结果如表3-4所示。表3-4 板配筋计算表 项目截面（）（kN·m）（）最小配筋面积（）选配钢筋实配面积（）跨中方向817252200251方向733.6144200251方向816.44232200251方向733.39136200251 支座方向8110.75388200393方向818.91322200335方向8112.19440200436方向819.22333200335（注：相邻两区格板在同一支座处按弯矩较大值进行配筋，这里将不再列表比对了）4 三层现浇楼梯设计由于板式楼梯的下表面平整，施工支模较方便，外观比较轻巧。且楼梯的跨度不是很大，因此本设计采用板式楼梯。根据任务书要求，本设计的楼梯是底层的楼梯。 4.1 设计资料层高3.6m，踏步尺寸150mm×260mm（踏步高近似取值）。采用C30混凝土，板采用HRB400钢筋，梁纵筋采用HRB400钢筋。楼梯上均布活荷载标准值图4-1三层楼梯平面图 图4-2三层楼梯剖面图4.2 梯段板设计4.2.1 尺寸设计梯段板板厚，取h=120mm。4.2.2 荷载计算板的倾斜角度，取1m宽板带计算。梯段板的荷载计算见下表表4-1 梯段板的荷载荷载种类荷载标准值（）恒荷载水磨石面层（0.26+0.15）×0.65×1/0.26=1.03三角形踏步0.58×0.26×0.15×25×1/0.26=2.18混凝土斜板0.12×25×1/0.867=3.46板底抹灰0.02×17×1/0.867=0.39小计7.06活荷载3.5对于可变荷载控制的组合： 总的荷载设计值：P=1.2×7.06+1.4×3.5=13.37对于永久荷载控制的组合：总的荷载设计值：P=1.35×7.06+1.4×0.7×3.5=12.91>13.37因此，取可变荷载控制的组合P=13.374.2.3 截面设计板的水平计算跨度，弯矩设计值：板的有效高度选配 ，分布筋 。4.3 平台板设计设平台板厚80mm，取1m宽板带设计。4.3.1 荷载计算表4-2 平台板荷载计算荷载种类荷载标准值（）恒荷载水磨石面层0.65×1=0.6580mm厚混凝土板0.08×25×1=2.0板底抹灰0.02×17×1=0.34小计2.99活荷载3.5对于可变荷载控制的组合： 总的荷载设计值：P=1.2×2.99+1.4×3.5=8.49对于永久荷载控制的组合：总的荷载设计值：P=1.35×2.99+1.4×0.7×3.5=7.478.49因此，取可变荷载控制的组合P=8.494.3.2 截面计算平台板的计算跨度弯矩设计值：板的有效高度选配 验算最小配筋率:满足最小配筋率要求，分布筋按构造要求选配 。4.4 平台梁设计设平台梁截面尺寸为200mm×400mm4.4.1 荷载计算 表4-3 平台梁的荷载荷载种类荷载标准值（）恒荷载梁自重0.2×（0.4-0.08）×25=1.6梁侧粉刷0.02×（0.4-0.08）×17×2=0.22平台板传来2.99×1.46/2=2.18梯段板传来7.06×3.4/2=12小计16活荷载3.5×（3.4/2+1.46/2）=8.51对于可变荷载控制的组合： 总的荷载设计值：P=1.2×16+1.4×8.51=31.11对于永久荷载控制的组合：总的荷载设计值：P=1.35×16+1.4×0.7×8.51=29.9431.11因此，取可变荷载控制的组合P=31.114.4.2 截面计算平台梁计算跨度，弯矩设计值： 剪力设计值：4.4.2.1 平台梁按倒L形考虑按计算跨度考虑：按梁肋净距考虑：按翼缘高度考虑： 不受此限取以上几种计算的最小值， 故属于第1类截面。平台梁的有效高度 选配2 4.4.2.2 斜截面受剪承载力计算（1）截面验算截面尺寸满足要求。（2）验算是否要按计算配筋不需要按计算配筋，只需按构造配筋。（3）按构造配筋选配 ，两肢箍，验算最小配筋率：满足要求。箍筋沿梁全长布置。4.5 梯柱设计梯柱的截面尺寸为240mm×200mm,则：,查得稳定系数为TZ1上的荷载为平台梁传来和本身的自重。由轴心受压公式得故不需要按计算配筋，只需按构造要求配筋，但必须满足最小配筋率的要求。TZ1内纵筋选用2 12，箍筋选用 。验算TZ1内纵筋的配筋率：一侧纵向配筋率 满足要求。全截面配筋率 满足要求。图4-3 梯柱配筋图5 框架计算5.1 确定框架的计算简图及梁柱线刚度5.1.1 确定框架的计算简图取 轴上的一榀框架计算， 假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与框架柱刚接，框架梁的跨度应取框架柱截面形心轴线之间的距离；底层柱高从基础顶面算至二层楼面，基础顶面标高根据地质条件、室外高差确定：室外高差为0.6m，假设基础顶面位于室外地坪以下1.5m，则基础顶面标高为-2.1m，一层楼高为4.2m，故底层柱高 H1 = 4.2+0.6+1.5 = 6.3m。其余各层柱高从本层楼面算至上一层楼面，即为层高，即H2 = H3 = H4 = H5 = 3.6m。由此可以绘出框架简图如图5-1所示。图5-1 轴框架立面图5.1.2 框架梁柱线刚度计算1、梁线刚度计算对于中框架梁的线刚度取，边框架梁，混凝土强度为C30 表5-1 梁线刚度计算表类别b×h（）AC跨3.0300×75010.5584003.775.65CE跨3.0300×5504.1663001.982.972.柱线刚度计算表5-2 柱线刚度计算表类别b×h（）底层柱3.0450×5004.6963002.23上层柱3.0450×5004.6936003.91令底层柱的线刚度为，则其余的各杆件的相对线刚度为：上层柱的相对线刚度为：AC跨梁相对线刚度为： CE跨梁相对线刚度为： 图5-2 轴框架梁柱相对线刚度5.2 竖向荷载计算5.2.1 恒载标准值计算5.2.1.1 屋面板标准值防水卷材二层 100mm厚膨胀蛭石保温层 20mm厚水泥砂浆找平层 找坡层，平均厚90mm（水泥焦渣） 120厚现浇板 板底抹灰 小计： 5.2.1.2 二、三、四、五层楼板标准值瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 100mm厚现浇混凝土板自重 板底抹灰（12mm厚水泥砂浆） 小计： 5.2.1.3 梁自重（保守起见，不扣除梁板重属部分）b×h=300mm×750mm梁自重