土木工程毕业设计（论文）石家庄市环保局办公楼六层结构设计.doc

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1、 毕业设计(论文) 石家庄市环保局办公楼六层结构设计 学 号：11160138 姓 名： 专 业：土木工程 系 别：土木工程 指导教师： 二零一五年五月摘要毕业设计是高等职业培养面向生产、建设、服务和管理第一线的高等技术应用型人才的最后一个教学环节，对我来说也是一个理论与实际相结合的过程，是大学里最重要的实践环节。通过毕业设计这一重要的教学环节，巩固本人四年来在校期间所学的基本理论和专业知识，并运用所学基础理论、专业知识和相应技能综合解决建筑工程设计与施工中各方面实际问题。养自己树立正确的设计思想严谨的科学态度和工作作风，正确掌握和运用设计原则，能综合全面地考虑设计中各方面的问题。了解并掌握建

2、筑设计和结构设计的全过程，正确掌握框架结构设计原理和内力分析的计算方法。熟悉建筑及结构设计方面相应的常用规范、规程和定额标准，以及掌握建筑设计软件CAD的性能及其操作使用方法，提高工程制图技能。毕业设计包括建筑设计和结构设计两部分。本办公楼为六层钢筋混凝土框架结构，长40m，宽14.7m，高23.85m。本工程以手算优先，用结构专业辅助软件PKPM进行验算。根据配筋面积进行绘图。关键词：设计；荷载计算；框架结构；结构配筋ABSTRACTGraduation is higher vocational talents for the production, construction, servic

3、es and regulatory frontiers of application-oriented talents last teaching, for me is a process of combining theory and practice, is the most important practice in the University. Through this important teaching link of graduation design to consolidate himself in four years in school learning basic t

4、heory and professional knowledge, and integrated science, expertise and appropriate skills by solving various practical problems in building design and construction. His correct design thinking, rigorous scientific attitude and work style, mastering and applying the design principles, comprehensive

5、consideration to the design of all aspects of the problem. The whole process of understanding and knowledge of architectural and structural design, to Master frame structure design and calculation method of internal force analysis. Familiar with architectural and structural design of the correspondi

6、ng quota of common specifications, procedures, and standards, as well as the master of architectural design software CAD and its use, improve engineering drawing skills.This graduation design including architectural design and structural design in two parts. This building is a six-story reinforced c

7、oncrete frame structure, length 40m, width 14.7m, higher 23.85m. With manual priority of this project, using structures specialized assistive software PKPM calculation. According to the reinforcement drawing area. Keywords: Structural design；Load calculation； Reinforced concrete frame； Structural re

8、inforcement目录ABSTRACTiii绪论41.设计资料51.气象资料52.水文地质条件53.地震作用54.荷载资料55.建筑做法66.构件材料选择62.结构布置71.柱网布置72.框架结构计算简图73.梁柱截面尺寸初步确定83.1框架梁截面尺寸确定83.2柱截面尺寸确定83.侧移刚度计算113.1梁线刚度计算113.2柱的线刚度计算114.恒荷载标准值计算134.1恒荷载计算13（1）屋面永久荷载标准值：13（2）一至六层楼面永久荷载标准值13（3）梁自重13（4）柱自重14（5）外墙自重14（6）.内墙自重145.恒载作用下框架所受荷载151.AB、CD轴间框架梁：152. BC

9、轴间框架梁163.A、D轴柱纵向集中恒荷载计算164.B、C轴柱纵向集中恒荷载计算17（1）顶层柱17（2）二五层柱176.恒载作用下框架内力计算191.采用力矩分配法计算活载作用框架弯矩192）跨中弯矩值计算：21恒荷载作用下框架剪力和轴力计算：23恒载作用下柱轴力计算267.活荷载标准值计算308.活荷载作用下框架所受荷载301.AB、CD轴间框架梁302.BC轴间框架梁313.A、D轴柱纵向集中恒荷载计算314.B、C轴柱纵向集中恒荷载计算32（1）顶层柱32（1）二六层柱329.活载作用下框架内力计算341.采用力矩分配法计算活载作用框架弯矩342.梁的固端弯距计算34楼面活荷载作用下

10、荷载值计算：35活荷载作用下框架剪力和轴力计算：38活荷载作用下柱轴力计算：4110.荷载作用4410.1风荷载标准值4410.2 风荷载作用下内力计算4511 水平地震作用5411.1 梁自重计算5411.2柱自重计算5411.3门窗自重计算5411.4墙体自重计算5511.5 板自重计算5611.6楼屋面活载计算5611.7 各层重力荷载代表值计算5612 基本自振周期计算5812.1结构刚度计算5812.2 自振周期计算5913 水平地震作用计算（地震作用标准值计算）6013.1水平地震作用影响系数6013.2水平地震作用标准值6013.3框架剪力标准值6114.水平地震作用下框架内力计

11、算6314.1根据柱剪力及反弯点高度计算柱端弯矩6314.2计算梁端弯矩及梁剪力6414.3根据梁端剪力计算柱轴力6415.荷载作用效应组合6615.1 竖向荷载作用下的基本组合66表15.1 竖向荷载作用下的梁端及跨中弯矩基本组合66表15.2 竖向荷载作用下的梁端剪力及跨中剪力基本组合67表15.3 A、B柱竖向荷载下的柱端内力基本组合6815.2水平地震作用效应与竖向荷载作用效应的基本组合6915.2.1水平地震作用下的梁端及跨中内力的基本组合69表15.4 水平地震作用下的梁端及跨中弯矩基本组合70表15.5 水平地震作用下的梁端剪力基本组合72表12.6 A柱水平地震作用下的柱端内力

12、基本组合73表15.7 B柱水平地震作用下的柱端内力基本组合7416基础的设计7516.1基本资料7516.2 荷载设计值7516.3 独立基础设计7516.1 基础底面面积计算表7616.2 基础及台阶上自重计算7616.3 地基承载力验算7716.3.4基础配筋计算7817 楼梯设计8017.1楼梯设计8017.2 平台板计算8117.3平台梁计算81致谢83参考文献84绪论此次毕业设计我的做的课题为石家庄市环保局办公楼，我要在设计过程中运用大学期间学到的各项知识，并利用CAD、天正建筑、EXCEL、天正结构、PKPM等相关软件进行计算，通过这个过程我不仅能学到设计相关的知识，还能了解框架

13、结构的特点和设计方法等。这对我以后的工作学习有很大的帮助。可以培养土木工程专业本科毕业生正确的理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度。毕业设计要求我们在指导老师的指导下，独立系统的完成一项工程设计，解决与之有关的所有问题，熟悉相关设计规范、手册、标准图以及工程实践中常用的方法，具有实践性、综合性强的显著特点。因此毕业设计对于培养我们初步的科学研究能力，提高其综合运用所学知识分析问题、解决问题能力有着重要意义。建筑结构设计的过程就是通过对建筑物进行深层分析和概念设计、结构选型与结构布置、结构荷载统计与计算、结构内力计算与组合、结构构件设计和验算等，设计出满足建筑结构的安全性、适用性、经济性和

14、耐久性要求的建筑结构的过程。1.设计资料本工程为石家庄市环保局办公楼，位于石家庄市。该工程为六层办公楼，主体为现浇钢筋混凝土框架结构。屋盖、楼盖均采用现浇钢筋混凝土结构。，占地面积为588，建筑面积3528，建筑物共6层，底层层高3.9m，标准层层高3.9m，顶层层高3.9m，总高度23.85m，室内外高差0.450m，基础顶面距离室外地面1.35m，基础采用柱下独立基础。1. 气象资料（1） 基本风压值：w0=0.35kN/m（2） 基本雪压值：s0=0.30kN/m2. 水文地质条件场地条件：本建筑场地属非液化场地。场地类型为类。工程浅层地下水主要为潜水，静止水位平均埋深约20m。3. 地

15、震作用（1）抗震设防烈度：7度；（2）设计基本地震加速度值：0.10g；（3）设计地震分组：第二组；（4）建筑场地类别：类；（5）场地特征周期：0.55s；（6）结构阻尼比： 0.05（混凝土结构）；（7）多遇水平地震影响系数最大值0.08；（8）罕遇水平地震影响系数最大值0.50.4. 荷载资料根据该办公楼使用功能，查建筑结构荷载规范（GB50009-2012），确定（1） 楼面活荷载标准值为2.0kN/m；（2） 卫生间活荷载标准值为2.5kN/m；（3） 走廊门厅活荷载标准值为2.5kN/m；（4） 楼梯活荷载标准值为3.5kN/m；（5） 不上人屋面：活载标准值为0.5kN/m.5.

16、建筑做法（1）楼面构造: 1）8mm厚150mm150mm瓷面砖 2)27mm厚水泥砂浆 3)15厚混合砂浆刷乳胶漆（2）屋面构造：1）保护层：现浇40厚细石混凝土2）防水层：捷罗克防水层（厚8mm）3）找平层：20厚1:3水泥砂浆4）找坡层：1:8水泥膨胀珍珠岩最薄20厚5）保温层：65厚改性酚醛泡沫板6）结构层：120厚钢筋混凝土屋面板（3）内墙做法：200mm轻质混凝土空心砌块（4）外墙做法： 240mm轻质混凝土复合保温砌块，Mb5.0混合砂浆砌筑。6. 构件材料选择（1）梁、板、柱、基础均用C30混凝土；（2）基础垫层选用C15混凝土：（3）钢筋选用HRB400钢筋：（4）填充墙为加

17、气混凝土砌块混合水泥砂浆。2.结构布置1.柱网布置柱网布置图见下图图2.1 柱网布置图2.框架结构计算简图本工程横向框架计算单元取轴上一榀框架计算，框架的计算简图假定底层柱下端固定于基础，初步确定本工程基础采用柱下独立基础。本建筑物基础持力层为层黄土状粉土，天然地基不满足地基强度及变形的要求，应进行地基处理，建议采用素混凝土桩复合地基，地基承载力特征值320kPa。室内外高差为0.450米，一层层高为3.90米，基底标高为设计相对标高-2.400m。初步假设基础高度0.60m，一层柱高度为：h1=3.90+2.40-0.60=5.70m，为减小一层柱的计算高度，在顶标高-0.150m处设拉梁一

18、道。则地下部分柱高为2.4-0.6-0.15=1.65m，一层柱高度为3.85+0.15=4.00m，二至五层柱高为3.90m，顶层柱高为3.95m。柱节点刚接，横梁计算跨度取柱中心至中心间距离，三跨分别为：l=6000、2700、6000.3.梁柱截面尺寸初步确定3.1框架梁截面尺寸确定边跨（AB、CD跨）梁：取h=6000=500mm，取b=300mm。中跨（BC跨）梁：取h=500mm，b=300mm；边柱（A轴、D轴）连系梁，取bh=300mm700mm；中柱（B轴、C轴）连系梁，取bh=300mm600mm；房间内设次梁，取bh=300mm500mm。3.2柱截面尺寸确定框架柱的截面

19、尺寸根据柱的轴压比限值，按公式计算： （1）柱组合的轴压力设计值 式中：考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数（边柱取1.3，中柱取1.25）。按简支状态计算柱的负载面积。 折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近似的取14kN/m验算截面以上的楼层层数。（2）柱受压截面面积 （2-2）式中：框架柱轴压比限值，该建筑高度为23.4+0.45=23.8524，查建筑抗震设计规范知本方案为三级抗震等级，取为0.85。 混凝土轴心抗压强度设计值，对C30，查得。边柱：中柱为计算简便，边柱中柱截面尺寸均取为600mm600mm。楼板为现浇双向连续板，板的平面尺寸为4000mm6000mm，l01=400

20、0mm，板厚；为满足楼板中预埋电气管线的需要，取。图2.3 梁柱尺寸图3.侧移刚度计算说明：（1）梁计算长度为支座中心线的距离； （2）考虑板对梁刚度的影响，中框架梁取2.0l0，边框架梁取1.5 l0.3.1梁线刚度计算 框架梁线刚度计算表梁线刚度b(m)h(m)边框架梁0.300.503.110-367.7510-4中框架梁0.300.503.110-3610.3310-4边框架梁0.300.503.110-32.717.2210-4中框架梁0.300.503.110-32.722.9610-43.2柱的线刚度计算框架柱线刚度计算表柱线刚度 地下层1.65一层4.0二至五层3.9顶层3.9

21、5结构计算简图见图3.1：图3.1 结构计算简图注：图中数字为线刚度，单位（）4.恒荷载标准值计算4.1恒荷载计算（1）屋面永久荷载标准值：保护层：现浇40厚细石混凝土 220.04=0.88kN/防水层：捷罗克防水层（厚8mm） 0.10kN/找平层：20厚1:3水泥砂浆 200.02=0.40kN/找坡层：1:8水泥膨胀珍珠岩最薄20厚 140.02=0.28 kN/保温层：120厚水泥蛭石 50.12=0.6kN/m结构层：120厚钢筋混凝土屋面板 250.12=3kN/m屋顶：15厚混合砂浆刷乳胶漆 0.1516=0.24 kN/m 合计 5.50kN/m（2）一至六层楼面永久荷载标准

22、值10mm厚瓷面地砖 280.010=0.28kN/m20mm厚干硬性水泥砂浆 200.020=0.40kN/m120厚钢筋混凝土板 250.12=3kN/m15厚混合砂浆刷乳胶漆 160.015=0.24 kN/m 合计 3.92 kN/m（3）梁自重边跨（AB、CD跨）框架梁自重bh=300mm500mm 0.30.525=3.75kN/m梁侧粉刷 10mm混合砂浆 2（0.5-0.12）0.0117=0.13kN/m 合计 3.88 kN/m中跨（BC跨）框架梁自重 0.30.525=3.75kN/m梁侧粉刷10mm混合砂浆 2（0.5-0.12）0.0117=0.13kN/m 合计 3

23、.88 kN/m（4）柱自重bh=600mm600mm 250.60.6=9kN/m柱子粉刷 0.640.0117=0.41 kN/m 合计 9.41 kN/m（5）外墙自重墙体 0.258.0=2.00kN/m外侧贴瓷砖 0.5kN/m涂料粉刷外墙 170.02=0.34 kN/m实墙面荷载 2+0.5+0.34=2.84kN/m实墙线荷载 （3.9-0.6）2.84=9.37 kN/m窗部分转化的梁间线荷载(80.242.72.1+170.022.72.1+0.52.72.1)/3=5.22kN/m窗转化的梁间线荷载 0.52.72.1/3=0.95kN/m 合计 5.1kN/m（6）.内

24、墙自重墙体 0.248.0=1.92kN/m 白色涂料粉刷内墙 2170.01=0.34kN/m 合计 2.26kN/m5.恒载作用下框架所受荷载标准层板传荷载如图5.1：图5.1 标准层板传荷载示意图1.AB、CD轴间框架梁：（1）屋面板传荷载：屋面板传至梁上的荷载两边均为梯形荷载，转化为均布荷载为：a=2/6=0.335.5（1-20.33+0.333）4/22=18.00kN/m（2）楼面板传荷载楼面板传至梁上的荷载两边均为梯形荷载，转化为均布荷载为：a=2/6=0.333.92（1-20.33+0.333）4/22=12.57kN/m梁自重：3.88 kN/m则屋面板传至主梁AB、CD

25、跨的线荷载：（板传荷载+梁自重）18.00+3.88=21.88 kN/m楼面板传至主梁AB、CD跨的线荷载：（板传荷载+梁自重+墙自重）12.57+3.88+2.26（3.9-0.6）=23.91kN/m2. BC轴间框架梁（1）屋面板传荷载：屋面板传至梁上的荷载两边均为三角形荷载，转化为均布荷载为：5.55/84/22=13.75kN/m（2）楼面板传荷载楼面板传至梁上的荷载两边均为三角形荷载，转化为均布荷载为：3.925/84/22=9.6kN/m梁自重：3.88 kN/m则屋面板传至主梁AB、CD跨的线荷载：（板传荷载+梁自重）13.75+3.88=17.63kN/m楼面板传至主梁AB

26、、CD跨的线荷载：（板传荷载+梁自重）9.6+3.88=13.48kN/m3.A、D轴柱纵向集中恒荷载计算（1）顶层柱女儿墙自重：（做法：墙高600mm，混凝土压顶100mm，三面粉刷）0.240.65.5+0.240.125+（0.92+0.24）0.5=2.41kN/m屋面板传荷载：屋面板传至梁上的荷载两边均为三角形荷载，转化为均布荷载为：5.55/84/2=6.88kN/m梁自重：3.88kN/m次梁传来集中力：18.006/2=54.00 kN/m则顶层柱荷载为：（女儿墙自重主梁自重+次梁传来集中力+板传荷载）2.418+3.88（8-0.6）+54.00+6.888= 157.03k

27、N/m（2）二六层柱楼面板传荷载：楼面板传至梁上的荷载两边均为三角形荷载，转化为均布荷载为：3.925/84/2=4.8kN/m梁自重：3.88kN/m次梁传来集中力：12.576/2=37.71kN/m则二六层柱荷载为：（主梁自重+板传荷载+柱自重+次梁传来集中力）3.88（8-0.6）+4.88+9.413.9+37.71=141.521kN4.B、C轴柱纵向集中恒荷载计算 （1）顶层柱屋面板传荷载：屋面板传至梁上的荷载两边一边为三角形荷载一边为梯形荷载，则三角形转化为均布荷载为：5.55/84/2=6.88kN/m梯形荷载转化为均布荷载为a=2/8=0.255.5（1-20. 25+0.

28、253）2=9.80kN/m梁自重：3.88kN/m次梁传来集中力：186/2=48 kN/m则顶层柱荷载为：（主梁自重+板传荷载+次梁传来集中力）（6.88+9.80）8+3.88（8-0.6）+48=210.15kN（2）二五层柱楼面板传至梁上的荷载两边一边为三角形荷载一边为梯形荷载，则三角形 转化为均布荷载为：3.845/84/2=4.8kN/m梯形荷载转化为均布荷载为a=2/8=0.255.5（1-20. 25+0.253）2=9.80kN/m梁自重3.88kN/m次梁传来集中力：12.576/2=37.71kN/m则二六层柱荷载为：（内墙自重+主梁自重+板传荷载+柱自重+次梁传来集中

29、力）2.26（8-0.6）3.9+3.88（8-0.6）+（4.8+9.80）8+9.413.9+37.71=236.65kN框架在竖向恒荷载作用下的受荷总图如图5.2所示:（图中数值均为标准值）图5.2 框架在竖向恒荷载作用下受荷图 6.恒载作用下框架内力计算1.采用力矩分配法计算活载作用框架弯矩(1).梁的固端弯距、剪力、轴力可按如图5.3所示求得：(2).各结点得分配系数等于各杆件的相对线刚度与交汇于此结点的所以杆件的线刚度之和的比值，公式如下： (5-3-1) 图6.1 梁内力计算简图1）固端弯矩计算：顶层：MAB=-MBA=-21.8862/12=-64.64kNm MBC=-MCB

30、=-17.632.72/12=-10.71kNmMCD=-MDC=-21.8862/12=-65.64kNm 一至五层：MAB=-MBA=-23.9162/12=-71.73kNm MBC=-MCB=-13.482.72/12=-8.19 kNmMCD=-MDC=-23.9162/12=-71.73kNm分配系数计算：分配后具体数据值： 图6.2 恒荷载弯矩计算 a、顶层边跨线荷载值计算： 屋面恒荷载：； 作用于框架梁上的线荷载为：； 框架梁线荷载为：；b、2-5层边跨线荷载值计算： 楼面恒荷载：3.92kN/m； 作用于框架梁上的线荷载为：； 框架梁线荷载为：； 边跨填充墙线荷载为：2.26

31、（3.9-0.6）=7.46kN/m 框架梁上线荷载为：3.88+7.46=11.34kN/mc、顶层中间跨线荷载值计算： 屋面恒荷载：5.50kN/m2 作用于框架梁上的线荷载为：5.503=16.50kN/m 框架梁线上荷载为：；d、2-4层中间跨线荷载值计算： 楼面恒荷载：3.92kN/m2 作用于框架梁上的线荷载为：； 框架梁上线荷载为：；2）跨中弯矩值计算：顶层边跨：；标准层边跨：； 顶层中跨：M0=16.52.72/8+3.882.72/8=18.57kNm标准层中跨：M0=11.762.72/12+3.882.72/8=10.68kNm梁在实际分布荷载作用下按简支梁计算跨中弯矩计

32、算简图如下：顶层边跨中间弯矩值为：第六层边跨中间弯矩值为：第五层边跨中间弯矩值为：第四层边跨中间弯矩值为：第三层边跨中间弯矩值为：第二层边跨中间弯矩值为：第一层边跨中间弯矩值为：顶层中间跨中间弯矩值为：第六层中间跨中间弯矩值为：第五层中间跨中间弯矩值为：第四层中间跨中间弯矩值为：第三层中间跨中间弯矩值为：第二层中间跨中间弯矩值为：第一层中间跨中间弯矩值为：图6.3 恒荷载作用下弯矩图恒荷载作用下框架剪力和轴力计算：顶层边跨为：标准层边跨值为：顶层中间跨值为：标准层中间跨值为：顶层边跨剪力值为： 6层边跨剪力值为： 5层边跨剪力值为： 4层边跨剪力值为： 3层边跨剪力值为：2层边跨剪力值为：底层

33、边跨剪力值为：顶层中跨剪力值为：6层中跨剪力值为：5层中跨剪力值为：4层中跨剪力值为：3层中跨剪力值为：2层中跨剪力值为：底层中跨剪力值为：6.4 恒荷载作用下剪力图恒载作用下柱轴力计算层号7654321柱自重37.1736.7036.7036.7036.70376415.53 A轴节点右端剪力43.435.4035.3035.3034.7835.3235.32纵向框架竖向荷载147.0782.0682.06820682.0682.0682.06柱顶轴力190.47307.93462.53617.13770.67925.291080.31柱底轴力227.64344.63499.23653.83

34、807.37962.931095.84B轴节点左端剪力45.1435.4535.5435.5435.6435.5235.52节点右端剪力15.366.946.946.946.946.946.94纵向框架竖向荷载199.07218.56218.56218.56218.56218.56218.56柱顶轴力259.59557.69855.431153.171451.011743.232042.39柱底轴力296.74594.39892.131189.871481.711780.872057.92C轴节点左端剪力15.366.946.946.946.946.946.94节点右端剪力45.1435.45

35、35.5435.5435.6435.5235.52纵向框架竖向荷载199.07218.56218.56218.56218.56218.56218.56柱顶轴力259.59557.69855.431153.171451.011473.232042.39柱底轴力296.74594.39892.131189.871481.711780.872057.92D轴节点左端剪力43.435.4035.3035.3034.7835.3235.32纵向框架竖向荷载147.0782.0682.06820682.0682.0682.06柱顶轴力227.64307.93462.53617.13770.67925.29

36、1080.31柱底轴力190.47344.63499.23653.83807.37962.931095.84 图6.5 框架在恒荷载作用下轴力图7.活荷载标准值计算1.活荷载标准值查建筑结构荷载规范得，活荷载取值如下：（1）屋面和楼面活荷载标准值不上人屋面 0.5 kN/m楼面 2.0 kN/m走廊门厅 2.5kN/m（2）雪荷载 0.30 kN/m屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者取大值8.活荷载作用下框架所受荷载图8.1 标准层板传荷载示意图1.AB、CD轴间框架梁（1）屋面板传荷载：屋面板传至梁上的荷载两边均为梯形荷载，转化为均布荷载为：a=2/6=0.330.5（1-20.33+0.3

37、33）4/22=1.64kN/m（2）楼面板传荷载：楼面板传至梁上的荷载两边均为梯形荷载，转化为均布荷载为：a=2/6=0.332（1-20.33+0.333）4/22=6.56 kN/m则屋面板传至主梁AB、CD跨的线荷载：（板传荷载）1.64kN/m楼面板传至主梁AB、CD跨的线荷载：（板传荷载）6.56 kN/m2.BC轴间框架梁（1）屋面板传荷载：屋面板传至梁上的荷载两边均为三角形荷载，转化为均布荷载为：0.55/824/2=1.25 kN/m（2）楼面板传荷载：屋面板传至梁上的荷载两边均为三角形荷载，转化为均布荷载为：25/824/2=5.00 kN/m则屋面板传至主梁BC跨的线荷载：（板传荷载）1.25 kN/m楼面板传至主梁BC跨的线荷载：（板传荷载）5.00 kN/m3.A、D轴柱纵向集中恒荷载计算（1）顶层柱屋面板传荷载：