土木工程毕业设计（论文）大连华兴集团办公楼建筑结构设计.doc

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1、大连民族学院本科毕业设计大连华兴集团办公楼建筑结构设计学 院（系）： 土木建筑工程学院 专 业： 土木工程 学 生 姓 名： 学 号： 2011111316 指 导 教 师： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 2015年6月9日 大连民族学院摘要这次设计是按大连民族学院土木工程学院2015年毕业设计要求编写的毕业设计计算书。题目为“办公楼建筑结构设计”，该建筑是一个四层的框架结构房屋。结构形式为钢筋混凝土框架结构，底层层高为3.9m，其余各层层高为3.6m，室内外高差为0.45m。设计内容包括建筑设计，结构设计等。建筑设计部分包括平面设计、立面设计、剖面设计及细部构造的设计等。除此之外，还运

2、用了CAD和天正等来绘制办公楼的平面图、立面图和剖面图。结构设计则含了梁、柱截面尺寸确定，水平荷载和竖向荷载作用下结构的内力以及侧移的计算，内力组合和截面设计。然后，就是基础的设计。基础设计包含基础选型、基础板配筋计算等。在设计过程中，还运用了PKPM进行辅助计算，并拿电算与手算结果进行验算分析。最后，按照任务书要求编写了本计算书。对于这个设计，本着安全、适用、经济和美观的要求，平面布局分区明确，流线合理，互不干扰。综合考虑了建筑物使用上的各种因素，从而解决了建筑物的外观造型、房间布置、配筋计算等很多关键问题。通过这次设计，将大学所学的全部专业知识做了一次很好的衔接，发现各个学科之间不是独立存

3、在的，而是融会贯通的，算得上是一次对大学所学知识的全面检阅。关键词：办公楼；框架结构；结构设计；柱下独立基础The building structure design of office building of Dalian Huaxing GroupAbstractThis design is according to the Civil Engineering College of Dalian Nationalities University 2015 graduation design calculations prepared by the design requirements.

4、The title is office building structure design, which is a four story frame structure. Structure of reinforced concrete frame structure, the bottom storey 3.9m. The rest of each storey is 3.6m, indoor and outdoor elevation is 0.45m.The design includes architectural design and structure design. Archit

5、ectural design includes graphic design, facade design, profile design and detail structure design, etc. At the same time, drawing office building with CAD and it was software such as plan, elevation and profile. The structure design mainly includes the determination of the beam, the column section s

6、ize, the internal force and the lateral displacement calculation, the internal force composition and the section design of the frame structure under the horizontal load and the vertical load.Then, basic design. Basic design includes basic type selection, basic layout, foundation slab reinforcement c

7、alculation, etc. In the design process, the computer aided calculation of PKPM can be carried out, and the calculation results are compared with the results of the calculation. Finally, the preparation of the statement in accordance with the requirements of the task book.For this design, in line wit

8、h safety, application, economic and aesthetic requirements, the layout of the plane is clear, streamline and reasonable, not interfere with each other. Taking into account the various factors of the buildings, the key issues of building appearance, room layout and reinforcement calculation are resol

9、ved. Through this design, University will learn professional knowledge of all do a good interface, between the various disciplines is no longer exist independently, but mastery, indeed considered is one of the knowledge of the comprehensive review.Keywords: Office Building, frame structure, structur

10、e design, column independent foundation目录摘要IAbstractII1前言12建筑设计22.1自然条件22.2 设备条件22.3建筑规模22.4建筑平面设计33结构设计73.1结构方案及布置73.1.1轴网布置73.1.2 材料选择73.2 结构构件尺寸设计73.3基础选型及埋深83.4横向框架结构侧向刚度计算及验算94设计计算114.1重力荷载及水平荷载计算114.2水平地震作用计算144.3横向风荷载作用下框架结构内力和侧移验算194.4竖向荷载作用下框架结构内力分析235内力组合335.1梁控制截面内力标准值346框架梁柱配筋计算426.1梁截面控

11、制426.1.1梁正截面受弯承载力的计算426.1.2梁斜截面受剪承载力计算436.2柱截面设计446.3楼板设计477基础设计497.1基础的确定497.2基础地面尺寸的确定507.3基底净反力标准值计算及地基承载力验算507.4基础的剖面设517.5抗冲切验算527.6配筋计算53结语55参考文献56致 谢571前言整个毕业设计过程从前期选题到最终完稿共耗时近半年，期间从选题到初步设计再到详细的计算，最后做细节修改，综合运用了大学所学的全部知识，期间也获得了老师和同学的帮助。毕业设计内容共分为几个大的版块：计算书、建筑施工图、结构施工图。计算书部分记录了选取的一榀框架全部手算过程和相应的示

12、意图，其中包括了建筑设计说明、荷载计算、内力组合、梁柱及基础配筋计算等内容。荷载计算部分包括结构选型，梁柱尺寸初步确定等，内及计算包括梁柱恒载，活载计算，运用弯矩二次分配法和D值法计算竖向和水平荷载。内力计算完成后接着进行内力组合，组合时运用Excel表格编写相关公式进行。然后根据内力组合结果进行一榀框架的梁柱配筋计算和基础尺寸及配筋计算。建筑施工图则使用天正和CAD等绘图软件进行绘制，全套施工图包括了建筑平面图、立面图和剖面图，还有相应部位的详图。房屋其他部分使用的是PKPM建模的方法进行辅助计算，生成结构施工图后，对照自己的手算结果和相关规范进行修改。这次毕业设计回顾了大一到大四所学的全部

13、专业知识，由于之前没有经验，难免出现纰漏，还望老师能提出宝贵的修改意见。2建筑设计2.1自然条件地形比较平坦，抗震设防烈度：7度；基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第一组，抗震等级为3级。场地类型是类。大连基本风压为0.65kN/m2，地面粗糙度B类，基本雪压为0.4kN/m2。全年主导风向为东南风。场地标准冻结深度为 -0.700m。地下水位在-6.0m以下，而且地下水无侵蚀性。场地地层一览表 序号岩土分类土层描述土层低标高(m)土层厚度(m)地基土承载力特征值(kPa)1杂填土由碎石、砖块、粘土等组成，松散0.50.5802粉质粘土黄褐色，湿，可塑3.02.52003全风化板岩黄褐

14、色，岩芯呈土状，散体结构，岩体极破碎6.53.53004强风化板岩黄褐色，稍湿，岩芯呈碎片状，岩体破碎10.54.04005中风化板岩黄褐色，稍湿，岩芯呈柱状，属较软岩,较完整2000说明： 对于多层框架结构，基础埋深的确定不需要考虑建筑高度的因素，通常是在地质条件允许的前提下，基础尽量浅埋。所以，表1给出的地层结构尽量能实现浅基础。2.2 设备条件上下水，电力由城市系统引用，由供热中心供暖。2.3建筑规模总建筑面积3213 m2。主体4层，一层层高 3.9m,二至四层3.6m。设有室外停车场，每万平方米50个标准停车位，每个标准停车位30平米。不考虑地下人防设施。房间组成 大概包括有门厅，接

15、待室，值班室，档案室，办公室，会议室，仓库，厕所，休息厅，资料室等。2.4建筑平面设计室内外高差450mm，设三级台阶，每级台阶高150mm。建筑内外墙均采用加气混凝土砌块，外墙厚度为300mm,内墙为200mm。内墙面采用20mm厚混合砂浆抹灰。根据规范，办公室门宽1.2m，门高2.2m。所有窗台高均为900mm，窗户尺寸根据窗地比要求和具体建筑尺寸要求确定。屋面采用卷材防水，按上人屋面考虑，女儿墙高度为0.9米。本设计设置三个安全出口，正门入口宽3.6m，一层走廊两侧逃生门为1800mm2400mm，走廊宽为2.7m。消防楼梯两部，楼梯间尺寸37506300mm，楼梯梯井为100mm，踏步

16、宽270mm，梯段宽1800mm，楼梯高度3900mm，平台宽1800mm。门和窗的尺寸表如下，名称门窗编号门窗尺寸说明窗C155002100塑钢窗C224002100塑钢窗门M118002400玻璃门M210002000钢铁门M39002000钢铁门M418002400防火门平面设计，立面设计及剖面设计如下，3结构设计3.1结构方案及布置3.1.1轴网布置3.1.2 材料选择楼盖、屋盖、梁、柱、基础采用的都是现浇钢筋混凝土结构，梁柱等级为C35（fc=16.7kN/m2），其他各构件的混凝土强度的等级都是C30（ fc=14.3kN/m2）。框架结构梁、柱受力纵筋及板筋均采用HRB335，箍

17、筋、架立钢筋等采用HPB3003.2 结构构件尺寸设计参考混凝土结构设计，梁宽不小于200mm，梁高不大于4倍梁宽，一般情况下，框架的截面尺寸可按下式估算： h=(1/81/18)l ,b=(1/31/2)h。据此选择梁截面。横向框架梁（最大跨度6300mm）： h=(1/81/18)l6300,取为600mm b=(1/31/2)h600，取为300mm纵向框架梁（最大跨度7500mm）： h=(1/81/18)l7500, 取为600mm b=(1/31/2)h600，取为300mm走道梁 （最大跨度2700mm）： h=(1/81/18)l2700，取为400mmb=(1/31/2)h4

18、00，取为300mm考虑次梁作用，区格板的边长为6.3/3.752，应按双向板计算。楼板厚度应大于等于l/40=3750/40=93.75,取100mm。边柱及中柱的负载面积分别为7.53.15和7.54.5，各层重力荷载近似 ge=12 kN/m2边柱：=113505mm2中柱： =155913mm2如果取柱截面为正方形，则边柱和中柱分别为337 337mm和395395mm，考虑到上部结构墙厚较大，所以柱截面尺寸统一取500mm500mm。3.3基础选型及埋深基础选柱下独立基础，基础埋深取1.2米，基础高度为0.8米。底层柱计算高度从基础梁顶面取至一层板底。H1=1.2-0.8+0.45+

19、3.9=4.75m 图3.1横向框架计算简图梁跨Ec(N/mm2)bh(mm)计算跨度lb(mm)截面惯性矩I0(mm4)ib=2EcI0/Lbib=1.5EcI0/LbAB、CD3.1510430060063005.41095.410104.051010BC3.1510430040027001.6001093.7310102.810103.4横向框架结构侧向刚度计算及验算1.框架梁、柱线刚度计算 表3.1梁线刚度 （N.mm）表3.2柱线刚度（N.mm）楼层层高hi(mm)Ec(N/mm2)bh（mm）Ic(mm4)ic=ECI0/hi147503.151045005007.6261095.

20、0571010236003.151045005005.2081094.55710103-436003.151045005005.2081094.55710102.框架侧向刚度计算柱侧向刚度按 D=计算，第一层边柱：k=5.4/3.418=1.067,=k/2+k=（0.5+1.58）/(2+1.58)=0.511D11=0.58(123.14181010)/(4.8103) 3=13743.8第一层中柱k=(5.4+3.73)/3.418=1.805,=(0.5+2.727)/(2+2.7270)=0.606D12=16298.9则第一层一榀横向中框架的总侧向刚度为：D1=（10343+121

21、58.8）2=45003.6N/mm第二层边柱：K=1.185，=0.372，D21=15696.3第二层中柱：K=2.004，=0.5005，D22=21118.3则第二层一榀横向中框架的总侧向刚度为：D2=73629.2 N/mm其余各层略，具体结果如下表， 表3.3一榀横向中框架的侧向刚度N/mm楼层ic层高hi(mm)中框架边柱中框架中柱𝐷KacDi1KacDi244.55736001.1850.37215696.32.0040.500521118.373629.234.55736001.1850.37215696.32.0040.500521118.373629.22

22、4.55736001.1850.37215696.32.0040.500521118.373629.215.05747501.0670.51113743.81.8050.60616298.960085.4 表3.4一榀边框架的侧向刚度N/mm楼层ic层高hi(mm)中框架边柱中框架中柱𝐷KacDi1KacDi244.55736000.8890.30812995.91.5030.42918101.462194.634.55736000.8890.30812995.91.5030.42918101.462194.6.24.55736000.8890.30812995.91.5030

23、.42918101.462194.615.05747500.8010.46412479.71.3550.55314873.454706.23.横向框架侧向刚度比验算 楼层和上部相邻楼层的侧向刚度比验算层次1234Di469924.8566164.0566164.0566164.0Di-1/Di0.8301.001.001.00各层的侧向刚度比均大于0.7，且与上部相邻层侧向刚度比平均值大于0.8，满足规范。4设计计算4.1重力荷载及水平荷载计算1.重力荷载计算（1）屋面及楼面的永久荷载标准值 屋面（上人）：保护层：40厚C20细石混凝土保护层 0.0424=0.96kN/m2防水层：1.5厚合

24、成高分子防水卷材 0.33 kN/m 2.0厚合成高分子防水涂膜一道 0.4 kN/m找平层：25厚1:3水泥砂浆找平层 0.02520=0.5 kN/m2找坡层：1:6水泥焦渣找坡 0.0414=0.56 kN/m2保温层：210厚发泡聚苯板保温层 0.5 kN/m2结构层100mm厚钢筋混凝土板 250.1=2.5 kN/m2抹灰层：15厚板底抹灰 0.01520=0.3 kN/m 6.05 kN/m213层楼面瓷砖地面： 0.55 kN/m2100mm厚钢筋混凝土板 250.1=2.5 kN/m215mm厚抹灰 0.01520=0.3 kN/m2 3.35 kN/m2（2）屋面及楼面的可

25、变荷载标准值上人屋面均布活载标准值 2.0 kN/m2楼面活荷载标准值（房间） 2.0 kN/m2楼面活荷载标准值（走廊） 2.5 kN/m2屋面雪载标准值 Sk=1.00.4=0.4 kN/m2（3）梁、柱、墙、门、窗等重力荷载计算由于考虑进了板的自重，故计算梁自重时应从梁截面高度中减去板的厚度。第一层单位长度的柱梁重力荷载计算：边横梁：0.30.525+0.021720.5=4.09 kN/m2走道梁：0.30.325+0.30.02172=2.454 kN/m2次梁： 0.30.325+0.30.02172=2.454 kN/m2纵梁： 0.30.525+0.021720.5=4.09

26、kN/m2柱：0.500.525+0.50.02174=8.3105 kN/m2第一层柱梁净长度：边横梁：Ln=6.3-0.5=5.8m走道梁：Ln=2.7-0.5=2.15m次梁： Ln=6.3+0.4-0.32=6.35m纵梁：Ln=7.5-0.5=7.00m柱：4.75m其他层计算结果如下:表4.1框架梁、柱重力荷载标准值楼层构件b(m)hn (m)r (kN/m3)gl (kN/m)ln(m)g0（kN）1边横梁0.30.5254.095.823.415走道梁0.30.3252.4542.1550276次梁0.250.3252.4546.3515.58纵梁0.30.5254.096.9

27、528.426柱0.50.5256.934.7539.4772边横梁0.30.5254.095.823.620走道梁0.30.3252.4542.205.4次梁0.30.3252.4546.12515.031纵梁0.30.5254.097.028.63柱0.50.5256.933.524.2553-4边横梁0.30.5254.095.823.620走道梁0.30.3252.4542.205.4次梁0.30.3252.4546.12515.031纵梁0.30.5254.097.028.63柱0.50.5256.933.524.255外墙自重：0.36（砌块）+0.5（保温）+0.36（抹面）+0

28、.0217+0.36（粉刷）=3.36内墙自重：0.26+0.02172+0.36=2.24 kN/m2女儿墙（0.9m） 50mm水泥砂浆罩面 0.0520=1 kN/m2 20厚水泥砂浆抹底 0.0220=0.4 kN/m2200砌块 0.26=1.2 kN/m2 合计 : 2.6 kN/m22.重力荷载代表值 集中在各楼层标高处的重力荷载代表值包括：楼面或屋面自重的标准值，百分之五十楼面活荷载或百分之五十屋面雪荷载，屋面活荷载忽略，墙中取上下各半屋墙重的标准值之和。（1） 底层重力荷载代表值（G1）恒载：首层板重：3.3553.0515.85=2816.8kN首层框架边横自重：23.41

29、516=374.64kN首层走道梁自重: 5.2768=42.208kN首层次梁自重： 15.5814=218.12kN首层纵梁自重： 28.42628=795.928kN首层框架柱自重： 39.47736=1342.218kN二层框架柱自重： 24.25536=824.67kN二层外墙和窗重：（53.05+15.85）2-200.503.36(3.6-0.6)-(105.02.1)+(2.42.18)+(1.82.12) (3.36-0.4)=804.62kN二层内墙和门重： 6.714(3.6-0.6)+6.112(3.6-0.6) 2.24-281.02(2.24-0.4)=998.59

30、kN首层外墙和窗重： (53.05+15.85) 2-200.5 3.36(3.6-0.6)-(105.02.1)+(2.42.18)+(1.82.12) (3.36-0.4)=794.54kN首层内墙和门重：6.310(3.6-0.6)+6.554(3.6-0.6)+5.912(3.6-0.6) 2.24-123.648=951.55kN活载 ：楼面活载 7.56.32.014+2.753.052.5=1681.1knG1=(2816.8+374.64+42.208+218.12+795.928+824.67+1342.218)/2+（804.62+998.59+794.54+951.55）

31、/2+0.51681.1=7946.34kN（2） 二层重力荷载代表值G2恒载： 二层板重 3.3553.0515.85=2816.8kN二层框架边框梁自重：23.62016=377.92kN二层走道梁自重：5.48=43.2kN二层次梁自重： 15.03114=210.434kN二层纵梁自重：28.6328=801.64KN二、三层框架柱自重 24.25536=824.67kN二三层外墙和窗重 804.62kN二、三层内墙和门重 998.59kN活载：楼面活载 1681.1kNG2=2816.8+377.92+43.2+210.434+801.64+824.67+804.62+998.59+

32、0.51681.1 =7718.424kN=G3（3） 顶层重力荷载代表值G4恒载：顶层板重 6.0553.0515.85=5087.1kN顶层框架边横梁自重 23.62016=377.92kN顶层走道梁自重 5.48=43.2kN顶层次梁自重 15.03114=210.434kN顶层纵梁自重 28.6328=801.64kN顶层框架柱自重 24.25536=824.67kN顶层外墙和窗重 804.62kN顶层内墙和门重 998.59kN女儿墙重 2.60.9（53.05+15.85）2=322.45kN活载：楼面雪载 53.0515.850.4=336.337 G4=5087.1+377.9

33、2+43.2+210.434+801.64+(824.67+804.62+998.59)/2+322.45+336.3370.5=8319.9kN 图4.1各质点的重力荷载代表值 4.2水平地震作用计算（1）横向自振周期计算将集中在各层楼面处的重力荷载代表值Gi作为水平荷载作用于框架结构，计算出框架结构的层间位移，可求的结构的顶点假想位移。结构顶点的假想侧移由，和计算。表4.2结构假想顶点位移层次Gi/kNV Gi/kNDi/(N/mm)i/mmi/mm48319.98319.95661640.01470.152537718.42416038.325661640.02830.137827718

34、.42423756.755661640.0420.109517946.3431703.09469924.80.06750.0675按公式计算其基本周期，其中，框架结构的周期折减系数(2）水平地震的作用计算以及楼层地震剪力的计算由于结构高度未超过40m，质量和刚度的分布均匀的，主要是以剪切变形为主，所以可以采用底部剪力法来计算水平地震的作用。因为建筑场地的类别是类，设计的地震分组是一组，所以Tg=0.35s，max=0.08。去阻尼比底部剪力：因为，所以不考虑顶部附加应力水平地震作用。各个质点的水平地震作用按 图4.2水平地震作用下的计算简图 表4.3框架横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次

35、/m/kN/kNGiHi/GiHi/kN/kN415.558319.9129374.4450.3995763.71763.71311.957718.4292235.1190.2848544.441308.1528.357718.4264448.810.1990380.421688.5714.757946.4337745.540.1166222.91911.47（3）水平地震作用下框架结构侧移验算水平地震作用下的框架结构的层间位移和顶点位移分别按和计算。4.4横向水平地震作用下的位移验算层次Vi/kNDi/(N/mm)hi/mm4763.715661640.13036001/2770031308

36、.155661642.31136001/160221688.575661642.98236001/120711911.47469924.84.06847501/1164 水平地震作用下，框架结构各层的层间侧位移应满足的要求。查表各层层间位移角均小于其限值1/550，满足要求。（4）水平地震作用下框架结构内力计算（D值法）框架柱端的剪力和弯矩分别按和计算。各柱反弯点的高度是按式确定。（底层柱需考虑修正值，第二层柱需考虑和，其余层不用考虑和）各层边柱柱端弯矩及剪力具体计算如下。表4.5水平地震作用下框架柱端弯矩计算层楼hi/mVi/kNDi/(N/mm)边柱Di1Vi1KyMlbMub43.699

37、.3273629.215696.321.171.1850.36627.8948.3233.6170.1273629.215696.336.271.1850.45659.5471.0323.6219.673629.215696.346.811.1850.49783.7584.7614. 75244.460085.413743.855.91.0670.581154.27111.25表4.6水平地震作用下框架柱端弯矩计算层次hi/mVi/kNDi/(N/mm)中柱Di1Vi1KyMlbMub43.6099.3273629.221118.3328.492.0040.41242.1260.1233.60

38、170.1273629.221118.348.792.0040.4782.493.0923.60219.673629.221118.3362.992.0040.521118.14108.6214.75244.460085.416298.966.301.8050.671211.31103.61注：表中M量纲为kN.m，V量纲为KN。梁端弯矩、剪力及柱的轴力分别按和公式计算。计算结果如下，4.7水平地震作用下梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力MMlVMMlV边柱N中柱N448.3225.126.3-20.1231.7831.782.7-33.01-20.12-9.233148.2911

39、2.186.3-48.2893.2193.212.7-75.11-72.78-37.212251.01231.016.3-80.21143.1143.12.7-113.21-152.52-79.331372.1301.96.3-104.1158.23158.232.7-125.2-278.31-120.78 注：梁端弯矩和梁端剪力均以绕杆件顺时针为正，而轴力的方向则以受压为正，受拉为负。 图4.3水平地震作用下框架柱弯矩图4.3横向风荷载作用下框架结构内力和侧移验算（1） 风荷载计算查表可以得出大连的基本风压是0=0.65 kN/m2，从荷载规范中可以查到s=0.8（迎风面）和s=0.50（背风面）,又因为地面类型是B类地区。H/B=16.45/15.3=1.071.5，所以不用考虑风压脉动影响系数。取一榀横向中框架计算，则沿房屋高度的分布风荷载标准值延框架结构高度的分布如下图。内力及侧移计算的时候，可按静力等效原理将分布的风荷载转换成节点集中荷载，（Fi单位为kN）如下图所示。图4.4风荷载作用下框架结构计算简图（a）图4.5风荷载作用下框架结构计算简图（b）表4.8沿房屋高度分布风荷载标准值层次Hi(m)Hi/Hzzq1(z)/(kN/m)q2(z)/(kN/m)女儿墙16.451.000