西安航天研究院办公楼设计毕业设计计算书.doc

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1、本科毕业设计论文题目：西安航天研究院办公楼设计院 系： 建筑工程学院 学科专业： 土木工程 学 生： 学 号： 090705115 指导教师： 2013年 6月本科毕业设计论文题目：西安航天研究院办公楼设计院 系： 建筑工程学院 学科专业： 土木工程 学 生： 学 号： 090705115 指导教师： 2013年 6月西安工业大学毕业设计（论文）任务书院（系） 建筑工程学院 专业 土木工程 班级 090705 姓名 吕刘平 学号 090705115 1.毕业设计（论文）题目： 西安航天研究院办公楼设计 2.题目背景和意义：该工程位于西安市灞桥区，西安航天研究院拟兴建一综合办公楼，总建筑面积约为

2、5000m2，层数为6层。 课题来源于工程实际，对土木工程专业学生具有现实意义。通过工程设计，综合运用和深化所学理论知识，使学生受到工程师的基本技能和素质训练。通过这个课题，着重培养学生收集、查阅资料的能力；中、外文文献的阅读能力；独立分析问题、解决问题的能力；设计方案的经济分析和技术分析能力；结构受力理论分析和结构计算能力；工程制图和编写设计说明书、计算书的能力等。 3.设计(论文)的主要内容（理工科含技术指标）： 根据建设单位要求，经有关部门批准，结构类型采用现浇钢筋混凝土框架结构。建筑功能要求：另设有会议室、活动室；立面要求简洁、明快。 工程地质、水文、气象情况：根据有关勘察部门提供的工

3、程地质勘察报告，拟建场地地形较平坦。抗震8度设防。设计地震分组：第一组。 地表土为城市垃圾土，表层厚0.3米0.5米。地表下土层为非湿陷性黄土。建筑场地为II类场地土。地基处理建议采用换土垫层法，垫层材料可选用3：7或2：8灰土。地基承载力标准值fak=180kPa。 最热月平均温度27.3度，最冷月平均温度-1.7度，空气相对湿度最热月平均72%，最冷月平均70%。全年主导风向是东北风，基本风压0.35 kN / M2。年降雨量634mm，日最大降雨量92mm，每小时降雨量56mm。基本雪压0.20 kN / M2。 4.设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）： 本次毕业设计由建筑

4、设计和结构设计两部分组成，结构设计为重点。具体要求为： （1） 建筑设计内容： 1）确定建筑初步设计方案 2）主要部位的建筑构造设计及工程做法 3）绘制建筑施工图（1# 图），主要包括：底层平面图、标准层平面图、屋顶平面图、立面图、剖面图。 （2） 结构设计内容： 1）确定结构布置方案 2）结构计算，内容主要包括： A 一榀框架的内力分析、内力组合和配筋计算 B 一个完整区段楼板及次梁的内力与配筋计算 C 一部楼梯的配筋计算 3）绘制结构施工图（1# 图），主要包括：某层结构平面布置图、一榀框架配筋图（框架梁、柱）、楼板及次梁配筋图、楼梯配筋图、楼板配筋图、节点详图。 （3） 编写设计说明书：

5、内容包括设计依据，建筑与结构方案的概述，主要工程做法及材料等，结构设计方案说明，结构计算过程等。 进度安排： 实习及熟悉任务 第1-2周 确定建筑房案 第3周 结构方案设计及结构布置 第4周 结构计算 第5-11周 绘制施工图 第12-14周 整理建筑说明书、结构计算书 第15-16周 收尾及答辩 第17-18周 5.毕业设计（论文）的工作量要求 实验（时数）*或实习（天数）： 14天 图纸（幅面和张数）*： A1或A2图纸约12张 其他要求： 主要结构设计计算书约1500020000字，设计按相关规范执行。 指导教师签名： 年 月 日 学生签名： 年 月 日 系（教研室）主任审批： 年 月

6、日西安航天研究院办公楼设计摘 要本文研究的内容是西安航天研究院办公楼设计。通过建筑设计和结构设计，验证工程的可行性及满足各项功能的使用要求，是反映工程可行性以及技术经济指标的综合性资料。本工程设计结合地方地质及水文气候条件，依据各设计规范，使设计结果既符合设计标准，又满足使用要求，经济合理性。本工程为拟建多层办公楼，主楼标高22.65 m总建筑面积5344m2，本建筑防火等级二级，抗震设防烈度8度。工程结构设计采用框架结构，结构设计按纵横向框架承重分析。设计包括结构部分、楼梯、基础等。根据任务书定出各层平面图及平面布置，在进行构件截面估算和荷载计算后，选取一榀框架进行计算，计算内容包括框架梁柱

7、截面尺寸的选取及线刚度的计算；地震作用下梁端柱端弯矩、剪力的计算；楼梯配筋计算。在手算后，还使用CAD、Word、Excel等工具进行电脑输入，并对手算的结构进行了分析和检查。最后依据计算结果，结合相应的结构构造要求，绘制结构施工图和建筑施工图，写出相应的设计说明以及结构设计计算书关键词：框架结构；抗震；结构设计；内力计算The design of the apartment of xian aerospace research institute building AbstractThe contents of this paper is the apartment of Xi an aer

8、ospace research institute. Through the architectural design and structure design, verify that the engineering feasibility and meet various requirements, functionality is a reflection of the engineering feasibility and technical and economic indicators of comprehensive data.This engineering design co

9、mbined with local geological and climatic conditions, water asked by various design specification, make design results met design standards, and use, economic rationality.According to the sue function, the construct contents apartment and entertainment building .The height is 22.65m of main floor. T

10、otal building area is 5344m2.This building resistant fires is second class, and the seismic fortification intensityis seven degree. This engineering construction design adoption the frame construction. Being calculating the structure, the lateral structure be lacked as frame system and be analysis.

11、The design included the construction of the structure of the stairs and so on. According to the mandate set of floor plans and layout of each floor. The program for the main structure of two-way load-bearing framework, such as cross-lateral framework load component in the calculation and estimates s

12、ection, selecting a ping framework, including the framework of calculating earhquake Beam, column-moment, framework reinforced beams calculated and the basis for calculating the stairs reinforced reinforcement calculation. Finally ,but also to use CAD, Word, Excel and other tools, computer input, an

13、d the structure of rival operators to analyze and check.Final results, combined with the structural requirements, drawing structure construction plans, architectural plans, write out the appropriate design description, and account book. Key Words: frame structure; structural design; internal force c

14、alculation. 目 录中文摘要I英文摘要II主 要 符 号 表11 绪论11.1建筑设计背景11.1.1建筑概况1.1.2 设计资料及设计依据11.2建筑方案及方案说明11.2.1建筑方案的初步设计11.2.2建筑施工图设计31.3建筑设计的工程做法41.4课题研究的意义42 结构布置52.1 结构布置52.2 柱网布置52.3框架结构承重方案的选择62.4框架结构的计算简图62.5梁、柱截面尺寸的初步确定73 框架结构刚度参数计算93.1框架结构侧移刚度的计算93.1.1梁柱线刚度计算93.1.2柱的抗侧刚度计算94 重力荷载计算124.1 屋面及楼面的永久荷载标准值124.2屋面及

15、楼面的可变荷载标准值124.3梁、柱、墙、窗、门重力荷载的计算124.4重力荷载代表值145 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算175.1横向自振周期的计算175.2水平地震作用及楼层地震剪力的计算175.2.1结构等效总重力荷载代表值Ge185.2.2计算水平地震影响系数1185.2.3结构总的水平地震作用标准值FEk185.3 多遇水平地震作用下的位移验算195.4 水平地震作用下框架内力计算195.4.1框架柱端剪力及弯矩计算195.4.2水平地震作用下框架梁内力计算216 竖向荷载作用下横向框架结构的内力计算246.1 横向框架计算图246.2荷载计算256.2.1恒载计算25

16、6.3内力计算286.3.1恒载和活载作用下杆端弯矩286.3.2恒载和活载作用下梁端剪力和柱轴力357 内力组合387.1 抗震等级的确定387.2框架梁的内力组合387.2.1内力组合种类387.2.2计算跨间最大弯矩388 截面设计508.1框架梁508.1.1梁的正截面受弯承载力计算508.2框架柱548.2.1柱截面尺寸验算548.2.2柱正截面承载力的计算548.2.3柱斜截面受剪承载力的计算608.2.4框架梁柱节点核芯区截面抗震验算609 楼板设计629.1设计参数629.2按塑性铰线法理论计算639.2.1弯矩计算639.2.2配筋计算：6310 楼梯设计6510.1设计参数

17、6510.2楼梯板计算6510.3平台板计算6610.4平台梁计算6711 基础设计6911.1 设计资料6911.2 基础截面确定6911.2.1 基础梁高6911.2.2 翼板厚度6911.2.3 基础长度6911.2.4 基础的底面宽度7011.3 基础梁内力计算7012 结构电算7412.1 PM建模7412.2 建筑模型的补充、修改754.4 PK方法计算结果774.5 PK配筋计算结果864.5 手算与电算配筋计算结果比较（见一榀框架图配筋）86设计心得87致谢89参考文献90毕业设计（论文）知识产权声明92毕业设计（论文）独创性声明93附录94主 要 符 号 表SGk 永久荷载效

18、应的标准值；SQk 可变荷载效应的标准值；G 永久荷载的分项系数；Q 可变荷载的分项系数；T 结构自振周期；fy、fy 普通钢筋的抗拉、抗压强度设计值；as、as 纵向非预应力受拉钢筋合力点、纵向非预应力受压钢筋合力点至截面近边的距离；b 矩形截面宽度、T 形、I 形截面的腹板宽度；bf、bf T形或I形截面受拉区、受压区的翼缘宽度；d 钢筋直径或圆形截面的直径；e、e 轴向力作用点至纵向受拉钢筋合力点、纵向受压钢筋合力点的距离；e0 轴向力对截面重心的偏心距；ea 附加偏心距；ei 初始偏心距；h 截面高度；h0 截面有效高度；hf、hf T形或I形截面受拉区、受压区的翼缘高度；As、As

19、受拉区、受压区纵向非预应力钢筋的截面面积1 受压区混凝土矩形应力图的应力值与混凝土轴心抗压强度设计值的比值； 纵向受力钢筋的配筋率；sv 竖向箍筋、水平箍筋或竖向分布钢筋、水平分布钢筋的配筋率；v 箍筋的体积配筋率；FEk 结构总水平地震作用标准值；Geq 地震时结构（构件）的重力荷载代表值、等效总重力荷载代表值；max 水平地震影响系数最大值；RE 承载力抗震调整系数；Mc 节点上下柱端截面顺时针或反时针方向组合的弯矩设计值之和，上下柱端的弯矩设计值 ,可按弹性分析分配;Mb 节点左右梁端截面反时针或顺时针方向组合的弯矩设计值; HRB400级钢筋; HRB335级钢筋; HPB235级钢筋

20、1 绪论1.1建筑设计背景1.1.1建筑概况设计题目：西安航天研究院办公楼设计建筑层数：六层建筑面积：5344m2建筑总高度：22.65m结构类型：现浇混凝土框架结构1.1.2 设计资料及设计依据a.设计使用年限根据规范和任务书，本方案的设计使用年限为50年。(1) 场地条件根据有关勘察部门提供的工程地质勘察报告，拟建场地地形较平坦。(2) 气象条件最热月平均温度27.3度，最冷月平均温度-1.7度，空气相对湿度最热月平均72%，最冷月平均70%。全年主导风向是东北风，基本风压0.35 kN / M2。年降雨量634mm，日最大降雨量92mm，每小时降雨量56mm。基本雪压0.20 kN /

21、M2。(3) 地质条件地表土为城市垃圾土，表层厚0.3米0.5米。地表下土层为非湿陷性黄土。建筑场地为II类场地土。地基处理建议采用换土垫层法，垫层材料可选用3：7或2：8灰土。地基承载力标准值fak=180kPa。 b.抗震设防抗震8度设防。设计地震分组：第一组。c.结构环境类别根据规范和任务书知结构环境类别为一类一类环境。1.2建筑方案及方案说明1.2.1建筑方案的初步设计根据使用功能及条件，确定建筑方案，进行初步设计，绘出平、立、剖面草图经指导老师修改后进行下一步设计。建筑总平面布置应考虑到和周围环境(相邻建筑、绿化及道路)的关系，要求平面布置紧凑，人流路线合理，满足防火要求，房间的采光

22、通风及保温隔热等均需满足功能要求，建筑造型和建筑立面要求美观、大方，体现时代特色。在完成平、立、剖草图时做了以下处理手法：a.平面设计柱网尺寸采用7.2m7.2m，柱网布置见图2.1。该建筑为办公楼，根据实际情况并参考办公建筑设计规范(JGJ36-87)，取1个开间为一个房（会议室和活动室取两个开间），开间尺寸为 3.6m7.2m。(1) 主要房间平面设计1) 房间门设置根据建筑防火设计规范每个开间取一个门，所有办公室门均取1.2m2.1m(其中门高2.1m)的木门。2) 窗的设置根据房屋建筑学中民用建筑采光等级表可知：办公室的采光等级为级，要求窗地面积比不应小于1/6，选窗的尺寸为2.4m2

23、.1m 。(2) 辅助房间设计卫生间平面设计：为保证建筑上的布局合理，故在建筑的走廊东头设两个卫生间。(3) 交通联系部分的平面设计1) 走廊由楼梯门和走道的宽度指标可知，当建筑的耐火等级为二级时，一层、二层为0.65m，三层为0.75m/百人，大于四层为1m/百人。故可设置楼道建筑轴线尺寸为2.4。 一层两侧设门，二层以上楼道两侧设窗，窗尺寸选择1.5m2.1m。2) 楼梯由于楼全长为50.4米，为满足房间门到封闭楼梯间的最大距离22米的要求，可设置二道楼梯。门厅：采用两个开间即7.2m7.2m。b.立面设计立面设计是在满足房间的使用要求和技术经济条件下，运用建筑造型和立面构图的一些规律，结

24、合平面的内部空间组合进行的。进行立面设计设计时要考虑房屋的内部空间关系，相邻立面的协调，各立面墙面的处理和门窗安排，满足立面形式美观要求，同时还应考虑各入口，雨篷等细部构件的处理。c.剖面设计剖切线一般是要通过楼梯的，选取比较有代表的地方剖切，剖面图很详细的显示楼梯的构造和尺寸，楼梯的出口尺寸，楼梯梯间宽、踏步尺寸以及平台尺寸等。d.防火设计该建筑为高度不超过24m的多层建筑，防火等级为二级，将每一层划分为一个防火区间，则每层长度50.4m小于允许长度150m，每层的建筑面积890.8 m2小于最大允许面积2500 m2。 该建筑设有二部楼梯，每一个防火区间的安区出口几位3个，满足防火规范要求

25、。表1.1安全疏散距离 高层建筑房间门或住宅户门至最近的外部出口或楼梯间的最大距离(m)位于两个安全出口之间的房间位于袋形走道两侧或尽端房间公寓楼3015该建筑总长为50.4m，均匀设置2部楼梯，任一房间至外部出口的距离不大于15m，安全疏散距离满足规范要求。 表1.2 首层疏散外门和走道的净宽(m)高层建筑每个外门的净宽走道净宽单面布房双面布房居住建筑1.11.21.3其它1.21.31.4高层建筑内走道的净宽，应按通过人数每100人不小于1.00m计算；首层疏散外门的总宽度，应按人数最多的一层每100个不小于1.00m计算。首层疏散外门和走道的净宽不应小于表1.2的规定。根据6.2.2条，

26、建筑高度不超过32m的二类建筑应设封闭楼梯间，在走道和楼梯交汇处设置防火门，门宽1.5m。各层防火门开向楼梯。1.2.2建筑施工图设计 建筑设计和结构设计互相影响、互相配合、互相制约，所以，在绘制建筑施工图过程中，一定要参考结构验算和构造要求，遇到问题及时修改。在施工图设计过程中，一定要结合相关的规范考虑全面，按照制图统一标准绘制，节点细部构造要细心绘制，尺寸标注、做法标注及一些说明要符合要求。用天正建筑结合AutoCAD绘制建筑施工图，画出每层的平面图之后，利用天正建筑生成立面图和剖面图，再利用AutoCAD做细部修改，在初步设计的基础上，绘制建筑施工图。设计深度应满足施工、安装及预算要求，

27、图面应详尽表现建筑物的各有关部分。建筑设计说明书，说明工程概况及设计依据、设计意图、建筑规模、要求、建筑方案及方案说明、设计依据和设计原则、经济技术指标等。1.3建筑设计的工程做法在绘制建筑施工图的同时，把屋面、楼面、立面和剖面的主要工程做法定下来，以便在结构计算中使用。屋面为不上人屋面，工程做法如下：40厚C20细石混凝土保护层三毡四油防水层20厚水泥砂浆找平层100厚钢筋混凝土屋面板20厚混合砂浆天棚抹灰楼面工程做法：水磨石楼面(包括水泥粗砂打底)100厚钢筋混凝土屋面板10厚混合砂浆天棚抹灰立面：喷硬质复层花纹涂料(浮雕)。1.4课题研究的意义通过西安航天研究院办公楼设计，综合运用所学过

28、的基础理论和专业知识，锻炼查阅相关规范和资料进行办公楼建筑方案设计和框架结构计算的能力，熟悉工程设计的内容和程序，提高分析和解决工程实际问题的能力，为以后工作奠定一定的基础。 2 结构布置2.1 结构布置根据该房屋的使用功能及建筑设计要求，进行了建筑平面、立面和剖面设计，主体结构共6层，层高3.6m。填充墙采用240mm的粘土空心砖砌筑，门部分采用木门，部分采用玻璃门，详见门窗表，门洞尺寸为1.22.1，窗为塑钢玻璃窗，洞口尺寸为2.42.1。对该建筑进行建筑高度、使用要求、材料用量、抗震要求、造价等综合因素考虑后，选择框架结构。因为考虑到框架结构有以下优势：建筑平面布置灵活，可以获得较大空间

29、，也可以做成小房间；建筑立面好处理；结构自重较轻；计算理论较为成熟；在一定高度范围内可以降低造价。混凝土的等级选用，梁、板一层选用C35，柱选择C35，标准层梁、板选用C30，柱选择C30，(因为现浇混凝土框架结构混凝土强度不宜大于C40)。2.2 柱网布置本综合教学楼采用柱距为7.2m的内廊式小柱网，边跨7.2m，中间跨为2.4m，层高取3.6m，如下图所示： 图2.1 柱网布置图 2.3框架结构承重方案的选择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。根据以上楼盖的平面布置及竖向荷载的传力途径，本办公楼框架的承重方案为横向框架承重方案

30、，这可使横向框架梁的截面高度大，增加框架的横向侧移刚度。2.4框架结构的计算简图本方案中，需近似的按横向的平面框架分别计算。图2.2 框架结构的计算简图A1=(7.2/2+2.4/2)7.2=34.56m2A2=7.2 /27.2=25.92m2图2.3 横向框架计算简图2.5梁、柱截面尺寸的初步确定楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取100mm.a.梁、柱截面尺寸的初步确定(1) 梁截面尺寸估算1) 横向框架梁AB、CD跨 (计算跨度取柱形心线之间的距离6.9m)梁高取：h=(1/81/12)l=(1/81/12)7200=600mm900mm 初选600mm。梁宽取：b=(1/2

31、1/3)h=(1/21/3)600=200mm300mm 初选300mm。(2) 柱截面尺寸估算柱截面尺寸根据柱的轴压比限值，按公式计算。1) 轴压比抗震设防烈度为8度，高度30m，查抗震规范得抗震等级为二级。抗震等级为二级，框架结构，查抗震规范得，柱轴压比限值为0.75。2) 柱组合的轴压比设计值N=Fgn考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数,对外柱取1.3，对等跨内柱取1.25；F按简支状态计算柱的负载面积；gE 折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值；可近似的取15KN/m2；n为验算截面以上的楼层层数。3) AcN/uNfc uN 为框架柱轴压比限值，本方案为二级抗震等级，查抗震规范可知取

32、为0.8。 fc 为混凝土轴心抗压强度设计值，对C30，查得fc =14.3N/mm2,对C35,fc =16.7 N/mm24) 计算过程对于边柱(底层)：AcN/uNfc=1.325.92156103/0.8/16.7=226994 mm2 对于内柱(底层)：AcN/uNfc=1.2534.56156103/0.8/16.7=291018 mm2取对于标准层方法同上。综上，梁、柱截面尺寸见下表：表2.1梁截面尺寸(mm)层数混凝土等级横梁(bh)纵梁(bh)次梁(bh)AB跨、CD跨BC跨12-6C35C3030060030060030040030040030060030060030050

33、0300500表2.2柱截面尺寸(mm)层次混凝土等级bh1C356506502-6C306506503 框架结构刚度参数计算3.1框架结构侧移刚度的计算3.1.1梁柱线刚度计算框架梁线刚度为ibEcI0/l。在框架结构中，可将现浇楼面视作梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧移。考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架梁取，对中框架梁取。柱线刚度为 I0=bh3/12，计算见下表：表3.1 横梁线刚度ib 计算表类别层次Ec /(N/mm2)b /mmh /mmI0 /mm4l /mmEcI0/l /kNm1.5EcI0/l /kNm2EcI0/l /kNmAB ，C

34、D跨13.151043006005.40010972002.36310103.54510104.72610102-63.01043006005.40010972002.25010103.37510104.5001010BC跨13.151043004001.60010924002.10010103.15010104.20010102-63.01043004001.60010924002.00010103.00010104.0001010表3.2柱线刚度ic计算表层次Ec /(N/mm2)b /mmh /mmhc /mmIc /mm4EcIo/l /kN.m13.1510465065048001.

35、48810109.76510102-63.0010465065036001.488101012.40010103.1.2柱的抗侧刚度计算根据梁柱的线刚度比的不同，框架柱可分为中柱，边柱等。位置边柱中柱简图K简图K一般层底层 表3.3柱线刚度的修正系数 现在以底层B-3柱为例说明侧移刚度计算方法，底层柱以及与其相连的梁的线刚度计算方法。梁柱的线刚度比为=(3.545+3.150)/9.765=0.685柱侧移刚度修正系数c=(0.5+)/(2+)=(0.5+0.685)/(2+0.685)=0.441柱的抗侧刚度为D=c12ic/h2 =0.441129.7651010/48002=22428N

36、/mm其余柱计算结果见表3.4、3.5：表3.4中框架柱侧移刚度D值(N/mm)层次边柱中柱A-2-7与D-2-7(12根)B-2-7与C-2-7(12根)Di1Di1D60.3620.153175660.6850.2552927756211650.3620.153175660.6850.2552927756211640.3620.153175660.6850.2552927756211630.3620.153175660.6850.2552927756211620.3710.156179110.7020.2592973757177610.4830.395200890.9140.48524666537060表3.5边框架柱侧移刚度D值(N/mm)层次边柱中柱A-1，8与D-1，8B-1，8与C-1，8Di1Di1D60.2720.119136620.5140.204234227416850.2720.119136620.5140.204234227416840.2720.119136620.5140.204234227416830.2720.