楼框架结构设计.docx

课题名称上海某生物技术公司办公楼副标题D楼框架结构设计院(系)土木工程学院（建筑工程系）专 业土木工程上海某生物技术公司办公楼D楼框架结构设计 【设计总说明】 1建筑设计总说明1.1 工程概况本建筑是上海某生物技术公司办公楼，地处上海市浦东新区。经上级主管部门和城建部门批准，该公司拟建造一栋总建筑面积为1800 m2的三层现浇钢筋混凝土框架结构办公楼。1.2 设计资料 本建筑设计使用年限：50年。 建筑结构重要性等级：二级。抗震设防烈度7度，抗震设防类别为丙类，设计地震分组为第一组建筑场地四类。 楼面和屋面活荷载标准值为2.0kN/m2。 风荷载设计参数：基本风压为0.55kN/m2，地面粗糙度类别为C。 雪荷载设计参数：基本雪压为0.20kN/m2。 工程地质资料地下水位在地表以下0.55m处。按工程地质勘察报告，场地地层特性为：第层素填土：平均厚1.6 m。第层粉质粘土：褐黄色，平均层厚2.50m,压缩系数a0.34MPa-1，中压缩性，土质相对较好，容许承载力f 95kN / m2。第层淤泥质粉质粘土:灰色，平均层厚6.30m，流塑，高压缩性，容许承载力f 75kN/m2。第层淤泥质粘土：灰色，平均层厚3.96m，流塑，高压缩性，容许承载力f 65kN/m2。第层淤泥质粉质粘土：灰色，平均层厚3.30m，流塑，高压缩性，容许承载力f 60kN/m2。第层粉质粘土：灰色，平均层厚8.30m，软塑，高偏中压缩性，容许承载力f 75kN/m2。1.3 平面设计1.3.1 总平面设计从总平面布置的基本原则考虑，本建筑采用“一”字体型。主入口设在南面并靠近西面，为了满足防火、紧急时刻人员疏散要求，本建筑在东面设一侧门。1.3.2 主要房间设计主要房间是各类建筑的主要部分，是供人们学习、生活的必要房间，由于建筑物的类别不使能不同，对主要房间的设计也不同。但主要房间设计应考虑的基本因素仍然是一致的，即要求有适宜的尺寸，足够的使用面积，适用的形状，良好的采光和通风条件，方便的内外交通联系，合理的结构布置和便于施工等。因此，本建筑的柱网平面布置为6.3 m 8.1m。1.3.2 辅助房间设计在本建筑中，辅助房间主要为卫生间。卫生间的设计在满足设备布置及人体活动的前提下，应设在人流交通线上与走道机楼梯间相连处，如走道尽端，楼梯间即出入口或建筑物转角处。为遮挡视线和缓冲人流，卫生间应设置前室，前室内设洗手盆和污水池。在卫生间面积较小时，为以便随手关门，卫生间的门设置为弹簧门。在本建筑中，每层设男、女卫生间各一间，设在建筑物的东部，前室设2个洗手盆，1个污水池；男卫生间设单间3个，小便池3个，污水池1个；女卫生间设单间4个，洗手盆2个，污水池1个。单间尺寸均为10001400m，内开门。1.3.3 交通联系空间的平面设计 水平交通空间的平面设计走廊起着联系各个房间的作用，走廊宽度的确定，应符合防火、疏散和人流畅通的要求。本建筑走廊轴线尺寸为2700mm，走廊两端各设一窗户以自然采光。所有门窗均为铝合金门窗。 垂直交通空间的平面设计楼梯是多层房屋的垂直联系和人流疏散的主要措施。由于该建筑物是办公楼，按防火要求和疏散人流，该建筑物在西南和东北角共设两部楼梯，两个楼梯均采用平行双跑。另在该建筑东部设一升降电梯。1.4 剖面设计1.4.1 层高确定本建筑为三层，底层层高为4.5m，二、三层高为4.2m，主体结构建筑高度为14.45m，其中女儿墙高度为1.1m，室内外高差0.45m；出屋面楼梯间处建筑高度为17.05m，其中女儿墙高度为0.7m。室内地面标高为0.000m。1.4.2 室内外高差确定为防止室内受室外雨水的流渗，室内与室外应有一定的高差，且高差不宜过大，若过大便不利于施工和通行，故设计室内外高差为0.45m，设置3个踏步，每级踏步高150mm，宽300mm。平台面宽1m，应做成向外倾斜2的流水坡，以免雨水渗入室内。1.4.3 屋面排水设计本建筑设计中屋面利用结构找坡（3），采用有组织内排水。因31/12，故为平屋顶。1.4.4 雨棚设计考虑雨蓬与门的关系，为了便于施工及使构造简单，可使雨蓬与框架梁和为一体，采用有组织排水。本建筑雨棚为悬挑板式雨棚，向外悬挑1.2m；棚底与主框架梁底平齐，标高为3.8m。1.4.5 楼梯剖面设计所有楼梯均采用现浇钢筋混凝土结构，其具有整体性好，坚固耐久，刚度好等特点。楼梯踏步面层要求耐磨、美观、防滑，便于清扫，故采用水磨石面层。踏步面层应设有防滑条，本次设计采用在踏步边缘30mm处设20mm宽的1：1水泥钢砂防滑条。1.5 构造设计楼面构造做法：20mm厚水泥砂浆面层，20mm厚混合砂浆天棚抹灰。屋面构造做法：20mm厚水泥砂浆打底，二毡三油加绿豆砂防水面层，20mm厚混合砂浆天棚抹灰。墙身做法：外墙及楼梯间防火墙采用蒸压粉煤灰加气混凝土砌块：厚240mm；内墙采用蒸压粉煤灰加气混凝土砌块：厚180mm。墙身两侧各20mm厚混合砂浆抹灰，外墙防水涂料二度。楼梯构造做法：水磨石面层，20mm厚混合砂浆板底抹灰。女儿墙做法：女儿墙厚200mm。主体结构处女儿墙为0.85m高蒸压粉煤灰加气混凝土砌块墙，0.25m高混凝土压顶；出屋面楼梯间女儿墙为0.45m高蒸压粉煤灰加气混凝土砌块墙，0.25m高混凝土压顶。基础做法：采用柱下条形基础，沿结构纵向布置，基础顶面标高-1.000m，基础埋深1.45m。2 结构设计总说明2.1 材料容重二毡三油加绿豆砂 水磨石面层 石灰砂浆容重（抹灰） 水泥砂浆容重 钢筋混凝土容重 蒸压加气混凝土砌块容重 门窗容重 2.2 材料选用混凝土：基础底面采用C10素混凝土垫层，其余结构及基础采用C30混凝土（）；钢筋：梁、柱中受力纵筋采用HRB400钢筋（3级钢，）；其他钢筋除特殊说明外均采用HPB300钢筋（1级钢，）。2.3 保护层厚度本工程上部结构的板的纵向受力钢筋的保护层厚度为20mm；梁、柱的纵向受力钢筋的保护层厚度为35mm；基础底面的保护层厚度为40mm。施工中应采取措施保证；混凝土中的水泥用量、水灰比等均应满足结构混凝土耐久性的要求。2.4 钢筋的锚固、截断与连接本工程中所有钢筋的锚固长度均按规范或图集取用。梁支座截面的负弯矩钢筋自柱边缘算起的长度应大于1/4ln(ln为梁的净跨)。框架柱钢筋的连接，一律采用等强度对焊焊接。2.5后砌隔墙与框架柱的连接后砌隔墙与框架柱的连接：在砌筑的相应位置，在柱内预埋2A 6插筋，沿高度300500mm一道，埋入长度200mm，伸出柱外长度500mm。2.6其它在结构施工时，其他各工种如电气、管道等均应配合施工，不得在结构施工后随意开洞。本说明中未尽事宜，应遵照有关国家标准、施工规范和操作规程进行；施工中出现问题应及时联系，协商解决。【关键词】 钢筋混凝土框架结构，结构设计，弯矩分配法，抗震。The office building of a biotechnology company in ShanghaiFrame structure design of D buildingAuthor Chen Enci(Major: Civil Engineering)Supervisor Wu Shanneng(Department: Architectural Engineering)【Abstract】 The project is a 3-storey office building, whose main floor height is 14.45m and whore total building area is 1800m2, to be set up in Pudong New District, Shanghai. The building, of which seismic fortification instensity is 7 with the anti-seismic level 3 will adopt the cast-in-place reinforced concrete frame structure. This work is divided into two parts-i.e. the architectural design and the structural design.In the architectural design part, the general layout is first determined according to the building function, including conformation and indoor spatial setting; then the dimension, plane layout and elevation layout are designed considering the engineering materials and constructional details.In the structural design, the array of structure is first dctermined according to architectural design, process demand, material supply and geological conditions; then a typical transverse frame is computed. Following the extract of computation sketch, the external loads such as the dead load, living load on the roof (floar) and the wind load are calculated; then the internal force under vertical loading in the structure is obtained through the moment distribution method, and the one under horizontal loading through the modified knick point method. In the following step, the combination of internal force is performed. On the above basis, the design of structural components such as beams, columns and foundations are respectively carried out, and at the same time the checking computation of the slidesway under wind load is finished. In addition, designs including stairs (ladder period of board design, smooth bedplate design and platform beam design), the canopy and other accessory components are also completed.【Keyword】 Reinforced concrete frame structure, Structural design, The moment distribution method, anti-seismic.目 录1 引言.12 结构平面布置.23 楼屋面板及雨棚板设计.33.1 楼面板设计.33.1.1 荷载. .33.1.2 正截面受弯承载力计算及配筋.33.1.3 构造钢筋.33.2 屋面板设计.43.2.1 荷载. .43.2.2 正截面受弯承载力计算及配筋.43.2.3 构造钢筋.43.3 雨棚板设计.53.3.1 荷载. .53.3.2 正截面受弯承载力计算及配筋.54 次梁设计.64.1 楼盖次梁设计.64.1.1 荷载.64.1.2 正截面受弯承载力计算及配筋.64.1.3 斜截面受剪承载力及箍筋计算.64.2 屋盖次梁设计.64.2.1 荷载.64.2.2 正截面受弯承载力计算及配筋.64.2.3 斜截面受剪承载力及箍筋计算.65 楼梯设计.95.1 1#楼梯设计.95.1.1 梯段板设计.95.1.2 平台板设计.115.1.3 平台梁设计.135.2 2#楼梯设计. .155.2.1 梯段板设计.155.2.2 平台板设计.175.2.3 平台梁设计.196 KJ3设计.236.1 构件刚度.236.2 竖向荷载计算（标准值）及内力分析.236.2.1 竖向荷载. .236.2.2 竖向荷载下的内力分析.266.3 地震作用.326.3.1 重力荷载代表值. .326.3.2 框架刚度.346.3.3 自振周期.356.3.4 水平地震作用. .356.3.5 水平地震作用下的内力. 366.3.6 重力荷载代表值作用下的内力. .386.4 风荷载作用下的内力.406.5 荷载组合及内力组合.436.5.1 梁截面内力组合. .436.5.2 柱截面内力组合.456.6 配筋计算.496.6.1 梁正截面配筋计算. .496.6.2 梁抗剪配筋计算.506.6.3 柱正截面配筋计算.516.6.4 柱抗剪配筋计算. .546.6.5 柱端加密区计算. 557 基础设计.567.1 设计资料.567.2 材料选用.567.3 设计计算.567.3.1 A轴柱下条形基础. .567.3.2 B轴柱下条形基础.618 结语.65参考文献.66谢辞.671引言毕业设计是大学四年最后的实践性演练，对我们的综合素质和毕业后实际工作能力、适应社会能力的提高有着不可忽视的作用。在毕业设计过程中，能系统化的运用头脑里的知识框架，充分调动工作积极性，锻炼操作制图能力以掌握扎实的专业技能。本次设计课题为钢筋混凝土框架结构。在毕业设计前期，我温习了结构力学、混凝土结构基本原理、建筑混凝土结构设计、建筑结构抗震设计原理与实例等书籍中的知识，并借阅了建筑结构荷载规范、混凝土结构设计规范、建筑抗震设计规范等设计规范；在毕业设计中期，我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑布置、结构设计；在毕业设计后期，主要进行设计计算书的整理完善及相关图纸的绘制，并得到老师的审批和指正。本次框架结构办公楼设计包括建筑设计和结构设计。遵循由建筑到结构，再到基础的设计过程建筑设计根据地形及周边环境，合理布置建筑总平面，综合考虑各个部分的具体使用要求，统筹相互间的关系和位置，使建筑各部分人流组织通畅，建筑流线简捷、明确，以取得良好的使用效果、景观效果和经济效果。然后进行立面造型、剖面设计。结构设计包括确定结构体系与结构布置、根据经验对构件初估、确定计算单元计算模型及计算简图、荷载计算、内力计算、基础设计等内容。设计时尽量做到安全、经济、适用的要求。在本次毕业设计过程中，在指导老师帮助下，经过查阅资料、设计计算、计算书撰写以及外文翻译，我加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力，做好迎接未来挑战的准备。框架结构设计的工作量大，且在计算过程中以手算为主，辅以一些计算软件的应用。由于水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。二一三年六月十二2结构平面布置综合考虑建筑使用功能，按照建筑平、立、剖面图进行结构平面布置。如图2.1所示。图2.1 结构平面布置图截面尺寸选择：柱：取框架柱截面为。板：根据平面布置，单向板的最大跨度为2.7m，综合荷载等情况考虑，取板厚。次梁：,取； 。横向框架梁：,取； ,取。纵向框架梁：,取； ,取。考虑外立面门窗洞口高度一致，纵向边框架梁截面取为。3楼屋面板及雨棚板的设计3.1 楼面板设计3.1.1 荷载永久荷载标准值：水泥砂浆面层 钢筋混凝土板 混合砂浆天棚抹灰 永久荷载设计值： 可变荷载设计值： 合计 3.1.2正截面受弯承载力计算及配筋取1m宽板按连续梁进行计算，由于中间跨与边跨均与次梁固接，故板的计算长度为：中间跨：；边跨：。截面内力及配筋计算：计算结果如表3.1所示。表3.1 楼面板配筋计算表截面端支座边跨跨中离端第二支座中间支座中间跨跨中弯矩系数-1/161/14-1/11-1/141/16(g+q)-2.833.23-4.11-2.992.61受压区高度x/ mm2.512.883.682.662.32133.1152.3194.8140.9122.9选配A8200A8200A8200A8200A8200实际251.3251.3251.3251.3251.3配筋率/%0.250.250.250.250.25，配筋满足最小配筋率要求3.1.3构造钢筋短边支座处钢筋伸出支座。沿板长度方向分布钢筋A8250，实际 且大于受力钢筋的15%。板中垂直于横向框架梁的构造钢筋A8200，伸出框架主梁700 mm。3.2 屋面板设计3.2.1 荷载永久荷载标准值：二毡三油加绿豆砂0.35水泥砂浆面层 60mm泡沫混泥土40mm细石混凝土钢筋混凝土板 混合砂浆天棚抹灰 4.91永久荷载设计值： 可变荷载设计值： 合计 3.2.2正截面受弯承载力计算及配筋取1m 宽板按连续梁进行计算，由于中间跨与边跨均与次梁固接，故板的计算长度为：中间跨：；边跨：。截面内力及配筋计算：计算结果如表3.2所示。表3.2 屋面板配筋计算表截面端支座边跨跨中离端第二支座中间支座中间跨跨中弯矩系数-1/161/14-1/11-1/141/16(g+q)-3.674.20-5.34-3.883.40受压区高度x/ mm3.283.764.813.453.03173.6199.0255.0183.6160.2选配A8200A8200A8200A8200A8200实际251.3251.3251.3251.3251.3配筋率/%0.250.250.250.250.25，配筋满足最小配筋率要求说明：离端第二支座实际配筋率小于理论计算所需配筋，但误差小于5%，故仍选用。3.2.3构造钢筋短边支座处钢筋伸出支座。沿板长度方向分布钢筋A8250，实际 且大于受力钢筋的15%。板中垂直于横向框架梁的构造钢筋A8200，伸出框架主梁700 mm。3.3 雨棚板设计3.3.1 荷载永久荷载标准值：二毡三油加绿豆砂0.35水泥砂浆面层 钢筋混凝土板 混合砂浆天棚抹灰 3.59永久荷载设计值： 可变荷载设计值： 合计 或考虑荷载为：永久荷载+作用在板端1.0kN施工或检修荷载。取两种情况中最不利的情况进行计算。3.3.2正截面受弯承载力计算及配筋取1m 宽板按悬挑梁进行计算，板悬挑长度为1.2m。弯矩设计值为：故取M=4.302kN。板的有效高度。选配A8200（实际），纵向分布筋为A8250。满足要求。4次梁设计4.1 楼盖次梁设计图4.1 CL1示意图4.1.1荷载永久荷载设计值：由板传来 次梁自重1.225(0.40-0.10)0.2=1.80梁侧抹灰 1.217(0.40-0.10)0.022=0.24g=12.54可变荷载设计值： 合计 4.1.2正截面受弯承载力计算及配筋计算跨度：次梁与主梁整浇，故次梁计算跨度取净跨。边跨计算长度：；中间跨计算长度：。次梁正截面内力及配筋计算：计算结果如表4.1所示。表4.1 楼盖次梁正截面抗弯配筋计算表截面端支座边跨跨中离端第二支座中间支座中间跨跨中弯矩系数-1/241/14-1/11-1/141/16(g+q)-31.1653.42-67.99-51.6945.23受压区高度x/ mm31.187.3972.2953.426.24247.7410.7574.3424.4347.1选配2C142C162C14+1C183C142C16实际307.9402.1562.3461.8402.1/(mmmm)20036514003652003652003651400365配筋率/%0.380.500.700.580.50，配筋满足最小配筋率要求说明：次梁边跨跨中及支座实际配筋率小于理论计算所需配筋，但误差小于5%，故仍选用。4.1.3斜截面受剪承载力及箍筋计算表4.2 楼盖次梁斜截面抗剪配筋计算表截面端支座内侧离端第二支座外侧离端第二支座内侧中间支座外侧中间支座内侧剪力系数0.500.550.550.550.55/kN61.3167.4466.3366.3366.3300000选配（双肢箍）A6200A6200A6200A6200A6200实际0.2830.2830.2830.2830.283配箍率/%0.140.140.140.140.14，因此配筋满足最小配箍率要求4.2 屋盖次梁设计4.2.1荷载永久荷载设计值：由板传来 次梁自重1.225(0.40-0.10)0.2=1.80梁侧抹灰 1.217(0.40-0.10)0.022=0.24g=17.95可变荷载设计值： 合计 4.2.2正截面受弯承载力计算及配筋计算跨度：次梁与主梁整浇，故次梁计算跨度取净跨。边跨计算长度：；中间跨计算长度：。次梁正截面内力及配筋计算：计算结果如表4.3所示。表4.3 屋盖次梁正截面抗弯配筋计算表截面端支座边跨跨中离端第二支座中间支座中间跨跨中弯矩系数-1/241/14-1/11-1/141/16(g+q)-39.5567.80-86.29-65.6057.40受压区高度x/ mm40.099.4095.0469.447.94318.49522.73755.02551.70441.62选配2C162C14+1C182C16+1C222C16+1C143C14实际402.1562.3782.3556.1461.8/(mmmm)20036514003652003652003651400365配筋率/%0.500.700.980.700.58，配筋满足最小配筋率要求4.2.3斜截面受剪承载力及箍筋计算表4.4 屋盖次梁斜截面抗剪配筋计算表截面端支座内侧离端第二支座外侧离端第二支座内侧中间支座外侧中间支座内侧剪力系数0.500.550.550.550.55/kN77.8085.5984.1884.1884.180.0380.1020.0900.0900.090选配（双肢箍）A6200A6200A6200A6200A6200实际0.2830.2830.2830.2830.283配箍率/%0.140.140.140.140.14，因此配筋满足最小配箍率要求5楼梯设计5.1 1#楼梯设计布置情况：底层层高4.5m，采用两跑楼梯，踏步尺寸为（160.71260），每跑14级；二、三层层高4.2m，采用两跑楼梯，踏步尺寸为（161.54260），每跑13级，如图6.1。（a）底层楼梯平面图（b）二、三层楼梯平面图图5.1 1#楼梯平面图5.1.1 梯段板设计A. 底层梯段板h=(1/351/25)l=3380/353380/25=97135mm,取板厚h=120mm；板倾斜角的正切 tan =160.71/260=0.618，cos =0.851。取1m宽板带计算。a. 荷载计算表5.1 梯段板荷载计算表荷载种类荷载标准值（kN/m）恒荷载水磨石面层(0.1607+0.26)0.65/0.26=1.052三角石踏步0.50.260.160725/0.26=2.001混凝土斜板0.1225/0.851=3.525板底抹灰0.0217/0.851=0.400小计6.978活荷载2.0恒荷载分项系数为；活荷载分项系数。总荷载设计值为：b. 截面设计板水平计算跨度 ，弯矩设计值为：板的有效高度。选配A890（实际），分布筋每级踏步一根A8。满足要求。B. 二、三层梯段板h=(1/351/25)l=3120/353120/25=89125mm,取板厚h=120mm；板倾斜角的正切 tan =161.54/260=0.621，cos =0.8494。取1m宽板带计算。a. 荷载计算表6.2 梯段板荷载计算表荷载种类荷载标准值（kN/m）恒荷载水磨石面层(0.1615+0.26)0.65/0.26=1.054三角石踏步0.50.260.161525/0.26=2.019混凝土斜板0.1225/0.8494=3.532板底抹灰0.0217/0.8494=0.400小计7.005活荷载2.0恒荷载分项系数为；活荷载分项系数。总荷载设计值为：b. 截面设计板水平计算跨度 ，弯矩设计值为：板的有效高度。选配A8100（实际），分布筋每级踏步一根A8。满足要求。5.1.2 平台板设计A. 底层半平台设板厚h=80mm，取1m宽板带计算。a. 荷载计算表5.3 平台板荷载计算表荷载种类荷载标准值（kN/m）恒荷载水磨石面层0.6580mm厚混凝土板0.0825=2.0板底抹灰0.0217=0.34小计2.99活荷载2.0恒荷载分项系数为；活荷载分项系数。总荷载设计值为：b. 截面设计平台板计算跨度 ，弯矩设计值为：板的有效高度。按最小配筋率配筋，选配A8200（实际）。B. 二、三层半平台设板厚h=80mm，取1m宽板带计算。a. 荷载计算同底层半平台，总荷载设计值为：b. 截面设计平台板计算跨度 ，弯矩设计值为：板的有效高度。按最小配筋率配筋，选配A8200（实际）。C. 平台板设板