毕业设计(论文)--某高校砼框架办公楼的结构设计.docx

安徽工程大学毕业设计（论文）
某高校砼框架办公楼的结构设计
摘 要

本设计为一栋高校办公楼的设计，设计的主要内容包括建筑设计和结构设计两部分，作为土木工程专业，毕业设计也是必修课程，它能巩固我们大学所学的专业课程，自己加以运用，能得到自己的体会。本次钢筋混凝框架土办公楼设计，为五层建筑，建筑总高度为21.6m，占地面积约5900m2，根据设计要求，抗震设防烈度为8度，设计地震分组为第二组，场地类别为2类场地。设计包括建筑设计，结构设计，楼梯设计和基础设计等，在进行结构设计计算时，选取一榀框架进行结构设计计算。计算内容包括框架梁柱截面尺寸的选取及线刚度的计算，恒载，活载，地震作用下梁、柱端弯矩及剪力的计算，框架内力组合，框架梁柱界面设计，楼梯结构设计计算和基础设计，并用pkpm进行现浇楼面板的设计计算，作出楼面板的配筋图和梁的平法施工图，并与手算作比较。
框架受力钢筋选用HRB400级，箍筋，楼板钢筋选用HPB300级。框架边柱基础采用柱下独立基础，中柱采用联合基础。最后绘出建筑施工图和结构施工图。
目前多层和高层建筑逐渐增多，钢筋混凝土框架结构是其主要形式，而且未来发展前景巨大，作为土木工程应届毕业生，毕业设计选框架结构也是对自己大学专业知识的一个巩固，在做设计时，会知道自己哪方面能力欠缺，清楚建筑设计的一般步骤，并让自己得以提升，是一个提升自我的一个全面方式，为以后的工作奠定坚实的基础。
关键词：办公楼；框架结构；施工图；毕业设计。

VII
The Structure Design of a Concrete Framework Office Building in a University
Abstract

This building is design for the University Office building, the main contents of design include architectural design and structural design of two parts, a civil engineering major, graduation design is a required course, it can strengthen our university is professional courses, to use their own, to get their experience. The reinforced concrete frame earth building design, five-story building, building a total height of 21.6m, covers an area of ​​approximately 5900m2, according to design requirements, seismic intensity of 8 degrees, the design earthquake grouped into a second group, site classification a Class 2 site. Design, including architectural design, structural design, staircase design and basic design, during the design calculations, select a Pin frame structural design calculations. Calculation includes selection and linear stiffness calculation framework beam cross-sectional dimension, dead load and live load, under earthquake excitation is calculated column end moments and shear forces, internal force combination frame beam interface design, structural design staircase calculation and basic design, with pkpm be cast floor panel design calculations made floor panel reinforcement diagrams and construction plans flat beam method and compare with the hand counted.
The reinforced frame selection HRB400 level, stirrups, slabs of reinforced choose HPB300 level. Frame side column by column basis standalone basis, the columns were joint basis. Finally draw construction plans and construction drawing.
Currently multilayer and high-rise buildings is gradually increasing, reinforced concrete frame structure is the main form, and huge future growth prospects, as the civil engineering graduates, graduation design framework is to choose a college consolidate their expertise in doing design will know what areas the lack of capacity, clear general steps architectural design, and let yourself be improved, it is a way to enhance a comprehensive self, to lay a solid foundation for future work.
Keywords: Office buildings; Frame structure; Construction drawing; Graduation design.

目 录

引言 1
第1章 绪论 2
1.1 工程概况 2
1.2 建筑与基础设计型式 2
1.3框架计算方法 2
1.4 主要进程安排 2
第2章 建筑结构布置与荷载计算 4
2.1 结构布置 4
2.2 梁柱截面尺寸 4
2.3 材料强度等级 4
2.4 荷载计算 4
第3章 横向框架内力计算 12
3.1 恒载作用下的框架内力 12
3.2 活载作用下的框架内力 19
3.3 风荷载作用下位移内力计算 34
第4章 横向框架内力组合 45
第5章 横向框架梁柱截面设计 53
第6章 楼梯结构设计 63
6.1 楼梯板计算 63
6.2 休息平台板计算 64
6.3 梯段梁TL1计算 64
第7章 基础结构设计 66
7.1 荷载计算 66
7.2 确定基础面积 66
7.3 地基变形验算 69
7.4 基础结构设计 70
第8章 建筑与结构设计说明 74
8.1 建筑相关说明 74
8.2 结构设计说明 75
结论与展望 76
致谢 77
参考文献 78
附录 79
附录A：毕业设计图纸清单 79
附录B：专业外文文献及其翻译 80
附录C：主要参考文献的题录及摘要 90
插图清单

图2-1 计算简图 4
图2-2 荷载计算简图 5
图2-3 恒载顶层集中力 6
图2-4 恒载中间层节点集中力 7
图2-5 横向框架上的风荷载 8
图2-6 横向框架上的地震作用 11
图3-1 横向框架承担的恒载及节点不平衡弯矩 12
图3-2 杆端及节点弯矩正方向 14
图3-3 恒载弯矩分配过程 16
图3-4 恒载作用下弯矩图 17
图3-5 恒载作用下梁剪力、柱轴力、柱剪力 18
图3-6 活载不利布置（a） 20
图3-7 活载不利布置（b） 20
图3-8 活载不利布置（c） 21
图3-9 活载不利布置（d） 21
图3-10 活载（a）迭代过程 22
图3-11 活载（a）弯矩图（kN·m） 23
图3-12 活载（a）梁剪力、柱轴力和柱剪力（kN） 24
图3-13 活载（b）迭代过程 25
图3-14 活载（b）弯矩图（kN·m） 26
图3-15 活载（b）梁剪力、柱轴力和柱剪力（kN） 26
图3-16 活载（c）迭代过程 27
图3-17 活载（c）弯矩图（kN·m） 28
图3-18 活载（c）梁剪力、柱轴力和柱剪力（kN） 28
图3-19 满跨活载迭代过程 29
图3-20 满跨活载弯矩图（kN·m） 30
图3-21 满跨活载梁剪力、柱轴力和柱剪力（kN） 30
图3-22 水平风载作用下框架层间剪力 35
图3-23 固端弯矩 38
图3-24 (0.5雪+活)作用下迭代计算 39
图3-25 (0.5雪+活)杆端弯矩图（kN·m） 40
图3-26 (0.5雪+活)作用下框架梁剪力和柱轴力（kN·m） 41
图3-27 地震作用框架弯矩（kN·m） 44
图3-28 地震作用框架梁剪力、柱轴力和柱剪力 44
图6-1 楼梯平面图 63
图6-2 踏步详图 63
图6-3 平台板计算简图 64
图7-1 土层分布及埋深 67
图7-2 中柱联合基础埋深 68
图7-3 基础剖面尺寸示意图 71
图7-4 冲切验算计算简图 72
图7-5 弯矩和剪力的计算结果 73

表格清单

表2-1 风荷载计算 8
表2-2 横梁、柱线刚度 9
表2-3 框架柱横向侧移刚度D值 10
表2-4 框架顶点假象水平位移Δ 10
表2-5 楼层地震作用和地震剪力标准值计算表 10
表3-1 AB跨梁端剪力 15
表3-2 BC跨梁端剪力 15
表3-3 AB跨跨中弯矩 17
表3-4 柱轴力 18
表3-5 活载（a）作用下AB跨梁端剪力 31
表3-6 活载（a）作用下BC跨梁端剪力 31
表3-7 活载（a）作用下AB跨跨中弯矩 31
表3-8 活载（a）作用下柱轴力 31
表3-9 活载（b）作用下AB跨梁端剪力 32
表3-10 活载（b）作用下BC跨梁端剪力 32
表3-11 活载（b）作用下AB跨跨中弯矩 32
表3-12 活载（b）作用下柱轴力 32
表3-13 活载（c）作用下AB跨梁端剪力 33
表3-14 活载（c）作用下BC跨梁端剪力 33
表3-15 活载（c）作用下AB跨跨中弯矩 33
表3-16 活载（c）作用下柱轴力 33
表3-17 满跨活载作用下AB跨梁端剪力 34
表3-18 满跨活载作用下BC跨梁端剪力 34
表3-19 满跨活载作用下AB跨跨中弯矩 34
表3-20 满跨活载作用下柱 34
表3-21 风载作用下框架侧移 35
表3-22 各层反弯点位置 36
表3-23 风载作用下框架柱剪力及柱端弯矩 36
表3-24 风载作用下梁端、跨中弯矩和剪力 36
表3-25 风荷载作用下柱轴力 37
表3-26 0.5（雪+活）作用下AB跨梁端剪力标准值 41
表3-27 0.5（雪+活）作用下BC跨梁端剪力标准值 42
表3-28 0.5（雪+活）作用下AB跨跨中弯矩 42
表3-29 0.5（雪+活）作用下柱轴力标准值 42
表3-30 地震作用下横向框架柱剪力及柱端弯矩 42
表3-31 地震作用梁端弯矩 43
表3-32 地震作用下梁剪力、柱轴力 43
表4-1 弯矩调幅计算 45
表4-2 横向框架梁内力组合（一般组合） 47
表4-3 横向框架梁内力组合（考虑地震作用） 49
表4-4 横向框架柱内力组合（一般组合） 50
表4-5 横向框架柱内力组合（考虑地震作用） 52
表5-1 横梁AB、BC跨正截面受弯承载力计算 54
表5-2 横梁AB、BC跨正截面抗震验算 55
表5-3 横梁AB、BC跨斜截面受剪承载力计算 56
表5-4 横梁AB、BC跨斜截面受剪抗震验算 57
表5-5 框架柱正截面压弯承载力计算|Mmax| 58
表5-6 框架柱正截面压弯承载力计算|Mmin| 58
表5-7 框架柱正截面压弯承载力计算|Nmax| 59
表5-8 框架柱正截面压弯抗震验算|Mmax| 60
表5-9 框架柱正截面压弯抗震验算|Mmin| 60
表5-10 框架柱正截面压弯抗震验算|Nmax| 61
表5-11 层间弹性侧移验算 62
表7-1 A柱沉降计算 69
表7-2 BC柱沉降计算 70

安徽工程大学毕业设计（论文）
引 言

本次毕业毕业设计的题目是《某高校砼框架办公楼的结构设计》 ，结构形式采用现浇混凝土框架结构。在熟悉设计任务书的基础上，结合当地的自然条件，并查阅相关建筑设计的书籍和规范，完成高校办公楼工程的建筑方案设计，并最终绘制出建筑施工图。
通过建筑方案的设计，对框架结构进行柱网布置及结构选型，并确定材料类型及截面尺寸。首先，通过现行规范选定房间做法，并以此计算框架结构各层的重力荷载代表值；其次，采用合适的计算方法对竖向荷载作用下框架结构的内力、水平地震荷载作用下框架结构内力及侧移进行计算；最后通过以上的结构计算，对框架结构进行内力组合，进行截面设计（梁、板、柱截面尺寸及配筋）、楼板设计（楼板尺寸及配筋）、楼梯设计（平台板、楼梯梁、梯段板截面尺寸及配筋）、基础设计（柱下独立基础的截面设计及配筋），使得截面的配筋满足构造要求。最后通过框架结构的结构设计及计算结果，绘制出结构施工图。
大学几年的理论学习，通过本次毕业设计，让我更深的认识到自己的专业能力及专业技能的水平，也检验一下自己所学的专业知识是否完善，并让自己的所学得到巩固，毕业设计可以使四年中所学的知识得到综合利用，使得各方面的知识系统化和实践化。通过独立完成毕业设计，可以培养独立思考、独立工作的能力，以及调查、分析和查阅资料的能力。

第1章 绪 论

1.1 工程概论
本设计是一栋五层高校砼框架办公楼，跨度为三跨，总建筑面积约5900 m2。设计使用年限为50年，结构安全等级为二级，环境类别为一类，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.2 g，第二组，建筑室内外高差为600m，室外标高即为现在自然地面标高。
自然地表以下1m内为杂填土，重度γ=17kN/m3；杂填土下为3m厚可塑性粘土，重度为γ=18kN/m3，液性指数IL=0.62，含水率ω=23.1%，天然孔隙比e=0.8，ES=10MPa，ck=20kpa，φk=12度；再下为砾石土层，重度为γ=20kN/m3，液性指数IL=0.50，含水率ω=15.2%，天然孔隙比e=0.8，ES=20MPa，ck=15kpa，φk =18度。未修正前粘土承载力特征值为180kN/m2，砾石土层承载力特征值为300kN/m2。场地土类别为Ⅱ类，地基基础设计等级为丙级。基础埋深范围内无地下水。
主体结构工程采用现浇混凝土框架结构，肋梁楼盖。混凝土强度等级为C30，钢筋采用HPB300级（箍筋、楼板钢筋）和HRB400级钢筋（梁、柱纵向受力钢筋）。内外墙均采用小型混凝土空心砌块，厚度200mm，重量参见最新《结构荷载设计规范》。需根据建筑设计和结构承重、抗震方面的要求及场地地质条件，合理地进行结构选型和结构整体布置，统一构件编号及各种结构构件的定位尺寸，绘制出结构布置图。
1.2 建筑与基础设计型式
本工程为五层框架结构，结构平面形状为中间45°偏转型，立面体型简单规则，减小偏心和扭转，尽量统一柱网及层高，减少构件种类和规格，简化梁柱的设计及施工。
框架结构的柱网布置方式为内廊式，见建筑平面图，主梁跨度为6.6m，连系梁跨度为3.6m，详图见底层平面图、屋顶平面图、立面图。
基础采用独立基础，中间两柱采用双柱联合基础。
1.3 框架计算方法
框架结构承担的主要有恒载，使用活荷载，地震作用，其中恒载活载一般为竖向作用，地震则采用水平方向作用。在竖向荷载时无侧移框架的弯矩二次分配法，水平荷载作用下用D值法。
框架内力组合，必须找出各构件的控制截面及其不利内力组合。
在竖向荷载作用下，可考虑框架梁端塑性变形产生的内力重分布，对梁端负弯矩乘以调幅系数进行调幅。
框架梁的截面设计包括正截面抗弯承载力设计和斜截面抗剪承载力设计，然后再根据构造要求统一调整和布置纵向钢筋和箍筋。
框架柱在压（拉）力、弯矩、剪力的作用下，纵筋按正截面抗弯承载力设计，箍筋按斜截面抗剪承载力进行设计，此外为使柱具有一定的延性，要控制柱的轴压比。
1.4 主要进程安排
（1）外文资料翻译、调研、复习相关主干课程——寒假第1周；
（2）建筑设计，绘制建筑施工图——第5～6周；
（3）结构平面布置（楼盖布置、估算构件截面尺寸）和荷载计算——第7周；
（4）竖向荷载作用下横向框架内力计算（采用弯矩二次分配法）、计算结构力学程序核算——第8周；
（5）水平地震荷载作用下横向框架内力计算及侧移计算（采用D值法）、计算结构力学程序核算——第9～10周；
（6）横向框架梁、柱内力组合（列表进行）和截面设计——第11～12周；
（7）主楼梯的结构设计——第13周；
（8）柱下基础设计——第14周；
（9）绘制横向框架、主楼梯、基础结构施工图——第12～14周；
（10）用PKPM软件对整栋框架结构进行SATWE电算并绘制出标准层结构平面图（板配筋图）和梁配筋平面图——第15～16周；
（11）电子版毕业设计文件的输入、打印和装订——第8～16周；
（12）指导教师审核，评阅教师审核，毕业设计答辩——第17周。

第2章 建筑结构布置和荷载计算

2.1 结构布置
取工程横向框架④号轴线为一品框架计算单元，框架的计算简图假定底层柱下端固定于基础，按工程地质资料提供的数据，场地土类别为Ⅱ类，初步确定工程基础采用柱下独立基础，挖去所有杂土，基础置于第二层可塑性黏土层上，基地标高为-2.100m（假定基础高度为0.5m），柱子的高度底层为h1=3.6+2.1–0.5=5.2m，二～五层柱高为3.6m。柱节点刚接，横梁的计算跨度取柱中心间距离，三跨分别为l=6600、2400、6600 。计算简图见图2–1。
2.2 梁柱截面尺寸
框架柱：500mm×500mm。
框架梁：横向框架梁AB跨、CD跨300mm×600mm，纵向连系梁：BC跨：300mm×400mm；纵向连系梁300mm×500mm。

图2-1 计算简图
2.3 材料强度等级
混凝土：均为C30级。
钢筋：梁柱纵向受力筋均为HRB400级 ，板筋及箍筋采用HPB300级。
2.4 荷载计算
以④轴线横向框架为计算分析对象。
2.4.1 屋面横梁竖向线荷载标准值
1、恒载（图2-2a）

G5A G5B G5C G5D

G2A G2B G2C G2D
q5AB q5BC q5CD

q2AB q2BC q2CD
g5AB2 g5BC2 g5CD2

g5AB1 g5BC1 g5CD1

g2AB2 g2BC2 g2CD2

g2AB1 g2BC1 g2CD1

(a) (b)
图2-2 荷载计算简图
（a）恒载作用下结构计算简图；（b）活载作用下结构计算简图
屋面恒载标准值：
35厚架空隔热板 0.035×25=0.087kN/m2
防水层 0.4kN/m2
20厚1:3水泥砂浆找平层 0.02×20=0.4kN/m2
120(100)厚钢筋混凝土现浇板 0.12×25=3.0kN/m2
(AB,CD跨板厚取120；BC跨取100) (0.10×25=2.5kN/m2)
12厚纸筋石灰粉平顶 0.012×16=0.192kN/m2
屋面恒载标准值 4.87kN/m2
(4.37kN/m2)
梁自重
边跨AB、CD跨： 0.3×0.6×25=4.50kN/m
梁测粉刷： 2×(0.6-0.12)×0.02×17=0.33kN/m
4.83kN/m
中跨BC跨： 0.30×0.40×25=3.00kN/m
梁侧粉刷： 2×(0.4-0.1)×0.02×17=0.204kN/m
3.20kN/m
作用在顶层框架梁上的线荷载标准值为：
梁自重： g5AB1=g5CD1=4.83kN/m，g5BC1=3.20kN/m
板传来荷载： g5AB2=g5CD2=4.87×3.6=17.53kN/m
g5BC2=4.37×2.4=10.49kN/m
2、活载（图2–2b）
作用在顶层框架梁上的线活荷载标准值为：
q5AB=q5CD=2.0×3.6=7.2kN/m
q5BC=2.0×2.4=4.8kN/m
2.4.2 楼面横梁竖向线荷载标准值
1、恒载(见图2-2a)
25厚水泥砂浆面层 0.025×20=0.50kN/m2
120(100)厚钢筋混凝土现浇板 0.12×25=3.0kN/m2
(0.10×25=2.5kN/m2)
12厚板底粉刷 0.012×16=0.192kN/m2
楼面恒载标准值： 3.692kN/m2
(3.192kN/m2)
边跨(AB、CD跨)框架梁自重： 4.83kN/m
中跨（BC跨）框架梁自重： 3.20kN/m
作用在楼面层框架梁上的线荷载标准值为：
梁自重+墙自重+墙粉刷： gAB1=gCD1=13.52kN/m
gBC1=3.20kN/m
板传来荷载： gAB2= gCD2=3.692×3.6=13.29kN/m
gBC2=3.192×2.4=7.66kN/m

2、活载(见图2-2b）
楼面活载 qAB=qCD=2×3.6=7.2kN/m
qBC=2.5×2.4=6.0kN/m2
2.4.3 屋面框架节点集中荷载标准值（图2–3）

G5A
G5C
G5B
G5D

100
100
100
100

图2-3 恒载顶层集中力
1、恒载
边柱连系梁自重： 0.3×0.50×3.6×25=13.50kN
粉刷： 2×(0.5–0.12)×0.02×3.6×17=0.93kN
1.5m高女儿墙： 1.5×3.6×11.8×0.2=12.74kN
粉刷： 1.5×2×0.02×3.6×17=3.67KN
连系梁来屋面自重： 0.5×3.6×0.5×3.6×4.87=15.78KN
顶层边节点集中荷载： G5A= G5D=46.62kN
中柱连系梁自重： 0.3×0.5×3.6×25=13.50kN
粉刷： [(0.5–0.1)+(0.5-0.12)]×0.02×3.6×17=0.95kN
连系梁传来屋面（含次梁）自重： 0.5×3.6×0.5 ×3.6×4.87=15.78kN
0.5×(3.6+3.6–2.4)×0.5×2.4×4.37=12.59kN
顶层中节点集中荷载： G5B =G5C=42.82kN
2、活载
Q5A=Q5D=0.5×3.6×0.5×3.6×2=6.48 kN
Q5B=Q5C=0.5×3.6×0.5×3.6×2+0.5×(3.6+3.6–2.4)×2.4/2×2=12.24 kN

2.4.4 楼面框架节点集中荷载标准值（图2–4）
GB’
GC
GB
100
GA’
100
GA

图2-4 恒载中间层节点集中力
1、恒载（未考虑填充墙重量）
边柱连系梁自重+墙自重： 0.3×0.5×3.6×25+3.1×3.6×11.8×0.2=39.84kN
粉刷： （3.6-0.12）×2×0.02×3.6×17=8.52kN
连系梁传来楼面自重： 0.5×3.6×0.5×3.6×3.692=11.96 kN
60.32kN
中间层边节点集中荷载：
GA=GD=60.32kN
框架柱自重：G’A=G’D=0.5×0.5×3.6×25=11.4kN
中柱连系梁自重+墙自重： 39.84kN
粉刷： 8.54kN
连系梁传来楼面自重： 0.5×3.6×0.5×3.6×3.692=11.96kN
0.5×(3.6+3.6–2.4)×2.4/2×3.192=10.63kN
70.97kN
中间层中节点集中荷载：
GB=GC=70.97kN
柱传来集中荷载：G’B=G’C=14.4kN
2、活载
QA=QD=0.5×3.6×0.5×3.6×2=6.48kN
QB=QC=0.5×3.6×0.5×3.6×2+0.5×(3.6+3.6–2.4)×2.4/2×2.5=13.68 kN
2.4.5 风荷载
已知基本风压ω0=0.40kN/m2，本工程为高校办公楼，地面粗糙度属C类，按荷载规范ωk=βzμsω0。
风载体型系数μs：迎面风为0.8，背面风为-0.5；因结构高度H=20.1m<30m（从室外地面算起），取风振型系数βZ=1.0，计算过程如表2-1所示，风荷载图见图2-5。
2.4.6 地震作用
1、建筑物总重力荷载代表值Gi的计算
（1）集中于屋盖处的质点重力荷载代表值G5：
表2-1 风荷载计算
层次
βZ
μs
Z(m)
μZ
ω0
A(m2)
Pi(kN)
5
1.0
1.3
18.6
0.74
0.40
11.88
4.57
4
1.0
1.3
15.0
0.65
0.40
12.96
4.38
3
1.0
1.3
11.4
0.65
0.40
12.96
4.38
2
1.0
1.3
7.8
0.65
0.40
12.96
4.38
1
1.0
1.3
4.2
0.65
0.40
14.04
4.75

P3

P2

P1
室外
地坪
P5
P4

图2-5 横向框架上的风荷载
50%雪载： 0.5×0.65×15.6×27.3=138.41kN
屋面恒载 4.87×27.3×13.2+4.37×26.7×2.4=2034.98kN
横梁 (4.83×6.6×2+3.2×2.4) ×8+4.83×6.6=603.37kN
纵梁 (13.5+0.93) ÷3.6×27.3×2+(13.5+0.95) ÷3.6×27.3×2=438.01kN
女儿墙 1.5×0.2×11.8×（27.3+15.6）×2=303.73kN
柱重 0.5×0.5×25×1.8×32=360.00kN
横墙 (11.8×0.2+17×0.02×2)×[6.6×1.8×12+4.6×1.8+(2.4×1.8–1.5×2.1/2)×2]=475.24kN
纵墙 (11.8×0.2+17×0.02×2)×(27.3×1.8–1.8×2.1/2×8)×2+27.3×2×1.8×3.04=505.62kN
(忽略内纵墙的门窗按墙重量算)
钢窗 16×1.8×2.1×1/2×0.4=12.10kN
G5=4871.46kN
（2）集中于三、四、五层处的质点重力荷载代表值G5～G2：
50%楼面活载 0.5×2.0×15.6×27.3=425.88kN
楼面恒载 3.692×27.3×13.2+3.192×26.7×2.4=1534.99kN
横梁 603.37kN
纵梁 438.01kN
柱重 360×2=720kN
横墙 475.24×2=950.48kN
纵墙 505.62×2=1011.24kN
钢窗 12.10×2=24.20kN
G4=G3=G2=5708.17kN
（3）集中于二层处的质点重力荷载标准值G1：
50%楼面荷载 425.88kN
楼面恒载 1534.99k