土木工程计算书斯坦中学办公楼设计.doc

济南大学毕业设计毕业设计题 目 斯坦中学办公楼设计 学 院 土木建筑学院 专 业 土木工程 班 级 土木1001班 学 生 刘凯 学 号 20100622147 指导教师 彭晓彤 二一四 年 五 月 二十六 日- 1 -济南大学毕业设计摘 要本毕业设计为斯坦中学办公楼，建筑方案采用凹字型，总建筑面积为5466.3平方米。结构设计内容包括建筑设计、结构设计。该结构主体为5层，其底层为5米，中间层3.9米，室内外的高差0.6米。建筑设计图部分采用天正建筑设计，建筑设计图包括建筑设计总说明、底层平面图、二到四层标准层平面图、顶层平面图、屋面平面图、立面图、剖面图。结构设计部分包括结构设计总说明、楼屋面板设计、一榀框架结构设计、楼梯设计。此工程采用钢筋混凝土框架结构，其建筑设防烈度为7度，板式楼梯。结构设计部分包括手算部分和电算部分，其中电算部分用PKPM结构设计软件进行计算分析。设计过程中，严格遵循相关的国家规范、规定的要求，并参考了相关资料，对各个设计环节进行综合性考虑。关键词：框架结构；结构设计；框架内力计算；板式楼梯ABSTRACTIn this paper, the graduation design of Yucai Middle School of Tianjin, construction program uses a font, construction area is 5466.3 square meters. Design contents include architectural design section, structural design section. The structure is five layers, the hight of bottom is five meters, the middle layer 3.9 meters, height 0.6 meters indoor and outdoor. The architectural design use Tengen architectural software, including architectural design general description, the bottom layer diagram, two to four-story layer diagram, top layer diagram, roof plan, north elevation, profile. Structural design section includes general information, building roof design, one commom frame structure design, stair design.This project uses reinforced concrete frame structure, building fortification intensity is 7 degrees, staircase slab stairs. Structural design section includes hand calculation portion and computer calculation portion. PKPM structural design software used to analyze and calculate.In the design process, strictly follow the relevant national standards, requirements, refer to the relevant information. Carries on the comprehensive consideration of various design steps.Key words： Frame structure;Structure design; Frame internal force calculation;Plate type stair目 录摘 要IABSTRACTII1建筑设计说明11.1工程概况11.2设计资料11.2.1工程地质条件：11.2.2自然条件：11.3设计说明12结构设计说明22.1工程概况22.2设计依据22.3工程材料32.4柱网布置33结构设计33.1 梁柱尺寸初定33.2楼屋面板设计43.2.1屋面板设计41、屋面板平面布置42、屋面均布荷载标准值43、屋面板弯矩配筋计算53.2.2楼面板设计71、楼面板平面布置72、楼面均布荷载标准值83、屋面板弯矩配筋计算83.3框架结构计算113.3.1框架结构计算简图113.3.2梁柱线刚度计算123.3.3荷载统计131、恒荷载标准值132、活荷载标准值163、风荷载174、地震荷载203.3.4框架结构内力计算221、恒荷载作用下的内力计算222、活荷载作用下的内力计算293、风荷载作用下内力计算364、地震荷载作用下内力计算413.3.5水平荷载作用下的框架侧移验算461、风荷载作用下的侧移462、地震荷载作用下的侧移473.3.6内力组合471、各层梁内力组合482、各层柱内力组合533.3.7内力调整581、柱端弯矩调整592、梁、柱端截面剪力调整593.3.8梁截面设计611、正截面受弯承载力计算622、梁斜截面设计653.3.9柱截面设计661、柱轴压比验算662、柱正截面承载力设计673、柱斜截面配筋计算723.3.10楼梯设计731、楼梯斜板设计742、平台板设计753、平台梁设计75结 论76参 考 文 献77致 谢78- 80 -1建筑设计说明1.1工程概况本设计为斯坦中学办公楼，总建筑面积约5000-5500m2，其层数为5层。建筑耐久等级为级，中设2部电梯。建筑用地总尺寸：长80m，南北宽55m，该地段南侧8m为东西向的马路，西侧9m为南北向的马路。1.2设计资料1.2.1工程地质条件：1、工程地质条件：上土层：杂填土，平均厚度1.2m;。下土层：黄土状粉质黏土，平均厚度为9.5m； 2、水文资料：本地区地下水深3.323.83m，从北向南排泄其渗透系数k=0.4m/d。3、气象资料：最高温度39度，最低气温-18.7摄氏度；本地区主导风向：夏季节东南风，冬季节西北风，基本风压为0.5 KN/m2。4、抗震设防基本烈度：本设计啊按7度第二组设计，其场地类型二类。1.3设计说明1、建筑物用途：斯坦中学办公楼2、本工程实例一层楼地面标高+0.000，室内外高差0.60m，卫生间比楼地面低20 mm 3、本工程为框架结构 墙体不承重，可选墙体为240mm蒸加气混凝土砌块砌筑，4、建筑物门窗为铝合金窗，窗高2400 mm（卫生间窗除外），窗宽48000mm。门为木门，门高2100 mm，门宽1200mm。5、楼屋面为不上人屋面6、本工程选用三部楼梯。中间楼梯间尺寸为5400 mm6000 mm，两侧两部楼梯间尺寸为3000mm6000mm，踏步尺寸bh=150 mm300 mm7、办公建筑设计规范（JGJ67-2006）规定，五层以上含五层建筑物应配电梯。该设计方案选用两部电梯，电梯间包含候梯间尺寸为2400mm6000mm8、建筑做法（1）屋面（不上人）饰面层：水泥平瓦屋面 结合层：20mm厚1：3水泥沙浆保温层：80mm厚矿渣水泥 防水层：三粘四油防水层找平层：20mm厚水泥沙浆 结构层：120mm厚现浇钢筋混凝土楼板 抹灰层：10mm厚混合砂浆 （2）楼面面 层：水磨石地面 结构层：120mm厚现浇钢筋混凝土楼板 抹灰层：10mm混合砂浆 （3）墙体外 墙：水刷石饰面内 墙：水泥粉刷结构层：240厚加气混凝土砌块（4）门窗 门采用木门 1200mm*2100mm 窗采用铝合金门窗 4800mm*2500mm2结构设计说明2.1工程概况本设计为斯坦中学办公楼，总建筑面积约5000-5500m2，其层数为5层。建筑耐久等级为级，中设2部电梯。建筑用地总尺寸：长80m，南北宽55m，该地段南侧8m为东西向的马路，西侧9m为南北向的马路。设计条件：1、工程地质条件：上土层：杂填土，平均厚度1.2m;。下土层：黄土状粉质黏土，平均厚度为9.5m； 2、水文资料：本地区地下水深3.323.83m，从北向南排泄其渗透系数k=0.4m/d。3、气象资料：最高温度39度，最低气温-18.7摄氏度；本地区主导风向：夏季节东南风，冬季节西北风，基本风压为0.5 KN/m2。4、抗震设防基本烈度：本设计啊按7度第二组设计，其场地类型二类。2.2设计依据1、自然条件基本风压：W0=0.50KN/m2，地面粗糙程度类别：b类；基本雪压：S0=0.5KN/m22、活荷载：楼面活荷载标准值：办公室 2.0 kN/m2；走廊、楼梯间 2.5 kN/m2；非上人屋面为0.5 kN/m22.3工程材料1、混凝土：梁、板、柱所用的混凝土均采用C302、钢筋：梁、板、柱：受力钢筋均采用HRB335级钢筋；箍筋采用HPB300级钢筋2.4柱网布置图2.1 柱网布置图3结构设计3.1 梁板柱尺寸初定1、横向框架梁尺寸 BC和DE跨 L=6000mm梁高：h=(1/101/15)L=(400600)mm,取h=500mm；梁宽：b=(1/31/2)h=(160250)mm,取b=250mm中间跨CD跨 L=2400mm。由于中间跨跨度较小梁高可适当减少，由于要兼顾支座两端使其具有相同的配筋，故取梁高h=500mm，b=250mm2、纵向框架连系梁尺寸： 连系梁截面尺寸由最大柱距L =6000mm来确定梁高h =(1/121/8)L =(1/121/8)6000=(500750)mm，取h =500mm；梁宽b =(1/31/2)h =(1/31/2)500=(166.7250)mm，取h =250mm故所有框架梁尺寸都为250mm*500mm3、框架柱截面尺寸的初定：底层高为4200mm，室内外的高差为450mm，假定基础顶面至建筑室外地坪为250mm，故对于底层取柱高：H=4200+450+250=5000mm,各标准层柱高为H=3900mm。该建筑楼盖为现浇楼盖。 由钢筋混凝土设计规范（GB50010-2010）规定：底层柱的计算长度：L0=1.0H=1.05000=5000mm；标准层柱计算长度：L0=1.25H=1.253900=4800mm。本例采用等截面柱，故柱截面尺寸应满足: L0/b30及L0/h25，所以：bL0/30=5000/30=166.67mm；hL0/25=200mm。柱截面尺寸估算：底层：h=(1/121/6)H=(1/121/6)5000=（416.67833.3）mm，取h=500mm； b=(12/3)h=（500333.3），取b=500mm。其余标准层：h=(1/121/6)H=(1/121/6)3900=（300500）mm，取h=500mm；b=(12/3)h=（500333），取b=500mm。3.2楼屋面板设计 3.2.1屋面板设计1、屋面板平面布置板厚为120mm，板的区格划分见图3.1：图3.1 屋面板区格划分2、屋面均布荷载标准值根据荷载规范（GB 50009-2012）得：不上人屋面的活荷载标准值为0.50 KN/m2屋面恒荷载饰面层：水泥平瓦屋面 0.50 KN/m2结合层：20厚1:3水泥沙浆 0.0220=0.4 KN/m2保温层：80厚矿渣水泥 0.0814.5=1.16 KN/m2防水层：三毡四油防水层 0.35 KN/m2找平层：20厚水泥沙浆 0.0220=0.4 KN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土楼板 0.1225=3 KN/m2抹灰层：10厚水泥砂浆 0.0117=0.17 KN/m2屋面恒荷载： 6.03 KN/m2荷载设计值：g=1.356.03 =8.14KN/m2q=1.40.5=0.7 KN/m2屋面荷载计算：q/2=0.35 KN/m2gq/2=8.49 KN/m2gq=8.84 KN/m23、屋面板的弯矩配筋的计算根据弹性理论，因为B1B7区格板其L1/L22，故可按双向板计算，双向板区格的跨中最大弯矩取在g +q/2作用下(内支座固定)跨中的弯矩值，跟在q/2作用下(内支座简支)跨中弯矩值之和；混凝土泊松比取：=0.2，其支座最大负弯矩为在g +q作用之下(内支座固定)支座弯矩。该力板梁整体现浇，所以各区格计算跨度取Lo=Lc (轴线间距)。弹性理论计算双向板的弯矩值见表3.1所示：表3.1 屋面双向板各区格的弯矩（单位：KNm）板区格B1B2B3B4L01(m)365.43L02(m)6665.4L01/L020.51.00.90.55M1(0.0400+0.20.0114)8.1432+(0.0428+0.20.0181)0.3532 =5.218(0.00176+0.20.0116)8.1432+(0.0428+0.20.0178)0.3562 =5.963(0.0221+0.20.0114)8.145.42+(0.0488+0.20.0151)0.355.42 =6.861(0.0385+0.20.0119)8.1432+(0.0671+0.20.0311)0.3532 =2.367M2(0.0038+0.20.040) 8.1432+(0.172+0.200.0426) 0.3532=3.9841(0.0176+0.20.040) 8.1432+(0.0178+0.20.0418) 0.3562=4.241(0.0165+0.20.0334) 8.145.42+(0.0157+0.20.0613) 0.355.42=4.027(0.0118+0.20.0323) 8.1432+(0.0305+0.20.0671) 0.3532=1.347M10.08298.1432=-9.0240.05138.1462=-13.86100.05888.145.42=-9.5740.08148.1432=-4.916M1-9.024-13.861-9.574-4.916M20.05708.143.02=-6.94050.05138.1462=-13.86100.05418.145.42=-8.0650.05718.1432=-3.658M2-6.9405-13.861-8.065-3.658板区格B5B6B7L01(m)2.432.4L02(m)633L01/L020.51.00.80M1(0.0400+0.20.0114)8.1432+(0.0428+0.20.0181)0.352.42 =5.218(0.00176+0.20.0116)8.1432+(0.0428+0.20.0178)0.3532 =1.963(0.027+10.20.0137)8.1462+(0.0596+0.20.0336)0.3532 =1.842M2(0.0038+0.20.040) 8.1432+(0.172+0.200.0426) 0.352.42=3.9841(0.0176+0.20.040) 8.1432+(0.0178+0.20.0418) 0.3532=1.241(0.0144+0.20.0287) 8.1432+(0.0324+0.20.0397) 0.3532=1.187M10.08298.142.42=-9.0240.05138.1432=-13.86100.06268.1432=-2.483M1-9.024-13.861-2.483M20.05708.142.42=-6.94050.05138.1432=-13.86100.05598.1432=-1.374M2-6.9405-13.861-1.374配筋设计板截面的有效高度：其中L01方向跨中截面有效高度h0=120-20=100mm，L02方向的跨中截面有效高度h0=120-30=90 mm，支座截面有效高度h0=100mm。相邻之间区格的支座负弯矩取两者绝对值较大值。受力钢筋选用HPB300级钢，fy=270 kN/m2，取s =0.95，计算配筋的面积As =M/(sh0 fy)，截面配筋计算如表3.2所示。表3.2 双向板截面的配筋截面板区格方向h0(mm)M（kNm）As（mm2）配筋实际As（mm2）跨 中B1L011005.218181.53 8150335L02903.9845152.928150335B2L011005.96389.498150335L02904.24151.188150335B3L011006.861171.858150335L02904.027102.218150335B4L011002.367113.888150335L02903.984191.728150335B5L011005.218206.738150335L02903.984206.738150335B6L011001.96382.378150335L02901.241108.228150335B7L011001.842135.268150335L02901.18798.948150335支座h0(mm)M （kNm）As(mm2）配筋实际As（mm2）1-2100-9.024267.4281204191-3100-6.9405351.8781204192-4100-13.46137.1381204193-4100-12.807307.4181204193-5100-9.054474.55101107145-4100-8.99423.42101107146-4100-12.729312.56101107146-7100-11.746491.98101107147-4100-10.745431.75.91101107143.2.2楼面板设计1、楼面板平面布置板厚为120mm，板的区格划分见图3.2：图3.2 楼面板区格划分2、楼面均布荷载标准值荷载规范（GB 50009-2012）可得：室内的活荷载标准值:q=2.0 kN/ m2； 走廊等q=2.5 kN/ m2标准层楼面恒荷载标准值面 层：水磨石地面（10厚面层，20厚水泥砂浆打底） 0.65 KN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土楼板 0.1225=3 KN/m2抹灰层：10厚水泥砂浆 0.17 KN/m2 楼面恒载： 3.82 KN/m2荷载设计值：室内：g=1.23.82=4.584 KN/m2q=2.01.4=2.8 KN/m2 q/2=1.4 KN/m2gq/2=4.584+1.4=5.984 KN/m2gq=4.584+2.8=7.384 KN/m2走廊、门厅、卫生间：g=1.23.82=4.584 KN/m2gq/2=4.584+1.75=6.334 KN/m2gq=4.584+3.5=8.064 KN/m23、屋面板弯矩配筋计算按照弹性理论，由于B1B8区格板L1/L22，所以按双向板计算，B9按单向板计算。双向板区格跨中最大弯矩取：在g +q/2作用下(内支座固定)的跨中弯矩值，与在q/2作用下(内支座简支)的跨中弯矩值之和；混凝土泊松比取=0.2，支座最大负弯矩取：在g +q作用下(内支座固定)的支座弯矩。由于板梁整体现浇，所以各区格计算跨度Lo=Lc (轴线间距)。按弹性理论计算的双向板弯矩值见表3.3：表3.3 楼面双向板各区格弯矩（单位：KNm）板区格B1B2B3B4L01(m)365.43L02(m)6665.4L01/L020.51.00.90.55M1(0.0400+0.20.0114)8.06432+(0.0428+0.20.0181)0.3532 =5.373(0.00176+0.20.0116)8.1432+(0.0428+0.20.0178)0.3562 =5.963(0.0221+0.20.0114)8.145.42+(0.0488+0.20.0151)0.355.42 =6.861(0.0385+0.20.0119)8.06432+(0.0671+0.20.0311)0.3532 =2.367M2(0.0038+0.20.040) 8.06432+(0.172+0.200.0426) 0.3532=3.9841(0.0176+0.20.040) 7.38432+(0.0178+0.20.0418) 0.3562=4.241(0.0165+0.20.0334) 8.145.42+(0.0157+0.20.0613) 0.355.42=4.027(0.0118+0.20.0323) 8.06432+(0.0305+0.20.0671) 0.3532=1.347M10.08298.06432=-9.0240.05137.38462=-13.86100.05888.145.42=-9.5740.08148.06432=-4.916M1-9.024-13.861-9.574-4.916M20.05708.0643.02=-6.94050.05137.38462=-13.86100.05418.145.42=-8.0650.05718.06432=-3.658M2-6.9405-13.861-8.065-3.658板区格B5B6B7L01(m)2.432.4L02(m)633L01/L020.51.00.80M1(0.0400+0.20.0114)8.06432+(0.0428+0.20.0181)0.352.42 =5.218(0.00176+0.20.0116)8.06432+(0.0428+0.20.0178)0.3532 =1.963(0.027+10.20.0137)7.38462+(0.0596+0.20.0336)0.3532 =1.842M2(0.0038+0.20.040) 8.06432+(0.172+0.200.0426) 0.352.42=3.9841(0.0176+0.20.040) 8.06432+(0.0178+0.20.0418) 0.3532=1.241(0.0144+0.20.0287) 7.38432+(0.0324+0.20.0397) 0.3532=1.187M10.08298.0642.42=-9.0240.05138.06432=-13.86100.06267.38432=-2.483M1-9.024-13.861-2.483M20.05708.142.42=-6.94050.05138.06432=-13.86100.05597.38432=-1.374M2-6.9405-13.861-1.374配筋设计对于B2B8区格板，由于L01/L021.5，故应考虑折减系数，取为0.8。截面有效高度：L01方向跨中截面的有效高度h0=120-20=100mm，L02方向跨中截面的有效高度h0=120-30=90 mm，支座截面的有效高度h0=100mm。相邻区格的支座负弯矩取两者绝对值较大者。受力钢筋选用HPB300级，fy=270 kN/m2，取s =0.95，计算配筋面积As =M/(sh0 fy)，截面配筋计算见表3.4表3.4 楼面双向板截面配筋截面板区格方向h0(mm)M（kNm）As（mm2 ）配筋实际As（mm2）跨 中B11005.218100182.898150335903.984590106.928150335B21005.96310083.848150335904.2419048.668150335B31006.861100150.498150335904.0279084.498150335B41002.36710094.548150335903.98419058.818150335B51005.218100167.028150335903.9849093.548150335B61001.963100193.638150335901.24190187.148150335B71001.842100179.688150335901.18790121.198150335L02906.3120.8218.748150335支座h0(mm)M （kNm）As（mm2 ）配筋实际As（mm2）1-2100-9.024267.4281204191-3100-6.9405351.8781204192-4100-13.46137.1381204193-4100-12.807307.4181204193-5100-9.054474.5581204193-6100-8.99423.42101206544-6100-12.729312.56101206544-7100-11.746491.98101206547-3100-10.745431.75.91101206547-8100-9.024267.42101206548-4100-6.9405351.87101007855-4100-13.46137.1381204193.3框架结构计算过程3.3.1框架结构的计算简图图3.3 选取框架计算简图取-轴的一榀框架进行计算，见上图3.3所示。设计内容包括框架计算单元、框架计算简图的确定以及框架所收到各种荷载下的计算包括内力计算，内力组合，内力调整和各截面配筋计算。对于手工计算考虑到计算水平工作量及时间的因素本设计采用平面框架（横向框架）进行设计。框架计算简图采用梁柱的轴线表示。框架的跨度取相邻柱轴线之间的距离，高度取相应建筑层高。但底层高取基础顶面到二层板顶面的距离，即H=4.2+0.6+0.2=5.0m。由于整体结构为钢筋混凝土现浇结构，故梁柱之间的节点为钢节点。计算简图见图3.4所示图3.4 框架计算简图3.3.2梁柱线刚度计算由于本工程为现浇楼盖，故对于边跨梁截面的惯性矩I1应扩大为1.5倍，中跨梁截面的惯性矩I2应扩大为2倍。本工程混凝土结构均采用C30混凝土，其弹性模量EC=30.0106 kN/m2（1）对框架梁：梁尺寸均为：hb=500mm250mm；梁截面惯性矩为：I=bh3/12=0.250.53/12=2.610-3m4边跨梁BC、DE的线刚度：i1 =1.5EI/L= (1.5301062.610-3)/6=1.95104 kNm中跨梁CD地线刚度：i2 =2.0EI/L= (2.0301062.610-3)/3.0=4.87104 kNm（2）对柱柱截面尺寸：hb=500mm500mm.其截面惯性矩为：I=bh3/12=0.50.53/12=5.2110-3m4底层柱：i3 =EI/L= (30.01065.2110-3/5.0=3.13104 kNm其余各层柱：i4=EI/L= (30.01065.2110-3)/3.9=4.08104 kNm令i1=1，则各梁柱的相对线刚度为：i2=4.85/1.91=2.51 i3=3.13/1.95=1.6 i4=4.08/1.05=2.09 梁柱的相对线刚度简图如图3.5：图3.5梁柱相对线刚度3.3.3荷载统计荷载规范（GB 50009-2012）规定查得：1、恒荷载标准值（1）屋面恒荷载饰面层：水泥平瓦屋面 0.50 KN/m2结合层：20厚1:3水泥沙浆 0.0220=0.4 KN/m2保温层：80厚矿渣水泥 0.0814.5=1.16 KN/m2防水层：三毡四油防水层 0.35 KN/m2找平层：20厚水泥沙浆 0.0220=0.4 KN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土楼板 0.1225=3 KN/m2抹灰层：10厚水泥砂浆 0.0117=0.17 KN/m2屋面恒荷载： 6.03 KN/m2框架梁自重： 0.25（0.6-0.12）25=3KN/m屋面板传的横梁线荷载标准值： 6.036=36.18KN/m（2）标准层楼板面恒荷载的标准值面 层：水磨石地面（10厚面层，20厚水泥砂浆打底） 0.65 KN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土楼板 0.1225=3 KN/m2抹灰层：10厚水泥砂浆