科技学院办公楼结构、施工设计结构设计大学本科毕业论文.doc

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题 目：某科技学院办公楼结构、施工设计
结构设计

系 别： 土木工程系
专业班级： 土木111
姓 名： 黄明摇
学 号： 20112044
指导教师： 刘 靖
职 称： 讲 师

二〇一五 年 五 月 四 日
0

摘要

摘 要
本工程按使用功能将建筑分为4层（局部为5层）。楼房标高16.5m，总建筑面积2604.87m2。
本工程结构设计采用多层钢筋混凝土框架结构，基本步骤为：结构计算简图的确定、荷载计算、楼板设计、内力分析、内力组合，梁、柱截面配筋、楼梯的设计、基础的设计以及结构施工图的绘制等。其中，内力计算考虑以下四种荷载作用，即恒荷载、活荷载、风荷载以及地震作用；柱、板的设计采用弹性理论；梁的设计采用塑性理论；楼梯选用板式楼梯；基础选用柱下独立基础基础。
关键词：框架结构；钢筋混凝土；结构设计；

Abstract
This engineering according to the use function of the building is divided into 4(for local5).The building elevation of 16.5m, the total construction area of 2604.87m2.
Reinforced concrete frame structure is adopted in this engineering. The design includes determination of structure calculating diagram; calculation ofload;analysisofinternalforce;combinationof internal force; reinforcement for beams and columns; the design of slab, stair and basement; the drawing of structural working plan. Dead load, live load, wind load and earthquake action are considered. The design of beams is based on plastic analysis. Slab stair and strip foundation are selected in this design. In the seismic design, the design principle of “strong column and weak beam, strong shear and weak bending, strong joint week member” is obeyed. And the cross-section can meet the demand of construction.
key phrase：frame construction；The reinforced concrete；construction designs；

5

目录

目 录
摘 要 1
目 录 3
1 工程概况和设计资料 6
1.1工程概况 6
1.2相关设计资料 6
2 结构选型与布置 6
2.1 结构形式 6
2.2 结构体系 7
2.3确定板厚 7
2.3确定梁的尺寸 7
2.4 现浇混凝土框架柱截面估算 8
3现浇混凝土钢筋楼板设计 8
3.1活载标准值 9
3.2恒载标准值计算 9
3.3截面配筋计算 16
4 现浇板式楼梯设计 18
4.1 四层楼梯构件尺寸确定 18
4.2 四层楼梯设计 19
4.3配筋计算 20
4.4 平台板（PTB1）的计算 21
4.5配筋计算 21
4.6平台梁（TL1）的计算 22
4.7 配筋计算 23
4.8 梯柱（TZ）的计算 24
5 一榀框架设计 25
5.1 框架梁柱截面尺寸 25
5.2 梁柱线刚度计算 26
5.3屋面板传荷载 30
6 风荷载计算 44
6.1 侧移刚度D值计算 45
6.2横向水平荷载（风荷载）作用下框架结构内力和侧移计算 46
6.3 计算各柱反弯点高度 46
6.4 各轴框架柱剪力计算 48
6.5各轴框架柱弯矩计算 48
6.6 框架梁弯矩计算 49
6.7框架梁剪力与框架柱轴力 51
6.8 绘制水平荷载（风荷载）作用下内力图 52
6.9横向水平风载作用下跨中弯矩 54
7 竖向荷载（活荷载）作用下内力计算 55
7.1 框架在活载作用下的内力计算 57
7.2 计算节点不平衡弯矩（节点弯矩正负规定：逆正顺负） 62
7.3框架（KJ-13）弯矩二次分配法求杆端弯矩 62
7.4活载作用下框架的梁柱轴力计算 65
7.5 框架（KJ-6）在活载作用下的轴力图，见图5-23 68
8 竖向荷载（恒荷载）作用下内力计算 69
9荷载内力组合 72
9.1 一般规定 72
9.2内力组合 73
9.3内力组合 73
9.4 框架梁柱内力组合表 74
9.5 框架四层横向框架梁截面设计 75
9.6框架D柱截面设计 84
9.6.1 4轴4层框架D柱配筋计算 85
9.6.2 4轴3层框架D柱配筋计算 90
9.6.3 4轴2层框架D柱配筋计算 95
9.6.4 4轴1层框架D柱配筋计算思路： 98
10 D轴柱下基础设计 100
10.1 基础设计资料 100
10.2 确定基础类型 103
10.3 独立基础的设计 105
10.4基础高度确定 106
10.5基础底面尺寸的验算 107
10.6基础冲切验算 108
结束语 110
致谢 111
参考文献 112
附录 114

广西科技大学鹿山学院本科生毕业设计（论文）

1 工程概况和设计资料
1.1工程概况
本工程为某科技学院办公楼结构、施工设计，按使用功能将建筑分为4层（局部为5层）。楼房标高16.5m，总建筑面积2604.87m2。
总楼层为地上4层，局部5层。各层的层高及各层的建筑面积、门窗标高详见建筑施工图。
1.2相关设计资料

1．规模：本工程为某科技学院办公楼，建筑设计工作已完成。总建筑面积2604.87m2。总楼层为4层，局部5层。各层的层高及各层的建筑面积、门窗标高详见建筑施工图。
2．防火要求：建筑物属二级防火标准。
3．结构形式：钢筋混凝土框架结构。填充墙厚度详表一。
4．气象、水文、地质资料：
（1）主导风向：夏季东南风、冬秋季西北风。基本风压值W0详表一。
（2）建筑物地处某市中心，不考虑雪荷载和灰荷载作用。
（3）自然地面-10m以下可见地下水。
（4）地质资料：地质持力层为粘土，孔隙比为e=0.8，液性指数IL=0.90，场地覆盖层为1.0M，场地土壤属Ⅱ类场地土。地基承载力详表一。
（5）抗震设防：此建筑物为一般建筑物，建设位置位于近震区，其抗震设防烈度为6度。

1 结构选型与布置

1.1. 1.1 结构形式

目前，多高层建筑混凝土结构类型主要有钢筋混凝土结构、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构和混合结构等。钢筋混凝土多、高层建筑结构具有承载能力和刚度大、耐久性和耐火性好、可模性好等优点，这也是目前我国多、高层建筑结构的主要类型。
本工程的设计属于多层建筑结构，根据建筑物的使用功能和钢筋混凝土结构的各项优点，所以本工程的设计选择钢筋混凝土结构类型。

1.2. 1.2 结构体系
多、高层建筑结构体系主要有框架、剪力墙和筒体结构以及他们的组合体系。框架结构体系具有建筑平面布置灵活、可按需要隔成小房间：建筑立面容易处理：结构自重轻：在一定高度范围内造价较低等优点。根据框架结构的各项优点并参考本工程的设计要求，本工程设计选择框架结构体系。
1.3.
1.4. 1.3 梁、板、梁、柱截面尺寸的估算

1.3.1板的截面尺寸的估算
1.3.1.1 截面尺寸估算原则

查《混凝土结构设计规范》（GB 50010 - 2010）（以下简称《混规》）9.1.1可知：四边支承的板当长边与短边长度之比不大于2.0时，应按双向板计算；当长边与短边长度之比大于2.0，但小于3.0时宜按双向板计算；当长边与短边长度之比不小于3.0时，宜按沿短边方向受力的单向板计算，并应沿长边方向布置构造钢筋。
查《混规》9.1.2可知：单向板的跨厚比不大于30，双向板的跨厚比不大于40；单向板民用建筑楼板最小厚度为，工业建筑楼板最小厚度为；双向板最小厚度为。

1.3.1.2 截面尺寸估算

根据板的厚度确定的一般原则，结合该建筑物各板的受力情况和各块板的长短边长度之比，取板厚均为，尺寸较大的板相应增加板厚。

1.3.2 梁的截面尺寸的估算

1.3.2.1截面尺寸估算原则

查《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3 - 2010）（以下简称《高规》）6.3.1和《混规》11.3.5可知：框架结构的主梁截面高度可按计算跨度的确定；梁净跨与截面高度之比不宜小于4。梁的截面宽度不宜小于梁截面高度的，也不宜小于200。

1.3.2.2 纵向框架梁

纵梁的跨度均可按计算，
，故B、D、F轴上各梁的梁高均取；
，取。

1.3.2.2 横向框架梁

2~9轴上各BD跨的跨度均为，DF跨的跨度均为，故此处梁按计算，
估算，取,取。

1.3.3 柱的截面尺寸的估算

1.3.3.1 截面尺寸估算原则

柱截面尺寸可直接凭经验确定，也可先根据其所受轴力按轴心受压构件估算，再乘以适当的放大系数以考虑弯矩的影响，即

式中，为柱截面面积；为柱所承受的轴向压力设计值；1.25为重力荷载的荷载分项系数平均值；重力荷载标准值可根据实际荷载取值，也可近似按计算；为混凝土轴心抗压强度设计值。
查《混规》11.4.11和《高规》6.4.1可知：矩形截面柱的边长，非抗震设计时不宜小于，抗震设计时，四级不宜小于，一、二、三级时不宜小于；圆柱直径，非抗震和四级抗震设计时不宜小于，一、二、三级时不宜小于。柱截面高宽比不宜大于3。

1.3.3.2 柱截面尺寸估算

柱截面尺寸按以上原则估算。各层重力荷载可近似取，由建筑设计图可知边柱及中柱的负载面积分别为和。根据以上及式（1.1）可估算得第一层柱截面面积为
边柱
中柱
结合建筑物长短边长度之比，则柱截面尺寸为，由于本工程设计为多层建筑结构，不需要布置变截面柱，因此，各层相应位置处的柱子截面尺寸均一致。
框架柱、梁的布置见图1—1，即二层结构布置图。
·

2 重力荷载计算
1.5. 2.1活载标准值
查《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）
屋面活载标准值
上人屋面 2.0
楼面活载标准值
走廊、楼梯 2.5
其他 2.0
1.6. 2.2恒载标准值计算
屋面恒载标准值计算
保温上人屋面
40厚C20细石混凝土随抹随光
油毡一层
一道高分子防水卷材1.5厚
30厚挤塑板
20厚1:3水泥砂浆
C15细石混凝土找坡2%
100厚现浇板
板底抹灰
小计：
保温非上人屋面
浅色铝基反光涂料
一道高分子防水卷材1.5厚
30厚挤塑板
20厚1:3水泥砂浆
C15细石混凝土找坡2%
100厚现浇板
板底抹灰 小计：

二~四层楼板标准值
楼面恒载标准值计算（除卫生间外其它都为此做法）
彩色釉面砖8~10厚，干燥泥擦缝
20厚1:2.5水泥砂浆面
5厚聚合物抗裂砂浆（内嵌耐碱玻纤网络布）
20厚挤塑保温隔热板
100厚现浇板
板底抹灰
小计：
厕所楼板标准值
防滑地板砖
20厚1:3水泥砂浆
5厚水泥浆结合层
C15细石混凝土找坡2%
500厚焦渣混凝土板板
板底抹灰
小计：

梁自重
b×h=250mm×600mm
梁自重 25×0.25×0.6=3.75
梁两侧20厚水泥砂浆 0.02×0.6×2×20=0.48
小计：
b×h=250mm×500mm
梁自重 25×0.25×0.5=3.125
梁两侧20厚水泥砂浆 0.02×0.5×2×20=0.4
小计：
1.6.1.1. 柱自重
b×h=400mm×500mm
柱自重 25×0.4×0.5=5.0
柱四面20厚水泥砂浆 0.02×（0.4+0.5）×2×20=0.72
小计：

荷载设计值计算
办公室：
由可变荷载控制的组合：

由永久荷载控制的组合：

楼梯、走廊：
（1）由可变荷载控制的组合

（2）由永久荷载控制的组合

卫生间：
（1） 由可变荷载控制的组合

（2）由永久荷载控制的组合

由上边计算可知，卫生间楼板采用永久荷载控制组合，其他楼板采用可变荷载控制组合，即：
卫生间：
楼梯、走廊取：
办公室，接待室等：

3 钢筋混凝土现浇板设计

1.7. 3.1双向板的计算
本楼面的B1、B2、B3、B4 为双向板，根据要求，按弹性理论进行计算，双向板结构布置如图所示。由屋面结构布置图可知，应按连续双向板进行设计。按连续双向板进行计算的步骤如下：
① 取1m板宽作为计算单元；
② 确定每块板的边界支座形式（求跨中最大正弯矩时，活荷载应按棋盘式布置，
将荷载分布情况分解成满布的正对称荷载g+q/2及间隔布置±q/2两种情况，在正对称荷载g+q/2作用下，可近似认为中间支座为固支，边支座按实际情况考虑；在反对称荷载±q/2作用下，可近似认为中间支座为简支，边支座按实际情况考虑。求支座最大负弯矩时，可近似按满足活荷载时求得，即认为各区格板中间支座为固支，边支座按实际情况考虑，然后按单块双向板计算出各支座的负弯矩，当相邻区格板分别求得的同一支座负弯矩不相等时，取绝对值的较大值作为该支座最大负弯矩）；
③ 确定计算单元宽度上的荷载设计值，应考虑永久荷载起控制作用和可变荷载
起控制作用两种情况；
④ 查《混凝土结构》教材中附录求出每块板在总荷载设计值作用下各块板在总
荷载设计值（p＝g+q）作用下各固定支座上的支座弯矩M’；
⑤ 求出每块板跨间最大正弯矩，按上述原则按正对称荷载与反对称荷载根据不
同的支座情况分别查表，表中系数是根据波桑比ν＝0 制定的，当ν≠0 时，应按下式换算：
M1＝m1+νm2、 M2＝m2+νm1
其中 m1=m11+m12 ，m2=m21+m22；m11＝表中系数×g’l012；m12＝表中系数×q’l012。对于混凝土材料，一般取波桑比ν＝0.2。
⑥ 截面设计
⑦ 绘制施工图
（1） 板的荷载设计值
由前边计算可知，卫生间楼板采用永久荷载控制组合，其他楼板采用可变荷载控制的组合
恒载设计值： （卫生间）
（办公室、走廊和楼梯）

活载设计值： （卫生间）
（办公室）
（走廊、楼梯）

荷载总设计值： （卫生间）
（办公室）
（走廊、楼梯）
折算恒载设计值：

折算活载设计值:

（2） 计算跨度
双向板按弹性理论计算时，计算跨度近似取支座中心线间距离
B1板：
B2板：
B3板：
B4板：

（3）弯矩计算
求跨中最大正弯矩时，在正对称荷载g+q/2作用下，中间支座为固支，边支座按
实际情况（也为固支）考虑；在反对称荷载±q/2作用下，可近似认为中间支座为简支，边支座按实际情况（固支）考虑，同时应考虑混凝土的波桑比，混凝土的波桑比ν＝0.2。求支座最大负弯矩时，认为各区格板中间支座为固支，边支座按实际情况（固支）考虑，然后按单块双向板计算出各支座的负弯矩，当相邻区格板分别求得的同一支座负弯矩不相等时，取绝对值的较大值作为该支座最大负弯矩。弯矩的计算见下表。

B1板：
l01/l02=3600/4500=0.8
跨内计算简图：

V=0:
m1=（0.0271×6.35+0.0428×1.75）×3.62=3.2KN·m/m
m2=（0.0144×6.35+0.0187×1.75）×3.62=1.6KN·m/m
V=0.2:
M1=3.2+0.2×1.6=3.52KN·m/m
M2=1.6+0.2×3.2=2.24KN·m/m
支座计算简图：

Mx’=-0.0664×8.1×3.62=-6.97KN·m/m
My’=-0.0559×8.1×3.62=-5.86KN·m/m

B2板：
l01/l02=3300/4800=0.7

跨内计算简图:

V=0:
m1=(0.0321×6.0+0.035×1.4)×3.32=2.631KN·m/m
m2=(0.0113×6.0+0.0093×1.4)×3.32=0.88KN·m/m
V=0.2:
M1=2.631+0.2×0.88=2.807KN·m/m
M2=0.88+0.2×2.631=1.406KN·m/m
支座计算简图：

Mx’=-0.0735×7.4×3.32=-5.923KN·m/m
My’=-0.0569×7.4×3.32=-4.585KN·m/m

B3板：
l01/l02=4500/7200=0.63
跨内计算简图:

V=0:
m1=（0.0356×6.0+0.0376×1.4）×4.52=5.391KN·m/m
m2=（0.00855×6.0+0.00675×1.4）×4.52=1.23KN·m/m
V=0.2:

M1=5.391+0.2×1.23=5.637KN·m/m
M2=1.23+0.2×5.391=2.308KN·m/m
支座计算简图：

Mx’=-0.07795×7.4×4.52=-11.68KN·m/m
My’=-0.0571×7.4×4.52=-8.556KN·m/m

B4板：
l01/l02=4500/5100=0.9
跨内计算简图

V=0:
m1=（0.0221×6.0+0.0291×1.4）×4.52=3.51KN·m/m
m2=（0.0165×6.0+0.0224×1.4）×4.52=2.64KN·m/m
V=0.2:
M1=3.51+0.2×2.64=4.038KN·m/m
M2=2.64+0.2×3.51=3.342KN·m/m

支座计算简图：

Mx’=-0.0541×7.4×4.52=-8.11KN·m/m
My’=-0.0588×7.4×4.52=-8.81KN·m/m

(4)截面配筋计算
截面有效高度：假定选用C8钢筋，则
短跨方向：=
长跨方向：
C30混凝土：fc=14.3N/mm2, ft=1.43N/mm2；
HRB400级钢筋：fy=fy’=360N/mm2;
中间区格板带，各内区格板四周与梁整体连接，故各跨跨内和中间支座考虑板的内拱作用，计算配筋量降低20%，但必须满足最小配筋率的要求。

最小配筋率：

板的最小配筋面积：；

为了便于计算，近似取，，

板的配筋计算见表：

项目

截面

（）

（kN·m）

（）
最小配筋面积
（）

选配钢筋

实配面积
（）

跨中

方向
81
3.52
127.06
160
C8@200
251
方向
73
2.24
89.722
160
C8@200
251

方向
81
2.807
101.32
160
C8@200
251
方向
73
1.406
56.316
160
C8@200
251

方向
81
5.637
203.48
160
C8@200
251
方向
73
2.308
92.44
160
C8@200
251

方向
81
4.038
145.77
160
C8@200
251
方向
73
3.342
133.86
160
C8@200
251

支座
-x
81
-6.69
241.49
160
C8@200
251
-y
81
-5.86
211.53
160
C8@200
251
-x
81
-5.923
213.81
160
C8@200
251
-y
81
-4.585
165.51
160
C8@200
251
-x
81
-11.68
421.63
160
C8@100
503
-y
81
-8.556
308.85
160
C8@150
335
-x
81
-8.11
292.75
160
C8@150
335
-y
81
-8.81
381.03
160
C8@100
503

4 现浇板式楼梯设计

板式楼梯是运用最广泛的楼梯形式，它是将楼梯作为一块板考虑，板的两端支承在休息平台的边梁上，休息平台支承在墙上。它具有下表面平整，施工支模方便，外观比较轻巧，受力简单、施工方便的优点。因此本工程设计采用板式楼梯。

1.8. 4.1 二层楼梯构件尺寸确定
1.9.
根据本工程设计的建筑设计图可知，二层的层高为，每级踏步的尺寸均为。由楼梯平面布置图4—1可知，楼梯梯段斜板水平投影的长度为，楼梯梯段斜板厚度：
，取为。

图4—1 楼梯平面布置图

图4—2 二层楼梯剖面图

1.10. 4.2 二层楼梯设计

1.10.1. 4.2.1 楼梯板（TB1）的计算
1.10.2.
梯段板的倾斜度：，所以，。取1米宽板带为计算单元。

1 荷载计算

梯段板自重
踏步自重
1:3干硬性水泥砂浆结合层20厚
水泥石灰砂浆
彩色釉面砖8-10厚，干水泥擦缝

合计

活荷载标准值
由可变荷载效应控制的组合
由永久荷载效应控制的组合
可见，对于楼梯板（TB1）而言，由可变荷载效应控制的组合所得的荷载设计值较大，所以楼梯板（TB1）内力计算时取。

2 配筋计算

楼梯板（TB1）的水平计算跨度：；
跨中弯矩设计值：；
有效截面高度：；
混凝土强度等级：；
采用钢筋：：
；
；
；
最小配筋率：
最小配筋面积：；

选配，；
分布钢筋选用C8每级踏步下一根。

1.10.3. 4.2.2 平台板（PTB1）的计算
1.10.4.
平台板（PTB1）的板厚，取1米宽板带为计算单元。

1 荷载计算

平台板自重
1:3干硬性水泥砂浆结合层20厚
水泥石灰砂浆

合计
活荷载标准值
由可变荷载效应控制的组合
由永久荷载效应控制的组合
可见，对于平台板（PTB1）而言，由可变荷载效应控制的组合所得的荷载设计值较大，所以平台板（PTB1）内力计算时取。

2 配筋计算

查《混规》9.1.1可知，对于四边支承的板，当长边与短边长度之比大于2.0，但小于3.0时，宜按双向板计算，这时如按沿短边方向受力的单向板计算，应沿长边方向布置足够数量的构造钢筋。
平台板（PTB1）的长边与短边长度之比为2.27，处于2.0与3.0之间，所以在本工程设计平台板（PTB1）按沿短边方向受力的单向计算。
平台板（PTB1）的水平计算跨度：；
跨中弯矩设计值：；
有效截面高度：；
混凝土强度等级：；
采用钢筋：：
；
；
；
最小配筋率：
最小配筋面积：；
选配，，分布筋按构造要求取。

1.10.5. 4.2.3 平台梁（TL1）的计算
1.10.6.
平台梁（TL1）的截面尺寸为。

1 荷载计算

平台梁（TL1）自重
平台梁（TL1）双侧粉刷
平台板传
梯段板传

合计
活荷载标准值
由可变荷载效应控制的组合
由永久荷载效应控制的组合
可见，对于平台梁（TL1）而言，由可变荷载效应控制的组合所得的荷载设计值较大，所以平台梁（TL1）内力计算时取。

2 配筋计算

平台梁（TL1）计算跨度：；
弯矩设计值：；
剪力设计值：；
根据教材《混凝土结构基本原理》4.5.1中公式（4.28）可计算出平台梁的有效高度：；
混凝土强度等级：，;
所选钢筋型号：HRB400，。
平台梁（TL1）正截面设计按倒L型考虑，查《混规》表5.2.4可知：
按计算跨度考虑时：；
按梁肋净距考虑：；
按翼缘高度考虑：，故不受此限制；
所以取以上最小值：。
根据教材《混凝土结构基本原理》4.7.3可以对此T型截面进行分类，当弯矩设计值时属于第一类T型截面，反之属于第二类T型截面。此平台梁

由此可知，此T型截面属于第一类T型截面。
；
；
；
实配钢筋2C14，。
完成配筋之后，还需要进行斜截面受剪承载力计算以验算截面尺寸和验算是否需要计算配置腹筋。
验算截面尺寸：
，；
；由此可知，截面尺寸满足要求。
验算是否需要计算配置腹筋：
，由此可知，不需要计算配置腹筋。
按构造配置双肢箍筋，构造配筋的最小配筋率为
，由此可知，构造配筋满足要求。

1.10.7. 4.2.4 梯柱（TZ）的计算
1.10.8.
梯柱截面尺寸为，计算长度为，，查《混规》表6.2.15可知，稳定系数。
经过分析可知，梯柱（TZ）上的荷载为梯柱本身自重加上平台梁传来的荷载：

混凝土强度等级：，;
所选钢筋型号：HRB400，。
由轴心受压公式：可得，
；
由此可见，梯柱（TZ）不需要按计算配筋，仅按构造要求配置配筋即可，但是必须满足最小配筋率的要求。

查《混规》表8.5.1和9.3.1可知：受压构件全部纵向钢筋最小配筋率为，受压构件一侧纵向钢筋最小配筋率为；纵向受力钢筋直径不宜小于，箍筋直径不应小于，且不应小于，为纵向钢筋的最大直径。
梯柱（TZ）内纵筋选用4C12，箍筋选用。按照上述要求验算梯柱（TZ）内纵向钢筋配筋率：
全部纵向钢筋配筋率：
一