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

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 ofstructure calculating diagram;calculation ofload;analysisofinternalforce;combinationofinternalforce;reinforcement for beams and columns; the design of slab,stairandbasement;the drawing of structural working plan. Dead load, live load, wind load and earthquake actionareconsidered. The design of beams is based on plastic analysis. Slab stair and strip foundation areselected 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31 工程概况和设计资料61.1工程概况61.2相关设计资料62 结构选型与布置62.1 结构形式62.2 结构体系72.3确定板厚72.3确定梁的尺寸72.4 现浇混凝土框架柱截面估算83现浇混凝土钢筋楼板设计83.1活载标准值93.2恒载标准值计算93.3截面配筋计算164 现浇板式楼梯设计184.1 四层楼梯构件尺寸确定184.2 四层楼梯设计194.3配筋计算204.4 平台板（PTB1）的计算214.5配筋计算214.6平台梁（TL1）的计算224.7 配筋计算234.8 梯柱（TZ）的计算245 一榀框架设计255.1 框架梁柱截面尺寸255.2 梁柱线刚度计算265.3屋面板传荷载306 风荷载计算446.1 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557.1 框架在活载作用下的内力计算577.2 计算节点不平衡弯矩（节点弯矩正负规定：逆正顺负）627.3框架（KJ-13）弯矩二次分配法求杆端弯矩627.4活载作用下框架的梁柱轴力计算657.5 框架（KJ-6）在活载作用下的轴力图，见图5-23688 竖向荷载（恒荷载）作用下内力计算699荷载内力组合729.1 一般规定729.2内力组合739.3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759.6框架D柱截面设计849.6.1 4轴4层框架D柱配筋计算859.6.2 4轴3层框架D柱配筋计算909.6.3 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：9810 D轴柱下基础设计10010.1 基础设计资料10010.2 确定基础类型10310.3 独立基础的设计10510.4基础高度确定10610.5基础底面尺寸的验算10710.6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 29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11，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 2.01.6. 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810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bh=250mm600mm梁自重 250.250.6=3.75梁两侧20厚水泥砂浆 0.020.6220=0.48小计： bh=250mm500mm梁自重 250.250.5=3.125梁两侧20厚水泥砂浆 0.020.5220=0.4小计： 1.6.1.1. 柱自重bh=400mm500mm柱自重 250.40.5=5.0柱四面20厚水泥砂浆 0.02（0.4+0.5）220=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： 取1m板宽作为计算单元； 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）； 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； 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（pg+q）作用下各固定支座上的支座弯矩M； 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0 制定的，当0 时，应按下式换算： M1m1+m2、 M2m2+m1其中 m1=m11+m12 ，m2=m21+m22；m11表中系数gl012；m12表中系数ql012。对于混凝土材料，一般取波桑比0.2。 截面设计 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=（0.02716.35+0.04281.75）3.62=3.2KNm/mm2=（0.01446.35+0.01871.75）3.62=1.6KNm/mV=0.2:M1=3.2+0.21.6=3.52KNm/mM2=1.6+0.23.2=2.24KNm/m支座计算简图：Mx=-0.06648.13.62=-6.97KNm/mMy=-0.05598.13.62=-5.86KNm/mB2板：l01/l02=3300/4800=0.7跨内计算简图:V=0:m1=(0.03216.0+0.0351.4)3.32=2.631KNm/mm2=(0.01136.0+0.00931.4)3.32=0.88KNm/mV=0.2:M1=2.631+0.20.88=2.807KNm/mM2=0.88+0.22.631=1.406KNm/m支座计算简图：Mx=-0.07357.43.32=-5.923KNm/mMy=-0.05697.43.32=-4.585KNm/mB3板：l01/l02=4500/7200=0.63跨内计算简图:V=0:m1=（0.03566.0+0.03761.4）4.52=5.391KNm/mm2=（0.008556.0+0.006751.4）4.52=1.23KNm/mV=0.2:M1=5.391+0.21.23=5.637KNm/mM2=1.23+0.25.391=2.308KNm/m支座计算简图：Mx=-0.077957.44.52=-11.68KNm/mMy=-0.05717.44.52=-8.556KNm/mB4板：l01/l02=4500/5100=0.9跨内计算简图V=0:m1=（0.02216.0+0.02911.4）4.52=3.51KNm/mm2=（0.01656.0+0.02241.4）4.52=2.64KNm/mV=0.2:M1=3.51+0.22.64=4.038KNm/mM2=2.64+0.23.51=3.342KNm/m支座计算简图：Mx=-0.05417.44.52=-8.11KNm/mMy=-0.05887.44.52=-8.81KNm/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（）（kNm）（）最小配筋面积（）选配钢筋实配面积（） 跨中方向813.52127.06 160C8200251方向732.24 89.722160C8200251方向812.807 101.32160C8200251方向731.40656.316160C8200251方向815.637203.48 160C8200251方向732.30892.44 160C8200251方向81 4.038145.77160C8200251方向733.342133.86160C8200251支座-x81-6.69241.49160C8200251-y81-5.86211.53160C8200251-x81-5.923213.81160C8200251-y81-4.585165.51160C8200251-x81-11.68421.63160C8100503-y81-8.556308.85160C8150335-x81-8.11292.75160C8150335-y81-8.81381.03160C81005034 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41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41 楼梯平面布置图 图42 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