结构计算书专业资料.doc

前 言毕业设计是大学继续教育培养目的实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对在电大学习期间所学专业知识的全面总结。本组毕业设计题目为某综合办公楼框架结构设计。在毕设前期，我温习了结构力学、钢筋混凝土、建筑结构抗震设计等知识，并借阅了抗震规范、混凝土规范、荷载规范等规范。在毕业设计中，我通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计并积极请教指导老师。特别是毕业设计期间工作比较忙，在毕业设计方面存在的一些问题没有及时的解决。在毕设后期，重要进行设计手稿的电脑输入，并得到老师和同学们在毕设中的指导批正，使我在自我所学的基础上完毕了任务，在此表达衷心的感谢。在毕业设计将近二个月的时间里，在指导老师的帮助下，通过资料查阅、设计计算、论文撰写以及外文的翻译，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。在进行内力组合的计算时，进一步了解了Excel、Word。在绘图时纯熟掌握了AutoCAD，以上所有这些从不同方面达成了毕业设计的目的与规定。框架结构设计的计算工作量很大，在计算过程中以手算为主，辅以一些计算软件的校正。由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。 2023年6月内容摘要本工程根据吉林广播电视大学土木工程专业的设计任务书，进行设计。工程名称为长春职大办公楼，建筑占地691.71，建筑面积2461.87。本工程采用框架结构，主体四层，局部五层，在此设计书中，我详尽介绍了我设计的办公楼的细节。此设计书涉及：建筑设计，结构设计计算，基础设计计算，楼梯设计计算和楼板设计计算。建筑设计部分涉及：整体布局、平面布置、功能分区、交通布置等。结构设计计算是本书的最重要的部份，它重要由三个部份所组成：第一部分，设计资料；第二部分，框架结构设计；第三部分，基础设计和结论。在计算方法上，对于水平地震作用采用底部剪力法；对于竖向荷载采用分层法。基础设计部分，由于层数较少、地质条件较好，所以采用了柱下独立扩展基础。关键词： 框架 结构设计 抗震设计Content abstractThis project acts according to the Jilin Radio and television university civil engineering specialized design project description, carries on the design. The project name for Changchun Employees university office building, the construction occupies a land area of 691.71, the floor space 2461.87.This project uses the portal frame construction, main body four, partial five, in this designs, I introduced exhaustively I design office building detail. This designs includes: Architectural design, structural design computation, foundation design calculation, staircase design calculation and floor design calculation. The architectural design part includes: Overall layout, plane layout, function district, transportation arrangement and so on. The structural design computation is this book most important part, it is composed of three parts: The first chapter, design information; The second chapter, architectural design; The third chapter, structural design; The fourth chapter, foundation design and conclusion. In the computational method, uses the base shearing force law regarding the horizontal earthquake function; Uses the delamination regarding the vertical load. Foundation design part, because the layer are few, the geological condition to be good, therefore has used under the column the independent extended foundation. Key word: Frame Structural design Aseismic design1工程概况1.1建筑地点：长春市1.2建筑类型：四层综合办公楼，局部五层，框架填充墙结构。1.3建筑概况：建筑面积约2461.87平方米，室内外高差600mm，楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土框架结构，楼板厚度取100mm，填充墙采用炉渣混凝土空心砌块。建筑平面、立面、剖面详见建筑施工图。1.4门窗使用：门厅大门采用塑钢门，管道井门为防火门，门洞尺寸为1.5m2.1m，其它为木门，门洞尺寸为1.0m2.1m，窗为塑钢窗，洞口尺寸为2.8m2.8m，和2.8m1.8m1.5自然条件： 基本风压 W0=0.45 KN/m2 基本雪压 Q0=0.35KN/m2主导风向：东南西北风1.6抗震设防烈度：7度设防，分组为第一组。1.7地质条件：经地质勘察部门拟定，此建筑场地类别为II类场地，地面粗糙度为C类，地下稳定水位距自然地坪6m以下。工程地质情况见表1表1工程地质情况 序号岩土分类土层深度/m厚度/m地基承载力特性值1杂填土0.01.11.12粘土1.16.55.42003粉砂6.58.82.32504强风化闪长岩8.810.51.74005中档风化闪长岩10.510001.8结构概况:结构体系采用框架结构,基础为柱下钢筋混凝土独立基础。混凝土强度等级均为C30.2. 结构设计说明本次结构设计内容重要涉及：结构形式、基础形式的选择、重要结构构件的形式、构件连接节点形式、荷载汇集及其不利组合、水平和竖向作用下结构构件的内力计算与分析和结构构件的配筋计算以及构件截面、节点、楼梯、楼板、基础等设计计算方法，抗震设计与措施等。结构体系的选择上，框架结构显示出了其强度高、整体性好、刚度大、抗震性能好的特点。此外结构体系自身将承重和维护构件分开，可充足发挥材料的各自性能。框架结构也使空间的布局更加灵活，较自由，适合本次设计的办公建筑来使用。因此本设计采用现浇钢筋混凝土框架结构。框架的柱网布置既要满足生产工艺和建筑平面布置的规定，又要使结构受力合理，施工方便，柱网布置具体尺寸见建筑图。从毕业设计任务书中可知，本工程地质条件较好，本建筑物在材料选取上基本按照轻质高强的原则，因此自重较小；工程所在场地平坦，地质条件良好，结合以上两点，从经济、技术以及本地施工技术情况角度考虑，本工程选择了天然地基上的浅基础。柱下钢筋混凝土独立基础，其基础高度较小，节省材料，因此适宜在基础埋置深度较小时使用。柱下独立基础是柱基础最常用的一种基础形式，简朴、经济、施工方便。它合用于柱距在4-12米，荷载不大且场地均匀，对不均匀沉降有一定适应能力的结构。综合考虑以上各种经济、技术上的因素，本设计采用了柱下钢筋混凝土独立基础。考虑到方便施工过程中支摸板，选用阶梯形现浇柱下钢筋混凝土独立基础。根据建筑地基基础设计规范可知，基础等级为丙级，可以不做地基变形验算。结构的计算，由于手算工作量较大，一般采用计算一榀框架的方式。结构承受的荷载重要为结构自重、楼面活荷载、雪荷载、风荷载和地震作用。竖向荷载重要为恒荷载和活荷载，由于框架结构在竖向荷载作用下侧移不大，可近似按照无侧移框架分析，因此，框架结构在竖向作用下的内力计算可近似采用分层法进行计算；风和地震作用对框架结构的水平作用，一般可简化为作用于框架结点上的水平力，水平荷载的作用采用D值法（修正的反弯点法）计算。考虑活荷载的最不利分布采用分跨组合法进行内力组合计算；按照框架结构的合理破坏形式，在梁端出现塑性铰是允许的，因此在结构设计时，一般均对两队按玩具进行调幅。本结构方案的地震设防烈度为7度，根据结构形式，地质条件等因素查规范可知，框架结构为三级抗震。因而结构设计时仅考虑横向地震作用，而忽略竖向地震作用。楼梯是房屋的重要组成部分,楼梯的平面布置,踏步尺寸,栏杆形式等建筑设计拟定,板式楼梯和梁式楼梯是最常见的楼梯形式,楼梯的结构设计环节涉及;根据建筑规定和施工条件,拟定楼梯的结构形式和结构布置;根据建筑类别,拟定楼梯的活荷载标准值;进行楼梯各部件的内力分析和截面设计;绘制施工图,解决连接部件的配筋构造.板式楼梯由梯段板是斜放的齿形板,支承在平台梁上和楼层梁上,底层下段一般支承在地垄梁上,最常见的双跑楼梯每层有两个梯段,也有采用单跑和三跑的.板式楼梯的优点是下表面平整,施工支模较方便,外观比较轻巧.板式楼梯的设计内容涉及梯段板,平台梁. 按斜放的简支梁计算,它的正截面是与楼梯段垂直的,楼梯的活荷载是按水平投影面计算的,计算跨度取平台梁间的斜长净距.平台板一般设计成单向板,可取1 m宽板带进行计算,平台板一端与平台梁整体连接,另一端也许支承在砖墙上,也也许与过梁整浇,梁式楼梯由踏步板,斜梁和平台板组成,踏步板两端支承在斜梁上,按两端简支的单向板计算,一般取一个踏步作为计算单元,踏步板为梯形截面,板的截面高度可近似取平均高度.斜梁的内力计算与板式楼梯的斜板相同.踏步板也许位于斜梁截面高度的上部,也也许在下部.计算时截面高度可取为矩形截面.现浇楼梯的一些构造解决,当楼梯下净高不够时,可将楼层梁向内移动,这样板式楼梯的梯段板成为折线型.梯段板中的水平段,其板厚应与梯段斜板相同,不能和平台板同厚;折角处的下部受拉钢筋部允许沿板底弯折,以避免产生向外的合力,将该处的混凝土崩脱,应将此处的纵筋断开,各自延伸至上面再进行锚固.若板的弯折位置靠近层梁,板内也许出现负弯距,则板上面还应配置承担负弯距的短筋.在本设计中采用板式楼梯, 在计算的过程中,梯段板和平台梁都按简支梁进行计算.2.1荷载基本雪压：0.35 KN/基本风压：0.45KN/屋面活荷载（上人屋面）：2 KN/楼面活荷载：2 KN/走廊、楼梯：2.5 KN/2.2 材料选用 钢筋：表达HPB235钢筋，表达HRB335钢筋，梁、柱中受力纵筋采用HRB335，其余采用HPB235混凝土：主体工程采用C30，基础采用C30，基础垫层采用C15。砌块：框架填充墙采用粉煤灰轻渣空心砌块，钢筋混凝土柱与墙体连接处按构造规定预埋28500的拉结筋长度为1米，从底层到顶层遇洞口断开。2.3构件尺寸估算2.3.1、梁截面高度一般取梁跨度的1/12至1/8。由此估算的截面尺寸见下表. 梁的截面尺寸和混凝土强度等级层 次混凝土强度等 级横 梁 (bh)纵梁(bh)次梁(bh)AB跨CD跨BC跨1-5C 250500 250350 250650 2503502.3.2、柱的截N面尺寸拟定:按轴压比初步估计柱的截面尺寸，计算公式如下： 1. ) 柱组合的轴压力设计值N=。 注：考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数。 按简支状态计算柱的负载面积。 折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近似取14 为验算截面以上的楼层层数。2.)注：框架柱轴压比限值，由抗震规范可知，本方案为三级抗震等级。取0.9 混凝土轴心抗压强度设计值。对C30，为14.33.）计算过程 对与边柱：F18 N=1.218145=1512KN =1512=117483 取500mm500mm 对于内柱：F32 N=1.232514=2688KN =2688=208857.84取500mm500mm3、楼板取120mm，楼梯板及休息平台板为100mm,平台梁250400。2.4 结构平面布置图见图2.1图2.1 结构平面布置图2.5横向框架计算简图见图2.2图2.2 横向框架计算简图 2.5纵向框架计算简图见图2.3 （以B轴为代表）图2.3 纵向框架计算简图3. 重力荷载代表值的计算.3.1屋面及楼面的永久荷载标准值: 屋面：40厚细石混凝土保护层: 250.04=1.0KN/m4厚SBS防水层: 0.40 KN/m20厚水泥砂浆找平层: 200.02=0.4KN/m100厚水泥珍珠岩找坡层: 0.14=0.4KN/m2厚SBS隔汽层： 0.05 KN/m 20厚水泥砂浆找平层： 200.02=0.4KN/m 100厚现浇钢筋混凝土承重层：250.1=2.5KN/m10厚1:1:4混合砂浆抹灰层: 170.01=0.17KN/m 5.32 KN/m14层:楼面:25厚地板 0.025x70.18 KN/m20厚水泥砂浆找平层: 200.02=0.4KN/m 100厚现浇钢筋混凝土板: 250.10=2.50KN/m 10厚1:1:4混合砂浆抹灰层: 170.01=0.17KN/m 3.25 KN/m3.2屋面及楼面可变荷载标准值:上人屋面活荷载标准值: 2.0 KN/m楼面活荷载标准值: 2.0 KN/m屋面雪荷载标准值: 0.35 KN/m3.3梁 ,墙, 柱, 窗, 门重力荷载的计算:3.3.1梁柱可根据截面尺寸,材料容量及粉刷等计算出单位长度上的重力荷载,计算结果见下表.层次构件b(m)h(m)(KN/m)G(KN/m)L(m)nG(KN)G(KN)1边横梁0.250.5251.0518.047 5.526469.22 2505.67 中横梁0.250.5251.056.234 1.91381.05 次梁0.250.35251.055.513 2.41055.13 纵梁0.250.65251.0531.139 7.324747.34 柱0.50.5251.126.813 3.9431152.94 23边横梁0.250.5251.0518.047 5.526469.22 2357.85 中横梁0.250.5251.056.234 1.91381.05 次梁0.250.35251.055.513 2.41055.13 纵梁0.250.65251.0531.139 7.324747.34 柱0.50.5251.123.375 3.4431005.13 4边横梁0.250.5251.0518.047 5.522397.03 2157.65 中横梁0.250.5251.056.234 1.91168.58 次梁0.250.35251.055.513 2.4633.08 纵梁0.250.65251.0531.139 7.324747.34 柱0.50.5251.123.375 3.439911.63 5边横梁0.250.5251.0518.047 5.513234.61 939.49 中横梁0.250.5251.056.234 1.9424.94 次梁0.250.35251.055.513 2.4422.05 纵梁0.250.65251.0531.139 7.310311.39 柱0.50.5251.119.250 2.818346.50 注(1)表中为考虑梁柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数,g表达单元长度构件重力荷载 ,n为构件数. (2)梁长度取净长,柱长取层高.3.3.2 墙体: 外墙为240mm厚炉渣混凝土空心砌块,外墙面贴挤塑型聚苯板(0.5 KN/m),内墙面为20mm厚水泥石灰砂浆,则外墙单位墙面重力荷载为:0.5+8.00.24+0.0217=2.82 KN/m3.3.3 内墙为240mm厚炉渣混凝土空心砌块,两侧均为20厚水泥石灰砂浆,则内墙单位墙面重力荷载为:8.00.24+20.0217=2.6KN/m3.3.4木门单位面积重力荷载为0.2 KN/m,塑钢窗单位面积重力荷载取0.35 KN/m3.3.5重力荷载代表值:顶层重力荷载代表值涉及：屋面横载，50%屋面均布活载，纵横梁自重，半层柱自重，半层墙自重。其他重力荷载代表值涉及：楼面横载，50%屋面均布活载，纵横梁自重，楼面上下层柱及纵横墙自重。按上面方法叠加，则多层重力荷载代表值如下：表3: 各质点的重力荷载代表值质点12345G47345868654559452030 图3.1 各层重力荷载代表值4.框架侧移刚度计算4.1横梁线刚度i b的计算 I0=1/12bh3(m4)：表4.1类别EcbhI0lEcI0/l（Nmm）1.5EcI0/l（Nmm）2EcI0/l（Nmm）N/mm2mmmm（mm4）（mm）AB跨、CD跨300002505002.60E+0960001.302E+10BC跨300002503508.93E+0824001.117E+104.2纵梁线刚度i b的计算：表4.2类别EcbhI0lEcI0/l（Nmm）1.5EcI0/l（Nmm）2EcI0/l（Nmm）N/mm2mmmm（mm4）（mm）1-4跨、10-13跨300002506505.72E+0928006.13E+101.226E+114-13跨300002506505.72E+0976002.258E+104.3柱线刚度i c的计算：I=bh3/12表4.3层次EcbhI0hEcI0/h（Nmm）N/mm2mmmm（mm4）（mm）1300005005005.21E+0939004.006E+1025300005005005.21E+0934004.596E+104.4、各层横向侧移刚度计算： (D值法)柱的侧移刚度计算要拟定系数的值,该结构的柱可分为中框架中柱和边柱,边框架中柱和边柱,现以第二层C-6柱的侧移刚度计算为例,说明计算过程,其余柱的计算过程从略,计算结果分别见表4和表5及表6.第二层C-4柱及与其相连的梁的线刚度如图所示,图中数据取自表4.1和表4.3,所以梁柱线刚度比为: = （2.23+2.6）*2/（4.6*2）1.05=表4.4:中框架柱侧移刚度D值（N/MM） 层 次边 柱（17根）中 柱（10根）DiDi1Di2240.28330.12415919.6070.9490.32234843265128.610.650.434013717.011.20740.532316826.22995570.6 表4.5:边框架柱侧移刚度D值（N/MM）层 次A-1、 A-13、 D-1、D-13B-1、B-13、C-1、C-13DiDi1Di2240.4250.17538360.680.7890.28301350115433210.490.397012548.20.4180.379712023.698195 表4.6:楼、电梯间框架柱侧移刚度D值（N/MM）层 次D-3、D-4、 D-10、D-11、C-3、C-4、C-10、C-11、B-8、B-10、DiDi1Di2240.4250.17528360.680.7890.28313501114448.710.490.397012548.20.4180.379712023.6122196.4将不同情况下同层框架柱侧移刚度相加,即可得到框架各层间侧移刚度Di,其结果见表3.7 表4.7:横向框架层间侧移刚度D值（N/MM） 层次1234Di1215962533909.3533909.3533909.3由表4.7可见D1/D2=1215962/533909.3=2.30.7 故该框架柱为规则框架5、横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算5.1.横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算对于屋面有局部突出的房间,u应取主体结构的位移,突出间对主体结构顶点位移的影响,可按顶点位移相等的原则,将其重力荷载代表值折算到主体结构的顶层,其折算重力荷载G可按下式计算: G=2030结构顶点的假想侧移计算过程见表1,其中第8层的Gi为G8与G之和. 表5.1:结构顶点的假想侧移计算 层次Gi /KNVGi /KNDi N/mm /mm/mm48579.688579.68533909.316.07104.883654515124.68533909.328.3388.812586820992.68533909.339.3260.481473425726.68121596221.1621.16计算基本周期T1框架结构T=0.7则T1=1.7T=1.70.7=0.385s5.1.2、水平地震作用及楼层地震剪力计算该工程结构高度40M，质量和高度沿高度分布比较均匀，变形以剪切为主。故采用底部剪力法计算地震作用，结构总水平地震作用标准值Geq该按下式计算,即:Geq=0.85Gi=0.85Gi=0.85（4734+5868+6545+5945+2030）=21353.7KN由场地土为II类,设防烈度为7度,设计地震分组为第二组,查表可知Tg =0.35S =0.08 一般结构=0.05 所以=1 Tg =T0.385ST1 =0.35s, 所以不应考虑顶部附加水平地震作用， 各质点的水平地震作用的计算如下式: F=具体计算过程见表2.各楼层地震剪力计算见表15. 表5.2:个质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表:层次Hi /mGi /KNGi Hi /KN.mGi Hi/ Gj HjFi /KNVi /KN414.15945202330.25389.57389.571310.76545222530.28428.89818.4627.3586819951.20.25384.531202.98513.9473418462.60.23355.841558.82各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿高度的分布图见图1: 图5.1 横向水平地震作用及楼层地震剪力5.1.3.水平地震作用下的位移验算 水平地震作用下框架结构的层间位移UI和顶点位移UI按公式计算(u)i=Vi/Dij U=(u)K e=ui/hi 具体计算过程见表16;表5.3: 横向水平地震作用下的位移计算层次Vi /KNDi /N/mmui /mmui /mmhi /mme=ui/hi4389.571533909.30.7305.78934001/5863878.46533909.31.5335.06834001/67121202.985533909.32.2533.53534001/96211558.8212159621.2821.28239001/3042由表16可见层间最大弹性位移角发生在第4层，其值为1/5861/550,故满足规定,其中ui/h= 1/550由中表2.13查得.5.1.4.水平地震作用下框架内力计算:框架柱端剪力及弯矩的计算,以6轴横向框架内力计算为例,结果见表17,各柱反弯点的高度比y的拟定,对于本例中底层柱端考虑修正值y,第2层柱需要考虑修正值y,其余柱均无修正. 梁端弯矩,剪力及柱轴力分别按 M M V N 计算,其中梁线刚度取自表4.具体计算过程见表18 表5.4: 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算 层 次边 梁中 梁柱 轴 力MbLMbrLVbMbLMbrLVb边柱N中柱N412.7830.336.07.18525.8425.842.421.53-7.185-35.52323.9172.726.016.1161.9561.952.451.625-23.295-57.05 2 31.25120.956.025.37103.04103.042.485.87-48.665-117.5149.0782.326.021.9070.6170.612.458.84-70.565-154.5注: 1.柱轴力中的负号表达拉力,当为左地震作用时,左侧两根柱为拉力,相应的右侧两根柱为压力.2.表中M单位为KNm,V单位为KN,N单位为KN,L单位为m . 图5.2 梁端剪力及柱轴力图端剪力及柱