某办公楼建筑结构设计及计算书(本科).doc

设计简介按照毕业设计大纲要求，毕业设计构想为三跨四层框架楼，在结构计算中选择结构方案中横向框架进行结构、抗震设计，具体步骤如下：1、 建筑设计及结构设计说明；2、 进行框架选型，做出计算简图；3、 进行重力荷载代表值计算,利用结构顶点假想位移法求出自震周期；4、 按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）；5、 计算竖向恒载及活荷载作用下的结构内力，找出最不利内力组合；6、 选取最安全的结果进行配筋并绘图；7、 进行了结构方案中的楼板、楼梯、基础的设计，并进行验算；8、 施工图绘制。关键词： 框架 结构设计 抗震设计According to the demand of graduation design,It can be designed to be a frame architecture with 3 or 4 floors, the structural and anti-seismic design in the longitudinal frames will be done in structural calculation,the specific steps are as follows: 1,Introduction of architectural and structural design. 2,Make a sketchy drawing before selecting the frame. 3,The weight of gravity is calculated,and then calculated the vibrate cycle by utilizing the peak-displacement method. 4,The seismc force can be assigned according to the shearing stiffness of the frames of the different axis,then the internal force (bending moment,shearing force and axial force)in the structure under the horizontal loads can be calcuiated.5,Calculate the internal force in the structure under the dead or live loads,and then find one or several sets of the most adverse bination of internal force.6,Chose the best and do the drawings.7,The design of the landing slab,the stairs and landig girder is approached,and calculate it.8,Do the drawings. Keywords : frames, structural design, anti-seismic design第一部分：建筑设计说明一、设计依据本工程采用的主要标准及有关法规、资料： 1、建筑结构统一标准（GB6884） 2、建筑结构可靠度设计统一标准（GB500682001） 3、建筑抗震设防分类标准（GB5022395） 4、建筑结构荷载规范（GB500092001） 5、混凝土结构设计规范（GB500102002） 6、建筑地基基础设计规范（GB500072002） 7、建筑抗震设计规范（GB500112001） 8、砌体结构设计规范（GB500032001）二、建筑设计说明本工程为+办公楼,为框架结构，四层，檐高15.40米，室内外高差 0.45米，室内地坪0.000 ，建筑面积3600平方米，建筑抗震设防标准为八度；根据毕业设计任务书的要求，坚持经济、适用、美观的建设方针，充分满足业主并考虑使用者对使用功能的要求，做到功能分区明确，流线清晰，方便使用， 合理组织好各种人流、车流，使内外交通简捷、畅通，互不干扰，参考了一些已经使用的设计后，我确定了自己的设计方案，以此确定最终的建筑设计方案。（平面图详见图1.1）方案整体为L型，其中设置变形缝一道，所有房间均为矩形，比较传统，经济实用，有利于引导人流，且外形较好，整体布局较为紧凑，有利于抗震设计。建筑平面设计主要应考虑建筑物的功能要求，力求建筑物的美观大方，同时兼顾结构平面布置尽量规则合理和抗震要求，以便于结构设计。综合考虑建筑和结构设计的要求，拟定内廊及外廊兼顾式平面框架形式。使用部分房间主要为办公室、会议室、活动室等，附属使用房间为厕所、贮藏、电气、设备用房等，交通部分为内廊、门厅、过厅、楼梯（主楼梯1个，次楼梯1个）。对于平面布置作如下几点说明： 图1.1 方案平面示意图1）为了满足不同类型的房间对使用面积的要求，同时考虑结构的受力合理性及柱网的经济尺寸，本设计柱网基本上采用6.53.9m，局部地方采用更小的柱网尺寸；2）走廊宽度根据本设计要求取轴线宽度2.5m，主要人流通道为位于大楼中部的主楼梯。为了满足防火要求，在西侧面设置了楼梯作为次人流通道和满足火灾时人员疏散要求。 建筑立面设计结合平面设计中框架柱的布置，立面上主要采用横向划分，外墙将柱完全内包。外观上显得平整，稳重；同时，考虑到框架结构的优点，柱间多用窗少用墙，使窗与柱及窗间墙之间形成了有节奏的虚实对比，显得明快、活泼，同时也得到了良好的采光效果。大门正中间，使整个建筑物显得美观大方。大门采用玻璃旋转门，使整个大门显得现代并且节能，门厅空间显得通透，宽大的雨蓬和大门的设置一同起到了突出主要入口功能，起到了吸引人流导向的作用。屋顶檐口采用重色调，使屋顶美观又不失大方。设计成可上人屋面，必要时可开辟成临时活动场所。同时极大的方便了屋面的检修。三、建筑施工说明一）、地面做法地面均为水泥地面，作法见苏J9501-2-2。二）、楼面做法 楼面均为水泥地面，作法见苏J9501-3-2。卫生间地面以1%坡向地漏。三）、踢脚做法踢脚除楼梯间外均为水泥踢脚，做法见苏J9501-4-1高为150MM，取消面层。四）、内墙面做法 做法见苏J9501-5-5。五）、外墙面做法为混合砂浆粉刷墙面，外刷涂料，做法见苏J9501-6-4，分格线（宽X深）20X15。六）、屋面做法屋面防水的等级为二级，平屋面做法见苏J9501-7-25(保温层水泥防水珍珠岩块，最薄处70厚，找坡用1：8现浇水泥珍珠岩)。七）、平顶做法现浇钢筋混凝土楼板下做法见苏J9501-8-4。八）、楼梯做法 楼梯栏杆扶手详见苏J9505-5,栏杆油漆详见苏J9501-9-23，扶手油漆详见苏J9501-9-3。九）、坡道做法做法详见苏J9501-11-9。散水：散水做法做法见苏J9501-12-5，宽度为600MM。十）、油漆做法主要是办公室木门油漆，采用清漆。十一）、其它：1、窗为铝合金推拉窗，采用90系列，颜色为银白色。2、木门断面为级。3、门厅处车坡道为花岗条石坡道，具体做法为：a：100厚花岗条石面层，表面剁平。b：30厚1：3干硬性水泥砂浆结合层。c：素水泥浆一道。d：100厚C15砼。e：200厚碎石灌M2.5号混合砂浆。f：素土夯实。4、散水为砼散水，做法如下：a：20厚1：2水泥砂浆抹面，压实抹光。b：60厚C15砼。c：素土夯实向外坡4%。四、地质资料建筑场地地形平坦，地基土成因类型为冰水洪积层。自上而下叙述如下：新近沉积层（第一层），粉质粘土，厚度0.51.0米，岩性特点，团粒状大孔结构，欠压密。粉质粘土层（第二层），地质主要岩性为黄褐色分之粘土，硬塑状态，具有大孔结构，厚度约3.0米, qsk=3540kPa。粉质粘土层（第三层），地质岩性为褐黄色粉质粘土，具微层理，含铁锰结核，可塑状态，厚度3.5米， qsk=3035kPa。粉质粘土层（第四层），岩性为褐黄色粉质粘土，具微层理，含铁锰结核，硬塑状态，厚度未揭露，qsk=4060kPa,qpk=15002000kPa。不考虑地下水。场地为1类一组Tg（s）=0.25s 第二部分：结构设计说明1、 本工程为新沂经济技术开发区规划建设局办公楼,为框架结构，四层，檐高15.40米，室内外高差 0.45米，室内地坪0.000 ，建筑面积3600平方米，建筑抗震设防标准为八度；2、 结构方案a、 形式：框架结构；b、 结构框架类别：采用现浇钢筋混凝土梁板结构；c、 框架节点：采用刚性连接；d、 结构布置：本办公楼框架的承重方案为横向框架承重方案。3、 框架结构的计算简图：横向框架组成的空间结构纵向框架组成的空间结构框架结构的计算简图4、 梁柱断面尺寸，材料级别a、 材料级别：砼：柱、梁、板C30；基础：C15，钢筋：柱梁级；板、基础级；b、 梁柱断面尺寸：（1）、梁截面高度一般取梁跨度的1/12至1/8。本方案横向梁取1/116500600mm，截面宽度取6501/2300mm，可得横向梁的截面初步定为bh=300*600；纵向梁1/102500=250mm，可得横向梁的截面初步定为bh=250*450；（2）、框架柱截面尺寸应考虑两个方向的强度和刚度要求，其截面高度根据以下几种方法初步确定： 取H=（1/15-1/20）H，其中H为层高，但大于等于30cm 考虑柱的轴压比N/Fca小于等于0.9考虑以上两个因素，考虑柱网尺寸不大，决定选用截面尺寸为400400mm的方形柱。梁截面尺寸（mm）混凝土等级横梁（bh）纵梁（bh）GH跨、JK跨HJ跨C20300600250450300600柱截面尺寸（mm）层次混凝土等级bh1C204004002-4C20400400第三部分：重力荷载计算一、资料准备：查荷载规范可取：、 屋面永久荷载标准值（上人）30厚细石混凝土保护层 220.03=0.66KN/m2 三毡四油防水层 0.4 KN/m220厚矿渣水泥找平层 14.50.02=0.29 KN/m2150厚水泥蛭石保温层 50.15=0.75 KN/m2120厚钢筋混凝土板 250.12=3.0 KN/m2 合计 5.10 KN/m2、1-4层楼面：20厚水泥沙浆地面 0.4 KN/m2120厚钢筋混凝土板 250.12=3.0 KN/m2 合计 3.40 KN/m2、屋面及楼面可变荷载标准值：上人屋面均布活荷载标准值 2.0 KN/m2楼面活荷载标准值 2.0 KN/m2屋面雪荷载标准值 SK=urS0=1.00.2=0.2 KN/m2 （式中ur为屋面积雪分布系数）、梁柱密度 25 KN/m3蒸压粉煤灰加气混凝土砌块 5.5KN/m3墙重 1.72 KN/m2二、重力荷载代表值的计算：1、 第一层：（1）、梁、柱：类别净 跨（mm）截 面（mm）密 度（KN/m3）体 积（m3）数 量(根)单 重（KN）总 重（KN）横梁5900300600251.062426.50636.001900250450250.21125.2563.00纵梁3300300600250.592014.75295.005400300600250.97224.2548.50类别计算高度（mm）截 面（mm）密 度（KN/m3）体 积（m3）数 量（根）单 重（KN）总 重（KN）柱3600400400250.5764814.40691.20（2）、内外填充墙重的计算： 横墙： GH跨、JK跨墙：墙厚240mm，计算长度5900mm，计算高度3600-600=3000mm。 单跨体积：0.245.93=4.25m3 单跨重量：4.255.5=23.38KN 数量：24 总重：23.3824=561.12KN GJ跨墙：墙厚240mm，计算长度1900mm，计算高度3600-600=3000mm。 单跨体积：（1.93-1.5*1.8）0.24=0.72m3 单跨重量：0.725.5=3.96KN 数量：2 总重：3.962=7.92KN 厕所横墙：墙厚100mm，计算长度4350mm，计算高度3600-120=3480mm。 体积：0.104.353.48=1.51m3 重量：1.515.0=7.55KN 横墙总重：561.12+7.92+7.55=576.59KN 纵墙： 跨外墙：单个体积：（3.33.0）-（1.81.8） 0.24=1.5984m3数量：16总重：1.5984165.5=140.66KN 厕所外纵墙：体积：4.73.0-1.81.52=8.70 m3总重：8.705.5=47.85KN 楼梯间外纵墙：体积：5.43.0-1.83.6=9.72 m3总重：9.725.5=53.46KN 内纵墙：单个体积：(3.33.0-0.92.7) 0.24=1.7928m3 单个重量：1.79285.5=9.86KN数量：18总重：9.8618=177.48KN 厕所纵墙：单个体积：0.24（4.73-1.82.7）=2.2176m3 单个重量：2.21765.5=12.20KN数量：1总重：12.201=12.20KN 办公室纵墙：总重：3.33.00.245.5=13.07KN 纵墙总重：140.66+47.85+53.46+177.48+12.20+13.07=444.72KN（3）、窗户计算（钢框玻璃窗）： C1窗户：尺寸：1800mm1800mm 自重：0.4KN/m2 数量：16 重量：1.81.80.416=20.74KN C2窗户：尺寸：1500mm1800mm 自重：0.4KN/m2 数量：4重量：1.51.80.44=4.32KNC6窗户：尺寸：1800mm3600mm 自重：0.4KN/m2 数量：1重量：1.83.60.41=2.59KN 总重：20.74+4.32+2.59=27.65KN（4）、门重计算： M2木门：尺寸：900mm2700mm 自重：0.15KN/m2 数量：18 重量：0.92.70.1518=6.56KN M4：尺寸：5400mm3000mm 自重：0.4KN/m2 数量：1重量：5.43*0.41=6.48KN 总重：6.56+6.48=13.04KN（5）、楼板恒载、活载计算（楼梯间按楼板计算）：面积：5.93.318+5.95.42+1.9(44.4+5.9)+4.75.9=537.67（m2） 恒载：3.4537.67=1828.078KN 活载：2.0537.67=1075.34KN由以上计算可知，一层重力荷载代表值为G1=G 恒+0.5G活=（636+63）1.05+（295+48.5）1.05+691.201.05+576.59+444.72+27.65 +13.04+（1828.078+1075.34）0.5 =4334.09KN注：梁柱剩上粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数1.05。2、第二层：（1）、梁、柱横梁：GH跨：300mm600mm 26.5KN24根=636KNJK跨：250mm400mm 5.25KN12根=63KN 纵梁：295+48.5=343.50KN 柱： 类别计算高度（mm）截 面（mm）密 度（KN/m3）体积（m3）数 量（根）单 重（KN）总 重（KN）柱3600400400250.5764814.4691.20（2）、内外填充墙重的计算：横墙总重：576.59KN纵墙： 比较第二层纵墙与第一层的区别有： 大厅：一层有M4 二层J(14)(16)、H(14)(16)跨有内墙。 比较异同后，可得第二层纵墙总重为：444.72+（3.05.4-1.42.1）0.245.5+（3.05.4-1.83.6）0.245.5 =475.05KN（3）、窗户计算（钢框玻璃窗）： C1窗户：尺寸：1800mm1800mm 自重：0.4KN/m2 数量：16 重量：1.81.80.416=20.74KN C2窗户：尺寸：1500mm1800mm 自重：0.4KN/m2 数量：4重量：1.51.80.44=4.32KNC6窗户：尺寸：1800mm3600mm 自重：0.4KN/m2 数量：2重量：1.83.60.42=5.18KN 总重：20.74+4.32+5.18=30.24KN（4）、门重计算： M2木门：尺寸：900mm2700mm 自重：0.15KN/m2 数量：18 重量：0.92.70.1518=6.56KN M1：尺寸：1400mm2100mm 自重：0.15KN/m2 数量：1重量：1.42.10.151=0.44KN 总重：6.56+0.44=7.00KN（5）、楼板恒载、活载计算（楼梯间按楼板计算）： 面积：537.67（m2） 恒载：3.4537.67=1828.078KN 活载：2.0537.67=1075.34KN由以上计算可知，二层重力荷载代表值为G2=G 恒+0.5G活=（636+63）1.05+（295+48.5）1.05+691.201.05+576.59+475.05+30.24 +7.00+（1828.078+1075.34）0.5 =4360.97KN注：梁柱剩上粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数1.05。3、第三层：比较其与第二层相同，可得三层重力荷载代表值为：G3=4360.97KN4、第四层：G4=4360.97KN集中于各楼层标高处的重力荷载代表值G i的计算结果如下图所示： 第四部分：横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移近似计算一、梁线刚度、柱侧移的计算表：砼C20 EC=25.5106构件bh（m2）I0=1/12bh3I=L（m）kb= ECI/L边框架中跨梁0.250.450.0018981.5I0=0.0028482.529.05103边跨梁0.300.600.00541.5 I0=0.00816.531.78103中框架中跨梁0.250.450.0018982I0=0.0037962.538.72103边跨梁0.300.600.00542I0=0.01086.542.3710314层柱0.40.40.0021330.0021333.615.11103柱的侧移刚度D的计算：计算过程见下表：边框架24层D值的计算：D中柱（4根）4.0260.6689346边柱（4根）2.1030.5137177中框架24层D值的计算：D中柱（40根）5.3670.72910199边柱（40根）2.8040.5848171边框架首层D值的计算：D 中柱（4根）4.0260.75110507边柱（4根）2.1030.6348870中框架首层D值计算：D中柱（40根）5.3670.79611137边柱（40根）2.8040.6889626D1层=（10507+8870）4+（11137+9626）40=908028D2-4层=(9346+7177) 4+(10199+8171) 40=800892由此可知，横向框架梁的层间侧移刚度为：层次1234Di（N/mm）908028800892800892800892D1/D2=908028/8008920.7，故该框架为规则框架。二、 横向自振周期的计算：横向自振周期的计算采用结构顶点的假想位移法。1、基本自振周期T1（s）可按下式计算：T1=1.7T （bs）1/2注：bs 假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值Gi作为水平荷载而算得的结构顶点位移。T结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数，取0.6。bs按以下公式计算：VGi=Gk（u）i= VGi/D ij bs=（u）k注：D ij 为第i层的层间侧移刚度。 （u）i为第i层的层间侧移。 （u）k为第k层的层间侧移。 s为同层内框架柱的总数。结构顶点的假想侧移计算过程见下表。结构顶点的假想侧移计算层次Gi（KN）VGi（KN）D i（N/mm）ui（mm）ui（mm）44360.974360.978008925.4551.8634360.978721.9480089210.8946.4124360.9713082.9180089216.3435.5214334.0917417.0090802819.1819.18T1=1.7T （bs）1/2 =1.70.6(0.05186)1/2=0.23228(s)2、水平地震作用及楼层地震剪力的计算：本结构高度不超过40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切型为主，近似于单质点体系结构，可以采用底部剪力法计算水平地震作用，即：1、结构等效总重力荷载代表值GeqGeq=0.85Gi=0.85（4334.09+4360.973）=14804.45（KN） 2、计算水平地震影响系数1查表得二类场地近震特征周期值Tg=0.30s。查表得设防烈度为8度的max=0.161=（Tg/T1）0.9max =（0.3/0.23228）0.90.16 =0.20143 3、结构总的水平地震作用标准值FEkFEk=1Geq =0.2014316500.91 =3323.73（KN） 因1.4Tg=1.40.3=0.42sT1=0.23228s，所以不须考虑顶部附加水平地震作用。各质点横向水平地震作用按下式计算： Fi=GiHiFEk/（GkHk）地震作用下各楼层水平地震层间剪力Vi为 Vi=Fk（i=1，2，n）计算过程如下表：各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次Hi（m）Gi（KN）GiHi（KNm）GiHi/GjHjFi（KN）Vi（KN）414.44360.9762797.970.40021330.161330.16310.84360.9747098.480.3002997.782327.9427.24360.9731398.980.2001665.082993.0213.64334.0915602.720.0995330.713323.73156898.15各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见下图：水平地震荷载作用 层间剪力分布 （具体数值见上表）三、多遇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（u）i和顶点位移u i分别按下列公式计算：（u）i = Vi/D iju i=（u）k各层的层间弹性位移角e=（u）i/hi，根据抗震规范，考虑砖填充墙抗侧力作用的框架，层间弹性位移角限值e1/550。计算过程如下表：横向水平地震作用下的位移验算层次Vi（KN）D i（N/mm）（u）i （mm）ui（mm）hi（mm）e=（u）i /hi41330.168008921.66111.96536001/216732327.948008922.90710.30436001/123822993.028008923.7377.39736001/96313323.739080283.6603.66036001/984由此可见，最大层间弹性位移角发生在第二层，1/9631/550，满足规范要求。四、水平地震作用下框架内力计算：1、框架柱端剪力及弯矩分别按下列公式计算：Vij=DijV i /DijM bij=Vij*yh Muij=Vij（1-y）hy=y0+y1+y2+y3注：y0框架柱的标准反弯点高度比。 y1为上下层梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值。 y2、y3为上下层层高变化时反弯点高度比的修正值。 y框架柱的反弯点高度比。底层柱需考虑修正值y2，第二层柱需考虑修正值y1和y3，其它柱均无修正。下面以轴线横向框架内力的计算为例：各层柱端弯矩及剪力计算（边柱）层次hi（m）Vi（KN）D ij（N/mm）边 柱Di1（N/mm）Vi1（KN）ky（m）M bij（KNm）Muij（KNm）43.61330.16800892817113.570.5840.294397346833.62327.94800892817123.750.5840.413506504523.62993.02800892817130.540.5840.535827516713.63323.73908028962635.230.6880.80101462537例：第四层边柱的计算： Vi1=81711330.16/800892=13.57（KN） y=y 0=0.29（m） （无修正） M bij=13.570.293.6=43.97（KN*m） Muij=13.57（1-0.29）3.6=34.68（KN*m）各层柱端弯矩及剪力计算（中柱）层次hi（m）Vi（KN）D ij（N/mm）中 柱Di2（N/mm）Vi2（KN）kY（m）M bi2（KNm）M ui2（KNm）43.61330.168008921019916940.7290.3118.9142.0833.62327.948008921019929650.7290.4244.8361.9123.62993.028008921019938110.7290.4764.4872.711363323.739080281113740770.7960.74108.6138.162、梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按以下公式计算： M l b=i l b（Mbi+1，j + M u i，j）/（i l b+ i r b） M r b=i r b（Mbi+1，j + M u i，j）/（i l b+ i r b） V b=（M l b+ M r b）/ l Ni=（V l b- V r b）k 具体计算过程见下表：梁端弯矩、剪力及柱轴力的计算层次边梁走道梁柱轴力MlbMrblVbMlbMrblVb边柱N中柱N434.68 22.00 6.50 8.72 20.08 20.08 2.50 16.06 -8.72 -7.34 378.44 42.25 6.50 21.03 38.57 38.57 2.50 30.86 -29.75 -17.17 286.73 61.45 6.50 22.80 56.09 56.09 2.50 44.87 -52.55 -39.24 183.64 53.66 6.50 21.12 48.98 48.98 2.50 39.18 -73.67 -57.46 例：第四层： 边梁 M l b= M ub=34.68KNmM r b=42.08*4.24/（4.24+3.87）=22.00 KNm走道梁 M l b =M r b=42.08-22.00=20.08 KNm 边柱N=0-8.72=-8.72 KN 中柱N=8.72-16.06=-7.34 KN