混凝土结构设计毕业设计方案计算报告书.docx

本科毕业设计 河南省郑州市企业办公楼设计学 院:城市建设学院专 业:土木工程学 号:学生姓名:郑健指导老师:唐红日 期:二一七年六月摘 要本设计题目是：河南省郑州市企业办公楼设计，结构建筑规模为6层框架结构，各层层高3.6m（底层层高4.5m）,建筑物总高度为25.5m ,总建筑面积为5197.8m2。对本课题研究将分为毕业实习、建筑设计、结构设计、毕业设计整理四个方面。毕业实习阶段，搜集必需设计原始资料，做好设计前调查研究工作，参考同类型设计文字及图纸资料。学习相关国家法规及规范。建筑设计分为初步设计及施工图设计两个阶段，在此阶段将确定建筑方案，确定建筑使用材料及做法，确定建筑总体形状及多种尺寸，绘出平、立、剖、总平面图、详图、写出施工说明并列出门窗明细表。结构设计阶段关键是进行结构计算简图确实定、荷载计算、内力分析、内力组合、梁、柱截面配筋、板设计、楼梯设计、基础设计和结构施工图绘制等；毕业设计整理阶段则是对毕业设计所需资料装订，按学校毕业设计条例及教研室实施细则整理毕业设计结果，做好毕业答辩准备工作。关键词： 结构设计； 框架结构； 荷载； 配筋Abstract This design topic is the design of Zhengzhou city enterprise office building, construction scale of 6 storey frame structure, each layer of 3.6m (bottom height 4.5m), the buildings height is 25.5m, and the total construction area are 5197.8m2.The study on this subject will be divided into graduation practice, architectural design, structural design, from four aspects of the design of finishing. The graduation practice stage, collecting the original design information necessary to do research work, before the design, drawings and documents with reference to the text type design. Learn about the national regulations and architectural design specifications. The design of the two stages of preliminary design and construction drawing, this stage will draw the construction plan, determine the use of materials and construction practices, to determine the overall shape and size, building paint Ping, Li, section, general layout, construction details, write instructions and lists the windows list. The structure design stage is mainly determined. The structure calculation diagram load calculation, internal force analysis, the combination of internal forces, beam, column reinforcement, plate design, stair design, foundation design and construction drawing design; finishing The stage is the information needed in the graduation design of binding rules for the implementation of the graduation design according to the school regulations and the Department of finishing the design results, make preparations for the graduation replyKeywords: Structural Design; Frame work; Load; Reinforcement目录绪论41 设计依据51.1 建筑施工图设计依据51.2 结构设计依据52 结构部署52.1 建筑设计资料52.2 结构部署及结构选型62.2.1 结构平面部署62.2.2 结构构件截面尺寸和材料选择72.2.3 确定框架计算简图72.3 荷载标准值计算92.3.1 恒荷载计算102.3.2 活荷载计算132.3.3 风荷载计算152.3.4 地震作用计算162.4 框架侧移计算223 内力分析233.1 恒荷载作用下内力分析233.2 活荷载作用下内力分析283.3 风荷载作用下内力分析323.4 地震水平作用下内力分析343.5 重力荷载代表值作用下内力分析364 内力组合365 结构设计405.1 梁柱截面设计405.1.1 框架梁截面设计405.1.2 框架柱截面设计455.2 屋面板、楼板设计495.2.1 屋面板设计495.2.2 楼面板设计525.3 基础设计555.3.1 A柱基础设计555.3.2 中柱联合基础设计595.3.3 基底垫层设置625.4 楼梯设计625.4.1 设计参数625.4.2 梯段板(TB)计算625.4.3 平台板设计645.4.4 平台梁设计64参考文件66致谢67绪论对于土木工程专业本科生而言，毕业设计是大学本科教育培养目标实现关键阶段，是毕业前综合学习阶段，是对大学期间所学专业知识全方面总结。本毕业设计题目为河南省郑州市某企业办公楼结构设计。在毕业设计前期，我复习了结构力学、土力学和基础工程、混凝土结构、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。在毕业设计中期，我们经过所学基础理论、专业知识和基础技能进行建筑、结构设计。在毕业设计后期，关键进行设计手稿电脑输入，并得到老师审批和指正，使我圆满完成了任务，在此表示衷心感谢。毕业设计三个月里，在指导老师帮助下，经过资料查阅、设计计算、计算书书写和外文翻译，加深了对新规范、规程、手册等相关内容了解，巩固了专业知识、提升了综合分析、处理问题能力。在进行内力组合计算时，深入了解了Excel。在绘图时熟练掌握了AutoCAD、天正等绘图软件。以上全部这些从不一样方面达成了毕业设计目标和要求。在设计过程中我严格根据现行建筑设计规范和现行结构设计规范进行设计，并取一榀框架进行内力配筋计算，绘制建筑施工图和结构施工图，在设计过程中我还参考了相关教材和图集，房屋建筑学、混凝土结构、建筑抗震设计等，框架结构设计计算工作量很大，在计算过程中以手算为主，辅以部分计算软件校正。因为我们水平有限和经验缺乏，和资料不足，敬请各位老师批评指正。1 设计依据1.1 建筑施工图设计依据(1)民用建筑设计通则(GB50352)；(2)建筑设计防火规范(GB50016)；(3)屋面工程技术规范(GB50345)；(4)房屋建筑制图统一标准(GB/T50001)；(5)建筑装饰工程施工及验收规范(GB50210)；和相关现行规范和图集。1.2 结构设计依据(1)建筑结构荷载规范(GB50009)；(2)混凝土结构设计规范(GB50010)；(3)建筑抗震设计规范(GB50011)；(4)建筑地基基础设计规范(GB50007)；(5)建筑结构可靠度设计统一标准(GB50068)；(6)高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3)；和相关现行规范和图集。2 结构部署2.1 建筑设计资料(1) 设计题目：河南省郑州市某企业办公楼结构设计 (2)建设地点：郑州市(3)建筑规模：6层框架结构，各层层高3.6m（底层层高4.5m）,建筑物总高度为25.5m ,总建筑面积为5197.8m2。(4)设计标高：室内设计标高为0.000，室内外高差为0.500m，基础顶面距离室外地面0.8m，基础采取柱下独立基础。(5)关键建筑装修做法：墙身做法：墙做法为240mm 厚加气混凝土砌块 采取M5混合砂浆砌筑 内外墙粉刷均为20mm厚1:3混合砂浆女儿墙墙高1.5m 楼面做法：楼面为30mm厚细石混凝土 屋面做法(自上而下)：30mm厚细石混凝土保护层 20mm厚1：3水泥砂浆找平层100140mm厚1:8 水泥珍珠岩保温(2%找坡)30mm厚1：3 水泥砂浆找平层顶棚做法：10mm厚混合砂浆抹灰(6)工程地质资料本建筑场地类别为类。拟建场地地形平坦，土质分布具体情况见表2.1表2.1 建筑地层一览表序号岩土深度土层深度（m）厚度范围（m）地基土承载力（kPa）压缩模量（mPa）1杂填土0.01.21.2-2粉土1.22.00.82005.03中粗砂2.04.82.83009.54砾砂4.815.010.235021.0(7)使用活荷载基础风压w0=0.45kN/m2 (地面粗糙程度按C类)基础雪压s0=0.40kN/m2 (设计使用年限为50年)上人屋面活荷载为2.0kN/m2教室楼面，卫生间楼面，走廊均为2.5kN/m2 楼梯活荷载为3.5kN/m2抗震设防烈度为6度，基础地震加速度值0.05g2.2 结构部署及结构选型2.2.1 结构平面部署一、建筑结构方案：对于建筑物土质和所在地域抗震等要求，选择框架结构和桩基础，具体见结构施工图。二、平面组合：对于办公楼来说，首先要确保其用途，而且符合经济合理要求，在平面部署上符合抗震和消防要求，已经在办公楼适合位置设置抗震缝。在消防方面，楼梯部署和走廊长度、宽度均已符合设计规范要求。三、交通组织及防火疏散设计：在垂直交通方面，在适合位置全部已设置了楼梯，并加设了消防通道。考虑到防火疏散要求，办公楼楼走廊合适放宽。四、 采光通风：依据该建筑物性质，将窗台安排到离地面900mm高度，以确保有足够采光和通风2.2.2 结构构件截面尺寸和材料选择(1) 关键构件选型梁板柱和楼梯形式：现浇钢筋混凝土墙体：办公楼外墙、内墙均采取加气混凝土砌块砌筑、外墙厚240mm，内墙厚200mm，女儿墙为240mm厚蒸压粉煤灰砖墙，高为1.0m （2）材料选择全部现浇混凝土构件混凝土强度等级均为C35。关键受力钢筋为HRB335钢筋。分布筋和箍筋为HPB300钢筋。关键材料自重：a、钢筋混凝土：25KN/M3；b、混合砂浆：17KN/M3；c、加气混凝土砌体：6.0KN/M3；d、蒸压粉煤灰砖：19KN/M3；e、改性沥青防水卷材：0.35KN/M3；f、门：0.2KN/M3；g、铝合金窗：0.24KN/M3。（3）梁尺寸初步估算AB、CD跨主梁：h=（1/12-1/8)l=（1/12-1/8)*7000=583875mm取h=650mm b=（1/3-1/2)h=（1/3-1/2)*650=217325mm取b=250mmBC跨主梁：取h=350mm，b=250mm纵向框架梁：h=（1/12-1/8)l=（1/12-1/8)*7000=583875mm取h=650mm ，b=250mm（4）柱尺寸初步估算对于多层框架，不管从受力角度，还是柱净高而言，全部以底层最为不利。底层层高4.5m，柱截面高度取h=（1/15-1/20)H=(1/15-1/20)*4500=225-300mm。又对于抗震设防烈度为六度。房屋高度为25.5m30m，即抗震等级为三级框架结构，为确保柱要足够延性，需要限制柱轴压比，柱截面面积应该满足：，其中，预估轴力NV=1.25qSn(q取14KN/M2，n为6层，S为底层中柱最大负荷面积，S=(7+7)/2*(3.5+7)/2=34.75m2,N=1.25NV) 则A1.25*34.75*6*14/0.9*16.7=242.7mm2,bc=hc=493mm 综合考虑取,bc=hc=550mm2.2.3 确定框架计算简图作为毕业设计，本工程依据结构平面部署图仅选择一榀框架进行计算，其位置选定为结构平面图中第轴线，梁计算跨度取为梁两端柱几何中心线之间距离。底层柱计算高度从基础顶面算至一层板顶。基础埋深收线应该满足地基承载力要求，其次在结构上应该满足以下条件：基础埋深大于建筑物总共高度1/5。本建筑基础类型为柱下钢筋混凝土独立基础，根据设计资料提供地质条件，基础埋深为25.5/15=1.7m，取基础埋深为2.0m。假设基础高度为1.2m，则底层柱高为H1=4.5+0.5+2.0-1.2=5.8m;26层柱计算高度为H=3.6m。框架计算简图图2.2所表示（其中计算长度l0为两柱中心线间距离） 图2.2 框架计算简图(2)计算几何参数计算梁截面惯性矩时，因楼板和梁整浇在一起，刚度增加，所以应对梁惯性矩给予修正(中框架为2I0；边框架为1.5I0。其中I0为不考虑梁翼缘作用梁截面惯性矩)。各杆件截面惯性矩(a)梁IAB,CD=2I0=2112bh3=21120.250.653=11.410-3m4(b)柱各杆件线刚度(a)梁 (b)柱为了计算简便，在计算其它参数时通常采取相对线刚度。如令BC 跨梁线刚度为1，则其它梁、柱相对BC 跨梁线刚度相对值可算出。梁、柱相对线刚度计算出来后，将其标在框架计算简图对应位置(图2.4中括号里数据所表示)。2.3 荷载标准值计算本设计计算单元中现浇板均为双向板，板荷载传输图2.3所表示，板面传输给框架梁和节点恒载均按此受荷面积计算，框架梁节点受荷面积图2.4所表示，其中边节点（A、D轴线）受荷面积为： 中节点（B、C轴线）受荷面积为： 图2.3 板面荷载传输平面图 图2.4 框架节点集中荷载受荷面积2.3.1 恒荷载计算(1)作用在框架梁上分布荷载屋面结构层 30mm厚细石混凝土保护层 0.0324=0.72kN/m2三毡四油防水层 0.35kN/m220mm厚1：3水泥砂浆找平层 0.0220=0.4kN/m2 120150mm厚1:8水泥珍珠岩保温(2%找坡) (0.12+0.15)/20.7=0.95kN/m2100mm厚钢筋混凝土板 0.1025=2.5kN/m215mm厚混合砂浆抹灰 0.01517=0.17kN/m2累计 5.18kN/m2楼面结构层30mm厚细石混凝土 0.0324=0.72kN/m2100mm厚现浇钢筋混凝土板 0.1025=2.5kN/m210mm厚混合砂浆抹灰 0.0117=0.17kN/m2累计 3.39kN/m2（2）框架梁自重(含粉刷)（a）边跨(AB、CD 跨)框架梁自重0.250.6525+2(0.65-0.10)0.0217=4.43kN/m（b）中跨(BC 跨)框架梁自重0.250.3525+2(0.35-0.10)0.0217=2.36kN/m（3）作用在顶层框架梁上线荷载荷载作用下顶层框架计算简图图2.5所表示AB跨（CD）框架梁自重梯形荷载(峰值)： 屋面框架梁上梯形和三角形荷载可等效为均布荷载，其中等效系数为： 等效后顶层框架上均布恒载计算图2.6所表示 图2.6恒载作用下顶层框架计算简图 图2.6顶层框架等效均布荷载计算简图AB跨（CD跨）： BC跨： （4）楼面横梁竖向线荷载计算 楼面恒载累计: 3.39kN/m2 边跨AB跨（CD跨）梁自重 ： 4.43kN/m 中跨BC跨梁自重： 2.36kN/m 边跨梁上墙体自重： 0.2（3.6-0.5）6.0=3.72kN/m 边跨梁上墙体粉刷自重： （3.6-0.5）0.02217=2.11kN/m 梁自重累计： 12.62kN/m 作用在楼面层框架梁上线荷载 梁重+墙重： 板传来荷载（峰值）： 楼面框架梁上等效均布荷载计算以下（同屋面梁） AB跨（CD跨): BC跨：（5） 屋面框架节点集中荷载计算A(D)轴线节点荷载 A(D)轴线纵向梁自重（梁重+粉刷层重）： 0.25*0.65*6.95*25+（0.65-0.1）*0.02*2*6.95*17=59.07kN 1000mm高女儿墙自重（梁重+粉刷层重）： 1.0*0.24*6.95*19+1.0*0.02*2*6.95*17=36.42kN A(D)轴线纵向梁传来屋面板自重： (7.0/2)2*0.5*5.18=62.55kN 则顶层边节点A(D)轴线节点集中荷载： B(C)轴线节点荷载 B(C)轴线纵向梁自重（梁重+粉刷层重）： 0.25*0.65*6.95*25+（0.65-0.1）*0.02*2*6.95*17=59.07kN 1000mm高女儿墙自重（梁重+粉刷层重）： 1.0*0.24*6.95*19+1.0*0.02*2*6.95*17=36.42kN B(C)轴线纵向梁传来屋面板自重： (7.0/2)2*0.5*5.18+3.5*(7-3.5/2)*0.5*5.18=109.69kN 则顶层边节点B(C)轴线节点集中荷载： (6) 楼面框架节点集中荷载计算A(D)轴线节点荷载 A(D)轴线纵向梁自重（梁重+粉刷层重）： 59.07kN 铝合金窗： 0.24*2.0*1.5=0.72kN A(D)纵向梁上墙体自重（墙重+粉刷层重）：(3.6-0.65）*（6.95-0.44.-1.5*2.0)*(0.25*6+0.02*17*2)=35.33kN A(D)轴线纵向梁楼面自重： (7.0/2)2*0.5*3.39=40.94kN 则中间层边节点A(D)轴线节点集中荷载： B(C)轴线节点荷载 B(C)轴线纵向梁自重（梁重+粉刷层重）： 59.07kN 扣除门洞部分墙体重： -2.2*0.9*0.2*6.0=-2.38kN 0.24*2.0*1.5=0.72kN B(C)纵向梁上墙体自重（墙重+粉刷层重）：(3.6-0.65）*（6.95-0.44)*(0.25*6+0.02*17*2)=35.33kN B(C)轴线纵向梁楼面自重： (7.0/2)2*0.5+3.5*(7-3.5/2)*0.5*3.39=71.80kN 则中间层边节点A(D)轴线节点集中荷载： 本层柱自重： 0.55*0.55*3.6*25=27.23kN 底层柱重：0.55*0.55*5.8*25=43.86kN 恒载作用下结构计算简图图2.7(a)所表示。 对于作用在框架梁上梯形荷载，为了计算简便可按竖向荷载相等标准，把梁上荷载转化为等效均布荷载，等效结果见图2.7（b）所表示。图2.7（a）恒载作用下框架计算简图 图2.8（b）框架等效均布荷载计算简图2.3.2 活荷载计算(1)活荷载取值：查建筑结构荷载规范(GB50009-)，上人屋面活荷载为2.0 kN/m2，老师楼面、走廊、卫生间均为2.5kN/m2，楼梯3.5 kN/m2。因为活荷载取值均小于4.0 kN/m2，故可采取活荷载满布计算。 （2）屋面框架梁上竖向线荷载计算峰值计算 AB、CD 跨： BC跨： 等效荷载计算 AB、CD 跨： BC跨： （3）楼面框架梁上竖向线荷载计算 峰值计算 AB、CD 跨： BC跨： 等效荷载计算 AB、CD 跨： BC跨： （4）屋面框架节点集中荷载计算顶层A(D)节点集中荷载： 顶层B(C)节点集中荷载： （5）楼面框架节点集中荷载计算中间层A(D)节点集中荷载： 中间层B(C)节点集中荷载：活载满布情况下框架计算简图图2.8所表示。图2.8（a）活载作用下框架计算简图 图2.8（b）框架等效均布荷载计算简图2.3.3 风荷载计算风荷载计算单元为3.6m宽，沿竖向分布单位面积荷载计算公式为：wk=zszw0其中，基础风压w0=0.5kN/m2。分迎风面和背风面计算分布荷载，然后转化成节点荷载。由荷载规范查得风载体型系数： s=0.8(迎风面) s =-0.5(背风面)依据建筑结构荷载规范对于高度大于30m 且高宽比大于1.5房屋和基础自振周期T1大于0.25s 多种高耸结构和大跨度屋盖结构，均应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振影响。而本工程高度为25.5m30 m，故风振系数z=1.0。依据地面粗糙度为C类，可查得风压高度改变系数z如表2.1：其中，均布荷载：qz=bw0zzs=1.44zs表2.2 风荷载计算层数高度Z（m）Z/Hzq1(z)(kN/m)q2(z)(kN/m)(s=0.8)(s=-0.5)6231.000 0.782 1.015 0.634519.40.843 0.729 0.943 0.59415.80.687 0.664 0.860 0.536312.20.530 0.650 0.842 0.52628.60.374 0.650 0.842 0.526150.217 0.650 0.842 0.526 由上表可得风荷载沿房屋高度分布以下图2.9 示。在框架分析时，应按静力等效原理将分布荷载转化为节点集中荷载，等效转化具体计算过程以下： (对于顶层，要把1.5m高女儿墙考虑进去)等效集中荷载作用下框架计算见图2.10 所表示。图2.9风荷载沿高度分布（kN/m） 图2.10等效节点集中风荷载（kN）2.3.4 地震作用计算(1)重力荷载代表值计算重力荷载代表值是指一个变形缝范围内楼层全部恒荷载和活荷载标准值组合值，即恒荷载+0.5活荷载。具体计算结果以下：柱自重统计第26层各层柱自重及抹灰： 40(0.550.553.625+0.02103.61.7)=1137.96kN第1层柱自重及抹灰： 400.5525.825+400.02101.73.6=1803.46kN梁自重统计第16层各层梁自重及抹灰：350mm高梁：100.25(0.35-0.1)(3.5-0.55)25+20.02170.552.95 =51.1kN650mm高梁：200.25(0.65-0.1)(7-0.55)25+20.02170.556.45 =491.68kN40.25(0.65-0.1)（7+7+4.8+4.5-40.55）25+20.02170.5521 +20.25(0.65-0.1)(3-0.55)25+20.020.552.4517=338.85kN 累计 881.63kN墙体门窗重第26层墙体门窗总重：A轴线外墙重：0.24(49.6-0.0.558-0.55)(3.6-0.65)-1.52.0138=176.8kN外墙抹灰： 20.02(49.6-0.558-0.55)-1.52.01317=62.65kN外墙窗重： 21.5130.4=15.6kN累计 255.05kNB轴线内墙重： 0.24(49.68-0.558-0.55) (3.6-0.65)-0.92.21.28=208.70kN内墙抹灰： 20.02(49.6-0.558-05) (3.6-0.65)-0.92.21217=73.92kN内墙门窗重： 0.92.2120.4=9.50kN累计 292.12kNC轴线和B轴线相同，均为292.12kND轴线和A轴线相同，均为255.05kN。轴线、外墙重：0.24(7.0-0.55)(3.6-0.65)2-3(3.6-0.65)-21.52.08=78.54kN外墙抹灰：20.02(7.0-0.55)(3.6-0.65)2+3(3.6-0.65)-21.52.017=27.82kN外墙窗重： 21.50.42=2.41kN累计 106.36kN轴线内墙自重及抹灰：0.248(7.0-0.55)(3.6-0.65)2+20.0217(7.0-0.55)(3.6-0.65)2=98.94kN轴线内墙自重：0.248(7.0-0.55)(3.6-0.65)2-20.92.2=65.46kN内墙抹灰： 20.0217(7.0-0.55)(3.6-0.65)2-20.92.2=20.46kN门重： 20.92.20.4=1.59kN累计： 87.52kN其它位置内墙自重：0.20873.62-0.62.22+73.6-0.92.2+（7-3.0）3.62-0.62.22=97.14kN故26层墙体门窗总重为：255.052+292.122+106.322+98.946+87.522+97.14=1712.88kN为便于计算：取底层墙体总重和标准层相同，即第一层墙体门窗总重为1712.88kN1#楼梯间恒荷载统计表2.3 楼梯参数踏步个数（个）踏步高（m）踏步宽（m）梯段宽（m)梯段长水平投影（m)220.150.31.83梯段斜板厚（m）梯段高（m）平台板总宽（m）平台板厚度（m）平台梁尺寸0.13.64.20.1300350梯段板荷载：踏步： 0.30.15251/2221.8+(0.3+0.15)221.80.0217=20.91kN斜板： (0.125+0.0217)1.823.3/0.894=33.53kN平台板荷载： 3.394.2(1.652+0.06)=46.85kN平台梁荷载 0.23(0.35-0.1)25+0.02217(0.35-0.1)3.62=14.72kN栏杆自重 0.53.62=3.6kN累计 120.2kN2#楼梯恒载同1#楼梯取为120.2kN,故楼梯总恒载为120.23=360.6kN楼面层恒荷载(25层)楼梯所占面积 4.27.0+3.07.02=71.4m2荷载值 3.39(49.617.5-71.4)=2688.61kN屋面恒荷载屋面层： 5.1849.617.5=4478.11kN屋面女儿墙及压顶： (17.22+49.62-3.0-4.2)(20.02171.5+0.2481.32+0.240.1825)=586.72kN梁 0.25(0.65-0.1)(7.0-20.55)25+20.02170.3(7-20.55)=21.48kN 0.25(0.65-0.1)(7.0-0.55)252+20.02170.3(7.0-0.55)2=46.98kN柱 63.6(0.55225+20.02171.7) =188.32kN墙 (3-0.65)(7.0-0.55)0.248+2.356.450.021723=118.23kN(3+4.2-20.55)(3.0-0.65)0.248+20.02175.92.35=36.05kN累计 5475.89kN活荷载统计屋面活荷载 2.0(49.617.5-(3.0+4.2)7.0)+0.57.27.0=1653.4kN楼梯间活荷载： 3.5(37.02+4.27.0)=249.9kN第25层楼面活荷载 2.5(49.617.5-(3.0+4.2)7.0-372) =1930.25kN经统计,各层重力荷载代表值为：G6=1137.96/2+1712.88+360.6/2+107.31/2+5475.89+0.5(1653.4+249.9/2)=8852.42kNG5=1137.96+881.63+1712.88+360.6+2688.61+0.5(1653.4+249.9)=7733.33kNG2= G3= G4= G5