热力公司办公楼设计土木工程-毕设论文.doc

本科毕业设计

题目：北京市热力公司办公楼设计

北京市热力公司办公楼设计
摘 要
本设计为北京市热力公司办公楼的设计，根据设计要求为四层钢筋混凝土现浇框架结构。本设计主要包括建筑设计和结构设计两部分。建筑设计，包括平面定位图设计、平面设计、立面设计、剖面设计。结构设计，框架结构设计主要包括：结构选型，梁、柱、墙等构件尺寸的确定，重力荷载计算、横向水平作用下框架结构的内力和侧移计算、竖向荷载作用下横向框架的内力分析、内力组合、截面设计、基础设计。其中,基础设计又包括基础选型、基础平面布置、地基计算等。
在设计的过程中我严格按照最新规范及有关规定进行设计，其中采用的计算方法均参照有关书籍。
首先，根据设计出的建筑方案及所选用的建筑材料及做法，确定结构计算简图，进行荷载和内力计算，绘制了相应的内力图；其次，进行结构内力组合，确定结构控制截面的弯矩、剪力和轴力设计值。最后，根据已经计算出的结构控制截面的内力值，对梁、板、柱、基础等进行配筋计算，并绘制了相应的结构施工图。
关键词：办公楼设计，框架结构，结构计算；内力，配筋，现浇。

II

目 录
第1章 建筑结构设计说明·············································4
1.1 建筑设计说明························································4
1.1.1 工程概况···························································4
1.1.2 气象资料···························································4
1.1.3 工程地质条件·······················································5
1.1.4 抗震设防··························································5
1.1.5 门窗及墙身做法···················································5
1.1.6 所用材料·························································5
1.2 结构说明·························································5
1.2.1 网柱结构布置图及各梁柱截面尺寸·································5
1.2.2 框架结构计算简图·············································6第2章 荷载计算················································8
2.1 恒载计算·····················································8
2.1.1 屋面框架梁线荷载标准值········································8
2.1.2 楼面框架梁线荷载标准值········································8
2.1.3 屋面框架节点集中荷载标准值····································9
2.1.4 楼面框架节点集中荷载标准值····································9
2.2 楼（层）活载计算···············································11
2.2.1 屋面活荷载················································11
2.2.2 楼面活荷载·················································11
2.3 风载计算···················································11
2.3.1 风荷载标准值计算·········································11
2.3.2 风荷载作用下的位移验算····································12
2.4 地震荷载计算···············································14
2.4.1 重力荷载代表值计算········································14
2.4.2 框架刚度计算·············································15
2.4.3 结构基本周期的计算········································17
2.4.4 多遇水平地震作用标准值计算·································17
2.4.5 横向框架弹性变形验算······································18
第3章 荷载下内力计算·······································19
3.1 恒载下内力计算·············································19
3.2 楼（层）活载下内力计算······································22
3.3 风载内力计算···············································25
3.4 地震荷载下内力计算··········································27
第4章 内力组合及梁柱配筋计算·······························31
4.1 非抗震内力组合·············································31
4.2 梁配筋计算················································35
4.2.1 跨中正截面··············································35
4.2.2 支座正截面··············································35
4.2.3 支座斜截面··············································36
4.3 柱配筋计算················································36
4.3.1 框架柱的纵向受力钢筋计算···································36
4.3.2 斜截面受剪承载力计算······································38
第5章 柱下基础设计·········································44
5.1 设计资料··················································44
5.2 基础设计··················································44
5.3 基础梁配筋计算·············································47
5.4 翼板的承载力计算···········································51
5.4.1 边基础翼板的承载力计算·····································51
5.4.2 中基础翼板的承载力计算···································· 51
结论·························································53
参考文献·····················································54
致谢·························································55

第一章 建筑结构设计说明
1.1 建筑设计说明
毕业设计是实践性演练，对我们的综合素质和毕业后实际工作能力、适应社会能力的提高有着不可忽视的作用。在毕业设计过程中，能系统化的运用头脑里的知识框架，充分调动工作积极性，以及操作制图能力等。
本次设计为钢筋混凝土框架结构，其中主要包括建筑设计和结构设计。遵循由建筑到结构，再到基础的设计过程。
建筑设计是在总体规划的前提下，根据地形及周边环境，合理布置建筑总平面，综合考虑各个部分的具体使用要求，统筹相互间的关系和位置，使建筑各部分人流组织通畅，建筑流线简捷、明确，以取得良好的使用效果、景观效果和经济效果。然后进行立面造型、剖面设计。
建筑设计在整个工程设计中起着主导和先行的作用，除考虑上述各种要求以外，还应考虑建筑与结构，建筑与各种设备等相关技术的综合协调，以及如何以更少的材料，劳动力，投资和时间来实现各种要求，使建筑物做到适用，经济，坚固，美观，这要求建筑师认真学习和贯彻建筑方针政策，正确学习掌握建筑标准，同时要具有广泛的科学技术知识。
结构设计包括确定结构体系与结构布置、根据经验对构件初估、确定计算单元计算模型及计算简图、荷载计算、内力计算、基础设计等内容。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，辅以一些计算软件如PKPM的校正。设计时尽量做到安全、经济、适用的要求。
通过本次毕业设计，涉猎了大量的知识，查阅资料的能力大大提高，上机制图的能力也逐渐巩固，让自己能够更加充分合理的利用时间，使自己能更加有信心面对将来的工作和学习，做好迎接未来挑战的准备。
1.1.1工程概况
本工程位于北京市朝阳区幸福二村, 建筑总面积约为3000m2。采用钢筋混凝土框架结构，四层, 其中底层层高为4.1m，其余各层层高为3.6m。局部突出屋面的塔楼为楼梯间，高3.0m。室内设计标高±0.00m，相当于绝对标高6.00m，室内外高差450mm。
1-1-2气象资料
夏季室外计算温度：34.5℃，绝对最高温度：40℃，冬季室外计算温度：-9℃，绝对最高温度：-22℃，最热月平均29.3℃，最冷月平均4.7℃。相对湿度最热月平均75%。主导风向：冬季：西北，夏季：东南，基本风压0.45kN/m2。雨雪条件；年降雨量1450mm,日最大降水强度192mm/日，暴雨降水强度3.31mm/s,基本雪压0.2kN/m2，最大冻深500mm。
1.1.3工程地质条件
地基允许承载力R=90kN/m2，土类型为粉质粘土，重度=18kN/m3，新冲积粘土厚度0.7-1.1m，不宜作为持力层，冲积粉粘土厚度4.5-5.6m，是较好的持力层，承载力特征值270kPa。Ⅱ类场地，最高地下水位：自然地面以下1.2m；地下水性质：有弱硫酸盐侵蚀。
1.1.4抗震设防
抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，Ⅱ类场地，设计地震分组为第二组。
1.1.5门窗及墙身做法
门厅处为铝合金门窗，其他均为木门、铝合金窗。外墙采用蒸压粉煤灰加气混凝土砌块：厚240mm；内墙采用蒸压粉煤灰加气混凝土砌块：厚200mm。
1.1.6所用材料
混凝土C25：，；=0.55。HPB235级钢筋：；HRB335级钢筋：，
1.2 结构说明
建筑结构设计的基本目的就是要在一定经济条件下赋予结构以适当的可靠度，使结构在预定的基准期内能满足设计所预期的各种功能要求。而框架结构强度高、结构自重轻，可以承受较大楼面荷载，在水平作用下具有较大的延性。此外框架结构平面布置灵活，能设置大空间，易于满足建筑功能要求。现浇式框架的全部构件都在现场整体浇筑，其整体性和抗震性能好，能较好的满足使用要求，故框架结构采用现浇式施工方法。
1.2.1柱网结构布置图及各梁柱截面尺寸
本办公楼采用柱距为4.2m的内廓式大柱网，边跨为7.02m，中间跨距为2.6m，层高取3.0m，如图1-1所示：
图 1-1 柱网布置平面图
边跨梁：，取，。
中跨梁：，取，。
纵向框架梁：，取，。
柱:=，
取。
板厚：，取。
1.2.2框架结构计算简图
结构平面布置图如图1-2所示；结构计算简图如图1-3所示。底层层高为4.15m，各梁柱构件的线刚度经计算后列于图1-3。其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取（为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。

图 1-2 结构平面布置
AB、CD跨梁
BC跨梁：
上部各层柱：
底层柱：

注：图中数字为线刚度，单位：
图 1-3结构计算简图

第二章 荷载计算
2.1 恒载计算
2.1.1屋面框架梁线荷载标准值
4厚高聚物改性沥青防水卷材防水层 0.004×10=0.04
20厚1:3水泥砂浆保护层 20×0.02=0.4
水泥珍珠岩（最薄40mm）2%找坡 0.124×4=0.496
100厚憎水膨胀珍珠岩 0.1×4=0.4
100厚现浇楼板 25×0.1=2.5
20厚1:3水泥砂浆找平层 20×0.02=0.4
15mm厚纸筋石灰抹灰 0.015×16=0.24
屋面恒载合计 4.476
边跨框架梁自重 0.25×0.6×25=3.75
梁侧粉刷 2×（0.6-0.1）×0.02×17=0.34
边跨框架梁总重合计 4.09
边跨框架梁自重 0.25×0.4×25=2.5
梁侧粉刷 2×（0.4-0.1）×0.02×17=0.204
中跨框架梁总重合计 2.704
因此作用在顶层框架梁的线荷载为：

2.1.2楼面框架梁线荷载标准值
水磨石地面 0.65
100厚钢筋混凝土楼板 0.1×25=2.5
15mm厚纸筋石灰抹底 0.015×17=0.255
楼面恒载合计 3.405
边跨框架梁及梁侧粉刷 4.09
边跨填充墙自重 0.2×5.5×（3.6-0.6）=3.3
填充墙粉刷自重 （3.6-0.6）×0.02×2×17=2.04
中跨框架梁及梁侧粉刷 2.704
因此作用在中间层框架梁的线荷载为：

2.1.3屋面框架节点集中荷载标准值
边柱纵向框架梁自重 0.25×0.4×4.2×25=10.5
边柱纵向框架梁粉刷 （0.4-0.1）×2×0.02×4.2×17=0.8568
1000高女儿墙自重 1×0.24×4.2×5.5=5.544
1000高女儿墙粉刷 4.2×0.02×17×2=2.856
框架梁传来屋面自重 4.2×2.1×4.476×0.5=19.739
顶层边节点集中荷载
中柱纵向框架梁自重 0.25×0.4×4.2×25=10.5
中柱纵向框架梁粉刷 0.8568
纵向框架梁传来屋面自重 0.5×4.2×4.2/2×4.476=19.739
0.5×(4.2+4.2-2.6)×1.3×4.476=16.875
顶层中节点集中荷载：
2.1.4楼面框架节点集中荷载标准值
边柱纵向框架梁自重 10.5
边柱纵向框架梁粉刷 0.8568
铝合金窗自重 2.4×2.3×0.5=2.76
窗下墙体自重 0.9×3.8×0.24×5.5=4.5144
窗下墙体粉刷 0.9×0.02×2×17×3.8=2.3256
窗边墙体自重 1.4×2.3×0.24×5.5=4.2504
窗边墙体粉刷 1.4×0.02×2×2.3×17=2.1896
框架柱自重 0.4×0.4×3.6×25=14.4
框架柱粉刷 0.92×0.02×3.6×17=1.1261
纵向框架梁传来楼面自重 0.5×4.2×4.2/2×3.405=15.016
中间层边节点集中荷载
中柱纵向框架梁自重 10.5
中柱纵向框架梁粉刷 0.8568
内纵墙自重 （3.6-0.4）×0.2×4.2×5.5= 14.784
墙粉刷 （3.6-0.4）×0.02×2×17×4.2=9.1392
扣除门洞重加上门重 -2.1×1×(1.78-0.2)=-3.318
框架柱自重 14.4
框架柱粉刷 0.02×1×17×3.6=1.224
纵向框架梁传来楼面自重 0.5×4.2×4.2/2×3.405=15.016
0.5×(4.2+4.2-2.6)×1.3×3.405=12.837
中间间层中节点集中荷载
恒载作用下的计算简图如图2-1所示；

图 2-1 恒载作用下的计算简图

2.2 楼（层）活载计算
2.2.1屋面活荷载

2.2.2楼面活荷载

活荷载作用下的结构计算简图如图2-2所示；

图 2-2 活载作用下的计算简图
2.3 风载计算
2.3.1风荷载标准值计算
风压标准值计算公式为（2-1）见表2-1。式中 ——风振系数，——风荷载体形系数，—风压高度变化系数。

因本建筑结构高度H=14.85m<30m，可取=1.0；=1.3；=0.45。ω0—风荷载基本风压值，将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中风荷载，计算过程如表2-1所示。其中z为框架节点至室外地面的高度，A为一榀框架各层节点的受风面积A=(hi+hj) ×B/2，计算结果如图2-3所示。

表2-1 风荷载计算
层次

Z（m）
（kN/m2）
A（m2）

（kN）
4
1.0
1.3
14.85
0.45
11.76
0.74
5.09
3
1.0
1.3
11.25
0.45
15.12
0.74
6.55
2
1.0
1.3
7.65
0.45
15.12
0.74
6.55
1
1.0
1.3
4.05
0.45
16.065
0.74
6.95

图 2-3 风荷载作用下的结构计算简图
2.3.2风荷载作用下的位移验算
位移计算时，各荷载均采用标准值

表2-2横向A-D轴1～4层D值计算
构件名称
K=（i1+i2+i3+i4）/2×ic

A轴柱
K=（4.32+4.32）/(8.31+8.31)=0.52
0.21
13768
B轴柱
K=2×（4.32+10.8）/2×8.31=1.82
0.48
31470
C轴柱
K=2×（4.32+10.8）/2×8.31=1.82
0.48
31470
D轴柱
K=（4.32+4.32）/(8.31+8.31)=0.52
0.21
13768
ΣD=13768×2＋31470×2=90476
表2-3横向A-D轴底层D值计算
构件名称
K=（i1+i2）/ic

A轴柱
K=4.32/6.68=0.65
0.43
14654
B轴柱
K=2×（4.32+10.8）/6.68=2.26
0.65
22151
C轴柱
K=2×（4.32+10.8）/6.68=2.26
0.65
22151
D轴柱
K=4.32/6.68=0.65
0.43
14654
ΣD=14654×2＋22151×2=73610
水平荷载作用下框架的层间侧移按公式（2—2）计算：
ΔUj= Vj/ΣDij （2—2）
Vj―第i层的总剪力
ΣDij―第j层所有柱的抗侧移刚度之和
ΔUj―第j层的层间侧移
风荷载作用下框架楼层层间位移与层高之比的计算如表2-4
表2-4风荷载作用下框架楼层层间位移与层高之比的计算
层数
F(KN）
Vj
ΣDij
Δuj
Δuj/h
5
9.68
968
90476
0.00011
0.28×10-4
4
8.92
18.60
90476
0.00021
0.54×10-4
3
8.16
26.76
90476
0.00031
0.79×10-4
2
7.21
33.97
90476
0.00038
0.97×10-4
1
6.21
40.18
73610
0.00055
1.13×10-4
侧移验算：
对于框架梁结构楼层层间最大侧移与层高之比的限值为1/550，该工程的框架结构层间侧移为1.13×10-4，满足1.13×10-4<1/550的要求，则框架的抗侧移刚度满足要求。

2.4 地震荷载计算
2.4.1重力荷载代表值计算
作用于屋面梁及各层楼面梁处的重力荷载代表值为：
屋面梁处：=结构和构件自重+50%雪荷载
楼面梁处：=结构和构件自重+50%活荷载
其中结构和构件自重取楼面上下1/2层高范围内（屋面梁处取顶层一半）的结构和构件自重，各质点的重力荷载代表值及质点高度如图2-4所示。

图 2-4 质点重力荷载代表值及质点高度
各层荷载为：
=屋面恒载+0.5屋面雪荷载+屋盖纵横梁自重+屋面下半层的柱及墙体自重+女儿墙自重
=4.476×42.24×17.04=3221.69
=0.24×1×(16.8+42)×2×5.5+0.02×(0.24+2)×(16.8+42)×2×17=244.80
=0.2×17.04×42.24=143.95
=0.4×0.4×25×(1.8-0.1)×42=285.6
=0.25×25×(0.6-0.1)×(7.02-0.4)×21+0.02×2×(0.6-0.1)×(7.02-0.4)×21×17+0.25×25×(0.6-0.1)×(7.2-0.1-0.12)+ 0.02×2×(0.6-0.1)×(7.2-0.1-0.12)×17+0.25×25×(0.4-0.1)×(2.4-0.2)×11+0.02×2×(0.4-0.1)×(2.4-0.2)×11×17+0.25×25×(0.4-0.1)×(4.2-0.4)×28+0.02×2×(0.4-0.1)×(4.2-0.4)×17×28+0.25×25×(0.4-0.1)×(4.2-0.2-0.28)×8+0.02×2×(0.4-0.1)×(4.2-0.2-0.28)×8×17+0.25×25×(0.7-0.1)×(8.4-0.4)×2+0.02×2×(0.7-0.1)×(8.4-0.4)×2×17
=434.4375+47.2668+21.8125+2.3732+45.375+4.9368+199.5+21.7056+55.8+6.071+60+6.528
=905.80
=0.2×(1.8-0.6)×(7.02-0.4)×11×5.5+0.02×2×(1.8-0.6)×(7.02-0.4)×17×15+0.24×(1.8-0.6)×(7.02-0.4)×4×5.5+0.2×(1.8-0.6)×(7.2-0.1-0.12)×5.5+0.02×2×(1.8-0.6)×(7.2-0.1-0.12)×17+0.24×(1.8-0.4)×(4.2-0.4-2.4)×14×5.5+0.24×(1.8-0.4)×(4.2-0.2-2.4-0.28)×4×5.5+0.24×(1.8-0.4)×(2.4-0.2-1.5)×5.5×2+0.02×2×(1.8-0.4)×(2.4-02-1.5)×17×2+0.2×(1.8-0.4)×(4.2-0.4)×13×5.5+0.2×(1.8-0.4)×(4.2-0.2-0.28)×3×5.5+0.02×2×(1.8-0.4)×(4.2-0.4-2.4)×14×17+0.02×(1.8-0.4)×(4.2-0.2-0.28)×2×17×4+0.02×2×(1.8-0.4)×(4.2-0.4)×17×13+0.02×2×(1.8-0.4)×(4.2-0.2-0.28)×17×3+0.2×(1.8-0.7)×(8.4-0.4)×5.5+0.02×2×(1.8-0.7)×(8.4-0.4)×17+0.24×(1.8-0.7)×(8.40.4-4.8)×5.5+0.02×2×(1.8-0.7)×(8.4-0.4-4.8)×17
=96.122+81.029+41.944+9.214+5.696+36.221+9.757+76.076+17.186+18.659+14.166+47.029+10.624+9.68+5.984+4.646+2.394+2.587+1.333
=490.35
=++0.5+++
=3221.69+244.80+0.5×143.95+905.8+285.6+490.35=5220.22
同理得：
==5984.88
=6132.68
2.4.2 框架刚度计算
考虑到现浇楼板的作用中框架梁，边框架梁（为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。计算过程表2-5、2-6、2-7所示。
表 2-5 梁的刚度
类别
砼强度等级
截面
跨度
惯性矩
边框架
中框架

(m)
L(m)

(10-3m4 )

(10-3m4 )
(
kN·m)

(10-3m4 )
(
kN·m)
边跨梁
C25
0.25×0.6
7.02
4.5
6.75
2.69
9.0
3.59
中跨梁
C25
0.250.4
2.6
1.33
1.995
2.15
2.66
2.86
注：
表 2-6 柱的刚度
层号
砼强度等级
截面
高度
惯性矩
线刚度
K

(kN/m)
(m)
H(m)

(kN·m)
边框架边柱（）
2-4
C25
0.4×0.4
3.6
2.13
1.66
1.62
0.448
6.89
1
4.15
2.13
1.44
1.87
0.612
6.14
边框架中柱（）
2-4
C25
0.4×0.4
3.6
2.13
1.66
2.92
0.593
9.12
1
4.15
2.13
1.44
3.36
0.72
7.23
中框架边柱（）
2-4
C25
0.4×0.4
3.6

2.13
1.66
2.16
0.519
7.98
1
4.15
2.13
1.44
2.49
0.666
6.68
中框架中柱（）
2-4
C25
0.4×0.4
3.6
2.13
1.66
3.89
0.66
10.15
1
4.15
2.13
1.44
4.48
0.769
7.12

表 2-7 框架总刚度
层号
(kN/m)
(kN/m)

2-4
27.56
36.48
135.66
172.55
37.225
1
24.56
28.92
123.56
131.24
30.828
2-4-3 结构基本周期的计算
本楼的主体总高度为14.85m，且楼房的质量和刚度可采用底部剪力法计算水平地震作用，为此必须先确定其基本周期。现用能量法计算，并考虑非承重填充墙刚度的影响，取折减系数。其计算过程列于表2-8。
表 2-8 能量法计算基本周期
层号

(kN/m)

=(m)

4
5220.22
37.225
0.0140
0.1660
866.333
143.774
3
5984.88
37.225
0.0301
0.1519
909.305
138.154
2
5984.88
37.225
0.0462
0.1218
729.154
88.835
1
6132.68
30.828
0.0757
0.0757
463.963
35.101

23322.7
--
0.1660
--
2968.755
405.864
得，=2×0.6×=0.444s
2.4.4 多遇水平地震作用标准值计算
7度第二组地震和Ⅲ类场地，s。

=0.444s<1.4s
所以不考虑顶部附加水平地震作用，结构的总重力荷载为23322.7，所以底部剪力为

各楼层水平地震作用标准值按下式计算
（2-3）
楼层的地震作用标准值 和地震剪力标准值 的计算如表2-9。
层次

4
5220.22
14.95
78042.29
517.76
517.76
3
5984.88
11.35
67928.39
450.66
968.42
2
5984.88
7.75
46382.82
307.72
1276.14
1
6132.68
4.15
25450.62
168.85
1445

23322.7
--
217804.1
1445
--
表 2-9 地震作用标准值和地震剪力标准值
2.4.5横向框架弹性变形验算
多遇地震作用下，横向框架层间的弹性验算结果列于表2-10，其中楼层间的地震剪力应取标准值。
表 2-10 层间弹性位移计算
层号
层间剪力
层间刚度

层高

4
517.76
37.225
1.391
3.6
1/2588
1/550
3
968.42
37.225
2.602
3.6
1/1384
2
1276.14
37.225
3.428
3.6
1/1050
1
1445
30.828
4.687
4.15
1/885
从表中验算知，故多遇水平地震作用的变形验算满足要求。

第三章 荷载下内力计算
3.1 恒载下内力计算
以一榀中框架为例，恒载作用下的内力计算采用分层法，这里以顶层为例说明分层法的计算过程，其他层（中间层、底层）计算过程与顶层相同。中柱的线刚度采用框架梁柱实际线刚度的0.9倍，按照固端弯矩相等的原则，先将梯形分布荷载及三角形分布荷载，化为等效为均布荷载。
顶层等效均布荷载为：

用弯矩分配法并利用结构的对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为：
kN·m
kN·m
kN·m
标准层等效均布荷载为：

用弯矩分配法并利用结构的对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为：
kN·m
kN·m
kN·m

表 3-1 分层法分配系数及恒载作用下固端弯矩计算结果（kN/m）
节点
单元
A
B
G
分配 系数
位置
A下柱
A上柱
AB端
BA端
B下柱
B上柱
BG端
GB端
顶层
0.294
--
0.706
0.551
0.229
--
0.22
--
中间层
0.227
0.227
0.546
0.448
0.186
0.186
0.18
--
底层
0.229
0.221
0.55
0.451
0.188
0.181
0.18
--
固端 弯矩
顶层
--
--
-82.26
82.26
--
--
-5.62
-2.81
中间层
--
--
-88.54
88.54
--
--
-4.64
-2.32
底层
--
--
-88.54
88.54
--
--
-4.64
-2.32
弯矩分配法计算过程如图3-1，计算所得结构顶层弯矩图见图3-2。

图 3-1 弯矩分配法计算过程

图 3-2 顶层弯矩图
将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得整个框架在恒载作用下的弯矩图。叠加后框架内各节点弯矩不一定达到平衡，为提高精度，可将节点不平衡弯矩再分配一次进行修正，修正后恒载作用下的弯矩图如图3-3所示。并求得框架各