本科毕业论文---濮阳市中原油田办公楼建筑结构设计.doc

本 科 毕 业 设 计

濮阳市中原油田办公楼建筑结构设计
The architectural & structural design of Office building
of Zhongyuan Oilfield in Puyang

学院名称： 土木与建筑工程学院
专业班级： 土木工程10-2
学生姓名：
学 号：
指导教师姓名：
指导教师职称：

2014年 5 月
目 录
摘要 1
Abstract 2
引 言 1
第1章 建筑设计说明部分 2
1.1工程概况 2
1.2建筑物功能与特点 2
1.3设计资料 2
第2章 计算简图 3
2.1结构布置及结构计算简图的确定 3
2.2荷载计算 4
第3章 框架内力计算 14
3.1 恒载作用下框架内力计算 14
3.2 活载作用下的框架内力计算 20
3.3 风荷载作用下框架的位移、内力计算 25
3.4 地震作用下框架的内力计算 30
第4章 框架内力组合 39
4.1荷载组合 39
4.2弯矩调幅 40
第5章 框架梁、柱截面设计 53
5.1框架梁截面设计 53
5.2框架柱截面设计 53
5.3 材料选择 53
第6章 楼梯结构设计计算 71
6.1楼梯板计算 71
6.2休息平台板计算 72
6.3梯段梁TL1计算 73
第7章 现浇楼面板设计 75
7.1 跨中最大弯矩 75
7.2 支座中点最大弯矩 76
7.3 A区格计算 76
7.4 E区格计算 77
第8章 基础设计 80
8.1 荷载计算 80
8.2 确定基底面积 81
8.3 基础结构设计 83
结 语 88
致 谢 89
参考文献 90

III

濮阳市中原油田办公楼建筑结构设计
摘要：本课题为濮阳市中原油田办公大楼的设计，总建筑面积3869㎡左右，建筑层数五层，一层层高3.9m，二至五层层高均为3.6m，长50.9m，宽15.2m，高20.1m。该楼由三大功能区组成：会议室、办公室及其他配套设施，建筑设计交通流畅，各类房间满足使用要求，体形、立面美观。采用钢筋混凝土框架结构体系，基础为柱下独立基础。该办公楼建筑耐久等级为Ⅱ级，防火等级为Ⅱ级，抗震设防烈度七度（设计基本地震加速度为0.15g），设计地震分组为第一组，建筑场地类别为二类场地土，地基持力层为粉质粘土土层，持力层地基承载力特征值，基础埋深定为1.50m，无软弱下卧层，不考虑地下水影响。基本风压：0.40kN/㎡，基本雪压：0.30kN/㎡。
在认真贯彻“适用、安全、经济、美观”的原则下，研究收集各种办公楼设计方案。设计时根据办公楼设计规范和其它相关标准，以及设计要求和提供的地质资料，按照先建筑后结构，先整体布局后局部结点设计步骤设计。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。同时，采用PKPM软件进行验算，以保证计算结果的可靠性，并达到同手算结果对比分析的目的。
关键词: 框架结构 ；荷载计算 ；内力计算 ；配筋

The architectural & structural design of Office building
of Zhongyuan Oilfield in Puyang
Abstract: This paper is Zhongyuan Oilfield, Puyang City office building design, with a total construction area about 3869 square meters, construction of five layers, layer-storey 3.9m, two to five layers high are 3.6m, length 50.9m, width 15.2m, height 20.1m. The building consists of three functional areas: meeting rooms, offices and other facilities, the architectural design of traffic flow, meet the requirements of various rooms, shape, beautiful facade. Reinforced concrete structural system framework, the foundation is an independent foundation under column. The office building durable grade Ⅱ, grade Ⅱ fire rating, seismic intensity VII (basic design earthquake acceleration of 0.15g), grouped into the first set of seismic design, construction site category II site soil, ground support stratum of silty clay soil, the foundation bearing capacity values held power layer foundation depth as 1.50m, lying without the weak layer, without considering the impact on groundwater. Basic wind pressure: 0.40kN / m, the basic snow pressure: 0.30kN / m.、
In conscientiously implement the "applicable, security, economic, aesthetic" principle, study collected various office design. According building design specifications and other relevant standards and design requirements and geological information provided in accordance with the first building structure, design local node after the first step of the overall design layout design. First, according to the design of the building program and the choice of materials and practices, to determine the structure calculation diagram, carry loads and internal forces calculation, draw the corresponding internal force diagram; Secondly, structural internal force combination, determine the structure of the control section of the moment , shear and axial force design value. Finally, the structure has been calculated according to the control section of the internal force of the beams, plates, columns, foundation reinforcement calculation, etc., and draw the corresponding construction drawing.
Keywords:Frame;Load calculation; Internal force calculation; Reinforcement

II

濮阳市中原油田办公楼建筑结构设计
引 言
毕业设计是大学培养目标实现的重要阶段，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,是对大学期间所学专业知识的全面总结。
本人毕业设计题目为《濮阳市中原油田办公楼建筑结构设计》。设计包括建筑设计和结构设计.在毕设前期，主要温习了《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。在毕设中期，我根据任务书进行结构计算.在毕业设计后期，主要进行设计手稿的电脑输入，并得到老师和同学们在毕业设计中的指导批正，做好了修改工作，在此表示衷心的感谢。
毕业设计的将近四个月里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、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。在进行电子书的输入时，进一步了解了Word的应用。在绘图时熟练掌握了AutoCAD2007，天正建筑2014，PKPM2010等制图软件。以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。
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。

92

濮阳市中原油田办公楼建筑结构设计

第1章 建筑设计说明部分
1.1工程概况
工程名称：濮阳市中原油田办公楼设计。
工程位置：濮阳市区，地势平坦。
建筑概况：建筑物总面积为3869，总高为20.1m，实验楼长度为50.9m， 宽度15.2m， 一至层高3.9m，二至五层层高均为3.6m，室内外高差为0.60m。
结构形式：现浇钢筋混凝土框架结构。
1.2建筑物功能与特点
1.2.1平面设计
本建筑坐北朝南，平面布置长宽比小于5，采用纵向6.0m的跨度，横向4.2m的柱距，基本满足建筑开间模数和进深的要求。
1.2.2立面设计
该建筑立面为了满足采光和美观需求，设置了大面积的玻璃窗。外墙面根据《98J1——工程做法》选用粉刷饰面，不同分隔区采用不同的颜色区隔，以增强美感。
1.2.3防火
防火等级为II级，安全疏散距离满足房门至外部出口或封闭楼梯间最大距离小于35m，大房间设前后两个门，小房间设一个门，满足防火要求；室内消火栓设在走廊两侧,每层两侧及中间设4个消火栓，最大间距25m,满足间距75m的要求。
1.2.4抗震
建筑的平立面布置规则，建筑的质量分布和刚度变化均匀，满足抗震要求。
1.3设计资料
工程地质条件：建筑场地为二类场地土，持力层地基承载力为特征值为f0k=150kpa，无软弱下卧层；
抗震设防：7度，基本加速度0.15g，第一组；
建筑耐久等级、防火等级均为Ⅱ级；
风荷载：全年主导风向为北风，基本风压为=0.4kN/；
雪荷载：基本雪压为S0=0.30kN/m2（水平投影）
冰冻深度：室外天然地面以下800mm。
第2章 计算简图
2.1结构布置及结构计算简图的确定
2.1.1 结构平面布置如图2.1所示。选择KL-5作为计算单元.

图2.1 结构平面布置图
2.1.2确定梁柱截面尺寸
梁的最大跨度,可取其跨度进行计算.
取L=6000mm h=(1/8～1/12)L=750mm～500mm 取h=600mm.

取b=300mm 满足b>200mm
故主要框架梁初选截面尺寸为：b×h=300mm×600mm。
BC跨取250mm×500mm
纵向连系梁：
取L=4200mm h=(1/8～1/12)L=525mm～350mm 取h=500mm

取b=300mm
满足b>200mm
故次要框架梁初选截面尺寸为：b×h=300mm×500mm 。
框架柱：
按柱高考虑： 柱高

所以柱均采用500mm500mm；
2.1.3材料强度等级
混凝土：均采用C30级；
钢筋：采用HPB235，HRB400级；
维护墙采用200mm厚非承重空心砖（190mm190mm190mm，重度2.4），M5混合砂浆砌筑。
2.2荷载计算
2.2.1屋面框架梁线荷载标准值：
（1） 恒载
屋面恒载标准值：
35厚架空隔热板
防水层
20厚1:3水泥砂浆找平
120厚混凝土现浇板
12厚纸筋石灰粉平顶
屋面恒载标准值:
梁自重
边跨AB、CD跨
梁侧粉刷

中间BC跨
梁侧粉刷

作用在顶层框架梁上的线荷载标准值为：
梁自重

板传来的荷载

（2） 活载
作用在顶层框架梁上的线荷载标准值为：

2.2.2楼面横梁竖向线荷载标准值
（1 恒载
20厚水泥砂浆面层
120厚钢筋混凝土现浇板
12厚板底粉刷
楼面恒载标准值
边跨（AB,CD跨）框架梁自重
中跨（BC跨）梁自重
作用在楼面层框架梁上的线恒荷载标准值
梁自重

板传来的荷载

(2) 活载
楼面活载：

（a）恒载作用下的计算简图 (b)活载作用下的计算简图
图2.2 荷载计算简图
2.2.3屋面框架节点集中荷载标准值

图2.3 恒载顶层集中力
（1）恒载
边跨连系梁自重：
粉刷：
1.2m高女儿墙：
女儿墙粉刷：
连系梁传来的屋面自重：

顶层边节点集中荷载
中柱连系梁自重
粉刷
连系梁传来的屋面自重

顶层中节点荷载
（2）活载

2.2.4楼面框架节点集中荷载标准值

图2.4 恒载中间层节点集中力
（1） 恒载
填充墙自重
边柱连系梁自重
粉刷
连系梁传来的楼面自重

中间层边节点集中荷载:
框架柱自重
中柱连系梁自重
粉刷
连系梁传来的楼板自重

填充墙重

中间层中节点集中荷载
柱传来集中荷载
（2） 活载

2.2.5风荷载
基本风压，地面粗糙程度属B类，按荷载规范。
风荷载体型系数：迎风面为0.8，背风面为-0.5；因结构高度（从室外地面算起），取风振系数，计算简图图2.5所示

图2.5 横向框架上的风荷载

风荷载计算 表2-1
层次

5
1.0

1.3
18.9
1.204
0.40
12.60
7.89
4
1.0
1.3
15.3
1.156
0.40
15.12
9.04
3
1.0
1.3
11.7
1.044
0.40
15.12
8.25
2
1.0
1.3
8.1
1.000
0.40
15.12
7.86
1
1.0
1.3
4.5
1.000
0.40
17.01
8.84
2.2.6地震作用
（1）建筑物总重力荷载代表值的计算
1）集中于屋盖处的质点重力荷载代表值:
50%雪荷载：
屋面恒载:
横梁:
纵梁:
女儿墙:
柱重:
横墙:
纵墙:
塑钢窗:

2） 集中于三、四层处的质点重力荷载代表值
50%楼面荷载:
楼面荷载：
横梁：
纵梁：
柱重：
横墙：

纵墙：
塑钢窗：

3） 集中于二层处的质点重力荷载代表值
50%楼面荷载:
楼面荷载：
横梁：
纵梁：
柱重：
横墙：
纵墙：
塑钢窗：

（2）地震作用计算
1） 框架柱的抗侧移刚度
在计算梁柱线刚度时，应考虑楼盖对框架梁的影响，在现浇楼盖中，中框架梁的抗弯惯性矩取I=2I0；边框架梁取I=1.5 I0；为框架梁按矩形截面计算的截面惯性矩。横梁、柱线刚度见表2-2
风荷载计算 表2-2
杆件
截面尺寸

相对刚度

边框架梁
300
600
30
5.400×109
8.1×109
6000
4.05×107
1
边框架梁
250
500
30
2.604×109
3.9×109
2700
4.34×107
1.072
边框架梁
300
600
30
5.400×109
10.8×109
6000
5.40×107
1.333
边框架梁
250
500
30

2.604×109
5.2×109
2700
5.78×107
1.427
底层框架柱
500
500
30
5.208×109
5.2×109
5500
2.84×107
0.701
中层框架梁
500
500
30
5.208×109
5.2×109
3600
4.34×107
1.072

每层框架柱总的抗侧移刚度见下表
框架柱横向侧移刚度D值 表2-3
项目

根数
层
柱类型及截面
二至五层

边框架边柱（500×500）
0.933
0.32
12.85
4
边框架中柱（500×500）
1.933
0.49
19.69
4
中框架边柱（500×500）
1.244
0.47
18.88
22
中框架中柱（500×500）
2.332
0.54
21.70
22

底层
边框架边柱（500×500）
1.426
0.56
6.30
4
边框架中柱（500×500）
2.954
0.70
7.88
4
中框架边柱（500×500）
1.901
0.62
6.98
22
中框架中柱（500×500）
3.563
0.73
8.22
22
注：为梁的线刚度，为柱的线刚度
底层：
二五层：
2） 框架自振周期的计算
则自振周期为：
其中为考虑结构非承重砖墙影响的折减系数，对于框架取0.6；为框架顶点假想水平位移，计算简表2-4。
框架顶点的假想水平位移 表2-4
层

总位移
5
7338.82
7338.82
1022.92
7.71
192.37
4
8888.80
16227.62
1022.92
15.86
185.20
3
8888.80
25116.42
1022.92
24.55
169.34
2
8888.80
34005.22
1022.92
33.24
144.79
1
9624.49
4362.71
391.12
111.55
111.55

3）地震作用计算
在二类场地，7度设防区，设计地震分组为第一组情况下，结构的特征周期，水平地震影响系数最大值。由于，应不考虑顶点附加地震作用，取。

结构等效总重力荷载：
结构横向总水平地震作用标准值：

各层横向地震剪力计算见表2-5，表中：
楼层地震作用和地震剪力标准值计算表 表2-5
层次
层次

=+(顶层)

楼层剪力
5
19.9
7338.82
146042.52
967.02
967.02
4
16.3
8888.80
144887.44
959.37
1926.39
3
12.7
8888.80
112887.76
747.48
2673.87
2
9.1
15
8888.80
80888.08
535.60
3209.47
1
5.5
9624.49
52934.70
350.50
3559.97

图2.6 横向框架上的地震作用
第3章 框架内力计算
3.1 恒载作用下框架内力计算
3.1.1弯矩分配系数

图3.1横向框架承担的恒载及节点不平衡弯矩
（a）恒载 （b）恒载产生的节点不平衡弯矩
由于该框架为对称结构，取框架的一半进行简化计算，如图3.1所示
节点A1:

节点B1:

节点:

节点:

节点：

节点:

节点与相应的相同。
3.1.2杆件固端弯矩
计算杆件固端弯矩时应带符号，杆件弯矩一律以顺时针方向为正。
（1）横梁固端弯矩
1）顶层横梁：
自重作用：

板传来的恒载作用

2）二五层横梁：

板传来的恒载作用

（2） 纵梁引起的端部附加弯矩
顶层外纵梁：(逆时针为正)
楼层外纵梁∶
顶层中纵梁∶
楼层中纵梁∶
3.1.3节点不平衡弯矩
横向框架的节点不平衡弯矩为通过该节点的各杆件在节点处的固端弯矩与通过该节点的纵梁引起柱端横向附加弯矩之和，，根据平衡原则，节点弯矩的正方向与杆件弯矩方向相反，一律以逆时针方向为正。
节点的不平衡弯矩∶
节点的不平衡弯矩∶
节点－的不平衡弯矩：
节点－的不平衡弯矩：

3.1.4 内力计算
根据对称原则，只计算AB,BC跨。在进行弯矩分配时，应将节点不平衡弯矩反号后再进行弯矩分配。恒载弯矩分配过程见图3.2，恒载作用下弯矩见图3.3，梁剪力、柱轴力见图3.4。节点分配顺序；。

上柱
下柱
右梁

左梁
上柱
下柱
右梁

0.445
0.554

0.427

0.229
0.230

-63.75

63.75

-7.05
-4.020

28.37
35.32

-24.21

-12.98
-13.04
13.040

8.81
12.11

17.66

-8.22

-9.31
-11.59

-4.03

-2.16
-2.17
2.170

-2.52
2.02

-5.79

0.60

0.23
0.28

2.22

1.19
1.20
-1.200

25.57
-25.62

49.59

-21.58
-21.07
9.990
0.308
0.308
0.383

0.256
0.318
0.171
0.256

-57.20

57.20

-5.52
-3.110
17.62
17.62
21.91

-13.23
-16.43
-8.84
-13.23
13.230
14.18
8.81
-6.62

10.95
-6.49
-8.22

-5.04
-5.04
-6.27

0.96
1.19
0.64
0.96
-0.960
-4.65
-1.69
0.48

-3.14
-1.08
0.27

1.81
1.81
2.25

1.01
1.26
0.68
1.01
-1.010
23.91
21.49
-45.45

53.76
-21.56
-15.47
-16.78
8.150
0.308
0.308
0.383

0.256
0.318
0.171
0.256

-57.20

57.20

-5.52
-3.110
17.62
17.62
21.91

-13.23
-16.43
-8.84
-13.23
13.230
8.81
8.81
-6.62

10.95
-4.42
-8.22

-3.39
-3.39
-4.21

0.43
0.53
0.29
0.43
-0.430
-2.52
-1.69
0.22

-2.11
0.32
0.27

1.23
1.23
1.53

0.39
0.48
0.26
0.39
-0.390
21.75
22.58
-44.37

53.64
-19.51
-16.24
-17.93
9.300
0.308
0.308