五层框架结构综合办公楼毕业设计计算书(86页).docx

毕 业 论 文 （设 计）题 目 综合办公楼结构设计 英文题目 TheStructure Design Of Ji An Bin Cheng Office Building院 系 土木工程与城市建设学院 专 业 土木工程 姓 名 年 级 学 号 指导教师 二零一六年 五月江西省综合办公楼建筑结构设计摘要本工程为江西省吉安市吉州区滨城综合办公楼建筑结构设计，主体采用框架结构，总共五层。本地区抗震设防烈度为6度，抗震等级为三级，场地类别为类，本工程采用的是现浇钢筋混凝土结构。基础采用的是柱下独立基础。本设计的主要内容为构件布置、荷载计算、横向框架内力分析、内力组合以及配筋计算。首先确定框架的整体布局，构件尺寸的初步确定、框架的计算简图接着计算层间的荷载代表值，进而求出自震周期，用底部剪力法计算水平地震荷载作用，就可以求出水平地震作用下的结构内力，包括弯矩、剪力、轴力。其中计算水平地震力作用下时采用极限状态设计方法。在梁柱截面设计时要采用“强柱弱梁”原则。然后进行内力组合。选取最不利的内力组合计算配筋。整个结构在设计过程中，严格按照现行结构设计规范和现行施工组织设计规范以及国家标准规范进行设计，对设计的各个部分进行了综合全面的科学性考虑。在设计的过程中我们还参考了有关房建、混凝土结构、抗震等教材。本设计贯彻“实用、安全、经济、美观”的设计原则。关键词：办公楼 框架结构 荷载计算 内力计算 内力组合 结构配筋AbstractThis worksfor the JIAN City comprehensive office building structure design, the main use of frame structure, a total of five. The region seismic intensity of 6 degrees, the seismic level for the three, site category class, this project uses situ reinforced concrete structure. Column base is used stand-alone basis.The main content of the design for the member arrangement load calculation, transverse frame internal force analysis, a combination of internal forces and reinforcement calculation. First, determine the overall layout of the framework, initially identified component size, calculation diagram frame then calculate load representative value between the layers, and then seek from the earthquake cycle, calculate horizontal seismic loads with bottom shear method, you can find the level Internal force under the seismic action, including moment, shear, axial force. Including moment, shear, axial force. In the use of limit state design calculation method under horizontal seismic forces. In the beam and column design to a strong column weak beam principle. Then combination of internal forces. Select the most unfavorable combination of internal forces calculation of reinforcement.The entire structure in the design process, in strict accordance with the current structure design specifications and existing construction design specifications and national standards for the design, each part of the design carried out comprehensive scientific considerations. In the design process, we also refer to the relevant housing construction, concrete structures, seismic and other materials.This design implementation of the practical safe economical and aesthetic design principleKey Word：residential building , Frame Structure，Load Calculation，Internal force Calculation ，internal force composition，calculationReinforced.目录第一章设计资料11.1 工程概况11.2 气象条件11.3 地质条件11.4 材料选用1第二章结构设计22.1 结构布置22.2 梁、柱、板截面尺寸初估22.3 框架计算简图说明42.4 框架梁柱线刚度计算52.5 荷载计算72.6 框架活荷载标准值92.7 横向框架恒、活荷载计算102.8 横向框架梁在重力荷载作用下的计算14第3章内力计算163.1 恒载作用下的内力计算163.2 活载作用下的内力计算213.3 重力荷载作用下的内力计算263.4 横向框架在风荷载作用下的内力计算313.5 水平地震作用下的计算38第4章内力组合494.1 弯矩调幅494.2 框架梁的内力组合544.3 框架柱的内力组合61第5章截面设计675.1 框架梁正截面设计675.2 框架梁斜截面计算684.3 框架柱的配筋计算725.4 板的配筋计算745.5 楼梯设计785.6 基础设计81总结84致谢85参考文献86第一章设计资料1.1工程概况（1）工程名称：江西省综合办公楼（2）建筑规模：建筑层数为5层，建筑总高度为20.8m（3）室内外高差：0.45m（4）建筑面积：约3000m（5）结构形式：现浇钢筋混凝土框架结构1.2 气象条件（1）气温：年平均气温为22，最高气温40，最低气温为0（2）基本风压：0.3 KN/m（3）基本雪压：0.35 KN/m1.3 地质条件（1）地质条件：建筑场地土类别为类，地面粗糙度为C类（2）地震烈度：本工程抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g（3）抗震等级：三级抗震1.4 材料选用（1）混凝土：梁、板、柱均采用C30混凝土（2）钢筋：梁、板、柱受力钢筋采用HRB400级，箍筋采用HRB335级第二章 结构设计2.1结构布置本工程主体结构共5层，一层层高4.2m，二到四层层高3.9m。总高度为20.8m，采用现浇混凝土框架结构。为使刚度均匀对称分布，减小偏心和扭转，建筑平面布置成规则的长方形。柱网横向采用内廊式布置，边跨跨度为5.4m，中间跨跨度为2.7m，纵向跨度3.6m（中间跨为5.4m）。结构平面布置如图2-1所示：图2-1平面布置图2.2梁、柱、板截面尺寸初估1.梁截面尺寸(1)横向框架梁：AB、CD跨:h=11218L=112185400=400mm675mm取h=400mm； b=1312h=1312400=133mm200mm取b=200mm；故AB、CD跨横向框架梁截面尺寸为bh=200mm400mmBC跨:h=11218L=112182700=225mm337mm考虑刚度因素取h=400mm；b=1312h=1312400=133mm200mm取b=200mm；故BC跨横向框架梁截面尺寸为bh=200mm400mm(2)纵向框架梁：h=11218L=112183600=300mm450mm取h=400mm；b=1312h=1312400=133mm200mm取b=200mm；故纵向框架梁截面尺寸bh=200mm400mm(3)框架柱截面尺寸估算由轴压比控制进行估算：S=5.423.6=9.72中柱的负荷面积为：S=5.42+2.723.6=14.58依据混凝土结构设计规范（GB50010-2010）表11.4.16知：本工程位于吉安市区，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，抗震等级为三级，柱轴压比限值。柱的截面初估采用公式：AcNNfc式中：-轴压比取0.85；N-柱组合的轴压力设计值，；S-按简支状态计算的柱的负载面积；G-折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，近似取12-15KN/m；-考虑地震作用组合后柱轴压力的增大系数，边柱取1.3，不等跨内取1.25，等跨内柱取1.2；n-验算截面以上的楼层层数；边柱： Ac1.39.721031450.8514.3=72770mm中柱： Ac1.214.581031450.8514.3=100759mm根据以上计算结果，并考虑其他因素，本设计中所有框架柱截面均取为：400mm400mm。（4）板尺寸估计现浇板板厚为120mm。2.3框架计算简图说明基础顶面至室内地面高度为1m（室内外高差为0.45m），取4轴上的一榀框架计算，假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。计算简图如图2-2所示。图2-2 横向框架计算简图2.4框架梁柱线刚度计算根据地质资料，确定基础顶面离室外地面为550m，由此求得底层层高为5.2m（4.2m+0.45m+0.55m）。其中求梁截面惯性矩时，考虑现浇楼板的作用，取（为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯矩）。边跨梁：i=EcIl=21120.20.415.4Ec=3.9510-4Ec中跨梁：i=EcIl=21120.20.412.7Ec=7.910-4Ec底层柱： i=EcIl=21120.40.415.2Ec=4.110-4Ec上部柱：i=EcIl=21120.40.413.9Ec=5.4710-4Ec取上部柱（2至5层），则其余各杆相对线刚度为：底层柱：i=4.110-4Ec5.4710-4Ec=0.75边跨梁：i=3.9510-4Ec5.4710-4Ec=0.72中跨梁：i=7.910-4Ec5.4710-4Ec=1.44框架梁、柱相对线刚度如图2-3所示：图2-3梁柱相对线性刚度 单位：10-4 Ecm2.5荷载计算2.5.1恒荷载计算（1）屋面20厚1：2水泥砂浆找平 0.0220KN/m=0.4KN/m膨胀珍珠岩2%赵坡 0.0515KN/m=0.75KN/m120厚钢筋混凝土屋面板 0.1225KN/m=3KN/m15mm厚混合砂浆抹灰 0.01517KN/m=0.26KN/m合计 4.41 KN/m（2）各层楼面15厚1：2水泥砂浆找平 0.1520KN/m=0.3KN/m10mm厚地砖 0.0120KN/m=0.2KN/m120mm厚钢筋混凝土楼面板 0.1225KN/m=3.0KN/m15mm厚混合砂浆抹灰 0.01517KN/m=0.26KN/m合计 3.76 KN/m（3）梁自重AB、CD跨 梁尺寸为200400200400梁自重0.2（0.4-0.1）25KN/m=1.5KN/m20mm厚混合砂浆 0.02（0.4-0.1）217KN/m=0.204KN/m合计 1.704KN/mBC跨梁 尺寸为2004000.2（0.4-0.1）25KN/m=1.5KN/m20mm厚混合砂浆（两侧抹灰） 0.02（0.4-0.1）217KN/m=0.204KN/m合计1.704KN/m(4）柱自重柱截面尺寸为400400400400柱自重0.40.425KN/m=4KN/m20mm厚混合砂浆（2侧） 0.02（0.4+0.4）217KN/m=0.544KN/m合计 4.544KN/m（5）外纵墙自重标准层纵墙 300厚蒸压加气混凝土砌块 0.3（3.9-0.4）（3.6-0.4）12KN/m=40.32KN/m外墙面贴5厚陶瓷面砖 （3.9-0.4）（3.6-0.4）0.5KN/m=5.425KN/m20厚1：3水泥砂浆找平 0.02（3.9-0.4）（3.6-0.4）17KN/m=3.689KN/m20厚混合砂浆抹灰0.02（3.9-0.4）（3.6-0.4）17KN/m=3.689KN/m合计53.123KN/m底层纵墙 300厚蒸压加气混凝土砌块0.3（4.2-0.4）（3.6-0.4）12KN/m=43.78KN/m外墙面贴5厚陶瓷面砖 （4.2-0.4）（3.6-0.4）0.5KN/m=6.08KN/m20厚1：3水泥砂浆找平0.02（4.2-0.4）（3.6-0.4）17KN/m=4.13KN/m20厚混合砂浆抹灰 0.02（4.2-0.4）（3.6-0.4）17KN/m=4.13KN/m合计58.12KN/m（6）内纵墙自重标准层纵墙200厚蒸压加气混凝土砌块 0.3（3.9-0.4）（3.6-0.4）12KN/m=40.32KN/m20厚混合砂浆粉刷 0.02（3.9-0.4）（3.6-0.4）17KN/m=3.81KN/m合计44.13KN/m底层纵墙200厚蒸压加气混凝土砌块 0.3（4.2-0.4）（3.6-0.4）12KN/m=43.78KN/m20厚混合砂浆粉刷 0.02（4.2-0.4）（3.6-0.4）17KN/m=4.13KN/m合计47.91KN/m（7）内横墙自重标准层横墙200厚蒸压加气混凝土砌块 0.3（3.9-0.4）（5.4-0.4）12KN/m=63KN/m20厚混合砂浆粉刷 0.02（3.9-0.4）（5.4-0.4）17KN/m=5.95KN/m合计68.95KN/m底层横墙200厚蒸压加气混凝土砌块0.3（4.2-0.4）（5.4-0.4）12KN/m=68.4KN/m20厚混合砂浆粉刷 0.02（4.2-0.4）（5.4-0.4）17KN/m=6.46KN/m合计74.86KN/m（8）女儿墙自重300厚蒸压加气混凝土砌块 0.3（11）12KN/m=3.6KN/m100厚素混凝土压顶 0.10.325KN/m=0.75KN/m20mm厚混合砂浆粉刷 0.02（11）17KN/m=0.34KN/m合计4.69KN/m2.6框架活荷载标准值屋面和楼面活荷载标准值根据荷载规范查得：不上人屋面0.5 kN/雪荷载Sk=rS0=0.451.0=0.45kN/m对于不上人屋面，其屋面均布活荷载可不与雪荷载同时组合，取两者中较大值，因此不考虑雪荷载，取屋面活荷载为0.5kN/m。2.7横向框架恒、活荷载计算双向板荷载传递规则：短跨三角形，长跨梯形；荷载传导方式如图2.4所示，为计算方便，通常将三角形荷载和梯形荷载换算成等效均不荷载；梯形荷载作用时： ；式中：； ；分别为板面的均布恒荷载和均布活荷载；分别为短跨，长跨的计算跨度；三角形荷载作用时： 荷载传递图如图2-4所示：图2-4 荷载传递示意图1、屋面板传荷载恒载：由双向板传来的梯形荷载的等效均布荷载为：4.413.621-2（3.625.4）+(3.625.4)2=11.17kN/m由双向板传来的三角形形荷载 ：活载：由双向板传来的梯形荷载的等效均布荷载为： 0.53.621-2（3.625.4）+(3.625.4)2=1.27kN/m由双向板传来的三角形形荷载 ：58(0.5+4.41)2.722=8.28kN/m2、楼面板传荷载恒载：由双向板传来的梯形荷载: 3.763.621-2（3.625.4）+(3.625.4)2=9.53kN/m由双向板传来的三角形形荷载 ：583.763.62=4.23kN/m活载：由双向板传来的梯形荷载: 2.03.621-2（3.625.4）+(3.625.4)2=5.08kN/m由双向板传来的三角形形荷载 :582(0.5+3.76)2.72=7.18kN/m3、A-B,C-D轴框架梁均布荷载屋面梁：恒载=横梁自重+板传递荷载 =4.41+11.17=15.58 活载=板传荷载=楼面梁：恒载=横梁自重+板传荷载=3.76+9.53=13.29 活载=板传荷载=4、B-C轴间框架梁均布荷载屋面梁：恒载=横梁自重= 活载=8.28kN/m楼面梁：恒载=横梁自重= 活载=7.18kN/m5、A、D轴柱纵向集中荷载顶层柱：顶层柱恒载=女儿墙自重+纵梁自重+板传给纵梁荷载 =4.693.6+1.7043.6-0.5+4.963.6=40.02KN顶层柱活载=板传给纵梁荷载 =标准层柱：标准层柱恒载=外纵墙自重+纵梁自重+板传给纵梁荷载+内横墙自重 =53.123+1.704（3.6-0.5）+4.233.6+68.95=142.58KN 标准层柱活载=板传给纵梁荷载 =6、B、C轴柱纵向集中荷载：顶层柱： 顶层柱恒载=纵梁自重+板传给纵梁荷载=1.704（3.6-0.5）+4.963.6=23.14kN顶层柱活载=板传给纵梁荷载=0.563.6+0.53.62.72=4.45KN标准层柱： 标准层柱恒载=内纵墙自重+纵梁自重+板传给纵梁荷载+内横墙自重= 44.13+1.704（3.6-0.5）+4.233.6+68.95=133.59kN标准层柱活载=板传给纵梁荷载=2.253.6=8.1kN由上述计算结果可作出框架在恒载、活载作用下的受荷总图，如图分别2-5，2-6所示：图2-5 横向框架在恒载作用下的计算简图图2-6 横向框架在活荷载作用下的计算简图2.8横向框架梁在重力荷载作用下的计算屋面处重力荷载代表值=屋面恒荷载标准值+0.5屋面活荷载标准值楼面处重力荷载代表值=楼面恒荷载标准值+0.5楼面活荷载标准值1、第五层框架的重力荷载代表值（1）AB梁的均布线荷载 1.704KN/m（2）板传向AB梁的梯形线荷载 15.58+0.51.27=16.22KN/m（3）BC梁的均布线荷载 1.704KN/m（4）CD梁的均布线荷载 1.704KN/m（5）板传向CD梁的梯形线荷载 15.58+0.51.27=16.22KN/m（6）A节点处的集中荷载 40.02+0.52.02=41.03KN/m（7）B节点处的集中荷载 23.14+0.52.02=24.15KN/m（8）C节点处的集中荷载 23.14+0.52.02=24.15KN/m（9）D节点处的集中荷载 40.02+0.52.02=41.03KN/m2、标准层框架的重力荷载代表值（1）AB梁的均布线荷载 1.704KN/m（2）板传向AB梁的梯形线荷载 13.29+0.55.08=15.83KN/m（3）BC梁的均布线荷载 1.704KN/m（4）CD梁的均布线荷载 1.704KN/m（5）板传向CD梁的梯形线荷载 13.29+0，55.08=15.83KN/m（6）A节点处的集中荷载 142.58+0.58.1=146.63KN/m（7）B节点处的集中荷载 133.59+0.58.1=137.64KN/m（8）C节点处的集中荷载 133.59+0.58.1=137.64KN/m（9）D节点处的集中荷载 142.58+0.58.1=146.63KN/m重力荷载代表值作用下的受荷图如图2-7所示：图2-7 横向框架在重力荷载作用下的计算简图第3章 内力计算3.1恒载作用下的内力计算在恒载作用下内力采用弯矩二次分配法。此时每层框架梁同上、下层柱组成基本计算单元，竖向荷载产生的梁端弯矩先在本层内进行弯矩分配，再在各层之间进行传递。1、计算分配系数梁柱传递系数为1/2。分配系数按下式计算：；式中：为节点K第i根杆件相对转动刚度，为节点K各杆相对转动刚度之和；由于本榀框架结构、受力对称，在计算时可取半结构进行计算。2、梁的固端弯矩均布荷载引起的固端弯矩构成节点不平衡弯矩，可按公式进行计算：AB跨：BC跨：3、弯矩二次分配过程采用弯矩二次分配法计算框架在恒荷载作用下的弯矩，分配过程如下图所示:4、绘制内力图（1）弯矩图：跨中弯矩公式：；其中为简支梁跨中弯矩。计算过程及结果见下表：弯矩图如图3-1所示：图3-1恒载作用下的弯矩图（2）剪力图如图3-2所示：图3-2 恒载剪力图（3）轴力图如图3-3所示：图3-3 恒载轴力图3.2活载作用下的内力计算1、梁的固端弯矩：根据公式AB跨：；BC跨：可求出各梁端弯矩：AB跨:M顶层=1121.275.4=3.08kNm M其他层=1125.085.4=12.34kNmBC跨：M顶层=M其他层=0kN/m M其他层=0kN/m2、弯矩二次分配过程见下图： 3、绘制内力图（1）弯矩图（如图3-4所示）图3-4 活载弯矩图（2）剪力图如图3-5所示：图3-5 活载剪力图（3）轴力图（如图3-6所示）计算过程见下表左柱集中荷载梁端剪力柱自重柱顶柱底顶层2.022.2917.72164.3122.03四层8.19.5317.721639.6657.38三层8.19.4317.721674.9192.63二层8.19.4217.7216110.15127.88一层8.19.6417.7216145.62163.34中柱集中荷载梁端剪力柱自重柱顶柱底顶层4.454.5717.72169.0226.74四层20.2517.917.721664.8982.61三层20.251817.7216120.86138.58二层20.2518.0117.7216176.84194.57一层20.2517.817.7216232.62250.34图3-6 活载轴力图3.3重力荷载作用下的内力计算1、梁的固端弯矩：根据公式AB跨：；BC跨：可求出各梁端弯矩：AB跨：M顶层=11216.225.4=39.41kNmM其他层=11215.835.4=38.47kNmBC跨：M顶层=1121.7042.7=1.04kNm M其他层=1121.7042.7=1.04kNm2、弯矩二次分配过程分配过程见下图：3、绘制内力图活载跨中弯矩计算过程见下表：重力荷载跨中弯矩表间跨M左M右M0M中顶层AB跨-28.40 38.06 59.12 25.89 BC跨-20.25 20.25 1.55 -18.70 CD跨-28.40 38.06 56.79 25.89 四层AB跨-35.60 37.99 57.70 20.91 BC跨-12.10 12.10 1.55 -10.55 CD跨-35.60 37.99 57.70 20.91 三层AB跨-34.45 37.71 57.70 21.62 BC跨-12.64 12.64 1.55 -11.09 CD跨-34.45 37.71 57.70 21.62 二层AB跨-34.64 37.77 57.70 21.50 BC跨-12.54 12.54 1.55 -10.99 CD跨-34.64 37.77 57.70 21.50 一层AB跨-38.47 36.98 57.70 19.98 BC跨-15.22 15.22 1.55 -13.67 CD跨-38.47 36.98 57.70 19.98 （1）弯矩图（如图3-7所示）图3-7 重力荷载弯矩图（2）剪力图（如图3-8所示）图3-8 重力荷载剪力图（3）轴力图（如图3-9所示）：梁端剪力值等于横梁作用于柱子的轴力值，再加上纵梁传递下来的轴力值以及柱子的自重。计算过程见下表：左柱集中荷载梁端剪力柱自重柱顶柱底顶层41.0331.4917.721672.52 90.24 四层146.6329.1117.7216265.98 283.70 三层146.6329.3817.7216459.71 477.43 二层146.6329.3317.7216653.39 671.12 一层146.6328.7717.7216846.52 864.24 中柱集中荷载梁端剪力柱自重柱顶柱底顶层24.1556.117.721680.25 97.97 四层137.6456.3717.7216291.98 309.70 三层137.6456.117.7216503.44 521.16 二层137.6456.1517.7216714.95 732.68 一层137.6456.7117.7216927.03 944.75 图3-9 重力荷载轴力图3.4横向框架在风荷载作用下的内力计算1、风荷载作用下的计算简图作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中荷载标准值：，式中基本风压；风压高度变化系数，地面粗糙度为C类：风荷载体型系数，根据建筑物的体型查表得=1.3；风振系数取1.0；下层层高；上层层高，对顶层为女儿墙高度的2倍；B为计算单元迎风面的宽度，B=3.6m。计算过程见表3-1：表3-1层数离地高度风荷载体型系数Uz风振系数B风压高度Us基本风压W0下层高Hi上层高Hj迎风面宽度 B集中风荷载 F519.800.731.001.300.303.902.003.603.02415.900.691.001.300.303.903.903.603.78312.000.651.001.300.303.903.903.603.5628.100.651.001.300.303.903.903.603.5614.200.651.001.300.304.203.903.603.702、风荷载作用下的计算简图如图3-10所示：图3-10 风荷载作用下的计算简图3、风荷载作用下的位移计算（1）侧移刚度D的计算见表3-2，3-3：表3-2横向框架2-5层D值的计算构件名称KAc柱高HbhiDA轴0.720.265 3.90.20.4164001713.57 B轴2.160.519 3.90.20.4164003361.23 C轴2.160.519 3.90.20.4164003361.23 D轴0.720.265 3.90.20.4164001713.57 SUM（D）=10149.59表3-3横向框架底层D值的计算构件名称KAc柱高HbhiDA轴0.960.493 4.20.20.412300.002556.49B轴2.880.693 4.20.20.412300.003589.88C轴2.880.693 4.20.20.412300.003589.88D轴0.960.493 4.20.20.412300.002556.49SUM(D)=12292.75（2）风荷载作用下的侧位移计算水平荷载作用下框架的层间侧移计算公式：；式中：第j层的剪力；第层所有柱的抗侧移刚度之和；第j曾的层间位移各层楼板标高处的侧移值等于该层以下各层层间侧移之和，顶层侧移值等于所有各层间侧移之和。计算过程及结果见表3-4：表3-4框架在风荷载下侧移计算层号FVDuhu/h53.02 3.0210149.590.00030 3.30.0000943.78 6.810149.590.00067 3.30.0002033.56 10.3610149.590.00102 3.30.0003123.56 13.9210149.590.00137 3.30.0004213.70 17.6212292.750.00143 3.30.00043SUM（u）=0.00479侧移验算：层间最大侧移值为：0.