5层框架办公楼毕业设计计算书.doc

摘要 本项目为B大学教学办公楼，建筑高度为17米，共五层，总建筑面3500，设计年限为50年，抗震设防烈度为6度，结构类型为多层钢筋混凝土框架结构，楼板为双向板，楼梯采用板式楼梯，基础采用柱下独立基础。框架结构内力计算时，在竖向荷载作用下框架内力近似计算时采用分层法，在水平荷载作用下框架内力近似计算时采用改进反弯点法（D值法）。在计算过程中对梁的弯矩进行了调幅，板内力计算采用弹性理论计算方法。对建筑中出现的墙体均直接放在梁上，墙、板的重量传给梁，梁再传给柱，传力路线明确。关键词 框架结构 独立基础 板式楼梯 分层法 D值法目录第 一 章 建筑设计资料及做法说明1.1 建筑设计资料11.2 建筑做法说明1第 二 章 结构布置及选型2.1 结构布置42.3 梁柱截面、梁跨度及柱子高度的确定42.3 框架计算简图52.4 梁、柱惯性矩、线刚度、相对线刚度计算5第 三 章 菏载计算3.1 竖向荷载统计93.2 竖向荷载作用下的横向框架受荷103.3 水平荷载作用下的横向框架受荷193.4 风荷载作用下横向框架的侧移验算20第 四 章 荷载内力分析4.1 竖向荷载内力分析234.2 横向荷载（风荷载）内力分析34第 五 章 内力组合5.1框架梁内力组合435.2 框架柱内力组合44第 六 章 框架梁柱配筋设计6.1 横向框架梁截面设计476.2 横向框架柱截面设计49第 七 章 双向板设计7.1支撑梁的假定527.2 荷载计算527.3 内力计算537.4 配筋计算54第 八 章 板式楼梯设计8.1 梯段板设计578.2 平台板设计608.3 平台梁设计62第 九 章 雨篷设计9.1 雨篷板设计669.2 雨篷梁设计68参考文献74致谢75B大学教学办公楼设计引言一、建筑层次虽然现今社会高层建筑得到广泛的应用，在城市中的高层建筑是反映这个城市经济繁荣和社会进步的重要标志，但是对于多层建筑体系仍占着十分重要的地位，其作用不亚于高层建筑的作用，比如在教学楼、工业厂房、住宅楼等很多领域中都要用到他，甚至有些建筑必须采用他。多层建筑结构布置方便，设计施工都比较快，加快了城市的工业发展，提高了用户的居住条件和环境质量，为城市的现代化发展作出了巨大的贡献。故本次设计为多层建筑。二、建筑方案本建筑抗震设防烈度为6度，高宽比H/B小于4，所以选用框架结构体系。框架结构体系一般用于钢结构和钢筋混凝土结构中，由梁和柱通过节点构成承载结构，框架形式可灵活布置建筑间，使用较方便。但是随着建筑高度的增加，水平作用使得框架底部梁柱构件的弯矩和剪力显著增加，从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加，到一定程度，将给建筑平面布置和空间处理带来困难，影响建筑空间的正常使用，在材料用量和造价方面也趋于不合理。因此在使用上层 数受到限制。框架结构抗侧刚度较小，在水平力作用下将产生较大的侧向位移。由于框架构件截面较小，抗侧刚度较小，在强震下结构整体位移都较大，容易发生震害。此外，非结构性破坏如填充墙、建筑装修和设备管道等破坏较严重。因而其主要适用于非抗震区和层数较少的建筑。第一章 建筑设计资料及做法说明1.1 建筑设计资料1.1.1 工程概况本建设项目名称为B大学教学办公楼，总建筑面积3500，建筑层数为5层，结构体型为框架结构，基础为柱下独立基础。1.1.2 建筑设计条件气温：年平均气温 16.3，最低气温8.8。最热月平均 28.8，最冷月平均 4.2；相对湿度：最热月平均 81%，最冷月平均 8%；雨雪条件：年降雨量 1444.3mm，最大雨量 220.9mm/d，一小时最大降雨量 188.9mm最大积雪深度 20cm，基本雪压 0.5KN/；主导风向：全年西北风，夏季为东南风，基本风压 0.5KN/。1.1.3 建筑要求造型要求：造型美观大方、新颖，有办公楼特色，色彩搭配得当；采用不上人屋面。抗震设防要求：六度四级设防。1.2 建筑做法说明1.设计标高0.000为相对标高，室内外高差0.45m。2.墙身：240厚MU7.5机制砖，M5混合砂浆砌筑；基础墙用240厚MU10机制砖M10水泥砂浆砌筑。（1）外粉刷及装饰1）底层墙身和阳台墙身用9厚1:3水泥砂浆打底压实抹平，素水泥浆一道，8厚1:2建筑胶水泥砂浆粘结层，8厚仿石 砖（粘贴前先将面砖用水浸湿）白水泥擦缝。2）女儿墙用聚合物水泥砂浆修补墙面，3厚外加剂专用砂浆抹基刮糙（抹前先将墙面浇水1-2遍，水须渗入墙体15-20），10厚粉刷石膏砂浆打底分遍赶平，2厚精品（面层专用）粉刷石膏罩面，喷面浆饰面。3）勒脚用10厚1:3水泥砂浆（内掺防水剂）扫毛或划出纹道，素水泥浆一道10厚1:2.5水泥砂浆罩面压实赶光。4）屋檐外挑和楼盖外挑分格条用15厚1：2.5水泥沙浆粉刷，再白水泥加107胶刷白两度。（2）内粉刷及装修1）内墙：大理石薄板墙裙做到窗台标高处，具体做法为8厚1:3水泥砂浆打底扫毛，6厚1:0.5:2.5水泥石灰膏砂浆罩面，素水泥浆一道，5厚1:2建筑胶水泥砂浆粘结层，贴5厚大理石板，正、 背面及四周边满刷防污剂，稀水泥浆勾缝；卫生间墙裙做到窗台标高处，盥洗室墙裙做到距地面或楼面标高1.2m处，此两处做法不同与其他墙裙，具体做法为素水泥浆一道甩毛（内掺建筑胶），6厚1:3水泥砂浆打底扫毛，6厚1:0.5:2.5水泥白灰膏砂浆抹平，1.5厚聚合物水泥基复合防水涂料防水层，4厚强力胶粉泥粘结层，揉挤压实，贴5厚大理石板，正、背面及四周边满刷防污剂，稀水泥浆勾缝；墙裙以上墙面做到顶棚标高处，具体做法为素水泥浆一道甩毛（内掺建筑胶），12厚1:3:9水泥石灰膏砂浆打底分层赶平，2厚纸筋灰罩面，白水泥加107胶刷白两度；楼梯间内墙面不设墙裙，做法同墙裙以上墙面做法。2）女儿墙内墙面和顶面用7厚1:3水泥砂浆打底扫毛，7厚1:3水泥砂浆（内掺防水剂）扫毛，素水泥浆一道，5厚1:2.5水泥砂浆罩面压实赶光。3）勒脚线高100mm，用25厚1：3水泥砂浆打底，10厚花岗石板条。3.室内地面：素土夯实，压实系数0.90，150厚532卵石灌M2.5混合砂浆，平板振捣器振捣密实，50厚C10混凝土，素水泥浆一道（内掺建筑胶），30厚1:3干硬性水泥砂浆粘结层，撒素水泥面（洒适量清水），20厚磨光花岗石板（正、背面及四周边满涂防污剂），灌稀水泥浆（掺色）擦缝。4.楼面：100厚现浇钢筋混凝土楼板，素水泥浆一道，30厚1:3干硬性水泥砂浆粘结层，撒素水泥面（洒适量清水），铺20厚花岗石板（正、背面及四周边满涂防污剂），灌稀水泥浆（掺色）擦缝。5.屋面：100厚现浇钢筋混凝土屋面板，40厚矿棉保温层，最薄30厚1:0.2:3.5水泥粉煤灰页岩陶粒找1%坡，20厚1:3水泥砂浆找平层，防水卷材一层，3厚纸筋灰隔离层，40厚C20配筋刚性防水混凝土面层，设分格缝，缝内下部填砂，上部填专用密封膏。天沟面层做30厚1：3水泥沙浆（加防水剂）找坡1%，冷底子油刷二道，二毡三油上洒绿豆砂。6.顶棚：现浇钢筋混凝土板底预留10钢筋吊环，双向中距1200，10号镀锌低碳钢丝吊杆，双向中距1200，吊杆上部与板底预留吊环固定，T型轻钢主龙骨TB2438中距600，找平后与钢筋吊杆固定，T型轻钢次龙骨TB2428中距600，12厚矿棉吸声板面层，规格592592。楼梯间无顶棚，其余都有。7.楼梯：面层做素水泥浆一道，30厚1:3干硬性水泥砂浆粘结层，撒素水泥面（洒适量清水），铺20厚花岗石板；板底、梁底、梁侧等做15厚水泥砂浆打平，白水泥加107胶刷白两度。8.雨篷：顶面、侧面、底面做15厚粉刷石膏砂浆（内掺防水剂）打底分遍赶平，2厚精品（面层专用）粉刷石膏罩面喷面浆饰面。9.室外台阶：面层做15厚1：3水泥砂浆找平层，10厚1:3干硬性水泥砂浆粘结层，10厚花岗石板。10.基础：100厚C10混凝土垫层，独立基础用C20混凝土。11.构件：现浇的梁、柱、楼梯等用C25混凝土。12.钢筋：除箍筋、分布筋用热轧钢筋HPB235外，其余都用热轧钢筋HRB335。13.雨水管、门窗、五金等配件按标准图配齐。 第二章结构布置及选型2.1 结构布置：根据建筑设计和使用功能要求，本工程确定采用钢筋混凝土框架结构方案，框架梁、柱布置见图2-1。 图2-1 柱网布置2.2 梁柱截面、梁跨度及柱子高度的确定：2.2.1 初估截面尺寸：柱截面：根据轴压比，高宽要求以及类似工程参考初步确定除 6、7与A、B轴相交处的柱截面尺寸为：bh=600mm600mm,其余柱的截面尺寸均为：bh=500mm500mm。框架梁：梁编号见图2-2。框架梁截面的确定:由h=(1/81/12)l（l为主梁的计算跨度), b=(1/21/3)h，且高度不宜大于1/4净跨，宽度不宜小于，且不应小于200mm初步确定： L1：bh=250mm600mm L2：bh=250mm500mm L3：bh=250mm400mm L4：bh=250mm750mm图2-2梁编号2.2.2 梁的计算跨度:框架梁的计算跨度以柱形心线为准，由于建筑轴线与墙轴线重合，故建筑轴线与结构计算跨度不同。2.2.3 柱高度:底层柱高度h=3.3m+0.45m+0.5m=4.25m，其中3.3m为底层高，0.45m为室内外高差，0.5m为基础顶面至室外地坪的高度。其他层柱高等于层高3.3m。2.3 框架计算简图：现对错误！未找到引用源。号轴框架进行计算，梁的计算跨度见图2-3，框架计算简图见图2-4。图2-3 框架梁计算跨度图2-4 框架计算简图2.4 梁、柱惯性矩、线刚度、相对线刚度计算：2.4.1 横梁线刚度：采用混凝土C25， =2.8107kN/现浇板的楼面，可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧移。为考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架取=1.5（为梁的截面惯性矩）；对中框架取=2.0。横梁线刚度计算结果见表2-1。表2-1 横梁线刚度梁号截面（）跨度（m）惯性矩（m4）边框架梁中框架梁=（m4）（kNm）=（m4）（kNm）0.250.66.944.510-36.7510-32.72104910-33.631040.250.42.361.310-31.9510-32.311042.610-33.081042.4.2 横向框架柱线刚度：柱线刚度计算结果见表2-2。 表2-2 柱线刚度 柱号截面()（）柱高h(m)惯性矩线刚度（m4）（kNm）0.50.53.3（4.25）5.210-34.41104（3.66104）0.60.63.3（4.25）10.810-39.16104（7.12104）（注括号内的为底层柱的线刚度）2.4.3 横向框架梁、柱相对线刚度：现令中框架梁L1的线刚度为1.0，则错误！未找到引用源。号轴框架其余梁柱的相对线度2-5。 图2-5 错误！未找到引用源。号轴框架梁、柱相对线刚度 第三章菏载计算3.1 竖向荷载统计3.1.1 屋面均布恒载（标准值）：按屋面做法逐项计算均布荷载： 40厚C20配筋刚性防水混凝土面层 0.0425=1.00kN/ 3厚纸筋灰隔离层 0.003160.05kN/防水卷材一层 0.05kN/20厚1:3水泥砂浆找平层 0.0220=0.4kN/最薄30厚1:0.2:3.5水泥粉煤灰页岩陶粒找1%坡 0.6kN/40厚矿棉保温层 0.041.20.05kN/100厚现浇钢筋混凝土屋面板 0.125=2.5kN/矿棉吸声板吊顶 0.12kN/共 计 4.77kN/3.1.2 楼面均布恒载（标准值）：按楼面做法逐项计算均布荷载:20厚花岗石板 0.0228=0.56kN/撒素水泥面（洒适量清水） 0.01kN/30厚1:3干硬性水泥砂浆粘结层 0.0320=0.6kN/素水泥浆一道 0.05kN/100厚现浇钢筋混凝土楼板 0.125=2.5kN/矿棉吸声板吊顶 0.12kN/共 计 3.84kN/3.1.3 屋面均布活载（标准值）：（1）不上人屋面均布活载 0.5kN/（2）积雪荷载 0.3kN/屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取较大值，故屋面均布活载（标准值）现取0.5kN/。3.1.4 楼面均布活载（标准值）：楼面均布活载对于办公室、会议室、陈列室、打字室、厕所等为2kN/；复印机室、走廊、楼梯、门厅等为2.5kN/；贮藏室为5.0 kN/。荷载统计时为了方便对以上露面各均布活载不进行折减，这样计算偏于安全。3.1.5 梁柱自重（标准值）：实际施工时考虑到被吊顶掩盖的梁柱部分侧面或底面不做抹灰以及与墙板交接处不做抹灰，还有柱下端有大理石板等材料贴面，为方便荷载统计近似考虑梁侧、梁底抹灰，柱四周抹灰，厚度均取20mm，并按加大梁宽及柱宽计算来考虑，这样近似计算偏于安全，具体计算见表3-1。表3-1 梁柱自重梁（柱）编号截面bh（）梁（柱）自重（kN/m）L10.250.6(0.25+0.04)0.625=4.35L20.250.5(0.25+0.04)0.5253.63L30.250.4(0.25+0.04)0.425=2.90L40.250.75(0.25+0.04)0.75255.44Z10.50.5(0.5+0.04)(0.5+0.04)258.70Z20.60.6( 0.6+0.04)(0.6+0.04)25=10.243.1.6 墙体自重（标准值）：墙体均为240厚，考虑到两面抹灰或贴面砖等情况（门窗洞按墙体来计算），为荷载统计方便起见近似按加厚墙体考虑抹灰或面砖重量，取墙两面均加厚25mm，则单位面积上墙体重量为：（0.24+0.05）19=5.51kN/。3.2 竖向荷载作用下的横向框架受荷现仍对错误！未找到引用源。号轴线上的中框架进行计算分析，经判断知该设计中的屋（楼）面板均为双向板，屋面均布恒载及活载均为梯形分布及三角形分布传给梁，具体分布情况见图3-1。 图3-1 屋（楼）面板支承梁的荷载3.2.1荷载计算如下：屋面恒载（标准值）: AB跨梁：屋面均布恒载传给梁 2（4.772.1）20.03kN/m横梁自重（包括抹灰） 0.290.625=4.35kN/m恒载： 24.38kN/mBC跨梁：屋面均布恒载传给梁 2（4.771.18）11.26kN/m横梁自重（包括抹灰） 0.290.425=2.9kN/m恒载： 14.16kN/mCD跨梁：屋面均布恒载传给梁 2（4.772.1）20.03kN/m横梁自重（包括抹灰） 0.290.625=4.35kN/m恒载： 24.38kN/m屋面活荷载（标准值）： AB跨梁： 2（0.52.1）=2.1kN/mBC跨梁： 2（0.51.18）=1.18kN/mCD跨梁： 2（0.52.1）=2.1kN/m二五层楼面恒载（标准值）：AB跨梁：楼面均布恒载传给梁 2（3.842.1）16.13kN/m横墙自重（包括饰面） 0.29（3.3-0.6）1914.88kN/m横梁自重（包括抹灰） 0.290.625=4.35kN/m恒载： 35.36kN/mBC跨梁：屋面均布恒载传给梁 2（3.841.18）9.06kN/m横梁自重（包括抹灰） 0.290.425=2.9kN/m恒载： 11.96kN/mCD跨梁： 楼面均布恒载传给梁 2（3.842.1）16.13kN/m横墙自重（包括饰面） 0.29（3.3-0.6）1914.88kN/m横梁自重（包括抹灰） 0.290.625=4.35kN/m恒载： 35.36kN/m二五层楼面活载（标准值）：AB跨梁： 2（2.02.1）=8.4kN/mBC跨梁： 2（2.51.18）=5.9kN/mCD跨梁： 2（2.02.1）=8.4kN/m3.2.2 错误！未找到引用源。号轴中框架恒载及活荷载受荷分别见图3-2、图3-3。3.2.3 三角形和梯形荷载的等效荷载计算：荷载等效计算原则为：杆件固端弯矩相等，三角形和梯形荷载的等效方法分别见图3-4、3-5，其中a为双向板短边长的一半。等效后框架竖向均布恒载、均布活载受荷图分别见图3-6和图3-7 （此时已算出节点处的集中荷载，标注在图上，但忽略集中力偏心引起的弯矩，因为弯矩较小），恒载集中荷载受荷图见图3-8，活载集中荷载受荷图见图3-9。 图3-2 框架竖向恒载示意（标准值，单位kN/m）图3-3框架竖向活载示意（标准值，单位kN/m） 图3-4 梯形荷载等效方法 图3-5 三角形荷载等效方法 图3-6 框架等效竖向均布恒载（标准值，单位kN/m） 图3-7框架等效竖向均布活载（标准值，单位kN/m） 图3-8框架恒载集中荷载（标准值，单位kN） 图3-9框架活载集中荷载（标准值，单位kN）3.3水平荷载作用下的横向框架受荷（这里地震作用不考虑，只考虑风荷载）此处六度四级设防烈度按构造要求配筋满足，不进行具体抗震设计。3.3.1荷载计算：风压标准值计算公式为 wk=zszw0因结构高度H=17m30 m, B=16.5m,H/B=1.031.5,故取z=1.0;H/B=1.14的矩形平面建筑取s=1.3;地面粗糙程度为C类,当查得的z见下表3-2。表3-2风压高度系数Z 离地面高度Z（m）3.757.0510.3513.6517风压高度变化系数z0.740.740.740.740.77将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如下（女儿墙高为0.5m）：5层： FW5K=4.23（3.342+0.5）30.77=6.95kN4层： FW4K=4.233.33（0.77+0.74）42=10.46kN3层： FW3K=4.233.330.74=10.26KN2层： FW2K=4.233.330.74=10.26KN1层： FW1K=4.23(3.342+3.75) 30.74=16.78 KN3.3.2风荷载作用计算简图。（见图3-7）图3-7风荷载作用计算简图3.4风荷载作用下横向框架的侧移验算3.4.1 梁柱线刚度比的平均值、修正系数及D值的计算：25层：A(D)轴柱： B(C)轴柱： 1层：A(D)轴柱： B(C)轴柱： 值计算（见表3-3，）表3-3 横向框架柱的D值A轴B轴C轴D轴25层0.3830.5690.5690.3831.9041层0.3320.4050.4050.3321.474注：表中为相对线刚度，是相对于中框架梁L1的线刚度的；中框架梁L1的线刚度为3.63104kNm3.4.2 横向框架的侧移验算：由于总高H=17m50m,且H/B=17/16.5=1.034,所以只考虑弯曲和剪切变形产生的位移，而忽略轴向变形引起的位移。5层：4层：3层：2层：1层：经验算所有层间位移：（满足要求）顶点位移：（满足要求）第四章 荷载内力分析4.1 竖向荷载内力分析采用分层法进行近似计算，本章内力图中数据均为荷载标准值。4.1.1分层法基本假定：（1）梁上荷载仅在该梁上及与其相连的上下层柱上产生内力，在其他层梁及柱上产生的内力可忽略不计；（2）竖向荷载作用下框架结构产生的水平位移可忽略不计。4.1.2分层法计算要点：（1）计算杆端分配系数时：上层柱线刚度取为原线刚度的0.9倍，其他杆件不变。（2）上层柱间的传递系数取为1/3，其他杆件的传递系数仍为1/2。（3）若节点出现不平衡力矩较小（10%），直接按叠加成果进行下一步计算，否则需再分配一次。4.1.2恒载作用下的横向框架内力计算：由于结构和荷载对称，可在中跨梁线刚度折减一半以后，力矩不再在中跨传递，仅计算半边框架，计算简图见下图4-1。 图4-1简化计算简图现以一层C、D节点为例计算杆端分配系数，其他节点计算方法一样，此处不再多举。C节点：转动刚度：， D节点：转动刚度：，, 分层法具体计算过程和计算结果见下列图。矩形框内数据除杆端分配系数外均表示为梁跨中弯矩。在恒载和活载作用下，跨中弯矩为：式中：、为梁左、右端弯矩。图4-2 五层恒载分层计算图（单位kN） 图4-3 二四层恒载分层计算图（单位kN） 图4-4 一层恒载分层计算图（单位kN）竖向恒载作用下内力图见下列图。（梁轴力没注，在具体情况下再作计算） 图4-5 竖向恒载作用下的弯矩图（单位 kNm） 图4-6 竖向恒载作用下的剪力图（单位 kN） 图4-7 竖向恒载作用下的轴力图（单位 kN）考虑框架梁端的塑性内力重分布，取梁端弯矩调幅系数为0.9，左右两边跨跨中弯矩相应提高近似乘以1.1的增大系数，但对于中间跨跨中弯矩应减低乘以0.9的减小系数，调幅后，框架弯矩图见下图4-8，剪力和轴力值不进行相应的调整仍取原数值进行下一章的内力组合，结构安全。 4-8 梁端弯矩调幅后的弯矩图（恒载，单位 kNm）4.1.3活载作用下的横向框架内力计算：计算方法同恒载作用下的横向框架内力计算，分层法具体计算过程和计算结果见下列图。矩形框内数据除杆端分配系数外均表示为梁跨中弯矩。图4-9 五层活载分层计算图（单位kN） 图4-10 二四层活载分层计算图（单位kN） 图4-11 一层活载分层计算图（单位kN）竖向恒载作用下的内力图见下图。（柱剪力和梁轴力没注，内力组合时应考虑） 图4-12 竖向活载作用下的弯矩图（单位 kNm）图4-13 竖向活载作用下的剪力图（单位 kN） 图4-14 竖向活载作用下的轴力图（单位 kN）考虑框架梁端的塑性内力重分布，取梁端弯矩调幅系数为0.9，跨中弯矩相应提高近似乘以1.1的增大系数，部分梁端弯矩较小者不做调整，调幅后，框架弯矩图见下图4-8，剪力和轴力值不进行相应的调整仍取原数值进行下一章的内力组合，结构安全。 图4-15 梁端弯矩调幅后的弯矩图（活载，单位 kNm）4.2 横向荷载（风荷载）内力分析采用改进反弯点法（D值法）计算，横向框架计算简图见第三章图3-7。4.2.1各柱的剪力值和反弯点高度yh计算：由第三章所求得的值和值列各柱剪力值表4-1和反弯点高度yh表4-2。 表4-1各柱剪力值UQVRWSYT第五层QMRNSOTP第四层1.904MINJOKPL第三层1.904IEJFKGLH第二层1.904EAFBGCHD第一层1.474 4.2.2各层柱的柱端弯矩计算： 第五层： 第四层： 第三层：第二层：第一层：4.2.3各层梁的梁端弯矩计算：节