土木工程建筑工程毕业设计办公楼.doc

你如果认识从前的我，也许会原谅现在的我。前言大学四年的学习生活即将结束毕业设计将成为我们展示四年学习成果的一个最好平台毕业设计是大学本科教育的一个重要阶段可以将我们所学的理论知识付诸于实践是毕业前的综合学习阶段是对大学期间所学专业知识的全面总结它涉及到房屋建筑学、高层建筑、抗震、混凝土、结构力学等多门课程应用到了很多重要实用的专业知识比如有底部剪力法、D值法、反弯点法和弯矩分配法等又涉及钢筋混凝土的配筋和计算几乎涉及到了所有专业知识为了做好本次毕业设计我对大学所学的专业知识进行了及时而全面的复习查补了以前学习上的漏洞并借阅了许多相关的书籍和规范我会很好的把握这次毕业设计的机会将以前所学的知识应用到实践中去这无论对以后的学习还是工作都将起到莫大的帮助我所选择的毕业设计题目是阜新市政府办公楼设计采用框架结构框架结构是目前应用最为广泛的结构形式之一这种结构形式建筑平面布置灵活可以做成较大空间的会议室车间住宅等可以分割成小房间或拆除隔断改成大空间结构立面也富有变化通过合理的设计框架结构本身的抗震性能良好能承受较大荷载能承受较大变形因此我所设计的市政府办公楼非常适合选用这种结构形式本次设计主要分为建筑设计和结构设计建筑设计包括：总平面图、平面图、立面图、剖面图及节点详图结构设计包括：梁板布置图和配筋图根据民用建筑实用、经济原则在可能的条件下注意美观的原则本设计首先考虑办公楼的实用性经济性充分显示现代建筑的特点结构计算严格按照最新国家规范的要求进行在毕业设计的三个月里在指导教师的帮助下经过资料查阅、设计计算、论文撰写以及外文翻译我加深了对新规范、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、解决问题的能力进一步掌握了Excel、Word 、AutoCAD及天正等软件的使用以上这些说明从不同方面达到了毕业设计的目的与要求本次设计得到了指导教师们的大力帮助在此特别表示感谢尤其对我的指导教师孙芳锦老师表示感谢由于框架结构设计的计算工作量很多包括地震作用、风荷载作用、恒载作用、活载作用下的梁端、柱端剪力、框架梁、柱的内力组合以及内力值的调整在计算过程中以手算为主辅以一些Excel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 二零一零年六月十五日1 设计基本资料1.1 初步设计资料保定市徐水县拟兴建6层国土资源局建筑面积约5283.24m2长50.9m宽17.3m拟建房屋所在地的设计地震动参数max=0.08Tg=0.35s基本雪压S0=0.40KN/ m2基本风压0=0.45KN/ m2地面粗糙度为B类年降雨量578mm日最大降雨量85mm常年地下水位于地表下-7.5m水质无侵蚀性地区表面为一般粘土层下部为砂土冻土深度-1.0米承载力情况良好土的重度为18 KN/ m3孔隙比为0.8液性指标为0.85地基承载力特征值fak=230 KN/ m21.2 设计任务a 建筑图纸：总平面图首层平面、标准层平面图剖面图屋面防水、主要立面图各部分节点详图等b 结构图纸：结构布置图、框架配筋图、梁柱截面配筋图等c 结构计算说明书：1) 计算一榀框架的内力及配筋2) 对典型楼板进行必要的设计验算3) 外文文献及翻译1.3 设计过程1) 确定结构体系与结构布置2) 根据经验对构件进行初估3) 确定计算模型及计算简图4) 荷载计算5) 内力计算及组合6) 构件设计7) 编写设计任务说明书8) 图纸绘制1.4 建筑设计1.4.1 工程概况该工程为框架结构体系多层办公楼主体为6层高25.2米建筑面积约5283 .42m2 16层层高均为3.6m局部突出电梯间为3.6m1.4.2 平面设计 由于本建筑冬季气温较低因此采用内廊式办公楼走廊净宽为2.4m柱网为7.2m×7.2m首层设有值班室接待室配电室档案室资料室食堂开水间传达室等；2 6层是标准层设有办公室会议室活动室咖啡厅杂物室单人办公室；顶层设有大会议室局长办公室和图书阅览室为了办公的舒适每层均设有开水间1.4.3 立面设计建筑物高度25.2m高宽比H/B=1.46<4可以采用底部剪力法计算水平地震作用顶层设电梯机房屋面为上人屋面女儿墙高为1.2m本建筑的窗一般采用双层塑钢窗且为平推窗因为双层窗具有保温的作用而推拉窗在高层建筑中使用起来比平面方便可使之免于受风的破坏窗的尺寸为2.4 m×1.5m和1.2m×1.5m为了避免地坪层受潮使室内外地坪标高差为600mm为了解决这个600mm的高差使人容易上到地坪层在门厅前做了三个台阶台阶是供人们正常出入的由于台阶伸出屋面为了防雨而在其上设置了雨蓬1.4.4 剖面设计建筑主体为6层层高均为3.6m室内外地坪高差为600mm为了室内装修和阻隔结构层中需要进行吊顶这样楼中各种电线保温管等都从吊顶中穿过为了避免上下层之间固体传声在吊顶中加入吸音材料2 结构布置及计算简图2.1 结构布置及梁、柱截面尺寸的初选2.1.1 结构平面布置方案根据办公楼的结构型式、受力特点和建筑使用要求及施工条件等因素综合考虑本设计采用现浇钢筋混凝土框架结构主体结构6层层高为3.6m建筑物总高为25.2m根据办公楼的使用功能要求并考虑柱网的布置原则本工程主体柱网为7.2m×7.2m填充墙内墙采用200mm厚的加气混凝土砌块砌筑外墙采用300mm厚的加气混凝土砌块砌筑门为木门和玻璃门窗为塑钢窗图2-1平面结构布置图Fig.2-1 Flat distribution of the structure图2-2结构计算简图Fig.2-2 Drawing of the structural design2.1.2 梁截面尺寸初选楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构楼板厚度按跨度的1/45估算取楼板厚度为120mm梁的截面尺寸应满足承载力、刚度及延性要求截面高度按一般取梁跨度l的1/121/8估算为防止梁产生剪切脆性破坏梁的净跨截面高度之比不宜小于4由此估算梁的截面尺寸见表2-1表中还给出了各层梁、柱和板的混凝土强度等级其设计强度C35（fc=16.7 N/ m2ft=1.57 N/ m2）C30(fc=14.3 N/ m2ft=1.43 N/ m2)表2-1 梁截面尺寸及各层混凝土强度等级Form2-1 The sectional size of a roof beam of the form and grade of intensity of every layer concrete混凝土强度等级横 梁b×hAB CD BC纵梁b×h次梁b×h2-6C30350×750250×450350×750300×6001C35350×750250×450350×750300×6002.1.3 柱截面尺寸初选1) 柱的轴压比设计值按照公式1-1计算： (2-1)式中：考虑地震作用组合后柱轴力压力增大系数边柱取1.3等跨内柱取1.2不等跨取1.25；F：按照简支状态计算柱的负载面积；g：折算后在单位面积上的重力荷载代表值近似取；n：验算截面以上楼层层数；2) 框架柱验算(2-2)由计算简图2-1可知边柱和中柱的负载面积分别为7.2×3.6 m2和7.2×4.8 m2由公式（2-2）得第一层柱截面面积为： 边柱 中柱 如取柱截面为正方形则边柱和中柱截面高度分别为410.4mm和410mm根据上述计算结果并综合考虑其它因素本设计中柱截面尺寸取值如下：1层 26层 框架结构平面布置如图2-1所示计算简图如图2-2所示取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线梁轴线取至板底2-6层柱高度即为层高3.6m；基础选用独立基础基础埋深取2.5m底层柱高度从基础顶面取至一层板底即3 重力荷载代表值计算3.1 屋面及楼面的永久荷载标准值1) 顶层上人屋面30厚细石混凝土保护层5mm厚的焦油聚氨酯防水涂料 20厚水泥砂浆找平层 150厚水泥蛭石保温层 120厚钢筋混凝土板 V型轻钢龙骨吊顶 合计 2) 15层楼面瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 100厚钢筋混凝土板 V型轻钢龙骨吊顶 合计 3.2 屋面及楼面可变荷载标准值上人屋面均布活荷载标准值 楼面活荷载标准值 屋面雪荷载标准值 式中：r为屋面积雪分布系数取3.3梁、柱墙门重力荷载标准值计算梁、柱可根据截面尺寸材料容重及粉刷等计算出单位长度上的重力荷载计算结果见表3-1表3-1 梁、柱重力荷载标准值Form3-1 Roof beam post gravity load standard value层次构件bmhmKN/m3GKNlimnGiKNGiKN1边横梁0.350.75251.057.3836.616791.462679.46中横梁0.250.40251.052.6251.8839.9次 梁0.300.60251.054.7257.014463.05纵 梁0.350.75251.057.3836.6281385.05柱0.600.60251.109.95.68362024.3522024.35226边横梁0.350.75251.057.3836.7516791.462679.46中横梁0.250.40251.052.6251.95839.9次 梁0.300.60251.054.7257.014463.05纵 梁0.350.75251.057.3836.6281385.05柱0.450.45251.105.5693.636721.74721.74注：1) 表中为考虑梁、柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数；G表示单位长度构件重力荷载；n为构件数量2) 梁长度取净长；柱长度取层高3.4 墙重力荷载标准值计算 外墙为300mm厚加气混凝土砌块（加气混凝土砌块密度为15 KN/m3）外墙面贴瓷砖（0.5 KN/ m2）内墙面为20mm厚抹灰则外墙单位墙面重力荷载为： 内墙为200mm厚加气混凝土砌块两侧均为20mm厚抹灰则内墙单位墙面重力荷载为： 木门单位面积重力荷载为0.2；铝合金门窗单位面积重量取0.43.5 重力荷载代表值集中于各质点的重力荷载Gi为计算单元范围内各层楼面上的重力荷载代表值及上下各半层的墙、柱等重量各可变荷载的组合值系数按规范规定采用：无论是否为上人屋面其屋面上的可变荷载均取雪荷载简单的计算过程如下：顶层重力荷载代表值包括： 屋面恒载、50%屋面荷载、梁自重、半层柱自重、半层墙自重其它层重力荷载代表值包括：楼面荷载、50%楼面均布活荷载、梁自重、楼面上下个半层的柱自重、墙自重第一层： 楼板面积： 柱 ： 外墙面积： 铝合金门窗： 内墙面积 ： 内墙木门铝合金门窗： 木门 ：第二五层： 第六层 ： 机房： 建筑物总重力和在标准值为: 图3-1 各质点重力荷载代表值Figure 3-1 various particles gravity load representative plants4 框架侧移刚度计算4.1 框架梁的线刚度计算表4-1 横梁线刚度计算表Form4-1 Line rigidity ib reckoner of the crossbeam类别层次ECN/mm2b mmhmmI0mm4lmmEc×I0/lN·mm1.5Ec×I0/lN·mm2.0Ec×I0/lN·mm边横梁13.15×10435075072005.768×10108.652×101011.54×1010263.0×10435075072005.493×10108.24×101010.986×1010走道梁13.15×1042504001.333×10924001.7496×10102.6244×10103.5×1010263.0×1042504001.333×10924001.6661×10102.5×10103.334×1010 表4-2 柱线刚度ic计算表 Form 4-2 Thread rigidity ic reckoner of the post层次hcmmEcN/mm2)b×hmm2I0mm4EcI0/hcN·mm156803.15×104600×6001.08×10105.9894×10102636003.0×1044450×4503.417×102.8475×1010图4-1 C-10柱及与其相连梁的相对线刚度Figure 4-1 C-10 column and its connected Liang's relative stiffness根据梁、柱线刚度比的不同结构平面布置图中的柱可分为中框架中柱和边柱、边框架中柱和边柱等现以第2层C-10柱的侧移刚度计算为例说明计算过程其余柱的计算过程从略计算结果分别见表4-3和表4-4第2层C-3柱及与其相连的梁的相对线刚度如图4-1所示图中数据取自表4-1和表4-2图4-1 C-10柱及与其相连梁 的相对线刚度得： 表4-3中框架各柱侧移刚度D值（N/mm） Form 4-3 The frame post side of China moves rigidity D value层次边柱（14根） c Di1中柱（14根） c Di2Di15.02810.7154188653.85740.65861736850726225.15380.7204189973.9540.664117513511140362.51040.6674148681.92610.617913765400862表4-4 边框架柱侧移刚度D值(N/mm)Form 4-4 The frame post side moves rigidity D lue层次A-1D-1A-10D-10 c Di1B-1C-1B-8C-10 c Di2Di12.89330.5613148023.77110.65341723012812822.96560.5972157483.86530.65917378132504361.44460.5645125761.88280.613713672104992 将上述不同情况下得到的同层框架柱侧移刚度相加即得框架各层层间侧移刚度Di如表4-5所示表4-5 横向框架层间侧移刚度（N/mm）Form 4-5 The side moves rigidity among the horizontal frame layer层次123456Di505854643644635390635390635390635390由表可知故该框架为规则框架5 横向水平荷载作用下框架的内力和侧移计算5.1 横向水平地震作用下框架的内力和侧移计算5.1.1 横向自振周期计算按公式5-1 （5-1）将折算到主体结构的顶层即结构顶点的假想位移由公式5-2公式5-4计算过程间表5-1其中第6层的Gi为G7与Ge之和 （5-2） （5-3） （5-4）表5-1 结构顶点的假想位移计算Form 5-1 The imagination displacement of the summit pinnacle of the structure is calculated层次GikNVGikNDiN/mmuimmuimm611065.0311065.0363593017.4428.9512374.24323439.27363593036.9411.5412374.24335813.51663593056.41374.6312374.24348187.75963539075.8318.2212374.24360562.00264364494.1242.4114448.5975010.592505854148.3148.3按公式5-5 （5-5）计算基本周期T1其中T的量钢为m取YT=0.7则5.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算本设计中结构主体高度不超过40m质量和刚度沿高度分布比较均匀变形以剪切型为主故可用底部剪力法计算水平地震作用结构总水平地震作用标准值计算如下： 因所以应考虑顶部附加水平地震作用顶部附加地震作用系数n经查表计算得：各质点的水平地震作用按公式5-6 （5-6）计算将上述n和FEK代入可得具体计算过程见表5-2各楼层地震剪力按公式5-7 （5-7）计算结果列入表5-2表5-2 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表Form 5-2 Cut the strength reckoner in every particle horizontal horizontal earthquake function and floor earthquake层次HimGiKNGiHiKN·mGiHiGiHiFiKNViKN27.28517.0514105.120.01331.88×3=95.6495.64623.6810430.07246984.060.231558.47590.35520.0812374.243248474.80.232562.071152.42416.4812374.243203927.520.191461.491613.91312.8812374.243159380.250.149360.831974.7429.2812374.243114832.980.107260.082238.8215.6814448.5982067.990.077185.952420.77各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见图5-1 图5-1 横向水平地震作用及楼层地震剪力Fig 5-1 crosswise horizontal earthquake function and floor earthquake shearing force5.1.3 多遇水平地震作用下的位移验算水平地震作用下框架结构的层间位移ui和顶点位移ui分别按公式5-8和公式5-9 （5-8） （5-9）计算计算过程见表5-3表中还计算了各层的层间弹性位移角表5-3 横向水平地震作用下的位移验算Form 5-3 Displacement checking computations under horizontal horizontal earthquake function层次ViKNDiN/mmui /mmui /mmhi /mme=6590.3563563900.9316.6736001/387451152.4263563901.8115.7436001/198441613.9163563902.5413.9336001/141731974.7463563903.1111.3736001/115822238.826436443.478.2636001/103612420.775058544.794.7956801/1186由表5-3可见最大层间弹性位移角发生在第3层其值为1/10361/550满足要求其中限值5.1.4 水平地震作用下框架内力计算以图2-1中轴线横向框架内力计算为例说明计算方法其余框架内力计算从略框架柱端剪力及弯矩分别按公式5-10和公式5-11 (5-10) (5-11)计算其中Dij取自表4-3Dij取自表4-5层间剪力取自表5-2各柱反弯点高度比y按公式5-12 (5-12)确定本例中底层柱需考虑修正值y2第2层柱需考虑修正值y1和y3其余柱均无修正具体计算过程及结果见表5-4、表5-5表5-4 各层边柱端弯矩及剪力计算Form 5-4 Curved square of post end of every side layer and cutting strength calculated层次himViKNDijN/mm边 柱Di1N/mmVi1NKymMijbKN·mMijuKN·m63.6590.356353901736816.143.85740.4526.1431.9553.61152.426353901736831.503.85740.556.756.743.61613.916353901736844.123.85740.579.4179.4133.61974.746353901736853.983.85740.597.1697.1623.62234.826436441751360.813.9540.5033110.18109.4515.682420.775058541376565.871.92610.603695225.88148.274表5-5各层中柱端弯矩及剪力计算Form 5-5 Curved square of post end of every middle layer and cutting strength calculated层次himVikNDijN/mm中 柱Di1N/mmVi1 NKymMijbKN·m MijuKN·m 63.6590.356353901886517.535.02810.4528.3934.7053.61152.426353901886534.225.02810.561.5961.5943.61613.916353901886547.925.02810.586.2586.2533.61974.746353901886558.635.02810.5105.54105.5423.62234.826436441899765.965.15380.5118.73118.7315.682420.775058541486871.152.51040.5755232.586171.546注：表中M量纲为KN·mV量纲为KN梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按公式5-13公式5-15 (5-13) (5-14) (5-15)计算其中梁线刚度取自表5-1具体计算过程见表5-6表5-6 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算Form 5-6 Curved square of roof beam end cutting the strength and strength of axis of a cylinder calculated层次边梁走道梁柱轴力7MblMbrlVbMblMbrlVb边柱N中柱N631.9526.647.28.148.068.062.46.72-8.141.42582.8469.097.221.120.8920.892.417.41-29.245.114136.11113.517.234.6734.3334.332.428.61-63.9111.173176.57147.267.244.9844.5344.532.437.11-108.8919.042206.61172.27.252.6152.0752.072.443.39-161.528.261258.454220.887.266.5767.467.42.456.17-232.1438.66注：1）柱轴力的负号表示拉力当为左地震作用时左侧两根柱为拉力对应的右侧两根柱为压力2）表中M单位为kN·m V单位为KN N单位为KN l单位为m水平地震作用下框架的弯矩图、梁端剪力图及柱轴力图如图所示图5-2 地震作用下的框架弯矩Fig 5-2 The sqare of frame under earthquake图5-3 地震作用下的框架梁端剪力及柱轴力图Fig 5-3 The strengh of beam and axis of pillar under earthquake5.2 横向风荷载作用框架结构内力和侧移计算 5.2.1 风荷载标准值基本风压0=0.45KN/ m2s=0.8（迎风面）s= - 0.5（背风面） B类地区H/B=23.68/50.9=0.465由表查v=0.42T1=0.78s0T12=0.4×0.782=0.274KN.s2/m2=1.3022仍取轴线横向框架其负载宽度为7.8m由公式得沿房屋高度的荷载标准值根据各层标高处的高度Hi由表查取z代入上式可得各楼层标高处的q(z)见下表5-7q(z)沿房屋高度的分布见下图5-3 表5-7 沿房屋高度分布风荷载标准值Form 5-7 Highly distribute the wind and load standard value along the house层次HiHi/Hzzq1(z) KN/mq2(z)KN/m622.21.001.28741.03.3372.086518.60.8381.21921.03.161.9754150.6761.141.02.9551.847311.40.5141.03921.02.6941.68427.80.3511.0001.02.5921.6214.20.1891.0001.02.5921.62图5-4 风荷载沿房屋高度的分布(单位：KN/m)Fig 5-4 High wind load distribution along the housing(KN/m)荷载规范规定对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋结构应采用风振系Z来考虑风压脉动的影响本结构房屋高度H=28.15m<30m且H/B=23.68/17.3=1.371.5由表5-1可见Z沿房屋高度在1.1001.387范围内变化即风压脉动的影响较小因此该房屋不必考虑风压脉动的影响框架结构分析时应按静力等效原理将图5-3的分布风荷载转化为节点集中荷载如图5-4例如第5层的集中荷载F5的计算过程如下：图 5-5等效节点集中风荷载(kN)Figure 5-5 Concentrated wind loading on equivalent nodalKN 表 5-8 各层节点集中荷载Form 5-8 Every layer node concentrates on loading层次123456集中荷载16.428615.163215.760817.287218.4869.76145.2.2 风荷载作用下水平位移验算根据图5-4所示的水平荷载由公式5-10计算层间剪力Vi然后求出轴线框架的层间侧移刚度再式计算各层的相对侧移和绝对侧移计算过程见下表5-9 表5-9 风荷载作用下框架层间剪力及侧移Form 5-9 Cut strength and side move among the frame layer under the function of loading of wind层 次 FikNVikNDiN/mmuimmuimmHimm