黑龙江科技职业学校教学办公楼结构设计毕业设计.doc
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1、毕业设计(论文)题 目 黑龙江科技职业学校教学办公楼结构设计姓 名: 教育层次: 学 号: 申请学位: 否 专 业: 土木工程 指导教师: 学 校: 中文摘要本设计为黑龙江科技职业学校办公综合楼建筑结构设计,主体结构为十层的框架剪力墙结构体系,含一层地下室,裙房采用框架结构。总建筑面积为15000m2,建筑高度为36.6m。建筑抗震设防烈度7度,结构的安全等级二级,地面粗糙度类别为C类。本设计包括建筑设计和结构设计两部分。建筑部分包括平、立、剖面的设计,以及部分构造做法的确定等。结构部分有结构体系的布置、基本构件截面尺寸的确定、结构的刚度计算、一榀框架的内力、配筋的计算、内力的不利组合、框架剪
2、力墙的协同工作分析、一片剪力墙的内力配筋计算、现浇楼板、楼梯的设计,筏形基础的设计等。除此之外,利用结构设计软件PKPM 进行一榀框架的截面设计,并对主要控制截面的内力与手算进行比较分析。关键词:框架剪力墙;协同工作分析;抗震设防烈度;配筋计算目 录中文摘要11 结构选型及结构布置81.1 结构形式81.2 结构选型81.2.1 框架结构体系81.2.2 剪力墙结构体系81.2.3 框架剪力墙结构体系91.2.4 筒体结构91.2.5 巨型结构体系91.3 结构布置91.3.1 结构平面布置原则91.3.2 结构竖向布置原则91.3.3 变形缝的设置91.4 剪力墙的布置及间距111.4.1
3、剪力墙的布置原则111.4.2 剪力墙的间距111.5 结构的总体布置111.5.1 高层建筑结构体系的最大高度111.5.2 结构高宽比H/B121.5.3 结构平面形状121.5.4 结构柱网布置形式132 结构构件截面尺寸初选152.1 框架梁截面尺寸的初选152.1.1 梁的强度等级152.1.2 框架梁截面尺寸的初估152.2 框架柱截面尺寸的初选162.2.1 柱的强度等级162.3 填充墙截面的初选162.4 剪力墙的选择162.4.2 剪力墙的强度等级172.4.3 剪力墙尺寸的确定172.5 板的截面尺寸的初选182.5.1 板的强度等级182.5.2 板的厚度182.5.3
4、 板的类型183 荷载计算193.1 工程做法193.1.1 屋面做法193.1.2 标准层楼面做法(除卫生间外的其他房间)193.1.3 首层地面做法(除卫生间外的其他房间)193.1.4 标准层卫生间地面做法203.1.5 首层卫生间地面做法203.1.6 外墙面做法213.1.7 内墙面做法213.1.8 女儿墙做法213.2 楼面恒载的计算213.3 各层柱自重的计算243.4 各层梁自重243.5 各层门窗、墙体荷载的计算263.6 重力荷载代表值的计算334 地震作用及结构抗震验算354.1 梁线刚度的计算354.2 柱线刚度计算354.3 框架柱侧移刚度及框架刚度计算364.3.
5、1 框架柱侧移刚度及框架刚度计算364.3.2 总框架的等效刚度384.4 剪力墙等效刚度的计算384.4.1 剪力墙W1等效刚度的计算384.4.2 剪力墙W-2的等效刚度的计算404.4.3 剪力墙W-3等效刚度的计算424.5 结构基本自振周期的计算及水平地震作用计算444.5.1 结构的基本周期444.5.2 结构的水平地震作用454.6 水平地震作用下框架-剪力墙地震内力和侧移计算464.6.1 框架层间地震剪力的计算464.6.2 位移计算与验算475 横向风荷载的计算495.1 风荷载标准值计算495.2 总风荷载计算495.3 横向风荷载作用下的内力计算505.4 风荷载作用下
6、剪力和弯矩标准值在剪力墙之间的分配525.5 框架柱风荷载剪力分配(按D值法计算)545.6 风荷载作用下柱端弯矩标准值的计算555.7 风荷载作用下梁端剪力及柱轴力计算555.8 风荷载作用下梁柱、端弯矩的计算565.9 风荷载作用下的内力图586 框架剪力墙协同工作分析606.1 地震剪力和弯矩标准值在剪力墙之间的分配606.2 框架柱地震剪力的分配636.3 水平地震作用下柱端弯矩标准值的计算646.3.1 反弯点高度的确定646.3.2 水平地震作用下柱端弯矩标准值646.4 水平地震作用下梁端剪力及柱轴力计算666.5 水平地震作用下梁、柱端弯矩的计算676.6 水平地震作用下的内力
7、图687 内力计算、组合及配筋707.1 竖向荷载计算707.1.1 计算单元的确定707.1.2 恒载计算707.1.3 活荷载分析747.1.4 梁端固端弯矩的计算767.2 计算梁柱的转动刚度787.3 分配系数的计算787.4 弯矩分配与传递817.5 竖向荷载作用下的内力图887.5.1 梁端弯矩的调幅887.6 竖向荷载作用下梁端剪力的计算907.6.1 在恒载(标准值)作用下梁端(BD跨)剪力的计算907.6.2 在恒载(标准值)作用下梁端(DE跨)剪力的计算907.6.3 在活载(标准值)作用下梁端(BD)剪力的计算917.6.4 在活载(标准值)作用下梁端(DE)剪力的计算9
8、17.7 竖向荷载作用下柱轴力的计算927.7.1 在恒载(标准值)作用下中框架边柱的轴力计算927.7.2 在恒载(标准值)作用下中框架中柱的轴力计算927.7.3 在活载(标准值)作用下中框架边柱的轴力计算937.7.4 在活载(标准值)作用下中框架中柱的轴力计算947.8 竖向荷载作用下柱轴力的计算947.8.1 在恒载(标准值)作用下梁端弯矩的计算947.8.2 在活载(标准值)作用下梁端弯矩的计算967.9 内力组合977.9.1 框架柱的内力组合977.9.2 框架梁的内力组合977.10 框架梁、柱的配筋计算1007.10.1 框架梁的配筋计算1007.10.2 框架柱的配筋计算
9、1038 剪力墙的设计1108.1 荷载计算1108.1.1 计算单元及计算简图1108.1.2 剪力墙自重1108.1.3 屋面及楼面恒载计算1108.1.4 活载分析1118.2 剪力墙内力组合1128.3 剪力墙配筋计算1148.3.1 剪力墙的轴压比及剪跨比的验算1148.3.2 偏心受压正截面抗震承载力计算1149 楼盖设计1179.1 板的设计1179.1.1 双向板的计算1179.1.2 单向板的计算1199.2 次梁的设计12010 楼梯设计12310.1 楼梯结构平面布置图12310.2 梯段板设计12310.3 平台板设计12410.4 平台梁设计12511 基础设计127
10、11.1 筏形基础的截面尺寸及构造设计12711.2 地下室构件截面尺寸的确定12811.2.1 框架柱、梁截面尺寸的确定12811.2.2 剪力墙尺寸的确定12811.3 地下室柱轴力12811.4 地基承载力的验算13011.5 基础底板冲切承载力计算13111.6 基础底板斜截面受剪承载力的验算13211.7 基础梁板内力分析13211.7.1 板的内力计算13211.7.2 基础梁内力计算13411.8 基础板配筋计算13511.9 基础梁配筋13611.9.1 BD 跨梁13612 PK 计算书139外文翻译168译文168参考文献170致谢1711 结构选型及结构布置1.1 结构形
11、式多层及高层建筑的结构形式有砌体结构、钢筋混凝土结构和钢结构。砌体结构材料来源丰富,施工方便,造价低廉,大量应用于低层及多层的民用建筑但其强度低、自重大。抗震性能差。钢筋混凝土结构具有较好的抗弯抗剪能力,抗震性能好,且随着科学技术的发展其自重大耗料多等缺点不断克服,是目前多层和高层建筑中应用最广泛的。钢结构建设速度快,自重轻,抗震性能好,多用于高层及大跨度结构。综上考虑,本设计采用钢筋混凝土结构。1.2 结构选型在高层建筑中,常见的结构体系有框架结构体系、剪力墙结构体系、框架剪力墙结构体系、筒体结构体系和巨型结构体系等。随着建筑层数和高度的增加,水平作用对高层建筑结构安全的控制作用更加显著,包
12、括地震作用和风荷载。高层建筑的承载能力、抗侧刚度、抗震性能、材料用量和造价高低,与其所采用的结构体系密切相关。不同的结构体系,适用于不同的层数、高度和功能。1.2.1 框架结构体系框架结构体系是由梁和柱为主要构件组成的承受竖向和水平作用的结构。整体性能好,有较好的抗震性能,建筑平面布置灵活,可以用隔墙分隔空间以适用不同使用功能的要求。适用于办公楼、教室、商场、住宅等房屋建筑,但其只能在自身平面内抵抗侧向力,抗震框架结构的梁柱不允许铰接,必须采用刚接,其侧向刚度比较小,不适用于高层度大的房屋建筑。1.2.2 剪力墙结构体系剪力墙结构体系由剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构。剪力墙结构整体性好,
13、承载力及侧向刚度大,适高度范围大,多层及30-40层都可应用,但其平面布置不灵活,空间局限,结构自重大,且剪力墙的间距不能太大,适用于开间较小、墙体较多、房屋面积不大的房间,使建筑平面布置和使用要求受到一定限制,不能满足公共建筑的使用要求。1.2.3 框架剪力墙结构体系框架剪力墙结构体系是把框架和剪力墙两种结构共同组合在一起形成的结构体系,房屋的竖向荷载分别由框架和剪力墙共同承担,而水平作用主要是由抗侧刚度较大的剪力墙承担。它是一种双重抗侧力结构,其既有框架结构布置灵活、延性好的特点,也有剪力墙结构刚度大、承载力大的特点,广泛用于高层建筑。1.2.4 筒体结构筒体结构是将剪力墙在平面内围合成箱
14、形,形成一个竖向布置的空间刚度很大的薄壁筒体;也可由密柱框架围合,形成空间整体受力的框筒等,从而形成具有很好的抗风和抗震性能的筒体结构体系。筒体结构由于具有承受水平荷载的良好刚度,并能形成较大的使用空间,多用于较高的建筑物,但筒体结构造价高只适用于超高层建筑。1.2.5 巨型结构体系 巨型结构体系在主体巨型结构的平面布置和沿高度布置均为规则的前提下,建筑布置和建筑空间在不同楼层可以有所变化,形成不同的建筑平面和空间。综合考虑以上结构体系的各自特点和使适用范围,并结合本设计的具况,选用钢筋混凝土框架剪力墙结构体系。1.3 结构布置1.3.1 结构平面布置原则在高层建筑的一个独立结构单元内,宜使结
15、构平面形状宜简单、规则、对称,刚度和承载力分布均匀,平面长度不宜过长,突出部分长度L不宜过大,不应采用严重不规则的平面形状。1.3.2 结构竖向布置原则高层建筑的竖向体型宜规则、均匀,避免有过大的外挑和内收,结构的侧刚度宜下大上小,逐渐均匀变化,不应采用竖向布置严重不规则的结构。抗震设计时,结构竖向抗侧力构件宜上下连续贯通。1.3.3 变形缝的设置在一般房屋结构的总体布置中,为了消除结构不规则收缩应力和温度应力,不均匀沉降对结构的有害影响,可以用沉降缝、伸缩缝、防震缝将房屋分成若干个独立的部分,从而消除沉降差、温度应力和体型复杂对结构的危害。但在高层建筑中,由于建筑使用要求和立面效果的原因,以
16、及防水处理困难等,一般不设缝,特别是在地震区,由于缝将房屋分成几个独立的部分,地震时常常因为相互碰撞而造成震害。在本设计中,虽然属于高层建筑,但由于建筑物长宽比的限制,故在设计中设置了适当的缝,并从基础开始断开。(1) 伸缩缝伸缩缝是消除建筑物因受温度变化的影响而在结构内部产生的温度应力,它将基础以上的建筑物构件全部分开以保证伸缩缝两侧的建筑构件能在水平方向自由伸缩,其宽度一般为2040mm。钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距见表1.1。表1.1 钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距(m)结构类别施工方式室内或土中露天框架结构现浇5535剪力墙结构现浇4530(2)沉降缝一般在建筑高度、荷载相差较大处;
17、基础形式、宽度埋深不同处;建筑体形复杂,连接部位薄弱处。新旧建筑物相毗连处设置沉降缝的方法将结构从顶到基础整个断开。使各部分自由沉降,避免由沉降差引起裂缝或破坏,本工程有地下室,设置沉降缝会使地下室的防水构造复杂,因此应做好防水处理。(3) 防震缝高层建筑宜调整平面形状和结构布置,避免结构不规则,不设防震缝。当建筑物平面形状复杂而又无法调整其平面形状和结构布置使之成为较规则的结构时,宜设置防震缝将其划分为较简单的几个结构单元。设置防震缝时,应符合下列规定:1) 框架结构房屋,高度不超过15m的部分,可取70mm;超过15m部分,6度、7度、8度和9度相应每增加高度5m、4m、3m和2m,宜加宽
18、20mm。2) 框架-剪力墙结构房屋可按第一项规定数值的70%采用,剪力墙结构房屋可按第一项规定数值的50%采用,但二者均不宜小于70 mm。3) 防震缝两侧结构类型不同时,按需要较宽防震缝的结构类型和较低房屋高度确定缝宽。根据以上要求,防震缝的宽度为b=70+(36.615)/42070%=124.6mm在本设计中综合考虑三缝,将变形缝缝宽设为130mm。1.4 剪力墙的布置及间距1.4.1 剪力墙的布置原则高层规程8.1.7中规定框架剪力墙结构中剪力墙的布置宜符合下列要求:1)剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近,楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位,剪力墙间距不宜过大;2)平面形状
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