天顺多层办公楼建筑和结构设计 毕业设计计算书.doc

毕业设计(论文) 毕 业 设 计（论文）题目： 天顺多层办公楼建筑和结构设计教 学 院： 专业名称： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 成果介绍及创新性评价（供评审专家参考）该毕业设计课题是结合湖北省教育厅重点科研项目（b200730001）进行的，该生运用国家现行办公楼设计规范和理论，对天顺多层办公楼进行了建筑和结构设计，方案先进，计算正确，成果质量高。在设计成果的基础上，综合了设计时重点设计的要点，撰写了一篇“天顺多层办公楼设计心得体会”的论文（自选内容），主要就进行建筑方案设计与结构设计时主要设计的一些内容进行了讨论；并且，对办公楼设计时的主要设计步骤进行了阐述，对类似的工程会有所帮助。指导老师：年 月 日目 录结构计算书1设计基本资料11.1初步设计资料11.2结构选型22结构布置及计算简图22.1结构布置及梁,柱截面尺寸的初选22.2框架结构的计算简图53重力荷载代表值的计算64 框架侧移刚度的计算95横向水平荷载作用下框架内力计算126竖向荷载作用下内力计算186.1框架结构的荷载计算186.2框架结构的内力计算217框架结构的内力组合308框架梁柱板的配筋计算458.1框架梁的正、斜截面计算458.2框架柱的截面设计508.3板配筋计算53天顺多层办公楼设计心得体会致谢 参考文献附录(建筑施工图, 结构施工图)天顺多层办公楼建筑和结构设计摘 要：本工程为天顺多层办公楼工程，采用现浇钢筋混凝土框架结构体系，主体为五层，本地区抗震设防烈度为7度，近震，场地类别为ii 类场地。主导风向为夏季东南风，冬季西北风，基本风压0.35kn/，基本雪压0.4kn/。楼屋盖均采用现浇钢筋混凝土肋型屋盖。 在进行建筑设计时，需要收集必要的设计资料，例如办公楼所处地区、当地的地质、气候、办公楼的功能等，在整个设计过程中都应综合考虑所给设计资料，并结合规范、规程，以利于准确执行规范、规程，切实提高建筑施工图的设计质量。在进行结构设计时，本设计主要进行了结构方案中横向框架第4轴的设计。在确定框架布局之后，先进行了重力荷载代表值的计算,进而求出在风荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力，并进行内力组合计算，找出不利的一组或几组内力组合，选取最不利的组合计算配筋。整个结构在设计过程中，严格遵循相关的专业规范的要求，参考相关资料和有关最新的国家标准规范，对设计的各个环节进行综合全面的科学性考虑。总之，适用、安全、经济、使用方便是本设计的原则。设计合理可行的建筑结构方案是现场施工的重要依据。关键词： 框架结构 荷载计算 内力计算 计算配筋architectural and structural design oftianshun multi-office buildingabstract: this project is multi-storey office building for the skyway project, using steel reinforced concrete frame structure system, subject to five, the regional seismic intensity of 7 degrees, near earthquake, site classification for the type ii site. dominant wind direction for the summer wind southerly winter northwest wind, the basic wind pressure 0.35kn / , basic snow load 0.4kn / . house and adopt cast reinforced concrete roof rib-type roof. during architectural design, the need to collect the necessary design information, such as office locations, the local geology, climate, the functions of office, in the whole design process should be taken into account in the design data given, and their regulations order to facilitate accurate implementation of the norms, rules, and effectively improve the quality of construction design plans.when carrying out structural design ，the structure of the design of the main framework of the program in 4-axis horizontal design. in determining the framework of the layout, the first carried out on behalf of gravity load calculation in order to calculate wind loads in the structure of internal forces (bending moment, shear, axial force). then calculate vertical load (dead load and live load) under the action of internal force and internal forces combined basis, to identify adverse internal force of a group or several groups of combinations, select the most unfavorable combination of calculation of reinforcement.the whole structure in the design process, strictly follow the requirements of relevant professional norms, reference information and the latest in national standards, right to conduct all aspects of the design of comprehensive scientific considerations . in short, application, security, economic, easy to use is the design principle. reasonable and feasible structural design program is an important basis for the construction site.key words: frame structure load calculation force calculation calculation of reinforcement天顺多层办公楼结构设计计算书1 设计基本资料1.l 初步设计资料1）工程名称：天顺多层办公楼。2）工程概况：建筑面积2876.4，建筑总高为18.8m,主体大楼为五层，室内外高差为0.90m.3）温度：最高气温41，最低气温-4。4）主导风向：夏季东南风，冬季西北风。5）基本风压：0.35kn/。6）基本雪压：0.4kn/。7）最大降雨量：年降雨量1043.3mm，日最大降雨量317.4mm。8）水文资料：经勘探未发现地下水。9）地质条件：（1）地震烈度：本工程地震设防烈度为7度，近震，场地类型： 类。（2）地质资料：见表1 地质资料 表1基底埋深（m）土层厚度（m）岩土名称地基土静荷载标准值（kpa）2.202.20杂填土1008.005.80粉质粘土14016.208.20粘土16020.704.50中密的细砂25.004.30基岩笔趣阁--笔下文学10）材料使用：（1） 混凝土：梁柱板均使用c25混凝土。（2） 钢筋：纵向受力钢筋采用热轧钢筋hrb335,其余采用热轧钢筋hpb235。（3） 墙体：外纵墙采用240厚灰砂砖（18kn/m3），一侧墙体为水刷石墙面（0.5kn/）,一侧为20厚抹灰（17kn/）。内隔墙采用200厚蒸压粉煤灰加气砼砌块（5.5kn/m3）,两侧均为20mm厚抹灰。卫生间隔墙采用200厚蒸压粉煤灰加气砼砌块（5.5kn/m3），两侧贴瓷砖（0.5kn/）。窗：均为钢框玻璃窗（0.45kn/m2）门：除大门为玻璃门（0.45kn/m2），办公室均为木门(10.2kn/m2)。1.2 结构选型1）结构体系选型：采用钢筋混凝土现浇框架结构体系。2）屋面结构：采用现浇混凝土肋型屋盖，刚柔性结合的屋面，屋面板厚100mm。3）楼面结构：采用现浇混凝土肋型屋盖，板厚100mm。4）楼梯结构：采用钢筋混凝土梁式楼梯。5）天沟：采用现浇天沟。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梁柱截面尺寸初选 主体结构共5层，首层层高为4.2m，其余各层层高为3.3m，内外墙的做法：内墙做法：内外墙均砌240厚空心砌块砖，门窗详见门窗表，楼层屋盖均为现浇钢筋混凝土结构。板厚取100 mm： 1）梁截面尺寸的估算：（1）ab跨：主梁：l=6000, 取500mm，取200mm故框架横纵梁的截面尺寸为bh=200mm500mm次梁：l=6000 ,取400mm，b取250mm故框架次梁的截面尺寸为bh=250mm400mm（2）bc跨：主梁：l=2100mm,取450mm，取250mm故框架梁的截面尺寸为bh=250mm450mm（3）1011跨次梁：l=3300mm，取300mm，取200mm故框架次梁的截面尺寸为bh=200mm300mm估算梁的截面尺寸（）及各层混凝土强度等级 表2层数混凝土强度等级横梁（bh）纵梁（bh）次梁（bh）ab,cd跨bc跨15c25200500250450200500250450注：10轴线和11轴线之间的次梁截面尺寸为200mm300mm2）柱截面尺寸的估算框架柱截面尺寸根据柱的轴压比限制，按下式计算：（1） 柱组合的轴压比设计值按照下式计算： (21)式中：为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；: 为按照简支状态计算柱的负荷面积；：为折算后在单位面积上的重力荷载代表值，近似取14kn/；: 为验算截面以上楼层层数；（2） 框架柱验算 (22)由计算简图21可知边柱和中柱的负载面积可知：中柱：（3.63.6）/2(6+2.1)/2=3.64.05边柱：（3.63.6）/26/2=3.63边柱： 中柱： 根据上述计算结果，并综合考虑其他因素，取柱截面为正方形，初步估计柱的尺寸为400400160000，为计算简便中柱和边柱的尺寸相同，均为400400。 故初选柱的尺寸为400400。图1 边柱和中柱的负荷面积简图2.1.2 结构布置如图2 所示梁的尺寸：=200500，=250400=250450，=200300边柱、内柱的尺寸均为：400400图2 结构平面布置图2.2框架结构的计算简图图3 框架结构梁，柱尺寸注：室内外高差0.9m,基础埋深0.5m,h=0.9m+0.5m+4.2m=5.6m3 重力荷载代表值的计算1）屋面及楼面恒荷载计算（1）屋面防水层（刚性）30厚c20细石混凝土 1.0kn/找平层（柔性）三毡四油油铺小石子 0.4 kn/找平层：15厚水泥砂浆 0.015m200.3 kn/找坡层：40厚水泥石灰砂浆3找平0.04m140.56 kn/保温层：80厚矿渣水泥0.08m14.51.16kn/结构层：100厚现浇钢筋混凝土板0.1m252.5kn/抹灰层：10厚混合砂浆0.01m170.17kn/合计 6.09 kn/（2）各层走廊楼面：水磨石楼面：10面层20水泥砂浆打底0.65 kn/素水泥砂浆结合层一道结构层：100厚现浇钢筋混凝土板0.1m252.5kn/抹灰层：10厚混合砂浆0.01m170.17kn/合计：3.32 kn/（3）标准层楼面：大理石楼面大理石面层，水泥砂浆擦缝30厚1：3干硬性水泥砂浆面上撒2厚素水泥 1.16kn/水泥浆结合层一道结构层：100厚现浇钢筋混凝土板0.1m252.5kn/抹灰层：10厚混合砂浆0.01m170.17kn/合计：3.83 kn/（4）楼梯，水泥砂浆楼面构造层：0.5kn/结构层：100厚现浇钢筋混凝土板0.1m252.5kn/抹灰层：10厚混合砂浆0.01m170.17kn/合计：3.17 kn/2）屋面及楼面活荷载计算（1）根据荷载规范查得 ：不上人屋面：0.5kn/楼 面：2.0kn/(办公楼)走 廊: 2.5kn/（2）雪荷载=1.00.4 kn/=0.4 kn/屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者取大者.3)梁，柱，墙，门窗重力荷载的计算（1）梁自重：边横梁，纵梁：bh=200500梁自重： 2.50.2m(0.5m-0.1m)=2.00 kn/m抹灰层10厚混合砂浆： 0.01m(0.5m-0.1m)2+0.2m17=0.17kn/m合计：2.17 kn/m中横梁：bh=250450梁自重：250.25m(0.45m-0.1m)=2.1875kn/m抹灰层10厚混合砂浆： 0.01m(0.45m-0.1m)2+0.25m17=0.1615 kn/m合计：2.349 kn/m次梁：bh=250400梁自重：250.25m(0.4m-0.1m)=1.875kn/m抹灰层10厚混合砂浆： 0.01m(0.4m-0.1m)2+0.25m17=0.1445 kn/m合计：2.0195 kn/基础梁：bh=250400梁自重：250.25m0.4m=2.5kn/m（2）柱自重：柱：bh=400400柱自重：250.4m0.4m=4kn/m抹灰层10厚混合砂浆： 0.01m0.4m417=0.272 kn/合计：4.272 kn/构造柱：bh=240240柱自重：250.24m0.23m=1.44kn/m抹灰层10厚混合砂浆： 0.01m0.24m0.24m217=0.16 kn/合计：1.6 kn/（3）外纵墙自重：标准层纵墙：0.9m0.24m18=3.89 kn/m铝合金窗：0.35 kn/1.85m=0.6475 kn/m水刷石外墙面：（3.3m-1.85m）0.5 kn/=0.725 kn/m水泥粉刷那墙面：（3.3m-1.85m）0.36 kn/=0.522kn/m合计：5.7845 kn/m底层：纵墙 （5.6m-1.85m-0.5m-0.5m）0.24m18=11.88 kn/m铝合金窗：0.35 kn/1.85m=0.6475 kn/m水刷石外墙面：（3.3m-1.85m）0.5 kn/=0.725 kn/m石灰粗沙刷那墙面：（3.3m-1.85m）0.36 kn/=0.522kn/m合计：13.7745 kn/m（4）内隔墙自重：标准层纵墙：（3.3m-0.5m）0.20m9.6=5.376 kn/m水泥粉刷内墙面：(3.3m-0.5m)0.36 kn/2=2.016 kn/m合计：7.392 kn/m底层：内隔墙：（5.6m-0.9m-2.1m-0.5m）0.20m9.6=4.032 kn/m水泥粉刷内墙面：（5.6m-0.9m-2.1m-0.5m）0.36 kn/2=1.512kn/m合计：5.544 kn/m4 框架侧移刚度的计算1）框架梁柱的线刚度计算框架梁柱的相对线刚度如图41所示，作为计算各节点弯矩分配的依据.在框架结构中，现浇楼板的楼可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架的侧移。为考虑这一有利的作用，在计算梁的截面惯性矩的时候，对于中框架取i=2 io（io为梁的截面惯性矩） （41） 梁采用c25混凝土，。由于左跨梁右跨梁：i边梁ei/l=中跨梁：i中跨梁ei/l= 底层柱：（ad轴）i底柱ei/l=其余各层柱：（ad轴）i余柱：ei/l=令i余柱1.0,则其余各杆件的相对线刚度为：i边梁i中跨i底柱图4 框架梁柱的相对线刚度2）梁柱的线平均刚度比（1）底层 (4-2) (4-3)由公式（42）、（43）可求梁柱线刚度为： a,d梁柱线刚度为： （kn/m） b,c梁柱的线刚度为： （kn/m）（2）标准层： (4-4) (4-5)由公式（42）、（43）可求梁柱线刚度为：a,d梁柱的线刚度为： （kn/m）b,c梁柱的线刚度为： （kn/m）故横向框架的侧移刚度见表3，表4。 横向框架25层d值 表3构件名称d值（kn/m）数量d（kn/m）a柱4905.455419621.82b柱7651.570415303.14c柱7651.570415303.14d柱4905.455419621.8225114.0569849.92横向框架首层d值 表4构件名称d值（kn/m）数量d（kn/m）a柱3920.39513920.395b柱4735.44614735.446c柱4735.44614735.446d柱3920.39513920.39517311.6825 横向水平荷载作用下框架内力计算1）风荷载标准值荷载荷载规范规定，对于高度大于30m，且高宽比大于1.5的房屋结构，应采用风振系数未考虑风压脉动影响，本设计房屋高度h=18.8m30m,且h/b=18.8m/14.1m=1.31.5，所以根据规范取=1.0。为了简化计算，作用在外墙面上的风荷载可近似用作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值： （5-1）式中：为基本风压，；：风压高度变化系数，地面粗糙度为b类；：风荷载体型系数，根据建筑物的体型查得=1.3；：下层柱高；：上层柱高，对顶层为女儿墙高度的2倍；b：迎风面的宽度，b=3.6m。计算结果见表5。集中风荷载标准值 表5离地高度z/m/m/m/kn18.81.2211.30.3515.51.1511.30.3212.21.0611.30.368.91.0011.30.305.61.0011.30.392）风荷载作用下的位移验算（1）侧移刚度d见表3和表4。（2）风荷载作用下框架侧移计算水平荷载作用下框架的层间侧移可按下式计算: （5-2）式中： ：第j层的总剪力； ：第j层所有柱的抗侧移刚度之和； ：第j层的层间侧移。 第一层的层间侧移值求出以后，就可以计算各楼板标高处的侧移值的顶点侧移值，各层楼板标高处的侧移值是该层以下各层层间侧移之和。顶点侧移是所有各层层间侧移之和。 j层侧移 （5-3）顶点侧移 （5-4）框架在风荷载作用下侧移的计算见表6。风荷载作用下框架侧移计算 表6层次（kn/m）52.952.9525114.050.00011/3300043.126.0725114.050.00021/1650032.868.9325114.050.00041/825022.7011.6325114.050.00051/660017.2918.9217311.680.00111/5091 侧移验算：层间侧移最大值：1/50911/550(满足要求)3）风荷载作用下的框架结构的内力计算框架在风荷载（从左向右吹）作用下的内力用d值法（改进的反弯点法）进行计算。其步骤为：（1）求各柱反弯点处的剪力值；（2）求各柱反弯点高度；（3）求各柱的杆端弯矩及梁端弯矩；（4）求各柱的剪力和梁剪力。第i层第m柱所分配的剪力为：，见表5。框架柱反弯点位置，计算结果如表7,8所示。a、d轴框架柱反弯点位置 表7层号53.30.5280.2510000.2610.8343.30.5280.350000.351.1633.30.5280.4010000.4011.3223.30.5280.5000-0.050.451.4915.60.890.650-0.0500.603.36b、c轴框架柱反弯点位置 表8层号 53.30.9670.350000.351.1643.30.9670.400000.401.3233.30.9670.450000.451.4923.30.9670.5000-0.050.451.4915.61.5780.5970-0.021100.57593.23框架各柱的杆端弯矩、梁端弯矩按下式计算，计算过程如表9，表10所示。 （5-5） （5-6）中柱处的梁 （5-7） （5-8）边柱处的梁 （5-9）风荷载作用下a（d）轴框架柱剪力和梁柱端弯矩的计算 表9层yh/m/52.9525114.054905.4550.1950.580.831.430.481.4346.0725114.054905.4550.1921.373.0038.9325114.054905.4550.1951.741.323.442.304.81211.6325114.054905.4550.1952.271.494.113.386.41118.9217311.683920.3950.2264.283.369.5914.3812.97风荷载作用下b（c）轴框架柱剪力和梁柱端弯矩的计算 表10层yh/m52.9525114.057651.570.3050.901.161.931.040.530.5346.0725114.057651.570.3051.851.323.672.441.291.2938.9325114.057651.570.3052.721.494.934.052.012.01211.6325114.057651.570.3053.551.496.435.292.862.86118.9217311.684735.4460.2745.183.2312.2816.734.804.80注：其中，b轴的等于c轴的，b轴的等于c轴的，、的单位是图5 框架柱节点弯矩分配框架柱轴力与梁端剪力的计算结果见表11。 风荷载作用下框架柱轴力与梁端剪力 表11层梁端剪力/kn柱轴力/kn边跨中跨a轴b轴c轴d轴50.330.92-0.33-0.59-0.590.590.590.3340.722.24-1.05-1.52-2.831.522.831.0531.143.51-2.19-2.37-6.342.376.342.1921.554.99-3.74-4.44-11.334.4411.333.7412.968.37-6.70-5.41-19.75.4119.76.70注：轴力压力为+，拉力为-。风荷载作用下，框架的弯矩图、梁端剪力图及柱轴力图如图6、7、8所示。图6 风荷载作用下的弯矩图（kn）图7 风荷载作用下的剪力图（kn）图8 风荷载作用下的轴力图（kn）6 竖向荷载作用下内力计算6.1 框架结构的荷载计算6.1.1 板传荷载计算计算单元见下图所示：因为楼板为整体现浇，本板选用双向板，可沿四角点沿线将区格分为小块，每个板上的荷载传给与之相邻的梁，板传至梁上的三角形或梯形荷载可等效为均布荷载。图9 框架结构计算单元图10 框架结构计算单元等效荷载1）ab，（cd）轴间框架梁屋面板传荷载：恒载： 活载： 楼面板传荷载：恒载： 活载： 梁自重：2.17kn/mab，（cd）轴间框架梁均布荷载为：屋 面 梁：恒载=梁自重+板传荷载 =2.17kn/m+20.239=22.409kn/m 活载=板传荷载=1.687kn/m楼面板传荷载：恒载=梁自重+板传荷载 =2.17kn/m+12.919kn/m=15.089kn/m 活载=板传荷载=6.746kn/m2）bc轴间框架梁屋面板传荷载：恒载：活载： 楼面板传荷载：恒载：活载：梁自重：2.349kn/mbc轴间框架梁均布荷载为：屋 面 梁：恒载=梁自重+板传荷载 =2.349kn/m+7.993kn/m=10.342kn/m 活载=板传荷载=1.256kn/m楼面板传荷载：恒载=梁自重+板传荷载 =2.349kn/m+5.027kn/m=7.376kn/m 活载=板传荷载=2.625kn/m3）a轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱：顶层柱恒载=梁自重+板传荷载 =2.17kn/m(6m-0.4m)+(20.239)/2kn/m6m =72.869kn顶层柱活载=板传荷载 =(1.687/2)kn/m6m=5.061kn标准层柱恒载=墙自重+梁自重+板自重 =5.7845kn/m(3.6m-0.4m)+2.17kn/m(6m-0.4m)+(12.919/2)kn/m6m=69.419kn标准层柱活载=板传荷载 =(6.746/2)kn/m6m=20.238kn4）b柱纵向集中力计算顶层柱恒载=梁自重+板传梁荷载 =2.17kn/m(6m-0.4m)+(20.239/2)kn/m6m+6.091.8m5/83.6m6.091.05m3.6m（7.993/2）kn/m2.1m=117.248kn顶层柱活载=板传荷载 =(1.678/2)kn/m6m+0.51.8m3.6m5/8+0.51.05m3.6m+ (1.256/2)kn/m2.1m=10.181kn标准层柱恒载=梁自重+板自重 =2.17kn/m(6m-0.4m)+(12.919/2)6m+3.831.8m5/83.6m+(5.027/2)kn/m2.1m3.831.05m3.6m=75.478kn标准层柱活载=板传荷载 =(6.746/2)kn/m6m2.01.8m3.6m5/8 2.01.05m3.6m(2.625/2)kn/m2.1m=38.199kn6.2 框架结构的内力计算6.2.1 恒荷载作用下框架的内力计算1）恒荷载作用下框架的受荷简图如图11所示：图11 竖向受荷总图注：1.图中各值的单位为kn 2.图中数值均为标准3.图中括号数值为活荷载图12 恒荷载作用下的计算简图2）恒载作用下的弯矩计算（由结构力学求解器得出） 恒载作用下的弯矩如下图所示：图13 恒载作用下的弯矩图（kn）3）恒载作用下的剪力计算梁： 柱： （1）梁的剪力边跨： (50.03949.482)/61/222.409667.32kn (50.03949.482)/61/222.4096-67.134kn (52.59327.703)/61/215.089649.415kn (52.59327.703)/61/215.0896-41.119kn (56.32127.168) /61/215.089650.126kn (56.32127.168) /61/215.0896-40.408kn (51.53030.888)/61/215.089648.707kn (51.53030.888)/61/215.0896-41.827kn (46.77833.623)/61/215.089647.460kn (46.77833.623)/61/215.0896-43.075kn中跨： （2）柱的剪力 边柱： (50.03916.658)/3.320.211kn (35.93628.367)/3.319.486kn (27.95428.791)/3.317.195kn (22.73923.838)/3.314.114kn (22.94015.737)/5.66.907kn中柱： (26.39214.874)/3.312.505kn (8.92810.691)/3.35.945kn (9.80510.916)/3.36.279kn (11.55614.124)/3.3-7.782kn (7.0473.394)/5.6=1.864kn 计算结果如下图所示：图14 恒荷载作用下的剪力图（kn）4）恒荷载作用下的轴力计算（1）a、d轴： （2）b、c轴： 计算结果如下图所示： 图15 恒荷载作用下的n图（单位：kn）6.2.2 活荷载作用下框架的内力计算1）活载作用下的弯矩计算（由结构力学求解器得出）活载作用下的弯矩图如图16所示。图16 活载作用下的弯矩图（kn）2）活载作用下的剪力计算（1）梁的剪力边跨： (6.3161.714)/61/21.68765.828kn (6.3161.714)/61/21.6876-4.294kn (20.4591.714)/61/26.746623.362kn (20.4591.714)/61/26.7466-17.114kn (21.48915.225) /61/26.746621.282kn (21.48915.225) /61/26.7466-19.194kn (20.81815.826)/61/26.746621.07kn (20.81815.826)/61/26.7466-19.406kn (19.71316.144)/61/26.746620.833kn (19.71316.144)/61/26.7466-19.643kn中跨： （2）柱的剪力 边柱： (8.6846.316)/3.34.545kn (10.23211.774)/3.36.6