土木工程专业毕业设计计算书-唐山市世纪写字楼建筑结构设计.doc

1引言毕业设计是大学本科教育阶段的重要部分，是毕业前得综合学习阶段，是对大学四年来知识的总结，深化，拓展。将起到承前继后的作用，为即将到来的工作打下坚实的基础。本毕业设计题目为唐山市世纪写字楼建筑结构设计，本设计是框架结构设计，在设计前，重点复习了结构力学、钢筋混凝土结构设计、建筑抗震设计基础工程等专业知识，并借阅抗震规范、荷载规范等各种规范。建筑设计部分：综合了几个方案的优点，考虑了影响建筑的各种因素。建筑设计依据用地条件和建筑使用功能、周边环境特点，首先设计建筑平面，包括建筑平面选择、平面柱网布置、平面交通组织及平面功能设计；其次进行立面造型、剖面的设计；最后进行楼梯的设计及相关构件的初选。结构设计部分：根据设计要求及所在地区的烈度,确定出拟建建筑物的抗震等级为二级。查阅有关规范和资料，考虑抗震设防要求，分别从结构的体系选择、结构总体布置、结构荷载、地震作用、内力分析、楼屋盖的结构方案、基础方案的选择等多方面进行了论述。结构设计部分大致分为以下几个步骤：结构体系与构件布置：按建筑方案设计，确定各构件的截面及布置。荷载统计：在初选截面的基础上，按从上到下的顺序进行荷载统计，荷载的取值按各层房间的使用功能及所选材料查荷载规范而定，完成恒载与活载的统计。框架水平地震作用下侧移验算：采用顶点假想位移计算结构自振周期；按底部剪力法算得各层剪力；采用d值法把弯矩分配给各柱。横向框架内力分析：分析了横向框架在水平地震剪力作用下的内力；求梁固端弯矩，采用二次分配法求框架的梁端、柱端弯矩。并求梁剪力，柱轴力。内力组合：对梁端弯矩进行调幅；调幅后对恒载，活载及地震作用下横向框架的内力进行组合，找出最不利内力组合；根据最不利组合进行梁柱截面设计。 梁、柱节点设计：验算地震作用下节点核心区混凝土验算。板的设计：根据本设计中梁板布置确定单向板和双向板，双向板是按弹性理论进行内力分析的。楼梯的设计：结构设计中对梁式楼梯进行了设计，本设计是梁式楼梯。基础的设计：根据建筑结构的形式采用钢筋混凝土柱下独立基础，根据底层柱底的内力进行标准组合，从而选出内力最不利的组合确定基础底面尺寸；由荷载基本组合的设计值进行验算和配筋的计算。2工程概况2.1工程名称唐山市世纪写字楼建筑结构设计2.2建设地点 唐山市2.3设计资料 建设面积5000，设计使用年限为50年，结构形式为框架结构，共4层，耐久等级：级 ，耐火等级：级。2.4气象条件基本风压：，地面粗糙程度为c类。基本雪压：s=0.35kn/m。2.5地震烈度抗震设防类别为丙类，设防烈度为8度，类场地土，地震分组为第一组抗震等级为二级抗震。2.6工程地质条件由唐山市基础工程公司提供地质勘察技术报告，场地土类型为中硬场地土，建筑场地类别为类, 地下水位距地坪12米。见下表：序号土壤类别土层状态粘粒含量厚度(m)深度（m)重度(kn/m3)地基承载力特征值（kpa）1粉土中密1244181802细沙密实711192403.设计依据3.1设计任务书3.2混凝土结构设计规范3.3建筑抗震设计规范3.4建筑地基基础设计规范3.5建筑结构荷载规范3.6 05系列建筑标准设计图集4.结构布置该工程采用全现浇结构体系。1-4层柱的混凝土强度等级为c30。结构布置如图首层平面布置标准层平面布置5.框架结构承重方案选择及主要构件尺寸初步估算5.1框架梁截面尺寸初估横向框架主梁a- b跨 b-c跨，c-d跨同a-b跨纵向框架主梁a轴 b,c,d轴与a轴相同，考虑到墙偏心，梁可以采用倒l形，横向次梁次梁l1 次梁l2 纵向次梁次梁l1 次梁l2 次梁l3 次梁l4 5.2框架柱截面尺寸初估按轴压比要求初估框架柱截面尺寸用c30混凝土fc=14.3n/mm2，框架柱抗震等级为ii级，轴压比，由轴压比初步估算框架柱截面尺寸时，可按下式计算，即 柱轴向压力设计值n按式估算即， 3轴与d轴相交的柱 = 因考虑到偏心作用取边柱的截面尺寸为700mm700mm 3轴线与c轴相交中柱 取柱的截面尺寸为700mm700mm同样3轴线与b轴相交中柱，3轴线与c轴相交中柱，柱的尺寸也为700mm700mm针对三层四层的重力较小，高度较小柱的截面减小为600600.5.3板得尺寸初估板的最小厚度不小于，本建筑由于楼面活荷载不大，为减轻结构自重和省材料起见，并考虑到保证结构的整体性，楼板和屋面板的厚度均取。6.计算简图6.1梁的计算跨度框架梁的计算跨度以柱形心线为准，由于柱形心线与建筑轴线重合，故建筑轴线为结构计算跨度。6.2柱的高度首层柱高度h=4.5+0.45+0.1=5.05m，其中4.5m为底层层高，0.45m为室内外高差，0.1m为基础顶面至室外地面高度，其它柱高等于层高，即二层为4.5m。三四层为3.9m，计算框架选取轴框架由此得出框架计算简图（单位mm） 横向框架计算简图7.荷载统计7.1恒荷载计算7.1.1 屋面层恒载保护层：涂料 防水层：高聚物改性沥青防水卷材（二毡三油） 0.1找平层：1：3水泥砂浆掺聚丙烯0.5kg/m3找平层20厚 保温层：70厚聚苯乙烯泡沫塑料板 30kg/mm30.07m=0.021找坡层：1:8水泥膨胀珍珠岩找2%坡最薄处20厚结构层：100mm厚钢筋混凝土现浇板 250.12=3混合砂浆顶棚： 0.24顶棚做法中除了防水层和保护层共计0.52合计： 3.787.1.2 楼面层恒载地面：30厚水磨石地面 0.65结构层：100mm厚钢筋混凝土现浇板 250.12=2.3抹灰层：混合砂浆抹灰顶棚 0.24总计： 3.897.1.3 框架梁、柱自重 1.梁截面 bh =300mm700mm 自重 0.70.325=5.25kn/m梁侧、梁底抹灰 (0.7-0.12)0.022+0.30.02 17=0.39kn/m总计 5.64 kn/m2.梁截面 bh = 200mm500mm 自重 0.50.225=2.5kn/m梁侧、梁底抹灰 (0.5-0.12) 0.022+0.30.02 17=0.26 kn/m总计 2.76 kn/m3.柱截面 bh =600mm600mm自重 0.60.625=9kn/m柱侧抹灰 0.60.02204=0.96kn/m总计 9.96kn/m4.柱截面 bh =700mm700mm自重 0.70.725=12.25kn/m柱侧抹灰 0.70.02204=1.12kn/m 总计 13.37kn/m7.2活荷载计算7.2.1屋面和楼面标准值由荷载规范查得：不上人屋面： 0.5办公楼： 2.0商场： 3.57.2.2雪荷载标准值： 屋面活荷载与雪荷载，两者中取大值。7.3竖向线荷载计算本设计以轴线为计算单元板得传力如图：首层板得传力图标准层板得传力图7.3.1作用在顶层框架梁上的线荷载标准值恒载梁自重板传来的荷载活载作用在顶层框架梁上的线活荷载标准值为7.3.2 23层楼面竖向线荷载标准值恒载梁自重板传来的荷载墙传来的荷载活载楼面活载7.3.3 底层梁竖向荷载标准值作用在底层楼面层框架上的线荷载标准值为恒载梁自重板传来的荷载活载作用在底层梁上的活荷载线荷载为7.4屋面框架集中荷载标准值7.4.1 屋面框架集中荷载标准值恒载对于a轴纵向连系梁自重 42.53kn粉刷 3.19kn1.3m女儿墙 37.91kn女儿墙粉刷 7.16kn纵向联系梁传来板得重力 31.04 kn纵向联系梁传来横向次梁的力 64.74 kn 总计 186.57 kn 对于b轴连系梁自重 42.53kn kn粉刷 3.19kn kn纵向连系梁传来板得重力 67.78 kn纵向次梁传来横向次梁的力 64.74 kn 总计 179.30 kn对于b-1纵向次梁自重 42.53 kn粉刷 3.19 kn纵梁传来板得重力 67.79 kn纵向次梁传来横向次梁的重力 30.94 kn 总计 144.44 kn 对于c纵向连系梁自重 42.53 kn粉刷 3.19 kn纵梁传来板的重力 67.78 kn纵梁传来横向次梁的力 30.94 kn 总计 144.44 kn对于c-1纵向次梁自重 42.53 kn粉刷 3.19 kn纵梁传来板得重力 67.78 kn纵梁传来横向次梁的力 30.94 kn 总计 144.44 kn 对于d连系梁自重 42.53 kn粉刷 3.19 kn1.3m女儿墙 37.91 kn纵向连系梁传来板得重力 31.04 kn纵向联系梁传来横向次梁的力 30.94 kn 总计 144.44 kn活载对于 a d 为集中荷载为4.11对于 b b-1 c c-1 集中荷载为8.977.4.2 23层框架集中荷载标准值对于 a连系梁自重 42.53 kn粉刷 3.19 kn连系梁传来板的重力 31.95 kn连系梁传来纵墙的重力 65.09 kn连系梁传来横向次梁的力 86.76 kn 总计 229.52 kn对于b 连系梁自重 42.53 kn粉刷 3.19 kn连系梁传来的板得重力 69.78 kn连系梁传来纵墙的重力 93.31 kn连系梁传来横向次梁的力 86.76 kn 总计 295.57 kn对于 b-1连系梁自重 42.53 kn粉刷 3.19 kn连系梁传来板得重力 69.78 kn连系梁传来纵墙的重力 93.31 kn连系梁传来横向次梁的力 31.63 kn 总计 240.44 kn对于c纵梁自重 42.53 kn粉刷 3.19 kn连系梁传来板得重力 69.78 kn连系梁传来纵墙的重力 93.31 kn连系梁传来横向次梁的力 31.63 kn 总计 240.44 kn对于 c-1纵向连系梁自重 42.53 kn粉刷 3.19 kn纵向联系梁传来板的重力 69.78 kn纵向连系梁传来纵墙的重力 93.31 kn纵向连系梁传来横向次梁的力 61.01 kn 总计 202.86 kn对于d纵向连系梁自重 42.53 kn粉刷 3.19 kn纵向联系梁传来板的重力 69.78 kn纵向连系梁传来纵墙的重力 93.31 kn纵向连系梁传来横向次梁的力 61.01 kn 总计 202.86 kn活载对于 a d 集中荷载为 16.43 kn 对于 b b-1 c c-1 轴为 35.87 kn7.4.3 底层框架集中荷载标准值恒载 对于a纵向连系梁自重 42.53 kn粉刷 3.19 kn纵向连系梁传来板得重力 31.04 kn纵向联系梁传来纵墙的重力 110.8 kn纵向联系梁传来横向次梁的力 65.96 kn 总计 253.53 kn 对于b c纵向连系梁自重 42.53 kn粉刷 3.19 kn纵向连系梁传来的板得重力 62.08 kn纵向联系梁传来横向次梁的力 131.90 kn 总计 239.72 kn 对于 d 纵向梁自重 42.53 kn粉刷 3.19 kn纵向连系梁传来板得重力 31.04 kn纵向连系梁传来纵墙的重力 46.17 kn纵向连系梁传来横向次梁的力 65.96 kn 总计 188.89 kn活载 对于 a d 集中荷载为 28.74 kn 对于 b c 集中荷载为 62.76 kn8水平地震作用下框架的侧移验算8.1 横梁线刚度及柱线刚度计算在现浇楼盖中，中框架梁的抗弯惯性矩取 ，边框架梁取，梁柱的线刚度计算见下表。杆件截面尺寸相对刚度b(mm)h(mm)边框架梁300700308.581.2975005.161中框架梁300700308.581.7275006.881.332层框架柱700700302.02.045001.332.583,4层框架柱600600301.081.0839008.311.611层框架柱700700302.02.050501.192.31框架柱的横向侧移刚度d值项目kd根数层柱类型三，四层边框架边柱0.630.2415.734边框架中柱1.240.3824.914中框架边柱0.830.2919.0112中框架中柱1.650.4529.512底层边框架边柱0.430.3821.284边框架中柱0.870.4826.884中框架边柱0.580.4223.5212中框架中柱1.160.5329.6812二层边框架边柱0.390.1612.614边框架中柱0.780.2822.074中框架边柱0.520.2116.5512中框架中柱1.030.3426.812柱的侧移刚度按公式= （2-1）其中：（一般层）， （底层） （2-2） （一般层），（底层） （2-38.2横向框架自振周期采用顶点假想位移法计算自振周期层次415711.015711.0744.70.02110.2293318734.434445.4744.70.04630.2082218420.452865.8658.90.08020.1619114947.967913.7831.00.08170.0817对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构,其基本自振周期(s)可按下式计算: （3-2）式中:计算结构基本自振周期用的结构顶点假想位移(m),即假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值作为水平荷载而算得的结构顶点位移； 结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数,框架结构取0.60.7。则自振周期为=0.5698.3横向地震作用计算结构高度为20.35m质量和刚度分布均匀，变形以剪切型为主，可以采用底部剪力法。由于该工程所在地区抗震设防烈度为8度，场地土为ii类，设计地震分组为第一组，设计地震加速度 0.2g，由抗震规范查得： ，考虑顶部附加水平地震作用=因为考虑顶部附加集中力作用，查表得则表3-2 各质点横向水平地震作用及楼盖地震剪力计算表层数（m）（kn）（knm）(kn)(kn) 机房20.351215.524735.430.030185.51185.51417.3514495.5251496.930.3231872.492055.00 313.4518734.4251977.680.3231872.493927.4929.5518420.4175914.820.2261310.1775237.6615.0514947.975486.900.097562.335799.99 电梯间的参数计算 考虑鞭梢效应验算横向框架梁的侧移见下表表3-3 横向水平地震作用下的位移验算层次（kn）（kn/mm）(mm)(mm)(mm)=机房185.51218.9.2.5425.50300042055.0744.72.7622.96390033927.49744.775.2720.20390025237.66658.97.9514.93450015799.99831.06.986.985050 剪重比验算为了保证结构的稳定和安全，需要进行结构剪重比验算，各层的剪重比计算详见层号/43.92055.015711.00.13133.93927.49344455.40.11424.55237.6652865.80.09915.055799.9967913.70.085查规范得最小地震剪力系数=0.032由表得各层的剪重比均大于0.032，满足要求9水平地震作用下横向框架内力分析9.1水平地震作用下横向框架内力分析横向框架在水平地震作用下的内力计算采用d值法。框架柱端剪力及弯矩分别按， (3-5)， (3-6) (3-7)式中：为i层j柱的刚度，h为层高，各柱反弯点高度比按式确定，其中由倒三角分布水平荷载下各柱标准反弯点高度比查得，底层柱需考虑修正值，第2层柱需考虑修正值，其余柱均无考虑修正值。为第i层j柱的剪力。 楼层边柱中柱四层三层二层一层地震作用下梁端弯矩层次柱别m下（kn.m）m上（kn.m）节点左右梁线刚度比边跨梁端弯矩m(kn.m）中跨梁端弯矩地震作用下梁端剪力左梁右梁vavb左vb右四层边柱-71.61 -132.99 0.00 132.99 -29.80 中柱-156.52 -180.98 1.00 90.49 90.49 -29.80 -24.13 三层边柱-92.07 -112.52 0.00 184.13 -46.63 中柱-142.87 -174.63 1.00 165.58 165.58 -46.63 -44.15 二层边柱-296.01 -296.01 0.00 388.08 -93.23 中柱-479.34 -479.34 1.00 311.11 311.11 -93.23 -82.96 一层边柱-588.60 -240.41 0.00 536.42 -129.28 中柱-659.04 -387.07 1.00 433.21 433.21 -129.28 -115.52 地震作用下梁剪力柱轴力层次柱别m下（kn.m）m上（kn.m）地震作用下梁端剪力柱轴力vavb左vb右nanb四层边柱-71.61 -132.99 -29.80 -29.80 中柱-156.52 -180.98 -29.80 -24.13 -5.67 三层边柱-92.07 -112.52 -46.63 -46.63 中柱-142.87 -174.63 -46.63 -44.15 -8.15 二层边柱-296.01 -296.01 -93.23 -93.23 中柱-479.34 -479.34 -93.23 -82.96 -18.42 一层边柱-588.60 -240.41 -129.28 -129.28 中柱659.04 -387.07 -129.28 -115.52 -32.18 9.2 水平地震作用下弯矩剪力图轴力图地震作用下框架弯矩图（kn.m）地震作用下框架梁端剪力（kn）地震作用下柱轴力10风荷载作用下横向框架的内力分析10.1 风荷载作用下的内力计算风荷载作用下的内力计算基本风压：w0.4 kn/，地面粗糙度：c类。作用在屋面梁和楼面梁处集中风荷载标准值：为简化计算，将计算单元范围内外墙均布风荷载，化为等量后作用在楼面处集中风荷载。计算公式为：wkzzsw0(hihj)b2 其中：w0基本风压z风压高度变化系数s风荷载体型系数z风震系数，因为30m，所以z=1hi下层层高hj上层层高b计算单元迎风面宽度风载体型系数s，迎风面为0.8，背风面-0.5；因为结构层高度18.55m30m(从室外地坪地坪算起)取风振系数为1.0.风荷载作用力计算如表基本风压表层次417.251.0 1.30.7850.4026.3310.75313.351.0 1.30.740.4031.5912.1629.451.0 1.30.740.4034.0213.0914.951.0 1.30.740.4038.2714.73风荷载作用下的位移内力计算根据上表所示的水平荷载，由式 计算层间剪力，按式 式中：为第层的侧移刚度； 为第层层间剪力计算过程见下表。表3-7 风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算层次（kn）（kn）(n/mm)(mm)(mm)410.7510.75970200.111.25312.1622.91970200.241.14213.0936.00867000.420.90114.7350.731064000.480.48层间侧移相对侧移 层间侧移满足要求顶点侧移相对侧移 顶点侧移满足要求水平风载作用下框架层间剪力各柱反弯点位置的确定层号柱别k4边柱0.830350000.351.37中柱1.650.380000.381.483边柱0.830.400000.401.56中柱1.650.450000.45 1.762边柱0.520.450000.452.03中柱1.030.450000.452.031边柱0.580.700000.703.54中柱1.160.700000.592.98风荷载作用下框架柱剪力及柱端弯矩层柱别410.7