东营五层框架综合办公楼设计毕业设计.docx

中国石油大学（华东）本科毕业设计(论文)东营五层框架综合办公楼设计摘要本设计主要论述了某集团公司综合办公楼建筑结构的设计过程。首先，进行建筑设计，包括对建筑空间的研究及对构成建筑空间的建筑物实体的研究，通过对建筑平面的功能分析，进行建筑物使用部分、交通联系部分的平面组合设计，进而对建筑体型组合和立面、剖面的进行设计。然后再根据建设用地条件，考虑建筑分类，建筑在总平面中的布置。建筑设计完成后，根据建筑类型选择结构体系，根据以往经验对结构构件进行初步估算，确定计算简图，得出荷载，线刚度，重力荷载代表值等数据，从而验算地震作用及风荷载作用对房屋所产生的层间位移。再根据竖向荷载计算梁和柱的内力并进行组合，对梁和柱截面进行设计。然后进行基础设计和计算，楼梯的设计和计算。设计完成后用pkpm软件进行验算，分析结果。最后总结了本次毕业设计的心得。关键词：抗震设计；结构计算；框架结构；柱下交叉条形基础目 录前言1第1章 设计资料任务书21.1 项目名称21.2 建设地点21.3 设计资料2第2章 结构布置及计算简图62.1 结构选型和布置62.2 框架计算简图7第3章 荷载计算123.1 恒荷载标准值计算123.2 恒荷载计算简图的确定163.3 活荷载标准值计算193.4 活荷载计算简图的确定203.5 风荷载计算233.6 重力荷载代表值计算253.7 结构基本自振周期计算263.8 多遇水平地震作用计算27第4章 内力计算294.1 水平地震作用下横向框架内力分析294.2 风荷载作用下横向框架内力分析334.3 恒荷载作用下横向框架内力分析364.4 活荷载作用下横向框架内力分析44第5章 内力组合51第6章 框架截面设计526.1 框架梁526.2 框架柱576.3 板65第7章 楼梯设计687.1 梯段板板设计687.2 平台板设计697.3 平台梁设计70第8章 基础设计738.1 定基础底面尺寸738.2 基础上的荷载分配748.3 基础内力计算748.4 基础配筋计算77第9章 总结79致谢80参考文献81附录82附录a82附录b83前言前 言近年来，我国的多高层建筑有了很大的发展，而且绝大部分都是用的混凝土结构，因为其与钢、木结构相比，它在物理力学性能及材料来源等方面有许多优点，所以其发展速度很快，应用也十分广泛。随着时代的发展，我国在混凝土基本理论与设计方法、结构抗震与有限元方法、计算机软件等的应用以及现代化的测试技术等方面的研究也取得了比较大的成果，某些方面已经达到或接近国际先进水平。使得我国的钢筋混凝土结构的设计和研究将向更完善、更科学、更先进的方向发展。混凝土结构的使用至今为止已约有160年的历史，而我国是使用混凝土结构最多的国家，其广泛应用于工业与民用建筑、桥梁、隧道、矿井以及水利、海港的工程中，所以我国考虑怎样才能更经济更节约的使用钢筋混凝土，使钢筋混凝土的应用更加实用和经济，技术更加纯熟。这些都需要我们掌握钢筋混凝土结构设计的整个过程，充分理解钢筋混凝土结构基本原理、基本方法，这也为我们这次的毕业设计打下了可供参考的基础。本次毕业设计的题目为山东东营某集团公司综合办公楼设计，根据要求采用现浇钢筋混凝土框架结构。设计内容包括建筑设计和结构设计两部分。建筑设计主要包括建筑方案确定、建筑平面设计及绘制建筑施工图；结构设计主要包括结构计算及结构施工图绘制。结构计算有设计资料、结构布置及计算简图、荷载计算、内力计算、内力组合、框架截面设计、楼梯设计以及基础设计。这些使我们对四年来所学专业知识进行了一次全面系统的复习，加深了我们对结构设计的理解，为我们以后走向工作岗位奠定了基础。80第1章 设计资料第1章 设计资料1.1 项目名称某集团公司框架结构的综合办公楼1.2 建设地点山东省东营市1.3 设计资料1.3.1 工程概况经有关部门批准，某集团公司拟建某综合办公楼一幢。工程建筑面积约为4600m2,计划投资约为400万元人民币，根据城市规划的需要，该地块新建建筑五层，层高3.6m。该项目主要由专用办公室、行政办公室及一般办公室三大部分组成，另外还设有文印、打字、资料、会议室等房间。门厅、卫生间及走廊等根据具体情况合理设计。1.3.2 设计标高自然地面标高：绝对标高：-0.45m室内设计标高：0.000室内外高差：450mm1.3.3 气象资料夏季室外计算温度：34.5冬季室外计算温度：-9绝对最高温度：40绝对最低温度：-22最大日降雨量：300mm基本风压：0.55kn/m2主导风向：冬季：西北夏季：东南最大积雪厚度：240mm基本雪压：0.20kn/m2最大冻深：500mm1.3.4工程地质及水文地质资料地基容许承载力设计值：100kpa最高地下水位：自然地面下1m地下水性质：有弱硫酸盐侵蚀地面土质：盐碱土1.3.5 抗震设防烈度抗震设防烈度为7度，设计地震分组为为第二组。1.3.6 建筑做法1.3.6.1 屋面构造做法15mm纸筋石灰抹底100mm厚现浇钢筋混凝土楼板20mm厚13水泥砂浆找平层18水泥膨胀珍珠岩找坡2 最薄处40mm厚100厚憎水性膨胀珍珠岩保温层20mm厚1：3水泥砂浆找平水乳型橡胶改性沥青涂膜一遍4厚高聚物改性沥青sbs防水卷材喷刷带色苯丙乳液一遍1.3.6.2 楼面构造做法卫生间15厚纸筋石灰抹底100mm厚混凝土现浇板细石混凝土找坡薄处30厚，坡向地漏（0.51）15mm厚水泥沙浆找平刷素水泥浆一道1.5厚聚氨脂防水涂料刷素水泥浆一道25mm厚干硬性水泥砂浆结合层素水泥地面10厚防滑地面砖（300300）稀水泥擦缝其它房间15mm纸筋石灰抹底100mm厚现浇钢筋混凝土楼板15mm 厚13水泥砂浆找平层刷素水泥浆一遍25厚干硬性水泥砂浆结合层素水泥面（撒适量清水）瓷砖地面（包括水泥粗纱打底）1.3.6.3 墙身做法外墙采用蒸压粉煤灰加气混凝土砌块，厚240mm内墙采用蒸压粉煤灰加气混凝土砌块，厚240mm1.3.6.4 墙面做法外墙12厚1：3水泥沙浆打底搓平6厚1：2.5水泥沙浆罩面水性水泥外墙涂料两道内墙卫生间：8厚1：3水泥沙浆打底扫毛7厚1：2.5水泥沙浆结合层贴5厚1:2.5釉面砖,白水泥擦缝其他房间：刷白乳胶水泥浆一道7厚1:0.5:4水泥石灰沙浆打底扫毛7厚1:1:6水泥石灰沙浆扫毛刮腻子两遍,刮瓷化涂料三遍1.3.6.5 门窗做法采用塑钢窗，木门1.3.7 活荷载不上人屋面活荷载：0.5 kn/m2走廊、门厅、楼梯楼面活荷载：2.5 kn/m2其他房间楼面活荷载：2.0 kn/m21.3.8 建筑材料混凝土c30hpb235级钢筋hrb335级钢筋240mm厚粉煤灰混凝土砌块第2章 结构布置及计算简图第章 结构布置及计算简图2.1 结构选型和布置2.1.1 结构选型根据建筑功能的要求，为使建筑平面布置灵活，获得较大的使用空间，本结构设计采用钢筋混凝土框架结构体系。2.1.2 结构布置根据建筑功能的要求及建筑物的平面形状，本结构横向尺寸较短，纵向尺寸较长，故把框架结构横向布置，即采用横向框架承重方案。施工方案采用梁、板、柱整体现浇方案，楼梯采用整体现浇板式楼梯，基础采用柱下交叉条形基础。2.1.3 初步截面尺寸本建筑的结构类型为钢筋混凝土框架结构，且建筑地处山东省东营市，抗震设防烈度为7度，根据建筑抗震设计规范（gb50011-2010）6.1.2知，本建筑的抗震等级为三级。楼盖、屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度为100mm，各层梁板及各层柱的混凝土强度等级均为c30，基础的混凝土强度等级为c30，纵向受力钢筋采用hrb400，其余钢筋采用hrb335。根据建筑平面确定结构平面布置图如图2-1。2.1.3.1 柱截面尺寸估算：框架柱的最大承载力范围：5.1m4.95m柱的截面尺寸估算公式: ，柱组合的轴压力设计值。考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，边柱取1.3，不等跨内柱取1.25，等跨内柱取1.2。按简支状态计算的柱的负载面积。折算在单位面积上的重力荷载代表值，可近似取为12kn/m2。验算截面以上的楼层层数。框架柱轴压比限值，对一级、二级、三级抗震等级，分别取0.7、0.8和0.9。混凝土轴心抗压强度设计值。所以有，则取柱的截面尺寸为。图2-1 结构平面布置图2.1.3.2 梁截面尺寸估算：框架梁的截面尺寸确定时，应综合考虑竖向荷载大小、跨度、抗震设防烈度以及混凝土强度等级等多方面的因素。一般情况下，框架梁截面尺寸取值如下： , 由于横向梁的跨度分别为边跨，中跨，则取横向边跨梁，中跨梁。纵向梁最大跨度为，取纵向梁截面尺寸均为。2.2 框架计算简图2.2.1 框架计算简图说明本设计基础选用柱下交叉条形基础，基础顶标高为-1.000m，取轴线上的一榀框架进行计算，计算单元如图2-1所示。假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接，故梁跨度等于轴线之间的距离。一层柱高从基础顶面算至二层楼面，其余各层柱高均为从本层楼面算至上层楼面，即首层柱高4.6m，其余各层柱高均为3.6m。2.2.2 框架梁柱截面特性利用结构力学有关截面惯性矩及线刚度的概念计算柱的截面特性。以轴线上的一榀框架为例计算梁柱的线刚度：混凝土的弹性模量：c30混凝土：2.2.2.1 柱计算：一层柱：二、三、四、五层：2.2.2.2 梁计算：轴线框架为中框架，则，各层梁截面尺寸均为边跨，中跨。2.2.2.3 框架梁截面特性：梁混凝土强度等级：c30；框架梁截面特性计算过程见表2-1及表2-2。表2-1 轴线210框架梁截面特性表梁编号ab(cd)bc混凝土强度等级c30c30截面尺寸240600240400跨度72002700截面惯性矩4.321.28线刚度3.62.844表2-2 轴线1、11框架梁截面特性表梁编号ab(cd)bc混凝土强度等级c30c30截面尺寸240600240400跨度72002700截面惯性矩4.321.28线刚度边跨2.72.1332.2.2.4 框架柱截面特性柱混凝土强度等级：c30。框架柱截面特性计算见表2-3。表2-3 框架柱截面特性表层号12-5混凝土强度等级c30c30截面尺寸400400400400柱高46003600截面惯性矩2.1332.133线刚度1.3911.778由上表可知，各榀框架计算简图如图2-2、2-3所示。图2-2 轴线210线刚度计算简图（）图2-3 轴线1、11线刚度计算简图（）2.2.3 柱侧移刚度d值计算2.2.3.1 210轴线d值计算：（过程见表2-4至2-5）表2-4 横向2-5层d值计算表构件名称a、d轴b、c轴表2-5 横向1层d值计算表构件名称a、d轴b、c轴2.2.3.2 1、11轴线d值计算（过程见表2-6至2-7）表2-6 横向2-5层d值计算表构件名称a、d轴b、c轴表2-7 横向1层d值计算表构件名称a、d轴0.6190.488b、c轴0.7260.573框架总刚度计算过程见表2-8：表2-8 框架总刚度计算表层号12-5a、d轴b、c轴第3章 荷载计算第3章 荷载计算3.1 恒荷载标准值计算3.1.1 屋面恒荷载4厚高聚物改性沥青sbs防水卷材 20mm厚1:3水泥砂浆找平 100mm厚憎水性膨胀珍珠岩保温层 1:8水泥膨胀珍珠岩找坡2%，最薄处40mm100mm厚现浇钢筋混凝土板 15mm厚纸筋石灰抹底 合计 3.1.2 楼面恒荷载a.普通房间： 瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 素水泥面（撒适量清水） 25mm厚干硬性水泥砂浆找平层 15mm厚1:3水泥砂浆找平层 100mm厚现浇钢筋混凝土楼板 15mm厚纸筋石灰抹底 合计 b.卫生间： 10mm厚防滑地面砖稀水泥擦缝 25mm厚干硬性水泥砂浆结合层素水泥地面 15mm厚水泥砂浆找平 细石混凝土找坡，薄处30mm厚，坡向地漏 100mm厚现浇钢筋混凝土楼板 15mm厚纸筋石灰抹底 合计 3.1.3 梁自重边跨梁：中跨梁：板厚：a.边跨梁：梁自重 梁粉刷 合计 b.中跨梁：梁自重 梁粉刷 合计 3.1.4 柱自重柱自重 柱粉刷（10mm厚混合砂浆抹面） 合计 3.1.5 墙自重a.外横墙（普通房间）：6mm厚1:2.5水泥砂浆罩面 12mm厚1:3水泥砂浆打底搓平 240mm厚蒸压粉煤灰加气混凝土砌块 7mm厚1:0.5:4水泥石灰砂浆打的扫毛 7mm厚1:1:6水泥石灰砂浆扫毛 合计 b.外横墙（卫生间）：6mm厚1:2.5水泥砂浆罩面 12mm厚1:3水泥砂浆打底搓平 240mm厚蒸压粉煤灰加气混凝土砌块 8mm厚1:3水泥砂浆打底搓平 7mm厚1:2.5水泥砂浆结合层 贴5mm厚釉面砖，白水泥擦缝 合计 c.内横墙（普通房间）：7mm厚1:1:6水泥石灰砂浆扫毛 7mm厚1:0.5:4水泥石灰砂浆打的扫毛 200mm厚蒸压粉煤灰加气混凝土砌块 7mm厚1:0.5:4水泥石灰砂浆打的扫毛 7mm厚1:1:6水泥石灰砂浆扫毛 合计 d.内横墙（卫生间）7mm厚1:1:6水泥石灰砂浆扫毛 7mm厚1:0.5:4水泥石灰砂浆打的扫毛 200mm厚蒸压粉煤灰加气混凝土砌块 8mm厚1:3水泥砂浆打底搓平 7mm厚1:2.5水泥砂浆结合层 贴5mm厚釉面砖，白水泥擦缝 合计 e.走廊处横墙：6mm厚1:2.5水泥砂浆罩面 12mm厚1:3水泥砂浆打底搓平 240mm厚蒸压粉煤灰加气混凝土砌块 7mm厚1:0.5:4水泥石灰砂浆打的扫毛 7mm厚1:1:6水泥石灰砂浆扫毛 塑钢门窗 合计 f.外纵墙：6mm厚1:2.5水泥砂浆罩面 12mm厚1:3水泥砂浆打底搓平 240mm厚蒸压粉煤灰加气混凝土砌块 7mm厚1:0.5:4水泥石灰砂浆打的扫毛 7mm厚1:1:6水泥石灰砂浆扫毛 合计 g.内纵墙：7mm厚1:1:6水泥石灰砂浆扫毛 7mm厚1:0.5:4水泥石灰砂浆打的扫毛 200mm厚蒸压粉煤灰加气混凝土砌块 7mm厚1:0.5:4水泥石灰砂浆打的扫毛 7mm厚1:1:6水泥石灰砂浆扫毛 合计 h.女儿墙：6mm厚1:2.5水泥砂浆罩面 12mm厚1:3水泥砂浆打底搓平 240mm厚蒸压粉煤灰加气混凝土砌块 12mm厚1:3水泥砂浆打底搓平 6mm厚1:2.5水泥砂浆罩面 混凝土压顶 合计 3.2 恒荷载计算简图的确定3.2.1 均布荷载, 所以，一榀框架所受恒荷载如图3-1、3-2所示：图3-1 恒荷载计算简图（）图3-2 转化为均布荷载的恒荷载计算简图（）3.2.2 集中荷载3.2.2.1 顶层边节点集中荷载：边柱纵向框架梁自重 边柱纵向框架梁粉刷 1.0m高女儿墙自重 纵向框架梁传来的屋面自重 合计 中节点集中荷载：中柱纵向框架梁自重 中柱纵向框架梁粉刷 纵向框架梁传来的屋面自重 合计 3.2.2.2 一、二、三、四层边节点集中荷载：边柱纵向框架梁自重 边柱纵向框架梁粉刷 柱侧墙体自重 窗下墙体自重 塑钢窗自重 框架柱自重 纵向框架梁传来的楼面自重 合计 中节点集中荷载：中柱纵向框架梁自重 中柱纵向框架梁粉刷 内纵墙自重 框架柱自重 纵向框架梁传来的楼面自重 合计 则纵向框架传梁来的集中荷载如图3-3所示：图3-3 纵向框架传来集中荷载计算简图（轴力：，弯矩：）3.3 活荷载标准值计算3.3.1 屋面及楼面活荷载不上人屋面均布活荷载：休息室、打印室、档案室、资料室、会议室、办公室、卫生间楼面均布活荷载：。走廊、门厅、楼梯楼面均布活荷载：。3.3.2 屋面雪荷载标准值屋面均布活荷载与雪荷载不同时考虑，两者取较大值。3.4 活荷载计算简图的确定3.4.1 均布荷载3.4.1.1 顶层边跨板荷载的传递：，。等效为均布荷载：传往纵向框架：传往横向框架：中间跨板荷载的传递：，。等效为均布荷载：传往纵向框架：传往横向框架：3.4.1.2 一、二、三、四层边跨板荷载的传递：，。等效为均布荷载：传往纵向框架：传往横向框架：中间跨板荷载的传递：，。等效为均布荷载：传往纵向框架：传往横向框架：所以一榀框架所受活荷载如图3-4，3-5所示：图3-4 活荷载计算简图（） 图3-5 转化为均布荷载的活荷载计算简图（）3.4.2 集中荷载3.4.2.1 顶层边节点集中荷载：纵向框架梁传来的屋面活荷载：中节点集中荷载：纵向框架梁传来的屋面活荷载： 3.4.2.2 一、二、三、四层边节点集中荷载：纵向框架梁传来的屋面活荷载：中节点集中荷载：纵向框架梁传来的屋面活荷载：则纵向框架梁传来的集中荷载如图3-6所示：图3-6 纵向框架传来集中荷载计算简图（轴力：，弯矩：）3.5 风荷载计算3.5.1 风荷载标准值计算建筑物所在地的地面粗糙度类别为b类，则风压高度变化系数如表3-1所示：表3-1 风压高度变化系数计算表离地面高度510152030风压高度变化系数1.001.001.141.251.42根据jgj-2002高层建筑混凝土结构技术规程可知：高宽比的矩形、方形和十字形平面建筑取。根据gb50009-2001建筑结构荷载规范7.4.1可知，高度大于30m且高宽比大于1.5的高柔房屋，应考虑风振系数，由于h30m且h/b1.5,故本建筑取风振系数。为简化计算，将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，以8轴线上的框架为例计算一榀框架上的风荷载作用，具体计算过程如表3-2：表3-2 风荷载计算表层号123451.01.01.01.01.01.31.31.31.31.31.001.001.0351.1361.2160.550.550.550.550.550.7150.7150.7400.8120.8693.6473.6473.7744.1414.43214.95313.35814.24715.43112.41则8轴线上框架计算简图如图3-7所示：3.5.2 风荷载作用下框架侧移计算水平荷载作用下框架的侧移如下计算：第层的层间侧移；第层由外荷载引起的总剪力；第层所有柱值总和。各层楼板标高处侧移绝对值是该层以下各层层间侧移之和，顶点侧移即为所有层层间侧移之和。故层侧移：，顶点侧移：。框架在风荷载作用下侧移的计算如表3-3：图3-7 风荷载计算简图（）表3-3 风荷载作用下框架8侧移计算层数512.41012.410377603.31/10909415.43127.841377607.41/4865314.24742.0883776011.11/3243215.43157.5193776015.21/2368112.41069.9292284030.61/1503对于钢筋混凝土框架结构，楼层层间最大位移与层高之比的限制为1/550，本框架的层间最大位移与层高之比出现在底层，大小为1/15031/550,故风荷载作用下框架的侧移满足要求。3.6 重力荷载代表值计算屋面处重力荷载代表值=结构和构配件自重标准值+0.5雪荷载标准值；楼面处重力荷载代表值=结构和构配件自重标准值+0.5楼面活荷载标准值；其中结构和构配件自重取楼面上、下各半层层高范围内（屋面处取顶层的一半）的结构及构配件自重。3.6.1 楼面、屋面处自重标准值计算3.6.1.1 屋面处自重标准值计算：女儿墙和天沟自重标准值：屋面板结构层及构造层自重标准值： 故顶层的自重标准值为：3.6.1.2 2-4层楼面处自重标准值计算：故2-4层自重标准值为：3.6.1.3 底层楼面处自重标准值计算: 故底层自重标准值为：3.6.2 楼面、屋面活荷载计算3.6.2.1 屋面雪荷载标准值计算3.6.2.2 楼面活荷载标准值计算3.6.3 各层重力荷载代表值计算顶层：标准层：底层：3.6.4 建筑物总重力荷载代表值计算3.7 结构基本自振周期计算本结构主体高18.45m，且建筑物的质量和刚度沿高度分布较均匀，可采用底部剪力法计算水平地震作用，为此必须事先确定结构的基本自振周期。结构基本自振周期近似计算方法有能量法和顶点位移法，现采用能量法，并考虑非承重填充墙刚度的影响，取折减系数，计算过程如表3-4所示：表3-4 能量法计算基本周期层号56819.964062000.01680.36132464.053890.26248627.644062000.03800.34452972.2231023.93138627.644062000.05930.30652644.373810.58627.644062000.08050.24722132.753527.2178650.582480000.16670.16671442.052240.3941353.470.361311655.453492.3则结构的基本自振周期为：3.8 多遇水平地震作用计算3.8.1 地震作用标准值计算该工程所在地为山东省东营市，抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第三组，场地类别为三类，由建筑抗震设计规范（gb50011-2001）查得：水平地震影响系数最大值：，特征周期。则结构的总重力何在代表值为：则结构的底部剪力为：不需考虑结构顶部附加集中作用。所以楼层的地震作用标准值和地震剪力标准值计算结果如表3-5所示：表3-5 地震作用标准值计算表层号56819.96319129579.297569.84569.8448627.64315.4132865.702584.291154.1338627.64311.8101806.187447.701601.8328627.6438.270746.673311.121912.9518650.5814.639792.673174.992087.9441353.473474790.5322087.94注：。3.8.2 横向框架弹性变形验算多遇地震作用下，横向框架层间弹性位移验算结果如表3-6所示，其中楼层层间地震剪力取标准值：表3-6 层间弹性位移验算表层号层间剪力层间刚度层高5569.844062001.4