办公楼毕业设计计算书.doc

本科毕业论文（设计）（题目：芜湖市某中学综合实验楼设计） 姓 名： 刘 灿 学 号： 0942052313 专 业： 土木工程 院 系： 土木与环境工程学院 指导老师： 潘福婷 柯志恒 职称学历：讲师/硕士研究生 工程师/本科完成时间： 2013-5-22 教务处制安徽新华学院本科毕业设计独创承诺书 本人按照毕业设计进度计划积极开展实验（调查）研究活动，实事求是地做好实验（调查）记录，所呈交的毕业论文设计是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中特别加以标注引用参考文献资料外，设计中所有数据均为自己研究成果，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的工作已在论文中作了明确说明并表示谢意。 毕业设计作者签名： 日期： 安徽新华学院2013届本科毕业论文（设计）芜湖市某中学综合实验楼设计摘 要本设计主要讲述了综合实验楼的设计。内容包括建筑设计和结构设计两部分。毕业设计是土木工程专业的必修课程，本设计采用钢筋混凝土现浇框架结构，建筑层数为五层，建筑总高度20.45米，总建筑面积5000平方米，底层占地面积为1000平方米。 根据设计要求，设防烈度为6度。设计包括建筑部分、结构部分、楼梯、基础等。在进行构件截面估算和计算重力荷载代表值后，进行水平地震作用下结构的侧移验算，接着选取了一榀横向框架进行计算。计算内容包括：框架梁柱线刚度计算；恒载、活载、地震作用下梁端、柱端弯矩、剪力的计算；框架内力组合、框架梁柱配筋计算、楼梯和基础配筋计算。整个方案设计基本符合设计和构造要求。关键词：框架结构；地震作用；内力计算；配筋计算IThe Design of a Middle School Comprehensive Laboratory Building in WuhuAbstract The paper mainly presented the design of comprehensive laboratory building，including architectural design and structural designGraduate design was a required course for civil engineering speciality. This scheme adopted the frame structure of Reinforced concrete，and it was 5-storey. The total height was 20.45 meter and surface area was 5000 square meter. The structure covered 1000 square meter. According to the design requirement, the fortification intensity was 6-degree. Design project included structure part, constructure part, stairs and foundation. Components section in terms of gravity load estimates and representatives of value, a level of seismic structure under the sway checked and then select a horizontal framework Pin calculated. Calculation include: framework and beams of stiffness calculated; dead load and live load, under earthquake Beam, column-moment, the shear calculated combination of internal forces framework; frame internal force make up; mate steel; stairs and foundation mate steel calculate. The design accorded with the design and construction requirements.Key Words: Frame Structure；Earthquake Action；The Internal Force Calculation；Calculation of Reinforcement目 录1 建筑设计说明11.1 工程概况11.2 建筑功能与特点11.3 设计资料11.4 相关规范及标准12 框架结构设计与计算22.1 初估截面尺寸22.2 重力荷载的计算52.3 重力荷载代表值的计算72.4 框架侧移刚度计算93 水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算123.1 横向自振周期计算123.2 多遇水平地震作用及楼层地震剪力的计算123.3 多遇水平地震作用下的位移验算143.4 水平地震作用下框架内力计算154 竖向荷载作用下横向框架结构的内力计算184.1 计算单元的确定184.2 荷载计算194.3 弯矩计算214.4 梁固端弯矩224.5 弯矩分配系数计算234.6 梁端剪力与柱轴力计算285 框架结构的内力组合305.1 内力组合的一般原理305.2 框架梁的内力组合315.3 框架柱的内力组合336 梁、柱、板、楼梯配筋计算356.1 框架梁 356.2 柱截面设计416.3 板的设计506.4 楼梯设计546.5 基础设计577 总结66致谢67参考文献681 建筑设计说明1.1 工程概况工程名称： 芜湖市某中学综合实验楼设计工程位置： 芜湖市工程面积： 建筑面积约5000m2，占地面积为1000m2，层高为3.9m结构形式： 现浇整体框架。建筑设计要求建筑物造型美观、新颖，满足各项使用功能要求，功能组合合理；结构设计要求结构布置合理，构件设计经济合理。1.2 建筑功能与特点： 平面设计： 建筑朝向为南北线，必须满足建筑开间和进深要求。 立面设计： 外墙面选用面砖饰面。 防火： 防火等级为二级。 抗震： 建筑的平立面布置规则，建筑的质量分布和刚度变化均匀，楼层没有错层，满足抗震要求。 1.3设计资料 基本雪压：S0=0.35kN/m 抗震设计烈度：6度，第一组。 防火等级：二级 地质条件： 土壤性质：表面为1m厚的杂填土，均匀性差，杂填土下为黏土层 （e=0.7，l1=0.78，=17.5kN/m，=160kN/m），二类场地土。1.4相关规范及标准 建筑结构荷载规范 GB50009-2012 混凝土结构设计规范 GB50010-2010 建筑抗震设计规范 GB50011-2010 建筑地基基础设计规范 GB50007-2011 2框架结构设计与计算 根据该房屋的使用功能及建筑设计的要求，进行了建筑平面、立面及剖面设计。主体结构共5层，层高均为3.9m。结构尺寸如图2.1所示：图2.1 计算框架部分柱网布置2.1初估截面尺寸2.1.1梁截面尺寸的初步确定 a. 边跨横梁 =8400为满足承载力、刚度及延性的要求截面高度取的跨度，即： h=(1/81/12)/l=1050700mm 取750 b=(1/21/3)/h=375250mm 取250 b. 中跨横梁 =3000 为满足承载力、刚度及延性的要求截面高度取的跨度，即： h=(1/81/12)/l=375250mm 取350 b=(1/21/3)/l=175113mm 取200mm c. 纵梁：对于8100 的纵梁为满足承载力、刚度及延性的要求截面高度取的跨度，即： h=(1/81/12)/l=1012675mm 取750 b=(1/21/3)/l=375250mm 取250mm d. 次梁：对于8400 的次梁为满足承载力、刚度及延性的要求截面高度取的跨度，即： h=(1/181/12)/l=675450mm 取450 b=(1/21/3)/l=225150mm 取200mm2.1.2柱截面尺寸的初步确定框架柱的截面尺寸一般根据柱的轴压比限值按公式（2-1）估算： （2-1） （2-2）式中： 为柱的组合的轴压力设计值； 为按简支状态计算的柱的负载面积； 为折算在单位建筑面积上的重力荷载代表制，可根据实际荷载计算，也可近似取1215，本文取15。 为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； 为验算截面以上楼层层数； 为柱截面面积； 为混凝土轴心抗压强度设计值； 为框架柱轴压比限值，建筑抗震规范规定一级、二级、和三级抗震等级，分别取0.7，0.8，0.9。 由于结构为5层框架结构，抗震等级为三级，所以=5和=0.9.对于C30混凝土，混凝土抗压强度设计值=14.3和抗拉强度设计值=1.43。由图2.1可知边柱及中柱的负载面积分别为8.1m4.2m和8.1m5.7m。由式（2-2）得各层柱的截面面积为 中 柱： 初选截面: bh=650mm650mm，422500403583.912.1.3板的截面尺寸初步估计 板 厚 根据实际情况和设计要求，板厚拟取：100。柱、板的混凝土强度等级与梁相同，为C30混凝土。 框架结构计算简图如图2.2所示。取顶层的形心线作为框架柱的轴线，同时要求边跨柱的外边面平齐，而中跨柱上下层形心对齐；梁轴线取到板底，一般层柱高度即为层高，取3.9；由于底层层高3.9，室内外高差0.45和基础顶部至室外地面0.5，所以底层暂取h=3900+450+500=4850mm。图2.2横向框架计算简图2.2 重力荷载的计算2.2.1 楼面及屋面永久荷载（恒荷载）标准值2.2.1.1 屋面(不上人)：30厚三毡四油防水层 0.420厚的1：3水泥砂浆找平层 200.020.4120厚膨胀珍珠岩保温层 0.1270.84100厚的钢筋混凝土板 250.1=2.515厚纸筋石灰抹底 160.015=0.24 合计 4.382.2.1.2过道楼面： 水磨石地面 0.65 15厚纸筋石灰抹底 0.01516=0.24 100厚的钢筋混凝土楼板 250.12.5 20厚水泥砂浆面层 0.0220=0.4 合计 3.142.2.2屋面及楼面可变荷载标准值 上人屋面均布活荷载标准值 0.5 楼面活荷载标准值 2.0 走廊活荷载标准值 3.5 屋面雪荷载标准值 0.452.2.3 梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算 查规范得以下自重： 外墙面为面砖墙面自重： 0.55 kN/m3 水泥空心砖 10.3kN/m3 2.2.3.1梁自重计算 边横梁自重： 0.25(0.75-0.1)254.06kN/m 粉刷： 0.010.652170.221 kN/m 合计 4.281 kN/m 中横梁自重: 0 .21(0.35-0.1)251.25 kN/m 粉刷： 0.0120.25170.085 kN/m 合计 1.335 kN/m 纵梁自重： 0.25(0.75-0.1)254.06 kN/m 粉刷： 0.0120.65170.221 kN/m 合计 4.281 kN/m 次梁自重： 0.2(0.45-0.1)251.75 kN/m 粉刷： 0.3520.01170.119 kN/m 合计 1.869 kN/m2.2.3.2柱自重计算 柱自重： 0.650.652510.56 kN/m 贴面及粉刷： 0.6540.0117=0.44 kN/m 合计 11.00 kN/m2.2.3.3墙自重 女儿墙自重(含贴面和粉刷)： 0.550.210.3+0.02172.95kN/m 外墙自重(含贴面和粉刷)： 0.550.210.3+0.02172.95kN/m内墙自重(含贴面和粉刷)： 0.210.3+0.02172.4kN/m2.3 重力荷载代表值的计算 2.3.1第五层的重力荷载代表值：屋面恒载： (8.16+0.65)(8.42+3+0.65)4.384411.37kN女儿墙： 28.160.6+2(8.42+3)0.62.95242.136kN 主梁自重： （8.427+8.164）4.28+371.335=1363.395kN 次梁自重： 8.4621.869=188.40kN半层柱自重： 283.90.511600.6kN半层墙自重： 外纵墙： (8.1-0.65)(3.9-0.75)12-（2.71.822+2.70.92)2.950.5+ （2.71.822+2.70.92）0.45 0.5=225.35kN 内纵墙： (8.1-0.65)(3.9-0.75)12-（2.11.510+2.10.93） 2.40.5+ （2.11.510+2.10.93）0.45 0.5=294.965kN 内横墙自重： (8.1-0.65)(3.9-0.75)82.40.5=234.36kN 外横墙自重： (8.1-0.65)(3.9-0.75)40.5+（3-0.65）2（3.9-0.75）2.95 0.5=165.87kN屋面活载： (48.6+0.65)(19.8+0.65)0.35=352.5kN恒载+0.5雪载：242.136+4411.37+1363.395+188.40+600.6+225.35+294.965+234.36+165.87+0.5 352.57902.69kN2.3.2 二四层的重力荷载代表值：楼面恒载： (8.16+0.65)(8.42+3+0.65)3.143021.56kN下半层墙重： 225.35+294.965+400.23+(8.43+4.052)(3.9-0.75)-(0.92.1 5)2.40.5+0.92.150.4 50.5=1037.205kN上半层墙重(同第5层) 920.33kN纵横梁自重： 1363.395+188.40=1551.795kN上半层柱+下半层柱： 600.621201.2kN楼面活荷载: 8.4248.62.0+348.63.5=2143.26kN恒载+0.5活载： 3021.56+1037.205+920.33+1551.795+1201.2+0.52143.26=8920.598kN2.3.3 一层的重力荷载代表值：楼面恒载： 3021.56kN上半层墙重： 1037.205kN下半层墙重： 外纵墙： (8.1-0.65)(3.9-0.75)12-（2.71.822+2.70.92）-（1.52.13） 2.950.5+（2.71.822+2.70.92）0.45 0.5+1.52.130.450.5=213.54kN内纵墙： (8.1-0.65)(3.9-0.75)12-（2.11.510+2.10.93）2.40.5+ （2.11.510+2.10.93）0.45 0.5=294.965kN 内横墙自重： (8.1-0.65)(3.9-0.75)112.40.5=157.24kN 外横墙自重： (8.1-0.65)(3.9-0.75)4+（3-0.65）2（3.9-0.75）-（2.51. 5+1.52.1）2.950.5+（2.51.5+1.52.1）2.950.5=157.24kN纵横梁自重： 1551.795kN 上半层柱自重： 600.6kN下半层柱自重： 280.5114.85=746.9kN楼面活荷载： 2143.26kN恒载+0.5楼面活载：3021.56+1037.205+213.537+294.965+322.245+157.24+1551.795+600.6+746.9+0.5 2143.269017.675kN所以，质点重力荷载代表值如图2.3所示48503900390039003900值道-3图2-3质点重力荷载代表值质点重力荷载代表值图2.3质点重力荷载代表值2.4框架侧移刚度计算 建筑的立面和竖向力求规则，结构的侧向刚度均匀变化，避免刚度的突变；当某些楼层刚度小于上层时，不应小于相邻上部楼层的70%。梁柱混凝土标号均为C30。梁的线刚度，其中为混凝土弹性模量；为梁的计算跨度；为梁的实际计算截面。在框架结构中，现浇楼面或预制楼板但只有现浇层的楼面，可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧移。考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架梁取，对中框架梁取，其中为矩形部分的截面惯性矩。具体计算值计算如下表2-1所示。表2-1 梁横梁线刚度计算表类别（N/mm2）（mmmm）（mm4） (mm）（Nmm）（Nmm）（Nmm）边横梁3.01042507508.810984003.13910104.710106.291010走道梁3.01042503500.710930007.14610101.110101.41010柱的线刚度，其中为柱的截面惯性矩，为框架柱的计算高度。柱的线刚度计算过程见表2-2。表2-2 柱线刚度计算表层次（N/mm2）（mmmm）（mm4）(mm）（Nmm）13.01046506501.51010485011.51010253.01046506501.510939009.31010柱的侧移刚度D值按下式计算：；其中为柱的侧移刚度修正系数，对不同情况按表2-3计算，其中为梁柱线刚度比。表2-3 柱侧移刚度修正系数位置边柱中柱简图简图一般层底层固接根据梁柱线刚度比的不同，图2.1中的柱可分为中框架中柱和边柱、边框架中柱和边柱以及楼梯间柱等。框架柱的侧移刚度D值见表2-4表2-6。表2-4 中框架柱侧移刚度D值 (N/mm)层次边柱 (10根)中柱 (10根)Di 10.550.41236280.240.3319360429880251.350.40293490.600.2316876462250层次边柱 (4根)中柱 (4根)Di 10.410.38222940.190.3218774164272251.010.34249470.470.1913941155552表2-5 边框架柱侧移刚度D值 (N/mm)将上述不同情况下同层框架柱的侧移刚度相加，得框架各层层间侧移刚度，见表2-6。表2-6 横向框架层间侧移刚度 (N/mm)层次12345594152617802617802617802617802框架各层的应沿高度均匀分布，如果不满足要求，则应调整梁、柱截面尺寸或材料强度，重新计算，直至满足为止。由上表可见，=0.960.7，该框架为规则框架。3 水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算3.1横向自振周期计算运用顶点位移法来计算，对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构，基本自振周期可按下式（3-1）来计算： （3-1）式中，计算结构基本自振周期用的结构顶点假想位移，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，取0.7。故先计算结构顶点的侧移，计算过程如下表3-1。表3-1 结构顶点的侧移计算层次Di/（N/mm）57902.6967902.69659415213.3216.748920.59816823.29459415228.3203.438920.59825743.89259415243.3175.128920.59834664.4959415258.3131.819017.69543682.16561780273.573.5由上表计算基本周期3.2 多遇水平地震作用及楼层地震剪力的计算该建筑结构高度远小于40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切为主，因此用底部剪力法来计算水平地震作用。首先计算总水平地震作用标准值即底部剪力FEK。 （3-2）式中， 相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数；结构等效总重力荷载，多质点取总重力荷载代表值的85；淮南地区特征分区为一区，又场地类别为类，查规范得特征周期 （3-3）建筑结构阻尼比0.05，查表得，水平地震影响系数最大值。 kN （3-4） （3-5） （3-6）因所以需考虑顶部附加水平地震作用。顶部附加地震作用系数：n=0.080.554+0.07=0.114顶部附加水平地震：Fn=0.1141967.88=224.97kN水平地震作用为： （3-7）具体计算过程如下表，各楼层的地震剪力按 来计算，一并列入表3-2中，表3-2 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次520.457902.696161610.130.30523.06416.558920.598147635.900.27470.76312.658920.598112845.560.21366.1428.758920.59878055.230.14244.1014.859017.69543735.820.08139.48各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿高度分布见下图3.1所示： F1=139.48 kNF2=244.10kNF3=366.14 kN F4=470.76kNF5=523.06 kNV1=1743.54kNV2=1604.06kNV3=1359.96kNV4=993.82 kNV5=523.06 kN （a）水平地震作用分布 （b）层间剪力分布图3.1 横向水平地震作用及层间地震剪力3.3 多遇水平地震作用下的位移验算用D值法来验算在多遇地震作用下，根据弹性方法，框架结构第层的层间剪力、层间位移及结构顶点位移分别按式（3-8）、（3-9）、（3-10）来计算： （3-8） （3-9） （3-10）抗震规范规定按式子 来计算的框架各层层间位移应满足下列（3-11）式 （3-11）式中， 为弹性层间位移角限值，对于钢筋混凝土框架，=1/550。当不满足时，说明梁、柱截面尺寸偏小，应调整梁、柱截面尺寸或提高混凝土强度等级，并重新计算框架的侧移刚度、基本周期以及水平地震作用等，进而计算位移及进行位移验算，直至满足为止。计算过程见下表，表3-3给出了横向水平地震作用下的位移验算值。表3-3 横向水平地震作用下的位移验算层次5523.065941520.8839001/44324993.825941521.6739001/233531359.965941522.2939001/170321604.065941522.7039001/144411743.546178022.8248501/1720由上表可知，各层间弹性位移都小于1/550，满足要求。3.4水平地震作用下框架内力计算将层间剪力分配到该层的各个柱子，即求出柱子的剪力，再由柱子的剪力和反弯点高度来求柱上、下端的弯矩。柱端剪力按下式（3-12）来计算： （3-12） 柱上、下端弯矩、按下式（3-13）、（3-14）来计算 （3-13） （3-14）式中：i层j柱的侧移刚度；h为该层柱的计算高度； y-反弯点高度比；柱端弯矩及剪力计算见表3-4,表3-5。表3-4 各层边柱端弯矩及剪力计算层次y53.9523.065941522934925.841.350.3525.1975.5843.9993.825941522934949.091.350.4076.58114.8733.91359.965941522934967.181.350.45117.90144.1023.91604.065941522934979.231.350.50154.50154.5014.851743.546178022362866.680.550.65210.21113.19表3-5 各层中柱端弯矩及剪力计算层次y53.9523.065941521687615.710.600.3018.3842.8943.9993.825941521687628.230.600.3538.5371.5633.91359.965941521687638.630.600.4067.8082.8623.91604.065941521687645.560.600.5088.8488.8414.851743.546178021936054.640.550.95251.7513.25梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按下面四个式子（3-15）、（3-16）、（3-17）、（3-18）来计算: （3-15） （3-16） （3-17） （3-18）式中， 、分别表示节点左、右梁的线刚度；、分别表示节点左、右梁的弯矩； 为柱子在第层的轴力，以受压为正。梁端弯矩、剪力及柱的轴力计算结果见表3-6。弯矩及剪力图见图3.3表3-6 梁端弯矩、剪力及柱的轴力计算层次边梁走道梁柱轴力边柱N中柱N575.5835.088.411.547.817.813.05.21-11.54-6.234140.0673.578.425.4316.3716.373.010.91-36.97-20.853220.6899.298.438.0922.1022.103.014.73-75.06-44.212272.40123.228.447.0928.5228.523.019.01-122.15-72.291267.6983.508.441.8118.5918.593.012.39-163.96-101.71注：1）柱轴力中的负号表示拉力。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kNm，V的单位为kN，N的单位为kN，l的单位为m。163.96210.21251.75128.1413.25124.42130.13113.19154.5083.5028.5288.84104.44272.40154.50117.90220.6876.58144.10123.2222.1067.2582.8699.2916.3718.3871.5673.57140.0625.19114.8775.5875.587.8142.8935.08101.71-101.71-163.9641.8112.3941.81122.1572.29-72.29-122.1547.0919.0147.0975.0644.21-44.21-75.0638.0914.7338.0936.9720.85-20.85-36.9725.4310.9125.4311.546.33-6.33-11.5411.545.2111.54（a）框架弯矩图（kNm） （b）梁端剪力及柱轴力图（kN）图3.3水平地震作用下框架的弯矩图、梁端剪力图及柱轴力4 竖向荷载作用下横向框架结构的内力计算4.1 计算单元的确定如图4.1所示，取第二榀横向框架进行计算。直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影线所示，计算单元内的其余楼面荷载则通过纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架，作用于各节点上。由于纵向框架的中心线与柱的中心线不重合，因此在框架节点上还作用有集中力矩。 图4.1 横向框架计算单元 4.2 荷载计算4.2.1 恒载计算 图4.2 各层梁上作用的恒载 在图4.2中，、代表横梁自重，为均布荷载形式。 对于第五层： 为房间和走道板传给横梁的梯形荷载由图所示的几何关系可得， 中跨按单向板算 、分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的荷载，它包括梁自重、楼板重和女儿墙等的自重荷载，计算过程如下： 节点集中荷载 =4.052.0250.52+(8.4+4.05)0.52.0252 3.38+4.2818.1+1.86 98.40.5+2.958.10.6=200.55kN =4.384.051.5+4.2818.1+0.52.0254.054.38=87.10kN 对于14层，包括横梁自重和其上的横墙自重，为均布荷载，其他荷载计算方法同第五层，计算过程如下： 节点集中荷载：节点集中荷载 =4.052.0250.52+(8.4+4.05)0.52.0252 3.14+4.2818.1+1.8698.4 0.5+