土木工程毕业设计（论文）-华隆大厦写字楼设计（方案二）.doc

毕业设计学号 毕业设计（论文）题目： 华隆大厦写字楼设计（方案二） 全套图纸加扣3012250582 作 者 届 别 2011届 院 别 土木建筑工程学院 专 业 土木工程 指导教师 职 称 完成时间 2011年5月20日 摘要：本工程为华隆大厦写字楼设计。采用框架结构，主体为5层，建筑总高为21.3m。该设计充分考虑到了建筑的外观、造型、功能使用、经济以及实际可行性等因素。结构设计则主要进行了建筑方案中框架第4-6轴的设计。在确定框架布局之后，用迭代法进行竖向荷载（恒载以及活载）的计算；然后采用D值法计算风荷载作用，用底部剪力法计算水平地震作用；最后内力组合，并找出最不利的一组或几组内力组合结果，选取最不安全的结构计算配筋并绘图。关键词：框架结构；建筑设计；结构设计；内力组合 Abstract:This project as a summer hualong office design. Adopt frame structure, main body for 5 layers, construction total height is 21.3 m. This design fully considered architectural appearance, modelling, the function is used, economic and practical feasibility, and other factors.Structure design is focused on building scheme framework article 4-6 axis design. In determining the frame layouts with iterative method, after the vertical load (constant load and calculation of live load); Then the D value method to calculate the wind loads, with horizontal seismic method for calculating the bottom shear function; Finally, and to find out the internal force combination of a group or the most unfavorable internal several groups of result, select the combination of unsafe structure calculation reinforcement and drawing. Keywords: frame structure; Architectural design; Structure design; Internal force combination目录1工程概况1 1.1 涉及项目名称及基本情况1 1.2 建筑地点及基地地形1 1.3 设计资料12结构布置1 2.1 结构选型及布置方案1 2.2梁、柱截面尺寸估算23确定结构计算简图及梁柱线刚度3 3.1 确定框架计算简图3 3.2框架梁柱的线刚度计算 34荷载标准值计算5 4.1恒载标准值计算5 4.2 活荷载标准值计算6 4.3 竖向荷载下框架受荷总图75风荷载计算12 5.1风荷载标准值计算12 5.2 侧移刚度D13 5.3 风荷载作用下框架侧移计算146水平地震作用的计算15 6.1 重力荷载代表值计算15 6.2 结构基本自震周期计算17 6.3多遇水平地震作用计算177内力的计算18 7.1 框架在风荷载作用下的内力计算18 7.2 框架在地震荷载作用下的内力计算22 7.3 恒荷载标准值作用下的内力计算25 7.4 活荷载标准值作用下的内力计算308内力组合359配筋计算46 9.1 框架柱截面设计46 9.2 框架梁截面设计6410基础设计68 10.1 基本情况68 10.2基础选型68 10.3基础顶部的荷载68 10.4基础设计6911 楼板设计73 11.1荷载计算73 11.2按弹性理论进行弯矩计算73 11.3配筋计算7412 楼梯设计78 12.1踏步板计算78 12.2 梯段斜梁设计79 12.3平台板设计80 12.4平台梁设计81参考文献87致谢 88 毕业设计1、工程概况1.1 设计项目名称及基本情况 本工程为华隆大厦写字楼设计（方案二），建筑面4283m2（以墙体中线为准），层数为主体五层，部分六层；底层高为4.2m，其余层均为3.3m；室内外高差0.45m；建筑总高度21.3m，。使用年眼为50年，采用框架结构。1.2 建设地点 南方某市。1.3 设计资料1.3.1气象条件全年为偏南风，夏季为西南风，基本风压为：Wo=0.45KN/，地面粗糙程度为C类。最热月平均31.2，最冷月平均6.3，夏季极端最高为37.7，冬季极端最高为0.6。相对湿度：最热月平均75.81.3.2工程地质条件 自然地表0.5m内为fak=100KPa的杂填土，填土下层2.0m厚为fak=282KPa粘土，再下层5.0m为fak=363KPa的中密细砂，最下边是基岩。地下水无侵蚀性。7度抗震设防烈度，设计基本地震加速度0.10g，设计地震分组：第二组。2、结构布置 2.1 结构选型及布置方案 本工程选用框架结构。图2.1.1 局部结构布置图2.2 主要构件选型及尺寸初步估算2.2.1 主要构件选型 (1) 梁板柱结构形式：现浇钢筋混凝土结构。混凝土采用30。纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB400，其余采用热轧钢筋HPB235。 (2) 墙体采用：混凝土中小型砌块（=11.8KN/），厚度为240mm。卫生间两侧贴瓷砖 （=0.5KN/），女儿墙墙高1100mm。(3) 门窗：门除大门为玻璃门（=0.35KN/）采用木门，(=0.2KN/)，窗采用塑钢门窗（=0.35KN/）。 (4) 屋面结构：现浇钢筋混凝土肋形楼盖，刚柔性相结合屋面，板厚120mm。 (5) 楼面结构：全部采用现浇钢筋混凝土肋形楼盖，板厚120mm。(6) 楼梯结构:采用钢筋混凝土梁式楼梯。2.2.2 梁柱截面尺寸估算 (1) 主要承重框架梁： 边跨(AB、CD)梁 取L=7500mm，h=(1/81/18)L=416.7mm937.5mm，取h=600mm。 b=(1/21/4)h=150mm300mm，取b=250mm。中跨(BC)梁：取L=2500mm，h=(1/81/12)L=208.3mm312.5mm。 故主要承重梁初选截面尺寸为：bh=250mm600mm。(2) 次要承重框架： 取L=8000mm，h=(1/81/18)L=444.4mm1000mm，取h=600mm。 b=（1/21/4）h=150mm300mm，取b=250mm。故次要框架梁初选截面尺寸为：bh=250mm600mm。(3) 连系梁 取L=7500mm，h=(1/81/18)L=416.7mm937.5mm， 取h=600mm。 b=(1/21/4)h=150mm300mm，取b=250mm。故联系梁初选截面尺寸为：bh=250mm600mm。(4) 框架柱截面：=（1/121/18）=300mm200mm,=（12）=400mm600mm。但考虑到建筑的要求，取=500mm。框架梁、柱编号及其截面尺寸如图所示,为了简化施工，各柱截面从底层到顶层不改变。3、确定结构计算简图及梁柱线刚度3.1 确定框架计算简图（KL-8） 框架的计算单元如图3.1.1所示，取5轴上的一榀框架（KL-8）进行计算。假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。由于各层柱的截面尺寸不变，故梁跨等于柱截面形心轴线之间的距离，底层柱高从基础顶面算至二层楼面，基顶标高根据地质条件、室内外高差，定为-0.950m，二层楼面标高为4.20m，故底层柱高为5.150m。其余各层柱高从楼面算至上一层楼面（即层高），故均为3.30m。由此可绘出框架的计算简图如图3.1.1所示。 图3.1.1 框架计算单元图3.2 框架梁柱的线刚度计算由于楼面板与框架梁的混凝土一起浇捣，对于中框架梁取I=2边跨梁: i =EI/l=3.0KN/21/120.25m/7.5m =3.6KNm中跨梁：i =EI/L=3.03KN/3231/1230.25m3/2.5m =10.83KNm 底层柱：i =EI/L=3.03KN/31/123/5.15m=3.033KNm标准层柱：i =EI/L=3.03KN/31/123/3.3m=4.743KNm令标准柱的i为1.0，则其余杆件的相对线刚度如下所示：边跨梁 i =(3.63 )/(4.743)=0.76中跨梁 i =(10.83 )/(4.743)=2.28底层柱 i=(3.033 )/(4.743)=0.64框架梁柱的相对线刚度如图3.2.1所示,作为计算各节点杆端弯矩分配系数的依据 图3.2.1 框架计算简图及各杆件相对线刚度 4、荷载标准值计算4.1 恒载标准值计算4.1.1屋面恒载防水层（刚性）30厚C20细石混凝土防水 1.0KN/防水层（柔性）三毯四油铺小石子 0.4KN/找平层：30厚水泥砂浆 0.03mx20KN/=0.6KN/找坡层：40厚水泥石灰焦渣砂浆2找平 0.04mx14KN/=0.56KN/保温层：80厚矿渣水泥 0.08m14.5KN/=1.16KN/结构层：120厚现浇钢筋砼板 0.12mx25KN/=3KN/抹灰层：10厚混合砂浆 0.01mx17KN/=0.17KN/ 合计： 6.89 KN/4.1.2 标准层楼面荷载大理石面层水泥砂浆擦缝：30厚1：3干硬性水泥砂浆面撒2厚素水泥 1.16KN/结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.12mx25KN/=3KN/抹灰层：10厚混合砂浆 0.01mx17KN/=0.17KN/ 合计：4.33KN/4.1.3 梁自重bxh=250mmx600mm（主要承重框架梁）梁自重 25KN/x0.25mx（0.6m-0.12m）=3KN/m抹灰层： 10厚混合砂浆 0.01mx（0.6m-0.12m+0.25m）x2x17KN/=0.248KN/m 合计： 3.25KN/mbxh=250mmx600mm（次要承重框架梁,连系梁）梁自重 25KN/x0.25mx（0.6m-0.12m）=3KN/m抹灰层：10厚混合砂浆 0.01mx（0.6m-0.12m+0.25m）x2x17KN/=0.248KN/m 合计： 3.25 KN/m bh=250400（基础梁） 梁自重 25KN/30.25m30.4m= 2.5 kN/m 合计： 2.5KN/m4.1.4 柱自重 柱截面尺寸（bh=500500）柱自重： 25KN/x0.5mx0.5m=6.25KN/m 抹灰层： 10厚混合砂浆 0.01mx0.5mx4x17 KN/=0.34KN/m 合计： 6.59KN/m4.1.5 外纵墙自重 标准层： 纵墙 （3.3m-2m-0.6m）x0.24mx11.8KN/=1.98KN/m 铝合金窗 0.35KN/x2=0.7KN/m 水刷粉刷外墙面 (3.3m-2m)x0.36KN/=0.47KN/m 水泥粉刷内墙面 (3.3m-2m)x0.36KN/=0.47KN/m 合计: 3.62KN/m底层：纵墙 (5.15m-2.9m-0.6m-0.4m)x0.24mx11.8KN/=3.54KN/m铝合金窗 0.35KN/x2.9m=1.02KN/m瓷砖外墙面 (4.2m-2.9m)x0.5KN/=0.65KN/m水泥粉刷内墙面 (4.2m-2.9m)x0.36KN/=0.47KN/m 合计: 5.68KN/m 4.1.6 内纵墙自重标准层：纵墙 （3.3m-0.6m）x0.24mx11.8KN/=7.65KN/m水泥粉刷墙面 （3.3m-0.6m）x0.36KN/x2=1.94KN/m合计：9.59 KN/m底层：纵墙 (5.15-0.4-0.6)mx0.24mx11.8KN/=11.75KN/m水泥粉刷墙面 （4.2m-0.6m）x0.36KN/x2=2.59KN/m合计：14.34 KN/m4.1.7 内隔墙自重标准层：纵墙 (3.3m-0.6m)x0.24mx11.8KN/=7.65KN/m水泥粉刷墙面 (3.3m-0.6m)x0.36KN/x2=1.94KN/m合计 ：9.59KN/m底层：纵墙 (5.15m-0.6)mx0.24mx11.8KN/=12.89KN/m 水泥粉刷墙面 （4.2m-0.6m）x0.36KN/x2=2.59KN/m合计：15.48 KN/m4.2 活荷载标准值计算4.2.1 屋面和楼面活荷载标准值 根据荷载规范查得： 上人屋面： 2.0KN/ 楼面：办公室 2.0KN/ 走 廊 2.5KN/4.3 竖向荷载下框架受荷总图屋面、楼面荷载分配按双向板进行荷载等效分配：短向分配：5aq/8长向分配：aq1-2(a/2b)2+(a/2b)34.3.1 A-B和C-D轴间框架梁板传至梁上的三角形或梯形荷载等效为均布荷载，荷载的传递示意图见图4.3.1所示。(a=2m，b=3.75m，a/2b=0.27） 4.3.1板传荷载图屋面板传荷载：恒载： 6.89KN/m2x2mx(1-2x0.272+0.273)x2=24.08KN/m活载： 2.0KN/m2x2mx(1-2x0.272+0.273)x2=6.99KN/m楼面板传荷载：恒载： 4.33KN/m2x2mx(1-2x0.272+0.273)x2=15.14KN/m活载： 2.0KN/m2x2mx(1-2x0.272+0.273)x2=6.99KN/m梁自重： 3.25KN/m A-B和C-D轴间框架梁均布荷载为： 屋面梁：恒载=梁恒载+板传荷载 =3.25KN/m+24.08KN/m=27.33KN/m 活载=板传活载 =6.99KN/m 楼面梁：恒载=梁恒载+板传荷载+墙体自重 =3.25KN/m+15.14KN/m+9.59KN/m=27.98KN/m 活载=板传活载 =6.99KN/m4.3.2 B-C轴间框架梁屋面板传荷载：恒载： 6.89KN/m2x1.25mx5/8x2=10.77KN/m活载： 2.0KN/m2x1.25mx5/8x2=3.13KN/m楼面板传荷载：恒载： 4.33KN/m2x1.25mx5/8x2=6.77KN/m活载： 2.5KN/m2x1.25mx5/8x2=3.91KN/m梁自重： 3.25KN/m B-C轴间框架梁均布荷载为： 屋面梁：恒载=梁恒载+板传荷载 =3.25KN/m+10.77KN/m=14.02KN/m 活载=板传活载 =3.13KN/m 楼面梁：恒载=梁恒载+板传荷载+墙体自重 =3.25KN/m+6.77KN/m+9.59KN/m=19.61KN/m 活载=板传活载 =3.91KN/m 4.3.3 -、-轴间A和D轴上的框架梁屋面板传荷载：恒载： 6.89KN/m2x12mx5/8=8.61KN/m活载： 2.0KN/m2x2mx5/8=2.5KN/m楼面板传荷载：恒载： 4.33KN/m2x2mx5/8=5.41KN/m活载： 2.0KN/m2x2mx5/8=2.5KN/m梁自重： 3.25KN/m -、-轴间A和D轴间框架梁均布荷载为： 屋面梁：恒载=梁恒载+板传荷载 =3.25KN/m+8.61KN/m=11.86KN/m 活载=板传活载 =2.5KN/m 楼面梁：恒载=梁恒载+板传荷载+墙体自重 =3.25KN/m+5.41KN/m+3.62KN/m=12.26KN/m 活载=板传活载 =2.5KN/m-、-轴间A和D轴上框架梁集中荷载为： 屋面梁：集中恒载=(24.08+3.257)KN/mx8mx1/2=109.32KN 集中活载=6.99KN/mx8mx1/2=27.96KN 楼面梁: 集中恒载=(15.14+3.25)KN/mx8mx1/2=73.56KN 集中活载=6.99KN/mx8mx1/2=27.96KN4.3.4 -、-轴间B和C轴上的框架梁屋面板传荷载：恒载：6.89KN/m2x1.25mx(1-2x0.3132+0.3133)+6.89KN/m2x2mx5/8=15.80KN/m活载：2.5KN/m2x1.25mx(1-2x0.3132+0.3133)+2.0KN/m2x2mx5/8=5.11KN/m楼面板传荷载：恒载：4.33KN/m2x1.25mx(1-2x0.3132+0.3133)+2.0KN/m2x2mx5/8=9.93KN/m活载：2.5KN/m2x1.25mx(1-2x0.3132+0.3133)+2.0KN/m2x2mx5/8=5.11KN/m梁自重： 3.25KN/m -、-轴间B和C轴上的框架梁均布荷载为： 屋面梁：恒载=梁恒载+板传荷载 =3.25KN/m+15.80KN/m=19.05KN/m 活载=板传活载 =5.11KN/m 楼面梁：恒载=梁恒载+板传荷载+墙体自重 =3.25KN/m+9.93KN/m+9.59KN/m=22.77KN/m 活载=板传活载 =5.11KN/m-、-轴间B和C轴上框架梁集中荷载为： 屋面梁： 集中恒=(24.08+3.25)KN/mx8mx1/2+(10.77+3.25)x2.5mx1/2=126.85KN 集中活载=6.99KN/mx8mx1/2+3.13KN/mx2.5mx1/2=31.87KN 楼面梁: 集中恒=(15.14+3.25)KN/mx8mx1/2+(6.77+3.25)x2.5mx1/2=70.26KN 集中活载=6.99KN/mx8mx1/2+3.91KN/mx2.5mx1/2=32.85KN4.3.5 A轴和D轴柱纵向集中荷载的计算顶层住女儿墙自重:(做法:墙高1100mm，100mm的混凝土压顶) 0.24mx1.1mx11.8KN/m3+25KN/m3x0.1mx0.24m +(1.2mx2+0.24m)x0.5KN/m3=5.04KN/m 图4.3.5 现浇天沟尺寸天沟自重:(图4.3.5) 2.13KN/m 顶层柱恒载=女儿墙及天沟自重+梁自重+板传荷载+连梁传恒载 =(5.04KN/m+2.13KN/m)x8m+3.25KN/mx(8m-0.5m) +8.61KN/mx8m+109.32KN =259.94KN顶层柱活载=板传活载+连梁传活载 =2.5KN/mx8m+27.96KN=47.96KN标准层柱恒载=墙自重+梁自重+板传荷载+连梁传恒载 =3.62KN/mx(8m-0.5m)+3.25KN/mx8m-0.5m) +5.41KN/mx8m+73.56KN=168.37KN 标准层柱活载=板传活载+连梁传活载 =2.5KN/mx8m+27.96KN=47.96KN 基础顶面恒载=墙自重+基础梁自重 =5.68mx(8m-0.5m)+2.5KN/mx(8m-0.5m) =61.35KN4.3.6 B轴和C轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱恒载=梁自重+板传恒载+连梁传恒载 =3.25KN/mx(8m-0.5m)+15.80KN/mx8m+126.85KN =277.63KN顶层柱活载=板传活载+连梁传活载 =5.11KN/mx8m+31.87KN =72.75KN标准层柱恒载=墙自重+梁自重+板传荷载+连梁传恒载 =9.59KN/mx(8m-0.5m)+3.25KN/mx(8m-0.5m) +9.93KN/mx8m+74.84KN=250.58KN 标准层柱活载=板传活载+连梁传活载 =5.11KN/mx8m+32.85KN=73.73KN 基础顶面恒载=墙自重+基础梁自重 =14.34KN/mx(8m-0.5m)+2.5KN/mx(8m-0.5m) =126.3KN4.3.7 柱自重 柱的截面尺寸全为bxh=500mmx500mm 标准柱自重=6.59KN/mx3.3m=21.75KN 底层柱自重=6.59KN/mx5.15m=33.94KN框架在竖向荷载作用下的受荷总图如图4.3.1所示（图中数值均为标准值）。 90图4.3.1竖向受荷总图（图中各值为标准值，单位为KN）5 风荷载计算5.1风荷载标准值计算作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值： WK=ZZSw0(hi+hj)B/2 式中：基本风压为Wk=0.45kN/m2； Z风压高度变化系数，该工程地面粗糙程度为C类； S风荷载体形系数，根据建筑物的提醒查得S=1.3； Z风振系数，基本自振周期对于钢筋混凝土框架结构可用T1=0.08n（n是建筑层数）估算，大约为0.64s0.25s，应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响，其中 hi下层柱高； hj上层柱高,对顶层为女儿墙到素的2倍； B 迎风面的宽度,为8m。 计算过程见表5.1.1。表5.1.1 集中风荷载标准值离地高度Z/mZZSWO(kn/m2)hi/mhj/mWk/KN17.40.791.01.30.453.32.410.1714.10.741.01.30.453.33.311.4310.80.741.01.30.453.33.311.437.50.741.01.30.453.33.311.434.20.741.01.30.454.24.214.55注：房屋高度只有17.4米，小于30米，故取Z=1.0。5.2 侧移刚度D（计算见表5.2.1和表5.2.2）表5.2.1 横向2-4层D值的计算构件名称D=12cic/h2（KN/m）A轴0.27514364B轴0.60331496C轴0.60331496D轴0.2751436414364KN/m+31496KN/m+14364KN/m+31496KN/m=91720KN/m表5.2.2 横向底层D值的计算构件名称D=12cic/h2（KN/m）A轴0.53010925B轴0.77816036C轴0.77816036D轴0.5301092510925KN/m+16036KN/m+16036KN/m+10925KN/m=53922KN/m5.3 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： 式中：Vj第层的总剪力； 第j层所有柱的抗侧刚度之和； 第层的层间侧移。 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和顶点侧移值，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 顶层侧移 框架在风荷载作用下侧移的计算见表5.3.1.表5.3.1 风荷载作用下框架侧移计算层次Wj/KNVj/KN/(KN/m)/m/h510.1714.93917200.000111/19578411.4332.27917200.000241/9058311.4349.27917200.000361/5933211.4366.27917200.000491/3635114.5559.01539220.00111/4682=0.0023侧移验算： 层间侧移最大值 1/46821/550 (满足要求)6、水平地震作用的计算该建筑物的高度为17.4m40m，以剪切变形为主，且质量和刚度沿高度均匀分布，故可采用底部剪力法计算水平地震作用。6.1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屋面活荷载标准值。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。6.1.1水平地震作用恒载 屋面重力值： G面 =6.89KN/m238m317.5m=964.6KN 楼板重力值： G板 =34.33KN/m238m317.5m=606.2KN 梁重力值： G梁 =3.25KN/m317.5m+3.25KN/m8m34+3.25KN/m17.5m =139.75KN 柱重力值： 标准层G上柱 =6.59KN/m33.3m34=86.99KN 底层 G底层 =6.59KN/m35.15m34=135.75KN 墙重力值： 天沟及女儿墙 G天沟重 =7.17KN/m38m2=114.72KN 标准层G标准墙=3.62KN/m37.5m2+9.59KN/m37.5m2 +9.59KN/m13.6m=328.57KN 底层 G底层墙 =5.68KN/m37.5m2+14.34KN/m37.5m2 +15.48KN/m13.6m=510.83KN6.1.2水平地震作用活载楼面活荷载：Q=2.0KN/m315m38m+2.5KN/m32.5m38m=290KN 重力荷载代表值的计算 G5=G屋面+G梁+G上柱/2+G天沟+0.5Q屋面=964.6+139.75+86.99/2+114.72+0.5290 =1451.06KN G4=G3=G2=G楼板+G梁+G上柱/2+G下柱/2+ G标准墙+Q楼面/2 =606.2+139.75+86.99+114.72+290/2 =1092.66KN G1=G楼板+G梁+G上柱/2+G下柱/2+ G标准墙/2+G底层墙/2+Q楼面/2 =606.2+139.75+86.99/2+135.75/2 +328.57/2+510.83/2+290/2 =1422.02KN 质点重力荷载代表值见图6.1.2 图6.1.2各质点的重力荷载代值 6.2结构基本自振周期计算 按假想顶点位移法计算自振周期,取基本周期调整系数T=0.7,计算公式为T1= 1.7T,T为顶点位移。表6.2.1横向框架顶点位移计算层次Gi(kN)Diii-1=Gi/Di(m) 5 1451.061451.06917200.01580.248941092.662543.72917200.02770.233131092.663636.38917200.03970.205421092.664729.04917200.05160.165711422.026151.06539220.11410.1141T1= 1.730.7=0.594s 6.3多遇水平地震作用计算查表得:Tg=0.3s,amax=0.1g, TgT11.4Tg=0.42，所以应该考虑顶部附加水平地震作用n=0.08T1+0.07=0.0830.594+0.07=0.118结构总水平地震作用标准值： Fek=0.85a1Geq=0.05430.8536151.06=282.33KN顶部附加的集中水平地震作用为：Fn=nFek=0.1183282.33KN=33.32KN框架第i层的剪力：Vi=由规范公式算得作用于各质点上横向水平地震作用标准值及各楼层地震剪力计算如下表：表6.3.1 Fi、Vi和ui的计算层Gi（KN）Hi(m)GiHiGiHiFiVi(KN)Dui(m)51451.0618.3526