土木工程毕业设计框架剪力结构计算书8层综合办公楼设计

1、桂林理工大学本科毕业设计论文摘要本毕业设计遵循先建筑、后结构、再基础的设计过程，根据任务书和指导书的要求，完成桂林晨华综合办公楼（钢筋混凝土框架剪力墙结构）的建筑、结构设计。建筑图包括总平面图及说明，首层、标准层和屋顶平面图，正立面和背立面图，楼梯和电梯井的剖面图，以及若干详图。各图均按规范要求设计。本工程结构设计时密切结合建筑设计，力求经济合理，在框架结构体系中适当布置钢筋混凝土剪力墙，作为抗侧力构件与框架协调工作，使结构具有良好的抗震性能。结构分析的重点在于框架和剪力墙的协同工作分析。考虑毕业设计的特殊要求，以手算为主、电算为辅。结构设计包括以下七个部分：结构刚度计算；水平地震作用效应分析

2、；竖向荷载作用下框架和剪力墙内力计算；荷载效应组合；截面设计与配筋计算；楼梯设计；梁板设计。计算书的主要内容有：完成现浇楼板局部单元板的设计（包括手工进行荷载计算、内力分析及配筋计算，电脑绘出施工图）；根据建筑要求完成其它楼层结构布置，应用satwe程序进行电算，并在结构布置施工图中，应用平法表示标出梁、板、柱和框架的编号、板厚及配筋；人工计算完成框架剪力墙结构协同工作分析、结构侧移计算、剪力墙受力分析与截面设计、框架受力分析与截面设计（包括内力分析、水平荷载与竖向荷载的计算和组合、截面配筋并绘制施工图）；应用设计软件完成分析、设计，对比分析电算和手算的主要成果。毕业设计的成果符合现行规范的要

3、求，因而是合理可行的。关键词： 高层建筑；钢筋混凝土结构；框架剪力墙结构；综合办公楼；建筑与结构设计the building design and structural design of reinforced concrete frame-shearwall structures guilin chenhua comprehensive office buildingstudent: zeng taotao teacher: xing xinkuiabstract: this graduation project follows and builds, and then structure,

4、 more basic design process first, according to the request of task book and guide book, finish the building design and structural design of reinforced concrete frame - shearwall structures guilin chenghua comprehensive building.the construction drawing of the building including general layout and pr

5、oving, first storey, standard storey and roof plane figure, straight elevation and reciting elevation, the section systems of the stair and lift well, and several detail drawings. every drawing is designed according to the requirement of standardizing and approved by teacher.combine the architectura

6、l design closely at the time of the structural design in this project, strive to make economy and rational, assign the reinforced concrete shearwall in the structural system of the frame appropriatly, as resist side force component work together with frame coordinate, and make the structure have goo

7、d antidetonation performance. focal point that structure analyze lie in frame and shearwall work to analyze in coordination. consider special requirement of graduation project, rely mainly on the fact that hands can be regarded as, electricity charge for complementing.the structural design is compos

8、ed of seven parts: structural rigidity is calculated; function effect analysis of the horizontal earthquake; the verticality loads function and makes the frame and cuts the wall internal force of strength calculated; load the effect association; the section is design and worthy of the muscle to calc

9、ulate; the stair is designed; the roof beam board is designed .the main content of calculating book is as follows, finish one cast-in-place floor some unit design of board (include handwork to carry out load calculation, force analysis and match tendon to calculate, computer paints construction pict

10、ure); require to finish the layout of the structure of other floors according to building, employ satwe procedure to calculate the electricity, and among layout of the structure construction drawing, employ flat law say, stamp roof beam, board, column, serial number of frame, board thick buying musc

11、ling; calculate the frame of finishing artificially - cut the wall structure of strength work and analyze in coordination, the structural side is moved and calculated, cut the strength wall designed by strength analysis and section, frame design strength analysis with section (including internal for

12、ce analysis , level load with calculation , association , section that verticality load mixing the muscle and drawing the construction picture); employ , design software finish , analyze , design , compare and analyse electricity regard as with main achievement that hand charge.the graduation projec

13、t achievement conforms to the present standard requirement, thus is reasonable and feasible.key words: tall building; reinforced concrete structure; frame-shearwall structure; comprehensive office building; building design and structural design目 录摘要 abstract1 结构设计说明12 结构设计计算书52.1 剪力墙、框架及连梁的刚度计算 5 2.

14、1.1 框架的等效剪切刚度cf15 2.1.2 剪力墙的等效刚度eieq 8 2.1.3 连梁约束刚度cb 11 2.1.4 壁式框架柱剪切刚度cf2 13 2.1.5 刚度特征值 202.2 水平地震作用效果分析 20 2.2.1 重力荷载 20 2.2.2 水平地震荷载计算 23 2.2.3 框架剪力墙协同工作计算 25 2.2.4 总剪力墙、总框架和总连梁的内力 27 2.2.5 连梁内力计算 30 2.2.6 单片剪力墙的内力 32 2.2.7 框架内力计算 332.3 竖向荷载作用下框架和剪力墙内力计算 39 2.3.1 框架内力计算 39 2.3.2 剪力墙内力计算 502.4 荷

15、载效应组合 56 2.4.1 梁的支座弯矩和剪力 572.4.2 梁的跨中最大弯矩 582.4.3 柱的内力组合 602.4.4 剪力墙内力组合 622.4.5 连梁内力组合 632.5 截面设计与配筋计算 64 2.5.1 框架梁（正、斜）截面设计 64 2.5.2 框架柱的截面设计 70 2.5.3 剪力墙墙肢截面设计 82 2.5.4 连梁正斜截面设计 872.6 楼梯设计 90 2.6.1 平台板计算 91 2.6.2 梯段板计算 93 2.6.3 平台梁计算 932.7 梁板设计 94 2.7.1 板的计算 94 2.7.2 梁的计算 99结论104致谢105参考文献106附录107

16、v1 结构设计说明1.1.1 工程概况本次设计工程为一综合办公楼，建筑主体结构共有8层，总高29.1m，无地下室， 1层层高3.9m，其余层层高均为3.6m；突出屋面的塔楼为电梯机房和楼梯间。建筑面积6153.71m2，占地面积683.75m2。自然地表下1m内为填土，填土下3m厚为硬塑性粘土，再下为砾石层。粘土允许承载力为180kn/m2，砾石层允许承载力为300kn/m2。地下水位在地表以下2m，水质对混凝土无侵蚀。地震设计烈度7度，建筑场地类别为类，场地特征周期为0.35s，基本雪压0.30kn/m2。1.1.2 结构方案及布置该建筑为综合办公楼，建筑平面布置灵活，有较大空间，可考虑到采

17、用框架结构或框剪结构。由于楼层为八层，主体高度29.1 m, 7度抗震，考虑到框架抵抗水平荷载能力较低，抗侧刚度差，侧向变形大，且电梯井道一般宜做成钢筋混凝土筒体，选择框-剪结构。该工程采用全现浇结构体系，15层混凝土强度等级为c40，以上各层均为c30，结构平面布置如图见1-1-1。1.1.3 构件初估 柱截面尺寸的确定利用式a=a, 式中：a为横截面面积，取方形时边长为a；n为验算截面以上楼层层数；f为验算柱的负荷面积，可根据柱网尺寸确定；为砼轴心抗压强度设计值；为地震及中边柱的相关调整系数，7度地区，中间柱取1、边柱取1.1， g为结构单位面积的重量，根据经验估算钢筋砼高层

18、建筑约为1218kn/m由于框-剪结构办公楼荷载较小，按14kn/m考虑；设防烈度7度、小于60m高的框-剪结构抗震等级为三级，因此取0.95。1层中柱kz-4（n取8；c40混凝土，=19.1mpa）; a=a=0.166m, a=0.41m。1层中柱kz-2（n取8；c40混凝土，=19.1mpa）; a=a=0.111m, a=0.333m。6层中柱kz-4（n取3；c30混凝土，=14.3mpa） a=a=0.083m, a=0.29m。6层中柱kz-2（n取3；c30混凝土，=14.3mpa）a=a=0.055m, a=0.235m。初步选定中柱截面kz-4选450mm450mm；k

19、z-2选400mm400mm；对于边柱，取1.1，则：1层边柱kz-3（n取8；c40混凝土，=19.1mpa）; a=a= =0.135ma=0.37m。1层边柱kz-1（n取8；c40混凝土，=19.1mpa）; a=a= =0.09ma=0.3m。6层边柱kz-3（n取3；c30混凝土，=14.3mpa） a=a=0.068m a=0.26m。6层边柱kz-1（n取3；c30混凝土，=14.3mpa） a=a=0.045m a=0.212m。初步选定边柱截面kz-3选400mm400mm；kz-1选350mm350mm 梁尺寸确定梁截面高度可按hb=(1/101/18)l,

20、l为跨长；梁截面宽度bb=（1/31/2）hb,本设计取宽250mm。该工程框架为纵横向承重，根据梁跨度可初步确定横向框架梁kl-1、kl-2、kl-3、取250mm500mm；横向次梁l-1250mm500mm；纵向框架梁kl-5取250mm600mm;kl-4取250mm400mm. 楼板厚度的确定楼板为现浇双向板，一般厚度取（1/401/30）板（短向长度）且不小于80mm，3600/40=90m,取110mm90mm,满足要求。剪力墙尺寸的确定电梯机房近似位于建筑物中心且墙体为承重墙体，考虑做成钢筋混凝土筒体。除电梯井道筒体外，横向设四道共26.4m剪力墙，

21、纵向设四道共21.76m剪力墙，墙厚均与隔墙相等为240mm。底层剪力墙截面面积=13.8 m,柱截面面积ac=7.1 m,楼面面积为618.67 m，则：aw/af=13.8/617.97=0.022，满足aw/ac=0.020.03的要求。(aw+ac)/ af =(13.8+7.1)/517.97=0.04，满足(aw+ac)/ af =0.030.05的要求。根据“分散、均匀、对称、周边”的原则，布置成l形剪力墙，且使质量中心和刚度中心尽可能重合。1.1.4 基本假定与计算简图基本假定1）平面结构假定：该工程平面为正交布置，可认为每一方向的水平力只由该方向的抗侧力结构承担

22、，垂直于该方向的结构不受力2）楼板在自身平面内刚性假定：在水平荷载作用下，框架和剪力墙之间不产生相对位移。3）由于结构体型规整、剪力墙布置对称均匀，结构在水平荷载作用下不计扭转的影响。在以上基本假定的前提下，将空间框-剪结构分解成纵向和横向两种平面体系：将所有剪力墙综合在一起形成总剪力墙；将所有框架综合在一起形成总框架。楼板的作用是保证各片平面结构具有相同的水平侧移。1.1.5 荷载计算高层建筑水平力是起控制作用的荷载，包括地震作用与风力。本建筑高度小于60m，且 风荷载不大，故可不算风荷载。地震作用计算方法按建筑结构抗震设计规范进行，对高度不超过40m以剪切为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀

23、的结构，可采用底部剪力法。竖向荷载主要是结构自重（恒载）和使用荷载（活载）。结构自重可由构件截面尺寸直接计算，建筑材料单位体积重量按荷载规范取值。使用荷载（活荷载）按荷载规范取值，楼面活荷载折减系数按荷载规范取用。1.1.6 侧移计算及控制当一般装修标准时，框-剪结构在地震作用下层间位移与层高之比、顶点位移与总高之比都为1:550。1.1.7 内力计算及组合竖向荷载下的内力计算竖向荷载下内力计算首先根据楼盖的结构平面布置，将竖向荷载传递给每榀框架及每片剪力墙。框架结构在竖向荷载下的内力用分层法；剪力墙为一竖向悬臂构件，承受各层楼盖、连梁 、纵向连系梁传来的荷载及各层剪力墙自重荷载

24、；连梁考虑塑性内力重分布而进行调幅，按两端固定梁计算。水平荷载下的内力计算水平力首先在总框架与总剪力墙之间分配，然后间总框架分得的份额按各榀框架剪切刚度进行再分配；将总剪力墙分得的份额按各片剪力等效刚度进行再分配，最后计算单榀框架和单片剪力墙的内力。内力组合1）荷载组合。由于不考虑风荷载影响，荷载组合简化如下：1.2恒+1.4活1.2重力荷载代表值+1.3水平地震作用2）控制截面及不利内力。框架梁柱应进行组合的层一般为顶上二层，底层，混凝土强度、截尺寸有改变层及体系反弯点所在层；剪力墙应选择底层，有变化层等进行组合。框架梁控制截面及不利内力为：支座截面，-mmax，

25、vmax；跨中截面，mmax。框架柱、剪力墙控制截面为每层上、下截面，每截面应组合：mmax 及相应n、v，nmax及相应m、v，nmin及相应m、v。1.1.8 构件设计构件设计包括框架梁柱、连梁、剪力墙的配筋计算，计算过程见结构计算书。2 结构设计计算书2.1 剪力墙、框架及连梁的刚度计算2.1.1 框架的等效剪切刚度cf 梁的线刚度计算梁的线刚度计算见表2-1-1。表2-1-1 梁 线 刚 度梁 编 号截面(mm2)混凝土等级ec（kn/m2）i0=bbhb3(m4)边框架梁中框架梁ib=1.5i0(m4)(knm)ib=2i0(knm)kl-10.250.5c30301

26、062.610-33.910-3177275.210-323636c4032.51061920425606kl-40.250.4c30301061.3310-3210-3166662.610-322221c4032.51061805524073kl-50.250.6c30301064.510-36.7510-328125910-337500c4032.51063046940625l-10.250.5c30301062.610-33.910-3177275.210-323636c4032.51061920425606kl-2kl-30.250.5c30301062.610-33.910-3508

27、695.210-367825c4032.5106551087347柱的线刚度计算柱的线刚度计算见表2-1-2。表2-1-2 柱 线 刚 度层号柱(mm2)层高(m)ec（kn/m2）ic(m4)(knm)68kz-1（350350）3.6301061.2510-310417kz-2（400400）2.1310-317750kz-3（400400）2.1310-317750kz-4（450450）3.4210-32850025kz-1（350350）3.632.51061.2510-311285kz-2（400400）2.1310-319229kz-3（400400）2.1310

28、-319229kz-4（450450）3.4210-3308751kz-1（350350）3.932.51061.2510-310417kz-2（400400）2.1310-317750kz-3（400400）2.1310-317750kz-4（450450）3.4210-328500框架柱侧移刚度对于高度小于50m且高宽比小于4的建筑物，仅考虑柱弯曲变形引起的柱侧移刚度，忽略柱的轴向变形。与剪力墙相连的边柱作为剪力墙的翼缘，计入剪力墙的刚度，不作为框架柱处理。框架柱侧移刚度（d）计算见表2-1-3。表2-1-3 框架柱侧向刚度（d）值计算层号位置柱根数78边框架边柱1.70.4

29、644374边框架中柱3.860.66108474中框架边柱2.270.53511216中框架中柱5.150.721183316层号位置柱根数6边框架边柱1.770.4745334边框架中柱4.030.67110114中框架边柱2.360.54520916中框架中柱5.360.73119981625边框架边柱1.70.4644374边框架中柱3.860.66108474中框架边柱2.270.53511216中框架中柱5.150.7211833161边框架边柱1.840.6150134边框架中柱4.180.76106434中框架边柱2.460.66542416中框架中柱5.580.8011203

30、16第8层总d值：=332256kn/m2等效剪切刚度： kn同理，得: =332256kn/m2 ; =1196121kn =337488kn/ m2 ;=1214957kn 332256kn/m2 ;1196122kn 329016kn/m2 1283162kn框架剪切刚度： =(23.61196121+3.61214957+43.61196122+3.91283162)/29.1=1210117kn=1.21kn2.1.2剪力墙的等效刚度eieq剪力墙w-1（轴）的刚度计算 剪力墙截面见图2-1-1所示，剪力墙厚240mm，15层混凝土c40 ，68层混凝土c30 ，有效翼

31、缘宽度：b1=b+6hi=0.24+60.24=1.68mb2=b+s/2=0.24+3.36/2=1.92mb3=2.41m有效翼缘宽度取较小值：。墙肢面积：aw=2.1墙肢形心： =2.7m墙肢惯性距：对于l字形截面，b/t=1.68/0.24=7，h/t=6.92/0.24=28.8，则剪应力分布不均匀系数按t形取值，查表得：1.37515层混凝土强度等级为c40，ec=32.5106 kn/m2,68层混凝土强度等级为c30，ec=30106 kn/m2。15层：；=.68层：；=。w1的等效刚度按高度加权平均，得： = 剪力墙w-2（轴）的刚度计算 图2-1-2 w-2

32、截面剪力墙截面见图2-1-2所示，剪力墙厚240mm，15层混凝土c40,68层混凝土c30 ，有效翼缘宽度：b1=b+6hi=0.24+60.24=1.68mb2=b+h/20=0.24+7.08/2=3.78 m 有效翼缘宽度取小值：bi=1.68m。墙肢面积：aw=2.422墙肢形心：=3.245m墙肢惯性距： 对于工字形截面，=1.57 ， 15层：；=.68层：；=。w2的等效刚度按高度加权平均，得： = 横向剪力墙总等效刚度横向剪力墙总等效刚度为：=1455.8 2.1.3连梁约束刚度截面：0.250.5m,15层混凝土为c40，68层为c30，一端有刚域，如图2-1

33、-3所示： （应算至墙肢形心，考虑w-1、w-2相连连梁的墙肢形心与墙体中心相差不远，为简化计算统一算至墙肢中心。）面积： 0.125惯性矩：矩形截面剪应力不均匀系数：=1.2 考虑连杆剪切变形影响系数： =0.15连梁约束弯矩：15层： 68层： 连梁等效剪切刚度： 2.1.4 壁式框架柱剪切刚度cf wf-1的类型判别1）墙肢惯性矩，墙肢截面积及组合截面惯性矩。不考虑墙肢翼缘作用时，wf-1的截面尺寸如图2-1-4所示。图2-1-4 wf1不考虑墙肢翼缘作用截面图墙肢惯性矩： 墙肢面积： 组合截面： 1.42）连梁折算惯性矩。连梁折算惯性矩，截面积，计算跨度及折算惯性矩，见

34、表2-1-4。表2-1-4 wf-1连梁折算惯性矩层号截面（mm） (m4)(m2)(m)(m4)124018000.12150.450.0352824015000.07030.3750.0236加权平均1.870.02513）整体系数及。第一列连梁：第一列洞口两侧墙肢轴线距离：0.0165高度加权平均：净截面惯性矩： 1.4-0.0582=1.342 =0.96整体系数：=41.17查表得：=0.762。 =0.762， 判断为壁式框架。为简化计算，按不考虑墙肢翼缘作用来计算壁式框架。壁式框架wf-1的刚域长度计算：1）底层：壁梁刚域长度： 壁柱刚域长度：边柱： 中柱： 2）一

35、般层：壁梁刚域长度： 壁柱刚域长度：边柱： 中柱： wf-1的尺寸及各杆件的刚域长度详见图2-1-5所示，（杆件的宽度均为240mm）。 图2-1-5 wf-1的立面尺寸及刚域长度 梁和柱考虑刚域及剪切变形影响的折算线刚度1） 梁、柱的惯性矩因wf1的梁在净跨范围内由两根高度相等的梁组成，所以双层梁的惯性矩等于两单梁惯性矩之和。梁：1层：38层：柱：边柱：中柱：2） 壁梁和壁柱的折算线刚度（计算简图见2-1-6所示），wf1的梁和柱折算线刚度分别列于表2-1-5和2-1-6中。梁、柱均为矩形截面：， 图2-1-6 wf-1梁柱计算简图，。表2-1-5 壁梁杆端转线刚度层号(m)d

36、b2db11207515501004250.91.01140.04820.20482520751475137.5462.50.750.77560.06630.22296820751475137.5462.50.750.77560.06630.2229层号(10-3m4)e(106 kn/m2)(103knm)(103knm)11.0061.38029.1632.5459.46630.28251.3231.81416.87532.5349.68479.45681.3231.81416.87530322.78442.57表2-1-6 壁柱杆端转动折算线刚度及侧移折算线刚度柱位层号(m)dc2dc1

37、边柱130002262.50737.50.650.247600.2458 2 37502425737.5587.50.650.21550.19670.15673536002425587.5587.50.650.21550.16320.16326836002425587.5587.50.650.21550.16320.1632中柱13000242505751.30.862200.19672375027505754251.30.67040.15330.113335360027504254251.30.67040.11810.118168360027504254251.30.67040.11810.

38、1181柱位层号ic(10-3m)e(106kn/m)（103knm)(103knm)(103knm)边柱11.4092.3285.4932.583.8138.46111.1323.1652.9225.4932.5150.59139.03144.81352.6922.6925.4932.5133.42133.42133.42682.6922.6925.4930123.16123.16123.16中柱10.8321.29143.9432.5396.05614.54505.321.5781.45743.9432.5600.92554.85577.89351.3441.34443.9432.5533

39、.14533.14533.14681.3441.34443.9430492.13492.13492.13表中：， 图2-1-7 wf1杆件的杆端转动折算线刚度及柱的侧移折算线刚度（括号内数字）（单位：103kn）3)壁柱的侧移刚度d（见表2-1-7）及壁式框架剪切刚度cf2表2-1-7 壁柱的侧移刚度d值和值柱位层号梁柱左梁(103knm)右梁(103knm)kh(m)d(103knm)(103kn)边柱1459.46111.130.7553111.87335.612349.68144.810.5833.7572.04270.16柱位层号梁柱左梁(103knm)右梁(103knm)kh(m)d

40、(103knm)(103kn)边柱35349.68133.420.5673.670.05252.166322.78123.160.5773.665.80236.8878322.78123.160.5673.664.66232.77z中柱1630.28630.28505.30.6663448.711346.122479.45479.45577.890.4903.75241.64906.1335479.45479.45533.140.4743.6233.99842.366442.57442.57492.130.4843.6220.55793.9778442.57442.57492.130.4743

41、.6215.99777.57表中： （标准层），（底层）；（标准层），（底层），。壁式框架柱剪切刚度：边柱： 中柱：壁式框架总剪切刚度： 总框架剪切刚度：2.1.5 刚度特征值：主体结构刚度特征值（不考虑连梁刚度折减，壁式框架剪切刚度计入框架中）为： 1.44为使框架和剪力墙两部分能很好地协同工作，各自发挥自己的特征和作用，刚度特征值以1.12.2为宜。本设计中结构的刚度特征值为1.44，因此是合理的。2.2 水平地震作用效果分析2.2.1 重力荷载屋面荷载1）屋面恒载30mm细石混凝土保护层 20kn/m30.03m=0.60kn/m2三毡四油防水层 0.40 kn/m220m

42、m水泥砂浆找平层 20kn/m30.02m=0.40kn/m2150mm水泥蛭石保温层 6kn/m30.15m=0.90kn/m21:8水泥炉渣找坡层 1.2kn/m2110mm钢筋混凝土板结构层 25kn/m30.11m=2.75kn/m2v型轻钢龙骨吊顶 0.2kn/m2合计 6.45kn/m22）屋面活载 屋面雪载 0.3kn/m2屋面活载（上人屋面） 2.0kn/m楼面荷载1）楼面恒载 水磨石地面 0.65kn/m2110mm钢筋混凝土板 25kn/m30.11m=2.75kn/m2v型轻钢龙骨吊顶 0.2kn/m2合计 3.6kn/m22）楼面活载 办公室、卫生间 2.0 kn/m2走廊、楼梯 2.5 kn/m梁、柱、墙及门、窗重力荷载计算梁重力荷载时应从梁截面高度减去板厚，柱净高可取层高减去板厚。本工程因设有吊顶，故梁表面没有粉刷层。为了简化计算，计算柱重力荷载时近似取1.15倍柱自重以考虑粉刷层的重力荷载。横梁