某四层办公楼结构设计混凝土框架结构课程设计

建筑工程学院混凝土结构课程设计项目名称：某四层办公楼结构设计

目录一．设计任务书（1）二．结构计算书（2）1.结构布置（2）2.计算简图（2）3.荷载计算（3）（1）恒荷载（3）（2）活荷载（5）（3）风荷载（6）4.内力分析（7）（1）恒荷载作用下的内力计算（7）（2）活荷载作用下的内力计算（10）（3）风荷载作用下的内力计算（14）5.内力组合（16）6.截面设计（17）（1）梁的设计（24）（2）柱的设计（26）三．设计图纸（一）梁柱配筋施工图（29）（二）各截面配筋详图（30）附：柱钢筋表（31）梁钢筋表（31）附录（32）致谢（33）--PAGE45-一、某四层办公楼混凝土框架结构设计任务书设计资料设计标高：室内设计标高+-0.000相当绝对标高4.400米，室内外高差600mm。墙身做法：墙身为普通机制砖填充墙，用M5混合砂浆砌筑。内粉刷为混合砂浆底，纸筋灰面，厚20mm，内外涂料两度。外粉刷为1：3水泥砂浆底，厚20mm，陶瓷锦砖贴面。楼面：楼板顶面为20mm厚水泥砂浆找平，5mm厚1:2水泥砂浆加“108”胶水找色粉面层，板底为15mm厚纸筋面石灰抹底，涂料两度。屋面：现浇楼板上铺膨胀珍珠岩保温层（檐口处厚100mm,2%自两侧檐口向中间找坡），1：2水泥沙浆找平层厚20mm，二毡三油防水层，撒绿豆沙保护。门窗做法：门厅处为铝合金门窗，其他均为木门钢窗。地质资料：三类建筑场地。基本风压w0=0.55kn/m2,地面粗糙度属于B类。活荷载：屋顶活荷载2kn/m2，（不上人屋顶活荷载0.5kn/m2）办公楼楼面活荷载标准值2.0kn/m2,走廊.楼梯活荷载标准值2.5KN/m2。设计第7榀横向框架，标准层建筑平面。柱网平面布置如下图所示柱的线刚度为建筑平面图建筑剖面图建筑平面图建筑剖面图建筑剖面图建筑剖面图二、某四层办公楼混凝土框架结构设计计算书1.结构平面布置边跨(ABCD跨)梁：取h=1/12*L=1/12*6000=500mm，取b=250mm。中跨(BC跨)梁：取h=400mm,b=250mm。边柱（A轴D轴）连系梁，取b×h=250mm×500mm；中柱（B轴，C轴）连系梁，取b*h=250mm*400mm；柱截面均为b*h=300mm*450mm，现浇楼板厚100mm。结构计算简图如图1。根据地质资料，确定基础顶面离室外地面为500mm，由此求得底层层高为4.3m。各梁柱构件的线刚度经计算后列于图1.其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取I=2（I0为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯矩）。AB、CD跨梁：i=2*1/12*0.25*0.50^3/6.0=8.68*10^(-6)BC跨梁：i=2**1/12*0.25*(0.4^3)/2.5=10.67*10^(-4)上部各层柱：i=EC*1/12*0.30*(0.45^3)/3.2=7.12*10^(-4)底层柱：i=EC*1/12*0.3*(0.45^3)/4.3=5.30*10^(-4)2.计算简图结构平面布置图结构计算简图3.荷载计算1）恒荷载（1）屋面荷载A二毡三油防水层0.35kn/m220厚1：2水泥沙浆找平0.02×20=0.4kn/m2100厚~140厚（2/100找坡）膨胀珍珠岩（0.1+0.14）/2×7=0.84kn/m2100厚现浇钢筋混凝土楼板0.10×25=2.5kn/m215厚纸筋灰抹底0.015×16=0.24kn/m2合计4.33kn/m2边跨（ABCD）框架梁自重0.25×0.50×25=3.13kn/m梁侧粉刷2×（0.5-0.1）×0.02×17=0.27kn/m中跨（BC）框架梁自重0.25×0.4×25=2.5kn/m梁侧粉刷2*(0.4-0.1)*0.02*17=0.2kN/m因此作用在屋顶框架梁上的线荷载为：g4ab1=g4cd1=3.4kn/mg4bc1=2.7kn/mg4ab2=g4cd2=4.33×3.9=16.89kn/mg4bc2=10.83kn/mB楼面框架梁线荷载标准值20厚水泥沙浆面层0.025×20=0.50kn/m2100厚现浇钢筋混凝土楼板0.10×25=2.5kn/m220厚纸筋灰石灰抹面0.15×16=0.24kn/m2楼面荷载3.24kn/m2边跨框架梁及梁侧粉刷3.4kn/m边跨填充墙自重0.24×（3.2-0.5）×19=12.31kn/m墙面粉刷（3.2-0.5）×0.02×2×17=1.84kn/m边跨框架梁及梁侧粉刷2.7kn/m因此作用在中间层框架上的线荷载为gab1=gcd1=17.55kn/mgbc1=2.7kn/mgab2=6.32kn/mgcd2=12.64kn/mgbc2=8.1kn/mC屋面框架节点集中荷载标准值边跨连系梁自重0.25×0.5×3.9×25=12.19KN梁侧粉刷0.02×（0.50-0.10）×2×3.9×17=1.06KN1米高女儿墙自重1×3.9×0.24×19=17.78KN墙侧粉刷1×0.02×3.9×7=2.65KN 连系梁传来屋面自重0.5×3.9×0.5×3.9×3.98=15.13KN 顶层边节点集中荷载G4A=G4D=48.81KN 中柱连系梁自重0.25×0.40×3.9×25=9.75KN 梁侧粉刷0.02×（0.4-0.1）×2×3.9×17=0.80KN 连系梁传来屋面自重0.5×（3.9+3.9-2.5）×1.25×3.98=13.18KN 0.5×3.9×1.95×3.98=15.13KN 顶点中节点集中荷载G4B=G4C=38.86KN D楼面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重12.19KN 粉刷1.06KN 钢窗自重2.43KN 窗下墙体自重14.77KN 粉刷2×0.02×0.9×3.6×17=2.20KN 窗边墙体自重0.60*（3.2-1.4）*0.24*19=4.92kN粉刷0.73KN 框架柱自重0.3×0.45×3.2×25=10.8KN 粉刷0.78×0.02×3.2×17=0.85KN连系梁传来楼面自重0.5×3.9×0.5×3.9×3.24=12.32KN 中间层边节点集中荷载GA=GD=62.27KN 中柱连系梁自重9.75KN 粉刷0.80KN 内纵墙自重3.6×（3.2-0.4）×0.24×19=45.96KN 粉刷3.6×（3.2-0.4）×2×0.02×17=6.85KN 扣除门洞重-2.1×1.0×（5.24-0.2）=-10.58KN 框架柱自重10.8KN 粉刷0.85KN 连系梁传来楼面自重10.73KN 12.32KN 中间层中节点集中荷载GB=GC=87.48KN恒荷载作用下的结构计算简图（）2）活荷载计算活荷载作用下的结构计算简图如图（）图中各荷载计算如下P4AB=P4CD=0.5×3.9=1.95KN/m P4BC=0.5×2.5=1.25KN/m P4A=P4D=0.5*3.9*0.5*3.9*0.5=1.90KN P4B=P4C=0.5*(3.9+3.9-2.5)*1.25*0.5+0.25*3.9*3.9*0.5=3.56KN PAB=PCD=2.0×3.9=7.8KN/mPBC=2.5×2.5=6.25KN/m PA=PD=0.25×3.9×6.0×2.0=8.7KN PB=PC=14.79KN 3）风荷载风荷载标准值计算公式因为高度小于30米，可取=1.0；对于矩形截面=1.3；可查荷载规范当查得的〈1.0时，取=1.0，将风荷载换算成作用在框架上的集中荷载计算结果如图所示层次ßsZ/mWsA/m2Pw/KN41.01.313.41.100.5510.149.6431.01.310.21.010.5512.488.9221.01.37.01.000.5512.488.9211.01.33.81.000.5513.659.764.内力分析（1）恒荷载作用下的内力计算恒荷载作用下的风力计算采用分层法取出顶层进行分析结构计算如图图中框架刚度取框架柱实际刚度的0.9倍。图中梁上分布荷载由三角形和梯形两部分组成；根据固端弯矩相等的原则，先将梯形分布荷载及三角形分布荷载化为等效均布荷载计算公式如下图所示把梯形荷载化为等效均布荷载G4边=g4ab1+(1-2x2+x3)g4ab2=17.3KN/mG4中=g4bc1+5/8g4bc2=18.28kn/m 结构内力可用弯矩分配法计算并可利用结构对称性取1/2结构计算各杆件的固端弯矩为M4AB=51.9KN.m M4bc=9.52KN.mM4CB=4.76KN.m1）顶层在恒荷载作用下的弯矩图：2）标准层在恒荷载作用下的弯矩图：3）底层在恒荷载作用下的弯矩图：4）恒荷载作用下的弯矩总图：5）恒载作用下的剪力轴力图：6）恒载作用下的弯矩调幅图：（2）活荷载作用下的内力计算

活荷载作用下的内力计算也采用分层法，考虑到活荷载分布的最不利组合，各层楼层活荷载布置可能如图所示的几种组合形式。计算结果见图（仅表示出标准层在活荷载作用下的弯矩图）1）顶层活荷载作用下的弯矩图：2）标准层活荷载作用下的弯矩图：3）底层活荷载作用下的弯矩图：（3）风荷载作用下的计算1）剪力在各柱间的分配图：P4=9.64Vp4=9.64K=1.21Xc=0.38V4=1.93K=2.61Xc=0.57V4=2.98P3=8.92Vp3=18.56K=1.21Xc=0.38V3=3.71K=2.61Xc=0.57V3=5.57P2=8.92Vp2=27.48K=1.21Xc=0.38V2=5.50K=2.61Xc=0.57V2=8.24P1=9.76Vp1=37.24K=1.62Xc=0.59V1=8.33K=2.61Xc=0.57V1=10.292）各柱反弯点及柱端弯矩图：y0=0.361M上=3.95M下=2.23y0=0.431M上=5..26M下=3.98y0=0.45M上=6.53M下=5.34y0=0.481M上=9.25M下=8.67y0=0.461M上=9.49M下=8.11y0=0.5M上=13.18M下=13.18y0=0.569M上=15.44M下=20.38y0=0.55M上=19.91M下=24.343）风荷载作用下的弯矩图：4）风荷载作用下的剪力轴力图：5）框架梁柱控制截面5.内力组合根据内力计算结果，即可进行框架各梁柱各控制截面上的内力组合，其中梁的控制截面为梁端、柱边及跨中。由于对称性，每层有5个控制截面，即图14中的1、2、3、4、5号截面，表2给出了第二层梁的内力组合过程；柱则分为边柱和中柱（即A柱、B柱），每个柱每层有两个控制截面，以图14中第二层为例，控制截面为3、4号截面。表3给出了二层柱的内力组合过程。顶层梁的内力组合同理可以计算出第三层,第二层,第一层梁的内力组合,见下表:荷栽类型截面恒载活载①②③④⑤MVMVMVMVMV第三层梁12345-40.7367.10-57.42-15.48-10.7680.7686.828.886.6316.03-10.26-3.63-3.631718.3200.210.751.291.543.370.180.183.916.2216.15-9.63-4.150.4817.0418.286.460-0.070.100.271.20.48-0.060.06-1.36第二层梁12345-41.4266.43-58.06-15.21-10.4980.7786.818.886.6316.03-10.26-3.63-3.631718.3200.210.751.291.543.370.180.183.916.2216.15-9.63-4.150.4817.0418.286.460-0.070.100.271.20.48-0.060.06-1.36第一层梁12345-34.8772.12-53.23-17.82-13.1080.4587.138.885.8216.36-9.61-3.83-3.8316.9718.3500.210.691.261.553.380.180.183.915.8116.42-9.51-4.120.3516.9918.326.590.090.120.320.70.35-0.070.07-1.23顶层梁正截面承载力计算截面123M-24.7970.40-45.980.0220.0090.0410.020.0090.042r0=(1+)/20.9890.9950.979(mm2)149.2421.2279.6最小配筋要求350260350选配钢筋314314314实配钢筋面积(mm2)461461461截面123M68.29106.8392.710.0610.0140.0870.0620.0140.087r0=(1+)/20.9670.9930.957(mm2)420.4640.4576.6最小配筋要求400330350选配钢筋314118216316实配钢筋面积(mm2)461656.5603中间层梁正截面承载力计算截面123M62.80114.9888.250.0560.0150.0790.0580.0150.082r0=(1+)/20.9710.9820.969(mm2)385689.9547.8最小配筋要求450360450选配钢筋314120216216114实配钢筋面积(mm2)461656.5603底层梁正截面承载力计算顶层梁斜截面承载力计算截面123V71.9780.0415.73499.8499.8304.940.7βhftbh0149.35149.3591.12箍筋肢数、直径262626(mm2)575757(mm2)实配箍筋间距(mm)200200200中间层梁斜截面承载力计算截面123V127.41136.8521.21499.8499.8304.940.7βhftbh0149.35149.3591.12箍筋肢数、直径262626(mm2)575757(mm2)实配箍筋间距(mm)200200200底层梁斜截面承载力计算截面123V128.09138.4423.16499.8499.8304.940.7βhftbh0149.35149.3591.12箍筋肢数、直径262626(mm2)575757(mm2)实配箍筋间距(mm)200200200柱的内力计算结果柱号荷载类型截面屋面梁上有活载的情况四层梁上有活载的情况四层AM8M7N1.9+0.634.560.04+0.010.041.9+0.634.56-0.05-0.020.051.82+5.450-0.04-0.1101.825.450-0.01-0.040BM8M7N-1.98-0.665.10.130.040.98-1.53-0.517.030.150.05-0.03-1.86-5.60-0.16-0.490-1.48-4.4300.060.170三层四层梁上有活载的情况三层梁上有活载的情况AM6M5N5.451.8218.6-0.11-0.040.185.451.8218.64-0.04-0.010.061.825.450-0.04-0.1101.825.450-0.01-0.040BM6M5N-5.6-1.8619.92-0.49-0.164.71-4.43-1.4827.320.170.062.28-1.86-5.60-0.16-0.490-1.48-4.4300.060.170二层三层梁上有活载的情况二层梁上有活载的情况AM4M3N5.451.8218.6-0.11-0.040.185.451.8218.64-0.04-0.010.061.915.720-0.04-0.1101.915.720-0.02-0.050BM4M3N-5.6-1.8619.92-0.49-0.164.71-4.43-1.4827.320.170.062.28-1.96-5.890-0.17-0.510-1.54-4.6300.070.210一层二层梁上有活载的情况AM2M1N4.722.3618.57-0.1-0.050.184.742.3718.59-0.04-0.020.07BM2M1N-4.87-2.4419.95-0.33-0.214.71-3.85-1.9327.490.170.092.14柱的内力组合柱荷栽类型截面恒载活载风载上层传来上层传来上层传来上层传来①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑾⑿⒀⒁⒂四层AM8M7NV29.43095.2803.726.084.563.726.084.561.865.460.0403.726.084.561.865.460.043.726.094.5601.860.524.560-0.10.041.860.524.560±1.35±0.79±0.98±0.67BM8M7NV-29.16-30.16116.72.0-3.84-6.265.1-3.39-6.117.03-0.04-0.450.980-3.46-5.095.1-1.35-4.390.980.05-3.927.030-2.14-1.155.1-0.03-0.450.98-1.69-17.030±1.67±1.25±0.23±0.91三层AM6M5NV30.9230.43161.6295.287.277.2718.67.277.2718.641.715.410.184.567.277.2718.61.715.410.187.277.2718.644.565.411.7118.6-0.15-0.150.185.411.7118.644.56±2.96±2.42±2.06±1.68BM6M5NV-31.26-30.8200.86116.72-7.46-7.4619.92-6.29-7.08-27.32-2.35-5.764.717.03-7.08-6.2919.92-1.97-4.594.71-5.91-5.9127.327.03-5.76-2.3519.92-0.65-0.654.71-4.59-1.9727.327.03±3.83±3.5±1.01±2.29二层AM4M3NV31.1935.36161.63256.97.367.5418.67.367.5418.641.85.680.1823.27.367.5418.61.85.680.187.367.5418.6423.25.411.718.6-0.15-0.150.185.411.718.6423.2±4.57±4.04±4.07±2.69BM4M3NV-31.53-35.26200.85317.58-7.56-7.7519.92-6.39-7.3727.32-2.45-6.054.7134.35-7.14-6.4919.92-2.03-4.794.71-5.97-6.1127.3234.35-5.77-2.3719.92-0.66-0.674.71-4.6-1.9927.3234.4±5.89±5.89±2.44±3.68号柱荷载类型面截恒载活载风载①②③④⑤⑥⑦一层AM2M1NV19.6210.88161.31418.524.722.3618.57-0.1-0.050.184.742.3718.5941.84±7.89±9.89±7.44±4.13BM2M1NV-19.72-10.75201.18518.44-4.87-2.4419.95-0.33-0.214.71-3.85-1.9327.4961.67±9.42±11.52±4.68±4.87楼层号柱荷载类型截面1.35×恒＋0.7×1.4×活＋0.6×1.4×风Nmax,MNmin,MMmax,N,V四层AM8M7NV44.4747.13133.920.6642.6546.51129.490.6644.4747.13133.920.66BM8M7NV-43.76-46.97167.970.76-41.76-45.29162.040.76-44.2-47.12166.080.76三层AM6M5NV51.3550.24373.991.4145.948.42351.471.4151.3550.24369.531.41BM6M5NV-51.58-51.46466.751.92-47.72-50.16438.671.92-52.73-51.83459.51.92二层AM4M3NV53.1658.52612.152.2647.7156.7571.542.2653.1658.52612.152.26BM4M3NV-53.78-59.77765.883.09-49.92-58.48715.633.09-54.93-60.14758.633.09一层AM2M1NV37.7625.32850.953.4733.0222.95792.33.4737.7625.32810.343.47BM2M1NV-38.31-26.081066.314.09-34.86-24.4993.744.09-39.31-26.581058.924.096.截面设计（1）梁的设计以第二层梁AB为例，其最不利的组合内力如图15所示。①正截面强度计算：梁的截面尺寸为500mmx250mm。C20时，梁的混凝土保护层最小厚度为30mm。故设a=35mm,则=500-35=465mm，=9.6N/mm^2,=300N/mm^2,=1.10Nmm^2.对于梁端，不考虑现浇混凝土板的作用。梁端A：=M/(α1**b*)=(71.45*10^6)/(1.0*9.6*250*465*465)=0.138ζ=1-(1-2)^(1/2)=1-(1-2*0.138)^(1/2)=0.149＜=0.55（满足要求）=/=0.149*250*465*9.6/300=554mm^2选用316，=603mm^2。梁端B：计算公式同上，计算过程略。计算结果：选用316，=603mm^2。对于梁中截面，考虑混凝土现浇板翼缘受压，按T形梁计算。翼缘计算宽度取属于第一类型的T形截面。（满足要求）选用320，。②斜截面强度计算取较大设计剪力V＝－108.02kN。验算截面尺寸（截面符合要求）验算是否需要计算配置箍筋故需要配置箍筋。若选用φ8@200（满足要求）配箍率最小配箍率（满足要求）（2）柱的设计以第二层A轴线柱为例。其最不利组合A4M＝60.59kN·mV＝500.06kNA3M＝63.70kN·mV＝500.06kN柱A4A3的最不利组合内力柱的截面尺寸为300mmx450mm。①受力纵筋的计算柱的计算长度柱端A4：；先按大偏心受压情况计算：选用216，。柱端A3：计算公式同上，计算过程略。计算结果：选用216，。②抗剪强度计算

故可按构造要求配置箍筋，取φ8@200。三、设计图纸（一）梁柱配筋施工图：梁柱配筋施工图(二)各截面施工配筋详图：附：附录参考文献1中华人民共和国国家标准，建筑结构设计统一标准（GB）北京：中国建筑工业出版社2中华人民共和国国家标准，建筑结构荷载规范（GB）北京：中国建筑工业出版社3中华人民共和国国家标准，混凝土设计规范（GB50010-2010）北京：中国建筑工业出版社4中华人民共和国国家标准，建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068-2010）北京：中国建筑工业出版社5《混凝土结构（上册）》（第五版）.建工出版社6《混凝土结构（中册）》（第五版）.建工出版社应用软件MicrosoftOfficeWord2007AutoCAD2008SimplifiedChinese致谢本次土木工程混凝土框架结构设计对于我们来说十分重要，因此老师和同学都投入很多精力。我们的设计课老师范东峰老师，给了我们很多帮助。在课程设计过程中，不断和我们交流，提出意见，帮助我们改正进步。对于老师耐心的指导，在此表示衷心的感谢。同样，也感谢和我们并肩同行的同学们。最后，再次感谢范东峰老师，希望您的教育事业蒸蒸日上，桃李满天下。组别学号姓名分配任务第八组2012451004李朋朋恒荷载、活荷载统计2012451008李增强荷载统计和文档整理2012451014苏振飞荷载内力计算2012451030赵朋媛荷载内力计算2012451038秦梦伊荷载内力计算和数据校对2012451046庞亚静荷载组合计算2012451080刘孟刚荷载组合计算2012451086付子武配筋计算、作图20124