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1、 JIU JIANG UNIVERSITY 毕 业 论 文 （设 计）题 目 九江市机关办公楼结构设计 英文题目 design of office buildings structure in jiujiang 院 系 土木工程与城市建设学院 专 业 土木工程 姓 名 年 级 土A0812班 指导教师 二零一零年五月前 言随着时代的发展，我们不难发现建筑结构设计有了很明显的发展。它表现为其一设计计算假定与工具的发展，如今在建筑结构的设计计算中，机算已经取代了繁杂的人算.在设计中的过程中天正CAD、PKPM、广厦CAD等软件已经被众多的结构设计师所采用.既大大地减轻了设计人员的工作量，也使得结构
2、设计假定更趋于合理，计算更趋于准确。其二，建筑结构的设计形式趋于多样化，由于框架结构能够提供较大的室内空间，平面布置较灵活，延性较好、方便施工，因此在我国很多的学校，商场，酒店，会所都采用框架结构这样一种结构形式。对于一个土木工程专业的本科生来说，毕业设计应以结构设计为主，结合建筑与结构完美的融为一体。在结构选型上，应以当前的主流结构为首选。这样才能更好地将四年所学真正的在毕业设计中读一体现。正是基于此目的，我选择了办公楼设计。故本次设计的选题是某机关办公楼设计，就是采用多层混凝土框架结构。在计算的过程中采用建筑结构荷载规范GB50009-2001，可以使我们巩固在大学里所学过的理论力学、材料
3、力学、结构力学、混凝土结构设计原理、高层建筑结构设计、建筑结构抗震、建筑结构CAD软件应用等结构设计的相关内容。此次的毕业设计能使我们更好的将大学四年所学的知识系统的贯穿。毕业设计是完成教学计划规定的全部课程的学习后，必须进行的最后一个重要的实践环节。通过这个阶段的毕业设计，培养学生具有综合应用所学基础理论和专业知识，独立分析、解决一般建筑工程技术问题的能力，使学生受到工程师的基本训练，达到培养目标的要求在为期四个月的设计过程中，查阅大量的书籍和规范，将所学知识联系了起来成为一个整体。在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、外文的翻译以及到实习地方查阅和分析已建好同类工程的计算书，加深了对
4、设计规范、建筑法规等相关内容的理解与记忆。巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力，从而从不同方面初步达到了毕业设计的目的与要求。在进行结构设计时，以手算为主，辅助一些计算软件校正。在进行内力组合的计算时，进一步了解了Excel的使用。在绘图时熟练掌握了AutoCAD和天正CAD，初步了解了PKPM的使用，以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。由于自己的水平有限，时间也比较紧迫，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。二零一零年五月，摘 要本次设计为某机关办公楼设计，在初步设计结构平面布置时，考虑到结构外形的美观，实用，经济等因素，最终选定将办公楼分成主体五楼和局部三楼呈
5、“H”型的结构形式，加上要是整个建筑通风和采光的效果比较好，故在主体五楼放置一个主楼梯，在三楼分别放置了两个副楼梯用以采光和分担五楼主楼梯的人流量为主。故使建筑空间和结构空间完美的统一起来，并且更加的适用和美观。此建筑设计为“H”型（见建筑立面图），中间为五层结构，两边为三层结构。由于建筑结构的外形，考虑到结构的不均匀沉降和结构将会受到很大的扭矩作用，故在三层结构和五层结构之间设置了变形缝，使各部分成为独立的部分，不受彼此的影响。此次建筑结构设计适用年限为70年本工程结构设计采用框架结构，结构计算五层部分按横向框架承重分析，三层部分则按纵向框架承重分析，内力计算考虑以下四种荷载作用：竖向恒载作
6、用下的内力，竖向活载作用下的内力风载作用下的内力及水平地震荷载作用下的内力，竖向活荷载作用下的内力计算采用了满布荷载法。在进行截面抗震设计时，柱按偏压构件计算，为保证延性框架要“强剪弱弯，强柱弱梁，强节点弱构件强锚固的设计原则，且满足构造要求。关键词：适用 变形缝 框架结构Office Building Design and Structure DesignABSTRACTThis design for some office buildings in the preliminary design, structure design, layout, considering the struc
7、ture of beautiful appearance, practical, economic factors, ultimately selected will be divided into five main office is on the third floor tower and local H type structure, and if the whole building ventilation and lighting effect is better, so in the fifth floor placed a main stair, on the third fl
8、oor laid two deputy stair respectively for daylighting and share the stair passenger five. So make architectural space and space structure, and the perfect unity of more suitable and beautifulThe architectural design for the H (see chart), elevation structure for the five layers structure, both for
9、the three-layer structure. Because of the appearance of building structure, considering the structure of the uneven settlement and structure will be big torque, so in three layers structure and five layers structure between the distortion seam, make each part, dont become an independent part of each
10、 other. The structure design of suitable for 70 yearsThe engineering structural design USES frame structure, the structure calculating five-layer framework bearing parts according to horizontal layer 3 parts, the longitudinal force bearing analysis framework, consider the following four calculated v
11、ertical load under constant load, the vertical force, under the influence of live load and the internal force under wind load and horizontal seismic loads of internal force, vertical live loads of internal force calculation method is adopted with load. In the section of the aseismic design, column,
12、according to ensure structural bias ductile shearing to strong weak framework, strong and weak beam columns strong node component strong weak, and the design principle of the anchorage meet requirements.Keywords: Apply distortion seam frame structure目 录一 建筑设计总说明1二 工程概况2三 结构选型及结构计算简图确定3（一）三层结构6（二）五层结
13、构7四 三层部分荷载计算及内力计算9（一）荷载计算9（二）内力计算14五 五层部分荷载计算及内力计算30（一）荷载计算30（二）内力计算36六 内力组合60（一）梁内力组合60（二）柱内力组合67七 截面设计71（一）梁截面设计71（二）柱截面设计76八 楼梯设计82致谢 87参考文献 88一、建筑设计总说明1、设计总说明本设计为某机关办公楼的设计，总建筑面积为4009.14平方米，主体结构共5层，局部3层，层高均为3.9m。，位于城市干道的交叉路口，基地位置突出，交通便利。由于地段位置重要，建筑的个性要明显，但又不能过于张扬，必须与周边的建筑环境相融合，并符合城市规划部门对城市空间的要求。2
14、.建筑平面设计首先，对于单体空间而言，应满足它的使用功能，再根据此空间所处的位置，结合整体建筑构造的要求，结合结构布置的要求，从而确定次空间的大小和几何形状。再根据各个单体空间之间的联系，从而合理有序地布置同一平面内各个办公室的位置。这样便能首先满足同一层的小空间范围内的使用要求，是每一层层都能独立完成某一预定的任务。当逐层设置好后，在考虑各层之间在使用功能上的相互联系，从而合理的安排楼层。使各个使用空间成为一个整体，为完成某项任务共同服务。在根据使用功能的特点，满足使用要求之后，再从美学的角度，考虑一下建筑的整体造型，最终实现使办公者在此环境下工作，能感觉轻松、舒适、便利、美观。3.建筑立面
15、设计建筑体型和立面设计的要求一般包括：反映建筑功能和建筑类型的特征、结合材料性能、结构、构造和施工技术的特点、适应社会经济条件、适应基地环境和建筑周围环境规划的要求、符合建筑美学原则。建筑造型设计中的美学原则，是指建筑构图中的一些基本规律，如统一、均衡、稳定、对比、韵律、比例和尺度等。建筑体型组合类型有单一体型和组合体型。单一体型指整幢建筑物基本上是一个比较完整的、简单的几何形体。组合体型指由若干个简单体形组合在一起的体型。组合体型又分为对称的组合、不对称的组合两种。对称式给人以比较严谨、庄重、匀称和稳定的感觉。非对称式的体型组合没有显著的轴线关系，布置比较灵活自由，有利于解决功能要求和技术要
16、求，给人以生动、活泼的感觉。在建筑立面设计中，建筑立面是表示建筑物四周的外部形象。故将此建筑设计为“H”型（详情见结构立面图），中间为五层结构，两边为三层结构。由于建筑结构的外形，考虑到结构的不均匀沉降和结构的受扭承载力，故在三层结构和五层结构之间设置了变形缝。此次建筑结构设计适用年限为70年。将一个大跨度的会议室放在了三层部分的顶层，由于会议室跨度太大了，便将梁设计成井字梁形式。二、工程概况1、工程概况本设计为某机关办公楼的设计，总建筑面积为4009.14平方米，建筑纵向长为49.5m,主体横向（）主体结构共5层，局部3层，层高均为3.9m。五层为不上人屋面，三层为上人屋面。风荷载：基本风压
17、，地面粗糙度为C类。雨雪条件：基本雪压为。抗震设计条件：建设场地的地震基本烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组，场地类别为II类。建筑抗震类别为丙类，建筑结构抗震等级为框架三级，场地特征周期为二区，场地土为II类。建筑结构的安全等级为二级，设计使用年限为70年。2、设计资料（1） 设计标高：室内设计标高0.000,室内外高差600mm.（2） 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，“803”内涂料两度。外粉刷为1：3水泥砂浆底，厚20mm，陶瓷锦砖贴面。（3） 楼面作法：10mm厚水磨面层，20mm厚水泥砂
18、浆打底；100mm厚钢筋混凝土板，20mm厚石灰砂浆抹底，钢丝网抹灰吊顶。（4） 屋面作法：a、三楼(上人)：30mm厚细石混凝土保护层，三毡四油防水层，20mm厚水泥砂浆找平层，150mm厚水泥蛭石保温层，100mm厚钢筋混凝土板，20mm厚石灰砂浆抹底，钢丝网抹灰吊顶。 b、五层（不上人）：20mm厚1：3水泥砂浆找平层，三毡四油防水层，20mm厚水泥砂浆找平层，150mm厚水泥蛭石保温层，100mm厚钢筋混凝土板，20mm厚石灰砂浆抹底，钢丝网抹灰吊顶。（5） 门窗做法：见门窗表。（6） 由于主体五楼和局部三楼可能会造成沉降不均匀，故在三个部分连接处设置了变形缝，使得三个部分都成为独立的
19、部分。见平面布置图。变形缝的处理参照变形缝的图集。（7） 地质资料：自然地表1m内为填土，填土下层为3m厚砂浆粘土，再下为砾石层，砂质粘土地基承载力特征值fa=200250kN/，砾石层为300400 kN/。（8） 主导风向：全年为西北风，夏季为东南风，基本风压Wo=0.5 kN/（9） 雨雪条件：年降雨量1450mm；日最大降水强度192mm/日；暴雨降水强度3.3l/s.100m2，最大积雪深80mm。则取基本雪压S0=0.4kN/m2（10） 活荷载：上人屋面活荷载为2.0 kN/，不上人屋面活荷载为0.5 kN/，办公楼面活荷载为2. 0 kN/，走廊楼面活荷载为2.5kN/三、结构
20、选型及结构计算简图的确定图1：结构平面布置图轴线冻结图2：结构剖面图图3：结构平面布置图1、三层结构（取L轴计算）各梁柱截面尺寸确定如下：边跨（、跨）纵向框架梁：取h=()l=()5400=450675mm，取h=450mm，则取b=250mm。中跨（跨）纵向框架梁：取h=450mm,b=250mm。则边柱（轴、轴）横向连系梁，取bh=250mm450mm，中柱（轴、轴）横向连系梁，取bh=250mm450mm;柱截面为bh=400mm400mm，现浇楼板厚100mm。结构计算简图如图1所示。根据地址资料，确定基础顶面离室外地面为0mm,由此各层的层高均为3.9m。梁柱均采用C30混凝土框架刚
21、度计算：柱子计算首层柱子： ；二、三层柱子：框架梁线刚度计算轴梁为中框架梁，I=2I0,各层梁截面均相同。边跨框架梁中跨框架梁即：首层框架柱线刚度:ic=1.64104 二、三层框架柱线刚度:ic=0.91.64104 =1.48104 图4：三层结构计算简图 （支座？）2、五层结构（取7轴为例计算）各梁柱截面尺寸确定如下：边跨（CE、FH跨）纵向框架梁：取h=()l=()5400=450675mm，取h=550mm，则取b=300mm。中跨（EF跨）纵向框架梁：取h=450mm,b=250mm。则边柱（C轴、H轴）横向连系梁，取bh=300mm550mm，中柱（E轴、F轴）横向连系梁，取bh
22、=250mm450mm;柱截面为bh=500mm500mm，现浇楼板厚100mm。结构计算简图如图所示。根据地址资料，确定基础顶面离室外地面为0mm,由此各层的层高均为3.9m。梁柱均采用C30混凝土框架刚度计算：柱子计算首层柱子： ；二至五层柱子：框架梁线刚度计算轴梁为中框架梁，I=2I0,各层梁截面均相同。边跨框架梁中跨框架梁即：首层框架柱线刚度:ic=4.02104 二五层框架柱线刚度:ic=0.94.02104 =3.63104 图5：五层结构计算简图四、三层部分荷载计算及内力计算1、荷载计算（注：这里的下标3表示第三层即顶层框架梁）1.1.恒载计算（1） 屋面框架梁线荷载标准值：30
23、mm厚细石混凝土保护层 220.03=0.66三毡四油防水层 0.3520mm厚水泥砂浆找平层 200.02=0.4150mm厚水泥蛭石保温层 50.15=0.75100mm厚钢筋混凝土板 250.1=2.520mm厚石灰砂浆抹底 0.0217=0.34钢丝网抹灰吊顶 0.45 屋面恒载 5.45 边跨梁（AB、CD跨）自重 0.450.25252.82梁侧粉刷 2（0.45-0.1）0.02170.24中跨梁（BC跨）自重 0.450.25252.82 梁侧粉刷 2（0.45-0.1）0.02170.24作用在顶层框架梁上的线荷载为：g3121=g3341=2.82+0.24=3.06 g3
24、231=2.82+0.24=3.06g3122=g3342=5.453.3=18 g3232=5.452.1=11.45（2） 楼面框架梁线荷载标准值：面层(10mm厚水磨石面层+20mm厚水泥砂浆打底) 0.65 100mm厚钢筋混凝土板 2.5 20mm厚石灰砂浆抹底 0.34钢丝网抹灰吊顶 0.45 楼面恒载 3.94边跨框架梁及梁侧粉刷 3.06 边跨填充墙自重： 0.24（3.9-0.45）1915.74墙面粉刷： （3.9-0.45）0.022172.36中跨框架梁及梁侧粉刷 3.06作用在中间层框架梁上的线荷载为：g121=g341=3.06+18.119.16 g231=3.0
25、6 g122=g342=3.943.3=13 g232=3.942.1=8.28 屋面框架节点集中荷载标准值：边柱连系梁自重： 0.250.456.62518.56KN粉刷： 20.02（0.45-0.1）6.6171.58kN1.3m高女儿墙自重： 1.36.60.241939.14 kN粉刷： 1.30.0226.6175.84 kN连系梁传来屋面自重： 0.53.30.53.35.4514.84 kN 顶层边节点集中荷载： G31=G34=79.96kN中柱连系梁自重： 0.250.456.62518.56kN粉刷： 20.02（0.45-0.1）6.6171.58kN连系梁传来屋面自重
26、： 0.5（3.3+3.3-2.1）1.055.45=12.88 kN 0.53.30.53.35.45=14.84kN 顶层中间节点集中荷载： G32=G33=47.86kN（3） 楼面框架节点集中荷载标准值：边柱连系梁自重： 18.56kN粉刷： 1.58 kN铝合金窗自重： 2.12.40.452.27kN窗下墙体自重： 0.240.955.819=22.58kN粉刷： 20.020.955.817=3.74kN窗边墙体自重： 1.8（3.9-0.95-0.45）0.2419=20.52kN粉刷： 20.02（3.9-0.95-0.45）1.8173.06kN框架柱自重： 0.40.43
27、.92515.6 kN粉刷： 0.880.023.9171.17 kN连系梁传来楼面自重： 0.53.30.53.33.9410.73kN 中间层边节点集中荷载： G1=G4=99.81kN中柱连系梁自重： 18.56kN粉刷： 1.58 kN内横墙自重： 2.9（3.9-0.4）0.241946.29kN粉刷： 2.9（3.9-0.4）0.02173.45kN扣除门洞重加上门重： 2.11.0（5.24-0.2）-10.59kN框架柱自重： 15.6kN粉刷： 1.17kN连系梁传来楼面自重： 0.5（3.3+3.3-2.1）1.053.94=9.31 kN 0.53.31.653.94=1
28、0.73 kN 中间层中节点集中荷载： G2=G3=96.1kN（4） 恒载作用下的结构计算简图如图所示，其中：G31= G34=79.96kNG32= G33=47.86kNG1= G4=99.81 kNG2= G3=96.1kNg3121= g3341=3.06 g3231=3.06g3122= g3342=18 g3232=11.45g121 = g341 =19.16 g231=3.06g122 = g342 =13 g232=8.28恒荷载作用下的结构计算简图如图所示：图6：恒载作用下结构计算简图1.2.屋、楼面活荷载计算屋、楼面活荷载作用下的结构计算简图如图所示。图中各荷载值计算如
29、下p312= p334=3.32.0=6.6p323=2.12.5=5.25P31=P34=0.56.60.56.62.0=21.78kNP32= P33= 0.5(6.6+6.6-2.1)1.052+0.256.66.62=33.44 kNp12p34 =2.03.3=6.6 走廊：p232.52.1=5.25P1= P4= 0.56.60.56.62.0=21.78kNP2=P3=0.5(6.6+6.6-2.1)1.052+0.256.66.62=33.44kN图7：活荷载作用下的计算简图1.3.风荷载计算风压标准值计算公式为： =zszo因结构高度低于30m,可取z1.0；对于矩形平面s
30、1.3；地面粗糙度类别取C，则Pw=Azszo 风荷载计算 表1层次zsZ（m）z0 ()A(m2)Pw(KN)三层1.01.311.70.740.510.735.17二层1.01.37.80.740.512.876.19一层1.01.33.90.740.512.876.19图8：风荷载作用下结构计算简图1.4.地震作用计算本设计7度设防，且高度只有11.7m,查规范知其抗震等级为三级，因为本设计仅考虑水平地震作用即可，故采用基底剪力法计算水平地震作用力。按设计地震分组为第一组，类场地，其特征周期Tg=0.35s，自震周期由以下经验公式确定：T1=0.25+0.5310-311.7=0.3s7
31、度设防多遇地震的水平地震影响系数最大值为max=0.08,则有关系数为：T1=0.3，Tg=0.35s故0.1 T1 Tg，=max=0.08（1）各楼层中立荷载代表值G顶层： G3= g312112.9+(5.4+3.3)(g3122+ g3342)0.5+ g32322.10.5+ G31+ G32+ G33+ G34+4G柱/2+0.080.159.86.612.90.5=491.09KNG2= g1215.42+ g2312.1+ 0.5g122(3.3+5.4)2+0.52.1g232+G1+G2+ G3+ G4+4G柱0.5+(3.3+5.4)(P12+ P34)0.5+ P232
32、.10.5+P1+ P2+ P3+ P4 0.5=724.49KNG1= =727.93 KN质量重力荷载代表值见图。（2）总水平地震作用各层高均为3.9m，各楼层重力荷载代表值为：G3=491.09KN，G2=724.49KN，G1 =727.93KN各质点的高度分别为：H1=3.9m，H2=7.8m，H3=11.7m则G= G3+G2+G1 =1943.51KN由此得，FEK=0.85G=0.850.081943.51=132.16KN（3）各楼层处的水平地震作用T1=0.3s1.4Tg=0.49s，故3=0又G1 H1 +G2H2 +H3 G3=14235.7由Fi=FEK，则F1=17
33、.78 KN，F2=52.46 KN，F3=79.07 KN、图9：重力荷载代表值2、内力计算2.1、恒载作用下的内力计算梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成，可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。等效均布荷载如图所示：图10三层恒荷载转为等效荷载顶层：g3边g3121+g3122=8.56g3中g3231+g3232=9.52图示结构内力可用弯矩分配法计算，并可利用结构对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为：M312= M321 =g3边l边28.565.42125M323=g3中l中29.521.0523.5M332=g3中l中29.521.0521.
34、75弯矩分配法计算过程如图所示：二层：利用结构对称性取二分之一结构计算。同理，先将梯形分布荷载及三角形分布荷载化为等效均布荷载。g边g121+g122=23.14 g中g231+g232=7.54 各杆的固端弯矩为：M12= M21=g边l边256.23M23=g中l中22.78M32=g中l中21.39弯矩分配法计算过程如图所示：底层：除柱子的线刚度不同外，其它同二层，故其弯矩分配过程如图9所示：将各层分层法求得的弯矩图叠加，柱子按传递，并将叠加后的各个不平衡的节点重新分配，其弯矩分配过程如图所示： 而得到恒荷载作用下的整个结构的弯矩图。如图所示图15：恒荷载作用下的弯矩图跨中弯矩计算：M3
35、12=8.565.42/8-（66.98+113.49）/2= -59.03M323=2.2042.12/8+11.452.12/12-70.14= -64.63M212=23.145.42/8-（49.5+53.55）/2=32.82M223=2.2042.12/8+8.282.12/12-22.76= -18.42 M112=23.145.42/8-（41.51+52.07）/2=37.56M123=2.2042.12/8+8.282.12/12-23.14= -18.8 跨中弯矩边跨中跨三层-59.03-64.63二层32.82-18.42一层37.56-18.8剪力计算：三层：V12=+3.065.4+18（5.4-3.30.5）0.5=33.4 kNV21=84.03-33.4=50.63 kNV23=0.5（2.2042.1+11.451.05）=8.49 kN二层V12=+19.165.4+13（5.4-3.30.5）0.5=58 kNV21=152.21-58=94.21 kNV23=0.5（2.20
