土木工程毕业设计（论文）广州彩虹办公楼结构设计.doc

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1、石家庄铁道大学毕业设计广州彩虹办公楼结构设计 Guangzhou rainbow office Building structural design2011届 继续教育 学院 专 业 土木工程 学 号 2-55 学生姓名 指导教师 完成日期 2010年 11 月26日毕业设计评语及成绩学生姓名郭树礼专业土木工程班 级08级专升本学 号2-55毕业设计（论文）题目广州彩虹办公楼结构设计指导教师姓名范玲玲指导教师职 称讲师指导教师评语：专家评语： 签字： 年 月 日答辩小组意见：答辩小组组长签字： 年 月 日成绩: 院长(主任) 签字：年 月 日毕业设计任务书题目广州彩虹办公楼结构设计专 业土工程

2、班 级08级专升本学生姓名郭树礼承担指导任务单位继续教育学院导师姓名范玲玲导师职称讲师1设计（论文）内容毕业设计内容包括计算可能遇到的各种荷载，现浇楼板的配筋计算，任意选取一榀标准框架进行计算，包括强度、刚度和稳定性验算。选定一个梁、柱截面计算配筋，进行较为完整的结构计算过程训练。.2。基本要求结合具体的工程进行结构设计，工程由参加毕业设计的学生自选。要求：撰写2.0万字以上的计算说明书；绘制结构施工图纸不少于4张（2#）3主要技术指标（或研究方法）主要完成结构简图、梁、板、柱、配筋的设计与计算，并最终成图。4。应收集的资料及参考文献建筑结构抗震设计：东南大学编著、清华大学主审。北京：中国建筑

3、工业出版社，1998混凝土结构上册：第二版，天津大学、同济大学、东南大学主编，清华大学主审。北京：中国建筑工业出版社，1998建筑结构荷载规范：02110发布，0231实施中华人民共和国建设部主编，北京：中国建筑工业出版社，2002.5。进度计划2010年7月 理解和熟悉设计课题，选题，确定基本结构设计方案。2010年8月 复习结构设计有关内容，借阅相关规范及资料2010年8月 编写设计计算书2010年9月 整理和编写设计论文2010年10月 画结构图2010年11月 打印论文，准备答辩教研室主任签字时间 年 月 日毕业设计开题报告题目广州彩虹办公楼结构设计专 业土木工程班 级08级专升本学生

4、姓名郭树礼1.文献综述：设计之前，我温习了结构力学、钢筋混凝土、建筑结构抗震设计等知识，并借阅了抗震规范、混凝土规范、荷载规范等规范。我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计。2.预期达到的目标：毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。3.研究方案：本设计主要进行了结构方案中横向框架框架的抗震设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算，接着利用顶点位移法求出自震周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力

5、）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力，找出最不利的一组或几组内力组合。 选取最安全的结果计算配筋并绘图。4.进度计划：2010年7月 理解和熟悉设计课题，选题，确定基本结构设计方案。2010年8月 复习结构设计有关内容，借阅相关规范及资料2010年8月 编写设计计算书2010年9月 整理和编写设计论文2010年10月 画结构图2010年11月 打印论文，准备答辩教研室主任签字时间 年 月 日摘要本设计主要进行了结构方案中横向框架2、3、7、8轴框架的抗震设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算,接着利用顶点位移法求出自震周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下

6、大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力，。 是找出最不利的一组或几组内力组合。选取最安全的结果计算配筋并绘图。关键词： 框架 结构设计 抗震设计 Abstract The purpose of the design is to do the anti-seismic design in the longitudinal frames of axis 2、3、7、8. When the directions of the frames is determined, firstly the weight of each flo

7、or is calculated .Then the vibrate cycle is calculated by utilizing the peak-displacement method, then making the amount of the horizontal seismic force can be got by way of the bottom-shear force method. The seismic force can be assigned according to the shearing stiffness of the frames of the diff

8、erent axis. Then the internal force (bending moment, shearing force and axial force ) in the structure under the horizontal loads can be easily calculated. After the determination of the internal force under the dead and live loads, the combination of internal force can be made by using the Excel so

9、ftware, whose purpose is to find one or several sets of the most adverse internal force of the wall limbs and the coterminous girders, which will be the basis of protracting the reinforcing drawings of the components. Keywords : frames, structural design, anti-seismic design目 录第1章工程概况1第2章框架结构承重方案的选择

10、2第3章框架结构的计算简图3第4章梁、柱截面尺寸的初步确定44.1梁截面尺寸的初步确定44.2柱截面尺寸的初步确定44.2.1框架柱的截面尺寸44.2.2计算过程4第5章框架侧移刚度的计算65.1横梁线刚度i b的计算65.2纵梁线刚度i b的计算65.3柱线刚度i c的计算65.4各层横向侧移刚度计算(D值法)65.4.1底层65.4.2第二层85.4.3第三层至第六层105.4.4顶层105.5各层纵向侧移刚度计算11第6章重力荷载代表值的计算126.1资料准备126.1.1屋面永久荷载标准值（上人）126.1.21-5层楼面永久荷载标准值126.1.3屋面及楼面可变荷载标准值126.1.

11、4梁柱密度126.1.5蒸压粉煤灰加气混凝土砌块126.2重力荷载代表值的计算136.2.1第一层136.2.2第二层156.2.3第三层至第五层176.2.4第六层重力荷载代表值的计算176.2.5顶端重力荷载代表值的计算18第7章横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算197.1横向自振周期的计算197.2水平地震作用及楼层地震剪力的计算207.2.1结构等效总重力荷载代表值Geq207.2.2计算水平地震影响系数1207.2.3结构总的水平地震作用标准值FEk207.3多遇水平地震作用下的位移验算217.4水平地震作用下框架内力计算227.4.1框架柱端剪力及弯矩227.4.2梁端弯矩

12、、剪力及柱轴力23第8章竖向荷载作用下框架结构的内力计算268.1计算单元的选择确定268.2荷载计算268.2.1恒载作用下柱的内力计算268.2.2活载作用下柱的内力计算288.2.3恒荷载作用下梁的内力计算308.2.4活荷载作用下梁的内力计算318.3梁端剪力和柱轴力的计算318.3.1恒载作用下318.3.2活载作用下328.4框架梁的内力组合338.4.1结构抗震等级338.4.2框架梁内力组合338.4.3跨间最大弯矩的计算358.4.4梁端剪力的调整378.5框架柱的内力组合398.6柱端弯矩设计值的调整408.6.1A柱408.6.2B柱428.7柱端剪力组合和设计值的调整4

13、3第9章截面设计459.1框架梁459.1.1梁的最不利内力459.1.2梁正截面受弯承载力计算459.1.3梁斜截面受剪承载力计算469.2框架柱499.2.1柱截面尺寸验算499.2.2柱正截面承载力计算499.2.3柱斜截面受剪承载力计算519.3框架梁柱节点核芯区截面抗震验算55第10章楼板设计5810.1楼板类型及设计方法的选择5810.2设计参数5810.2.1设计荷载5810.2.2计算跨度5910.3弯矩计算5910.4截面设计61第11章框架变形验算6311.1梁的极限抗弯承载力计算6311.2柱的极限抗弯承载力计算6311.3确定柱端截面有效承载力Mc6411.4各柱的受剪

14、承载力Vyij的计算6511.5楼层受剪承载力Vyi的计算6611.6罕遇地震下弹性楼层剪力Ve的计算6611.7楼层屈服承载力系数yi的计算6611.8（第二层）层间弹塑性位移验算67参考文献69致谢70附录 设计图纸71第1章 工程概况建筑地点：广州市建筑类型：六层办公楼，框架填充墙结构。建筑介绍：建筑面积约1000平方米，楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土框架结构，楼板厚度取120mm，填充墙采用蒸压粉煤灰加气混凝土砌块。门窗使用：大门采用钢门，其它为木门，门洞尺寸为1.2m2.4m，窗为铝合金窗，洞口尺寸为1.8m2.1m。地质条件：经地质勘察部门确定，此建筑场地为二类近震场地，设防烈度为

15、8度。柱网与层高：本办公楼采用柱距为7.2m的内廊式小柱网，边跨为7.2m，中间跨为2.4m，层高取3.6m，如图 11柱网布置图所示：图 11柱网布置图第2章 框架结构承重方案的选择竖向荷载的传力途径：楼板的均布活载和恒载经次梁间接或直接传至主梁，再由主梁传至框架柱，最后传至地基，如图 21 传力布置图所示。根据以上楼盖的平面布置及竖向荷载的传力途径，本办公楼框架的承重方案为横向框架承重方案，这可使横向框架梁的截面高度大，增加框架的横向侧移刚度。图 21 传力布置图第3章 框架结构的计算简图虽然毕业设计要求框架只横向分析受力，实际的工程受力较为复杂，为了更好的理解知识，本设计对横纵均有受力简

16、图，如图 31纵向受力简图、图 32 横向受力简图图所示图 33纵向受力简图图 34 横向受力简图第4章 梁、柱截面尺寸的初步确定4.1 梁截面尺寸的初步确定梁截面高度一般取梁跨度的1/12至1/8。本方案取1/127200=600mm，截面宽度取6001/2=300mm，可得梁的截面初步定为bh=300*600，如表41 梁截面尺寸表所示。4.2 柱截面尺寸的初步确定4.2.1 框架柱的截面尺寸根据柱的轴压比限值，按下列公式计算： （1）柱组合的轴压力设计值N=Fg E n注：考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数。F按简支状态计算柱的负载面积。g E 折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近

17、似的取14KN/m2。n为验算截面以上的楼层层数。（2）AcN/uNfc 注：uN 为框架柱轴压比限值，本方案为二级抗震等级，查抗震规范可知取为0.8。 fc 为混凝土轴心抗压强度设计值，对C30，查得14.3N/mm2。4.2.2 计算过程对于边柱：如表42 柱截面尺寸表N=Fg E n=1.325.92146=2830.464（KN） AcN/uNfc=2830.464103/0.8/14.3=247418.18（mm2） 取700mm700mm对于内柱：如表42 柱截面尺寸表N=Fg E n=1.2534.56146=3628.8（KN） AcN/uNfc=3628.8*103/0.8/

18、14.3=317202.80（mm2） 取650mm650mm表41 梁截面尺寸表混凝土等级横梁（bh）纵梁（bh）C30300600250400300600表42 柱截面尺寸表层次混凝土等级bh1C307007002-6C30650650第5章 框架侧移刚度的计算5.1 横梁线刚度i b的计算表 51 横梁线刚度i b表类别Ec（N/mm2）bh（mmmm）I0（mm4）l（mm）EcI0/l（Nmm）1.5EcI0/l（Nmm）2EcI0/l（Nmm）AB跨、CD跨3.01043006005.4010972002.2510103.3810104.501010BC跨3.01042504001

19、.3310924001.6710102.5010103.3410105.2 纵梁线刚度i b的计算表 52 纵梁线刚度i b表类别Ec（N/mm2）bh（mmmm）I0（mm4）l（mm）EcI0/l（Nmm）1.5EcI0/l（Nmm）2EcI0/l（Nmm）跨3.01043006005.410942003.8610105.7910107.711010其它跨3.01043006005.410972002.2510103.3810104.5010105.3 柱线刚度i c的计算计算公式为：I=bh3/12表 53 柱线刚度i c表层次hc（mm）Ec（N/mm2）bh（mmmm）Ic（mm4）

20、EcIc/hc（Nmm）147003.01047007002.001101012.7710102-636003.01046506501.448101012.4010101层A-5柱83003.01047007002.00110107.2310105.4 各层横向侧移刚度计算(D值法)5.4.1 底层 A-2、A-3、A-7、A-8、D-2、D-3、D-4、D-7、D-8（9根）K=4.5/12.77=0.352c=(0.5+K)/(2+K)=0.362Di1=c12ic/h2=0.3621212.771010/47002=25112 A-1、A-4、A-6、A-9、D-1、D-5、D-6、D-

21、9 （8根）K=3.38/12.77=0.266c=(0.5+K)/(2+K)=0.338Di2=c12ic/h2 =0.3381212.771010/47002 =23447 B-1、C-1、B-9、C-9 （4根）K=（2.5+3.38）/12.77=0.460c=(0.5+K)/(2+K)=0.390Di3=c12ic/h2 =0.3901212.771010/47002 =27055 B-2、C-2、B-3、C-3、C-4、B-7、C-7、B-8、C-8 （9根）K=（3.34+4.5）/12.77=0.614c=(0.5+K)/(2+K)=0.426Di4=c12ic/h2 =0.4

22、261212.771010/47002 =29552 B-4、B-6、C-5、C-6 （4根）K=（3.34+3.38）/12.77=0.526c=(0.5+K)/(2+K)=0.406Di5=c12ic/h2 =0.4061212.771010/47002 =28165 B-5 （1根）K=3.34/12.77=0.262c=(0.5+K)/(2+K)=0.337Di6=c12ic/h2 =0.3371212.771010/47002 =23378D1=251129+234478+270554+295529+281654+23378 =9238105.4.2 第二层 A-2、A-3、A-7、

23、A-8、D-2、D-3、D-4、D-7、D-8 （9根）K=4.52/（12.42）=0.363c=K/(2+K)=0.154Di1=c12ic/h2 =0.1541212.41010/36002 =17681 A-1、A-9、D-1、D-5、D-6、D-9 （6根）K=3.382/（12.42）=0.273c=K/(2+K)=0.120Di2=c12ic/h2 =0.1201212.41010/36002 =13778 A-5 （1根）K=4.5/7.233=0.622c=（0.5+K）/(2+K)=0.428Di3=c12ic/h2 =0.428127.2331010/83002 =539

24、2 A-4、A-6 （2根）K=（4.5+3.8）/（12.4*2）=0.318c=K/(2+K)=0.137Di4=c12ic/h2 =0.1371212.41010/36002 =15730 B-1、C-1、B-9、C-9 （4根）K=（2.5+3.38）2/（12.42）=0.474c=K/(2+K)=0.192Di5=c12ic/h2 =0.1921212.41010/36002 =22044 B-2、B-3、C-2、C-3、C-4、B-7、B-8、 C-7、 C-8 （9根）K=（3.34+4.5）2/（12.42）=0.632c=K/(2+K)=0.240Di6=c12ic/h2

25、=0.240*12*12.4*1010/36002 =27556 B-4、B-6 （2根）K=（3.342+4.5+3.38）/（12.42）=0.587c=K/(2+K)=0.227Di7=c12ic/h2 =0.2271212.41010/36002 =26063 C-5、C-6 （2根）K=（3.34+3.38）2/（12.42）=0.542c=K/(2+K)=0.213Di8=c12ic/h2 =0.2131212.41010/36002 =24456 B-5 （1根）K=3.342/（12.42）=0.269c=K/(2+K)=0.119Di9=c12ic/h2 =0.1191212

26、.41010/36002 =13663D2=176819+137786+5392+157302+220444+275569+260632+244562+13663=7295305.4.3 第三层至第六层 A-2、A-3、A-4、A-5、A-6、A-7、A-8、D-2、D-3、D-4、D-7、D-8 （12根）Di1=17681 A-1、A-9、D-1、D-9、D-5、D-6 （6根）Di2=13778 B-1、C-1、B-9、C-9 （4根）Di3=22044 B-2、B-3、B-4、B-5、C-2、C-3、C-4、B-6、B-7、B-8、C-7、C-8 （12根）Di4=27556 C-5、

27、C-6 （2根）Di5=24456D3-6=1768112+137786+220444+2755612+244562 =7626005.4.4 顶层 D-5、D-6 （2根）K=3.382/（12.42）=0.273c=K/(2+K)=0.120Di1=c12ic/h2 =0.1201212.41010/36002 =13778 C-5、C-6 （2根）K=（3.382+3.34）/（12.42）=0.407c=K/(2+K)=0.169Di2=c12ic/h2 =0.1691212.41010/36002 =19404D顶=137782+194042=66364如表 54 横向框架梁的层间侧

28、移刚度表所示：表 54 横向框架梁的层间侧移刚度表层次123456顶Di（N/mm）92381072953076260076260076260076260066364D1/D2=923810/7295300.7，故该框架为规则框架。5.5 各层纵向侧移刚度计算同理，纵向框架层间侧移刚度，如表 55 纵向框架层间侧移刚度表所示：表 55 纵向框架层间侧移刚度表层次123456顶层Di（N/mm）1035634935623942398942398942398942398103102D1/D2=1035634/9356230.7，故该框架为规则框架。第6章 重力荷载代表值的计算6.1 资料准备6.1

29、.1 屋面永久荷载标准值（上人）30厚细石混凝土保护层 220.03=0.66KN/m2 三毡四油防水层 0.4 KN/m220厚矿渣水泥找平层 14.50.02=0.29 KN/m2150厚水泥蛭石保温层 50.15=0.75 KN/m2120厚钢筋混凝土板 250.12=3.0 KN/m2V型轻钢龙骨吊顶 0.25 KN/m2（二层9mm纸面石膏板、有厚50mm的岩棉板保温层） 合计 5.35 KN/m26.1.2 1-5层楼面永久荷载标准值木块地面（加防腐油膏铺砌厚76mm） 0.7 KN/m2120厚钢筋混凝土板 250.12=3.0 KN/m2V型轻钢龙骨吊顶 0.25 KN/m2

30、合计 3.95 KN/m26.1.3 屋面及楼面可变荷载标准值上人屋面均布活荷载标准值 2.0 KN/m2楼面活荷载标准值 2.0 KN/m2屋面雪荷载标准值 SK=urS0=1.00.2=0.2 KN/m2 （式中ur为屋面积雪分布系数）6.1.4 梁柱密度梁柱密度25 KN/m26.1.5 蒸压粉煤灰加气混凝土砌块梁柱密度5.5KN/m36.2 重力荷载代表值的计算6.2.1 第一层（1）、梁、柱：如表 61梁重力荷载代表值、表 62柱重力荷载代表值所示表 61梁重力荷载代表值类别净 跨（mm）截 面（mm）密 度（KN/m3）体 积（m3）数 量(根)单 重（KN）总 重（KN）横梁65

31、00300600251.171729.25497.251700250400250.1794.2538.25纵梁6500300600251.172829.25819.003500300600250.63415.7563.00表 62柱重力荷载代表值类别计算高度（mm）截 面（mm）密 度（KN/m3）体 积（m3）数 量（根）单 重（KN）总 重（KN）柱3600700700251.7643644.11587.6（2） 内外填充墙重的计算：横墙：AB跨、CD跨墙：墙厚240mm，计算长度6500mm，计算高度3600-600=3000mm。单跨体积：0.246.53=4.68m3单跨重量：4.6

32、85.5=25.74KN数量：17总重：25.7417=437.58KNBC跨墙：墙厚240mm，计算长度1700mm，计算高度3600-600=3000mm。单跨体积：（1.73-1.5*2.4）0.24=0.36m3单跨重量：0.365.5=1.98KN数量：2总重：1.982=3.96KN厕所横墙：墙厚240mm，计算长度7200-2400=4800mm，计算高度3600-120=3480mm。体积：0.244.83.48=4.009m3重量：4.0095.5=22.0495KN横墙总重：437.58+3.96+22.0495=463.5895KN纵墙：跨外墙：单个体积：（6.53.0）

33、-（1.82.12） 0.24=2.8656 m3数量：12总重：2.8656125.5=189.1296KN厕所外纵墙：体积：6.53.0-1.82.1=15.72 m3总重：15.725.5=86.46KN楼梯间外纵墙：体积：3.53.0-1.82.1=6.72 m3总重：6.725.5=36.96KN门卫外纵墙：体积：3.53.0-1.22.4=7.62m3总重：7.625.5=41.91KN内纵墙：单个体积：(6.53.0-1.22.4*2) 0.24=13.74m3单个重量：13.745.5=75.57KN数量：12总重：75.5712=906.84KN厕所纵墙：单个体积：0.24（

34、3.6-0.12）4.93=4.1175m3单个重量：4.11755.5=22.6463KN数量：2总重：22.64632=45.2926KN正门纵墙：总重：（1.86.5-1.82.1）0.245.5=10.4544KN纵墙总重：189.1296+86.46+36.96+41.91+906.84+45.2926+10.4544=1317.0466KN（3）窗户计算（钢框玻璃窗）：走廊窗户：尺寸：1800mm2100mm自重：0.4KN/m2数量：26重量：1.82.10.426=39.312KN办公室窗户：尺寸：1500mm2100mm自重：0.4KN/m2数量：2重量：1.52.10.42

35、=2.52KN总重：39.312+2.52=41.832KN（4）门重计算：木门：尺寸：1200mm2400mm自重：0.15KN/m2数量：26.25重量：1.22.40.1526.25=11.34KN铁门：尺寸：6500mm3000mm自重：0.4KN/m2数量：0.5重量：6.53*0.40.5=3.9KN总重：11.34+3.9=15.24KN（5）楼板恒载、活载计算（楼梯间按楼板计算）：面积：48.441613+117.4176+30.24=777.3984（m2）恒载：3.95777.3984=3070.7237KN活载：2.0777.3984=1554.7968KN由以上计算可知

36、，一层重力荷载代表值为：G1=G 恒+0.5G活=（497.25+38.25）1.05+（819+63）1.05+1587.61.05+463.5895+1317.0466+41.832+15.24+（3070.7237+1554.7968）0.5=9618.5836KN注：梁柱剩上粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数1.05。6.2.2 第二层（1） 梁、柱横梁：AB跨：300mm600mm 29.25KN18根=526.5KNBC跨：250mm400mm 4.25KN9根=38.25KN纵梁：819+63=882KN柱： 表63 二层柱重力荷载代表值类别计算高度（mm）截 面（mm）密

37、度（KN/m3）体积（m3）数 量（根）单 重（KN）总 重（KN）柱3600650650251.5213638.0251368.9（2）内外填充墙重的计算：横墙总重：463.58KN纵墙：比较第二层纵墙与第一层的区别有：大厅：一层有铁门二层A、B、B跨有内墙。比较异同后，可得第二层纵墙总重为： 1317.0466+（3.06.55-21.82.1）0.245.5-3.9+（1.56.55-1.51.2）0.245.5+（1.53.55-1.51.2）0.245.5 =1317.0466+15.9588-3.9+10.593+4.653=1344.3514KN（3）窗户计算（钢框玻璃窗）：第一

38、类：尺寸：1800mm2100mm自重：0.4KN/m2数量：29重量：1.82.10.429=43.848KN第二类：尺寸：1500mm2100mm自重：0.4KN/m2数量：2重量：1.52.10.42=2.52KN总重：43.848+2.52=46.368KN（4）门重计算：木门：尺寸：1200mm2400mm自重：0.15KN/m2数量：27.25重量：1.22.40.1527.25=11.772KN（5）楼板恒载、活载计算（楼梯间按楼板计算）：面积：777.3984+11.166.96=855.072（m2）恒载：3.95855.072=3377.5344KN活载：2.0855.07

39、2=1710.144KN由以上计算可知，二层重力荷载代表值为G2=G 恒+0.5G活=（526.5+38.251.05+8821.05+1368.91.05+463.5895+1344.3514+46.368+11.772+（3377.5344+1710.144）0.5 =9910.1918KN注：梁柱剩上粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数1.05。6.2.3 第三层至第五层比较其与第三层的异同，只有B、B不同，可得三到五重力荷载代表值为：G3-5=9910.1918-10.593-4.653+（3.010.1-21.22.4）0.245.5=9927.3386KN6.2.4 第六层重力荷载代表值的计算横梁：526.5+38.25=564.75KN纵梁：882KN柱：计算高度：2100mm截面：650mm650mm数量：36总重：0.650.652.12536=798.525KN横墙：463.58