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1、图书分类号：密 级：毕业设计(论文)江苏元大建筑科技有限公司办公楼设计THE OFFICE BUILDING OF JIANGSU YUANDA BUILDING TECHNOLOGY CO., LTD.学生姓名郭 利学院名称土木工程学院专业名称土木工程(房屋建筑工程)指导教师王建华 2013年5月25日徐州工程学院学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的
2、法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日徐州工程学院学位论文版权协议书本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 摘 要 本次毕业设计题目为“江苏元大建筑科技有限
3、公司办公楼”。按毕业设计任务书的要求，此综合楼共五层，建筑总高度为23.95m，总建筑面积约为3798。本建筑结构均为钢筋混凝土框架结构，基础采用人工挖孔灌注桩基础。本设计抗震设防烈度为7度。工程设计包括两部分，即建筑设计和结构设计。建筑设计是在查阅相关资料及规范的基础上完成了平面（底层，标准层）、正立面、侧立面及剖面图。结构设计采用三水准两阶段的设计方法，包括三部分内容：第一，通过手算进行结构计算。具体内容包括：结构方案和初选截面尺寸；结构计算简图及刚度参数计算；荷载计算及结构位移验算；水平荷载作用下的结构内力分析；竖向荷载作用下的结构内力分析；荷载效应及内力组合；截面设计和构造要求；基础设
4、计。其中在水平地震作用的计算过程中应用D值法和底部剪力法进行框架结构在水平荷载作用下的内力和侧移计算，在计算过程中，充分利用了Excel及结构力学求解器等进行电算，保证了计算的准确性。第二 ，结构施工图绘制。在施工图的绘制过程中，应用Auto CAD软件进行制图，绘制结构平面布置图，基础平面图，桩基础详图等。第三 ，计算机辅助设计与校核。通过应用PKPM软件对结构进行辅助设计，并与手算结果进行校核，得到横向框架配筋图，梁板平法施工图。关键词： 框架结构；结构设计；抗震设计；基础设计Abstract The graduation design topic for one traffic poli
5、ce building integrated design According to the requirements of graduation design, the building of five layers, building a total height of 23.95 m, with a total construction area of about 3798 square meters. This building structure for steel reinforced concrete frame structure, basic using slurry-sup
6、ported machinery into a pile foundation. In this paper，the district seismic fortification intensity is designed for 8 degrees. The engineering design includes two parts, namely the architectural design and structure design. Architectural design is in access relevant information and on the basis of r
7、egulating the plane (complete, standard layer), bottom facade, side elevation and section. Structure design uses three level two stages of design methods, including three parts: First, by hand count structure calculation. Including components section size, the load calculation, the method of using D
8、 value structure and equivalent base shear method under horizontal loads of internal force and lateral force calculation, the framework and section design (beam and column board, the reinforcement), foundation design Engineering design includes two parts, namely the architectural design and design.
9、Architectural design is in access relevant information and on the basis of regulating the plane (complete, standard layer), bottom facade, side elevation and section. Second, the structure construction drawings. Specific include: the construction scheme, construction scheme and the primary section s
10、ize, Floor structure design, Structure diagram and rigidity parameters calculation, The load calculation and the structural displacement calculation, Under horizontal loads of structural internal force analysis, Vertical load structure internal force analysis, Load effect and internal combination, S
11、ection design and construction requirements.Third, Basic design, The structure of drawing, The computer aided design using PKPM.Key words: Frame structure Structure design Seismic design foundation design目 录1.绪论21.1序言21.2建筑设计说明21.2.1总平面设计21.2.2 平面设计21.2.3 剖面设计31.2.4 立面设计32.结构设计计算书42.1 工程概况42.2 结构布置及
12、计算简图42.3 重力荷载计算92.3.1 屋面及楼面永久荷载标准值92.3.2 屋面及楼面可变荷载标准值92.3.3 梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算92.3.4 重力荷载代表值102.4 框架侧移刚度计算112.5 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算142.6 竖向荷载作用下框架结构的内力计算192.6.1横向框架内力计算192.6.2横向框架内力组合292.7 截面设计372.7.1框架梁372.7.2框架柱412.7.3 框架梁柱节点核芯区截面抗震验算452.8 基础设计482.9楼梯设计50附 表55附表1 柱侧移刚度修正系数55附表2 弹性层间位移角限值55附表3 倒三角形分
13、布水平荷载下各层柱标准反弯点高度比56附表4 上、下层高不同的修正值和56附表5 柱箍筋加密区的箍筋最小配箍特征值57结 论58致 谢59参考文献601.绪论1.1序言 钢筋混凝土结构是建筑中一种常见的结构形式。特别是近十多年来，随着我国经济建设的迅速发展，由于生产的需要，这类结构以其造价低，适用范围广等优点而获得广泛的应用。根据活动中心设计规范和其它相关标准，以及设计要求和提供的地质资料，设计该框架结构。按照先建筑后结构，先整体布局后局部节点设计步骤设计。结合建筑设计并考虑公共建筑的特点，该建筑采用了框架结构。建筑设计部分包括建筑的平面、立面和剖面设计，主要解决建筑平面布局和立面造型问题，此
14、外对一些细部尺寸进行了设计。结构设计部分主要由内力计算和截面设计组成。内力计算部分首先由基本资料计算水平地震荷载和竖向重力荷载，主要运用了弯矩分配等方法。之后进行荷载组合，并且根据其进行截面设计和计算，主要包括构件截面尺寸设计以及构件配筋设计。本建筑基础形式选用桩基础。在设计过程中，根据国家最新规范和土木工程设计中的各种要求进行计算，并运用Auto CAD和PKPM等制图软件进行辅助设计和绘图。毕业设计是我们在毕业前最后的学习和综合训练阶段，是深化、拓宽、综合学习的重要过程。因此毕业设计对提高我们的专业水平具有十分重要的意义。作为土木工程房屋建筑工程专业的毕业设计，采用办公楼结构设计作为毕业设
15、计的题目，具有广泛的应用性。本设计正文包括建筑设计说明部分，结构设计计算书部分。1.2建筑设计说明根据设计任务书中的要求，同时考虑到江苏元大建筑科技有限公司办公楼的使用功能及建筑物设计要求，进行了建筑平面、立面及剖面设计。其建筑的总长度为60.1m,总的宽度为16.7m。主体结构共5层，层高均为3.9m. 主体结构采用现浇钢筋混凝土框结构。1.2.1总平面设计本设计为江苏元大建筑科技有限公司办公楼，根据当地的环境，即建筑地段的大小、形状、道路交通情况、地形条件、朝向、主导风向、气候条件等，做出了总平面设计，即设置了功能分区、组织道路系统、安排出入口及布置绿化和其他附属设施。1.2.2 平面设计
16、本办公楼是江苏元大建筑科技有限公司办公楼。因此本设计的原则是：满足各种功能的前提下，提高技术水平，做到舒适实用。在第一层为方便使用设有休息室和活动室等，其他每层都有档案室和大、中、小型办公室和会议室为工作人员提供方便。房间平面中门的最小宽度是由通过人流多少和搬进房间家具设备的大小决定的，房间中窗的大小和位置主要是根据室内采光通风要求来考虑。1.2.3 剖面设计 根据平面设计进行剖面设计，层数为5层，每层层高都为为3.9m。其中根据层高对楼梯踏步进行了设计。为防止室外雨水流入室内，并防止墙身受潮，设计室内外高差为450mm。1.2.4 立面设计结构韵律和虚实对比，是使建筑立面富有表现力的重要设计
17、手法。建筑立面上结构构件或门窗有规律的重复和变化，给人们在视觉上得到类似音乐诗歌中节奏韵律变化的感受效果。在本设计中，考虑到建筑的特殊用途，正立面中所有的窗选取同样的尺寸，给人以特别整齐、庄重的感觉！2.结构设计计算书2.1 工程概况本设计为江苏元大建筑科技有限公司办公楼，建筑面积为3798。其设计依据为：1.气象条件（1）温度：冬季采暖室外计算温度-10，夏季最高气温35。（2）主导风向：常年主导风向为东南风。基本风压0.35KN/。（3）基本雪压: =0.35 KN/。（4）年降雨量：650mm；日最大降雨量：87mm；时最大降雨量：56mm；雨季集中在7、8月份。（5）土壤最大冻结深度5
18、00mm。2.工程地质条件(1)地形概述：拟建场地地形平缓。 (2)勘测场地位于旧房拆迁带，地势平缓。钻探深度范围内揭露的地层，由上至下可分为四层：粘土：褐灰黄褐色，可塑，湿，中密，表层为耕作土，厚度约为0.50m左右，底部渐含砂及铁锰结核。土质分布均匀，属中等压缩性土层。厚度约5.l0m左右。粉质粘土：黄灰黄色，可塑，湿，中密，上部含有少量灰白色粘土块。土质较均匀，分布连续，属中等压缩性土层。厚度约1.80m左右。粉土：棕黄色黄色，可塑，含有贝壳碎屑，属中等压缩性土层。厚度约3.00m左右。粉质粘土：黄色，软塑，饱和，夹粉砂透镜体和层面粉砂，该层未钻穿。(3)地下水位：地表以下2.0m，水质
19、对水泥无侵蚀性。3.本工程设防烈度为7度第一组，设计基本地震加速度为0.15g，场地类别为类，丙类建筑，地基基础设计等级为丙级。4.墙体材料选用加气混凝土中小型砌块。2.2 结构布置及计算简图 根据该房屋的使用功能及建筑设计的要求，进行了建筑平面、立面及剖面设计，其标准层建筑平面、结构平面和剖面示意图分别见图1、图2、图3。主体结构共五层，层高都为为3.9m。填充墙采用300mm厚的加气混凝土空心砌块砖砌筑。门为木门，门洞根据门的规格定出。窗为铝合金窗，洞口也根据各窗规格定出。楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取100mm。梁截面高度按跨度的1/121/8估算，由此估算的梁截面尺寸见
20、表1，表1中还给出了各层梁的混凝土强度等级。其设计强度:一层采用C35 (=16.7N/ mm2,ft=1.57N /mm2） ，其他各层采用C30（=14.3N/ mm2,ft=1.43N /mm2）表1 梁截面尺寸（mm）及各层混凝土强度等级层次混凝土强度等级横梁（bh）纵梁（bh）次梁（bh）AB、CD跨BC跨2-5C303007003005003007003006001C35柱截面尺寸可根据式估算。由附表1可知该框架结构的抗震等级为二级，其轴压比限值=0.8；各层的重力荷载代表值近似取12KN/m2。由图2可知边柱及中柱的负载面积分别为7.83.3m2和7.84.8m2。由得第一层柱截
21、面面积为边柱Ac2中柱Ac2如取柱截面为正方形，则边柱和中柱截面高度分别为500mm和400mm。根据上述计算结果并综合考虑其它因素，本设计柱截面尺寸取值如下：15层 500mm500mm基础选用桩基础。 图1 建筑平面布置图图2 结构平面布置图图3 剖面图框架结构计算简图如图4所示。取一层柱的形心线作为框架柱的轴线；梁轴线取至板底。24层柱高度即为层高，取3.9m;底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即h1=3.9+0.5+0.45=4.85m。图a 横向框架 图b 纵向框架图4 框架结构计算简图2.3 重力荷载计算2.3.1 屋面及楼面永久荷载标准值 屋面 ： 30厚细石混凝土保护层 220
22、.03=0.66KN/ 4mmSBS改性沥青防水卷材 0.4KN/ 20厚水泥砂浆找平层 200.02=0.4 KN/ 100mm厚挤塑聚苯板保温层 0.15KN/ 100厚钢筋混凝土板 250.1=2.5 KN/V型轻钢龙骨吊顶 0.25KN/ 合 计 4.36 KN/14层楼面： 瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 0.55 KN/ 100厚钢筋混凝土板 250.1=2.5 KN/ V型轻钢龙骨吊顶 0.25KN/ 合 计 3.30 KN/2.3.2 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/ 楼面活荷载标准值 2.0 KN/ 屋面雪荷载标准值 Sk=rs0=1.00.3
23、5=0.35 KN/ 2.3.3 梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算梁、柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷等计算出单位长度上的重力荷载；对墙、门、窗等可计算出单位面积上的重力荷载。具体计算过程从略，计算结果见表2。表2 梁、柱重力荷载标准值层次构件1边横梁0.30.7251.055.5136.114470.811906.722中横梁0.30.5251.053.9382.5988.605次梁0.30.5251.053.9386.312297.713纵梁0.30.7251.055.5137.3281049.59柱0.50.5251.106.8754.7532104525边横梁0.30.7251.055.
24、5136.114470.811906.722中横梁0.30.5251.053.9382.5988.605次梁0.30.5251.053.9386.312297.713纵梁0.30.7251.055.5137.3281049.59柱0.50.5251.106.8753.9321045注：1)表中为考虑梁、柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数；g表示单位长度构件重力荷载；n为构件数量。2）梁长度取净长；柱长度取层高。 墙体为300mm厚加气混凝土空心砌块，外墙面贴瓷砖（0.5KN/），内墙面为20mm厚抹灰，则外墙面单位墙面重力荷载为 0.570.3170.02=2.94 KN/ 内墙为20
25、0mm厚加气混凝土空心砌块，两侧均为20mm厚抹灰，则内墙单位面积重力荷载为 70.2170.022=2.08 KN/ 木门单位面积重力荷载为0.2KN/；铝合金窗单位面积重力荷载取0.4 KN/ 。2.3.4 重力荷载代表值 集中于各楼层标高处的重力荷载代表值Gi=永久荷载标准值（楼板重+梁重+上下各半层的墙、柱重）+0.5*可变荷载标准值（楼面或屋面活荷载）G6=屋面恒载+50%屋面雪载+屋盖纵横梁自重+屋面下半层的柱及墙体自重+女儿墙自重 =4.36 *6.6*60.1 + 50%* 0.35+ 2.94 +2.08 =1202.002KN 同理，G5 =5575.579KN G4=86
26、47.772KN G3=8647.772KN G2=8647.772KN G1=11149.684KN计算结果如图5所示： 图5 各质点重力荷载代表值2.4 框架侧移刚度计算横向框架侧移刚度计算。横梁线刚度计算过程见表3；柱线刚度计算过程见表4。表3 横梁线刚度计算表类别层次Ec/(N/2)bh/()I0/4l/EcI0/l/N1.5EcI0/l/N2EcI0/l/N边横梁253.01043007008.57510966003.89810105.84710107.795101013.151043007008.5751094.09310106.14010108.1861010走道梁253.010
27、43006005.410930005.410108.100101010.80101013.151043006005.41095.6710108.505101011.341010表4 柱线刚度计算表层次/mmEc/(N/2)bh/()Ic/4EcIc/l/N147503.151045005005.20810103.45410102439003.01045005005.20810104.0061010图6 C-6柱及与其相连梁的相对线刚度 柱的侧移刚度按公式计算，式中系数由公式计算。根据梁柱线刚度比的不同，图2中的柱可分为中框架柱和边柱、边框架中柱和边柱以及楼梯间柱等。现以第二层C-6柱的侧移刚度
28、计算为例，说明计算过程，其余柱的计算过程从略，计算结果分别见表5表7。 第2层C-6柱及与其相连的梁的相对线刚度如图6所示，图中数据取自表3和4。由表3和表4可得梁柱线刚度比为 = = 由公式得D=0.46表5 中框架柱侧移刚度D值（N/mm）层次边柱(12根）中柱（6根）351.9460.493155824.6420.6992209231953621.9950.499157714.7580.7042225032275212.3700.657120695.6530.80414770233448表6 边框架柱侧移刚度D值（N/m）层次A-3、A-9、D-1、D-11B-1、B-11、C-1、C-
29、11351.4600.422133383.4820.6352007013363221.4960.428135273.5690.6412025913514411.7780.603110774.2400.76013961100152表7 楼、电梯间框架柱侧移刚度值D（N/m）层次C-4、C-5、C-7、C-8E-4、E-5、E-7、E-8353.6690.647204491.9460.4931558614414023.7610.653206381.9950.4991577114563614.4680.768141082.3700.65712069104708将上述不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，
30、即得框架各层层间侧移刚度，见表8。表8 横向框架层间侧移刚度(N/m)层次12345Di438308603532597308597308597308由表8可见，=438308/603532=0.730.7，故该框架为规则框架。2.5 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算。1.横向自振周期计算将折算到主体结构顶层，即 1202.002（1+）=即第五层结构顶点的假想侧移由式 ， ，计算计算过程见表9。表9 结构顶点的假想侧移计算层 次Gi/kNVGi/kNDi/(N/mm)ui/mmui/mm57043.387043.3859730811.8234
31、.248647.77215691.15259730826.3222.438647.77224338.92459730840.7196.128647.77232986.69660353254.7155.4111149.68443956.232438308100.7100.7计算基本周期T1，其中UT的量纲为m，取T=0.7,则T1=1.70.7=0.576s2.水平地震作用及楼层地震剪力计算本设计中，结构高度不超过40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切型为主，故可用底部剪力法计算水平地震作用。结构总水平地震作用标准值计算，即Geq=0.85Gi=0.85(10969.5368647.7
32、7235575.5791202.002)=37136.868KN因，所以应考虑顶部附加水平地震作用。顶部附加地震作用系数计算如下： 各质点的水平地震作用 将与代入可得： =4031.58具体计算过程见表10。各楼层地震剪力按公式计算，结果列入表10。表10 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次Hi/mGi/KNGiHi/KNmFi/KNVi/KN23.351202.00228066.750.053213.67213.67520.355575.579113463.030.214862.761076.43416.458647.772142255.850.2681080.462156.89
33、312.558647.772108529.540.205826.472983.3628.658647.77274803.230.141568.453551.8114.7511149.684529610.100403.163954.973.水平地震作用下的位移计算水平地震作用下框架结构的层间位移和顶点位移分别按公式计算，计算过程见表11。表中还计算了各层的层间弹性位移角。各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见图7.图(a) 水平地震作用分布 图(b) 层间剪力分布图7 横向水平地震作用及楼层地震剪力表11 横向水平地震作用下的位移验算层次Vi/KNDi/(N/mm)ui/ui/hi/
34、mm51076.435973081.825.339001/217642156.895973083.623.539001/108332983.365973084.9919.939001/78223551.816035325.8914.9139001/66213954.974383089.029.0247501/582由表11可见，最大层间弹性位移角发生在第1层，其值为1/5821/550,满足最大层间位移角限值的要求，其中u/h=1/550由附表2查得。4.水平地震作用下框架内力计算以图2中轴线横向框架内力计算为例，说明计算方法，其余框架内力计算从略。框架柱端剪力及弯矩分别按式和，计算，其中取自
35、表5，取自表8，层间剪力取自表10。各柱反弯点高度比按式确定，其中由附表3查得。本设计中底层柱需要考虑修正值，由附表4查得。第2层柱需考虑修正值和，其余柱均无修正。表12 各层柱端弯矩及剪力计算层次hi/mVi/KNDij/(N/m）边柱Di1Vi1y53.91076.435973081558228.081.9460.39743.4866.0443.92156.895973081558256.271.9460.45098.75120.7033.92983.365973081558277.831.9460.497150.86152.6823.93551.816035321577192.811.9
36、950.500180.98180.9814.753954.9743830812069108.92.3700.613200.19200.19层次hi/mVi/KNDij/(N/mm）中柱Di2Vi2y53.91076.435973082209239.814.6420.4569.8785.3943.92156.895973082209279.774.6420.5155.55155.5533.92983.3659730822092110.344.6420.5215.16215.1623.93551.8160353222250130.944.7580.5255.33255.3314.753954.97
37、43830814770133.275.6530.55348.17284.86注：表中M量纲为KNm,V量纲为KN。梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按公式计算。设计为框架柱，那么：1、先求出节点弯矩，分配到节点上的每一个杆件的杆端（包括柱端），得到柱端弯矩；2、根据柱端弯矩，设柱端剪力为未知数，列杆件力矩平衡方程，求出柱端剪力；3、根据柱顶两侧梁传来的梁端剪力和柱顶的上柱柱底轴力之和，就是本柱上端轴力。本柱上端轴力加本柱自重就是本柱下端轴力。其中梁线刚度取自表3，具体计算过程见表13。表13 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边 梁走 道 梁柱轴力MlbMrbLVbMlbMrbLVb边柱N中柱N543.4
38、835.796.612.0149.6049.60333.07-12.01-21.064186.7494.506.642.61130.92130.92387.28-54.62-65.733251.43155.406.661.64215.31215.313143.54-116.26-147.632331.84184.656.678.26255.84255.843170.56-194.52-239.931381.17296.326.6102.65213.87213.873142.58-297.17-279.86注：1）柱轴力中的负号表示拉力。当为左地震作用时，左侧两根柱为拉力，对应得右侧两根柱为压力
39、。2）表中M单位为KNm，V单位为KN,N单位为KN，l单位为m。水平地震作用下框架的弯矩图、梁端剪力图及柱轴力图如图8所示。 图（a）框架弯矩图（） 图(b) 梁端剪力及柱轴力及柱剪力图（）图8 地震作用下框架的弯矩图、梁端剪力及柱轴力图2.6 竖向荷载作用下框架结构的内力计算2.6.1横向框架内力计算1.计算单元 取轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为7.8m，如图9所示。图9 横向框架计算单元由于房间内布置有次梁，故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影线所示，计算单元范围内的其余楼面荷载则通过次梁和纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架，作用于各节点上。由于纵向框架梁的中心线与柱的中心线重合，因此在框架节点上无集中力矩作用。2.荷载计算(1)恒载计算q1,q,1代表横梁自重，为均布荷载形式，对第5层KN/m KN/mq2和q,2分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载，由图所示几何关系可得P1，P2分别为由边纵梁，中纵梁直接
