高中6层办公楼设计毕业设计.doc

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1、 毕业设计（论文）UNDERGRADUATE PROJECT (THESIS)题 目: 高中6层办公楼设计学 院 土木工程专 业 土木工程学 号 学生姓名 指导教师 起讫日期 2015.22015.6摘 要根据建筑设计和结构承重的要求以及场地地质条件，合理地进行结构选型和结构整体布置，确定各种结构构件的尺寸，选取一品主要横向结构框架进行结构设计计算，用PKPM软件对该品结构框架进行PK电算和整栋框架结构进行SATWE电算，完成楼梯设计和基础设计，绘制出相关建筑和结构施工图。作为一个土木工程专业毕业的本科生，毕业设计是大学阶段尤为重要的一个环节，它是对我们大学阶段所学知识的一次综合运用，不但使我

2、们各方面的知识系统化，而且使所学知识实践化。通过毕业设计，要求我们了解并且掌握建筑设计的全过程，培养我们独立分析解决实际问题的能力及创新能力，并锻炼我们调查研究，收集资料查阅资料及阅读中、外文文献的能力，使我们能受到类似与工程师的基本训练。通过一个完整的毕业设计，外面将对于相关设计规范、手册、标准图以及工程实践中常用的方法有较系统地认识了解。关键词：框架结构，结构设计，内力计算，荷载ABSTRACTAccording to architectural design and structural loading requirements and geological conditions, we

3、 could make sensible selection of structure and the arrange of the whole structure. After the identification of structural sizes, we shall select a product that is mainly a horizontal structure for design calculation, using the software of PKPM to PK calculate for the structural framework of the pro

4、duct and SATWE calculate for the entire frame structure .Completing the stair design and basic design leads to drawing out the drawings of relevant architectural and structure. As a undergraduate majoring in engineering, graduation is a particularly important part, which is a comprehensive applicati

5、on of the knowledge we have learned in the university. It not only makes our knowledge systematic, but makes the knowledge practical. The graduation, requiring us to understand and grasp the whole process of architectural design , trains our independent ability to analyze and solve practical problem

6、s and innovation, and strengthens the capacity of our research, collection and reading foreign literature, so that we can get the training similar to engineers basic training. Through a complete graduation, we will get systematic knowledge about related design specifications, manuals, standard drawi

7、ngs and common methods using in engineering practice .KEY WORDS: frame,structuraldesign,internalforce,lateralloads目录第一章毕业设计目的及任务1第一节毕业设计目的1第二节建筑设计任务1第三节结构设计任务2第二章建筑设计2第一节建筑设计总说明2第二节平面设计 2第三节立面设计 3第四节剖面设计 3第三章结构设计 3第一节结构方案选择 3第二节计算简图及构件选型 5第三节荷载计算 6第四节竖向荷载作用下的框架内力计算 11第五节风荷载作用下的框架内力及侧移计算 22第六节水平地震作用下

8、的框架内力及侧移计算 25第七节框架内力组合 29第八节截面设计 36主要参考资料 49致谢 50附录：PKPM结构计算 51 附表1.1 结构计算信息 附表1.2 周期、振型、地震力 附表1.3 结构位移第一章毕业设计目的及任务第一节毕业设计目的毕业设计是重要的教学实践环节，通过多层办公楼楼设计达到下列目的：1、获得工程师的基本训练，培奍学生运用所学的理论知识，解决实际问题的能力。2、掌握设计的程序、方法，通过毕业设计练好基本功。3、培养学生独立思考与独立工作的能力，为毕业后尽快适应本专业工作打下良好的基础。第二节建筑设计任务一、设计任务1、新建学校办公楼位于北京沿街地段，该地段东西长70米

9、，南北宽50米，南邻主干道，车辆人流干扰较大，东面靠近次干道。2、新建大楼主要作为办公楼，层数以56层为宜。 第三节结构设计任务一、设计技术条件1、地质资料，见任务书：2、土壤冻结深度：-1.2米。3、风荷载：基本风压0.55kN/m2。4、雪荷载：基本雪压0.5kN/m2。5、设计烈度：抗震设防烈度为8度。6、建筑场地类别：三类场地土。7、结构形式：钢筋混凝土结构框架体系。二、设计任务1、确定结构体系形成，叙述其理由。2、结构的计算程序、方法。3、建议采用我们已学过的计算方法。4、框架、板等计算。三、设计成果1、完成设计说明书（包括计算书）一份，要求应附有计算简图及表格。2、图纸内容。（1）

10、建筑平面图、立面图、剖面图。（2）结构平面布置图。（3）梁、板、柱配筋图。第二章建筑设计第一节建筑设计总说明本办公楼主要依据任务书所提要求进行设计。设计时首先考虑了满足使用功能上的需求，给办公创造良好条件；其次，考虑到结构计算的简便，为使手算工作量不太繁重，在平面及立面造型上力求简洁明快；最后，在满足使用功能的前提下，为使所有房间都统一到本办公楼里来，对个别房间的使用面积作了小幅调整。本办公楼设计为六层，建筑面积为4626平方米，平均人均占建筑面5.74平方米。为了减少北大街车辆人流的干扰，办公楼楼北墙距大街中心61米，并紧贴街边设置了绿化隔离带，房间的布置形式上采用了内廊式，将房间布置在了走

11、廊的两侧。办公楼楼采光要求窗地面积比为1/61/8。本办公楼标准房间尺寸为4500mm7000mm，需窗户面积为8.110.8平方米，因此采用了两樘3000mm2400mm的塑钢窗，共14.4平方米。其余房间也均能满足采光要求。根据任务书要求，本办公楼为钢筋混凝土框架结构，建筑类别为丙级，为一般民用建筑，所选建筑材料符合二级耐火等级，按合理使用年限为50年设计。室内外装饰标准较高，详见施工图。设计中主要依据了以下设计规范：民用建筑设计通则（GB 503522005）办公建筑设计规范（JGJ 6789）、建筑设计防火规范（GBJ16872001修订版）、公共建筑节能设计标准（GB 5019820

12、05）、建筑采光设计标准（GB/T 500332001）。第二节平面设计平面设计首先考虑满足使用功能的需求，为办公和会议创造良好的条件，重点考虑了交通组织、采光、通风的良好配置，同时还要合理地安排人员休息室、厕所、盥洗室等辅助用房。平面尺寸安排上为简化结构计算采用了对称形式。功能分区较为合理，人流交通便捷、畅通，保证良好的安全疏散条件及安全防火要求。第三节立面设计 在简单的体型组合前提下，力求运用均衡、韵律、对比、统一等手段，把适用、经济、美观有机的结合起来。在正立面处理上，将两个楼梯间的外墙设计时为绿色粉刷，使整个建筑显得活泼而不呆板，同时大门采用了不锈钢玻璃弹簧门，下为花岗岩室外台阶，均使

13、立面效果增色不少。外墙装饰方面，勒脚为烧毛面花岗岩石板面层，与室外台阶的面层相统一，既美观，又坚固耐久；其余外墙面为涂料面层，因为保温板外挂钢丝网抹灰层的装饰面层宜用涂料，选用了仿石涂料，颜色为淡黄色和银灰色相间。第四节剖面设计建筑物室内外高差取0.45米，满足防水、防潮和内外联系方便的要求。层高的确定，按公共建筑设计规范（GBJ 9986）的要求，考虑到本办公楼楼为框架结构，框架梁的截面高度较高，故层高取值为3.9米。这样的层高，对布置窗户满足采光与自然通风要求来讲已足够。对于底层的阶梯教室，为了使后排也能获得较高的空间，将前部地面下降0.45米（三步台阶的高度）。另外，办公室的层高也统一取

14、为3.9米。所有房间的窗台高度均取0.9米，保证办公桌上有充足的光线。第三章结构设计第一节结构方案的选择依据混凝土结构设计规范（GB 500102002）,本办公楼框架结构的抗震等级为三级。一、上部结构承重方案的选择根据建筑设计结果，本办公楼结构平面布置较为规则，荷载分布比较均匀，故考虑按横向框架承重全现浇钢筋混凝土框架结构计算。结构平面布置示意图如下： 图1 结构布置图第二节计算简图及构件选型一、计算简图由结构平面示意图知，采用横向框架承重方案时，选其中有内横墙的7轴处框架进行手算。因建筑设计时，有部分柱的中心并未与定位轴线重合，而在结构计算中，梁的计算跨度应取柱中心线之距离，故某些梁的计算

15、跨度与定位轴线间距不等，需重新计算确定。初步确定框架柱截面尺寸为500 mm500 mm，故7轴处框架梁的计算跨度分别为：7.0 m、3.0 m和7.0 m。由初步拟定的基础顶面标高为-1.300 m可得底层柱的计算高度为5.2 m,其余各层柱计算高度均为3.9 m。轴处框架计算简图如下： 图2 框架计算简图二、主要构件选型1、框架梁。梁截面高度按梁跨度1/121/8估算，边跨梁：bh300700（mm）；中跨梁：bh300500（mm）。2、框架柱。经估算，在满足三级抗震等级轴压比的前提下，柱截面尺寸为：bh500500（mm），沿全柱高不变。3、现浇板。屋面板厚度取为h100 mm，楼面板

16、厚度取h120 mm。均满足“规范”要求。4、连系梁。连系梁的截面尺寸取bh300570（mm），截面高度取570 mm是为了满足建筑上的要求，使外纵墙的连系梁兼做窗户过梁。三、框架梁、柱截面特征及线刚度计算对于本工程，因为全现浇结构，故该榀框架梁的截面惯性矩取值为I2I0。计算结果见表1。表1 框架梁、柱截面特征及线刚度计算表构件名称构件位置截面尺寸bh(mm)跨(高)度l(h)(m)截面惯性矩 I0(m4)截面计算惯性矩I(m4)杆线刚度i=Ec/ l(h)线刚度相对值(ib/ic)梁边跨0.30.77.08.57510-317.1510-32.45 Ec10-31.84中跨0.30.53

17、.03.12510-36.2510-32.083 Ec10-31.56柱底层0.50.55.25.20810-35.20810-31.002 Ec10-30.75其余层0.50.53.95.20810-35.20810-31.335 Ec10-31第三节荷载计算一、屋面梁荷载1、屋面荷载。计算结果见表2。表2 屋面荷载计算表荷载类别荷载名称荷载标准值(kN/m2)备注恒 载3厚SBS 0.0520厚水泥沙浆找平层0.0220=0.4水泥炉渣找坡层(平均厚度125)0.12514=1.75100厚聚苯板保温层0.10.2=0.02100厚现浇屋面板0.125=2.520厚板底粉刷0.0217=0

18、.34合计5.06活 载雪荷载0.5因活荷载不小于雪荷载，故雪荷载舍去。屋面均布活荷载0.5合计0.52、屋面梁自重。边跨梁及梁侧粉刷重：0.30.6250.020.61724.91（kN/m），中跨梁及梁侧粉刷重：0.30.4250.020.41723.27（kN/m）。3、屋面梁线荷载。计算结果见表3。表3 屋面梁线荷载计算表构件位置荷载类别线荷载标准值(kN/m)备注边 跨恒载5.064.5+4.91=27.68活载0.54.5=2.25中 跨恒载5.064.5+3.27=26.04活载0.54.5=2.25二、楼面梁荷载1、楼面荷载计算结果见表4。表4 楼面荷载计算表荷载类别荷载名称荷

19、载标准值(kN/m2)备注恒 载30厚水磨石面层 0.65120现浇钢筋混凝土楼板0.1225=320厚板底粉刷0.0217=0.34合计3.99活 载室内2.00.91.8折减系数0.9走廊2.52、楼面梁自重。边跨梁及梁侧粉刷重：0.30.58250.020.581724.74（kN/m）中跨梁及梁侧粉刷重：0.30.38250.020.381723.11（kN/m）3、内横墙自重。砌体：（3.90.5）0.285.44（kN/m）双面粉刷：（3.90.5）0.021722.31（kN/m）合计：7.55 kN/m。4、楼面梁线荷载。计算结果见表5。表5 楼面梁线荷载计算表构件位置荷载类别

20、线荷载标准值(kN/m)备注边 跨恒载3.994.5+7.75+4.74=30.45活载1.84.5=8.1中 跨恒载3.994.5+3.11=21.07活载2.54.5=11.25其余荷载：女儿墙。压顶圈梁：0.3000.1250.75（kN/m）粉煤灰砌体：（0.90.1）0.281.28（kN/m）60mm厚保温板：（0.90.1）0.060.20.01（kN/m）双面抹灰（含钢丝网）：0.90.0252120.95（kN/m）合计：（0.751.280.010.95）4.513.43（kN）连系梁。0.30.57254.519.24（kN）外纵墙。 砌体：（3.90.57）（4.50.

21、5）2.43 0.3814.69（kN）塑钢窗：2.430.453.24（kN） 外保温层：（4.53.92.43）0.060.20.12（kN）外墙抹灰（含钢丝网）：（4.53.92.43）0.025225.69（kN） 内墙抹灰：（4.53.92.43）0.02173.52（kN）合计：14.693.240.125.693.5227.26（kN）内纵墙。砌体：（3.90.57）（4.50.5）2.71 0.2816.99（kN）木门：2.710.20.54（kN）内墙双面抹灰：（4.53.92.71）0.021710.1（kN）合计：16.990.5410.127.63（kN）层间柱自重。

22、a底层边柱：0.50.5（5.20.7）2528.13（kN）中柱：0.50.5（5.20.5）2529.38（kN）b其余层边柱：0.50.5（3.90.7）2520.0（kN）中柱：0.50.5（3.90.5）2521.25（kN）三、风荷载本办公楼楼基本风压：Wk0.55 kN/m2,风荷载体型系数：迎风面=0.8, 背风面=-0.5,地面粗糙度类别为A类；女儿墙高0.9 m，室内外高差0.45 m。表6 风振系数计算过程层号离地面高度（m）相对高度 14.20.2 1.1750.40.170.421.190 27.80.4 1.1750.40.350.551.299 311.40.5

23、1.1750.40.520.651.376 4150.7 1.1750.40.660.741.419 518.60.8 1.1750.40.750.811.435 622.21.0 1.1750.40.890.871.481 表7 各层楼面处集中风荷载标准值层号离地面高度（m）B14.20.421.191.30.557.810.9 7.227.80.551.2991.30.557.214.4 7.2311.40.651.3761.30.557.218.1 7.24150.741.4191.30.557.221.2 7.2518.60.811.4351.30.557.223.5 7.2622.2

24、0.871.4811.30.554.516.3 7.2风压高度变化系数见下图： 图3 风压高度变化表将风荷载作为集中荷载作用在框架节点上，可由公式F=W0A求得每层楼面处的风荷载值。计算结果见表6。表6 风荷载计算结果表作用点二层楼面三层楼面四层楼面五层楼面六层楼面屋面水平风力F(kN)10.349.299.299.3210.0413.59第四节竖向荷载作用下的框架内力计算一、弯矩二次分配法内力计算根据恒载作用下一榀框架的计算简图，用弯矩二次分配法计算框架在恒荷载作用下的弯矩。经计算，各杆件弯矩分配系数和固端弯矩如下表中所示根据弯矩二次分配法的计算结果，画出恒荷载作用下的框架梁柱弯矩图。需要说

25、明的是框架梁柱弯矩图中框架梁下部的跨中弯矩为框架梁中间位置的弯矩而非跨间最大弯矩。取框架梁中间位置的弯矩便于荷载效应组合，在荷载效应组合之前，可以将该框架梁中间位置的弯矩乘以1.11.2的放大系数。根据弯矩图，取出梁柱隔离体，利用平衡条件求出剪力，并画出恒荷载作用下的框架梁柱剪力图。根据剪力图，由节点平衡条件，求出轴力，并画出恒荷载作用下的框架柱轴力图。 根据活载作用下一榀框架的计算简图，用弯矩二次分配法计算框架在活荷载作用下的弯矩。经计算，各杆件弯矩分配系数和固端弯矩如下表中所示根据弯矩二次分配法的计算结果，画出恒荷载作用下的框架梁柱弯矩图需要说明的是框架梁柱弯矩图中框架梁下部的跨中弯矩为框

26、架梁中间位置的弯矩而非跨间最大弯矩。取框架梁中间位置的弯矩便于荷载效应组合，在荷载效应组合之前，可以将该框架梁中间位置的弯矩乘以1.11.2的放大系数。根据弯矩图，取出梁柱隔离体，利用平衡条件求出剪力，并画出恒荷载作用下的框架梁柱剪力图。根据剪力图，由节点平衡条件，求出轴力，并画出恒荷载作用下的框架柱轴力。各图如下：图4 恒载布置简图图5活载布置简图 图6 恒载作用下弯距作用分配图 图7 活载作用下弯距作用分配图二、竖向荷载作用下框架梁内力组合根据弯矩二次分配法计算结果，把同一开口框架按恒载和活载最不利布置引起的弯矩相加，可求得梁端弯矩组合值，同样，跨中弯矩及梁端剪力也由恒载和活载最不利布置组

27、合求得。考虑到钢筋混凝土结构的内力重分布，将竖向荷载作用下的梁端弯矩进行调幅，本框架取调整系数为=0.9，并将梁端所减少的弯矩平均值加到跨中弯矩上，当跨中为负弯矩时，不进行弯矩调幅。 竖向荷载作用下框架梁内力组合汇总见表8。表8 竖向荷载作用下框架梁内力组合汇总表楼层构件名称控制截面弯矩值（kNm）调整后弯矩值（kNm）梁端剪力（kN）恒载活载恒载活载恒载活载顶层边跨梁A端-54.340.9-48.9199.98跨中+109.96+125.09B端-97.020.9-87.32112.18中跨梁B端-56.110.9-50.543.0跨中-23.86-23.86标准层边跨梁A端-77.59-2

28、1.110.9-69.83-19.0103.1927.75跨中+97.08+26.41+114.98+31.61B端-101.3-30.950.9-91.17-27.86109.9634.98中跨梁B端-42.32-19.110.9-38.08-17.231.626.23跨中-18.62-7.86-18.62-7.86底层边跨梁A端-73.55-20.030.9-66.19-18.03102.6132.2跨中+99.0+26.96+116.57+32.06B端-101.3-30.010.9-91.17-27.91110.5435.17中跨梁B端-42.8-19.640.9-38.52-17.6

29、731.626.52跨中-19.1-7.98-19.1-7.98三、竖向荷载作用下框架柱内力计算 由于框架柱不仅受到框架梁传递来的恒载与活载，而且受到连系梁传递来的恒载和柱自身的重量，故需先计算连系梁传递来的恒载及柱自重，荷载按标准值计算。为简化计算，不计梁连续性的影响。根据计算结果，通过活载与恒载的组合，可得框架柱在竖向荷载作用下的内力。求框架柱最大弯矩的活荷载组合方法：边柱：求边柱柱底内侧和柱顶外侧产生的最大拉应力弯矩时，在两边跨的上、下两层布置竖向荷载，然后再隔跨隔层布置。中柱：求中柱柱底外侧和柱顶内侧产生的最大拉应力弯矩时，在两边跨的上、下两层布置竖向荷载，然后再隔跨隔层布置。由于柱端

30、弯矩均系上、下两个开口框架的柱端弯矩叠加，将使拼合后的节点弯矩不平衡，故需将不平衡弯矩重新分配，但不再传递。梁端剪力 梁上均布荷载引起的剪力, 梁端弯矩引起的剪力, 柱的轴力 式中： 梁端剪力 节点集中力及柱自重 AB跨和CD跨对称，求AB跨即可。柱轴力：详细计算过程从略，计算结果列于表9。表9 竖向荷载作用下框架柱内力组合汇总表楼层构件名称截面位置Mmax（kNm）与Mmax对应的N（kN）Nmax（kN）与Nmax对应的M（kNm）恒载活载恒载活载恒载活载恒载活载六层边柱柱顶63.012.36130.28130.2863.012.36柱底52.3910.56150.28150.2852.3

31、910.56中柱柱顶48.182.15172.05172.0548.181.41柱底40.388.73193.3193.340.385.75五层边柱柱顶48.513.2299.0727.75299.0727.7548.513.2柱底48.513.2319.0727.75319.0727.7548.513.2中柱柱顶37.3311.06379.8228.95379.8252.4637.337.34柱底37.3311.06401.0728.95401.0752.4637.337.34四层边柱柱顶48.513.2467.8555.5467.8555.548.513.2柱底48.513.2487.85

32、55.5487.8555.548.513.2中柱柱顶37.3311.06587.5846.43587.58104.9337.337.34柱底37.3311.06608.8346.43608.83104.9337.337.34三层边柱柱顶48.513.2636.6355.5636.6383.2548.513.2柱底48.513.2656.6355.5656.6383.2548.513.2中柱柱顶37.3311.06795.3575.38795.35157.3937.337.34柱底37.3311.06816.675.38816.6157.3937.337.34二层边柱柱顶48.9813.3380

33、5.4255.5805.42111.048.9813.33柱底50.2613.69825.4255.5825.42111.050.2613.69中柱柱顶37.8711.211003.1292.861003.12209.8637.877.47柱底39.2711.611024.3792.861024.37209.8639.277.84一层边柱柱顶32.878.95973.6283.25973.62138.632.878.95柱底16.434.481001.7483.251001.74138.616.434.48中柱柱顶27.07.981211.47121.811211.47262.7327.05.

34、18柱底13.53.991240.84121.811240.84262.7313.52.59第五节风荷载作用下的框架内力及侧移计算采用水平荷载作用下的D值法进行分析计算。因左、右风荷载作用效果相同，仅方向相反，故只取左风作用时计算。一、修正后的框架柱侧移刚度D在计算时，为计算方便，仍采用相对刚度，框架柱修正侧移刚度D计算过程及结果见表10。表10 框架柱修正刚度D值计算表构件名称楼层相对抗剪刚度边柱底层其余层0.440.76中柱底层其余层0. 521二、风荷载作用下的框架内力计算根据已算得的框架柱抗剪刚度相对值，由公式可求得每根柱所承受的剪力，然后由查表得到的反弯点高度比可求得柱端弯矩，并可进

35、一步求得梁端弯矩和剪力，最后求出轴力。1. 反弯点高度计算式中：标准反弯点高度比；因上、下层梁刚度比变化的修正值；因上层层高变化的修正值；因下层层高变化的修正值。2. 柱端弯矩及剪力计算风荷载作用下的柱端剪力按下式计算：式中：第j层第i柱的层间剪力；第j层的总剪力标准值；第j层所有柱的抗侧刚度之和；第j层第i柱的抗侧刚度。风荷载作用下的柱端弯矩按下式计算：计算过程及结果见表11和表12。表11 风荷载作用下框架柱内力汇总表楼 层层间总剪力Vj(kN)边 柱中 柱VjkM底(kNm)M顶(kNm)N(kN)VjkM底(kNm)M顶(kNm)N(kN)六 层13.592.994.557.111.6

36、53.816.698.170.86五 层23.635.29.139.135.46.6212.9112.913.12四 层32.957.2513.8513.8511.159.2318.018.06.85三 层42.249.2918.1218.1218.8911.8323.0723.0711.97二 层51.5311.3422.1122.1128.5914.4328.1428.1417.98一 层61.8714.2342.9231.0841.3716.747.7639.0825.81表12 风荷载作用下框架梁内力汇总表楼 层边 跨 梁中 跨 梁A端B端B端M(kNm)V(kN)M(kNm)V(kN

37、)M(kNm)V(kN)六 层7.11-1.654.41+1.653.76-2.51五 层15.7-3.7510.58+3.759.02-6.01四 层23.55-5.7516.69+5.7514.22-9.48三 层31.97-7.7422.18+7.7418.89-12.59二 层40.23-9.727.65+9.723.56-15.71一 层53.19-12.7836.3+12.7830.92-20.61三、风荷载作用下框架侧移计算由于本框架楼高度较小，宽度相对较大，因此在风荷载作用下，由柱轴向变形产生的侧移在总侧移中所占比例相当小，故不予考虑，仅计算由框架梁、柱弯曲变形所引起的侧移量。框架的顶点侧移量可近似地看作由各楼层处层间侧移累加而得；各层侧移值可由公式求得；层间柱总刚度由前面已算得的框架柱修正刚度D值求得，混凝土强度等级为C30，弹性模量为3.0104 N/mm2。风荷载作用下框架侧移量计算结果见表13。表13 风荷载作用下框架梁柱弯曲变形引起的侧移量计算表 层Vj(kN)Dj(kN/m)hj(mm)