肥城市某办公楼设计计算.doc

《肥城市某办公楼设计计算.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《肥城市某办公楼设计计算.doc（72页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、土木工程专业毕业设计肥城市某办公楼毕业设计计算书工程概况：1、 工程名称：XX办公楼；2、 工程位置：肥城市：3、 工程总面积：3190，3层，高13.8m，层高3.9m,4、 结构形式：混凝土框架结构。5、 设计资料：（1）、工程地质条件：工程地质条件情况如下： 第一层土：城市杂填土 厚0-1.0m 第二层土：粘土 厚4.5-6.0m fk =250Kpa 第三层土：强风化灰岩2.0-2.6m fk=1500 Kpa第四层土：中风化灰岩fk =2500 Kpa（2）、抗震设防： 6 度，抗震等级 ：四级（3）、防火等级： 二级（4）、建筑物类型： 丙类（5）、基本风压： 0= 0.30 KN

2、/m2，主导风向：西北风（6）、气象条件： 年平均温度：12 oC 最高温度：39 oC 最低温度：21 oC，年总降雨量：541.5 mm 日最大降雨量：115.5 mm（7）、活 载： 楼面活荷：2.0 KN/m2 ，上人屋面活载：2.0 KN/m2 ，不上人屋面活载：0.50 KN/m2 ， 办公室：2.0 KN/m2；走道：2.5KN/m2；门厅：2.5 KN/m2；楼梯：2.5 KN/m2本设计为肥城市某办公楼，该建筑物合理使用年限为50年。建筑物防火等级为二级。该办公楼处于抗震设防烈度为6度区，场地设计分组为第一组，采用现浇框架结构承重体系，抗震等级为四级。填充墙采用粉煤灰轻渣空心

3、砌块（=7.5KN/m2）。第一部分 建筑部分一、设计原则该办公楼是以办公用为主，建筑是供人使用的有功能作用的空间，同一功能要求和使用目的的建筑可以有多种空间形式，建筑体型一般综合反映内部空间，又在一定程度上反映建筑的性格、历史时期和民族地域特点。综合办公楼常常是街道、广场或城市某一个区域的构成中心。鉴于此，综合办公楼体型设计应根据现有经济技术水平处理好功能、空间与形式的辨证统一关系，还要处理好与环境的关系，以便在满足功能要求的同时，生根于特定的环境，给人以良好的感觉。同样，对于建筑造型与平面布置的选择，必须考虑结构因素，以有利于结构受力。平面同样，对于建筑造型与平面布置的选择，必须考虑结构因

4、素，以有利于结构受力。平面形状应简单、对称、规则，以减少地震灾害的影响建筑造型 二.防火设计（一） 耐火等级本工程属二类建筑（1018层普通住宅和高度不超过50m的公共建筑），其耐火等级不能低于二级。（二） 防火设计要点1 总平面布局中的消防问题（1） 选址应在交通便捷处，根据城市规划确定的场地位置应有方便的道路通过，要求既靠近干道，便于高层建筑中人群的集散，又便于消防时交通组织和疏散。（2） 应设环形车道，高层建筑周围应设宽度不小于3.5m的环形车道，可以部分利用交通道路，以便消防车能靠近高层主体，能在消防时有足够的流线。疏散设计（3）疏散所需时间从火灾现场退出的时间不应超过2分30秒为宜。

5、通道宽度：按通过人数每100人不少于1m计算。三、建筑做法：屋面做法：楼面做法：厕所楼面做法：屋面泛水做法：散水做法：水泥砂浆散水宽800毫米。 墙身做法：填充墙采用粉煤灰轻渣空心砌块（=7.5KN/m2），规格为390mm240mm190mm。外墙厚度均为290mm，隔墙均厚200mm。女儿墙厚240mm。外墙用石灰砂浆抹面，再涂刷建筑涂料。门窗做法：门为木门和玻璃门，自重0.2 kN/m2，窗为铝合金玻璃窗，自重0.4 kN/m2。屋面找坡：采用结构找坡，C轴线的柱子在顶层提高150mm,把屋面板做成斜板以用来排水。排水坡度为3%。第二部分 结构设计1. 设计依据 a) 国家及山东省现行的

6、有关结构设计规范、规程及规定。b) 本工程各项批文及甲方单位要求。c) 本工程的活载取值严格按建筑结构荷载规范（GB50009-20012结构设计方案及布置 钢筋混凝土框架结构是由梁，柱通过节点连接组成的承受竖向荷载和水平荷载的结构体系。墙体只给围护和隔断作用。框架结构具有建筑平面布置灵活，室内空间大等优点，广泛应用于电子、轻工、食品、化工等多层厂房和住宅、办公、商业、旅馆等民用建筑。因此这次设计的XX中学教学楼采用钢筋混凝土框架结构。按结构布置不同，框架结构可以分为横向承重，纵向承重和纵横向承重三种布置方案。本次设计的教学楼采用横向承重方案，竖向荷载主要由横向框架承担，楼板为预制板时应沿横向

7、布置，楼板为现浇板时，一般需设置次梁将荷载传至横向框架。横向框架还要承受横向的水平风载和地震荷载。在房屋的纵向则设置连系梁与横向框架连接，这些联系梁与柱实际上形成了纵向框架，承受平行于房屋纵向的水平风荷载和地震荷载。3构件初估3.1 柱截面尺寸的确定柱截面高度可以取，H为层高；柱截面宽度可以取为。选定柱截面尺寸为500 mm500mm3.2 梁尺寸确定 框架梁截面高度取梁跨度的l/8l/12。该工程框架为纵横向承重，根据梁跨度可初步确定框架梁300mm600mm3.3 楼板厚度 楼板为现浇双向板，根据经验板厚取130mm。4荷载计算作用在框架结构上的荷载通常为恒载和活载。恒载包括结构自重、结构

8、表面的粉灰重、土压力、预加应力等。活荷载包括楼面和屋面活荷载、风荷载、雪荷载、安装荷载等。高层建筑水平力是起控制作用的荷载，包括地震作用和风力。地震作用计算方法按建筑结构抗震设计规范进行，对高度不超过40m以剪切为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，可采用底部剪力法。竖向荷载主要是结构自重（恒载）和使用荷载（活载）。结构自重可由构件截面尺寸直接计算，建筑材料单位体积重量按荷载规范取值。使用荷载（活荷载）按荷载规范取值，楼面活荷载折减系数按荷载规范取用。5侧移计算及控制框架结构的侧移由梁柱杆件弯曲变形和柱的轴向变形产生的。在层数不多的框架中，柱轴向变形引起的侧移很小，可以忽略不计。在近似计算

9、中，一般只需计算由杆件弯曲引起的变形。 当一般装修标准时，框架结构在地震作用下层间位移和层高之比、顶点位移与总高之比分别为1：650，1：700。 框架结构在正常使用条件下的变形验算要求各层的层间侧移值与该层的层高之比不宜超过1/550的限值。6 内力计算及组合6.1 竖向荷载下的内力计算竖向荷载下内力计算首先根据楼盖的结构平面布置，将竖向荷载传递给每榀框架。框架结构在竖向荷载下的内力计算采用分层法计算各敞口单元的内力，然后在将各敞口单元的内力进行叠加；连梁考虑塑性内力重分布而进行调幅，按两端固定进行计算。6.2 水平荷载下的计算 利用D值法计算出框架在水平荷载作用下的层间水平力，然后将作用在

10、每一层上的水平力按照该榀框架各柱的刚度比进行分配，算出各柱的剪力，再求出柱端的弯矩，利用节点平衡求出梁端弯矩。6.3 内力组合第一：荷载组合。荷载组合简化如下：（1）恒荷载+活荷载、（2）恒荷载+风荷载、（3）恒荷载+活荷载+风荷载、（4）恒荷载+地震荷载+活荷载。第二：控制截面及不利内力。框架梁柱应进行组合的层一般为顶上二层，底层，混凝土强度、截面尺寸有改变层及体系反弯点所在层。框架梁控制截面及不利内力为：支座截面，Mmax，Vmax，跨中截面，Mmax。框架柱控制截面为每层上、下截面，每截面组合：Mmax及相应的N、V，Nmax及相应M、V，Nmin及相应M、V。7 基础设计在荷载作用下，

11、建筑物的地基、基础和上部结构3部分彼此联系、相互制约。设计时应根据地质资料，综合考虑地基基础上部结构的相互作用与施工条件，通过经济条件比较，选取安全可靠、经济合理、技术先进和施工简便的地基基础方案。根据上部结构、工程地质、施工等因素，优先选用整体性较好的独立基础。8 施工材料第一：本工程中所采用的钢筋箍筋为级钢，fy=210N/m,主筋为级钢，fy=300N/m。第二：柱梁钢筋混凝土保护层为35mm,板为15mm。第三：钢筋的锚固和搭接按国家现行规范执行。第四：本工程所有混凝土强度等级均为C30。第五：墙体外墙及疏散楼梯间采用240厚蒸压灰砂砖。第六：当门窗洞宽1000mm时,应采用钢筋砖过梁

12、,两端伸入支座370并弯直钩;门窗洞宽1000mm时,设置钢筋混凝土过梁。9 施工要求及其他设计说明第一：本工程上部楼板设计时未考虑较大施工堆载（均布），当外荷载达到3.0Kn/m时，应采取可靠措施予以保护。第二：本工程女儿墙压顶圈梁为240mm120mm，内配48，F6250，构造柱为240mm240mm，内配410，6250，间隔不大于2000mm第三；施工缝接缝应认真处理，在混凝土浇筑前必须清除杂物，洗净湿润，在刷2度纯水泥浆后，用高一级的水泥沙浆接头，再浇筑混凝土。第四：未详尽说明处，按相关规范执行。设计计算书2.1 设计原始资料（1）.冬季主导风向东北平均风速2.6 m/s，夏季主导

13、风向东南平均风速2.6 m/s，最大风速23.7 m/s。(2).常年地下水位低于-1.3m，水质对混凝土没有侵蚀作用。(3).最大积雪厚度0.32m，基本雪压SO=0.4KN/M2,基本风压WO=0.4 KN/M2,土壤最大冻结深度0.09m。(4).抗震设防烈度6度，设计地震分组第三组.(5).地质条件序号岩石名称厚度Fak(MPa)1耕土1.1-2黏土2.82503黏土9.41102.2 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需求，进行了建筑平面、立面、及剖面设计其各层建筑平面剖面示意图如建筑设计图，主体结构4层，层高均为3.9m。填充墙面采用240 mm厚的灰砂砖砌筑，门

14、为木门，窗为铝合金窗，门窗洞口尺寸见门窗表。楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取130mm，梁载面高度按梁跨度的1/121/8估算，由此估算的梁载面尺寸见表1，表中还给出柱板的砱强度等级。C30（fc=14.3N/mm2，ft=1.43N/mm2）表1 梁截面尺寸层次砼强度横梁（bh）纵梁(bh)AB跨BC跨CD跨1-3C30300600250500300600250500柱载面尺寸可根据式N=FgEn AcN/UNfc估算表2查得该框架结构在30m以下，抚震得级为三级，其轴压比值UN=0.9表2 抗震等级分类结构类型烈 度6789框架结构高度/m30303030303025框架四三

15、三二二一一剧场、体育等三二一一表3 轴压比限值结构类型 抗 震 等 级一二三框架结构0.70.80.9柱截面尺寸：柱截面高度可取h=（1/15-1/20）H，H为层高；柱截面高度可取b=（1-2/3）h，并按下述方法进行初步估算。a） 框架柱承受竖向荷载为主时，可先按负荷面积估算出柱轴力，再按轴心受压柱验算。考虑到弯矩影响，适当将柱轴力乘以1.2-1.4的放大系数。b） 对于有抗震设防要求的框架结构,为保证柱有足够的延性,需要限制柱的轴压比,柱截面面积应满足下列要求。 c) 框架柱截面高度不宜小于400mm,宽度不宜小于350mm。为避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比不宜大于4。根据上述规

16、定并综合考虑其他因素，设计柱截面尺寸取值统一取500500mm。基础采用柱下条形基础，基础+距离室外地平0.5，室内外高差为0.45,框架结构计算简图如图所示，取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板底，2-3层柱高度即为层高3.9m，底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即h1=3.9+0.45+0.5=4.85m。2.3 荷载计算2.3.1 恒载标准值计算屋面：刚性防水屋面(有保温层) 鲁J01-2005 12/7 40厚C20细石砼内配直径4间距150双向钢筋 0.8 kN/m2 20厚1:3水泥砂浆找平 0.02x20=0.4kN/m2 70厚水泥防水珍珠岩块或沥青珍珠岩保温层 0.

17、07x10=0.7 kN/m2 20厚1:3水泥砂浆找平层 0.02x20=0.4 kN/m2100 厚结构层 0.1x25=2.5 kN/m212厚板底抹灰 0.012x20=2.5 kN/m2合 计 4.82kN/m2楼面：水磨石地面(10mm面层,20mm水泥砂浆打底，素水泥打底)0.65kN/m2130厚钢筋砼板 250.13=3.25 kN/m212厚水泥沙浆0.01220=2.5 kN/m2 合 计 4.14 kN/m2梁自重：边跨梁 bXh=300600mm梁自重 250.3(0.6-0.13)=3.75kN/m抹灰层：12厚水泥砂浆0.012(0.6-0.13)2+0.0120

18、.3200.312kN/m 合计 4.062kN/m2中间跨梁 bXh=250500mm梁自重 250.25(0.5-0.13)=3.00kN/m抹灰层：12厚水泥砂浆0.012(0.5-0.13)2+0.0120.25200.26kN/m 合计 3.26kN/m2柱自重：bXh=500500mm柱自重 250.500.50=6.25kN/m抹灰层：12厚水泥砂浆 0.0120.504200.48kN/m 合计 6.73kN/m外纵墙自重：标准层：纵墙（240灰砂砖） 18(3.9-0.5-1.8)0.24=6.48kN/m铝合金门窗 0.351.8 =0.63kN/m水泥粉刷外墙面 0.36

19、(3.60-1.80)=0.756kN/m水泥粉刷内墙面 0.36(3.60-1.80)=0.756kN/m合计 8.622kN/m2底层：纵墙（240灰砂砖） 18(4.85-1.80-0.50-0.40)0.24=9.288kN/m铝合金门窗 0.351.8=0.63kN/m釉面砖外墙面 0.5(4.35-1.80-0.50)=1.025kN/m水泥粉刷内墙面 0.756kN/m合计 11.70kN/m内纵墙自重：标准层：纵墙（240灰砂砖） 18(3.90-0.50)0.24=14.688kN/m水泥粉刷墙面0.36(3.90-0.5)2.00=2.448kN/m合计 17.136kN/

20、m2底层：纵墙（240灰砂砖） 18(4.85-0.50-0.40)0.24=17.06kN/m水泥粉刷墙面 0.363.902=2.808kN/m合计 19.87kN/m23.2 活荷载标准值计算第一：面和楼屋面活荷载标准值根据荷载规范查得：上人屋面 2.0楼面：教室 2.0走道 2.5第二：雪荷载 0.4屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取大值。第一：A-B轴间框架屋面板荷载：板传至梁上的三角形和梯形荷载等效为均布荷载 恒载 活载 楼面板荷载：恒载 活载 梁自重 A-B轴间框架梁均布荷载： 屋面梁 恒载=梁自重+板传荷载 活载=板传荷载 楼面梁 恒载=梁自重+板传荷载 活载=板传荷载 第

21、二：B-C轴间框架梁均布荷载：屋面板传荷载：恒载 活载 楼面板荷载：恒载 活载 梁自重 B-C轴间框架梁均布荷载： 屋面梁 恒载=梁自重+板传荷载 活载=板传荷载 楼面梁 恒载=梁自重+板传荷载+墙自重 活载=板传荷载 第三：C-D轴间框架梁均布板荷载同A-B轴第四：A柱纵向集中荷载计算顶层柱： 女儿墙自重(做法:墙高 900mm,100mm砼压顶) 顶层柱恒载=梁自重+板传荷载+板传荷载 标准层柱：标准层柱恒载=墙自重 +梁自重+板传荷载 第五：B柱纵向集中荷载计算顶层柱：顶层柱恒载=梁自重+板传荷载 标准层柱：标准层柱恒载=内纵墙自重+梁自重+板传荷载 基础顶面恒载=底层内总墙+基础梁自重

22、 结构在进行梁柱的布置时柱轴线与梁的轴线不重合，因此柱的竖向荷载对柱存在偏心。框架的竖向荷载及偏心距如图4所示。图4 框架竖向荷载图2.3.4 重力荷载代表值计算结构的重力荷载代表值应取结构和构件自重标准值加上各可变荷载组合值，即其中可变荷载为雪荷载 屋面活载 楼面活载：教室 走道 （1） 屋面处的重力荷载代表值的计算女儿墙的计算 屋面板结构层及构造层自重的标准层 顶层的墙重 （2） 其余层楼面处重力荷载代表值计算（3） 底层楼面处重力荷载代表值计算（4） 屋顶雪荷载标准值 （5） 楼面活荷载标准值 （6） 总重力荷载标准值 2.4 地震作用计算2.4.1 横向框架侧移刚度计算横梁线刚度ib计

23、算过程见下表4，柱线刚度ic计算见表5。表4 横梁线刚度ib计算表层次类 别Ec/(N/mm2)bh/mm2Io/mm4L/mmEcIo/L(N.mm)1.5EcIo/L2EcIo/L1-3AB跨3.01043006005.410963002571010 3.8510105141010BC跨3.0104250500261092100371101055710107431010表5 柱线刚度ic计算表层次hc/mmEc/(N/mm2)bh/mm2Ic/mm4EcIc/hc/(N.mm)148503.010450050032210102-339003.01045005004001010取BC跨梁的相

24、对线刚度为1.0，则其他为：AB 跨 BC跨 1层柱 2-3层柱相对刚度I 0.69 1.0 0.43 0.54框架梁柱的相对线刚度如图4，作为计算各节点杆端弯矩分配系数的依据。柱的侧移刚度按式D=c计算，式由系数c为柱侧移刚度修正系数，由相关的表可查，根据梁柱线刚度比的不同。例如，中框架柱分中柱和边柱，边柱梁分中柱和边柱等，现以第2层B-3柱的侧移刚度计算为例，其余见表6表6 框架柱侧移刚度A ,D轴中框架边柱层次线刚度(一般层)(一般层)根数( 底层)(底层)132210101580.581954462-340010101 .270.388122456A-1,5、D-1,5轴边框架边柱层次

25、cDi根数132210101 .190.53870642-340010100950.32100994B C轴中框架中柱层次cDi根数132210104360.7641255062-340010103140.611192786B C轴边框架中柱层次cDi根数132210103270.7151174542-340010102620.567178934把上述不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，即得框架各层间侧移刚度Di见下表：横向框架层间侧移刚度（N/mm）层次 1 2 3 4 5Di 214368 305882 305882 305882 3058822.4.2横向自振周期计算 横向地震自振周期利用

26、顶点假想侧移计算，计算过程见表7表7 结构顶点的假想侧移计算层次Gi/kNVi/kNDi(N/mm)i(mm)i/mm3413941393058821351778248841390730588245513481523319140214368893893按式T1=1.7计算基本周期T1，其中T的量纲为m取=0.7则 T1=1.70.7=0.502S2.4.3 横向水平地震力计算本工程中结构不超过40m质量和刚度沿度分布比较均匀，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按式FEK=1Gep计算即Gep=0.85G1=0.8519140=16269kN由于该工程所

27、在地抗震设防烈度为6度，场地类别为类，设计地震分组为第三组，则。 ， 则 （ 式中 r-衰减指数，在的区间取0.9, -阻尼调整系数,除有专门规定外,建筑结构的阻尼比应取0.05,相应的） 因1.4Tg=1.40.45=0.63T1=0.502S，则取为0FI=（1-n）各层横向地震作用及楼层地震剪力计算见表8表8 各层横向地震作用及楼层地震剪力层次hiHiGiGiHiFiVi33.916.554139685000.345202.07202.0723.98.754884427350.215125.93510.1514.854.855233253800.12874.97585.12各质点水平地震

28、作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布如图6，7图6 水平地震作用分布 图7 层间剪力分布2.4.4 竖向荷载作用框架内力计算竖向荷载作用下的内力一般可采用近似法，有分层法，弯矩二次分配法和迭代法。当框架为少层少跨时，采用弯矩二次分配法较为理想。这里竖向荷载作用下的内力计算采用分层法。 竖向荷载作用下,框架的内力分析除活荷载较大的工业与民用建筑.可以不考虑活荷载的不利布置,这样求得的框架内力,梁跨中弯距较考虑活载不利布置法求得的弯局偏低,但当活载占总荷载的比例较小时,其影响很小.若活荷载占总荷载的比例较大时,可在截面配筋时,将跨中弯距乘以1.11.2的较大系数。框架横梁均布恒荷载、活荷载可从前面荷

29、载计算中查得。具体数值见图10。其中框架柱的相对线刚度除底层柱之外其于各层乘以0.9。图8 横向框架荷载作用图由于柱纵向集中荷载的作用，对柱产生偏心。在恒荷载和活荷载的作用下的偏心矩如图9，10所示。图9竖向恒载引起的偏心弯矩图10 竖向活载引起的偏心弯矩2.5 梁柱端的弯矩计算 梁端柱端弯矩采用弯矩分配法计算。计算步骤为：（1） 将原框架分为5个敞口单元，除底层柱外的其于各层柱的相对线刚度乘以0.9。（2） 用弯矩分配法计算每一个敞口单元的杆端弯矩，底层柱的传递系数为0.5，其余各层柱的传递系数为1/3。将分层法所得到的弯矩图叠加，并将节点不平衡弯矩进行再分配。 梁端固定弯矩计算：恒载：屋面

30、： 楼面： 活载：屋面： 屋面： 分层法计算见图11、12、13。图11 顶层弯矩分配及弯矩图图12二层弯矩分配及弯矩图图13 底层弯矩分配及弯矩图竖向均布恒载作用下的框架弯矩图如图13。图14竖向均布恒载作用下的框架弯矩图竖向均布活荷载作用下的框架内力计算方法同上，结果见图18、19、20、21。图15顶层弯矩分配及弯矩图图16二层弯矩分配及弯矩图 图17底层弯矩分配及弯矩图 图18活荷载作用下的弯矩图对节点不平衡弯矩进行再次分配，以恒荷载作用下三层左上节点为例：图19弯矩二次分配图 其余各节点弯矩分配见图中数据。活荷载作用下中间节点弯矩相差不大，不在分配。 本设计中梁端弯矩的调幅系数取0.

31、8。调幅结果表9。表9 梁端弯矩的调幅 AB跨BC跨CD跨调幅前调幅后调幅前调幅后恒载梁左梁右梁左梁右梁左梁右梁左梁右三层401172423209579428912891231338224同AB跨二层756210605605084842710271021683752一层674110343539382742976297623813905活载三层138123361105186910841084867867二层19092415152119328258256666一层172124081377192684884867867826 梁端剪力和轴力计算 梁端剪力 柱轴力 具体计算结果见表10,11,12,1

32、3,14,15。 表10 恒载作用下AB梁端剪力计算 层号3230463725866365957921231496639921566935510487131496639921611931010432表11 恒载作用下BC梁端剪力计算层号313382114050140514052230921242402424242412309212424024242424表12 活载作用下AB梁端剪力计算层号378863248221522672697278863248211923732591178863248213223732614表13 活载作用下BC梁端剪力计算层号34221441044144125252155105515511525215510551551表14恒载作用下的剪力和轴力层次总剪力柱轴力AB跨BC跨A柱B柱365957921140518239208632058823212293551048724246633262861790768170519311053224249032493588114820117449 表15载作用下的剪力和轴力层次总剪力柱轴力AB跨BC跨A柱B柱