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1、北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）本科生毕业设计(论文)题 目:天津市电力局办公楼设计 英文题目:The design of Tianjin Electric Power Bureau business Office Building系 :专 业:班 级:学 生:学 号:指导教师:职称:指导教师:职称:-1- -北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）摘要本次设计为天津市电力局办公楼设计，建筑面积大约为2000mm2。本工程为钢筋混凝土框架结构，地上楼层为三层，属于低层框架结构。设计的主要内容包括：设计任务书一份，结构计算书一份，建筑施工图，结构施工图。根据建筑设计、结构设计和抗震设
2、计等方面的要求，完成结构的建筑平面布置、结构计算和设计。该工程是一座以办公为主的现代建筑，力求充分体现城市化的特点。在整体造型上突出现代、新颖，做到简洁、明快、虚实相接、刚柔相济，给人以海纳百川的感觉。结构计算书包括：结构选型布置，截面尺寸估算，荷载计算，内力计算，内力组合计算，截面配筋设计。其中，结构选型和截面尺寸估算按照规范的要求和前人的经验公式进行估算，主要是梁、柱的截面尺寸的估算。竖向荷载作用下的内力计算采用的是分层法计算，水平荷载作用下的内力计算采用的D值法，弯矩分配法，地震作用下的内力采用底部剪力法进行计算。在进行内力组合计算时，将水平荷载、竖向荷载和地震作用下的内力进行组合分析，
3、找出最不利内力组合再进行分析研究，再找出控制截面。截面的配筋计算，在前面计算结果的基础上，按照结构设计要求和抗震的要求，进行最有效的截面配筋设计。通过这次的设计我也学到了很多东西。对我所学的专业有了系统的认识，为了以后的人生打下了坚实的基础。关键词：框架结构，混凝土，结构计算，建筑设计 The design of Tianjin Electric Power Bureau business office Building AbstractKey Words：Frame structure,Concrete,Structure calculation, Architectural design
4、The design of Tianjin Electric Power Bureau business office Building.The construction area of the building is about 2000mm2. The project is concrete frame structure.There will have 3 floors on the ground. The project is Low-rise structure. The main contents of this design include: one design program
5、; a structure calculations; one architectural working drawing; one structural working drawing. According to architectural design, structural design and seismic design requirements, complete building layout of this the project, structural calculation and design. The project is a modern building to of
6、fice-based, and strive to fully embody the characteristics of urbanization. Highlighted in the overall shape of modern, innovative, be concise, and crisp, the actual situation phase, hardness and softness, giving the feeling to be tolerant to diversity. The structural calculations including: structu
7、ral form selection layout, section size estimation, load calculation, internal force calculation, calculation of internal forces combined, cross-section reinforcement design, design of floor slabs calculation and design of th n under seismic action calculated by base shear method. During the interna
8、l force calculation, the horizontal load, vertical load and seismic action combination of internal forces under analysis to identify the most unfavorable combination of the analysis of internal forces, and find out the control section. The design of floor slabs and stairs including structural form s
9、election layout, section size estimation, load calculation, internal force calculation, calculation of internal forces combined, cross-section reinforcement design. I also learned a lot through this design. I learned professions have a system of understanding, laid a solid foundation for later life.
10、-4- 目录摘要1Abstract2引 言11设计任务书21.1设计题目21.2工程概况21.3设计任务21.3.1建筑设计部分21.3.2结构设计部分21.3.3主要完成成果22建筑设计42.1建筑方案构思42.2建筑平面布置设计42.2.1建筑房间的布置43结构设计63.1工程设计基本资料及计算参数63.1.1工程简介63.1.2建筑做法63.1.3基本参数73.2结构选型布置及计算简图73.2.1结构选型73.2.2柱网布置73.2.3计算简图确定83.2.4梁截面尺寸的初步确定93.2.5柱截面尺寸的初步确定104荷载计算124.1恒荷载计算124.1.1屋面恒荷载计算124.1.2楼
11、面恒荷载计算124.1.3梁、柱自重计算124.1.4墙体自重计算144.1.5门窗处扣除墙体的重量计算164.2活荷载计算164.2.1楼面活荷载计算164.2.1屋面活荷载计算164.3重力荷载代表值计算174.3.1第三层重力荷载代表值174.3.2第二层重力荷载代表值174.3.3第一层重力荷载代表值174.4横向框架侧移刚度计算184.4.1计算梁、柱的线刚度184.4.2计算柱的侧移刚度205横向水平作用下框架结构的内力计算和侧移计算215.1横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算215.1.1横向自振周期的计算215.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算225.1.3水平地
12、震作用下的侧移计算235.1.4水平地震作用下的框架内力计算245.2横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算285.2.1 风荷载标准值计算285.2.2风荷载作用下的水平位移计算295.2.3风荷载作用下的框架结构内力计算306 框架内力组合346.1 结构抗震等级346.2 承载力抗震调整系数346.3框架梁内力组合346.3.1 作用效应组合346.3.2 计算跨间最大弯矩356.3.3 梁内力组合376.4框架柱内力组合397截面配筋设计437.1框架梁截面配筋设计437.1.1梁正截面受弯承载力计算437.1.2梁斜截面受剪承载力计算457.2框架柱截面配筋477.2.1柱正截面承载
13、力计算477.2.2柱斜截面受剪承载力计算51结论54参 考 文 献56附 录A58附 录B64在 学 取 得 成 果68致谢69引 言在科技日新月异的当今，人们对于多功能建筑的需求越来越多。伴随着科技的发展，人们在室内工作的时间也随之加长，所以多功能办公楼总是供不应求。现今的办公楼不仅要满足使用的基本功能，还要满足抗震的要求，更需要满足现今的人们的各种人性化的需求1。人们在办公时，需要一个明亮舒适的好环境，不仅可以提高工作效率，更能使工作中的人们心情变好。现今社会推行资源节约型环境友好型建筑物，所以在建造一栋综合办公楼时，我选择了钢筋混凝土框架结构。不仅由于混凝土框架结构在住宅、学校、办公楼
14、、医院、宾馆等要求空间较大的建筑建设中使用很广泛，而且还因为钢筋混凝土的使用和运输比钢材方便，钢筋混凝土建筑的建设周期比较短，高强混凝土的应用，使钢筋混凝土结构比钢结构在建筑中应用更广泛2。而且框架结构在科学研究成果上也有很大的成就，例如：日本的减震技术对于如何有效地配置和有效地抑制建筑物的晃动有了新的研究成果3。国外研究的无粘结后张预制混凝土框架结构的抗震设计4，使用的是摩擦阻尼器为建筑分担能量消耗5。在国内，钢筋混凝土框架结构，现在的理论研究主要集中在对梁柱构件的可靠度分析 6。在这次的毕业设计中，我选择了框架钢筋混凝土结构，它不仅在经济上能够大量的节约成本，并且节省施工时间7，在结构得安
15、全性、耐久性和适用性等方面都符合设计的要求8。在这次设计中，通过绘制图纸，对于CAD的操作技巧有很大的提高，加深了对规范中相关规定的了解，通过对结构的各种计算，基本了解框架结构各个构件的如何发挥各自功能。也充分认识到了，目前所学的知识还远远不够，只有在不断地学习进取中，方能使自己的综合能力得到不断地提高。学习知识的目的不是需要才学习，而是以加强自己的各项技能而学习。由于本次设计中框架结构的计算工程量较大，而且由于自身能力和其他客观条件的限制，在设计中出现的错误和纰漏，希望能得到各位指导老师的批评指正。1设计任务书1.1设计题目天津市电力局办公楼设计1.2工程概况该工程位于天津和平区，商用写字综
16、合楼。建筑面积：2000平方米左右。该建筑物层数为3层，基础深0.5米，层高3.6米。钢筋混凝土框架结构，屋盖和楼盖采用现浇钢筋混凝土。1.3设计任务1.3.1建筑设计部分1.要求本建筑有较大的使用空间，且空间分割布置灵活，使用方便。2.建筑设计需要完成的内容：建筑方案初步设计；建筑平面、立面和剖面设计； 主要部位的建筑构造设计；绘制建筑施工图。1.3.2结构设计部分1.确定结构方案：上部承重结构方案与布置，楼（屋）盖结构方案与布置，结构措施及其特殊部位的处理等。2.结构设计计算：荷载汇集，地震作用计算，荷载组合及内力分析，梁、柱配筋计算，完成结构设计计算书一份。3.绘制结构施工图。1.3.3
17、主要完成成果1.设计计算书部分结构设计计算书，含图表，版面格式按学校规定统一要求。2. 设计图纸部分建筑设计部分采用计算机画图，不少于4张。建筑1：首层平面图；建筑2：正立面图；结构1：结构布置图；结构2：梁、柱配筋图。2建筑设计2.1建筑方案构思本设计选用的是国内比较常用的框架混凝土结构。设计充分考虑到了任务书中要求的建筑有较大的使用空间，且空间分割布置灵活，使用方便。框架结构体系具有的优点：建筑平面布置灵活、空间的利用率较高，建筑立面规则，自重较轻，延性较好，造价较低，施工周期短9，简单规整的结构构件在地震作用下受到的破坏较小10。所以选择该结构是符合设计的初步要求的。同时考虑到这是一栋综
18、合办公楼，选用可以自由分割空间的框架结构，更能满足超市和办公的两种不同功能的要求11。采用规整简洁的立面设计、平面布置简单对称，给人简洁和紧凑的感觉，能与周围的环境相适应12，不仅利于建筑的抗震要求，而且能最大限度的对建筑的平面和空间进行有效地利用13。2.2建筑平面布置设计2.2.1建筑房间的布置首层办公楼的平面布置图14如图2.1所示：图2.1 首层平面图标准层办公楼的平面布置图15如图2.2所示：图2.2 标准层层平面图3结构设计3.1工程设计基本资料及计算参数3.1.1工程简介天津市电力局办公楼设计使用年限为50年；安全等级为二级；耐火等级为三级；场地为类场地；基础埋深为0.5m；抗震
19、设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.02g，地震分组为一组，设计特征周期为0.35s16。室内相对标高为0.00，室内外高差0.45m。3.1.2建筑做法1.屋面做法：屋面：35mm厚细石混凝土混凝土保护层； 防水层：PVC防水卷材； 找平层：20mm厚水泥砂浆找平层； 保温层：15mm厚膨胀珍珠岩保温层； 结构层：180mm混凝土结构层； 抹灰：20mm厚天花抹灰。 屋面为上人屋面，屋面女儿墙高度为1.3m。2.楼面做法：小瓷砖地面：500mm500mm规格，10mm宽砂浆缝； 找平层：10mm厚1:3混合砂浆； 结构层：140mm厚现浇混凝土结构层； 抹灰：20m
20、m厚天花抹灰。4.墙体做法：外墙和女儿墙：50mm100mm瓷砖墙面； 10mm厚1:3混合砂浆； 240mm厚加气混凝土砌块； 7mm厚1：3水泥砂浆找平扫毛； 7mm厚1：3 水泥砂浆打底扫毛； 20mm厚1:3混合砂浆内侧抹灰。3.1.3基本参数1.抗震设防烈度根据设计要求办公楼的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.02g，地震分组为二组。设计特征周期为0.35s16。2.抗震等级根据建筑抗震设计规范（GB 50011-2010），由于场地类别为类，房屋高度小于30m。所以建筑抗震等级为二级17。3.安全等级确定根据混凝土结构设计规范（GB50010-2010）18第3.2.2
21、条：对于安全等级为二级或使用年限为50年的结构构件，其重要性系数0不应小于1.0，这里取为1.019。4活荷载取值房间活荷载取值19为2.0kN/m2，走廊活荷载取值为2.5kN/m2，上人屋面活荷载取值为2.0kN/m218。5.高度确定底层柱高从基础顶面算起：H1=，其中室内外高差为0.45m，基础埋深为0.5m。二至三层柱高度H2=3.6(m)。房屋的建筑高度H=。3.2结构选型布置及计算简图3.2.1结构选型本工程选用的是现浇框架混凝土结构的纵横向框架双向承重体系。因为框架结构能使建筑空间多样化，分割自由，布置灵活等特点，符合设计任务的要求。而且框架结构得整体性和抗震能力都较好。纵横向
22、框架双向承重体系有利于房屋室内的采光和通风，侧向抗侧刚度较好。3.2.2柱网布置图3.1 柱网布置图建筑柱网布置采用的是走廊式布置方式，双面布房20。柱网布置图如图3.1： 图3.1 柱网布置图3.2.3计算简图确定框架结构是一个空间受力体系，整个结构在纵向、横向协同工作，共同承受外荷载作用。在使用手算的方法时，需要对结构进行合理简化，将空间框架进行合理的近似拆分，选取中间有代表性的一框架进行分析即可。在本设计中的计算主要是选择一榀横向框架进行计算分析，计算简图如图3.2：10.080ABCDA3A2A1C3C2C1B3B2B1D3D2D1700018007000360040507.2003.
23、600-0.450图3.2 计算简图3.2.4梁截面尺寸的初步确定1.横梁：截面高度：h=(1/121/8)l,其中l为梁的跨度。在横向框架上横梁的跨度有两种长度，则截面高度估算如下：h1=()7000=583875(mm)，h2=( )1800=150225(mm)，则选用横梁高度为h1=700(mm),h2=200(mm)。截面宽度：b=（）h，其中h为梁高，同时梁宽还需要满足不小于1/2柱宽，且不小于200mm,则截面卷度估算如下：b1=（）700=233350(mm),b2=（）200=66.7100(mm),则选用的横梁宽度为b1=300(mm)，b2=300(mm)。2.纵梁：截面
24、高度：h=(1/121/8)l,其中l为梁的跨度。在横向框架上横梁的跨度有两种长度，则截面高度估算如下：h1=()7200=600900(mm)，h2=( )3600=200450(mm)，则选用横梁高度为h1=600(mm),h2=400(mm)。截面宽度：b=（）h，其中h为梁高，同时梁宽还需要满足不小于1/2柱宽，且不小于200 mm,则截面宽度估算如下：b1=（）600=200300(mm)，b2=（）400=133.3200(mm)，则选用的横梁宽度为b1=300(mm)，b2=300(mm)。梁的截面尺寸如下表所示：表3.1 梁截面尺寸及混凝土强度等级混凝土强度等级横梁（bh）(m
25、mmm)纵梁（bh）(mmmm)AB跨BC跨长跨短跨C353006003004003006003004003.2.5柱截面尺寸的初步确定框架柱截面根据所分摊的楼层荷载，由轴压比控制进行估算，估算公式19如下： （公式3.1） （公式3.2）N柱的组合的轴压力设计值；F按简支状态计算的柱的负载面积；gE折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可根据实际荷载计算，也可近似取1215kN/m2；考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，边柱取1.3，不等跨内柱去1.25，等跨内柱去1.2；n验算截面以上楼层层数；Ac柱截面面积；fc混凝土轴心抗压强度设计值；N框架柱轴压比限值，可近似取，即一级、二级、三级抗
26、震等级，分别取0.7,0.8和0.9。本工程近似取gE =14(kN/m2)，n=4，N=0.8，边=1.3，中=1.25，一层混凝土等级为C35，fc=16.7(N/mm2),ft=1.57(N/mm2)边柱：中柱：由下式确定柱截面边长：bc=(1)hc 在抗震设计中柱的截面尺寸宜为正方形或接近正方形，且柱的截面尺寸不宜小于300mm，则在工程中选择柱的截面为正方形，边柱和中柱的截面高度分别为328mm和388mm。则综上所述，设计时柱的截面尺寸取值均为550mm550mm。4荷载计算4.1恒荷载计算4.1.1屋面恒荷载计算 则屋面恒荷载计算过程如表4.1：表4.1 屋面恒荷载计算过程屋面恒
27、荷载计算项目材料重（kN/m3）厚度（m）自重（kN/m2）自重小计（kN/m2）屋面面积（m2）屋面恒荷载（kN）细石混凝土混凝土保护层240.0350.844.63682.563160.28PVC防水卷材0.4水泥砂浆找平层200.020.4膨胀珍珠岩保温层10.150.15混凝土结构层250.182.5天花抹灰170.020.344.1.2楼面恒荷载计算则楼面恒荷载计算过程如表4.2：表4.2 楼面恒荷载计算过程楼面恒荷载计算项目材料重（kN/m3）厚度（m）自重（kN/m2）自重小计（kN/m2）屋面面积（m2）屋面恒荷载（kN）小瓷砖地面0.553.645682.562291.101
28、2混合砂浆170.0150.255混凝土楼板250.142.5天花抹灰170.020.344.1.3梁、柱自重计算梁自重不仅包括自身的钢筋混凝土重量还包括梁两侧面及底面的抹灰重量，柱的自重也包括柱自身钢筋混凝土的重力和柱侧面的抹灰重量，则梁、柱的总重量应该为梁、柱的自重乘以系数。梁的计算长度：纵梁长跨： 纵梁短跨： 横梁AB/CD跨： 横梁BC跨：柱的计算长度：首层： 二至三层：则梁、柱的恒荷载计算过程如表4.3所示：表4.3 梁柱重力荷载代表值层数构件宽（m）高(m)混凝土自重（kN/m3）g(kN/m)计算长度(m)单件重量n重量/层（kN）总重量/层（kN）1纵梁（长跨）0.30.625
29、1.054.7256.6525.751161854.0722748.693纵梁（短跨）边）0.30.4251.053.1503.059.60832307.456边横梁0.30.6251.054.7256.4528.58620571.72中横梁0.30.4251.053.1501.257.718215.435柱0.550.55251.18.3194.5540.346331331.4181331.41823纵梁（长跨）0.30.6251.054.7256.6525.75116185.0722748.693纵梁（短跨）边）0.30.4251.053.1503.059.60832307.456边横梁0
30、.30.6251.054.7256.4528.58620571.72中横梁0.30.4251.053.1501.257.718215.435柱0.550.55251.18.3193.627.45233905.9161207.883注：（1）为考虑梁的侧面和底面及柱的侧面抹灰重力荷载对其重力荷载的增大系数；（2）g表示单位长度构件重力荷载； （3）n表示构件数； （4）计算长度为梁单跨减去一个柱的宽度； （5）重量=截面宽截面高混凝土自重g计算长度n。4.1.4墙体自重计算本工程墙体的材料均为加气混凝土砌块，内墙、外墙及女儿墙厚度均为240mm，外墙外侧装饰为瓷砖饰面，外墙内侧装饰为20 mm厚
31、抹灰；内墙装饰为两侧20 mm厚抹灰；女儿墙外侧装饰为瓷砖饰面，内侧装饰为20 mm厚抹灰。墙体每平方米重量为：材料重量厚度高度。墙体单位面积重力计算：外墙：加气混凝土砌块 5.50.24=1.35 kN/m2瓷砖墙面 0.5 kN/m220 mm厚内侧抹灰 170.02=0.34 kN/m2 合计 2.16 kN/m2 内墙：加气混凝土砌块 5.50.24=1.35 kN/m220mm厚抹灰 170.022=0.68 kN/m2 合计 2 kN/m2女儿墙：加气混凝土砌块 5.50.24=1.35 kN/m2瓷砖墙面 0.5 kN/m220mm厚内侧抹灰 170.02=0.34 kN/m2合
32、计 2.16 kN/m2 墙体自重计算过程如表4.4：表4.4 23层墙体自重计算位置墙重（kN/m2）梁高（m）层高（m）均布墙重（kN/m）计算长度（m）数量重量/层(kN)总重量/层（kN）外纵墙轴线（长跨）2.160.63.65.8326.654155.13121458.095外纵墙轴线（短跨）梯厕所）2.160.43.66.2643.0516305.6832外横墙轴线（边跨）2.160.63.65.8326.454150.4656外横墙轴线（边跨）2.160.43.66.2641.25215.66内纵墙轴线（长跨）20.63.65.46.654143.64内纵墙轴线（短跨）20.43
33、.65.83.0514130.235内横墙轴线20.63.65.46.4516557.28表4.5 底层墙体自重位置墙重（kN/m2）梁高（m）层高（m）均布墙重（kN/m）计算长度（m）数量重量/层(kN)总重量/层（kN）外纵墙轴线(长跨)2.160.63.67.1286.654189.60481652.5352外纵墙轴线（短跨）梯厕所）2.160.43.67.563.0516368.928外横墙轴线（边跨）2.160.63.67.1286.454183.9024外横墙轴线（中跨）2.160.43.67.561.25218.9内纵墙轴线（短跨）20.43.676.6510465.5内横墙轴
34、线20.63.66.66.4510425.74.1.5门窗处扣除墙体的重量计算根据建筑结构荷载规范计算21，将被扣除的门窗洞口处墙的重量加上门窗框的重量，得出的结果就是实际应该扣除的墙体重量。具体门窗材料请参照门窗表。计算入如表4.6：表4.6 扣除的墙体重量楼层墙体位置门、窗门窗宽（m）门窗高（m）扣除面积（m2）2）个数扣除部分墙体自重(kN)门窗重量（kN）扣除重量（kN）重量/层（kN）重量合计/层（kN）层（kN）1外墙M-132.98.729.0207.8301.1901.19052.72C-11.21.21.441855.98911.66444.32545.65C-23.32.9
35、9.5729.9228.6131.309内墙M-212.12.11010.084.25.885.8823外墙C-11.21.21.441855.98911.66444.32546.49347.186C-23.32.99.57419.84417.2262.168内墙M-212.92.91819.59318.90.6930.693注：(1)塑钢窗自重=0.45kN/m2； (2)塑钢门按塑钢窗的自重算；(3)木门自重=0.2kN/m2。4.2活荷载计算4.2.1楼面活荷载计算楼面的均布活荷载分为两个不同的位置，房间的均布活荷载查表得2 kN/m2，走廊的均布活荷载为2.5 kN/m222。由上面计
36、算得每层房间的总面积为604.8m2，走廊的面积为77.76m2。则每层楼面的活荷载统计如表4.7：表4.7 楼面活荷载计算类型均布活荷载（kN/m2）楼面面积（m2）楼面活荷载（kN）活荷载小计（kN）房间楼面2604.81209.61404走廊2.577.76194.44.2.1屋面活荷载计算本工程屋面为上人屋面，则屋面均布活荷载为2 kN/m2，屋面面积为682.56m2，则屋面活荷载为：。4.3重力荷载代表值计算屋盖和楼盖重力荷载代表值为： 屋盖层=女儿墙+屋面恒载+纵横梁自重+半层柱重+半层墙重楼盖层=楼面恒载+纵横梁自重+楼面上下各半层柱+楼面上下各半层墙重+50%楼面活载4.3.
37、1第三层重力荷载代表值屋面恒载： 3160.28kN女儿墙： 1181.32.6398.84 kN纵横梁自重： 2748.693 kN半层柱自重： 1207.8831 0.5605.88kN半层墙自重：（1458.095-47.186）0.5=705.4545 kNG3=恒载：3160.28+398.84+2748.693+605.88+705.45457619.1475 kN4.3.2第二层重力荷载代表值楼面恒载： 2291.1012kN纵横梁自重： 2748.693kN上半层柱+下半层柱： 605.88+605.881211.76kN上、下半层墙重： (1458.095-47.186)=1
38、410.909 kN楼面活荷载： 1404kNG2=恒载+0.5活载： 2291.1012+2748.693+1211.76+1410.909+0.51404=8364.4632kN4.3.3第一层重力荷载代表值楼面恒载： 2291.1012kN纵横梁自重： 2748.693 kN上半层柱自重： 605.88kN下半层柱自重： 1331.418 0.5=665.709 kN上、下半层墙重： (1458.095-47.186)0.5+(1652.5352-52.72)0.5=1505.3621kN楼面活荷载： 1404kNG1=恒载+0.5楼面活载：2291.1012+2748.693+605.88+665.709+1505.3621+0.51404=8518.7453kN重力荷载代表值汇总的：G3=7619.1475kNG2=8364.4632kNG1=8518.7453kN图4.1 重力荷载代表值4.4横向框架侧移刚度计算4.4.1计算梁、柱的线刚度梁线刚度计算根据公式 13梁柱混凝土标号均为C35，。在框架结构中，现浇楼面或预制楼板，但只有现浇层的楼面，可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧移。考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架梁取，对中框架梁取。表4