拓新办公楼计算书终稿2003格式.doc

拓新办公楼设计 摘要 本工程为xxxx限公司的拟建办公楼，建筑设计为四层，建筑面积一共为4402.48平方米，楼房标高为19.8米。一层主要设计为大厅，接待室和设备用房，二至五层为标准办公用房。建筑采用比较规则的柱网设计，为办公空间的灵活组合划分提供条件，亦对工程造价提供了较为经济的的方案。本工程结构设计采用多层钢筋混凝土框架结构，基本步骤为：结构计算简图的确定；荷载计算；内力分析；内力组合；梁、柱截面配筋、板的设计、基础的设计以及结构施工图的绘制等。其中，内力计算只考虑恒荷载和活荷载；柱、板的设计采用弹性理论；梁的设计采用塑性理论；基础选用柱下独立基础。在进行截面设计时，遵循了强剪弱弯，强柱弱梁，强节点弱构件的设计原则，且满足构造要求，除对本框架进行手算外，还利用了PKPM 对本结构进行了电算。 本设计从建筑到结构是一个较为完整的设计过程，通过毕业设计复习和巩固了以前所学知识，把主要课程联系成一个完整的体系，并运用于设计中；本次毕业设计培养了我进行独立设计的基本能力，为毕业后的工作打下了坚实的基础。 关键词：框架结构；混凝土；建筑设计；结构设计 Design of Office Building for TuoXin ABSTRACT The engineering is planned for a proposed office building for Tuoxin. which is divided into five stories. The building covers a total construction area of 4402.48 square meters and stands a ground elevation of 19.8 meters. The first storey includes the hall, reception room and spare room, while from the second storey to fifth storey are standard office. The building uses regular pillars net design, resulting in flexible combination and division for office space and a more economical scheme for the project . The design of engineering structures using multi-storey reinforced concrete frame structure, the basic steps are: the determination of the structure of the calculation diagram; load calculation; internal force analysis; combination of internal forces; beams, reinforced concrete column cross section, board design, basic design and structural mapping, such as construction. Among them, the internal force calculation concerns the constant load and live load only. The column and board design use a flexible plate theory; beam design uses plastic theory; The basis uses column-under single foundation. Seismic design in cross section, follows the design principles of strong bent weak shear, weak beam strong column and strong node weak component, and meet the construction requirements meanwhile. Moreover, the structure computerization is shown by using PKPM. From construction to the design of structure is a rather complete design process. Through design review and consolidation of the previous knowledge, the main courses are linked into a complete system and used in this design; The Graduation Project has trained me in the basic ability of independent design ,which lays down a solid foundation for the work after graduate. Keywords: Frame Structure; Concrete; Architectural Design; Structure Design 目录 1 建筑设计说明 1 1.1设计依据 1 1.2设计构思 1 1.3工程概况 1 1.4设计资料 2 1.4.1工程地质条件 2 1.4.2气象资料 2 1.4.3抗震设防烈度 2 1.4.4材料 2 1.4.5建筑装修标准 2 2 结构设计 4 2.1结构平面布置 4 2.1.1结构方案的确定 4 2.1.2基础类型的确定 4 2.2结构构件截面尺寸确定 4 2.3 框架计算简图 6 2.4 荷载计算 8 2.4.1 屋面均布恒载 8 2.4.2 楼面均布恒载 8 2.4.3 活荷载 9 2.4.4 楼面均布活载 9 2.4.5 梁柱自重 9 2.4.6 墙体自重 11 2.5 水平地震力作用下框架侧移计算 13 2.5.1 横梁线刚度 13 2.5.2横向框架柱的侧移刚度D值 14 2.5.3 横向框架自振周期 15 2.5.4横向地震作用计算 16 2.5.5 横向框架抗震变形验算 17 2.6 水平地震作用下横向框架的内力分析 18 2.7 风荷载 21 2.7.1基本信息 21 2.7.2 横向框架在风荷载作用下的位移计算 23 2.7.3 风荷载作用下横向框架的内力分析 23 2.8竖向荷载作用下横向框架的内力分析 26 2.8.1 荷载计算 27 2.8.2 横向框架在恒荷载作用下的内力计算 32 2.8.3 横向框架在活荷载作用下的内力计算 41 3 内力组合 49 3.1 横向框架梁内力组合 49 3.2 框架梁弯矩调幅 49 3.3 框架梁内力组合 60 3.4 框架柱内力组合 64 4 梁柱截面设计及配筋计算 69 4.1设计信息 69 4.2正截面承载力计算 69 4.3 梁斜截面承载力计算 73 4.4 柱的配筋计算 76 4.5 框架柱正截面承载力计算 77 4.6 柱斜截面受剪计算 82 5 其他构件设计 83 5.1 板的配筋计算 83 5. 1.1板区划分 83 5.1.2 板配筋计算 84 5.2 楼梯设计 87 5.2.1楼梯设计资料 87 5.2.2楼梯梯段斜板设计 88 5. 2.3平台板设计 89 5.2.4平台梁设计 91 5. 3基础设计 92 5.3.1设计说明 92 5.3.2荷载计算 93 5.3.3地基承载力设计值的确定 93 5. 3.4边柱独立基础设计 93 5. 3.5中柱联合基础设计 96 6 PKPM电算结果 100 参考文献 112 致谢 113 附录 114 建筑设计说明 1.1设计依据 1、毕业设计任务书 2、主要设计规范： （1）GB50007—2002《建筑地基基础设计规范》 （2）GB50009—2012《建筑结构荷载规范》 （3）GB50010—2010《混凝土结构设计规范》 （4）GB50011—2010《建筑抗震设计规范》 （5）JGJ 67—2006、556—2006，《办公建筑设计规范》 1.2设计构思 1、总平面布局 该建筑的设计以人为本，充分体现人文主义为基本出发点，根据该建筑用地周边的环境和交通状态，同时考虑建筑的方位布置，把主入口设为办公楼的南面。通过综合考虑场地的应用，把停车场设在建筑的北面，建筑东面设置一些绿化带。 2、平面布局 一层主要设计为大厅，接待室、展览室和设备用房，二至五层为办公用房和会议室。建筑采用比较规则的柱网设计，为办公空间的灵活组合流畅的交通流线划分提供条件，亦对工程造价提供了较为经济的的方案。 3、造型设计 从建筑的实用性、独特性、经济性和舒适性出发，在本项目的立面造型设计中，经过收集大量的资料，仔细的考察、研究，决定采用与建筑内部功能协调的方法来完成，采用简洁明快清晰的风格，给人耳目一新的感觉，使整栋建筑形成一种良性的协调关系。 1.3工程概况 本工程位于广州市，办公楼为五层钢筋混凝土框架结构体系，上人屋顶，总建筑面积约4000m2，建筑平面为近似矩形，两边有凹凸。办公楼首层层高为4.2m，2~5层层高为3.9m，屋顶层有电梯房和楼梯房，电梯房层高为1.8m，主体高度为19.8m，室内外高差为0.45m，东西方向长61.8m，南北方向长16.3m。基础采用柱下独立基础，框架梁、柱、板均为现浇。建筑设计使用年限为50年，耐火等级二级。 1.4设计资料 1.4.1工程地质条件 地基承载力为260kpa，采用浅基础。 1.4.2气象资料 （1）气温：年平均气温20℃，最高气温41℃，最低气温8℃。 （2）雨量：年降雨量600mm，最大雨量150mm/d。 （3）基本风压:W0=0.5 KN/m2，地面粗糙度为C类。 1.4.3抗震设防烈度 抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，建筑场地类别为Ⅱ类场地，场地特征周期为0.35s，框架抗震等级为3级，设计地震分组为第一组。建筑抗震设防类别为丙类，建筑物安全等级为二级。 1.4.4材料 梁、板、柱的混凝土均选用C30，梁、柱主筋选用钢筋HRB335，箍筋选用HPB300，板受力钢筋选用HPB300。 1.4.5建筑装修标准 （１）屋面： 40厚C30细石砼 10厚纸筋灰 1.2厚三元乙丙橡胶卷材 20厚1:2.5水泥砂浆找平层(刷基层处理剂一遍) 钢筋砼屋面(3%坡度) （2）顶棚： 1:1:6水泥石灰砂浆打底15厚。 面刮腻子5厚。 喷涂内墙乳胶漆涂料。 （3）楼地面： 一般做法： 10厚大理石板面层。 25厚1:4干硬性水泥砂浆,面上洒素水泥浆结合层一道。 砼底板或素土夯实。 防水做法：（卫生间、厨房等处适用） 5厚防滑地砖200200。 20厚1:3水泥砂浆。 聚氨酯防水涂膜1.2厚。 1:3水泥砂浆找平兼找0.5%坡,最薄处不小于20厚。 砼底板或素土夯实。 （4）外墙面： 200厚混凝土空心砌块容重6kN/m3。 20厚抹灰找平。 5厚水泥砂浆粘贴层。 8厚陶瓷面砖 （5）内墙面： 一般做法： 200厚混凝土空心砌块容重6kN/m3。 20厚抹灰找平。 喷涂内墙乳胶漆涂料 防水做法：（卫生间、厨房等处适用） 1:2.5水泥砂浆打底20厚(掺5%防水剂) 纯水泥膏贴200X300瓷砖满贴至天花底 （6）墙体： 本工程框架填充墙为MU10混凝土空心砌块，内、外墙厚度均为200mm，电梯井砖墙采用红砖砌筑厚200mm。 （7）门窗： 标准塑钢门窗，6mm厚玻璃。 2 结构设计 2.1结构平面布置 根据建筑功能要求及框架结构体系，通过分析荷载传递路线确定梁系布置方案。本工程的标准层结构平面布置如图2.1所示。 图2.1 标准层平面布置图 2.1.1结构方案的确定 考虑到现浇钢筋混凝土框架结构建筑平面布置灵活，能够获得加大的使用空间，建筑立面容易处理，可以适应不同房屋造型，故本设计采用钢筋现浇混凝土框架结构。 2.1.2基础类型的确定 根据设计资料选择柱下独立基础，基础顶面距离室外设计地面0.5m。 2.2结构构件截面尺寸确定 1、横向框架梁： A-D、 E-G跨： l=6.9m，梁高h=(1/8～1/12)l=(1/8～1/12) ×6900=862mm～575mm，取h=650mm； 梁宽b=(1/2～1/3)h=(1/2～1/3) ×650=325mm～217mm，取b=250mm 同上可求得 D-E跨： h=400mm；b=250mm C-F跨： h=650mm；b=250mm 2、纵向框架梁： A、D、E、G轴：l=7.2m处，梁高h=(1/8～1/12)l=(1/8～1/12) ×7200=900mm～600mm，取h=650mm；梁宽b=(1/2～1/3)h=(1/2～1/3) ×750=375mm～250mm，取b=250mm l=9m处，h=750mm；b=250mm； D轴：l=4.8m处，h=550mm；b=200mm 3、横向次梁： l=6.9m，h=550mm；b=200mm 4、纵向次梁： 4-7、8-11轴：l=7.2m，h=550mm；b=200mm 卫生间、楼梯平台次梁： l=2.5m，h=400mm；b=200mm l=3.3m，h=400mm；b=200mm 5、框架柱截面尺寸确定 （1）框架柱选用C30混凝土，抗震设防烈度为7 度，房屋高度<30m，框架抗震等级为3 级，为保证柱有足够的延性，需要限制柱的轴压比[μ]=0.85，假定结构每平方米总荷载设计值为14kN。由轴压比初步估算框架柱截面尺寸时，按下式计算： 轴向压力设计值N按下式估算： 1）3轴与D轴相交中柱： 因为，故取中柱截面尺寸为500mm×500mm。 2）3轴与A轴相交边柱： 考虑到边柱承受偏心荷载，故取边柱截面尺寸为500mm×500mm。 3）2轴与A轴相交的角柱： 角柱虽然承受面荷载较小，但由于角柱承受双向偏心荷载作用，受力复杂，故取截面尺寸与A轴边柱相同，即500mm×500mm。 （2）校核框架柱截面尺寸是否满足构造要求。 1）按构造要求框架柱截面高度不宜小于400mm，宽度不小于350mm。 2）为避免剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4。 取二层较短柱高，Hn=3900： 3）框架柱截面高度和宽度一般可取层高的1/10~1/15。 故所选框架柱截面尺寸均满足构造要求。 6、楼板厚度的确定 根据平面布置，板的最大跨度为 3.6m 按刚度条件，板厚为 按构造要求，现浇钢筋混凝土最小厚度为60mm 综合荷载等情况考虑，取板厚h=100mm(屋面板取120mm)。 2.3 框架计算简图 选择横向的一榀框架（3轴）按平面框架计算。底层柱高从基础顶面算至二层楼面，基础顶面离室外地面为500mm，室内外高差为450mm，因此求得底层计算高度为0.5+0.45+4.2=5.15m。结构计算简图如图2.3.1所示。 图2.2 ③横向框架简图 图2.3 楼板布置简图 2.4 荷载计算 2.4.1 屋面均布恒载 按屋面做法逐项计算均布荷载： 20厚C20细石混凝土 干铺聚酯纤维无纺布一层 － 20厚挤塑聚苯板保温层 SBS改性沥青防水卷材 20厚1:3水泥砂浆找平 120厚现浇钢筋混凝土楼板 10厚混合砂浆板底抹灰 吊顶 屋面恒荷载 屋面楼梯间自重标准值： 屋面自重标准值： 2.4.2 楼面均布恒载 按楼面做法逐项计算: 10厚大理石板面层 30厚1:3干硬性水泥砂浆 100厚现浇钢筋混凝土楼板 10厚混合砂浆板底抹灰 吊顶 楼面恒荷载 3~5层楼面自重标准值 ： 2层楼面自重标准值 ： 2.4.3 活荷载 上人屋面活荷载 办公楼一般房间活荷载 走廊、门厅 楼梯活荷载 卫生间活荷载 2.4.4 楼面均布活载 楼面均布活载对于办公楼一般房间为2.0kN/㎡，会议室、走廊、楼梯、门厅等为。为了方便计算，统一取为。 楼面均布活载标准值为： 2.4.5 梁柱自重 自重 抹灰层：10厚混合砂浆 合计 自重 抹灰层：10厚混合砂浆 合计 自重 抹灰层：10厚混合砂浆 合计 自重 抹灰层：10厚混合砂浆 合计 自重 抹灰层：10厚混合砂浆 合计 柱1： 自重 抹灰层：10厚混合砂浆 合计 梁柱重力荷载如下： 2.4.6 墙体自重 首层外墙： 200厚混凝土空心砌块 20厚抹灰找平 5厚水泥砂浆粘贴层 8厚陶瓷面砖 合计 首层内墙： 200厚混凝土空心砌块 20厚抹灰找平 合计 二~五层外墙： 200厚混凝土空心砌块 20厚抹灰找平 5厚水泥砂浆粘贴层 8厚陶瓷面砖 合计 二~五层内墙： 200厚混凝土空心砌块 20厚抹灰找平 合计 女儿墙： 200厚混凝土空心砌块 C25混凝土压顶 20厚抹灰找平 5厚水泥砂浆粘贴层 8厚陶瓷面砖 合计 各层墙体自重： 顶层重力荷载代表值包括： 屋面恒载+50%活载+纵横梁自重+半层柱自重+半层墙体自重 其它层重力荷载代表值： 楼面恒载+50%楼面均布活载+纵横梁自重+楼面上下各半层的柱及墙体自重。 将前述分项荷载相加，得集中于各层楼面的重力荷载代表值如下： 屋面层： 第四层： 第三层： 第二层： 第一层： 各层楼面的重力荷载设计值如下： 屋面层： 第四层： 第三层： 第二层： 第一层： 建筑物总重力荷载代表值：为： 图2.4 质点重力荷载值 2.5 水平地震力作用下框架侧移计算 2.5.1 横梁线刚度 采用混凝土C30， 。本框架结构为现浇楼面，可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧移。为考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架取（）；对中框架取 横梁线刚度计算结果见表2.1。 表2.1 横梁线刚度 梁号 截面 （㎡） 跨度 （m） 惯性矩 （m4） 边框架梁 中框架梁 （m4） （kN·m） （m4） （kN·m） 0.25×0.4 2.5 13.3×10-3 2.0×10-3 2.4×104 2.7×10-3 3.2×104 0.25×0.65 6.9 5.7×10-3 8.6×10-3 3.7×104 11.4×10-3 16.5×104 5.4 5.7×10-3 － － 11.4×10-3 21.1×104 2.5.2横向框架柱的侧移刚度D值 柱线刚度列于表2.2，横向框架柱侧移刚度D值计算列于表2.3。 表2.2 柱线刚度 柱号 截面（㎡） 柱高度h（m） 惯性矩 线刚度 （m4） （kN·m） 0.5×0.5 5.15 10.42×10-3 6.07×104 0.5×0.5 3.9 10.42×10-3 8.02×104 表2.3 横向框架柱侧移刚度D值计算 层 数 柱子类型 根数 底层 边框架边柱 0.375 10299 4 边框架中柱 0.5 13732 4 中框架边柱 0.682 18730 12 0.726 19938 2 中框架中柱 0.714 19609 10 0.75 20598 2 598046 续表2.3 二 三 四 五 层 边框架边柱 0.188 11896 4 边框架中柱 0.275 17400 4 中框架边柱 0.507 32080 12 0.568 35940 2 中框架中柱 0.552 34927 10 0.602 38091 2 999476 2.5.3 横向框架自振周期 按顶点位移法计算框架的自振周期 顶点位移法是求结构基本频率的一种近似方法。将结构按质量分布情况简化为无限质点的悬臂直杆，导出以直杆顶点位移表示的基频公式。这样，只要求出结构的顶点水平位移，就可以按下式求得结构的基本周期： 式中： ——基本周期调整系数。考虑填充墙使框架自振周期减少的影响，框架结构取0.6~0.7，本工程取0.7。 ——框架的顶点位移。 在未求出框架的周期前，无法求出框架的地震力及位移，是将框架的重力荷载视为水平作用力，求得的假象框架顶点位移。然后由求出，再用求出框架结构的底部剪力。进而求出框架各层剪力和结构真正的位移。横向框架顶点位移计算见表2.4。 表2.4 横向框架顶点位移 层次 （kN） （kN） （kN/m） 5 10489 10489 999476 0.0101 0.181 4 9642 20131 999476 0.0201 0.1709 3 9642 29773 999476 0.0298 0.1508 2 9642 39415 999476 0.0394 0.121 1 9398 48813 598046 0.0816 0.0816 则自振周期为： 2.5.4横向地震作用计算 本工程的建筑的质量和刚度沿高度分布比较均匀、高度不超过40m，并以剪切变形为主（房屋高宽比小于4），故采用底部剪力法计算横向水平地震作用。 （1）基本周期的地震影响系数。 本工程所在场地为Ⅱ类场地，7度设防区，设计地震分组为第一组，结构的基本自振周期采用顶点位移法的计算结果，即。查《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）得到特征周期。因，则地震影响系数为： （2）各层水平地震作用标准值、楼层地震剪力及楼层层间位移计算。 对于多质点体系，结构底部总横向总水平地震作用标准值为： 因，所以要考虑顶部附加水平地震作用的影响，顶部附加地震作用系数为： 顶部附加地震作用为： 各层横向地震剪力计算见表2.5。 表2.5 各层横向地震作用及楼层地震剪力 层次 （m） （m） （kN） （kN） （kN） （kN） 5 3.9 20.75 10489 217647 0.340 1037.36 1037.36 4 3.9 16.85 9642 162468 0.254 670.49 1707.85 3 3.9 12.95 9642 124864 0.195 515.30 2223.15 2 3.9 9.05 9642 87260 0.136 360.11 2583.26 1 5.15 5.15 9398 48400 0.076 199.74 2783 注：表中第5层中加入了，其中 =139.15kN。 横向框架各层水平地震作用和地震剪力见图2.5。 (a) (b) (a)水平地震作用 (b)地震剪力 图2.5横向框架各层水平地震作及地震剪力 2.5.5 横向框架抗震变形验算 多遇地震作用下，层间弹性位移验算见表2.6。 表2.6 横向变形验算 层次 （kN） （kN/m） （m） （m） 层间相对弹性转角 5 1037.36 999476 0.001038 3.9 1/3758 4 1707.85 999476 0.001709 3.9 1/2282 3 2223.15 999476 0.002224 3.9 1/1753 2 2583.26 999476 0.002585 3.9 1/1509 1 2783 598046 0.004653 5.15 1/1107 注：层间弹性相对转角均满足要求＜[]=1/550。 多遇地震作用下，刚重比和剪重比验算： 表2.7 各层刚重比和剪重比 楼层 （重力荷载标准值，KN） （重力荷载设计值,KN） (刚重比) (剪重比) 5 3.9 999476 3897956.4 1037.36 10489 12586.8 309.69 0.099 4 3.9 999476 3897956.4 1707.85 20131 11570.4 336.89 0.085 3 3.9 999476 3897956.4 2223.15 29773 11570.4 336.89 0.075 2 3.9 999476 3897956.4 2583.26 39415 11570.4 336.89 0.066 1 5.15 598046 3079936.9 2783 48813 11277.6 273.10 0.057 由表2.7可见，各层的刚重比均大于20，不必考虑重力二阶效应；各层的剪重比均大于0.016，满足要求。 2.6 水平地震作用下横向框架的内力分析 横向框架在水平地震作用下的内力计算采用D值法。本设计取轴线③上的横向框架为代表进行计算，柱端弯矩计算、地震作用下框架梁端弯矩，梁端剪力及柱轴力计算详见表2.8、2.9、2.10。 表2.8 轴线③横向框架A柱端弯矩计算 层 次 层高 hi(m) 层间 剪力 Vi(kN) 层间 刚度 Di(kN) A轴柱（边柱） Dim (kN) Vim (kN) y (m) M上 (kN·m) M下 (kN·m) 5 3.9 1037.36 999476 32080 33.30 2.06 0.403 77.53 52.34 4 3.9 1707.85 999476 32080 54.82 2.06 0.453 116.95 96.85 3 3.9 2223.15 999476 32080 71.36 2.06 0.5 139.15 139.15 2 3.9 2583.26 999476 32080 82.91 2.06 0.5 161.67 161.67 1 5.15 2783 598046 18730 87.16 2.72 0.578 189.42 259.45 注：表中； ；；。 表2.9 轴线③横向框架D柱端弯矩计算 层 次 层高 hi(m) 层间 剪力 Vi(kN) 层间 刚度 Di(kN) D轴柱（中柱） Dim (kN) Vim (kN) y (m) M上 (kN·m) M下 (kN·m) 5 3.9 1037.36 999476 34927 36.25 2.46 0.446 78.32 63.05 4 3.9 1707.85 999476 34927 59.68 2.46 0.473 122.66 110.09 3 3.9 2223.15 999476 34927 77.69 2.46 0.50 151.50 151.50 2 3.9 2583.26 999476 34927 90.27 2.46 0.50 176.03 176.03 1 5.15 2783 598046 19609 91.25 3.25 0.55 211.47 258.47 注：表中； ；；。 表2.10 地震力作用下框架梁端弯矩、梁端剪力及柱轴力 层次 AD跨 DE跨 柱轴力 L (m) M左(KN·m) M右 (KN·m) Vb (KN) L (m) M左 (KN·m) M右 (KN·m) Vb (KN) NA (KN) ND (KN) NE (KN) NH (KN) 5 6.9 77.53 65.63 20.73 2.5 12.69 12.69 10.15 -20.73 10.58 -10.58 20.73 4 6.9 169.29 155.62 47.09 2.5 30.09 30.09 24.07 -47.09 23.02 -23.02 47.09 3 6.9 236 219.21 65.97 2.5 42.38 42.38 33.90 -65.97 32.07 -32.07 65.97 2 6.9 300.82 274.47 83.38 2.5 53.06 53.06 42.45 -83.38 40.93 -40.93 83.38 1 6.9 351.09 324.73 97.94 2.5 62.78 62.78 50.22 -97.94 47.72 -47.72 97.94 图2.5地震作用下框架梁柱弯矩图（单位：kN·m） 图2.6 地震作用下框架梁端剪力及柱轴力（KN） 2.7 风荷载 2.7.1基本信息 已知基本风压，本工程为市区，地面粗糙度属C类,结构总高度为23.7m。按荷载规范。 1.垂直