建筑工程公司办公楼土木工程毕业设计计算书.doc

1、前言大学四年的学习生活即将结束，毕业设计将成为我们展示四年学习成果的一个最好平台。毕业设计是大学本科教育的一个重要阶段，可以将我们所学的理论知识付诸于实践，是毕业前的综合学习阶段，是对大学期间所学专业知识的全面总结。它涉及到房屋建筑学、高层建筑、抗震、混凝土、结构力学等多门课程，应用到了很多重要实用的专业知识，比如有底部剪力法、D值法、反弯点法和弯矩分配法等，又涉及钢筋混凝土的配筋和计算，几乎涉及到了所有专业知识。为了做好本次毕业设计，我对大学所学的专业知识进行了及时而全面的复习，查补了以前学习上的漏洞，并借阅了许多相关的书籍和规范。我会很好的把握这次毕业设计的机会，将以前所学的知识应用到实践

2、中去，这无论对以后的学习还是工作都将起到莫大的帮助。我所选择的毕业设计题目是沈阳大北建筑工程公司办公楼，采用框架结构。框架结构是目前应用最为广泛的结构形式之一，这种结构形式建筑平面布置灵活，可以做成较大空间的会议室，车间，住宅等，可以分割成小房间，或拆除隔断改成大空间结构，立面也富有变化。通过合理的设计，框架结构本身的抗震性能良好，能承受较大荷载，能承受较大变形。因此，我所设计的公楼非常适合选用这种结构形式。本次设计主要分为建筑设计和结构设计。建筑设计包括：总平面图、平面图、立面图、剖面图及节点详图。结构设计包括：梁板布置图和配筋图。根据民用建筑实用、经济原则，在可能的条件下，注意美观的原则，

3、本设计首先考虑办公楼的实用性，经济性，充分显示现代建筑的特点。结构计算严格按照最新国家规范的要求进行。在毕业设计的三个月里，在指导教师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、论文撰写以及外文翻译，我加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解，巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力，进一步掌握了Excel、Word 、AutoCAD及天正等软件的使用，以上这些说明从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。本次设计得到了指导教师们的大力帮助，在此特别表示感谢，尤其对我的指导教师袁景老师表示感谢。由于框架结构设计的计算工作量很多，包括地震作用、风荷载作用、恒载作用、活载作用下的梁端、柱端剪力、框架梁、

4、柱的内力组合以及内力值的调整。在计算过程中以手算为主，辅以一些Excel计算软件的校正。由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。 1 设计基本资料1.1 初步设计资料沈阳市祥和水泥制造厂办公楼，位于沈阳市开发区，建筑面积约5849m，层数为7层，建筑物使用年限为50年，抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组。拟建房屋所在地的设计地震动参数max=0.08，Tg=0.35s，基本雪压S0=0.50KN/ m，基本风压0=0.55KN/ m，地面粗糙度为C类。1.2 设计任务1.2.1 建筑及结构图纸1) 建筑图纸：总平面图、首层平面图、标准层平面图、七层平面图、剖面图、主

5、要立面图、各部分节点详图等。2) 结构图纸：结构布置图、框架配筋图、梁柱截面配筋图等。1.2.2 结构计算说明书1) 计算一榀框架的内力及配筋。2) 对典型楼板、楼梯及基础进行必要的设计验算。3) 外文文献及翻译。1.2.3 设计过程1）确定结构体系与结构布置。2）根据经验对构件进行初估。3）确定计算模型及计算简图。4）荷载计算。5）内力计算及组合。6）构件及节点设计。7）编写设计任务说明书。8）图纸绘制。1.3 建筑设计1.3.1 工程概况沈阳市拟兴建7层建筑公司办公楼，建筑面积约5849m，拟建办公楼所在地的设计地震动参数max=0.08，Tg=0.35s，基本雪压S0=0.50KN/ m

6、，基本风压0=0.55KN/ m，地面粗糙度为C类。1.3.2 平面设计 从结构平面形状上来分，建筑物分为点式和板式两大类，本设计采用板式。但板式平面短边方向侧向刚度差，当建筑高度较大时，不仅在水平荷载作用侧向变形会加大，还会出现沿房屋长度平面各点变形不一致的情况，在地震作用下，长度大的楼板在楼板平面内既扭转又扭曲，为了避免楼板变形带来的复杂受力情况，建筑物长度比L/B不宜超过43，本设计满足平面形状限制的要求。由于本市冬季气温较低，因此采用内廊式布置，走廊轴线距为2400mm。 1.3.3 立面设计建筑物总高度23.4米，可以采用底部剪力法计算水平地震作用。屋面为上人屋面，女儿墙为0.9米高

7、。建筑立面上采用灰色面砖装饰，明显地表现出立面的节奏感和方向感。本建筑的窗均采用双层铝合金窗，且为平推窗，因为双层窗具有保温的作用。为了避免地坪层受潮，使室内外地坪标高差为450mm，为了解决这个450mm的高差，使人容易上到地坪层，在门厅前做了一个台阶，台阶是供人们正常出入的，由于台阶伸出屋面，为了防雨而在其上设置了雨蓬1。室内楼面采用了大理石楼面，显得豪华典雅，室内净高3.3米，满足了办公楼的使用要求5，墙面材料则采用了现今流行的喷塑方式，这样做的好处是避免刷白色涂料，脏了可以直接用抹布擦干净。大厅处空间较大，采用了大吊灯，可使结构显得豪华庄重，地面则采用碎石水磨石磨光，碎石为彩色，使彩色

8、与功能相协调，别具一格。1.3.4 剖面设计建筑共分为七层，室内外地坪高差为0.45m，为了室内装修和保温等因素，进行吊顶，这样楼中各种电线，保温管等都从吊顶中穿过，为了避免上下层之间固体传声，在吊顶中加入吸音材料。2 结构布置及计算简图2.1 结构布置及梁、柱截面尺寸的初选2.1.1 结构平面布置方案根据该办公楼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，其中结构平面示意图见图2-1。主体结构共7层，首层层高3.6m，其他层高均为3.3m，局部突出屋面的塔楼层高为2.4m。楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚120mm，梁截面高度按梁跨度的1/12-1/8估算，由此估算

9、的梁截面尺寸见表2-1，表中还给出了各层梁、柱和板的混凝土强度等级。其设计强度C35（fc=16.7 N/ m,ft=1.57 N/ m）、C30（fc=14.3 N/ m,ft=1.43 N/ m）图2-1平面结构布置图Figure 2-1 Flat distribution of the structure图2-2结构计算简图Figure 2-2 Drawing of the structural design2.1.2 梁截面尺寸初选楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，取楼板厚度为120mm。梁的截面尺寸应满足承载力、刚度及延性要求。截面高度按一般取梁跨度的1/12-1/8估算2。为防止

10、梁产生剪切脆性破坏，梁的净跨截面高度之比不宜小于4。由此估算梁的截面尺寸见表2-1，表中还给出了各层梁、柱和板的混凝土强度等级。其设计强度C35（fc=16.7 N/ m，ft=1.57 N/ m），C30（(fc=14.3 N/ m，ft=1.43 N/ m)。表2-1 梁截面尺寸（mm）Table 2-1 beams cut to face size and each layer concrete strength grades层次混凝土强度等 级横梁（bh）纵梁（bh）次梁(bh)27C30 3006003006002005001C35 3007003007002005002.1.3 柱

11、截面尺寸初选1) 柱的轴压比设计值按照公式2-2计算： (2-1)式中：考虑地震作用组合后柱轴力压力增大系数，边柱取1.3，等跨内柱取1.2,不等跨取1.25；F：按照简支状态计算柱的负载面积；g：折算后在单位面积上的重力荷载代表值，近似取；n：验算截面以上楼层层数；2) 框架柱验算 (2-2)由于本框架结构的抗震等级为三级，其轴压比限值N=0.85，各层的重力代表近似取12 KN/ m。由结构平面布置图可知边柱及中柱的负荷面积分别为7.23.0 m2和7.24.2m2。由公式（2-2）得第一层柱截面面积为边柱 中柱 如取柱截面为正方形，则边柱和中柱截面高度分别为420mm和488mm。第二层

12、柱截面面积为：边柱 中柱 如取柱截面为正方形，则边柱和中柱截面高度分别为420mm和488mm。根据上述计算结果并综合考虑其它因素，本设计中柱截面尺寸取值如下:1层 500mm500mm26层 500mm500mm基础采用柱下独立基础，基础顶面距室外地坪0.5m。框架结构平面布置如图2-1所示，计算简图如图2-2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，2-7层柱高度即为层高3.3m，底层柱高度从基础顶面取至一层板底，3 重力荷载代表值计算3.1 屋面及楼面的永久荷载标准值屋面（上人）： 30厚细石混凝土保护层 220.03=0.66 KN/ m 高分子改性沥青卷材防水层 0.3

13、 KN/ m 20厚水泥砂浆找平层 200.02=0.4 KN/ m 150厚水泥蛭石保温层 50.15=0.75 KN/ m 120厚钢筋混凝土板 250.12=3.0 KN/ m V型轻钢龙骨吊顶 0.25 KN/ m 合计 5.36 KN/ m16层楼面： 瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 0.55 KN/ m 120厚钢筋混凝土板 250.12=3.0 KN/ m V型轻钢龙骨吊顶 0.25 KN/ m 合计 3.80 KN/ m 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/ m 楼面活荷载标准值 2.0 KN/ m 屋面雪荷载标准值 0.5 KN/ m3.3

14、梁、柱、墙和门窗重力荷载标准值计算梁、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，计算结果见表3-1，对墙、门、窗等可计算出单位面积上的重力荷载。墙体为300mm厚蒸压粉煤灰加气混凝土砌块，外墙面贴面砖（0.5 KN/ m），内墙面为20mm厚抹灰，则外墙单位墙面重力荷载为：内墙体为200mm厚混凝土空心小砌块，两侧均为20mm厚抹灰，则内墙单位墙面重力荷载为：木门单位面积重力荷载为0.15KN/ m，防火门单位面积重力荷载为0.2 KN/ m，钢铁门单位面积重力荷载为0.4 KN/ m，玻璃门单位面积重力荷载为0.3 KN/ m。塑钢窗单位面积重力荷载取0.4 KN/ m，

15、玻璃幕墙单位面积重力荷载取1.44 KN/ m。表3-1 梁、柱重力荷载标准值Table 3-1 Roof beam , post gravity load standard value层次构件b/mh/mhn/mKN/mgKN/mli/mNGi/KNGi/KN1边横梁0.300.700.58251.055.3295.2522615.4771882.307中横梁0.300.700.58251.053.0321.710515.42中横梁0.300.700.58251.053.0321.95220.782次 梁0.200.500.38251.053.0326.95242.143次 梁0.200.5

16、00.38251.053.0325.98143.105次 梁0.200.500.38251.053.0321.7630.93纵 梁0.300.700.58251.055.3296.522762.011纵 梁0.300.700.58251.055.3292.916247.254柱0.500.500.38251.1013.4754.85442875.56527边横梁0.300.700.58251.054.5685.422542.6191641.016中横梁0.300.700.58251.052.5992.0210.395中横梁0.300.700.58251.052.5991.81046.778次

17、梁0.200.500.38251.052.5995.98122.661次 梁0.200.500.38251.052.5996.95236.123次 梁0.200.500.38251.052.5991.8628.07纵 梁0.300.600.48251.054.5686.622663.201纵 梁0.300.600.48251.054.5683.016219.240柱0.500.500.38251.109.9003.3441437.4808突出边横梁0.300.600.48251.054.5685.4498.658240.692中横梁0.300.600.48251.052.5991.8418.7

18、11纵 梁0.300.600.48251.054.5683.09123.323柱0.500.500.50251.109.9003.612427.680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。3.4 重力荷载代表值集中于各质点的重力荷载Gi，为计算单元范围内各层楼面上的重力荷载代表值及上下各半层的墙、柱等重量。各可变荷载的组合值系数按规范规定采用，无论是否为上人屋面，其屋面上的可变荷载均取雪荷载。计算规则如下：突出部分重力荷载代表值=屋面恒载+0.5雪荷载+梁自重+0.5（柱自重+墙重+门窗重

19、）；顶层重力荷载代表值=屋面恒载+0.5雪荷载+梁自重+女儿强自重+0.5（突出部分的柱、墙、门窗重+顶层的柱、墙、门窗重）；其它层重力荷载代表值=楼面荷载+0.5楼面均布活荷载+梁自重+ 0.5（上层的柱、墙、门窗重+下层的柱、墙、门窗重）；具体计算过程见表3-2。表3-2 重力荷载代表值计算Table 3-2 The representative value of the gravity load calculation层数楼板面积恒荷载自重可变荷载自重恒荷载可变荷载梁自重m2KN/m2KN/m2KNKNKN1821.883.82.03212.1441643.761882.312821.8

20、83.82.03212.1441643.761641.023821.883.82.03212.1441643.761641.024821.883.82.03212.1441643.761641.025821.883.82.03212.1441643.761641.026821.883.82.03212.1441643.761641.027821.885.360.54405.277410.941641.02突出96.125.360.5515.20348.06240.69续表3-2层数墙自重柱自重门窗自重女儿墙自重幕墙自重重力荷载KNKNKNKN自重KN代表值KN13321.1612875.565

21、70.850010975.0022539.0751437.4851.2100.4039614.2132539.0751437.4851.2100.5239614.3342539.0751437.4851.2100.5239614.3352539.0751437.4851.2100.5239514.7962335.9731437.4855.2400.5239395.3072300.0451437.4851.261355.40.4639839.39突出241.981427.685.09001117.30经计算得出：1层G1=10975.00KN 2层G2=9614.21KN 3层G3=9614.3

22、3KN 4层G4=9614.33KN 5层G5=9514.79KN 6层G6=9395.30KN 7层G7=9839.39KN 8层（突出）G8=1117.30KN集中于各楼层标高处的重力荷载代表值Gi如图3-1所示。 图3-1 各质点重力荷载代表值 Figure 3-1 various particles gravity load representative plants4 框架侧移刚度计算4.1 框架梁柱的线刚度计算在框架结构中，对现浇楼面，可以作为梁的有效翼缘，增大了梁的有效刚度，减小了框架的侧移，为了考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架梁取I=1.5I0（I0

23、为梁的截面惯性矩），对中框架梁取I=2 I0来计算，横梁线刚度ib计算过程见表4-1；柱线刚度ic计算过程见表4-2。表4-1 横梁线刚度ib计算表Table 4-1 Line rigidity ib reckoner of the crossbeam类别层次EC/N/mmb /mmh/mmI0/mm4l/mmEcI0/l/Nmm1.5EcI0/l/Nmm2.0EcI0/l/Nmm边横梁13.151043507001.0101060005.2510107.87510101.051011273.01043007008.57510960004.28810106.43110108.5751010走道

24、梁13.151043504502.65810924003.48910105.23310106.9771010273.01043004502.27810924002.84810104.27110105.6951010表4-2 柱线刚度ic计算表Table 4-2 Thread rigidity ic reckoner of the post层次hc/mmEC/(N/mm)bh/mmmmIc/mm4EcIc/hc/Nmm148503.151047007002.010101.2910112733003.001046006001.0810109.81810104.2各层横向侧移刚度计算：(D值法)柱的

25、侧移刚度按式计算，视情况而定。根据梁柱线刚度比的不同，结构平面布置图中的柱可分为中框架中柱和边柱，边框架中柱和边柱以及楼电梯间柱等7。现以第二层C-9柱的侧移刚度计算为例，说明计算过程，其余柱的计算过程从略，计算结果分别见表4-3、表4-4、表4-5。第二层C-9柱及其相连的梁的相对线刚度如图4-1所示。由表可得梁柱线刚度比为 图4-1 C-9柱及与其相连梁的相对线刚度 Figure 4-1 The C-9 column and the relative line connected to the beam stiffness表4-3中框架柱侧移刚度D值（N/mm）Table 4-3 The

26、frame post side of China moves rigidity D value (N/mm)层次边柱（10根）中柱（10根）cDi1cDi2370.8370.304328891.450.424543978328020.9710.327353771.6170.4474836083737010.8140.467307331.3550.55336392671250表4-4 边框架柱侧移刚度D值(N/mm)Table 4-4 The frame post side moves rigidity D value (N/mm)层次B-1 B-12 E-1 E-12C-1 C-12 D-1

27、D-12cDi1cDi2370.6550.247267221.090.3533819025964820.7290.267288861.2130.3784089527912410.6100.425279691.0160.50333102244284表4-5楼、电梯间框架柱侧移刚度D值(N/mm)Tab 4-5 Between the building, the elevator the frame trestle side moves the rigidity D value (N/mm)层次中柱（8根）E-2 E-3 E-5 E-8 E-10 E-11E-6 E-7c Di1c Di1c Di

28、1371.2350.382413280.6550.247267220.4370.1791936653968821.3740.407440320.7290.267288860.4860.1952109756776611.150.524344840.610.425279690.4070.37724810493306将上述不同情况下得到的同层框架柱侧移刚度相加，即得框架各层层间侧移刚度Di，如表4-6所示。表4-6 横向框架层间侧移刚度（N/mm）Table 4-6 The crosswise frame level the side moves the rigidity (N/mm)层次1237D

29、i140884016842601572616由表可知，故该框架为规则框架，满足要求。5 横向水平荷载作用下框架的内力和侧移计算5.1 横向水平地震作用下框架的内力和侧移计算5.1.1 横向自振周期计算按公式（5-1） (5-1)将G8折算到主体结构的顶层，即结构顶点的假想位移由公式（5-2）（5-4） (5-2) (5-3) (5-4)计算。计算过程见表5-1，其中第7层Gi为G7与Ge之和。表5-1 结构顶点的假想位移计算Table 5-1 The imagination displacement of the summit pinnacle of the structure is calc

30、ulated层次Gi/KNVGi/KNDi/N/mmui/mmui/mm711147.0611147.0615726167.1180.469395.320542.36157261613.1173.359514.7930057.15157261619.1160.249614.3339671.48157261625.2141.139614.3349285.81157261631.3115.929614.2158900.02168426035.084.6110975 69875.02140884049.649.6按公式（5-5） (5-5)计算基本周期T1,其中的量钢为m，取，则 5.1.2 水平地

31、震作用及楼层地震剪力计算本例中，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8。结构总水平地震作用标准值计算如下：因1.4Tg=1.40.35=0.49sT1=0.51s，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经查表，计算得各质点的水平地震作用按公式（5-6） (5-6)计算。将上述和代入可得 具体计算过程见表5-2。各楼层地震剪力按公式（5-7） (5-7)计算，结果列入表5-2。表5-2 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表Table 5-2 Cut the strength reckoner in every

32、particle horizontal horizontal earthquake function and floor earthquake层次Hi/mGi/KNGiHi/KNmGiHiGiHiFi/KNVi/KN827.451117.3030669.890.03089.5268.37724.659839.39242541.00.236707.4796.9621.359395.30200589.70.195585.11382.0518.059514.79171742.00.167500.91882.9414.759614.33141811.40.138413.62296.6311.45961

33、4.33110084.10.107321.12617.728.159614.2178355.810.076228.52846.214.8510975.0053228.750.052155.33001.5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5-1 图5-1 横向水平地震作用及楼层地震剪力Figure 5-1 crosswise horizontal earthquake function and floor earthquake shearing force5.1.3 多遇水平地震作用下的位移验算水平地震作用下框架结构的层间位移ui和顶点位移ui分别按公式5-8和公式5-9。 （

34、5-8） （5-9）计算。计算过程见表5-3。表中还计算了各层的层间弹性位移角。表5-3 横向水平地震作用下的位移验算Table 5-3 Displacement checking computations under horizontal horizontal earthquake function层次Vi/KNDi/N/mmui /mmui /mmhi /mme=7796.915726160.519.5333001/651261382.015726160.889.0233001/375551882.915726161.208.1433001/275642296.615726161.466.

35、9533001/226032617.715726161.665.4833001/198322846.216842601.693.8233001/195313001.514088402.132.1348501/2277由表5-3可见，最大层间弹性位移角发生在第2层，其值为1/19531/550，满足要求，其中限值。5.1.4 水平地震作用下框架内力计算以结构图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公式5-10和公式5-11。 (5-10) (5-11)计算，其中Dij取自表4-3，Dij取自表4-6，层间剪力取自表5-2。各柱反弯点高度比y按公式

36、5-12 (5-12)确定。本设计中底层柱需要考虑修正值y2，第二层柱需考虑修正值y1和y3，其余柱均无修正。具体计算过程及结果见表5-4和表5-5。表5-4 各层边柱端弯矩及剪力计算Table 5-4 Curved square of post end of every side layer and cutting strength calculated层次hi/mVi/KNDijN/mm边 柱Di1N/mmVi1KNKymMijbKNmMijuKNm73.30796.915726163288916.670.8730.3519.2535.7563.301382.015726163288928.900.8730.438.1557.2353.301882.915726163288939.380.8730.4558.4871.4743.302296.615726163288948.030.8730.4571.3287.1733.302617.715726163288954.740.8730.590.3390.3323.302846.216842603537759.780.9710.48595.68101.6014.853001.514088403073365.480.8140.673213.71103.84表5-5各层中柱端弯矩及剪力计算