1、河合肥工业 大学本科毕业设 计（论文） 1/82 7/8/2018 摘 要 本次毕业设计是一幢 行政办公楼，主要进行的是 结构设计部分。结构设计简而言之就是用结构语言来表达工程师所要表达的东西。结构语言就是结构师从建筑及其它专业图纸中所提炼简化出来的结构元素 ， 包括基础 、墙 、 柱 、 梁 、 板 、 楼梯 、 大样细部 图 等等。然后用这些结构元素来构成建筑物或构筑物的结构体系，包括竖向和水平的承重及抗力体系 ，再 把各种情况产生的荷载以最简洁的方式传递至基础。 结构设计的阶段大体可以分为三个阶段 ： 一 结构方案阶段：根据建筑的重要性，建筑所在地的抗震设防烈度，工程地质勘查报告，建筑场
2、地的类别及建筑 的高度和层数来确定建筑的结构形式 ，本工程采用的是 框架结构 ； 二 结构计算阶段 ：包括 荷载计算 、 内力计算和构件 计 算 ； 三 施工图设计阶段 ： 根据上述计算结果，来最终确定构件布置和构件配筋以及根据规范的要求来确定结构构件的构造措施。 关键词： 结构设计 ； 荷载计算 ；节点验算； 目 录 1 绪 论 . . 1 1 . 1 工 程 背 景 . . 1 1.1 . 1 设 计 资 料 . . 2 1 . 1 . 2 材料 . . 2 1 . 2 工程特点 . . . . . 2 1 . 3 本章小结 . . . . . 3 2 结构设计 . .4 2 . 1 框
3、架 结 构 设 计 计 算 . 4 2 . 1 . 1 工 程 概 况 . . 4 2 . 1 . 2 设 计 资 料 . . 4 2 . 1 . 3 梁 柱 截 面 、 梁 跨 度 及 柱 高 度 的 确 定 5 2 . 1 . 4 荷 载 计 算 . . 7 2 . 1 . 5 水 平 地 震 作 用 下 框 架 的 侧 向 位 移 验 算 13 2 . 1 . 6 水 平 地 震 作 用 下 横向 框 架 的 内 力 分 析 18 2 . 1 . 5 竖 向 荷 载 作用下 横向 框 架 的 内 力 分 析 23 2 . 1 . 8 内 力 组 合 . . 36 河合肥工业 大学本科毕业
4、设 计（论文） 2/82 7/8/2018 2 . 1 . 9 截 面 设 计 . . 46 2 . 2 板 的 计 算 . . 69 2.2 . 1 设 计 资 料 . 69 2.2 . 2 楼 面 板 . . 69 2.2 . 3 屋 面 板 . . 74 2.3 楼 梯 设 计 . . 79 2.3 . 1 计算简图及截面尺寸 . 79 2.3 . 2 设 计 资 料 . 80 2.3 . 3 梯 段 板 计 算 . 80 2.3 . 4 平 台 板 计 算 . 81 2.3 . 5 平 台 梁 计 算 . 82 2.4 基础设计 . . 8 3 2.4 . 1 设计资料 . 83 2.
5、4 . 2 基 础 截 面 确 定 . 83 2.4 . 3 基 础 梁 内 力 计 算 . 84 2.5 本 章 小 结 . . 8 8 3 . 结 论 . . 89 致 谢 . . . . . . . 9 0 参 考 文 献 . . . . 9 1 1.绪 论 1.1 工程 背景 本项目为 9 层钢筋混凝土框架结构体系，占地面积约为 960.96 m2，总建筑面积约为 8811.84 m2；层高 3.6m,平面尺寸为 18.3m52.0m。采用桩基础，室内地坪为 0.000m，室外内高差 0.6m。 框架梁、柱 、楼面、屋面板板均为现浇。 1.1.1 设计资料 1.1.1.1 气象资料 夏
6、季最高气温 42.3C ，冬季室外气温最低 9C 。 冻土深度 25cm，基本风荷载 W。 =0.35kN/ m2；基本雪荷载为 0.2 kN/ m2。 年降水量 680mm。 1.1.1.2 地质条件 建筑场地地形平坦，地基土成因类型为冰水洪积层。自上而下叙述如下： 河合肥工业 大学本科毕业设 计（论文） 3/82 7/8/2018 新近沉积层（第一层），粉质粘土，厚度 0.51.0米，岩性特点，团粒状大孔结构，欠压密。 粉质粘土层（第二层），地质主要岩性为黄褐色分之粘土，硬塑状态，具有大孔结构，厚度约 3.0米 , qsk=3540kPa。 粉质粘土层（第三层），地质岩性为褐黄色粉质粘土，
7、具微层理，含铁锰结核，可塑状态，厚度 3.5米， qsk=3035kPa。 粉质粘土层（第四层），岩性为褐黄色粉质粘土，具微层理，含铁锰结核，硬塑状态，厚度未揭露，qsk=4060kPa,qpk=15002000kPa。 不考虑地下水。 1.1.1.3 地基土指标 自然容重 1.90g/cm2，液限 25.5，塑性指数 9.1，空隙比 0.683，计算强度 150kp/m2。 1.1.1.4 地震设防烈度 7 度 1.1.1.5 抗震等级 三级 1.1.1.6 设计地震分组 场地为 1类一组 Tg（ s） =0.25s max 0.16 （表 3.8高层建筑结构） 1.1.2 材料 柱采用 C
8、30，纵筋采用 HRB335，箍筋采用 HPB235，梁采用 C30，纵筋采用 HRB335，箍筋采用 HPB235。基础采用 C30，纵筋采用 HRB400，箍筋采用 HPB235。 1.2 工程特点 本工程为九层，主体高度为 32.4 米，属高层建筑 。 高层建筑采用的结构可分为钢筋混凝土结构、钢结构、钢 -钢筋混凝土组合结构等类型。根据不同结构类型的特点，正确选用材料，就成为经济合理地建造高层建筑的一个重要方面。经过结构论证以及设计任务书等实际情况，以及本建筑自身的特点，决定采用钢筋混凝土结构。 在高层建筑中，抵抗水平力成为确定和设计结构体系的关键问题。高层建筑中常用的结构体系有框架、剪
9、力墙、框架 -剪力墙、筒体以及它们的组合。 高层建筑随着层数和高度的增加水平作用对高层建筑机构安全的控制作用更加显著，包括地震作用和风荷载，高层建筑的承载能力、抗侧刚度、抗震 性能、材料用量和造价高低，与其所采用的机构体系又密切的相关。不同的结构体系，适用于不同的层数、高度和功能。 框架结构体系是由梁、柱构件通过节点连接构成，既承受竖向荷载，也承受水平荷载的结构体系。这种体系适用于多层建筑及高度不大的高层建筑。本建筑采用的是 框架机构体系， 框架结构的优点是建筑平面布置灵活，框架结构可通过合理的设计，使之具有良好的抗震性能；框架结构构件类型少，易于标准化、定型化；可以采用预制构件，也易于采用定
10、型模板而做成现浇结构，本建筑采用的现浇结构。 由于本次设计是办公楼设计，要求有灵活的空间布置 ，和较高的抗震等级，故采用钢筋混凝土框架结构体系。 1.3 本章小结 本章主要论述了本次设计的工程概况、相关的设计资料、高层建筑的一些特点以及综合本次设计所确定的结河合肥工业 大学本科毕业设 计（论文） 4/82 7/8/2018 构体系类型。 2.结构设计 2.1框架结构设计计算 2.1.1 工程概况 本项目为 9 层钢筋混凝土框架结构体系，占地面积约为 960.96 m2，总建筑面积约为 8811.84 m2；层高 3.6m平面尺寸为 18.3m52.0m。采用桩基础，室内地坪为 0.000m，室
11、外内高差 0.6m。 框架平面同柱网布置如下图： 图 2-1 框架平面柱网布置 框 架梁柱现浇，屋面及楼面采用 100mm厚现浇钢筋混凝土。 2.1.2 设计资料 2.1.2.1 气象条件 : 基本风荷载 W。 =0.35kN/ m2;基本雪荷载为 0.2 KN/ m2。 2.1.2.2 楼、屋面使用荷载： 走道： 2.5kN/ m2；消防楼梯 2.5kN/ m2；办公室 2.0kN/ m2；机房 8.0kN/ m2，为安全考虑，均按 2.5kN/ m2 计算。 2.1.2.3 工程地质条件： 建筑物场地地形平坦，地基土成因类型为冰水洪积层。自上而下 叙述如下： 新近沉积层（第一层），粉质粘土
12、，厚度 0.51.0米 ，岩性特点，团粒状大孔结构，欠压密。 粉质粘土层（第二层），地质主要岩性为黄褐色分之粘土，硬塑状态，具有大孔结构，厚度约3.0米 , 30 35skq kPa 粉质粘土层（第三层），地质岩性为褐黄色粉质粘土，具微层理，含铁锰结核，可塑状态，厚度 3.5米， 30 35skq kPa 粉质粘土层（第四层），岩性为褐黄色粉质粘土，具微层理，含铁锰结核，硬塑状态，厚度未河合肥工业 大学本科毕业设 计（论文） 5/82 7/8/2018 揭露， 3 0 3 5 , 1 5 0 0 2 0 0 0s k p kq k P a q k P a 不考虑地下水。 场地位 1类一 组 T
13、g（ s） =0.25s max 0.16 （表 3.8高层建筑结构） 2.1.2.4 屋面及楼面做法： 屋面做法： 20mm厚 1： 2水泥砂浆找平； 100 140mm厚（ 2%找坡）膨胀珍珠岩； 100mm厚现浇钢筋混凝土楼板； 15mm厚纸筋石灰抹灰。楼面做饭： 25mm厚水泥砂浆面层； 100mm厚现浇钢筋混凝土楼板 15mm纸筋石灰抹灰 2.1.3 梁柱截面、梁跨度及柱高度的确定 2.1.3.1 初估截面尺寸 (1)柱 ： bh=600mm600mm (2)梁：梁编号如下图 ： L1: h=(1/12 1/8)7800=650 975 取 h=700mm b=(1/3 1/2)H=
14、(1/3 1/2)700=233 350 取 b=300mm L2: h=(1/12 1/8)2700=225 338 取 h=450mm b=(1/3 1/2)H=(1/3 1/2)450=130 225 取 b=250mm L3: h=(1/12 1/8)4000=333 500 取 h=450mm b=(1/3 1/2)H=(1/3 1/2)450=150 225 取 b=250mm L4: h=(1/12 1/8)3600=300 450 取 h=400mm b=(1/3 1/2)H=(1/3 1/2)400=133 200 取 b=250mm L5: h=(1/12 1/8)2400
15、=200 300 取 h=400mm b=(1/3 1/2)H=(1/3 1/2)400=133 200 取 b=250mm L6: h=(1/12 1/8)8000=667 1000 取 h=700mm b=(1/3 1/2)H=(1/3 1/2)700=233 350 取 b=300mm 图 2-2 框架梁编号 2.1.3.2 梁的计算跨度 框架梁的计算跨度以上柱形心为准，由于建筑轴线与柱轴线重合，故计算跨度如下： 河合肥工业 大学本科毕业设 计（论文） 6/82 7/8/2018 图 2-3 梁的计算跨度 2.1.3.3 柱高度 底层柱 h=3.6+0.6+0.5=4.7m 其 他层 h
16、=3.6m 1 1 1 1图 2-4 横向框架计算简图及柱编号 2.1.4 荷载计算 2.1.4.1 屋面均布恒载 二毡三油防水层 0.35 kN/ m2 冷底子有热玛蹄脂 0.05 kN/ m2 20mm厚 1： 2水泥砂浆找平 0.02 20=0.4 kN/ m2 100 140厚 (2%坡度 )膨胀珍珠岩 (0.1+0.14)7/2=0.84 kN/ m2 河合肥工业 大学本科毕业设 计（论文） 7/82 7/8/2018 100mm厚现浇钢筋混凝土楼板 0.125=2.5 kN/ m2 15mm厚纸筋石灰抹底 0.01516=0.24 kN/ m2 共计 4.38 kN/ m2 屋面恒
17、载标准值为： （ 52+0.24） （ 7.82+2.7+0.24） 4.38=4242.16 kN 2.1.4.2 楼面均布恒载 按楼面做法逐项计算 25厚水泥砂浆找平 0.02520=0.05 kN/ m2 100厚现浇钢筋混凝土楼板 0.125=2.5 kN/ m2 15厚纸筋石灰抹灰 0.01516=0.24 kN/ m2 共计 3.24 kN/ m2 楼面恒 载标准值为： （ 52+0.24） （ 7.82+2.7+0.24） 3.24=3180.04 kN 2.1.4.3 屋面均布活载 计算重力荷载代表值时，仅考虑屋面雪荷载： 0.2（ 52+0.24） （ 7.82+2.7+0.
18、24） =197.71 kN 2.1.4.4 楼面均布活荷载 楼面均布活荷载对于办公楼一般房间为 22.0KN/ m2，走道、消防楼梯为 2.5 kN/ m2，为计算方便，偏安全的统一取均布活荷为 2.5 kN/ m2。 楼面均布活荷载标准值为： 2.5（ 52+0.24） （ 7.82+2.7+0.24） =2421.32 kN 2.1.4.5 梁柱自重（包括梁侧、梁底、柱的抹灰重量） L1： bh=0.3m0.7m 长度 7.2m 每根重量 0.77.225（ 0.022+0.3） =42.84 kN 根数 1529=270根 L2： bh=0.25m0.45m 长度 2.1m 每根重量
19、0.452.125（ 0.022+0.25） =6.85 kN 根数 159=135根 L3： bh=0.25m0.45m 长度 3.4m 每根重量 0.453.425（ 0.022+0.25） =11.09 kN 根数 1629=288根 L4： bh=0.25m0.4m 长度 3.0m 每根重量 0.4325（ 0.022+0.25） =8.7 kN 根数 89=72根 L5： bh=0.25m0.4m 长度 1.8m 河合肥工业 大学本科毕业设 计（论文） 8/82 7/8/2018 每根重量 0.41.825（ 0.022+0.25） =5.22 kN 根数 89=72根 L6： bh
20、=0.3m0.7m 长度 7.4m 每根重量 0.77.425（ 0.022+0.3） =44.03 kN 根数 49=36根 Z1： 截面 0.60.6 m2 长度 4.7m 每根重量 （ 0.6+0.022） 4.725=48.13 kN 根数 144=56根 Z2： 截面 0.60.6 m2 长度 3.6m 每根重量 （ 0.6+0.022） 3.625=36.86 kN 根数 1448=448根 表 2-1 梁柱自重 梁（柱）编 号 截面（ m2） 长度（ m） 根数 每根重量（ kN） L1 0.30.7 7.20 270 42.84 L2 0.250.45 2.1 135 6.85
21、 L3 0.250.45 3.4 288 11.09 L4 0.250.4 3.0 72 8.70 L5 0.250.4 1.8 72 5.22 L6 0.30.7 7.40 36 44.03 Z1 0.60.6 4.7 56 48.13 Z2 0.60.6 3.6 448 36.86 2.1.4.6 墙体自重 外墙墙厚 240mm，采用瓷砖贴面；内墙墙厚 120mm，采用水泥砂浆抹面，内外墙均采用粉煤灰空心砌块砌筑。 单位面积外墙体重量为： 7.00.24=1.68 kN/ m2 单位面积外墙贴面重量为： 0.5 kN/ m2 单位面积内墙体重量为： 7.00.12=0.84 kN/ m2
22、单位面积内墙贴面重量为（双面抹面）： 0.362=0.72 kN/ m2 表 2-2 墙体自重 墙体 每片面积（ m2） 片数 重量（ KN） 底 3.44.25 16 外墙墙体 388.41 881.46 河合肥工业 大学本科毕业设 计（论文） 9/82 7/8/2018 层 纵 墙 外 墙 外墙墙面 115.6 3.04.30 4 外墙墙体 86.69 外墙墙面 25.8 1.84.30 4 外墙墙体 52.01 外墙墙面 15.48 7.44.00 2 外墙墙体 99.56 外墙墙面 29.6 内 墙 3.44.25 16 内墙墙体 194.21 400.92 内墙墙面 166.46 3
23、.04.30 2 内墙墙体 21.67 内墙墙面 18.78 底 层 横 墙 外 墙 7.24.0 4 外墙墙体 96.77 207.56 外墙墙面 82.94 2.14.25 2 外墙墙体 15.0 外墙墙面 12.85 内 墙 7.24.0 16 内墙墙体 387.07 718.85 内墙墙面 331.78 外 墙 3.43.15 16 外墙墙体 287.89 外墙墙面 85.68 续表 2-2 墙体 每片面积（） 片数 重量（ kN） 其 他 层 纵 墙 外 墙 3.03.20 4 外墙墙体 64.51 601.08 外墙墙面 19.2 1.803.20 4 外墙墙体 38.71 外墙墙
24、面 11.52 7.42.90 2 外墙墙体 72.11 外墙墙面 21.46 内 墙 3.43.15 16 内墙墙体 143.94 351.69 内墙墙面 123.38 3.03.20 2 内墙墙体 16.13 内墙墙面 13.82 1.83.20 2 内墙墙体 9.68 内墙墙面 8.29 7.42.90 1 内墙墙体 18.03 河合肥工业 大学本科毕业设 计（论文） 10/82 7/8/2018 内墙墙面 15.45 其 他 层 横 墙 外 墙 7.22.90 4 外墙墙体 140.37 210.48 外墙墙面 41.76 2.13.15 2 外墙墙体 22.23 外墙墙面 6.12
25、内 墙 7.22.90 16 内墙墙体 280.62 514.48 内墙墙面 233.86 2.1.4.7 荷载总汇 顶层重力荷载代表值包括屋面恒载 +50%屋面雪载 +纵横梁自重 +半层柱自重 +半层墙体自重。 顶层恒载 1Q ： 4242.16kN 顶层活载 2Q ： 193.71kN 顶层梁自重 3Q ： 1L + 2L + 3L + 4L + 5L + 6L =42.8430+6.8515+11.0932+8.78+5.228+44.034 =2030.31kN 顶层柱自重 4Q ： 36.8656=2064.16kN 顶层墙自重 5Q ： 601.08+351.69+210.48+5
26、14.48=1677.73 kN 9G = 1Q +1/2 2Q + 3Q +1/2 4Q +1/2 5Q =9759.58 kN 其他层重力荷载代表值包括楼面恒载 +50%活载 +纵横梁自重 +楼面上下各半层的柱及纵横墙体自重。 8G =3138.04+1/22421.32+42.8430+6.8515+11.0932+8.78 +5.228+44.034+36.8656+1677.73=10120.9 kN 8 7 6 5 4 3 2 G G G G G G G 10120.9 kN 1G =3138.04+1/22421.32+42.8430+6.8515+11.0932+8.78+5.
27、228 +44.034+1/236.8656+1/248.1356=10967.52kN 门窗荷载计算 M-1、 M-2采用钢框门，单位面积钢框门重量为 0.4kN/ m2 M-3、 M-4采用木门，单位面积木门重量为 0.2 kN/ m2 C-1、 C-2、 C-3、 C-4、 C-5、 C-6均采用钢框玻璃窗，单位面积钢框玻璃窗重量为 0.45 kN/ 表 2-3 门窗重量计算 层号 门窗号 单位面积（ m2） 数量 重量 (kN) 底层 M-1 1.52.7 3 4.86 64.35 M-2 1.52.1 2 2.52 M-3 0.92.4 13 5.62 C-1 0.91.8 2 1.46
