6层办公楼建筑结构设计毕业设计论文.docx
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6层办公楼建筑结构设计毕业设计论文
6层办公楼建筑结构设计毕业设计论文
第一部分建筑设计
第一章建筑概况
本工程为武汉江夏一中办公楼,建筑地点为武汉市江夏经济开发区,场地面积为:
100m×75m。
建筑总层数为五层,各层层高均为3.6m,女儿墙高1.5m，主体结构高度为21.0m,建筑面积约3800m2。
该办公楼主要由以下用房组成：
办公室，会议室，展览室，接待室，服务用房及辅助用房。
本办公楼为现浇钢筋混凝土框架结构，无地下室,为利于结构抗震和施工的方便，左右基本对称。
该办公楼抗震设防烈度为7度，抗震等级为三级，设计地震分组为第一组,拟建场地土类型中软场地土,Ⅱ类建筑场地。
场地平坦,周围无相邻建筑物。
基础采用柱下独立基础，基础埋深为0.6，室内外高差为0.45m，所以底层柱高3.6+0.5+0.45=4.55m。
考虑到武汉的天气情况,最高气温39℃,最低气温-4℃,主导风向夏季为东南风,冬季为西北风。
基本风压0.35KN／㎡,基本雪压0.5KN／㎡。
本工程建筑功能为公共建筑，使用年限为50年；建筑平面的纵轴轴距为3.6m，横轴轴距为6.3m，2.4m和6.3m，本工程耐火等级为一级。
第二章地质资料
地质水文条件：
场地平坦，周围无相邻建筑物。
自上而下土层分布情况为：
1、填土，褐黄色，松散，湿，以粘土为主，局部含块石和植物根系，层厚1m，不宜作为拟建建筑物的基础持力层。
②、粉质黏土，褐黄色，可塑，湿，含褐色铁锰氧化物结核，层厚1m，fak=200Kpa,Es=7.7Mpa。
③、粉质黏土，褐黄色，硬塑，湿，含褐色铁锰氧化物结核，该层未穿透，fak=200Kpa,Es=7.7Mpa。
场地土15m深度范围内无液化土层。
第三章建筑材料
1.混凝土：
梁、板、柱均使用C25混凝土。
2.钢筋：
钢筋采用热轧钢筋HPB235、HRB335和HRB400。
3.墙体：
a.外墙采用240厚填充混凝土砌块，一侧墙体为灰白色仿麻石面砖，一侧为20mm厚抹灰；
b.内隔墙采用240厚加气混凝土砌块,两侧均为20mm厚抹灰；
c.卫生间隔墙采用240厚加气混凝土砌块，两侧贴瓷砖；
d.女儿墙采用240厚灰砂砖墙两侧均为200厚抹灰，墙高1500mm。
4.楼面、地面：
均采用大理石。
5.屋面：
采用合成高分子涂膜防水材料。
6.门：
除出入口大门为玻璃门外，其余均为木门。
第二部分结构设计
第一章结构计算简图及主要构件尺寸的确定
1.1计算简图的确定
根据建筑功能要求及建筑施工布置图，本工程采用全现浇框架结构。
结构平面布置图见下图，取
-
轴的一榀框架进行计算。
设计内容包括框架计算单元、计算简图的确定，框架受到的各种荷载计算，各种荷载作用下框架的内力计算、内力组合及截面配筋计算。
结构平面布置图
1.2主要构件尺寸的确定
1.2.1梁截面确定
梁高h=（1/12~1/8）L
边跨（AB，CD）梁：
h=（1/8~1/12）L=（1/8~1/12）×6300=788~525mm，取h=600mm;
b=（1/2~1/3）h=（1/2~1/3）×600=300~200mm，取b=250mm
中跨（BC）梁：
h=（1/8~1/12）L=（1/8~1/12）×2400=300~200mm，取h=500mm;
b=（1/2~1/3）h=（1/2~1/3）×500=250~167mm，取b=250mm
边柱（A轴，D轴）连系梁：
h=600mm,b=250mm;
中柱（B轴，C轴）连系梁：
h=500mm,b=250mm;
1.2.2框架柱：
框架柱采用C25混凝土，截面尺寸的选定，是通过其轴压比限值实现的，相关公式如下：
Ac≥N/μfc（2—1）
N=βAGn（2—2）
其中，n为验算截面以上楼层层数，G为折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，框架结构近似取13kN/m2，A为按简支状态计算柱的负载面积，β为考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，通常边柱取1.3，不等跨内柱取1.2，等跨内柱取1.2。
抗震等级三级的框架结构轴压比μ=0.9。
-
轴和
-
轴边柱：
Ac=N/μfc=（1.3×3.6×（2.4+3.6）/2×14×103×5）/0.9×11.9=66529mm2。
-
轴和
-
轴边柱：
Ac=N/μfc=（1.3×3.6×6.3/2×14×103×5）/0.9×11.9=96353mm2。
中柱：
Ac=N/μfc=（1.2×3.6×（6.3+2.4）×14×103×5）/0.9×11.9=122824mm2
综上所述：
取柱截面尺寸为500mm×500mm.
1.2.3板厚度确定：
楼盖及屋盖采用现浇混凝土板。
由双向板L/40=3600/40=90mm
构造要求：
民用建筑h≥80mm综上：
板厚h=100mm。
1.2.4梁线刚度计算：
横梁线刚度计算过程，对于现浇楼面的梁，为考虑楼板对梁的影响：
一边有楼板时Ib=1.5I0
两边有楼板时Ib=2.0I0
式中，I0为按矩形截面计算的截面惯性矩：
I0=bh3/12。
C25混凝土弹性模量为:
E=2.8×104N/mm2。
梁截面惯性矩:
AB,CD边跨:
i=2EIb/L1=2×2.8×104×0.25×0.63/（12×6.3）=4.0×104KN·m
BC中跨:
i=2EIb/L1=2×2.8×104×0.25×0.53/（12×2.4）=6.07×104KN·m
1.2.5柱线刚度计算：
底层柱：
Ib=I0=bh3/12
i=EIb/L1=2.8×104×0.54/（12×4.55）=3.2×104KN·m
2～5层柱：
Ib=I0=bh3/12
i=EIb/L1=2.8×104×0.54/（12×3.6）=4.04×104KN·m
框架线刚度计算如下图如下图示：
框架结构梁柱线刚度计算简图
第二章结构荷载计算
计算单元如下图示：
（取部分作图表示）笔下文学--笔趣阁
2.1恒荷载计算
2.1.1屋面框架梁线恒荷载标准值：
20厚水泥混凝土找平0.02m×20KN/m3=0.4KN/㎡
120厚（12%找坡）膨胀珍珠岩0.12m×7KN/m3=0.84KN/㎡
100厚现浇钢筋混凝土板厚0.1m×25KN/m3=2.5KN/㎡
15厚纸筋石灰抹底0.015m×16KN/m3=0.24KN/㎡
屋面恒荷载小计3.98KN/㎡
边框架梁自重：
0.25×0.6×25=3.75KN/m
边框架梁粉刷：
2×（0.6-0.1）×0.02×17=0.34KN/m
中框架梁自重：
0.25×0.5×25=3.13KN/m
中框架梁粉刷：
2×（0.5-0.1）×0.02×17=0.27KN/m
则作用在屋面框架梁上线荷载标准值为：
g5AB1=4.09KN/m
g5BC1=3.40KN/m
g5AB2=3.98×3.6=14.33KN/m
g5BC2=3.98×2.4=9.55KN/m
2.1.2楼面框架梁线荷载标准值：
25厚水泥砂浆（M7.5）找平0.025m×20KN/m3=0.5KN/㎡
100厚现浇钢筋混凝土板厚0.1m×25KN/m3=2.5KN/㎡
15厚纸筋石灰抹底0.015m×16KN/m3=0.24KN/㎡
楼面恒荷载小计3.24KN/㎡
边框架梁自重及粉刷3.75+0.34=4.09KN/m
中框架梁自重及粉刷3.13+0.27=3.40KN/m
边跨填充墙自重0.24×（3.6-0.6）×19=13.68KN/m
边跨填充墙粉刷2×0.02×（3.6-0.6）×17=2.04KN/m
则作用在楼面框架梁上线荷载标准值为：
gAB1=4.09+13.68+2.04=19.81KN/m
gBC1=3.4KN/m
gAB2=3.24×3.6=11.66KN/m
gBC2=3.24×2.4=7.78KN/m
2.1.3屋面框架梁节点集中荷载标准值：
边柱连系梁自重0.25×0.6×3.6×25=13.5KN
边柱连系梁粉刷2×（0.6-0.1）×0.02×3.6×17=1.22KN
连系梁传来的屋面自重1/2×3.6×1/2×3.6×3.98=12.9KN
1.5m女儿墙自重及粉刷1.5×3.6×0.24×19+2×1.5×3.6×0.02×17=28.3KN
顶层边柱节点集中荷载小计Q5A=Q5D=55.92KN
中柱连系梁自重0.25×0.5×3.6×25=11.25KN
中柱连系梁粉刷2×（0.5-0.1）×0.02×3.6×17=0.98KN
连系梁传来的屋面自重
1/2×（3.6+3.6-2.4）×1/2×3.98+1/2×3.6×1.2×3.98=20.06KN
顶层中柱节点集中荷载小计Q5B=Q5C=32.29KN
2.1.4楼面框架节点集中荷载标准值
边柱连系梁自重及粉刷14.72KN
连系梁传来的楼面自重1/2×3.6×1/2×3.6×3.24=10.5KN
铝合金窗1.8×2.1×0.45=1.70KN
除窗外墙体自重0.24×（6.3-0.5）×（3.6-0.6）×19=79.3KN
除窗外墙面粉刷0.02×（6.3-0.5）×（3.6-0.6）×17=5.92KN
框架柱自重0.5×0.5×3.6×25=22.5KN
框架柱粉刷1.0×0.02×3.6×17=1.22KN
中间层边柱节点集中荷载GA=135.86KN
中柱连系梁自重及粉刷12.23KN
扣除门洞重加上门重-1.0×2.4×（5.24-0.2）=-12.10KN
连系梁传来楼面自重
1/2×（3.6×2-2.4）×2.4×3.24+1/2×3.6×1.2×3.24=25.66KN
墙体自重0.24×（3.6-0.5）×（3.6-0.5）×19=43.82KN
墙面粉刷2×0.02×（3.6-0.5）×（3.6-0.5）×17=6.53KN
框架柱自重及粉刷22.5+1.22=23.72KN
中间层中柱节点集中荷载GB=99.86K
第三章恒载作用下内力计算
3.1计算简图
计算简图
3.2荷载等效
1＝
＝3.6/2×6.3＝0.29
顶层边跨
顶层中跨
中间层边跨
中间层中跨
荷载等效后的计算简图如下:
3.3固端弯矩计算：
顶层边跨:
M5AB=1/12×16.36×6.32=54.11KN/m
顶层中间跨:
M5BC=1/3×9.37×1.22=4.5KN/m
中间层边跨:
MAB=1/12×29.8×6.32=98.56KN/m
中间层中跨:
MBC=1/3×8.26×1.22=3.96KN/m
3.4计算弯矩（取半结构计算）弯矩二次分配法
3.4.1梁的线刚度
边跨梁
kb=14.29×10-4×28×106=4.0×104
中跨梁
kb=21.7×10-4×28×106=6.07×104
3.4.2柱的线刚度
底层柱：
kb=11.08×10-4×28×106=31×103
上部各层柱：
kb=14.46×10-4×28×106=40.5×103
3.4.3梁、柱转动刚度及相对转动刚度
具体计算步骤：
（1）首先计算框架各杆件的线刚度及分配系数。
（2）计算框架各层梁端在竖向荷载作用下的固端弯矩。
（3）计算框架各节点处的不平衡弯矩，并将每一节点处的不平衡弯矩同时进行分配并向远端传递，传递系数为1/2。
（4）进行两次分配后结束（仅传递一次，但分配两次）。
梁、柱转动刚度及相对转动刚度
构件名称
转动刚度S（KN·m）
相对转动刚度S，
框架梁
边跨
4×4.0×104=160.0×103
1.318
中跨
2×6.07×104=121.4×103
1．000
框架柱
首层
4×3.2×104=128.0×103
1.054
其他层
4×4.04×104=161.6×103
1.331
分配系数按下式计算:
μ=S/∑S各节点杆件分配系数见下表
节点
∑S’ik
μ左梁
μ右梁
μ上柱
μ下柱
6
1.318+1.331=2.649
—
0.498
—
0.502
5
1.318+2×1.331=3.98
—
0.332
0.334
0.334
4
1.318+2×1.331=3.98
—
0.332
0.334
0.334
3
1.318+2×1.331=3.98
—
0.332
0.334
0.334
2
1.318+1.331+1.054=3.703
—
0.356
0.359
0.285
12
1.318+1.331+1.000=3.649
0.361
0.274
—
0.365
11
1.318+1.000+2×1.331=4.98
0.265
0.201
0.267
0.267
10
1.318+1.000+2×1.331=4.98
0.265
0.201
0.267
0.267
9
1.318+1.000+2×1.331=4.98
0265
0.201
0.267
0.267
8
1.318+1.000+1.054+1.331=4.703
0.280
0.213
0.283
0.224
恒荷载弯矩分配与传递：
上柱
下柱
右梁
左梁
上柱
下柱
右梁
0.502
0.498
0.361
0.365
0.274
-54.11
54.11
-4.5
27.16
26.95
-17.91
-18.11
-13.59
16.46
-8.96
13.48
-12.63
-3.77
-3.73
-0.31
-0.31
-0.23
39.85
-39.85
49.37
-31.05
-18.32
0.334
0.334
0.332
0.265
0.267
0.267
0.201
-98.56
98.56
-3.96
32.92
32.92
32.72
-25.07
-25.26
-25.26
-19.01
13.58
16.46
-12.54
16.36
-9.06
-12.63
-5.85
-5.85
-5.8
1.42
1.42
1.42
1.07
40.65
43.53
-84.18
91.27
-32.9
-36.47
-21.90
0.334
0.334
0.332
0.265
0.267
0.267
0.201
-98.56
98.56
-3.96
32.92
32.92
32.72
-25.07
-25.26
-25.26
-19.01
16.46
16.46
-12.54
16.36
-12.63
-12.63
-6.81
-6.81
-6.76
2.36
2.38
2.38
1.78
42.57
42.57
-85.14
92.21
-35.51
-35.51
-21.19
0.334
0.334
0.332
0.265
0.267
0.267
0.201
-98.56
98.56
-3.96
32.92
32.92
32.72
-25.07
-25.26
-25.26
-19.01
16.46
17.55
-12.54
16.36
-12.63
-13.39
-7.17
-7.17
-7.13
2.56
2.58
2.58
1.94
42.21
43.3
-85.51
92.41
-35.31
-36.07
-21.03
0.356
0.359
0.285
0.28
0.283
0.224
0.213
-98.56
98.56
-3.96
35.09
35.38
28.09
-26.49
-26.77
-21.19
-20.15
16.46
-13.25
14.05
-12.63
-1.14
-1.15
-0.92
-0.4
-0.4
-0.32
-0.3
50.41
34.23
-84.64
85.72
-39.8
-21.51
-24.41
17.12
-10.76
3.4.4梁跨中弯矩计算:
顶层
M5DC=1/8ql2-0.5（M左+M右）=1/8×11.36×6.32-0.5（39.85+49.37）=36.56kN·m
M5CB=1/8ql2-0.5（M左+M右）=1/8×9.37×2.42-0.5（18.32+18.32）=-11.58kN·m
四层：
M4DC=1/8ql2-0.5（M左+M右）=1/8×29.8×6.32-0.5（84.18+91.27）=70.38kN·m
M4CB=1/8ql2-0.5（M左+M右）=1/8×8.26×2.42-0.5（21.9+21.9）=-15.95kN·m
三层:
M3DC=1/8ql2-0.5（M左+M右）=1/8×29.8×6.32-0.5（85.14+92.21）=59.17kN·m
M3CB=1/8ql2-0.5（M左+M右）=1/8×8.26×2.42-0.5（21.19+21.19）=-15.24kN·m
二层：
M2DC=1/8ql2-0.5（M左+M右）=1/8×29.8×6.32-0.5（85.51+92.41）=58.89kN·m
M2CB=1/8ql2-0.5（M左+M右）=1/8×8.26×2.42-0.5（21.03+21.03）=-15.08kN·m
一层：
M1DC=1/8ql2-0.5（M左+M右）=1/8×29.8×6.32-0.5（84.64+85.72）=62.67kN·m
M1CB=1/8ql2-0.5（M左+M右）=1/8×8.26×2.42-0.5（24.41+24.41）=-18.46kN·m
恒载作用下弯矩图（单位：
kN·m）
3.4.5恒载下剪力、轴力计算
（1）梁端剪力可根据梁上竖向荷载引起的剪力与梁端弯矩引起的剪力相叠加而得：
荷载引起的剪力：
V左=V右=q1L1/2
（2）矩引起的剪力：
边跨：
V左=-V右=（M左+M右）/L
中跨：
V左=-V右=（M左+M右）/L
柱的轴力计算：
顶层柱顶轴力由节点剪力和节点集中力叠加得到，柱底轴力为柱顶轴力加上柱的自重。
其余层轴力计算同顶层，但需要考虑该层上部柱的轴力传递。
轴力和剪力计算结果见下表:
恒载作用下框架剪力和轴力计算（单位：
KN）
层
次
荷载引起剪力
杆端弯矩引起剪力
总剪力
柱轴力
边跨
中跨
边跨
中跨
边跨
中跨
边柱
中柱
V左=V右
V左=V右
V左=-V右
V左=-V右
V左
V右
柱顶
柱底
柱顶
柱底
5
51.53
11.24
1.51
0
53.04
50.02
11.24
108.96
131.46
93.55
116.05
4
93.87
9.9
1.23
0
95.1
92.64
9.9
362.42
318.45
318.45
340.95
3
93.87
9.9
1.12
0
94.99
92.75
9.9
615.77
638.27
543.46
565.96
2
93.87
9.9
1.10
0
94.97
92.77
9.9
869.1
869.1
768.49
790.99
1
93.87
9.9
0.17
0
94.04
93.7
9.9
1121.5
1144.0
994.45
1016.95
框架结构的剪力图和轴力图如下：
（单位：
kN）
第四章活荷载内力计算
4.1活荷载计算
由《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）查的办公楼面和屋面活荷载标准值：
上人屋面荷载标准值取2.0KN/m2；
楼面活荷载标准值取2.0KN/m2准值
4.1.1屋面框架梁线荷载标准值
q5AB=2.0×3.6=7.2KN/m
q5BC=2.0×3.6=7.2KN/m
4.1.2楼面框架梁线荷载标准值
qAB=2.0×3.6=7.2KN/m
qBC=2.5×2.4=6.0KN/m
4.1.3屋面框架梁节点集中荷载标准值
Q5A=1/2×3.6×1/2×3.6×2=6.48KN
Q5B=1/2×（3.6＋3.6－2.4）×2.0×1.2＋1/4×3.6×3.6×2.0=12.24KN
4.1.4楼面框架梁节点集中荷载标准值
Q5A=1/2×3.6×1/2×3.6×2=6.48KN
Q5B=1/2×（3.6＋3.6－2.4）×1.2×2.5＋1/4×3.6×3.6×2.0=13.68KN
4.2活荷载作用下内力计算
4.2.1计算简图如下：
4.2.2荷载等效
1＝
＝3.6/2×6.3＝0.29
顶层边跨
顶层中跨
中间层边跨
中间层中跨
荷载等效后的计算简图如下：
等效活荷载作用下计算简图（单位：
集中力KN,线荷载KN/m）
4.2.3固端弯矩计算
顶层边跨
顶层中跨
中间层边跨
中间层中跨
4.2.4计算弯矩（弯矩二次分配法）取对称结构计算
计算分配系数
节点
∑S’ik
μ左梁
μ右梁
μ上柱
μ下柱
6
1.318+1.331=2.649
—
0.498
—
0.502
5
1.318+2×1.331=3.98
—
0.332
0.334
0.334
4
1.318+2×1.331=3.98
—
0.332
0.334
0.334
3
1.318+2×1.331=3.98
—
0.332
0
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