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1、内蒙古工业大学本科毕业设计说明书学校代码 10128学号 200930606037 号:200930606037 本科毕业设计计算说明书（题 目：辽宁沈阳地区办公楼建筑结构设计学生姓名： 学 院：土木工程学院系 别：建筑工程系专 业：土木工程专业（建筑工程方向）班 级：土木09-（7）指导教师： 摘 要 本工程为辽宁沈阳消防队某办公楼，拟建于辽宁沈阳市区。主体结构为六层框架结构，建筑总面积4907.52，建筑高度20.4m，抗震设防烈度为7度。本设计中主要进行了结构方案中第4轴线的抗震设计。 设计内容包括建筑和结构两个部分，本说明书仅是结构部分的设计计算说明书，主要设计内容为：（1）结构选型，
2、截面尺寸的确定，计算重力荷载；（2）结构在地震作用下的内力计算，利用顶点位移法计算结构自振周期，用底部剪力法计算水平地震作用下侧移大小，进而用D值法求出水平荷载作用下结构内力；（3）用弯矩二次分配法计算一榀框架在竖向荷载作用下的内力；（4）内力组合，利用最不利内力进行梁、柱截面设计；（5）楼梯、楼板的截面设计；（6）基础截面设计。 关键词：框架结构；重力荷载；内力组合；抗震设防烈度；配筋计算Abstract This project is a office building in Liaoning Shenyang fire brigade, will be built in the Liao
3、ning District of Shenyang city. The main structure of six layer frame structure, a total construction area of 4907.52 square meters, building height 20.4m, seismic fortification intensity is 7 degrees. This design mainly for the anti-seismic design in the fourth axis. The design content includes two
4、 parts of buildings and structures, this manual is only calculation specification design structure part, the main content of the design is: (1) structure selection, determining the section size of the gravity load, calculation; (2) the calculation of internal forces of the structure under earthquake
5、, calculate self-vibration period use vertex from the displacement method, calculation horizontal seismic action side shift with the bottom shear method, and then use the D method to calculate the internal force of structure under horizontal loads; (3) the calculation of internal force under the ver
6、tical load of a frame bending moment two methods of distribution; (4) internal force combination, cross section of beam, column design with the most unfavorable internal force; (5) the section design of staircase, floor; (6) the section design basis.Keywords: frame structure; gravity load; the combi
7、nation of internal forces; seismic fortification intensity; reinforcement calculation 目 录 第1章 设计依据及工程概况 1.1设计依据- 1 - 1.2 工程概况- 1 - 1.2.1 工程简介- 1 - 1.2.2 气象、水文、地质条件- 1 - 1.3 标高及单位- 2 -第2章 结构方案与结构平面布置- 3 - 2.1 结构体系的选择- 3 - 2.2 结构布置- 3 - 2.2.1 平面布置原则- 3 - 2.2.2竖向布置原则- 3 - 2.2.3 变形缝的设置- 3 - 2.2.4 结构抗震等级
8、的确定- 4 - 2.2.5 基础方案- 5 -第3章 结构布置及计算简图- 6 - 3.1 梁截面尺寸的选择- 6 - 3.1.1 框架主梁尺寸确定- 7 - 3.1.2 结构布置- 7 - 3.1.3框架结构的计算简图- 7 - 3.2 计算梁柱的线刚度- 8 - 3.2.1梁的线刚度- 8 - 3.2.2柱的线刚度 - 8 - 3.2.3柱的抗侧刚度D- 9 -第4章 荷载计算- 9 - 4.1 荷载标准值计算- 9 - 4.1.1 屋面及楼面永久荷载标准值- 9 - 4.1.2 恒载计算-11 - 4.2.2 恒载计算- 12 - 4.2.3 活荷载计算- 13 - 4.2 各层重力荷
9、载代表值- 14 -第5章 水平地震作用框架侧移验算- 15 - 5. 1 横向框架侧移刚度计算- 15 - 5. 2 框架自振周期- 16 - 5.2.1 水平地震作用及楼层地震剪力计算- 16 - 5. 3多遇水平地震作用下的位移变形验算- 18 - 5.4 水平地震作用框架内力计算 - 18 - 5.4.1 水平地震作用框架内力计算- 23 - 5.5风荷载标准值计算及位移验算- 26 - 5.5.1 风荷载标准值计算- 26 -第6章 水平地震作用框架内力计算- 30 - 6.1各层柱端弯矩剪力计算- 26 - 6.1.1竖向荷载作用下内力计算- 30 - 6.1.2恒荷载在柱上的集中
10、荷载- 31 - 6.2横向空间结构内力计算- 32 - 6.2.1弯矩二次分配- 38 - 6.2.2梁端剪力计算- 32 - 6.3活载作用下弯矩剪力轴力- 32 - 6.3.1计算分配系数- 45 - 6.3.2活荷载弯矩二次分配- 48 - 6.3.3梁端剪力计算- 51 - 6.3.4柱子的剪力- 52 -第7章 横向框架内力组合- 56 - 7.1 结构抗震等级- 56 - 7.1.1框架梁内力组合- 56 - 7.2 框架梁柱内力组合- 57 -第8章 框架截面设计- 58 - 8.1 梁梁截面设计- 58 - 8.1.1 梁正截面受弯承载力计算- 58 - 8.1.2 梁斜截面
11、受剪承载力计算- 65 - 8.2 次梁截面设计- 69 - 8.2.1 荷载设计值- 69 - 8.2.2 荷载- 69 - 8.2.3 正截面受弯计算- 69 - 8.2.4 斜截面受剪承载力计算- 71 - 8.3框架柱截面设计- 71 - 8.3.1 柱截面尺寸验算- 71 - 8.3.2 柱正截面承载力计算- 75 - 8.3.3 柱的斜截面承载力计算- 78 - 8.3.4 框架梁柱节点验算- 80 -第9章 楼板设计- 83 - 9.1 楼面板布置图- 83 - 9.1.1 荷载设计值- 83 - 9.1.2 方案确定- 84 - 9.1.3 双向板计算：（取1米宽板带计算）-
12、84 - 9.1.4 截面设计- 85 - 9.2中跨单向板计算（C区格板）- 86 - 9.2.1 恒荷载设计值- 86 - 9.2.2 弯矩设计- 87 -第10章 楼梯设计- 88 - 10.1 梯段板设计- 88 - 10.1.1 荷载计算- 88 - 10.1.2 内力计算- 88 - 10.1.3 配筋计算- 88 - 10.2 平台板设计- 89 - 10.2.1 计算跨度- 89 - 10.2.2 荷载计算- 89 - 10.3 内力计算- 90 - 10.3.1 配筋计算- 90 - 10.4 平台梁设计- 90 - 10.4.1 平台梁截面-90 - 10.4.2荷载计算-
13、 90 - 10.4.3 内力计算- 91 - 10.4.4 配筋计算- 91 -第11章 雨篷设计- 93 - 11.1.雨篷设计 - 93 - 11.1.2 雨篷板抗弯强度计算- 93 - 11.1.3 设计简图- 93 - 11.1.4 内力计算- 94 - 11.1.5 配筋计算- 95 - 11.2 雨篷梁抗弯强度设计- 96 - 11.2.1 截面确定- 96 - 11.2.2 荷载计算- 96 - 11.2.3内力计算-97 - 11.2.4配筋计算- 97 - 11.3 雨篷梁抗剪抗扭计算- 98 - 11.3.1 内力计算- 98 - 11.3.2 验算截面尺寸- 99 -
14、第12章 基础设计- 100 - 12.1 设计资料- 100 - 12.1.1基础梁设计- 100 - 12.1.2荷载设计值- 101 - 12.1.3内力计算- 101 - 12.1.4截面设计- 102 - 12.1.5 斜截面受剪承载力计算- 103 -12.2 独立基础设计- 103 - 12.2.1 确定基础埋深- 103 - 12.2.2 基础选型- 103 - 12.3 边柱下独立基础- 104 - 12.3.1 初选基础底面尺寸- 104 - 12.3.2 验算持力层地基承载力- 104 - 12.3.3 基础抗冲切验算- 105 - 12.3.4 基础配筋计算- 106
15、- 第1章 设计依据及工程概况1.1设计依据1、辽宁沈阳消防队某办公楼结构设计任务书2、辽宁沈阳消防队某办公楼修建详细规划总平面图3、现行国家有关建筑设计规范规定：1） 建筑抗震设计规范GB 50011-20102） 混凝土结构设计规范GB 50010-20023） 建筑地基基础设计规范GB 50007-20024、采用标准图集民用建筑工程建筑施工图设计深度图样05系列建筑标准设计图集（DBJT03-22-2005）05J13建筑物抗震构造详图03G329-11.2 工程概况1.2.1 工程简介 1、本工程位于辽宁沈阳，场地类别为II类； 2、该办公楼建筑总面积4907.52，占地面积约为57
16、.614.2； 3、建筑层数为六层,首层层高3.9m，层高3.6m，建筑高度20.4m，室内外高差450mm； 4、建筑防火等级二级，安全等级二级； 5、抗震设防烈度：7度抗震等级三级。1.2.2 气象、水文、地质条件1、气象、水文冬季室外计算温度；绝对最高气温；绝对最低气温。全年平均最大降水量；日最大降水量基本风压；基本雪压。主导风向： 西北2、地质情况该场地较平坦，在勘探深度内土层组成自上而下依次为：1） 杂填土层：灰黄褐色，主要由砂质粉土，砖瓦、碎块及煤渣组成，厚度在0.3 m -1.5 m.（该土层不宜做天然地基）。2） 砂质粉土层：灰黄褐色，主要由粉土、粉砂组成，局部含砂量高，水平分
17、布较连续，厚度在1.4 m左右。3） 中粗砂层：灰黄褐色，主要由石英、长石、云母等组成，该层厚度在2.5 m -6 m之间。4） 砾砂混角砾层：灰褐色、黄褐色，主要成分石英、长石、云母等，钻孔未穿透该层。 表1-1 各层土的物理力学指标指标 土层容重（）承载力 压缩模量砂质粉土层1.85220105中粗砂层1.8280260砾砂混角砾层1.9350380最高地下水位-7m，土壤冻结深度-1.4m。1.3 标高及单位 1、本工程相对标高0.000，相当于绝对标高，有现场协商确定；2、 本工程标高以米（m）为单位，其它尺寸以毫米（mm）为单位。 第2章 结构方案与结构平面布置2.1 结构体系的选择
18、结构体系应满足使用功能的要求，尽可能的与建筑形式相一致，有足够的承载力、刚度和延性，施工简便，经济合理。砖混结构是以砌体墙作为竖向承重体系，来支承由其他材料构成的屋盖系统或楼面及屋盖系统的一种常用结构形式。由于墙体材料来源丰富，施工方便，对建筑平面的适应性强，因此大量应用于低层和多层的民用建筑。框架结构建筑平面布置灵活，能获得较大的空间，建筑立面容易处理，结构自重较轻，计算理论比较成熟，在一定的高度范围内造价较低。框剪结构是框架与剪力墙缓和承重的结构形式，在抗震上优于砖混结构与框架结构，通常用于高层建筑。根据建筑高度和功能的要求，本工程选用的结构体系为现浇钢筋混凝土框架结构体系。2.2 结构布
19、置2.2.1 平面布置原则综合抗震设防烈度为二级建筑形体，在震害中的受损情况，平面布置应符合下列要求： (1)平面布置宜简单、规则、对称，减少偏心，否则应考虑扭转的不利影响； (2)平面长度不宜过长，7度抗震时要求长宽比不宜大于6； (3)平面宜平整、规则、受力均匀，力的传递路线清晰，尽量避免不规则的平面形状，如有必须，则需设置抗震缝。2.2.2竖向布置原则 建筑的立面和竖向剖面力求规则，结构的侧向刚度均匀变化，避免刚度突变；竖向抗侧力构件截面和材料强度等级自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。 当存在平面不规则（扭转不规则、凹凸不规则、楼板局部不连续）、竖向不规则（侧向刚度
20、不规则、竖向抗侧力构件不连续、楼层承载力突变）、平面不规则和竖向不规则同时发生时，应按抗震规范要求进行水平地震作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施。2.2.3 变形缝的设置变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝（1）伸缩缝要求把建筑的墙体、楼板、屋地面全部断开，基础部分受温度的影响很小，不需断开。钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距，混凝土结构设计规范规定，现浇式框架结构最大间距为55m。（2）沉降缝在下列情况下均需设置：同一建筑物相邻部分的高差较大或荷载悬殊或是结构形式变化较大，易导致地基沉降不均匀时；建筑物各部分相邻基础形式，宽度及埋置深度相差较大，造成基础底部压力相差很大，易形成
21、不均匀沉降时；建筑物建造在不同的地基上时，且难于保证均匀沉降时；建筑物体型比较复杂，连接部位又比较薄弱时；新建筑物与原有建筑物紧密相连时。（3）抗震缝在下列情况下均需设置：建筑立面高差在6m以上；建筑物有错层且错层高差较大；建筑物相邻各部分结构刚度、质量截然不同时。防震缝的最小宽度按建筑抗震设计规范规定，框架结构房屋当高度不超过15m时不应小于100mm；超过15m时，6度、7度、8度和9度相应每增加高度5m、4m、3m、2m,宜加宽20mm。根据以上规定和实际情况，本设计设置两条120mm宽的防震缝，并将房屋结构划分为独立的结构单元。2.2.4 结构抗震等级的确定1、根据建筑使用功能的重要性
22、，将建筑抗震设防类别分为以下四类：甲类建筑 属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑乙类建筑 属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑丙类建筑 属于甲、乙、丙类建筑以外的一般建筑丁类建筑 属于抗震次要建筑2、建筑抗震设计规范规定，各抗震设防类别建筑的抗震设防标准应符合下列要求：（1）甲类建筑，地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求，其值应按批准的地震安全性评价结果确定；抗震措施，当抗震设防烈度为68度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。（2）乙类建筑，地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求，抗震措施，一般情况下，当抗震设防烈度为
23、68度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高要求；对较小的乙类建筑，当结构改用抗震性能较好的结构类型时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施。（3）丙类建筑，地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度要求。 3、建筑抗震设计规范规定，钢筋混凝土房屋应根据烈度，结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级，并应符合相应的计算和构造要求。丙类建筑的抗震等级应按表2.1确定。2.2.5 基础方案本工程采用柱下独立基础，走廊和变形缝处采用联合基础。基础埋深，按规定采用天然地基时可不小于建筑物高度的1/12，基础埋深d=1.95m(从室外地面标高-0.450
24、m算起)。表2.1 钢筋混凝土房屋的抗震等级结构类型烈 度6789框架结构高度（m)24242424242424框架四三三二二一一剧场、体育馆等大跨度公共建筑三二一一查表可知，本设计抗震等级为三级。 3.结构布置及计算简图3.1结构布置及梁.柱截面尺寸的初选 3.1.1 框架主梁尺寸确定 主体结构共6层，首层为3.9m,标准层（2-6）层为3.3m。板厚,取120 mm.一.梁截面尺寸的估算：(1)主梁：L=7200,取600；，取300。故框架横纵梁的截面尺寸为bh=300600(2).次梁：L=6000,取500；,取250。故框架次梁的截面尺寸为bh=250500 表3.1层数混凝土强度
25、等级横梁（bh）纵梁（bh）次梁（bh）1-6C30300600300600250500 估算梁的截面尺寸（mm）及各层混凝土强度等级混凝土的强度等级为C30，EC=3.0104/mm2。二.柱截面尺寸的估算 初选柱的尺寸为600600；3.1.2 结构布置如图所示： 注：梁的尺寸：L1=300600, L2=300600,L3=300600L4=250500 边柱、内柱的尺寸均为：6006007内蒙古工业大学本科毕业设计3.1.3框架结构的计算简图 图3-2框架计算简图3.2计算梁柱的线刚度及柱的抗侧移刚度3.2.1.梁的线刚度 边跨 : 中跨: 3.2.2柱的线刚度首层：标准层：3.2.3
26、柱的抗侧移刚度D假定边跨的刚度为1，其他柱梁的相对线刚度如计算简图所示首层：边柱： 中柱：标准层：边柱： 中柱： 综上所述： 表3.2抗侧移刚度（）抗侧移刚度（）边柱中柱首层2.461043.75104标准层3.801047.20104 表3.3 横向框架柱的D值层号柱编号 K 26A1.10.35B4.120.67C4.120.67D1.10.351A0.680.44B2.560.67C2.560.67D0.680.44第四章.荷载计算4.1荷载标准值计算4.1.1屋面及楼面的永久荷载标准值 保护层10mm水泥砂浆 结合层1：4干硬性水泥砂浆25mm 隔离层满铺15mm聚乙烯薄膜 防水层1:
27、3水泥掺入聚乙烯 结构层120厚现浇混凝土板 抹灰层10厚混合砂浆 总计4.0484.1.2标准层楼面 10厚水磨石楼面 120厚结构层 10抹灰层 4.1.3屋面均布荷载屋面为上人屋面，查规范得荷载标准值为 4.1.4雪荷载标准值 基本雪压：0.50kN/m2雪荷载标准值： 4.1.5楼面均布活荷载 办公楼为2.0 卫生间为2.5 故取均布活荷载为2.5 4.1.6柱子自重 Bh=600mm600mm 柱子自重： 10厚抹灰砂浆： 底板柱每根自重： 其余层每根自重： 3.1.7梁的自重 横梁： 纵梁： 10厚抹灰砂浆： 次梁 标准层次梁自重 10厚抹灰砂浆： 合计3.38 横梁每根重： 纵梁
28、每根重： 次梁每根重： 标准层 ： 底层 ： 3.1.8墙体自重内外墙采用加气混凝土砌块8.0外墙厚300mm内墙厚200mm底层：外墙： 门窗所占面积：净面积 ： 513.2-296.2=217 外墙抹灰： 内墙 ： 外墙抹灰： 门窗自重标准值：0.3木门0.15 标准层（26层）门窗所占面积：外墙净面积： 外墙自重： 门窗自重： 内墙净面积： 内墙自重： 女儿墙自重： 4.2.1荷载分层总汇1顶层重力荷载代表值：50屋面雪荷载，纵横梁自重，半层柱自重，半层墙体自重，女儿墙自重。2其它层重力荷载代表值：楼面荷载，50楼面均布活荷载，纵横梁自重，楼面上下各半层柱子级纵横墙自重。 图4-1 各层
29、的重力荷载代表值第五章水平地震作用框架侧移验算5. 1 横向框架侧移刚度计算横向自震周期的计算采用结构顶点位移法： 结构顶点假想位移按以下公式计算 注：为第i层的层间侧移刚度为第i层的层间侧移为第k层的层间侧移 S为同层内框架柱的总数结构顶点的假想侧移计算过程见下表 表5.1 结构顶点的假想侧移计算层 次(KN)(KN)(N/)()()68080.58080.517600004.6112.657612.215692.717600008.910847612.223304.9176000013.299.137612.230917.1176000017.685.927612.238529.31760
30、00021.968.317559.8446089.1499360046.446.4 基本自振周期T1(s)可按下式计算 注：1. 为结构基本自振周期考虑非承重填充墙影响的折减系数，取0.7。 2为假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值Gi作为水平荷载而算 得的结构顶点位移。 5. 2 框架自振周期5.2.1水平地震作用及楼层地震剪力的计算 本办公楼总结构高度未超过40m,质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切变形为主，所以可采用底部剪力法计算水平地震作用。即：1结构等效总重力荷载代表值。 计算水平地震影响系数 查建筑抗震规范得二类场地一组特征周期值 7度设防烈度的s 结构总的水平地震作用标准
31、值 因 所以不考虑顶部附加水平地震作用 各质点横向水平地震作用按下式计算 地震作用下各楼层水平地震层间剪力Vi为 计算过程如下表 表5.2各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次(m)(m)(KN)（KN）（KN）63.320.48080.50164842.200.292812.5812.5 53.317.17612.20105048.360.230641.61451.1 43.313.87612.20130168.620.186517.81971.9 33.310.57612.2079928.100.1423942365.9 23.37.27612.2025120.260.097270
32、2635.9 13.93.97559.84294830.0521452780.9横向框架各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布如下图： 图5-1框架各质点剪力图和轴力图5.3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和顶点位移分别按下列公式计算： 各层的层间弹性位移角，根据建筑抗震规范，考虑砌块填充墙抗侧力作用的框架，层间弹性位移角限值1/550。计算过程如下表所示：表5.3横向水平地震作用下的位移验算层 次(KN)(N/)()()()6812.517600000.466.68333001/717851454.117600000.8266.40333001/399
33、541971.917600001.1205.54133001/294732365.917600001.3444.42133001/244522635.917600001.4973.07733001/220312780.911400001.5801.58039001/2469由此可见最大层间弹性位移角发生在第一层1/22031/550(满足规范要）5.4.水平地震作用下框架内力计算框架柱端剪力及弯矩框架柱端剪力及弯矩分别按下列公式计算 注：1.y0框架柱的标准反弯点高度比2.y1考虑柱上、下端横梁线刚度变化时反弯点高度比的修正系数3.y2,y3分别为考虑上、下层层高与本层层高不同时的柱反弯点高度比的修正系数 4.y框架柱的反弯点高度比 5.底层柱需考虑修正值y2,二层柱需考虑修正值y3下面以轴线横向框架内力计算为例：六层边柱计算 y=0.355五层边柱计算 kN 四层边柱计算： kN 三层边柱计算： kN 二层边柱计算： kN 一层边柱计算： k=0.68kN 表5.4地震作用框架边柱计算层次hiViD