土木工程专业毕业设计9层框架办公楼河南理工大学结构设计计.docx
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土木工程专业毕业设计9层框架办公楼河南理工大学结构设计计
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960.96m2,总建筑面积约为8811.84m2;层高3.6m,平面尺寸为18.3m×52.0m。
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0.2kN/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:
新近沉积层（第一层,粉质粘土,厚度0.5—1.0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=35—40kPa。
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,qsk=30—35kPa。
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=40—60kPa,qpk=1500—2000kPa。
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
α=（表3.8《高层建筑结构》场地为1类一组Tg（s=0.25smax0.16
1.1.2材料
柱采用C30,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960.96m2,总建筑面积约为8811.84m2;层高3.6m平面尺寸为18.3m×52.0m。
采用桩基础,室内地坪为±0.000m,室外内高差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0.2KN/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,厚度0.5—1.0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,30~35skqkPa=
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,30~35skqkPa=
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,30~35,1500~2000skpkqkPaqkPa==
不考虑地下水。
场地位1类一组Tg（s=0.25smax0.16α=（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:
b×h=600mm×600mm
（2梁:
梁编号如下图:
L1:
h=（1/12~1/8×7800=650~975取h=700mm
b=（1/3~1/2H=（1/3~1/2×700=233~350取b=300mmL2:
h=（1/12~1/8×2700=225~338取h=450mm
b=（1/3~1/2H=（1/3~1/2×450=130~225取b=250mm
L3:
h=（1/12~1/8×4000=333~500取h=450mmb=（1/3~1/2H=（1/3~1/2×450=150~225取b=250mm
L4:
h=（1/12~1/8×3600=300~450取h=400mmb=（1/3~1/2H=（1/3~1/2×400=133~200取b=250mm
L5:
h=（1/12~1/8×2400=200~300取h=400mmb=（1/3~1/2H=（1/3~1/2×400=133~200取b=250mm
L6:
h=（1/12~1/8×8000=667~1000取h=700mmb=（1/3~1/2H=（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:
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=3.6m
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0.35kN/m2冷底子有热玛蹄脂0.05kN/m220mm厚1:
2水泥砂浆找平0.02×20=0.4kN/m2100~140厚（2%坡度膨胀珍珠岩（0.1+0.14×7/2=0.84kN/m2100mm厚现浇钢筋混凝土楼板0.1×25=2.5kN/m215mm厚纸筋石灰抹底0.015×16=0.24kN/m2共计4.38kN/m2
屋面恒载标准值为:
（52+0.24×（7.8×2+2.7+0.24×4.38=4242.16kN
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0.025×20=0.05kN/m2100厚现浇钢筋混凝土楼板0.1×25=2.5kN/m215厚纸筋石灰抹灰0.015×16=0.24kN/m2共计3.24kN/m2楼面恒载标准值为:
（52+0.24×（7.8×2+2.7+0.24×3.24=3180.04kN
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×（7.8×2+2.7+0.24=197.71kN
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2.5kN/m2,为计算方便,偏安全的统一取均布活荷为2.5kN/m2。
楼面均布活荷载标准值为:
2.5×（52+0.24×（7.8×2+2.7+0.24=2421.32kN
2.1.4.5梁柱自重（包括梁侧、梁底、柱的抹灰重量
L1:
b×h=0.3m×0.7m长度7.2m
每根重量0.7×7.2×25×（0.02×2+0.3=42.84kN
根数15×2×9=270根
L2:
b×h=0.25m×0.45m长度2.1m
每根重量0.45×2.1×25×（0.02×2+0.25=6.85kN
根数15×9=135根
L3:
b×h=0.25m×0.45m长度3.4m
每根重量0.45×3.4×25×（0.02×2+0.25=11.09kN
根数16×2×9=288根
L4:
b×h=0.25m×0.4m长度3.0m
每根重量0.4×3×25×（0.02×2+0.25=8.7kN
根数8×9=72根
L5:
b×h=0.25m×0.4m长度1.8m
每根重量0.4×1.8×25×（0.02×2+0.25=5.22kN
根数8×9=72根
L6:
b×h=0.3m×0.7m长度7.4m
每根重量0.7×7.4×25×（0.02×2+0.3=44.03kN
根数4×9=36根
Z1:
截面0.6×0.6m2长度4.7m
每根重量（0.6+0.02×2²×4.7×25=48.13kN
根数14×4=56根
Z2:
截面0.6×0.6m2长度3.6m
每根重量（0.6+0.02×2²×3.6×25=36.86kN
根数14×4×8=448根
表2-1梁柱自重
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:
7.0×0.24=1.68kN/m2
单位面积外墙贴面重量为:
0.5kN/m2
单位面积内墙体重量为:
7.0×0.12=0.84kN/m2
单位面积内墙贴面重量为（双面抹面:
0.36×2=0.72kN/m2
表2-2墙体自重
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
=42.84×30+6.85×15+11.09×32+8.7×8+5.22×8+44.03×4=2030.31kN
顶层柱自重4Q:
36.86×56=2064.16kN
顶层墙自重5Q:
601.08+351.69+210.48+514.48=1677.73kN
9'G=1Q+1/22Q+3Q+1/24Q+1/25Q=9759.58kN
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。
8'G=3138.04+1/2×
2421.32+42.84×30+6.85×15+11.09×32+8.7×8+5.22×8+44.03×4+36.86×56+1677.73=10120.9kN
8765432'''''''GGGGGGG=======10120.9kN
1'G=3138.04+1/2×
2421.32+42.84×30+6.85×15+11.09×32+8.7×8+5.22×8+44.03×4+1/2×36.86×56+1/2×48.13×56=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/m2M-3、M-4采用木门,单位面积木门重量为0.2kN/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0.45kN/㎡
表2-3门窗重量计算
（1底层墙体实际重量:
1G=10699.07kN（2二至九层实际重量:
23456789813.3GGGGGGG=======kN99451.98G=kN
建筑物总重力荷载代表值9
77783.76iiG=∑kN
2.1.5水平地震作用下框架的侧向位移验算
2.1.5.1横向线刚度
混凝土C307310CE=⨯kN/m2
在框架结构中,有现浇楼面或预制板楼面。
而现浇板的楼面,板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I=1.50I（0I为梁的截面惯性矩。
对中框架取I=2.00I。
若为装配楼板,现浇层的楼图2-5质点重力荷载值面,则边框架梁取I=1.20I,对中框架取I=1.50I。
横向线刚度计算见表2-4。
2.1.5.2横向框架柱的侧移刚度D值
柱线刚度列于表2-5,横向框架柱侧移刚度D值计算见表2-6。
2.1.5.3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,
G9=9451.98kNG3=9813.3kNG2=9813.3kNG1=10699.07kN
G4=9813.3kNG5=9813.3kNG6=9813.3kNG7=9813.3kN
G8=9813.3kN
导出以直杆顶点位移表示的基本公式。
表2-4横向刚度计算
表2-5柱线刚度
表2-6横向框架柱侧移刚度D值计算
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:
9]
11.7Tα=
式中0α——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,取0.6;
T∆——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;
T∆是将框架的重力荷载视为水平作用力,求得的假想框架顶点位
移。
然后由T∆求出1T,再用1T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2-7。
表2-7横向框架顶点位移
11.7Tα=0.6×0.577=
2.1.5.4横向地震作用计算
在I类场地,6度设防区,设计地震分组为第二组情况下,结构的特征周期gT=0.25s,水平地震影响系数最大值[6]maxα=0.16。
由于1T=0.577>gT=1.4×0.25=0.35（s,应考虑顶点附加地震作用。
按底部剪力法求得的基底剪力,若按ii
iEKii
GHFFGH=∑分配给各层,
则水平地震作用呈倒三角形分布。
对一般层,这种分布基本符合实际。
但对结构上部,水平作用小于按时程分析法和振型分解法求得的结果,特别对于周期比较长的结构相差更大。
地震的宏观震害也表明,结构上部往往震害很严重。
因此,nδ即顶部附加地震作用系数考虑顶部地震力的加大。
nδ考虑了结构周期和场地的影响。
且修正后的剪力分布与实际更加吻合。
nδ=0.081T+0.01=0.08×
0.577+0.01=0.0562结构横向总水平地震作用标准值:
EKF=（gT/1T×maxα×
0.857
1iiG=∑=（0.25/0.8500.9×0.16×0.85×88844.15=5691.88kN顶点附加水平地震作用:
nF∆=nEKFδ=0.068×
5681.88=387.05kN各层横向地震剪力计算见表2-8,表中:
71
（1iiiEKnjj
jGH
FF
G
Hδ==-∑
横向框架各层水平地震作用和地震剪力见图2-6。
表2-8各层横向地震作用及楼层地震剪力
注:
表中第9层iF中加入了nF∆,其中nF∆=387.05kN。
1042.36
2342.46
3169.75
3884.23
4485.89
4974.74
5350.78
5619.38
5780.54
图2-6横向框架各层水平地震作用和地震剪力
2.1.5.5横向框架抗震变形验算详见表2-9。
表2-9横向框架抗震变形验算
注:
层间弹性相对转角均满足要求。
eθ<[eθ]=1/450。
（若考虑填充墙抗力作用为
1/550
2.1.6水平地震作用下横向框架的内力分析
本设计取中框架为例,柱端计算结果详见表2-10。
地震作用下框架梁柱弯矩,梁端剪力及柱轴力分别见表2-11、图2-7,图2-8。
表2-10C轴柱（边柱柱端弯矩计算
注:
表中:
3,210iimCim
（i
iiihyMhM-==1VyVimim上下
表2-11D轴柱（中柱柱端弯矩计算
该框架为对称结构,F轴柱与C轴柱相同,D轴柱与E轴柱相同。
261.35216212.44318.66
216216
207
207
190.8
109.8
149.4149.481
9943.264.8
84.1
101.23126.18141.8155.14
167.09164.9755.46
25.3
52.92
100.44
146.88
194.58232.22248.58
284.4302.4
312.72
39.5
39.5
131.54
158.83
195.42221.80242.66258.03261.35
52.92
22.6851.84
77.76
95.58
111.78
136.8
147.6
154.8
157.92154.8147.6
136.8136.62116.8295.0477.76
22.6843.255.4651.8499146.8895.04
81134.64
131.5484.1194.58158.83101.23
232.22195.42126.18
248.58221.80141.8
284.4
242.66258.03
312.72
155.14167.09
154.8
293.28293.28
318.66
212.44147.6
147.6136.8136.8111.78136.6295.58116.82
77.76110.26
149.4149.499.94
172.8172.8146.21124.55
109.8190.820720786.7477.76
64.825.339.552.9252.92
100.44157.92302.4154.8
216164.97
154.8
图2-7地震作用下中框架弯矩图（kN/m
24.10
图2-8地震力作用下框架梁端剪力及柱轴力（kN
2.1.7竖向荷载作用下横向框架的内力分析
仍以中框架为例进行计算。
2.1.7.1荷载计算
a4.01/22.0m=⨯=
a/l2.0/7.80.26α===
231210.135+0.018=0.883αα-+=-
第9层梁的均布线荷载图2-9荷载折减示意图CD跨:
屋面均布恒载传给梁4.38×4.0×0.883=17.52kN/m横梁自重（包括抹灰（0.3+0.02×2×0.7×25=5.95kN/m恒载:
23.47kN/mDE跨:
屋面均布恒载传给梁4.38×4.0×0.883=17.52kN/m横梁自重（包括抹灰（0.25+0.02×2×0.45×25=3.26kN/m恒载:
20.78kN/m第2~8层梁均布线荷载CD跨:
楼面均布恒载传给梁3.24×4.0×0.883=12.96kN/m横梁自重（包括抹灰（0.3+0.02×2×0.7×25=5.95kN/m无横墙
恒载:
18.91kN/mDE跨:
楼面均布恒载传3.24×4.0×0.883=12.96kN/m
横梁自重（包括抹灰（0.25+0.02×2×0.45×25=3.26kN/m恒载:
16.22kN/m第2~8层集中荷载:
纵梁自重（包括抹灰:
（0.25+0.02×2×0.45×25×4.0=13.05kN外纵墙自重（包括抹灰:
（1.68+0.72×3.6×（4.0-0.60=26.68kN内纵墙自重:
（0.84+0.72×3.6×（4.0-0.60=19.09kN
柱自重（包括抹灰:
0.64×0.64×3.6×25=36.68kN总计:
95.68kN第1层梁均布线荷载
CD跨恒载:
18.91kN/mDE跨恒载:
16.22kN/m
第1层集中荷载:
纵梁自重（包括抹灰:
13.05kN纵墙自重（包括抹灰:
16.22kN柱自重（包括抹灰:
48.13kN总计:
106.95kN活荷载计算:
屋面梁上线活荷载
1q0.8834.00.51.77kN/m=⨯⨯=楼面梁上线活荷载
2q0.8834.02.58.83kN/m=⨯⨯=边框架恒载及活荷载见图2-10。
（a恒载示意（b活载示意
图2-10框架竖向荷载示意
2.1.7.2用弯矩分配法计算框架弯矩
竖向荷载作用下框架的内力分析,除活荷载较大的工业厂房外,对一般的工业与民用建筑可以不考虑活荷载的不利布置。
这样求得的框架内力,梁跨中弯矩较考虑活荷载不利布置法求得的弯矩偏低,但当活荷载在总荷载比例较大时,可在截面配筋时,将跨中弯矩乘1.1~1.2的放大系数予以调整。
a.固端弯矩计算
1.恒荷载作用下内力计算
将框架视为两端固定梁,计算固端弯矩。
计算结果见表2-13。
表2-13固端弯矩计算
2.活荷载作用下内力计算
将框架视为两端固定梁,计算固端弯矩。
计算结果见表2-14。
表2-14固端弯矩计算
b.分配系数计算
考虑框架对称性,取半框架计算,半框架的梁柱线刚度如图2-11。
各杆端分配系数见表2-15。
图2-11半框架梁柱线刚度示意
96.6
8.44
96.68.4496.68.4496.68.4496.68.4496.68.4496.68.449
6.68.446.68.446.89
表2-15各杆端分配系数
c.传递系数
远端固定,传递系数为1/2;
d.弯矩分配
恒荷载作用下,框架的弯矩分配计算见图2-12,框架的弯矩图见图2-
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