高中6层办公楼设计毕业设计.doc
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上海大学毕业设计（论文）
毕业设计（论文）
UNDERGRADUATEPROJECT（THESIS）
题目:
高中6层办公楼设计
学院土木工程
专业土木工程
学号
学生姓名
指导教师
起讫日期2015.2—2015.6
摘要
根据建筑设计和结构承重的要求以及场地地质条件，合理地进行结构选型和结构整体布置，确定各种结构构件的尺寸，选取一品主要横向结构框架进行结构设计计算，用PKPM软件对该品结构框架进行PK电算和整栋框架结构进行SATWE电算，完成楼梯设计和基础设计，绘制出相关建筑和结构施工图。
作为一个土木工程专业毕业的本科生，毕业设计是大学阶段尤为重要的一个环节，它是对我们大学阶段所学知识的一次综合运用，不但使我们各方面的知识系统化，而且使所学知识实践化。
通过毕业设计，要求我们了解并且掌握建筑设计的全过程，培养我们独立分析解决实际问题的能力及创新能力，并锻炼我们调查研究，收集资料查阅资料及阅读中、外文文献的能力，使我们能受到类似与工程师的基本训练。
通过一个完整的毕业设计，外面将对于相关设计规范、手册、标准图以及工程实践中常用的方法有较系统地认识了解。
关键词：
框架结构，结构设计，内力计算，荷载
ABSTRACT
Accordingtoarchitecturaldesignandstructuralloadingrequirementsandgeologicalconditions,wecouldmakesensibleselectionofstructureandthearrangeofthewholestructure.Aftertheidentificationofstructuralsizes,weshallselectaproductthatismainlyahorizontalstructurefordesigncalculation,usingthesoftwareofPKPMtoPKcalculateforthestructuralframeworkoftheproductandSATWEcalculatefortheentireframestructure.Completingthestairdesignandbasicdesignleadstodrawingoutthedrawingsofrelevantarchitecturalandstructure.
Asaundergraduatemajoringinengineering,graduationisaparticularlyimportantpart,whichisacomprehensiveapplicationoftheknowledgewehavelearnedintheuniversity.Itnotonlymakesourknowledgesystematic,butmakestheknowledgepractical.Thegraduation,requiringustounderstandandgraspthewholeprocessofarchitecturaldesign,trainsourindependentabilitytoanalyzeandsolvepracticalproblemsandinnovation,andstrengthensthecapacityofourresearch,collectionandreadingforeignliterature,sothatwecangetthetrainingsimilartoengineers’basictraining.Throughacompletegraduation,wewillgetsystematicknowledgeaboutrelateddesignspecifications,manuals,standarddrawingsandcommonmethodsusinginengineeringpractice.
KEYWORDS:
frame,structuraldesign,internalforce,lateralloads
目 录
第一章 毕业设计目的及任务 …………………………………………… 1
第一节 毕业设计目的 ……………………………………………… 1
第二节 建筑设计任务 ……………………………………………… 1
第三节 结构设计任务 ……………………………………………… 2
第二章 建筑设计 ………………………………………………………… 2
第一节 建筑设计总说明 …………………………………………… 2
第二节 平面设计 ……………………………………………………2
第三节 立面设计 ……………………………………………………3
第四节 剖面设计 ……………………………………………………3
第三章 结构设计 …………………………………………………………3
第一节 结构方案选择 ………………………………………………3
第二节 计算简图及构件选型 ………………………………………5
第三节 荷载计算 ……………………………………………………6
第四节 竖向荷载作用下的框架内力计算 …………………………11
第五节 风荷载作用下的框架内力及侧移计算 ……………………22
第六节 水平地震作用下的框架内力及侧移计算 …………………25
第七节 框架内力组合 ………………………………………………29
第八节 截面设计 ……………………………………………………36
主要参考资料 ………………………………………………………………49
致谢………………………………………………………………50
附录：
PKPM结构计算……………………………………………………………51
附表1.1结构计算信息
附表1.2周期、振型、地震力
附表1.3结构位移
第一章 毕业设计目的及任务
第一节 毕业设计目的
毕业设计是重要的教学实践环节，通过多层办公楼楼设计达到下列目的：
1、获得工程师的基本训练，培奍学生运用所学的理论知识，解决实际问题的能力。
2、掌握设计的程序、方法，通过毕业设计练好基本功。
3、培养学生独立思考与独立工作的能力，为毕业后尽快适应本专业工作打下良好的基础。
第二节 建筑设计任务
一、设计任务
1、新建学校办公楼位于北京沿街地段，该地段东西长70米，南北宽50米，南邻主干道，车辆人流干扰较大，东面靠近次干道。
2、新建大楼主要作为办公楼，层数以5—6层为宜。
第三节 结构设计任务
一、设计技术条件
1、地质资料，见任务书：
2、土壤冻结深度：
-1.2米。
3、风荷载：
基本风压0.55kN/m2。
4、雪荷载：
基本雪压0.5kN/m2。
5、设计烈度：
抗震设防烈度为8度。
6、建筑场地类别：
三类场地土。
7、结构形式：
钢筋混凝土结构框架体系。
二、设计任务
1、确定结构体系形成，叙述其理由。
2、结构的计算程序、方法。
3、建议采用我们已学过的计算方法。
4、框架、板等计算。
三、设计成果
1、完成设计说明书（包括计算书）一份，要求应附有计算简图及表格。
2、图纸内容。
（1）建筑平面图、立面图、剖面图。
（2）结构平面布置图。
（3）梁、板、柱配筋图。
第二章 建筑设计
第一节 建筑设计总说明
本办公楼主要依据任务书所提要求进行设计。
设计时首先考虑了满足使用功能上的需求，给办公创造良好条件；其次，考虑到结构计算的简便，为使手算工作量不太繁重，在平面及立面造型上力求简洁明快；最后，在满足使用功能的前提下，为使所有房间都统一到本办公楼里来，对个别房间的使用面积作了小幅调整。
本办公楼设计为六层，建筑面积为4626平方米，平均人均占建筑面5.74平方米。
为了减少北大街车辆人流的干扰，办公楼楼北墙距大街中心61米，并紧贴街边设置了绿化隔离带，房间的布置形式上采用了内廊式，将房间布置在了走廊的两侧。
办公楼楼采光要求窗地面积比为1/6～1/8。
本办公楼标准房间尺寸为4500mm×7000mm，需窗户面积为8.1～10.8平方米，因此采用了两樘3000mm×2400mm的塑钢窗，共14.4平方米。
其余房间也均能满足采光要求。
根据任务书要求，本办公楼为钢筋混凝土框架结构，建筑类别为丙级，为一般民用建筑，所选建筑材料符合二级耐火等级，按合理使用年限为50年设计。
室内外装饰标准较高，详见施工图。
设计中主要依据了以下设计规范：
①《民用建筑设计通则》（GB50352－2005）③《办公建筑设计规范》（JGJ67－89）、④《建筑设计防火规范》（GBJ16－87＜2001修订版＞）、⑤《公共建筑节能设计标准》（GB50198－2005）、《建筑采光设计标准》（GB/T50033－2001）。
第二节 平面设计
平面设计首先考虑满足使用功能的需求，为办公和会议创造良好的条件，重点考虑了交通组织、采光、通风的良好配置，同时还要合理地安排人员休息室、厕所、盥洗室等辅助用房。
平面尺寸安排上为简化结构计算采用了对称形式。
功能分区较为合理，人流交通便捷、畅通，保证良好的安全疏散条件及安全防火要求。
第三节 立面设计
在简单的体型组合前提下，力求运用均衡、韵律、对比、统一等手段，把适用、经济、美观有机的结合起来。
在正立面处理上，将两个楼梯间的外墙设计时为绿色粉刷，使整个建筑显得活泼而不呆板，同时大门采用了不锈钢玻璃弹簧门，下为花岗岩室外台阶，均使立面效果增色不少。
外墙装饰方面，勒脚为烧毛面花岗岩石板面层，与室外台阶的面层相统一，既美观，又坚固耐久；其余外墙面为涂料面层，因为保温板外挂钢丝网抹灰层的装饰面层宜用涂料，选用了仿石涂料，颜色为淡黄色和银灰色相间。
第四节 剖面设计
建筑物室内外高差取0.45米，满足防水、防潮和内外联系方便的要求。
层高的确定，按《公共建筑设计规范》（GBJ99－86）的要求，考虑到本办公楼楼为框架结构，框架梁的截面高度较高，故层高取值为3.9米。
这样的层高，对布置窗户满足采光与自然通风要求来讲已足够。
对于底层的阶梯教室，为了使后排也能获得较高的空间，将前部地面下降0.45米（三步台阶的高度）。
另外，办公室的层高也统一取为3.9米。
所有房间的窗台高度均取0.9米，保证办公桌上有充足的光线。
第三章 结构设计
第一节 结构方案的选择
依据《混凝土结构设计规范》（GB50010－2002）,本办公楼框架结构的抗震等级为三级。
一、上部结构承重方案的选择
根据建筑设计结果，本办公楼结构平面布置较为规则，荷载分布比较均匀，故考虑按横向框架承重全现浇钢筋混凝土框架结构计算。
结构平面布置示意图如下：
16
图1结构布置图
第二节 计算简图及构件选型
一、计算简图
由结构平面示意图知，采用横向框架承重方案时，选其中有内横墙的7轴处框架进行手算。
因建筑设计时，有部分柱的中心并未与定位轴线重合，而在结构计算中，梁的计算跨度应取柱中心线之距离，故某些梁的计算跨度与定位轴线间距不等，需重新计算确定。
初步确定框架柱截面尺寸为500mm×500mm，故7轴处框架梁的计算跨度分别为：
7.0m、3.0m和7.0m。
由初步拟定的基础顶面标高为-1.300m可得底层柱的计算高度为5.2m,其余各层柱计算高度均为3.9m。
⑦轴处框架计算简图如下：
图2框架计算简图
二、主要构件选型
1、框架梁。
梁截面高度按梁跨度1/12—1/8估算，边跨梁：
b×h＝300×700（mm）；中跨梁：
b×h＝300×500（mm）。
2、框架柱。
经估算，在满足三级抗震等级轴压比的前提下，柱截面尺寸为：
b×h＝500×500（mm），沿全柱高不变。
3、现浇板。
屋面板厚度取为h＝100mm，楼面板厚度取h＝120mm。
均满足“规范”要求。
4、连系梁。
连系梁的截面尺寸取b×h＝300×570（mm），截面高度取570mm是为了满足建筑上的要求，使外纵墙的连系梁兼做窗户过梁。
三、框架梁、柱截面特征及线刚度计算
对于本工程，因为全现浇结构，故该榀框架梁的截面惯性矩取值为I＝2I0。
计算结果见表1。
表1框架梁、柱截面特征及线刚度计算表
构件名称
构件
位置
截面尺寸
b×h
（m×m）
跨（高）度
l（h）
（m）
截面惯性矩
I0
（m4）
截面计算
惯性矩I
（m4）
杆线刚度
i=Ec/l（h）
线刚度相对值
（ib/ic）
梁
边跨
0.3×0.7
7.0
8.575×10-3
17.15×10-3
2.45Ec×10-3
1.84
中跨
0.3×0.5
3.0
3.125×10-3
6.25×10-3
2.083Ec×10-3
1.56
柱
底层
0.5×0.5
5.2
5.208×10-3
5.208×10-3
1.002Ec×10-3
0.75
其余层
0.5×0.5
3.9
5.208×10-3
5.208×10-3
1.335Ec×10-3
1
第三节 荷载计算
一、屋面梁荷载
1、屋面荷载。
计算结果见表2。
表2屋面荷载计算表
荷载类别
荷载名称
荷载标准值（kN/m2）
备注
恒载
3厚SBS
0.05
20厚水泥沙浆找平层
0.02×20=0.4
水泥炉渣找坡层（平均厚度125）
0.125×14=1.75
100厚聚苯板保温层
0.1×0.2=0.02
100厚现浇屋面板
0.1×25=2.5
20厚板底粉刷
0.02×17=0.34
合计
5.06
活载
雪荷载
0.5
因活荷载不小于雪荷载，故雪荷载舍去。
屋面均布活荷载
0.5
合计
0.5
2、屋面梁自重。
边跨梁及梁侧粉刷重：
0.3×0.6×25＋0.02×0.6×17×2＝4.91（kN/m），
中跨梁及梁侧粉刷重：
0.3×0.4×25＋0.02×0.4×17×2＝3.27（kN/m）。
3、屋面梁线荷载。
计算结果见表3。
表3屋面梁线荷载计算表
构件位置
荷载类别
线荷载标准值（kN/m）
备注
边跨
恒载
5.06×4.5+4.91=27.68
活载
0.5×4.5=2.25
中跨
恒载
5.06×4.5+3.27=26.04
活载
0.5×4.5=2.25
二、楼面梁荷载
1、楼面荷载
计算结果见表4。
表4楼面荷载计算表
荷载类别
荷载名称
荷载标准值（kN/m2）
备注
恒载
30厚水磨石面层
0.65
120现浇钢筋混凝土楼板
0.12×25=3
20厚板底粉刷
0.02×17=0.34
合计
3.99
活载
室内
2.0×0.9＝1.8
折减系数0.9
走廊
2.5
2、楼面梁自重。
边跨梁及梁侧粉刷重：
0.3×0.58×25＋0.02×0.58×17×2＝4.74（kN/m）
中跨梁及梁侧粉刷重：
0.3×0.38×25＋0.02×0.38×17×2＝3.11（kN/m）
3、内横墙自重。
砌体：
（3.9－0.5）×0.2×8＝5.44（kN/m）
双面粉刷：
（3.9－0.5）×0.02×17×2＝2.31（kN/m）
合计：
7.55kN/m。
4、楼面梁线荷载。
计算结果见表5。
表5楼面梁线荷载计算表
构件位置
荷载类别
线荷载标准值（kN/m）
备注
边跨
恒载
3.99×4.5+7.75+4.74=30.45
活载
1.8×4.5=8.1
中跨
恒载
3.99×4.5+3.11=21.07
活载
2.5×4.5=11.25
其余荷载：
①女儿墙。
压顶圈梁：
0.300×0.1×25＝0.75（kN/m）
粉煤灰砌体：
（0.9－0.1）×0.2×8＝1.28（kN/m）
60mm厚保温板：
（0.9－0.1）×0.06×0.2＝0.01（kN/m）
双面抹灰（含钢丝网）：
0.9×0.025×21×2＝0.95（kN/m）
合计：
（0.75＋1.28＋0.01＋0.95）×4.5＝13.43（kN）
②连系梁。
0.3×0.57×25×4.5＝19.24（kN）
③外纵墙。
砌体：
[（3.9－0.57）×（4.5－0.5）－2.4×3]×0.3×8＝14.69（kN）
塑钢窗：
2.4×3×0.45＝3.24（kN）
外保温层：
（4.5×3.9－2.4×3）×0.06×0.2＝0.12（kN）
外墙抹灰（含钢丝网）：
（4.5×3.9－2.4×3）×0.025×22＝5.69（kN）
内墙抹灰：
（4.5×3.9－2.4×3）×0.02×17＝3.52（kN）
合计：
14.69＋3.24＋0.12＋5.69＋3.52＝27.26（kN）
④内纵墙。
砌体：
[（3.9－0.57）×（4.5－0.5）－2.7×1]×0.2×8＝16.99（kN）
木门：
2.7×1×0.2＝0.54（kN）
内墙双面抹灰：
（4.5×3.9－2.7×1）×0.02×17＝10.1（kN）
合计：
16.99＋0.54＋10.1＝27.63（kN）
⑤层间柱自重。
a．底层
边柱：
0.5×0.5×（5.2－0.7）×25＝28.13（kN）
中柱：
0.5×0.5×（5.2－0.5）×25＝29.38（kN）
b．其余层
边柱：
0.5×0.5×（3.9－0.7）×25＝20.0（kN）
中柱：
0.5×0.5×（3.9－0.5）×25＝21.25（kN）
三、风荷载
本办公楼楼基本风压：
Wk＝0.55kN/m2,风荷载体型系数：
迎风面=0.8,背风面=-0.5,地面粗糙度类别为A类；女儿墙高0.9m，室内外高差0.45m。
表6风振系数计算过程
层号
离地面高度（m）
相对高度
1
4.2
0.2
1.175
0.4
0.17
0.42
1.190
2
7.8
0.4
1.175
0.4
0.35
0.55
1.299
3
11.4
0.5
1.175
0.4
0.52
0.65
1.376
4
15
0.7
1.175
0.4
0.66
0.74
1.419
5
18.6
0.8
1.175
0.4
0.75
0.81
1.435
6
22.2
1.0
1.175
0.4
0.89
0.87
1.481
表7各层楼面处集中风荷载标准值
层号
离地面高度（m）
B
1
4.2
0.42
1.19
1.3
0.55
7.8
10.9
7.2
2
7.8
0.55
1.299
1.3
0.55
7.2
14.4
7.2
3
11.4
0.65
1.376
1.3
0.55
7.2
18.1
7.2
4
15
0.74
1.419
1.3
0.55
7.2
21.2
7.2
5
18.6
0.81
1.435
1.3
0.55
7.2
23.5
7.2
6
22.2
0.87
1.481
1.3
0.55
4.5
16.3
7.2
风压高度变化系数见下图：
图3风压高度变化表
将风荷载作为集中荷载作用在框架节点上，可由公式F=W0A求得每层楼面处的风荷载值。
计算结果见表6。
表6风荷载计算结果表
作用点
二层楼面
三层楼面
四层楼面
五层楼面
六层楼面
屋面
水平风力F（kN）
10.34
9.29
9.29
9.32
10.04
13.59
第四节 竖向荷载作用下的框架内力计算
一、弯矩二次分配法内力计算
根据恒载作用下一榀框架的计算简图，用弯矩二次分配法计算框架在恒荷载作用下的弯矩。
经计算，各杆件弯矩分配系数和固端弯矩如下表中所示
根据弯矩二次分配法的计算结果，画出恒荷载作用下的框架梁柱弯矩图。
需要说明的是框架梁柱弯矩图中框架梁下部的跨中弯矩为框架梁中间位置的弯矩而非跨间最大弯矩。
取框架梁中间位置的弯矩便于荷载效应组合，在荷载效应组合之前，可以将该框架梁中间位置的弯矩乘以1.1～1.2的放大系数。
根据弯矩图，取出梁柱隔离体，利用平衡条件求出剪力，并画出恒荷载作用下的框架梁柱剪力图。
根据剪力图，由节点平衡条件，求出轴力，并画出恒荷载作用下的框架柱轴力图。
根据活载作用下一榀框架的计算简图，用弯矩二次分配法计算框架在活荷载作用下的弯矩。
经计算，各杆件弯矩分配系数和固端弯矩如下表中所示
根据弯矩二次分配法的计算结果，画出恒荷载作用下的框架梁柱弯矩图需要说明的是框架梁柱弯矩图中框架梁下部的跨中弯矩为框架梁中间位置的弯矩而非跨间最大弯矩。
取框架梁中间位置的弯矩便于荷载效应组合，在荷载效应组合之前，可以将该框架梁中间位置的弯矩乘以1.1～1.2的放大系数。
根据弯矩图，取出梁柱隔离体，利用平衡条件求出剪力，并画出恒荷载作用下的框架梁柱剪力图。
根据剪力图，由节点平衡条件，求出轴力，并画出恒荷载作用下的框架柱轴力。
各图如下：
图4恒载布置简图
图5活载布置简图
图6恒载作用下弯距作用分配图
图7活载作用下弯距作用分配图
二、竖向荷载作用下框架梁内力组合
根据弯矩二次分配法计算结果，把同一开口框架按恒载和活载最不利布置引起的弯矩相加，可求得梁端弯矩组合值，同样，跨中弯矩及梁端剪力也由恒载和活载最不利布置组合求得。
考虑到钢筋混凝土
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