黄石冶钢学院办公楼建筑结构设计毕业论文

2020-02-18 10:02

摘要

本文是关于黄石冶钢学院办公楼建筑的结构设计计算书，其中主要对办公楼建筑进行了建筑设计和结构设计。设计中严格参照规范进行设计，结合计算机软件进行辅助设计计算。

其中选择了结构中的一榀框架进行内力计算和内力组合，然后进行截面配筋设计计算。先是根据建筑用途需求等绘制了建筑施工图，然后统计了一榀框架的恒荷载，活荷载，风荷载以及地震荷载。内力计算采用手算和电算方法相结合进行计算,其中框架在恒荷载作用下的内力选择分层法计算得到，在风荷载作用下的内力使用D值法求解得到结果，而框架在活荷载以及水平地震作用下的内力结果采用电算方法，即使用结构力学求解器求解。最后将内力计算的结果进行组合得到最不利内力,根据组合得到的不利内力对截面进行配筋计算。其中,基础的结构施工图采用手画，楼梯,梁柱以及楼板的配筋选择使用PKPM软件进行设计计算得到结构施工图。

关键词：分层法；结构施工图；内力组合；配筋计算

Abstract

This paper is about the structural design calculation of office building in Huangshi Metallurgical College, in which the architectural design and structural design of office building are mainly carried out. In the design, the design is strict refer to specification and combine with computer software to aided design calculation.

Among them, a frame in the structure is selected for internal force calculation and internal force combination, and then the section reinforcement design calculation is carried out. Firstly, the construction drawings are drawn according to the requirements of building use, and then counting the constant load, live load, wind load and seismic load of a frame. The internal force calculation is calculated by the combination of hand calculation and computer calculation, in which the internal force of the frame under constant load is calculated by division layer method, and the internal force under wind load is solved by D-value method. However, the internal force results of the frame under live load and horizontal earthquake are solved by computer method, even if the structural mechanics solver is used to solve the internal force results. Finally, the results of internal force calculation are combined to obtain the most unfavorable internal force, and the reinforcement of the section is calculated according to the unfavorable internal force obtained by the combination. Among them, the structural construction drawings of the foundation are drawn by hand, stair, beam，column and the reinforcement of the floor are selected by using PKPM software to design and calculate the structural construction drawings.

Key Words：division layer method；structural construction drawing；internal force combination；reinforcement calculation

第1章绪论 1

第2章设计资料及内力计算与组合 2

2.1 设计资料 2

2.2 确定结构体系 2

2.3 材料 3

2.4 梁柱截面尺寸估算 3

2.4.1 框架梁截面尺寸的确定 3

2.4.2 框架柱截面尺寸的确定 3

2.5 计算简图 3

2.6 荷载统计 5

2.6.1 恒荷载标准值 5

2.6.2 活荷载标准值 7

2.7 竖向荷载作用下的框架荷载计算 7

2.8 风荷载计算 14

2.8.1 集中风荷载标准值 14

2.8.2 柱抗侧移刚度D 16

2.8.3 风荷载作用下的位移验算 17

2.9 水平地震作用下的计算 18

2.10 内力计算 20

2.10.1 恒荷载作用下的内力计算 20

2.10.2 活荷载作用下的内力计算 37

2.10.3 风荷载作用下的内力计算 40

2.10.4 水平地震作用下的内力计算 48

2.11 内力组合 51

2.11.1 竖向荷载作用下的梁端弯矩调幅 51

2.11.2 控制截面处的内力计算 53

2.11.3 内力组合 53

第3章结构设计及配筋计算 71

3.1 材料设计资料及强度 71

3.2 框架柱设计 72

3.2.1 轴压比验算 72

3.2.2 截面尺寸复核 72

3.2.3 框架柱正截面受弯承载力计算 72

3.2.4 垂直于弯矩作用平面的受压承载力计算 77

3.2.5 斜载面受剪承载力计算 78

3.2.6 裂缝宽度验算 78

3.3 框架梁设计 78

3.3.1 正截面受弯承载力计算 78

3.3.2 斜截面受剪承载力计算 80

3.3.3 裂缝宽度的验算 81

3.4 楼面板设计 82

3.4.1 荷载计算 82

3.4.2 弯矩计算 82

3.4.3 配筋计算 83

3.5 楼梯设计 84

3.5.1 楼梯设计资料 84

3.5.2 踏步计算 85

3.5.3 楼梯斜梁 86

3.5.4 平台板 87

3.5.5 平台梁 88

3.6 基础设计 90

3.6.1 荷载计算 90

3.6.2 基础设计资料 92

3.6.3 基础持力层和基础埋置深度 92

3.6.4 地基承载力以及基础尺寸的计算 92

3.6.5 承载力的验算 93

3.6.6 基础高度验算 95

3.6.7 基础底板配筋 97

第4章结束语 100

参考文献 101

致谢 102

第1章绪论

在工程技术日益发达的今天，我们对于结构设计的理念也一天一天变得越来越先进。在许多行业里的优秀先辈的摸索与引领下，我们在结构设计的规范也是趋于完善，但随着科学与实践的不断更新，也有许多新方法，新理念，我们要时刻补充自己，更新自我，去接收掌握它。

我们关于结构设计的方法都始于规范，而规范是经过无数行业先驱和科研奉献者经过无数次实践论证总结出来的，所以我们要严格根据规范来进行设计。在这个过程中，我们要理解它的原理，要提出自己的想法，要去思考，而不单单只是照着公式死记硬套。而结构设计的核心当然是力学理论知识，只有在熟练掌握了力学理论知识，对于结构设计才能驾轻就熟，才能做到知其然知其所以然。

对于框架结构的办公楼建筑的结构设计，我们要根据需求以及要求，在安全，经济以及施工方便等的前提下做到更加完美。本次设计是框架结构办公楼建筑的一榀框架计算书，对于本科所学知识进行了多方面的回顾与实践，严格参照了诸多规范要求。现在的结构设计当然离不开计算机软件，当然在之前的学习当中，我们已经学会了一些基本的结构设计所用到的计算机软件，比如CAD，PKPM，天正以及结构力学求解器等，在这个设计过程中，我再次熟悉运用这些软件进行设计。

最后的目的结果是出配筋施工图，这是严格根据计算结果和规范要求所得，对于结构的安全是相当重要的，它也是照顾到了其他诸如经济性以及施工方便等的结果。

此次设计是关于本科所学知识的一次总结与综合运用，更加强调的是对于设计过程的了解以及理解，对于以后的工作也是一个宝贵的经验。

第2章设计资料及内力计算与组合

2.1 设计资料

工程名称：黄石冶钢学院办公楼建筑结构设计

建筑地点：湖北省黄石市

建筑概况：建筑的总面积约为4933.87平方米，建筑的总高为17.55m，建筑的总层数为5层，第一层层高为3.9m，第二层至第五层层高为3.3m，室内外高差为0.45m。

结构的平面布置图如图2.1所示。

$[T15`G$){OHTQJ]H}_9{RBM$ 图2.1 结构平面布置图

气候条件：基本风压，基本雪压。^[1]

地质条件：地面粗糙度为B类，基础场地类别为Ⅱ类。

抗震设防：抗震烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组^[2]。

其他条件：建筑重要性类别为丙类，使用年限为50年。

2.2 确定结构体系

首先，我们在进行结构设计时，要选择结构的形式及体系。结构选择的合理性，不仅和使用要求和结构受力性能有关，而且离不开经济性和施工方便等的考虑。结构选型的基本原则包括要满足使用要求，受力性能要好，施工方便以及较好的经济性等。^[3]

我们现在常用的建筑工程结构体系有砌体结构，框架结构，抗震墙结构与框架抗震墙结构等。我们选择的依据需要考虑的方面较多，不仅要考虑建筑性能的要求，房屋的高度，水文地质条件，材料与施工方面的问题等因素，还要考虑到经济性等。根据以上考虑，综合各种结构体系的优点与特点以及建筑工程的需求，选择钢筋混凝土现浇框架结构，屋面与楼面楼板采用钢筋混凝土现浇板，板厚为120mm。楼梯为钢筋混凝土梁式楼梯。^[4]

2.3 材料

混凝土：框架梁、柱以及楼面板选用C30混凝土，基础与楼梯则选用C20混凝土。

钢筋：框架梁与柱纵向受力钢筋，选用HRB400钢筋，楼梯斜梁、平台梁纵向受力钢筋以及基础底板受力钢筋，选用HRB335钢筋，其余则采用HPB300钢筋^[5]。

墙体：内墙采用240厚粉煤灰砖，外墙采用360厚粉煤灰砖。

2.4 梁柱截面尺寸估算

取⑤轴上的一榀框架进行设计与计算。

2.4.1 框架梁截面尺寸的确定

梁的最小截面高度^[6]：

所以h=（1/18～1/8）×7200=（400～900）mm，取h=600mm。

矩形截面梁的高宽比h/b取2，所以取b=300mm。

梁截面尺寸为b×h=300mm×600mm。

2.4.2 框架柱截面尺寸的确定

采用方形截面，，

所以mm，柱截面的高宽比取2，所以柱截面尺寸为b×h=600mm×600mm。

2.5 计算简图

我们在进行计算时，将框架结构的各横向与纵向框架分别独自进行内力计算，忽略掉他们中产生的空间影响作用，选择与计算的一榀框架相邻的两榀框架柱距的一半来进行计算。由于框架梁与不同的楼面结构之间的连接构造不同，在现浇楼面结构中，框架梁的钢筋和楼面板钢筋交错在一起，混凝土再同时浇灌，所以整体性比较好^[7]。

考虑到框架梁与楼面板的连接构造的影响，会使框架梁的截面惯性矩增大。为简化计算，在现浇楼面中，中框架梁的惯性矩取为。其中，是梁按矩形截面计算的惯性矩，；梁的线刚度^[3]。

在计算简图中，框架各构件均用轴线表示，梁的跨度等于柱截面形心轴线之间的距离。底层柱高可从基础顶面算至二层楼面标高处，中间层柱高可从下一层楼面标高处算至上一层楼面标高处，顶层柱高可从顶层楼面标高处算至屋面标高处^[6]。根据地质条件，室内外高差为0.45m，底层层高为3.9m，所以底层柱高为5.35m。标准层柱高为标准层层高等于3.3m。计算简图如图2.2所示。

B轴间框架梁（左跨梁）：