毕业设计计算书办公楼框架结构设计.docx
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毕业设计计算书办公楼框架结构设计
1前言
毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段,是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。
本组毕业设计题目为《廊坊市某培训中心办公楼框架结构设计》。
在毕设前期,我温习了《结构力学》、《钢筋混凝土》、《建筑结构抗震设计》等知识,并借阅了《抗震规范》、《混凝土规范》、《荷载规范》等规范。
在毕设中期,我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计。
在毕设后期,主要进行设计手稿的整理,并用电脑绘图并得到老师的审批和指正,使我圆满的完成了任务,在此表示衷心的感谢。
毕业设计的三个月里,在指导老师的帮助下,经过资料查阅、设计计算、论文撰写以及外文的翻译,加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。
巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。
在绘图时熟练掌握了AutoCAD,天正,及PKPM以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。
框架结构设计的计算工作量很大,在计算过程中以手算为主,辅以一些计算软件的校正。
由于自己水平有限,难免有不妥和疏忽之处,敬请各位老师批评指正。
二零一二年四月十日
2建筑设计总说明
2.1建筑设计说明:
2.1.1工程概况
工程名称:
廊坊市某培训中心办公楼;
工程位置:
廊坊市区;
工程总面积:
1851.48㎡;
结构形式:
现浇整体框架。
2.1.2物功能与特点:
该拟建的建筑位于廊坊市内,设计内容:
此楼为办公楼,此建筑占地面积617.16m2,总建筑面积为1851.48m2
(1)平面设计
建筑朝向为南北向,平面布置满足长宽比小于5,采用纵向3.9m、横向6.2m、2.4m、6.2m的柱距,满足建筑开间模数和进深的要求。
(2)防火
防火等级为二级,安全疏散距离满足房门至外部出口或封闭楼梯间最大距离小于35m,大房间设前后两个门,小房间设一个门,满足防火要求;室内消火栓设在走廊两侧,每层两侧及中间设3个消火栓,最大间距25m,满足间距50m的要求。
(3)抗震
建筑的平立面布置规则,建筑的质量分布和刚度变化均匀,楼层没有错层,满足抗震要求。
(4)屋面
屋面形式为平屋顶;平屋顶排水坡度为2%,排水坡度的形式为垫置坡度,排水方式为内排水。
屋面做法采用《98J1——工程做法》中柔性防水,聚苯乙烯泡沫塑料板保温层屋面。
2.2结构设计说明
2.2.1设计资料(自然条件)
1、工程地质条件:
建筑场地类别为Ⅲ类,地震烈度8度.
2、抗震设防:
8度
3、防火等级:
二级
4、建筑物类型:
乙类
5、主导风向:
主导风向:
西南、东北风,冬季以北风、西北风为主,夏季以偏南风、东北风为主。
基本风压W0=0.45KN/m2。
6、基本雪压:
S0=0.40KN/m2
7、冻土深度:
-0.67m
8、年降雨量:
570.3mm,降水集中在7~8月份;
9、冬季采暖室外计算温度-9度;
10、楼面活荷:
办公室:
2.0KN/m2;走道:
2.0KN/m2。
2.2.2工程做法
(1)屋面做法:
水泥炉渣2%找坡,20厚1:
2.5水泥砂浆找平
二粘三油防水层上铺小豆石
干铺100mm厚加气混凝土保温层,表面平整扫静
铺油毛毡隔离层一道
40厚C25刚性防水层
⑥钢筋混凝土面板
⑦粉底(喷涂料)
(2)楼面做法
①10厚花岗岩面层
②20厚1:
2.5水泥砂浆找平层
③钢筋混凝土楼面板
④20厚纸筋灰石灰打底,涂料两边
(3)卫生间楼面
①10厚防滑地砖
②20厚1:
2.5水泥砂浆粘结层
③高分子防水卷材一层大于等于1.2厚
④现浇混凝土板
⑤20厚纸筋灰石灰打底,涂料两边
(4)墙身做法
a内墙
①刷内墙涂料
②20厚灰石灰砂浆
③200厚MU2.5陶粒空心砌块
④20厚灰石灰砂浆
⑤刷内墙涂料
b外墙
①剁假石墙面
②200厚MU2.5陶粒空心砌块
③20厚灰石灰砂浆
④刷内墙涂料
3结构设计计算书
3.1结构平面布置
3.1.1结构布置及结构计算简图的确定构平面布置如图所示。
图3.1结构平面布置图
3.1.2确定梁柱截面尺寸:
主梁:
边跨(AB,CD)梁:
h=(1/8~1/12)l=(1/8~1/12)×6200=775mm~517mm
取h=600mm,b=(1/3~1/2)l=(1/3~1/2)×600=200~300,取b=250mm
中跨(BC)梁:
h=(1/8~1/12)l=(1/8~1/12)×2400=300mm~200mm
取h=400mm,b=250mm
连系梁:
边柱(A轴,D轴),中柱(B轴,C轴)上连系梁:
h=(1/12~1/15)l=(1/12~1/15)×3900=325mm~260mm
取h=400mm,b>400/4=100取b=250mm
柱截面:
H=4850mm,b=(1/15~1/20)×4850=306mm~243mm
h=(1/8~1/12)×4850=606mm~404mm
取b×h=300mm×450mm
现浇楼板厚100mm,满足h/l01≥1/50
3.1.3计算简图的确定(见图3.2)
根据地质资料,确定基础顶面离室外地面为500mm,由此求得底层层高为4.85m。
各梁柱构件的线刚度经计算后列于图2,其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用,梁取I=2I0(I0为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩)。
AB,CD跨梁:
BC跨梁:
中部各层柱:
首层柱:
注:
图中数字为线刚度,单位:
×10-4Em3
Ec=3.25×104N/mm2Eb=3.00×104N/mm2
图3.2:
结构计算简图
3.2荷载统计
3.2.1恒载计算
(1)屋面框架梁线荷载标准值:
水泥炉渣2%找坡,20厚1:
2.5水泥砂浆找平0.4KN/m2
二粘三油防水层上铺小豆石0.35KN/m2
干铺100mm厚加气混凝土保温层0.1×6=0.6KN/m2
40厚C25刚性防水层20×0.04=0.8KN/m2
⑥100厚钢筋混凝土面板0.1×25=2.5KN/m2
屋面恒载:
4.65KN/m2
边跨(AB、CD跨)框架梁自重0.25×0.6×25=3.75KN/m2梁侧粉刷2×(0.6-0.1)×0.02×17=0.34KN/m2
中跨框架梁自重0.25×0.4×25=2.5KN/m2
梁侧粉刷2×(0.4-0.1)×0.02×17=0.2KN/m2
因此,作用在顶层框架梁上的线荷载为:
(图3.3)
g3AB1=g5CD1=4.09KN/m
g3BC1=2.7KN/m
g3AB2=g3CD2=4.65×3.9=18.14KN/m
g3CD2=4.65×2.4=11.16KN/m
(2)楼面框架梁线荷载标准值
100厚花岗岩面层0.01×28=0.28KN/m2
20厚1:
2.5水泥砂浆找平层0.02×20=0.4KN/m2
100厚现浇钢筋混凝土楼板0.1×25=2.5KN/m2
20厚纸筋石灰抹底0.02×16=0.32KN/m2
楼面恒载3.5KN/m2
边跨(AB、CD跨)框架梁自重及梁侧粉刷4.09KN/m
边跨填充墙自重0.2×(3.6-0.6)×5=3KN/m
墙面粉刷(3.6-0.6)×0.02×2×17=2.04KN/m
中跨框架梁自重及梁侧粉刷2.7KN/m
因此,作用在中间层框架梁上的线荷载为(图3.4):
gAB1=gCD1=4.09+5.04=9.13KN/m
gBC1=2.7KN/m
gAB2=gCD2=3.5×3.9=13.65KN/m
gBC2=3.5×2.4=8.4KN/m
(3)屋面框架节点集中荷载标准值
边柱连系梁自重0.25×0.40×3.9×25=9.75KN
粉刷0.02×(0.4-0.10)×2×3.9×17=0.80KN
500高女儿墙自重0.5×3.9×0.2×5=1.95KN
粉刷0.5×0.02×2×3.6×17=1.22KN
连系梁传来屋面自重1/2×3.9×1/2×3.9×4.65=17.68KN
顶层边节点集中荷载G3A=G3D=31.25KN
中柱连系梁自重及粉刷9.75+0.80=10.55KN
连系梁传来屋面自重1/2×(3.9+3.9-2.4)×2.4/2×4.65=15.07KN
1/2×3.9×3.9/2×4.65=17.68KN
顶层中节点集中荷载G3B=G3C=43.48KN
(4)楼面框架节点集中荷载标准值
边柱连系梁自重及粉刷9.75+0.8=10.55KN
塑钢窗自重2.7×1.8×0.45=2.19KN
窗下墙自重0.2×1.0×3.6×5=3.6KN
粉刷0.02×2×1×3.6×17=2.45KN
窗边墙自重0.6×(3.6-1.0-0.4)×0.2×5=1.32KN
粉刷0.6×(3.6-1.0-0.4)×0.02×2×17=2.24KN
连系梁传来楼面自重1/2×3.9×1/2×3.9×4.65=17.68KN
框架柱自重0.3×0.45×3.6×25=12.15KN
粉刷〔(0.3+0.45)×2-3×0.2〕×0.02×3.6×17=1.10KN
剁假石面0.08×0.5×3.3×19.8=2.61KN
中间层边节点集中荷载GA=GD=55.82KN
中间柱连系梁自重及粉刷9.75+0.73=10.48KN
内纵墙自重3.6×(3.6-0.4)×0.2×5=11.52KN
粉刷3.6×3.2×2×0.02×17=7.83KN
扣除门洞重加上门重-2.4×1.2×(5.24-0.2)=-14.52KN
框架梁传来屋面自重1/2×(3.9+3.9-2.4)×1/2×2.4×3.5=11.34KN
1/2×3.9×1/2×3.9×3.5=13.31KN
框架柱自重12.15KN
粉刷1.10KN
中间层中节点集中荷载GB=GC=53.21KN
(5)恒载作用下结构计算简图(图3.5)
3.2.3楼面活荷载计算
楼面活荷载作用下结构计算简图如图4所示。
图中各荷载计算如下:
(1)屋顶板的活荷载标准值
P3AB=P3CD=1.5×3.9=5.85KN/m
P3BC=1.5×2.4=3.6KN/m
P3A=P3D=1/2×3.9×1/2×3.9×1.5=5.7KN
P3B=P3C=1/2×(1.5+3.9)×2.4/2×1.5+1/4×3.9×3.9×1.5=10.56KN
(2)楼面板的活荷载标准值
PAB=PCD=2.0×3.9=7.8KN/m
PBC=2.5×2.4=6.0KN/m
PA=PD=1/4×3.9×6.2×2=11.16KN
PB=PC=11.16+1/4×3.9×2.4×2.5=17.01KN
3.3风荷载计算
3.3.1风压标准值计算
风压标准值计算公式为ω=βzμsμzω0
因结构高度H=12.05m<30m,可取βz=1.0
μz可查荷载规范,按地面粗糙程度和建筑物离地面高度确定。
地面粗糙程度为B类,μz取值如表
表3.1
离地面高度(m)
5
10
15
20
4.05
7.65
11.25
14.85
18.45
风压高度系数μz
1.0
1.0
1.14
1.25
1.0
1.0
1.035
1.136
1.216
对于矩形平面μs=1.3;将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载,计算过程如表2所示。
表中A为一榀框架各层节点的受风面积,计算结果如图3.5所示。
横向风荷载计算表3.2
层次
βz
μs
z(m)
μz
w0(KN/m2)
A(m2)
Pw(KN)
3
1.0
1.3
11.55
1.04
0.45
8.97
5.46
2
1.0
1.3
7.95
1
0.45
14.04
8.20
1
1.0
1.3
4.35
1
0.45
16.97
11.03
(1)计算简图,见图3.6。
(2)柱Kc值C30,Ec值为3.0×104N/mm2
柱Kc值计算表3.3
层数
截面
(m2)
混凝土
强度等级
惯性矩Ic
(m4)
(m3)
(KNm)
2~3
0.3×0.45
C30
2.28×10-3
6.33×10-4
18.99×103
1
0.3×0.45
C30
2.28×10-3
4.7×10-4
14.1×103
图3.6:
风荷载作用下结构计算简图(单位KN)
(3)梁Kb值
2.4m梁:
6.2m梁:
及
的值表3.4
层
柱类型
根数
底层
边柱
15/4.7=3.19
0.711
5.39×103
4
中柱
(15+11.11)/4.7=5.56
0.802
6.14×103
4
∑D
11.53×103
二三层
边柱
15×2/(2×6.33)=2.37
0.54
9.5×103
4
中柱
(15+11.11)×2/(2×6.33)=4.12
0.67
11.78×103
4
∑D
21.28×103
3.4荷载作用下的框架内力分析
荷载取设计值,它等于荷载标准值乘以相应的荷载分项系数。
3.4.1竖向恒载作用下的内力计算
竖向恒载作用下的内力计算采用力矩二次分配法。
(1)荷载简化
梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成,在求固端弯矩时,将梯形分布荷载及三角形荷载化作等效均布荷载。
顶层:
AB,CD跨(α=0.5×3.9/6.2=0.315)
BC跨
1~2层:
AB,CD跨(α=0.5×3.9/6.2=0.315)
BC跨
(2)弯矩分配系数
弯矩分配系数表3.5
构件名称
转动刚度S(KN·m)
相对转动刚度
框架梁
边跨
4Kb=4×15×103=60×103
3.191
中跨
4Kb=4×11.11×103=44.4×103
2.364
框架柱
边跨
4Kc=4×4.7×103=18.8×103
1.000
中跨
4Kc=4×6.33×103=25.32×103
1.347
各节点杆件分配系数见下表:
各节点杆件分配系数表3.6
节点
[
左梁
右梁
上柱
下柱
4
1.347+3.191=4.538
0.703
0.297
3
1.347+3.191+1.347=5.885
0.542
0.229
0.229
2
1.347+3.191+1.000=5.538
0.576
0.243
0.181
8
3.191+1.347+2.364=6.902
0.462
0.195
0.343
6
3.191+1.347+2.364+1.347=8.249
0.387
0.287
0.163
0.163
5
3.191+1.347+2.364+1.000=7.902
0.404
0.170
0.299
0.127
(3)杆件固端弯矩
固端弯矩计算表3.7
AB跨
BC跨
简图
固端弯矩
MF=MJ(KN/m)
简图
固端弯矩
MF=MK(KN/m)
顶层
19.20KN/m
×19.20×6.22=61.50
9.68KN/m
1/3×9.68×1.22=4.65
中层
20.5KN/m
×20.5×6.22=65.60g
7.95KN/m
1/3×7.95×1.22=3.82
(4)、杆件固端弯矩分配与传递
图3.7恒载力矩分配与传递
传递系数:
远端固定,传递系数为
远端滑动铰支,传递系数为-1。
梁端剪力及柱轴力计算
梁端剪力V=Vq+Vm
式中:
Vq——梁上均布荷载引起的剪力,Vq=
ql;
Vm——梁端弯矩引起的剪力,Vm=
柱轴力N=V+P
式中:
V——梁端剪力;
P——节点集中力及柱自重。
图3.8恒载下框架弯矩图
图3.9调幅后恒载下框架弯矩图(调幅系数边跨0.8中跨1.2)
图3.10:
恒载下梁的剪力图(KN)
图3.11:
恒载下柱的轴力图(KN)
3.4.2竖向活荷载作用下的内力计算
(1)荷载简化
(2)杆件固端弯矩
固端弯矩计算表3.8
AB跨
BC跨
简图
固端弯矩
M0=MJ(KN/m)
简图
固端弯矩
MJ=MK(KN/m)
4.87KN/m
×4.87×6.22=15.6
2.25KN/m
1/3×2.25×1.22=1.08
6.5KN/m
×6.5×6.22=20.82
3.75KN/m
1/3×3.75×1.22=1.8
图3.12活载弯矩分配图(KN/m)
图3.13:
活荷载作用下的弯矩图(KNm)
图3.14:
活荷调幅后的弯矩图(KNm)
图3.15:
活荷载下梁的剪力图(KN)
图3.16:
活荷载下柱的轴力图(KN)
3.4.3风荷载作用下的内力计算
(1)风荷载设计值×1.4
风荷载的计算简图见下图所示,其计算采用D值法,计算过程见下表
表3.9
层力号
总Fwk(KN)
K
a
D(KN/m)
总D(KN/m)
V=D/总D*总Fwk(KN)
3
7.644
边柱
2.37
0.54
9.5×103
42.56×103
1.71
中柱
4.12
0.67
11.78×103
2.12
2
19.124
边柱
2.37
0.54
9.5×103
42.56×103
4.27
中柱
4.12
0.67
11.78×103
5.29
1
34.566
边柱
3.19
0.711
5.39×103
23.06×103
8.08
中柱
5.56
0.802
6.14×103
9.2
(2)求反弯点高度:
由本结构的风荷载简图知其分布接近于均布荷载.故Y0由<<工民建专业毕业设计手册>>(杨志勇主编,武汉工业大学出版社)中的表5-2-4查得.本结构的各层横梁的线刚度相同.则Y1=Y2=Y3=0.因此柱底至反弯点高度YH=Y0H.计算反弯点高度见下表:
9
反弯点高度Y0H表:
3.10
层号
柱号
K
Y0
YH=Y0H
3
边柱
2.37
0.45
1.62
中柱
4.12
0.45
1.62
2
边柱
2.37
0.5
1.8
中柱
4.12
0.5
1.8
1
边柱
3.19
0.55
2.67
中柱
5.56
0.55
2.67
(3)风荷载作用下的框架内力计算过程
求的各柱的反弯点高度YH和杆端剪力Vjk后,即可求的各杆端弯矩.再根据节点平衡条件求得梁端弯矩.例如3层边柱:
M31=V31×Y31;M32=V31×(H-Y31)
梁端弯矩与其线刚度成正比
对于中柱:
Mb左=(Mij上+Mi+1j下)Ib左/(Ib左+Ib右)
Mb右=(Mij上+Mi+1j下)Ib右/(Ib左+Ib右)
对于边柱Mb=Mij上+Mi+1j下
弯矩计算表:
3.11
Mij上
Mij下
Mb
3
边柱
1.98
2.42
1.98
中柱
2.45
2.99
左1.41
右1.04
2
边柱
5.89
5.89
8.31
中柱
7.31
7.31
左5.92
右4.38
1
边柱
16.02
13.08
21.91
中柱
17.3
14.13
左14.14
右10.47
风荷载作用下的弯矩图剪力图.轴力图如下
图3.17:
风荷载下弯矩图(KNm)
图3.18:
风荷载下柱的轴力和梁的剪力图
3.4.4地震作用下荷载计算
本设计仅考虑水平地震作用即可,并可采用基底剪力法计算水平地震作用力。
由于该结构的刚度比较均匀,可取一个计算单元进行计算。
(1)分层计算重力荷载代表值:
第五层GE5值为整个框架结构第五层上半层以上所有构件的重量及活荷载的重量,一到四层类同.
各层重力荷载代表值为:
G3=4.09×6.2×2+2.7×2.4+4.65×3.9×(6.2×2+2.4)+(1.95+1.22)+0.3×0.45×3.6/2×25×4+(0.2×3.6×3.9×5)÷2×2+0.02×2×3.6×3.9×17÷2×2+4×(9.75+0.8)+5.85×12.4+3.6×2.4+5.7+5.7+10.56+10.56=443.54KN
G2=4.09×6.2×2+2.7×2.4+3.14×3.9×(6.2×2+2.4)+0.3×0.45×3.6×25×4+1.1×4+4×(9.75+0.8)+7.8×12.4+6×2.4+11.16+11.6+17.01+17.01=458.24KN
G1=4.09×6.2×2+2.7×2.4+3.14×3.9×(62×2+2.4)+0.3×0.45×(3.6+4.85)/2×25×4+0.3×0.45×(3.6+4.85)/2×0.02×17×2+4×(9.75+0.8)+4×1.1+7.8×12.4+6×2.4+11.16+11.6+17.01+17.01=509.92KN
GE3=G3+0.5QK=443.54+0.5×(14.8×3.9/2)=457.97KN
GE2=G2+0.5QK=458.24+0.5×(14.8×3.9/2)=472.67KN
GE1=G1+0.5QK=509.92+0.5×(14.8×3.9/2)=518.3KN
等效重力荷载
GEq=0.85GEi=0.85×(518.3+472.67+457.97)=1231.6KN
(2)自振周期计算
按顶点位移法计算,考虑填充墙对刚度的影响,取基本周期调整系数α0=0.6。
计算公式为
,式中
为顶点位移(单位为m),按D值法计算,见下表
横向框架顶点位移计算表3.12
层次
3
457.97
457.97
42.56×103
0
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