毕业设计计算书实例某写字楼.docx
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毕业设计计算书实例某写字楼
1绪论
本设计是按照******建筑工程学院2008年毕业设计要求编写的毕业设计。
题目为“******办公楼设计”。
内容包括建筑设计、结构设计两部份。
办公楼是公共建筑,其规范要求比较严格,能体现处建筑和结构设计的很多重要的方面,选择办公楼建筑和结构设计,从而掌握办公楼设计的基本原理,妥善解决其功能关系,满足使用要求。
框架结构的设计始于欧美,二十世纪后得到了世界各地大范围的使用,其结构建筑平面布置灵活,使用空间大。
延性较好。
其具有良好的抗震能力。
对办公楼有重要建筑结构非常适用。
能满足其较大的使用面积要求。
框架结构的研究,对于建筑的荷载情况,分析其受力,采用不同的方法分别计算出各种荷载作用下的弯矩、剪力、轴力,然后进行内力组合,挑选出最不利的内力组合进行截面的承载力计算,保证结构有足够的强度和稳定性。
在对竖向荷载的计算种采用了弯矩分配法,对水平荷载采用了D值法,对钢筋混凝土构件的受力性能,受弯构件的正截面和斜截面计算都有应用。
本结构计算选用一榀框架为计算单元,采用手算的简化计算方法,其中计算框架在竖向荷载下的内力时使用的弯矩二次分配法,不但使计算结果较为合理,而且计算量较小,是一种不错的手算方法。
本设计主要通过工程实例来强化大学期间所学的知识,建立一个完整的设计知识体系,了解设计总过程,通过查阅大量的相关设计资料,提高自己的动手能力。
这次设计是在结构教研室各位老师的悉心指导下完成的,在此向你们表示衷心的感谢!
鉴于水平有限,设计书中还存在不少缺点甚至错误,敬请老师批评和指正。
2建筑说明与结构设计说明
2.1设计资料
1、工程名称:
******写字楼。
2、工程地点:
花园路、纬一路交叉口。
3、场地概况:
场地地势平坦,建筑条件良好,持力层为粉土,地基承载力标准值fk=160kpa.
4、水文资料:
勘察期间,在勘探深度15.6m以内未见到地下水。
由于地下水位埋藏较深设计和施工中不考虑其影响。
5、气象资料:
主导风向,西北风。
基本风压Wo=0.45KN/㎡(50年),地面粗糙度类型为C类,最大冻土深度0.4m,最大积雪深度0.2m。
基本雪压0.4KN/㎡。
最大降水量79mm/小时。
极高温41℃,极低温-17℃温度。
2.2建筑物使用要求
1、建筑面积:
5331.32m2。
2、建筑标准:
建筑等级Ⅱ级,防火、采光等级Ⅱ级,抗震设防烈度7度,抗震等级为Ⅲ级。
3、建筑物层数:
主体5层,局部6层。
层高3.3m,底层3.9m。
4、建筑用途:
办公室、会议室。
5、设备条件:
电力、供水、排水均由城市系统引入,采用集中供暖。
2.3建筑物平立面设计
1、该设计采用内廊式组合,使平面紧凑、组合灵活,走廊面积相对比例较小,满足使用要求,又节约用地,主要房间开间6m,进深6m。
纵、横向定位轴线均与柱轴线重合,为使外墙、走廊墙壁平齐,纵梁轴线与柱轴线发生偏移,满足美观与使用要求。
2、门厅位于人流集散的交通枢纽,起着室内外空间的过渡作用。
门厅面积主要根据建筑物的性质、规模、功能要求及其空间处理确定。
3、楼梯采用双折式,室内设两座,主楼梯宽度为3.9m,次楼梯宽度为3m。
一层层高3.9m,其他层层高3.3m,台阶踏步采用b=300mm,h=150mm,级数由相应层高控制。
4、走廊,依据功能使用要求及防火疏散规定,该方案走廊净宽1.9m。
5、卫生间根据使用人数确定坐式大便器、小便槽数目;在各卫生间内设置前室,作为盥洗室。
6、根据设计任务要求,每层设立大办公室、一般办公室(见各层平面图)。
7、为了防止室外雨水倒灌,防止建筑因沉降而使室内地面标高过低,为了满足建筑使用及增加建筑美观,要求室内外地面有一定高差,取室内外高差为450mm。
2.4结构框架设计
柱网6×6㎡。
走廊2.4m柱距,局部柱网适当变化,以适应要求。
横向框架梁采用600×250mm,纵向框架梁采用700×250mm,走廊梁400×250mm,框架柱采用500×500mm。
框架梁、柱采用C30级混凝土,受力钢筋采用HRB335级钢筋。
现浇板采用C30级混凝土,以便梁、板、柱混凝土浇筑时方便施工。
2.5基础设计
基础采用柱下条形基础,横向布置独立基础。
基础埋深1.5m,持力层选在第二层粉土上,地基承载力标准值fk=160kpa,不考虑地下水影响。
基础采用C35混凝土,受力钢筋采用HRB335级钢筋,箍筋采用HPB235级钢筋。
基础垫层采用100mm厚C10级混凝土。
3荷载计算
3.1结构体系选型
图3.1柱网布置图
采用钢筋混凝土现浇框架体系,柱网布置如图3.1所示。
3.2其他结构
屋面:
采用现浇钢筋混凝土板承重结构,上人屋面。
楼面:
全部采用现浇钢筋混凝土板。
楼梯:
采用现浇钢筋混凝土板式楼梯。
过梁:
门洞口采用钢筋混凝土过梁。
基础:
采用钢筋混凝土条形基础。
3.3结构计算
3.3.1初估板、梁、柱的截面尺寸
采用现浇钢筋混凝土板。
1、板的截面尺寸
板1:
L1/L2=6/3=2≥2为单向板
板2:
L1/L2=12/2.4=5≥2为单向板
为施工方便,取板厚为100mm。
2、梁的截面尺寸
主梁L1=6000h=(1/8~1/14)L=(750~429)mm取h=600mm
b=(1/2~1/3)h=(300~200)mm取b=250mm
Ib=1/12bh³=1/12×250×600³=4.5
109mm4
走道梁L2=6000h=(1/8~1/12)L=(300~200)mm取h=400mm
b=(1/2~1/3)L=(200~133)mm取h=250mm
Ib=1/12bh³=1/12×250×600³=1.33
109mm4
次梁h=(1/12~1/16)L=(500~375)mm取h=600mm
b=(1/2~1/3)L=(200~133)mm取h=250mm
3、柱的截面尺寸
采用C30级混凝土,fc=14.3N/mm2,E=3.0
107
由于建筑高度H〈35m,故该框架结构的抗震等级为Ⅱ级,查表得框架柱的轴压比限值为[µ]=0.9。
初估柱截面尺寸。
hc=bc=1.3×1.25×18×6×(6/2+2.4/2)×5/0.9×14.3=286.3mm,取hc=bc=500mm,代入上式[µ]=0.52〈0.9,满足要求。
底层柱H=3.9+0.45+0.5=4.85m
b=(1/15~1/20)H=(323~243)mm
故取hc=bc=500mm边柱与中柱取相同截面。
Ib=1/12bh³=1/12×500×500³=5.21×10
4、梁柱线刚度
根据公式i=EI/L,可以得出梁、柱的线刚度如下。
边梁ib=EI/L=4.5
109E/6000=7.5
105E
走道梁ib=EI/L=1.33
109E/2400=5.54
105E
2~6层柱ic=EI/L=5.21
109E/3300=1.58
106E
底层柱ic=EI/L=5.21
109E/4850=1.34
106E
图3.2梁柱相对线刚度图
梁柱线刚度比如图3.2所示,其中取走道梁的惯性矩为1。
3.3.2结构计算单元的选取
选取轴线⑦所在的一榀框架为计算单元,两边各取柱距的一半作为该榀框架受力范围,走廊板为2.4×6m,按单向板计算。
其于板为3×6m,按单向板计算。
框架计算单元如图3.3所示。
框架轴线尺寸计算简图如图3.4所示。
图3.3框架计算单元
图3.4框架轴线尺寸计算简图
3.4荷载计算
参考荷载规范对材料及相关建筑做法的取值标准,分别计算出个部分的荷载标准值大小。
3.4.1恒荷载计算
1、屋面
98ZJ001屋42.35kN/m2
现浇钢筋混凝土屋面板0.1×25=2.5kN/m2
混合砂浆顶棚0.24kN/m2
合计5.09kN/m2
2、楼面
98ZJ001楼100.70kN/m2
现浇钢筋混凝土屋面板0.1×25=2.5kN/m2
混合砂浆顶棚0.24kN/m2
合计3.44kN/m2
3、女儿墙
98ZJ001外墙131.2×(0.36+0.5)=1.03kN/m
墙体0.2×1.2×5.5=1.32kN/m
合计2.35kN/m
4、外纵墙自重
98ZJ001外墙130.5×(3.3×6-1.8×1.8)=10.26kN
内墙1812×(3.3-0.7)×6×0.02=3.744kN
铝合金窗0.13×1.8×1.8=0.421kN
合计28.02kN
5、框架横梁自重(沿每米)0.25×0.6×25=3.75kN/m
6、框架走廊横梁自重(沿每米)0.25×0.4×25=2.5kN/m
7、框架纵梁自重(沿每米)0.25×0.7×25=4.375kN/m
8、次梁自重(沿每米)0.25×0.6×25=3.75kN/m
9、柱自重0.5×0.5×3.3×25+0.02×3.3×0.5×4×12=22.21kN/m
10、内纵墙自重5.5×0.2×(3.3-0.7)×6+0.36×(3.3-0.7)×6=3.75kN/m
11、横墙自重
98ZJ001内墙18(3.3-0.6)×5.6×0.02×12×2=10.26kN
墙体5.5×0.25×(3.3-0.6)×5.6=20.79kN
合计28.05kN
屋面恒荷载标准值6×(6+2.4+6)×5.09=439.78kN
楼面恒荷载标准值6×(6+2.4+6)×3.44=297.22kN
其中:
(1)线荷载
顶层
DC跨传给横梁的屋面均布荷载5.09×3=15.27kN/m
横梁自重(包括抹灰)3.75kN/m
合计19.02kN/m
CB跨横梁自重(包括抹灰)2.50kN/m
其余层
DC跨传给横梁的屋面均布荷载3.44×3=10.32kN/m
横梁自重(包括抹灰)3.75kN/m
横墙自重8.05/(6-0.5)=5.1kN/m
合计19.02kN/m
CB跨横梁自重(包括抹灰)2.50kN/m
(2)集中荷载
顶层
D柱纵梁自重4.375×(6-0.5)=24.06kN
女儿墙自重2.35×6=14.1kN
次梁自重0.5×3.75×6=11.25kN
传给次梁的屋面恒荷载0.5×5.09×6×3=45.81kN
合计95.22kN
C柱纵梁自重4.375×(6-0.5)=24.06kN
次梁自重0.5×3.75×6=11.25kN
传给次梁的屋面恒荷载0.5×5.09×6×3=45.81kN
传给纵梁的屋面恒荷载0.5×5.09×2.4×6=36.65kN
合计117.77kN
其余层
D柱纵梁自重4.375×(6-0.5)=24.06kN
外纵梁自重32.39kN
次梁自重11.25kN
传给次梁的屋面恒荷载0.5×3.44×6×3=30.96kN
柱自重22.21kN
合计120.87kN
C柱纵梁自重3.75×(6-0.5)=20.63kN
内纵梁自重23.65kN
次梁自重11.25kN
传给次梁的屋面恒荷载0.5×3.44×6×3=30.96kN
传给纵梁的屋面恒荷载0.5×3.44×2.4×6=24.77kN
柱自重22.21kN
合计133.47kN
(3)附加弯矩1/2(b柱-b梁)=0.125
D柱顶层M=95.22×0.125=11.90kN∙m
其余层M=120.87×0.125=15.11kN∙m
C柱顶层M=117.77×0.125=14.72kN∙m
其余层M=133.47×0.125=16.68kN∙m
由于结构布置上,荷载在分布上绝对对称,故恒荷载作用下框架受力图如图3.5所示。
图3.5恒荷载作用下框架受力图
3.4.2活荷载计算
1、屋面均部活荷载
计算重力荷载代表值时,仅考虑屋面荷载,其标准值为:
2.0×(6+2.4+6)×6=172.8kN
2、楼面均部活荷载
2×2.0×6×6+2.4×6×2.5=180kN
查《荷载规范》楼面活荷载Pk=2.0kN/m2
走廊活荷载Pk=2.0kN/m2
上人屋面活荷载Pk=2.0kN/m2
其中:
(1)线荷载
顶层
DC跨传给横梁的屋面活荷载0.5×2.0×6=6kN/m
CD跨无
其余层
DC跨传给横梁的楼面活荷载2×3=6kN/m
(2)集中荷载
顶层
D跨传给次梁的屋面活荷载0.5×2×3×6=18kN
C柱传给次梁的屋面活荷载0.5×2×3×6=18kN
传给纵梁的楼面活荷载0.5×2×6×2.4=14.4kN
合计32.4kN
(3)附加弯矩
D柱顶层M=18×0.125=2.25kN∙m
其余层M=18×0.125=2.25kN∙m
C柱顶层M=32.4×0.125=4.05kN∙m
其余层M=36×0.125=4.5kN∙m
由于结构对称性,AB跨与CD跨受荷相同。
图3.6活荷载作用下框架受力图
活荷载作用下框架的受力图如图3.6所示。
3.4.3、荷载分层总汇
顶层重力荷载代表值=屋面恒荷载+50%雪荷载+构件自重
其它层重力荷载代表值=楼面恒荷载+50%活荷载+构件自重
可的集中于各层楼面的重力荷载代表值如下:
第五层:
G5=439.78+0.5×0.4×6×(6+2.4+6)+3.75×(6-0.5)×2+2.5×(2.4-0.5)+(6-0.5)×4.375×4+3.75×6×2+0.5×(28.02+22.78+28.05)+22.21×0.5×4+2.35×6×2
=795.78KN
第四~二层:
G4~2=297.22+0.5×180+3.75×(6-0.5)×2+2.5×(2.4-0.5)+(6-0.5)×4.375×4+3.75
×6×2+(28.02+22.78+28.05)×2+22.21×4
=821.01KN
第一层:
图3.7质点重力荷载值
G1=297.22+0.5×180+3.75×(6-0.5)×2+2.5×(2.4-0.5)+(6-0.5)×4.375×4+3.75×6×2+0.5×[(28.02+22.78+28.05+32.67+28.032+28.68)]×2+(22.21+32.7)×2
=852.52KN
建筑物总重力荷载代表值
为:
=795.78+821.01×4+852.52=4932.34kN
质点重力荷载值如图3.7所示。
3.4.4风荷载计算
根据本工程气象资料,基本风压W0=0.45kN/m2,建筑风荷载体型系数µs=0.8+0.5=1.3。
本工程位于郑州市市内,地面粗糙程度类别属于C类,由于建筑物总高度小于30m,故不考虑风振系数βz。
H/B﹤1.5,按多层框架计算。
Bz=1.0。
表3.1风压高度变化系数µz
离地面高度Z
4.35
7.65
10.95
14.25
18.75
µz
0.74
0.74
0.74
0.74
0.815
经查表得,风压高度变化系数µz,如表3.1。
本工程从室外地面至檐口高度,考虑女儿墙归入最高层计算。
根据Wk=βzµsµzW0,得
W1=1.0×1.3×0.74×0.45=0.433kN/m2
W2=1.0×1.3×0.74×0.45=0.433kN/m2
W3=1.0×1.3×0.74×0.45=0.433kN/m2
W4=1.0×1.3×0.74×0.45=0.433kN/m2
W5=1.0×1.3×0.815×0.45=0.477kN/m2
每层风压分别乘上计算单元宽度的风荷载作用在建筑物上线荷载:
qik=6×wik。
q1=2.598kN/m
q2=2.598kN/m
q3=2.598kN/m
q4=2.598kN/m
q5=2.862kN/m
转化为集中风荷载作用于楼层标高处:
Fw1k=2.598×(1.65+1.95)=9.35kN
Fw2k=2.598×2×1.65=8.57kN
Fw3k=2.598×2×1.65=8.57kN
Fw4k=(2.598+2.862)×1.65=9.01kN
Fw5k=(1.2+1.65)×2.862=8.16kN
图3.8风荷载示意图
风荷载如图3.7所示。
横向框架柱侧移刚度D值计算,如表3.2。
风荷载下侧移值及侧移限值,如表3.3。
表3.3风荷载下侧移值及侧移限值
层
∑Fwk
∑D
△Uj=∑Fwk/0.85∑D
△U/h
限值
五
9.35
36914
2.981×10-4
9.03×10-5
1/500
四
17.92
36914
5.711×10-4
1.73×10-4
1/500
三
26.49
36914
8.443×10-4
2.56×10-4
1/500
二
35.5
36914
1.131×10-3
3.97×10-4
1/500
一
43.66
50142
1.024×10-3
2.11×10-4
1/500
顶点
3.868×10-3
1.95×10-4
1/450
表3.2横向框架柱侧移刚度D值计算
层
柱型
K=∑ib/ic(底层)
K=∑ib/2ic(中间层)
α=0.5+K/2+K(底层)
α=K/2+K(中间层)
D=12αic/h²
(KN)
底
层
边
柱
1.35/2.42=0.56
0.5+0.56/2+0.56=0.41
8408
中
柱
1+1.35/2.42=0.97
0.5+0.97/2+0.97=0.59
10049
∑D
36914
2
~5层
边
柱
1.35+1.35/2×2.85=0.56
0.47/2+0.47=0.41
9924
中
柱
2×(1+1.35)/2×2.85=0.82
0.82/2+0.82=0.37
15147
∑D
50142
3.4.5地震作用计算
建筑物的总高度小于40mm,7度设防,Ⅱ类场地,采用底部剪力法。
底层荷载计算
1、底层外纵墙自重
98ZJ001外墙130.5×(3.9×6-1.8×1.8)=10.08kN
内墙1812×(3.9-0.7)×6×0.02=4.61kN
墙体0.2×[(3.9-0.7)×6-1.8×1.8]×5.5=17.56kN
铝合金窗13×1.8×1.8=0.421kN
合计32.67kN
内纵墙自重5.5×0.2(3.9-0.7)×6+0.36×(3.9-0.7)×6=28.032kN
横墙自重内墙18(3.9-0.6)×(6-0.5)×0.02×12×2=8.71kN
墙体5.5×0.2×(3.9-0.6)×(6-0.5)=19.97kN
合计28.68kN
2、基本周期计算
表3.4基本周期计算表
层
号
楼层荷载
(kN)
楼层剪力
(kN)
楼层刚度
层间位移
(m)
楼层位移
(m)
五
795.78
795.78
36914
0.0216
0.3028
四
821.01
1626.87
36914
0.0441
0.2812
三
821.01
2447.88
36914
0.0663
0.2371
二
821.01
3268.89
36914
0.0886
0.1708
一
852.52
4121.41
50142
0.0822
0.0822
采用能量法计算基本周期,用各质点重力荷载代表值,水平作用在相应质点上所参生的位移为第一振型,这种假定的振型曲线满足体系的约束体系,并大致接近基本振型,则所得到的基本周期是足够满足精确的,如表3.4。
T=2φi√∑Gi△i2/∑Gi△i=2×0.6×√795.78×0.30282+821(0.28122+0.23172+0.17082)+852.52×0.08222/795.78×0.3028+821.01×(0.2812+0.2317+0.1708)+852.52×0.0822
=2×0.6×√0.494
=0.59(S)
3、水平地震作用的计算
本框架以剪力变形为主,采用底部剪力法。
(因为质量和刚度沿高度分布较均匀。
假定:
地震反应以基本振型为主,基本振型为倒三角形的直线分布。
本地区抗震防烈度为7度,查表得水平地震作用影响系数αmax=0.12(多遇地震),场地类别按Ⅱ类考虑,特征周期Tg=0.355。
∵T1=0.59>Tg,∴α=(Tg/T1)0.9×0.12=(0.35/0.59)0.9×0.12=0.075
∵T1=0.59﹥1.4Tg=0.49,∴钢筋混凝土房屋结构,需考虑结构顶部集中力。
查表得,顶部附加地震作用系数δn=0.08T1+0.07=0.1172
结构等效总重力荷载:
Geg=µ∑Gi=0.85×(795.78+4×821.01+852.52)=4192.49kN
结构总水平地震作用标准值FEK=Geg=0.057×4192.49=238.97kN
顶部附加地震作用△Fn=0.1172×238.97=28.01kN
由于顶部女儿墙地震作用效应扩大,计算Fi时将女儿墙分开计算。
∴∑GiHi=28.2×19.25+767.58×18.05+821.01×(14.75+11.45+8.15)+852.52×4.85
=46734.08kN∙m
根据底部剪力法基本公式Fi=GiHi(1-δn)FEK/∑GjHj。
求各层水平地震作用标准值。
F女=28.2×19.25×210.96/46734.08=2.45kN
F5=(767.58×18.05×210.96/46734.08)+28.01=90.55kN
F4=821.01×14.75×210.96/46734.08=54.66kN
F3=821.01×11.45×210.96/46734.08=42.43kN
F2=821.01×8.15×210.96/46734.08=31.20kN
F1=852.52×4.85×210.96/46734.08=18.66kN
女儿墙的地震作用效应考虑鞭梢效应扩大3倍。
Vk=2.45×3=7.5kN,扩大部分的地震效应不往下部传递。
各层横向地震作用及楼层地震剪力,如表3.5。
表3.5各层横向地震作用及楼层地震剪力
层数
Gi(kN)
Hi(m)
GiHi
∑GiHi
Fi(kN)
女
28.2
19.25
542.85
2.45
五
777.66
18.05
14036.763
90.55
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