框架结构办公楼毕业设计.docx

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框架结构办公楼毕业设计

框架结构办公楼毕业设计（总49页）

摘要

本设计主要是对上海市一多层综合办公楼进行结构设计，应用PKPM结构设计软件完成。

该办公楼占地面积为1310㎡，总建筑面积5240㎡，建筑物共6层，总高度。

设计采用现浇钢筋混凝土框架结构，基础采用柱下独立基础。

设计使用年限为50年，抗震等级为三级，抗震设防烈度为7度，场地类别II类。

本设计应用的PKPM软件是由中国建筑科学研究院建筑结构研究所推出的一套集建筑设计、结构设计、设备设计、管理信息化于一体的大型综合工程CAD系统，涵盖建筑结构设计的各个方面，是目前国内建筑工程界应用最广，用户数量最多，国内影响力最大的计算机辅助设计软件。

PKPM结构软件事实上已成为行业标准，是广大结构工程师设计工作中必不可少的利器。

在本设计中，主要应用了PKPM结构设计软件中的四个部分：

PMCAD、SATWE、JCCAD和LTCAD。

其中，应用PMCAD建立模型，应用SATWE计算分析，应用JCCAD设计基础，应用LTCAD设计楼梯。

设计成果包括计算分析数据和结构施工图。

关键字：

钢筋混凝土框架结构；结构设计；PKPM软件应用；抗震设计

Abstract

ThispaperpresentsadesignaboutamultilayercomprehensiveofficebuildinginShanghai,usingPKPMsoftwaretocompleteareaofthebuildingis1310㎡,theareaofstructureis5240㎡,ithassixlayersandtotalheightisdesignadoptedCast-in-situreinforcedconcreteframestructureandIndependentunder-postdesignworkinglifeofitis50years,classesofseismicmeasureislevel3,theseismicfortificationintensityisof7degreeswithitecategoryIIclass.

Asalarge-scaleintegratedengineeringCADsystem,thePKPMsoftwareusedinthiscaseisputforwardbyChinaconstructionscienceresearchinstituteofbuildingstructureswhichmakesArchitecturaldesign,structuraldesign,equipmentdesign,managementinformationasacoversallaspectsofthearchitecturalstructuredesign,andisthemostwidelyusedincurrentdomesticconstructionengineeringwiththemostnumberofaresult,Itbecamethemostinfluentialdomesticcomputeraideddesignsoftwareandhasbecometheindustryfact,itistheindispensabletoolinthegeneralstructuralengineersdesignwork.

Inthispaper,fourpartsinthePKPMstructuredesignsoftwareareused,whicharePMCAD、SATWE、JCCADandisusedformodeling,PMCADisusedforcalculatingandanalyzing,JCCADisusedfordesigningfoundationandLTCADisusedfordesigningstairs.ThedesignresultsincludeIncludingthecalculationandanalysisdataandthestructureconstructiondrawing.

Keyword:

reinforcedconcreteframe;structuraldesign;applianceofPKPMsoftware;seismiccalculation,

1工程概况

工程背景

该工程为上海浦东三林六层办公楼，主体为现浇钢筋混凝土框架结构，占地面积为1310㎡，建筑面积5240㎡，建筑物共6层，底层层高，标准层层高，顶层层高，总高度，室内外高差，基础顶面距离室外地面，基础采用柱下独立基础。

该办公楼主要以层为单元出租，每层为一个独立的单元，拥有接待室、会议室、档案室、普通办公室、专用办公室等。

楼内设有两个电梯三个楼梯，主、次楼梯开间均为3m，进深均为，楼梯的布置均符合消防、抗震的要求。

设计条件

工程地质条件

拟建场地地形平坦，土质分布具体情况见表，II类场地土。

地下稳定水位距地表-9m，表中给定土层深度由自然地坪算起。

建筑地点冰冻深度。

表1-1建筑地层一览表

序号

岩土

深度

土层

深度

（m）

厚度

范围

（m）

地基土

承载力（kPa）

压缩

模量

（mPa）

1

杂填土

—

---

---

2

粉土

—

200

3

中粗砂

—

300

4

砾砂

—

350

气象资料

（1）气温：

年平均气温℃，最高气温:

℃，最低气温℃。

（2）雨量：

年降雨量1100mm。

最大雨量110mm/d。

（3）基本风压：

m2，B类粗糙度。

（4）基本雪压m2。

抗震设防烈度

抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为；建筑场地土类别为二类，场地特征周期，抗震等级三级，抗震设计分组为第一组。

材料

除基础垫层混凝土选用C10，基础选用C25外，基础以上各层混凝土均选用C35。

框架梁、柱等主要构件的纵向受力钢筋选择HRB335级钢筋；构造钢筋、箍筋及板内钢筋选用HPB235。

建筑平面布置

标准层平面布置图如下（图1-1）。

图1-1标准层平面布置图

①-⑨轴立面图（图1-2）

图1-2①-⑨轴立面图

-

轴立面图

（图1-3）

图1-3

-

轴立面图

设计依据

（1）混凝土结构设计规范（GB50010-2011）.北京：

中国建筑工业出版社，2002

（2）建筑抗震设计规范（GB50011-2010）.北京：

中国建筑工业出版社，2008

（3）建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）.北京：

中国建筑工业出版社，2002

（4）建筑结构荷载规范（GB50009-2001）.北京：

中国建筑工业出版社，2006

（5）杨星.PKPM建筑结构CAD软件教程.北京：

中国建筑工业出版社，2010

（6）李必瑜,王雪松.房屋建筑学（第3版）.武汉：

武汉理工大学出版社，2008

（7）叶列平.混凝土结构（第2版上册）.北京：

清华大学出版社，2006

（8）周景星,李广信等.基础工程（第2版）.北京：

清华大学出版社，2007

（9）中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部.PKPM结构系列软件用户手册.2008

2模型建立与荷载布置

本设计的模型建立与荷载布置工作应用PKPM结构设计软件中的PMCAD模块完成。

PMCAD是担负整套结构软件中模型输入与绘制平面施工图的模块，也是整个结构CAD系统的核心。

PMCAD的功能主要有：

绘制正交及斜交网格平面的框架、框剪及砖混结构的平面图和立体图；画出预制板、次梁及楼板开洞布置；计算现浇楼板内力与配筋并画出板配筋图；统计结构工程量并以表格形式输出等。

结构模型方案的选择及布置

结构方案的确定

考虑到现浇钢筋混凝土框架结构建筑平面布置灵活，能够获得较大的使用空间，建筑立面容易处理，可以适应不同房屋造型，故本设计采用现浇钢筋混凝土框架结构。

基础类型的确定

根据施工场地、地基条件、场地周围的环境条件，选择柱下独立基础。

结构构件截面尺寸的选择

1）基础顶面设计标高的确定

根据地质勘察报告的建议，地基持力层可设在中粗沙层上，该层距室外地面—之间，现选用桩基础，故取基础顶面距离室外设计地面处。

2）楼板厚度的确定

根据平面布置，单向板的最大跨度为3m，

按刚度条件，板厚为l/40=3000/40=75mm；

按构造要求，现浇钢筋混凝土单向板的最小厚度为60mm；

综合荷载等情况考虑，取板厚h=100mm.

3）框架梁截面尺寸确定

1、横向框架梁：

横向框架梁的最大跨度为6600mm，

横向框架梁高h=（1/8~1/12）l=（1/8~1/12）6600=825mm~550mm，取h=750mm；

横向框架梁宽b=（1/2~1/3）h=（1/2~1/3）750=375mm~250mm，取b=350mm

2、纵向框架梁：

纵向框架梁高h=（1/8~1/12）l=（1/8~1/12）6600=825mm~550mm，取h=750mm；

纵向框架梁宽b=（1/2~1/3）h=（1/2~1/3）750=375mm~250mm，取b=350mm

4）框架柱截面尺寸确定

对于多层框架，无论从受力的角度，还是柱的净高而言，都以底层最为不利。

底层层高H=，柱截面高度取h=（1/15~1/20）H=（1/15~1/20）5100=340mm~255mm。

又对于抗震设防烈度为7度，房屋高度为<30m，即抗震等级为三级的框架结构，为保证柱有足够的延性，需要限制柱的轴压比，柱截面面积应满足下式：

，其中

，再扩大—倍，则

，即

，bc=hc=530mm，综合考虑取bc=hc=600mm。

荷载计算

楼面荷载

活载定义

该建筑为办公楼，根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001），按第条规定，因此取楼面均布活荷载标准值为m2；按第条规定，上人屋面，因此取屋面均布活荷载标准值为m2。

恒载定义

（1）楼面恒载

水磨石地面（10mm面层，20mm水泥砂浆打底）㎡

100厚钢筋混凝土屋面板25×=㎡

10厚纸浆石灰泥粉平16×=㎡

V型轻钢龙骨吊顶㎡

合计㎡

（2）屋面恒载

现浇40厚细石混凝土22×=㎡

捷罗克防水层（厚8mm）㎡

20厚1：

3水泥砂浆找平20×=㎡

膨胀珍珠岩砂浆找坡（平均厚140mm）14×=㎡

100厚钢筋混凝土屋面板25×=㎡

10厚纸浆石灰泥粉平16×=㎡

V型轻钢龙骨吊顶㎡

合计㎡

梁间荷载

本设计中定义的梁间荷载是填充墙的自重，将其布置为均布线荷载。

材料选择300mm×250mm×110mm水泥空心砖，密度为m3。

①外墙厚270mm，1-4层梁上承受的均布线荷载值为××）=m；5层梁上承受的均布线荷载值为××）=m,6层梁上承受的均布线荷载值为××）=m。

②内隔墙厚240mm，1-4层梁上承受的均布线荷载值为××。

5层梁上承受的均布线荷载值为××）=m，6层梁上承受的均布线荷载值为××）=m。

地震荷载

地震荷载参数

地震荷载参数如表2-1所示

表2-1地震荷载参数表

振型组合方法

CQC耦联

计算振型数

15

地震烈度

7

场地类别

Ⅱ

设计地震分组

第一组

特征周期

多遇地震影响系数最大值

罕遇地震影响系数最大值

框架的抗震等级

3

重力荷载代表值的活载组合值系数

周期折减系数

地震振型

本设计取计算振型个数为15个，其振型图如图2-1、2-2所示。

图2-1X方向投影振型图2-2Y方向投影振型

风荷载

风荷载参数

风荷载参数如表2-2所示：

表2-2风荷载参数表

修正后的基本风压（kN/m2）

风荷载作用下舒适度验算风压（kN/m2）

地面粗糙程度

B类

结构X向基本周期（s）

结构Y向基本周期（s）

是否考虑顺风向风振

是

风荷载作用下结构的阻尼比（%）

风荷载作用下舒适度验算阻尼比（%）

是否计算横风向风振

否

是否计算扭转风振

否

承载力设计时风荷载效应放大系数

体形变化分段数

1

各段最高层号

7

各段体形系数（X）

各段体形系数（Y）

活荷载折减

结构计算的过程中，应用到的柱、墙、基础活荷载折减系数如表2-3所示。

表2-3活荷载折减系数

计算截面以上的层数

1

2--3

4--5

6--8

折减系数

荷载组合系数

荷载组合信息如表2-4。

表2-4荷载组合参数表

恒载分项系数

活载分项系数

风荷载分项系数

水平地震力分项系数

竖向地震力分项系数

特殊风荷载分项系数

活荷载的组合值系数

风荷载的组合值系数

重力荷载代表值效应的活荷组合值系数

仅考虑恒载、活载参与组合

3结构内力分析

本设计的结构计算分析工作应用PKPM结构设计软件中的SATWE模块完成。

SATWE是专门为多、高层结构分析与设计而研制的空间组合结构有限元分析软件。

SATWE的核心工作就是要解决剪力墙和楼板的模型化问题，尽可能地减小其模型化误差，更好地反映出结构的真实受力状态。

SATWE适用于高层和多层钢筋砼框架、框架-剪力墙、剪力墙结构，以及高层钢结构或钢-砼混合结构。

此外，SATWE考虑了多、高层建筑中多塔、错层、转换层及楼板局部开大洞等特殊结构型式。

SATWE所需的几何信息和荷载信息全部都从PMCAD建立的建筑模型中自动提取生成，并且有墙元和弹性楼板单元自动划分、多塔、错层信息自动生成功能。

SATWE可完成建筑结构在恒、活、风、地震力作用下的内力分析、动力时程分析及荷载效应组合计算，可进行活荷不利布置计算，并可将上部结构和地下室作为一个整体进行分析，对钢筋砼结构可完成截面配筋计算，对钢构件可作截面验算。

SATWE完成计算后，可经全楼归并接力PK绘梁、柱施工图，并可为各类基础设计软件提供设计荷载。

结构基本信息

结构构件统计

各层构件数量、构件材料和层高如表3-1所示。

表3-1各层构件与层高统计表

层号

梁元数

（混凝土/主筋）

柱元数

（混凝土/主筋）

层高（m）

累计高度（m）

1

50（30/300）

45（30/300）

2

150（30/300）

45（30/300）

3

150（30/300）

45（30/300）

4

150（30/300）

45（30/300）

5

150（30/300）

45（30/300）

6

150（30/300）

45（30/300）

结构材料及配筋信息

结构材料参数

混凝土容重：

Gc=kN/m3

钢材容重：

Gs=kN/m3

结构配筋计算参数

表3-2配筋信息表

梁主筋强度（N/mm2）

IB=300

柱主筋强度（N/mm2）

IC=300

墙主筋强度（N/mm2）

IW=300

墙分布筋强度（N/mm2）

JWH=300

梁箍筋强度（N/mm2）

JB=270

柱箍筋强度（N/mm2）

JC=270

梁箍筋最大间距（mm）

SB=100

柱箍筋最大间距（mm）

SC=100

梁保护层厚度（mm）

BCB=20

柱保护层厚度（mm）

ACA=20

各层的质量、质心坐标信息

各层的质量、质心坐标信息如表3-3所示。

表3-3各层的质量、质心坐标信息统计表

层号

质心X（m）

质心Y（m）

质心Z（m）

恒载质量（t）

活载质量（t）

质量比

6

5

4

3

2

1

结构在荷载作用下的总质量。

活载产生的总质量为t，恒载产生的总质量为，结构的总质量为。

其中恒载产生的总质量包括结构自重和外加恒载，结构的总质量包括恒载产生的质量和活载产生的质量，活载产生的总质量和结构的总质量是活载折减后的结果。

风荷载作用下的结构内力

风荷载作用下的结构内力最大值如表3-4所示。

表3-4风荷载作用下的结构内力最大值

层号

风荷载X

（kN）

剪力X

（kN）

倾覆弯矩X（kN·m）

风荷载Y（kN）

剪力Y（kN）

倾覆弯矩Y（kN·m）

1

2

3

4

5

6

地震作用下的结构内力

地震振型参数

考虑扭转耦联时的振动周期（秒）、X,Y方向的平动系数、扭转系数如表3-5所示。

表3-5振动周期（秒）、X,Y方向的平动系数、扭转系数

振型号

周期

转角

平动系数（X+Y）

扭转系数

1

（+）

2

（+）

3

（+）

4

（+）

5

（+）

6

（+）

7

（+）

8

（+）

9

（+）

10

（+）

11

（+）

12

（+）

13

（+）

14

（+）

15

（+）

地震作用最大的方向=°

仅考虑X向地震作用时的地震力

当仅考虑X向地震作用时的地震力时，各层X方向的作用力如表3-6所示。

其中，Fx——X向地震作用下结构的地震反应力

Vx——X向地震作用下结构的楼层剪力

Mx——X向地震作用下结构的弯矩

StaticFx——静力法X向的地震力

表3-6各层X方向的作用力（CQC）

Floor

Fx（kN）

Vx（kN）

整层剪重比

Mx（kN▪m）

StaticFx（kN）

6

%

5

%

4

%

3

%

2

%

1

%

抗震规范条要求的X向楼层最小剪重比=%，根据表3-6所示，满足要求。

仅考虑Y向地震时的地震力

当仅考虑Y向地震作用时的地震力时，各层Y方向的作用力如表3-7所示。

其中，Fy——Y向地震作用下结构的地震反应力

Vy——Y向地震作用下结构的楼层剪力

My——Y向地震作用下结构的弯矩

StaticFy——静力法Y向的地震力

表3-7各层Y方向的作用力（CQC）

Floor

Fy（kN）

Vy（kN）

整层剪重比

My（kN▪m）

StaticFy（kN）

6

%

5

%

4

%

3

%

2

%

1

%

抗震规范条要求的Y向楼层最小剪重比=%，根据表3-6所示，满足要求。

振型个数检验

计算结果显示，X方向的有效质量系数为%，Y方向的有效质量系数为%，均大于90%，满足《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）要求。

所以地震振型个数设为15是合理的。

各振型作用下X、Y方向的基底剪力

各振型作用下X、Y方向的基底剪力如表3-8所示。

表3-8各振型作用下X、Y方向的基底剪力

振型号

X方向剪力（kN）

Y方向剪力（kN）

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

底层最大组合内力

底层最大组合内力如表3-9所示。

其中，Xod,Yod——最大组合内力的作用点（Mx,My=0）

SumofAxial——最大组合内力值（kN）

表3-9底层最大组合内力

Xod

Yod

SumofAxial

LoadCase

Vxmax

Vymax

Nmin

Nmax

Mxmax

Mymax

各层轴力之和

柱在竖向力、恒荷载、活荷载作用下的轴力之和如表3-10所示。

表3-10柱、墙、支撑在竖向力、恒荷载、活荷载作用下的轴力之和（kN）

作用力

第1层

第2层

第3层

第4层

第5层

第6层

竖向力

恒荷载

活荷载

4结构构件计算与配筋设计

楼板计算与配筋设计

楼板计算

本设计中楼板均为现浇楼板，计算时仅考虑作用在楼板和屋面上的恒载与活载。

楼板剪力

计算所得的楼板剪力值如图4-1、4-2所示。

图4-1第1-5层楼板剪力图（kN）

图4-2顶层楼板剪力图（kN）

楼板弯矩

计算所得的楼板弯矩如图4-3、4-4所示。

图4-3第1-5层楼板弯矩图（kN·m）

图4-4顶层楼板弯矩图（kN·m）

楼板配筋设计

楼板的配筋根据计算所得的楼板最大剪力、最大弯矩进行设计，楼板的配筋图见附图。

主梁配筋设计

主梁归并

在进行主梁配筋设计时，根据主梁的计算配筋结果，为便于施工，将主梁进行归并，使得几何尺寸和平面几何位置相同的主梁有相同的配筋设计，并且每一组主梁的配筋均根据组中受力最大的那根主梁进行设计。

首层梁