某中学七层钢筋混凝土办公楼结构设计毕业论文
2020-02-13 16:51:29
摘 要
毕业设计是对大学四年所学的一次全面性的复习和检验，本设计综合运用所学的专业知识，严格遵循最新的结构和建筑相关规范，针对某中学钢筋混凝土办公楼进行结构设计和整理。
本工程位于中国上海市杨浦区，总建筑面积接近4000m2，总层数7层，结构采用钢筋混凝土框架结构。本设计通过对工程概况的解读，首先选择最具代表性的一榀框架作为计算单元，初步估算梁柱截面尺寸，得出杆件的线刚度等特性，再分别对结构恒荷载，活荷载，风荷载，地震荷载进行荷载统计，然后使用弯矩分配法进行框架的竖向内力计算，使用D值法进行框架的横向内力计算，再按照规范要求选取几组较为危险的内力进行组合，再根据内力组合的一组或几组最不利结果确定最安全的梁柱截面配筋并绘制配筋图。最后完成楼板，楼梯、基础设计，其中楼板分为双向板和单向板两块区域进行设计，楼梯设计包括梯板、平台板、平台梁 ，基础采用柱下二阶独立基础。
关键词：结构设计；荷载统计；内力计算；截面配筋
Abstract
The graduation design is a comprehensive review and inspection of what I have learned in the four years of college. This design comprehensively applies the professional knowledge I have learned, strictly follows the latest structure and building related codes, and carries out structural design and arrangement for the reinforced concrete office building of a middle school.
The building is located in Shanghai, with a total construction area of about 4000m2 and seven floors. The structure adopts reinforced concrete frame structure. This design through to the understanding of the engineering general situation, first select the most representative one common framework as a cell, a preliminary estimate size of column section and beam section, draw a bar line features such as stiffness, then respectively for structure constant load and live load, wind load and earthquake load on load statistics, and then use the framework the vertical bending moment distribution method for internal force calculation, using the D value method framework of transverse internal force calculation, again a few groups according to the specification requirement is relatively dangerous internal forces are combined, and then according to the combination of internal forces of a group or several groups of the most unfavorable results to determine the safest reinforcement of column section and beam section and map of reinforcement. In the end, the floor slab, staircase and foundation are designed. The floor slab is divided into two areas of two-way slab and one-way slab for design. The staircase design includes ladder slab, platform slab and platform beam.
Key words:Structural design; Load statistics; Internal force calculation; reinforcement
目 录
第1章 绪论 4
第2章 计算说明 5
2.1 工程概况 5
2.2 建筑设计内容 5
2.2.1建筑设计过程 5
2.2.2建筑构造做法 5
2.3 结构设计内容 6
2.3.1结构设计过程 6
2.3.2活载标准值 7
2.3.3设计条件 7
2.3.4使用材料 7
第3章 计算简图截面确定 8
3.1 结构轴网布置图、计算单元选取 8
3.2梁柱板截面尺寸确定 9
3.3 确定横向框架简图 10
3.4 框架杆件线刚度计算 10
3.5 框架刚度计算 11
第4章 荷载计算 14
4.1 恒载计算 14
4.1.1恒载面荷载计算 14
4.1.2横向框架梁恒载线荷载 15
4.1.3纵向框架梁集中荷载 16
4.2 活载计算 19
4.2.1横向框架梁活载线荷载 19
4.2.2纵向框架梁活载（集中荷载） 19
4.3 风荷载计算 21
4.3.1 风荷载标准值计算 21
4.3.2 风荷载框架侧移验算 22
4.4地震荷载计算 22
4.4.1重力荷载代表值计算 22
4.4.2自振周期的计算 24
4.4.3 地震荷载层间剪力计算 25
4.4.4 水平地震框架侧移验算 25
第5章 框架内力计算 27
5.1恒载内力计算 27
5.1.1弯矩分配系数 27
5.1.2恒载固端弯矩 29
5.1.3恒载弯矩 31
5.1.4恒载梁柱剪力 33
5.1.5恒载柱子轴力 36
5.2活载内力计算 39
5.2.1活载固端弯矩 39
5.2.2活载弯矩计算 41
5.2.3活载梁柱剪力 44
5.2.4活载柱子轴力 46
5.3风荷载内力计算 48
5.3.1风荷载柱子剪力 48
5.3.2风荷载柱子弯矩 48
5.3.3风荷载梁端弯矩 52
5.3.4风荷载梁端剪力和柱轴力 53
5.4地震内力计算 56
5.4.1地震柱剪力 56
5.4.2地震柱子弯矩 56
5.4.3地震梁端弯矩 59
5.4.4地震梁剪力及柱轴力 60
第6章 内力组合 63
6.1竖向荷载弯矩调整 63
6.2框架梁内力组合 66
6.3框架柱内力组合 73
第7章 框架构件截面设计 83
7.1框架梁设计 83
7.2框架柱设计 89
7.3板设计 96
7.3.1 屋盖板设计 96
7.3.2楼盖板设计 98
第8章 楼梯与基础设计 100
8.1楼梯设计 100
8.1.1 梯板设计 100
8.1.2 平台板设计 101
8.1.3 平台梁设计 102
8.2 A轴柱下二阶基础设计 103
8.2.1基本信息 103
8.2.2确定基础底面面积 103
8.2.3持力层强度验算 104
8.2.4基础冲切验算 104
8.2.5基础配筋计算 105
参考文献 107
致谢 108
第1章 绪论
经过四年的学习，工程力学的基本原理和内容已经深入我心， 而作为这四年学习生活的总结性报告的毕业设计，我必须要全力以赴，认真对待。毕业设计是对我这四年的大学所学进行的一次综合性检验，从这项作业可以全面的反映出我们对于工程力学专业知识的理解，掌握，运用的程度。在对毕业设计从准备到计划到制作计算的整个过程中，我必须对过去学过的专业知识进行全面的复习、整理、融会贯通并应用在工程实践中。一边查阅中外文献，一边进行独立自主的研究学习，不断深入的探索和思考，我们可以从中学到更多实用的知识、积累下更多实践经验，并且逐步锻炼自己的动手操作能力和对知识综合运用的能力，提高我们的自主创新意识。
在一步一步完成毕业设计的过程中，我们要将所学知识灵活运用，不断完善自己的设计的同时，努力学习相关知识和理论方法，逐步熟练对于电脑软件的操作，比如CAD工程制图、Ansys有限元分析以及PKPM等多种专业的绘图和计算软件。我要一次次的翻阅各种建筑标准，随着自己对建筑标准的不断熟悉，才能保证对设计工作游刃有余，才能为今后的工作学习打下良好的基础。
总体来看，对于即将毕业的我来说，毕业设计不仅是一次良好的自我检测，也是一个深入学习和探索结构设计实践的重要机会。我将尽自己最大的努力来让自己的设计更加优秀，努力充实自己，让大学期间所学的理论和实践知识更好的巩固和拓展。
虽然钢筋混凝土至今只有一百多年的历史，但是其发展速度非常迅速。近年来，钢筋混凝土结构在材料、理论计算及施工技术等方面都已获得了重大突破和良好发展，可以预见，在不久的将来，钢筋混凝土结构还将获得长足的发展和不断的进步。
第2章 计算说明
2.1 工程概况
工程名称：某中学七层钢筋混凝土办公楼结构设计
工程位置：上海市杨浦区
结构设计使用年限：50年
2.2 建筑设计内容
2.2.1建筑设计过程
这一部分内容将根据指导教师提供的结构平面布置图，结合建筑用地条件和建筑使用功能、依照课程《工程结构构造与设计》、查询规范《民用建筑设计通则》等相关要求。先进行平面柱网布置、总平面图设计；然后进行建筑的立面造型、剖面设计；最后设计楼梯和卫生间以及详图的绘制。
2.2.2建筑构造做法
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表2.1 屋面、楼面建筑构造做法(包括结构层及板底) |
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做法名称 |
厚度（mm） |
材料以及做法 |
备注 |
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屋面做法 |
30 |
30mm厚C20细石混凝土防水层 |
不上人屋面 |
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三毡四油上铺石子柔性防水层 |
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15 |
15mm厚水泥砂浆找平层 |
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60 |
60mm厚水泥膨胀珍珠岩保温层 |
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40 |
水泥焦渣找坡层（20mm~60mm） |
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120 |
120mm厚现浇混凝土板 |
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10 |
10mm厚混合砂浆抹灰层 |
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楼面做法 |
10 |
10mm厚水磨石地面 |
楼面、走廊等 |
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20 |
20mm水泥砂浆打底 |
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120 |
120mm现浇钢筋混凝土结构层 |
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10 |
10mm厚混合砂浆抹灰层 |
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表2.2 墙体构造做法(包括墙两面做法) |
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做法名称 |
厚度（mm） |
材料以及做法 |
备注 |
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女儿墙 |
25 |
1. 瓷砖贴面 |
女儿墙外侧、女儿墙、女儿墙内侧 |
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20 |
2. 20厚水泥砂浆 |
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240 |
3. 粉煤灰轻渣空心砌块 |
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20 |
4. 20厚水泥砂浆 |
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内墙 |
20 |
1. 20厚水泥砂浆抹灰 |
内墙外侧、内墙、内墙内侧 |
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240 |
2. 粉煤灰轻渣空心砌块 |
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20 |
3. 20厚水泥砂浆抹灰 |
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外墙 |
25 |
1. 瓷砖贴面 |
外墙外侧、外墙、外墙内侧 |
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20 |
2. 20厚水泥砂浆 |
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240 |
3. 粉煤灰轻渣空心砌块 |
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|
20 |
4. 20厚水泥砂浆 |
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2.3 结构设计内容
2.3.1结构设计过程
1) 选择结构体系
2) 竖向荷载(恒载、活载)计算
3) 竖向荷载(恒载、活载)内力计算
4) 竖向荷载和水平荷载内力组合
5) 根据最不利力确定构件截面配筋
6) 楼梯设计
7) 基础设计
2.3.2活载标准值
楼面活荷载：办公室2kN/msup2;，卫生间、走廊2.5kN/msup2;。
住宅楼梯间：2kN/m2
不上人屋面：0.5kN/m2
2.3.3设计条件
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表2.3设计场地、气候条件 |
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分项 |
取值 |
分项 |
取值 |
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基本风压(kN/m2) |
0.3 |
基本雪压(kN/m2) |
0.3 |
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地面粗糙类别 |
C类 |
承载力特征值 |
200kPa |
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场地类别 |
Ⅱ |
抗震设防类别 |
丙类 |
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抗震设防烈度 |
7度 |
加速度 |
0.10g |
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地震分组 |
第一组 |
抗震等级 |
三级抗震 |
2.3.4使用材料
框架梁混凝土：C30；框架梁钢筋：HRB400(箍筋HPB300)
框架柱混凝土：C30；框架柱钢筋：HRB400(箍筋HPB300)
板混凝土：C30；板钢筋：HRB400
楼梯踏步、平台板、平台梁混凝土：C30；楼梯踏步板钢筋：HRB400
基础混凝土：C30；基础钢筋：HRB400
第3章 计算简图截面确定
3.1 结构轴网布置图、计算单元选取
根据任务书要求，框架轴网布置如图3.1所示，根据框架轴网布置图选取⑤轴线框架进行计算分析，计算单元如图3.2。
图3.1 轴网布置图[1]
图3.2 结构计算单元[1]
3.2梁柱板截面尺寸确定
1.梁截面尺寸估算
框架梁高度根据经验公式确定，次梁高度根据经验公式确定，梁宽度根据公式确定，估算各梁截面尺寸如下。
AB跨梁：l0=5400mm，，取h=600mm
，取b=250mm
BC跨梁：l0=2400mm，，取h=600mm
，取b=250mm
CD跨梁：l0=5400mm，，取h=600mm
，取b=250mm
纵向梁：l0=6000mm，，
取h=600mm
，取b=250mm
次梁：l0=5400mm，，
取h=500mm
，b=250mm
2.柱截面尺寸估算
B柱截面估算步骤如下
受荷面积
柱底轴力
分别确定得柱子截面尺寸
其中micro;N为框架柱的轴压比限值，本结构根据抗震等级取0.85
3.板厚度确定
单向板跨厚比应当不大于30，双向板跨厚比应当不大于40[4]，最终选定，屋面板厚：120mm，楼面板厚：120mm。
3.3 确定横向框架简图
本结构底层柱高的计算从基础顶面算起，估计室内外高差0.45m，估计基础顶面距室外地面0.55m，则底层柱的计算高度应该等于3.6 0.45 0.55=4.6m，其他层柱计算高度同层高[10]，框架立面计算简图见图3.3。
图3.3 横向框架计算简图
3.4 框架杆件线刚度计算
梁弹性模量，柱弹性模量
中框架梁
AB梁线刚度
BC梁线刚度
CD梁线刚度
边框架梁
AB梁线刚度
BC梁线刚度
CD梁线刚度
框架柱
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