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唐山学院毕业设计11引言本设计是按照唐山学院2012年毕业设计要求编写的毕业设计。题目为“唐山市第三轧钢厂办公楼”。内容包括建筑设计、结构设计两部分。办公楼是公共建筑，其规范要求比较严格，能体现外建筑和结构设计的很多重要方面，选择办公建筑和结构设计，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，二十世纪厚得到了世界各地大范围内的使用，其结构建筑平面布置灵活，使用空间大。延性较好，其具有良好的抗震性能，能满足较大的使用面积。建筑设计部分：确定建筑方案时，综合考虑了几个方案的优缺点，采用了既能满足现代化办公的多方面要求,又比较经济、美观的方案。办公楼符合现代化标准，采用大面积房间作为开放式办公区，使办公更加公开化、透明化。建筑设计依据用地条件和建筑使用功能、周边环境特点，首先设计建筑平面，包括建筑平面选择、平面柱网布置、平面交通组织及平面功能设计；其次进行立面、剖面的设计，立面设计体现了现代化建筑特色，造型简单大方，色彩简洁明快。最后进行楼梯、雨棚等相关构件的设计。建筑设计过程中，既查阅相关规范使建筑物满足规范要求以达到建筑物使用功能上的要求，又考虑到人们对建筑物在美观方面的要求，考虑建筑物所赋予人们精神上的感受。使建筑物既经济实用，又美观大方。结构设计部分：根据设计要求及所在地区的设防烈度,确定出拟建建筑物的抗震等级为二级。查阅有关规范和资料进行结构设计。根据结构设计的一般步骤，考虑抗震设防要求，分别从体型选择、结构布置、结构荷载计算、地震作用分析、风载作用分析、竖向荷载内力分析以及楼板、楼梯、基础方案的选择等多方面进行了论述。结构设计部分大致分为以下几个步骤：1）结构选型与构件布置：按建筑方案设计，确定各构件的截面及布置，绘出结构计算简图。2）荷载统计：在初选截面的基础上进行荷载统计，荷载的取值按各层房间的使用功能及所选材料而定，完成恒载与活载的统计。3）水平地震和风载作用下框架的内力分析及侧移验算。4）横向框架在竖向荷载作用下的内力分析：由于荷载较复杂，运用结构力学求解器求梁的固端弯矩，采用二次分配法求框架的梁端、柱端弯矩。再运用结构力学相关知识求出梁端剪力及柱的轴力，分别绘出恒载、活载及重力荷载代表值作用下的弯矩、剪力及轴力图。5）内力组合：根据《建筑结构荷载规范》对已计算的荷载进行组合，通过比唐山学院毕业设计2较选取最不利组合。考虑强柱弱梁的设计原则，调整柱端的弯矩。以此为依据对框架梁、柱进行截面设计。6）梁、柱截面及节点设计。7）板的设计：根据本设计中梁板布置确定单向板和双向板，单向板用调幅法按等跨连续板（梁）进行计算；双向板是按弹性理论进行内力分析的。8）楼梯的设计：本结构设计中采用板式楼梯，平台板和梯段板均按单向板进行设计。9）基础的设计：根据建筑结构的形式采用钢筋混凝土柱下独立基础，根据底层柱底的内力进行标准组合，从而选出内力最不利的组合确定基础底面尺寸；由荷载基本组合的设计值进行验算和配筋的计算。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距二次分配法，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。设计过程中，建筑尺寸、结构及构件尺寸、配筋量等均查阅相关规范进行设计，手算过程较为严谨，并用PKPM设计软件进行计算，对结果进行比较分析。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。唐山学院毕业设计32工程概况2.1拟建建筑物概况1．工程名称：唐山市第三轧钢厂办公楼2．建设位置：本建筑位于唐山市第三轧钢厂院内，北邻钢厂道，南邻车间，东西邻厂区道路。3．建筑规模：本工程的建筑面积为6102m2。4．建筑层数：6层。5．结构形式：钢筋混凝土框架结构。2.2地质水文资料场地标准冻结深度为-0.8m，场地土类型为中硬场地土，建筑场地类别为Ⅱ类。具体地质情况见表2-1。表2-1建筑地层一览表注：1、地下稳定水位距地坪-10m；2、表中给定的土层深度从自然地坪算起。2.3气象资料1．雪载：基本雪压0S=0.35kPa2．风载：基本风压0=0.40kPa其余详见《建筑设计资料集》相关内容。2.4抗震设防烈度抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.20g，场地特征周期为0.35s，设计地震分组为第一组，框架抗震等级为二级。序号岩土分类土层描述土层深度(m)厚度范围(m)地基土承载力(kPa)桩端阻力(kPa)桩周摩擦力(kPa)1杂填土由碎石、砖块、粘土等组成，松散0.60.62粉质粘土黄褐色，湿，可塑2.21.6170153中、粗砂黄褐色，石英、长石质，稍湿，中密4.82.6190254圆砾黄褐色，石英、长石质，混粒结构，湿，中密13480390060唐山学院毕业设计43设计依据1.毕业设计设计任务书2.建筑设计资料集（1-3册）3.《办公建筑设计规范》JGJ67-20064.《民用建筑设计通则》GB50352-20055.《建筑设计防火规范》GB50016—20066.《混凝土结构设计规范》GB50010—20107.《建筑抗震设计规范》GB50011—20108.《建筑结构荷载规范》GB50009—20019.《建筑地基基础设计规范》GB50007—200210.《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008唐山学院毕业设计54建筑方案选择本设计建筑方案最初选用一字型建筑形状，其后思路改变选用采用工字型，如图4-1，该方案优点在于外形美观、功能分区比较明确、易满足大跨度空间要求但是建筑设计过程发现标准层办公室面积大小不一，按经济适用原则供使用人数不等，不太符合任务书中规定普通办公室供3-4人使用的功能要求，最终舍弃了该方案。图4-1原方案首层平面图唐山学院毕业设计6舍弃工字型方案之后考虑采用L型的建筑方案最初方案定采用拟选择单一体型，将复杂的内部空间组合到完整的体型中去。外观各面基本等高，平面多呈正方形、矩形、圆形、Y形等。本建筑设计采用一字型平面布置，虽然本类型的方案体型简单但是这类建筑的特点是没有明显的主从关系和组合关系，造型统一、简洁、轮廓分明，给人以鲜明而强烈印象，通过外装修也可满足符合办公楼建筑肃穆特点。图4-2最终方案首层平面图唐山学院毕业设计7图4-3最终方案正立面图图4-4最终方案背立面图唐山学院毕业设计85结构设计5.1结构选型和布置5.1.1结构选型根据办公建筑功能的要求，为使平面布置灵活，获得较大的使用空间，本结构设计采用钢筋混凝土框架结构体系。5.1.2结构布置本工程的结构布置图如图5-1所示。楼盖方案采用整体式肋形梁板结构。楼梯采用整体现浇式板式楼梯。基础方案采用柱下独立基础。5.1.3截面尺寸初估根据本工程房屋的高度、结构类型、抗震设防烈度可知该建筑的抗震等级为二级，各层梁、柱、板的混凝土强度等级均采用C35，纵向受力钢筋采用HRB400级钢筋，板受力钢筋采用HRB400级钢筋，箍筋采用HRB400级钢筋。1．框架梁截面尺寸初估主梁：1KL：（L＝7200mm）h＝(1／12～1／8)L＝900mm～600mm,取h＝600mm，b＝(1／3～1／2)h＝200mm～300mm,取b＝300mm，故取b×h＝300mm×600mm。2KL：（L＝8400mm）h＝(1／12～1／8)L＝700mm～1050mm,取h＝700mm,b＝(1／2～1／3)h＝233mm～350mm,取b＝300mm,故取b×h＝300mm×700mm。3KL：（L=6600mm）h＝(1／12～1／8)L＝550mm～825mm,取h＝600mm,b＝(1／3～1／2)h＝200mm～300mm,取b＝300mm，故取b×h＝300mm×600mm。4KL：（L=3300mm）5KL：（L=3600mm）取b×h＝300mm×500mm。次梁：L＝7200mmh＝(1／15～1／10)L＝480mm～720mm,取h＝500mm,唐山学院毕业设计9图5-1结构平面布置图唐山学院毕业设计10b＝(1／3～1／2)h＝167mm～250mm,取b＝250mm,故取b×h＝250mm×500mm。2．框架柱截面尺寸初估由《建筑抗震设计规范》知，柱的轴压比应小于轴压比限制的要求：cccccNNbhfAf（5.1）得：2cGFnAaf（5.2）式中：A——柱横截面面积，m2，取方形时边长为a；n——验算截面以上楼层层数；F——验算柱的负荷面积，可根据柱网尺寸确定，m2；cf——混凝土轴心抗压强度设计值；——框架柱最大轴压比限值，一级框架取0.65，二级框架取0.75，三级框架取0.85，四级框架取0.90；抗震设防烈度为8度,建筑高度小于24m的框架结构,抗震等级为二级，故取＝0.75。φ——地震及中、边柱的相关调整系数，7度中间柱取1，边柱取1.1，8度中间柱取1.1、边柱取1.2；G——结构单位面积的重量(竖向荷载)，根据经验估算钢筋混凝土多层建筑约为12～14kN/m2，取G=14kN/m2。A、D柱：混凝土强度等级选用C35，cf=16.7N/mm2；最大处受力面积为F=（7.2/2+7.2/2）8.4/2=30.24m22cGFnAaf=（1.2×14×30.24×6）/（16.7×0.75×1000）=0.278135m2取柱的尺寸b×h＝700mm×700mm。C柱：混凝土强度等级选用C35，cf=16.7N/mm2；最大处受力面积为F=(8.4/2+6.6/2)×7.2=54m22cGFnAaf=（1.1×14×54×6）/（16.7×0.75×1000）=0.455281m2取柱的尺寸b×h＝700mm×700mm。3．板的截面尺寸初估板的长边与短边之比小于2时按双向板计算，大于2时按单向板计算，由结构布置图可知，该建筑有双向板和单向板两种。考虑到保证结构的整体性，楼板和屋面板的厚度均取120mm。5.2框架计算简图唐山学院毕业设计115.2.1计算简图说明本设计基础选用柱下独立基础，基础顶面标高为-0.95m（室外地坪以下0.5m）。取⑧轴上的一榀框架计算，假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。由于各层柱截面尺寸不变，故梁的跨度等于柱截面形心轴线之间的距离。一层柱高从基础顶面算起，第一层层高为3.9m，故第一层柱计算高度为4.85m，其它各层柱计算高度为层高，均为3.9m。如图5-2所示。5.2.2框架梁柱截面特性由于楼面板与框架梁的混凝土一起浇筑，对于中框架梁取02II，边框架梁取01.5II，框架柱取0II计算过程如表5-1、表5-2所示。5.2.3框架梁柱的线刚度计算1．梁计算8轴梁为中框架梁，各层梁截面均相同。BC跨CD跨2．柱子计算1层2～5层柱子电梯机房7340123.150100.30.62125.72710kNm6.6EIil＝7440123.150100.71214.43910kN.m4.85EIil＝7440123.150100.71217.95610kNm3.9EIil＝7440123.150100.71228.0110kNm2.5EIil＝7340123.150100.30.72127.14610kNm8.4EIil＝唐山学院毕业设计12图5-2横向框架计算简图（mm）表5-1中框架梁截面特性计算表种类cE（N/mm2）bh(mm×mm)l(mm)线刚度cEIl(N·mm)2KL3.15×104300×70084007.146×10103KL3.15×104300×60066005.727×1010唐山学院毕业设计13表5-2边框架梁截面特性计算表3．相对线刚度计算令2～5层柱子得线刚度为1.0，则其它各杆件的相对线刚度为：一层柱子电梯机房柱子中跨AC跨梁CD跨梁边跨AC跨梁CD跨梁表5-3柱截面特性计算表种类cE（N/mm2）bh(mm×