中北设计院办公楼设计_上终.docx
声 明 摘 要摘 要本设计题目为西安中北设计院办公楼设计，工程共五层，首层层高3.9米，其它层层高为3.3米，总建筑面积约为5036.25平方米。本设计主要内容为手算一榀框架的结构设计，首先计算恒、活荷载下结构内力，其次进行不利荷载组合情况下的内力计算，然后根据最不利内力进行配筋并绘图。本设计采用柱下独立基础，楼梯采用双跑式楼梯。在设计工程时严格遵守国家规范，以安全、经济、适用为原则。 关键词：建筑设计；内力组合；荷载计算；构件设计VABSTRACTABSTRACTThe design topic is the office building design of Xi'an Zhongbei Design Institute. The project has five floors, the first floor is 3.9m high, the other floors are 3.3m high, and the total building area is about 5036.25m2. The main content of this design is to calculate the structural design of a frame by hand. First, calculate the internal force of the structure under the constant and live load, then calculate the internal force under the unfavorable load combination, and then make reinforcement and drawing according to the most unfavorable internal force. This design adopts the independent foundation under the column, and the stairs adopt the double running stairs. In the design of the project, the national standards shall be strictly followed and the principles of safety, economy and applicability shall be followed.Key words: Architectural design; Internal force combination; Load calculation; Component design.目 录目 录摘要IABSTRACTII1 建筑设计11.1 工程概况11.1.1 工程地质条件11.1.2 工程地震条件11.1.3气象条件11.2建筑平面设计21.3建筑剖面设计51.4建筑立面设计51.5各工程部位构造做法72 结构平面布置及计算简图的确定72.1 结构平面布置72.1.1结构平面布置图72.1.2梁截面尺寸估算82.1.3 柱截面尺寸估算82.2 确定框架计算简图82.3 梁柱线刚度计算93 竖向荷载标准值计算103.1恒荷载标准值计算103.1.1屋面103.1.2 各层楼面103.1.3 梁自重103.1.4 柱自重103.1.5 外纵墙自重103.1.6 内纵墙自重113.1.7 外横墙自重113.1.8 内横墙自重113.1.9 走廊尽头墙123.1.10 女儿墙自重123.2 活荷载标准值计算123.2.1 屋面和楼面活荷载标准值123.2.2 雪荷载标准值123.3 恒荷载和活荷载作用下框架的受荷计算133.3.1 FG轴间框架梁133.3.2 GH轴间框架梁144 水平地震作用下横向框架的内力及侧移计算144.1 重力荷载代表值计算144.2 框架柱抗侧刚度D和结构基本自振周期计算164.3 水平地震作用下框架的内力185 风荷载计算215.1 风荷载标准值计算215.2风荷载作用下的水平位移验算226竖向荷载计算257 荷载效应组合378 截面设计429 楼梯设计4910 板的设计5210.1.1 荷载计算5310.1.2 内力计算5310.1.3 截面承载力计算5410.2.1 荷载计算5510.2.2 内力计算5510.2.3 截面承载力计算5511 基础设计5511.1.1 E轴基础5611.1.2 F轴基础5611.2.1 初步确定基础尺寸5611.2.2 地基承载力验算（采用标准组合）5711.2.3 冲切验算（采用基本组合）5711.2.4 基础底面配筋计算（采用基本组合）58结 论60参考文献61致 谢62 1 建筑设计1.1 工程概况 中北设计院，建筑层数为5层，总高度为20.7m，长为42.0m，宽为42.70m，建筑总面积为5836.25m2。本办公楼为现浇钢筋混凝土框架的结构。建筑抗震等级为二级。1.1.1 工程地质条件(1) 场地：拟建场地位于陕西省西安市。(2) 地层结构：该建筑场地土层自上至下依次为：（1）素填土；（2）黄土状土；（3）圆砾；（4）黄土状土；（5）古土壤；（6）粉质粘土；（7）圆砾；依据土工的试验结果，结合建筑经验整体因素考虑，地基土各层承载力的标准值将采用以下数据：土层编号（2）（4）（5）（6）fk（Kpa）140160170180该工程的场地平坦，道路通达，水和电可就近连通，基本具有开工的条件。1.1.2 工程地震条件(1) 西安市的抗震设防烈度为8度，地震分组是第一组，场地的类别是类。(2) 本办公楼设计的安全等级为：三级。 1.1.3气象条件(1) 本工程的基本风压为0.35kN/ m2，基本雪压为0.25kN/ m2。(2) 本建筑地区的地面粗糙类型为B类；最高的气温为40，最低的气温为-8。1.2建筑平面设计图1.2.1建筑首层平面图图1.2.2建筑标准层平面图图1.2.3建筑顶层平面图1.3建筑剖面设计图1.3.1建筑剖面图1.4建筑立面设计图1.4.1 18轴立面图图1.4.2 81轴立面图图1.4.3 JA轴立面图1.5各工程部位构造做法(1)墙身做法：内外墙采用加气混凝土砌块，重度 ；内外墙面为厚抹灰，外墙单面抹灰，内墙双面抹灰。(2) 楼面做法：陶瓷地砖楼面；120厚现浇钢筋混凝土板；抹灰层粉刷石膏砂浆。(3)上人屋面做法：高聚物改性沥青卷材防水屋面；结构层：120厚现浇钢筋混凝土板；抹灰层：粉刷石膏砂浆。(4) 门窗做法：首层入口门为玻璃门，其它的门为木门，窗均为铝合金窗。(5) 楼梯做法：采用双跑楼梯，踏步宽度为 ，高度为 。(6) 散水做法：素土夯实， 厚灰土，厚 混凝土，15厚 水泥砂浆压实赶光。散水宽度取 。2 结构平面布置及计算简图的确定2.1 结构平面布置2.1.1结构平面布置图2.1.1 结构平面布置2.1.2梁截面尺寸估算框架梁高度取，宽度取，本办公楼中取：纵向框架梁： b=600*1/4=240mm h=6900*1/12600mm横向AB、BC跨框架梁：b=600*1/4=240mm h=6900*1/12600mm次梁： b=600*1/4=240mm h=6900*1/12600mm2.1.3 柱截面尺寸估算框架柱截面为正方形，尺寸取，为第层的层高。本结构中层高为3.9m ，3.3m，故= 。框架柱的尺寸需满足公式。式中：N=1.25Nv，负荷面积×（1214） kN/ m2×层数，为轴压比，可根据规范查出。仅估算底层柱。本结构中，边柱和中柱负荷面积分别为（6.03.45）m2 ， ，层数为5层；该办公楼抗震的设防烈度为8度，建筑的总高度 ，根据规定轴压比限值=0.75。C30混凝土 ，=14.3 N/mm2边柱 中柱为方便施工、计算以及安全等原因，柱的正方形截面尺寸取为600 mm600 mm。2.2 确定框架计算简图选取轴线上的一榀框架进行计算，其余框架可参照此框架进行配筋。因为每层柱的正方形截面尺寸不进行变化，所以梁跨与柱的正方形截面形心轴线之间的尺寸相同。首层的柱子高度从基础的顶面到二层的楼面，基础顶面至室外地面的高度为 ，室内外高差为 ，因此基顶标高为 ，二层楼面标高为 ，故底层框架柱高为 ，其余各层柱高从楼面算至上一层楼面（即层高），故均为 。综上所述，作图2.2.1。图2.2.1 结构计算简图2.3 梁柱线刚度计算对于现浇楼板，中框架梁取，。每一跨框架梁和每一层框架柱的线刚度计算结果分别见表2.3.1和表2.3.2 。由于该榀框架结构对称，因此只需计算半边结构构件EC(N/mm2)bh(mmmm)I0(mm4)L(mm)1.5ECI0/L(N×mm)2ECI0/L(N×mm)边框架梁AB3.0×104240×6004.3×10960003.22×10104.3×1010中框架梁BC3.0×104240×6004.3×10936005.4×10107.2×1010表2.3.1 梁线刚度的计算层EC(N/mm2)bh(mm×mm)I0(mm4)h(mm)ECI0/h(N×mm)13.0×104600×6001.08×101058505.54×1010253.0×104600×6001.08×101033009.82×1010表2.3.2 柱线刚度的计算3 竖向荷载标准值计算 3.1恒荷载标准值计算3.1.1屋面防水屋面 2.20kN/120厚现浇钢筋混凝土板结构层 0.12×25 =3kN/m2粉刷石膏砂浆抹灰层 0.15kN/m2合计 5.35 kN/m23.1.2 各层楼面陶瓷地砖楼面 0.70 kN/m2120厚现浇钢筋混凝土板结构层 0.12×25 =3.0kN/m2粉刷石膏砂浆抹灰层 0.15 kN/m2合计 3.85 kN/m23.1.3 梁自重(1) bh=240 mm600 mm梁自重 25×0.24×（0.6-0.12）=2.88kN/m2粉刷石膏砂浆抹灰层 0.15×（0.6-0.12）×2+0.24=0.18kN/m2合计 3.06kN/m2(2) bh=240 mm550 mm梁自重 25×0.24×（0.55-0.12）=2.58 kN/m2粉刷石膏砂浆抹灰层 0.15×（0.55-0.12）×2+0.24=0.165 kN/m2合计 2.745kN/m2 3.1.4 柱自重bh=600 mm600 mm柱自重 25×0.6×0.6=9.0kN/m2抹灰层：粉刷石膏砂浆 0.15×0.5×4=0.3 kN/m2合计 9.3kN/m23.1.5 外纵墙自重(1) 标准层纵墙在计算单元内相当于高度为的墙，铝合金窗在计算单元内相当于高度为的窗。纵墙 铝合金窗 水刷石外墙面 粉刷石膏砂浆内墙面 合计 (2) 底层纵墙在计算单元内相当于高的墙，铝合金窗在计算单元内相当于高度为的窗。纵墙 铝合金窗 水刷石外墙面 粉刷石膏砂浆内墙面 合计 3.1.6 内纵墙自重(1) 标准层纵墙 粉刷石膏砂浆内墙面 合计 (2) 底层纵墙 粉刷石膏砂浆内墙面 合计 3.1.7 外横墙自重(1) 标准层横墙 水刷石外墙面 粉刷石膏砂浆内墙面 合计 (2) 底层横墙 水刷石外墙面 粉刷石膏砂浆内墙面 合计 3.1.8 内横墙自重(1) 标准层横墙 粉刷石膏砂浆内墙面 合计 (2) 底层横墙 粉刷石膏砂浆内墙面 合计 3.1.9 走廊尽头墙(1) 标准层纵墙在计算单元内相当于高度为的墙，铝合金窗在计算单元内相当于高度为的窗。走廊尽头墙 铝合金窗 水刷石外墙面 粉刷石膏砂浆内墙面 合计 (2) 底层纵墙在计算单元内相当于高度为的墙，铝合金在计算单元内相当于高度为的窗。走廊尽头墙 铝合金窗 水刷石外墙面 粉刷石膏砂浆内墙面 合计 3.1.10 女儿墙自重做法： 混凝土压顶， 加气混凝土墙 压顶的混凝土 水刷石外墙面 合计 3.2 活荷载标准值计算3.2.1 屋面和楼面活荷载标准值上人屋面 2.0kN/ m2房间 2.0 kN/ m2走廊 2.5 kN/ m23.2.2 雪荷载标准值=1.0×0.25 kN/ m23.3 恒荷载和活荷载作用下框架的受荷计算 荷载 ， 图3.3.1框架恒载受荷图图3.3.2框架活载受荷图3.3.1 FG轴间框架梁屋面板传递给梁：恒荷载：5.35×0.625×1.65×2=11.04 kN/m活荷载：2.0×0.625×1.65×2=4.13kN/m楼面板传给梁：恒荷载：3.85×0.625×1.65×2=6.91 kN/m活荷载：2.0×0.625×1.65×2=4.13kN/m均布荷载：屋面梁 恒载 =2.88+11.04=13.92kN/m 活载=板传活载=4.13 kN/m楼面梁 恒载=4.374+2.88+6.91=14.164 kN/m 活载=板传活载=4.13kN/m3.3.2 GH轴间框架梁屋面板传递给梁：恒荷载：5.35×0.625×1.65×2=11.04 kN/m活荷载：2.0×0.625×1.65×2=4.13kN/m楼面板传递给梁：恒荷载： 3.35×0.625×1.65×2=6.91 kN/m活荷载： 2.0×0.625×1.65×2=4.13kN/mGH间框架梁均布荷载为：屋面梁 恒载= 2.88+11.04=13.92kN/m 活载=板传活载=4.13 kN/m楼面梁 恒荷载= 2.88+6.91=9.79kN/m 活载=板传活载=4.13kN/m4 水平地震作用下横向框架的内力及侧移计算4.1 重力荷载代表值计算(1) 屋面 kN外纵墙+内纵墙+外横墙+内横墙+走廊尽头墙=233.29+3711.46+1155.07+308.11+602.63=5902.15 kN(2) 标准层kNkN=1155.07 kNkN=+=988.44+2670.86+1155.07+638.23=5452.6 kN(3) 底层 kN=2670.86 kN=1155.07 kN=638.231.397=891.61kN=+=1386.86+2670.86+1155.07+891.61=6104.4kN(4) 雪荷载kN(5) 活荷载=1387.46 kN(6) 总屋面：=屋面结构和构件自重+0.5×雪荷载标准值 =5902.15+0.5312.18 =6058.34 kN标准层楼面：=楼面结构和构件自重+0.5×活荷载标准值 =5452.6+0.51387.46 =6145.33 kN底层楼面：=楼面结构和构件自重+0.5×活荷载标准值 =6104.4+0.51387.46=6798.13 kN4.2 框架柱抗侧刚度D和结构基本自振周期计算(1) 横向D值计算各层柱的值及总值见表4.2.1 、表4.2.2 。表4.2.1 1层D值柱的类型根数K= =(0.5+K)/(2+K)D=·12ic/h2(kN/m)(105kN/m)横向边框架边柱40.4217 0.3806 0.1297 6.0423 边框架中柱40.8435 0.4725 0.1610 中框架边柱121.0778 0.5126 0.1747 中框架中柱122.6944 0.6805 0.2319 表4.2.2 2-5层D值柱的类型根数K=ibj/(2ic)ac=K/(2+K)D=ac·12ic/h2(kN/m)å (105kN/m)横向边框架边柱40.2870 0.1255 0.1358 8.1541 边框架中柱40.5739 0.2230 0.2412 中框架边柱120.7333 0.2683 0.2903 中框架中柱121.8333 0.4783 0.5174 由上述知，因此本办公楼设计框架规则。(2) 结构基本自振周期计算表4.2.3 假想顶点侧移计算结果层次(kN) (kN)(kN/m) (m) (m)56058.366058.368154100.0092 0.1692 46145.3312005.198154100.0196 0.1600 36145.3318490.758154100.0300 0.1404 26145.3324976.318154100.0404 0.1104 16798.1327243.896042300.0699 0.0699 结构基本自振周期考虑非结构墙影响折减系数，则结构的基本自振周期为：(3)多遇水平地震作用计算西安市的抗震设防烈度8度，工程土类别为类，设计地震是第一组，则，。kN由于，故式中：衰减指数，在区间取0.9 阻尼调整系数，取1.0所以，=0.42s<1.4=0.49s需要考虑附加地震作用的影响作用系数：作用标准值：附加顶部集中力：表4.2.4 ，和的计算层 (kN)(m)(kN·m) (kN·m)(kN)(kN)(kN/m) (mm)56058.3418.05114805.540.3107789.13484.518154100.9646145.3314.7594330.810.2629667.861152.48154101.7436145.3311.4572207.630.2013511.231663.68154102.3526145.338.1550084.440.1396354.592018.28154102.7616789.134.8530890.540.0855217.102235.36042304.92由得，本设计满足要求。（a） （b） 图4.2.1 横向水平地震作用及楼层地震剪力4.3 水平地震作用下框架的内力用值法运算见表4.3.1。一般层：,底层表4.3.1 框架柱剪力分配层号层剪力层抗侧刚度 边柱 中柱Vi(kN)Di(kN/)Dij(kN/m)Vij=Vi·Dij/Di(kN)Dij(kN/m)Vij=Vi·Dij/Di(kN)5789.13 8.1541 0.2903 28.09 0.5174 50.07 41456.98 8.1541 0.2903 51.86 0.5174 92.45 31968.21 8.1541 0.2903 70.06 0.5174 124.89 22322.80 8.1541 0.2903 82.69 0.5174 147.40 12539.90 6.0423 0.1747 73.44 0.2319 97.48 表4.3.2 柱端弯矩计算层号柱柱剪力反弯点相对高度y柱端弯矩(kN·m)Vij(kN)Ky0y1y2y3y下端Mb上端Mt5边柱28.0907 0.7330.250000.2523.1769.52中柱50.0748 1.8330.350000.3557.84107.414边柱51.86 0.7330.350000.3559.90111.25中柱92.45 1.8330.40000.4122.04183.063边柱70.06 0.7330.40000.492.48138.72中柱124.89 1.8330.450000.45185.47226.682边柱82.69 0.7330.500-0.050.45122.79150.07中柱147.40 1.8330.50000.5243.20243.201边柱73.44 1.0780.70-0.0500.65238.68128.52中柱97.48 2.6940.550000.55268.08219.34表4.3.3 梁端弯矩、剪力计算层次边梁走道梁柱轴力边柱中柱569.5242.966.918.7564.4564.453.633.05-18.75-14.34134.4296.366.938.46144.54144.543.674.12-57.21-49.963198.63139.496.956.35209.23209.233.6107.30-113.56-100.972242.56171.476.969.00257.20257.203.6131.90-182.57-163.801251.31185.026.972.72277.52277.523.6142.32-255.29-233.40图4.3.1 框架弯矩图(kN m)图4.3.2 梁端剪力及柱轴力图（kN)245 风荷载计算5.1 风荷载标准值计算为运算简单，把计算单元范畴内的外墙面的风荷载等效成为作用在楼面的集中风荷载来进行运算：式中：基本风压，为0.4kN/m2风压高度变化系数风荷载体形系数, =0.8-(-0.5)=1.3（迎风面、背风面叠加）风振系数，因房屋高度小于30m，所以=1.0下层柱高上层柱高，对于顶层为女儿墙高2倍B计算单元迎风面宽度，B=6.0m楼层Hi(m) (kN/m2) hi(m)hi+1(m)Fwk(kN)518.051.001.21 1.31.2920.41.451.713.31.224.70414.750.821.14 1.31.2920.41.391.54 3.33.333.12311.450.631.041.31.2920.41.331.35 3.33.328.8428.150.451.001.31.2920.41.251.21 3.33.325.8014.850.271.001.31.2920.41.151.12 4.853.925.04表5.1.1 各层楼面处集中风荷载标准值图5.1.2 等效节点集中风荷载图 5.2风荷载作用下的水平位移验算根据等效节点风荷载图中显示的水平荷载。表5.2.1 楼层Wk(kN)Vi(kN)Di(N/mm)ui(mm)ui(mm)hi(mm)524.7024.708154100.030.5733001/9724433.1257.828154100.070.5433001/4154328.8486.658154100.110.4733001/2772225.80112.458154100.140.3733001/2136125.04137.496042300.230.2358501/1371由上可知，最大侧移在底部，为，即满足要求。5.3风荷载作用下的内力计算表5.3.1 A轴框架柱端弯矩及剪力计算楼层Vi(kN)Di(N/mm)Vim(kN)h(m) (kN·m) (kN·m) 524.70 815410 0.015 0.36 1.08 0.91 0.39 457.82 815410 0.015 0.84 1.44 1.82 1.21 386.65 815410 0.015 1.26 1.62 2.50 2.05 2112.45 815410 0.015 1.64 1.73 3.07 2.84 1137.49 604230 0.016 2.24 2.94 3.73 6.60 表5.3.2 C轴框架柱端弯矩及剪力计算 楼层Vi(kN)Di(N/mm)Vim(kN)h(m)(kN·m) (kN·m) 524.70815410 0.026 0.651.44 1.40 0.91 457.82815410 0.026 1.521.62 3.01 2.47 386.65815410 0.026 2.281.80 4.11 4.11 2112.45815410 0.026 2.961.80 5.33 5.33 1137.49604230 0.022 3.052.53 6.31 7.71 表5.3.3 框架梁端弯矩、剪力及框架柱轴力计算楼层边跨梁中间跨梁柱轴力N中柱(A轴)中柱(B轴)50.910.516.90.210.890.893.63.27-0.21-3.0642.211.456.90.532.502.503.69.19-0.74-11.7233.722.416.90.894.164.163.615.29-1.62-26.1225.123.466.91.245.975.973.621.94-2.87-46.8216.574.276.91.577.377.373.627.92-4.44-73.17 图5.3.1 框架弯矩图（kNm）图5.3.2 梁端剪力及柱轴力图（kN）6竖向荷载计算图6.1 横向框架计算单元6.1恒载标准值计算图6.1.1 各层梁上作用的恒载顶层： 余层：.6.2顶层恒荷载弯矩分配(1)弯矩：(2)分配系数运算:6.3标准层恒荷载弯矩分配(1)弯矩： (2)分配系数运算:6.4底层恒荷载弯矩分配(1)弯矩： (2)分配系数运算:对竖向荷载进行的弯矩二次分配，分配表如6.4.1所示图6.4.1 图6.
