十二层框架结构办公楼毕业设计.doc

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1、20 高等教育自学考试毕业设计(论文) 王胤2013年04月18日目 录摘要iAbstractii绪论iii第1章 建筑设计11.1 总体设计11.2 平面设计11.3 剖面设计11.4 交通防火设计11.5 抗震分析2第2章 结构设计32.1 结构布置32.2 构件尺寸估算32.3 框架结构的计算简图42.4 重力荷载计算52.5 框架侧移刚度计算92.6 横向水平地震作用下框架结构内力计算112.7 横向风荷载作用下框架结构和侧移内力计算202.8 竖向荷载作用下框架的内力计算272.9 横向框架内力组合36 2.10 框架梁的计算442.11 框架柱的计算512.12楼板的配筋设计552

2、.13 基础设计57结 论64参考文献6520致 谢66摘 要 本文针对12层框架办公楼建筑设计时所涉及的问题，依据规范对其建筑功能、结构构件、结构本体进行了设计、计算。该办公楼主体高度50米，建筑主体长90米，主体建筑面积9500平方米。底层层高4.2米，标准层层高3.4米。建筑设计部分进行了建筑平面，立面及剖面设计，功能分区设计，防火疏散及抗震设计，与周围环境协调设计。设计主要包括建筑和结构两大部分，该建筑上部结构采用全现浇钢筋混凝土框架结构体系，下部采用桩基础。结构设计部分分七部分：梁、板、柱截面尺寸估算；荷载计算；框架侧移刚度计算；横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算；竖向荷载作

3、用下框架的内力计算；内力组合；配筋计算。抗震设防烈度7度，场地类别II类。对于水平地震作用采用底部剪力法，对于竖向荷载采用弯矩二次分配法。关键词：办公楼；框架结构；底部剪力法；桩基础AbstractAiming at the problem of a 12-story office building, the buildings functions, structure elements, structure body are designed depending on the codes. The height of the main body is 40.2 m, the total le

4、ngth and the building is 52.5m, the total area is merely 862m2. The height of the first floor is 3.9m and the standard floors height is 3.3m. The design is consist of architecture design and structure design. Architecture design contains plan design, elevation design and section design. Structure de

5、sign contains seven part: estimation of the size of columns, beams and slabs; load computation; the frame side rigidity computation; the frame internal forces of the portal frame construction and the side displacement under the horizontal load actions computation and reinforcing computation. The pou

6、red in place reinforced concrete frame structured and the pile foundation for the main body are adopted. Earthquake resistance intensity is 7th, Level is II kind.Equivalent base shear method is used and the twice allocation method of moment is used to calculate the vertical load.Key words: office bu

7、ilding; Frame structure; The equivalent base shear method; pile foundation绪论高层办公楼是近代经济发展和科学技术进步的产物。城市人口集中，用地紧张以及商业竞争的激烈化，促使了近代高层建筑的出现和发展。高层建筑以其高度和体量给人以宏伟的感觉，加之建筑师巧妙的造型和各种装饰材料的运用，使其更加壮观。框架结构是一种较常用的结构体系。该结构的建筑平面布置灵活,可获得较大的使用空间;建筑立面较易处理,能适应不同房屋造型。框架结构由抵抗水平地震作用和风荷载的竖向支撑与主要承受竖向重力荷载的框架组成。支撑受压失稳将受到约束，能在墙板孔

8、壁内自由伸缩变形，塑性变形发展充分，可获得更好的延性和耗能能力，便于设计和应用。钢筋混凝土剪力墙直接承担水平荷载作用，这样又可以提高整体结构的极限承载能力，对于保证结构的“大震不倒”提供了一定的安全储备；施工速度快，且墙板可兼做围护结构。本工程项目为以办公为主的综合性建筑。本毕业设计以高层办公楼为题目，在建筑和结构方面都有特定的设计目的，本毕业设计可为类似工程的设计提供参考。 第1章 建筑设计1.1总体设计建筑物的设计应根据建筑物所处的地理位置，周围环境，建筑物的性质，客流量以及使用功能等要求进行总体设计，随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，建筑物在满足基本使用要求的同时更要考虑建筑物的视

9、觉美观效果。比如用新型的装饰材料，河流，假山，花草树木等来点缀更能表现出建筑物的独特之处。1.2平面和立面设计本高层办公楼的指导思想是强调满足基本使用功能要求，做到了功能分区合理。由于本工程拟建在大庆市，综合考虑保温、功能分区以及人流组织等条件，采用内廊式布局。根据任务书的要求主体长度90米，宽60米。主体呈矩形平面，有利于结构的抗震。主体部分上部十一层为办公用房，底部一层为物业管理及辅助用房，分工明确。有利于结构的抗震。建筑体型和立面设计不能脱离物质技术发展的水平和特定的功能、环境而任意塑造，它在很大的程度上要受到使用功能、材料、结构、施工技术、经济条件及周围环境的制约。从和谐统一角度来讲，

10、建筑外表面采用白色真石漆涂料粉刷。每个立面方向的窗体使用同一规格，使整个建筑完全融为一体，无论从什么角度看都有一种和谐的感觉。1.3剖面设计（1） 根据任务书要求确定层数及各部分标高，如下：层数：12层；首层：4.2m；标准层：3.4m；（2） 确定空间形状，根据建筑物的使用功能要求，其剖面形状应采用矩形。（3） 确定竖向组合方式。由于该建筑功能分区明确，各层房间数量与面积基本一致，因此采用上下空间一致的竖向组合方式即可。1.4防火设计在高层建筑中，垂直交通以电梯为主，在本建筑中设置了四部电梯，其中两部是消防电梯兼作载客电梯，另两部为客运电梯；还设置了两部楼梯，电梯与楼梯均有前室。前室采用二级

11、防火门3。房间的拐角处有防火器材。每个楼层可作为一个防火分区。建筑材料也选择为非燃性和难燃性材料。1.5抗震分析本建筑7度近震，因而须遵循以下原则：(1) 选择对建筑物有利的场地中硬场地。(2) 结构设置在性质相当的地基上，采用桩基。(3) 建筑的平立面布置，规则对称，质量和刚度变化均匀。(4) 综合考虑结构体系的实际刚度和强度部位。(5) 结构构件避免脆性破坏，实现强柱弱梁、强剪弱弯、强节点、强锚固。(6) 非结构构件应有可靠的连接和锚固。第2章 结构设计2.1结构布置根据高层的使用功能及建筑设计的要求。高层办公楼是一个十二层钢筋混凝土框架结构体系。2.1.1柱网及层高柱网采用内廊式，边跨跨

12、度取为6米中间跨跨度取为3米。主体结构共12层，底层层高4.2米，其余层均为3.4米。2.1.2框架结构的承重方案采用横向框架承重体系，因为房屋的横向较短，柱子的数量较少，侧移刚度较小，这个弊端可以通过加大框架梁的截面高度来加大框架结构的侧移刚度。2.2构件尺寸估算2.2.1梁板尺寸估算楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构。多跨连续板的最小厚度不小于/40，其中为短向长度，因此楼板厚度需不小于3900/40=97.5mm，则楼板厚度取为100mm。梁的截面尺寸应满足承载力、刚度及延性的要求，截面高度按梁跨度的1/121/8估算，为了防止梁产生剪切脆性破坏，梁的净跨与截面高度之比不宜小于4；截面宽

13、度可按梁高的1/31/2估算，同时不宜小于柱宽的1/2，且不宜小于250mm。由此估算的梁截面尺寸见表2-1，表中给出了各层梁、柱和板的混凝土强度等级，其设计强度：C40(=19.1 N/mm , =1.71 N/mm)。表2-1 梁截面尺寸（mm）及各层混凝土强度等级层次混凝土强度等级边横梁（bh）中横梁（bh）次梁（bh）纵梁（bh）112C403506003504003505503506002.2.2柱截面尺寸估算 框架柱的截面尺寸一般根据柱的轴压比限值按下列公式估算： （2-1）= （2-2）式中：N柱组合的轴压比设计值；F按简支状态计算的柱的负载面积；折算在单位建筑面积上的重力荷载代

14、表值，可根据实际荷载计算，也可近似取1215kN/m；考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，边柱.取1.3，不等跨内柱取1.25，等跨内柱取1.2；n验算截面以上楼层层数；柱截面面积；混凝土轴心抗压强度设计值； 框架柱轴压比限值，对一级、二级和三级抗震等级分别取0.7，0.8和0.9。该框架结构的抗震等级为二级，其轴压比限值=0.8，各层的重力何在代表值近似取12kN/，由结构平面布置图可知边柱及中柱的负载面积分别为和。由式（2-1）得第一层柱截面面积为边柱 /（0.819.1）=275654mm a=525mm中柱 /（0.819.1）=371073 mm a=631mm其他层柱子按公式（2-

15、1）估算如果柱截面取为正方形，则边柱和中柱的截面尺寸: 700mm700mm2.3框架结构的计算简图如图2-1所示，取顶层柱的形心线作为框架结构的轴线，梁轴线取至板底，基础选用桩基础，基础顶面埋深取为0.5m。212层柱的高度即为层高，取3.4m；底层柱的高度从基础顶面取至一层板底，即h=3.9+0.6+0.5-0.1=4.9m。 a）横向框架 b）纵向框架图2-1 框架结构计算简图2.4重力荷载计算2.4.1屋面及楼面的永久荷载标准值4 屋面（上人）： 30mm厚细石混凝土保护层 220.03=0.66kN/m2 三毡四油防水层 0.4kN/m2 20mm厚1：3水泥砂浆找平层 200.02

16、=0.4kN/m2 150mm厚蛭石保温层 50.15=0.75kN/m2 100mm厚钢筋混凝土板 250.1=2.5kN/m2 V型轻钢龙骨架吊顶 0.25kN/m2 合计：屋面恒载标准值 4.96kN/m2111层楼面： 面砖地面（包括水泥粗砂打底） 0.55kN/m2 100mm厚钢筋混凝土板 250.1=2.5kN/m2 V型轻钢龙骨架吊顶 0.25kN/m2 合计：楼面荷载标准值 3.3kN/m22.4.2屋面及楼面可变荷载标准值 上人屋面均布活荷载标准值 2.0kN/m2 楼面活荷载标准值 2.0kN/m2 屋面雪荷载标准值 0.3kN/m22.4.3楼梯板式楼梯，踏步面层为20

17、mm厚水泥砂浆抹灰，底面为20mm厚混合砂浆抹灰，金属栏杆重0.1kN/ m，楼梯活荷载标准值q=2.0kN/m,混凝土为C35（=16.7 , =1.57）,钢筋为HPB235级 （）其中： 梯段板自重：0.153.325=12.4kN/m 平台板自重：0.13.325=8.75kN/m 平台梁自重：0.2（0.4-0.1）25=1.5kN/m 梯段梁自重：0.1（0.4-0.1）25=0.75kN/m2.4.4柱的重力荷载计算框架柱每层数量为36根，每层单根数量： 底层： 1.10.70.7253.9=52.55kN/根 2-24层： 1.10.70.7253.3=44.47kN/根2.4

18、.5墙重外墙采用陶粒空心砌块（390mm290mm190mm），自重6.0kN/m3，外墙贴面砖，面砖0.5kN/m2，内墙采用陶粒空心砌块（190mm190mm190mm），内墙两侧及外墙内侧抹灰20mm，自重17.0kN/m3，内墙厚200mm，外墙厚300mm。外墙单位面积荷载：0.5+6.00.30+170.02=2.64kN/m2内墙单位面积荷载：0.205.0+170.022=1.68kN/m22.4.6门窗重木门：0.10kN/m20.20kN/m2 取0.2 kN/m2钢门：0.40kN/m20.45kN/m2 取0.4 kN/m2铝合金门窗：0.27 kN/m20.31kN/

19、m2 取0.3 kN/m2构件b/mh/m/(kN/)g/(kN/m)/mn/kN/kN边横梁0.350.60251.055.5135.3016470.151979.中横梁0.350.40251.053.6752.301267.62次梁0.300.55251.054.3315.6514342.6纵梁0.350.60251.055.5136.90281065.11表2-3 梁、柱重力荷载计算注：1. 表中 为考虑梁柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数；g表示单位长度重力荷载；n为数量。2.梁长都取净长；柱长度按层高计算。2.4.7质点重力荷载代表值房屋集中于楼（屋）处的重力荷载代表值（标准

20、值）为恒载与50%活载之和，即本层楼盖自重、50%活载以及上下各半层墙、柱重之和，它集中在该层楼（屋）盖标高处。 G=楼（屋）盖自重（含50%活载）+梁重+柱重+外墙重+内墙重（均需去掉门窗洞口加上门窗重）顶间： 屋面板：0.125267.85=235.5 KN 梁：（0.8-0.1）25267.850.4=659.4KN 女儿墙：1.6822（6+7.85）0.20=18.61KN 电梯重：7.54=30 KN 屋面雪荷载：0.30267.85=28.26KN 电梯活荷载：1.5262.7=48.6 KN G13=235.5+659.4+318.61+30+28.26+48.6=1020.3

21、7KN12层： 楼板自重：250.1835.24=2088.1KN 梁自重：470.15+101.43+342.6+1065.11=1979.29KN 柱自重：3644.47=1600.92KN 外墙重：3.3（7.572+152-7.5+423.14144/360）-（2.12.420）2.64=932.22KN 内墙重：3.37.512+62）-（1.52.14+2.11.016+1.82.32）1.68=812.25KN 女儿墙：（77.5+18.3）20.201.68=47.58KN 门窗重：40.41.52.1+160.21.02.1+20.21.82.3+0.3202.42.1=4

22、2.99KN 楼 梯：0.512.43+8.75（7.5-3.0）+1.543.1+0.157.53.3 2=113.74KN G12=2088.1+1979.29+（932.22+812.25）0.5+1600.92+42.99+113.74+47.58=6744.86KN 标准层：楼板自重：2088.10KN 梁自重：1979.29KN 柱自重：1600.92 KN外墙重：932.22 KN 内墙重：812.25 KN 门窗重：42.99KN 楼梯重：113.74KNG=2088.1+1979.29+11600.92+932.22+812.25+42.99+1113.742=7683.25

23、 KN 底 层： 楼板自重：2088.10KN 梁自重：1979.29KN 柱自重： 3652.55=1786.7KN外墙重：（7.572+152）3.9-(2.42.120+1.52.13)2.64=1098.90KN 内墙重：3.9（7.512+62）-（1.52.14+2.11.016+2.31.82+1.22.12）1.68=967.08KN 门窗重：42.99+30.41.52.1+30.32.12.4+1.22.10.33=53.58 KN 楼梯重：113.74(0.6/1.65+2)=268.43KNG1=2088.1+1979.29+1786.7+1098.9+53.58+26

24、8.43+967.08=8242.08 KN集中于各楼层标高处的重力荷载代表值，计算结果如下：1020.376744.87683.257683.257683.257683.257683.257683.257683.257683.257683.257683.258242.08图2-2 各质点的重力荷载代表值2.5框架侧移刚度计算 梁的线刚度，其中为混凝土弹性模量,为梁的计算跨度,为梁截面的惯性矩（对现浇楼面可近似取为：中框架梁=2.0, 边框架=1.5,其中为矩形部分的截面惯性矩），计算过程见表2-4。柱的线刚度，其中为柱的截面惯性矩，为框架柱的计算高度,计算过程见表2-5。表2-4 梁线刚度计

25、算表类别层次 /()/N1.5/N2/边横梁1123.251043506006.3010960003.41310104.68810106.8251010中横梁7123.251043504001.8710930002.02510103.03910104.051010 表2-5 柱的线刚度计算表 层次/(）/ / N139003.251047007002.001101016.7101021233003.251047007002.001101019.71010柱的侧移刚度D值按下式计算: (2-4) 式中: 柱侧移刚度修正系数。根据梁柱线刚度比的不同,本设计中的柱可分为中框架中柱和边柱、边框架中柱和

26、边柱以及楼、电梯间柱等.柱的侧移刚度计算结果分别见表2-6和表2-7。表2-6柱侧移刚度 D值（）层次中柱（6根）中柱（6根）2120.5520.216468890.3460.1473191110.6520.434571820.410.378498042-7 边框架边柱侧移刚度D值（）层次边柱（8根）边柱（4根）2120.2380.106230100.3920.1643560110.280.342450600.460.3951385将上述不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，即得框架各层层间侧移刚度，见表2-8表2-8横向框架层间侧移刚度（）层次212113676001898340由上表可见， =

27、1367600/1898340=0.720.7,故该框架为规则框架。2.6 横向水平地震作用下框架结构内力计算 2.6.1横向自振周期计算对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构,其基本自振周期(s)可按下式计算: (2-5) =1.70.70.647=0.77S式中:计算结构基本自振周期用的结构顶点假想位移(m),即假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值作为水平荷载而算得的结构顶点位移； 结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数,框架结构取0.60.7。对于屋面带突出屋顶间的房屋，应取主体结构顶点的位移。突出间对主体结构顶点位移的影响，可按顶点位移相等的原则，将其重力荷载代表值折算到主

28、体结构的顶层。屋面突出屋顶间的重力荷载可按下式计算： （2-6） =1020.37（1+32340.2）=1132.61式中：H为主体结构计算高度。对框架结构，式（2-5）中的可按下式计算：= （2-7） （2-8） （2-9）式中：集中在k层楼面处的重力荷载代表值； 把集中在各层楼面处的重力荷载代表值视为水平荷载而得的第i 层的层间剪力； 第i层的层间侧移刚度； 分别为第i、k层的层间侧移； s同层内框架柱的总数。结构顶点的假想侧移由式（2-7）（2-9）计算。计算过程见表2-9，其中第12层的为和之和表2-9 结构顶点的假想侧移计算层次/kN/kN/（N /mm）/mm/mm127877.

29、477877.4713676005.78460.56117683.2515560.72136760011.93454.78107683.2523243.97136760018.07442.8597683.2530927.22136760024.22424.7887683.2538610.47136760030.36400.5677683.2546293.72136760036.51370.26 7683.2553976.97136760042.65333.6957683.2561660.62136760048.8291.0447683.2569343.47136760054.94242.243

30、7683.2577026.721367600 61.09187.327683.2584709.971367600 67.23126.211 8242.0892952.051898340 58.9858.982.6.2水平地震作用及楼层地震剪力计算 多自由弹性体系在水平地震作用下可采用底部剪力法和阵型分解反应普法求得，质量和刚度沿高度分布比较均匀、变形以剪切型为主的建筑，可采用底部剪力法。本设计建筑高度为50米，故可采用底部剪力法。采用底部剪力法时，各楼层可仅取一个自由度，结构的水平地震作用，应按下式确定： （2-10） （2-11） （2-12）式中：结构水平地震作用标准值； 相应于结构基本自

31、振周期的水平地震影响系数； 结构等效总重力荷载，单质点应取总重力荷载代表值，多质点可取总重力荷载代表值的85%； 质点i的水平地震作用标准值； ，分别为集中于质点i，j的重力荷载代表值； ，分别为质点i，j的计算高度； 顶部附加水平地震作用系数； 顶部附加水平地震作用。结构总水平地震作用标准值按式（2-9）（2-11）计算，即=0.8591819.44=78046.524KN由于设计地震分组为第一组，II类场地，可由建筑抗震设计规范查得特征周期值=0.35s，上面计算出=0.77s，可知5=50.35=1.75s故 （2-13）式中：地震影响系数曲线的阻尼调整系数，按1.0采用； 衰减系数，应

32、取0.9； 地震影响系数最大值，由建筑抗震设计规范查得7度多遇地震时取0.08。因此，可求得 kN因为1.4=1.40.35=0.49s=0.77s所以应考虑顶部附加水平地震作用。顶部附加地震作用系数，由建筑抗震设计规范知： 各质点的水平地震作用计算如下：各楼层地震剪力可按下式计算: （2-14） 式中：作用在k层楼面处的水平荷载（水平地震作用或风荷载）。与计算结果见表2-10。各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见下图2.3。 a）水平地震作用分布 b）层间剪力分布图图2-3 横向水平地震作用及楼层地震表2-10 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次/顶层43.2102

33、0.3744079.980.02258.1258.121240.26744.86271143.370.133351.39409.511136.97683.25283511.930.139367.24776.751033.67683.25258157.20.126332.901109.65930.327683.25232956.140.114301.191410.84827.07683.25207447.750.102369.491680.33723.77683.25182093.030.089235.141915.47620.47683.25156738.30.77203.442118.915

34、17.1 7683.25131383.580.064169.092288.00413.8 7683.25106028.850.052137.392425.39310.5 7683.2580674.130.040105.682531.0727.27683.2555319.400.02771.332602.4013.98242.0832144.110.01539.632642.032.6.3 水平地震作用下的位移计算水平荷载作用下的框架结构的位移可用D值法计算。框架层间位移及结构顶点位移u分别按下式计算： （2-15） （2-16）计算过程见表2-11表中还给出了各层的层间弹性位移角 (2-17)

35、多遇地震作用下的抗震变形验算,其楼层内的最大弹性层间位移应符合下式要求: (2-18) 式中：多遇地震作用标准值产生的楼层内最大的弹性层间位移；弹性层间位移角限值，由建筑抗震设计规范查得钢筋混凝土框架弹性层间位移角限值为1/550。水平地震作用下的位移验算见表2-12表2-11 横向水平地震作用下的位移验算层次/kN/（N /mm）/mm/mm/mm12290.0113676000.3015.4733001/1100011583.8513676000.5715.173300 1/ 5789 10845.1513676000.8114.633001/407491079.9113676001.03

36、13.7933001/320481290.1713676001.2312.7633001/268371473.913676001.4011.5333001/235761633.1313676001.5510.1333001/212951765.8213676001.678.5833001/197641874.0113676001.776.9133001/186431955.6713676001.855.1433001/178422010.7913676001.903.2933001/173712041.4118340381.391.3939001/2806由表2-11可见，最大弹性位移角发生在

37、第2层，其值为1/23911/550，满足式（2-18）的要求。2.6.4 横向水平地震作用下框架内力计算以结构平面布置图中轴线横向框架内力计算为例，说明计算方法，其余框架内力计算从略。框架柱端剪力及弯矩按下列各式计算。=/ （2-19） =yh =（1y）h （2-20） y= （2-21）式中： i层j柱的侧移刚度； 框架柱的反弯点高度比；框架柱的标准反弯点高度比； 上下层梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值； ，上下层高变化时反弯点高度比修的正值。其中和取自表2-6， 取自表 2-8，层间剪力取自表2-10，、和可由规范中查得。本设计底层柱需考虑修正值y2,第2层柱需考虑y1和y3,其余柱均无修正具体计算过程及结果见表2-12。梁端弯矩、剪力及柱轴力按下式计算： （2-22）=（+）/ （2-23