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1、本科学生毕业设计 xx股份公司办公楼设计 摘要本设计分为两个部分:建筑设计、结构设计。建筑设计包括建筑方案和建筑施工图的绘制，结构设计为本设计最主要的部分。结构设计主要进行了结构方案中A-D轴的一代表性框架的荷载计算、内力分析及组合、构件配筋计算设计等。在确定框架布局之后，先进行竖向荷载值计算和风荷载计算，然后求出荷载作用下的结构内力（弯矩、轴力、剪力），找出最不利的一组或几组内力组合，选取最不安全的结果计算配筋并绘图。此外还进行了桩基础、楼梯楼板等构件的设计。关键词：办公建筑；结构设计；框架；内力计算；构件配筋。 第1章 绪 论1.1 选题背景及设计方法1.1.1 选题背景框架结构是多高层建
2、筑的一种主要结构形式，框架结构体系一般用于钢结构和钢筋混凝土结构中，由梁和柱通过节点构成承载结构，框架形式可灵活布置建筑空间，使用较方便。但是随着建筑高度的增加，水平作用使得框架底部梁柱构件的弯矩和剪力显著增加，从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加，到一定程度，将给建筑平面布置和空间处理带来困难，影响建筑空间的正常使用，在材料用量和造价方面也趋于不合理。因此在使用上层数受到限制。框架结构抗侧刚度较小，在水平力作用下将产生较大的侧向位移。由于框架构件截面较小，抗侧刚度较小，在强震下结构整体位移都较大，容易发生震害。此外，非结构性破坏如填充墙、建筑装修和设备管道等破坏较严重。因而其主要适用于非抗震区和
3、层数较少的建筑。1.1.2 设计方法建筑设计一般分为三个阶段：方案构思、初步设计阶段和施工图阶段。在设计过程中要求各专业密切配合互相协调、不断完善、以满足建筑、结构、设备等各方面要求。 1.1.3 设计内容 1、建筑设计部分底层平面图 1:100标准层平面图 1:100 正立面图 1:100 侧立面图 1:100 剖面图 1:50 屋顶平面图 1:200 楼梯、厕所、墙身节点详图 1:20 总平面图、建筑说明 1：500 2、结构设计部分确定结构方案荷载及计算简图确定结构设计计算截面设计、板、基础设计结构施工图绘制1.2 设计概况及预期结果1.2.1 工程概况设计为股份公司办公楼设计，结构类型
4、为钢筋混凝土框架结构，共六层，建筑面积5778m2，建筑物平面为一字形，层高3.6m，局部突出屋面的屋顶间为2.0m，室内外高差0.9m。1.2.2 气象条件基本风压0.55N/m2,基本雪压0.45 N/m2。1.2.3 工程地质条件 地层由杂填土、粉土、粗砂、砾砂组成，地下稳定水位距地坪3.8m以下。地质情况见表1.1。表1.1 建筑地层一览表序号岩土分类厚度范围(m)地基承载力fak(kpa)其他物理力学指标1种植土1.0120=18.6KN/m32粘土6200=19KN/m3 Ip=18 e=0.60Es=4.8MPa c=15KPa =2003粉质粘土很厚220=18.6KN/m3
5、a1-2=0.33MPaIp=12 e=0.62 =25.7%Es=5.2MPa c=12KPa =220注：表中给定土层深度由自然地坪算起。1.2.4 预期结果本设计根据给定资料及设计任务书，在进行初步方案构思与设计后，进行初步方案调整，确定相对优化的建筑方案，充分运用了现代办公楼的国内外设计现状以及办公楼的特点，满足了建筑功能的要求，采用了合理的技术措施，具有良好的经济效果，体型规整、简洁、美观。通过相关办公楼的设计规范及设计标准学习与掌握，根据建筑方案得到经济合理的结构设计方案，充分考虑了结构选型与平、立面布置的规则性，择优选用抗震和抗风好且经济的结构体系，加强了结构构造措施。通过对相关
6、办公楼的设计规范及设计标准学习与掌握，选用主要计算单元进行结构受力计算，得出合理可行的结构设计。 第2章 建筑设计2.1 建筑功能与特点2.1.1 总平面布置参考：国家标准. 建筑制图标准（GBT 501042001）S.北京：中国计划出版社，2002，武汉市建筑设计院 建筑工程设计实录（办公、文教、住宅）M.北京：机械工业出版社,2007.9.14。办公楼置于场地中间，一层北侧设置一个主出入口，东侧和西侧各设置一个次出入口。停车场安排在建筑物北侧，方便人流通行。建筑物的四周布置绿化、小品等，美化建筑。总平面布置图见图2.1。图2.1 总平面布置图2.1.2 平面设计参考: 国家标准. 建筑制
7、图标准（GBT 501042001）S.北京：中国计划出版社，2002。 该设计采用内廊式组合，使平面紧凑、组合灵活，平面布置满足长宽比小于5，采用纵向6m、横向6.0m、3m、6.0m的柱距。纵、横向定位轴线均与柱轴线重合，为使外墙、走廊墙壁平齐，纵梁轴线与柱轴线发生偏移，满足美观与使用要求。该办公楼设置电梯两部，楼梯三部，楼梯间设置在内框架中，以保证框架整体稳定要求。卫生间每层设置两间，分别布置在建筑纵向两端。在各卫生间内设置前室，作为盥洗室。平面设计中的一层平面图见图2.2，标准层平面图见图2.3，顶层平面图见图2.4。图2.2 一层平面图图2.3 标准层平面图图2.4 顶层平面图2.1
8、.3 立面设计参考: 同济大学、西安建筑科技大学、东南大学、重庆大学等. 房屋建筑学M. 北京：中国建筑工业出版社，2005。正立面、背立面窗户成组排列。墙面外装饰采用涂料粉刷，正立面中间部位采用玻璃幕墙，整个建筑物线条简洁有力，充分体现了建筑朴实、大方的风格特点，与它的使用功能相互呼应。立面设计中的正立面图见图2.5，左立面图见图2.6。图2.5 正立面图 图2.6 左立面图 2.1.4 剖面设计参考: 国家标准. 建筑制图标准（GBT 501042001）S.北京：中国计划出版社，2002。 建筑剖面是表示建筑物在垂直方向房屋个部分的组合关系。剖面设计主要分析建筑物各部分应有的高度、建筑层
9、数、建筑空间组合和利用，以及建筑剖面中的结构、构造关系等。本设计室内外高差0.9米，用台阶连接，使建筑物入口亲切、近人。为保证室内具有充足的天然采光，纵墙侧窗规格主要为1800mm1500 mm，窗台高度为1100 mm，纵梁高度为600 mm。屋面采用有组织排水，屋顶采用上人屋面，女儿墙高度为900 mm。室内楼梯间均为封闭式防火楼梯，楼梯采用板式楼梯。内外墙采用加气混凝土砌块，外墙保温材料采用聚苯乙烯塑料板。剖面设计中的1-1剖面图见图2.7。 图2.7 1-1剖面图2.1.5 防火防火等级为二级，安全疏散距离满足房门至外部出口或封闭楼梯间最大距离小于35m，大房间设前后两个门，小房间设一
10、个门，满足防火要求。2.1.6 抗震措施 本设计为六度设防，考虑抗震措施，采用三跨框架。平面设计时，将楼梯设置在内框架中，有利于抗震。本设计在平面上力求平面对称，对称平面易于保证质量中心与刚度中心重合，避免结构在水平力作用下扭转。2.2 设计资料2.2.1 工程做法 1、 屋面做法40厚C25细石混凝土配筋20厚石灰砂浆隔离层SBS(3+3)改性沥青防水卷材20厚1：3水泥砂浆找平层150厚加气混凝土保温层100厚1：8水泥陶粒找坡120厚现浇钢筋混凝土板20厚1：25混合砂浆找平 2、楼面做法水磨石地面 120现浇砼楼板20 mm 1：2.5混合砂浆抹平 3、墙体墙体采用陶粒混凝土空心砌块砌
11、筑。墙厚由砌块尺寸而定，由于墙体稳定性较差，亦需对墙身进行加固处理，通常沿墙身竖向和横向配以一定数量的受力钢筋。 4、台阶室外台阶的平台与室内地坪的高差为50mm,表面内外稍微倾斜，以免雨水流向室内。2.2.2 材料砼强度等级为C30，纵筋HRB335， 箍筋HPB235。2.2.3 门窗门窗表见表2.1。表2.1 门窗表类型设计编号洞口尺寸（mm）各层樘数总樘数备 注宽（mm）高（mm）1层2层3层4层5层6层7层门M11200260016-16旋转门M29001800-44弹簧门M390021004-4弹簧门M412002100182020202020-118木门窗C11800150039
12、40404040402239塑钢窗C218001500-44444-20造型窗2.3 本章小结建筑设计是一个较为复杂的过程，影响它的因素又很多。在进行建筑设计时，应根据建筑物的规模、重要性和使用性质，确定建筑物在使用要求、所用材料、设备条件等方面的质量标准，并且相应确定建筑物的耐久年限和耐火等级。建筑设计还应满足建筑使用功能、考虑建筑美观要求、具有良好的经济效果、符合总体规划要求。本设计满足了“适用、经济、美观”的要求。平面布局分区明确，互不干扰。建筑造型简洁、空间完整。此外，还考虑了人们对建筑物在美观方面的要求，考虑建筑物所赋予人们在精神上的感受。第3章 结构设计3.1 确定结构方案3.1.
13、1 框架结构的选择框架结构由梁、柱构件通过节点连接构成，它既承受竖向荷载，又承受水平荷载。由于该设计仅考虑水平风荷载，总高度小于24m，属多层建筑，类场地土，又为办公楼，比较砖混结构、框架-剪力墙结构，砖混结构满足不了使用功能要求；框架-剪力墙结构性能好，但造价较高。选择框架结构，由钢筋砼梁、柱等杆件刚接而成的框架体系则具有承载力高、整体性强、抗震性能好、平面布置灵活、易形成较大空间、施工方便等优点。所以本设计选择六层框架结构。3.1.2 基础布置本框架设计层数不多，上部结构的荷载较小，地基坚实均匀，再综合考虑现场的工程地质条件、水文条件、施工条件及经济技术条件等综合因素，选择桩基础。3.1.
14、3 楼（屋）盖布置考虑本设计梁格布置，结合双向板受力性能较好，可以跨越较大跨度，梁格布置使顶棚整齐美观以及经济等因素，采用钢筋混凝土双向板肋梁楼（屋）盖。3.1.4 结构措施本框架设计由于长度方向为60m55m，不符合规范关于变形缝的设置要求，因此考虑设置后浇带，沿建筑物长度方向每隔30m间距留出施工后浇带，带宽取800mm,后浇带混凝土采用膨胀混凝土，在二个月后浇灌混凝土，浇灌时的温度宜低于主体混凝土浇灌时的温度。依据工程结构抗震设计规范，六度设防时一般不必计算地震作用，只须采取必要的抗震措施。基础选择了低承台桩，同一结构单元的基础均埋置在同一标高上，有利于抗震；楼面，梁柱均为整体现浇结构，
15、合理选择构件尺寸和配筋，体现了“强柱弱梁”，“强剪弱弯”的设计原则。3.2 结构计算3.2.1 柱截面、板厚及柱高度的确定 1、柱全部柱采用相同截面，按中柱进行估算，整个建筑的恒荷载标准值估算为12kn/ ,活荷载标准值为2.0kn/。C30强度等级混凝土的轴心抗压强度设计值fc=14.3N/mm2 。按中柱的负荷面积估算底层柱的轴力：恒载：活载：估算柱轴力设计值Nv =对于四级框架，轴压比取1，按下列公式估算：103 /14.3=2.1105mm2 ，取bh=500mm500mm。 2、梁根据 h= (1/101/14) ，b=(1/21/3) h 边跨AB ：h= (1/101/14) 6
16、000=429600， 取h=600mm b=(1/21/3) 600=300200, 取b=300mm中跨BC ：h= (1/101/14) 3000=300214, 取h=400mm b=(1/21/3) 300=150107, 取b=250mm联系梁取bh=300600mm。楼梯间处: 取h=400mm, 取b=250mm框架平面柱网布置及框架梁编号如图3.1所示。 图3.1 框架平面柱网布置及框架梁编号 3、板厚本结构采用双向板，板厚1/50=1/506000=120 mm (为柱的短跨)。考虑到板的挠度、裂缝宽度的限制及在板中铺设管线等因素，取板厚h=120mm。 4、柱高度底层柱高
17、度h=3.6+0.90+1.0=5.05m，其中：3.6m为底层层高，0.90m为室内外高差，1.0m为基础顶面至室外地面的高度。其他柱高度等于层高。框架计算简图如图3.2。图3.2 框架计算简图3.2.2 荷载计算参考: 国家标准. 建筑结构荷载规范（GB 500092001）S. 北京：中国建筑工业出版社，2002。 1、屋面恒荷载标准值（上人）40厚C25细石混凝土配筋 0.0422=0.88 kN/m220厚石灰砂浆隔离层 0.0217=0.34 kN/m2SBS(3+3)改性沥青防水卷材 0.4 kN/m220厚1：3水泥砂浆找平层 0.0220=0.4 kN/m2150厚加气混凝土
18、保温层 0.156.0=0.9 kN/m2100厚1：8水泥陶粒找坡 0.114=1.4 kN/m2120厚现浇钢筋混凝土板 0.1225 =3 kN/m2 20厚1：25混合砂浆找平 0.0217=0.34 kN/m2合计 7.66 kN/m2 2、楼面恒荷载标准值水磨石地面（包括水泥砂浆打底） 0.65 kN/m2120厚钢筋砼现浇板 25 0.12=3.0 kN/m2 20厚1：2.5混合砂浆抹平 0.0217=0.34 kN/m2合计 3.99 kN/m2 3、屋面均布活载标准值计算重力载荷代表值时，仅考虑屋面雪载荷0.45 kN/m2。由于屋面雪荷载0.45 kN/ 2.0 kN/，
19、则屋面均布活荷载取2.0kN/ m2。 4、楼面均布活荷载标准值楼面均布活荷载对办公楼的一般房间为2 .0kN/m2，走廊、楼梯、门厅等处为2.5kN/m2。为方便计算，此处偏安全地统一取均布载荷为2.5kN/m2。3.2.3 竖向荷载作用下横梁框架的内力分析参考：国家标准. 混凝土结构设计规范（GB 500102002）S. 北京：中国建筑工业出版社，2002，梁兴文、王社良、李晓文等. 混凝土结构设计原理M. 北京：科学出版社，2003。取轴框架计算。 1、计算单元 计算单元如图3.3 图3.3 横向框架计算单元3.2.4恒荷载计算 1、屋面框架线荷载标准值 边跨框架梁自重： 0.30.6
20、25=4.5 kN/m 粉刷（0.6-0.12） 0.02172=0.33 kN/m 合计 4.83 kN/m 中跨框架梁自重 0.250.425=2.5 kN/m 梁侧粉刷 （0.4-0.12）0.02172=0.19 kN/m 合计 2.69 kN/m 因此作用在顶层框架梁上的线荷载： =4.83 kN/m =2.69 kN/m =7.666=45.96 kN/m =7.663=22.98 kN/m 2、楼面框架线荷载标准值 边跨框架梁自重： 0.30.625=4.5 kN/m 粉刷（0.6-0.12） 0.02172=0.33 kN/m 合计 4.83 kN/m 边跨填充墙自重 0.25
21、（3.6-0.6）5.0=3.75 kN/m 墙面粉刷 3.6-0.6）0.02172=2.04 kN/m 中跨框架梁自重及梁侧粉刷 2.68 kN/m gAB1=gCD1=10.61 kN/m gBC1=2.68 kN/m gAB2=gCD2=23.94 kN/m gBC2=3.993=11.97 kN/m 3、屋面框架节点集中荷载载标准值 边柱联系梁自重 0.30.6625=27 kN 粉刷（0.6-0.12） 0.021726=1.96 kN 900高女儿墙自重 0.8560.259.6+0.0560.259.6=12.96 kN 粉刷 0.90.021726=3.67 kN 联系梁传来
22、屋面自重 0.560.567.66=68.94 kN 合计 g6A =g6D =114.53 kN 顶层中间节点集中荷载： 中柱联系梁自重 0.250.4625=15 kN 粉刷 （0.4-0.12）0.021726=1.14 kN联系梁传来屋面自重 0.5（6+6-3）0.537.66=51.71 kN 0.560.567.66=68.94 kN 合计 =136.79 kN 4、 楼面框架节点集中荷载载标准值 中间层边节点集中荷载 边柱联系梁自重 27 kN 粉刷 1.96 kN 窗按外墙计算 0.29（6-0.25）6（3.6-0.6）=43.08 kN 墙面粉刷 （3.6-0.6）0.0
23、217（6-0.5）=5.61 kN 联系梁传来楼面自重 0.560.563.99=35.91 kN框架柱及粉刷 23.93 kN 合计 =137.45 kN 中间层中间节点集中荷载 中柱联系梁自重 15 kN 粉刷 1.14 kN 内纵墙自重 （6-0.5）（3.6-0.6）0.255.0=20.63 kN 粉刷 （6-0.5）（3.6-0.6）20.0217=11.22 kN 框架柱自重及粉刷 24.03 kN 联系梁传来楼面自重 0.5（6+6-3）0.533.99=26.93 kN 0.560.563.99=35.91 kN 合计 =134.86 kN3.2.5活荷载计算 1、屋面活荷
24、载 计算重力载荷代表值时，仅考虑屋面雪载荷0.45 kN/m2。由于屋面雪荷载0.45 kN/ 2.0 kN/，则屋面均布活荷载取2.0kN/ m2。楼面均布活荷载对办公楼的一般房间为2 .0kN/m2，走廊、楼梯、门厅等处为2.5kN/m2。为方便计算，此处偏安全地统一取均布载荷为2.5kN/m2。P6A= P6D =26=12 kN /m P6B= P6C =23=6 kN /m P6A =P6D=0.560 .562=18 kNP6B= P6C =0.5(6+6-3)0.532+0.560.562=31.5 kN AB=CD =26=12 kN /m BC =2.53=7.5 kN /m
25、 PA= PD =0.560.562=18 kNPB= PC =0.5(6+6-3)0.532.5+0.560.562=34.88 kN3.2.6风荷载计算参考：国家标准. 混凝土结构设计规范（GB 500102002）S. 北京：中国建筑工业出版社，2002, 同济大学、西安建筑科技大学、东南大学、重庆大学等. 房屋建筑学M。风荷载标准值计算公式为：本设计房屋高度23.4m30m,高宽比23.4/15.0=1.561.5，故不考虑风压脉动的影响，取，C类地区，基本风压，由荷载规范查得，由荷载规范查得,将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载Z为框架节点至室外地面高度,A为一榀框架梁各层节
26、点的受风面积，风荷载计算如表3.1。 3.1 风荷载计算表层次611.322.50.880.5516.210.19511.318.90.820.5521.612.66411.315.30.740.5521.611.43311.311.70.740.5521.611.43211.38.10.740.5521.611.43111.34.50.740.5524.312.862a k=0.616 a =0.22A1=(0.54.5+0.53.6)6=24.3m2 A6=(0.9+0.53.6)6=16.2m2 A2A5=(0.53.6+0.53.6)6=21.6m2 Pw=WA 3.3内力计算 参考：
27、梁兴文、王社良、李晓文等. 混凝土结构设计原理M. 北京：科学出版社，2003。梁端，柱端弯矩采用弯矩二次分配法计算。因各楼层楼面活荷载标准值均小于3.5kN/m2，可采用满布荷载法近似考虑活荷载不利布置的影响。3.3.1竖向荷载作用下的内力计算 1、计算模型（恒载）梁柱的线刚度计算 梁柱线刚度计算如表3.2 表3.2 梁柱线刚度计算构件位置截面跨度梁边跨3006006000中跨2504003000柱2-6层5005003600低层5005005500 半框架梁柱线刚度如图3.4图3.4 半框架梁柱线刚度 2、荷载转化 顶层： 荷载转换简图如图3.5 图3.5 荷载转换简图 =45.96 KN
28、/m =22.98KN/m =4.83 KN/m =2.69KN/m 边跨=4.83+5/845.96=33.56KN/m 中跨=2.69+5/822.98=17.05KN/m 标准层： gAB1=gCD1=10.61 KN/m gBC1=2.68KN/m gAB2=gCD2=23.94 KN/m gBC2=11.97KN/m 边跨=10.61+5/823.94=25.57KN/m 中跨=2.68+5/811.97=10.16KN/m 节点弯矩： 顶层： Mab=Mcd=ql2/12=1/1233.5666=100.68KN/m Mbc左=-ql2/3=-17.051.51.5/3=-12.7
29、9KN/m Mbc右=-ql2/6=-17.051.51.5/6=-6.49KN/m 标准层： Mab=Mcd=ql2/12=1/1225.5766=76.71KN/m Mbc左=-ql2/3=-10.161.51.5/3=-7.62KN/m Mbc右=-ql2/6=-10.161.51.5/6=-3.81KN/m 3、弯矩分配 恒荷载作用下,框架的弯矩分配计算见表3.10。边跨传递系为1/2，远端滑动铰支传递系数为-1。 恒载作用下弯矩分配如表3.3 表3.3 恒载作用下弯矩分配 恒载作用下的内力叠加如表3.4 表3.4 恒载作用下的内力叠加 4、剪力计算 6层边跨：V=1/2ql0=1/2
30、33.56(6-0.5)=90.61KN6层中跨： V=1/2ql0=1/217.05(3-0.5)=20.46KN15层边跨：V=1/2ql0=1/225.57(6-0.5)=69.04KN15层边跨:V=1/2ql0=1/210.16(3-0.5)=12.19KN柱端剪力：6层边柱 6层中柱 （67.78+47.75）/3.6=-32.09KN （56.82+39.66）/3.6=26.52KN 3-5层边柱 3-5层中柱 -（37.73+37.73）/3.6=-20.96KN （30.59+30.59）/3.6=16.99KN 2层边柱 2层中柱 -（39.11+41.85）/3.6=-
31、22.49KN （31.71+35.95）/3.6=18.79KN 1层边柱 1层中柱 -（21.25+10.63）/5.5=-5.80KN （18.18+9.09）/5.5=4.96KN 5、轴向力 图3.6 轴力计算简图（1）边柱 六层： 90.61+114.53=205.14KN 205.14+22.5+1.42=229.07KN 五层： 205.14+69.04+137.45=411.63KN 411.63+22.5+1.43=435.56KN 四层： 411.63+69.04+137.45=618.12KN 618.12+22.5+1.43=642.05KN 三层： 618.12+6
32、9.04+137.45=824.61KN 824.61+22.5+1.43=848.54KN 二层： 824.61+69.04+137.45=1031.1KN 1031.1+22.5+1.43=1055.03KN 底层： 1031.1+69.04+137.45=1237.59KN 1237.59+34.38+2.18=1274.15KN(2)中柱 六层： 90.61+136.79+20.46=247.86KN 247.86+22.5+1.53=271.89KN 五层： 247.86+69.04+12.19+134.86=463.95KN 463.95+22.5+1.53=487.98KN 四层： 463.95+69.04+12.19+134.86=680.04KN 680.04+22.5+1.53=704.07KN 三层： 680.04+69.04+12.19+134.
