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1、山东建筑大学成人教育学院结构设计说明书题目:济南市某综合办公楼前 言本设计针对济南市某综合办公楼的建筑、结构进行了设计与计算。建筑设计部分，本着“舒适、安全、经济”的设计原则，按照有关建筑规范要求，完成了建筑的平面、立面、剖面及细部构件的设计，注重采用经济、合理、先进的建筑技术。结构设计部分，在建筑设计的基础上，合理地确定了结构方案和结构布置，结构计算时，在主体建筑部分选取一榀有代表性的框架及柱下基础进行计算，内容包括：确定梁柱界面尺寸及框架计算简图；荷载计算；框架侧移计算；框架在水平、竖向力的作用下的内力分析；内力组合及截面设计；基础的设计，并完成部分结构构件计算，在计算过程中以手算为主，后
2、面采用建筑结构软件PKPMCAD进行电算,并将电算结果与手算结果进行了误差分析对比。由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。目 录前 言2目 录 3第一章 建筑设计51.1 工程概况 51.2 设计资料 5第二章 结构设计总述62.1 结构部分 62.2 结构设计论述62.2.1 结构体系选型62.2.2 设计过程7第三章 结构设计83.1 结构布置及计算简图83.2 主要构件选型及尺寸初步估计83.2.1 确定框架计算简图 83.2.2 梁柱线刚度计算 93.3 荷载统计103.3.1 屋面永久荷载标准值103.3.2 楼面永久荷载标准值103.3.3 屋面及楼面可变荷
3、载标准值113.4 荷载计算113.4.1 恒荷载计算113.4.2 活荷载计算153.4.3 风荷载计算163.5 内力计算173.5.1 恒荷载作用下的内力计算173.5.2 活荷载作用下的内力计算233.5.3 风荷载作用下的内力计算283.6 内力组合313.6.1 梁的内力组合313.5.2 柱的内力组合313.7 截面设计353.7.1 梁的配筋计算353.7.1.1 梁的正截面受弯承载力计算353.7.1.2 梁的斜截面受剪承载力计算383.7.2 柱的配筋计算413.7.1.1 柱的正截面受弯承载力计算413.7.1.2 柱的斜截面受剪承载力计算433.8 楼面板设计503.8
4、.1 设计资料503.8.2 荷载计算503.8.3 确定计算跨度513.8.4 弯距计算513.8.5 截面设计523.9 楼梯设计533.9.1 设计资料533.9.1 梯段板计算533.9.2 平台板计算543.9.3 平台梁计算553.10 基础设计573.10.1 设计资料573.10.2 确定基础底面尺寸573.10.3 校核地基承载力583.10.4 验算基础高度583.10.5基础底面配筋59参考文献61致谢62第一章 建筑设计1.1 工程概况设计题目：济南市某综合办公楼地点：济南1.2 设计资料 本工程采用钢筋混凝土框架结构，基础采用钢筋混凝土独立基础。 本工程抗震设防烈度为
5、六度，设计基本地震加速度值 为0.05g,设计地震分组为第二组。 建筑场地土类别为级，建筑抗震设防类别为丙类，设计特征周期为0.4s。 本工程环境类别为：基础、屋面挑檐为二b类，室内潮湿环境为一类。 本工程设计合理使用年限为50年，安全等级为二级，砌体施工质量控制等级为B级。 建设单位提供的岩土工程勘察报告（工程编号：济设勘第2007-XX号），本工程以第层粘土为持力层，地基承载力特征值：fak=200kN/m2, 冻土深度为0.5m。 本工程处于济南市有密集建筑群市区，地面粗糙度类别为C类，基本风压为Wo=0.45kN/m2,海拔高度为51.6m。 基本风压：So=0.3kN/m2第二章 结
6、构设计总述2.1 结构部分 自然条件：基本风压：Wo=0.45kN/m2，基本雪压So=0.3kN/m2 工程地质资料：自然地表以下1.8m以内填土，填土下4.7m内为粘土（地基承载力特征值：fak=200kN/m2）,其下层为碎石层（地基承载力特征值：fak=300kN/m2）冻土深度为0.5m。 材料情况混凝土：基础、柱、梁、板均采用C30；钢筋：梁、柱受力钢筋采用HRB335级，板受力钢筋、箍筋及构造钢筋采用HPB235级钢筋。 抗震设防要求：本工程抗震设防烈度为六度。 结构体系：现浇钢筋混凝土框架结构。 施工：梁、板、柱均现浇。2.2 结构设计论述2.2.1 结构体系选型设计采用钢筋混
7、凝土现浇框架结构体系。本设计为总体规划中的单体建筑，设计中充分考虑到总体规划提出的要求、建筑高度、周围环境的关系，确定本结构为规则有序的板式结构，建筑平面布置简单、规则、对称、长宽比不大，对抗震有利，结构具有较好的整体性；同时考虑到结构不同使用功能的需求，要求建筑平面布置较为灵活，可以自由分割空间，选用框架结构；立面注意对比与呼应、节奏与韵律，体现建筑物质功能与精神功能的双重特性。根据地质钻探报告，在该工程的规划范围内，地表以下1.8米内为杂填土，下为粘土，地基承载力标准值fk200kN/m，无软弱下卧层。本建筑物在材料选取上基本按照轻质高强的原则，因此自重较小；工程所在场地平坦，地质条件良好
8、，柱下独立基础，简单、经济、施工方便，荷载不大且场地均匀。从经济、技术以及当地施工技术情况角度考虑，本设计采用了柱下钢筋混凝土独立基础。考虑到方便施工过程中支摸板，选用阶梯形现浇柱下钢筋混凝土独立基础。2.2.2 设计过程遵循先建筑、后结构、再基础的设计过程。建筑设计根据建筑用地条件和建筑使用功能、周边城市环境特点，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；其次进行立面造型、剖面设计；最后设计楼梯、电梯间和基础。结构设计包括：确定结构体系与结构布置、根据经验对构件进行初估、确定计算单元和计算简图，由于手算工作量较大，一般采用计算一榀框架的方式。荷载统计，结构
9、承受的荷载主要为结构自重、楼面活荷载、雪荷载、风荷载和地震作用，竖向荷载主要为恒荷载和活荷载，因为框架结构在竖向荷载作用下侧移不大，可近似按照无侧移框架分析，因此，框架结构在竖向作用下的内力计算可近似采用分层法进行计算；风和地震作用对框架结构的水平作用，一般可简化为作用于框架结点上的水平力，水平荷载的作用采用反弯点法计算。内力计算与组合，考虑活荷载的最不利分布采用分跨组合法进行内力组合计算；按照框架结构的合理破坏形式，在梁端出现塑性铰是允许的，因此在结构设计时，一般均按弯距进行调幅。其他构件与基础设计。第三章 结构设计3.1 结构布置及计算简图假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。由于各层
10、柱的截面尺寸不变，故梁跨等于柱截面形心轴线之间的距离。底层柱高从基础顶面算至二楼楼面，基顶标高根据地质条件、室内外高差等定为0.30m,二楼楼面标高为3.90m，故底层标高为3.90m。其余各层的柱高从楼面算至上一层楼面（即楼高），故均为3.60m。由此，可绘出框架的计算简图3.1。图3-1 框架平面柱网布置3.2 主要构件选型及尺寸初步估算3.2.1确定框架计算简图多层框架为超静定结构，在内力计算之前，要预先估算梁、柱的截面尺寸及结构所采用材料强度等级，以求得框架中各杆的线刚度及其相对线刚度。混凝土强度等级：粱用C30（EC=29.5106KN/m2） 柱用C30（EC=29.5106KN/
11、m2）说明：其上按混凝土弹性摸量公式计算的数值，按规范应为30106KN/m2。横向边框架梁：h=l/14=6.0/14=0.428m,取h=450mm, 即：bh=250450mm。横向中框架梁：h=l/12=2.7/12=0.225m,取h=300mm, 即：bh=250300mm。纵向框架梁：确定梁高为400mm,外纵墙厚为240mm确定梁宽为250mm,即：bh=250400mm。框架柱：b=H/15=3.9/15=0.26，取b=500mm,在地震区框架柱采用方柱较为合适，故取 h=500mm。3.2.2梁柱线刚度计算 横梁取C轴的-、-跨mm4 -跨mm4 柱2-5层mm4 1层m
12、m4 取i=4.17105E=1，则 -、-框架：i=2.08, - i=1柱 2-5层 i=3.47, 1层 i=2.333.3 荷载统计3.3.1 屋面永久荷载标准值20mm水泥砂浆 0.2520=0.5kN/m24mm高聚物改性沥青防水卷材 0.4kN/m2 20mm水泥砂浆找平 0.0220=0.4kN/m240mm聚苯乙烯泡沫塑料 0.040.5=0.02kN/m220mm水泥砂浆找平 0.0220=0.4kN/m280mm水泥珍珠岩找坡层 0.0840=0.32kN/m2100mm混凝土板 0.1025=2.5kN/m220mm板底抹灰 0.0217=0.34kN/m2 屋面恒载合
13、计 4.88kN/m2 3.3.2楼面永久荷载标准值地砖地面 0.55kN/m2100mm现浇钢筋混凝土板 0.1025=2.5kN/m220mm板底抹灰 0.2020=0.40kN/m2 楼面恒载合计 3.45kN/m2 3.3.3 屋面及楼面可变荷载标准值不上人屋面均布活荷载标准值：0.7kN/楼面活荷载标准值：2.0 kN/卫生间：2.5kN/楼梯：2.5kN/顶层楼大会议室：2.5kN/3.4 荷载计算3.4.1恒荷载计算取C轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为4.2米。(1)屋面框架梁线荷载标准值屋面恒荷载 4.88 kN/边跨（-、-跨）框架梁自重 0.250.4525=2.813
14、kN/m梁侧粉刷 2（0.45-0.10）0.0217=0.238kN/m中跨（-跨）框架梁自重 0.250.3025=1.875kN/m梁侧粉刷 2（0.30-0.10）0.0217=0.136kN/m因此，作用在顶层框架梁上的线荷载为：kN/mkN/mkN/mkN/m (2)楼面框架梁线荷载标准值楼面恒荷载 3.45 kN/边跨框架梁及梁侧粉刷 3.05kN/-边跨填充墙自重 0.24（3.6-0.5）5.5=4.1kN/m墙面粉刷 （3.6-0.5）0.02217=2.11kN/m中跨框架梁及梁侧粉刷 2.01kN/m因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为kN/mkN/mkN/mkN/m
15、(3)屋面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重 0.250.44.225=10.5kN边柱连系梁粉刷 0.02（0.4-0.1）24.217=0.86kN1.2m高女儿墙自重 1.24.1（0.245.5+20+0.02+13.60.04+0.5）=8.1kN连系梁传来屋面自重 1/24.21/24.24.88=21.5kN顶层边节点集中荷载 G51=G54=40.96 kN中柱连系梁自重 0.250.44.225=10.5kN中柱连系梁粉刷 0.02（0.4+0.1）24.217=0.86kN连系梁传来屋面自重 1/2（4.2+4.2-2.7）1.354.88=18.8kN连系梁传来屋面粉刷
16、 1/24.22.14.88=21.5kN顶层中节点集中荷载 51.66kN (4)楼面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重 10.5kN边柱连系梁粉刷 0.86kN铝合金门窗自重 3.62.10.45=3.4 kN窗墙体自重 1.604（3.6-0.5）（4.2-0.5）-3.62.1=6.3kN框架柱自重 0.50.53.625=22.5kN框架柱粉刷 1.3 0.023.617=1.6kN连系梁传来楼面自重 1/24.21/24.23.45=15.2 kN/m 中间层边节点集中荷载 G1=G4=49.0 kN中柱连系梁自重 10.5kN中柱连系梁粉刷 0.86kN内纵墙自重 2.01（3
17、.6-0.5）（4.2-0.5）-12.1=19.0 kN内纵墙门重 12.10.2=0.4kN框架柱自重 22.5kN框架柱粉刷 0.86kN连系梁传来楼面自重 1/2（4.2+4.2-2.7）1.353.45=13.3 kN 1/24.22.13.45=15.2 kN中间层中节点集中荷载 82.62kN(5)恒荷载作用下的结构计算简图，如图3-2。3.4.2 楼面活荷载计算楼面活荷载作用下的结构计算简图，如图3-3。屋面P512=P534=0.74.2=2.94kN/mP523=0.72.7=1.89kN/mP51=P54=1/24.21/24.20.7=3.09kN/mP52=P53=1
18、/2（4.2+4.2-2.7）1.350.7+1/44.24.20.7=4.16kN/m楼面P12=P34=24.2=8.4kN/mP23=22.7=5.4kN/mP1=P4=1/24.21/24.22=8.82kN/mP2=P3=1/2（4.2+4.2-2.7）1.352+1/44.24.22=16.5kN/m3.4.3风荷载计算风压标准值计算公式为、，因结构高度H=18.3m30m，可取z=1.0对于矩形平面s=1.3，z=可查荷载规范，将风荷载转换成作用于框架每层节点上的集中荷载。计算结果如下表：层次（）（）51.01.318.30.810.4515.127.1641.01.314.70
19、.740.4515.126.5531.01.311.10.740.4515.126.5521.01.37.50.740.4515.126.5511.01.33.90.740.4516.387.09 风荷载计算表 表3-1其中：Z为框架节点高度，A为一榀框架各层节点的受力面积荷载作用下结构计算简图，如图3-4。3.5 内力计算以C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，恒荷载（竖向荷载）作用下的内力计算采用分层法：(1)除底层以外其他各层柱的线刚度均乘0.9的折减系数；(2)除底层以外其他各层柱的弯矩传递系数取为1/3。3.5.1恒载作用下的内力计算 顶层把梯形荷载转化为等
20、效均布荷载-、-跨kN/mkN/m用弯矩分配法计算各杆的图端弯矩为kN/mkN/mkN/m2-4层及1层把梯形荷载转化为等效均布荷载-跨kN/m-跨kN/mkN/m弯矩分配法计算各杆的图端弯矩为kN/mkN/mkN/m 3.5.2 活载作用下的内力计算 顶层把梯形荷载转化为等效均布荷载-、-跨kN/m-跨kN/m用弯矩分配法计算各杆的图端弯矩为kNm kNm kNm2-4层及1层把梯形荷载转化为等效均布荷载-、-跨kN/m-跨kN/m弯矩分配法计算各杆的图端弯矩为 kNm kNm kNm利用对称性进行弯矩分配3.5.3 风荷载作用下的内力计算内力计算采用反弯点法计算，因、轴线刚度相等，故剪力在
21、四轴等分分配。用反弯点法计算弯距，对于2-5层 ，对于1层柱端弯距 、轴 表3-2层次51.793.63.223.2243.433.66.176.1735.073.69.139.1326.703.612.0612.0618.483.611.0222.05梁端弯距 轴 表3-3层次502.083.22003.22402.086.173.2209.39302.089.136.17015.30202.0812.069.13021.09102.0816.5412.06028.60 轴 表3-4层次52.0813.2202.171.0542.0816.173.226.343.0532.0819.136.
22、1710.334.9722.08112.069.1314.316.8812.08111.0212.0615.597.493.6 内力组合3.6.1梁的内力组合（见表3-5）3.6.2 柱的内力组合（见表3-6）3.7 截面设计3.7.1 梁的配筋计算3.7.1.1梁的正截面受弯承载力计算 四层-跨框架梁根据已知数据并查阅相关规范可以得到在计算受拉钢筋时：C30混凝土：；，选用HRB335级钢筋；=300；，一类环境：c=25,则=c+d/2=25+10=35,支座弯矩： 支座： M=-74.82 kNm 支座： M=-77.03 kNm跨中最大弯矩： M=68.68 kNm从内力组合表中分别去
23、出-跨跨间截面及支座截面的最不利内力。当梁下部受拉时，按T形截面设计。当梁上部受拉时，按矩形截面设计。 确定翼缘宽度：按跨度考虑时，；按跨间距考虑时，按翼缘厚度考虑时，0.1，此情况不起控制作用，故取。判别T型截面类型： =1043.9068.68该截面属于第一类截面。求受拉钢筋面积： =0.014 实配320， （） （满足要求）梁端截面受压区 =0.016 实配320， （） （满足要求） 五层-跨框架梁根据已知数据并查阅相关规范可以得到在计算受拉钢筋时：C30混凝土：；，选用HRB335级钢筋；=300；，一类环境：c=25,则支座弯矩： 支座： M=-11.67 kNm 支座： M=-
24、11.67 kNm跨中最大弯矩： M=2.68 kNm从内力组合表中分别去出-跨跨间截面及支座截面的最不利内力。当梁下部受拉时，按T形截面设计。当梁上部受拉时，按矩形截面设计。 翼缘计算宽度当按跨度考虑时，；按跨间距考虑时，按翼缘厚度考虑时，0.1，此情况不起控制作用，故取。 =276.712.68该截面属于第一类截面，则有 =0.003 实配316， （） （满足要求）梁端截面受压区 =0.013 实配316， （） （满足要求）同理计算各层梁的配筋，见表3-7。3.7.1.2 梁斜截面的受剪承载力计算 四层-跨验算截面尺寸因4，混凝土等级小于C50，故截面尺寸满足要求。故各截面应按构造配箍
25、筋。 （满足要求）非加密区箍筋选取双肢8200，加密区选取双肢8100。加密区长度取。 五层-跨 验算截面尺寸因4，混凝土等级小于C50，故截面尺寸满足要求。故各截面应按构造配箍筋。 （满足要求）非加密区箍筋选取双肢8200，加密区选取双肢8100。加密区长度取。3.7.2 柱的配筋计算3.7.2.1 柱正截面承载力计算根据建筑抗震规范，对于四级抗震等级，剪跨比大于2，轴压比小于0.9。以第五层柱为例。柱采用对称配筋，纵筋采用HRB335级钢筋，混凝土保护层厚度取35，as=35，b=500，h0=500-35=465。fc=14.3N/mm2。（30混凝土） 按Mmax M取上下端弯矩的最大
26、值：M=69.56 kNm；柱轴力取N柱顶，柱底的最大值：N=130.27kN。取初始偏心距=500/30=16.7， =20 偏心距增大系数 取 判断大小偏心，按大偏压计算 钢筋截面面积= =335.1mm2可按构造配筋单侧纵向钢筋 =0.2500500=500mm2 实配216+220， （）按及相应的一组计算，。取，则有初始偏心距=500/30=16.7， =20 偏心距增大系数 取 判断大小偏心，按大偏压计算 钢筋截面面积=267.91mm2可按构造配筋。单侧纵向钢筋 =0.2500500=500mm2 实配216+220， （）同理计算各层柱的配筋，见表3-8。3.7.2.2柱斜截面
27、承载力计算 以五层柱为例进行计算框架柱的剪力设计值 满足规范要求 取其中取较大的柱下端值，而、不应考虑，故、为将内力组合表中查得的值除以0.8，与相应的轴力。可取 故按构造配置钢筋加密区最小配筋率： 轴压比 非加密区取箍筋8200，加密区取8100。同理计算各层柱的配筋，见表3-9。3.8 楼面板设计3.8.1 设计资料采用C30混凝土，板中钢筋采用HPB235级钢筋，板厚100mm，则有 ，。3.8.2 荷载计算取第二层楼面板为例。图3-26结构双向板设计计算简图结构平面布置图如图3-24所示楼面恒荷载 楼面活荷载 按塑性铰线法计算 3.8.3 确定计算跨度此结构为框架结构，板与梁整体现浇，
28、所以（为梁宽）： 3.8.4 弯矩计算假定边缘板带跨中配筋率与中间板带相同，支座截面配筋率不随板带而变，取同一数值；跨中钢筋在离支座处间隔弯起，取，对所有区格，均取 ，整体现浇，均按连续板计算 由此 = = 3.8.5 截面设计 短跨，长跨，板宽，C30混凝土：，HPB235钢筋：，板的配筋见下表： 表3-7 双向板配筋计算表截面设计值 （）2.340.81.110.8-4.690.8-2.220.8 ()708070800.0270.0100.0540.0190.0270.0100.0540.019（）128.754.48257.4103.50实际配筋 （）3.9 楼梯设计3.9.1 设计资
29、料本工程楼梯为现浇板式楼梯，踏步尺寸150mm280mm，一层层高3900mm，二-五层层高3600mm，采用混凝土强度等级C30，板筋采用HRB335级钢筋，梁纵筋也用HRB335级钢筋。楼板的活荷载标准值为2.5kN/mm2，踏步面层采用瓷砖面层（自重为0.55kN/mm2），底面为20mm厚水泥砂浆（自重为20kN/mm2）。楼梯结构平面布置图如结构详图。3.9.2楼梯板的设计 荷载计算（取m板宽计算）板倾斜：=150/280=0.5357，=0.881恒荷载瓷砖地面面层 （0.28+0.15）0.55/0.280.84kN/m三角形踏步 1/20.280.1525/0.28=1.88
30、kN/m混凝土斜板 0.1425/0.881=3.97 kN/m板底抹灰 0.0220/0.881=0.45 kN/m恒荷载标准值 0.84+1.88+3.97+0.45=7.14kN/m恒荷载设计值 1.27.14=8.57 kN/m活荷载活荷载标准值 2.5 kN/m活荷载设计值 1.42.5=3.50 kN/m荷载总计 p=g+q=8.57+3.50=12.07 kN/m 内力计算板水平计算跨度ln=3.64m跨中弯矩 kNm 配筋计算板保护层厚度15mm，有效高度h0=140-15=125mm mm2选用钢筋100 实有AS =785 mm2分布筋选用2003.9.3 平台板的设计确定
31、板厚 荷载计算（取m板宽计算）平台板厚h=100mm恒载瓷砖地面面层 0.55kN/m100mm厚混凝土板 0.1025=2.5 kN/m板底抹灰 0.0220=0.4 kN/m恒荷载标准值 0.55+2.5+0.4=3.45 kN/m恒荷载设计值 1.23.45=4.14 kN/m活荷载活荷载标准值 2.5 kN/m活荷载设计值 1.42.5=3.5 kN/m荷载总计p=g+q=4.14+3.5=7.64 kN/m 内力计算计算跨径 l0=2.22-（0.25+0.26）/2=1.97m跨中弯矩 kNm 配筋计算板保护层厚度15mm，有效高度h0=100-15=85mm mm2选用钢筋200
32、 实有AS =251 mm2分布筋选用2003.9.4 平台梁设计平台梁截面 bh=250mm350mm 荷载计算恒载梁自重（除板部分） 0.25(0.35-0.10)25=1.56kN/m梁侧粉刷 0.02(0.35-0.10)220=0.20kN/m梯段板传来 12.073.64/2=21.97 kN/m平台板传来 7.641.98/2=7.56kN/m 恒荷载标准值 1.56+0.20+21.97+7.56=31.29kN/m恒荷载设计值 1.231.29=37.55 kN/m活荷载活荷载标准值 2.5kN/m活荷载设计值 1.47.03=9.84kN/m荷载总计p=g+q=37.55+
33、9.84=47.39kN/m 内力计算计算跨径l0 =1.05ln=1.05(3.9-0.24)=3.84m 弯矩设计值 kN/m剪力设计值 kN/m 配筋计算梁的有效高度h0=350-35=315mm， mm2选用420 实有AS =1256mm2分布筋选用150。 3.10 框架柱独立基础设计3.10.1设计资料采用柱下独立基础,混凝土强度等级为C30 (,)。底板钢筋选用HRB335级钢筋（)；垫层厚度100mm，混凝土强度等级选C10。根据地质钻探报告，在该工程的规划范围内，地表以下1.8m内下粉质粘土，地基承载力标准值，无软弱下卧层。在钻探深度内未见地下水。以C轴柱下独立基础为例。3.10.2确定基础底面尺寸先按轴心受压估算，初步确定基础埋深为2.0m，满足大于济南市最大冻土深度-0.5m，同时基础第处于粉质粘土。粉质黏土：，考虑深度修正,取修正系数， 则修正后的地基承载力特征值为：则 将其增大20%40%，初步选用 得到基础边缘最大和最小压力为 3.10.3校核地基承载力基础地面尺寸满足要求。
