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1、办公楼建筑结构设计学 院 建筑工程学院 专 业 土木工程 年3月11日摘 要本工程为南方某市办公楼建筑结构设计。建筑面积约4500m2，占地面积约 m2，五层，总高18.000m，采用框架结构，柱下独立(联合)基础，设计基准期50年，结构安全等级为二级，抗震设防烈度为7度。以建筑设计方案为基础，综合考虑行政办公楼的使用功能要求、建筑物重要性等级、地质条件、抗震设防要求、施工条件及材料供应情况等方面的条件，参照有关设计规范、资料的规定或建议，并通过调查研究，参考以往相近工程的经验。按照“安全、经济、实用、美观”的设计原则，采用简单、实用的建筑体型和立面设计，对建筑物的平面布置、结构构造等项目进行
2、合理设计，力求做到建筑功能与建筑形象的亲和力与开放性，创造亲切宜人的建筑形象和舒适自然的办公环境。设计出符合现代化建筑风格的建筑设计方案，绘出建筑施工图。按照设计的建筑方案和结构设计的弹塑性理论进行结构计算，通过手算与机算的结果，绘出结构施工图。关键词：办公楼；钢筋混凝土框架；结构设计abstractthis project is the architectural and structural design of a five-floor classroom building in a city of south china, of which area is about 4500 m2 p
4、esign “is suitable in line with the function, the economy is reasonable, the modelling is artistic, the environment is suitable” the principle, take the national corresponding standard, the standard as the basis, has completed the construction plane design which the design project description reques
6、d collection, the endogenic force computation, the endogenic force combination, the structure earthquake resistance checking calculation, the board, the beam, the column, the stair, the foundation component design, and complect the construction drawing. key word: classroom building; reinforced concr
7、ete frame; structural design目 录第1章 工程概况11.1工程名称11.2建筑规模11.3建筑特点11.4建筑设计资料1第2章 框架结构布置及简图32.1框架结构布置32.2梁柱截面的确定5第3章 荷载计算63.1恒荷载计算63.1.1屋面框架梁线荷载标准值63.1.2楼面框架梁线荷载标准值63.1.3屋面框架节点集中荷载标准值73.1.4楼面框架节点集中荷载标准值73.2活荷载计算93.3风荷载计算103.4地震作用计算11第4章 内力计算164.1恒荷载作用下的框架内力计算164.2活荷载作用下的框架内力计算204.3风荷载作用下的框架内力计算234.4地震力作
8、用下的框架内力计算25第5章 内力组合28第6章 配筋计算296.1框架梁的配筋计算296.1.1正截面受弯承载力计算296.1.2斜截面受弯承载力计算306.2框架柱截面设计306.2.1剪跨比和轴压比验算316.2.2柱正截面承载力计算316.2.3柱斜截面承载力计算336.3屋面板设计37 6.4楼板设计39第7章 基础设计427.1边柱基础427.2中柱基础45结 论49致 谢51参考文献52第1章 工程概况1.1 工程名称 ：南方某市办公楼1.2 建筑规模 1)建筑总面积约4500m2，占地面积约887.4m2，五层，总高18.000m； 2)上人屋面； 3)钢筋混凝土框架结构； 4
9、)层高:首层3m，标准层3m1.3 建筑特点 （1）一层设有门厅和值班室，每层均有两个隐蔽盥洗室，一间会议室，两间大办公室（面积约40m2），八间小办公室（面积约28m2 ） （2）建筑能满足办公需求，并且外形保证美观大方。1.4 建筑设计资料（1）气象资料：全年主导风向：东北风；冻土深度：0.2米；风荷载基本值：(离地面10米高值)雪荷载基本值：室外计算温度：冬季极端气温，夏季极端气温，最热月平均气温，最冷月平均气温降水量：年降水量1108.6mm，日最大降水量262.7mm年平均相对湿度：75（2）工程地质资料：拟建场地原始地形为湖塘洼地，后经人工填筑而成，地形平坦，场地分层情况如下：第1
10、层为杂填土，土层厚2m；第2层为灰色粘土，土层厚8m；第3层为褐色粉质粘土（未揭穿）。土的物理力学性质如下表所示。土层名称水含量重力密 度孔隙比液限塑限塑限指数液限指数饱和度粘聚力内摩擦角压缩模量承载力摩擦力端承力w%kn/m3ewl%wp%ipilsr%ckpa度esmpafkkpaqskpaqpkpa杂填土16.0灰色粘土38.218.91.038.218.419.81.095.612204.6411017褐色粉质粘土26.719.60.7532.717.715.00.696.518207.022028.2992（3）水文地质资料拟建场地范围内，地下水分布主要有两种类型：浅部填土中的上层滞
11、水，主要受大气降水及地表排水控制，地下水位埋深为1.52.0m之间；承压孔隙含水层:拟建场地范围内，地下水对混凝土无侵蚀性。（4） 抗震设防要求 该地区基本烈度为7度（近震）。第2章 结构布置和计算简图2.1 框架结构布置 框架计算简图如2.1所示。 框架计算单元如设计书上所示，取出号轴线上的一榀框架计算。假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接，由于各层柱的截面尺寸不变，故梁跨等于柱截面形心轴之间的距离。底层柱从基础顶面算到二楼楼面，基础顶面根据地质条件，室内外高差，定位-0.45m，二楼楼面标高为3.00m，故底层柱高为3.45m。其余各层柱高为3.00m。有次绘出框架的计算简图，如图2.
12、1、2.2所示。图2.1框架平面布置与计算单元简图 图2.2框架剖面及结构计算简图2.2 梁柱截面的确定 边跨梁（ab、cd跨）： 取 中跨梁（bc跨)：取 柱截面均为，现浇楼板厚100mm。 ab、cd跨梁： bc跨梁： 上部各层柱： 底层柱： ,则轴压比 ,故满足要求。第3章 荷载计算3.1 恒荷载计算 3.1.1 屋面框架梁线荷载标准值： 20mm厚1：2水泥砂浆找平 100140mm厚（2%找坡）膨胀珍珠岩 100mm厚现浇钢筋混凝土楼板 四层做法防水层 屋面恒荷载 边跨（ab、cd跨）框架梁自重 梁侧粉刷 中跨（bc跨）框架梁自重 梁侧粉刷 因此，作用在顶层框架梁上的线荷载为： 3.
13、1.2 楼面框架梁线荷载标准值： 水磨石面层 100mm厚现浇钢筋混凝土楼板 20mm厚石灰砂浆抹底 楼面恒荷载 边跨框架梁及梁侧粉刷 边跨填充墙自重 填充墙粉刷自重 中跨框架梁及梁侧粉刷 因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为：3.1.3 屋面框架节点集中荷载标准值： 边柱梁自重 粉刷 1m高女儿墙自重 粉刷 梁传来屋面自重 顶层边节点集中荷载 中柱梁自重 粉刷 梁传来屋面自重 顶层中节点集中荷载 3.1.4 楼面框架节点集中荷载标准值 边柱梁自重 粉刷 钢窗自重 窗下墙体自重 粉刷 窗边墙体自重 粉刷 框架柱自重 粉刷 梁传来楼面自重 中间层边节点集中荷载 中柱梁自重 粉刷 内纵墙自重 粉刷
14、 扣除门洞中加上门重 框架柱自重 粉刷 梁传来楼面自重 中间层中节点集中荷载 图3.1恒荷载作用下的计算简图3.2 活荷载计算 3.2.1 屋面活荷载 3.2.2 楼面活荷载 活荷载作用下的结构计算简图如图3.2所示 图 3.2 活载作用下的计算简图3.3 风荷载计算 风压标准值计算公式为（3-1） 因结构高度h=18m30m，可取=1.0；=1.3；=0.3。将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如表3.1所示。其中z为框架节点至室外地面的高度，a为一榀框架各层节点的受风面积，计算结果如图3.3所示。表3.1 风荷载计算层次z（m）（kn/m2）a（m2）（kn）71.01.
16、取顶层一半）的结构和构件自重，各质点的重力荷载代表值及质点高度如图3-4所示。图 3-4 质点重力荷载代表值及质点高度各层荷载为：=屋面恒载+0.5屋面雪荷载+屋盖纵横梁自重+屋面下半层的柱及墙体自重+女儿墙自重=4.015117.4=3558.47=0.241.2(17.4+51)25.5+0.02(0.24+2)(17.4+51)217=320.88=0.417.451=354.96=0.40.425(1.5-0.1)60=313.6=0.2525(0.6-0.1)(7.2-0.48)21+0.022(0.6-0.1)(7.2-0.48)2117+0.2525(0.6-0.1)(7.2-0
17、.24)+ 0.022(0.6-0.1)(7.2-0.24)17+0.2525(0.4-0.1)(2.4-0.2)11+0.022(0.4-0.1)(2.4-0.24)1117+0.2525(0.4-0.1)(3.45-0.4)28+0.022(0.4-0.1)(3.45-0.4)1728+0.2525(0.4-0.1)(3.45-0.2-0.28)8+0.022(0.4-0.1)(3.45-0.2-0.28)817+0.2525(0.7-0.1)(8.4-0.4)2+0.022(0.7-0.1)(8.4-0.4)217=441+47.98+21.75+2.37+45.37+4.94+160.
18、13+17.42+41.55+4.52+60+6.53=853.56=0.2(1.8-0.6)(7.2-0.48)115.5+0.022(1.8-0.6)(7.2-0.4)1715+0.24(1.8-0.6)(7.2-0.4)45.5+0.2(1.8-0.6)(7.2-0.1-0.12)5.5+0.022(1.8-0.6)(7.2-0.24)17+0.24(1.8-0.48)(3.45-0.48-2.4)145.5+0.24(1.8-0.4)(3.45-0.2-2.4-0.28)45.5+0.24(1.8-0.4)(2.4-0.2-1.5)5.52+0.022(1.8-0.4)(2.4-0.2
19、-1.5)172+0.2(1.8-0.4)(3.45-0.4)135.5+0.2(1.8-0.4)(3.45-0.2-0.28)35.5+0.022(1.8-0.4)(3.45-0.4-2.4)1417+0.02(1.8-0.4)(3.45-0.2-0.28)2174+0.022(1.8-0.4)(3.45-0.4)1713+0.022(1.8-0.4)(3.45-0.2-0.28)173+0.2(1.8-0.7)(8.4-0.4)5.5+0.022(1.8-0.7)(8.4-0.4)17+0.24(1.8-0.7)(8.4-0.4-4.8)5.5+0.022(1.8-0.7)(8.4-0.4
20、-4.8)17=96.12+81.03+41.94+9.21+5.70+36.22+9.76+76.08+17.19+18.66+14.17+47.03+10.62+9.68+5.98+4.65+2.39+2.59+1.33=490.35=+0.5+=3558.47+320.88+0.5*354.96+853.56+313.6+490.35=5714.34同理得：5862.17=5974.363.4.2 框架刚度计算考虑到现浇楼板的作用，中框架梁，边框架梁（为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。计算过程表3-2、3-3、3-4所示。表 3-2 梁的刚度类别砼强度等级截面跨度惯性矩边框架中框架(
21、m)l(m)(10-3m4 )(10-3m4 )(knm)(10-3m4 )(knm)边跨梁c250.250.67.24.56.751.599.02.11中跨梁c250.250.43.01.3321.132.661.50表 3-3 柱的刚度层号砼强度等级截面高度惯性矩线刚度k(kn/m)(m)h(m)(knm)边框架边柱（）2-5c300.40.432.131.991.360.40510.7513.452.131.571.760.4687.41边框架中柱（）2-5c300.40.432.131.992.360.54114.3513.452.131.573.070.6069.59中框架边柱（）2
22、-5c300.40.432.131.991.810.47512.6013.452.131.572.350.65510.37中框架中柱（）2-5c300.40.432.131.993.150.61216.2313.452.131.574.090.67210.64表 3-4 框架总刚度层号(kn/m)(kn/m)2-54357.4252324.667.7129.6438.36207.4212.848.823.4.3 结构基本周期的计算本楼的主体总高度为18m，且楼房的质量和刚度可采用底部剪力法计算水平地震作用，为此必须先确定其基本周期。现用能量法计算，并考虑非承重填充墙刚度的影响，取折减系数。其计
23、算过程列于表3-5。表 3-5 能量法计算基本周期层号(kn/m)=(m)55714.34 5714.3484.9980.0226 0.2348 1341.73 315.04 45862.17 11576.5184.9980.0303 0.2122 1243.95 263.97 35862.17 17438.6884.9980.0381 0.1819 1066.33 193.97 25862.17 23300.8584.9980.0458 0.1438 842.98121.2215974.36 29275.2146.840.0980 0.0980 585.49 57.38 29275.21 -
24、0.2568 -5053.48 951.58 得，3.4.4 多遇水平地震作用标准值计算7度第二组地震和类场地，s。 所以不考虑顶部附加水平地震作用，结构的总重力荷载为29275.21，所以底部剪力为各楼层水平地震作用标准值按下式计算（3-2）楼层的地震作用标准值 和地震剪力标准值 的计算如表3-6。表 3-6 地震作用标准值和地震剪力标准值层次55714.341585715.1851.53851.5345862.17 1270346.04698.851550.3835862.17 952759.53524.14 2074.5225862.17635173.02349.422423.94 15
26、 恒荷载作用下的内力计算以一榀中框架为例，恒载作用下的内力计算采用分层法，这里以顶层为例说明分层法的计算过程，其他层（中间层、底层）计算过程与顶层相同。中柱的线刚度采用框架梁柱实际线刚度的0.9倍，按照固端弯矩相等的原则，先将梯形分布荷载及三角形分布荷载，化为等效为均布荷载。顶层等效均布荷载为：用弯矩分配法并利用结构的对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为：标准层等效均布荷载为： 用弯矩分配法并利用结构的对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为：表 4-1 分层法分配系数及恒载作用下固端弯矩计算结果（kn/m）节点单元abe分配 系数位置a下柱a上柱ab端ba端b下柱b上柱be端eb端顶
27、层0.359-0.6440.4360.241-0.323-中间层0.2630.2630.4740.3510.1860.1860.18-底层0.2290.2210.550.4510.1880.1810.18-固端 弯矩顶层-88.9988.99-6.93-3.47中间层-104.12104.12-6.36-3.18底层-104.12104.12-6.36-3.18弯矩分配法计算过程如图4-1。a下柱ab端ba端b下柱be端eb端0.356 0.644 0.436 0.241 0.323 -88.99 88.99 -6.93-3.4731.68 57.31 28.66 -19.40 -38.80
28、-21.45 -28.7428.74 6.91 12.496.25 -1.36 -2.73 -1.51-2.022.02 0.48 0.88 0.44 -0.10 -0.19 -0.11 -0.14 0.14 0.04 0.06 39.11 -39.11 82.62 -23.07 -37.83 27.43 图 4-1 弯矩分配法计算过程 将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得整个框架在恒载作用下的弯矩图。叠加后框架内各节点弯矩不一定达到平衡，为提高精度，可将节点不平衡弯矩再分配一次进行修正，修正后恒载作用下的弯矩图如图4-2所示。并求得框架各梁柱的剪力和轴力如图4-3所示。图 4-2 弯矩图（单位
29、：） 图 4-3 梁剪力、柱轴力图（单位：）4.2 活荷载作用下的内力计算以一榀中框架为例，用分层法计算。 顶层等效均布荷载为：用弯矩分配法并利用结构的对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为： 标准层等效均布荷载为：用弯矩分配法并利用结构的对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为：将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得整个框架在活荷载作用下的弯矩图。叠加后框架内各节点弯矩不一定达到平衡，为提高精度，可将节点不平衡弯矩再分配一次进行修正，修正后活荷载作用下的弯矩图如图4-4所示。并求得框架各梁柱的剪力和轴力如图4-6所示。图 4-4 弯矩图（单位：) 图 4-5 梁剪力、柱轴力图（单位：kn）
31、391 1.39 0.89 41.81 6.92 0.22 1.52 0.441 2.55 2.0131.81 10.38 0.22 2.28 0.491 3.49 3.36 21.81 13.84 0.22 3.04 0.500 4.68 4.4812.35 18.340.25 4.59 0.550 8.05 9.83表 4-4 风荷载作用下中柱的弯矩和剪力层号中柱k剪力53.15 6.92 0.28 2.91 0.500 2.912.9143.15 10.38 0.28 3.88 0.500 4.36 4.36 33.15 13.84 0.28 4.84 0.500 5.815.81 23
32、.15 17.300.28 5.81 0.500 7.27 7.2714.09 21.80 0.25 6.32 0.550 9.56 11.69 表 4-5 梁端弯矩和柱轴向力标准值层次边跨梁中跨梁柱轴力边柱中柱55.5-4.04 -1.362.98-2.98-0.852.57-0.9948.01 -5.85 -1.984.32-4.32-1.234.55-1.74310.29 -7.52 -2.545.56-5.56-1.597.09-2.69212.46-9.20 -3.096.79-6.79-1.9410.18-3.84117.93 -11.39 -4.198.41-8.41-2.401
33、4.37-5.63注：弯矩单位为（knm），力的单位为（kn）最后绘制风荷载作用下框架的弯矩图（图4-6）及风荷载作用下的框架梁剪力、柱轴力图（图4-7）。 图 4-6 风荷载作用下的框架弯矩图（knm） 图 4-7 风荷载作用下的框架梁剪力、柱轴力图（kn）4.4 水平地震作用下的内力分析一般情况下，只按楼层地震剪力标准值分析求得梁的柱内力标准值即可，但也可采用楼层剪力标准值直接分析求出内力标准值，供以后内力组合之用，现采用后一方法。以一榀中框架为例，将楼层地震剪力标准值按各柱的d值分配求得各柱的剪力标准值，近似按各楼层水平地震作用为倒三角形分布情形确定各柱的反弯点，计算柱端的弯矩标准值。根
34、据节点平衡条件，将节点处逐段弯矩之和按节点两侧梁的线刚度按比例分配，求得梁端标准值。然后计算梁端的地震剪力标准值，并由节点两侧梁端剪力标准值之差求得柱的地震轴向力标准值，计算结果分别列于表4-6、4-7、4-8。以左震为例计算，右震符号相反。表 4-6 水平地震作用下边柱的弯矩和剪力层号边柱层间剪力k5851.530.01524.14 1.810.39136.87 35.56 41550.380.01529.82 1.810.44145.54 43.93 32074.520.01534.18 1.810.49152.20 50.35 22423.940.01537.22 1.810.555.8
35、3 55.83 12619.880.00923.42 2.350.5541.10 50.23 表 4-7 水平地震作用下中柱的弯矩和剪力层号中柱层间剪力k5851.530.03556.34 3.150.584.50 84.50 41550.380.03569.59 3.150.5104.38 104.38 32074.520.03579.76 3.150.5119.64 119.64 22423.940.03586.85 3.150.5130.28 130.28 12619.880.01744.23 4.090.5577.63 94.88 表 4-8 梁端地震弯矩和柱地震轴向力的标准值层号边跨
36、梁中跨梁柱轴力边柱中柱558.55 -43.54 -14.58 32.17 -32.17 -22.98 28.13 15.74 481.10 -58.97 -20.01 43.57 -43.57 -31.12 48.14 26.86 396.13 -69.94 -23.72 51.68 -51.68 -36.91 71.86 40.05 2106.18 -78.02 -26.31 57.65 -57.65 -41.18 98.18 54.91 1133.46 -85.31 -31.25 63.04 -63.04 -45.03 129.43 68.68 注：弯矩单位为（knm），力的单位为（kn
37、）最后绘制地震作用下的框架弯矩图（4-8）及地震作用下的框架梁剪力、柱轴力图（4-9）。图 4-8 地震作用下的框架弯矩图（） 图4-10 地震作用下的框架梁剪力、柱轴力图（)第6章 内力组合根据上节内力计算结果，即可进行框架各梁柱各控制截面上的内力组合，其中梁的控制截面为梁端柱边及跨中由于对称性，每层有五个控制截面，即图5-1所示梁中的1、2、3、4、5号截面。柱则分为边柱和中柱（即a柱、b柱），每个柱每层有两个控制截面，故柱的控制截面编号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14号截面，如图5-1所示。内力组合表见附录。 图 5-1 框架梁柱各控制截面第6章 配筋计
38、算根据内力组合结果，即可选择各截面的最不利内力进行截面配筋计算。6.1 梁的配筋计算 混凝土c25，钢筋hrb335级，。混凝土保护层厚度25mm，mm。6.1.1 正截面受弯承载力计算6.1.1.1 跨中正截面，跨中截面为t形，t形截面翼缘宽度取值如下：按跨度考虑 按梁间距考虑 按翼缘厚度考虑 ，此种情况不起控制作用。故取。 属于第一类t形截面。选用414，。，满足要求。6.1.1.2 支座正截面a支座截面处：选用214，。，不满足要求。故选用216，满足要求。6.1.1.3 支座斜截面梁强剪弱弯要求： 由内力组合表查知 取 则截面满足要求。实配双支箍8100，则，满足要求。配箍率 最小配箍
39、率 故满足要求。6.1.2 中跨梁配筋计算中跨梁与边跨梁的计算过程相同，故略。6.2 框架柱配筋计算柱采用对称配筋，纵筋采用hrb335级钢筋，柱箍筋采用hpb235，混凝土保护层厚度取30mm，mm。设计采用为组合目标的三组内力进行计算，以首层中柱为例。6.2.1 框架柱的纵向受力钢筋计算6.2.1.1 轴压比验算 则轴压比 故满足要求。6.2.1.2 框架柱正截面承载力计算强柱弱梁的要求调整弯矩组合，柱计算长度附加偏心距，取，取，取故属于大偏心受压。 选配410（）配筋率 , 故满足要求。组合，柱计算长度附加偏心距，取，取，取故属于大偏心受压。 =0.22 选配420（）配筋率 ，满足要求。组合，计算过程与上述过程相同，故略。6.2.2 斜截面受剪承载力计算柱强剪弱弯要求由内力组合表查知 取 因为剪跨比 所以 取又因为 故取，则 故按构造配箍，取。梁柱配筋见下表。表 6-1 框架梁正截面配筋表层数截面弯矩m(knm)实际配筋(mm2)5梁ab支座左-152.27 416804跨中79.87 414615支座
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