办公楼设计论文高级中学办公楼设计.doc

毕 业 设 计（论 文） 设计(论文)题目：南京市江宁区某高级中学办公楼设计学生姓名： 陈小明 指导教师： 胡阳 二级学院： 建筑工程学院 专业： 土木工程（本） 班级：07土木（3）（本） 学号： 0706110326 提交日期： 2011年5月20日 答辩日期： 2011 年5 月24日 目 录摘要 Abstract 1 工程概况 11.1工程简介11.2设计说明书12 结构的选型和布置42.1 框架结构承重方案选择42.1.1 竖向荷载传力途径42.2梁柱截面尺寸的初步确定42.2.1 框架梁的截面尺寸42.2.2 框架柱的截面尺寸52.2.3 框架结构计算简图63 框架侧移刚度计算73.1横梁线刚度比ib的计算73.2柱的线刚度ic计算73.3各层横向侧移刚度计算74 重力荷载代表值计算114.1 荷载统计114.1.1 恒载标准值统计114.1.2 墙体荷载标准值统计124.1.3活载标准值统计124.2 重力荷载代表值的计算134.2.1 第一层134.2.2 第二三层174.2.3 顶部194.2.4 各层重力荷载代表值205 地震荷载作用下框架结构的内力和侧移计算215.1 横向自振周期的计算 215.2水平地震作用计算215.2.1 结构等效总重力荷载代表值215.2.2 水平地震影响系数215.2.3 结构总水平地震标准值215.3多遇水平地震作用下的位移验算 225.4水平地震作用下框架内力计算235.4.1 框架柱端剪力及弯矩235.4.2 梁端弯矩、剪力及柱轴力246 竖向荷载作用下框架结构的内力计算266.1 计算单元的选择266.2 荷载计算276.2.1 框架恒载计算276.2.2 框架活载计算276.2.3 框架结构恒载计算简图286.3竖向荷载作用下框架弯矩计算286.3.1 恒载作用下梁的固端弯矩计算286.3 2 活载作用下梁的固端弯矩计算296.3 3 竖向荷载作用下框架弯矩二次分配306.4竖向荷载作用下梁端剪力和柱轴力计算346.4 1 恒载作用下346.4 2 活载作用下356.5 框架梁的内力366.5 1 结构抗震等级366.5.1 框架梁的内力组合366.6 跨间最大弯矩计算386.7 梁端剪力的调整397 内力组合407.1 框架柱的内力组合407.1.1 结构抗震等级47.1.2框架柱内力组合407.2 柱端弯矩设计值的调整437.2.1 B柱437.2.2 C柱 447.3 柱端剪力组合和设计值的调整458 截面设计478.1 梁截面设计478.1.1 正截面受弯承载力计算478.1.2 斜截面受剪承载力计算498.2柱截面承载力计算518.2.1 框架柱的构造要求518.2.2 正截面设计518.2.3柱的轴压比和剪跨比的验算548.2.4柱的斜截面受剪承载力计算548.3 偏心受压构件裂缝验算578.3.1 基本参数578.3.2 最大裂缝宽度验算579 框架变形验算589.1 梁的极限抗弯承载力计算589.2 柱的极限抗弯承载力计算599.3 确定柱端截面有效承载力599.4 各柱的受剪承载力的计算619.5 楼层受剪承载力的计算619.6 罕遇地震下弹性楼层剪力的计算619.7 楼层屈服强度系数的计算6210 楼梯设计6310.1 梯段板TB1设计6310.2 平台梁TL1设计6510.3 平台梁TL1设计6611 基础设计 6811.1 边柱基础设计6811.1.1 确定基础尺寸6811.1.2 轴心作用下地基承载力验算6911.1.3 偏心作用下地基承载力验算6911.1.4 基础冲切验算6911.1.5 基础配筋计算7011.2 中柱基础计算7111.2.1 确定基础尺寸7211.3 基础梁设计7411.3.1 恒载作用下梁荷载统计7411.3.2 荷载设计值7411.3.3 由荷载引起的弯矩设计值7411.3.4 由荷载引起的剪力设计值7511.3.5 截面设计7512 楼板设计 7612.1 楼板类型及设计方法的选择7612.2 设计参数7612.2.1 设计荷载7612.2.2 计算跨度7712.2.3 板厚确定7712.3 弯矩计算7712.3.1 标准层荷载7712.3.2 屋面荷载7812.4 截面设计8312.5 次梁设计85结论87参考文献88致谢89江苏省南京市江宁区某高级中学办公楼设计摘 要本设计主要进行了结构方案中横向框架A、B、C、D轴框架的结构设计。在确定框架布局之后，先进行了荷载标准值的计算。内力计算时，竖向荷载的计算用的是使用力学求解器，进行无限次弯矩分配法；进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。然后进行内力组合，从中找出最不利的一组或几组内力值。选取最安全的结果计算配筋并绘图。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计。完成了平台板，梯段板，平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制.关键词：办公楼、钢筋混凝土框架结构、功能、建筑设计、结构设计The design of an office building of a high middle school in JiangNing AbstractThe purpose of the design is to do the anti-seismic design in the longitudinal frames of axis A, B, C and D. When the directions of the frames is determined, firstly carried on the standard load .When carried on the vertical force computation, the moment distribution of twice is used; then making the amount of the horizontal seismic force can be got by way of the bottom-shear force method. The seismic force can be assigned according to the shearing stiffness of the frames of the different axis. Then the internal force (bending moment, shearing force and axial force.) in the structure under the horizontal loads can be easily calculated. After the determination of the internal force under the dead and live loads, the combination of internal force can be made by using the Excel software, whose purpose is to find one or several sets of the most adverse internal force of the wall limbs and the coterminous girders, which will be the basis of protracting the reinforcing drawings of the components. The design of the stairs is also be approached by calculating the internal force and reinforcing such components as landing slab, step board and landing girder whose shop drawings are completed in the end.Keywords : Office building;Reinforced concrete portal frame construction;Function; Architectural design; Structural design.1 工程概况1.1工程简介建筑地点：南京市江宁区建筑类型：四层办公楼，钢筋混凝土框架结构，结构抗震等级为三级。建筑介绍：建筑面积3500m2左右，楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土板，楼板厚度取120mm（走廊板厚取100），外墙采用200厚页岩模数砖，内墙采用200厚MU10混凝土砌块。门窗使用：大门采用玻璃门，大门洞尺寸为3.6m×2.4m，其它门可见建筑结构图，窗户为铝合金窗，主要窗洞口尺寸为3.0m×3.3m。其他门窗洞口尺寸见门窗表。地震条件：该地区的抗震设防烈度为7度。地质条件：拟建场地地势较平坦，交通便利，现大部为农田。该场地地面，标高在2.703.50m之间，地下水位在地表以下3.5m，无侵蚀性。场地土类别为II类，根据钻探所揭示，地基土层自上而下分布如下： I、素填土：灰色，湿，主要成份为粉质粘土，夹较多植物根茎，土层厚度约为0.7米，地基承载力特征值为80kPa；II、粉质粘土：灰黄色，饱和，可塑，局部夹稍密状粘质粉土薄层，见少量铁猛氧化物斑点，无摇震反应，切面光滑，干强度高，韧性高，土质较均匀，土层厚度约为5米,地基承载力特征值为160kPa；III、粉砂：黄色灰黄色，饱和，中密密实，见少量云母碎屑，颗粒级配良好，平均粘粒含量为6.9，土质欠均匀，土层厚度约为7米, 地基承载力特征值为185kPa；柱网与层高：本办公楼采用柱距为7.2m的内廊式柱网，局部采用3.6m和6m柱距，边跨为6.0m，中间跨2.4m。办公楼首层层高3.9m,25层层高3.6 m。见图1.11.2设计说明书门的宽度、数量和开启方式房间平面中门的最小宽度是由通过人流多少和搬进房间家具设备的大小决定的，如果室内人数多于50人，或房间面积大于60 m2时，按照防火要求至少要设两个门，分别设在两端，以保证安全疏散，在进出人流频繁的地方，应使用弹簧门。办公楼设置两扇1000mm宽的门，门扇开向室外。为了在发生危险时便于疏散，正面大门采用两扇宽为3.0m的四扇门，均向外开。窗的大小和位置房间中窗的大小和位置主要是根据室内采光通风要求来考虑。采光方面，窗的大小直接影响到室内照明是否充足。各类房间照明要求是由室内使用上直接影响到室内是用上精确细密的程度来确定的。通常以窗口透光部分的面积和房间地面的采光面积比来初步确定或检验面积的大小。房间采光面积比为1/61/8，走廊和楼梯间大于1/10。房间采光面积比为，在范围之内楼梯间: 均满足要求。辅助房间的平面设计：通常根据各种建筑物的使用特点和是用人数的多少，先确定所需设备的个数，建筑物中公共服务的卫生间应设置前室，这样使得卫生间比较隐藏，又有利于改善通向卫生间的走廊或过厅的卫生条件。为了节省交通面积，并使管道集中，采用套间布置。在本设计中，男卫生间：大便器 4具；小便器4具；女卫生间：大便器4具/40人。交通部分的平面设计：走廊的应符合人流通畅和建筑防火要求，通常单股人流的通行宽度约为500600mm。由于走廊两侧设房间，走廊宽度采用3000mm，根据建筑物的耐火等级为二级，层数五层，走廊通行人数为60人，防火要求最小宽度为1m,符合要求。楼梯是房屋个层间的垂直交通部分，各楼层人流疏散的必经通路。楼梯设计主要根据使用要求和人流通行情况确定梯段和休息平台的宽度，梯段的宽度通常不小于1100mm1200mm。立面设计：结构韵律和虚实对比，是使建筑立面富有表现力的重要设计手法。建筑立面上结构构件或门窗作用有规律的重复和变化，给人们在视觉上得到类似音乐诗歌中节奏韵律变化的感受效果。在本设计中，正立面中所有的窗尺寸都是一样的，给人以特别整齐的感觉！房屋外部形象反映建筑类型内部空间的组合特点，美观问题紧密地结合功能要求，同时，建筑物所在地区的气候、地形、道路、原有的建筑物以及绿化等基地环境，也是影响建筑物立面设计的重要因素。建筑剖面设计：为防止室外雨水流入室内，并防止墙身受潮，将使内地坪提高到室外地坪450mm。首层、标准层与顶层层高均为3.3m。其它部分详细做法和说明根据设计规范，采用如下设计(1). 基础（墙基）防潮层在0.045以下基础两侧均用防水水泥砂浆防潮,20厚的1：2水泥砂浆掺5避水浆，位置一般在0.045标高处,适用于砖墙墙身。(2)地面：地砖地面、20厚1：2水泥砂浆找平层、100厚C30砼100厚素土夯实(3)楼面：地砖地面、20厚1：2水泥砂浆找平层、100厚钢筋混凝土楼板、20厚底板抹灰(3)踢脚台度做法：地砖踢脚台度、5厚地砖水泥擦缝、5厚1：1水泥细砂结合层、12厚1：3水泥砂浆打底(4)内墙面做法： 水泥砂浆粉面：刷（喷）内墙涂料、10厚1：2水泥砂浆抹面、15厚1：3水泥砂浆打底(5)外墙面：用15厚1：3水泥沙浆找平，灰色仿古瓷砖铺一层外墙面，水泥砂浆铺二四层外墙面。(6)五层上人屋面做法：刚性防水屋面高聚物改性沥青防水层、1:8水泥砂浆找坡层、20厚1：2水泥砂浆找平、150厚水泥蛭石保温层20厚底板抹灰(7)水泥台阶：花岗岩面层、20厚1：25水泥砂浆抹面压实抹光、素水泥浆一道70厚C15号混凝土（厚度不包括踏步三角部分）台阶面向外坡1%、200厚碎石或碎砖石灌M2.5号混合砂浆、素土夯实（坡度按工程设计）(8)散水做法： 20厚1：2水泥砂浆抹面、压实抹光、60厚C15混凝土、素土夯实向外坡4%。备注：散水宽度应在施工图中注明 每隔6m留伸缩缝一道，墙身与散水设10宽，沥青砂浆嵌缝。宽600900mm坡度35% (9)主体为现浇钢筋混凝土框架结构，楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构。整个设计过程中，在满足设计任务书提出的功能要求前提下，同时遵循“安全，适用，经济，美观”的 原则，结构布置合理，房间利用率比较高，适用性很强，同时又不失美观。（10）油漆：用调和漆木质基底涂木质扶手，金属基底涂金属管道银光漆2 结构选型及布置图2.1 柱网布置图2.1框架结构承重方案的选择2.1.1竖向荷载的传力途径楼板的均布活载和恒载经次梁直接传至主梁，再由主梁传至框架柱，最后传至地基。根据以上楼盖的平面布置及竖向荷载的传力途径，本办公楼框架的承重方案为横向框架承重方案，这可使横向框架梁的截面高度大，增加框架的横向侧移刚度。2.2梁、柱截面尺寸的初步确定2.2.1框架梁的截面尺寸截面高度一般取梁跨度的1/12至1/8，截面宽度一般取截面高度的1/2至1/3。本方案梁截面高度取7200×1/12=600mm，截面宽度取1/2-1/3取300mm，可得梁的截面初步定为b×h=300mm×600mm。表2.1 梁截面尺寸(mm)混凝土等级横梁（b×h）纵梁（b×h）BC跨、DE跨CD跨C30300×650300×400300×6002.2.2框架柱的截面尺寸框架柱的截面尺寸根据柱的轴压比限值，按下列公式计算： （1）柱组合的轴压力设计值作用组合后柱轴压力增大系数。F支状态计算柱的负载面积，见图1.1。gE建筑面积上的重力荷载代表值，可近似的取14KN/m2。n计算截面以上的楼层层数。（2）AcN/uNfc uN架柱轴压比限值，本方案为三级抗震等级，查抗震规范可知取为0.9。 fc凝土轴心抗压强度设计值，对C30，查得14.3N/mm2。 （3）计算过程对于边柱：N=FgEn=1.3×21.6×14×4=1572.48（KN）AcN/uNfc=1572.48×103/(0.9×14.3)=137454.54 (mm2) 取600mm×600mm对于中柱：N=FgEn=1.25×30.24×14×4=2116.8（KN）AcN/uNfc=2116.8×103/(0.9×14.3)=185034.96(mm2) 取600mm×600mm表2.2 柱截面尺寸(mm)层次混凝土等级b×h1C30600×6002-4C30600×6002.2.3框架结构计算简图图2.2 框架计算简图本办公楼基础埋深为1.6m,基础顶面距离室外地坪0.35m，首层层高3.9m，室内外地坪高差0.45m。所以首层柱子的计算高度为0.35+0.45+3.9=4.7m，25层柱子计算高度均为楼层层高3.6m。3 框架侧移刚度的计算3.1横梁线刚度ib的计算表3.1 横梁线刚度表注：I=bh3/12类别Ec（N/mm2）b×h（mm×mm）I0（mm）l（mm）EcI0/l（N·mm）1.5EcI0/l（N·mm）2EcI0/l（N·mm）BC、DE跨3.0×104300×6505.72×10960002.8×10104.29×10105.72×1010CD跨3.0×104300×4001.33×10924001.6×10102.49×10103.32×10103.2 柱线刚度ic的计算表3.2 柱线刚度表层次hc（mm）Ec（N/mm2）b×h（mm×mm）Ic（mm4）EcIc/hc（N·mm）147003.0×104600×6001.08×10106.89×10102436003.0×104600×6001.08×10109.0×10103.3各层横向侧移刚度计算3.3.1底层边框边柱 K=0.62c=(0.5+K)/(2+K)=0.427Di1=c×12×ic/h2 =0.427×12×6.89×1010/47002 =15982.0数量4 D1i=15982.05×4=63928.2边框中柱K=0.98c=(0.5+K)/(2+K)=0.496Di1=c×12×ic/h2 =0.496×12×6.89×1010/47002 =18588.75数量4 D1i=18588.75×4=74355中框边柱K=0.83c=(0.5+K)/(2+K)=0.47Di1=c×12×ic/h2 =0.83×12×6.89×1010/47002 =17591.49数量16 D1i=17591.49×14=246280.86中框中柱K=1.31c=(0.5+K)/(2+K)=0.547Di1=c×12×ic/h2 =0.547×12×6.89×1010/47002 =20473.50数量16 D1i=20473.50×14=286629D1=671193.063.3.2 二四层边框边柱K=0.95c=K/(2+K)=0.32Di1=c×12×ic/h2 =0.32×12×9.0×1010/30002 =26666.67数量4 D1i=26666.67×4=106666.68边框中柱K=0.75c=K/(2+K)=0.27Di1=c×12×ic/h2 =0.27×12×9.0×1010/30002 =22500数量4 D1i=22500×4=90000中框边柱K=1.27c=K/(2+K)=0.38Di1=c×12×ic/h2 =0.38×12×9.0×1010/30002 =32333.33数量16 D1i=32333.33×14=452666.62中框中柱K=1.004c=K/(2+K)=0.334Di1=c×12×ic/h2 =0.334×12×9.0×1010/30002 =27851.75数量16 D1i=27851.75×14=389924.5D2-5=943257.8由此可知，横向框架梁的层间侧移刚度为：层次12345Di（N/mm）671193.06943257.8943257.8943257.8943257.8图3.1 各层构件的线刚度4 重力荷载代表值的计算4.1荷载统计4.1.1恒载标准值统计查结构荷载规范可取：、屋面恒荷载标准值（上人）40厚C20细石混凝土（内配4200钢筋双向） 22×0.04=0.88KN/m2 10厚石灰沙浆隔离层 17×0.01=0.17KN/m23厚高聚物改性沥青防水卷材 10×0.003=0.03KN/m2） (冷底子油一道) 15厚1：3水泥砂浆找平层 20×0.015=0.3KN/m2120厚现浇钢筋混凝土板 25×0.12=3.0 KN/m2125厚憎水性珍珠岩 4×0.125=0.5 KN/m215厚1：2水泥砂浆找平层 20×0.015=0.3KN/m2 V型轻钢龙骨吊顶 0.25 KN/m2 上人屋面恒荷载： 5.43 KN/m2 、1-4层楼面：瓷砖地面（10mm面层.20mm水泥砂浆结合层） 0.55 KN/m220厚1:3水泥砂浆找平层(表面用JS防水涂料) 25×0.02=0.5 KN/m2120厚现浇钢筋混凝土板 25×0.12=3.0 KN/m2V型轻钢龙骨吊顶 0.25 KN/m2 楼面恒载: 4.2 KN/m2、卫生间恒荷载标准值：5厚陶瓷锦砖，水泥擦缝 0.12KN/m2 撒素水泥面20厚水泥砂浆结合层 20×0.02=0.4KN/m素水泥砂浆一道40厚细石混凝土（向地漏找坡） 22×0.04=0.88KN/m2聚氨脂三遍涂膜防水层1.8厚 20厚1：3水泥砂浆找平 20×0.02=0.4 KN/m2120厚现浇钢筋混凝土板 25×0.12=3.0 KN/m2V型轻钢龙骨吊顶 0.25 KN/m2 卫生间楼面恒荷载： 4.92 KN/m2、梁柱密度 25 KN/m34.1.2墙体荷载标准值统计、外墙荷载标准值1层外墙荷载设计标准值统计20厚1：2.5水泥砂浆粉刷（内外） 2×0.02×20=0.8 KN/m2瓷砖贴面（单面） 0.5 KN/m2200厚页岩模数砖 0.2×12.5=2.5 KN/m2 合计： 3.8KN/m22-5层外墙荷载设计标准值统计20厚1：2.5水泥砂浆粉刷（内外） 2×0.02×20=0.8 KN/m2200厚页岩模数砖 0.2×12.5=2.5 KN/m2 合计： 3.5kn/m2、内墙荷载标准值20厚水泥砂浆粉刷（内外） 2×0.02×20=0.8KN/m2200厚MU10混凝土砌块 5 .5×0.2=1.1KN/m2 合计： 1.9KN/m2墙荷载标准值4.1.3活载标准值统计 上人屋面活荷载标准值 2.0KN/m2楼面活荷载标准值 2.0KN/m2 走廊及卫生间活荷载标准值 2.5KN/m2屋面雪荷载标准值 SK=urS0=1.0×0.6=0.6 KN/m2（式中ur为屋面积雪分布系数）4.2重力荷载代表值的计算 4.2.1第一层表4.1 框架梁重量统计类别净 跨（mm）截 面（mm）密 度（KN/m3）体 积（m3）数 量(根)单 重（KN）总 重（KN）横梁5400300×650251.051826.25472.55700300×650251.111027.75277.51800300×400250.2295.549.53900300×650250.7621938.01000300×600250.1844.518纵梁6600300×600201.192529.70594.03000300×600250.54513.5067.55400300×600250.97524.25121.258400300×600251.51437.75151.02400300×600250.43110.7510.756000300×600251.08227541000300×600250.1844.518表4.2 框架柱重量统计类别计算高度（mm）截 面（mm）密 度（KN/m3）体 积（m3）数 量（根）单 重（KN）总 重（KN）柱3250600×600251.303932.51267.51、横向填充墙：BC跨、DE跨墙：外墙厚200mm，柱间墙计算长度5400mm，计算高度3250mm。单跨重量：5.4×3.25×3.8=66.69KN数量：2总重：66.69×2=133.38KN 东立面外墙：13.80X3.25-2.4x2.1x2x3.25+1.0x2x3.25=18.59KN总重：18.59×3.8=70.64KNA-B外墙：4.6x3.25x3.8=56.81KNC-D：计算长度1800mm，计算高度3250mm重量：(1.8×3.25-1.5x2.7)×3.8=6.84 KN内墙柱间厚200mm，计算长度5400mm，计算高度3900-650=3250mm单跨重量：5.4×3.25×1.9=33.35KN数量：13总重：33.35×13=433.49KN梁间横墙：墙厚200mm，计算长度5700mm，计算高3900-650=3250mm重量：5.7×3.25×1.9=35.20KN数量：10总重：35.20x10=352.0KN横墙总重：1053.16KN