11层办公楼毕业设计计算书.doc

目 录目 录1第1章 建筑设计21.1 总体设计21.2 平面设计21.3 立面设计21.4 剖面设计21.5 交通防火设计31.6 构造设计31.7 楼、电梯的设置31.8 交通与疏散31.9 抗震分析3第2章 结构设计42.1 设计题目：42.2 建筑介绍：42.3 建筑技术条件资料42.4 框架结构承重方案的选择52.5 梁板尺寸估算62.6 柱截面尺寸估算62.7 重力荷载计算72.8 横向侧移刚度计算112.9 横向水平地震作用下框架结构内力和侧移计算152.10 横向风荷载作用下框架结构和侧移内力计算262.11 竖向荷载作用下框架的内力计算312.12 截面设计542.13 板的配筋622.14 桩基础设计64结 论70参考文献71致谢72第1章 建筑设计1.1 总体设计建筑物的设计即根据建筑物的功能，外墙材料，地理位置，周围环境等情况，综合考虑，达到美观的效果。将来建筑周围环境的地面铺装，花池，灯饰艺术品及植物搭配，都应统筹考虑，在借鉴西方现代环境布置的同时，亦考虑当地本身的地域及文化特点。为创造一个良好舒适的环境，在基地内布置适当的绿化。1.2 平面设计高层办公楼按平面形式可分为外廊式、内廊式、内外廊结合式、复廊式等。按体形分为塔式、板式、条式、墙式等。每种形式都有其优点，对于北方建筑宜采用内廊式、板式外形。综合以上因素，选择了最终的平面布置。其平面简单、柱网均匀、规则、结构比较合理。（1） 功能分析：办公楼按使用功能分为办公室、会议室、辅助三部分，其中以办公室部分为主。标准层中，所有办公楼都分布于走廊两侧，采光通风良好，交通便利，电梯间设在中心位置。（2） 根据设计任务书中建筑总面积及各房间使用面积的要求，初步确定每层房间及面积、形状、尺寸等，并确定与其他部分的关系。（3） 根据功能分析进行平面组合设计。1.3 立面设计建筑外立面除墙面外，还有门窗、雨篷、檐口、勒脚、女儿墙、屋顶等，这些对象应分别加以考虑。与整个建筑的设计风格相一致，立面亦要求简洁。建筑物的裙房为2层，主体部分为10层。整个建筑的分隔线条很少，给人以距离感。整个建筑庄严、稳重、没有繁杂的线条，外墙的装饰材料选用的是金黄色粉刷，这使整幢建筑给人以华丽的美感。1.4 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：10层；首层：3.9m；标准层：3.3m；室内外高差：800mm；（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。1.5 交通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，其中一部是消防电梯兼作载客电梯，另三部为客运电梯；还设置了三部楼梯，消防电梯与一部楼梯共用一个前室。前室采用二级防火门。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。1.6 构造设计本建筑采用现浇式框架结构，主体总长度为56.4m，10层；裙房高度为7.8m，所以在主体与裙房之间设沉降缝，沉降缝在从基础底面开始将房屋基础、墙体、楼板、房顶等构件竖向断开。缝宽度为180mm。外围护构件缝内要求填充保湿材料，同时要求根据缝的不同位置做好密封防水构造。1.7 楼、电梯的设置只做安全疏散用的楼梯采用封闭防烟楼梯，前室起到缓冲人流及隔断人与火区域的作用，楼梯考虑采用疏散时的人流密度大，采用三股人流，楼梯宽度梯段取1.50m，平台宽度为1.5m。为使防烟楼梯达到最佳排烟效果，将楼、电梯均通向屋顶，高度除1、2层外统一取3.3m。1.8 交通与疏散内部交通组织的目的是引导人们在最短的时间内找到自己要找的房间或部门，而不是在路上耽误过多的宝贵时间，以便提高人们的办事效率。本设计充分利用走廊的良好向导性，将各房间连接在一起，良好的导向性极大地方便了人们。 楼梯、 电梯等垂直交通工具，这些设施的合理布置对人员分流的作用十分明显。将平时主要使用的两部乘客电梯安排在主体中部主要入口的两侧，具有明显的导向性；消防电梯作为紧急情况下的救生及灭火用交通工具，设置在紧靠大厅的、耐火等级高的材料砌成的封闭空间，也有利于人员的及时疏散和救援人员第一时间到达出事现场。为于大厅一侧的楼梯设置为防烟楼梯，楼梯和一部消防电梯共用一个防烟前室。1.9 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 设计题目：浩天办公楼设计2.2 建筑介绍：本建筑为高层办公楼。建设地点在绥化市某区。建筑面积约12880 m2，楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土框架结构，楼板厚度取120mm，填充墙采用陶粒空心砌块，层数为10，12层层高为3.9m，2层至10层为3.3m，室内外地坪高差为0.8，本办公楼柱距为8.4m，局部采用7.2m。2.3 建筑技术条件资料 1、气象条件：绥化地区基本风压0.50kn/m2，基本雪压0.55 kn/m2。2、地质条件：见土层资料表 土层资料表序号岩土分类土层深度(m)厚度范围（m）地基承载力fk(kpa)1234杂填土粘土粉土沙砾0.02.02.04.04.010.010.02.02.06.0160150160注：1）地下水位为地表以下2m。2）表中给定土层由自然地平算起。建筑地点：冰冻深度-2.0 m，建筑场地类别为二类场地土，设防烈度为7。3、框架结构的计算简图如图2-1. 图2-1 柱网结构的布置简图横向框架 纵向框架 图2-2 框架结构计算简图如图2-1所示，基础选用桩基础,室外地坪至基础顶面的埋深为1.5m。框架结构计算简图2- 2所示，取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至底板，310高即层柱高3.3m，底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即h1=3.9+1.5=5.4m。2.4 框架结构承重方案的选择 竖向荷载的传力途径：楼板的均布活载和恒载直接作用在主梁上，再由主梁传至框架柱，最后传至地基。2.5 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3600/40=90mm，则楼板厚度取为120mm。 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：36层为C35（=16.7N/mm, =1.57 N/mm, Ec=3.15104）, 710层为C30(=14.3N/mm, =1.43 N/mm, Ec=3.00104 )(底层为C40(=19.1 N/mm , =1.71 N/mm,Ec=3.25104)。 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横梁(bh)纵深次梁AB跨,FH跨EF跨12C4040070035035040070030050036C35350700300350350700300500710C303007003003503007003005002.6 柱截面尺寸估算 根据要求抗震设防烈度7度，同时建筑高度H=39m30m, 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表值，可肯局实际荷载计算，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、中柱的负载面积分别为8.44.2、8.45.6。底层柱荷载：边柱 N=a1b2qn=1.38.44.21210310=5503680N中柱 N=a1b1qn=1.258.45.61210310=7056000 N由式（2-1）得第一层柱截面面积为边柱 5503680/（0.819.1）=360189mm中柱 7056000/（0.819.1）=461780 mm根据上述计算结果并综合考虑其它因素，如果柱截面取为正方形，则边柱、中柱的截面高度均取700mm。因此，本设计中的柱子截面尺寸取值如下层数 截面尺寸混凝土强度等级12层 700700 C4036层 650650 C35710层 600600 C302.7 重力荷载计算2.7.1 屋面及楼面的永久荷载标准值30厚细石混凝土保护层 220.03=0.66kN/m2三毡四油防水层 0.40kN/m220厚1：3水泥沙浆找平层 200.02=0.40 kN/m2150厚水泥蛭石保温兼找坡 50.15=0.75 kN/m2120厚钢筋混凝土板 250.12=3.00kN/m2V型轻钢龙骨吊顶 0.25 kN/m2 合计 5.46 kN/m22.7.2 楼面（19层）瓷砖地面（包括30厚水泥沙浆打底） 0.55 kN/ m2120厚钢筋混凝土板 250.12= 3kN/ m2V型轻钢龙骨吊顶 0.25 kN/ m2合计 3.80 kN/m22.7.3 屋面及楼面的活荷载标准值屋面均布活荷载的标准值(上人) 2.0 kN/m2楼面活荷载标准值 2.0 kN/m2屋面雪荷载标准值 =1.00.5=0.50kN/为屋面雪荷载分布系数 取=1.0So基本雪压(kN/) 取基准期为50年的绥化市的基本雪压取0.50 kN/Sk雪压荷载标准值(kN/)2.7.4 梁、柱、墙体、门窗重力荷载计算2.7.4.1 梁柱梁、柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷等计算出单位长度上的重力荷载，计算结果见下表2-2所示。2.7.4.2 墙体外墙为390mm厚陶粒砌块，外墙面10mm厚找平层，60mm厚保温板，水泥粉刷墙面20mm厚，内墙面10mm厚粉刷。选用轻质GRC保温板（3000mm600mm60mm）的自重0.14 kN/m2，则外墙单位墙面重力荷载为：0.396.0+0.36+0.17+170.1+ 170.1=6.27kN/m2；内墙为250厚水泥空心砖，两侧均为20mm厚抹灰，则内墙单位面积墙面重力荷载为：9.60.25+170.022=3.12kN/m2。2.7.4.3 门窗木门单位面积重力荷载为0.2kN/m2 ，铝合金门窗单位面积重力荷载取0.4 kN/m2。底层门、窗、外墙、内墙重力荷载计算外墙：2(57.2+20.4)4.7-3(1.82.1)-2(1.51.9)-20(1.82.1)-2(1.81.8)-2(1.50.9)-(0.74.7)24=548.66 m2 墙重：548.666.27=3440.098kN 内墙：（7.24+348.4）3.9+333.9+4.23.9-220.92.1-61.52.1=1217.16 m2 墙重：1217.163.12=3797.539kN 门重：0.92.122+1.52.16+31.82.1+1.51.92=77.52 m2 77.520.2=15.504kN窗重：1.81.82+1.82.120+1.50.92=84.78 m2 窗重：84.780.4=33.912kN1层以上各层墙、门、窗重力计算从略，计算结果见表2-3。 表2-3 门窗重力荷栽层次123671011外墙面积548.660 447.420 368.340 380.220 274.200 外墙重 KN3440.098 2805.323 2309.492 2383.979 1719.234 内墙面积1217.160 1311.660 1099.980 1099.980 349.170 内墙重 KN3797.539 4092.379 3431.938 3431.938 1089.410 门面积77.520 64.260 64.260 64.260 28.350 门重 KN15.504 12.852 12.852 12.852 5.670 窗面积84.780 92.340 92.340 92.340 16.740 窗重 KN33.912 36.936 36.936 36.936 6.696 表2-2 梁、柱重力荷栽标准值层次构件b (m)h (m)( )g( ) (m) n (KN) (KN)1边横粱0.40.7251.057.350 7.71656.595 905.520 中横粱0.350.35251.053.216 2.186.753 54.023 次粱0.30.5251.053.938 81431.500 441.000 纵粱0.40.7251.057.350 7.72456.595 1549.380 柱0.70.7251.113.475 5.43272.765 2328.480 2边横粱0.40.7251.057.350 7.71656.595 905.520 中横粱0.350.35251.053.216 2.186.753 54.023 次粱0.30.5251.053.938 81431.500 441.000 纵粱0.40.7251.057.350 7.72456.595 1549.380 柱0.70.7251.113.475 3.93252.553 1681.680 36边横粱0.350.7251.056.431 7.751649.842 797.475 中横粱0.30.35251.052.756 2.1585.926 47.408 次粱0.30.5251.053.938 8.051431.697 443.756 纵粱0.350.7251.056.431 7.752449.842 1364.711 柱0.650.65251.111.619 3.33238.342 1226.940 710边横粱0.30.7251.055.513 7.91643.549 696.780 中横粱0.30.35251.052.756 2.386.339 50.715 次粱0.30.5251.053.938 8.11431.894 446.513 纵粱0.30.7251.055.513 7.92443.549 1192.905 柱0.60.6251.19.900 3.33232.670 1045.440 注:1)为考虑梁,柱的粉刷层重力荷载的增大系数,g表示单位长度构件重力荷载;n为构件数量。 2）梁长度取净长；柱长度取层高2.7.5 重力荷载代表值集中于各楼层标高处的重力荷载代表值计算如下，计算结果见图2-3。 =（包括构造柱）+0.5（即楼面的活荷载）G11=0.5X(524.16+131.04+1977.619+317.625+5.67+6.696)+212.177+765.371+1430.957=3889.91Kn其他各层重力荷载代表值计算过程同理，计算结构见图2-3 图2-3 各质点重力荷载代表值2.8 横向侧移刚度计算2.8.1 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 横梁线刚度ib计算表类别层次Ec(N/ ) b (mm)h (mm)l (mm)EcIo/l (N.mm)1.5EcIo/l(N.mm)2EcIo/l (N.mm)边横梁123.250E+044007001.143E+1084004.424E+106.635E+108.847E+10363.150E+043507001.000E+103.752E+105.627E+107.503E+107103.000E+043007008.575E+093.063E+104.594E+106.125E+10走道梁123.250E+043503501.251E+0928001.451E+102.177E+102.903E+10363.150E+043003501.072E+091.206E+101.809E+102.412E+107103.000E+043003501.072E+091.148E+101.723E+102.297E+10 表2-5 柱线刚度 ic计算表层次hc (mm)Ec(N/ )b (mm)h (mm)Ic ( ) EcIc/hc(N.mm)15300325007007002.001E+101.227E+1123900325007007002.001E+101.667E+11363300315006506501.488E+101.420E+117103300300006006001.080E+109.818E+10表2-6 中框架柱侧移刚度D值(N/mm)层次边柱 8根中柱 8根Di cDi1 c Di28100.624 0.238 25723 0.858 0.300 32474 465574 70.694 0.258 27871 0.934 0.318 34436 498459 460.528 0.209 32700 0.698 0.259 40491 585526 30.576 0.224 34974 0.763 0.276 43204 625422 20.531 0.210 27582 0.705 0.261 34275 494859 10.721 0.449 23521 0.958 0.493 25832 394824 2.8.2 柱的侧移刚度柱的侧移刚度D值按下式计算: (2-2) 式中: 柱侧移刚度修正系数。对于底层柱 = +0.5/+2.0 (2-3)对于一般层柱 = /+2.0 (2-4)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、表2-7、表2-8。以第2层B-4柱的侧移刚度计算为例，说明计算过程。计算简图如2-4 图2-4 柱侧移刚度计算=（3.903+8.847+2.903+8.847）(216.67)=0.705=0.705(2+0.705)=0.261D=0.2611216.67=34275N/mm表2-7 边框架柱侧移刚度D值(N/mm)层次C-1 C-13 M-1 M-13E-1 E-13 F-1 F-13Di cDi1 c Di28100.468 0.190 20511 0.643 0.243 26331 187371 70.521 0.207 22342 0.700 0.259 28060 201609 460.396 0.165 25877 0.524 0.208 32469 233382 30.432 0.178 27783 0.572 0.222 34805 250354 20.398 0.166 21831 0.529 0.209 27497 197314 10.541 0.410 21471 0.718 0.448 23491 179847 表2-8 楼,电梯间框架柱侧移刚度D值(N/mm)层次F-3 F-5 F-8 F-11M-3 M-5 M-8 M-11Di cDi1 c Di28100.546 0.214 23197 0.312 0.135 14597 151175 70.587 0.227 24542 0.347 0.148 15996 162153 460.434 0.178 27902 0.264 0.117 18258 184639 30.475 0.192 30030 0.288 0.126 19687 198869 20.439 0.180 23696 0.265 0.117 15406 156409 10.479 0.395 20697 0.361 0.365 19108 159220 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2-9 表2-9 横向框架层间侧移刚度(N/mm)层次12345678910Di733891 848581 1074646 1003547 1003547 1003547 862221 804120 804120 804120 由上表可见， =733891/848581=0.860.7,故该框架为规则框架纵向框架侧移刚度计算方法与横向框架相同，柱在纵向的侧移刚度除与柱沿纵向的截面特性有关，还与纵向梁的线刚度有关。纵向框架侧移刚度一定满足要求，计算过程省略。纵梁线刚度ib计算结果见表2-10。纵向柱线刚度与横向柱线刚度相同，见表2-5纵向框架柱亦可分为中框架中柱和边柱、边框架中柱和边柱等，其侧移刚度值分别见表2-11和表2-12、纵向框架各层间侧移刚度值见表2-13由表2-13可见 =663416/888328=0.750.7,故该框架为规则框架2.9 横向水平地震作用下框架结构内力和侧移计算 2.9.1 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) 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体结构的顶层, 即按公式将G11折算到主体结构的顶层。屋面突出屋顶间的重力荷载可按下式计算： =3889.91（1+3.33/235.7）=4429.27 kN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：= （2-6） （2-7） （2-8）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； 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体结构的顶层； s同层内框架柱的总数。 表2-10 纵梁线刚度ib计算表类别层次Ec(N/ ) b (mm)h (mm) ( )l (mm)EcIo/l (N.mm)1.5EcIo/l(N.mm)2EcIo/l (N.mm)- 11-13123.250E+044007001.143E+1072005.161E+107.741E+101.032E+11363.150E+043507001.000E+1072004.377E+106.565E+108.754E+107103.000E+043007008.575E+0972003.573E+105.359E+107.146E+10-11123.250E+044007001.143E+1084004.424E+106.635E+108.847E+10363.150E+043507001.000E+1084003.752E+105.627E+107.503E+107103.000E+043007008.575E+0984003.063E+104.594E+106.125E+10 表2-11 纵向中框架(E F列)边柱侧移刚度D值(N/mm)层次E-1 E-13F-1 F-13Di cDi1 c Di28100.728 0.267 28866 0.546 0.214 23197 104127 70.810 0.288 31178 0.607 0.233 25199 112754 460.616 0.236 36866 0.462 0.188 29380 132492 30.672 0.251 39338 0.504 0.201 31482 141640 20.619 0.236 31093 0.464 0.188 24784 111754 10.841 0.472 24743 0.631 0.430 22531 94548 层次中柱 (5根) F-5 F-10 F-8F-3 F-11E-3 E-11Di cDi1 c Di2 c Di3 c Di4 c Di58101.248 0.384 41564 1.092 0.353 38203 0.936 0.319 34485 1.170 0.369 39925 1.352 0.403 43631 48582171.388 0.410 44324 1.215 0.378 40877 1.041 0.342 37036 1.301 0.394 42646 1.504 0.429 46433 518567461.057 0.346 54095 0.925 0.316 49471 0.793 0.284 44409 0.991 0.331 51834 1.145 0.364 56962 631415续表2-1131.151 0.365 57170 1.008 0.335 52417 0.864 0.302 47188 1.080 0.351 54849 1.247 0.384 60104 667775.821.061 0.347 45603 0.929 0.317 41710 0.796 0.285 37448 0.995 0.332 43700 1.150 0.365 48016 532314.811.442 0.564 29574 1.262 0.540 28311 1.082 0.513 26901 1.352 0.553 28959 1.562 0.579 30344 349998.5 表2-12 纵向边框架(C M列)边柱侧移刚度D值(N/mm)层次C-1 C-13M-1 M-13Di cDi1 c Di28100.546 0.214 23197 0.364 0.154 16655 79704 70.607 0.233 25199 0.405 0.168 18213 86824 460.462 0.188 29380 0.308 0.134 20894 100549 30.504 0.201 31482 0.3