12层办公楼建筑设计.docx

摘要本文针对12层办公楼建筑设计问题，依据规范对其进行了建筑功能、结构构件、结构主体进行了设计、计算。该办公楼建筑总长50.4米，总建筑面积11000m2。底部层高3.9米，标准层高3.3米。主体采用桩基础，裙房采用柱下独立基础。主体与裙房之间设置210毫米宽沉降缝。抗震设防烈度7度，场地类别类。设计主要包括建筑和结构两大部分，建筑设计方面进行了建筑平面，立面及剖面到 设计，功能分区设计，防火疏散及抗震设计，与周围环境协调设计。结构设计主要有梁、板、柱截面尺寸估算，荷载计算，框架侧移刚度计算，横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算，竖向荷载作用下框架的内力计算，内力组合，配筋计算。由于总建筑高度在40米左右，对于水平地震作用采用的是底部剪力法。 关键词：办公楼；框架结构；底部剪力法，基础AbstractFor the problem of a 12-story office building, the building function, structure elements and structure body are designed depending on the codes. The total length of the building is50.4m and the total area is 11000m2. The height of the base is 3.9m, the standard height is 3.3m. The pile foundations for the main body are adopted. The column lower independent foundation for the skirting are adopted. There is seismic joint between the main part and the skirting house, which is 210mm wide. Earthquake resistance intensity is 7th and the site classification is IIth. The design is consisted of building design and structure design. Structure design contains plan design, profile design, and section design. Structure design contains six parts: calculation of the size of column, beam and slab, load computation, the frame side rigidity computation, the frame internal forces of the portal frame construction and the side displacement under the horizontal load action and vertical load action, internal force combinations, reinforcing computation. Because the structures height is 40m, the equivalent base shear method is used. Key words: Office building; Frame structure; Equivalent base shear method; Pile foundation.目 录第1章 建筑设计.11.1 总体设计.11.2 平面设计.11.3 立面设计.11.4 剖面设计.21.5 交通防火设计.21.6构造设计.21.7楼、电梯的布置21.8 交通与疏散.21.9 抗震分析.3第2章 结构设计.42.1 结构布置.42.2 构件基本尺寸得初步估算.52.3 重力荷载的计算.72.4 框架侧移刚度计算. 132.5 横向侧移刚度和纵向侧移刚度的计算.152.6 横向风荷载作用下框架内力计算.252.7 竖向荷载作用下框架内力计算.312.8横向框架的内力组.402.9 框架梁.502.10框架柱的设计.532.11 板的配筋.572.12 基础的设计.592.13 确定桩数及承台底面尺寸.602.14 单桩受力验算.622.15 群桩承载力验算.632.16 单桩桩身结构设计.642.17 承台强度验算及配筋.64结论68参考文献.69致谢.70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。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，采光通风良好，交通便利。（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2。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、屋顶和墙上安装设备（如外挂空调器）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12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淡蓝色贴面瓷砖，这使整幢建筑给人以朴素的美感。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：12层；首层：3.9m；标准层：3.3m；室内外高差：600mm；（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，其中两部是消防电梯兼作载客电梯，另两部为客运电梯；还设置了两部楼梯，每部电梯分别与一部楼梯共用一个前室。前室采用二级防火门3。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50.40m，12层；裙房高度为3.9m，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210mm。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1.30m，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，高度统一取3.0m。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。为于大厅两侧的楼梯设置为防烟楼梯，每两部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结构布置根据高层的使用功能及建筑设计的要求。清月办公楼是一个十二层钢筋混凝土框架结构体系，建筑面积约为10000平方米，建筑分主体和裙房两部分。图2.1柱网布置图2.1.1柱网及层高柱网采用内廊式，边跨跨度取为6.9米，中间跨跨度取为2.4米。主体结构共12层，底层层高3.9米，其余层均为3.3米，局部突出屋面的塔楼为电梯机房，层高为3.0米。2.1.2框架结构的承重方案采用横向框架承重体系，因为房屋的横向较短，柱子的数量较少，侧移刚度较小，这个弊端可以通过加大框架梁的截面高度来加大框架结构的侧移刚度。2.2构件尺寸估算2.2.1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100mm。 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：211层为C35（=16.7N/mm, =1.57 N/mm, Ec=3.15104）,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）纵梁（bh）次梁（bh）BC、DE跨CD跨1C40350600300400350650300500212C353506003004003506503005002.2.2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=40.2m30m, 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、中柱和角柱的负载面积分别为7.23.45、7.24.65和3.63.45。底层柱荷载：边柱 N=a1b2qn=1.257.23.451210312=4471200N角柱 N=a2b1qn=1.33.63.451210312=2325024N中柱 N=a1b1qn=1.37.24.651210312=6267456 N由式（2-1）得第一层柱截面面积为边柱 4471200/（0.819.1）=292618mm中柱 6267456/（0.819.1）=407121 mm角柱 2325024/（0.819.1）=152161 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、中柱和角柱的截面高度分别取为514 mm、640 mm和390 mm。因此，本设计中的柱子截面尺寸取值如表2-2所示。层数截面尺寸混凝土强度等级1层650650C4024层650650C35512层600600C35表2-2 柱截面尺寸（mm）及各层混凝土强度等级2.2.2 框架结构计算简图a） 横向框架 b） 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0.5m。框架结构计算简图 2.2所式，取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至底板，212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+0.6+0.5=5.00m。2.3重力荷载计算2.3.1屋面及楼面的永久荷载标准值430厚细石混凝土保护层 220.03=0.66kN/m2三毡四油防水层 0.40 kN/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/m22.3.2楼面（112层）瓷砖地面（包括30厚水泥沙浆打底） 0.55 kN/ m2100厚钢筋混凝土板 250.1= 2.5 kN/ m2V型轻钢龙骨吊顶 0.25 kN/ m2合计 3.30 kN/m22.3.3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门厅、走廊、楼梯标准值 2.5 kN/m2屋面雪荷载标准值 =1.00.3=0.30kN/为屋面雪荷载分布系数 取=1.0So基本雪压(kN/) 取基准期为50年的大庆市的基本雪压取0.30 kN/Sk雪压荷载标准值(kN/)2.3.4楼梯 板式楼梯，取1m宽板作为计算单元,踏步面层为20mm厚水泥砂浆抹灰，底面为20mm厚混合砂浆抹灰，金属栏杆重0.1kN/ m，楼梯活荷载标准值q=2.5kN/m,混凝土为C20（=9.6 , =1.1）,钢筋为HPB235级 （）。2.3.4.1梯段板 取1m宽板作为计算单元，板厚按估算，则对底层（层高3.9m）： =/30=(12300+200)/30=126.7 mm（取为130mm）对212层（层高3.3 m）： =/30=（10300+200）/30=106.7 mm（取为110 mm）梯段板自重 （1/20.15+2）25=4.78kN/m212层梯段板自重 （1/20.15+2）25=4.33 kN/m踏步抹灰重 （0.3+0.15）0.021/0.320=0.60kN/m板底抹灰重 2 17=0.30kN/m金属栏杆重 0.11/1.6=0.06kN/m 恒载标准值合计 底层的标准值 = 5.74kN/m212层的标准值 =5.29 kN/m 活载标准值合计 q=2.50kN/m合计 底层 8.24kN/m 212层 7.79 kN/m 2.3.4.2.平台板取1m宽板作为计算单元，板厚取600 mm平台板自重 0.0625=1.50kN/m板面抹灰重 0.0220=0.40 kN/m板底抹灰重 0.0217=0.34 kN/m恒载设计值合计 = 2.24 kN/m活载标准值合计 q=2.50kN/m 合计 4.74 kN/m 2.3.4.3平台梁自重平台梁的截面高度 /12，平台梁b=200 mm。 底层 /12=（200+12300）/12=317 mm取=350 mm 212层 /12=（200+10300）/12=267 mm取=300mm 底层梯段板传来 8.243.8/2=17.4 kN/m 212层梯段板传来 7.79 3.2/2=12.46 kN/m 平台板传来 4.47（1.5/2+0.2）=4.50 kN/m 底层平台梁自重 0.2（0.35-0.06）25=1.45 kN/m212层平台梁自重 0.2 （0.3-0.06）25=1.2 kN/m底层平台梁抹灰重 2（0.35 -0.06）+0.20.0217 =0.27 kN/m 212层平台梁侧抹灰重 2（0.3 -0.06）+0.20.0217=0.23kN/m合计 底层 21.88 kN/m 212层 18.39 kN/m2.3.4.4.梯段梁自重梯段梁的截面高度取/20底层 /20=3.8/20=0.19 m 取200 mm212层 /20=3.2/20=0.16 m取200 mm底层梯段板传来 8.243.8/2=17.40 kN/m212层梯段板传来 7.793.2/2=13.46 kN/m梯段梁自重 0.20.225 =1.0 kN/m梯段梁抹灰 30.20.02172=0.2 kN/m合计 底层 16.86kN/m 212层 13.66 kN/m2.3.4.5楼梯荷载自重底层：（8.24+16.862）3.8+（4.742+21.882）1.5=239.31 kN212层：（7.79+13.662）3.2+（4.742+18.392）1.5=192.28kN2.3.5梁、柱、墙体、门窗重力荷载计算梁、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。2.3.5.1柱底层 0.650.65255.0=51.81 kN24层 0.650.65253.3=34.86 kN512层 0.60.6253.3 =29.7 kN2.3.5.2构造柱造柱根数为12根底层 1.100.30.325（3.9-0.35）=8.79 kN/根212层 1.100.30.325（3.3-0.35）=7.30 kN/根构造柱自重 底层 8.7920=175.6 kN 212层 7.4020=148.00 kN2.3.5.3墙体外墙为390mm厚粉煤灰轻渣空心砌块，外墙面贴瓷砖（0.5 kN/m2），选用轻质GRC保温板（3000mm600mm60mm）的自重0.14 kN/m2，内墙面为20mm厚抹灰，则外墙单位墙面重力荷载为：0.5+7.50.4+170.02+0.14=3.98kN/m2；内墙为190mm厚粉煤灰轻渣空心砌块，两侧均为20mm厚抹灰，则内墙单位面积墙面重力荷载为：7.50.2+170.022=2.18kN/m2。2.3.5.4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 ，防火门采用钢铁门重力荷载为0.45kN/m2。2.3.5.5构件自重汇总梁 14层 2051.2 kN 512层 2019.13 kN 柱 底层 1859.20 kN 24层 1227.07 kN 512层 1045.44 kN表2-3 梁、柱重力荷载计算层次构件b/mh/m/(kN/)g/(kN/m)/mn/kN/kN1边横梁0.350.60251.055.516.2516551.002051.20中横梁0.300.40251.053.151.75844.10次梁0.300.50251.053.946.5514361.20纵梁0.350.65251.055.976.55281094.90柱0.650.65251.1011.625.00321859.202 4边横梁0.350.60251.055.516.2516551.002051.20中横梁0.300.40251.053.151.75844.10次梁0.300.50251.053.946.5514361.20纵梁0.350.65251.055.976.55281094.90柱0.650.65251.1011.623.30321227.07512边横梁0.350.60251.055.516.3016555.412019.13中横梁0.300.40251.053.151.80845.36次梁0.300.50251.05 3.946.5514361.30纵梁0.350.65251.055.726.60281051.06柱0.600.60251.109.903.30321045.44注：1. 表中 为考虑梁柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数；g表示单位长度重力荷载；n为构件数量。2.梁长都取净长；柱长度按层高计算。2.3.6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2.2。 =（包括构造柱）+0.5（即楼面、走廊、电梯和楼梯的活荷）对于底层标高处的重力荷载汇集如下：2.3.6.1墙底层（0.6+3.9）6.5514+（6.252+1.75）2-（1.81.56+2.11.82+2.41.812）-4.82.13.98+（3.9-0.35）6.5512+6.2520+6.552-（0.92.119）+4.82.14+1.12.142.18=3302.50 kN标准层3.36.5514+（6.252+1.75）2-（1.21.86+2.41.816+1.51.84+1.82.12）3.98+(3.3-0.35) (6.2519+6.5517)-0.92121+4.82.16+1.1 2.14 2.18=2420.21 kN女儿墙 0.96.5512+（6.252+1.75）2 3.98=430.56 kN顶层电梯间 3.98（6.554+6.254）3-（1.50.92）=600.58 kN2.3.6.2门窗底层0.4（1.82.412+1.82.12+0.92.119）+0.454.82.14=62.784 kN标准层0.4（1.21.86+162.41.8+1.81.54+1.82.12+0.92.12）+0.4544.82.0=81.835kN屋面 5.46856.8=4678.13 kN楼面 3.3856.8=2827.44kNG1=2827.44+2051.20+（1859.20+1227.07）0.5+（3302.50+2420.21）0.5+62.748+856.82.00.5+239.31+175.6=10617.48 kNG2=G3=2827.44+2051.20+1227.07+81.835+192.28+148.00+856.8042.00.5+2420.21=9804.84 kNG4=2827.44+2051.20+（1227.07+1045.44）0.5+2420.21+81.835+192.28+148.0+856.80.52.0=9714.02 kNG5=G6=G7=G8=G9=G10=G11=2827.44+2051.20+2420.21+81.835+192.28+148.00+1045.44+856.82.00.5=9623.21 kNG12=4678.13+2019.13（2420.21+600.58）0.5+430.56+（1045.44+9.93.04）+81.835+7.30.512+192.28+0.5（2.0+0.35）2.46.92+148.000.5=10311.12 kNG13=5.4699.36+0.350.599.36+6.35.5134+3.151.84+23.986.55+600.580.5+0.92.120.45+9.93.040.5+7.312=1222.63 kN各质点重力荷载代表值简图见图2.3，如下：2.3 各质点重力荷载代表值2.4横向侧移刚度和纵向侧移刚度计算2.4.1横向侧移刚度计梁的线刚度，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2-3。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2-4。 表2-3 横梁线刚度计算表类别层次 /()/ /m/N1.5/N2/N边横梁13.253506006.301069002.907104.4515.9342123.153506006.30102.876104.3145.752中横梁13.253004001.601024003.251102.1674.3342123.153004001.60102.100103.1504.200 表2-4 柱的线刚度计算表层次/(）/ / N150003.256506501.4889.6722433003.156506501.48814.20451233003.156006001.08010.309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2-5、表2-6、表2-7。表2-5 中框架侧移刚度 D值（）层次边柱（12根）中柱（12根）5120.5580.21824764