五层框架结构综合办公楼结构设计计算书.doc

某厂框架综合办公楼设计1 设计概况1.1 设计依据该办公楼位于市路，为厂综合办公楼。五层，局部三层，全框架结构，占地面积931.77m2,建筑面积3007.98 m2,长51.24m（不包含室外楼梯），宽14.85m。各层房间设置要求见表1-1。 房间组成表 表1-1层别房间名称数量轴线面积/ m2备注一层收发室113.50值班室113.50门厅154.00门廊132.11会客室127.00贮藏室118.00配电室118.00大办公室136.00办公室827.00大会议室1172.8二/三层中会议室172.00小会议室236.00大办公室136.00办公室1227.00职工休息室136.00四/五层大办公室236.00办公室1227.00各层楼梯间、卫生间每层2间18.00走廊按方案需求设置1.2 地质、水文及气象资料（1） 地形：地形较为平坦，临城市主要道路。（2）土壤性质：表面为1m 厚的杂填土，均匀性差，杂填土下为粘土层（e=0.7,Il=0.78,=17.5 kN/m2,=150），类场地土。（3） 地下水位：常年地下水位低于自然地面以下5.5m。（4） 建筑结构安全等级为二级；地震设防烈度为：7度，水平地震影响系数最大值=0.08，场地类别：类；设计地震分组为第一组：特征周期值= 0.35s。（5） 全年主导风向为东南风，基本风压W0=0.5 kN/m2。（6） 基本雪压s=0.2 kN/m2,土壤最大冻结深度0.50m。1.3 参考资料（1） 教材：房屋建筑学、砼结构、结构力学、土力学及基础工程、抗震结构设计等。（2） 土木工程专业毕业设计手册（3） 工民建专业毕业设计指南（4） 砼结构设计（5） 办公建筑设计规范JGJ67-89（6） 建筑制图标准2 总平面图设计总平面图见图1-1。本楼采用“一”字型布置，其主要出入口、门厅位于临街道路侧，座北朝南，底层走廊两侧出口加强了人员的疏散。主要房间的设计考虑以下几点： （1） 主要房间的布置宜使用方便，影响较小，面朝南；（2） 相同功能的房间分开设置，满足各使用功能单元；（3） 房间布置应兼顾建筑结构要求。3 平面设计（1） 该设计采用内廊式组合，使平面紧凑、组合灵活，走廊面积相对比例较小，满足使用要求，又节约用地，主要房间开间4.5m，进深6.0m。由于建筑要求有200人大会议室，为使内部柱子减少，扩展视眼，局部柱距增加为6m。纵、横向定位轴线均与柱轴线重合，为使外墙、走廊墙壁平齐，纵梁轴线与柱轴线发生偏移（在荷载计算中采用单向偏向计算），满足美观与使用要求。（2） 门厅位于人流集散的交通枢纽，起着室内外空间的过渡作用。门厅面积主要根据建筑物的性质、规模、功能要求及其空间处理确定，面积为54.00 m2满足使用要求。（3） 楼梯采用双折式，室内设两座，每个楼梯宽度为1.5m，符合规范要求。为更好地疏散二层、三层会议室的人流，设室外楼梯一座。一层层高4.2m,其他层层高3.3 m，台阶踏步采用b=300mm,h=150 mm,级数由相应层高控制，平台宽度D=1.5 m,梯间进深6.0 m，开间3.0 m。见楼梯详图图1-2。（4） 走廊，依据功能使用要求及防火疏散规定，该方案走廊净宽1.95 m。（5） 卫生间，每层两间，分别布置在建筑纵向两端。卫生间根据使用人数确定坐式大便器、小便槽数目；在各卫生间内设置前室，作为盥洗室。（6） 根据设计任务要求，每层设立大办公室、一般办公室（见各层平面图）。图1-1 总平面设计4 剖面设计（1） 由建筑使用要求确定主体为五层（局部三层），建筑物高度为18.00 m（不包括女儿墙1.2 m及突出屋面楼梯间高度3.3m）。一层设有大空间会议，为了不产生压抑感，而使人们感到亲切、舒适的空间感观，层高设为4.2 m。其他层层高为3.3 m。房间内横梁高为600mm，走廊内横梁高为500mm。走廊净高为3.7m/2.8 m。为保证室内具有充足的天然采光，纵墙侧窗规格主要为3000mm1800 mm，窗台高度为1000 mm，纵梁高度为500 mm，则1.0+1.8+0.5=3.3m，满足各自要求。 （2） 为了防止室外雨水倒灌，防止建筑因沉降而使室内地面标高过低，为了满足建筑使用及增加建筑美观，要求室内外地面有一定高差，取室内外高差为600 mm。 屋顶采用上人屋面，女儿墙高度为1200 mm。 （3） 楼梯，本设计中采用踏步高h=150 mm,宽度b=300 mm，一层楼梯斜度为arctg（2100/3900）=28.300,其他层楼梯斜度为arctg（1650/3000）=28.810，均小于380。为使踏步面层耐磨、防滑，设防滑条（材料：1:1水泥金刚砂，高8 mm，宽10 mm）。栏杆采用不锈钢钢管，扶手高度为1000 mm。 室内楼梯间均为封闭式防火楼梯（一层设卷连门，其他层设普通门），都设有窗户，便于采光。本设计为了减少地震时将会产生较大的扭转以及其他复杂应力，而首先破坏的可能性，故将楼梯间设置在内框架中，以保证抗震要求。 （4） 内、外墙体采用240 mm240 mm 120 mm的空心砖，M5混合砂浆砌筑。 （5） 屋顶采用有组织排水屋面，屋面坡度为2，沿沟坡度为2%。屋顶结构组成为： 30厚细石砼保护层 SBS改性沥青油毡防水层 20厚水泥砂浆找平层 100厚憎水膨胀珍珠岩保温层 120厚钢筋砼现浇板图1-2 楼梯详图5 立面设计 正立面、背立面窗户成组排列，墙面外装饰采用水刷石，大小间隔，层高的错层，以及室外楼梯、门廊、室内外高差均使整体产生一种特殊的感觉，庄重中灵活，而更显亲切。门窗表见表1-2。 门窗表 表1-2层别Cbh数量备注Mbh数量备注1C13000180014塑钢门窗M1400026002钢门C2180018004M21000210012木门C3150015002M390021003C412009002M4160024001铝合金门M5120024005M61800240012/3C13000180016塑钢门窗M21000210014木门C2180018004M390021002C412009002M5120024001铝合金门C5120012002M6180024004C61200150014C13000180012塑钢门窗M21000210014木门C2180018004M390021002C412009002M4160024001铝合金门C5120012002C61200150015C13000180012塑钢门窗M21000210014木门C2180018004M390021002C412009002C5120012002C61200150026 结构体系、结构布置6.1 结构体系的选择6.1.1 框架结构的选择 框架结构由梁、柱构件通过节点连接构成，它既承受竖向荷载，又承受水平荷载。由于该设计水平荷载较多（地震力、风荷载等），总高度小于24m，属多层建筑，且处于70C抗震设防烈度区，类场地土，又为公用综合办公楼，比较砖混结构、框架-剪力墙结构，砖混结构满足不了使用功能要求和抗震设防要求；框架-剪力墙结构性能好，但造价较高。选择框架结构，由钢筋砼梁、柱等杆件刚接而成的框架体系则具有承载力高、整体性强、抗震性能好、平面布置灵活、易形成较大空间、施工方便等优点。6.1.2 基础形式 本框架设计层数不多，上部结构的荷载较小，地基坚实均匀，再综合考虑现场的工程地质条件、水文条件、施工条件及经济技术条件，选择柱下条形基础较为合适。 在考虑冻土深度和地沟的设置问题后，由基础埋置深度d=H/12=15000/12=1250mm，初步设定d=2000mm=2.0m。6.2 结构布置6.2.1柱网的确定本框架采用小柱网形式（即一个开间为一个柱距），柱网布置为内廊式，主要开间4.5m（会议室为6.0 m，楼梯间、卫生间为3.0 m），进深统一为6.0 m。见结构计算图1。6.2.2选择框架的布置选择横向承重方案，框架沿房屋横向布置，纵向设置连系梁。7 结构设计总说明（1） 本设计采用现浇钢筋混凝土结构，设计使用年限为50年，结构安全等级为二级；建筑抗震设防分类为丙类，抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，框架的抗震等级为三级。（2） 本框架结构采用的混凝土强度等级和钢筋级别如下：结构的混凝土强度等级为C25，框架梁、柱的纵向受力钢筋采用HRB335级（二级），板的钢筋及梁、柱箍筋采用HPB235级（一级），其余各构件采用的钢筋级别按本条说明的钢筋符号（括号内）分别示于相应设计图纸内。（3） 混凝土保护层厚度：本工程上部结构为一类环境，上部结构的板的纵向受力钢筋的保护层厚度为20mm，次梁的纵向受力钢筋的保护层厚度为25mm，框架梁的纵向受力钢筋的保护层厚度单排钢筋为35mm，双排为60mm，柱的保护层厚度为40mm，施工中应采取措施保证；混凝土中的水泥用量、水灰比等均应满足结构混凝土耐久性的要求。（4） 钢筋的锚固和连接：除设计图纸中另有表示或说明外，下部钢筋伸入支座的锚固长度为：板钢筋伸入支座的长度为120mm；非框架梁下部钢筋当为HRB335级时，伸入支座内的长度不小于12d（d为纵向钢筋直径）且在边支座处伸至距支座边20mm、在中间支座处伸至支座中心线处-10mm；对HPB235级钢筋深入支座内长度不小于15d，末端应有半圆弯钩。当钢筋直径小于或等于20mm时，其连接方式采用搭接，搭接长度分别为32d（HPB235级）、40d（HRB335级）。钢筋直径d22mm时，一律采用等强度对焊焊接。（5） 后砌隔墙与框架柱的连接：在砌筑的相应位置，在柱内预埋26插筋，沿高度300-500mm一道，埋入长度200mm，伸出柱外长度500mm；后砌隔墙采用MU10粘土空心砖、M5混合砌浆。（6） 在结构施工时，其他各工种如电气、管道等均应配合施工，不得在结构施工后随意开洞。（7） 本说明中未尽事宜，应遵照有关国家标准、施工规范和操作规程进行；施工中出现问题应及时联系，协商解决。8 结构计算8.1 柱截面、板厚及柱高度的确定8.1.1 初估截面尺寸8.1.1.1 柱 左侧边柱：=1.2 （1.25 6.0 3.0 14 103 3）/11.9=95294mm2 右侧边柱：=1.2 （1.25 4.5 3.0 14 103 5）/11.9=119118mm2 中柱：=1.2 （1.25 4.5 4.2 14 103 5）/11.9=166765mm2取柱截面为正方形，则边柱和中柱截面尺寸分别为：左边：309 mm； 右边：345 mm； 中柱：408 mm 根据上述估算结果并综合考虑其他因素，本设计柱截面尺寸统一取值为：450 mm 450 mm8.1.1.2 梁：根据 h= (1/81/12) b=(1/21/3) h 估算L1/ L3：h= (1/81/12) 6000=750500， 取h=600mm b=(1/21/3) 600=300200, 取b=300mmL2： h= (1/81/12) 2400=300200, 取h=500mm b=(1/21/3) 500=250167, 取b=300mmL4/ L5：h= (1/81/12) 4500=563375, 取h=500mm (3000) 取b=300mm图1：框架平面柱网布置图2：框架梁编号 图2 框架梁编号8.1.2 板厚本结构采用双向板，板厚1/40=1/404500=112.5mm (:柱的短跨)。考虑到板的挠度、裂缝宽度的限制及在板中铺设管线等因素，取板厚h=120mm。8.1.3 柱高度底层柱高度h=4.2+0.6+1.0=5.8m，其中：4.2m为底层层高，0.6m为室内外高差，1.0m为基础顶面至室外地面的高度。其他柱高度等于层高，即：二、三、四、五、层为3.3m。由此得框架计算简图（图3） 图1：框架平面柱网布置 8.2 荷载计算8.2.1 屋面恒荷载标准值（上人） 30厚细石砼保护层 22 0.03=0.66 kN/m2 SBS改性沥青油毡防水层 0.3 kN/m2 20厚水泥砂浆找平层 20 0.02=0.4 kN/m2 100厚憎水膨胀珍珠岩保温层 6 0.10=0.6 kN/m2 120厚钢筋砼现浇板 25 0.12=3.0 kN/m2 V型轻钢龙骨吊顶 0.25 kN/m2 合计 5.21 kN/m2 屋面恒荷载标准值为 五层：（39+0.24）（14.4+0.24）5.21=2993 kN 三层：12 （14.4+0.24）5.21=915 kN8.2.2 楼面恒荷载标准值 瓷砖地面（包括水泥砂浆打底） 0.55 kN/m2 120厚钢筋砼现浇板 25 0.12=3.0 kN/m2 V型轻钢龙骨吊顶 0.25 kN/m2 合计 3.8 kN/m2 楼面恒荷载标准值为： 三/四层：（39+0.24）（14.4+0.24）3.8=2183 kN 一/二层：（51+0.24）（14.4+0.24）3.8=2851 kN 8.2.3 屋面活荷载标准值计算重力荷载代表值时，仅考虑屋面雪荷载（标准值：Sk=0.2 kN/m2） 五层：（39+0.24）（14.4+0.24）0.2=115 kN三层：12 （14.4+0.24）0.2=35 kN8.2.4 屋/楼面活荷载标准值 上人屋面均布活荷载标准值 2.0 kN/m2 楼面活荷载标准值（房间） 2.0 kN/m2 楼面活荷载标准值（走廊） 2.5 kN/m2 屋面雪荷载标准值 0.2 kN/m28.2.5 梁、柱重力荷载计算 梁：因计算屋、楼面恒荷载时，已考虑了板的自重，故在计算梁的自重时，应在梁截面高度中减去板的厚度。 梁柱表 表1编号bh跨度每根重量数目L10.30.65.553.76263+222=122L20.30.51.952.98133+112=61L30.30.65.553.7683=24L40.30.54.052.98245=120L50.30.52.552.98165=80Z10.450.455.805.37134=52Z20.450.453.305.37522+442=192例：L1： L1自重 0.3 （0.6-0.12）25=3.6 kN/m 抹灰 （0.6-0.12）2 0.01 17=0.16 kN/m 合计 3.76 kN/mZ1： Z1自重 0.450.4525=5.06 kN/m 抹灰 0.4540.01 17=0.31 kN/m 合计 5.37 kN/m8.2.6 墙体自重 外墙：为240mm厚粘土空心砖，外墙面为水刷石（0.5 kN/m2），内墙面为20mm厚抹灰，则外墙单位墙面重力荷载为： 0.5+0.2415+0.0217=4.44 kN/m2 内墙：为240mm厚粘土空心砖， 两侧均为20mm厚抹灰，则内墙单位墙面重力荷载为： 0.2415+0.022 17=4.44 kN/m2外墙窗户为塑钢型，单位面积重量为0.35 kN/m2，尺寸见表2 墙体计算门窗表 表2层别编号尺寸（bh）数量重量一C13.01.81426.5C21.81.844.5C41.20.920.8M14.02.627.3二/三C13.01.81630.2C21.81.844.5C41.20.920.8四/五C13.01.81222.7C21.81.844.5C41.20.920.8墙体自重计算：一层：纵墙：（5.555.2-3.01.8+2.555.3-1.81.8）4+（4.055.3-3.01.8）10+（2.555.3-1.20.9+2.555.3）2 4.44+（2.555.36+4.055.310）4.28+（26.5+4.5+0.8+7.3）=2848 kN横墙：5.555.24.2822=2717 kN二/三层：纵墙：（5.552.7-3.01.8+2.552.8-1.81.8）4+（4.052.8-3.01.8）12+（2.552.8-1.20.9+2.552.8）2 4.44+（5.552.74+2.552.86+4.052.812）4.28+（30.2+4.5+0.8）=1731 kN横墙：5.552.74.2824=1539 kN四/五层：纵墙：（2.552.8-1.81.8）4+（4.052.8-3.01.8）12+（2.552.8-1.20.9+2.552.8）2 4.44+（2.552.86+4.052.812）4.28+（22.7+4.5+0.8）=1297 kN横墙：5.552.74.2821=1347 kN女儿墙：五层：（39+14.4）21.24.44=569 kN三层：（122+14.4）1.24.44=205 kN8.2.7 荷载分层总汇顶层重力荷载代表值包括：屋面恒载，50%屋面雪荷载，纵、横梁自重，半层柱自重，半层墙体自重。其他层重力荷载代表值包括：楼面恒载，50%楼面均布活荷载，纵、横梁自重，楼面上、下各半层柱及纵、横墙体自重。第五层：G5=2993+569+0.5115+（3.765.5522+2.981.9511+2.984.0524+2.982.5516）+0.5（5.373.3）44+（1297+1347）=6266 kN第四层：G4=2183+0.5（39+0.24）（14.4+0.24）2.0+934+0.55.373.3442+（1297+1347）2=7115 kN第三层：G3=2183+915+205+0.5（1149+35）+（3.765.5526+2.981.9513+3.765.558+2.984.0524+2.982.5516）+0.55.373.3（52+44）+（1297+1347+1731+1539）=8899 kN第二层：G2=2851+0.5（51+0.24）（14.4+0.24）2.0+1196+0.5 （5.373.3522）+（1731+1539）2=8988 kN第二层：G1=2851+0.51500+1196+0.5（5.373.3522）+（2848+2717+1731+1539）=10136 kN建筑物总重力荷载代表值为 =6266+7115+8899+8988+10136=41404 kN质点重力荷载值见图48.3 水平地震力作用下框架的侧移验算8.3.1 梁线刚度（见表3）砼C25，EC=2.8 104 N/mm2； 梁线刚度ib 表3梁号L截面 bh(m2)跨度L（m）惯性矩Io=bh3/12(m4)边框架梁中框架梁Ib =1.5 Io(m4)ib=E Ib /l（kN/m）Ib =1.5 Io(m4)ib=E Ib /l（kN/m）L10.30.66.05.410-38.110-33.7810-410.810-35.0410-4L20.30.52.43.1310-34.710-35.4810-46.2610-37.3010-4L30.30.66.05.410-38.110-33.7810-410.810-35.0410-4L40.30.54.53.1310-34.710-32.9210-46.2610-33.9010-4L50.30.53.03.1310-36.2610-35.8410-48.3.2 横向框架柱的侧移刚度D值柱线刚度列于表4，横向框架柱侧移刚度D值计算见表5 柱线刚度ib 表4柱号Zi截面(m2)柱高度h（m）惯性矩Ic=bh3/12(m4)线刚度ic=E Ic /h（kN/m）Z10.450.455.83.41710-32.83.417/5.8=1.6510-4Z20.450.453.33.41710-32.83.417/3.3=2.9010-4 横向框架柱侧移刚度D值计算 表5项柱类型层目（一般层）(底层)（一般层） (底层)（kN/m）根数一层边框架边柱3.78/1.65=2.290.65038264边框架中柱（3.78+5.48）/1.65=5.610.80347264中框架边柱5.04/1.65=3.050.703413822中框架中柱（5.04+7.30）/1.65=7.480.842495622D234276二/三层边框架边柱3.782/（2.902）=1.300.394125914边框架中柱（3.78+5.48）2/（2.902）=3.190.615196534中框架边柱5.042/（2.902）=1.740.4651486022中框架中柱（5.04+7.30）2/（2.902）=4.260.6812176222D934660四/五层边框架边柱3.782/（2.902）=1.300.394125914边框架中柱（3.78+5.48）2/（2.902）=3.190.615196534中框架边柱5.042/（2.902）=1.740.4651486018中框架中柱（5.04+7.30）2/（2.902）=4.260.6812176218D7881728.3.3 横向框架自震周期 按顶点位移法计算框架自震周期。 横向框架顶点位移计算见表6 横向框架顶点位移 表6层次Gi （kN）（kN）Vi（kN/m）层间相对位移5626662667881720.00800.259047115133817881720.01700.251038899222809346600.02380.234028988312689346600.03350.2102110136414042342760.17670.1767 =1.7 0.6 =0.519（s）8.3.4 横向地震作用计算在类场地，7度震区，结构的特征周期Tg和地震影响系数为 Tg=0.35 s=0.08由于0.519 s1.4 Tg=1.4 0.35=0.49 s，故考虑顶部附加水平地震作用，取=0.080.519+0.01=0.052。 结构底部剪力为： =（0.35/0.519）0.90.080.8541404=1974.98 kN 顶点附加地震作用为： =0.0521974.98=102.70 kN ，计算结果列于表7 各层横向地震作用及楼层地震剪力 表7层次hiHiGiGi HiFiVi53.319.062661190540.247462.45565.1543.315.771151117060.232434.37999.5233.312.488991103480.229428.751428.2723.39.18988817910.170318.291746.5615.85.810136587890.122228.421974.98横向框架各层水平地震作用和地震剪力见图5 8.3.5 横向框架抗震变形验算 地震作用下，层间弹性位移验算见表8 横向变形验算 表8层次层间剪力Vi（kN）层间刚度Di（kN）层间位移（m）层高hi（m）层间相对弹性转角5565.157881720.00073.31/47141/4504999.527881720.00133.31/253831428.279346600.00153.31/220021746.569346600.00193.31/173711974.982342760.00845.81/6908.4 水平地震作用下，横向框架的内力分析（D值法）8.4.1 水平地震作用下框架柱剪力和柱端弯矩标准值 水平地震作用下框架柱剪力和柱端弯矩标准值 表9柱层h(m)Vi（kN）kN/mDkN/mVik（kN）yokN/mkN/m边柱53.3565.15788172148600.01910.741.740.3913.8221.6243.3999.52788172148600.01918.991.740.4528.2034.4733.31428.27934660148600.01622.851.740.5037.7037.7023.31746.56934660148600.01627.941.740.5046.1046.1015.81974.9823427641380.01835.553.050.55113.492.79中柱53.3565.15788172217620.02815.824.260.4523.4928.7143.3999.52788172217620.02827.994.260.5046.1846.1833.31428.27934660217620.02332.854.260.5054.2054.2023.31746.56934660217620.02340.174.260.5066.2866.2815.81974.9823427649560.02141.477.480.55132.3108.248.4.2 水平地震作用下框梁柱剪力和柱柱轴力标准值 地震作用下框梁柱剪力和柱柱轴力标准值 表10层AB跨梁端剪力BC跨梁端剪力柱轴力L(m)kN/mkN/m（kN）L(m)kN/mkN/m（kN）边柱NE（kN）中柱NE（kN）56.021.6211.715.562.417.0017.0014.175.568.6146.048.2928.4312.792.441.2441.2434.3718.3530.1936.065.9040.9617.812.459.4259.4249.5236.16