某公司办公楼的建筑和结构设计.doc

1、 第 91 页 共 91 页1 工程概况本毕业设计课题，要求完成某公司办公楼的建筑和结构设计。11原始数据 建筑面积不超过4000平方米，全框架结构，不超过五层。其他条件参照规范及使用要求。地质资料：为了大到锻炼的目的，在进行框架设计时按二类场地计算，在基础设计时采用一个实际工程的地质资料来进行基础设计。12技术要求 建筑设计：建筑平面功能分区合理，立面造型明快。 结构设计：方案经济合理，设计分析方法得当，结果准确，构造合理。 建筑和结构设计均应符合有关国家规范要求，施工图绘制规范，表达清楚。13工作要求完成建筑的平面、立面、剖面设计，绘制相应的施工图。完成上部结构的部分设计，绘制部分结构施工

2、图。结构分析要认真仔细，结构设计既要有手算，也要有计算机算，施工图既要有手绘，也要有计算机绘，各部分比例与指导教师协商确定。2 构件的初估21 梁截面尺寸的初估211 横向框架梁AB、CD跨：h=（1/121/8）6000mm=（500750）mm，取500mm，b取为（1/31/2）h，取250mm，则横向梁的截面为250mm500mm；BC跨：取250mm400mm；次梁：h=（1/161/12）6000mm，取400mm，b取250mm。212 纵向框架梁h=（1/121/8）7200mm=（600900）mm，取600mm，b取为（1/31/2）h，取300mm，则横向梁的截面为300

3、mm600mm。213 结论根据以上计算结果可以得出梁的截面尺寸为：横梁：AB、CD跨：250mm500mm BC跨：250mm400mm纵梁：300mm600mm22 柱截面尺寸的估算利用以下公式进行估算： 式中：N柱组合的轴压力设计值；F按简支状态计算的柱的负载面积（见上图）；折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值；一般取1215kN/m2，本设计取14 kN/m2；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1.25n验算截面以上楼层层数；A柱截面面积；钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数；取为1.0混凝土轴心抗压强度设计值；C30混凝土，14.3N/mm2纵向钢筋的抗压强度

4、设计值；钢筋HRB335，300N/mm2全部纵向钢筋的截面面积；按配筋率1%取值对于内柱：=1.2530.24145=2646kN 1.2N=3175.2kN1.2N=1.0(14.3A+3000.01A)=17.3AA2.15105mm2取边柱尺寸为500mm500mm； 对于内柱：=1.321.6145=1965.6kN 1.2N=2358.72kN1.2N=1.0(14.3A+3000.01A)=17.3A取内柱尺寸为500mm500mm。综上：计算得出的柱截面尺寸为500mm500mm。3 框架侧移刚度的计算3.1 横梁的线刚度计算(如下表)类别Ec（104）（kN/m2）bh（mm

5、mm）Io（109）（m4）计算长度l（m）线刚度ib（kN/m）（1010）1.5ib（kN/m）（1010）2.0ib（kN/m）（1010）AB、CD跨3.02505002.6060001.301952.60BC跨3.02504001.3324001.672.503.343.2 纵梁的线刚度计算(如下表)类别Ec（104）（kN/m2）bh（mmmm）Io（109）（m4）计算长度l（m）线刚度ib（kN/m）（1010）1.5ib（1010）2.0ib（1010）纵梁3.03006005.4072002.253.384.503.3 柱的线刚度计算(如下表)层次Ec（104）（kN/m2

6、）bh（mmmm）Io（109）（m4）计算高度l（m）线刚度ib（1010）底层3.05005005.2147003.33其他层3.05004005.2136004.343.4 各层横向侧移刚度计算（D值法）341 底层3411 边框架A-1、D-1、A-8、D-8（4根）195333K=ib/ic=1.95/3.33=0.586 =0.42D=75982.50 1.95 4.34 2.50 1.953412 边框架中柱B-1、C-1、B-8、C-8（4根）K=1.025=0.339D=136233413 中框架边柱A-2A-7、D-2D-7（12根）2.60 4.34 2.60K=0.60

7、=0.231D=92833414 中框架中柱B-2B-7、C-2C-7（12根）2.50 1 .95 4.34 2.50 1.95K=1.369=0.406D=16315则25层的总的侧移刚度D25=73944+136234+928312+1631512=391244 kN/m由此可知各层的侧移刚度如下表：层次底层25层D301368391244则=0.770.7, 故为规则框架。4 重力荷载代表值的计算4.1荷载查询4.1.1 屋面永久荷载标准值(不上人)20厚细石混凝土保护层 220.2=0.44 kN/m2三元乙丙防水卷材 0.4 kN/m220厚水泥砂浆找平层 200.02=0.4 k

8、N/m2150厚水泥蛭石保温层 50.15=0.75 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 4.74 kN/m24.1.2 14层楼面水磨石地面 0.65 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 3.40 kN/m24.1.3 屋面及楼面活荷载标准值不上人屋面均布活荷载标准值 0.50 kN/m2楼面活荷载标准值: 1、办公室、卫生间、会议室 2.0 kN/m22、餐厅、资料室、走道 2.5 kN/m2屋面雪荷载标准值 0.65 kN/m24.1.4 其他梁柱密

9、度 25 kN/m3加气混凝土空心填充砌块 7.5 kN/m3木门 0.2 kN/m2铁门 0.4 kN/m2铝合金窗 0.4 kN/m2水磨石贴面 0.5 kN/m2抹灰 17 kN/m34.2 重力荷载代表值的计算4.2.1 底层4.2.1.1 梁、柱梁柱的重力计算如下表：层次构件b（m）h/m（kN/m3）g（kN/m）l（m）nGi（kN）Gi（kN）1边横梁0.250.5251.053.2815.516288.7281417.16中横梁0.250.4251.052.6251.9839.9次梁0.250.4251.052.6255.514202.125纵梁0.30.6251.054.7

10、256.728886.41柱0.50.5251.106.8754.7321034103425边横梁0.250.5251.053.2815.516288.781417.16中横梁0.250.4251.052.6251.9839.9次梁0.250.4251.052.6255.514202.125纵梁0.30.6251.054.7256.728886.41柱0.50.5251.106.8753.6327927924.2.1.2 内外填充墙重的计算4.2.1.2.1 横墙AB、CD跨：墙厚200mm，计算长度6000-500=5500mm，计算高度4700-500=4200mm 单跨体积：0.25.5

11、4.2=4.64m3 单跨重量：4.627.5=34.65 kN 数量： 13粉刷+贴面=0.025.54.217(41+92)+0.55.54.24 =218.99 kN总重:：34.6513+218.99=669.44 kNBC跨：墙厚200mm，计算长度2400-500=1900mm，计算高度4700-400=4300mm 扣除门窗总重为=(21.94.3-1.22.1-1.82.4) 0.27.5 =14.25 kN粉刷+贴面=(1.94.3-1.22.1) (0.0217+0.5)+(1.94.3-1.82.4) (0.0217+0.5)=7.98 kN总重=14.25+7.98=2

12、2.23 kN隔墙：墙厚200mm，计算长度6000+502=6100mm，计算高度4700-400=4300mm 单跨体积： 0.26.14.3=5.25m3 单跨重量： 5.257.5=39.375 kN 数量： 5(卫生间按2道墙计算) 总重： 39.3755=196.88 kN粉刷=0.026.14.31752=89.18 kN扣除门洞及粉刷=2.10.0257.5+2.10.021752 =22.89 kN总重=196.88+89.18-22.89=263.17 kN则横墙总重=669.44+22.23+263.17 =954.84 kN4.2.1.2.2 纵墙计算长度=7200-5

13、00=6700mm，计算高度=4700-600=4100mm单跨体积：0.24.16.7=5.49 m3单跨重量：5.497.5=41.21 kN数量： 28总重： 41.2128=1153.88 kN粉刷+贴面=4.16.70.0217(142+14)+4.16.70.514 =584.56 kN扣除门窗洞后总重：(4.10.27.5+4.10.0217) (2+3.85+7+3.25)+(12.10.27.5+12.10.02172) 16+(3.62.40.27.5+3.62.40.02172)+(1.82.10.27.5+1.82.10.02172) 22+(1.22.10.27.5+

14、1.22.10.02172) 2+(1.81.20.27.5+1.81.20.02172) 2=437.69 kN总重=1153.88+584.56-437.69=1300.75 kN4.2.1.2.3 窗户计算卫生间办公室： 1.8m2.1m单个重量： 1.512 kN数量： 22 储藏间： 1.2m2.1m单个重量： 1.008 kN数量： 2楼梯间： 1.8m1.2m单个重量： 0.864 kN数量： 2总重=1.51222+1.0082+0.8642=37.01 kN4.2.1.2.4 门重计算木门： 1m2.1m自重： 0.2 kN/m2 重量： 0.42 kN数量： 19钢门： 3

15、.6m2.4m自重： 0.4 kN/m2重量： 3.460.42 kN数量： 1钢门： 1.8m2.4m自重： 0.4 kN/m2重量： 1.730.42 kN数量： 1总重=0.4219+3.46+1.73=13.17 kN4.2.1.2.5 楼板恒载活载计算(楼梯间按楼板计算)面积=(3.6-0.125) (6-0.1) 4+(3.6-0.5) (6-0.1) 24+(2.4-0.5) (7.2-0.125) 2+(2.4-0.5) (7.2-0.25) 5 =649.28m2 恒载=3.40649.28=2207.55 kN 活载=2.0649.28=1298.56 kN4.2.2 标准

16、层(24层)4.2.2.1 横墙AB、CD跨：墙厚200mm，计算长度6000-500=5500mm，计算高度3600-500=3100mm 单跨体积：0.25.53.1=3.41m3 单跨重量：3.417.5=25.58 kN 数量： 16粉刷+贴面=0.025.53.117(41+122)+0.55.53.14 =196.42 kN总重：25.5816+196.42=605.7 kNBC跨：墙厚200mm，计算长度2400-500=1900mm，计算高度3600-400=3200mm 扣除门窗总重为=(1.93.2-1.22.1) 0.27.5 =10.68 kN粉刷+贴面=(1.93.2

17、-1.22.1) 2(0.0217+0.5)=2.99 kN总重=10.68+2.99=13.67 kN隔墙：墙厚200mm，计算长度6000+502=6100mm，计算高度3600-400=3200mm 单跨体积：0.26.13.2=3.90m3 单跨重量：3.907.5=29.25 kN 数量： 4(卫生间按2道墙计算) 总重： 29.254=117 kN粉刷=0.026.13.21742=53.09 kN扣除门洞及粉刷=2.110.227.5+2.10.021722 =9.16 kN总重=117+53.09-9.16=160.93 kN则横墙总重=605.7+13.67+160.93 =

18、780.3 kN4.2.2.2 纵墙 计算长度=7200-500=6700mm，计算高度=3600-600=3000mm 单跨体积：0.26.73=4.02 m3 单跨重量：4.027.5=30.15 kN 数量： 28 总重： 30.1528=1153.88 kN粉刷+贴面=36.70.0217(142+14)+36.70.514 =427.73 kN扣除门窗洞后总重：(30.27.5+30.0217) (2+3.85+3.25)+(12.10.27.5+12.10.02172) 24+(1.82.10.27.5+1.82.10.02172)+(1.22.10.27.5+1.22.10.02

19、172) 2+(1.81.20.27.5+1.81.20.02172) 2=387.57 kN总重=844.2+427.73-387.57=884.36 kN4.2.2.3窗户计算 卫生间办公室： 1.8m2.1m 单个重量： 1.512 kN 数量： 24 储藏间： 1.2m2.1m 单个重量： 1.008 kN 数量： 2 楼梯间： 1.8m1.2m 单个重量： 0.864 kN数量： 2总重=1.51224+1.0082+0.8642=40.03 kN4.2.2.4 门重计算 木门： 1m2.1m 自重： 0.2 kN/m2 重量： 0.42 kN 数量： 26 总重=0.4226=10

20、.92 kN4.2.2.5 楼板恒载活载计算(楼梯间按楼板计算) 面积=(3.6-0.125) (6-0.1) 4+(3.6-0.5) (6-0.1) 24 +(2.4-0.5) (7.2-0.125) 2+(2.4-0.5) (7.2-0.25) 5 =649.28 m2 恒载=3.40649.28=2207.55 kN 活载=2.0649.28=1298.56 kN4.2.3 顶层4.2.3.1 横墙AB、CD跨：墙厚200mm，计算长度6000-500=5500mm，计算高度3600-500=3100mm 单跨体积：0.25.53.1=3.41m3 单跨重量：3.417.5=25.58

21、kN 数量:： 14粉刷+贴面=0.025.53.117(41+102)+0.55.53.14 =173.23 kN总重：25.5814+173.23=631.35 kNBC跨：墙厚200mm，计算长度2400-500=1900mm，计算高度3600-400=3200mm 扣除门窗总重为=(1.93.2-1.22.1) 0.27.5 =10.68 kN粉刷+贴面=(1.93.2-1.22.1) 2(0.0217+0.5)=2.99 kN总重=10.68+2.99=13.67 kN隔墙：墙厚200mm，计算长度6000+502=6100mm，计算高度3600-400=3200mm 单跨体积：0.

22、26.13.2=3.90m3 单跨重量：3.907.5=29.25 kN 数量： 4(卫生间按2道墙计算) 总重： 29.254=117 kN粉刷=0.026.13.21742=53.09 kN扣除门洞及粉刷=2.110.227.5+2.10.021722 =9.16 kN总重=117+53.09-9.16=160.93 kN则横墙总重=531.35+13.67+160.93 =705.95 kN4.2.3.2 纵墙 计算长度=7200-500=6700mm，计算高度=3600-600=3000mm 单跨体积：0.26.73=4.02 m3 单跨重量：4.027.5=30.15 kN 数量：

23、28 总重： 30.1528=1153.88 kN粉刷+贴面=36.70.0217(142+14)+36.70.514 =427.73 kN扣除门窗洞后总重：(30.27.5+30.0217) (2+3.85+3.25)+(12.10.27.5+12.10.02172) 24+(1.82.10.27.5+1.82.10.02172)+(1.22.10.27.5+1.22.10.02172) 2+(1.81.20.27.5+1.81.20.02172) 2=387.57 kN总重=844.2+427.73-387.57=884.36 kN4.2.3.3窗户计算 卫生间办公室： 1.8m2.1m

24、单个重量： 1.512 kN 数量： 24 储藏间： 1.2m2.1m 单个重量： 1.008 kN 数量： 2 楼梯间： 1.8m1.2m 单个重量： 0.864 kN 数量： 2总重=1.51224+1.0082+0.8642=40.03 kN4.2.3.4 门重计算 木门： 1m2.1m 自重： 0.2 m2 重量： 0.42 kN 数量： 20 总重=0.4220=8.4 kN4.2.3.5 楼板恒载活载计算(楼梯间按楼板计算) 面积=(3.6-0.125) (6-0.1) 4+(3.6-0.5) (6-0.1) 24 +(2.4-0.5) (7.2-0.125) 2+(2.4-0.5

25、) (7.2-0.25) 5 =649.28 m2 恒载=4.74649.28=3077.59 kN 活载=0.65649.28=422.03 kN4.2.3.6 女儿墙的计算 墙厚200mm，计算长度2（50.4+0.5+14.4）=130.6m，计算高度1000mm重量：10.2130.67.5=195.9 kN水磨石贴面：(21130.6+0.2130.6) 0.5=143.66 kN总重=195.9+143.66=339.56 kN4.2.4 总结 综上计算结果可得出各层重力为： G1=1417.16+2207.55+0.51298.56+(1034+954.84+1300.75+37

26、.01+13.17)+(792+780.3+884.36+40.03+10.92)/2 =1417.16+2207.55+649.28+2923.69 =7197.68 kN G2=G3=1417.16+2207.55+0.51298.56+ (792+780.3+884.36+40.03+10.92) 2/2 =1417.16+2207.55+649.28+2507.61 =6781.60 kN G4=1417.16+2207.55+0.51298.56+(705.95+884.36+40.03+8.4+792)+(792+780.3+884.36+40.03+10.92)/2 =1417.

27、16+2207.55+649.28+2469.18 =6743.17 kN G5=1417.16+3077.59+0.5422.03+(705.95+884.36+40.03+8.4+792)/2+339.56 =1417.16+3077.59+211.02+1215.37+339.56G5=6260.70 kN =6260.7 kN各层重力示意图如下G4=6743.17 kNG3=6781.60 kNG2=6781.60 kNG1=7197.68 kN5 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算5.1 自振周期计算假想顶点侧移uT，计算结果列于下表：层次Gi（kN）Gi（kN）Di（kN/

28、m）ui-ui-1=（m）ui（m）56260.76260.1739.12440.0160.2846743.1713003.8739.12440.0330.26436781.6019785.4739.12440.0510.23126781.6026567.0739.12440.0680.1817197.6833764.7530.13680.1120.112结构基本自振周期考虑非结构墙影响的折减系数 0=0.6T1=1.70=1.70.6=0.54(s)5.2 水平地震作用及楼层剪力的计算本结构高度不超过40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀,变形以剪切型为主，故可用底部剪力法计算水平地震作用，即

29、：5.2.1 结构等效总重力荷载代表值计算Geq=0.85Gi=0.8533764.75=28700.04kN5.2.2 计算水平地震影响系数1查表得二类场地近震特征周期值Tg=0.35s，设防烈度为7度则max=0.08, 1=max1=0.08=0.0545.2.3 计算水平地震影响系数FEKFEK=1Geq=0.05428700.04=1549.80 kN由于T1=0.54s1.4Tg=1.40.35=0.49s，所以应考虑顶部附加水平地震作用顶部附加地震作用系数n=0.08T1+0.07=0.1132s FEK=nFEK=0.11321549.80=175.44 kN各质点横向水平地震

30、作用按下式计算：Fi=FEK(1-n)=7197.684.7+6781.608.3+6781.6011.9+6743.1715.55+6260.1719.1=394915.92 kNm1-n=1-0.1132=0.8868计算结果如下表：层次Hi（m）Gi（kN）GiHi（kNm）GiHi/GiHiFi（kN）Vi（kN）519.16260.7119579.370.303416.43591.87415.56743.17104519.140.265364.21956.08311.96781.6080701.140.204280.371236.4528.36781.6056287.280.1431

31、96.531432.9814.77197.6833829.100.085116.821549.8394915.925.3 框架各层地震力及弹性位移计算结果列于下表：层次hi（m）Hi（m）Gi（kN）Vi（kN）Di（kN/m）ui=Vi/Di（m）ui/hi最大层间位移发生在第一层1/9141/550满足要求53.619.16260.7591.873912440.1511/238443.615.56743.17956.083912440.2441/147533.611.96781.601236.453912440.3161/113923.68.36781.601432.983912440.3

32、661/98414.74.77197.681549.83013680.5141/9145.4 水平地震作用下框架的内力计算本设计中取轴线所在的横向框架计算框架柱端剪力及弯矩分别按下式计算：式中：Dij为i层j柱的侧移刚度；h为该层柱的计算高度；y为框架柱的反弯点高度比；yn为框架柱的标准反弯点高度比；y1为上,下层梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值；y2、y3为上,下层高度变化时反弯点高度比的修正值；计算结果如下：注：修正值 底层柱需考虑修正值y2；2=hu/h=3.6/4.7=0.77，k=0.781，y2=-0.02； 第二层需考虑修正值y3；3=hl/h=4.7/3.6=1.31，k=0

33、.6， y3=-0.025；其余柱均无修正。梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按下式计算：式中：、分别表示节点左右梁的线刚度；、分别表示节点左右梁的弯矩；为柱在i层的轴力，以受压为正。层次边梁走道梁柱轴力（kNm）（kNm）l（m）Vb（kN）（kNm）（kNm）l（m）Vb（kN）边柱N中柱N535.3824.5669.9931.5531.552.426.29-9.99-16.3468.2350.86619.8565.3465.342.454.45-29.84-50.9386.6869.48626.0389.2589.252.474.38-55.87-99.252111.7987.50633.221

34、12.41112.412.493.68-89.09-159.711126.6789.58636.04115.08115.082.495.9-125.13-219.57注:柱轴力中的负号表示拉力，当为左震时，左侧两根柱为拉力，右边为压力；水平地震作用下框架的弯矩图，梁端剪力图及柱的轴力图如下： 弯矩图剪力图轴力图6 竖向荷载作用下框架结构的内力计算6.1 计算单元的选取确定取轴线横向框架进行计算，简图如下所示：6.2 荷载计算6.2.1 恒载作用下柱的内力计算恒载作用下各层框架梁上的荷载分布如下图所示：6.2.1.1 对于第五层q1 、代表横梁自重，为均布荷载形状q1=0.250.525=3.1

35、25 kN /m=0.250.425=2.5 kN /mq2、分别为屋面板和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载q2=4.743.6=17.064 kN /m=4.742.4=11.376 kN /mP1、P2分别为由纵梁中纵梁直接传给柱的恒载，它包括梁的自重，楼板自重和女儿墙等的重力荷载，计算如下：P1=(3.61.8+1.8) 4.74+4.7257.2+2.6256.0/2+18.72 =66.55+34.02+7.86+18.72 =127.15 kN 女儿墙重:墙体+贴面=1.07.50.27.2+(7.211.2+0.27.2) 0.5 =10.8+7.92 =18.72 kN P2=(3.61.8+1.8+)4.74+4.7257.2+2.6256.0/2 =100.68+34.02+7.86 =142.56 kN 6.2.1.2 对于14层q1包括梁自重和其上横墙自重，为均布荷载，计算结果如下：q1=3.125+2.18(3.6-0.5)=9.88 kN /m=0.250.425=2.5 kN /m内墙为200厚加气混凝土空心砌块，两侧均