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框架结构设计论文

建筑设计说明

1.1工程概况

1.工程概况

工程名称：

石化技校综合办公楼

该建筑场地地势平坦，拟建办公楼为永久性建筑。

根据西安市规划局批准的办公楼建设现划报告，建筑总长46.8m，总宽16.2m。

建筑层数为六层,结构型式为框架结构,拟建场地及总平面附图。

建筑面积：

5500m

。

建筑物耐火等级：

二级。

抗震设防烈度：

8度，Ⅱ类场地。

构件截面验算反应谱参数：

T

=0.35s.

1.2设计要求

1.基本要求

拟建办公楼设计要求：

拟建校长办公室、书记办公室、招生办、人事处、计划财务处、普通办公室、保卫处、值班室等办公室约110个，每间25～50平米；大会议室一个（可容纳约100人），小会议室3～5个（可容纳约20人）；各层均设置男女厕所、盥洗间，楼梯设置不少于两部，一楼设置门厅。

层高不低于3米。

2.室内外装修

外墙：

白色瓷砖。

内墙1：

水泥砂浆抹面，白色乳胶漆面层。

内墙2：

卫生间，高度至吊顶，釉面瓷砖（200

规格，水泥砂浆擦缝，5厚聚合物水泥砂浆粘贴，15厚纤维砂浆清基）。

门窗：

大厅采用白铝5厚蓝玻璃，外墙及内墙高窗为塑钢窗，内门为木门。

3.墙体工程

3.1本工程墙体均采用矿渣空心钻，M5混合砂浆砌筑。

3.2外墙防水：

外墙框架与框架连接处用150宽

镀锌钢丝网射钉固定；外墙窗樘用聚合物水泥砂浆填缝。

4.屋面工程

本工程屋面属于柔性上人屋面，其做法以后章节做详细介绍。

屋面排水坡度2%，雨水沟排水坡度1%。

其找坡由保温层作出。

1.3设计依据及条件

1.设计依据

①甲方提供的设计委托书；

②甲方提供的有关设计资料及设计要求；

③国家现行的有关设计规范及西安市有关规定及规程；

④西安市国土规划局对本工程初步设计审批意见书；

⑤西安市公安消防局下达的初步设计审核意见书。

2.水文地质条件

地形慨况：

拟建场地内地形平坦。

地面标高在141.540～143．040m之问；

地下水位:

钻探至标高为填132．00m处未见地下水。

1.4平面设计

1.功能分析

建筑平面是表示建筑物水平方向房屋各部分的组合关系。

各种类型的建筑物，从组成部分的平面各部分面积的使用性质来分析，主要归纳为使用部分和交通联系部分。

使用部分主要指主要使用活动和辅助使用活动的面积，及各类建筑中的使用房间和辅助房间。

交通联系部分是建筑物中各个房间之间，楼层之间，房屋内外，建筑物与建筑物之间的联系通行的面积，及各类建筑中的走廊，门厅，过厅，楼梯，坡道以及电梯，自动扶梯所占的面积。

本设计中，根据设计要求，本楼为办公楼，楼顶大约有1.2m高的女儿墙。

因该建筑为六层办公楼，故在整体布局上比较均匀统一。

一至六层所有房间开间取3.9m，进深取6.9m，走廊宽2.4m。

考虑人流较多，在底层设门卫值班室。

2.各房间设计

2.1使用房间的平面设计

公共建筑由于各项功能的不同和使用要求的不同，为满足一定的使用要求，要考虑很多因素，如：

合适的大小和形式，良好的采光通风条件，有效利用建筑面积和空间等。

使用房间的面积大小，主要是由房间内部活动特点，使用人数的多少，家具设备的数量不知等决定。

本设计中，各房间的开间进深基本相同，房间内有必需的活动空间，因此选择3.9

6.9m的柱网，柱子截面为正方形，这种形状便于室内设备的安排，能充分利用具有较大的灵活性，同时墙身平直，结构简单，施工方便，有利于平面组合。

公共建筑中一些基本的房间对通风采光有很高的要求。

本设计中，为了更好的利用南面采光好的特点，故将楼梯间和卫生间放在北边，这样使办公室有充足的阳光，其他各房间的采光系数符合采光要求。

对于通风要求是将南北两边的门对开，以便组织好穿堂风。

2.2辅助房间的平面设计

辅助房间在本设计中，楼梯间和卫生间均布置在每一层的同一位置，以便公用一套给排水系统，节省造价。

2.3交通联系部分的设计

建筑物内各个使用空间

3框架结构设计计算

3.1设计概况

3.1.1工程概况

该办公楼为六层钢筋混凝土框架结构体系，建筑面积约为4600

。

主楼为“一”字形，建筑方案确定，房间开间3.9m，进深6.9m，走廊宽2.4m.，层高3.3m。

填充墙采用240mm厚的空心砌筑，外窗为塑钢窗，窗口尺寸C1为2100mm

1800mm，C-2为1700mm

1500mm；单扇门尺寸M-1为1200mm

2000mm,双扇门M-2为1800mm

2000mm，门厅双扇门M-3为2400mm

2000mm。

楼面及屋盖均为现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取100mm，梁截面高度按梁跨度的1/12~1/8估算，梁界截面宽度可取1/3~1/2梁高。

各层梁柱板的混凝土强度：

C35（

）；屋面为柔性上人屋面。

1.2设计资料

1.2.1自然气象条件

西安地区，最热月平均气温29.3oC，最冷月平均气温-1.7oC，夏季通风室外空气计算温度取34oC，冬季室外计算温度取-12oC。

年降雨量650mm，日最大降雨量按95mm，一小时最大降雨量按55mm。

主导风向：

冬季：

东北风

夏季：

西南风

基本风压：

0.35kN/m2

基本雪压：

0.25kN/m2

冰冻深度；天然地面以下80Omm；

1.2.2水文地质条件

（1）地形慨况：

拟建场地内地形平坦。

地面标高在141.540～143．040m之问；

（2）地下水位:

钻探至标高为填132.00m处未见地下水。

1.2.3结构设计说明

（1）钢筋混凝土基础的持力层选在粘土层，Ⅲ类场地，地基承载力标准值fk=154kPa；

（2）抗震设防烈度为8度（设计近震）；

（3）结构型式为现浇钢筋混凝上框架。

2屋面及楼面做法

2.1屋面做法：

40mm厚混彩色地砖用3mm1：

1水泥粘贴

25mm厚1：

3水泥砂浆找平层

1.5mm厚高分子防水卷材

110mm厚水泥蛭石保温层

35mm1：

6水泥陶粒找平层

钢筋混凝土楼板

粉底

2.2楼面做法：

6mm厚地砖楼面，干水泥擦缝

5mm厚1:

2.5水泥砂浆粘结层（内惨建筑胶）

20mm厚1：

3干硬性水泥砂浆结合层

水泥砂浆一道

60mm厚轻集料垫层

钢筋混凝土楼板

粉底

3设计内容

（1）确定梁柱截面尺寸及框架计算简图；

（2）荷载计算；

（3）水平地震力作用下框架侧移计算；

（4）水平地震作用下框架内力分析；

（5）横向风荷载下框架结构和侧移验算；

（6）竖向荷载作用下横向框架内力分析；

（7）内力组合；

（8）截面设计；

（9）节点验算及构造说明。

2框架结构计算

2.1框架平面柱网布置图

框架柱网图及梁平面布置图见图3-1

图2-1框架柱网及梁平面布置图

2.2梁柱截面确定

2.1初估截面尺寸

（1）梁编号见图2-1

主梁为（1/12~1/8）×L=h；（1/3~1/2）×h=b。

L----梁的跨度；h----梁截面的高度；b----梁截面宽度。

L1：

6600/12~6600/8=550~825取h=700；700/3~700/2=234~350取b=300

所以L1：

b×h=300mm×700mm

L2：

b×h=300mm×400mm

L3：

b×h=300mm×500mm

2.2柱截面尺寸估算：

由轴向力公式初估：

=

。

：

分项系数1.25；

：

柱单位面积自重，近似取12kN/m2；

：

单位柱截面负载面积；

：

柱截面以上层数；

：

考虑角柱影响系数，对一、二级框架

取1.3；

：

水平力使轴力增大系数与抗震设防烈度有关：

8度设防区取

=1.1。

则：

=

=1.25

12

S

5

1.3

1.1=107.25

S；

S=（51.6

15.6）/60=13.416。

则

=107.25

13.416=1438.866。

所以轴力设计值：

=1.1

=1.1

1438.866=1582.7526

柱截面面积：

=1582.7526×

/（0.8×16.7）=118469.506

柱高度：

344mm=0.344m

所以取柱截面为正方形，则h=600mm；b=600。

为计算简便一并取一~六层柱截面均为：

h=b=600mm。

2.3柱高度

底层柱高度：

由层高3.3m、6层，则总层高L=3.3×6=19.8，基础埋深L/8～L/12，所

以基础埋深范围1.65ｍ～2.5ｍ；基础自身高度：

0.8ｍ～1.2ｍ；所以基础顶面到室内外地

坪高度差范围为：

0.85ｍ～1.7ｍ。

　　所以取其范围中一值：

1.15ｍ；

　　则底层柱高：

ｈ＝3.3ｍ+0.45ｍ+1.15ｍ=4.9ｍ；

　　其余各层柱高均取3.3ｍ。

图2-2框架计算简图

2.4屋面均布荷载和楼面均布荷载

2.4.1屋面均布恒载：

屋面按屋面做法逐项计算均布荷载，无吊顶处理做粉底。

30mm厚细石混凝土保护层22×0.03=0.66kN/m2

4mm厚SBS改性沥青防水卷材0.03kN/m2

150mm厚水泥石保温层0.15×5=0.75kN/m2

20mm厚水泥砂浆找平层20×0.02=0.4kN/m2

100mm厚钢筋混凝土楼板25×0.1=2.5kN/m2

粉刷0.5kN/m2

合计4.84kN/m2

屋面恒荷载标准值：

（2×2.4+12×3.9+0.6）×（2×6.6+2.4+0.6）×4.84=52.2×16.2×4.84≈4092.9kN

2.4.2屋面均布活荷载：

上人屋面局部活荷载标准值2.0kN/m2

雪荷载标准值0.25kN/m2

合计2.25kN/m2

屋面均布活荷载标准值为：

（12×3.9+2×2.4+0.6）×（2×6.6+2.4+0.6）×2.25

=1902.69kN

2.4.3楼面均布恒载

楼面做法逐项计算：

瓷砖地面（20mm厚面层，20mm厚水泥砂浆打底，素水泥浆结合层一道）0.55kN/m2

100厚钢筋混凝土楼板25×0.1=2.5kN/m2

粉底0.5kN/m2

合计3.55kN/m2

楼面恒载标准值：

（12×3.9+2×2.4+0.6）×（2×6.6+2.4+0.6）×3.55

=52.2×16.2×3.55≈3002.03kN

2.4.4楼面均布活荷载

对办公楼普通房间：

2.0kN/m2；走廊、门厅、楼梯：

2.5kN/m2所以统一取均布活荷载为2.5kN/m2。

楼面均布活荷载值为：

（12×3.9+2×2.4+0.6）×（2×6.6+2.4+0.6）×2.5=2114.1kN

2.4.5梁柱自重

梁柱计算结果列于表2-3

表2-3梁柱自重

梁柱自重：

r=25

，梁的净长度=定位轴线间距-柱截面宽度。

梁柱编号

截面尺寸

宽b（m）

截面尺寸

 高h（m）

长度

（m）

净长度

（m）

每层根数

乘层数

每根重量

L1

0.3

0.7

6.6

6

30×6

31.5

 L2 

0.3

0.4

2.4

1.8

23×6

5.4

L3

0.3

0.5

3.9

3.3

48×6

12.375

Z1

0.6

0.6

4.9

4.9

60×1

44.1

Z2

0.6

0.6

3.3

3.3

60×5

29.7

2.4.6墙体的重力荷载计算

墙体为240mm厚空心砖，外墙面瓷砖（0.5kN/m2），内墙面20mm厚抹灰，外墙单位面积墙体重量为：

0.24×15+0.02×17+0.5=4.44kN/m2。

内墙240mm厚空心砖，两侧均为20mm厚抹灰，则内墙单位面积上墙体重量为：

0.24×15+17×2×0.2=4.28kN/m2。

底层外墙：

[（3.9-0.6）×（4.9-0.5）×23+（6.6-0.6）×（4.9-0.7）×4+（2.4-0.6）×（4.9-0.4）×4-（2.4×1.5×17+1.8×1.5×2+1.2×1.5×2+1.5×2.1×2+3×2.1×2）]×4.44=1678.586

底层内墙：

[（3.9-0.6）×（4.9-0.5）×17+（2.4-0.6）×（4.9-0.4）×2+（6.6-0.6）×（4.9-0.7）×23-1.2×2.1×19]×4.28=3401.573

其它层外墙：

[（3.9-0.6）×（4.9-0.5）×24+（2.4-0.6）×（4.9-0.4）×4+（6.6-0.6）×（4.9-0.7）×4-（2.4×1.5×19+1.8×1.5×2+1.2×1.5×4）]×4.44=1779.019

其它层内墙：

[（3.9-0.6）×（4.9-0.5）×20+（2.4-0.6）×（4.9-0.4）×2+（6.6-0.6）×（4.9-0.7）×23-1.2×2.1×20-3×2.1×2]×4.28=3523.296

塑钢窗为0.4kN/m2；木门为0.2kN/m2。

底层门自重：

（1.2×2.1×15+1.5×2.1×2+3×2.1×2）×0.2=11.34

底层窗自重：

（2.4×1.5×17+1.8×1.5×2+1.2×1.5×2）×0.4=28.08

一般层门自重:

（1.2×2.1×16+3×2.1×2）×0.2=10.584

一般层窗自重：

（2.4×1.5×19+1.8×1.5×2+1.2×1.5×4）×0.4=32.4

阁楼墙体自重：

[（7.8-0.6）×（3.3-0.5）×2+（6.6-0.6）×（3.3-0.7）×2-1.2×2.1-0.5×2.4×1.5]×4.44=298.368。

屋面女儿墙自重：

强高300mm，栏杆1100mm；为计算简便，且栏杆的自重可乎略，所以只计算女儿墙自重。

[（51.6-0.6）×0.3+（31.2-0.6）×0.3+2×（15.6-0.6）×0.3]×4.44=148.6512

2.4.7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。

其它层重力荷载代表值包括：

楼面恒载，50%楼面均布荷载，纵、横梁自重，楼面上下

各半层的柱及纵、横墙体自重。

将上述分项荷载相加得集中于各层楼面得重力荷载代表值如下：

G7（塔楼）=（7.8+0.6）×（6.6+0.6）×4.84+0.5×（7.8+0.6）×（6.6+0.6）×0.25+4×12.375+3×31.5+0.5×6×29.7+0.5×298.368+（1.2×2.1×0.2+2.4×1.5×0.4）×0.5=683.5392（KN）

G6=4092.9+0.5×1902.69+（48×12.375+30×31.5+23×5.4）+60×29.7×0.5+0.5×（298.368+1779.019+3523.296）+148.6512+（1.2×2.1×0.2+2.4×1.5×0.4）×0.5+（10.584+32.4）×0.5=10569.9（KN）

G5=3002.03+0.5×1902.69+（48×12.375+30×31.5+23×5.4）+60×29.7×0.5×2+2×0.5×（1779.019+3523.296）+2×0.5×（10.584+32.4）=12743.87（KN）=G4=G3=G2

G1=3002.03+0.5×1902.69+60×44.1×0.5×2+0.5×（1678.586+3401.573）×2+0.5×（11.34+28.08）+（48×12.375+30×31.5+23×5.4）=13362.44（KN）

质点重力荷载值见下图：

2.4.8水平地震力作用下框架的侧移验算

2.4.8.1横梁线刚度

混凝土C35，

=3.15×

kN/m2。

在框架结构中，现浇楼面预制楼板，可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减小框架侧移。

为考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面边框架取I=1.5

（

为梁的截面惯性矩）；对中框架取I=2.0

。

梁线刚度

计算过程见表2-4；柱线刚度计算过程见表2-5。

2-4横梁线刚度

计算表

类

别

层

次

（kN/m2）

b×h

（

）

（

）

L（m）

KN·m

边框架梁

KN·m

中框架梁

KN·m

边

横

梁

1

～

6

3.15×

0.3×0.7

8.575×

6.6

4.093×

6.139×

8.185×

走廊

梁

1～6

3.15×

0.3×0.4

1.6×

2.4

2.1×

3.15×

4.2×

2-5柱线刚度

计算表

层次

（mm）

（kN/m2）

b×h

（

）

（

）

=

kN·m

1

4.9

3.15×

0.6×0.6

1.08×

6.943×

2～6

3.3

3.15×

0.6×0.6

1.08×

10.309×