某行政办公楼的建筑与结构设计

某行政办公楼的建筑与结构设计内容摘要：

细致的工作，只有充分考虑各种影响因素并进行全面综合分析，才能选出优化的方案。 结构作为建筑的骨架形成人类的建筑空间，用来满足人类 的生产、生活需要及对建筑物的美观要求（结构的建筑功能）。 在真确设计、施工及正常使用条件下，建筑应该具有抵御可能出现的各种作用的能力（建筑结构的安全功能）。 此外，建筑结构的工程造价及用工量分别占建筑物造价及施工用量的 30%～ 40%，建筑结构工程的施工工期约占建筑物施工总工期的 40%～ 50%（建筑结构的经济指标）。 建筑物的形式和风格总是和构成它的材料和结构方式相适应的。 在实践中不断地探索能够经济、合理地充分发挥材料、结构潜力的形式和风格，并逐渐形成建筑体系和结构体系。 结构是建筑的骨架，是建筑赖以存在的基础，该办 公楼选用框架结构是合理的。 框架结构体系是由竖向构件的柱子与水平构件的梁通过节点连接而组成，即承担竖向荷载，又承担水平荷载（风、地震）。 框架结构体系的优点是建筑平面布置灵活，可以提供较大的建筑空间，也可以构成丰富多变的立面造型。 在做本次设计时 ,就充分考虑到建筑物的形式和风格总是和构成它的材料和结构方式相适应的。 在实践中不断地探索能够经济、合理地充分发挥材料、结构潜力的形式和风格，并逐渐形成建筑体系和结构 ,选用框架结构 ,以钢筋混凝土为材料建造。 框架结构体系是由竖向构件的柱子与水平构件的梁通过节点连接而组成， 即，承担竖向荷载，又承担水平荷载（风、地震）。 框架结构体系的优点是建筑平面布置灵活，可以提供较大的建筑空间，也可以构成丰富多变的立面造型。 材料要求 梁、柱混凝土强度等级相差不宜大于 5Mpa，如超过时，梁、柱节点区施工时应作专门处理，使节点区混凝土强度等级与柱相同。 填充墙要求 (1) 框架结构的填充墙应优先选用预制轻质砌块或墙板，填充墙应按规范的构造要求与框架可靠拉结。 (2) 框架结构的填充墙宜与框架梁、柱轴线位于同一垂直平面内。 截面尺寸要求 梁的截面尺寸为 h=(1/8— 1/12)L。 b=(1/2— 1/3)h 柱为 h=(1/6— 1/15)H。 b=(1— 2/3)h 结构布置要求 (1) 抗震框架结构的平面布置应力求简单、规则、均匀、对称，使刚度中心与质量中心尽量减小偏差，并尽量使框架结构的纵向、横向具有相近的自振特性。 (2) 框架结构应布置并设计为双向抗侧力体系，主体结构的梁柱间不应采用铰接，也不应采用横向为刚接，纵向也铰接的结构体系。 计算过程 计算简图 框架结构一般有按空间结构分析和简化成平面结构分析两种方法。 在计算机没有普及的 年代，实际为空间工作的框架常被简化成平面结构采用手算的方法进行分析。 近年来随着微机的日益普及和应用程序的不断出现，框架结构分析时更多的是根据结构力学位移法的基本原理编制电算程序，由计算机直接求出结构的变形、内力，以至各截面的配筋。 由于目前计算机内存和运算速度已经能够满足结构计算的需要，因此在计算机程序中一般是按空间结构进行分析。 但是在初步设计阶段，为确定结构布置方案或估算构件截面尺寸，还是需要采用一些简单的近似计算方法，以求既快又省地解决问题。 另外，近似的手算方法虽然计算精度较差，但概念明确，能够直观地反映 结构的受力特点，因此，工程设计中也常利用手算的结果来定性的校核判断电算结果的合理性，所以我将重点介绍框架结构的近似手算法。 一般情况下，框架结构是一个空间受力体系，为了方便起见，常常忽略结构纵向和横向之间的空间联系，忽略各构件的抗扭作用，将纵向框架和横向框架分别按平面框架进行分析计算。 由于横向框架的间距相同，作用于各横向框架上的荷载相同，框架的抗侧刚度相同，因此，除端部外，各榀横向框架都将产生相同的内力与变形，结构设计时一般取中间有代表性的一榀横向框架进行分析即可；而作用于纵向框架上的荷载则各不相同，必要时 应分别进行计算。 框架节点一般总是三向受力的，但当按平面框架进行结构分析时，则节点也相应地简化。 在现浇钢筋混凝土结构中，梁和柱内的纵向受力钢筋都将穿过节点或锚入区，这时应简化为刚节点。 在结构计算简图中，杆件用轴线来表示。 框架梁的跨度即取柱子轴线之间的距离。 框架的层高（框架柱的长度）即为相应的建筑层高，而底层柱的长度则应从基础顶面算起。 对于不等跨框架，当个跨跨度相差不大于 10%时，在手算时可简化为等跨框架，跨度取原框架各跨跨度的平均值，以减少计算工作量。 但在电算时一般可按实际情况考虑。 在计算框架梁截面惯性 距 I 时应考虑到楼板的影响。 在框架梁两端节点附近，梁受负弯矩，顶部的楼板受拉，楼板对梁的截面抗弯刚度影响较小；而在框架梁的跨中，梁受正弯矩，楼板处于受压区形成 T 形截面梁，楼板对梁的截面抗弯刚度影响较大。 在工程设计中，为简便起见，仍假定梁的截面惯性距 I 沿轴线不变，对现浇楼盖中框架取 I=2I0边框架取 I=。 对装配整体式楼盖，这里 I0为矩形截面梁的截面惯性矩。 在竖向荷载作用下的近似计算 框架结构在竖向荷载作用下的内力计算可近似地采用分层法。 通常，多层多跨框架在竖向荷载作用下的侧移是不大的， 可近似的按无侧移框架进行分析，而且当某层梁上有竖向荷载时，在该层梁及相邻柱子中产生较大内力，而在其他楼层的梁、柱子所产生内力，在经过柱子传递和节点分配以后，其值将随着传递和分配次数的增加而衰减，且梁的线刚度越大，衰减越快。 因此，在进行竖向荷载作用下的内力分析时，可假定作用在某一层框架梁上的竖向荷载只对本层楼的梁以及与本层梁相连的框架柱产生弯矩和剪力，而对其他楼层框架和隔层的框架柱都不产生弯矩和剪力。 其中一般我们常用的方法有两种 :D 值法和二次弯距分配法 .荷载计算包括恒载计算和活载计算，其中活载计算时应考虑最不 利的组合。 地震作用计算 在此仅考虑水平地震作用即可，并可采用基底剪力法计算水平地震作用力。 为求基底剪力，先要计算结构各层的总重力荷载代表值，在此为简化计算，仅取一榀框架的重力荷载代表值进行计算。 顶层重力荷载代表值包括：屋面恒载， 50%屋面活荷载，纵、横梁自重，半层柱自重，半层墙体自重以及女儿墙自重。 其它层重力荷载代表值包括：楼面恒载， 50%楼面活荷载，纵、横梁自重，楼面梁自重，楼面上、下各半层的柱及纵、横墙自重。 请注意：在计算重力荷载代表值时，屋面活荷载仅考虑雪荷载。 控制框架结构侧移要 计算两部分内容：一是计算顶层最大侧移，因周期过大，将影响使用；二是计算层间相对侧移，其值过大，将会使填充墙出现裂缝。 引起框架的侧移，主要是水平荷载作用。 对一般的多层框架结构而 言 ，仅需计算由梁柱弯曲变形所产生的侧向位移，而不考虑梁柱的轴向变形和截面的剪切变形所产生的结构侧移，这样计算的框架侧移已能满足工程设计的精度要求。 在竖向荷载作用下要考虑的力包括板 ,墙 ,梁等的自重 ,然后用力矩分配法算 用弯矩分配法计算框架弯矩。 竖向荷载作用下框架的内力分析，除活荷载较大的工业厂房外，对一般的工业与民用建筑可不考虑活载 的不利布置，此法求得的弯矩偏低，但当活荷载占总荷载比例较小时，其影响很小，若活荷载占总荷载比例较大，可在截面配筋时，将跨中弯矩乘～ 的放大系数予以调整。 固端弯距 :梁上的分布荷载含有矩形或三角形荷载，在求固端弯矩时可直接根据图示荷载计算，也可根据固端相等的原则，先将梯形分布荷载及三角形荷载化为等放均布荷载，在此采用后一方法。 在水平荷载作用下采用 D值法 在框架内力组合时 通过框架内力分析，获得了在不同荷载作用下产生的构件内力标准值。 进行结构设计时，应根据可能出现的最不利情况确 定构件内力设计值。 本设计采用了二种类型的组合： (应为没考虑风荷载 ) ⑴竖向荷载效应，包括全部恒载和活载的组合； (2)地震作用效应与重力荷载代表值效应的组合。 取上述而种荷载组合中最不利情况作为截面设计时用的内力设计值。 在截面设计时 ,主要有正截面和斜截面的设计 受弯构件在设计是都要进行抗弯和抗剪设计 ,钢筋混凝土受弯构件的破坏主要有三种形式 .即适筋截面的破坏 ,特点是手拉钢筋先屈服 ,而后受压区混凝土被压碎 ,超筋破坏和少筋破坏是脆性破坏是工程中不允许出现的 ,我们在截面设计是不能出现后面的两种情 况。 受弯构件在弯距和剪力共同作用的区段往往会产生斜裂缝 ,并可能延斜截面发生破坏 ,斜截面破坏带有脆性破坏的性质 ,所以在设计中要加以控制 ,在截面设计时 ,不仅要对截面尺寸加以控制 ,同时还要对对斜截面进行计算 ,配置一定数量的箍筋 . 第 3 章 结构计算书 工程概况 某企业办公楼 ，建筑面积约 ， 按照规划要求层数为 5 层，框架结构。 设两部楼梯。 设计原始资料 地质条件 场区范围内土质构成，处地表向下依次为： A层：杂填土，厚度 ，地基承载力标准值 Fk=80KPa B层：亚粘土，厚度 ~，地基承载力标准值 Fk=150KPa C层：粘土，厚度 5~7m，地基承载力标准值 Fk=240KPa 水文资料 拟建场地地势平坦，自然地表标高 实测最高地下水位 ，水质无侵蚀性。 基本雪压 SO=,基本风压 WO= KN/M2,土壤最大冻结深度。 抗震设防烈度 7 度，设计地震分组第一组，设计基本地震加速度值为。 地质条件：二类 Tg= 材料选用 混凝土楼梯和现浇板和基础采用 C20 其它均采用 C30 钢筋：梁柱纵向受力钢 筋采用热轧钢筋 HRB335 其余采用热轧钢筋 HPB235 墙体：外墙采用灰砂砖其尺寸为 240mm179。 120mm179。 60mm,重度  =18KN/㎡，内隔墙采用水泥空心砖，其尺寸为 240mm179。 120mm179。 60mm 窗： 钢塑门窗  =㎡ 门：  =㎡ 雨蓬采用轻型钢结构雨蓬，厂家定制。 结构选型 ：采用钢 筋混凝土现浇框架结构体系 ：采用现浇钢筋混凝土肋形屋盖，刚柔性相结合的屋面，屋面 板厚 120 ㎜ ：全部采用现浇钢筋混凝土肋形楼盖，板厚 120㎜ ：采用钢筋混凝土板式楼梯 框架计算简图及梁柱线刚度 确定框架计算简图 底层柱高从基础顶面算至二层楼面，基顶标高根据地址条件、室内高差，定为，二层楼面标高为 ，故底层柱高为 ，其余各层柱高从楼面算至上一层楼面（即层高）故均为 ，由此可绘出框架计算简图如下图： 4. 484. 484. 484. 484. 482. 782. 782. 782. 782. 782. 782. 782. 782. 782. 78 图（ 1）梁柱线刚度图 主梁取 bh=300mm600mm 联系梁 bh=250mm400mm 中跨梁 bh=250mm500mm 框架梁柱的线刚度计算 注：对于中框架梁取 I=2 0I 边框为 I= 0I 左边跨梁： i 左边跨 =EI/l=710 KN/㎡ 2112 /=410 i 右边跨 ==i 左边跨 中跨梁： i 中边跨 = EI/l=107KN/㎡ 2121 ()3/=104KN178。 m 上部层各柱： i=107KN/㎡ ()3/121 =104KN178。 m 底层柱： i=107KN/㎡ ()3/121= 令 i 左上层柱 = 则其余各杆件相对线刚度为 i 左边跨梁 =mKN mKN   = i 中跨梁 =mKN mKN   = i 底层柱 =mKN mKN   = 竖向荷载计算 恒载标准值计算 （ 1）屋面 防水层（刚性） 30 厚细石混凝土防水 KM/㎡ 找平层： 15 厚水泥砂浆 20KN/ 3m =㎡ 找平层： 15 厚水泥砂浆 179。 20KN/ 3m =㎡ 找坡层： 40 厚水泥 石灰焦渣砂浆 3‰找平 179。 14KN/ 3m =㎡ 保温层： 80 厚矿渣水泥 179。 KN/ 3m =㎡ 结构层： 120 厚现浇钢筋混凝土板 179。 25 KN/ 3m =3KN/㎡ 合计： ㎡ （ 2）各层走廊楼面 水磨石地面（ 10 ㎜面层、 20 ㎜水泥砂浆打底、素水泥浆结合一道） ㎡ 结构层： 120 厚现浇钢筋混凝土板 179。 25KN/ 3m =3KN/㎡ 抹灰层： 10 ㎜厚混合砂浆 179。 17KN/ 3m =㎡ 合计： ㎡ （ 3）标准层楼面 大理石面层，水泥砂浆擦缝、 30 厚 1： 3干硬性水泥砂浆，面上撒 2 ㎜ 厚素水泥水泥浆结合层一道 ㎡ 结构层： 120厚现浇钢筋混凝土板 012m179。 25KN/ 3m =3KN/㎡ 抹灰层： 10厚混合砂浆 179。 17KN/ 3m =㎡ 合计： ㎡ （ 4）横梁自重 b179。 h=300 ㎜17。