多层框架结构办公楼设计-土木工程毕业论文

多层框架结构办公楼设计-土木工程毕业论文内容摘要：

层的层高考虑到首层人员比较集中，为了提供比较宽敞和明亮的使用空间，再加上首层有很多设备管道，所以首层采用较高的层高 ，室内外高差采用。 根据总建筑面积的要求，该办公楼采用五层，总建筑高度为 ，其高宽比为 ，满足 8 度抗震设防烈度区建筑物高宽比不允许超过 3 的 要求。 另外从室内采光和通风的角度考虑，窗台的高度取为 ，窗高度取为 ，屋顶女儿墙高度为。 详细的建筑 1－ 1剖面图见附录某多层框架结构办公楼建施 05。 (1)结构类型的选择 建筑结构按照结构所用材料分类时可分为： ○1 砌体结构，包括砖石、砌块和砌体结构； ○2 混凝土结构，包括混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土结构； 7 图 首层建筑平面布置图 8 ○3 钢结构； ○4 钢－混凝土组合结构。 一般来讲，砌体结构主要用于建造多层住宅、办公楼 、 教学楼以及轻型工业厂房等；钢结构多用于超高层建筑、大跨度空间结构建筑以及重型或有特殊要求的工业厂房等；其他情况均可采用钢筋混凝土结构。 具体的来讲，砌体结构：由于取材容易，造价较低，施工方便，因而广泛应用于多层建筑中。 但由于砌体是一种脆性材料，其抗剪、抗拉、抗弯能力均较低，所以其抗震能力较差，一般在 8 层以下的建筑中采用砌体结构。 钢筋混凝土结构：由于具有取材丰富，造价低廉，强度高、刚度 大，耐火性、耐久性以及延性等良好，而且结构布置灵活方便，可组成多种结构体系等优点，因此，目前在我国的各类建筑中得到非常广泛的应用，并且占有主导地位。 但是钢筋混凝土结构的主要缺点是结构自重大、体积大、容易开裂 、 施工速度慢等，为了克服这些缺点，近年来不断开发了高强度混凝土、轻骨料混凝土、预应力混凝土、预制装配式混凝土等，都得到了很好的发展。 钢结构：由于强度高、自重轻、延性及抗震性能好，而且施工方便，能有效的缩短施工工期，所以对大跨度、大空间、多用途以及超高层建筑，大多数采用钢结构。 但钢结构比混凝土结构造价高， 防腐和防火性能差，需要采用防腐和防火措施，从而增加了总的造价。 目前我国钢结构用得并不多，其中工程设计施工技术人员对于钢结构的设计 和 施工不太熟悉，也是 其中 原因 之一。 但是，近年来随着我国国民经济的发展，钢产量有了大幅度提高，国家也提倡采用钢结构，确实，钢结构在近年来特别是在超高层建筑和大跨度空间结构中，应用的越来越多。 钢－混凝土组合结构：由于充分发挥了钢和混凝土两种材料各自的优点，可以得到很好的经济技术效果。 钢－混凝土组合结构是将型钢放在构件内部，外部用钢筋混凝土包成，故称型钢混凝土；或者是在圆钢管或方钢管内 部填充混凝土 或 钢筋混凝土，做成外包钢构件，故称钢管混凝土。 在我国高层或超高层建筑中，型钢混凝土结构用得越来越多，比如北京的香格里拉饭店、长富宫饭店、上海的国内第一高楼金贸大厦 (420m)以及正在施工的世界第一高楼 492m、 101 层的上海环球金融中心等都采用了型钢混凝土结构。 鉴于本多层办公楼层数不多，只有五层，对抗侧移刚度的要求不高，所以选用钢筋混凝土结构，可以充分发挥结构布置灵活方便，可组成多种结构体系的优点。 至于砌体结构和钢结构则不予考虑，因为该办公楼位于 8 度抗震设防烈度区域内，砌体结构抗震能力差，而钢 结构的相对造价比较高。 综合考虑之后选用钢筋混凝土结构。 (2)结构体系的选择 多层和高层建筑中常用的结构体系有： ○1 框架结构； ○2 框架－剪力墙结构或框支－剪力墙结构； ○3 剪力墙结构； ○4 筒体结构，包括框筒、筒中筒以及成束筒体结构； ○5 巨型结构。 框架结构是由梁和柱构件通过节点连接形成刚接的骨架结构。 其优点是，建筑平面布置灵活，能获得较大空间，可以构成丰富多变的 立面造型。 其缺点是侧向刚度较小，在地震作用下非结构构件 (如填充墙、建筑装饰等 )容易破坏，但框架结构可以通过合理的设计，使之具有良好的延性，成为延性框架。 这种延性框架在地震作用下可以具有良好的抗震性能。 钢筋混凝土框架结构按施工方式的不同，可分为全现浇式、半现浇式、装配式以及装配整体式框架结构四种形式。 本多层办公楼设计充分考虑框架结构的优缺点和施工方法，决定采用钢筋混凝土全现浇式框架结构。 全现浇式框架结构为梁、板、柱全部构件均在现场现浇成整体，结构整体性好，抗震性能好，构件 9 尺寸不受标准构件所限制，对各种使用 功能的适应性大。 缺点是模板消耗量多，现场工作量大，但可以通过定型化钢模板和泵送混凝土等加以改进。 半现浇式框架结构为梁、柱现场浇筑，楼板为预制。 由于采用预制板可以大大减少现场浇筑混凝土的工作量，大量节省模板，但需要浇筑一层 40～ 50mm厚的混凝土面层，以提高结构的整体性。 装配式框架结构为全部构件工厂预制，有利于保证构件质量，现场装配，工作量少，施工速度快。 缺点是结构整体性差，抗震性能也较差。 装配整体式框架结构为在现场将预制构件吊装就位后，再通过浇筑节点混凝土，形成整体框架结构，既发挥了装配式施工方法的优 点，又保持了现浇施工方法整体性好的优点。 但总的来说，整体刚度还比较弱，故在地震区不提倡选用装配整体式框架结构，避免采用装配式框架结构，而优先考虑选择全现浇式框架结构。 因此，本设计选择了全现浇式钢筋混凝土框架结构。 剪力墙结构：是由钢筋混凝土墙体互相连接构成的承重墙结构体系。 在地震区，因其主要用于承受水平地震作用，故也称为抗震墙。 其优点是结构整体性强，抗侧刚度大，侧向变形小，施工相对简便和快速，适于建造较高建筑，而且具有承受强烈地震，裂而又不倒的良好性能。 但其缺点是结构自重大，导致较大的地震作用；建筑平面布置 局限性大，较难获得较大的建筑空间，因此它适合用于高层住宅和宾馆等建筑。 另外，为了满足底层大空间的要求，取掉一部分剪力墙就形成了框支－剪力墙结构，上部一般用于住宅和宾馆等，下部为提供大空间的公共建筑，目前主要用于商住楼。 框架－剪力墙结构：为了充分发挥框架结构“建筑平面布置灵活”和剪力墙结构“抗侧刚度大”的特点，当建筑物需要有较大的空间且其高度超过了框架结构的合理高度时，可以采用框架和剪力墙共同工作的结构体系。 在框架结构中，在适当的部位加一定数量的剪力墙形成框架－剪力墙结构，其中剪力墙承担大部分水平荷载；而框 架只承担较小一部分的水平荷载，主要承担 竖向 荷载。 框架－剪力墙结构常用于建造高层办公楼、教学楼等需要有大空间的房屋，也可以用于建造高层住宅、宾馆等建筑，建造高度可以达到 20～ 30层。 筒体结构：主要由核心筒结构和框架结构所组成。 核心筒一般由布置在电梯井、楼梯间及设备管线井道四周的钢筋混凝土墙所组成，一般位于房屋的中部，故称核心筒，而且筒壁上仅开有少量洞口，故有时也称为“实腹筒”。 框筒是由布置在房屋四周的密排柱与高跨比很大的窗间梁所组成的一个多孔筒体。 从形式上看，犹如由四榀平面框架在房屋的四角组合而成，故称为 框筒结构。 因其立面上开有很多窗洞，故有时也称为“空腹筒”。 筒体结构的主要形式由框筒结构、核心筒结构、筒中筒结构、框架－核心筒结构、成束筒结构和多重筒结构。 筒体结构抗侧刚度很大，整体性好；建筑布置灵活，能够提供很大的、可以自由分隔的内部使用空间，因此特别适用于多功能、多用途的超高层建筑。 巨型结构：由两级结构组成，第一级巨型框架一般由电梯井、楼梯间等组成巨型柱，每隔若干层设 1～2层高的梁 (一般为 桁 架 )作为巨型梁，组成主要承受水平和竖向荷载的巨型框架，其余楼层作为荷载落在巨型框架上，做成二级框架－楼面框架。 巨 型框架结构在建筑上可以给人以巨型骨架的结构感觉，也为建筑上布置大空间提供了方便。 巨型结构除巨型框架结构之外 ， 还可以有在建筑外筒形成巨型斜撑的巨型 桁 架结构 ,它可以充分体现巨型斜撑的结构美。 还有一种是核心筒体加外周边规则布置的巨型柱结构 ,也就是核心筒－巨型柱结构。 (3)屋盖 (楼面 ) 体系的选择 多层与高层建筑中各竖向抗侧力结构 (框架、剪力墙、筒体等 )是依靠水平楼面结构连成整体的，水平力通过楼板平面进行传递和分配。 因此，要求楼板在自身平面内有足够大的刚度。 常用的楼板体系有，现浇楼面结构和装配整体式楼面结构体系。 抗震区一般优先采用现浇楼面结构，因此本设计采用现浇楼面结构体系，以提高框架结构的整体性和结构的抗侧刚度。 (4)基础选型 多层与高层建筑的基础选型应根据上部结构形式、工程地质、施工条件等因素综合考虑确定。 可以选用的基础形式有，柱下独立基础、条形基础、十字交叉基础、筏板基础、箱形基础以及桩基础。 基础 10 的埋置深度也必须满足地基变形和稳定的要求，以减少建筑物的整体倾斜，防止倾覆及滑移。 基础的埋置深度，采用天然地基时可以不小于建筑物高度的 1/12；采用桩基础时可以不小于建筑物高度的 1/15，桩的长度不计在埋置深度之 内。 该多层办公楼由于采用框架结构，层数不多，只有 5 层，柱轴力不大，而且地基条件比较好，其粉质粘土层的承载力特征值可达 280kPa，所以采用柱下独立基础，其埋置深度为标准冻结深度。 (5)结构设计所遵循的主要设计规范规程 在本多层框架结构办公楼结构设计中，主要参考的设计规范和规程有： ○1 建筑结构荷载规范 (GB500092020)； ○2 混凝土结构设计规范 (GB500102020)； ○3 建筑抗震设计规范 (GB500112020)； ○4 建筑地基基础设计规范 (GB500072020)； ○5 高层建筑钢筋混凝土结构技术规程 (JGJ32020)。 (1)结构布置原则 ○1 结构平面形状和立面体型宜简单、规则、使各部分刚度均匀对称，减少结构产生扭转的可能性； ○2 控制结构高宽比，以减少水平荷载下的侧移； ○3 尽量统一柱网及层高，以减少构件种类规 格，便于设计与施工； ○4 房屋的总长度宜控制在最大温度伸缩缝间距内，当房屋长度超过规定值时，可设伸缩缝将房屋分成若干温度区 段。 该办公楼根据上述结构布置的原则，结构平面采用单一的“一”字形平面；立面上也采用平整的立面，避免凹进或凸出。 平面上各房间尽量布置对称，楼梯的布置也要对称，使各部分的刚度均匀，减少结构产生扭转的可能性。 该框架结构的高宽比为，  ，小于《高层规程》 JGJ32020 第 条规定的高宽比限值为 3的要求。 在柱网布置上 尽量采用统一的柱网，横向采用 ；纵向除了门厅部分均采用 的单一跨度，便于设计与施工。 另外，该办公楼的总长度为 ，虽然超过了《砼规范》 GB500102020第 55m的要求，但采用一些构造和施工措施，不设伸缩缝。 (2)柱网布置与层高的确定 在该框架结构的柱网布置上，根据建筑平面设计和结构布置的原则，采用内廊式的建筑平面，中间为走廊，两侧为办公室。 因此，横向为四排柱三跨对称布置的框架，其跨度分别为 、 ；在纵向有 16榀横向 框架，除了门厅之外横向框架之间的跨度均为。 门厅部分的跨度为。 根据建筑剖面和立面设计的要求，标准层层高采用 ，首层考虑到人员比较集中和各种管线较多，故采用层高。 (3)承重框架的布置 柱网确定后，沿房屋的纵横两方向均应布置梁系，因此，实际的框架结构是一个空间受力体系。 但为了计算分析方便起见，可以把实际空间框架结构看成纵横两个方向的平面框架，这种简化仅限于方形或矩形的规则平面。 沿建筑物长向的称为纵向框架，沿建筑物短向的称为横向框架。 它们分别承受各自方向上的水平力，而楼面竖向荷载则 依楼盖结构布置方式的不同而按不同的方式传递。 按楼面竖向荷载传递路线的不同，承重框架的布置方案可以有横向框架承重、纵向框架承重和纵横向框架混合承重等几种方案。 ○1 横向框架承重方案： 11 横向框架承重方案是在横向布置框架承重梁，楼面竖向荷载由横向梁传至柱而纵向布置连系梁。 横向框架往往跨数少，主梁沿横向布置有利于提高建筑物的横向抗侧刚度。 而纵向框架则往往仅按构造要求布置较小的连系梁，这也有利于房屋室内的采光与通风。 ○2 纵向框架承重方案： 纵向框架承重方案是 在在纵向布置框架承重梁，在横向布置连系梁。 因为 楼 面荷载由纵向梁传至柱子，所以横向梁高度小，有利于设备管道的穿行，可获得较高的室内净高。 但其缺点是房屋的横向抗侧刚度较差，进深尺寸受到预制板长度的限制。 ○3 纵横向框架混合承重方案： 纵横向框架混合承重方案是在两个方向均需布置框架承重梁以承受楼面荷载。 对于柱网较小的现浇楼面，楼板可以不设次梁或井字梁直接支承在框架主梁上。 由于这种方案沿两个方向传力，因此各杆件受力较均匀，整体性能好，有利于抗震。 由于本办公楼位于地震区，考虑到地震方向的 随意性以及地震产生的破坏效应较大，因此，采用双向框架承重方案 和 现浇楼面的屋楼盖体系，而且主体结构纵横向均采用刚接的结构体系，形成双向抗侧力体系。 (4)变形缝设置 变形缝是伸缩缝、沉降缝和防震缝的总称。 它们的作用各不相同，设置要求也有区别。 由于变形缝设置上处理不当房屋开裂破坏的现象时有发生，因此进行结构布置时要认真加以考虑，而且在多层或高层建筑结构中，应尽量少设缝或不设缝，这样可以简化构造、方便施工、增强结构整体性和空间刚度。 为此，在建筑设计时，可以通过调整平面形状、尺寸、体型等措施；在结构设计时，可以通过 选择节点连接方式、配置构造钢筋、设置刚性层等措施；在施工阶段，可以通过分阶段施工、设置后浇带、做好保温隔热层等措施，来防止由于温度变化、不均匀沉降、地震作用等因素所引起的结构或非结构构件的损坏。 ○1 伸缩缝的设置，主要与结构的平面长度有关。