XX办公楼现浇混凝土框架结构设计.doc

XX办公楼现浇混凝土框架结构设计第一章 工程概况1.1 场地情况建筑场地如图1-1所示。场地东西长80米，南北长60米，场地南侧为主要干道，西临次干道，东侧为某单位住宅小区，北侧为预留建筑用地。图1-1 场地情况1.2 设计资料1. 抗震设防烈度为7度；场地类别为类。2. 基本风压 0.55KN/m 基本雪压0.50KN/m；冻结深度：-1.2m3. 场地地质条件：序号岩 土分 类土层深度(m)厚度范围(m)地基承载力fk (kPa)土的容重(kN/m3)桩端土承载力设计值qp(kPa)桩周土摩擦力设计值qs(kPa)1杂填土0.00.90.916.0102粉 土0.92.01.112017.4203中 砂2.02.90.922017.81400304砾 砂2.96.83.931018.32500455圆 砾6.812.86.050018.5350060其中，地下水位：-9.5m，无侵蚀性。1.3 设计参数1.3.1. 建筑面积：7000m210%；1.3.2. 建筑层数：57层；1.3.3. 结构形式：框架结构；1.3.4. 房间使用要求：大办公室：5060m2，10个左右小办公室：2030m2，数量不限大会议室：150200m2，1个中会议室：50100m2，每层1个，男女卫生间：2030m，数量不限。其它如会客室、接待室、阅览室、活动室等公用和服务用房可根据情况自行安排。第二章 建筑设计2.1.设计思想设计一个小型写字楼，满足坚固耐用，构造合理，美观大方，节省经济等2.2.方案论证(三个方案对比分析)方案一 (如图2-1) 图2-1 方案一，底层平面图方案说明:此结构形状一般，无结构变化处，但是柱网容易布置，本结构较突出的特点是在结构右侧一个半圆形的会议室.但是整体给人的感觉一点也不新颖，结构方面，大多数都是小开间，不符合框架结构的特点。方案二 图2-2 方案二 底层平面图方案说明:本方案造型新颖，但是对于所处地段的形状有严重要求，且浪费面积，此结构方案的柱网不容易布置，且对于施工要求比较高，此结构长高比较大，容易出现裂缝，建筑的整体性较差.方案三 图2-3 方案三 底层平面图2.3方案说明本方案采用对称美的思想，比较适合大家的思想，且建筑样式比较新颖，房间组合比较多样，建筑利用率较高，柱网亦较易布置，但本方案抗震性能不是特别好，还有就是楼梯有些多了。2.4 方案确定 综上说明，还是觉得第三个方案比较符合本次毕业设计的要求，建筑面积利用率较高，柱网易布置，房间结构富于变化。最终，我决定了第三个方案为我毕业实际的最终方案。第三章 结构设计3.1 荷载计算3.1.1截面尺寸的选取(1)框架柱（C30混凝土）根据轴压比公式初步估计柱截面尺寸：N/fcbh0.8（二级框架） （3-1） 其中B为修正系数，当柱分别为边柱，等跨中柱和不等跨中柱时，B值分别取1.3, 1.2,。F框架柱的负荷面积Ge框架柱负荷面积上的荷载值，一般取1215 kN/m2n楼层数 取bc=hc=500mm500mm(2) 框架梁由挠度控制：h=（1/8-1/12）l b=（1/2-1/3）h选定横向，纵向框架梁截面尺寸： 次梁截面尺寸为（1/12-1/18）l 选定 (3)楼板厚度1/40*3000=75mm 取h=100mm 楼梯板选为100mm。3.1.2荷载计算(1)恒载屋面（不上人） 保护层改性沥青 0.4KN/m2 20mm厚1:3水泥砂浆找平 200.2=0.4KN/m2 80mmGRC增强水泥聚合苯复合保温板 3.50.1=0.35KN/m2 焦渣找坡最薄处30mm平均厚120mm 100.12=1.2kN/m2 100mm厚钢筋混凝土板 250.1=2.5 kN/m2 20mm厚板下抹灰 170.02=0.34 kN/m2 =4.89kN/m2楼面 水磨石地面 0.65kN/m2 20mm厚1:3水泥砂浆找平层 0.0220=0.4kN/m2 100mm厚钢筋混凝土板 3.0kN/m2 20mm厚板下混合砂浆抹灰 0.34kN/m2 =4.33kN/m2梁重：(考虑抹灰,取梁自重26 kN/m) 主梁重 260.70.3=5.46kN/m 次梁重 260.50.3=3.90kN/m墙重：（砌体与抹灰之和）外墙： 130.37=4.81kN/m内墙： 130.24=3.12kN/m抹灰：外墙面外抹灰：20厚水泥砂浆0.40kN/m外墙面内抹灰及内墙面抹灰：20厚石灰砂浆0.34kN/m保温：外墙60mm厚苯板保温层0.080.2=0.016kN/m总墙重：外墙：4.81+0.4+0.34+0.016=5.77kN/m内墙：3.12+0.342=3.8kN/m柱重： 270.500.50=6.75kN/m（考虑到柱子抹灰，取柱子自重27kN/m3）门、窗：门：0.2kN/m2 窗：0.2kN/m2(2)活荷载屋面，办公室楼面： 2.0 kN/m2走廊，楼面： 2.5 kN/m2沈阳雪载： 0.50 kN/m2沈阳基本风压： 0.55 kN/m23.1.3 计算简图及层数划分 由于结构质量主要集中于各层楼盖和屋盖处，故可将结构简化为图3-1所示的多质点体系，其中G4为第四层上半层高度范围内的全部集中于屋面标高处的质量，其他层质量均取其楼盖及其上、下各一半层高范围内的全部集中于楼面标高处的质量。图 3-1 柱网布置3.1.4 各层荷载重力代表值计算(1) 五层上半层 女儿墙，现浇混凝土，高度0.9m 屋面自重 纵向框架梁 横向框架梁 次梁 柱子 外墙 内纵墙 内横墙 窗自重 五层上半层的恒载 五层上半层的活载：取雪荷载 0.5KN/m2 (2) 标准层楼面板自重梁重柱子外墙内纵墙内横墙窗自重标准层恒荷载标准层活荷载二到五层重力荷载值(3) 二层下半层 柱子 外墙 内纵墙 内横墙 窗重(4) 一层上半层 柱子 外墙 内纵墙 内横墙 窗自重 门自重 楼面板自重 梁重 首层恒荷载 首层活荷载 首层重力荷载值 综上， ,.3.2 水平地震作用下的框架内力分析3.2.1 基本资料 设计概况： 柱截面： 框架梁： 3.2.2水平地震作用下的框架内力(1)梁线刚度 在计算梁线刚度时，考虑楼板对梁刚度的有利影响，即板作为翼缘工作。在工程上，为简化计算，通常梁均先按矩形截面计算某惯性矩I0，然后乘以增大系数。中框架梁I=2.0I0 边框架梁I=1.5I0梁采用C30混凝土，横向框架：边跨梁300mm700mm 中跨梁300mm700mm 中框架 边框架 (2)柱线刚度 柱采用C30混凝土，首层高度（3.6+0.45）=4.05m，2-5层3.3m。 柱截面500mm500mm (3) 柱的侧移刚度D 一般层：， , 首 层：， ，。图3-2 框架各部分线刚度表3-1 柱的侧移刚度层号柱编号ic(N.)KD25层AD4.710101.700.4592.3710412.28104BC4.710105.360.7283.771041层AD3.810102.100.6341.761049.12104BC3.810106.630.8262.30104 满足.3.2.3 水平地震作用分析(1) 框架水平地震作用下及水平地震剪力计算本框架结构符合底部剪力法的适用范围，故采用底部剪力法计算水平地震作用，用顶部位移法计算结构的基本自振周期T1。表3-2 结构顶点侧移层号GiGiDi5743.55743.551228000.0060.1234990.951734.51228000.0143990.952725.451228000.0222990.953716.41228000.0301961.714678.11912000.051 结构顶点侧移ut=0.123 为折减系数 ，框架结构取0.60.7，场地二类，抗震设防烈度7度（0.1g），设计地震分组第一组时，Tg=0.35s，（多遇地震） T1Tg 则，结构总水平地震作用效应标准值 因为且，所以。底部附加地震作用,计算如表3-3所示。表3-3 水平地震作用下的楼层剪力质点HiGiFEKFiVi53.3743.55317.6635.8935.8911.9043.31734.568.53104.4227.7533.32725.4582.21186.6343.6123.33716.477.37264.0059.6114.054678.1153.66317.6674.85注：，取0.016，上表都满足条件。 (2) 水平地震作用下的层间位移和顶点位移计算表3-4 水平地震作用下的层间位移验算层ViHiDi535.893.31228000.290.0000884104.423.31228000.850.0002583186.633.31228001.520.0004612264.003.31228002.150.0006521317.664.05912003.480.000859 =1/550=.001818（钢筋混凝土框架弹性层间位移角）满足弹性位移要求。 (3)水平地震作用下框架柱剪力和柱弯矩（D值法）表3-5 框架柱反弯点高度层54321h3.33.33.33.34.05ZA/DK1.71.71.71.72.1y00.390.440.490.500.55y10.000.000.000.000.00y20.000.000.000.000.00y30.000.000.000.000.00y40.390.440.490.500.55ZB/CK5.365.365.365.366.63y00.450.500.500.500.55y10.000.000.000.000.00y20.000.000.000.000.00y30.000.000.000.000.00y40.450.500.500.500.55表3-6 边柱柱端弯矩计算层HDiDD/DiViVikyM下M上53.3122800237000.19335.896.930.398.9213.9543.3122800237000.193104.4220.150.4429.2637.2433.3122800237000.193186.6336.020.4958.2460.6223.3122800237000.193264.0050.950.5084.0784.0714.0591200201000.193317.6661.310.55136.57111.74表3-7 中柱柱端弯矩计算层HDiDD/DiViVikyM下M上53.3122800377000.30735.8911.020.4516.3620.0043.312280037700.307104.4232.060.5052.9052.9033.3122800377000.307186.6357.300.5085.9585.9523.3122800377000.307264.0081.050.50133.73133.7314.0591200255000.307317.6697.520.55217.22177.73(4)水品地震作用下梁端弯矩的计算表3-8 水平地震作用下的梁端弯矩层LABLBCMABMBAMBCMCB513.956.3513.6513.65446.1621.9947.2747.27389.8840.0897.7797.772142.3169.74149.94149.941195.8198.88212.58212.58(5) 水平地震作用下的梁端剪力和柱轴力标准值 表 3-9 水平地震作用下的梁端剪力和柱轴力标准值层AB跨梁端剪力BC跨梁端剪力柱轴力L(m)Mb左Mb右VbL(m)Mb左Mb右Vb边柱中柱54.813.956.354.23313.6513.659.10-4.23-4.8744.846.1621.9914.20347.2747.2731.51-18.43-22.1834.889.8840.0827.08397.7797.7765.18-45.51-60.2824.8142.3169.7444.183149.94149.9499.96-89.69-116.0614.8195.8198.8861.393212.58212.58141.72-151.08-196.39图3-3 水平地震作用下的框架内力图3.3 风荷载作用下框架内力分析3.3.1 风荷载作用下的层间剪力 地区基本风压 风载体型变化系数 建筑结构高度17.25m30m 取 场地类别按B类计算 风荷载计算如表3-10所示。表 3-10 风荷载计算层51.01.317.251.200.5512.2410.5041.01.313.951.120.5515.8412.6831.01.310.651.020.5515.8411.5521.01.37.351.000.5515.8411.3211.01.34.051.000.5517.6412.613.3.2 风荷载作用下的框架内力(1)风荷载作用下的柱端弯矩表3-11 框架柱剪力计算层水平荷载层剪力Vi（KN）510.5010.500.1930.3072.0263.224412.6823.180.1930.3074.4747.116311.5534.730.1930.3076.70310.662211.3246.050.1930.3078.88814.137112.6158.660.1930.30712.72916.601(2)风荷载作用下反弯点高度比 表 3-12 框架柱反弯点高度比层54321h3.33.33.33.34.05ZA/DK1.71.71.71.72.1y00.390.440.490.500.55y10.000.000.000.000.00y20.000.000.000.000.00y30.000.000.000.000.00y40.390.440.490.500.55ZB/CK5.365.365.365.366.63y00.450.500.500.500.55y10.000.000.000.000.00y20.000.000.000.000.00y30.000.000.000.000.00y40.450.500.500.500.55(3) 风荷载框架柱端弯矩计算表 3-13 框架柱端弯矩计算层ZA/DZB/CYh(m)M下（KNm）M上（KNm）Yh(m)M下（KNm）M上（KNm）51.2872.6074.0781.4854.7885.85241.4526.4968.2681.65011.74111.74131.61710.83911.2811.65017.59217.59221.65014.66514.6651.65023.32623.32612.22828.36023.1922.22836.98730.247(4) 风荷载框架梁端弯矩计算表 3-15 框架梁端弯矩计算层LABLBCMABMBAMBCMCB54.0781.8583.9943.994410.8755.24711.28211.282317.7779.31220.02120.021225.50412.99027.92827.928137.85717.00736.56636.566图3-5 框架剪力及弯矩图3.4. 竖向荷载作用下框架内力分析3.4.1 荷载传递路线图3-6 荷载传递简图3.4.2 恒载 屋面梁上线荷载标准值 梁重 屋面板荷载屋面板边跨为，属于双向版（按塑形计算）为梯形荷载。 折减系数 中跨 4.8m3.0m，属于双向版，为三角形荷载。 折减系数 5/8=0.625梯形荷载折减系数 屋面梁上线荷载标准值为边跨中跨楼面梁上线荷载标准值为边跨中跨3.4.3活载 屋面 边跨中跨 楼面边跨中跨3.4.4 框架内力计算 (1) 框架计算简图图3-7 框架计算简图(2) 梁固端弯矩表3-16 竖向荷载作用下框架的固端弯矩荷载部位跨度边跨均布荷载固端弯矩跨度中跨均布荷载固端弯矩左右左右恒载顶层4.815.92-30.5730.57312.80-9.69.6其他层4.814.72-28.2628.26311.96-8.978.97活载顶层4.80.11-2.112.1130.08-0.060.06其他层4.84.28-8.228.2233.75-2.812.81(3) 内力分配系数计算 转动刚度S及相关转动刚度S计算表 3-17转动刚度S及相关转动刚度S构件名称转动刚度S(KNm)相对转动刚度S框架梁边跨1.000中跨1.063框架柱2-5层0.5901层0.480 分配系数计算表3-18 各种杆件分配系数节点层左梁右梁上柱下柱边节点51.000+0.590=1.5900.6290.37141.000+0.590+0.590=2.1800.4580.2710.27131.000+0.590+0.590=2.1800.4580.2710.27121.000+0.590+0.590=2.1800.4580.2710.27111.000+0.590+0.480=2.0700.4830.2850.232中间节点51.000+1.063+0.590=2.6530.3770.4010.22241.000+1.063+0.590+0.590=3.2430.3080.3280.1820.18231.000+1.063+0.590+0.590=3.2430.3080.3280.1820.18221.000+1.063+0.590+0.590=3.2430.3080.3280.1820.18211.000+1.063+0.590+0.480=3.1330.3190.3390.1880.154 弯矩分配与传递图3-8 恒载作用下的弯矩分配图3-9 活载作用下的弯矩分配图3-10 恒载作用下的弯矩图图3-11 活荷载作用下的弯矩图表 3-19 恒载作用下的弯矩层AB跨BC跨CD跨左中右左中右左中右5-15.2223.5829.32-21.16-6.7621.16-29.3223.5815.224-18.8623.4119.10-11.841.6211.84-19.1023.4118.863-20.4422.7118.92-12.031.4212.03-18.9222.7120.442-20.4422.7018.94-12.011.4412.01-18.9422.7020.441-18.0419.7227.31-17.23-3.7817.23-27.3119.7218.04在竖向荷载作用下，对梁端弯矩进行调幅，取0.9. 表 3-20 恒载作用下的弯矩（调幅后）层AB跨BC跨CD跨左中右左中右左中右5-13.7026.1226.39-19.04-4.6419.04-26.3923.5813.704-16.9725.3117.19-10.662.8010.66-17.1923.4116.973-18.4024.6817.03-10.832.6210.83-17.0322.7118.402-18.4024.6717.05-10.812.6410.81-17.0522.7018.401-16.2422.0224.58-15.51-2.0615.51-24.5819.7216.24表 3-21 活荷载作用下的弯矩层AB跨BC跨CD跨左中右左中右左中右5-0.79-0.260.37-0.050.040.05-0.37-0.260.794-5.455.608.01-5.04-0.825.04-8.015.605.453-5.945.288.15-4.89-0.674.89-8.155.285.942-5.865.268.27-4.76-0.544.76-8.275.265.861-5.238.828.00-5.15-0.935.15-8.008.825.233.4.5 梁端剪力均布荷载下： ，（b为柱截面宽）（1） 恒载作用下梁端剪力 表3-22 恒载作用下AB梁端剪力AB跨梁端剪力层gLql/2M/LV左V右V左，V右，515.924.838.212.9435.2741.1531.2937.17414.724.835.330.0535.2835.3831.6031.70314.724.835.33-0.3235.6535.0131.9731.33214.724.835.33-0.3135.6435.0231.9631.34114.724.835.331.9333.4037.2629.7233.58表 3-23 恒载作用下BC跨梁端剪力BC跨梁端剪力层gLql/2M/LV左V右V左，V右，512.80319.20019.2019.2016.0016.00411.96317.94017.9417.9414.9514.95311.96317.94017.9417.9414.9514.95211.96317.94017.9417.9414.9514.95111.96317.94017.9417.9414.9514.95（2）活载作用下梁端剪力表3-24 活载作用下AB跨梁端剪力AB跨梁端剪力层gLql/2M/LV左V右V左，V右，50.114.80.26-0.080.340.180.310.1544.284.810.270.539.7410.808.679.7334.284.810.270.469.8110.738.749.6624.284.810.270.509.7710.778.709.7014.284.810.272.777.5013.046.4311.97表3-25活载作用下BC跨梁端剪力BC跨梁端剪力层gLql/2M/LV左V右V左，V右，50.0830.1200.120.120.100.1043.7535.6205.625.624.684.6833.7535.6205.625.624.684.6823.7535.6205.625.624.684.6813.7535.6205.625.624.684.683.4.6 柱轴力和剪力（1） 恒载作用下的柱轴力和剪力表 3-26恒载作用下的中柱轴力和剪力层截面横梁剪力纵向荷载柱重N轴力剪力5上端35.27121.2522.28156.52156.527.55下端178.80178.804上端35.28135.2922.28170.57349.376.60下端192.85371.653上端35.65135.2922.28170.94542.596.19下端193.21564.812上端35.64135.2922.28170.93873.586.19下端193.21758.081上端33.40135.2924.30168.69928.793.26下端192.99953.09表 3-27 恒载作用下的边柱轴力和剪力层截面横梁剪力纵向荷载柱重N轴力剪力5上端60.35177.0322.28237.38237.383.66下端259.66259.664上端53.32189.1322.28242.45502.112.06下端264.73524.393上端53.59189.1322.28242.72767.112.09下端265.00789.392上端52.96189.1322.28242.091031.482.99下端264.371053.761上端55.20135.2924.30244.331300.111.56下端268.631322.39（2）活载作用下的柱轴力和剪力表3-28活载作用下的柱轴力和剪力层VA纵向荷载A柱轴力A柱剪力VB左VB右纵向荷载B柱轴力B柱剪力50.348.669.000.90.180.1222.4322.730.5149.7621.8331.571.8910.85.6236.9353.351.0239.8121.8331.641.8210.735.6236.9353.280.9729.7721.8331.601.7510.775.6236.9353.321.1317.5021.8329.330.9213.045.6236.9355.590.633.5 荷载组合及最不利内力确定3.5.1 梁的内力组合 （1） 梁端弯矩调幅 考虑抗震需要，梁端应该先于柱端出现塑性绞，故对于竖向荷载下的梁端负弯矩进行调幅，调幅系数为0.9，并相应地增大跨中弯矩。表 3-29 恒载作用下的弯矩（调幅后）层AB跨BC跨CD跨左中右左中右左中右5-13.7026.1226.39-19.04-4.6419.04-26.3923.5813.704-16.9725.3117.19-10.662.8010.66-17.1923.4116.973-18.4024.6817.03-10.832.6210.83-17.0322.7118.402-18.4024.6717.05-10.812.6410.81-17.0522.7018.401-16.2422.0224.58-15.51-2.0615.51-24.5819.7216.24表 3-30 活载作用下的弯矩（调幅后）层AB跨BC跨CD跨左中右左中右左中右5-0.71-0.220.33-0.040.050.04-0.33-0.260.714-4.906.287.21-4.54-0.324.54-7.215.604.903-5.355.987.34-4.40-0.184.40-7.345.285.352-5.275.987.44-4.28-0.064.28-7.445.265.271-4.716.387.20-4.64-0.424.64-7.208.824.71（2） 控制截面计算 控制界面梁：梁端支座边缘截面，跨中截面。柱：上下柱端支座边缘截面。 梁柱边缘控制界面处M，V的计算。控制截面剪力： 控制截面弯矩： 表 3-31 水平地震作用下AB跨梁控制截面内力层Vb左端右端跨中MMMMM54.230.513.9512.896.355.293.8414.200.546.1642.6121.9918.4412.08327.080.589.8883.1140.0833.3128.28244.180.5142.31131.2669.7458.7036.28161.390.5195.81180.4698.8883.5356.14表 3-32水平地震作用下BC跨梁控制截面内力层Vb左端右端跨中MMMMM59.100.513.6511.3813.6511.380431.510.547.2739.3947.2739.390365.180.597.7781.6897.7781.680299.960.5149.94124.95149.94124.9501141.720.5212.58177.15212.58177.150表 3-33 风荷载作用下AB跨梁控制界面内力层Vb左端右端跨中MMMMM51.240.54.0783.7681.8581.5481.1143.360.510.87510.0355.2474.4072.81435.640.517.77716.3679.3127.9024.23228.020.525.50423.49912.99010.9856.257111.430.537.85735.00017.00714.15010.425表 3-34风荷载作用下BC跨梁控制界面内力层Vb左端右端跨中MMMMM52.660.53.9943.3293.9943.329047.520.511.2829.40211.2829.4020313.350.520.02116.68020.02116.6800218.620.527.92823.27027.92823.2700124.380.536.56630.47036.56630.4700表 3-35 竖向荷载作用下AB跨梁左端截面处的内力层b恒载活载重力荷载MVMMVMMVM50.5-13.7031.29-5.88-0.710.31-0.63-14.0631.44-6.2040.5-16.9731.60-9.07-4.908.67-2.73-19.2235.94-10.4