某综合楼设计

安徽建筑大学

毕业设计（论文）

课程名称：某综合楼设计

姓名：

学号：

专业：土木工程

指导老师：

完成时间：

目录

某综合办公楼的设计 (4)

摘要 (4)

第一篇结构设计 (6)

1 结构设计技术条件 (6)

1.1工程概况 (6)

1.2设计依据 (6)

1.3荷载取值 (7)

1.4结构总体布置 (9)

1.5主要承重构件及墙体截面尺寸 (9)

1.6基础 (9)

1.7材料 (9)

1.8结构计算原则和方法 (10)

2 结构方案 (10)

2.1结构体系 (10)

2.2结构布置 (10)

2.3计算简图 (13)

3 框架侧移刚度计算 (14)

3.1梁柱线刚度计算 (14)

3.2柱侧移刚度D值计算 (14)

4 重力荷载计算 (16)

4.1屋面及楼面的永久荷载标准值 (16)

4.2屋面及楼面可变荷载标准值 (17)

4.3梁、柱、墙、门、窗重力荷载计算 (17)

4.4重力荷载代表值计算 (19)

5 横向水平地震作用下框架内力和侧移计算 (21)

5.1横向自振周期计算 (21)

5.2水平地震作用及楼层地震剪力计算 (22)

5.3水平地震作用下的位移验算 (23)

5.4水平地震作用下框架内力计算 (24)

6 竖向荷载作用下框架结构的内力计算 (29)

6.1计算单元 (29)

6.2荷载计算 (29)

7 内力组合 (46)

7.1组合原则 (46)

7.2框架梁内力组合 (48)

7.3框架柱内力组合 (52)

8 截面设计 (58)

8.1框架梁截面设计 (58)

8.2框架柱截面设计 (61)

9 基础设计 (68)

9.1基础参数选取 (68)

10板的设计 (67)

11楼梯设计 75 参考文献 (77)

某综合办公楼的设计

摘要

本工程为某市拟建一栋综合办公楼，结构形式为现浇钢筋混凝土框架结构，屋盖及楼盖采用现浇式钢筋混凝土结构。总长度为57.0m，总宽度为17.4m, 总高度为16.20m，共四层，一层高为3.9m，其它层层高均为3.6m。

本毕业设计主要完成以下内容：

一、建筑设计

根据建筑的使用功能进行建筑的平面布置及建筑造型设计，并确定建筑材料及绘制建筑施工图。

1.各层会议室和办公室共约3600m2；

2.楼梯、走道、厕所等部分约400m2；

3.屋面：柔性防水屋面；

4.墙面：外墙为240mm厚空心砖；内墙为200mm厚空心砖或轻质隔墙；

5.装修：

外墙：面砖、涂料、石材、集石、喷涂等；

内墙：卫生间瓷砖，其余房间普通粉刷；

楼地面：地砖或石材；

顶棚：门厅宜吊顶，其他均为普通粉刷；

门窗：喷塑铝合金窗等。

二、结构设计

1.结构布置及结构计算简图；

2.确定梁、柱截面尺寸；

3.荷载计算，包括重力荷载、水平地震作用等；

4.荷载效应组合；

5.梁、柱配筋计算；

6.基础设计；

7.绘制结构施工图；

8.利用计算机程序进行结构分析。

关键词：钢筋混凝土；框架结构；抗震设计；结构计算

Some office building design

This project for some office building, the main body structure uses the cast-in-place reinforced concrete portal frame construction, the total length is 57.0m, the overall width is 17.4m, the gross altitude is 15.42m, altogether four, one high is 3.9m, other building store heights are 3.6m.

The purpose of the graduation design including the following contents:

I. Architecture Design

according the building function to arrange the rooms of the building, determine the architectural style and the material of the building and draw the architectural working drawing.

1. The meeting room and office, a total of about 3600 m2 of each layer;

2. The stairs, corridor, toilets etc. Part of about 400 m2;

3. The roof: flexible waterproof roofing;

4. Metope: exterior wall is 240 mm thick hollow bricks; Interior wall is 200 mm thick hollow bricks or light weight partition wall;

5. Repair:

Exterior wall: face brick, coating, stone, stone, spraying, etc.;

Interior walls, bathroom tile, ordinary paint the rest of the room;

Floors: floor tile or stone;

Ceiling: appropriate condole carries on the hallway, the other for ordinary paint;

Doors and Windows, plastic spraying aluminium alloy window, etc.

II. Strcture Design

1. Determine the construction arrangement and the calculate concise picture.

2.Determine beam、column cross-section size.

3. Load calculate. Including gravity load、horizontal earthquake load and so on.

4. Load effect combination.

5. Calculate the required reinforcing bar of the beam and column.

6. Foundation design

7. Draw the working drawing of building structure.

8. Strcture analysis by computer program.

Key words

reinforced concrete；frame structure；anti-seismic design；structure calculation

第一篇结构设计

1 结构设计技术条件

1.1 工程概况

项目名称：某综合办公楼

建设地点：某市

建筑面积：4038.85 m2

建筑高度：16.20m

层高：一层3.9m，二~ 四层3.6m

层数：4层

1.2 设计依据

1.2.1 国家标准

（1）国家标准. 建筑结构荷载规范（GB 50009－2001）2006

（2）国家标准. 建筑抗震设计规范（GB 50011－2001）

（3）国家标准. 建筑工程抗震设防分类标准（GB 50223－2004）

（4）国家标准. 混凝土结构设计规范（GB 50010－2002）

（5）国家建筑标准设计图集. 建筑物抗震构造详图（03G329－1）

（6）国家标准. 建筑地基基础设计规范（GB 50007－2002）

1.2.2 地质勘察报告

（一）场地与环境

1）场地标高35.28--35.00m。

2）工程地质

根据钻孔实测结果，地下水位在32.85--32.59，对混凝土无浸蚀作用

3）拟建楼区地基土情况如下：

1层为杂填土：厚1.6m左右，层底标高33.40m以上，构成比较复杂，力学性质差异明显，不宜直接作为地基使用。

2层为粘土：平均厚度6m左右，曾底标高均在27.00米--28.00米，fk=180Kpa，液性指数为0.75，孔隙比e=0.85.

（二）结论及建议

1）1层土：工程地质条件差，应清除。

2）建议选用2层粘土为持力层，基础选用天然浅基础。如下独立基础、联合基础或条形基础。（三）技术条件

1）、拟建工程位于市区。

2）、气象质料：（1）基本雪压0.5KN/M2;(2)基本风压 0.35KN/M2；（3）主导风向：东南风。 3）、耐火等级：一级。

4）、抗震设防要求：7度设防。

1.2.3结构设计参数

技术指标技术条件取值依据

建筑结构安全等级二级《建筑结构可靠度设计统一标准》

设计使用年限50年《建筑结构可靠度设计统一标准》

抗震设防烈度7度《建筑抗震设计规范》

建筑抗震设防类别丙类《建筑工程抗震设防分类标准》

设计基本地震加速度0.05g 《建筑抗震设计规范》

设计地震分组第一组《建筑抗震设计规范》

场地类别Ⅱ类《建筑抗震设计规范》

房屋抗震等级四级《建筑抗震设计规范》

1.2.4 抗震设计参数

地震影响水平地震影响

系数最大值

特征周期取值依据

多遇地震=

max

α0.08

=

g

T0.35 《建筑抗震设计规范》

罕遇地震=

max

α0.50

1.3 荷载取值

1.3.1 风荷载、雪荷载

荷载类型取值（kN/m2）取值依据

基本风压0.35 《建筑结构荷载规范》

基本雪压0.5 《建筑结构荷载规范》

1.3.2 楼面、屋面活荷载标准值

荷载类型取值（kN/m2）取值依据

房间 2.0

《建筑结构荷载规范》卫生间 2.0

走廊、门厅、楼梯 2.0

屋面0.5

1.3.3 结构重要性系数、荷载分项系数、可变荷载组合值系数等系数取值

非抗震设计

极限

状态

系数名称系数取值取值依据

承载能力

结构重要性系数=

γ 1.0

《建筑结构可靠度设计

统一标准》

永久

荷载

分项

系数

当其效

应对结

构不利

时

由可变荷载效应

控制的组合

=

G

γ 1.2

《建筑结构可靠度设计

统一标准》

由永久荷载效应

控制的组合

=

G

γ 1.35

当其效应对结构有利时=

G

γ 1.0

续表

极限

状态

系数名称系数取值取值依据

承载能力可变荷

分项系

数

当其效应对结构不利时

Q

γ＝1.4

《建筑结构可靠度设计

统一标准》当其效应对结构有利时

Q

γ＝0

正常使用楼面活荷载组合值系数

i c

ψ＝0.5 《建筑结构荷载规范》

屋面活荷载组合值系数

i c

ψ＝0 《建筑结构荷载规范》

风荷载组合值系数

i

c ψ

＝0 《建筑结构荷载规范》

抗震设计

系数名称 系数取值 取值依据

承载力抗震调整系数

梁（受弯）：0.75

《建筑抗震设计规范》

轴压比小于0.15的柱：0.75 轴压比不小于0.15的柱：0.8 各类构件（受剪）：0.85

重力荷载分项系数 G

γ

＝1.2 《建筑抗震设计规

范》

水平地震作用分项系数 Eh

γ

＝1.3 竖向地震作用分项系数

E v

γ＝0

1.4 结构总体布置

（1）平面、立面布置

结构平面布置规则、对称，质量和刚度变化均匀。 （2）柱网布置

采用大柱网，柱网尺寸（7.5m+2.4m+7.5m ）×7.2m 。

1.5 主要承重构件及墙体截面尺寸

（1）柱： 500mm ×500mm ；

（2）梁：AB(CD)跨横梁300mm ×700mm ，次梁250mm ×550mm ， 纵梁300mm ×700mm ；

（3）楼盖、屋盖：现浇混凝土楼（屋）盖，板厚100mm ；

1.6 基础

（1）基础形式：柱下独立基础； （2）基础埋深：2.0m ；

1.7 材料

混凝土强度等级

梁、板一～四层：C20

柱一～四层：C25

基础C25

钢筋

构件受力钢筋箍筋或构造钢筋

板HPB235 HPB235

梁HRB335 HPB235

柱HRB335 HRB335

基础HRB335 HPB235

1.8结构计算原则和方法

1.8.1 手算：

采用简化方法计算结构内力和位移，即沿结构纵横两主轴方向，按平面抗侧力结构计算结构的内力和位移。

1.8.2 电算：

(1) 软件名称：PKPM

(2) 版本：2005.08

(3) 编制单位：中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部

2 结构方案

2.1 结构体系

本建筑为综合楼，内设有会议室、办公室等，房间使用面积变化大，故选择建筑平面布置比较灵活的框架结构体系，框架结构建筑立面容易处理，结构自重较轻。且本建筑楼层数为四层，选用钢筋混凝土框架结构能够获得较好的经济效益。

2.2 结构布置

2.2.1 结构平面布置图

根据该房屋的使用功能及建筑设计的要求，进行了建筑平面、立面及剖面设计，其标准层建筑平面图、剖面图分别见建筑设计部分图1.2和图1.3。根据建筑平面图可知采用大柱网较为经济合理，拟定柱距为7.2m ，跨度为7.5m+2.4m+7.5m 。 2.2.2 构件材料及尺寸

（1）现浇板

楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，因板长边与短边之比为7.5/3.6>2.0，所以本设计按短边方向受力的单向板计算，沿长边方向布置足够数量的构造钢筋。根据工程经验，板厚h 应满足：

mm

70mm

9040

360040

min =≥==≥

h h l h

故取mm h 100=。

（2）框架几何尺寸 1) 横向框架梁

h=(1/8～1/12)l=(1/8～1/12) ×7500=938～625mm 取h=700mm b=(1/2～1/3)h=(1/2～1/3) ×700=350～233mm 取b=300mm 中间框架梁由于跨度较小，截面尺寸取200×500 mm 2) 纵向框架梁

h=(1/8～1/12)l=(1/8～1/12) ×7200=600～900mm 取h=700mm b=(1/2～1/3)h=(1/2～1/3) ×700=233～350mm 取b=300mm 3) 框架柱

柱高h=(1/6～1/12)H,H 为层高且不宜小于400mm 柱宽b=(1～1/1.5)h ，且不宜小于250mm

根据上述结果并综合考虑其他因素，本设计柱截面尺寸取值如下： 500 mm ×500 mm 4) 次梁

h=(1/14～1/18)l=(1/14～1/18) ×7500 取h=550mm b=(1/2～1/3)h 取b=250mm

图2.1 结构平面布置图

2.3 计算简图

本设计基础底面标高为－2.35 m，基础高度为1.0m，则底层柱高度h1=3.3＋2.35－1.0＝4.65m。

其他柱高取层高即3.0m。本结构横向框架计算简图如图2.2所示。

图2.2 横向框架计算简图

3 框架侧移刚度计算

3.1 梁柱线刚度计算

梁的线刚度I b ＝E c I b /l 。其中E c 为混凝土弹性模量；l 为梁的计算跨度；l b 为梁截面惯性矩，本结构为现浇式楼盖，故考虑楼板的影响，对于中框架梁（T 形截面），取I b ＝2.0I 0；对于边框架梁（倒L 形截面），取I b ＝1.5I 0；对于楼电梯间梁，取I b ＝I 0。其中I 0为梁矩形部分的截面惯性矩。

柱的线刚度I c ＝E c I c /h ，其中I c 为柱的截面惯性矩，h 为框架柱的计算高度。 横梁线刚度计算过程见表3.1，柱线刚度计算过程见表3.2。

表3.1 横梁线刚度i b 计算表

类 别

E c

/(N/mm 2) b ×h

/mm ×mm

I 0 /mm 4

l /mm

E c I 0/l /N·mm

1.5E c I 0/l /N·mm

2E c I 0/l /N·mm

AB 跨横梁 3.00×104 300×700 8.575×109 7500 3.43×1010 5.145×1010 6.86×1010 BC 跨横梁 3.00×104 300×700 8.575×109 2400 3.334×1010 2.001×1010 2.668×1010

表3.2 柱线刚度i c 计算表

层 次 h c E c b ×h I c E c I c /h c 1 4650 3.00×104 500×500 5.208×1010 3.36×1010 2~4

3000

3.00×104

500×500

5.208×1010

5.208×1010

3.2 柱侧移刚度D 值计算

柱的侧移刚度D 值按下式计算：

2

12h

i D c c

α=

式中，c α为柱侧移刚度修正系数，对不同情况按下式计算： 一般层：K

K c

+=

2α

底 层：K

K c

++=

25.0α

其中K 表示梁柱线刚度比。

根据梁柱线刚度比K 的不同，图2.1中的柱可分为中框架中柱和边柱、边框架中柱和边柱以及楼电梯间柱等。现以第2~4层C －1柱的侧移刚度计算为例，说明计算过程，其余柱的计算过程从略，计算结果分别见表3.3~3.6。

第2~4层C －1柱及与其相连的梁的相对线刚度如图3.1所示，图中数据取自表3.1和表3.2。则可得梁柱线刚度比为：

915

.0208

.52334

.143.3334.143.324

321=?+++=

+++=

c

i i i i i K

314

.0915

.02915.0=+=

c α

N/mm

218043000

10

208.512314.02

10

=???

=D

图3.1 C －1柱及与其相连的梁的相对线刚度

表3.3 中框架柱侧移刚度D 值（N/mm ）

层次

边柱（18根）

中柱（18根）

∑

i

D

K

c α

1

i D

K

c

α

2

i D

1 2.04

2 0.629 23289 2.836 0.690 25547 1074392 2~4

1.317

0.397

27568

1.829

0.478

33192

1336720

表3.4 边框架柱侧移刚度D 值（N/mm ）

层次

A-1,A-12

B-1,B-12

∑

i

D

K

c

α

1

i D

K

c

α

2

i D

1 1.531 0.575 21289 2.127 0.658 2436

2 182604 2~4

0.988

0.331

22985

1.372

0.407

28262

204988

表3.5 中楼梯间框架柱侧移刚度D 值（N/mm ） 层次

C-6,C-7

D-6,D-7

∑

i

D

K

c

α

1

i D

K

c

α

2

i D

1 1.021 0.503 18623 1.418 0.561 20771 157576 2~4

0.659

0.248

17221

0.915

0.314

21804

15610

将上述不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，即得框架各层层间侧移侧度∑i

D ，见表

3.7。

表3.7 横向框架侧移刚度(N/mm)

层 次 1 2 3 4 ∑D i

1414572

1697808

1697808

1697808

由表3.7可见，底层刚度最小，其层间刚度与上一层层间刚度之比

∑∑>=7

.0833.0/21D D

且底层与其上相邻三个楼层侧向刚度平均值之比

8

.0833.0/1>=∑

∑i D D

故该框架为规则框架。

4 重力荷载计算

4.1 屋面及楼面的永久荷载标准值

屋面及楼面的恒荷载包括结构构件自重和构造屋重量等重力荷载，其标准值按结构构件的设计算尺寸、构造层的材料及设计厚度以及材料容重标准值计算，计算结构如下：

屋面（不上人）： 三毡四油铺小石子

0.40 kN/m 2

20厚水泥砂浆找平层 20 ×0.02 = 0.40 kN/m 2

50厚聚苯板保温

0.50 kN/m 2 1:10水泥珍珠岩找坡（3%）

1.2 kN/m 2

20厚水泥砂浆找平 0.40 kN/m 2

15厚顶棚抹灰层 17 ×0.015 = 0.26 kN/m 2 100厚现浇楼板 25×0.1 =

2.5 kN/m 2

合计 5.66 kN/m 2

1~4层楼面： 瓷砖地面（包括水泥砂浆打底）

0.55 kN/m 2

100厚钢筋混凝土板 25 ×0.1 = 2.50 kN/m 2 15厚顶棚抹灰 17 ×0.015 = 0.26 kN/m 2

合计

3.31 kN/m 2

4.2 屋面及楼面可变荷载标准值

本建筑为民用建筑，楼面活荷载标准值根据房间用途按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)表 4.1.1的规定采用；屋面活荷载根据屋面类别按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)表4.3.1的规定采用；屋面水平投影面上的雪荷载标准值按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)式6.1.1计算，结果如下。屋面活荷载与雪荷载不同时考虑。

不上人屋面均布活荷载标准值 0.5 kN/m 2 楼面活荷载标准值 2.0 kN/m 2 屋面雪荷载标准值

=

?=?=45.00.10s s r k μ0.45 kN/m 2

式中：r μ为屋面积雪分布系数，本建筑为平屋顶，故取r μ＝1.0。So 代表雪压，本设计查《建筑结构荷载规范》知湖南湘潭基本雪压为0.45 kN/m 2。

4.3 梁、柱、墙、门、窗重力荷载计算

梁、柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷层等计算出单位长度上的重力荷载；本设计为现浇板肋梁楼盖，因板自重已计入楼面（屋面）的恒载之中，故计算梁自重时梁截面高度取梁原截面高度减去板厚。具体计算过程及结果见表4.1。

表4.1 梁、柱重力荷载标准值

层次构件

b

/m

h

/m

γ

/(kN/m2)

β

g

(kN/m)

l i

/m

n

G i

/kN

∑G i

/kN

1

边横梁0.3 0.7 25 1.05 4.725 7.260 16 548.856

1458.12 中横梁0.3 0.7 25 1.05 4.725 2.160 8 27.216

次梁(三跨) 0.25 0.55 25 1.05 3.281 3.360 28 148.176 纵梁0.3 0.7 25 1.05 4.725 16.68 7 383.090

柱0.5 0.5 25 1.1 6.875 4.650 32 1023 1023

2~4

边横梁0.3 0.7 25 1.05 4.725 7.260 16 548.856

1458.12 中横梁0.3 0.7 25 1.05 4.725 2.160 8 27.216

次梁(三跨) 0.25 0.55 25 1.05 3.281 3.360 28 148.176 纵梁0.3 0.7 25 1.05 4.725 16.68 7 383.090

柱0.5 0.5 25 1.1 6.875 3.000 32 660 660

注：表中β为考虑梁、柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系系数；g表示单位长度构件重力荷载；n为构件数量。

墙体重量根据其厚度及材料容重标准值计算，其两侧的粉刷层（或贴面）重量应计入墙自重内。

本设计外墙体为240mm厚加气混凝土砌块，外墙面贴瓷砖(0.5kN/m2)，内墙面为20mm 厚抹灰，则外墙单位面积重力荷载为：

0.5+0.5×0.24+17×0.02＝2.16kN/m2

内墙面为240mm厚加气混凝土砌块，两侧均为20mm厚抹灰，则内墙单位面积重力荷载为：

5.5×0.24+17×0.02×2＝2.00kN/m2

女儿墙为240mm厚加气混凝土砌块，外墙面贴瓷砖(0.5kN/m2)，内墙面为20mm厚水泥砂浆抹面，则女儿墙单位面积重力荷载为：

0.5+5.5×0.24+17×0.02＝2.16kN/m2

门、窗等自重可根据其材料种类，按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)表A.1查取单位面积重量进行计算。

钢铁门（包括玻璃门）单位面积重力荷载取0.45kN/m2；

铝合金窗单位面积重力荷载取0.4kN/m2。

墙、门、窗等重力荷载汇总见表4.2。

4.4重力荷载代表值计算

集中于各楼层标高处的重力荷载代表值G i，为计算单元范围内各层楼面上的重力荷载代表值及上下各半层的墙、柱等重量。计算G i时，各可变荷载的组合值系数按《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001)表5.1.3的规定采用。由于前面已经计算出结构和构配件的重力荷载标准值，故下面仅以集中于一层楼板处的重力荷载代表值G1的计算为例说明计算过程，计算结果见表4.3。

表4.2 墙、门、窗等重力荷载标准值汇总

层次构件

q

/(kN/m2)

A

/m2

G i

/kN

∑G i

/kN

1

外墙 2.16 322.68 696.989

192.6828 内墙 2.00 459.3 918.6

楼梯间 4.96 54.00 267.054

门0.45 60.12 27.054

窗0.4 40.5 16.2

2~4

外墙 2.16 314.04 678.326

2196.4494 内墙 2.00 599.1 1198.2

楼梯间 4.96 54.0 267.84

门0.45 53.34 24.003

窗0.4 70.2 28.08

其它1~4层楼面 3.31 876.96 2902.738 2902.7376 4层屋面 5.66 876.96 4963.5936 4963.5936 女儿墙 2.16 81.36 175.7376 175.7376

雨篷

25.950

25.950

注：表中q 为相应构件的单位面积重力荷载标准值，其中楼梯间面荷载取楼面荷载1.5倍，7层屋面板考虑压檐墙取屋面荷载1.2倍，A 表示单层内构件所占总面积。电梯机房设备近似按50kN 计算。

kN 02.89352

6600.24.504.17950.252

826

.19862

793

.23172

102312.14587376.29021＝＝＝活

雨篷窗门墙柱梁楼面板+

??+++

+

+++++++++G G G G G G G G G

表4.3 各层重力荷载代表值

层次

1 2 3 4

∑G i

G i 8935.02

9074.55

9074.55

9074.55 36158.67

图4.1 各质点重力荷载代表值