3 多層框架結構辦公樓設計 2
3.1 設計任務 2
3.1.1 工程概況 2
3.1.2設計要求 2
3.1.3設計成果 3
3.1.4設計資料 3
3.2建築設計 4
3.2.1設計要點 4
3.2.2建築平面設計 5
3.2.3建築立面設計 6
3.2.4建築剖面設計 6
3.3結構設計 6
3.3.1概述 6
3.3.2框架結構平面布置 10
3.3.3框架結構的計算單元與計算簡圖 13
3.3.3.1計算單元 13
3.3.3.2確定計算簡圖 13
3.3.3.3梁柱截面尺寸的確定 14
(1)柱截面尺寸的確定 14
(2)梁截面尺寸的確定 15
3.3.4荷載與**作用計算 15
3.3.4.1荷載計算 15
3.3.4.2**作用計算 18
3.3.4.3風荷載計算 25
3.3.5框架結構內力計算與組合 26
3.3.5.1水平**作用下橫向框架結構內力計算 26
3.3.5.2風荷載作用下橫向框架結構內力計算 28
3.3.5.3豎向荷載作用下橫向框架結構內力計算 28
3.3.5.4橫向框架內力組合 41
3.3.6框架梁抗震設計 46
3.3.6.2框架梁斜截面受剪承載力計算 52
3.3.7框架柱抗震設計 53
3.3.7.1剪跨比和軸壓比驗算 54
3.3.7.2框架柱正截面承載力計算 55
3.3.8框架梁柱節點核芯區截面抗震驗算 60
3.3.9框架梁、柱及節點構造要求 62
3.3.9.1框架梁構造要求 63
3.3.9.2框架柱構造要求 64
3.3.9.3框架梁柱節點構造要求 65
3.3.10罕遇**作用下彈塑性變形驗算 66
3.3.10.1罕遇**作用下的樓層剪力 66
3.3.10.2樓層受剪承載力計算 68
3.3.11柱下獨立基礎設計 71
3.3.11.1確定基頂荷載 72
3.3.11.2確定基礎底面積 72
3.3.11.3驗算地基承載力 72
3.3.11.4確定基礎高度 73
3.3.11.5計算基礎底板配筋 73
3.3.12現澆鋼筋混凝土樓板設計 74
3.3.13現澆鋼筋混凝土板式樓梯設計 77
某多層辦公樓位於朝陽區奧林匹克公園旁，北臨北四環，東接中華民族園，距中軸路300m。用地範圍內場地基本平整，現狀為普通院落民房。該工程是為以後的小區提供服務為主的綜合辦公樓，主要由辦公用房和附屬配套用房所組成。
該工程位置示意圖見圖3.1。
圖3.1 工程位置示意圖
該多層辦公樓地上五層，主體結構為一字型，總高為17.1m，總建築面積為4200m2。整棟建築為全現澆鋼筋混凝土框架結構，屬丙類建築。
設防烈度為8度，框架抗震等級為二級。樓屋蓋採用普通的梁板體系，基礎採用柱下獨立基礎方案。
在辦公樓建築初步方案的基礎上，進行建築和結構設計，重點在結構設計，並繪製建築和結構的施工圖。
(1)建築設計要求完成以下內容：
建築平面設計；
建築立面和剖面設計。
(2)結構設計要求完成以下內容：
確定結構體系與結構布置；
根據構造要求和經驗，選擇構件的截面尺寸；
確定計算單元和計算簡圖；
荷載計算；
結構側移計算；
框架內力計算與組合；
構件的截面設計及節點設計；
基礎設計；
樓板與板式樓梯設計。
設計成果包括設計說明書和施工圖兩部分。
(1)設計說明書要求包括以下內容：
設計概況；
建築設計說明；
結構設計說明；
結構設計計算書；
(2)施工圖要求包括以下內容：
建築施工圖
a.首層、標準層及屋頂平面圖；
b.主要立面圖；
c. 建築剖面圖。
結構施工圖
a.標準層和屋頂平面結構布置與板的配筋圖；
b.框架梁、柱及節點配筋詳圖；
c.基礎和樓梯等配筋詳圖。
3.1.4.1設計依據
(1)主管部門規劃意見書和審批通過的初步設計批文;
(2)甲方設計任務書;
(3)主要設計規範規程:
建築結構荷載規範(gb)；
混凝土結構設計規範(gb)；
建築抗震設計規範(gb)；
砌體結構設計規範(gb)；
建築地基基礎設計規範(gb)；
高層建築鋼筋混凝土結構技術規程(jgj3-2002)。
3.1.4.2設計條件及抗震設防依據
(1)設計標高：室內設計標高為±0.000，相當於絕對標高44.000m，室內外高差300mm
(2)基本風壓：0.45（地面粗糙度屬b類）；
(3)基本雪壓：0.30；
(4)**設防烈度：8度，設計基本**加速度值為0.2g，設計**分組為第一組；
(5)建築抗震設防類別：丙類；
(6)框架結構抗震等級：ⅱ級；
(7)建築場地土類別：ⅲ類；
(8)工程地質與水文條件：建築物落於粉質粘土層上，其地基承載力特徵值為280kpa；場地標準凍結深度為0.8m；地下水位為6.0m；
(9)結構設計使用年限為50年。
3.1.4.3主要結構材料
(1)鋼筋
鋼筋直徑時,為hpb235級鋼筋,其設計強度為210；
鋼筋直徑時,為hrb335級鋼筋,其設計強度為300；
柱縱向鋼筋為hrb400級，其設計強度為360。
(2)混凝土
墊層：c15；
基礎：c35；
柱： c40；
梁、板、樓梯：c30。
(3)填充牆及圍護牆材料
填充牆及圍護牆材料的容重不大於7.5，砌塊為mu5，砂漿為m5。
多層框架結構適合於在辦公樓、教學樓、公共建築、圖書館等建築中採用。框架的特點是由剛結的樑和柱來傳遞豎向和側向荷載，牆體只起圍護作用。在建築上具有大空間、便於布置各種尺度不**間的靈活性；在結構上則有構件分工明確，可以充分發揮材料的特性。
多層框架結構的設計對於土木工程專業的學生來講，是很重要的畢業設計的一部分，而且重點在結構設計上，建築設計作為一般了解的內容，其側重點在建築平面、立面和剖面設計上。
鑑於畢業設計的時間不長，建築設計又走在結構設計進行之前，沒有反覆推敲的可能，為了在較短的時間內完成建築設計圖紙，需要掌握的設計要點如下：
(1)建築平面設計
依據建築功能的要求，確定柱網尺寸，然後，再逐一定出各房間的開間和進深；
根據交通、防火與疏散的要求，確定樓梯間的位置和尺寸；
確定牆體所用的材料和厚度，以及門窗的型號與尺寸。
(2)建築立面設計
確定門窗的立面形式。門窗的立面形式一定要與立面整體效果相協調；
與平面圖相對照，核對雨水管、雨篷、陽台等的位置及做法；
確定立面裝飾材料做法、色彩以及分格藝術處理的詳細尺寸。
(3)建築剖面設計
分析建築物空間組合情況，確定其最合適的剖切位置。一般要求剖到樓梯間及有高低錯落的部位；
進一步核實外牆窗台、過梁、圈樑、樓板等在外牆高度上的構造關係，確定選用哪種型別的窗台、過梁、圈樑、樓板及其形狀和材料；
根據平面圖計算確定的尺寸，核對樓梯的在高度方向上梯段的尺寸，確定平台梁尺寸。
該多層框架結構辦公樓位於抗震設防烈度為8度的區域，對抗震要求比較嚴，所以在平面設計上力求簡單、規則、對稱，從而採用「一」字形建築平面以利於抗震，而且有利於自然採光和自然通風。「一」字形平面的朝向為坐北朝南，建築物入口的朝向為南邊。在框架結構的平面布置上，柱網是豎向承重構件的定位軸線在建築平面上所形成的網格，是框架結構平面的脈絡。
柱網布置既要滿足建築平面布置和使用功能的要求，又要使結構受力合理，構件種類少，施工方便。柱網布置還應與建築分隔牆布置互相協調，一般常將柱子設在縱橫建築牆交叉點上，以儘量減少柱網對建築使用功能的影響。框架結構常見的柱網布置方式有，內廊式、外廊式、等跨式、對稱不等跨式等。
本多層框架結構辦公樓採用內廊式柱網布置，也就是中間為走廊，兩邊為辦公室。考慮到走廊長度大於40m，兩面布置房間時，走廊最小淨寬度為1.8m，所以中間走廊的跨度取為2.
4m。兩邊房間的開間和進深均採用常用的開間和進深尺寸，即3.6m和6.
0m，因而橫向的柱跨度分別為6.0m、2.4m、6.
0m；縱向柱跨度均為3.6m。但考慮到**門廳部分人員集中，故採用大開間7.
2m，縱向一共有15跨，總長度為57.6m，總寬度為14.4m。
其長寬比為4.0，滿足8度設防區建築物長寬比不允許超過5.0的要求。
該辦公樓根據建築使用功能的要求，首層設有門廳、接待室、值班室、男女衛生間、開水間、消防控制室、空調機室及辦公室等。主樓梯設在建築物**，正對著門廳以利於工作人員與來訪人員的垂直交通。另外，考慮到建築物的防火與疏散，在建築物的兩端部分別設定輔助樓梯，從而滿足安全疏散距離不超過20m的要求，而且把兩端部的樓梯間作為防煙樓梯間，在樓梯入口處設定前室，其面積不小於6m2，樓梯間和前室的門均採用乙級防火門，並向疏散的方向開啟，首層建築平面布置圖見圖3.
2。首層平面、標準層平面及屋頂平面建築施工圖見附錄某多層框架結構辦公樓建施01～03。
本辦公樓位於朝陽區奧林匹克公園旁，所以在建築外立面上採用金屬鉛扣板外牆配以寬大而明亮玻璃窗，從而可以表現簡潔和現代感。建築的立面和豎向剖面上力求規則，避免立面的凹進或凸出，使結構的側向剛度變化均勻，有利於結構抗震。另一方面該辦公樓在體型上比較矮，所以在立面設計上盡量多採用豎線條，避免視覺上的矮胖效果，也可以通過將立面進行分層劃分，使各層自成乙個良好的比例關係，從而在視覺上分散人對立面整體的注意力。
還要調整各個立面上的牆面處理和門窗的安排，以滿足建築立面形式美的原則。最後對主入口、雨篷、女兒牆、建築裝飾等進行重點及細部處理，門廳部分的主入口採用突出的形式，與門廳兩側的房屋和雨篷有機的形成乙個整體，以強調主要出入口處，還有立面上窗上皮和門上皮處於同一標高上，以形成立面上和諧的關係。詳細的建築南立面圖和東立面圖見附錄某多層框架結構辦公樓建施04～05。
建築物的剖面圖要反映出建築物在垂直方向上各部分的組合關係。剖面設計的主要任務是確定建築物各部分應有的高度、建築的層數及建築空間的組合關係。
在建築物的層高上，考慮到建築空間比例的要求，一般房間高度與進深的合適比例為1:2，該辦公樓的進深為6m，又考慮到提供足夠的房間淨高度，以避免淨高低的房間給人壓抑的感覺。因此綜合考慮標準層的層高採用辦公樓常用的3.
3m；而首層的層高考慮到首層人員比較集中，為了提供比較寬敞和明亮的使用空間，再加上首層有很多裝置管道，所以首層採用較高的層高3.9m，室內外高差採用0.3m。
根據總建築面積的要求，該辦公樓採用五層，總建築高度為17.1m，其高寬比為1.19，滿足8度抗震設防烈度區建築物高寬比不允許超過3的要求。
另外從室內採光和通風的角度考慮，窗台的高度取為0.9m，窗高度取為1.8m，屋頂女兒牆高度為1.
2m。詳細的建築1－1剖面圖見附錄某多層框架結構辦公樓建施05。
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