某框架结构高校办公楼设计毕业设计

AH工程大学毕业设计(论文)

某框架结构高校办公楼设计

摘要

随着时代的发展，办公楼硬件设施也必须跟得上时代的步伐，因此，相应的对办公楼建设的要求也越来越高。办公楼是一所学校形象的重要代表，也是我们非常熟悉的建筑物，办公楼的建筑设计美不仅要外观符合时代的需要大方、得体、体现时代特色，此外还必须有较高的实用性、经济性、以满足学校老师及其他工作人员的实际需要为根本目的。

通过查阅相关资料，并将资料进行总结和研究，发现混凝土框架结构有以下特点：框架结构整体性强、抗腐蚀能力强、经久耐用，并且房间的开间，进深相对较大能为建筑提供灵活的使用空间，空间分割较自由，建筑主体大都采用框架结构，或框架剪力墙结构，以满足现代公共建筑的布置灵活、大开间、大进深的要求。

办公楼建筑面积较大，使用人员众多，流动性大，一般布置为内廊式建筑，必须考虑对消防、防火的要求，保证进出建筑的通畅。

本设计主要的步骤包括：方案设定阶段、建筑施工图阶段、结构施工图阶段、整理阶段。

为做到建筑的美观、实用和经济等基本要求，办公楼的采光、通风、人体舒适要求等等随着设计的深入需对原方案作进一步的改正。

建筑施工图阶段：此阶段主要将方案中的平、立、剖面图加以细化，并增加在前三者中无法表示清楚的详图。对窗、门、楼梯等按规范要求设置。

结构施工图阶段：此阶段分两部分：一、根据建筑图、结构选型、结构布置、构件截面尺寸的确定(包括混凝土强度等级的选配)、结构计算、构件根据计算产生的内力、得出构件的配筋、再考虑构造要求、绘制施工图等，其中特别要注意的是合理进行结构选型及结构布置，选用钢筋混凝土框架结构；二、基础设计：按照《地基基础设计规范》和《建筑抗震设计及规范》的有关规定，上部结构传至基础顶面上的荷载只需按照荷载效应的基本组合来分析确定。通过计算，得出配筋结果，绘制基础平面图和基础详图。关键词：办公楼；框架结构；设计；

I

LSP：某框架结构高校办公楼设计

Design of a frame structure university office

Abstract

With the development of the hardware facilities of the office building must also keep up with the pace of the times, therefore, the corresponding requirements on the construction of office building is also getting higher and higher. The office building is an important representative of a school image is also meet the needs of the times we are very familiar buildings, the architectural design of the teaching building of the office building, not only to the appearance of generosity, decency, reflect the characteristics of the times, in addition must have a high practical economic, to meet the actual needs of teachers and other staff as the fundamental purpose.

Through access to relevant information and data summary and concrete frame structure has the following characteristics: the framework for structural integrity, corrosion resistance, durable, relatively large and the bay of the room, deep into the building to provide a flexible more freedom in the use of space, space partitioning, the main building were powered by a frame structure or frame shear wall structure to meet the flexible layout of modern public buildings, large bays, deep into the requirements.

Office building construction area, the use of large numbers, mobility, general layout for the Corridor construction, we must consider the requirements to ensure the smooth out of the building on fire, fire.

The main steps of this design include: the program set the stage, the construction drawing stage, the construction drawing stage, finishing stage. The program setting: a preliminary drawing of the flat, vertical, profile chart to complete the construction. In this process, to give full consideration to the basic requirements of architectural aesthetics, practical and economic, dormitory lighting, ventilation and human comfort requirements, and so need to make further corrections to the original proposal.

Construction drawing stage: this stage is mainly flat, vertical profiles in the program to be refined, and increase the detail of the first three can not be expressed clearly. Set of windows, doors, elevators, stairs and other regulatory requirements.

Construction drawing stage: This stage is divided into two parts: one, according to architectural drawings, structural selection, structural arrangement, member section size (including the matching of the strength grade of concrete), structural calculation, component according to calculations produce the internal forces may a reinforcement of the components, and then consider the structural requirements, draw construction plans, in particular to note is that the rational structure selection and structural arrangement, the choice of the reinforced concrete frame structure. ; Second, the basic design:

II

AH工程大学毕业设计(论文)

To guarantee the drawings complete expression. Only by adopting the ICC to provide the basic data needed for the basic design (Nei Lizhi in the bottom of the column). According to Nei Lizhi Select the foundation type. including a basic plan and the basis of detail.

Keywords: office building; frame structure; design;

目录

引言 ............................................................. - 1 -第1章绪论 ..................................................... .- 2 -1.1 工程概况 ......................................................... - 2 -1.2 建筑与基础设计型式 ............................................... - 2 -1.3 框架计算方法 ..................................................... - 2 -1.4 主要进程安排 ..................................................... - 2 -第2章建筑结构布置与荷载计算........................................ - 4 -2.1 确定计算简图 ..................................................... - 4 -2.2 梁柱截面尺寸 ..................................................... - 4 -2.3 材料强度等级 ..................................................... - 4 -2.4 荷载计算 ......................................................... - 5 -第3章横向框架内力计算............................................. - 12 -3.1 恒载作用下的框架内力 ............................................ - 12 -3.2 活载作用下的框架内力 ............................................ - 20 -3.3 地震作用下横向框架的内力计算 .................................... - 34 -第4章横向框架内力组合............................................. - 42 -第5章横向框架梁柱截面设计......................................... - 51 -第6章楼梯结构设计................................................. - 67 -6.1 梯段板计算 ...................................................... - 67 -6.2 休息平台板计算 .................................................. - 68 -6.3 梯段梁TL1计算 .................................................. - 69 -第7章基础结构设计................................................. - 71 -7.1 荷载计算 ........................................................ - 71 -7.2 确定基础底面积 .................................................. - 71 -7.3 基础结构设计 .................................................... - 74 -第8章建筑与结构设计说明........................................... - 78 -8.1 建筑相关说明 .................................................... - 78 -8.2 结构设计说明 .................................................... - 78 -结论与展望 .......................................................... - 80 -致谢 ............................................................ - 81 -参考文献 ............................................................ - 82 -附录 ............................................................ - 83 -附录A: 毕业设计图纸清单............................................. - 83 -

III

LSP：某框架结构高校办公楼设计

附录B: 外文参考文献及中文翻译....................................... - 84 -附录C: 主要参考文献题录及摘要....................................... - 93 -

IV

AH工程大学毕业设计(论文)

插图清单

图2- 1 计算简图 .................................................. - 4 - 图2- 2 荷载计算简图 .............................................. - 5 - 图2- 3 恒载顶层集中力 ............................................ - 6 - 图2- 4 恒载中间层节点集中力 ...................................... - 7 - 图3- 1 横向框架承担的恒载及节点不平衡弯矩 ....................... - 12 - 图3- 2 恒载弯矩分配过程 ......................................... - 16 - 图3- 3 恒载作用下梁剪力和柱轴力（kN） ........................... - 17 - 图3- 4 恒载作用下梁剪力和柱轴力（kN） ........................... - 18 - 图3- 5 活载不利布a 图 3- 6 活载不利布置b ................ - 21 - 图3- 7 活载不利布置c 图 3- 8 活载不利布置d ................ - 22 - 图3- 11 活载（a）剪力和轴力（kN） ............................... - 24 - 图3- 12 活载（b）迭代过程 ....................................... - 25 - 图3- 14 活载（b）剪力和轴力（kN） ............................... - 26 - 图3- 15 活载（c）迭代过程 ....................................... - 27 - 图3- 17 活载（c）剪力和轴力（kN） ............................... - 28 - 图3- 20 活载（d）剪力和轴力（kN） ............................... - 30 - 图3- 21 固端弯矩 ................................................ - 35 - 图3- 22 0.5活作用下迭代过程..................................... - 37 - 图3- 23 0.5活作用下杆端弯矩（kN·m）............................ - 38 - 图3- 24 0.5活作用下框架梁剪力和柱轴力（kN）..................... - 38 - 图3- 25 地震作用下框架弯矩图(kN·m) ............................. - 41 - 图3- 26 地震作用下框架梁剪力、柱轴力（kN） ...................... - 41 - 图6- 1 楼梯平面图 ............................................... - 67 - 图6- 2 踏步详图 ................................................. - 67 - 图6- 3 平台板计算简图 ........................................... - 68 - 图7- 1 土层分布及埋深 ........................................... - 72 - 图7- 2 B和C柱联合基础埋深...................................... - 73 - 图7- 3 基础剖面尺寸示意图 ....................................... - 74 - 图7- 4 冲切验算计算简图 ......................................... - 76 - 图7- 5 弯矩和剪力的计算结果 ..................................... - 76 -

V

LSP：某框架结构高校办公楼设计

表格清单

表2- 1 横梁和柱线刚度 ............................................ - 8 - 表2- 2 框架柱线刚度及横向侧移刚度D值 ............................ - 9 - 表2- 3 框架定点假象水平位移计算 ................................. - 10 - 表2- 4 楼层地震作用和地震剪力标准值计算 ......................... - 10 - 表2- 5 层间弹性侧移验算 ......................................... - 11 -表3- 1 AB跨梁端剪力............................................. - 18 - 表3- 2 BC跨梁端剪力............................................. - 19 - 表3- 3 AB跨跨中弯矩............................................. - 19 - 表3- 4 柱轴力 ................................................... - 19 - 表3- 5 活载（a）作用下AB跨梁端剪力 ............................. - 31 - 表3- 6 活载（a)作用下BC跨梁端剪力（kN） ........................ - 31 - 表3- 7 活载（a）作用下AB跨跨中弯矩(kN·m) ...................... - 31 - 表3- 8 活载（a）作用下柱轴力 .................................... - 31 - 表3- 9 活载（b）作用下AB跨梁端剪力 ............................. - 32 - 表3- 10 活载(b)作业用下BC跨梁端剪力（kN） ...................... - 32 - 表3- 11 活载（b）作用下AB跨跨中弯矩(kN·m) ..................... - 32 - 表3- 12 活载（b）作用下柱轴力 ................................... - 32 - 表3- 13 活载（c）作用下AB跨梁端剪力 ............................ - 33 - 表3- 14 活载（c）作用下BC跨梁端剪力（kN） ...................... - 33 - 表3- 15 活载（c）作用下AB跨跨中弯矩(kN·m) ..................... - 33 - 表3- 16 活载（c）作用下柱轴力 ................................... - 33 - 表3- 17 满跨活载作用下AB跨梁端剪力 ............................. - 34 - 表3- 18 满跨活载作用下BC跨梁端剪力（kN） ....................... - 34 - 表3- 19 满跨活载作用下AB跨跨中弯矩(kN·m) ...................... - 34 - 表3- 20 满跨活载作用下柱轴力 .................................... - 34 - 表3- 21 0.5活载作用下AB跨梁端剪力.............................. - 39 - 表3- 22 0.5活载作用下BC跨梁端剪力（kN）........................ - 39 - 表3- 23 0.5活载作用下AB跨跨中弯矩(kN·m)....................... - 39 - 表3- 24 0.5活载作用下柱轴力标准值............................... - 39 - 表3- 25 地震作用下横向框架柱剪力及柱端弯矩 ...................... - 40 - 表3- 26 地震作用下梁端弯矩 ...................................... - 40 - 表3- 27 地震作用下梁剪力、柱轴力 ................................ - 40 - 表4- 1 弯矩调幅计算 ............................................. - 42 - 表4- 2 横向框架梁内力组合（一般组合）（单位M:kN·m; V: kN） ... - 44 - 表4- 3 横向框架梁内力组合（考虑地震组合） ....................... - 45 - 表4- 4 横向框架柱内力组合（一般组合） ........................... - 47 - 表4- 5 横向框架柱内力组合（考虑地震组合） ....................... - 49 - 表5- 1 横梁AB和BC跨正截面受弯承载力计算 ....................... - 52 - 表5- 2 横梁AB和BC跨正截面抗震验算 ............................. - 53 - 表5- 3 横梁AB和BC跨斜截面受剪承载力计算 ....................... - 55 - 表5- 4 横梁AB和BC跨斜截面抗震验算 ............................. - 55 -

VI

AH工程大学毕业设计(论文)

表5- 5 框架柱正截面压 ........................................... - 56 - 表5- 6 框架柱正截面压 ........................................... - 57 - 表5- 7 框架柱正截面压 ........................................... - 59 - 表5- 8 框架柱正截面压 ........................................... - 61 - 表5- 9 框架柱正截面压 ........................................... - 63 - 表5- 10 框架柱正截面压 .......................................... - 65 -

VII

AH工程大学毕业设计(论文)

引言

框架结构的设计始于欧美，二十世纪后得到了世界各地大范围的使用，其结构建筑平面布置灵活，使用空间大，延性较好，具有一定的抗震能力。但框架结构抗侧刚度较小，在水平力作用下将产生较大的侧向位移。由于框架构件截面较小，抗侧刚度较小，在强震下结构整体位移都较大，容易发生震害。对办公楼等一般性建筑非常适用，能满足其较大的使用面积要求。

高校办公楼是公共建筑，其规范要求比较严格，能体现处建筑和结构设计的很多重要的方面，选择办公楼建筑和结构设计，从而掌握办公楼设计的基本原理，妥善解决其功能关系，满足使用要求。

框架结构的研究，对于建筑的荷载情况，分析其受力，采用不同的方法分别计算出各种荷载作用下的弯矩、剪力、轴力，然后进行内力组合，挑选出最不利的内力组合进行截面的承载力计算，保证结构有足够的强度和稳定性。在对竖向荷载的计算种采用了弯矩分配法，对水平荷载采用了D值法，对钢筋混凝土构件的受力性能，受弯构件的正截面和斜截面计算都有应用。

本结构计算选用一榀框架为计算单元，采用手算的简化计算方法，其中计算框架在竖向荷载下的内力时使用的弯距二次分配法。本设计主要通过工程实例来强化大学期间所学的知识，建立一个完整的设计知识体系，了解设计总过程，通过查阅大量的相关设计资料，提高自己的动手能力。

这次设计是在土木工程教研室各位老师的悉心指导下完成的，在此向你们表示衷心的感谢！鉴于水平有限，设计书中还存在不少缺点甚至错误，敬请老师批评和指正。

- 1 -

LSP ：某框架结构高校办公楼设计

- 2 -

第1章 绪 论

1.1 工程概况

本设计是一栋五层框架结构高校办公楼，该工程为钢筋混凝土框架结构，三跨，总

建筑面积约为5400 m 2。设计使用年限为50年，结构安全等级为二级，环境类别为一类，

抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.30g ，第一组，建筑室内外高差为

600mm ，室外标高即为现在自然地面标高。

自然地表以下1m 内为杂填土，重度γ=17kN/m 3；杂填土下为3m 厚可塑性粘土，重

度为γ=18kN/m 3，液性指数I L =0.62,含水率ω=23.1%，天然孔隙比e=0.8，E S =10MPa ，

c k =20kPa ，φk =12度；再下为砾石土层，重度为γ=20kN/m 3，液性指数I L =0.50,含水率

ω=15.2%，天然孔隙比e=0.8，E S =10MPa ，c k =20kpa ，φk =12度；再下为砾石土层，重度

为γ=20kN/m3，液性指数I L =0.50,含水率ω=15.2%，天然孔隙比e=0.8，E S =20MPa ，

c k =15kpa ，φk =18度。未修正前粘土承载力特征值为180kN/m 2，砾石土层承载力特征值

为300kN/m 2。场地土类别为Ⅲ类，地基基础设计等级为丙级。主体结构工程采用现浇混

凝土框架结构，肋梁楼盖。混凝土强度等级为C30，钢筋采用HPB300级（箍筋、楼板钢

筋）和HRB400级钢筋（梁、柱纵向受力钢筋）。

内外墙均采用小型混凝土空心砌块，厚度200mm ，重量参见最新《结构荷载设计规

范》。需根据建筑设计和结构承重、抗震方面的要求及场地地质条件，合理地进行结构

选型和结构整体布置，统一构件编号及各种结构构件的定位尺寸，绘制出结构布置图。

1.2 建筑与基础设计型式

本工程为五层框架结构，结构平面形状为U 型，立面体型简单规则，减小偏心和扭

转，尽量统一柱网及层高，减少构件种类和规格，简化梁柱的设计及施工。

框架结构的柱网布置方式为内廊式，见建筑平面图，主梁跨度为5.7m,连系梁跨度

为3.5m ，房屋总长度不超过55m ，详图见底层平面图、屋顶平面图、立面图。

基础采用独立基础，初步估算基础顶面的位置，根据地基土层的分布情况，初步确

定位置，计算可以采用h 1=底层层高+1.3m 进行计算。

1.3 框架计算方法

框架结构承担的主要有恒载，使用活荷载，地震作用，其中恒载活载一般为竖向作

用，地震则只考虑水平地震作用。在竖向荷载时无侧移框架的弯矩二次分配法，水平荷

载作用下用D 值法。

框架内力组合，找出各构件的控制截面及其不利内力组合。

在竖向荷载作用下，可考虑框架梁端塑性变形产生的内力重分布，对梁端负弯矩乘

以调幅系数进行调幅。

框架梁的截面设计包括正截面抗弯承载力设计和斜截面抗剪承载力设计，然后再根

据构造要求统一调整和布置纵向钢筋和箍筋。

框架柱在压（拉）力、弯矩、剪力的作用下，纵筋按正截面抗弯承载力设计，箍筋

按斜截面抗剪承载力进行设计，此外为使柱具有一定的延性，要控制柱的轴压比。

1.4 主要进程安排

（1）外文资料翻译、调研、复习相关主干课程——寒假、第1周；

（2）建筑设计，绘制建筑施工图——第5～6周；

（3）结构平面布置和荷载计算——第7周；

（4）竖向荷载作用下横向框架内力计算（采用弯矩二次分配法）——第8周；

（5）水平地震荷载作用下横向框架内力计算及侧移计算（采用D 值法）——第9～

AH工程大学毕业设计(论文)

10周；

（6）横向框架梁、柱内力组合、PK电算比较和截面设计——第11～12周；

（7）主楼梯的结构设计——第13周；

（8）柱下基础设计——第14周；

（9）绘制横向框架、主楼梯、基础结构施工图——第12～14周；

（10）用PKPM软件对整栋框架结构进行SATWE电算并绘制出标准层结构平面图（板配筋图）和梁配筋平面图——第15～16周；

（11）电子版毕业设计文件的输入、打印和装订——第8～16周；

（12）指导教师审核，评阅教师审核，毕业设计答辩——第17周。

- 3 -

LSP ：某框架结构高校办公楼设计

- 4 -

第2章 建筑结构布置与荷载计算

2.1 确定计算简图

本工程横向框架计算单元取第⑩榀，框架的计算简图假定底层柱下端固定于基础，

按工程地质资料提供的数据，该场地为Ⅲ类的场地土，地质条件较差，初步确定工程基

础采用柱下独立基础，挖去所有杂土，基础置于第二层粉质黏土层上，基底标高为设计

相对标高–1.800m 。柱子的高度底层为h 1=3.9+1.8–0.5=5.2m （初步假定基础高度为

0.5m ），二～四层柱高为3.9m 。柱节点刚接，横梁的计算跨度取柱中心至柱中心间距离，

三跨分别为l=5700、3000、5700。计算简图见图2–1:

2.2 梁柱截面尺寸

框架柱： 除角柱为700mm×700mm 外，其余均为600mm×600mm.

梁： 所有横向框架梁，纵向连系梁均为300mm×700mm A B D

C

图2- 1 计算简图 2.3 材料强度等级

混凝土：均为C30级

钢筋： 箍筋、楼板钢筋均采用HPB300级；梁、柱纵向受力钢筋均采用HRB400级钢

AH 工程大学毕业设计(论文)

- 5 -

筋。

2.4 荷载计算

本工程以⑩轴线横向框架为计算分析对象。

1. 屋面横梁竖向线荷载标准值

（1） 恒载（图2-2 a ）

g 5AB2g 5CD2

q 5AB2q 5CD2

a ）恒载作用下结构计算简图

b ）活载作用下结构计算简图

图2- 2 荷载计算简图

屋面恒载标准值:

35厚架空隔热板 0.035×25=0.875kN/m 2

防水层 0.4kN/ m 2

20厚1：3水泥砂浆找平层 0.02×20=0.4 kN/ m 2

100厚混凝土现浇板 0.10×25=2.5kN/ m 2

12厚石灰粉平顶 0.012×16=0.192 kN/ m 2

屋面恒载标准值： 4.37 kN/ m 2 梁自重：

边跨AB 、CD 跨和中跨BC 跨 0.30×0.7×25=5.25

kN/m 梁侧粉刷 2×(0.7–0.1)×0.02×17=0.41 kN/m

5.66 kN/m

作用在顶层框架梁上的线恒荷载标准值为：

梁自重： g 5AB1=g 5CD1 =g 5BC1=5.66kN/m 板传来的荷载 g 5AB2=g 5CD2=4.37×3.5=15.30kN/m

g 5BC2=4.37×3.0=13.11kN/m

LSP ：某框架结构高校办公楼设计

- 6 -

（2） 活载（图2–2b ）

作用在顶层框架梁上的线活荷载标准值为：

q 5AB =q 5CD = 0.5×3.5=1.75 kN/m

q 5BC =0.7×3.0=1.5 kN/m

2. 楼面横梁竖向线荷载标准值

1. 楼面横梁竖向线荷载标准值

(1)恒载（图2-2a ）

25厚水泥砂浆面层 0.025×20=0.50 kN/m 2

100厚混凝土现浇板 0.10×25=2.5 kN/m 2

12厚板底粉刷 0.012×16=0.192 kN/m 2

楼面恒载标准值 3.192 kN/m 2

边跨（AB 、CD 跨）和中间跨（BC 跨）框架梁自重： 5.66 kN/m 作用在楼面层框架梁上的线荷载标准值为：

梁自重 g AB1 =g CD1=g BC1=5.66kN/m

板传来荷载 g AB2= g CD 2=3.192×3.5=11.17 kN/m

g BC2=3.192×3.0=9.58kN/m

(2)活载（图2-2b ）

楼面活载 q AB = q CD =2×3.5=7.0kN/m

q BC =2.5×3.0=7.5 kN/m

3.屋面框架节点集中荷载标准值（图2–3）

（1）恒载

边跨连系梁自重 0.3×0.7×3.5×25=18.38 kN

粉刷 2×(0.7–0.10)×0.02×4.5×17=1.43kN

1.3m 高女儿墙

1.3×3.5×0.12×25=13.65 kN

粉刷

1.3×2×0.02×3.5×17=3.09kN

连系梁来屋面自重

0.5×3.5×0.5×3.5×4.37=13.38kN

图2- 3 恒载顶层集中力

顶层边节点集中荷载： G 5A = G 5D =49.93 kN

AH 工程大学毕业设计(论文)

- 7 - 中跨连系梁自重 0.3×0.7×3.5×25=18.38

kN

粉刷 2×

(0.7–0.1)×0.02×3.5×17=1.43 kN

连系梁传来屋面（含次梁）自重 0.5×3.5×0.5

×3.5×4.37=18.38kN

0.5×(3.5+3.5–3.0)×3.0/2×4.37=13.11kN

顶层中节点集中荷载： G 5B =G 5C =46.3 kN

(2) 活载

Q 5A =Q 5D =0.5×3.5×0.5×3.5×0.5=1.53 kN

Q 5B =Q 5C =0.5×3.5×0.5×3.5×0.5+0.5×(3.5+3.5–3)×3.0/2×0.5

=6.69 kN

4.楼面框架节点集中荷载标准值（图2–4）

图2- 4 恒载中间层节点集中力

（1）恒载（未考虑填充墙重量）

边柱连系梁自重 18.38kN

粉刷 1.43 kN

连系梁传来楼面自重 0.5×3.5×0.5×3.5×3.192=9.78 kN

29.59 kN

中间层边节点集中荷载 G A =G D =29.59kN

框架柱自重： G A1=G D1=0.6×0.6×3.9×25=35.1 kN

中柱连系梁自重 18.38 kN

粉刷 1.43kN

连系梁传来楼面自重 0.5×3.5×0.5×3.5×3.192=9.78kN

0.5×(3.5+3.5–3)×3.0/2×3.192=14.36

kN

39.17kN

中间层中节点集中荷载 G B =G C = 39.17 kN

柱传来集中荷载 G B1=G C1=35.1 kN

(2)活载