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框架结构设计论文
建筑设计说明
1.1工程概况
1.工程概况
工程名称:
石化技校综合办公楼
该建筑场地地势平坦,拟建办公楼为永久性建筑。
根据西安市规划局批准的办公楼建设现划报告,建筑总长46.8m,总宽16.2m。
建筑层数为六层,结构型式为框架结构,拟建场地及总平面附图。
建筑面积:
5500m
。
建筑物耐火等级:
二级。
抗震设防烈度:
8度,Ⅱ类场地。
构件截面验算反应谱参数:
T
=0.35s.
1.2设计要求
1.基本要求
拟建办公楼设计要求:
拟建校长办公室、书记办公室、招生办、人事处、计划财务处、普通办公室、保卫处、值班室等办公室约110个,每间25~50平米;大会议室一个(可容纳约100人),小会议室3~5个(可容纳约20人);各层均设置男女厕所、盥洗间,楼梯设置不少于两部,一楼设置门厅。
层高不低于3米。
2.室内外装修
外墙:
白色瓷砖。
内墙1:
水泥砂浆抹面,白色乳胶漆面层。
内墙2:
卫生间,高度至吊顶,釉面瓷砖(200
规格,水泥砂浆擦缝,5厚聚合物水泥砂浆粘贴,15厚纤维砂浆清基)。
门窗:
大厅采用白铝5厚蓝玻璃,外墙及内墙高窗为塑钢窗,内门为木门。
3.墙体工程
3.1本工程墙体均采用矿渣空心钻,M5混合砂浆砌筑。
3.2外墙防水:
外墙框架与框架连接处用150宽
镀锌钢丝网射钉固定;外墙窗樘用聚合物水泥砂浆填缝。
4.屋面工程
本工程屋面属于柔性上人屋面,其做法以后章节做详细介绍。
屋面排水坡度2%,雨水沟排水坡度1%。
其找坡由保温层作出。
1.3设计依据及条件
1.设计依据
①甲方提供的设计委托书;
②甲方提供的有关设计资料及设计要求;
③国家现行的有关设计规范及西安市有关规定及规程;
④西安市国土规划局对本工程初步设计审批意见书;
⑤西安市公安消防局下达的初步设计审核意见书。
2.水文地质条件
地形慨况:
拟建场地内地形平坦。
地面标高在141.540~143.040m之问;
地下水位:
钻探至标高为填132.00m处未见地下水。
1.4平面设计
1.功能分析
建筑平面是表示建筑物水平方向房屋各部分的组合关系。
各种类型的建筑物,从组成部分的平面各部分面积的使用性质来分析,主要归纳为使用部分和交通联系部分。
使用部分主要指主要使用活动和辅助使用活动的面积,及各类建筑中的使用房间和辅助房间。
交通联系部分是建筑物中各个房间之间,楼层之间,房屋内外,建筑物与建筑物之间的联系通行的面积,及各类建筑中的走廊,门厅,过厅,楼梯,坡道以及电梯,自动扶梯所占的面积。
本设计中,根据设计要求,本楼为办公楼,楼顶大约有1.2m高的女儿墙。
因该建筑为六层办公楼,故在整体布局上比较均匀统一。
一至六层所有房间开间取3.9m,进深取6.9m,走廊宽2.4m。
考虑人流较多,在底层设门卫值班室。
2.各房间设计
2.1使用房间的平面设计
公共建筑由于各项功能的不同和使用要求的不同,为满足一定的使用要求,要考虑很多因素,如:
合适的大小和形式,良好的采光通风条件,有效利用建筑面积和空间等。
使用房间的面积大小,主要是由房间内部活动特点,使用人数的多少,家具设备的数量不知等决定。
本设计中,各房间的开间进深基本相同,房间内有必需的活动空间,因此选择3.9
6.9m的柱网,柱子截面为正方形,这种形状便于室内设备的安排,能充分利用具有较大的灵活性,同时墙身平直,结构简单,施工方便,有利于平面组合。
公共建筑中一些基本的房间对通风采光有很高的要求。
本设计中,为了更好的利用南面采光好的特点,故将楼梯间和卫生间放在北边,这样使办公室有充足的阳光,其他各房间的采光系数符合采光要求。
对于通风要求是将南北两边的门对开,以便组织好穿堂风。
2.2辅助房间的平面设计
辅助房间在本设计中,楼梯间和卫生间均布置在每一层的同一位置,以便公用一套给排水系统,节省造价。
2.3交通联系部分的设计
建筑物内各个使用空间
3框架结构设计计算
3.1设计概况
3.1.1工程概况
该办公楼为六层钢筋混凝土框架结构体系,建筑面积约为4600
。
主楼为“一”字形,建筑方案确定,房间开间3.9m,进深6.9m,走廊宽2.4m.,层高3.3m。
填充墙采用240mm厚的空心砌筑,外窗为塑钢窗,窗口尺寸C1为2100mm
1800mm,C-2为1700mm
1500mm;单扇门尺寸M-1为1200mm
2000mm,双扇门M-2为1800mm
2000mm,门厅双扇门M-3为2400mm
2000mm。
楼面及屋盖均为现浇钢筋混凝土结构,楼板厚度取100mm,梁截面高度按梁跨度的1/12~1/8估算,梁界截面宽度可取1/3~1/2梁高。
各层梁柱板的混凝土强度:
C35(
);屋面为柔性上人屋面。
1.2设计资料
1.2.1自然气象条件
西安地区,最热月平均气温29.3oC,最冷月平均气温-1.7oC,夏季通风室外空气计算温度取34oC,冬季室外计算温度取-12oC。
年降雨量650mm,日最大降雨量按95mm,一小时最大降雨量按55mm。
主导风向:
冬季:
东北风
夏季:
西南风
基本风压:
0.35kN/m2
基本雪压:
0.25kN/m2
冰冻深度;天然地面以下80Omm;
1.2.2水文地质条件
(1)地形慨况:
拟建场地内地形平坦。
地面标高在141.540~143.040m之问;
(2)地下水位:
钻探至标高为填132.00m处未见地下水。
1.2.3结构设计说明
(1)钢筋混凝土基础的持力层选在粘土层,Ⅲ类场地,地基承载力标准值fk=154kPa;
(2)抗震设防烈度为8度(设计近震);
(3)结构型式为现浇钢筋混凝上框架。
2屋面及楼面做法
2.1屋面做法:
40mm厚混彩色地砖用3mm1:
1水泥粘贴
25mm厚1:
3水泥砂浆找平层
1.5mm厚高分子防水卷材
110mm厚水泥蛭石保温层
35mm1:
6水泥陶粒找平层
钢筋混凝土楼板
粉底
2.2楼面做法:
6mm厚地砖楼面,干水泥擦缝
5mm厚1:
2.5水泥砂浆粘结层(内惨建筑胶)
20mm厚1:
3干硬性水泥砂浆结合层
水泥砂浆一道
60mm厚轻集料垫层
钢筋混凝土楼板
粉底
3设计内容
(1)确定梁柱截面尺寸及框架计算简图;
(2)荷载计算;
(3)水平地震力作用下框架侧移计算;
(4)水平地震作用下框架内力分析;
(5)横向风荷载下框架结构和侧移验算;
(6)竖向荷载作用下横向框架内力分析;
(7)内力组合;
(8)截面设计;
(9)节点验算及构造说明。
2框架结构计算
2.1框架平面柱网布置图
框架柱网图及梁平面布置图见图3-1
图2-1框架柱网及梁平面布置图
2.2梁柱截面确定
2.1初估截面尺寸
(1)梁编号见图2-1
主梁为(1/12~1/8)×L=h;(1/3~1/2)×h=b。
L----梁的跨度;h----梁截面的高度;b----梁截面宽度。
L1:
6600/12~6600/8=550~825取h=700;700/3~700/2=234~350取b=300
所以L1:
b×h=300mm×700mm
L2:
b×h=300mm×400mm
L3:
b×h=300mm×500mm
2.2柱截面尺寸估算:
由轴向力公式初估:
=
。
:
分项系数1.25;
:
柱单位面积自重,近似取12kN/m2;
:
单位柱截面负载面积;
:
柱截面以上层数;
:
考虑角柱影响系数,对一、二级框架
取1.3;
:
水平力使轴力增大系数与抗震设防烈度有关:
8度设防区取
=1.1。
则:
=
=1.25
12
S
5
1.3
1.1=107.25
S;
S=(51.6
15.6)/60=13.416。
则
=107.25
13.416=1438.866。
所以轴力设计值:
=1.1
=1.1
1438.866=1582.7526
柱截面面积:
=1582.7526×
/(0.8×16.7)=118469.506
柱高度:
344mm=0.344m
所以取柱截面为正方形,则h=600mm;b=600。
为计算简便一并取一~六层柱截面均为:
h=b=600mm。
2.3柱高度
底层柱高度:
由层高3.3m、6层,则总层高L=3.3×6=19.8,基础埋深L/8~L/12,所
以基础埋深范围1.65m~2.5m;基础自身高度:
0.8m~1.2m;所以基础顶面到室内外地
坪高度差范围为:
0.85m~1.7m。
所以取其范围中一值:
1.15m;
则底层柱高:
h=3.3m+0.45m+1.15m=4.9m;
其余各层柱高均取3.3m。
图2-2框架计算简图
2.4屋面均布荷载和楼面均布荷载
2.4.1屋面均布恒载:
屋面按屋面做法逐项计算均布荷载,无吊顶处理做粉底。
30mm厚细石混凝土保护层22×0.03=0.66kN/m2
4mm厚SBS改性沥青防水卷材0.03kN/m2
150mm厚水泥石保温层0.15×5=0.75kN/m2
20mm厚水泥砂浆找平层20×0.02=0.4kN/m2
100mm厚钢筋混凝土楼板25×0.1=2.5kN/m2
粉刷0.5kN/m2
合计4.84kN/m2
屋面恒荷载标准值:
(2×2.4+12×3.9+0.6)×(2×6.6+2.4+0.6)×4.84=52.2×16.2×4.84≈4092.9kN
2.4.2屋面均布活荷载:
上人屋面局部活荷载标准值2.0kN/m2
雪荷载标准值0.25kN/m2
合计2.25kN/m2
屋面均布活荷载标准值为:
(12×3.9+2×2.4+0.6)×(2×6.6+2.4+0.6)×2.25
=1902.69kN
2.4.3楼面均布恒载
楼面做法逐项计算:
瓷砖地面(20mm厚面层,20mm厚水泥砂浆打底,素水泥浆结合层一道)0.55kN/m2
100厚钢筋混凝土楼板25×0.1=2.5kN/m2
粉底0.5kN/m2
合计3.55kN/m2
楼面恒载标准值:
(12×3.9+2×2.4+0.6)×(2×6.6+2.4+0.6)×3.55
=52.2×16.2×3.55≈3002.03kN
2.4.4楼面均布活荷载
对办公楼普通房间:
2.0kN/m2;走廊、门厅、楼梯:
2.5kN/m2所以统一取均布活荷载为2.5kN/m2。
楼面均布活荷载值为:
(12×3.9+2×2.4+0.6)×(2×6.6+2.4+0.6)×2.5=2114.1kN
2.4.5梁柱自重
梁柱计算结果列于表2-3
表2-3梁柱自重
梁柱自重:
r=25
,梁的净长度=定位轴线间距-柱截面宽度。
梁柱编号
截面尺寸
宽b(m)
截面尺寸
高h(m)
长度
(m)
净长度
(m)
每层根数
乘层数
每根重量
L1
0.3
0.7
6.6
6
30×6
31.5
L2
0.3
0.4
2.4
1.8
23×6
5.4
L3
0.3
0.5
3.9
3.3
48×6
12.375
Z1
0.6
0.6
4.9
4.9
60×1
44.1
Z2
0.6
0.6
3.3
3.3
60×5
29.7
2.4.6墙体的重力荷载计算
墙体为240mm厚空心砖,外墙面瓷砖(0.5kN/m2),内墙面20mm厚抹灰,外墙单位面积墙体重量为:
0.24×15+0.02×17+0.5=4.44kN/m2。
内墙240mm厚空心砖,两侧均为20mm厚抹灰,则内墙单位面积上墙体重量为:
0.24×15+17×2×0.2=4.28kN/m2。
底层外墙:
[(3.9-0.6)×(4.9-0.5)×23+(6.6-0.6)×(4.9-0.7)×4+(2.4-0.6)×(4.9-0.4)×4-(2.4×1.5×17+1.8×1.5×2+1.2×1.5×2+1.5×2.1×2+3×2.1×2)]×4.44=1678.586
底层内墙:
[(3.9-0.6)×(4.9-0.5)×17+(2.4-0.6)×(4.9-0.4)×2+(6.6-0.6)×(4.9-0.7)×23-1.2×2.1×19]×4.28=3401.573
其它层外墙:
[(3.9-0.6)×(4.9-0.5)×24+(2.4-0.6)×(4.9-0.4)×4+(6.6-0.6)×(4.9-0.7)×4-(2.4×1.5×19+1.8×1.5×2+1.2×1.5×4)]×4.44=1779.019
其它层内墙:
[(3.9-0.6)×(4.9-0.5)×20+(2.4-0.6)×(4.9-0.4)×2+(6.6-0.6)×(4.9-0.7)×23-1.2×2.1×20-3×2.1×2]×4.28=3523.296
塑钢窗为0.4kN/m2;木门为0.2kN/m2。
底层门自重:
(1.2×2.1×15+1.5×2.1×2+3×2.1×2)×0.2=11.34
底层窗自重:
(2.4×1.5×17+1.8×1.5×2+1.2×1.5×2)×0.4=28.08
一般层门自重:
(1.2×2.1×16+3×2.1×2)×0.2=10.584
一般层窗自重:
(2.4×1.5×19+1.8×1.5×2+1.2×1.5×4)×0.4=32.4
阁楼墙体自重:
[(7.8-0.6)×(3.3-0.5)×2+(6.6-0.6)×(3.3-0.7)×2-1.2×2.1-0.5×2.4×1.5]×4.44=298.368。
屋面女儿墙自重:
强高300mm,栏杆1100mm;为计算简便,且栏杆的自重可乎略,所以只计算女儿墙自重。
[(51.6-0.6)×0.3+(31.2-0.6)×0.3+2×(15.6-0.6)×0.3]×4.44=148.6512
2.4.7荷载分层总汇
顶层重力荷载代表值包括:
屋面恒载,50%屋面雪荷载,纵、横梁自重,半层柱自重,
半层墙体自重。
其它层重力荷载代表值包括:
楼面恒载,50%楼面均布荷载,纵、横梁自重,楼面上下
各半层的柱及纵、横墙体自重。
将上述分项荷载相加得集中于各层楼面得重力荷载代表值如下:
G7(塔楼)=(7.8+0.6)×(6.6+0.6)×4.84+0.5×(7.8+0.6)×(6.6+0.6)×0.25+4×12.375+3×31.5+0.5×6×29.7+0.5×298.368+(1.2×2.1×0.2+2.4×1.5×0.4)×0.5=683.5392(KN)
G6=4092.9+0.5×1902.69+(48×12.375+30×31.5+23×5.4)+60×29.7×0.5+0.5×(298.368+1779.019+3523.296)+148.6512+(1.2×2.1×0.2+2.4×1.5×0.4)×0.5+(10.584+32.4)×0.5=10569.9(KN)
G5=3002.03+0.5×1902.69+(48×12.375+30×31.5+23×5.4)+60×29.7×0.5×2+2×0.5×(1779.019+3523.296)+2×0.5×(10.584+32.4)=12743.87(KN)=G4=G3=G2
G1=3002.03+0.5×1902.69+60×44.1×0.5×2+0.5×(1678.586+3401.573)×2+0.5×(11.34+28.08)+(48×12.375+30×31.5+23×5.4)=13362.44(KN)
质点重力荷载值见下图:
2.4.8水平地震力作用下框架的侧移验算
2.4.8.1横梁线刚度
混凝土C35,
=3.15×
kN/m2。
在框架结构中,现浇楼面预制楼板,可以作为梁的有效翼缘,增大梁的有效刚度,减小框架侧移。
为考虑这一有利作用,在计算梁的截面惯性矩时,对现浇楼面边框架取I=1.5
(
为梁的截面惯性矩);对中框架取I=2.0
。
梁线刚度
计算过程见表2-4;柱线刚度计算过程见表2-5。
2-4横梁线刚度
计算表
类
别
层
次
(kN/m2)
b×h
(
)
(
)
L(m)
KN·m
边框架梁
KN·m
中框架梁
KN·m
边
横
梁
1
~
6
3.15×
0.3×0.7
8.575×
6.6
4.093×
6.139×
8.185×
走廊
梁
1~6
3.15×
0.3×0.4
1.6×
2.4
2.1×
3.15×
4.2×
2-5柱线刚度
计算表
层次
(mm)
(kN/m2)
b×h
(
)
(
)
=
kN·m
1
4.9
3.15×
0.6×0.6
1.08×
6.943×
2~6
3.3
3.15×
0.6×0.6
1.08×
10.309×
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