框架結(jié)構(gòu)辦公樓的建筑設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計論文
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摘要：
本設(shè)計的工程是鋼筋混凝土框架綜合辦公樓，分為建筑設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計兩部分。建筑設(shè)計：根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求和工程技術(shù)的條件，在滿足總體規(guī)劃的條件下，綜合考慮建筑物場地環(huán)境、使用功能、結(jié)構(gòu)、施工、材料、設(shè)備、經(jīng)濟(jì)及建筑藝術(shù)美觀等方面因素，在此基礎(chǔ)上提出建筑設(shè)計方案。按照相關(guān)設(shè)計規(guī)范，確定建筑物的結(jié)構(gòu)形式，完成平立剖面設(shè)計。結(jié)構(gòu)設(shè)計：首先確定結(jié)構(gòu)方案，選擇建筑材料，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置并確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸，最后進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算。在確定框架布局和完成荷載統(tǒng)計后，計算出水平荷載作用（風(fēng)荷載、地震作用）下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。接著計算豎向荷載（恒載及活荷載）作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，找出最不利的一組或幾組內(nèi)力組合，按最不利的結(jié)果計算配筋，并繪制相關(guān)結(jié)構(gòu)施工圖。
關(guān)鍵詞：
框架結(jié)構(gòu)； 地震； 內(nèi)力計算； 內(nèi)力組合； 結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計；
一、工程概況
1.1工程概況
工程建筑名稱：鋼筋混凝土框架綜合辦公樓
工程總建筑面積：8553㎡
建筑層數(shù)、高度：六層，每層層高3.6m,房屋設(shè)備層2.5m,女兒墻高1.2m,室內(nèi)外高差0.75m,建筑總高度22.35m;
建筑結(jié)構(gòu)形式：框架結(jié)構(gòu)；
設(shè)計使用年限：50年；
辦公樓高度為22.35m,滿足《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）第6.1.1條的規(guī)定，即房屋高度22.35<50m（8度，0.20g）。辦公樓寬度為18m,房屋高寬比為22.35/18=1.24<3,滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）第3.3.2條規(guī)定。
1.2設(shè)計資料
1）氣候條件：
最冷月平均氣溫：‐13℃，最熱月平均氣溫23.1℃。
主導(dǎo)風(fēng)向：基本風(fēng)壓：0.40kN/㎡。主導(dǎo)風(fēng)向：夏季東南風(fēng)、冬季西北風(fēng)。
基本雪壓值均為：0.35kN/m2
2）地震烈度：8度，設(shè)計基本加速度0.20g.
3）地下水位較深，設(shè)計中可不考慮。
4）場地地質(zhì)資料：II類場地，地勢平坦。
二、建筑設(shè)計
2.1建筑平面設(shè)計
建筑的平面設(shè)計包括單個房間平面設(shè)計及平面組合設(shè)計，單個房間的設(shè)計是在整體建筑合理而適用的基礎(chǔ)上，確定房間的面積、形狀、尺寸、及門窗的大小和位置。平面組合設(shè)計實際上是建筑空間在平面上的組合。影響平面組合設(shè)計包括以下幾個方面：
�。�1）使用功能：一是要合理分區(qū)；二是要有明確的流線組織。
�。�2）結(jié)構(gòu)類型：目前民用建筑常用的結(jié)構(gòu)類型有三種，即框架結(jié)構(gòu)、框架‐剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)。綜合考慮框架結(jié)構(gòu)對于本工程的諸多優(yōu)點，本設(shè)計采用框架結(jié)構(gòu)。
（3）設(shè)備管線：設(shè)備管線占有一定空間，在設(shè)計時應(yīng)考慮一定的設(shè)備位置，恰當(dāng)?shù)牟贾孟鄳?yīng)的房間。
�。�4）建筑造型：一般來講，簡潔，完整的建筑造型無論對于縮短內(nèi)部交通流線，還是對于結(jié)構(gòu)的簡化，節(jié)約用地，降低造價以及抗震性能都是極為有利的。
2.2建筑立面設(shè)計
由于不同功能要求的建筑類型具有不同的內(nèi)部空間組合特點，一幢建筑物的外部形象在很大程度上是其內(nèi)部空間功能的的表露，因此，采用那些與其功能要求相適應(yīng)的外部形式，并在此基礎(chǔ)上采用適當(dāng)?shù)慕ㄖ囆g(shù)處理方法來強(qiáng)調(diào)該建筑的性格特征，使其更為鮮明、更為突出。建筑立面設(shè)計則偏重于對建筑物的各個立面以及其外表面上所有的構(gòu)件，例如門窗、雨篷、遮陽、暴露的梁、柱等等的形式、比例關(guān)系和表面的裝飾效果等進(jìn)行仔細(xì)的推敲。在設(shè)計時，通常是根據(jù)初步確定的建筑內(nèi)部空間組合的平、剖面關(guān)系，例如房間的大小和層髙、構(gòu)部件的構(gòu)成關(guān)系和斷面尺寸、適合開門窗的位置等等，先繪制出建筑物各個立面的基本輪廓，作為下一步調(diào)整的基礎(chǔ)。然后再在進(jìn)一步推敲各個立面的總體尺度比例的同時，綜合考慮立面之間的相互協(xié)調(diào)，特別是相鄰立面之間的連續(xù)關(guān)系，并且對立面上的各個細(xì)部，特別是門窗的大小、比例、位置，以及各種突出物的形狀等進(jìn)行必要的調(diào)整。最后還應(yīng)該對特殊部位，例如出人口等作重點的處理。
2.3建筑剖面設(shè)計
剖面設(shè)計的主要目的是根據(jù)建筑空間的使用特點、造型要求及經(jīng)濟(jì)等因素，分析并確定建筑物在垂直方向的剖面形狀、建筑層數(shù)、高度、建筑豎向方向的空間及利用，以及建筑剖面中的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造關(guān)系。建筑物的剖面形狀與功能要求有關(guān)，在民用建筑中絕大多數(shù)的建筑是屬于一般功能要求的，住宅、宿舍樓、旅館、辦公樓等建筑房間的剖面形狀多采用規(guī)整的矩形。一般進(jìn)深不大的房間多采用側(cè)光窗，當(dāng)進(jìn)深較大時刻提高窗戶高度。普通窗臺的高度一般為900mm,但有時功能需求不同時可相應(yīng)變換。
為了防止室外雨水侵入室內(nèi)，并防止墻身受潮，首層室內(nèi)地坪（地面標(biāo)高為±0.000），一般應(yīng)高于室外底面至少150mm,室內(nèi)外高差通常在150~600mm之間，本設(shè)計采用室內(nèi)外高差為750mm.通常對于一些經(jīng)常使用水的房間，如衛(wèi)生間、盥洗室、陽臺等，為避免溢水，常將地坪設(shè)置的比本層地坪低20~50mm,本設(shè)計中，衛(wèi)生間的標(biāo)高比本層樓面標(biāo)高低50mm.剖面設(shè)計與平面設(shè)計時分別從兩個不同的方面來反映建筑物內(nèi)部空間關(guān)系。平面設(shè)計著重解決空間內(nèi)部在水平方向上的邏輯關(guān)系，而剖面設(shè)計則主要針對于內(nèi)部空間在垂直方向上的組合，主要解決層數(shù)、層高和空間組合等問題，它直接表達(dá)了不同的建筑空間尺度關(guān)系。一般習(xí)慣于先進(jìn)行平面設(shè)計，繼而進(jìn)行剖面設(shè)計，剖面關(guān)系反過來又會影響建筑平面的布局。因而在建筑設(shè)計中，必須將剖面與平面設(shè)計綜合考慮，不斷調(diào)整，修繕，才能使設(shè)計更加完善、合理。綜合各方面因素考慮，本設(shè)計采用：首層層高4.35m,2~6層層高3.6 m,屋面為上人屋面，總高為22.35m,室內(nèi)外高差取0.75m,女兒墻高度取1200mm.
2.4裝飾
外墻顏色應(yīng)與周圍環(huán)境保持協(xié)調(diào)，且裝飾上注重質(zhì)量、和諧。外墻采用淺黃色外墻涂料配上紅、白色立面線條，窗戶采用本色鋁全金窗框料。室內(nèi)采陶瓷地磚地面，在衛(wèi)生間內(nèi)采用防滑地磚地面。
2.5抗震設(shè)計
本設(shè)計模擬抗震設(shè)防烈度8度（0.20g）。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011‐2010）第1.0.2規(guī)定：抗震設(shè)防烈度為6度及以上地區(qū)的建筑，必須進(jìn)行抗震設(shè)計。
鋼筋混凝土房屋應(yīng)根據(jù)設(shè)防類別、烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度采用不同的抗震等級，并應(yīng)符合相應(yīng)的計算和構(gòu)造措施要求。本工程的抗震設(shè)防類別為丙類。地震作用和抗震措施均應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防的要求。本設(shè)計屬于框架結(jié)構(gòu)，8度設(shè)防，高度小于24m,抗震等級為二級。
2.6樓梯設(shè)計
樓梯作為建筑物垂直交通的主要設(shè)施，設(shè)計時應(yīng)滿足以下幾個方面的要求：
�。�1）疏散要求：樓梯的位置，數(shù)量，間距及寬度都應(yīng)滿足防火規(guī)范的疏散要求，做到人流通行流暢，上下樓層聯(lián)系便捷。
�。�2）使用要求：樓梯作為垂直交通主要設(shè)施，應(yīng)位于建筑明顯突出的位置，起到引導(dǎo)人流的作用，因使用頻率高應(yīng)充分考慮其造型美觀，并有良好的采光條件，給人以舒適的感覺。
�。�3）安全要求：作為主要的疏散通道，應(yīng)堅固安全，經(jīng)久耐磨，受力合理。
（4）構(gòu)造要求：合理的選擇樓的形式、坡度、材料、構(gòu)造做法，精心的處理好其細(xì)部構(gòu)造。樓梯的形式是多種多樣的，對象不同，場合不同，環(huán)境部同，角度不同，性質(zhì)不同，對樓梯的稱謂也不同。本設(shè)計采用平行雙跑樓梯。樓梯屬于建筑物中重要的疏散通道和消防通道，因此國家各種現(xiàn)行規(guī)范對樓梯的尺度有著明確的構(gòu)造要求。《民用建筑設(shè)計通則》規(guī)定每個梯段的踏步不應(yīng)超過18級，且不應(yīng)少于3級�！督ㄖ䴓翘菽�(shù)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定樓梯踏步不宜高于210mm,并不宜小于140mm,各級踏步高度均應(yīng)相同。一般樓梯的坡度范圍在23°~45°，適宜的坡度為30°�！督ㄖ䴓翘菽�(shù)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定樓梯段的最大坡度不宜超過38°。作為主要交通用的樓梯梯段凈寬應(yīng)根據(jù)樓梯使用過程中人流股數(shù)確定，一般按每股人流寬度為0.55+（0‐0.15）m計算，并不應(yīng)少于兩股人流。（0‐0.15m為人流在行進(jìn)中人體的擺幅，公共建筑人流眾多應(yīng)取上限值）。樓梯梯井指四周為梯段和平臺的內(nèi)側(cè)面圍繞的空間，實際設(shè)計時梯井寬度一般取60~200mm.樓梯欄桿應(yīng)采取不宜攀登的構(gòu)造，當(dāng)采用垂直桿件做欄桿時，其桿件凈距不應(yīng)大于0.11m.中間平臺的深度不應(yīng)小于樓梯梯段的寬度，并不得小于1.20m,當(dāng)有搬運(yùn)大型物件需要時應(yīng)適量加寬，住宅建筑中的樓梯平臺的結(jié)構(gòu)下緣至人行過道的垂直高度不應(yīng)低于2m.梯段最低、最高踏步的前緣線與頂部凸出物的內(nèi)邊緣線的水平距離不應(yīng)小于300m.
在本工程中，共有兩部樓梯，均采用雙跑樓梯，樓梯的開間為3.6m,進(jìn)深7.2m.層高為3.6m,設(shè)計為等跑樓梯，每跑均12級踏步，11個踏面，踏步尺寸為300mm×150mm,中間休息平臺尺寸為1950mm×3600mm.
2.7防火設(shè)計
為減少火災(zāi)和降低火災(zāi)損失，在建筑內(nèi)部采用防火墻、耐火樓板。本工程耐火等級為二級。民用建筑必須滿足耐火等級和耐火極限的要求，為防止著火建筑的輻射熱在一定時間內(nèi)引燃相鄰建筑，且便于消防撲救的間隔距離成為防火間距。防火建筑必須滿足規(guī)范要求。
三、結(jié)構(gòu)設(shè)計
進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案的比較，結(jié)構(gòu)布置和構(gòu)件選型，選取一榀主框架進(jìn)行設(shè)計計算，進(jìn)行樓梯雨蓬的設(shè)計，先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置，然后進(jìn)行梁柱結(jié)構(gòu)布置，包括梁柱尺寸粗估與驗算，然后就是進(jìn)行現(xiàn)澆樓板的設(shè)計與計算，樓梯的設(shè)計與計算，接下來就是進(jìn)行橫向框架在豎向荷載作用下的計算簡圖和計算，為了便于設(shè)計計算，在計算模型和受力分析進(jìn)行不同程度的簡化，在手算橫向框架時進(jìn)行的基本假定包括：結(jié)構(gòu)分析的彈性靜力假定，一般情況下不考慮結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性狀態(tài)引起的內(nèi)力重分布；平面結(jié)構(gòu)假定，在柱網(wǎng)正交布置情況下，可以認(rèn)為每一方向的水平力只有該方向的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)承擔(dān)，垂直于該方向的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)不受力。樓板在自身平面內(nèi)的剛性假定，由剛性樓板的假定，同一標(biāo)高處，所有抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的水平位移相等。
橫向框架在恒荷載作用下的計算，首層單獨計算，第二層至第五層所受的荷載一致，由于屋頂?shù)淖饔昧硗庥嬎闱蠼狻?/p>
計算框架在活荷載作用下的計算簡圖，通過詳細(xì)的受力分析及荷載折算，求解方法與恒荷載一致。
橫向框架在重力荷載代表值作用下的計算簡圖，在有地震作用的荷載效應(yīng)組合時要用到重力荷載代表值，對于樓層，重力荷載代表值取全部的荷載和50%的樓面活荷載，對于屋面，重力荷載代表值取全部的恒荷載和50%的雪荷載。
內(nèi)力的計算與內(nèi)力組合，通過手算恒荷載產(chǎn)生的彎矩，軸力和剪力，其余內(nèi)力的計算取用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器進(jìn)行計算加快進(jìn)度，節(jié)省時間。內(nèi)力組合，選擇最不利內(nèi)力進(jìn)行配筋計算。
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[6] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB 50009-2010[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012
[7] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB 50010-2012[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013
[8] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).建筑抗震設(shè)計規(guī)范GB 50011-2010[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012
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[10] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB50068,建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2018
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