办公楼建筑结构设计（框架结构）.doc

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1、 开题报告题 目： 朔州市办公楼建筑结构设计（框架结构4） 文献综述：填写说明：指根据研究内容查阅大量的参考文献，通过文献的阅读写清该课题内容的国内外研究现状、基本研究方法、当前存在的问题、发展动向，进而引出开展本设计（论文）研究的内容、意义、必要性和价值等（页面大小可以根据字数多少调整）。1.前言作为一名土木工程专业的学生，毕业设计无疑是大学阶段最为重要的环节之一，它是对我们大学阶段所学知识的一次综合运用，是我们踏入工作岗位之前的一次大练兵。通过毕业设计，使我们熟悉设计的全过程，培养我们独立分析、解决问题的意识，并锻炼我们调查研究，收集资料查阅资料及阅读中、外文文献的能力，为成为一名合格工程

2、师做好准备。我的毕业课题是朔州市办公楼建筑结构设计。作为部门的办公场所，办公楼除应具备一般办公楼所应该具有的功能合理、布局实用、设施先进的特点外，还须体现出领导机构的权威性与群众办事机构的亲切性。而要实现造型与功能的完美搭配，则要求我们必须选择合适的结构形式，本课题设计采用钢筋混凝土框架结构。2.研究背景在钢筋混凝土建筑中，框架结构是一种常用的结构形式，具有传力明确、结构布置灵活、抗震性和整体性好的优点，前已被广泛地应用于各类多层的工业与民用建筑中。钢筋混凝土框架结构是由楼板、梁、柱及基础几种承重构件组成的，由主梁、柱与基础构成平面框架，各平面框架再由连续梁连接起来而形成的空间结构体系。在合理

3、的高度和层数的情况下，框架结构能够提供较大的建筑空间，其平面布置灵活，可适合多种工艺与使用功能的要求。2.1研究现状对于框架结构，在结构建筑特点方面：它是由钢筋混凝土梁、柱、节点及基础为主框，加上楼板、填充墙、屋盖所组成的结构形式，楼板和横梁连在一起，横梁和柱通过节点连为一体，形成承重结构，将荷载传至基础，力的传递路线比较明确。对于整个房屋全部采用这种结构形式的称为框架结构或纯框架结构。框架可以是等跨或不等跨的，也可以是层高相同或不完全相同的，有时因房屋布局和空间使用要求等原因，也可能要在某层抽柱或某跨抽梁，形成缺梁、缺柱的框架。墙体是填充墙，仅起围护和分隔作用，所以框架结构的最大特点是承重构

4、件与围护构件有明确分工，建筑物的内外墙处理十分灵活，应用范围很广，因此能为建筑提供灵活的使用空间。在结构受力性能方面：框架结构构件截面较小，因此框架结构的承载力和刚度都较低，它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，楼层越高，水平位移越慢，高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力，所以框架结构属于柔性结构，自振周期较长，地震反应较小，经过合理的结构设计可以具有较好的延性性能。2.2结构优缺点钢筋混凝土框架结构的主要优点：空间分隔灵活，自重轻，节省材料；具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构；框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，以缩短施工工期；

5、采用现浇混凝土框架时，结构的整体性、刚度较好，设计处理好也能达到较好的抗震效果，而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状。 钢筋混凝土框架结构的缺点为：框架节点应力集中显著；框架结构的侧向刚度小，属柔性结构框架，在强烈地震作用下，结构所产生水平位移较大，易造成严重的非结构性破坏，适用于非抗震设计；钢材和水泥用量较大，构件的总数量多，吊装次数多，接头工作量大，工序多，浪费人力，施工受季节、环境影响较大；不适宜建造高层建筑。2.3适用范围框架是由梁柱构成的杆系结构，其承载力和刚度都较低，特别是水平方向的（即使可以考虑现浇楼面与梁共同工作以提高楼面水平刚度，但也是有限的），它的受力特点类似于竖向悬臂

6、剪切梁，其总体水平位移上大下小，但相对于各楼层而言，层间变形上小下大，设计时如何提高框架的抗侧刚度及控制好结构侧移为重要因素，对于钢筋混凝土框架，当高度大、层数相当多时，结构底部各层不但柱的轴力很大，而且梁和柱由水平荷载所产生的弯矩和整体的侧移亦显著增加，从而导致截面尺寸和配筋增大，对建筑平面布置和空间处理，就可能带来困难，影响建筑空间的合理使用，在材料消耗和造价方面，也趋于不合理，故一般适用于建造不超过15层的房屋。2.4发展趋势进入当代社会，随着经济的快速发展，人们对办公楼的要求也越来越高，使得传统的木质、砖混结构的办公楼已不能满足现代办公的需求。而钢筋混凝土框架结构的出现则突破了这些局限

7、性: 一方面，框架结构以梁柱承重的特点使平面布置更加灵活； 另一方面，梁柱本身结构类型和布置位置也可以灵活选定，比如柱子可以选用L型、T 型、十字型等类型，如此可以使整个立面更加富于变化；再则，通过合理设计，框架结构可以做成延性框架，延性框架的抗震性能好，可承受较大侧向变形。因此，钢筋混凝土框架结构在多、高层办公楼中得到了广泛的使用。根据框架结构的自身特点，在进行建筑、结构设计时，国际上流行采用“三统一”的原则，即“统一柱面、统一层高、统一荷载”的模式设计。统一柱面可使办公楼根据人们的需要和功能要求实行相对任意分割，不至于因建筑柱面不同而在改变使用功能上受到制约；统一层高可使楼房采光效果好，空

8、气流通顺畅，布局安排合理，水平运输畅通无阻，有利于使用功能的相互替代；统一荷载，打破了会议室和其他部门之间的明显界限。2.5小结进入当代社会，随着经济的快速发展，人们对办公楼的要求也越来越高，使得传统的木质、砖混结构的办公楼已不能满足现代办公的需求。而钢筋混凝土框架结构的出现则突破了这些局限性: 一方面，框架结构以梁柱承重的特点使平面布置更加灵活: 另一方面，梁柱本身结构类型和布置位置也可以灵活选定，比如柱子可以选用L型、T 型、十字型等类型，如此可以使整个立面更加富于变化: 再则，通过合理设计，框架结构可以做成延性框架，延性框架的抗震性能好，可承受较大侧向变形。因而本课题选用框架结构作为办公

9、楼的结构形式是十分适合的。3.工程概况3.1设计原始资料1、 建筑位于山西朔州市2、 气象条件室外气温：年平均气温最冷月份-20，年平均气温最高月份25;冻土深度：最大冻土深度为1.2米;基本雪压：0.40kN/m2;基本风压：0.25kN/m2;3、 地质资料：20m以上为轻亚粘土，f=210kPa,地下水位深18m。4、 抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，场地设计分组为第三组，场地土类型为类。5、 地面粗糙度类别C类。6、 建筑场地：70m40m7、 提供的建筑材料（1） 钢筋：HPB300级，HRB335级, HRB400 HRB500级。（2） 混凝土：C30- C

10、40。（3） 砌体（填充墙）：加气砌块、空心砌块，强度等级MU7.5（加气砌块、空心砌块容重不大于），采用M7.5混合砂浆砌筑。（4） 焊条：HPB300级（）级钢筋用E43xx焊条，HRB335级（）级钢筋用E50xx焊条。3.2建筑物组成及功能要求办公大楼拟建6层总建筑面积30005000平米左右。其中办公室：3545平米左右，50个左右；会议室：8090平米左右，2个，分布在上部。设电梯一部，入口门庭两层通高。要求采用框架结构，建筑设计要求有标志性并体现时代气息。建筑物防火等级为二级。4.研究价值与意义由于框架结构具有空间大、平面布局灵活多样的特点，满足了人们不断追求使用个性化的要求。随

11、着社会的不断发展和人们物质生活水平的提高，框架结构(住宅、公共建筑)将会得到较大发展。设计多层框架结构，设计人应首先判断结构方案的可行性，对可能碰到的问题，提前采取措施予以解决，并对所有计算结果认真分析，判断，准确无误后方可应用于实际工程。通过该办公楼的设计，使我们有机会熟悉一个设计项目的全过程，将大学期间所学建筑和结构专业知识综合地运用于实际工程设计中，掌握框架结构设计计算的方法，为以后走上工作岗位打下坚实的基础。在设计过程中，我们培养了独立解决问题的意识，进一步熟悉了PKPM、CAD等软件的操作，提高了绘制图纸的能力，并增强了自己的职业责任感以及严谨求实的工作态度。主要参考文献：填写说明：

12、指从开题到撰写文献综述期间所阅读过的所有文献资料的列表，要按照参考文献的标准写法列出，即写明作者、论文题目（书名）、杂志名称（出版社）、发表（出版）时间等（页面大小可以根据字数多少调整）。1中华人民共和国国家标准.混凝土结构设计规范（GB50010-2010）S.北京:中国建筑工业出版社，20102中华人民共和国国家标准.建筑抗震设计规范（GB50011-2010）S. 北京:中国建筑工业出版社，20103中华人民共和国国家标准.建筑结构荷载规范（GB50009-2001）S. 北京:中国建筑工业出版社，20064丁宇明,黄水生.土建工程制图M.北京:高等教育出版社，20075吕晓寅,刘林等.

13、混凝土房屋结构设计M.北京：清华大学出版社，20096同济大学等.房屋建筑学M.北京：中国建筑工业出版社，20067 东南大学等. 混凝土结构设计原理M. 北京：中国建筑工业出版社，20088 徐秀丽. 混凝土框架结构设计M. 北京：中国建筑工业出版社，20089 周浪. 混凝土结构设计M. 北京：中国计划出版社，200610 熊丹安.建筑设计与结构设计概要M. 武汉：武汉理工大学出版社，200511 Abbie B. Liel,Curt B. Haselton, Gregory G. Deierlein. Seismic Collapse Safety of Reinforced Concr

14、ete Buildings. II Comparative Assessment of Nonductile and Ductile Moment Frames J. Journal of Structural Engineering ,2011 研究方案：填写说明：写明研究所用的理论基础、研究方法、研究步骤、预期成果（效果）等。（页面大小可以根据字数多少调整）1. 设计原则1.1体系的选择1.由于在发生地震时，框架柱首当其冲，一旦出现塑性铰，将危及该柱距范围内的上层建筑，并可能引起相邻柱距范围的上层建筑连续倒塌，所以框架结构不宜采用单跨形式；且纵横两个方向的水平地震作用都由抗侧力构件承担，结

15、构应设计成双向框架体系；2.框架结构的柱与梁宜上下左右贯通，不宜采用复式框架；以及砖混框剪结构。3.在填充墙的布置方面：宜采用轻质材料，且应避免形成上、下层刚度变化过大；避免形成短柱；减少因抗侧刚度偏心所造成的扭转。1.2建筑设计1.要先对建筑外观、建筑面积、建筑高度、层高和室内净高进行设计；2.然后对局部进行设计，如地下室墙身、楼地面、顶棚、屋面、楼面、坡面及楼梯位置，消防要求等进行设计。各部分都要按照规范要求进行设计。3.最后要明确框架结构的抗震级数，采用规则结构以利于房屋抗震，按照“三统一”的原则，确定柱网尺寸，确定材料及截面尺寸，以及基础的选定。1.3结构设计1. 首先根据不同的设计要

16、求选取不同的荷载代表值来进行承载力计算。2. 进行变形验算。3.进行横向水平与纵向水平地震的作用计算。1.4 “三水准、两阶段”设计方法1. 做好“强柱弱梁”的设计 由于框架柱受轴向压力作用，其延性通常比梁的延性小，一旦框架柱先于框架梁出现塑性铰，就会产生较大的层间位移，甚至形成同层各柱上下端同时出现塑性铰的“柱铰结构”，从而危及结构承受垂直荷载的能力。2. 做好“强剪弱弯”的设计 为了防止梁端，柱端在弯曲屈服前出现脆性剪切破坏，在设计中要求做到“强剪弱弯” 亦即构件的受剪承载力要大于构件弯曲时实际达到的剪力。2. 做好“强节点弱构件”的设计对节点进行抗震结构设计要求框架节点核芯区不先于梁柱破

17、坏。2.计算方法2.1竖向荷载作用下内力计算在内力计算中，在竖向荷载作用下框架结构的内力可用分层法、弯矩二次分配法等近似方法计算。分层法在分层计算时，将上、下柱远端的弹性支承改为固定端，同时将除底层外的其他各层柱的线刚度乘以系数 0.9，相应地柱的弯矩传递系数由 1/2 改为 1/3，底层柱和各层梁的线刚度不变且其弯矩传递系数仍为1/2。弯矩二次分配法是先对各节点的不平衡弯矩都进行分配（其间不传递），然后对各杆件的远端进行传递。分层法和弯矩二次分配法的计算精度较高，可用于工程设计。2.2水平荷载作用下内力计算水平荷载作用下框架结构内力可用D值法、反弯点法等简化方法计算。其中 D 值法的计算精度

18、较高，当梁、柱线刚度比大于3时，反弯点法也有较好的计算精度。D值是框架结构层间柱产生单位相对侧移所需施加的水平剪力，可用于框架结构的侧移计算和各柱间的剪力分配。D值是在考虑框架梁为有限刚度、梁柱节点有转动的前提下得到的，故比较接近实际情况。影响柱反弯点高度的主要因素是柱上、下端的约束条件。柱两端的约束刚度不同，相应的柱端转角也不相等，反弯点向转角较大的一端移动，即向约束刚度较小的一端移动。D值法中柱的反弯点位置就是根据这种规律确定的。在水平荷载作用下，框架结构各层产生层间剪力和倾覆力矩。层间剪力使梁、柱产生弯曲变形，引起的框架结构侧移曲线具有整体剪切型变形特点；倾覆力矩使框架柱（尤其是边柱）产

19、生轴向拉、压变形，引起的框架结构侧移曲线具有整体弯曲型变形特点。当框架结构房屋较高或其高宽比较大时，宜考虑柱轴向变形对框架结构侧移的影响。2.3软件辅助计算在手算前，用PKPM对初选方案进行结构刚度、效应分析、杆件内力标准值的计算，基本掌握模型建立、荷载输入、参数确定、整体计算、结果分析等各重要环节。如若电算通过，则继续进行手算；若不通过，则应变换截面尺寸，直至电算通过。此外，还可利用SAP 2000等数值分析软件，对设计方案进行建模模拟，验算内力、变形等。3.设计步骤3.1建筑设计部分1.平面设计：合理确定平面柱网尺寸；布置房间；确定楼（电）梯数量、位置及形式；满足室内采光、通风要求。2.剖

20、面设计：确定合理层高；给出楼（地）面、屋面、墙身工程做法。3.立面设计：建筑风格、造型应富有创意，有时代感。要求完成的建筑施工图有：1.首层平面图（1：100）2.标准层平面图（1：100）3.建筑详图（1：50或1：25）；4.立面图（1：100或1：50）：正立面、侧立面5.剖面图（1：100或1：50，剖切位置必需在楼梯部位）；6.建筑设计说明书（在建筑设计说明中，应说明自己所选取的方案的设计意图，注意从平、立、剖等方面分别说明，具体可参见房屋建筑学教材）。3.2结构设计部分1.结构选型：根据建筑设计方案及设计原始资料，选择适当的结构体系。2.结构布置：确定柱在平面上的排列方式，一般柱网

21、有内廊式和等跨式两种，选择承重方案，框架结构的平面布置形式非常的灵活，框架结构按照承重方式的不同分为三类：(1)横向框架承重方案；(2)纵向框架承重方案；(3)纵横向框架混合承重方案。合理布置结构构件，初步确定材料强度等级及构件截面尺寸。要确定构件的截面尺寸，只能先估算，等构件的内力和结构的变形计算好后，如果估算的截面尺寸符合要求，便以估算的截面尺寸作为框架的最终截面尺寸。如果所需的截面尺寸与估算的截面尺寸相差很大，则要重新估算和重新进行计算。3.计算简图的确定4.结构内力分析及构件设计：根据现行国家设计规范，计算结构荷载及地震作用；手算完成结构一个主轴方向的内力分析，进行框架梁、柱、的内力组

22、合，完成构件截面设计；同时，可采用工程设计软件PKPM计算结构内力及配筋，并与手算结果进行对比分析。5.完成楼梯的计算和配筋。6.完成板的配筋计算。7.绘制结构施工图。4.预期成果4.1计说明书部分（1） 设计任务书；（2） 中英文摘要；（3） 建筑设计说明书；（4） 构设计方案说明书；（5） 结构设计计算书；（6） 附件开题报告（含文献综述）；外文参考资料翻译（含原文）。（7） 结束语4.2设计图纸4.21建筑施工图1.首层平面图（1：100）；2.标准层平面图（1：100）；3.建筑详图（1：20）；4.立面图（1：100）：正立面、侧立面；5.剖面图（1：100，剖切位置必需在楼梯部位）

23、。4.22结构施工图1.结构平面布置图（1：100）；2.现浇楼板配筋图（1：100）；3.一榀框架立面配筋图（1：50）；4.梁配筋图（平法表示）（1：100）；5.柱配筋图（1：100）；6.基础详图（1：30）。毕业设计（论文）进度安排：序号毕业设计（论文）各阶段内容时间安排备注1阅读文献、外文翻译及开题报告2周2建筑设计2周3结构布置、荷载计算、PKPM建模2周4内力计算、内力组合2周5梁、柱、板配筋2周6楼梯、基础设计1周7绘制施工图1周8毕业设计修改及整理1周9准备答辩0.5周指导教师意见：填写说明：查阅资料是否全面，提出的研究方案和计划进度是否可行，还有什么需要注意和改进的方面，是否同意按学生提出的计划进行等。指导教师签名： 审核日期： 年 月 日.忽略此处.