摘要:本設(shè)計(jì)的工程是鋼筋混凝土框架綜合辦公樓,分為建筑設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩部分。建筑設(shè)計(jì):根據(jù)設(shè)計(jì)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(jì)方案。按照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范,確定建筑物的結(jié)構(gòu)形式,完成平立剖面設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):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(jì)算。在確定框架布局和完成荷載統(tǒng)計(jì)后,計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算; 內(nèi)力組合; 結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì);
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(jì)使用年限:50年;
辦公樓高度為22.35m,滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)基本加速度0.20g.
3)地下水位較深,設(shè)計(jì)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(jì)
2.1 建筑平面設(shè)計(jì)
建筑的平面設(shè)計(jì)包括單個房間平面設(shè)計(jì)及平面組合設(shè)計(jì),單個房間的設(shè)計(jì)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(jì)實(shí)際上是建筑空間在平面上的組合。影響平面組合設(shè)計(jì)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(diǎn),本設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)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(jià)以及抗震性能都是極為有利的。
2.2 建筑立面設(shè)計(jì)
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(diǎn),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(jì)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(jì)時(shí),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(shí),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(diǎn)的處理。
2.3 建筑剖面設(shè)計(jì)
剖面設(shè)計(jì)的主要目的是根據(jù)建筑空間的使用特點(diǎn)、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(shí)刻提高窗戶高度。普通窗臺的高度一般為900mm,但有時(shí)功能需求不同時(shí)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(jì)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(jì)中,衛(wèi)生間的標(biāo)高比本層樓面標(biāo)高低50mm.剖面設(shè)計(jì)與平面設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)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(jì)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(jì),繼而進(jìn)行剖面設(shè)計(jì),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(jì)中,必須將剖面與平面設(shè)計(jì)綜合考慮,不斷調(diào)整,修繕,才能使設(shè)計(jì)更加完善、合理。綜合各方面因素考慮,本設(shè)計(jì)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(jì)
本設(shè)計(jì)模擬抗震設(shè)防烈度8度(0.20g)。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)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(jì)。
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(jì)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(jì)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(jì)
樓梯作為建筑物垂直交通的主要設(shè)施,設(shè)計(jì)時(shí)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(jiān)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(jì)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(jì)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(jì)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(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)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(shí),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(shí)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(jì)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(jì)
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(shí)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(jì)
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(jì)計(jì)算,進(jìn)行樓梯雨蓬的設(shè)計(jì),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(yàn)算,然后就是進(jìn)行現(xiàn)澆樓板的設(shè)計(jì)與計(jì)算,樓梯的設(shè)計(jì)與計(jì)算,接下來就是進(jìn)行橫向框架在豎向荷載作用下的計(jì)算簡圖和計(jì)算,為了便于設(shè)計(jì)計(jì)算,在計(jì)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(shí)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(jì)算,首層單獨(dú)計(jì)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?jì)算求解。
計(jì)算框架在活荷載作用下的計(jì)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(jì)算簡圖,在有地震作用的荷載效應(yīng)組合時(shí)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(jì)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(jì)算取用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器進(jìn)行計(jì)算加快進(jìn)度,節(jié)省時(shí)間。內(nèi)力組合,選擇最不利內(nèi)力進(jìn)行配筋計(jì)算。
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