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1、黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）1 建筑设计1.1 总体设计本次毕业设计任务书给的场地较大，拟在大庆市某地区建造一栋高层办公楼，该楼主要是用于某大型企业办公。在总平面设计中考虑到办公环境的安详和宁静，把主楼罩于区内较中央的位置，区内的街道与周围主要道路连接交通方便，出入自由。剩下较大的空间可建造一些小型建筑如保龄球、健身房、台球室以及其他一些辅助娱乐设施。使区内成为一个相对完整和独立的体系，办公人员可以有良好的工作和生活环境。其余的空地相应地布置草坪、喷泉、假山、灌木，因而道旁的乔木，青草绿地也创造拉极好的空气环境。总的来说，场地较大，尽量布置得设施齐备，树木成荫，空气清新，环境幽雅，同时又
2、和城市中的其它的建筑物融为一体，相互协调，美化拉城市环境犹如一体理想的“花园城”。1.2 平面设计对于刚度较小的框架结构体系，其高宽比一般宜小于4。本例的体型采用传统的矩形柱体，从几何观点来看对侧移颇为为敏感的，而由于它的几何形体所具有的固有强度，使结构更为有效或者造价更可能降低，而房屋又能建得更高，总之，它是较为经济的体型。平面布置采用核心式，对于高层办公楼来说是比较经济和功能合理的。左右基本对称，电梯间置于大厅旁边。高层办公建筑的垂直交通是电梯，对于电梯的选择及其在建筑物中的分布，将决定高层办公楼的合理使用，提高效率和降低造价。因此在平面设计中，主要考虑以下几个方面：第一：集中。电梯是出入
3、建筑物的人经常使用的交通工具，所以设置在容易看到的地方，从运行效率，缩短候梯时间以及降低建筑费用来考虑，电梯应集中设置。第二：使用方便。根据电梯使用频率，将电梯布置在靠近出入口并列设置。第三：分隔。主要通道和电梯布置分开，免去人流高峰时相互影响。办公楼的布局方式常见的有以下四种，单间办公室、成组式办公室、开放式布局、“景观”办公室和综合型办公室。本例主要是用于大型企业办公用房，所以主要是单间式和成组式。本例中柱间横向轻质隔墙可以根据使用要求自由拆除，获得需要的空间布局。房间进深不太大，基本可以满足自然采光，辅以人工采光。1.3 立面设计建筑师对所设计的高层办建筑的“形”是很重视的这“形”的塑造
4、到目前为止还受到力学结构，材料和施工的极大制约，本身的可塑性不大，但人们普遍对此有着较高的需求。那些体型简单单调，外墙采用各种材料幕墙的盒子建筑，缺乏变化和可识别性，因此在本次设计中希望有所改变，有所突破。本例的窗的材料采用绿色带形玻璃窗，避免反光造成城市污染。窗框采用铝合金材料，能给人以现代科技成就的力量感。立面上外墙一层采用剁假石贴面，给人以高贵自然的感觉。楼顶做成有顶盖的空间，将各种机械装置放在里面，使“冕”与“体”组成一个完整的，上下结合的有机统一体。1.4 剖面设计 剖面中垂直交通中的电梯不分层配置，其他在平面设计中以说明较详细，这儿也不再说明了。 楼面采用现浇钢筋混凝土梁板楼面，构
5、造较为简单。楼中的中小型会议室隔层布置，满足要求。为了适应垂直交通的电气及机械装置要求，空调冷却塔安装的要求。给排水管道，出气管道等位置均满足要求。擦窗机械及修理机械的安置要求，以及其它各种设施的要求，都能满足。在办公楼顶部往往要安放很多的机械设备和装置，设计为设备层。 剖面设计表示建筑物在垂直方向房屋各部分的组合关系，主要分析建筑物各部分应有的高度、建筑层数，建筑空间的组合和利用，以及建筑剖面中的结构，构造关系等，它和房屋的使用，造价和节约用地等有密切关系，也反映了建筑标准的一个方面。其中一些问题需要平面、剖面结合起来一起研究，才能具体确定下来。 采光，通风的设计也影响到剖面设计的效果，室内
6、光线的强度和照度是否均匀，除了和平面中窗户的亮度和位置有关外，还和窗户在剖面中的高低、房间里光线的照射有关。房间里光线的照射深度，主要是靠侧窗的高度解决，本例中大部分都是自然采光。1.5 防火设计本设计中，设计防火分区内的主要分隔墙，砌至每层梁、板的底部；管道穿过隔墙、楼板时，应采用非燃烧材料将其周围的空隙紧紧填塞。附设在高层建筑中的固定灭火装置的设备室，通风，空调机房等应采用耐火极限不低于3.00小时的隔墙和2.00小时的楼板与其它部位隔开。隔墙的门应根据建筑物的防火等级，按防火要求采用。电梯井内严禁敷设可燃气体和易燃，可燃液体管道，也不应敷设与电梯无关的电缆，电线等。电梯井壁除开设电梯门洞
7、和通气孔洞外，不应开设其它洞口；电梯门不应采用栅栏门；管道井等竖向管的井壁应为耐火极限不低于1.00小时的非燃体。用于疏散楼梯间的防火门，应采用单向弹簧门，并应向疏散放向开启。本例中设有防烟间，前室面积不小于6平方米，并设有防烟，排烟设施，通向前室和楼梯间的门均满足防火要求，并向疏散方向开启。消防电梯与客梯兼用，但符合消防电梯的要求。2 结构设计2.1 工程概况大庆市某区拟建一栋高层办公楼，主体10层，高39.9m。首层层高为4.5m，其余层层高均为3.6m；占地面积为1272.65，总面积为9883.32，容积率为7.77；突出屋面的塔楼为电梯机房，高为3.0m。拟建房屋所在地的设计地震参数
8、为，Tg=0.35s，基本雪压S0=0.3kNm-2，基本风压w0=0.55 kNm-2，地面粗糙度为C类。2.2 结构布置及计算简图根据该房屋的使用功能及建筑设计要求，进行了建筑平面，立面及剖面设计，其标准层建筑平面，结构平面如图1，图2。该建筑为框架结构,属丙类建筑。7度抗震，类场地（第一组）。该工程采用全现浇结构体系，1层混凝土强度为C40，以上各层均为C35. 填充墙采用外墙400mm，内墙200mm ,楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取120mm。梁截面高度按梁跨度的估算确定，且不宜小于400mm，也不宜大于净跨的；框架梁截面宽度可以取梁截面高度的，且不宜小于200mm，
9、截面高宽比值不宜大于4。由此估算的梁截面尺寸见表1。表中还给出了各层梁，柱和板的混凝土强度等级，其设计强度： C40（fc=19.1Nmm-2，ft=1.71Nmm-2，Ec=3.25104Nmm-2）， C35 (fc=16.7Nmm-2，ft=1.57Nmm-2，Ec=3.15104Nmm-2)。 图1 标准层建筑平面图 图2 标准层结构布置图查表可知该框架结构的抗震等级为级，其轴压限值=0.8,各层的重力荷载代表值取12KN/m2,由图1可知中柱及负载面积为7.84.8m2，由式得，第一层柱截面面积为： 边柱： 边柱：如取柱截面为正方形，则一层及二层中柱截面高度分别为528mm和598m
10、m，根据上述计算估算并综合考虑其他因素，本设计柱截面尺寸取值如下：1 层 800800 mm2 26层 650650mm2710 层 600600mm2基础选用桩基础，基础基顶标高定为-1.450m 。框架结构计算简图如图3所示。取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板底，210层柱高即为层高，取3.6m，底层柱高度从基础顶面取至1层板底，即：h1=4.5+1.45=5.95m 。表1 梁截面尺寸(mm)及各层混凝土强度等级层次混凝土强度等级横梁（bh）纵梁（bh）次梁（bh）AB，CD跨BC跨1C40400750400450400800300500210C353507503504003
11、50800300500 （a） 横向框架 （b） 纵向框架图3 框架结构计算简图2.3 重力荷载计算2.3.1 屋面及楼面的永久荷载标准值屋面（上人）：30厚细石混凝土保护层 220.03=0.66kNm-2 三毡四油防水层 0.4 kNm-2 20厚水泥砂浆找平层 200.02=0.4 kNm-2 150厚水泥蛭石保温层 50.15=0.75 kNm-2 120厚钢筋砼板 250.12=3 kNm-2 V型轻钢龙骨吊顶 0.25 kNm-2 合计 5.46 kNm-219层楼面：瓷砖地面（包括水泥砂粗砂打底） 0.55 kNm-21：1水泥砂浆结合层厚5mm 0.00520=0.01 kNm
12、1：3水泥砂浆找平层厚20mm 0.0220=0.4 kNm-2120厚钢筋混凝土板 250.12=3kNm-2 V型轻钢龙骨吊顶 0.25 kNm-2 合计 4.21 kNm-22.3.2 屋面及楼面可变荷载标准值上人屋面均布活荷载标准值2.0 kNm-2楼面活荷载标准值2.0 kNm-2屋面雪荷载标准值kNm-2式中：为屋面积雪分布系数，取2.3.3 梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算梁，柱可根据截面尺寸，材料容重及粉刷等计算出单位长度上的重力荷载；对墙，门窗可计算出单位面积上的重力荷载。具体计算过程从略，计算结果见表2。外墙体为400mm厚蒸压粉煤灰砌块,外墙墙面各种涂料装饰并有80厚保温层
13、(合计0.5 kNm-2)，其外墙内墙面为20mm厚抹灰,则外墙单位墙面重力荷载为0.5+0.48.5+170.02+0.20.8=4.24 kNm-2内墙为200mm厚蒸压粉煤灰砌块,两侧均为20mm厚抹灰,则内墙单位面积重力荷载为：8.50.2+170.022=2.38 kNm-2；钢铁门单位面积重力荷载为0.45 kNm-2,塑钢窗单位面积重力荷载取0.4 kNm-2。表2 梁、柱重力荷载标准值层次构件1边横梁0.4000.700251.057.3506.20016737.9402797.59中横梁0.4000.450251.054.7251.800866.150次 梁0.3000.50
14、0251.053.9387.00014394.144纵 梁0.4000.800251.058.4006.600281552.32柱0.8000.800251.1017.6005.950323351.3226边横梁0.3500.750251.056.8916.50016713.8692564.35中横梁0.3500.400251.053.5701.800849.980次 梁0.3000.500251.053.9387.00014394.144纵 梁0.3500.800251.057.3506.900281396.343柱0.6500.650251.1013.4803.600321552.8967
15、10边横梁0.3500.750251.056.8916.50016722.1772594.55中横梁0.3500.400251.053.5701.800849.980次 梁0.3000.500251.053.9387.00014394.144纵 梁0.3500.800251.057.3507.000281428.252柱0.6000.600251.1011.6183.600321338.3962.3.4 重力荷载代表值集中于各楼层标高处的重力荷载代表值计，采用简化的方法，各楼层楼面取建筑面积计算恒载，取楼板净面积计算楼面荷载；各根梁取梁截面高的减板厚的尺寸计算梁重，各柱取楼层高减板厚计算柱自重
16、;各墙段根据门窗的大小采用有门窗的墙体按无洞墙体重乘以相应的折减系数，外围护墙纵向乘以折减系数0.6，外围护墙横向乘以和内墙纵向乘以0.85，内墙横向乘以1.0最后将各楼面（含梁）及上下各半层的墙柱恒荷载100%楼面活荷载50%相加，计算结果见图4。表3 构件自重计算层号构件各构件自重（KN）1板、楼梯3650.53墙4455.76窗门84.982-6板、楼梯3670.74墙3544.12窗门85.817-10板、楼梯3679.83（10层为4557.42）墙893.43窗门85.8111板、楼梯893.43墙909.73窗门3.41 图4 各质点重力荷载代表值 各质点重力荷载代表值：由可得
17、同理可求得，。2.4 框架侧移刚度计算框架侧移刚度按D值法计算。横梁线刚度计算结果及过程见表4；柱线刚度计算过程及结果见表5。表4 横梁线刚度计算表类别层次Nmm-2mm2mm4mmNmm1.5 Nmm2 Nmm边横梁13.2510440070014.0610972006.3510109.52101012.6910102103.1510435070012.311095.2710107.91101010.541010走道梁13.251044004503.0410924004.1110106.1710108.2310102103.151043504001.871092.4510103.681010
18、4.901010表5 柱线刚度ic计算表层次h/mmEc/Nmm-2bh/mmmmIc/mm4EcIc/hc(Nmm)159503.251048008003.41101018.7210102636003.151046506501.49101013.02101071036003.151046006001.0810109.451010柱的侧移刚度按式计算。中框架柱侧移刚度值见表6；边框架柱侧移刚度值见表7；楼梯间，电梯间框架柱侧移刚度值见表8表6 中框架柱侧移刚度D值(N/mm)层次边柱(8根)中柱(8根)7101.1150.358313251.6340.37232550511000360.609
19、0.232279681.1860.3063688851884820.8920.308371311.3960.4114954869343210.6780.440279191.1180.51932932496808表7 边框架柱侧移刚度D值(N/mm)层次-1，-8，-1，-8-1，-8，-1，-87100.8390.296259001.2260.38033250236600360.6070.233280890.8890.3083713026087620.6690.251302591.0470.3434134928643210.5080.402255080.8380.47129886221576表
20、8 楼、电梯间框架柱侧移刚度D值(N/mm)层次C-3C-6D-3D-67101.3550.404353500.8360.29425725244300360.9480.329396620.6070.2322796827052021.1740.369444840.6690.2513025829896810.9480.492312180.5080.40225507226900将上述不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，即得框架各层层间侧移刚度见表8表9 横向框架层间侧移刚度D值(N/mm)层次123-67-1093508412788321050244991900由表9可见，故该框架为规则框架。2.5
21、横向水平荷载作用下框架内力和侧移计算2.5.1横向水平地震作用下框架内力和侧移计算2.5.1.1横向自振周期计算按式将折算到主体结构的顶层，即kN结构顶点的假想侧移由式，计算。计算过程见表10，其中第10层的。表10 结构顶点的假想侧移刚度层次1013101.5013101.5099190013.2640.3912180.7825282.2899190025.5627.1812180.7837463.0699190037.8601.6712256.0349719.0999190050.1563.8612289.8262008.91105024459.0526.7512289.8274298.7
22、3105024470.7467.0412289.8286588.55105024482.4396.3312289.8298878.37105024494.2313.9212289.82111168.19127883286.9 219.7113049.02124217.39935084132.8132.8按式计算结构基本自振周期。其中的量纲为，取，则：。2.5.1.2水平地震作用及楼层地震剪力计算由于结构高层不超过40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切为主，故可用底部剪力法计算水平地震作用。结构总水平地震作用标准值按下式计算，即： ，kN 因1.4Tg=1.40.35=0.49T1=0
23、.95S，所以应考虑顶部附加水平地震作用。顶部附加地震作用系数，=0.08T1+0.07=0.080.95+0.07=0.146 ，各质点的水平地震作用可按下式计算 ，具体计算过程见表11，各楼层地震作用剪力按式计算，计算结果列11。表11 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次41.35903.2837350.630.01441.641.61038.3512021.97461042.550.1681008.61050.2934.7512180.78425897.040.154458.21508.4831.1512180.78381775.300.139413.61922.0727.5
24、512256.03337653.630.123365.92287.9623.9512289.82294341.190.107318.4 2606.7520.3512289.82250097.840.091270.82877.1416.7512289.82205854.480.075223.23100.3313.1512289.82161611.130.059175.63275.929.5512289.82117367.780.043125.03401.015.9513049.0277642.740.02883.33484.3各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布如图5。分布（a）水平
25、地震作用分布 （b）层间剪力分布图5 横向水平地震作用及楼层地震剪力2.5.1.3 水平地震作用下的位移验算水平地震作用下框架结构的层间位移和顶点位移分别按和计算。计算结果见表12,表中还计算了各层的层间弹性位移角。表12 横向水平地震作用下的位移验算层次Di/Nmm-1101050.29919001.0624.4936001/339691508.49919001.5223.4336001/236881922.09919001.9421.9136001/185572287.99919002.3019.9736001/15656 2606.710502442.4817.6736001/14515
26、2877.110502442.7415.1936001/131443100.310502442.9512.4536001/122033275.910502443.129.5036001/115323401.012788322.656.3836001/135813484.39350843.733.7359501/1595由表12可知，最大层间弹性位移角发生在第三层，其值为，满足的要求，其中=1/550，查规范可知。2.5.1.4 水平地震作用下框架内力计算以图1中轴线横向框架为计算单元，框架柱端剪力及弯矩分别按式和计算，其中Dij取自表5，取自表8，层间剪力取自表12。各柱反弯点高度y按式y=y
27、0+y1+y2+y3确定。其中yn由表可查得。在本设计中底层柱需考虑修正值y2，第2层柱需考虑修正值y2，其余各柱均无修正值，具体计算过程及结果见表13。表13 各层柱端弯矩及剪力计算层次边 柱中 柱y1036001050.29919003132533.171.1150.4553.7465.673255034.461.6340.4353.3470.71936001508.49919003132547.671.1150.4577.1894.333255049.491.6340.4580.1797.99836001922.09919003132560.691.1150.46100.50117.98
28、3255063.071.6340.48108.98118.07736002287.99919003132572.251.1150.5130.05130.053255075.081.634 0.5135.14135.14636002606.710502442796869.410.6090.45112.44137.433688891.541.1860.5164.77164.77536002877.110502442796876.530.6090.45123.98151.5336888101.051.1860.5181.89181.89436003100.310502442796882.470.60
29、90.5148.45148.4536888108.891.1860.5196.01196.01336003275.910502442796887.140.6090.5156.85156.8536888115.061.1860.5207.11207.11236003401.012788323713198.750.8920.55195.98159.9849548131.771.3960.55260.90213.47159503484.393508427919104.10.6780.71439.77179.6232932122.711.1180.64467.27262.84注：表中M量纲为kNm，V
30、量纲为kN。梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按、和计算，其中梁线刚度取自表4，具体的计算过程及结果见表14。表14 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力边柱N中柱N1065.6748.297.215.8321.4521.452.417.86-15.83-2.039148.07103.3634.9247.9747.9739.98-50.75-7.098195.16135.3945.9162.8462.8453.37-96.66-14.557203.55166.7351.4277.3977.3964.49-148.08-27.626267.55204.8465.6095.0795.0779.2
31、3-213.68-41.255263.97236.7669.55109.89109.8990.74-283.23-62.44续表144272.43258.117.273.69119.79119.792.499.82-356.92-88.573305.30275.3380.64127.79127.79106.49-437.56-114.422316.83287.2683.90133.32133.32111.10-521.46-141.621375.15317.8196.24205.93205.93171.61-617.70-216.99注: 1)柱轴力中的负号表示拉力。当为左地震时，左侧两根柱为
32、拉力，对应的右侧两根柱为压力。 2)表中M量纲为kNm，V量纲为kN，N单位为kN，单位为m。水平地震作用下，框架的弯矩图，梁端剪力图，轴力图如图6所示。 （a）框架弯矩图（kNm） （b）梁端剪力及轴力图( kN)图6 左地震作用下框架弯矩图、梁端剪力及轴力图- 17 -黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）2.5.2横向风荷载作用下框架内力和侧移计算 2.5.2.1 风荷载标准值 风荷载标准值按式，基本风压=0.55KN/m2。由荷载规范查的（迎风面）和（背风面），C类场地，H/B=38.35/53.2=0.72。查表的=0.44、T1=0.95S，由表查的由式得：仍取图1中的2轴线横向框架，
33、其负载宽度为7.6m。由式得，沿房屋高度的分布风荷载标准值：根据各楼层标高处的高度由表查取，代入上式可得各楼层标高处的q(z)。见表15；q(z)沿高度的分布见图7(a)。 （a）风荷载沿房屋高度分布（kN） （b）等效节点集中荷载（kN）图7 框架上的风荷载表15 沿房屋高度分布风荷载标准值层次/m/ kNm-1/ kNm-11038.351.0001.1091.5085.5923.495934.750.9061.0621.4815.2593.287831.150.8121.0151.4514.9253.078727.550.7180.9611.4214.5632.852623.950.62
34、50.9031.3894.1942.621520.350.5310.8461.3543.3802.394416.750.4370.7441.3313.3112.069313.150.3430.7401.2613.1201.95029.550.2490.7401.1892.9421.83915.950.1550.7401.1182.7671.729荷载规范规定，对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋结构，应采用风振系数来考虑风压脉动的影响，由于在本设计中房屋高度H=39.9m30m，且，由表14可见，沿房屋高度在1.0771.347范围内变化，即风压脉动的影响较大，因此该房屋应考虑风压脉动的
35、影响。框架结构分析时，应按静力等效原理将图7（a）的分析风荷载转化为节点集中荷载如图7（b）所示，取第1层的集中荷载的计算过程如下：=（2.767+1.729）+=21.602.5.2.2 风荷载作用下的水平位移验算通过比较易知荷载载比水平地震作用产生的荷载作用小很多，而前面已验算在地震作用下的弹性位移角小于规范要求，则可判断风荷载作用下的框架最大位移角肯定还要小于规范的最大范围，满足规范要求，所以此处验算可省去。2.5.2.3风荷载作用下框架内力计算风荷载作用下框架结构内力计算过程与水平地震作用下的相同，仍以轴线横向框架内力计算为例。框架柱端剪力及弯矩分别按式和计算，其中取自表6，取自表9，
36、层间剪力取自表11。各柱反弯点高度按式确定。其中yn由高层建筑结构附表2.1 可查得。在本设计中底层柱需考虑修正值，第2层柱需考虑修正值和，其余各柱均无修正值，具体计算过程及结果见表16。表16 风荷载作用下各层柱端弯矩及剪力计算层次ij边 柱中 柱103.616.11127750313253.951.1150.451.782.17325504.111.6340.431.772.3493.646.871277503132511.491.1150.455.186.323255011.951.6340.455.386.5783.675.641277503132518.531.1150.468.52
37、10.013255019.291.6340.489.2610.0373.6102.321277503132525.071.1150.512.5412.543255026.091.634 0.513.0513.0563.6126.861297122796827.350.6090.4512.3115.043688836.081.1860.518.0418.0453.6149.041297122796832.130.6090.4514.4617.673688842.391.1860.521.1921.1943.6168.891297122796836.410.6090.518.2118.213688848.041.1860.524.0224.0233.6187.161297122796840.350.6090.520.1820.183688853.231.1860.526.6226.6223.6204.461733583713143.790.8920.5524.0819.714954858.441.3960.5532.1426.2915.95226.061217022791951.860.6780.7136.8215.043293261.171.1180.6439.1522.02注：表中M