四层框架结构办公楼建筑结构设计
学生姓名：秦真猛学号：20090504168
土木工程系土木工程专业
指导教师：潘兵远职称：讲师
摘要：本设计是一幢办公楼设计，包括建筑设计和结构设计两部分内容。
建筑设计是在总体规划的前提下，根据设计任务书的要求，综合考虑基地环境、使用功能、综合选型、施工、材料、建筑设备、建筑艺术及经济等。着重解决了建筑物与周围环境、建筑物与各种细部构造，最终确定设计方案，画出建筑施工图。
结构设计是在建筑物初步设计的基础上确定结构方案；选择合理的结构体系；进行结构布置，并初步估算，确定结构构件尺寸，进行结构计算。结构计算包括荷载计算、变形验算、内力分析及截面设计，并绘制相关的结构施工图。
本工程为办公楼设计，因地处城市中心交通要道，在总体规划设计时，考虑到场地要求、绿化设施、其它功能要求，以及周围建筑物的影响。
本工程结构设计采用框架结构，结构计算按横向框架承重分析。内力计算考虑以下四种荷载作用：水平地震力荷载作用下的内力，恒荷载作用下的内力，活荷载作用下的内力及风荷载作用下的内力，计算中用到了弯矩分配法、D值法、底部剪力法及倒梁法等基本方法。为保证实现延性框架“强剪弱弯，强柱弱梁，强节点弱构件强锚固”的设计原则，在进行截面抗震设计时，柱按偏压构件计算，同时采取了相应的措施，且满足构造要求。
总之，适用、安全、经济、使用方便是本设计的原则，两部分空间合理，连接紧凑，主次分明，使建筑空间的舒适度加以提高。
关键词：框架，内力计算，荷载，地震
Abstract:This project for the Henan University comprehensive administration office building, constructs the place to be located the Kaifeng sburbs ,this structure security rank is two levels, the fireproof rank two levels, the earthquake resistance garrisonin tensity 7. This engineering structure design uses the portal frame construction, the structure computation according to the crosswise frame load-bearing analysis. The endogenic force computation considers following four kind of loads function: Under the
level load function endogenic force, under the vertical dead load function endogenic force, under the vertical live load function endogenic force and the wind load function endogenic force, in the computationused to assign the law, the D value law, the base shearing force law and but actually beam and so on the essential method. Is carrying on the section earthquake resistance designs, the column according to the bias component computation, for the guarantee ductility frame wants "strongly to cut weakly is curved, strong column weak beam, strong pitch point weak component strong anchor" the principle of design, has taken the corresponding measure, also satisfies the structure request.
Key word：frame force computation load earthquake
引言
框架结构是多、高层建筑物的一种主要结构形式。这种结构体系的优点是建筑平面布置灵活，能够获得较大的使用空间，建筑立面容易处理，可以适应不同房屋构造。
在设计过程中应该了解框架结构体系选择方法、结构布置原则、计算简图的确定及框架结构柱下独立基础的设计，并应掌握竖向荷载作用下框架内力分析的分层法和二次弯矩分配法，水平力作用下框架内力分析的反弯点法。还应领会荷载效应的原则、构件截面设计的方法及框架结构的构造要求。并掌握运用CAD和PKPM软件分别绘制建筑图和结构图。
本设计的指导思想就是在指导老师的指导下，利用自己四年来所学过的知识独立的完成一项工程设计，并解决与之相关的所有问题，熟悉相关设计规范、手册、标准图以及工程实践中常用的方法。本设计应解决的主要问题是了解结构抗震设计的一般原则，考虑抗震设防的荷载效应组合、框架结构构件的抗震设计方法以及抗震构造措施。
1. 绪论
1.1 工程背景
1.1.1 工程概况：
信阳某公司办公楼工程，建筑层数五层，钢筋混凝土框架结构，梁板柱均为现浇，建筑面积约为5332.71m2，建筑地点冰冻深度-1.2m，设防烈度6度，二类场地，工程等级为三级。
1.2 设计资料
1.2.1 建筑设计部分：
1、使用要求
各层除设卫生间(按每层男50人，女30人计)外，2--4层设小会议(面积50 60平方米)，尚应满足如下要求：
(1)一层设图书资料室、档案室各1间，每间90 ～100平方米；
收发室1间，面积30—40平方米；电话总机房1间，面积50 ～60
平方米。
(2)顶层设报告厅，面积300～400平方米。
(3)其余均为办公室，供3--4人办公，按《办公建筑设计规范》(JGJ67—89)规定设计。
2、设计内容
(1)建筑方案及其初步设计；
(2)建筑物平面、立面和剖面设计；
(3)主要部位的建筑构造设计及材料作法；
(4)绘制建筑图纸。
3、成果形式
1)建筑设计说明书。
2)绘制图纸
建筑设计说明，总平面图(比例1：500)；首层平面图、标准层、
顶层平面图(比例1：100)，正立面图、侧立面图不少于2个(比例
1：100)；剖面图2个(比例1：100)；主外墙大样图1个，节点大样
图3-4个，(比例1：10或1：20)。
1.2.2 结构设计部分：
1、内容要求
（1)确定结构方案：上部承重结构方案与布置；楼(屋)盖结构方案与布置；基础方案布置；结构措施及其特殊部位的处理等。
（2)结构设计计算：荷载汇集；地震作用计算；风荷载计算；荷载组合及内力分析；一榀框架计算；现浇板计算；楼梯配筋计算；悬挑构件计算；基础及基础梁配筋计算；报告厅部分结构设计计算；其它必要的构件配筋计算。
1.2.3 建筑技术条件：
1、气象条件
信阳地区基本风压0．45KN／m2，基本雪压0．40KN／m2 。
2、工程地质条件
根据对建筑基地的勘察结果，地质情况见表1
建筑地层二一览表(标准值) 表1
注：1)地下稳定水位距地坪一6m以下；
2)表中给定土层深度由自然地坪算起。
建筑地点冰冻深度：一1．2M；
建筑场地类别：II类场地土；
地震设防烈度：6度。
3、各种用房的活荷载标准值见现行《建筑结构荷载规范》。
2.建筑设计说明书
本设计为某办公楼的建筑设计，总建筑面积为5332.71平方米，拟建5层。
本设计共分为以下几个部分：
建筑平面的设计；
建筑剖面的设计；
建筑体型和立面的设计；
抗震设计；
房屋层数的确定和剖面的组合形式:
建筑空间的组合和利用
办公楼设计的基本要求
2.1 建筑平面的设计
建筑平面是表示建筑物在水平方向房屋个部分的组合关系。在平面设计中，始终需要从建筑整体空间组合的效应来考虑，紧密联系建筑剖面和立面，分析剖面、立面的的可能性和合理性；也就是说，我们从平面设计入手，但是要着眼于建筑空间的组合。
各种类型的民用建筑，从组合平面各部分面积的使用性质来分析，主要可归纳为使用部分和交通联系部分两大类：
使用部分是指主要使用活动和辅助使用活动的面积，即各类建筑物中的使用房间和辅助房间。
交通联系部分是指建筑物中各个房间之间、楼层之间和房间内外之间联系通行的面积，即各类建筑物中的走廊、门厅、过道、楼梯、等占的面积。
2.1.1 使用部分的平面设计
建筑平面中各个使用房间和辅助用房，是建筑平面组合的基本单元。
(1) 使用房间的设计
使用房间平面的设计的要求：
①房间的面积、形状和尺寸要满足室内使用活动和办公设备合理布置的要求。
②门窗的大小和位置，应考虑房间的出入方便，疏散安全，采光通风较好。
③房间的构成应使结构构造布置合理，施工方便，也要有利于房间的组合，
所有材料要符合相应的建筑面积。
④室内空间以及顶棚、地面、各个墙面和构件细部，要考虑人们的使用和审
美要求。
使用房间的面积、形状和尺寸
①房间的面积
使用房间面积的大小，主要是由房间内部活动特点，使用人数的多少，家具设备的多少等因素来决定的。一个房间内部的面积，根据他们的使用特点，可以分为以下几个部分：
办公设备所占的面积；
人们在屋内的使用活动面积；
房间内部的交通面积；
具体进行设计时，在已有面积定额的基础上，仍然需要分析各类房间中办公设备布置，人们的活动和通行情况，深入分析房间内部的使用要求，然后确定各类房间合理的平面形状和尺寸。
②房间平面形状和尺寸
初步确定房间的使用面积大小以后，还需进一步确定房间的形状和具体尺寸。房间平面的形状和尺寸，主要是由室内活动的特点、办公设备布置方式以及采光、通风、剖面等要求所决定。在满足使用要求的同时，我们还应从构成房间的技术经济条件及人们对室内空间的观感来确定，考虑房间的平面形状和尺寸。房间平面形状和尺寸的确定，主要是从房间内部的使用要求和技术经济条件来考虑的，
同时室内空间处理美观要求，也是影响房间平面形状的重要因素。
2.2 建筑体型和立面设计
建筑物在满足使用要求的同时，它的体型、立面，以及内外空间组合等，还会给人们在精神上以某种感受。建筑物的美观问题，既在房屋外部形象和内部空间处理中表现出来，又涉及到建筑群体的布局，它还和建筑细部设计有关。
建筑物的体型和立面，即房屋的外部形象，必须受内部使用功能和技术经济条件所约束，并受基地群体规划等外界因素的影响。建筑物的外部形象，并不等于房屋内部空间组合的直接表现，建筑体型和立面设计，必须符合建筑造型和立面构图方面的规律性，把适用、经济、美观三者有机地结合起来。
2.2.1 建筑体型和立面设计的要求
对房屋外部形象的设计要求，有以下几个方面
①反映建筑功能要求和建筑类型的特征
②结合材料性能、结构构造和施工技术的特点
③掌握建筑标准和相应的经济指标
④适应基地环境和建筑规划的群体布置
⑤符合建筑造型和立面构图的一些规律
2.2.2建筑体型的组合
建筑物内部空间的组合方式，是确定外部体型的主要依据。建筑体型反映建筑物总的体量大小，组合方式和比例尺度等，它对房屋外型的总体效应具有重要影响。
建筑体型的组合要求，主要有以下几点：
(1) 完整均衡、比例恰当
建筑体型的组合，首先要求完整均衡，这对较为简单的几何形体和对称的体型，通常比较容易达到。对于较为复杂的不对称体型，为了达到完整均衡的要求，需要注意各组成部分体量的大小比例关系，使各部分的组合协调一致，有机联系，
在不对称中取得均衡。
(2)主次分明，交接明确
建筑体型的组合，还需要处理好各组成部分的连接关系，尽可能做到主次分明，交接明确。建筑物有几个形体组合时，应突出主要形体，通常可以由各部分体量之间的大小、高低、宽窄，形状的对比，平面位置的前后，以及突出入口等手法来强调主体部分。交接明确，不仅是建筑造型的要求，同样也是房屋结构构造上的要求。
(3)体型简洁、环境协调
简洁的建筑体型易于取得完整统一的造型效果，同时在结构布置和构造施工方面也比较经济合理。
建筑物的体型还需要与周围建筑，道路相呼应配合，考虑和地形、绿化等基地环境的协调一致，使建筑物在基地环境中显得完整统一、本置得当。
2.2.3 建筑立面设计
建筑立面是表示房屋四周的外部形象。立面设计和建筑体型组合一样，也是在满足房屋使用要求和技术经济条件的前提下，适用建筑造型和立面构图的一些规律，紧密结合平面、剖面的内部空间组合进行的。
建筑立面可以看成是由许多构造部件所组成：它们有墙壁体、梁柱、墙墩等构成房屋的结构构件，有门窗、阳台、外廊等和内部使用空间直接连通的部件，以及台基、勒脚、檐口等主要起到保护外墙作用的组成部分。恰当地确立这些组成部分和构部件的比例和尺度，运用节奏韵律、虚实对比等规律，设计出体型完整，形式与内容统一的建筑立面。
完整的立面设计，并不只是美观问题，它和平面、剖面的设计一样，同样也有使用要求，结构构造等功能的技术方面的问题。
2.3 抗震设计
建筑物由于受气温变化、地基不均匀沉降以及地震等因素的影响，使结构内部产生附加应力和变形。解决的办法有二：一是加强建筑物的整体性；二是预先在这些变开敏感部位将结构断开，留出一定的缝隙，以保证各部分建筑物在这些缝隙中有足够的变形宽度而不造成建筑物的破损。
2.4 房屋层数的确定和剖面的组合形式
2.4.1 房屋层数的确定
在本设计中，已经给出为5层。但影响确定房屋层数的因素很多，主要有房屋本身的使用要求，城市规划的要求，选用的结构类型，以及建筑防火等。
建筑剖面的组合形式，主要由建筑物中各类房间的高度和剖面形状、房屋的使用要求和结构布置特点等因素决定的。
2.5 建筑空间的组合和利用
建筑平面设计中，我们已经初步分析了建筑空间在水平方向的组合关系以及结构布置等有关内容，剖面设计院中将着重从垂直方向考虑各种高度房间的空间组合，楼梯在剖面的位置，以及建筑空间的利用等问题。
2.5.1 建筑空间的组合
（1）高度相同或接近的房间组合
高度相同、使用性质接近的房间可以组合在一起。
（2）高度相差较大房间的组合
在多层和高层房屋的剖面中，高度相差较大的房间可以根据不同高度房间的多少和使用性质，在房屋垂直方向上进行分层组合。
（3）楼梯在剖面中的位置
楼样在剖面中的位置，是和楼梯在建筑平面中的位置以及建筑平面的组合关系密切联系在一起的。
2.5.2 建筑体型的组合
建筑物内部空间的组合方式，是确定外部体型的主要依据。建筑体型反映建筑物总的体量大小，组合方式和比例尺度等，它对房屋外型的总体效应具有重要影响。
建筑体型的组合要求，主要有以下几点：
（1）整体均衡、比例恰当
建筑体型的组合，首先要求完整均衡，这对较为简单的几何形体和对称的体型，通常比较容易达到。对于较为复杂的不对称体型，为了达到完整均衡的要求，需要注意各组成部分体量的大小比例关系，使各部分的组合协调一致，有机联系，在不对称中取得均衡。
（2）主次分明，交接明确
建筑体型的组合，还需要处理好各组成部分的连接关系，尽可能做到主次分明，交接明确。建筑物有几个形体组合时，应突出主要形体，通常可以由各部分体量之间的大小、高低、宽窄，形状的对比，平面位置的前后，以及突出入口等手法来强调主体部分。交接明确，不仅是建筑造型的要求，同样也是房屋结构构造上的要求。
（3）体型简洁、环境协调
简洁的建筑体型易于取得完整统一的造型效果，同时在结构布置和构造施工方面也比较经济合理。
建筑物的体型还需要与周围建筑，道路相呼应配合，考虑和地形、绿化等基地环境的协调一致，使建筑物在基地环境中显得完整统一、本置得当。
2.6办公楼设计的基本要求
2.6.1总则
(1) 根据规范，使办公楼紧张设计符合适用、安全、卫生等基本要求。
(2) 根据紧张设计的使用功能，按建筑质量标准和设备、设施条件，将办公楼建筑由高到底分为一、二、三、四、五、六级6个等级。
(3) 办公楼建筑设计也应符合现行的?民用建筑设计通则?以及国家现行的有关标准、规范。
2.6.2 总平面设计要点
(1) 必须依据办公楼规模、类型、等级标准，根据办公楼基地环境条件及功能要求进行平面组合、空间设计。
(2 )注意办公楼的各个组成部分：公共活动、标准层、办公室、后勤辅助管理、职工生活等部分的使用效益。
(3)注意办公楼安全设计。依据各种设计规范，使设计符合规范要求。同时须注意残疾人的使用及安全要求。
(4)主要出入口必须明显，并能引导职工直接达到门厅。主要出入口应根据使用要求，设置单车道或多车道，入口车道上方宜设雨棚。
(5)不论采用那种建筑形式，均应合理划分办公楼建筑的功能分区，组织各种出入口。
(6)在综合性建筑中，办公楼部分应有单独分区，并有独立的出入口；对外营业的商店、餐厅等不应影响办公楼的使用功能。
(7)总平布置应处理好主体建筑的关系。对各种设备所产生的噪音和废气应采取措施，避免干扰办公室区和邻居建筑。
(8)总平面布置应合理安排各种管道，做好管道综合，并便于维护和检修。
(9)应根据所需停放车辆的车型及辆数在基地内或建筑物内设置停车空间或按城市规划设置公用停车场地。
(10)基地内应根据所出地点布置一定的绿化，做好绿化设计。
2.6.3总平面设计
(1) 除合理组织主体建筑群位置外，还应考虑广场、停车场、道路、庭院、杂物堆放场地的布局。
(2)办公楼出入口
①主要出入口及位置应显著，可供职工直达大厅。
②职工出入口，宜设在职工工作及生活区域，用于办公楼职工上下班进出。
③垃圾污物出口，位置要隐蔽，出于下风向。
(3)办公楼出入口步行道设计，步行道是城市至办公楼门前的人行道应与城市人行道相连，保证步行至办公楼的办公楼安全。
①在办公楼出入口前适当放宽步行道。
②步行道不应穿过停车场与车行道交叉。
(3) 办公楼停车
根据办公楼标准、规模、投资、基地和城市规划部门规定，考虑地面广场停车，地下及地面多层独立式车库等停车方式，职工自行车停放车数，按职工工人的人数的20%~40%考虑，面积按1.47m2/辆计算。
(4) 总平面布置方式
分散式：适用于宽敞基地，各部分按使用性质进行合理分区、布局需紧凑，道路及管线不宜过长。
集中式：适用于用地紧张的基地，须注意停车场的布置、绿化的组织及整体空间效果。
2.6.4 标准层
(1) 标准层设计的一般规定
①公共用房与辅助用房应根据办公楼等级、公共设施情况确定。
②建筑布局应与管理方式和服务手段相适应，做到分区明确，联系方便，保证办公室及公共房具有良好的住居和活动环境。
③建筑热公设计应做到因地制宜，保证室内基本的热环境要求，发挥投资的经济效益。
④建筑体型设计应有利于减少空调与采暖的冷热负荷，做到建筑围护结构的保温和隔热，以利节能。
⑤采暖地区的办公楼办公室部分的保温隔热标准应负荷现行的?民用建筑节能设计标准?规定。
⑥室内应尽量利用自然采光。
(2) 办公室的设计
①办公室设计应根据气候特点、环境位置、景观条件，争取良好的朝向。
②办公室设计应考虑办公桌布置，办公桌设计应符合人体尺度、方便使用和有利于维修。
③办公室长宽比以不超过2：1为宜。
④办公室净高一般大于等于2.4m，不设空调时不应低于2.6m。
⑤办公室内走道宽度大于等于1.1m，公共走道净高不应低于2.1m。
⑥办公室门洞宽度一般大于等于0.9m，高度大于等于2.1m。
⑦办公室的允许噪音等级根据不同要求，设计时需要根据具体要求确定。
⑧办公室室内色彩及装修宜简洁、协调。
⑨标准较高的办公室客设置电话和集中的电器控制设施。
3. 结构设计说明
3.1 框架结构设计任务书
3.1.1 工程概况
信阳某公司办公楼工程，建筑层数五层，钢筋混凝土框架结构，梁板柱均为现浇，建筑面积约为5332.71m2，建筑地点冰冻深度-1.2m，设防烈度6度，二类场地，工程等级为三级。
3.1.2 设计资料
（1）气象条件
基本风压0.45KN/m2;基本雪压0.40KN/m2.
（2）抗震设防
六度。
(3) 层面做法：二毡三油防水层；
冷底子油热玛蹄脂二道；
水泥石保湿层（200mm厚）；
20mm厚水泥砂浆找平层；
120mm后钢筋混凝土整浇层；
吊顶（或粉底）。
(4) 楼面做法：磨光大理石地面；
120mm厚钢筋混凝土整浇层；
粉底（或吊顶）。
混凝土强度等级为C30，纵筋2级，箍筋1级。
3.1.3 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)框架纵横向侧移计算；
(4)框架在水平及竖向力作用下的内力分析；
(5)内力组合及截面设计；
(6)节点验算。
3.2 框架结构设计计算
3.2.1 梁柱截面、梁跨度及柱高度的确定
(1)初估截面尺寸
①柱：一、二、三、四五层：b×h=500mm×500mm。
②梁：
L1=b×h=300mm×600mm
L2=b×h=300mm×600mm
L3=b×h=300mm×600mm
L4=b×h=300mm×600mm
L5=b×h=300mm×600mm
L6= b×h=300mm×600mm
(2) 梁的计算跨度
以上柱形心线为准，由于建筑轴线与墙轴线不重合，故建筑轴线与结构计算跨度相同，见图中所示。
底层柱高度：h=3.9m+0.45m+0.5m=4.85m ，其中3.9m 为底层层高，0.45m 为室内外高差，0.5m 为基础顶面至室外地面的高度，其它柱高等于层高，即3.3m ，由此得框架计算简图
图3-2 框架梁编号
250
C 2400A B 250
250250
6600D
250250
6600
图3-3 梁的计算跨度
3.2.2 荷载计算
（1）屋面均布恒载
按屋面的做法逐项计算均布荷载，计算时注意：吊顶处不做粉底，无吊顶处做粉底，近似取吊顶，粉底为相同重量。
二毡三油防水层 0.35KN/m2
冷底子油热玛蹄脂二道 0.05 KN/m2
200mm厚泡沫混凝土保温层 0.2×6=1.2KN/m2
120mm 厚现浇板 0.12×25=3 KN/m2
15 mm厚吊顶与粉底 0.015×17= 0.2 6KN/m2
共计 5.26 KN/m2
因为本设计中屋面在五层中均有所以要分项计算。
五层屋面恒载标准值：
5.26×（7.2+3.6+0.5+0.5）×（
6.6+0.5）=461 KN
0.25×（7.2+0.5+3.6+0.5）×（6.6+0.5）=21 KN
G
8
=461+21×0.5+36.3×4+30.96+6×10.1+10×
24.1/2+(282+438)/2=1189 KN
图3-4横向框架计算简图及柱编号
（2）楼面均布恒载
按楼面做法逐项计算；
水磨石地面 0.65KN/m2
120厚现浇板 0.12×25=3 KN/m2
3 3 0
4 8
5 0
吊顶与粉底 0.015×17= KN/m2
共计 3.91 KN/m2
八层楼面均布荷载
因为该层设有小水箱，因此要将水箱荷载转化为均布荷载，20吨水箱在7.2×5.6房间内转化后的均布荷载约为5.0 KN/m2。
（7.2+0.5）×（5.6+0.5）×9.65=453.261KN
其中9.65为细石混凝土（50厚），水转化后的均布荷载120厚的现浇板和吊顶与粉底的荷载标准值之和。因此八层楼面的荷载为：
（5.6×2+0.5）×3.6×1+0.5）×4.15×2+（7.2×1+0.5）×（5.6×1+0.5）×4.15+453.261
=1046.338KN
其它层楼面荷载：
（5.6×2+0.5）×（3.6×14+0.5）×4.15+（5.6+0.5）×（3.6×12+0.5）×4.5+（4.2+0.5）×（3.6+0.5）×4.15×4+（7.2+0.5）×（7.2+0.5）×4.15×2
=4389.704KN
（3）屋面均布活荷载
雪荷载标准值：
（10×3.6+0.5）×（6.6×2+2.4+0.5）×0.25=147 KN
计算重力荷载代表值时，由于设计的可上人屋面，因此取荷载为 1 .5 KN/m2，此时雪荷载考虑。
五层屋面活荷载标准值：
（5.6×2+0.5）×（3.6+0.5）×1.5×2+（5.6×1+0.5）×（7.2×1+0.5）×1.5+（7.2+0.5）×（5.6+0.5）×1.5=284.82 KN
（4）楼面均布活荷载
楼面均布活荷对办公楼的一般房间为1.5 KN/m2；走廊、楼梯、门厅等处取为
2.0 KN/m2为了计算方便，此处偏安全地同意取均布活荷载2.0 KN/m2
楼面均布活荷载标准值为：
（10×3.6+0.5）×（6.6×2+2.4+0.5）×2=1175 KN （5）梁柱自重（包括梁侧、梁底、柱的抹灰重量）
梁侧、梁底抹灰近似按加大了梁宽考虑
每根重量计算见例 0.34×0.7×6.1×25=36.3KN 表3-1 梁柱自重
（6）墙体自重
墙体均为240厚，两面抹灰，近似按加厚墙体考虑抹灰重量。
单位面积上墙体重量为 0.28×19=5.32KN/m2
卫生间墙厚为180:0.2×19=3.8 KN/m2
墙体自重计算见表：考虑墙体上有门和窗,所以墙净重按80%折算.
表3-2 墙体自重
(7) 荷载分层总汇。