秦皇岛泰康医疗集团公司办公楼结构设计说明.doc

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1、办公楼结构设计1 建筑设计1.1 设计的有关资料一. 工程名称：XX泰康医疗集团公司办公楼设计。二. 工程概况：建筑面积约为4000m2,是一幢五层的现浇钢筋混凝土框架结构体系的建筑物,层高均为3.4m,室内外高差为0.45m。三. 设计条件：1气象条件：夏季极端最高温33度,冬季极端最低-15度。2主导风向:全年为西北风夏季为东南风,基本风压w0=0.45kN/m2。3雪条件：基本雪压为0.25kN/m2其他条件：1建筑结构的安全等级为二级,结构设计正常使用年限为50年。2抗震设防烈度7度0.1g三组,场地为2类场地,设防烈度类别为丙类。四. 材料使用：1钢筋：纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB

2、335,其余采用热轧钢筋HPB235。2混凝土：梁柱板均使用C30类型的混凝土。3墙体：外墙全部使用300mm厚的灰砂砖,=18kN/m3,一侧为20mm的厚抹灰层,=17kN/m2,一侧墙体为水刷石墙面,=0.5kN/ m2；隔墙使用300mm厚的灰砂砖,=18kN/m3,两侧均为20mm厚的抹灰层。卫生间墙的两侧均是贴瓷砖,=0.5kN/ m2女儿墙使用300mm厚的蒸压粉煤灰加气混凝土砌块,=5.5kN/m3,两侧均为20mm厚的抹灰,墙高设计为900mm,另外上面为100厚混凝土盖顶。门窗类型：大门均为玻璃门,=0.45kN/m2,办公室均为木门,=0.2kN/m2；窗户均为铝合金窗,

3、=0.35kN/m2。五其他结构选型1屋面：使用现浇钢筋混凝土板作为承重结构,屋面板按上人屋面的使用荷载选用。2楼面：使用现浇钢筋混凝土板,板厚为120mm。3基础：使用柱下独立基础。4屋顶：建筑造型使用钢结构制作,在此不作考虑。1.2 建筑设计1.2.1 建筑平面设计1主要功能房间布局办公楼的平面组合采用综合式组合,有走道,套间,大厅的综合组合形式,内部空间要解决办公室,会议室,档案室的布置问题,解决人员的办公活动。以及通风和采光问题,解决好了各种流线问题,各功能应分区明确合理。有较好的疏散方式,满足防火要求,立面及造型应反映新时代办公楼建筑的形式。该办公楼的平面尺寸为:长为43.4m,宽为

4、17.6m。2主要房间的平面设计对于底层,因为有一个大厅,每天的人流量比较大,考虑到这方面,大门的设计就要充分满足人员的疏散要求。于是大门的尺寸为2.7m2.7m,大门的类型是办公楼一般使用的旋转玻璃门,另外在门的两侧各加开一扇双开玻璃门,尺寸都是2.4m2.7m,这样办公楼的入口有了三扇门,满足了一定的大人流的疏散要求。走廊的两侧,由于考虑到要有很好的采光要求,所以各开有一个铝合金的推拉窗,尺寸为2.1m1.8m。楼梯：为使人流尽早分散,避免底层走廊过于拥挤,所以在每层的两边各设置一部双跑楼梯,满足安全疏散的要求。3门窗的尺寸门：M1：2.7m2.7mM2：0.9m2.1mM3：1.8m2.

5、7mM4：1.8m2.1mM5：2.4m2.7m窗：C1：1.8m1.8mC2：2.1m1.8mC3：2.4m1.8mC4：1.8m3.4m1.2.2 建筑立面设计本办公楼建筑采用了对称设计,入口大厅设置于建筑的中轴线中间,走廊设置在建筑物的中间。该办公楼的南立面是其主要立面,即营业大厅的进门设在南立面。该立面图中表示了立面上门窗位置、形式、外墙引条线、外墙勒脚、雨水管以及东、西门进口踏步、雨篷等的位置,屋顶还表示出了女儿墙的形式,以及外墙、引条线、窗台、雨水管的材料作法。并且标出了各楼层、进门台阶、雨篷的标高。1.2.3 建筑剖面设计1建筑物高度尺寸的确定该建筑物为5层,各层均为3.4m。因

6、梁高未定,室内净高未最终确定,待结构设计结束后,再确定楼层净高。2室内外高差的确定为了防止室外雨水流入室内,防止建筑因为不均匀沉降使地面降低,为了满足建筑使用的要求,取室内外高差为450mm。3屋面设计本办公楼设计为上人屋面,所以在剖切面上,要显示出来。并且楼梯的材料,扶手以及剖切到的梁都要明确表示出来。由于建筑物总宽度大于12m,故采用双坡排水。屋面采用刚性防火屋面,其构建简单,施工方便,造价较低。1.2.4 屋面做法防水层刚性30厚C20细石混凝土 防水层柔性三毡四油上面铺小石子 找平层：15厚水泥砂浆 找坡层：40厚水泥石灰焦渣砂浆找坡 保温层：80厚矿渣水泥 结构层：120厚现浇钢筋混

7、凝土板 抹灰层：10厚混合砂浆 1.2.5 楼面做法标准层楼面：XX石面层 20厚1：3干硬性水泥砂浆 结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 抹灰层：10厚混合砂浆卫生间楼面：2厚水泥砂浆贴10厚300 300防滑地砖20厚水泥细砂浆面层30厚水泥砂浆找坡15厚水泥砂浆找平结构层：120厚现浇钢筋混凝土板抹灰层：10厚混合砂浆图1 一层平面图图2 正立面图2 结构设计2.1 结构布置及有关尺寸的初步估算2.1.1结构布置及梁,柱截面尺寸的初选 项目情况：该工程为XX泰康医疗集团公司办公楼设计。建筑结构的建筑面积约为4000m2,总共5层,层高均为3.4m。平面尺寸为43.40m17.6m,室内地坪

8、为0.000m,室内外高差为0.45m。框架平面与柱网布置图如下图3。图3 结构平面布置图板厚取120 mm,。一、确定计算简图假定框架柱与基础顶面接触,框架梁与柱刚接,设计时为了计算的方便,使每个柱子的尺寸不变,于是梁的跨度和柱截面形心线之间的距离相等。将基础距离室外地坪的高度设为1.0m,室内外高差为0.45m,所以底层的柱子高度为h=3.4+1.0+0.45=4.85m,其余各层竹篙从露面算到上一层楼面,所以都是3.4m,于是框架的计算见图为下图4表示。图4 框架计算简图二.梁、柱截面尺寸的估算：1梁截面1.AB跨：主梁：L =7200mmh=L=600mm900mm,取h=700mmb

9、=h=233mm350mm,取b=300mm故该框架的横梁与纵梁的初步设计截面尺寸为bh=300mm700mm次梁：L=7200h=L=400mm600mm,取h=500mm b=h=200mm300mm,取b=300mm故框架的次梁初步设计截面尺寸为bh=300mm500mm2.BC跨：主梁：L=3000mmh=L=250mm375mm,取h=500mmb=h=167mm250mm,取b=300mm故框架梁的初步设计截面尺寸为bh=300mm500mm。于是计算结果归纳于下表1：表1估算梁的截面尺寸,单位为mm层数混凝土强度等级横梁bh纵梁bh次梁bhAB,CE跨BC跨15C30300700

10、300500300700300500柱截面尺寸的估算框架柱截面尺寸根据柱的轴压比限制,按下式计算：式中：为考虑地震作用组合后柱轴力压力增大系数,边柱取1.3,等跨内柱取1.2,不等跨取1.25；: 为按照简支状态计算柱的负荷面积；：为折算后在单位面积上的重力荷载代表值,近似取14Kn/m3: 为验算截面以上楼层层数；则底层中柱的轴力设计值为N=1.2147.2/25=3084.48kN该项目工程全部使用C30的混凝土,查表的fc =14.3N/mm2,首先假定该层柱截面尺寸bh=500mm500mm,则柱的轴压比为：,满足要求。故该框架柱的估计尺寸符合要求,确定为bh=500mm500mm。并

11、且为了施工的方便性,可以使得各层的所有柱子的截面尺寸都保持不变。2.1.2 荷载计算2.1.2.1 屋面与楼面的恒荷载标准值计算一.屋面防水层刚性30厚C20细石混凝土 1.0防水层柔性三毡四油上面铺小石子 0.4 找平层：15厚水泥砂浆 0.015m200.3找坡层：40厚水泥石灰焦渣砂浆找坡 0.04m140.56保温层：80厚矿渣水泥 0.08m14.51.16结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.12m253抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m170.17合计 6.59 二.标准层楼面：XX石面层 0.02m280.5620厚1：3干硬性水泥砂浆 0.02m200.4结构层：120厚现浇

12、钢筋混凝土板 0.12m253抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m170.17合计： 4.13 三卫生间楼面2厚水泥砂浆贴10厚300 300防滑地砖0. 3420厚水泥细砂浆面层 0.02m200.430厚水泥砂浆找坡0.03+3.40.01/2m200.9615厚水泥砂浆找平 0.015m200.3结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.12m253抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m170.17合计： 5.17 2.1.2.2 屋面与楼面活荷载计算一. 根据荷载规范查得 ：上人屋面：2.0楼 面：2.0走 廊: 2.5二.雪荷载Sk=1.00.25=0.252.1.2.3 梁、柱、墙、门、窗的

13、重力荷载计算一.梁自重：1.边横梁、纵梁：bh=300mm700mm梁自重：250.3m =4.35 抹灰层：10厚混合砂浆： 2+0.3m 0.01m17=0.25合计： 4.6 2中横梁：bh=300mm500mm梁自重： 25 0.3m =2.85抹灰层：10厚混合砂浆： 2+0.3m 0.01m17=0.18 合计： 3.03 3.次梁：bh=300 mm500 mm因为次梁的尺寸和作法与中横梁完全一样,则次梁的重力荷载也是3.034.基础梁：bh=300 mm500mm梁自重： 25 0.3m0.5m=3.75二.柱自重：柱尺寸：bh=500 mm500 mm柱自重： 0.5m0.5

14、m25 =6.25抹灰层：10厚混合砂浆： 0.01m0.5m417=0.34 合计： 6.59 三.外墙自重：标准层：墙体： 3.4m-1.8m-0.7m0.3m18=4.86铝合金窗： 0.35 1.8m1.8m =0.63 水刷石外墙面： 3.4m-1.8m0.5 =0.9 水泥粉刷内墙面： 3.4m-1.8m0.36 =0.648合计： 7.038底层：墙体： 3.4m-1.8m-0.7m0.3m18=4.86铝合金窗： 0.35 1.8m=0.63 水刷石外墙面： 3.4m-1.8m0.5 =0.9水泥粉刷内墙面： 3.4m-1.8m0.36 =0.648合计： 7.038四.内墙自

15、重：标准层：墙体： 3.4m-0.5m0.3m18=16.2水泥粉刷内墙面： 3.0m0.36 2=2.16合计： 18.36 底层：墙体： 3.4m-0.5m0.3m18=16.2 水泥粉刷内墙面： 3.0m0.36 2=2.16 合计： 18.36 五.女儿墙自重：女儿墙使用300mm厚的蒸压粉煤灰加气混凝土砌块,=5.5kN/m3,两侧均为20mm厚的抹灰,墙高设计为900mm,另外上面为100厚混凝土盖顶。则单位面积内的重力荷载为：5.50.3m+170.02m2=2.332.2 结构的线刚度与横向侧移刚度计算2.2.1 结构的线刚度计算在框架结构中,为了增大梁的有效翼缘,增大梁的有效

16、刚度,减少框架的侧移,现浇楼板的楼可以作为梁的有效翼缘。为考虑这一有利的作用,在计算梁的截面惯性矩的时候,对于中框架取I=2IoIo为梁的截面惯性矩,边跨梁I=1.5Io梁采用C30混凝土,查表的,其弹性模量i边EI/L=中跨梁：i中EI/L=底层柱：i底EI/L=其余各层柱：i上EI/L=令i上1.0,则其余各杆件的相对线刚度为：i边i中i底则该框架的相对线刚度如下图5所示：图5 框架梁柱的相对线刚度2.2.2 结构的横向侧移刚度计算底层： A、E柱 B、C柱 标准层： A、E柱 B、C柱 计算结果见下表2：表2 横向侧移刚度统计表层号12345D72517.9889430.489430.4

17、89430.489430.4D1/D2=72517.98/89430.4=0.810.7 故框架为规则框架2.3风荷载、地震荷载集中于各楼层标高处的重力荷载代表值Gi2.3.1地震荷载作用下的梁、柱、墙、门、窗重力荷载标准值2.3.1.1 梁、柱、墙、门、窗重力荷载标准值一梁、柱重力荷载标准值表3梁、柱重力荷载标准值层次构件b/mh/m/g/mnGi/kNGi/kN1边横梁0.300.70251.055.5136.40016564.5312064.635中横梁0.300.50251.053.9382.800888.211次梁0.300.50251.053.9386.85014377.654纵梁

18、0.300.70251.055.5136.700281034.239柱0.500.50251.106.8754.85032106725边横梁0.300.70251.055.5136.40016564.5312064.635中横梁0.300.50251.053.9382.800888.211次梁0.300.50251.053.9386.85014377.654纵梁0.300.70251.055.5136.700281034.239柱0.500.50251.106.8753.40032748二墙自重外墙作法：全部使用300mm厚的灰砂砖,=18kN/m3,一侧为20mm的厚抹灰层,=17kN/,一

19、侧墙体为水刷石墙面,=0.5kN/；则外墙的重力荷载标准值为：180.3m+170.02m+0.5 =6.24内墙使用300mm厚的灰砂砖,=18kN/m3,两侧均为20mm厚的抹灰层,则内墙的单位面积重力荷载标准值为：180.3m+170.02m2=5.74三门窗单个重力荷载计算除大门为玻璃门,办公室为木门窗：全部使用铝合金玻璃窗2.3.1.2 重力荷载代表值重力荷载代表值指该建筑物的相关构件自重标准值和可变荷载组合值之和。其中前所乘的系数0.5为可变荷载的组合值系数。当计算顶层时,可变荷载取雪荷载,系数仍取0.5。底层：外墙总长：外墙面积：56.7m4.85m=274.995外墙自重：6.

20、24274.995=1715.97 kN所以 G=171597./2=857.985 kN内墙总长：7.2-0.35-0.410+7.2-0.2-0.156+5.4-0.2-0.15+3.620.92-0.3-1.8-1.5+3.6-0.25-0.916=123.45m内墙G=123.454.855.74/2=1718.362 kN底层梁自重 G=2064.635kN柱子：G=/2=907.5 kN门： G=1.82.72+2.42.72+2.72.70.45+0.92.117+1.82.10.2=21.803 kN窗：G=1.81.82+2.11.810+2.41.86+1.83.420.3

21、5=25.704 kN板：G=43.417.6-44.13+25.17=3171.99kN活荷载：G=0.52.043.417.6=763.84kN二层：外墙总长：43.4-0.58-1.82-2.14-2.46+17.6-0.54-2.12+43.4-0.58-1.82-2.110=54.8m外墙自重：G=54.83.46.24/2=581.318kN内墙总长：7.2-0.35-0.412-2.46+7.2-0.2-0.156+5.4-0.2-0.15+43.4-0.58-0.96+36-0.7-0.54-1.24-0.94-1.8+3.62-0.3-0.92=171.35m内墙G=171.

22、353.45.74/2=1672.033 kN柱：G=748 kN梁：G=2064.635 kN门：G=2.42.16+1.82.1+1.22.14+0.92.1120.2=13.356 kN窗：G=1.81.84+2.11.814+2.41.860.35=32.13kN板：G=3171.99kN活荷载：G=763.84kN三、四层：外墙：G=581.318kN内墙：总长:11+8+5.4-0.2-0.15+43.4-0.58-0.910-1.22+36-0.7-0.54-1.8-0.98+3.62-0.3-0.92=188.2m内墙自重：G=188.23.45.74/2=1836.456kN

23、柱：G=748 kN梁：G=2064.635 kN门：G=0.92.120+1.22.12+1.82.10.2=9.324kN窗：G=32.13kN板：G=3171.99kN活荷载：G=763.84 kN顶层：雪荷载：G=0.50.2543.417.6=95.48kN外墙：G=581.318kN内墙：总长：7.2-0.35-0.48+7.2-0.2-0.157+5.4-0.2-0.15+43.4-0.58-1.24-0.74+36-0.7-0.54-1.8-0.76-0.92+3.62-0.3-0.92+ 10+ 10=193kN内墙自重：G=1933.45.74/2=1883.294kN柱：

24、G=748/2=374kN梁：G=2064.635kN门：G=1.22.14+0.92.14+0.72.120+1.82.10.2=10.164 kN窗：G=32.13kN女儿墙:使用300mm厚的蒸压粉煤灰加气混凝土砌块,=5.5kN/m3,两侧均为20mm厚的抹灰,墙高设计为900mm,另外上面为100厚混凝土盖顶。则单位面积内的重力荷载为：5.50.3m+170.02m2=2.33屋面女儿墙：0.943.4+17.62=122m2女儿墙自重：G=1222.33=284kN板：G=43.417.66.59=5033.706kN屋顶建筑造型：假定为300KN活荷载：G=763.84kN综合以

25、上计算得：G1=7813.457+1718.362+581.318+1672.033=11785.17kNG2=581.318+581.318+1672.033+1836.456+748+2064.635+13.356+32.13+3171.99+763.84=11465.076kNG3=G4=*2+748+2064.635+9.324+32.13+3171.99+763.84=11625.467kNG5=1883.294+581.318+374+2064.635+10.164+32.13+95.48+284+5033.706+763.84+300=11433.951kN所以,地震荷载集中于各

26、楼层标高处的重力荷载代表值Gi,可由下图6表示：图6 地震荷载集中于各楼层标高处的重力荷载代表值Gi2.3.1.3 横向水平地震作用下框架的侧移计算表4结构顶点的假想侧移计算表层次GikNVGikNDiNmmuimmuimm511433.95111433.95189430.4816254.7411625.46723059.41889430.4825.8238.7311625.46734654.88589430.48485212.9211465.07646149.96189430.4864.5164.4111785.1757935.13172517.98899.999.9框架的自振周期：取,则T

27、1= 1.7T=1.70.7= 0.6s2.3.1.4 横向水平地震作用下的楼层地震剪力计算由于本结构高度不超过40m,变形以剪切型为主的且质量和刚度沿高度分布比较均匀,故使用底部剪力法计算水平地震作用。结构总的横向水平地震作用标准值计算如下：查表得,；因为,所以可不考虑顶部附加地震作用分数。计算各质点的水平地震作用标准值,将上述和代入可得计算结果见表5：表5各质点横向水平地震作用下楼层地震剪力计算表层次HimGikNGiHikNmFikNVikN518.4511433.951210956.400.3081102.021102.02415.0511625.467174963.280.26293

28、7.442039.46311.6511625.467135436.700.203726.332765.7928.2511465.07694586.880.142508.083273.8714.8511785.1757158.070.086307.713581.58各质点的水平地震作用下的楼层地震剪力沿着房屋高度的布设情况见图7所示：横向地震作用下荷载分布 b每层之间剪力分布 图7 横向水平地震作用及楼层地震剪2.3.1.5 水平地震作用下的位移验算横向水平地震作用下的该一榀框架结构的每层间位移和顶点位移各按下面两式计算：计算结果见表6所示,表中的层间弹性位移角=/。表6横向水平地震作用下的位移

29、验算层次VikNDiNmmuimmuimmhimm=/51102.0289430.481.5254.734001226742039.4689430.482.85238.734001119332765.7989430.483.87212.93400187923273.8789430.484.56164.43400174213581.5872517.9886.1799.948501786由上表可知,该框架的最大层间位移角位于在第二层,其为1/742/h= 1/550,满足要求。2.3.2 风荷载标准值计算及位移验算2.3.2.1 风荷载标准值计算为简化计算,将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中

30、荷载,计算过程如下表所示,表中Z为框架节点之室外地面的高度,A为一榀框架每层节点的受风面积。计算公式为：计算结果见下表7：表7 风荷载标准值计算层次51.31.00.8418.450.4531.6815.5741.31.00.7415.050.4524.4810.631.31.00.7411.650.4524.4810.621.31.00.748.250.4524.4810.611.31.00.744.850.4534.2915.12所以,该框架在风荷载作用下的标准值示意图见下图8：图8 风荷载作用下的结构受荷图,单位kN2.3.2.2 风荷载作用下框架的的位移验算风荷载作用下框架的层间位移计

31、算公式为：该框架在横向风荷载作用下的侧向位移计算结果见下表8：表8 风荷载作用下框架的位移计算层次515.5715.5789430.40.000173.41/20000410.626.1789430.40.000293.41/11724310.636.7789430.40.000413.41/8293210.647.3789430.40.000533.41/6415115.1262.4972517.980.000864.851/5639由上表可知,风荷载作用下该框架的最大层间位移角最大值为1/5639/h= 1/550,满足要求。2.4 地震荷载与风荷载的内力计算2.4.1水平地震荷载作用下的

32、内力计算水平地震作用下的框架柱端弯矩使用D值法计算。2.4.1.1各层柱端弯矩及剪力计算具体计算结果见表9：表9各层柱端弯矩及剪力计算层次hi/mVi/kN/N/mm边柱中柱yy53.41102.0271544321665.133.370.5620.3034.0479.4223050.135.50.6090.3036.2184.4943.42039.4671544321665.161.760.5620.4084.0012623050.165.710.6090.4089.37134.0533.42765.7971544321665.183.750.5620.45128.14185.0923050

33、.189.110.6090.45136.17196.6923.43273.8771544321665.199.140.5620.50168.54168.5423050.1105.480.6090.50179.32179.3214.853581.5858014415846.397.830.8020.71236.1696.4620412.7126.021.7380.71433.95177.25表中M的单位为kNm,V单位为kN 。相关的计算公式： 2.4.1.2 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算通过以上计算所得的数据,使用节点弯矩平衡的计算方法,由梁线刚度按其分配的方式计算粱端弯矩。具体的计算公式为：梁

34、、柱的计算简图如下图9,10：图9 梁端弯矩,剪力计算简图图10梁端弯矩,剪力计算简图具体计算过程及结果详见表10:表10梁端弯矩、梁端剪力和柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力边柱N中柱N579.4238.987.216.4445.5145.513.030.34-16.44-13.94160.0478.327.233.1191.9491.943.061.29-46.55-42.083269.09131.597.255.56154.47154.473.0102.78-102.2-89.212296.68145.147.261.38170.38170.383.0113.6-163.58-141.431

35、265163.997.259.58192.51192.513.0128.34-223.16-210.19图11地震作用下的框架弯矩图MKNm及梁端剪力图、柱轴力图Q、NKN2.4.2风荷载作用下的内力计算风荷载作用下的框架柱端弯矩使用D值法计算。2.4.2.1各层柱端弯矩及剪力计算计算公式同地震荷载,具体计算结果见表11：表11各层柱端弯矩及剪力计算层次hi/mVi/kN/N/mm边柱中柱yy53.415.5789430.421665.13.770.5620.303.858.9723050.14.010.6090.304.099.5443.426.1789430.421665.16.340.5

36、620.408.6212.9323050.16.750.6090.409.1813.7733.436.7789430.421665.18.910.5620.4513.6316.6623050.19.480.6090.4514.517.7323.447.3789430.421665.111.480.5620.5019.5219.5223050.112.210.6090.5020.7620.7614.8562.4972517.9815846.315.140.8020.7152.1321.2920412.716.111.7380.7155.4622.66表中M的单位为kNm,V单位为kN 。2.4.2.2 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算通过以上计算所得的数据,使用节点弯矩平衡的计算方法,由梁线刚度按其分配的方式计算粱端弯矩。计算公式也同地震荷载,具体计算过程及结果详见表12：表12梁端弯矩、梁端剪力和柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力边柱N中柱N58.794.397.21.865.155.153.03.43-1.86-1.57416.788.227.22.479.649.643.06.43-5.33-4.26325.2812.387.25.2314.5314.533.09.69-10.56-8.72233.1516.227.26.8619.0419.043.012.