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1、第一章 绪论1.1 高层办公楼的意义此次课题设计是拟在哈尔滨建造一幢综合性高层办公打楼建筑面积为13469.68,共十一层，地下3.9m，标准层3.6m。首先根据设计任务书及高层办公楼建筑功能要求进行了建筑方案设计，并结合钢筋混凝土结构的特点，采用CAD、天正等软件对建筑平面，立面，剖面施工图的绘制，并设计了楼梯，大墙剖面等主要建筑大样图。纵观全世界的城市中心都在改变着它们的竖向尺度，3040层或更高的建筑或建筑群越来越多地高耸在地平线上。城市中的高层建筑是反映这个城市经济繁荣和社会进步的重要标志，随着社会与经济的蓬勃发展，特别是城市建设的发展高层建筑越来越引起人们的关注。当前世界上最高的30
2、幢建筑几乎都是办公楼。这也说明了办公楼建筑由于其独特的功能和组织形式对于建造高层建筑是适宜的。现代办公建筑的三大特点是：高层、灵活，综合。现代的高层办公建筑中都能到充分反映。现代办公建筑布局灵活多变，空间分隔自由，以适应现代办公组织体系得不断调整，不断改革和不断更新。现代的高层办公建筑大都采取十几家或几十家乃至上百家公司（部门）联合办公的形式，最大限度地满足办公人员对工作和生活的需要。供出租给其它公司使用。第三种是高层政府办公楼。我国的高层办公建筑在20世纪二十至三十年代初已有初步发展，近几年，我国许多城市如北京、上海、广州等陆续建造拉许多高层办公建筑。今后，随着经济的发展，我国城市将会出现更
3、多高层办公的建筑。第2章 建筑设计2.1 总平面设计本次设计为11层办公大楼并附一裙房，占地面积13469.68，布局见建筑图说明。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在城市中高层建筑往往出群地出现，现代化的社会与社团关系着眼，这些建筑物彼此之间应该是有机联系得。城市中高层建筑参差错落的高高耸起，形成拉引人注目的目标。它们的侧影对城市轮廓线的形成有重大的影响。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，同时又和城市中的其它的建筑物融为一体，相互协
4、调，美化拉城市环境犹如一体理想的“花园城”。2.2 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。本例的体型仍采用传统的矩形棱柱体，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，电梯间置于中心，洗手间置于旁边。高层办公建筑的主要垂直交通是电梯，对于电梯的选则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：一是集中。电梯是出入建筑物的人经常使用的
5、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。二是使用方便。根据电梯使用频率，将电梯布置在正对出入口并列设置。三是分隔。主要通道和电梯布置分开，免去人流高峰时相互影响。将电梯厅避开主通道设置在凹处，并把电梯集中设置在建筑物中央，这也是较重要的。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。2.3 立面设计大多数
6、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。立面上外墙采用白瓷砖贴面，给人以清洁自然。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。2.4 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，这儿不再
7、说明。楼面采用现浇钢筋混凝土梁板楼面，构造较为简单。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。上下水的水箱，出气管等位置的要求。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，在办公楼顶部往往要安放很多的机械设备和装置，应为设备层。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，也反映拉建筑标准的一个方面其中一些问题需要平，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
8、设计的效果，室内光线的强度和照度是否均匀，除来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有关。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。2.5 防火设计本设计中每一层设计防火分区建筑物内的主要分隔墙，砌至梁板的底部，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。隔墙的门应采用甲级防火门。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
9、门洞和通气孔洞，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等级限不应低于1.00小时的非燃体。井壁上的检查门应采用丙级防火门。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，并设防烟，排烟设施，通向前室和楼梯间的门均应设乙级防火门，应向疏散方向开启。消防电梯与客梯兼用，但符合消防电梯的要求。 - 73 -图3-1 结构平面布置第3章 结构设计3.1 工程概况哈尔滨市拟兴建11层综合写字楼，建筑面积13469.68平方米。建筑所在地势平坦，6度抗震，类场地，主导风向为西南风。建筑物首层高为3.9米，标准层高度3.6
10、米， 3.2 计算简图本工程采用全现浇结构体系，13层砼强度等级C40（fc=19.5N/mm2），以上各层均为C30(fc=14.3N/mm2)。结构体系选择框架结构，楼板及屋盖均采用现浇钢筋砼结构，楼板厚100mm，梁截面高度按梁跨度的1/121/8估算，估算梁的截面尺寸见表3-1。表3-1 梁截面尺寸及各层砼强度等级层次砼强度等级横梁 纵梁 次梁 AB、CD跨BC跨41113C30C40300600350600300450350450300700350700300500300500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,可知边柱及负载面
11、积为7.23.0。 (3-1)得，第一层柱截面面积为：边柱：中柱： 图3-1 计算简图如取柱截面为正方形，则边柱和中柱截面高度分别为487 mm2和566mm2，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：地1至3层 700700 mm2 411层 600600 mm2基础选用桩基础，基础承台埋深取2000mm。框架结构计算简图如图3-1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，411层柱的高度为3.6m， 底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即h=3.9+0.65+0.75=5.3 m 3.3 重力荷载计算3.3.1 屋面及楼面恒荷标准值的计算屋面（上人）：30
12、厚细石砼的保护层 220.3=0.66kN/m2三毡四油防水层 0.4 kN/m2 20厚水泥砂浆找平层 200.02=0.4 kN/m2 150厚水泥蛭石保温层 500.15=0.75 kN/m2 100厚钢筋砼板 250.1=2.5 kN/m2 V形轻钢龙骨吊顶 0.25 kN/m2 合计 4.96 kN/m2 111层楼面： 瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 500.15=0.75 kN/m2 100厚钢筋砼板 250.1=2.5 kN/m2 V形轻钢龙骨吊顶 0.25 kN/m2 合计 3.30 kN/m2 3.3.2 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 kN/m2
13、 楼面活荷载标准值 2.5 kN/m2 屋面雪荷载标准值 Sr=1.00.3=0.3 kN/m2 3.3.3 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，计算出单位长度的重力荷载，对墙、门、窗可计算出单位面积上的重力荷载。计算结果见表3-2表3-2 梁、柱重力荷载标准值层次构件b/mh/m13 边横梁0.350.72251.055.515.316467.21956.35中横梁0.350.45251.054.131.6852.86次梁0.360.5251.053.945.514302纵梁0.350.72251.056.436.3281134.3柱0.720.72251.
14、1013.55.3322286.2411边横梁0.360.6251.054.735.416408.21727.78中横梁0.360.45251.053.541.6845.36次梁0.360.5251.053.945.514301.81纵梁0.360.72251.055.516.328972.41柱0.720.72251.1010.93.3321150.0墙体为400mm厚砌块填充墙，外墙面贴瓷砖（0.5kN/mm2），内墙面为 20mm厚摸灰，则外墙单位墙面重力荷载为：0.5+0.46.0+170.02=3.24 kN/mm2内墙为200mm陶粒砌块，两侧均为20mm厚摸灰，则内墙单位面积重力
15、荷载为0.26.0+170.022=1.88 kN/mm2钢铁门单位面积重力荷载为0.45 kN/mm2；铝合金窗单位面积重力荷载取0.4 kN/mm2。3.3.3 重力荷载代表值集中于各楼层标高处的重力荷载代表值，3.4 框架侧移刚度计算计算梁的线刚度时，考虑到现浇楼板的作用，一边有楼版的梁截面惯性矩取I=1.5，两边有楼板的梁截面惯性矩取I=2.0。为按矩形截面计算的梁截面惯性矩3.4.1 框架侧移刚度计算 梁的线刚度计算如表3-3 表3-3 梁的线刚度梁截面m2砼等级边框架梁中框架梁边横梁0.360.72C3030.01065.410-38.110-34050010.810-354000
16、0.350.72C4032.51066.310-39.510-35118812.610-368250走道梁0.360.72C3030.01062.310-33.510-3437504.610-3575000.360.72C4032.51062.710-34.110-3555215.410-3731253.4.2 柱线刚度计算柱线刚度计算见表3-4 表3-4 柱的线刚度层次柱层高4110.60.63.330.01060.64/1298181.8130.70.75.332.51060.74/12122692.63.4.3 柱的侧移刚度柱的侧移刚度按式 (3-2)计算，根据梁、柱线刚度比不同，可分为
17、中框中柱和边柱，边框架中柱和边柱。以及楼梯，电梯间柱等。具体计算见表3-5 表3-5 框架柱侧向刚度（D）值计算层 号位 置（一般层）（一般层）kN/m柱根数（底层）（底层）311边框架边柱0.410.1718498.694边框架中柱0.860.3032482.214中框架边柱0.550.2223334.9512中框架中柱1.140.3639183.29122边框架边柱0.470.1920477.604边框架中柱0.970.3335395.264中框架边柱0.570.2223923.9512中框架中柱1.290.3942376.52121边框架边柱0.420.3819888.454边框架中柱0
18、.870.4825017.354中框架边柱0.560.4121657.8712中框架中柱1.150.5227472.9612将上述情况下同层框架柱侧移刚度相加，即得框架各层间侧移刚度见表3-6 。 表3-6 横向框架层间侧移刚度层次12345769193.101019097.07954142.50954142.50954142.50层次678910954142.5954142.50954142.50954142.50954142.50层次11954142.50由表3-6可知/=769193.1/1019097.07=0.750.7，故该框架为规则框架。3.5 横向水平荷载作用下框架结构的内力和
19、侧移计算3.5.1 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算 （3-3）将折算到主体结构的顶层；即 结构顶点的假想侧式下表计算，其中第10层的为与之和。计算结果见表3-7。表3-7 结构顶点的假想侧移计算层次112106.72106.7954142.502.21556.881010728.612835.3954142.5013.45554.67910982.223817.5954142.5024.96541.22810982.227837.4954142.5028.87521.63710982.234799.7954142.5036.47516.26610982.245781.9954142
20、.5047.98479.79510982.256764.1954142.5059.49431.81410982.267746.3954142.5071.00372.31续表3-7结构顶点的假想侧移计算层次310982.278728.5954142.5082.51301.31210982.289710.71019097.0788.03218.80110876.1100586.8769193.10130.77130.77按 （3-3）计算基本周期，其中的量纲为m，取，则：（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
21、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： =0.85100586.8=85498.78 kN0.04因1.4Tg=1.40.4=0.56T1=0.89S，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，按=0.08T1+0.01=0.080.89+0.01=0.0812，各质点的水平地震作用按 (3-4)计算，具体计算过程见表3-8，各楼层地震作用剪力按式 (3-5)计算，计算结果列入表3-8表3-8各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层 次1138994.937806.200.0253.0053.00103510728.6375501.000.17526.4557
22、9.45931.710982.2348135.740.16488.081067.53828.410982.2311894.480.14437.271504.81725.110982.2275653.220.12386.461891.27621.810982.2239411.960.11335.652226.92518.510982.2203170.700.09284.842511.76415.210982.2166929.440.07234.032745.80311.910982.2130688.180.06183.222929.0228.610982.294446.920.04132.413
23、061.4315.310876.157643.330.0380.823142.25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3-2（a）水平地震作用 （b）、层间剪力分布图3-2水平地震作用计层间剪力分布（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 (3-6)和 (3-7)计算。计算结果见表3-9表3-9 横向水平地震作用下的位移验算层次11579.45954142.500.6123.2933001/543491067.53954142.501.1222.6833001/294981504.81954142.501.5821.5633001/209
24、271891.27954142.501.9819.9933001/166562226.92954142.502.3318.0033001/141452511.76954142.502.6315.6733001/125442745.80954142.502.8813.0433001/114732929.02954142.503.0710.1633001/107523061.431019097.073.007.0933001/109913142.25769193.104.094.0953001/1297由表3-9 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，查表可得。（4）水平
25、地震作用下框架内力计算以图1中2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 (3-8)计算，其中取自表3-5，取自表3-6，层间剪力取自表3-8。各柱反弯点高度按式 (3-9)确定。其中由表可查得。在本设计中底层柱需考虑修正值，第2层柱需考虑修正值，其余各柱均无修正值，具体计算过程及结果见表3-10 图3-3 地震作用下框架轴力及剪力图梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按、 (3-10) (3-11)和 (3-12)计算，其中梁线刚度取自表3-4。具体的计算过程见表3-10表3-10 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力边柱中柱1160.3644.126.0017.4147.804
26、7.802.4039.83-17.41-22.421086.6746.586.0088.8767.1267.122.4048.60-34.99-65.839123.8799.756.0037.27108.07108.072.4090.05-54.68-75.208184.69150.546.0055.87163.09163.092.40135.91-110.56-155.237251.27202.076.0075.56218.91218.912.40182.43-186.12-262.106286.67246.586.0088.87267.12267.122.40222.60-274.99-3
27、95.835344.87271.296.00102.69293.90293.902.40244.92-377.68-538.054382.04312.766.00115.80338.82338.822.40282.35-493.48-704.603399.15337.586.00122.79365.71365.712.40304.76-616.27-886.582423.50359.276.00130.46389.21389.212.40324.35-746.73-1080.461489.94381.426.00145.23413.20413.202.40344.34-891.96-1279.
28、57注:1）、柱轴力中的负号表示拉力。当为左地震时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。2)、表中单位为kNm，单位为kN，单位为水平地震作用下，框架的弯矩图，梁端剪力图，轴力图如图3-5所示3.5.2 横载作用下框架结构内力和侧移计算（1）风荷载标准值：风荷载标准值按式，基本风压=0.55。由荷载规范查的（迎风面）和（背风面），B类场地，H/B=38/50.4=0.75。查表的V=0.44、T1=0.89S，由表查的由式得： (3-13)仍取图1中的2轴线横向框架，其负载宽度为7.2m。由式 （3-14）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
29、层标高处的。见表3-6；沿高度的分布见图3-6表3-11沿房屋高度分布风荷载标准值层次kN/m11421.001.521.466.924.4010350.931.491.436.734.20931.70.911.431.406.353.97828.40.811.391.376.033.77725.10.721.341.345.683.55621.80.621.281.315.313.32518.50.531.181.284.803.00415.20.431.141.244.482.80311.90.341.031.213.952.4728.60.251.001.163.662.2915.30.
30、151.001.103.472.17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4045m，且H/B=35/14.4=2.431.5，由表5.6可见，沿房屋高度在1.091.37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影响。框架结构分析时，应按静力等效原理将的分析风荷载转化为节点集中荷载如图3-6所示，该房屋第8层，的计算过程如下：=（6.35+6.03+3.97+3.77）3.30.5+（6.35-6.03）+（3.97-3.77）3.30.51/3+（6.03-5.68）+（3.77-3.55）
31、3.30.52/3=34.08kN（2）风荷载作用下的水平位移验算根据图3-6（b）所示的水平荷载，由式 （3-15）计算层间剪力，然后依据表3-，2轴线框架的层间侧移刚度，再按式 （3-16）和 （3-17）计算各层的相对侧移和绝对侧移。计算结果见表3-12表3-12风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算层次1234567891011FIn(kN)38.2920.9923.5726.0628.1130.6632.3434.0835.9412.668.54Vi(kN)282.7244.4223.4199.8173.8145.7115.082.748.612.668.5418807324434622
32、6998226998226998226998226998226998226998226998226998（mm）5.393.143.122.792.422.031.601.150.680.180.12（mm）5.398.5311.6514.4316.8618.8920.5021.6522.3322.502140（mm）1/9841/10501/10591/11831/13611/16241/20561/28611/48671/186861/20057由表3-12可见，风荷载作用下框架的最大层间位移角为1/984，小于1/550，满足规范要求。（3）风荷载作用下框架结构内力计算：以图1中的2轴线
33、横向框架为计算单元框架柱端剪力及弯矩分别按式 （3-18）和 （3-19）计算，其中Dij取自表3-9，取自表3-12，层间剪力取自表。各柱反弯点高度按式确定。其中由表可查得。在本设计中底层柱需考虑修正值，第2层柱需考虑修正值，其余各柱均无修正值，具体计算过程及结果见表3-13梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按公式（3-10）公式（3-11）和公式（3-12）计算，其中梁线刚度取自表3-6。具体的计算过程见表3-13表3-13 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力边柱中柱115.544.056.001.604.394.392.403.66-1.60-2.06107.43512.786.004.8911.5216.732.408.96-4.70-8.70921.3716.626.006.3318.0018.002.4015.00-7.93-10.738