高层建筑学员培训中心大楼设计

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1、目 录1 前言 2页2 建筑部分 38页3 上部结构部分 955页4 基础部分 5665页前 言高层建筑是近代经济发展和科学技术进步的产物。随着经济的腾飞，城市人口集中，用地紧张，以及商业竞争的激烈化、城市日益国际化，使相当多的办公楼、旅馆、医院、学校等建筑向高层发展。为了在市区内使高等学校有立足之地，我在各位指导老师的帮助下设计了一幢高层培训中心。它集办公、教学、住宿于一体，指导思想明确，设计方案符合实际要求，建成后能马上投入使用，解决学校教学、办公、住宿的困难。建筑部分一 概述高层建筑是随着社会生产的发展和人们生活的需要而发展起来的，由于西方某些国家工业革命的兴起和发展，农业人口大量涌入城

2、市，为了解决人们对居住、办公、商业、教学用房的需要，早在上一个世纪初便建立了大量的多层建筑，但最初由于受到垂直运输机械的限制，房屋还不能建得太高。直到1875年第一部载人电梯的制造成功，高层建筑才开始大量涌现出来。所以说，高层建筑是商业化、工业化、城市化的结果，而科学技术的发展，轻质高强材料的出现，以及电气化、机械化在建筑中的应用，又为高层建筑的发展提供了物质条件，高层建筑从其完全型的体量和引人注目的外观，使整个城市变得更加生机勃勃。现代世界信息交换和传递大量集中，人与人之间的联系日益密切，为了争取城市繁华地带，在有限的土地上容纳大量的教学活动场所，教学建筑不得不向高空发展。高层建筑与其他少层

3、建筑相比，只有节省用地、节约市政工程费用，减少拆迁费用等一系列优点；同时，高层的发展还有助于建筑工业化的发展，为了充分发挥高等学校人才和设备优势，为国家和地方常年培养专业人才，拟在哈尔滨某高校校区兴建一培训中心。培训中心是现代化建筑教学的一个主要形式，它自身容教学、管理、住宿三位一体，形成一套系统建筑管理体系，满足了学习人员，特别是外地学员对学习和生活的需要。现代高层建筑不断地采用新型结构体系和新技术、新工艺、新材料，满足了教学建筑向更高尺度发展的可能性。二 建筑体型选择与平面布置1 设计原则建筑是供人使用的有功能作用的空间，同一功能要求和使用目的的建筑可以有多种空间形式，建筑体型一般综合反映

4、内部空间，又在一定程度上反映建筑的性格、历史时期和民族地域特点。高层建筑体型还常常是街道、广场或城市某一个区域的构成中心。鉴于此，高层建筑体型设计应根据现有经济技术水平处理好功能、空间与形式的辨证统一关系，还要处理好与环境的关系，以便在满足功能要求的同时，生根于特定的环境，给人以良好的感觉。同样，对于建筑造型与平面布置的选择，必须考虑结构因素，以有利于结构受力。平面形状应简单、对称、规则，以减少地震灾害的影响。2 建筑造型根据设计原则，本设计采用“”字型结构体系。这种结构体系符合简单、对称、规则的原则。3 平面布置本设计在平面上力求平面对称，对称平面易于保证质量中心与刚度中心重合，避免结构在水

5、平力作用下扭转。为使常用房间采光、通风效果好，本设计将教室、办公室等房间布置在南向，而且此方向面对主要街道，交通方便。这样布置可在建筑后方留有大片空间，利于学员的休息和娱乐。三 立面设计立面设计时首先应推敲各部分总的比例关系，考虑建筑物整体的几个方面的统一，相邻立面的连接与协调，然后着重分析各立面上墙面的处理、门窗的调整和安排，最后对入口、门廊等进一步进行处理。节奏韵律和虚实对比，是使建筑立面高于表现力的重要设计手法，在建筑立面上，相同构件或门窗作有规律的重复和变化，给人们在视觉上得到类似音乐诗歌中节奏韵律的效果。立面的节奏感在门窗的排列组合、墙面的构件划分中表现得比较突出。四 剖面设计剖面设

6、计主要分析建筑物各部分应有的高度，建筑层数、建筑空间的组合利用，以及建筑剖面中的结构、构造关系，建筑物的平面和剖面是紧密联系的。在本设计中，教学部分以及底层管理部分的层高均为3.6m，标准层住宿部分层高为3.0m。电梯布置在建筑物中部，消防疏散用楼、电梯布置在建筑物两端，消防疏散用楼、电梯间均出屋面。五 垂直交通设计本工程主要垂直交通工具是电梯，对电梯的选用及其在建筑物中的合理布置，将使高层建筑的使用更加合理，同时还能提高工作效率。本设计中电梯布置在建筑平面的中部。除了设置两部电梯外，还设置了两部防烟（楼）电梯于建筑物的两端。这样的布置可使建筑物内任意点至楼、电梯出口的距离均不大于30m，满足

7、高层建筑的防火要求。六 防火设计（一） 耐火等级本工程属二类建筑（1018层普通住宅和高度不超过50m的公共建筑），其耐火等级不能低于二级。（二） 防火设计要点1 总平面布局中的消防问题（1） 选址应在交通便捷处，根据城市规划确定的场地位置应有方便的道路通过，要求既靠近干道，便于高层建筑中人群的集散，又便于消防时交通组织和疏散。（2） 应设环形车道，高层建筑周围应设宽度不小于3.5m的环形车道，可以部分利用交通道路，以便消防车能靠近高层主体，能在消防时有足够的流线。2 疏散设计发生火灾时，学员往往还在远离地面的高层，将他们全部迅速地疏散到安全地带是防火的重要环节，疏散设计的原则是路线简单明了，

8、便于人们在紧急时进行判断，同时供以室内任何位置向两个方向疏散的可能性。（1） 疏散所需时间从火灾现场退出的时间不应超过2分30秒为宜。通道宽度：按通过人数每100人不少于1m计算。（2） 疏散楼、电梯的位置疏散楼梯是发生火灾时电梯停用的情况下最主要的竖向交通途径，其位置应首先符合安全疏散距离的规定，也应符合人在火灾发生后可能的疏导方向。本设计中楼梯设置于建筑的两端，可双向疏散。3 疏散楼梯间的防火防烟设计疏散楼梯若只防火不排烟，遇烟气袭人，容易使人窒息。疏散楼梯的避难前室是疏散路线中从水平到竖向的交通枢纽，可缓冲人们的混乱聚集，疏散楼梯的排烟设施要布置于此，其面积不应小于6m2，如与消防电梯合

9、用则不应小于10 m2。结构部分一工程概况本工程共10层（不包括一层地下室）。地下室层高为3.6m，14层层高为3.6m，510层层高为3.0 m，局部楼梯间出屋面部分层高为3.3 m，建筑总高为32.4 m（不包括出屋面部分）。三进深分别为6.6 m、2.4 m、6.6 m。总宽15.6 m（局部突出1.5 m不在总宽之内）。纵向每个柱距均为7.8 m，共7个柱距，总长54.6 m。本工程结构方案经过分析比较，采用纯框架结构体系，因为建筑物上部结构荷载对称，平面布局简单，受力比较均匀，且房屋总高度不超过6度抗震设防时的55m高度的限值；采用框架结构体系的优点可以使结构布置灵活，使用方便，不足

10、的是抗震能力较低刚度较小。本工程建于6度抗震设防区类场地土。根据规范查得，框架的抗震等级为三级。本工程框架材料选用如下：-14层柱采用C40混凝土；510层柱采用C30混凝土；框架梁采用C25混凝土。结构柱网布置见（图-1）。二截面尺寸估算1 梁板截面尺寸估算框架梁截面高度h，按梁跨度的1/101/15确定，则横向框架梁高为6600（1/101/15）=660440，取h=600mm，梁宽取梁高的一半，即b=300mm；横向次梁高为6600（1/81/15）=825440，取h=500mm，梁宽b=250mm；纵向框架梁高为7800（1/101/15）=780520，取h=600mm，梁宽b=

11、300mm。板的最小厚度为L/40=3900/40=97.5mm，考虑到板的挠度及裂缝宽度的限制及在板中铺设管线等因素，根据经验取板厚为120mm。2 柱截面尺寸估算根据柱支撑的楼板面积计算由竖向荷载作用下产生的轴力，并按轴压比控制估算柱截面面积，估算柱截面时，楼层荷载按1114KN/m2计，本工程边柱按13KN/m2计，中柱按11KN/m2计。负荷面为7.86.6/2的边柱轴力：NV=（7.86.6/2）13111.25=4601KN，负荷面为7.8（6.6+2.4）/2的边柱轴力：NV=（6.6+2.4）/2 7.811111.25=5309KN，各柱的轴力虽然不同，但为了施工方便和美观，

12、往往对柱截面进行合并归类。本工程将柱截面归并为一种。取轴力最大的柱估算截面面积。本工程框架为三级抗震，取N=1.1 NV=1.15309=5840 KN，柱轴压比控制值N查规范得N=0.9。其中N=N/ACfC设柱为正方形，柱边长b=h=C=577mm。故本工程-14层柱截面取为600600mm，510层柱截面取为500500mm。5层底柱截面核算NV=（6.6+2.4）/2 7.81161.25=2896KN，N=1.12896=3185 KN，N/ ACfC=3185000/5002/15=0.850.9柱轴压满足要求。柱高度：地上部分每层柱高均等于该层层高，地下部分柱高h=3.6+0.1

13、=3.7m。三荷载汇集1 竖向荷载（1） 楼面荷载楼面活荷载按荷载规范的规定，宿舍房间活荷载取1.5 KN/m2（标准值），厕所、走廊、楼梯间、教室活荷载取2.0 KN/m2（标准值），本工程为简化计算，均取楼面活荷载为2.0 KN/m2。砼楼板（板厚120），250.12=3.0 KN/m2，水泥砂浆抹灰（楼板上下分别为40和20厚），20（0.04+0.02）=1.2 KN/m2，内隔墙为200厚陶粒砼砌块，砌块容重8 KN/m3，两侧各抹20厚混合砂浆，80.2+200.022=2.4 KN/m2，外墙为400厚陶粒砼砌块，墙外侧贴墙面砖，墙里侧抹混合砂浆，0.5+80.4+200.02

14、2=4.5 KN/m2。（2） 屋面荷载30厚水泥花阶砖 0.6 KN/m2，25厚粗砂垫层 170.025=0.425 KN/m2，35厚苯板 0.1 KN/m2，防水卷材 0.1 KN/m2，20厚砂浆找平层 200.02=0.4 KN/m2，炉渣砼找坡2%（最薄处30厚） 140.15=2.1 KN/m2，120厚钢筋砼楼板 250.12=3.0 KN/m2，20厚混合砂浆抹灰 200.02=0.4 KN/m2，合 计 7.125 KN/m2，上人屋面活荷 1.5 KN/m2，基本雪压 0.4 KN/m2，2 水平风荷载查荷载规范中全国基本风压分布图可知哈市基本风压值为0.45 KN/m

15、2。根据荷载规范规定，对于高层建筑结构，其基本风压可按基本风压分布图中数值乘以1.1后采用，即0=1.10.45 =0.495KN/m2。垂直于建筑物表面上的风荷载标准值按K下式计算：K=Z S Z 0风荷载体型系数S ，查荷载规范可知，矩形平面建筑S =1.3，风压高度变化系数Z ，本工程建在某高校校区，地面粗糙度类别为C类，查荷载规范中Z 之值，5m以上按内插法计算，5m以下按5m高处取值。风振系数Z ，Z =1+（Hi/H）（V/Z），式中V为脉动影响系数，当高层建筑的高宽比不小于2，地面粗糙度类别为C类时，V=0.63。式中为脉动增大系数，与基本风压0，结构自振周期T及地面粗糙度有关。

16、框架结构基本自振周期取T=0.09n=0.0911=0.99，0T2=0.4950.992=0.485。查荷载规范，=1.32。各层风荷载标准值计算结果见（表-1）。各层风荷载标准值表 表-1距地面高度HIZZS0K=Z S Z 034.081.7151.1631.3000.4951.28332.401.6931.1411.3000.4951.24329.401.6521.1001.3000.4951.16926.401.6141.0491.3000.4951.09023.401.5720.9981.3000.4951.01020.401.5260.9471.3000.4950.93017.4

17、01.4820.8801.3000.4950.83914.401.4330.8111.3000.4950.74810.801.3620.7281.3000.4950.6387.201.2860.6151.3000.4950.5093.601.1630.5401.3000.4950.4040.001.0000.5401.3000.4950.347四水平荷载作用下框架内力及侧移计算由平面图可以看出，除边框架外，中间各榀框架受风面积相同，故应选取边框架和中间框架分别进行计算。下面仅以中框架为例进行计算，边框架计算从略。1 计算在风荷载作用下各楼层节点上集中力及各层剪力。计算在风荷载作用下各楼层节点上

18、集中力时，假定风荷载在层间为均匀分布，并假定上下相邻各半层层高范围内的风荷载按集中力作用在本层楼面上。10层顶处风荷载作用下各楼层节点上集中力计算：F10=（10+1h10+1+10h10/2）B =（1.2831.68+1.2433.0/2）7.8 =31.36KN9层顶处风荷载作用下各楼层节点上集中力计算：F9=（10h10/2+9h9/2）B =（1.2433.0/2+1.1693.0/2）7.8 =28.22KN其余各层风荷载引起的节点集中力及各层剪力计算结果见（表-2）风荷载作用水平集中力及层剪力表 表-2层号i层高hI（m）风荷标准值ki各层集中力FI（KN）各层剪力VI= FI（

19、KN）女儿墙3.01.283103.01.24331.3631.3693.01.16928.2259.5883.01.09026.4386.0173.01.01024.57110.5863.00.93022.70133.2853.00.83920.70153.9843.60.74820.32174.3033.60.63819.46193.7623.60.50916.10209.8613.60.40412.82222.69地下室3.60.3475.67228.362 计算各梁柱的线刚度ib和ic，计算梁的线刚度时，考虑到现浇板的作用，一边有楼板的梁截面惯性矩取i=1.5i0，两边有楼板的梁截面惯

20、性矩取i=2i0，i0为按矩形截面计算的梁截面惯性矩。线刚度计算公式i=EI/l。各梁柱线刚度计算结果见（表-3）。3 计算各柱抗侧移刚度DD值为使柱上下端产生单位相对位移所需施加的水平力，计算公式为：D=C（12 ic/h2）各柱抗侧移刚度D见（表-4）各杆件惯性矩及线刚度表 表-3bh（mm）L（mm）EC（N/mm2）I0=bh3/12（mm4）I=2I0i=EI/L（N.mm）梁30060066002.801045.401091.0810104.58101030060024002.801045.401091.0810101.261011柱60060036003.251041.08101

21、09.75101050050030003.001045.211095.211010水平荷载作用下抗侧移刚度D及柱剪力Vij计算表 表-4层/hi柱列轴号ic（105）（KN.m）ib（105）（KN.m）K=ib/ 2ic底层K=ib/ icC=K/（2+K）底层C=（0.5+K）/（2+K）Di=C（12 ic/hi2）（105）DiVij（KN）10/3.0B0.5210.9160.8790.3050.2121288005.16C0.5213.4363.2980.6220.43212880010.52D0.5213.4363.2980.6220.43212880010.52E0.5210.

22、9160.8790.3050.2121288005.169/3.0B0.5210.9160.8790.3050.2121288009.81C0.5213.4363.2980.6220.43212880019.98D0.5213.4363.2980.6220.43212880019.98E0.5210.9160.8790.3050.2121288009.818/3.0B0.5210.9160.8790.3050.21212880014.16C0.5213.4363.2980.6220.43212880028.85D0.5213.4363.2980.6220.43212880028.85E0.52

23、10.9160.8790.3050.21212880014.167/3.0B0.5210.9160.8790.3050.21212880018.20C0.5213.4363.2980.6220.43212880037.09D0.5213.4363.2980.6220.43212880037.09E0.5210.9160.8790.3050.21212880018.206/3.0B0.5210.9160.8790.3050.21212880021.94C0.5213.4363.2980.6220.43212880044.70D0.5213.4363.2980.6220.43212880044.7

24、0E0.5210.9160.8790.3050.21212880021.945/3.0B0.5210.9160.8790.3050.21212880025.34C0.5213.4363.2980.6220.43212880051.65D0.5213.4363.2980.6220.43212880051.65E0.5210.9160.8790.3050.21212880025.344/3.6B0.9750.9160.4500.1840.16611780024.56C0.9753.4361.7620.4680.42311780062.59D0.9753.4361.7620.4680.4231178

25、0062.59E0.9750.9160.4500.1840.16611780024.563/3.6B0.9750.9160.4500.1840.16611780027.30C0.9753.4361.7620.4680.42311780069.58D0.9753.4361.7620.4680.42311780069.58E0.9750.9160.4500.1840.16611780027.302/3.6B0.9750.9160.4500.1840.16611780029.57C0.9753.4361.7620.4680.42311780075.36D0.9753.4361.7620.4680.4

26、2311780075.36E0.9750.9160.4500.1840.16611780029.571/3.6B0.9750.9160.4500.1840.17211900032.19C0.9753.4361.7620.4680.42311900079.16D0.9753.4361.7620.4680.42311900079.16E0.9750.9160.4500.1840.17211900032.19-1/3.6B0.9750.4580.4500.3930.36617960045.14C0.9751.7181.7620.6010.54317960069.04D0.9751.7181.7620

27、.6010.54317960069.04E0.9750.4580.4500.3930.35517960045.144 各柱剪力计算设第i层第j个柱的D值为Dij，该层柱总数为m，该层任意柱的剪力为：Vij= Vi（Dij/ Dij）各柱剪力计算结果见（表-4）5 确定柱的反弯点高度比y反弯点距柱下端距离为yh：y=y0+y1+y2+y3式中y0标准反弯点高度系数， y1考虑上下层梁刚度不同时反弯点高度比的修正值 y2,y3考虑上下层层高变化时反弯点高度比的修正值y0根据结构总层数m及该柱所在层n及K值查表。例如，计算10层柱反弯点高度系数y：由m=11，n=11，K=0.879，查表得，y0=

28、0.34；上下层梁相对刚度无变化，y1=0；最上层柱y2=0；下层层高与本层层高之比3= h9/ h10=1，查表得，y3=0；B轴反弯点高度系数为：y=y0+y1+y2+y3=0.34+0+0+0=0.34其余各柱反弯点高度系数见（表-5）。6 计算柱端弯矩根据各柱分配到的剪力及反弯点位置yh计算第i层第j个柱的柱端弯矩。上端弯矩：Mtij=Vij.h.（1-y）下端弯矩：Mbij=Vij.y.h计算结果见（表-5）。风荷载作用下柱反弯点高度比及柱端弯矩 表-5层/hi柱列轴号K123y0Y1Y2Y3YMtij（KN.m）Mbij（KN.m）10/3.0B0.8791010.3400000.

29、34010.225.26C3.2981010.4500000.45017.3614.20D3.2981010.4500000.45017.3614.20E0.8791010.3400000.34010.225.269/3.0B0.8791110.4000000.40017.6611.77C3.2981110.4650000.46532.0727.87D3.2981110.4650000.46532.0727.87E0.8791110.4000000.40017.6611.778/3.0B0.8791110.4400000.44023.7918.69C3.2981110.5000000.5004

30、3.2843.28D3.2981110.5000000.50043.2843.28E0.8791110.4400000.44023.7918.697/3.0B0.8791110.4500000.45030.0324.57C3.2981110.5000000.50055.6455.64D3.2981110.5000000.50055.6455.64E0.8791110.4500000.45030.0324.576/3.0B0.8791110.4500000.45036.2029.62C3.2981110.5000000.50067.0567.05D3.2981110.5000000.50067.

31、0567.05E0.8791110.4500000.45036.2029.625/3.0B0.879111.200.4500000.45041.8134.21C3.298111.200.5000000.50077.4877.48D3.298111.200.5000000.50077.4877.48E0.879111.200.4500000.45041.8134.214/3.6B0.45010.8310.4500000.45048.6339.79C1.76210.8310.5000000.500112.66112.66D1.76210.8310.5000000.500112.66112.66E0

32、.45010.8310.4500000.45048.6339.793/3.6B0.4501110.5000000.50049.1449.14C1.7621110.5000000.500125.24125.24D1.7621110.5000000.500125.24125.24E0.4501110.5000000.50049.1449.142/3.6B0.4501110.5000000.50053.2353.23C1.7621110.5000000.500135.65135.65D1.7621110.5000000.500135.65135.65E0.4501110.5000000.50052.

33、2353.231/3.6B0.4501110.5000000.50057.9457.94C1.7621110.5000000.500142.49142.49D1.7621110.5000000.500142.49142.49E0.4501110.5000000.50057.9457.94-1/3.6B0.4501100.6500000.65056.88105.63C1.7621100.5500000.550111.84136.70D1.7621100.5500000.550111.84136.70E0.4501100.6500000.65056.88105.637 计算梁端弯矩由柱端弯矩，并根

34、据节点平衡原理计算梁端弯矩。边跨外边缘处的梁端弯矩Mbi= Mtij+ Mbi+1，j中间支座处的梁端弯矩Mlbi= （Mtij+ Mbi+1，j）（ilb/ ilb+ irb）Mrbi= （Mtij+ Mbi+1，j）（irb/ ilb+ irb）框架在风荷载作用下的弯矩见（图-2）。8 计算梁支座剪力及柱轴力根据力平衡原理，由梁端弯矩和作用在梁上的竖向荷载可求出梁支座剪力；柱轴力可由计算截面之上的梁端剪力之和求得。框架在风荷载作用下的梁端剪力及柱轴力见（图-3）。9 梁柱弯曲产生的侧移因为H50m，H/B4，所以只考虑梁柱弯曲变形产生的侧移。第i层结构的层间变形为ui，由公式un=Vn/D

35、可得。u10=31.36/128800=2.4310-4m，u9=51.58/128800=4.6310-4m，u8=86.01/128800=6.6810-4m，u7=110.58/128800=8.5910-4m，u6=133.28/128800=10.3510-4m，u5=153.98/128800=11.9510-4m，u4=174.30/117800=14.8010-4m，u3=193.76/117800=16.4510-4m，u2=209.86/117800=17.8110-4m，u1=222.69/119000=18.7110-4m，u-1=228.36/179600=12.71

36、10-4m，则顶点总侧移为：u=uI=125.1110-4m=12.51110-3m顶点相对位移为：u/H=12.51110-3/34.08=1/27241/550 满足要求；最大层间相对位移为：u/H=1.87110-3/3.6=1/1924V=184.01KN截面满足要求。斜截面的受剪承载力按下式计算：Vcs0.07fcbh0+1.5fyv（A sv/s）h0Asv/s= （Vcs-0.07fcbh0）/1.5fyvh0=（184.01103-0.0712.5300565）/1.5210565=35697.5/177975=0.201取双肢8250 Asv/s=101/250=0.4040

37、.201箍筋的配箍率sv= Asv/bs，尚不应小于0.02fc/fyv。（0. 02fc/fyv）b=（0.0212.5/210）300=0.357，取双肢8250 Asv/s=101/250=0.4040.357。根据规范中有关梁箍筋的构造要求及（表-10）的规定，梁端箍筋加密区长度取750mm，在加密区中箍筋最大间距取纵向钢筋直径的8倍，梁高的1/4或150mm三者中的最小值。实际取箍筋间距150mm。一层顶框架梁其余各截面配筋计算结果见（表-10）11轴框架一层顶梁配筋计算表 表-9跨号BC跨CD跨DE跨位置左支座跨中右支座左支座跨中右支座左支座跨中右支座M（KN.m）-272.56148.68-217.21-296.56-44.02-296.56-217.21147.99-273.74