天津市凯迪广场写字楼建筑结构设计

摘要

本次毕业设计主要是关于写字楼的建筑结构设计，随着科技的发展,

对于以前的设计来说，各种软件的应用，让这次设计具备更加显著的工

作效率和良好的经济效果。计算更加精准，将资源的利用率提高，综合

以上所描述的内容，可以说是实现了用最少的钱，建最好的房子的目的。

针对中国目前的实际情况，大多数写字楼建筑采用框架结构，具体

来说是现浇式钢筋混凝土框架结构，每层的层高由于是商业类建筑所以

采用3.9m这样一个高标高的设计，整个的建筑面积为5642.35平方米，

严格按照国家建筑防火规范进行型关内容的设计，一个完整的建筑设计

过程，分为建筑图设计和结构图设计。建筑图设计方面主要是设计合理,

满足任务书要求，设计出一个美观又实用的建筑模型，这个环节主要是

考验对CAD软件的熟练程度和对建筑基础知识的掌握能力，而结构图方

面主要是针对盈建科软件进行框架内力计算与分析，关于楼梯和基础的

部分计算采用手算方式进行，在指导教师的指导下，就这些内容综合完

成一次完整的建筑结构设计。

关键词：框架结构；建筑设计；结构设计；内力计算

本科论文

Abstract

Thisgraduationprojectismainlyaboutthearchitecturalstructuredesignof

officebuildings.Withthedevelopmentofscienceandtechnology,fortheprevious

design,theapplicationofvarioussoftwareenablesthisdesigntohavemore

significantworkefficiencyandgoodeconomiceffect.

Thecalculationwillbemoreaccurate,theutilizationofresourceswill

beimproved,combinedwiththeabove,canbesaidtoachievethegoalof

buildingthebesthousewiththeleastmoney

ForChina'scurrentactualsituation,mostoftheofficebuildingwithframe

structure,inparticulariscast-in-situreinforcedconcreteframestructure,the

heightofeachlayeroftheadoptionof3.9misbusinessclassbuildingsothata

highlevelofdesign,instrictaccordancewiththenationalbuildingtypetoclose

thecontentofthecodeforfireprotectiondesign,architecturaldesignprocessofa

complete,dividedintoconstructiondrawingdesignandconstructiondrawing

design.Constructiondiagramdesignismainlydesignisreasonableandmeetthe

specificationrequirements,designabeautifulpracticalbuildingmodel,thispart

mainlyisthetestoftheCADsoftwareproficiencyandability,andstructure

aspectsmainlyforsurplusjiankesoftwareframeinternalforcecalculationand

analysis,onthestairsandbasicpartofthecalculationbyhandtocalculateway,

thesecontentintegratedtocompleteafullbuildingstructuredesign.

Keywords:framestructure;architecturaldesign;structuredesign;thecombination

ofinternalforcecalculationoftheinternalfore

本科论文

引言

随着时代的进步，各种科技的飞速发展，写字楼成为了城市的名片，一

座城市的发展水平可以看他城市的写字楼的数量和规模，它具备着多功能性,

适用安全，可以有很多种空间组合方式，对各种需求提供解决方案，包含多

种使用性质，使用对象和管理模式，给人们提供更加人性主义的工作环境，

受人们所青睐。

这次的设计主要是通过大学四年对土木工程这个专业的专业知识的学习

和理解，和在实践中获得的一些实际数据进行紧密结合，相互照应，提高我

们对专业的理解能力，也提高我们的现场实践能力，这在我们将来的职业生

涯的道路上有很大的帮助。我国目前的发展速度可以说是空前快的，科技的

发展，经济的发展，各行各业都在飞速发展，从建筑的方面来说，不论是不

是从事建筑行业，都可以发现我们的城市样貌正在飞速的更新中，摩天大楼

可谓是遍地都是，一栋栋的竖立起来，进入城市的第一眼，你就能看见这座

城市的名片——建筑。但随着人口的增长，人们还需要优质的居住环境，这

是建筑学者所需要研究并将解决的问题。

通过对建筑的多元化结构处理，我们便能够解决人们所需要的不同场景的需

求，对于解决人们的工作来说，写字楼就是一个很重要的单元。

写字楼是一个目前社会建筑中很重要的元素，一个完美的写字楼他就是

一个可以名扬千里的建筑物，同样在施工方面他所需要的精准度往往要比铺

筑住宅建筑改一点，要求也会更加严格一点，中国的写字楼都是大多数都是

框架结构的，具体地说就是现浇式钢筋混凝土框架结构，在中国的历史上，

建筑往往是木结构、砖结构，但是框架结构从欧美流行起来后，也就渐渐引

入了中国，一直从二十世纪沿用至今，全世界可以说都在或多或少的采用，

这种结构的优点还是很突出的，写字楼本来就是一种多元化的建筑，在平面

的布置上可以很灵活，在各项数据上都可以领先其他结构。

对于一个结构工程师来说，一次完整的建筑结构设计，最重要的点并不

是他对新颖的外形的设计，而是这个建筑的安全性能，也就是建筑强度和各

项性能稳定性。一个完整的结构就是一个结构工程师的灵魂，这个过程一定

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是严谨而又合理的，通过对建筑结构的几大构件进行一次完整的布置，构成

一个完整的结构体系，结构设计在建筑过程是对任何方面来说都起到了一个

核心作用，他可以确认一个建筑的可行性，决定了这个建筑的实际作用，建

筑过程中工期和造价是最影响一个建筑的建设过程的两个因素，这两点与结

构设计往往是相互呼应的。优秀的设计往往可以做到整体工期的缩短，减少

项目费用的支出的双丰收。所以在结构设计上出现的问题，必须对问题进行

认真分析，采用合理实际的措施予以解决，保证结构设计的完整性，从而保

证质量。以前的科技使得这一过程繁琐而又容易出现失误，使得建筑出现问

题导致经济损失和出现人身安全的重大隐患，随着电算的出现，这些问题都

在一点点的被解决，从而保证了建筑的质量。

现在人们所研究的已经不全是建筑技术方面的问题，再往后的建筑方面,

符合人们的人性化要求，才是这个社会所需要的声音。新理念的设计因为其

新颖的方式、手段和相应的理论支持更加受到人们的支持。掌握专业知识，

在建筑设计的过程中添加新元素，将结构设计和新概念的融合，有很重要的

现实意义，以下本文就天津凯迪广场的建筑结构设计进行详细的阐述和计算

分析。

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1建筑方面

1.1建筑方案论述

设计上要符合实际和要求，在使用的基础上，给人们安心的居住环境，

满足采光的要求，防火的要求，在使用上满足使用功能，建筑平面美观大气,

并且公整。

1.1.1工程概述

(1)项目名称：天津市凯迪广场写字楼建筑设计

(2)建设地点：天津市

(3)建筑面积：5642.35平方米

(4)建筑层：5层

(5)地震设防烈度：7度

1.1.2设计依据

(1)国家标准、规范、规程

总图制图标准GB/T50103-2010[S]

房屋建筑制图统一标准GB/T50001-2010[S]

办公建筑设计规范JGJ67-2006[S]

建筑设计防火规范GB50016-2014[S]

混凝土结构设计规范GB50001-2015[S]

(2)参考书

彭丽英.建筑结构平面整体设计方法.2010

贾韵绮、王毅红.工业与民用建筑专业课程设计指南.2014

刘黎明.建筑结构设计中常见问题与解决措施分析.建材与装饰2018

师卫峰.建筑结构设计中存在的问题与解决对策分析.2018

张淑丽.建筑结构设计中的问题与解决对策分析.绿色环保建材.2018

(3)沈阳城市学院土木工程专业2020届毕业设计任务书

1.1.3平面设计

(1)柱距

柱距的设计，需满足开间进深的相关规定，采用4.2m的柱距进行设计⑴。

(2)跨度

主体横向采用3跨，两边各跨均为7.2m,中间一跨为3.6m,中

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间设为走廊。因而大部分柱网为7.2mx4.2m,走廊为3.6m⑵。

1.1.4立面设计

建筑平面给人们已美观，简单质朴，在视觉是给人简化感，立面采用层

高3.9m,符合各项实际要求，确定楼层平面与周边环境的关系。

1.1.5剖面设计

本建筑整体高度19.5m,室内外高差为0.45m。正门设有坡道，室外设

置3级台阶。顶部建有900mm高的女儿墙。建筑物立面设置雨水管，满足日

常排水的需求

1.2建筑设计说明

本次设计中，均应严格按照国家建筑防火规范进行型关内容的设计，外

墙为lOOmmxlOOmm黄色瓷砖贴面。室内采用大理石地面，在卫生间内采用

地砖防水楼面。外门窗均采用铝合金门窗，墙身设置水平防潮层有地漏和出

水口的楼地面，除图上已标注的以外，均要做成2%坡度，坡向地漏或出水

口。在主要的楼梯的楼梯间和疏散楼梯的楼梯间设置疏散门，楼梯的设计理

念为儿童不易攀登和防止花盆坠落。

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2结构方面

2.1结构设计基本说明

2.1.1基本资料

(1)气象条件

地区基本风压0.5KN/m2,基本雪压O/KN/n?。

(2)水文及工程地质条件：

场地平整，无特殊差异

建筑场地类别：III类场地；

表2.1建筑地层一览表

序号土层深度/m承载力/KPa

1杂填土0.5699

2湿陷性黄土0.5114

3中砂4180

注：(1)地下水位距地表：-6.5m

(2)冰冻深度：-0.6m

2.1.2设计依据

(1)国家标准、规范、规程

建筑结构制图标准GB/T50105-2010[S]

建筑结构荷载规范GB50009-2012[S]

混凝土结构设计规范GB50010-2010[S]

建筑地基基础设计规范GB50007-2011[S]

建筑抗震设计规范GB50011-2010[S]

(2)参考书

黄双华.房屋结构设计.重庆大学出版社，2011

朱彦鹏.混凝土结构设计原理.重庆大学出版社,2012

石博文.某多功能高层写字楼结构设计与分析.建材与装饰，2020

2.1.3结构布置说明

本工程主体为5层钢筋混凝土框架结构，建筑结构总高度19.5m,抗震

设防烈度为7度，结构正常使用年限为50年。室内外高差为+0.450m。在

结构设计计算中，首先进行结构选型和结构布置，确定承重体系。在计算荷

载之前，根据设计经验初估了梁，柱截面尺寸，并进行了验算⑶。

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2.1.4地震作用

天津属于破碎板跨地区，所以不会发生强烈地震，所以在设计上应突出

考虑这部分情况，在设计上应该符合规范，适合地震突发状况疏散人群，依

照所选参考书目，使写字楼的地震等级达到设计要求。

2.1.5配筋计算

由于本工程按7度设防设计，因此进行了抗震设计，根据建筑结构设计

规范的原则，设计原则是：“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”⑷。

2.1.6基础设计

根据提供资料，选用独立基础进行设计。

2.1.7结构布置

该建筑为写字楼，楼层为5层，结构主体高度为19.5m该工程采用采用

钢筋混凝土框架结构体系，结构平面布置图见图2.1所示。

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图2.1结构平面布置图

框架结构承重方案的选择：

竖向荷载的传力途径：楼板的均布活载和横载经次梁间接或直接传至主

梁，再由主梁传至框架柱，最后传至地基⑸。

根据以上楼盖的平面布置及竖向荷载的传力途径，本楼框架的承重方案

主要为横纵向框架承重方案，这可使横向框架梁的截面高度大，增加框架的

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横向侧移刚度⑹。

2.2截面设计

2.2.1框架柱

此建筑为丙类建筑，抗震设防烈度为7度，建筑高度V30m,抗震等级

为3级，框架结构轴压比限值［口=0.85网。

根据轴压比公式初步估定柱截面尺寸：

N/(fcbh)<0.85(三级框架)2-1

框架柱的负荷面积内7kN/n?初估

边柱负载面积3.6X7.2m2

中柱负载面积42x5.7m2

4*/何力2-2

N=/3FgEn2-3

式中：B—数，当柱分别为边柱，等跨中柱和不等跨中柱时，p值分别取

1.3,1.2,1.25；

F—框架柱的负荷面积；

gE—框架柱负荷面积上的荷载值，一般取12〜15kN/n?；

n一楼层数；

八一混凝土轴心抗压强度设计值。

边柱：Ac>43279mm2

中柱：Ac>14268mm2

选取柱截面为正方形，则边柱、中柱截面高度分别为500mm、500mm。

根据上述计算结果并考虑其他因素，本设计中柱截面尺寸取值如下：

取也=%=500mmx500mm(一层〜五层)⑼。

2.2.2框架梁

由挠度、裂度控制：h=(l/8〜1/12)L,b=(l/2〜l/3)h

纵向框架梁截面尺寸：瓜=(1/8〜1/12)L=(1/8〜1/12)x7200

=900mm〜600mm,取600mm

%=(1/2〜l/3)h

=(1/2〜l/3)x600=且屈不应小0.5人=300mm

则取bb=300mm>0.5bc=250mm

本科论文

bbxhb=300mmx600mm

横向框架梁截面尺寸：尿=(1/8〜l/12)L=(l/8〜1/18)x7200

=900mm〜400mm,取600mm

加=(1/2〜l/3)h

=(1/2〜1/3)x600=300mm〜200mm且尻不应小

于0.5也=250mm

则取bb=300mm>0.5bc=250mm

bbxhb=300mmx600mm

次梁截面尺寸：加=(1/8〜l/12)L=(l/8〜1/12)x4200

=530mm〜350mm,取400mm

氏=(1/2〜l/3)h=(1/2〜1/3)x400

=200mm〜140mm,取200mm

bbxhb=200mmx400mm

2.2.3楼板

边跨：1/40x7200=180mm取h=180mm

2.3荷载汇集

231恒载

屋面（不上人）5.818kN/m2

楼面4.6kN/m2

梁重软件自行计算

外墙10.16kN/m

内墙6.766kN/m

柱软件自行计算

门0.20kN/m2

窗0.45kN/m2

2.3.2活荷载

雪荷载0.4kN/m2

风荷载0.5kN/m2

办公室等2.5kN/m2

卫生间2.5kN/m2

楼梯间3.5kN/m2

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不上人屋面0.5kN/m2

2.4框架内力分析

2.4.1设计参数

(1)结构总体信息

结构体系框架结构

结构材料信息钢筋混凝土

结构所在地区全国

恒活荷载计算信息施工模拟三

风荷载计算信息一般计算方式

地震作用计算信息计算水平地震作用

是否计算吊车荷载否

是否计算人防荷载否

是否生成传给基础的刚度否

上部结构计算考虑基础结构否

1

施工模拟加载层步长

(2)计算控制信息

水平力与整体坐标夹角(。)0.00

梁刚度放大系数按2010《混凝土规范》取值否

中梁刚度放大系数1.00

梁刚度放大系数上限2.00

边梁刚度放大系数上限1.50

连梁刚度折减系数(地震)0.70

连梁刚度折减系数(风)1.00

连梁按墙元计算控制跨高比4.00

普通梁连梁碎等级默认同墙是

墙元细分最大控制长度(m)1.00

板元细分最大控制长度(m)1.00

短墙肢自动加密是

弹性楼板荷载计算方式平面导荷

膜单元类型经典膜元(QA4)

本科论文

考虑梁端刚域否

考虑柱端刚域否

墙梁跨中节点作为刚性楼板从节点是

结构计算时考虑楼梯刚度否

梁与弹性板变形协调是

弹性板与梁协调时考虑梁向下相对偏移否

刚性楼板假定不采用强制刚性楼板假定

地下室楼板强制采用刚性楼板假定否

是否自动划分多塔否

计算现浇空心板否

增加计算连梁刚度不折减模型下的地震位k

“口

移

梁墙自重扣除与柱重叠部分否

楼板自重扣除与梁墙重叠部分否

是否输出节点位移否

地震内力按全楼弹性板6计算否

求解器设定内存0

是否考虑P-Delt效应否

进行屈曲分析否

自动计算现浇板自重是

(3)风荷载信息

使用直接指定的风洞试验结果否

执行规范GB50009-2012

地面粗糙程度A

修正后的基本风压(kN/n?)0.10

风荷载计算用阻尼比(％)5.0

结构X向基本周期⑸0.20

结构丫向基本周期(s)0.20

承载力设计时风荷载效应放大系数1.0

用于舒适度验算的风压(kN/n?)0.10

本科论文

用于舒适度验算的结构阻尼比(％)2.0

考虑顺风向风振是

多方向风角度

考虑横向风振否

考虑扭转风振否

自动计算结构宽深是

风荷载体型系数分段数1

第一段

最高层号5

X迎风0.80

X背风-0.50

X侧风0.00

X挡风1.00

Y迎风0.80

Y背风-0.50

丫侧风0.00

丫挡风1.00

(4)地震信息

设计地震分组一

按地震动区划图GB18306-2015计算否

设防烈度7(0.10g)

场地类别III

特征周期⑸0.35

周期折减系数1.00

特征值分析类型WYD-RITZ

振型数确定方式用户定义

用户定义振型数15

按主振型确定地震内力符号否

性框架抗震等级四级

抗震构造措施的抗震等级不改变

本科论文

阻尼比确定方法全楼统一

结构的阻尼比(％)5.0

是否考虑偶然偏心否

减震隔震附加阻尼比算法强制解耦

最大附加阻尼比0.25

调整后的水平向减震系数(Ml/)1.00

是否考虑双向地震扭转效应否

自动计算最不利地震方向的作用否

斜交抗侧力构件方向的附加地震数0

活荷载重力荷载代表值组合系数0.50

地震影响系数最大值0.040

罕遇地震影响系数最大值0.280

地震计算时不考虑地下室以下的结构质量否

使用自定义地震影响系数曲线否

地震作用放大方法全楼统一

全楼地震力放大系数1.00

是否考虑性能设计否

(5)设计信息

是否按抗震规范5.2.5调整楼层地震力是

是否扭转效应明显否

是否自动计算动位移比例系数否

第一平动周期方向动位移比例(0~1)0.50

第二平动周期方向动位移比例(0~1)0.50

与柱相连的框架梁端M、V不调整否

考虑双向地震时内力调整方式先考虑双向地震再调整

梁端负弯矩调幅系数0.85

框架梁调幅后不小于简支梁跨中弯矩的倍数0.50

非框架梁调幅后不小于简支梁跨中弯矩的倍数0.33

梁扭矩折减系数0.40

支撑临界角20

本科论文

按竖向构件内力统计层地震剪

位移角小于此值时，位移比设置为10.00020

剪力墙承担全部地震剪力否

(6)活荷载信息

柱、墙活荷载是否折减否

楼面梁活荷载折减不折减

考虑活荷不利布置的最高层号0

梁活荷载内力放大系数1.00

(7)构件设计信息

柱配筋计算原则单偏压

连梁按对称配筋设计否

抗震设计的框架梁端配筋考虑受压钢筋是

矩形混凝土梁按T形梁配筋否

按简化方法计算柱剪跨比(Hn/2h0)是

梁压弯设计控制轴压比0.40

梁端配筋内力取值位置(0-节点，1-支座边)0.00

不计算地震作用时按重力荷载代表值计算柱轴压比否

框架柱的轴压比限值按框架结构采用否

梁保护层厚度(mm)20

柱保护层厚度(mm)20

(8)材料信息

混凝土容重(kN/n?)25.00

梁箍筋间距(mm)100

柱箍筋间距(mm)100

(9)钢筋强度

HPB300钢筋强度设计值(N/mn?)270

HRB335钢筋强度设计值(N/mn?)300

HRB400钢筋强度设计值(N/mn?)360

(10)荷载组合

本科论文

结构重要性系数1.00

恒载分项系数1.30

活载分项系数1.50

活荷载组合值系数0.70

活荷载频遇值系数0.60

活荷载准永久值系数0.50

考虑结构设计使用年限的活荷载调整系数1.00

风荷载分项系数1.50

风荷载组合值系数0.60

风荷载频遇值系数0.40

风荷载是否参与地震组合否

水平地震力分项系数1.30

2.4.2结构基本信息

(1)楼层属性

表2.2楼层属性

层号塔号属性

51标准层1

41标准层1

31标准层1

21标准层1

11标准层1

(2)塔属性

表2.3塔属性

塔号属性值

结构体系框架结构

结构X向基本周期(s)0.20

结构丫向基本周期(s)0.20

水平风荷载体型分段数1

分段号1

最高层号5

1挡风系数1.00

迎风面系数0.80

背风面系数-0.50

侧风面系数0.00

0.2V0调整分段数0

0.2V0调整时楼层剪力最小倍数0.20

0.2V0调整时各层框架剪力最大值的倍数1.50

本科论文

（3）构件统计

表2.4各层构件数量、构件材料和层高（单位：m）

层号塔号梁数柱数支撑数墙数层局累计高度

518852003.90017.100

418852003.90013.200

318852003.9009.300

218852003.9005.400

118852001.5001.500

表2.5保护层（单位:mm)

层号塔号梁保护层柱保护层墙保护层

5120200

4120200

3120200

2120200

1120200

表2.6混凝土构件

梁数柱数支撑数墙数

层号塔号

（混凝土/主筋）（混凝土/主筋）（混凝土/主筋）（混凝土/主筋）

5188(C30/360)52(C30/360)0(C0/0)0(C0/0)

4188(C30/360)52(C30/360)0(C0/0)0(C0/0)

3188(C30/360)52(C30/360)0(C0/0)0(C0/0)

2188(C30/360)52(C30/360)0(C0/0)0(C0/0)

1188(C30/360)52(C30/360)0(C0/0)0(C0/0)

表2.7箍筋（墙分布筋）

梁数柱数支撑数墙数边缘构件

层号塔号

（箍筋）（箍筋）（箍筋）（水平/竖向）（箍筋）

5188(270)52(360)0(0)0(0/0)(270)

4188(270)52(360)0(0)0(0/0)(270)

3188(270)52(360)0(0)0(0/0)(270)

2188(270)52(360)0(0)0(0/0)(270)

1188(270)52(360)0(0)0(0/0)(270)

（4）楼层质量

表2.8各层质心坐标（单位：m）

层号塔号质心X质心丫质心Z

5145.49014.23217.100

4145.49014.23213.200

3145.49014.2329.300

2145.49014.2325.400

1145.39414.2211.500

表2.9各层质量和层质量比

恒载质量活载质量

活载质量附加质量

层号塔号质量比比值判断

⑴⑴（不折减）（t）（t）

本科论文

活载质量

恒载质量活载质量附加质量

层号塔号质量比比值判断

(t)(不折减)(t)(t)

(0

511082.4159.8319.60.01.00满足

(续表)

活载质量

恒载质量活载质量附加质量

层号塔号质量比比值判断

(t)(不折减)(t)(t)

(t)

411082.4159.8319.60.01.00满足

311082.4159.8319.60.01.00满足

211082.4159.8319.60.01.07满足

111004.4159.8319.60.01.00满足

合计5333.8799.01598.00.0

恒载总质量⑴：5333.763

活载总质量⑴：799.021

附加总质量(。：0.000

结构总质量⑴：6132.784

恒载产生的总质量包括结构自重和外加恒载

活载质量=活荷载重力荷载代表值系数*活载等效质量

总质量=恒载质量+活载质量+附加质量

楚—层求量

—活敬

恒敬

质量(*100t)

图2.2恒载，活载，层质量分布曲线(塔1)

本科论文

质量比

图2.3质量比分布曲线（塔1）

（5）楼层尺寸、单位质量

表2.10各楼层质量、单位面积质量分布（单位:kg/m**2）

层号塔号楼层质量单位面积质量单位面积质量比

511.24E+006911.271.00

411.24E+006911.271.00

311.24E+006911.271.00

211.24E+006911.271.07

111.16E+006854.050.94

单位面积质量:g[i]

单位面积质量比:max(g[i]/g[i-l],g[i]/g[i+l])

表2.11各楼层等效尺寸（单位:m,m**2）

塔最大宽最小宽

层号面积形心X形心丫等效宽B等效高H

号BMAXBMIN

511302.6245.1714.4276.4117.9876.4117.98

411302.6245.1714.4276.4117.98