办公楼总体设计方案毕业设计正文.doc

1工程概况1.1建筑情况介绍：1.2 柱网布置本办公楼所采用的柱网形式是柱距为4.2m的內廊式小柱网，边跨为6.6m，中间跨为2.4m，柱网布置形式如图1.1所示：图1.1 结构柱网布置图1.3.梁柱截面尺寸的确定：（1）框架横梁： 边跨： h1=(1/181/8)l=(1/181/8) ×6600=367825mm 初步取： h1=600mm b1=(1/21/3)h=(1/21/3) ×600=200300mm 初步取： b1=300mm 对于中跨：考虑到施工方便和安全，取中跨梁的截面尺寸与边跨的尺寸相同，即取h1=600mm ，b1=300mm（2）连系梁： h2=(1/181/8)×4200=233525mm 取h2=500mm b2=(1/21/3)×500=167250mm 取b2=250mm h3=(1/181/8)×7200=400900mm 取h3=500mm b3=(1/21/3)h=167250mm 取b3=250mm（3） 柱截面尺寸： 边柱： 中柱： 取框架柱的截面为正方形截面，那么边柱和中柱的截面高度分别为700mm和350mm，根据上面的计算结果，再综合考虑其它各方面的因素，本设计中柱截面尺寸取值为：400mm×400mm。2 结构计算简图的确定以及横向框架侧移刚度的计算2.1确定结构的计算简图AB、CD跨梁 i1= 1.5EI/h = 1.5×3.15/12×107 ×0.63×0.3/6.6 = 3.87×104 KN·M BC跨梁 i2= 2.0EI/h = 2.0×3.15/12×107 ×0.63×0.3/2.4=14.18×105 KN·M 上部各层柱 i3= EI/h = 3.15/12×107 ×0.43×0.4/3.0 = 2.24×104 KN·M 底层柱 i4= EI/h = 3.15/12×107 ×0.43×0.4/4.5 = 1.49×104 KN·M令底层柱的刚度为1.0，即i4=1.0 则其它各梁柱的相对线刚度为：i1=（3.87×104 ）/（1.49×104）=2.6 0 i2=（14.18×105）/（1.49×104 ）=9.52 i3=（2.24×104）/（1.49×104 ）=1.50图2.1 结构计算简图 （注：图中的数字代表梁柱的相对线刚度）2.2计算柱的侧移刚度 柱的侧移刚度D计算公式： 其中为柱侧移刚度修正系数，为梁柱线刚度比，不同情况下，、取值不同。 对于一般层： 对于底层： 表2.1 横向框架柱侧移刚度D计算表层次层高 (m)柱N/mm2-53.0边柱1.730.461373975264中柱8.080.802389314.5边柱2.60.67591627548中柱12.120.8978583荷载计算 3.1恒荷载计算： （1）屋面荷载标准值 40mm厚的细石混凝土保护层 22×0.040.88kN/m2SBS改性沥青防水卷材 0.4kN/m220mm厚1：3的水泥砂浆找平层 20×0.020.4kN/m2100mm厚1:8的水泥陶粒找坡层 0.1×14=1.4 kN/m2100厚的钢筋混凝土板 25×0.10=2.5kN/m220mm厚的水泥砂浆找平层 20×0.020.4kN/m210mm厚的板底抹灰 0.170kN/m2 吊顶 0.12kN/m2 合计 5.87kN/m2（2）楼面恒荷载标准值 水磨石地面 0.65kN/m2 100mm厚的钢筋混凝土板 25×0.10=2.5kN/m2 10mm厚的板底抹灰 0.17kN/m2 吊顶 0.12kN/m2 合计 3.44kN/m2（3）外墙面 8mm厚面砖素水泥浆擦缝 0.008*55=0.44 kN/m2 4mm厚水泥胶结合层 1 kN/m2 15mm厚的1:3水泥砂浆 0.015*20=0.3 kN/m2 合计 1.74kN/m2（4）内墙面 5mm厚的纸筋灰批面 0.005*16=0.08 kN/m2 15mm厚的水泥石灰砂浆打底 0.015*17=0.255 kN/m2 4mm厚的水泥胶结合层 0.5 kN/m2 15mm厚的1:3水泥砂浆 0.015*20=0.3 kN/m2 合计 1.135 kN/m2 （5）屋面框架梁线标准值计算 GA g GB g GC g GD g边 g中 g边 图3.1 各层梁上作用的荷载 屋面恒荷载总计为： 5.87kN/m2 屋面框架梁的自重： 边跨=中跨梁=0.3×（0.6-0.1）×25=3.75KN/m 粉刷重： 边跨=中跨梁=0.02(0.6-0.10)2+0.317=0.442kN/m 顶层框架梁线荷载: 边跨梁=中跨梁：g5边=g5中 = 3.75+0.442 =4.2 KN/m 屋面板传给框架梁的均布线荷载为： 边跨： g5 = 5.87×4.2 =24.65KN/m 中跨： g5=5.87×3.0=17.61KN/m（6）楼面框架梁线标准值计算 楼面恒载总计为： 3.44kN/m2 楼面框架梁自重： 边跨梁=中跨梁：=0.3×（0.6-0.1）×25=3.75KN/m 粉刷重： 边跨梁=中跨梁=0.02(0.6-0.10)2+0.317=0.442kN/m横向填充墙自重： 边跨梁：0.24×（6.6-0.8）×8+2×0.02×（6.6-0.8）×20=13.46kN/m 中跨梁：0中间层框架梁的线荷载为: 边跨梁：g边 = 3.75+0.442 +13.46=17.65KN/m中跨梁：g中 = 3.75+0.442 = 4.2 KN/m屋面板传给框架梁的均布线荷载为： 边跨： g= 3.44×4.2=14.45KN/m 中跨： g=3.44×3.0=10.32KN/m（7）屋面框架节点集中荷载标准值：边柱次梁自重： （0.4-0.1）×0.25×4.2×25=10.5 KN 粉刷自重： 0.02×（0.5-0.1）×2+0.25×4.2×17=1.50KN 屋面自重： 5.87×1/2×4.2×5/8×4.2=32.36KN 女儿墙自重： 0.24×1.0×4.2×8= 8.06KN女儿墙粉刷自重： 0.02×1.0×2×4.2×17 =2.86KN则顶层边节点集中荷载为： G5A= G5D= 55.28KN中柱次梁自重: 10.5KN 粉刷重: 1.50KN次梁传来屋面的自重： 5.87×0.5×4.2×5/8+5.87×0.5×3×0.815×4.2=37.84KN则顶层中间节点集中荷载为： G5B= G5C =49.84KN(8) 楼面框架节点集中荷载标准值：边柱次梁的自重 10.5 KN粉刷自重： 1.50KN框架柱的自重： 0.4×0.4×3.0×25 = 12.0KN粉刷自重： 0.02×4×0.4×3.0×17= 1.63KN 次梁传来楼面自重 1/2×4.2×5/8×4.2×3.44=18.96KN 墙体的自重： 0.24×0.9×3.0×8+0.24×1.8×（3.0-0.1）×8.0=15.21KN粉刷重： 4.2×（3.0-0.1）×（3.5×0.03+0.021×24+0.02×24）=13.26KN则中间层边跨节点集中荷载为： GA= GD=73.06KN 中柱次梁自重: 10.5 KN粉刷自重: 1.50KN框架柱自重: 0.4×0.4×3.0×25 = 12.0 KN粉刷重： 1.63KN内纵墙自重: 0.24 × (4.2-0.4)×(3.0-0.1)×8+2.4×1.0×0.2=21.64KN内纵墙装修重: 2× (4.2-0.4)×(3.0-0.1)×0.02×20=8.82KN中间层中节点集中荷载 GB= GC=56.09KN恒荷载作用下的计算简图如下图所示： 图3.2 恒荷载计算简图3.2活荷载计算：不上人屋面均布活荷载标准值 0.5kN/m2楼面活荷载标准值为 2.0kN/m2走廊活荷载标准值为 2.5kN/m2屋面雪荷载标准值为 Sk=rs0=1.00.35=0.35kN/m2（在上式中：r为屋面积雪分布系数，取r1.0）在活荷载作用下，各层框架梁上的荷载分布形式如下图所示： P1 P2 P2 P1 图3.3 各层梁上作用的活载顶层的活荷载标准值： 边跨 q5=0.5×4.2=2.1kN/m 中跨 q5 =0.5×2.4=1.2kN/m1-4层活荷载标准值： 边跨q2= 2.0×4.2=8.4kN/m 中跨q2= 2.5×2.4=6.0kN/m边节点： P5A= P5D =0.5×0.5×4.2×5/8×4.2=2.76KN中间节点： P5B= P5C=(0.5×4.2×5/8+0.5×3×0.815)×4.2×0.5=5.32KN楼面（1-4层）节点集中荷载标准值：边节点： PA= PD =0.5×2.0×4.2×5/8×4.2=11.03KN中间节点： PB= PC= 0.5 ×4.2×5/8 ×4.2×2+0.5×3×0.815×4.2×2.5=23.86KN活荷载作用下的计算简图如下图所示：图3.4 活荷载计算简图3.3. 风荷载计算3.3.1 风荷载标准值当计算主要承重结构时，垂直于建筑物表面的风荷载的标准值按照下式来计算： 将风荷载换算为作用于框架每层节点上的集中荷载，计算结果如下表：表3.1 风荷载计算层次sZ(m)51.01.316.051.160.3510.55.5441.01.313.051.090.3512.66.2531.01.310.0510.3512.65.7321.01.37.0510.3512.65.7311.01.34.0510.3514.816.74 A1=4.2×(4.05/2+3.0/2)=14.81m2; A2=A3=A4=4.2×3.0=12.6m2; A5=4.2×(1.0+3.0/2)=10.5m2图3.5 等效节点集中风荷载计算简图(kN)3.3.2 风荷载作用下的水平位移验算 用D值法来验算水平位移，先根据水平荷载来计算层间剪力，再依据各层间的侧移刚度，计算出各层的相对侧移。计算过程以及所用的公式如下，计算结果列于下表中： 框架第层的层间剪力、层间位移及结构顶点位移分别按下列各式计算： 下表中计算出了各层框架的层间弹性位移角表3.2 风荷载作用下框架的层间剪力及侧移计算层次55.545.54752640.071/4285746.2511.79752640.161/1875035.7317.52752640.231/1304325.7323.25752640.311/967716.7429.99275481.091/4128 由表可以看出，风荷载作用下框架的最大层间位移角为一层的1/4128，小于1/550，因此满足规范要求。3.4.地震荷载计算 3.4.1 重力荷载代表值计算（1）第5层的重力荷载代表值：屋面恒载： 屋面板的自重： 5.8715.604.2384.60 kN女儿墙的自重： 0.244.221.08.016.13 kN纵横梁自重：15.6×4.2×4+（0.25×（0.5-0.1）×25+2×（0.5-0.1）×0.01×17）×4.2×4=306.36KN 半层柱的自重： (12.0+1.63)×3.0×8×0.5234.72 kN半层外横墙的自重： （3.0-0.1）×（6.6+4.2）×2）×1.74×0.5=54.50 KN半层内墙的自重： （3.0-0.1）×（6.6+4.2）×2）×1.14×0.5=35.71KN屋面的活荷载： 0.5×15.6×4.2=32.76KN顶层： G5=恒载+0.5活载 =384.60+306.36+16.13+234.72+54.50+35.71+0.532.76 =1048.40KN（2）24层的重力荷载代表值：楼面恒载： 板的自重： 15.604.23.44225.39kN上下半层柱的自重： 234.722=469.44KN纵横梁的自重： 306.36kN上、下半层外墙的自重： 54.502= 109.0kN上、下半层内墙的自重： 35.712=71.42KN楼面活荷载： 4.2（6.622.0+2.42.5)= 136.08kN中间层： G=恒载+0.5活载 =225.39+306.36+469.44+109.0+71.42+0.5136.08 =1249.65KN （3）第一层的重力荷载代表值： 楼面恒载： 板自重： 15.604.23.44225.39kN 上下半层柱的自重： 234.72+（12+1.63）4.580.5=480.06KN 纵横梁的自重： 306.36kN 上、下半层外墙的自重：54.50+（4.5-0.1）（6.6+4.2）2）1.740.5=137.18kN 上、下半层内墙的自重：35.71+（4.5-0.1）（6.6+4.2）2）1.140.5=89.88KN 楼面的活荷载： 4.2（6.622.0+2.42.5)= 136.08kN首层： G1=恒载+0.5×楼面活载 =225.39+480.06+306.36+137.18+89.88+0.5136.08 =1306.91kN通过上述的计算过程，可以得出各质点重力荷载代表值如图3.6所示：图3.6 结构重力荷载代表值3.4.2 利用底部剪力法计算地震荷载因为Tg<T=0.425s< 5Tg，所以水平地震的影响系数应该为： 1=（0.35/0.425）0.9×max= 0.067由前面计算已知该办公楼的总重力荷载代表值为：GEq= 1048.4+1249.65×3+1306.91=6104.26KN底部总剪力FEK =1×0.85×GEq= 0.067×0.85×6104.26=347.64KN那么质点i的水平地震作用根据下式来进行计算：上式中：、分别为集中于质点i、j的荷载代表值；、分别为质点i、j的计算高度。具体计算结果列于下表，各楼层的地震剪力按公式 来计算，计算结果也一并列入表中：表3.3 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层Hi（m）GiHiGiHiFi（kN）Vi（kN）516.50 17298.6062543.6996.15 96.15 413.50 16870.2893.77 189.92 310.50 13121.3372.93 262.85 27.50 9372.3852.10 314.95 14.50 5881.1032.69 347.64 各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见图4.7 图3.7 横向水平地震作用及层间地震剪力3.4.3 水平地震作用下的侧移验算地震作用下的侧移验算方法与风荷载作用下的侧移验算方法基本相同，都是用D值法来计算，先根据水平荷载来计算层间剪力，再依据层间的侧移刚度，从而计算出各层框架的相对侧移。计算结果列于下表中：表4.4 横向水平地震作用下的位移验算层次Fi/kN596.1596.15752641.2730001/4362493.77189.92752642.5030001/3200372.93262.85752643.130001/2468252.10314.95752643.930001/1773132.69347.64275484.745001/1125由表中可以看到，最大层间弹性位移角发生在第一层，1/1125<1/550,故满足要求。4 内力计算 4.1水平荷载作用下的内力计算 4.1.1风荷载作用下的框架结构内力计算计算风荷载作用下的框架结构内力时，采用D值法。将层间剪力分配到该层的各个柱子，即求出柱子的剪力，再由柱子的剪力和反弯点高度来求柱上、下端的弯矩。 柱端的剪力计算公式为：按照以下公式计算柱端的弯矩： 上式中：表4.1 各层边柱柱端弯矩及剪力计算 层次y53.01.01.730.4821.551.4543.02.121.730.5322.983.3833.03.151.730.5823.955.5023.04.191.730.5955.097.4814.56.302.600.57012.1916.16表4.2 各层中柱柱端弯矩及剪力计算层次y53.01.778.080.452.922.3943.03.778.080.505.665.6633.05.618.080.508.428.4223.07.448.080.5011.1611.1614.58.7012.120.5517.6221.53 （注：表中弯矩单位为,减力单位为KN） 对于框架梁端的弯矩、剪力以及柱轴力分别按照下列公式进行计算，并将计算果列表如下： ； ； 表4.3 风荷载作用下的梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力边柱N中柱N51.55 0.63 6.600.33 2.29 2.29 2.401.91 -0.33 -1.58 44.431.73 6.600.93 6.32 6.32 2.405.27 -1.26 -5.92 37.33 3.03 6.601.57 11.05 11.05 2.409.21 -2.83 -12.89 210.594.21 6.602.24 15.37 15.37 2.4012.81 -5.07 -23.46 119.676.19 6.603.92 22.59 22.59 2.4018.83 -8.99 -38.37 框架结构在风荷载作用下的弯矩、梁端剪力以及柱轴力见下图：图4.1 框架结构在风荷载作用下的弯矩图图4.2 框架结构在风荷载作用下的剪力图图4.3 框架柱在风荷载作用下的轴力图4.1.2 水平地震作用下框架结构的内力计算水平地震作用下框架内力的计算方法与风荷载作用下的内力计算方法相同,都是采用D值法。在求得框架第i层的层间剪力后，i层j柱分配到的剪力以及柱上、下端的弯矩、分别按下列各式来进行计算： 柱端剪力的计算公式为： 柱端弯矩的计算公式为： 表4.4 各层边柱柱端弯矩及剪力计算 层次y53.017.601.730.48227.3525.4543.034.761.730.53248.8055.4833.048.101.730.58260.3283.9823.057.641.730.59570.03102.8914.576.482.600.570147.99196.17表4.5 各层中柱柱端弯矩及剪力计算层次y53.030.488.080.4550.2941.1543.060.208.080.5090.390.3033.083.328.080.50124.98124.9823.099.848.080.50149.76149.7614.599.0812.120.55200.64245.22 （注：表中弯矩单位为,减力单位为KN） 对于梁端弯矩、剪力以及柱轴力分别按照下列公式进行计算，计算结果列表如下：； ； 表4.6 水平地震作用下的梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力边柱N中柱N527.35 10.81 6.605.78 39.48 39.48 2.4032.90 -5.78 -27.12 474.2528.26 6.6015.53 103.19 103.19 2.4085.99 -21.31 -97.58 3115.80 46.29 6.6024.56 168.99 168.99 2.40140.83-45.87 -213.85 2154.0159.07 6.6032.28 215.67 215.67 2.40179.73 -78.15 -361.30 1250.8875.34 6.6049.43 275.06 275.06 2.40229.22 -127.58 -541.09 框架结构在水平地震作用下的弯矩、梁端剪力以及柱轴力见下图：图4.4 框架结构在水平地震作用下的弯矩图图4.5 框架结构在水平地震作用下的剪力图图4.6 框架柱在水平地震作用下的轴力图4.2 竖向荷载作用下框架结构的内力计算 4.2.1计算分配系数 图4.7 荷载等效图 三角形分布荷载转化为均布荷载：q边=（5/8） g中 梯形分布荷载转化为均布荷载：q边=（1-212+13）g边 上式中：1=l01/（2l02） （1）恒荷载等效荷载顶层 ： 边跨g边5=g1+（1-212+13）g2 =4.2+（1-2×0.182+0.183）×24.65 =4.2+0.941×24.65 =27.40KN/m 中跨g5中=g1+5/8 g2 =4.2+5/8×17.61 =19.61KN/m 14层： 边跨g5=g1+（1-212+13）g2 =17.65+0.0.941×14.45 =31.25KN/m 中跨g中=g1+5/8 g2 =4.2+5/8×10.32 =13.23KN/m （2）活荷载等效荷载 顶层 ： 边跨g边5 =（1-212+13）g2 =0.941×2.1=1.98KN/m 中跨g5中 =5/8 g2 =5/8×2.1=1.31KN/m 14层： 边跨 g5 =（1-212+13）g2 =0.941×8.4 =7.90KN/m 中跨g中 = 5/8 g2 =5/8×10.50=6.56KN/m4.2.2 恒荷载内力计算 （1）计算梁端固端弯矩： 顶层 ： 边跨梁 M=1/12×g边×l边2=1/12×27.40×6.62=99.46kN·m 中跨梁 M=1/12×g中×l中2=1/12×19.61×2.42=9.41kN·m 14层 ： 边跨梁 M=1/12×g边×l边2=1/12×31.25×6.62=113.44kN·m 中跨梁 M=1/12×g中×l中2=1/12×13.23×2.42=6.35kN·m （2）用弯矩二次分配法来计算恒载作用下的梁端、柱端弯矩 用分层法计算顶层弯矩过程如下:下柱右梁左梁 下柱右梁0.340.660.190.100.710-99.4699.460-9.4133.8265.6432.82-11.67-23.34-12.29-87.243.977.703.85-0.73-0.39-2.7337.79-37.79112.06-12.68-99.3812.60-4.23 中间层弯矩计算过程如下：上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁0.2550.2550.490.180.090.090.6400-113.44113.4400-6.3528.9328.9355.5827.79-12.