大学毕设论文--办公楼框架结构计算书.doc

正文第一章 建筑工程概况某地6层钢筋混凝土框架结构办公楼，建筑所在场地为类，设防烈度7度，设计地震分组为第一组。基本雪压s0=0.2 kN/m2，准永久值系数分区；基本风压0=0.55 kN/m2,地面粗糙度为B类。根据该办公楼的使用要求进行了建筑平面、立面及剖面设计，图1给出标准层的建筑平面布置图。主体结构共6层，底层层高为3.6m,其余层高均为3.3m。图1 标准层平面图填充墙采用190mm厚的混凝土空心小砌块，门为木门，门洞尺寸为：M1=2400mm×2400mm，M2=1500mm×2400mm，M3=900mm×2400mm，窗为塑钢窗，窗洞尺寸为：C1=1800mm×1500mm，C2=1500mm×1500mm。屋顶采用三毡四油的柔性防水，为有组织防水。第二章 结构布置图及计算简图根据使用功能和建筑设计的要求，该办公楼的柱网尺寸如建筑平面图（见图1）所示。该办公楼建于抗震设防地区，因此，需要采用纵横框架承重方案，在纵横两个方向均布置框架梁，以将柱连起形成纵横向框架。框架梁截面高度按梁跨度的1/121/8估算，宽度按梁截面高度的1/31/2估算。当房间中有隔墙时需设置次梁来支承隔墙，当开间较大而形成房间板过大时，也需设置纵横向的次梁，以减小板的尺寸，从而减小板厚，取得较好的经济效果。次梁截面高度按梁跨度的1/161/12，宽度按梁截面高度的1/31/2估算，结构平面布置图如图2所示。表1给出了梁的截面尺寸。图2 结构平面布置图表1 梁截面尺寸（mm）层次混凝土强度等级横向框架梁截面尺寸(b×h)纵向框架梁截面尺寸(b×h)次梁截面尺寸(b×h)边跨中间跨16C30350×700350×450250×650250×600查现浇钢筋混凝土结构抗震等级划分表可知，该框架结构的抗震等级为三级，因此查框架中（边）柱的轴压比限制表可知其轴压比限制为=0.9。各层楼面单位面积的竖向荷载近似取位14 kN/m2，由标准层平面图可算出中框架中柱的负荷面积为6.6 m×4.8 m。根据公式得柱估算的截面尺寸为：柱截面取正方形，则柱截面估算边长为498mm。根据计算结果及综合考虑各种因素，本框架结构的柱截面尺寸取值如表2所示。表2 柱截面尺寸（mm）层次混凝土等级柱截面尺寸(b×h)16C30550×550楼盖及屋盖采用现浇钢筋混凝土结构，根据现浇板的最小跨高比表可近似求得板厚，板可看作单向连续板，厚度为3300mm/40=82.5mm，实取板厚h=100mm。基础选用柱下条形基础，基础埋深为2.0m，独立基础高度为1.0m。底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即h=3.6m+2.0m-1.0m=4.6m。图3给出了横向框架的计算简图。图3 横向框架的计算简图第三章 重力荷载计算第一节 楼面及屋面的永久荷载（恒载）标准值一、屋面（不上人）：三毡四油防水层 0.5 kN/m220mm厚水泥砂浆找平层 20×0.02 kN/m2= 0.4kN/m2150mm厚泡沫混凝土保温层 6×0.15kN/m2 =0.9kN/m2100mm厚钢筋混凝土板 25×0.1kN/m2=2.5 kN/m2木丝板吊顶棚 0.29 kN/m2合计 4.59 kN/m2屋面恒载标准值=（6.6×7+0.24）×（7.2×2+2.4+0.24）×4.59=3632.2 kN二、15层楼面：瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 0.55 kN/m2100mm厚钢筋混凝土板 25×0.1 kN/m2=2.5kN/m2木丝板吊顶棚 0.29 kN/m2合计 3.34 kN/m2楼面恒载标准值=（6.6×7+0.24）×（7.2×2+2.4+0.24）×3.34=2643.1 kN第二节 楼面及屋面的可变荷载（活载）标准值一、楼面活荷载标准值：办公室 2.0 kN/m2走廊、门厅、楼梯 2.5 kN/m2为方便计算，统一取为2.5 kN/m2楼面活载标准值=（6.6×7+0.24）×（7.2×2+2.4+0.24）×2.5=1978.3 kN二、屋面活荷载标准值：不上人屋面均布活荷载标准值 0.5 kN/m2屋面雪荷载标准值 sk=rs0=1.0×0.2=0.2kN/m2因为荷载规范要求屋面均布活荷载不应与雪荷载同时组合，所以按最不利情况进行荷载组合，屋面活荷载按不上人屋面均布活荷载标准值计算。屋面活荷载标准值=（6.6×7+0.24）×（7.2×2+2.4+0.24）×0.55=435.2kN第三节 梁、柱、墙、窗及门重力荷载计算梁柱可按截面尺寸与材料密度计算出单位长度的重力荷载，计算如下：横向框架梁（边跨） 0.35×（0.7-0.08）×25=5.43 kN/m横向框架梁（中间跨） 0.35×（0.45-0.08）×25=3.24 kN/m纵向框架梁 0.25×（0.65-0.08）×25=3.56 kN/m次梁 0.25×（0.6-0.08）×25=3.25 kN/m柱 0.55×0.55×25×3.6=27.2 kN/根对墙、门、窗可计算出单位面积的重力荷载。墙体为190mm厚混凝土空心砌块对其外墙和内墙荷载计算如下：外墙：外墙面贴瓷砖，内墙面为20mm厚抹灰，则外墙单位面积墙重力荷载为： 0.5kN/m2+11.8×0.19 kN/m2+17×0.02 kN/m2=3.08kN/m2内墙：两侧墙面为20mm厚抹灰，则内墙单位面积墙重力荷载为： 11.8×0.19 kN/m2+2×17×0.02 kN/m2=2.9 kN/m2木门单位面积重力荷载为0.2 kN/m2；则内墙单位面积重力荷载为0.4kN/m2。第四节 重力荷载代表值重力荷载代表值是结构和构配件恒载标准值和各种活荷载组合值之和。按组合值系数规定，楼面均布活荷载的组合系数为0.5；屋面均布活荷载不予考虑，屋面雪荷载的组合系数为0.5。集中于各楼层标高出各质点的重力荷载代表值Gi为本层楼面的重力荷载与上下相邻各半层的墙、柱等重力荷载之和，即顶层重力荷载代表值为：屋面恒载（包括楼板、纵、横梁自重），50%屋面雪荷载，屋面下半层柱自重及半层墙自重；其他层重力荷载代表值为：楼面恒载（包括楼板、纵、横梁自重），50%楼面均布活荷载，楼面上、下各半层的柱及纵横墙自重。图4给出了各质点的重力荷载代表值。图4 各质点的重力荷载代表值第四章 横向框架侧移刚度第一节 梁的线刚度在框架结构中，现浇板的楼面可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧移。为考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对边框架梁取Ib=1.5 I0,( I0为矩形截面梁的惯性矩)；对中框架梁取Ib=2.0 I0。梁的线刚度计算结果如表3所示。表3 梁的线刚度计算表部位截面尺寸(b×h)跨度 (m)矩形截面惯性矩I0（×10-3m4）混凝土强度等级Ec(kN·m2)边框架梁中框架梁Ib=1.5 I0（×10-3m4）ib=EIb/l（×104 kN/m）Ib=2.0 I0（×10-3m4）ib=EIb/l（×104 kN/m）走廊横梁350×4502.42.658C3030×1063.9874.9845.3166.645边跨横梁350×7007.210.00C3030×10615.0006.25020.0008.333第二节 柱的侧移刚度边框架各杆线刚度见图5，中框架各杆线刚度见图6。 图5 边框架各杆线刚度 图6 中框架各杆线刚度柱的侧移刚度计算结果如表4所示。表4 柱的侧移刚度楼层(kN/m2)截面尺寸(b×h)层高H(m)惯性矩（×10-3m4）线刚度（×104 kN/m）底层底层一般层一般层A、D轴线边框架边柱130×106550×5504.67.6254.9731. 2570.5391.52012630×106550×5503.37.6256.9320.9020.3112.3756B、C轴线边框架中柱130×106550×5504.67.6254.9732.2590.6481.82752630×106550×5503.37.6256.9321.6210.4483.4221A、D轴线中框架边柱130×106550×5504.67.6254.9731.6760.5921.66962630×106550×5503.37.6256.9321.2020.3752.8645B、C轴线中框架中柱130×106550×5504.67.6254.9733.0120.7011.97702630×106550×5503.37.6256.9322.1610.5193.9644各层柱侧移刚度D值汇总，即得框架各层层间测移刚度，见表5表5 各层柱侧移刚度D值汇总 D值 楼层柱类型1层（D值×根数）26层（D值×根数）边框架A、D15201×423756×4B、C18275×434221×4中框架A、D16696×1228645×12B、C19770×1239644×12（KN/m）5714961051376第五章 横向水平荷载作用下横向框架结构的内力和侧移计算第一节 横向水平地震作用下横向框架结构的内力和侧移计算一、 自振周期计算：结构自振周期按顶点位移法计算，将各楼面处的重力荷载代表值Gi作为水平荷载作用在各楼层标高处，按弹性方法求得结构顶点的假象侧移，按公式计算，其中，的单位为m,并考虑填充墙对框架的影响取折减系数，计算结果见表6。表6 结构顶点的假象侧移层次G(kN)(kN)(kN·m-1)(mm)(mm)66430643010513766.1221.45972016150105137615.4215.34972025870105137624.6199.93972035590105137633.9175.32972045310105137643.1141.41108605617057149698.398.3二、 水平地震作用及楼层地震剪力计算：本结构重量和刚度沿高度分布比较均匀，高度不超过40m，变形以剪切型为主，故水平地震作用采用底部剪力法计算。根据设计条件，设防烈度7，类场地，设计地震分组为第一组，查特征周期值表得，查水平地震影响系数最大值表得。结构总水平地震作用标准值按下式计算：因为 所以 因为 ，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。顶部附加水平地震作用按下式计算：各楼层质点的水平地震作用标准值按下式计算：各楼层水平地震剪力按下式计算：计算结果见表7。表7 各层横向水平地震作用标准值即楼层地震剪力层次（m）(m) (KN)(KN·m)(KN)(KN)63.321.164301356730.198725.7725.753.317.897201730160.252558.11283.843.314.597201409400.206456.31740.133.311.297201088640.159352.22092.323.37.99720767880.112248.12340.414.64.610860499560.073161.72502.1685237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7所示。 图7 各质点水平地震作用及楼层地震剪力三、 多遇地震作用下的弹性位移验算：在多遇地震作用时，水平地震作用下框架结构的侧移按弹性方法计算，各层间弹性位移角均应满足位移角限制的要求，计算结果见表8。表8 位移验算6层次(KN)(KN·m-1)(mm)(m)6725.710513760.693.31/478351283.810513761.223.31/270541740.110513761.663.31/198832092.310513761.993.31/165822340.410513762.233.31/148012502.15714964.384.61/1050四、 水平地震作用下框架内力计算：以3轴线框架KJ-3为例，说明计算方法，计算结果见表9及表10和图8。其余框架内力计算方法相同，计算从略。主要计算步骤如下：按各层各柱侧移刚度，求其所在层分配到的地震剪力。荷载近似地按倒三角形分布，考虑上、下层层高的变化，梁刚度变化确定柱反弯点位置，按下式计算柱端弯矩：柱上端；柱下端。查规则框架承受倒三角形分布力作用时标准反弯点的高度比值表。梁端弯矩依节点平衡条件，按梁线刚度大小分配确定，按下式计算：边节点；中间节点，按式计算梁端剪力，式中分别为梁左右两端的弯矩。根据节点平衡条件，确定地震作用下柱轴力。表9 各层柱端剪力及弯矩层次mkN·m-1边柱中柱kN·m-1kNkN·mkN·mkN·m-1kNkN·mkN·m63.310513762864519.81.2020.46030.135.33964427.42.1610.45841.449.053.310513762864535.01.2020.45052.063.53964448.42.1610.45873.286.643.310513762864547.41.2020.46072.084.53964465.62.1610.500108.2108.233.310513762864557.01.2020.50094.194.13964478.92.1610.500130.2130.223.310513762864563.81.2020.500105.3105.33964488.22.1610.500145.5145.514.65714961669673.11.6760.616207.1129.11977086.63.0120.550219.1179.3表10 梁端弯矩、剪力及柱轴力层次边跨梁走道梁轴力（kN）kN·mkN·mmkN·mkN·mkN·mmkN·m边柱中柱635.327.37.28.721.721.72.418.18.79.4593.671.07.222.956.756.72.447.331.633.84136.5100.97.233.080.580.52.467.164.667.93166.1132.67.241.5105.8105.82.488.2106.1114.62199.4153.47.249.0122.3122.32.4101.9155.1167.51234.4180.77.257.7144.1144.12.4120.1212.8229.9(a)(b)图8 地震作用下框架弯矩图、梁端剪力及柱轴力图(a)框架弯矩图（单位：kN·m） (b)梁端剪力及柱轴力（单位：kN·m）第二节 横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算一、 风荷载标准值：根据设计条件，基本风压0=0.55 kN/m2，由各种平面形状的风载体形系数图查得迎风面和背风面H=21.1m<30m且H/B=21.1/16.81.26<1.5取根据各楼层标高处的高度由风压高度变化系数表查得，则风荷载标准值为： 仍以框架KJ-3为例，说明风荷载标准值的计算方法，计算结果见表11及图9。其余框架相同，计算从略。框架KJ-3的负荷宽度为6.6m，按下式可得沿房屋高度的分布风荷载标准值为：为便于框架内力分析，将分布风荷载转化为节点集中荷载，如图9（b）所示。节点集中荷载按下式近似计算：表11 沿房屋高度分布风荷载标准值层次kN·m-1kN·m-1kN621.11.273.692.3110.1517.81.203.482.1819.0414.51.133.282.0517.9311.21.032.991.8716.327.91.002.901.8215.814.61.002.901.8219.0(a)(b)图9 框架上的风荷载(a)沿房屋高度分布的风荷载标准值（单位：kN·m）(b)等效节点集中风荷载（单位：kN·m）二、 风荷载作用下的水平位移验算：风荷载作用下的水平位移验算计算方法同水平地震作用，计算过程见表12。其中，为KJ-3框架的层间侧移刚度。表12 风荷载作用下的水平位移验算层次123456（kN）19.015.816.317.919.010.1（kN）98.179.163.347.029.110.1(kN·m-1)72932136578136578136578136578136578(mm)1.350.580.460.340.210.07(mm)1.351.932.392.732.943.011/34071/56901/71741/97061/157141/47143由表12的计算结果可知，风荷载作用下框架的变形满足规范要求。三、 风荷载作用下框架结构内力计算：风荷载作用下框架结构内力计算方法同水平地震作用，计算结果见表13及表14和图10。表13 各层柱端剪力及弯矩层次 mkN·m-1边柱中柱kN·m-1kNkN·mkN·mkN·m-1kNkN·mkN·m63.3136578286452.120.4603.23.8396442.90.4584.45.253.3136578286456.100.4509.111.1396448.40.45812.715.043.3136578286459.860.46015.017.63964413.60.50022.422.433.31365782864513.280.50022.022.03964418.40.50030.430.423.31365782864516.590.50027.427.43964423.00.50038.038.014.6729321669622.460.61663.639.11977026.60.55067.355.1表14 梁端弯矩、剪力及柱轴力 层次边跨梁走道梁轴力（kN）kN·mkN·mmkN·mkN·mkN·mmkN·m边柱中柱63.82.97.20.92.32.32.41.90.91.0514.310.87.23.58.68.62.47.24.44.7426.719.57.26.415.615.62.413.010.811.3337.029.47.29.223.423.42.419.520.021.6249.438.17.212.230.330.32.425.332.234.7166.551.87.216.441.341.32.434.448.652.7(a)(b)图10 水平风荷载作用下的弯矩、梁端剪力和柱轴力图(a)框架弯矩图（单位：kN·m） (b)梁端剪力及柱轴力（单位：kN·m）第六章 竖向荷载作用下框架结构的内力计算第一节 计算单元：取3轴线KJ-3横向框架进行计算，计算单元宽度为6.6m，如图11所示。由于房间中布置次梁，A、B轴线和C、D轴线间板的长边比短边为7.2/3.3=2.18>2，因而为单向板，故KJ-3横向框架所负荷的楼面范围如图11中水平阴影线所示。计算单元范围内的其余楼面荷载则通过次梁以集中力的形式传给纵向框架梁，然后由纵向框架梁传给框架柱，并作用于个节点上。图11 横向框架计算单元第二节 竖向荷载计算一、 恒载计算：恒载作用下各层框架梁上的荷载分布如图12所示。图12 各层梁上作用的恒载表示横梁及梁上墙的自重，表示房间板传给横梁的荷载，均为均布线荷载；分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的集中荷载。由于纵向框架梁的中心线与柱的中心线不重合，因而集中力在框架节点还产生集中力矩。则横向框架梁上的恒载计算如下：第1层：25层：6层： 注：上式中1.05为考虑梁粉刷而增加的重量，式中第一项为横向框架边跨梁自重，第二项为梁上墙自重。16层：注：上式为横向框架中间跨梁自重，1.05为考虑梁粉刷而增加的重量。15层：6层： 注：上式为板或屋顶的自重。第1层： 25层：6层：注：式中第一项为窗自重，第二项为墙自重，第三项为纵向框架梁自重，第四项为横向次梁自重，第五项为板传来的荷载。第1层：25层：6层：注：式中第一项为墙自重，第二项为过道板传来的荷载，第三项为纵向框架梁自重，第四项为横向次梁自重，第五项为板传来的荷载，第六项为门自重，第七项为扣除门洞处墙体自重。第1层： 25层：6层： 第1层： 25层：6层： 各层横向框架恒载计算结果见表15。表15 横向框架恒载统计表层次66.4315.154.13135.2178.120.326.7513.9711.024.13120.4153.318.123.0413.9711.024.13120.4153.318.123.0313.9711.024.13120.4153.318.123.0213.9711.024.13120.4153.318.123.0114.8411.024.13126.5159.119.023.9二、 活载计算：活载作用下各层框架梁上的荷载分布如图13所示。图13 各层梁上作用的活载各层框架梁上的分布活荷载计算过程如下：15层：6层： 屋顶不上人，故只需考虑雪荷载：15层：6层： 15层：6层： 15层：6层： 各层横向框架活载计算结果见表16。表16 横向框架活载统计表层次61.655.9411.90.91.856.623.843.63.66.546.623.843.63.66.536.623.843.63.66.526.623.843.63.66.516.623.843.63.66.5在竖向恒载和活荷载作用下，框架KJ-3的计算简图如图14所示。(a)(b)图14 框架竖向荷载的计算简图(a)恒载 (b)活载注：单位：弯矩为，集中力为，线荷载为第三节 横向框架内力计算一、 用弯矩分配法计算框架弯矩：梁端、柱端弯矩采用二次弯矩分配法计算。因为框架结构和荷载均对称，利用对称性原理，仅取一般框架计算，另一半完全相同。计算时，中跨梁的相对线刚度乘以修正系数2，框架KJ-3的相对线刚度如图15所示。图15 框架KJ-3的相对线刚度恒载作用下，框架的弯矩分配计算过程和横向框架的弯矩如图16所示；活荷载作用下，横向框架的弯矩分配计算和横向框架的弯矩如图17所示。(a)(b)图16 恒载作用下框架弯矩图 （单位：）（a）框架的弯矩分配计算过程 (b)横向框架的弯矩图(a)(b)图17 活载作用下框架弯矩图 （单位：）（a）框架的弯矩分配计算过程 (b)横向框架的弯矩图二、 梁端剪力及柱轴力：梁端剪力按下式计算：式中 梁上竖向荷载产生的剪力， 。 梁端弯矩产生的剪力， 。柱轴力按下式计算：式中 节点集中力和柱自重； 其中，柱自重：1层=0.5×0.5×25×4.6×1.05=30.2 KN/根 26层=0.5×0.5×25×3.3×1.05=21.7 KN/根 梁端剪力。计算结果见表17及表18。恒载作用下梁端剪力及柱轴力如图18所示；活载作用下梁端剪力及柱轴力如图19所示。表17 恒载作用下梁端剪力及柱轴力 （单位：kN）层次荷载引起剪力弯矩引起剪力总剪力柱轴力AB跨BC跨AB跨BC跨AB跨BC跨A柱B柱677.75.0-1.3076.479.05.0211.6233.3257.1278.8590.05.0-0.5089.590.55.0443.2464.9522.6544.3490.05.0-0.6089.490.65.0674.7696.4788.2809.9390.05.0-0.6089.490.65.0906.2927.91053.81075.5290.05.0-0.6089.490.65.01137.71159.41319.41341.1193.15.0-0.9092.294.05.01378.11408.31594.21624.4 (a) (b)图18 (a)恒载作用下梁端剪力图 (b)恒载作用下柱轴力图表18 活载作用下梁端剪力及柱轴力 （单位：kN）层次荷载引起剪力弯矩引起剪力总剪力柱轴力AB跨BC跨AB跨BC跨AB跨BC跨A柱B柱65.90-0.105.86.0011.717.9523.80-0.3023.524.1059.085.6423.80-0.2023.624.00106.4153.2323.80-0.2023.624.00153.8220.8223.80-0.2023.624.00201.2288.4123.80-0.3023.524.10248.5356.1(a) (b)图19 (a)活载作用下梁端剪力图 (b)活载作用下柱轴力图第七章 横向框架内力组合第一节 结构抗震等级根据结构类型、地震烈度、房屋高度等因素，查现浇钢筋混凝土结构抗震等级划分表可知，本结构的抗震等级为三级。第二节 框架梁内力组合本结构需要计算四种情况下的内力组合，即。一般情况下，这种内力组合的结果比考虑地震作用组合的小，对结构设计不起控制作用，故不考虑。组合时，仅考虑了一、二、三、六层梁的内力组合，因为在35层的梁中，竖向的恒载和活载作用下梁的内力基本相同，在水平荷载作用下，三层梁较四、五层梁大，因而为简化计算，仅考虑了三层梁，45层梁的配筋同三层梁。框架梁的内力组合结果见表21。在竖向荷载作用下，考虑框架梁端的塑性内力重分布，梁端弯矩需考虑弯矩调幅，因而表中两列中的弯矩值为乘以弯矩调幅系数0.8后的值，而剪力值仍采用调幅前的剪力值。一、在恒载和活载作用下，跨间最大正弯矩可以近似取跨中的代替，按下式计算：式中：、在恒载和活载分别作用下梁左、右端弯矩，见表21；恒载、活载分别作用在梁上的线荷载。跨中若小于应取。现以一层为例，AB跨：恒载：，查表21得：活载：，查表21得：二、在竖向荷载与地震作用时，跨间最大正弯矩按下列方法计算，如图20所示。图20 框架梁的跨间最大弯矩组合图图中：、竖向荷载作用下梁端的弯矩； 、水平地震作用下梁端的弯矩； 、竖向荷载和水平地震荷载共同作用下梁端的反力；对于水平地震作用按左震和右震分别考虑，根据梁端弯矩组合值及梁上荷载设计值，由平衡条件可先确定支座反力。水平地震作用为左震时，对支点B取矩，可得支点A的反力为： 跨间最大弯矩出现在截面剪力为0处，则跨间最大弯矩距支座A的距离x,可按下式求解：当时，跨间最大弯矩的计算式为当或时，表示最大弯矩发生在支座处。当时，取按下式计算：当时，取按下式计算：水平地震作用为右震时，上面公式中、为号。对支点B取矩，可得支点A的反力为： 跨间最大弯矩出现在截面剪力为0处，则跨间最大弯矩距支座A的距离x,可按下式求解：当