学士学位论文--偕和私办公楼建筑结构设计计算书.doc

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1、办公楼建筑结构设计偕和私办公楼建筑结构设计1.建筑设计说明1.1工程概况1.2.1设计题目：偕和私办公楼建筑结构设计1.2.2总建筑面积：32401.2.3结构形式：框架结构1.2.4层数：5层,底层高3.9m,标准层高3.6m1.2.5建筑功能：办公楼1.2.6耐火等级：二级1.2.7框架抗震等级：三级1.2设计依据(1)依据毕业设计任务书(2)国家颁发的现行规范、规程、规定.3 场地自然条件(1) 温度：最热月平均29.6，最冷月平均4.2，夏季极端最高36，冬季极端最低-10.5；(2) 常年主导风向：夏季为东南风，冬季为西北风；(3) 无地下水；(4) 冬季土壤冻结深度-0.8m；(5

2、) 抗震设防烈度为7度，设计地震加速度值为0.1g，设计地震分组为第一组；(6) 地基土构成：杂填土0.5m；淤泥质粉质粘质土0.51.0m,地基承载力特征fak=110kpa；粉质粘土0.51.0m，地基承载力特征值fak=200kpa；强风化岩，地基承载力特征值fak=500kpa；(7) 场地类别为II类，自振周期Tg=0.35s；(8) 雪载：雪荷载标准值为S0=0.4kN/m2；(9) 风载：基本风压W0=0.65kN/m2（50年一遇）；(10)活荷载：楼面活荷载标准值2.0 kN/m2，屋面活荷载标准值2.0kN/m2，走廊活荷载标准值2.5 kN/m2。1.4结构选型该工程为偕

3、和私办公楼，采用全框架结构体系，框架抗震等级为三级，结构计算层高底层为5.15米，其他层为3.6米。由于是大空间的现浇框架，荷载先由板传到次梁，然后传到主梁，再由主梁将荷载传到柱上，最后传到基础上。这样布置结构传力路线清晰。1.5屋面做法保护层：30厚1：2水泥砂浆防水层：改性沥青卷材防水（3毡4油）找平层：20mm厚1：3水泥砂浆保温层：80mm厚苯板找坡层：20mm厚干炉渣找坡结构层：100mm厚混凝土1.6楼面做法(1)楼面做法：30mm厚水泥砂浆面层，100mm厚钢筋混凝土现浇板，20mm石灰砂浆抹底。(2)材料：混凝土强度等级C30，梁内受力钢筋为HRB335, 柱受力钢筋为HRB3

4、35，其他为HPB235钢筋。2一榀框架计算2.1 确定一榀框架计算简图2.1.1设计资料材料：由该工程的特点，施工条件和材料供应情况，选用混凝土强度等级：板采用C30，梁、柱采用C30，钢筋采用HPB235级, HRB335级热轧钢筋。结构采用钢筋混凝土柱下独立基础,基础底面到室外地面距离为1.8m。 2.1.2拟定梁柱截面尺寸(1) 框架柱柱截面宽与高一般取（1/101/15）层高，并且需满足hl0/25，bl0/30，l0为柱子计算长度，且bh250mm250mm。对于抗震结构，柱宽度不宜小于300mm，柱的净高与截面高度之比不宜大于4。 由经验公式估算柱的截面尺寸：根据高规第6.4.2

5、条，对三级框架N=0.9，N= N/（Afc）0.9， 经验公式估算轴力 N=S式中，分项系数，取1.25；单位面积自重，取1214kN/；S柱的楼面负载面积，此处S=(7.0+2)/2(7.2+7.2)/2=34.56；考虑角柱的影响系数。抗震等级为一级、二级，设计角柱时取1.3，其余情况取1.0；由于水平力使轴力增大的系数。进行非抗震设计以及6、7度抗震设计时取1.05，8度抗震设计时取1.1，9度抗震设计取1.2，本设计为7度抗震设计取1.05； 柱截面以上楼层数，此处为5。N=1.251334.5651.01.05=2948.4kN，则AN/()=2948.4103/(0.914.3)

6、=229091 mm2所以柱的边长为478mm，按上述方法确定的柱的截面高度不宜小于400mm，宽度不宜小于350mm，柱净高与截面长边尺寸之比宜大于4，初步选框架柱截面尺寸为550mm550mm。(2)框架梁 由hb=（1/8-1/12）lb，梁截面宽取（1/2-1/3）的梁高。所以框架梁截面尺寸拟定为：主梁 bh=350mm600mm次梁 bh=250mm500mm2.1.3 材料选用混凝土 混凝土 C30 E=30.0103 N/mm2 fc=14.3 N/m2 ft=1.43 N/mm2 钢筋 HPB 235 HRB 335 fy=210N/mm2 fy=300N/mm22.1.4 一

7、榀框架计算单元(1)一榀框架选择该框架柱网平面布置比较规则，故只选择中间位置的一榀框架5-ABCD进行设计，该榀框架的计算单元如图2-1。对边框架和其他位置框架，荷载计算略有差别，但均可仿此进行计算。图2-1 框架计算单元(2)一榀框架尺寸底层高度由梁轴线算至基础顶面，基础顶面到室外地面地面的高度取800mm，室内外高差为450mm，所以底层柱取h=800+450+3900=5150mm，其余各层取层高3600mm，尺寸简图如图2-2所示：图2-2 一榀框架尺寸(3)梁柱线刚度各梁柱构件的线刚度经计算后列于图2-3。其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取I=2I0（I0为不考虑楼板翼缘

8、作用的梁截面惯性矩） AB跨梁：i = 2 i0 =2E1/123506003/7000=1.8106E(Nmm)BC跨梁：i = 2 i0 =2E1/123506003/2000=6.3106E(Nmm)CD跨梁：i = 2 i0 =2E1/123506003/7000=1.8106E(Nmm)标准层柱：i = E1/125505503/3600=2.118106E(Nmm)底层柱： i = E1/125505503/5150=1.481106E(Nmm) 梁柱线刚度（106E Nmm）图2-3 梁柱线刚度2.2竖向荷载作用下框架结构内力计算2.2.1 竖向荷载(1)屋面均布荷载30mm厚1

9、：2水泥砂浆找平兼1.2%找坡 200.03=0.6kN/m2SBS防水层 0.4 kN/m220mm厚1：3水泥砂浆找平 200.02=0.4kN/m280mm厚苯板保温层 0.50.08=0.04kN/m220mm厚1：3水泥砂浆找平 200.02=0.4kN/m2100mm厚钢筋混凝土结构层 250.1=2.5 kN/m220mm 厚板底抹灰 170.02=0.34kN/m2 合计 屋面梁上均布恒载标准值 4.68 kN/m2 (2) 楼面均布恒载 50mm厚大理石地面 280.05=1.4kN/m2 30mm厚水泥砂浆找平层 200.03=0.6kN/m2 100mm厚钢筋混凝土结构层

10、 250.1=2.5 kN/m2 20mm 厚板底抹灰 170.02=0.34kN/m2 合计 楼面梁上均布恒载标准值 4.84kN/m2(3) 框架主梁重 250.35(0.6-0.1)=4.375kN/m框架主梁梁侧抹灰重 170.02(0.6-0.1)2=0.34kN/m合计主梁重标准值 4.715kN/m(4) 框架次梁重 250.25(0.5-0.1)=2.5kN/m框架次梁梁侧抹灰重 170.02(0.5-0.1)2 =0.272kN/m合计次梁重标准值 2.77kN/m(5) 活荷载雪荷载与屋面活荷载两者不同时考虑，取较大值2.0kN/m2楼面活荷载qk=2.0kN/m，走廊为2

11、.5kN/m2；(6) 女儿墙重 251.50.12=4.50kN/m墙侧抹灰重 170.021.52 =1.02kN/m合计女儿墙重标准值 5.52kN/m(7) 门窗自重钢框玻璃窗 0.45 kN/木制门 0.2 kN/(8) 填充墙重(采用空心砖240mm115mm90mm、9.6kN/m3)外墙标准层9.60.24（3.6-0.6）+20.0217（3.6-0.6）=8.95kN/m底层9.60.24（3.9-0.6）+20.0217（3.9-0.6）=9.85kN/m内墙标准层9.6(3.6-0.6)0.18+20.0217(3.6-0.6)=6.20 kN/m底层9.6(3.9-0

12、.6)0.18+20.0217(3.9-0.6)=7.95 kN/m(9) 框架柱重250.552+40.570.0217=8.34kN/m2.2.2 竖向荷载作用下框架结构内力计算(1)框架梁承受荷载传力方式一榀框架承受线荷载传力路径如图2-4所示一榀框架承受集中荷载传力路径如图2-5所示图2-4 框架梁承受线荷载传力简图图2-5 框架梁承受集中荷载传力简图(2)一榀框架荷载计算 恒载线荷载5层AB跨：BC跨：CD跨： 24层AB跨：BC跨：CD跨：1层AB跨：BC跨：CD跨：5层A轴由女儿墙传来：由主梁传来： 由次梁传来：B轴由主梁传来：由次梁传来：24层A轴由墙传来：由主梁传来：由次梁传

13、来： B轴由主梁传来：由次梁传来：由墙传来：1层A轴由墙传来：由主梁传来： 由次梁传来：B轴由主梁传来：由次梁传来：由墙传来： 活载线荷载15层AB跨：BC跨：CD跨： 活载集中荷载5层A轴B轴C轴D轴14层A轴B轴C轴D轴(3) 荷载等效计算精确地确定双向板传给支承梁的荷载较为复杂，通常采用下述计算方法计算，从每一曲格的四角作45度线与平行于长边的中线相交，将整块板分成四个板块，每个板块的荷载传之相邻的支承梁上，因此，作用在双向板支承梁上的荷载不是均匀分布的，长跨梁上荷载成梯形分布，短跨梁上的荷载成三角形分布。再根据图2-6将三角形、梯形分布转化成均匀分布，其中。图2-6等效均布荷载换算图三

14、角形荷载的转化公式为q=5/8p梯形荷载的转化公式为(4) 荷载计算简图考虑到每层外柱与梁的中心不重合，存在偏心距e=100mm=0.1m所以每层外柱存在附加弯矩。A柱Ma=Pa eD柱Md=Pd e框架受荷简图见图2-7和2-8图2-7 恒载标准值简图（kN、kNm、kN/m） 图2-8活载标准值简图（kN、kNm、kN/m）(5) 内力计算各层梁固端弯矩计算如图2-8： 图2-8梁支座弯矩计算简图梁支座弯矩计算见表2-1、2-2（单位：kNm）表2-1恒载作用梁支座弯矩层数MAMB左MB右MC左MC右MD5-95.5995.59-1.731.73-95.5995.594-127.89127

15、.89-1.731.73-127.89127.893-127.89127.89-1.731.73-127.89127.892-127.89127.89-1.731.73-127.89127.891-136.31136.31-1.731.73-136.31136.31表2-2活载作用梁支座弯矩层数MAMB左MB右MC左MC右MD5-31.1431.1400-31.1431.144-31.1431.1400-31.1431.143-31.1431.1400-31.1431.142-31.1431.1400-31.1431.141-31.1431.1400-31.1431.14 二次分配梁端柱端弯矩

16、采用弯矩二次分配法计算，即将多层框架简化为单层框架弯矩分层作力矩分配计算，假设各层荷载只影响相邻层，传递系数为1/2，各节点分配两次即可。具体计算结果见图2-9和2-10（此处仅以恒载作用为例，活载可以仿效计算）根据梁、柱相对线刚度，算出各节点的弯矩分配系数ij,如图2-9 和2-10上柱下柱左梁右梁上柱下柱左梁0.5610.4390.2390.30604552383-95.599559-1.7342.413150-22.43-28.72-42.7117.73-11.2215.75-14.7621.35-3.65-2.86-5.34-6.84-10.1656.49-78.1783.57-50.

17、32-33.250.3590.3590.2820.1840.2340.2340.3482912-127.89127.89-1.7335.4635.4627.85-23.21-29.52-29.52-43.9021.2117.73-11.6113.92-14.36-14.3621.95-9.81-9.81-7.71-1.32-1.67-1.67-2.4946.8643.38-119.36117.28-45.55-45.55-26.170.3590.3590.2820.1840.2340.2340.34829.12-127.89127.89-1.7335.4635.4627.85-23.21-29

18、.52-29.52-43.9017.7317.73-11.6113.92-14.36-14.3621.95-8.56-8.56-6.73-1.32-1.67-1.67-2.4944.6344.63-118.38117.28-45.55-45.55-26.170.3590.3590.2820.1840.2340.2340.3482912-127.89127.89-1.7335.4635.4627.85-23.21-29.52-29.52-43.9017.7321.36-11.6113.92-14.36-16.9121.95-9.87-9.87-7.75-0.85-1.08-1.08-1.643.

19、3246.95-136.38117.75-44.96-47.51-25.280.4030.2820.3150.1970.2520.1760.3753034-136.31136.31-1.7342.7129.8833.38-26.51-33.91-23.69-50.4717.73-13.2516.69-14.3625.24-1.81-1.26-1.41-5.43-6.95-4.85-10.3458.6328.62-117.59121.06-55.22-28.54-37.314.94-11.85-0.63-2.4214.31-14.27AB图2-9 恒载二次弯矩分配图上柱下柱左梁右梁上柱下柱左梁0

20、.5610.4390.2390.3060.4555.82-31.1431.14014.211.12-7.44-9.53-14.174.29-3.725.56-3.647.09-0.32-0.25-2.15-2.76-4.118.17-23.927.11-15.93-11.180.3590.3590.2820.1840.2340.2340.3487.26-31.1431.1408.578.576.73-5.73-7.29-7.29-10.847.14.29-2.873.27-4.77-3.645.42-3.06-3.06-1.45-0.05-0.07-0.07-0.112.619.8-33.55

21、28.63-12.13-11-5.520.3590.3590.2820.1840.2340.2340.3487.26-31.1431.1408.578.576.73-5.73-7.29-7.29-10.844.294.29-2.873.27-3.64-3.645.42-2.05-2.05-1.61-0.26-0.33-0.33-0.4910.8110.81-28.8928.42-11.26-11.26-5.910.3590.3590.2820.1840.2340.2340.3487.26-31.1431.1408.578.576.73-5.73-7.29-7.29-10.844.294.29-

22、2.873.27-3.64-3.645.42-2.05-2.05-1.61-0.26-0.33-0.33-0.4910.8110.81-28.8928.42-11.26-11.26-5.910.4030.2820.3150.1970.2520.1760.3757.26-31.1431.1409.626.737.52-6.13-7.85-5.45-11.684.29-3.073.76-3.645.84-0.49-0.34-0.38-0.69-1.01-0.71-2.0313.426.39-27.0728.08-12.5-6.16-7.873.37-7.72-0.17-0.362.2-7.36AB

23、图2-10 活载二次弯矩分配图表2-3梁端弯矩计算表（单位：kNm）恒载弯矩(梁)(kNm)层数MA跨中MB左MB右跨中5-78.1762.5283.57-33.25-30.894-119.3673.54117.23-26.17-23.813-118.3874.00117.28-26.17-23.812-136.3864.77117.75-25.28-22.921-117.5985.15121.06-37.3-34.94层数MC左MC右跨中MD533.25-83.57362.5278.17 426.17-117.2373.54119.36326.17-117.2874.00118.38225.

24、28-117.7564.77136.38137.3-121.0685.15117.59活载弯矩(梁)(kNm)层数MA跨中MB左MB右跨中5-23.921.2127.11-11.18-11.184-33.5534.2828.63-5.52-5.523-28.8918.0628.42-5.91-5.912-28.8918.0628.42-5.91-5.911-27.0719.1428.08-7.87-7.87层数MC左MC右跨中MD511.18-27.1121.2123.945.52-28.6334.2833.5535.91-28.4218.0628.8925.91-28.4218.0628.8

25、917.87-28.0819.1427.07其中跨中弯矩按公式计算表2-4 柱端弯矩计算表（单位：kNm）恒载弯矩(柱)(kNm)层数ABCD五层(上)56.49-50.3250.32-56.49(下)46.86-45.5545.55-46.86四层(上)43.38-45.5545.55-43.38(下)44.63-45.5545.55-44.63三层(上)44.63-45.5545.55-44.63(下)43.32-44.9644.96-43.32二层(上)46.95-47.5147.51-46.95(下)58.63-55.2255.22-58.63一层(上)28.62-28.5428.54

26、-28.62(下)14.31-14.2714.27-14.31活载弯矩(柱)(kNm)层数ABCD五层(上)18.17-15.9315.93-18.17(下)12.61-12.1312.13-12.61四层(上)9.8-1111-9.8(下)10.81-11.2611.26-10.81三层(上)10.81-11.2611.26-10.81(下)10.81-11.2611.26-10.81二层(上)10.81-11.2611.26-10.81(下)13.42-12.512.5-13.42一层(上)6.39-6.166.16-6.39(下)2.2-7.367.36-2.2框架的剪力计算剪力计算依据

27、梁端剪力可根据梁上竖向荷载引起的剪力与梁端弯矩引起的剪力相叠加而得如图2-11。 图2-11 梁柱剪力计算表2-5 梁端剪力计算表（单位：kN）恒载剪力(梁)(kN)层数QAQB左QB右QC左QC右QD570.07-80.874.715-4.71580.87-70.074101.25-100.694.715-4.715100.69-101.253101.11-99.534.715-4.71599.53-101.112103.42-98.524.715-4.71598.52-103.421107.16-108.084.715-4.715108.08-107.16活载剪力(梁)(kN)层数QAQB

28、左QB右QC左QC右QD522.87-23.710023.71-22.87423.94-22.650022.65-23.94323.35-23.230023.23-23.35223.35-23.230023.23-23.35123.16-23.330023.33-23.16表2-6柱端剪力计算表（单位：kN）恒载剪力(梁)(kN)层数ABCD5-28.7126.63-26.6328.714-24.4525.31-25.3124.453-24.4325.14-25.1424.432-29.3328.54-28.5429.331-11.0110.98-10.9811.01活载剪力(梁)(kN)层数

29、ABCD5-8.557.79-7.798.554-5.736.18-6.185.733-6.016.26-6.266.012-6.736.6-6.66.731-2.23.47-3.472.2 框架的轴力计算柱轴力可由梁端剪力和节点集中力叠加得到，计算柱底轴力还考虑柱自重，见表2-7。表2-7恒载作用柱端轴力计算表（单位：kN）恒载轴力(柱)(kN)层数NANB上下上下5308.34338.36347.83371.814700.76730.78783.43813.4531093.041123.061125.311155.3321487.631517.651534.761564.7811898.2

30、21928.241974.152004.17层数NCND上下上下5347.83371.81308.34338.364783.43813.45707.76730.78431125.311155.331093.041123.0621534.761564.781487.631517.6511974.152004.171898.221928.24表2-8活载作用柱轴力计算表（单位：kN）活载轴力(柱)(kN)层数NANBNCND566.7280.3680.3666.724130.62162.71162.71130.623194.8 245.14 245.14194.82259.7327.91327.9

31、1259.71320.07407.55407.55320.07恒载作用下一榀框架标准值内力图（图2-12、2-13、2-14）：活载作用下一榀框架标准值内力图（图2-15、2-16、2-17）：(其中括号内值为梁端弯矩调幅值)图2-12 恒载弯矩图(kNm)图2-13 恒载剪力图(kN)图2-14 恒载轴力图(kN)图2-15 活载弯矩图(kNm)图2-16 活载剪力图(kN)图2-17 活载轴力图(kN)2.3 风荷载作用下框架结构内力和侧移计算2.3.1风荷载作用下一榀框架受力简图确定(1) 风荷载标准值查荷载规范得，基本风压0=0.65kN/m2，s=0.8(迎风面)，s=-0.5(背风

32、面)。C类地区，此工程高度不大于30m，取z=1.0。则k=0zsz，(为高度Z处的风振系数；为风荷载体型系数；为风压高度变化系数。)根据各楼层标高处的高度Hi查表取z,代入上式可得各楼层标高处的k,计算结果如下：表2-9 风压高度变化系数离地面高度(m)4.357.9511.55151518.75z0.740.740.740.7430.815各楼层标高处的k：一层 k1=1.0(0.8+0.5)0.740.65=0.625kN/m2二层 k2=1.0(0.8+0.5)0.740.65=0.625kN/m2三层 k3=1.0(0.8+0.5)0.740.65=0.625kN/m2四层 k4=1

33、.0(0.8+0.5)0.7430.65=0.628kN/m2五层 k5=1.0(0.8+0.5)0.8150.65=0.689kN/m2转化为集中荷载：一层 二层 三层 四层 五层 (2)框架受风荷载简图如图2-18此处以左风为例，右风受力与之数值相等方向相反图2-18 风荷载计算简图2.3.2 风荷载作用下的水平位移验算(1)风荷载作用下框架层间剪力计算表2-10 层间剪力计算表层次zsZ(m)z(kN /m2)A(m2)Fw(kN)V(kN)511.318.750.8150.68923.7616.3716.37411.315.150.7430.62825.9216.2832.65311.

34、311.550.740.62525.9216.2048.85211.37.950.740.62525.9216.2065.05111.34.350.740.62528.6217.8982.94(2)一榀框架的抗侧刚度D和K值计算表2-11 和K值计算公式边柱中柱一般层ib2icib4K(ib2+ib4)/2icib1 ib2ib3 ic ib4K= (ib1+ ib2+ ib3+ ib4)/2 ic= K/（2+K）底层ib1icK= ib1/ icib1 ib2icK= (ib1+ ib2)/ic=(0.5+ K)/(2+K)表2-12 和K值计算表层数KAKBKCKDABCD50.7833

35、.7573.7570.7830.2810.6530.6530.28140.7833.7573.7570.7830.2810.6530.6530.28130.7833.7573.7570.7830.2810.6530.6530.28120.7833.7573.7570.7830.2810.6530.6530.28111.1205.3735.3731.1200.5190.7970.7970.519抗侧刚度D值计算根据D=12cic/h2计算各柱的抗侧移刚度，计算结果见下表表2-13抗侧刚度D值计算表层数DADBDCDDD516532.238418.238418.216532.2109901.241

36、6532.238418.238418.216532.2109901.2316532.238418.238418.216532.2109901.2216532.238418.238418.216532.2109901.2114623.322456.222456.214623.374159(3) 层间及侧移验算：取刚度折减系数： 表2-14 层间及侧移验算位置Fw（kN）Di(N/mm)uj=Fw/0.85Diu/h限值5层16.37109901.20.1751/205561/5004层16.28109901.20.1741/206891/5003层16.20109901.20.1731/208111/5002层16.20109901.20.1731/208111/5001层17.89741590.2841/