某5层办公楼设计计算书.doc

摘 要本工程为某市区某综合办公楼，整体为五层。经过细致的方案论证，该工程上部结构采用横向承重的钢筋混凝土框架结构。因为该工程抗震设防烈度为7度，所以不考虑竖向地震作用。在用底部剪力法求出水平地震作用后，利用D值法完成了水平地震作用下的一榀框架的内力计算。采用弯矩二次分配法分别完成了竖向恒载和活载最不利布置作用下的内力计算。并且，考虑结构构件的地震作用效应与其它荷载效应的基本组合及无地震作用效应的其它荷载效应的基本组合两种情况，对框架内力进行组合，得出框架梁柱的控制内力，进而完成了梁柱截面的配筋计算。进行了基础的设计及零星构件的设计。关键词：建筑设计、结构设计、地震作用、框架结构、弯矩二次分配法、 内力组合、截面设计 第一章 设计依据1.1 工程名称：X市区某综合办公楼工程概况：该建筑采用全现浇混凝土框架结构，层数为主体5层，首层层高3.9米，标准层层高均为3.6米，室内外高差为0.45米。基础按柱下独立基础设计。先进行地基变形验算，然后进行基础设计。1.2 工程地点：XX市1.3建筑设计 整个设计过程中，在满足设计任务书提出的功能要求前提下，同时遵循“安全，适用，经济，美观”的 原则，完成了建筑设计这一环节，合理地确定柱网尺寸、选择计算的框架，为以后的结构设计打下了良好的基础。 结构设计结构设计主要是进行结构的内力计算，严格按照荷载规范、混凝土结构设计规范，查阅了结构力学、抗震结构设计、钢筋混凝土结构设计等中的设计方法对本工程进行结构设计。在计算过程中，充分利用了Excel进行计算及结构力学求解器等进行电算，保证了计算的准确性。结构计算主要包括以下几个步骤：（1）确定柱网尺寸及结构布置：该结构采用全现浇混凝土框架结构，根据结构框架的布置要求及建筑平面布置的原则来确定柱网尺寸。选柱网尺寸为7.53.9和5.73.9。（2）梁、柱截面尺寸及板厚的确定：梁截面尺寸的确定：主梁高度为跨度的1/81/12，宽为高的1/31/2；次梁高度为跨度的1/181/12，宽为高的1/31/2。柱截面尺寸由轴压比确定：即按公式：N/fcAc0.9(三级抗震)来确定柱截面尺寸。柱子尺寸边柱450*500中柱450*600单向板板厚由h.1/40L来确定，双向板板厚由h.1/50L来确定。（3）水平荷载计算：包括横向框架地震荷载和风荷载的计算，纵向框架的地震荷载和风荷载的计算。（4）横向框架地震荷载和风荷载的计算根据荷载规范算出各楼层的自重。计算梁、柱线刚度：在框架结构内力与位移计算中，现浇楼面可视作框架梁的有效翼缘，框架边梁惯性矩取矩形梁的1.5倍，框架中梁惯性矩取矩形梁的2倍。在地震荷载作用下，用D值法计算结构的自震周期，然后用底部剪力法计算剪力，计算横向各层等效地震力，根据计算结果，必须考虑顶部附加水平地震作用力的影响。（5） 横向框架的地震荷载和风荷载的计算：横向框架取12轴线的一榀为计算单元，其水平荷载和竖向荷载的计算方法同横向框架，根据水平荷载和竖向荷载，采用电算得出纵向梁、柱的配筋，及梁柱的箍筋。（6） 竖向荷载计算：包括横向框架的竖向恒载和活载的计算，纵向框架的竖向恒载和竖向活载的计算。恒载由构件自重、装修等材料的重量，按一定的传力途径计算出框架的横梁上的线荷载及柱上的集中力，求出梁的固端弯矩，然后用二次弯矩分配法计算梁、柱的弯矩，用弯矩分配法时采用分层法计算各层弯矩，再进行叠加，求出最后平衡弯矩，再由平衡条件求出梁柱剪力和轴力。活载计算过程同恒载。(7) 内力组合：考虑七种荷载组合：内力组合时，应考虑内力调整。因在前面进行的设计均为弹性设计，而混凝土为弹塑性材料，故应采用概念设计，这样在地震荷载作用下，框架就具有一定的延性，可吸收消耗一部分地震力，抵抗地震作用的能力较高这就需要进行弯矩调幅，降低负弯矩，以减少配筋面积。此结构为现浇框架结构，支座弯矩调幅系数取0.85，跨中弯矩由平衡条件得。支座弯矩和剪力设计值，应取支座边缘得数值，同时，梁两端支座截面常是最大负弯矩及最大剪力作用处。在水平荷载作用下，端截面还有正弯矩，而跨中控制截面常是最大正弯矩作用处，因而要进行内力换算求得梁边缘截面处的弯矩和剪力。框架横梁的控制截面是支座截面和跨中截面，支座处一般产生-Mmax和Vmax，跨中截面产生Mmax。柱的控制截面在柱的上、下端。恒载、活载、风载和地震荷载都分别按各自规律布置进行内力分析，恒载，活载取支座上部弯矩为负，下部弯矩为正；风载、地震荷载均考虑左右两个方向，然后取出各个构件控制截面处的内力，最后在若干组不利内力中选取几组最不利的内力作为构件截面的设计内力。柱的最大弯矩值出现在柱两端，剪力和轴力值在同一楼层内变化很小，因此，柱的设计控制截面为上、下两端截面，即梁的上、下边缘。所以，在轴线出的计算内力也要换算成梁的上、下边缘处的柱截面内力。（8） 梁、柱、板、楼梯、基础配筋：抗震结构要求设计成延性结构，其结构应有足够的延性，设计应考虑构件强柱弱梁、强剪弱弯、强结点强锚固等原则。在梁的配筋计算中，分为正截面计算和斜截面计算。正截面计算主要是取梁端最大负弯矩、跨中最大正弯矩来配梁的纵筋。斜截面计算主要是取梁端最大剪力来配梁的箍筋，同时考虑地震剪力的影响。梁端箍筋加密区也要按构造要求来配置。柱的正截面计算中。柱的弯矩和轴力组合共考虑了三种组合，即|M|max及相应的N；Nma及相应的M;Nmin及相应的M，取配筋最大的为最终配筋依据。板分为单向板和双向板进行配筋，单向板按塑性内力重分布设计。由于层高有变化，楼梯按梁式楼梯、板式楼梯和折线形板式楼梯进行计算配筋。1.4 气象基本资料 (1)基本风压 0.4kN/m2 (2)雪荷载 0.35 kN/m2 (3)主导风向 东南风1.5 工程地质资料 详细资料见地质勘探报告1.6 楼面活荷载 (1)楼面荷载按建筑结构荷载规范选用 (2)非上人屋面均布活荷载为0.5 kN/m21.7 地震设防烈度为7度,加速度为0.15g1.8 施工技术条件：施工条件比较完善第二章 截面尺寸的估算2.1 结构平面布置图2.2 楼面荷载计算2.2.1 梁、柱截面初步估算 主梁截面高度：h=(1/81/12)l 取h=750mm(AC)，h=600mm(CD) 主梁截面宽度：b=(1/21/3)h 取b=250mm 次梁截面高度：h=(1/181/12)l 取h=400mm 次梁截面宽度：b=(1/21/3)h 取b=200mm 初选柱子尺寸 边柱450500 中柱4506002.2.2 柱承载力示意图 2.2.3 楼面荷载计算2.3.3.1 地砖楼面荷载10厚地砖楼面，干水泥擦缝 0.0120=0.2kN/m25厚1:1水泥细砂浆结合层 0.00520=0.1kN/m220厚1:3水泥细砂浆找平层 0.0220=0.4kN/m2120厚混凝土现浇板 0.1225=3 kN/m2吊顶 0.5 kN/m2地砖楼面自重标准值 4.2 kN/m22.2.3.2 防水、防滑地砖楼面荷载10厚地砖楼面，干水泥擦缝 0.0120=0.2kN/m25厚1:1水泥细砂浆结合层 0.00520=0.1kN/m230厚C20细石混凝土 0.0324=0.72 kN/m21.8厚聚氨酯三遍涂膜防水层 0.02 kN/m220厚1:3水泥砂浆找平层 0.0220=0.4 kN/m2100厚混凝土现浇板 0.125=2.5 kN/m2吊顶 0.5 kN/m2防滑地砖楼面自重标准值 4.8 kN/m22.2.3.3 高分子或高聚物改性沥青卷材防水屋面刷浅色反光涂料或配套涂料 0高分子或高聚物改性沥青柔性卷材一层 0.3 kN/m220厚1:3水泥砂浆找平层 0.0220=0.4 kN/m240厚C20细石混凝土内配4150双向钢筋,粉平压光 0.0425=1 kN/m2保温层（水泥珍珠岩70厚） 0.074=0.28 kN/m220厚1:3水泥砂浆找平层 0.0220=0.4 kN/m2120厚现浇钢筋混凝土楼面 0.1225=3 kN/m2吊顶 0.50 kN/m2屋面自重标准值 5.88 kN/m22.2.3.4 墙体荷载外墙：200mm混凝土空心砌块 0.2013=2.6 kN/m2外墙涂料饰面 0.01kN/m2聚合物砂浆 0. 0220=0.4 kN/m2耐碱玻纤网格布一层 0.01kN/m2聚合物砂浆 0. 0220=0.4 kN/m2界面剂一道刷在挤塑板粘帖面上 0.01kN/m2挤塑聚苯板保温层 0. 040.5=0.02 kN/m2界面剂一道刷在挤塑板粘帖面上 0.01kN/m23厚专用胶粘剂 0. 00310=0.03 kN/m220厚1:3水泥砂浆找平层 0.0220=0.4 kN/m2刷界面处理剂一道 20.01=0.02 kN/m212厚1:1:6水泥石灰膏砂浆打底 0.01217=0.204 kN/m25厚1:0.3:3水泥石灰膏砂浆粉面 0.00517=0.085 kN/m2刷(喷)内墙乳胶漆 20.008=0.016 kN/m2墙体荷载 4.215 kN/m2内墙：200厚混凝土空心砌块 0.213=2.6 kN/m2刷界面处理剂一道 20.01=0.02 kN/m212厚1:1:6水泥石灰膏砂浆打底 20.01217=0.408 kN/m25厚1:0.3:3水泥石灰膏砂浆粉面 20.00517=0.17 kN/m2刷(喷)内墙乳胶漆 20.008=0.016 kN/m2墙体荷载 3.214 kN/m22.2.3.5 梁的荷载(只算柱所分担的梁的自重)纵向框架梁的自重 0.250.7525(3.75-0.3)+0.250.625(2.85-0.3)=25.74kN横向框架梁的自重 0.250.425(3.9-0.45)=8.625kN次梁的自重 0.20.425(3.9-0.25)=7.3kN梁自重 41.67kN2.3 二层楼面荷载2.3.1 恒荷载楼面恒荷载 (3.9-0.25)(2.85+3.75-0.25-0.2)4.2=94.28kN梁自重 41.67kN墙体 (3.6-0.75)(3.75-0.3-2.1)+(3.6-0.4)(1.95-0.225)+(3.6-0.4)(1.95-0.225)+(3.6-0.4) 1.95+(3.6-0.4-2.1) 0.9+(3.6-0.4)(1.95-0.9)3.214 =81.885kN恒荷载 217.84kN2.3.2 活荷载柱分担楼面活荷载(3.9-0.25)(2.1-0.1-0.25/2)4+(3.75-2.1-0.1)(3.9-0.25)+(2.85-0.25/2)(3.9-0.25)2.0=58.58kN三、四层楼面荷载同二层楼面荷载2.4 屋面荷载2.4.1 恒荷载屋面恒荷载 (3.9-0.25)(2.85+3.75-0.25)5.88=136.28kN梁自重 41.67kN恒荷载 177.95kN2.4.2 活荷载柱分担屋面活荷载(3.9-0.25)(2.85+3.75-0.25)0.5=11.59kN2.5 柱自重 (3.9+3.64-0.125)0.450.625=119.48kN恒荷载 活荷载2.6 柱截面估算混凝土强度等级C25，fc=11.9N/mm2荷载组合 N=1.21168.79+1.4245.91=1746.82kN轴压比 N/Afc=1746.82103/(45060011.9)=0.5440.9 满足条件取柱尺寸为450600mm2第三章 重力荷载代表值、刚度计算3.1 荷载计算3.1.1 地砖楼面荷载10厚地砖楼面，干水泥擦缝 0.0120=0.2kN/m25厚1:1水泥细砂浆结合层 0.00520=0.1kN/m220厚1:3水泥细砂浆找平层 0.0220=0.4kN/m2120厚混凝土现浇板 0.1225=3 kN/m2吊顶 0.5 kN/m2地砖楼面自重标准值 4.2 kN/m23.1.2 防水、防滑地砖楼面荷载10厚地砖楼面，干水泥擦缝 0.0120=0.2kN/m25厚1:1水泥细砂浆结合层 0.00520=0.1 kN/m230厚C20细石混凝土 0.0324=0.72 kN/m21.8厚聚氨酯三遍涂膜防水层 0.02 kN/m220厚1:3水泥砂浆找平层 0.0220=0.4 kN/m2100厚混凝土现浇板 0.125=2.5 kN/m2吊顶 0.5 kN/m2防滑地砖楼面自重标准值 4.8 kN/m23.1.3 高分子或高聚物改性沥青卷材防水屋面刷浅色反光涂料或配套涂料 0高分子或高聚物改性沥青柔性卷材一层 0.3 kN/m220厚1:3水泥砂浆找平层 0.0220=0.4 kN/m240厚C20细石混凝土内配4150双向钢筋,粉平压光 0.0425=1 kN/m2保温层（水泥珍珠岩70厚） 0.074=0.28 kN/m220厚1:3水泥砂浆找平层 0.0220=0.4 kN/m2120厚现浇钢筋混凝土楼面 0.1225=3 kN/m2吊顶 0.50 kN/m2屋面自重标准值 5.88 kN/m23.1.4 200内墙面荷载200厚混凝土空心砌块 0.213=2.6 kN/m2刷界面处理剂一道 20.01=0.02 kN/m212厚1:1:6水泥石灰膏砂浆打底 20.01217=0.408 kN/m25厚1:0.3:3水泥石灰膏砂浆粉面 20.00517=0.17 kN/m2刷(喷)内墙乳胶漆 20.008=0.016 kN/m2墙体荷载 3.214 kN/m23.1.5 200外墙面荷载 200mm混凝土空心砌块 0.2013=2.6 kN/m2外墙面装饰 1.31 kN/m2内墙面装饰 0.305 kN/m2外墙面荷载 4.215 kN/m23.1.6 楼梯荷载(1) 楼梯板荷载计算(取1m宽板带计算,板厚h=100mm)斜板倾角：tan1=162.5/270=0.6019 cos1=0.8568 tan2=162.5/300=0.5417 cos2=0.8793 tan3=150/270=0.5556 cos3=0.8742tan4=150/300=0.5000 cos4=0.8944面层为水磨石子面层 表面镶金属条 C1=35mm 表面镶嵌金属条 15厚1:2白水泥白石子磨光打蜡 刷素水泥浆结合层一道 20厚1:3水泥砂浆找平层 水磨石面层荷载 0.70 kN/m2a 当cos1=0.8815568时 1 m2水磨石面层水平投影的荷载 1(0.1625+0.27)0.7/0.27=1.12 kN/m2 踏步及斜板荷载10.1/0.8568+(0.1625+0.1/0.8568)0.525=4.95 kN/m2 斜板底抹灰,其荷载水平投影 11C2/ cos1r1=110.02/0.856817=0.40 kN/m2 轻金属栏杆荷载 0.2 kN/m2 楼梯恒荷载 g=6.67 kN/m2b 当cos2=0.8793时 1 m2水磨石面层水平投影的荷载1(0.1625+0.3)0.7/0.3=1.08 kN/m2 踏步及斜板荷载10.1/0.8793+(0.1625+0.1/0.8793)0.525=4.87 kN/m2 斜板底抹灰,其荷载水平投影 11C2/ cos2r2=110.02/0.879317=0.39 kN/m2 轻金属栏杆荷载 0.2 kN/m2 楼梯恒荷载 g=6.54 kN/m2c 当cos3=0.8742时 1 m2水磨石面层水平投影的荷载1(0.15+0.27)0.7/0.27=1.09 kN/m2 踏步及斜板荷载10.1/0.8742+(0.15+0.1/0.8742)0.525=4.73 kN/m2 斜板底抹灰,其荷载水平投影 11C2/ cos2r2=110.02/0.874217=0.39 kN/m2 轻金属栏杆荷载 0.2 kN/m2 楼梯恒荷载 g=6.41 kN/m2d 当cos4=0.8944时 1 m2水磨石面层水平投影的荷载1(0.15+0.3)0.7/0.3=1.05 kN/m2 踏步及斜板荷载10.1/0.8944+(0.15+0.1/0.8944)0.525=4.67 kN/m2 斜板底抹灰,其荷载水平投影 11C2/ cos2r2=110.02/0.894417=0.38 kN/m2 轻金属栏杆荷载 0.2 kN/m2 楼梯恒荷载 g=6.30 kN/m2(2) 平台板荷载计算(取1m宽板带计算,板厚h=100mm)水磨石面层 10.70=0.65 kN/m2100厚混凝土板 10.1025=2.5 kN/m2板底抹灰 10.0217=0.34 kN/m2平台板荷载 3.54 kN/m2(3) 平台梁荷载计算(梁截面尺寸：200300mm2)梁自重荷载 (0.3-0.1) 0.225=1 kN/m2梁侧面粉刷 2(0.3-0.1) 0.0217=0.136 kN/m2平台梁荷载 1.136 kN/m23.1.7 梁自重荷载横向框架梁 250750 mm2 0.25(0.75-0.12)25=3.94 kN/m 250600 mm2 0.25(0.6-0.12)25=3 kN/m纵向框架梁 250400 mm2 0.25(0.4-0.12)25=1.75 kN/m一级次梁 200400 mm2 0.2(0.4-0.12)25=1.4 kN/m雨蓬悬挑主梁 250400 mm2 0.25(0.4-0.1)25=1.875 kN/m雨蓬悬挑次梁 250400 mm2 0.25(0.4-0.1)25=1.875 kN/m阳台悬挑主梁 250400 mm2 0.25(0.4-0.1)25=1.875 kN/m阳台悬挑次梁 250500 mm2 0.25(0.5-0.1)25=2.5 kN/m3.1.8 柱自重荷载柱子截面：边柱450500 mm2 0.450.525=5.625 kN/m 中柱450600 mm2 0.450.625=6.75 kN/m构造书200240 mm2 0.20.2425=1.2 kN/m3.1.9 墙体自重荷载一层墙外墙A轴： (3.9-0.45)(3.9+1.15-0.4-2.1)9+(3.9-0.45)(3.9+1.15-0.4-2.7)2=92.63 m2D轴： (3.9-0.45)(3.9+1.15-0.4)11-2.12.110-1.82.4=128.0475 m21轴： (5.4+2.1-0.25-0.3-0.24)(3.9+1.15-0.75）+（5.7-0.3-0.25)(3.9+1.15-0.6)=51.77 m212轴： (5.4-0.25-0.12)(3.9+1.15-0.75)+(2.1-0.3-0.12)(3.9+1.15-0.75) +(5.7-0.25-0.3)(3.9+1.15-0.6)-4.92.1-1.52.1-5.152.1=27.52 m2内墙B轴： 2(3.92-0.2)(3.9+1.15-0.4)-1.42.42=63.96 m2C轴： (3.9-0.45)(3.9+1.15-0.4)6-1.42.42-0.92.42=85.22 m23轴： (5.4+2.1-0.25-0.3)(3.9+1.15-0.75)+(5.7-0.3-0.25)(3.9+1.15-0.6)-1.42.4=49.44 m24轴： (5.7-0.25-0.3-0.24)(3.9+1.15-0.6)=21.85 m25轴： (5.4-0.25+0.1)(3.9+1.15-0.75)+(5.7-0.25-0.3-0.24)(3.9+1.15-0.6)=44.4245 m27、9轴同5轴： 44.4245 m210轴：(5.4+2.1-0.25-0.3-0.24)(3.9+1.15-0.75)+(5.7-0.3-0.25)(3.9+1.15-0.6)-1.42.4 = 48.41 m22、6、8、11轴 0 m2 一层外墙面积： 92.6325+128.0475+51.77+27.52=299.66 m2一层内墙面积： 63.96+85.215+49.4425+49.4425+21.8495+44.42453=402.15 m2一层墙自重： 4. 215299.966+3.214403.183=2560.19kN二五层墙外墙A轴： (3.9-0.45)(3.6-0.4-1.8)11=53.13 m2D轴： (3.9-0.45)(3.6-0.4)11-2.11.810-1.81.8=80.4 m21轴： (5.4+2.1-0.25-0.3-0.24)(3.6-0.75)+ (5.7-0.3-0.25)(3.6-0.6)-0.92.1=32.68 m212轴： (5.4+2.1-0.25-0.3-0.24)(3.6-0.75)+(5.7-0.3-0.25)(3.6-0.6)-4.91.8-1.51.8-5.151.8=13. 78m2内墙B轴： 2(3.92-0.2)(3.6-0.4)-1.42.12+(3.9-0.2)(3.6-0.4)2-0.92.12 =62.66 m2C轴： (3.9-0.45)(3.6-0.4)6-1.42.12-0.92.4-0.92.1=56.31m23轴： (5.4+2.1-0.25-0.3)(3.6-0.75)+ (5.7-0.3-0.25)(3.6-0.6)-1.42.1=32.3175 m24轴： (5.7-0.25-0.3-0.24)(3.6-0.6)=14.73 m25轴： (5.4-0.25+0.1)(3.6-0.75)+(5.7-0.25-0.3-0.24)(3.6-0.6)=29.6925m28轴： (5.4-0.25-0.1)(3.6-0.75)=14.9625 m27、9轴同5轴： 30.85 m210轴： (5.4+2.1-0.25-0.3-0.24)(3.6-0.75)+(5.7-0.3-0.25)(3.6-0.6)-1.42.1=31.6335 m22、6、11轴 0 二五层外墙面积： 53.13+80.4+32.6835+13.7835=179.997 m2二五层内墙面： 62.66+56.31+32.32+14.73+29.69253+14.9625+31.6335=301.691 m2二五层墙自重： 4.215179.997+3.214301.691=1728.32kN3.1.10 门窗荷载(门窗面载:0.45 kN/m2)一层窗： 3.452.19+2.12.110+4.92.1+5.152.1+1.52.1=133.56 m2门： 3.452.72+1.82.4+1.42.46+0.92.4+0.92.12=49.05 m2一层门窗面积总计 182.61 m2一层门窗自重 182.610.45=82.1745kN二五层窗： 3.451.811+2.11.810+5.151.8+1.51.8+4.91.8+1.81.8=130.14 m2门： 1.42.16+0.92.14+0.92.12=28.98 m2二层门窗面积总计 159.12 m2二层门窗自重 159.120.45=71.604kN3.2 全楼恒荷载计算3.2.1 一层恒荷载计算柱子自重：250.450.5(3.9+1.15-0.12)24+250.20.24(3.9+1.15-0.12)6+250.450.6(3.9+1.15-0.12)12=1100.376 kN墙体自重： 2560.19 kN门窗自重： 82.1745 kN楼梯自重：a 6.670.27(14+10)1.8+3.54（3.71.847+1.81.383）+1.1363.72=119.21 kNb 6.540.3(12+12)1.8+3.542.153.7+1.1363.72=121.33 kN一层恒荷载总计： 3983.28 kN3.2.2 二层恒荷载计算柱子自重： 776.736 kN墙体自重： 1728.32 kN门窗自重： 71.604 kN楼梯自重：c 6.410.27241.8+3.542.15(3.9-0.2)+1.136(3.9-0.2)2=111.33 kNd 6.30.3241.8+3.542.15(3.9-0.2)+1.136(3.9-0.2)2=118.22 kN以上总计： 2806.21 kN楼板自重：(3.92+0.225)(5.4+5.7+2.1+0.5)+(3.96+0.2)(2.1+5.4+0.25)+(3.95+0.2)(5.7+0.25)+(3