计算书：大庆市某六层旅馆建筑、结构设计

1 建筑设计1.1 总说明 本工程为某市旅馆，建筑面积6000平米，建筑纵向长64.8米，横向长16.2米，高21.6米，采用柱下独立基础。安全等级为二级，抗震按地震烈度7度设防，抗震等级为二级。1.2 平面设计综合分析了某市的地理特点和人数等因素，确定本旅馆采用框架结构，6层建筑，造型力求简洁明朗，结构可靠，能给人以安全感，功能合理，为了出入方便以及在发生事故时能及时疏散，在楼的一层将设有三个出入口均采用台阶式人行通道，其中两个在楼梯间，一个在正门厅。在旅馆内设有两个楼梯间，且楼梯间的距离应该满足防火的要求。门厅布置值班室在防火要求上严格按照防火规范的要求去布置做到“以防为主，消防结合”的设计原则去做。室内空间要采用统一标准化，单独采光窗，为保证采光良好，窗户采用的大小为1.8m1.8m。走廊的布置采用2.4m宽度以保证交通顺畅。对于楼梯间每个梯段净宽不应小于1.4m踏步高度不应大于0.16m，踏步宽度不应小于0.28m，每梯段不超过18阶，不少于3阶，台阶高度尺寸相同。应符合规范。1.3 立面设计建筑立面是由许多部件组成的，这些部件包括门窗、墙柱、门前平台、台阶以及散水等。立面设计就是恰当地确定这些构件的比例关系和尺寸大小以及所用材料等。通过形状的变换、面的虚实对比、线的方向变化等，使得整个建筑从外到内都协调统一，给人以轻松活跃的美感，适合大学生的品位。设计中贯彻“功能适用、经济合理、造型美观、环境相宜”的原则。建筑功能合理，造型应力求美观大方。结构选型体现结构可靠性、经济性和合理性。立面的建筑总高度为21.6m，首层高为3.6m，标准层高为3.6m，窗台距离室内地面较低，给人予视野开阔的感觉，均满足建筑设计的要求。2 工程概况大庆市某六层旅馆，建筑面积，拟建房屋所在地的设计地震动参数，基本雪压，基本风压,地面粗糙度为B类。年降雨量mm，日最大降雨量mm，时最大降雨量mm，该房屋为丙类建筑。2.1 结构布置及计算简图根据该房屋的使用功能及建筑设计的要求，进行建筑平面立面及剖面设计，其标准层建筑平面，结构平面和剖面示意图分别见图1、图2。结构共6层，层高均为3.6m。填充墙采用厚的混凝土空心砌块。门分别为玻璃门及木门，门洞尺寸分别为1.8m2.4m、0.9m2.1m、1.5m2.4m、。窗为铝合金窗，洞口尺寸分别为1.8m1.8m、1.8m1.8m、。楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取100mm。梁截面高度按梁跨度的1/121/8估算，由此估算的梁截面尺寸见表1，表中还给出了各层梁，柱和板的混凝土强度等级。其设计强度： 图1 一层平面图图2 剖面图2.2 梁的截面尺寸表1 梁截面尺寸（）及各层混凝土强度等级层 次混凝土强度等级横梁（）纵梁（）次梁（）边跨中跨1-62.3 柱的截面尺寸柱截面尺寸可根据式估算，查表可知该框架结构的抗震等级为三级，轴压比限值为，各层的重力荷载代表值近似取kN/m2，由建筑平面布置图及结构图知边柱及中柱的负载面积分别为m2m2，柱截面面积为：边柱：mm2中柱：mm2根据上述计算结果并综合考虑其它因素,取柱截面为正方形, 则本设计柱截面尺寸取值截面尺寸为：一层mmmm；二层mmmm。2.4 基础选用柱下独立基础埋深取2.5m，基础高度为1m，框架结构计算简图如图4所示,取顶层柱高从基础顶面取至一层板底，即m，其余层高m。 (a)横向框 (b)纵向框架图4 框架结构计算简图3 梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算3.1 屋面及楼面的永久荷载标准值 屋面（不上人）：改性沥青防水层 20厚水泥砂浆找平层 焦渣找坡最薄处 80厚苯板保温层 130mm钢筋混凝土板 _ 合 计 楼面:水磨石地面 20厚水泥砂浆找平层 100mm钢筋混凝土板 V型轻钢龙骨吊顶 0.25 合 计 3.2 屋面及楼面可变荷载标准值不上人屋面匀布活荷载标准值 楼面活荷载标准值 屋面雪荷载标准值 3.3 梁、柱、墙、窗门重力荷载计算梁、柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷等计算出单位长度上重力荷载；对墙、门、窗等计算出单位面积上重力荷载。具体计算过程从略，计算结果见表2：表2 梁、柱重力荷载标准值层次构件mmm1边横梁0.30.6251.054.7256.320595.42175.3中横梁0.30.6251.054.7251.81085.1次 梁0.250.5251.053.2816.318372.1纵 梁0.30.6251.054.7256.6361122.7柱0.70.7251.1013.4755.45402158.22937.552-6边横梁0.30.6251.054.7256.320595.42175.3中横梁0.30.6251.054.7251.81085.1次 梁0.250.5251.053.2816.318372.1纵 梁0.30.6251.054.7256.6361122.7柱0.60.6251.109.93.6401425.61425.6注：1）表中为考虑梁、柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数；g表示单位长度构件重力荷载；n为构件数量；2）梁长度取净长；柱长度取层高。外墙单位墙面重力荷载 内墙单位墙面重力荷载 外纵墙自重首层纵墙 铝合金窗 外墙面贴瓷砖 内墙面20厚抹灰 合计 7.53标准层 纵墙 铝合金窗 外墙面贴瓷砖 内墙面20厚抹灰 合计 5.98 内纵墙自重及内横墙自重 首层纵墙 抹灰重 合计 16.57标准层 纵墙 合计 11 女儿墙自重墙重及压顶重 外贴瓷砖 水泥粉刷内面 合计 7.25各层墙（外墙）自重标准计算（1） 女儿墙总长L=（64.8m+16.2m）2=162m总重G=7.25163m=1174.5（2） 标准层墙重总长L=162m-0.6m26=136.4m总重G=5.98136.4=815.7（3） 首层墙自重G=7.53136.4m=1027.1 各层（各质点）自重标准值计算（1） 首层（墙+梁+板+柱）G=1027.1+2175.3+3989.1+2937.55=10129.05（2） 标准层（墙+梁+板+柱）G=815.7+2175.3+3989.1+1425.6=8405.47（3） 顶层（墙+梁+板+柱）G=1174.5+815.7/2+5889.2+2175.3+1425.6=11072.5 3.4 重力荷载代表值集中于各楼层标高处的重力荷载代表值计算结果见图5，计算过程如下： 图5 各质点的重力荷载代表值 4 框架侧移刚度计算框架侧移刚度横梁线刚度计算过程见表3，柱线刚度计算结果见表4。表3 横梁线刚度计算表类别层次(N/mm2)(mm2)(mm4)(m)()边横梁166900走道梁162400表4 线刚度计算表层次(mm)(mm2)(mm4)(m)154502-63600将不同情况下同层框架柱移刚度相加,即得框架各层层间侧移刚度见表8：表5 中框架柱侧移刚度D值层次边柱(16)中柱（16）10.430.383170201.6830.593263536332802-60.520.206171662.020.50238333887984 表6 边框柱侧移刚度D值层次 边柱（4）中柱（4）10.3250.355157761.2630.54239981590962-60.3900.163135831.5150.43135916197996表7 楼梯间侧移刚度D值层次D-7 D-16C-7 C-1610.6250.429190651.250.53823909860682-60.7500273227501.500.42835666116832 将上述不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，即得框架各层层间侧移刚度，见表8。表8 横向框架层间侧移刚度层次123456D值87844412028121202812120281212028121202812由表8可见，故该框架为规则框架。5 框架结构的内力和侧移计算5.1 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算5.1.1 横向自振周期计算结构顶点的假想侧移由式,计算,计算过程见表9。表9 结构顶点的假想侧移计算层次611203.7211203.72120281293209.8510604.5821808.9120281218.1200.5410604.5832412.88120281226.9182.4310604.5843017.46120281235.8155.5210604.5853622.04120281244.6119.7112327.9365949.9787844475.175.1按式计算基本周期,其中的量纲为m,取则：则s5.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算结构高度不超过，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切型为主，故可用底部剪力法计算水平地震作用，结构总水平地震作用标准值按下式计算，即。因ss，所以考虑附加水平地震力作用，即 质点水平地震作用按式计算，具体计算过程见表10。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7。表10 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算层次623.4511203.722627270.279744.49744.49519.8510604.582105000.223595.061339.55416.2510604.581723240.182485.661825.21312.6510604.581341470.142378.922204.1329.0510604.58959710.102272.182476.3115.4512327.93671870.072192.132668.44(a)水平地震作用分布 (b)层间剪力分布图7 横向水平地震作用及楼层地震剪力5.1.3 水平地震作用下的位移验算水平地震作用下框架结构析层间位移和顶点位移分别按式，计算，计算过程见表11，表中还计算各层的层间弹性位移角表11 横向水平地震作用下的位移验算层次6744.4912028120.61910.44936001/581551339.5512028121.1149.8336001/323141825.2112028121.5178.71636001/237332204.1312028121.8327.19936001/196522476.3112028122.0595.36736001/174812668.448784443.0383.03854501/1793由表11可见，最大层间弹性位移角发生在第1层其值为1/17481/500，满足式的要求，其中由表1.21查得。5.1.4水平地震作用下框架内力计算以图1中C轴线横向框架内力计算为例，说明计算方法，其余框架内力计算从略。框架柱端剪力及弯矩分别按式， 计算，各柱反弯点高度比按式确定，其中由表查得，本例中底层柱需考虑修正值，第2层柱需考虑修正值和其余均无修正，具体计算结果见表12，梁端弯矩、剪力分别按式（2.15）（2.17）计算，其中梁线刚度取自表3，具体计算结果见表13。水平地震作用下框架的弯矩图，梁端剪力图及柱轴力图如图8所示表12 各层柱端弯矩及剪力层次边柱中柱63.6744.4912028121716610.630.520.259.56728.703833323.732.020.434.1751.2653.61339.5512028121716619.120.520.3524.0944.743833342.692.020.4569.1684.5343.61825.2112028121716626.050.520.4542.2051.583833358.172.020.5104.71104.7133.62204.1312028121716631.450.520.4550.9562.273833370.252.020.5126.45126.4523.62476.3112028121716635.340.520.5569.9757.253833378.922.020.5140.92140.9215.452668.448784441702051.700.430.80225.4156.352635380.051.6830.65283.58152.70注：表中量纲为，V量纲为kN，。表13 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N628.7013.246.96.0837.9837.982.431.65-6.08-25.57554.3130.656.912.3187.9687.962.473.30-18.39-86.56475.9744.896.917.52128.84128.842.4107.36-35.91-176.403104.4759.696.923.79171.29171.292.4142.74-59.70-295.352108.2069.036.925.67198.12198.122.4165.10-85.37-434.781126.3275.816.929.29217.81217.812.4181.51-114.66-587.00注：（1）柱轴力中的负号表示拉力，当为左地震作用时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两柱为压力（2）表中单位为，V单位为kN，l单位为m。图8 地震作用下框架的弯矩图，梁端剪力图及柱轴力图5.2 横向风荷载作用下内力和侧移计算5.2.1 风荷载标准值风荷载标准值按式计算基本风压由荷载规范第7.3节查得（迎风面）和背风面B类地区，由表1.15查得。由表1.12查得,由式得沿房屋高度的分布荷载标准值: 根据楼层标高处的高度由表查取代入上式可得各楼层标高处的见表14沿房屋高度的分布见图9（a）.表14 沿房屋高度分布风荷载标准值层次623.4510.91.5472.8071.754519.850.8460.8391.4962.5301.581416.250.6930.7651.4472.2321.394312.650.5390.741.3582.0261.26629.050.3860.741.2571.8751.17215.450.2320.741.1541.7221.076 （a）风荷载沿房屋高度的分布 （b）等效节点集中风荷载图9 框架上的风荷载规定，对于高度大于30m，且高宽比小于1.5的房屋结构应采用风振系数来考虑风压脉动的影响，本次设计房屋高度小于30m，高度比小于1.5。因此，该房屋不考虑风压脉动的影响。框架结构分析时应按静力等效原理将图9（a）的分布风荷载转化为节点集中荷载，集中荷载，如图9（b）所示。5.2.2 风荷载作用下的水平位移验算 根据图7(b)所示的水平荷载由式计算层间剪力，然后计算框架的层间侧移刚度,再按式,计算各层的相对侧移和绝对侧移.计算过程见表15。表15 风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算层次112.6677.22867460.890.891/612327.2364.561109980.5821.4721/6186310.157.331109980.5161.9881/6977414.6247.231109980.4262.4141/8451516.4632.641109980.2132.6271/16901616.1516.151109980.142.7221/24827由表15可见风荷载作用下框架的最大层间位移为1/6123,远小于1/550,满足规范要求.5.2.3 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过程与水平地震作用下的相同,具体计算结果见表16表17,各层横向框架在风荷载作用下的弯矩,梁端剪力及柱轴力见图10。表16 各层柱端弯矩及剪力层次边柱中柱63.616.15110998171662.500.520.252.256.75383335.582.020.48.0412.0553.632.64110998171665.050.520.356.3611.853833311.272.020.4518.2622.3143.647.23110998171667.30.520.4511.8314.453833316.312.020.529.3629.3633.657.33110998171668.670.520.4514.0517.173833319.802.020.535.6435.64续表1623.664.56110998171669.980.520.5519.7616.173833322.302.020.540.1440.1415.4579.96867461702015.690.430.8068.4117.102635324.291.6830.6586.0546.33注：表中量纲为，V量纲为kN。表17 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N66.753.116.91.438.938.932.47.44-1.43-6.01514.077.846.93.1822.5022.502.418.75-4.61-21.58420.8112.306.94.8035.2935.292.429.41-9.41-46.1932916.786.96.6348.1748.172.440.14-16.04-79.7230.2219.576.97.2256.1556.152.446.79-23.26-119.27138.8622.336.98.8764.0764.072.453.40-32.10-163.8注：（1）柱轴力中的负号表示拉力，当为左地震作用时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两柱为压力（2）表中单位为，V单位为kN，l单位为m。水平风荷载作用下框架的弯矩图，梁端剪力图及柱轴力图如图10所示 (a）框架弯矩图 （b）梁端剪力和柱轴力图图10 横向框架在水平风荷载作用下的弯矩、梁端剪力和柱轴力图6 竖向荷载作用下框架结构的内力计算6.1 横向框架内力计算6.1.1 计算单元取C轴线横向框架进行计算,计算单元宽度为7.2m,如图11所示,由于房间的布置有次梁,故直接传给该框架的楼面荷载如图所示的水平阴影线所示,计算单元范围内其余楼面荷载,则通过次梁和纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架,作用于各节点上,由于纵向框架梁的中心线与柱的中心线不重合,因此在框架点上还作用有集中力矩。图11 横向框架计算简图6.1.2 荷载计算6.1.2.1 恒载计算在图11中代表横梁自重,为均布荷载形式,对于第6层：，图12 各层梁上作用的恒载分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载，由图12几何关系得：，分别由边纵梁，中纵梁直接传给柱的恒载,它包括梁自重,楼板重和女儿墙等重力荷载。计算如下： 集中力矩：对于2-5层，包括梁自重和其上的横墙自重，为均布荷载，其它各层荷载计算方法同第6层，结果为： 对于1层： 6.1.2.2 恒载计算活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图13图13 各层梁上作用的活载对于第6层 同理，在屋面雪荷载作用下 对于2-5层 对于1层 将以上计算结果汇总见表18和表19。表18 横向框架恒载汇总表层次64.7254.72520.9613.46156.23173.5823.432-513.854.72513.688.64168.21192.425.23113.854.72513.688.64167.25191.4933.45表19 横向框架活载汇总表层次61.8（0.9）1.2（0.6）7.83（4.14）11.43（5.94）1.17（0.62）2-514.49662.6491.449.4114.49.662.6491.4412.53注：表中括号内的数值对应于屋面雪荷载作用情况6.1.3 内力计算梁端柱端弯矩采用二次分配法计算，由于结构和荷载均匀对称，故计算时可用半框架，弯矩计算过程如图14，所得弯矩图如图15，梁端剪力可根据梁端竖向荷载引起的剪力相叠加而得。柱轴力可由梁端剪力和节点集中力叠加得到，计算柱底轴力还需考虑柱的自重。如表20和表21所列。（a）恒载作用下（b）活载作用下图14 横向框架弯矩的二次分配法（单位：）（a）恒载作用下 （b）活载作用下 图15 竖向荷载作用下框架弯矩图（单位：）表20 恒荷载作用下梁端剪力及柱轴力层次荷载引起的剪力弯矩引起的剪力总 剪 力柱 轴 力AB跨BC跨AB跨BC跨AB跨BC跨A柱B柱N顶N底N顶N底669.8113.75-0.58069.2370.3913.75225.46261.1257.72293.36582.7110.85-0.02082.6982.7310.85512.00547.64579.34614.98482.7110.85-0.13082.5882.8410.85798.43834.07901.07936.72382.7110.85-0.13082.5882.8410.851084.861120.51222.81258.44282.7110.52-0.17082.5482.8810.851371.251406.891544.571580.21182.7110.85-0.55082.1683.2610.851656.31729.741865.811939.25表21 活载作用下梁端剪力及柱轴力层次剪力(荷载)剪力(弯矩)总剪力柱轴力AB跨BC跨AB跨BCAB跨BC跨A柱B柱VA=VBVB=VCVA=-VBVB=VCVB=VC=64.60.72-0.1304.474.730.7212.316.88536.765.76-0.23036.5336.995.76111.47151.07436.765.76-0.15036.6136.915.76210.72285.18336.765.76-0.15036.6136.915.76309.97419.29236.765.76-0.19036.5736.955.76409.18553.44136.765.76-0.86035.937.625.76507.72688.28注：表中括号内的数值为屋面作用雪荷载（0.35），其他层为楼面作用活荷载（4.0）对应的内力；V以向上为正。6.2 横向框架内力组合6.2.1 结构抗震等级 结构的抗震等级可根据结构类型、地震烈度、房屋高度等因素确定，由土木工程专业毕业设计指导中表2.9可知，本工程的框架为二级抗震等级。6.2.2 框架梁内力组合 考虑了四种内力组合，,，及。此外，对于本工程，这种内力组合与考虑地震作用的组合相比一般较小，对结构设计不起控制作用，故不予考虑。各层梁的内力组合结构见表33，表中、两列中的梁端弯矩为经过调幅后的弯矩(条幅系数取0.8)。均布和梯形荷载下的计算如图16。 图16 均布和梯形荷载下的计算图形BC跨梁在三角形分布荷载和均布荷载作用下的、和由下列方法计算(图17)由下式解得： 图17 均布和三角形荷载下的计算图形下面以第一层AB跨梁考虑地震作用的组合,说明各内力的组合方法。对支座负弯矩按相应的组合情况进行计算，求跨间最大正弯矩时，可根据梁端弯矩组合值及梁上荷载设计值，由平衡条件确定。梁上荷载设计值对于1层，梁上荷载设计值 左边地震时：最大弯矩值发生在右支座右边地震时：，则，说明发生在左支座。剪力计算: AB净跨 左地震时：=- = 右地震时： 则 ，6.2.3 框架柱内力组合取每层柱顶和柱底两个控制截面，组合结果及柱端弯矩设计值的调整见表2430。注意，在考虑地震作用效应的组合中，取屋面为雪荷载时的内力进行计算。- 68 -表24 框架梁内力组合表层次截面内力SGKSQKSWK左SWK右1.2SGK+0.91.4（SQK+SWK)0.851.2(SGK+0.5SQK)+1.3SEK1.35SGK+SQK1.2SGK+1.4SQKv位置左风右风左震右震一层AM-43.27-34.27-38.86-126.3246.14-144.0768.8-177.53-92.68-99.9110.05V82.1635.90-8.8729.29155.00132.65-10.6861.54146.82148.55B左M-50.19-40.14-22.3375.81-82.67-138.94-120.42137.15-107.9-116.42V83.2637.628.87-29.29158.49136.14120.42-63.31150.02152.58B右M-5.98-10.0653.40-217.8147.43-87.14202.46-222.27-18.13-21.26168.36V10.855.76-53.40181.51-87.5647.01-189.33164.6220.4121.08跨中AB跨104.01179.05201.34182.23BC跨21.2421.24204.11204.11三层AM-48.94