计算书：大庆市某五层办公楼建筑、结构设计

大庆市某五层办公楼建筑、结构设计1 工程概况本工程为大庆市某办公楼，建筑面积4750.2平米，建筑纵向长54.6米，横向长17.4米，高19.0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。 本工程为大庆市某办公楼，建筑面积4750.2平米，建筑纵向长54.6米，横向长17.4米，高19.0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。2 结构布置及计算简图布置方案：采用横向承重方案.主体结构共5层，底层高为5.4m,标准层高为3.6m，外墙为400mm砖墙，内墙为200mm砖墙, 卫生间墙为150mm轻质隔板.门为木门，门洞尺寸为1.0m2.4m.窗为铝合金窗，洞口尺寸为2.1m1.8m.楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取100m，梁截面高度按梁跨度的估算.混凝土强度等级为C35（ ，）；C30（ ，）2.1 梁的截面尺寸表1 梁的截面尺寸层 次混凝土强度等级横梁（bh）纵 梁（bh）次 梁（bh）AB.BC跨25C303005003006003004501C353506003506003004502.2 柱的截面尺寸该框架结构的抗震等级为三级.由结构布置图可知:由和 可初步估算柱的截面尺寸.取边柱A中柱如取柱截面为正方形.则边柱和中柱截面高度分别为490mm和552mm.根据上述计算结果并综合考虑其他因素，本设计柱截面尺寸如下：1层：700mm700mm 25层：600mm600mm2.3 基础选用柱下独立基础基础埋深取2.5m，基础高取0.9m。框架结构计算简图如图1所示，取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线；梁轴线取至板底，25层柱高度即为层高，取3.6m;底层柱高度从基础顶层取至一层板底.即h=3.6+0.6+2.5-1.2-0.1=5.4m。图1框架结构计算简图3 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）：30mm厚细石混凝土保护层 220.03=0.66三毡四油防水层 0.420mm厚水泥砂浆找平层 200.02=0.4150mm厚水泥蛭石保温层 50.15=0.75100mm钢筋混凝土板 250.1=2.5V型轻钢龙骨吊顶 0.25 合计 4.96 26层楼面：瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 0.55 100mm厚钢筋混凝土板 250.1=2.5 V型轻钢龙骨吊顶 0.25 合计 3.303.2 屋面及楼面可变荷载标准值不上人屋面均布活荷载标准值 0.5楼面活荷载标准值 2.0屋面雪荷载标准值 0.33.3 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的重力荷载；对墙、门、窗等可计算出单位面积上的重力荷载。计算结果见表2表2 梁、柱重力荷载标准值层次构件b/mh/mr/g/n1边横梁0.350.50251.054.5944.62516339.961619.77中横梁0.350.40251.053.6751.700849.98次梁0.300.45251.053.5445.32512226.46纵梁0.300.60251.055.5136.500281003.37柱0.700.70251.1013.4755.400322328.4824边横梁0.300.50251.053.9384.77516300.861447.99中横梁0.300.40251.053.1501.800845.36次梁0.300.45251.053.5445.37512228.59纵梁0.300.60251.054.7256.60028873.18柱0.600.60251.109.9003.600321140.485边横梁0.300.50251.053.9384.85013248.291200.70中横梁0.300.40251.053.1501.850846.62.次梁0.300.45251.053.5445.3508151.68纵梁0.300.60251.054.7256.65024754.11柱0.600.60251.109.9003.60028997.92注：1）表中为考虑梁，柱的粉刷层重力荷载而对其重力的增长系数；表示单位长度构件的重力荷载；n为构件数量. 2）梁长度取净长；柱长应取层高.外墙体为400mm厚粘土空心砖，内墙为20mm厚抹灰则外墙单位墙面重力荷载为：0.5+11.80.4+170.02=9.84内墙为200mm粘土空心砖，两侧均为20mm厚抹灰 则内墙单位墙面重力荷载为：150.20+170.022=4.283.4 重力荷载代表值顶层屋盖面积和各屋楼面面积为 86.414.4=1244.16 .根据外墙体面积，内墙体面积，木门面积，铝合金玻璃窗面积，玻璃墙等面积计算出集中于各楼层标高处的重力荷载代表值如图2分别为： 图2 各质点的重力荷载代表值4 横向框架侧移刚度计算横梁线刚度的计算过程见表3； 柱线刚度的计算过程见表4. 图3 建筑平面图及结构平面图62 表3 横梁线刚度的计算类别层次/1.5/2.0/边横梁1350500780025300500走道梁1350400300025300400表4 柱线刚度的计算层次/15400700700253600600600 柱的侧移刚度按式计算.根据梁，柱线性刚度比的不同图 中的柱可分为框架中柱和边柱以及楼梯间柱.现以第二层C-7柱的侧移刚度计算为例，说明计算过程，其余柱的计算过程从略。计算结果见表5，表6，表7 第二层C-7柱及与其相连的梁的相对线刚度如图所示 据可得 表5 中框架柱侧移刚度D值（）层次边柱（16根）中柱（8根）10.2730.340163280.6090.23311190350768250.3220.139115830.6450.24420333347997表6 边框架柱侧移刚度D值（）层次A-1,7,14B-1,7,1410.2870.125178630.5320.2102563241277250.2540.113184740.5980.2312238748227 表7 楼梯间框架柱侧移刚度D值（）层次C-1,7,14D-1,7,1410.5980.229164570.1730.0795291458916250.6220.237169280.1820.0833082469401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D值（）层次12 3456450961465625465625465625465625465625由表8可见，=0.90.7 故该框架为规则框架5 横向水平荷载作用下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513831.7113831.7146562529.7429.3412804.7126636.4246562556.6399.6312804.7139441.1346562584.7343.0212804.7152245.84465625112.2258.3113617.9565863.79450961146.1146.1按式计算基本周期，其中的量纲为m，取，则： =0.78s5.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算本结构高度不超过40m，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式计算，11即：=0.8566791.91=56773.12 因1.4T，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 各质点的水平地震作用按式 将上述和代入可得 表10 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算层次23.5928.1221439.570.0035.915.91519.513831.71273867.860.321632.74638.65415.912804.71207436.300.243478.991117.64 312.312804.71161339.350.189372.551490.1928.712804.71115242.390.135266.121756.3115.113617.9573536.930.086169.521925.83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图4 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的层间位移和顶点位移分别计算，计算过程见表11。表中还计算了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5638.654656251.3715.0136000.0003841117.644656252.4013.6436000.0006731490.194656253.2011.2436000.0008921756.314656253.778.0436000.0010411925.834509614.274.2754000.00079由表可见，最大层间弹性位移角发生在第二层，其值0.001041/550（0.001818），满足要求.5.1.4 水平地震作用下框架内力计算以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。底层柱需考虑修正值，第二层柱需考虑修正值.其余柱均无修正，具体计算过程及结果见表12表12 各柱端弯矩及剪力计算层次/m/kN/边柱中柱yy53.6638.654656251158315.890.3220.2112.0145.192033327.8906450.3333.1367.2743.61117.644656251158327.800.3220.3535.0365.052033348.8106450.4070.29105.4333.61490.194656251158337.070.3220.4560.0573.402033365.0706450.45105.41128.8423.61756.314656251158343.690.3220.5586.5170.782033376.6906450.50138.04138.0415.41925.834509611632869.730.2730.89335.1241.421119047.790.6090.70180.6577.42注：表中M量纲为. V量纲为.梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按 ， 计算，其中梁线刚度取自表13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N545.1930.207.210.4737.0037.003.024.67-10.47-14.20477.0662.217.219.3476.2176.213.050.81-29.81-45.673108.4389.417.227.48109.52109.523.073.01-57.29-91.202130.83109.317.233.35133.90133.903.089.27-90.64-146.561127.9396.747.231.20118.50118.503.079.00-121.84-169.64注：1）柱轴力的负号表示拉力，当为左地震作用时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力2）表中M单位为，V单位为，N单位为，L单位为m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5所示： 图5 左地震作用下框架弯矩图、梁端剪力及柱轴力图5.2 横向风荷载作用下框架结构内力和位移计算5.2.1 风荷载标准值风荷载标准值按式。基本风压=0.55由荷载规范第7.3节查得（迎风面）和（背风面）。B类地区，H/B=19.8/54.6=0.364由表1.15查得 =0.45; 由表查得 仍取图 中轴线横向框架，其负载宽度为7.8m，算得沿房屋高度的分布风荷载标准值 ，根据各楼层标高处的高度由表差取，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表14 沿房屋高度分布风荷载标准值层次519.810.841.5714.5292.831416.20.8180.761.5713.9572.473312.60.6360.741.4133.5892.24329.00.4550.741.2953.2892.05615.40.2730.741.1772.9891.868荷载规范规定，对于高度大于30m，且高宽比大于1.5的房屋结构，应采用风振系数来考虑风压脉动的影响.但本房屋高度H=19.8m1.5，故需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7（a）的分布风荷载转化为节点集中荷载，如图7（b）所示，例如第4层的集中荷载F4的计算过程如下=23.36kN 5.2.2 风荷载作用下的水平位移计算 根据图7（b）所示的水平荷载，由 计算层层间剪力，然后依表4求轴线框架的层间位移刚度，再按式， 计算各层四万相对位移个绝对侧移，计算过程见表15图6 框架上的风荷载表15 风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算层次1234521.6419.5322.1123.369.3498.8978.2558.7236.6114.0155036638326383263832638321.81.230.920.570.111.83.033.954.521.440.00033330.00034170.00025560.00009580.0000583由表15可见，风荷载作用下框架的最大层间位移角为0.0003417，远小于1/550， 满足规范要求5.2.2 风荷载作用下框架结构内力计算计算过程见表16，表17表16 风荷载作用下各柱端弯矩及剪力计算层次/m/kN/边柱中柱yy53.613.2563832115832.400.3220.211.816.83203334.220.6450.335.0110.1843.636.6163832115836.640.3220.358.3715.542033311.660.6450.4016.7925.1933.658.72638321158310.670.3220.4517.2921.132033318.700.6450.4530.2937.0523.678.25638321158314.200.3220.5528.1223.002033324.930.6450.5044.8744.8713.698.89550361632829.340.2730.89141.0117.431119020.110.6090.7076.0232.87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N56.834.587.21.585.65.63.03.73-1.58-2.15417.3513.597.24.3016.6116.613.011.07-5.88-14.46329.5024.227.27.4629.6029.603.019.73-13.34-35.48240.2933.827.210.2941.3441.343.027.56-23.63-54.68145.5534.857.211.1742.6042.603.028.4-34.80-52.03风荷载作用下框架的弯矩图，梁端剪力图及柱轴力图7所示 图7 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 计算单元取轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为7.8m，如图8所示，由于层间内力布置有次梁，故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影线所示，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，在框架节点上还作用有集中力矩。 13图8 横向框架计算单元6.1.2 荷载计算6.1.2.1 恒载计算在图8中，、代表横梁自重，为均布荷载形式，对于第2层 和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9所示几何关系可得 图9 各层梁上作用的恒载 、分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载，它包括梁自重、楼板重等重力荷载，计算如下 =205.13kN集中力矩： 对4-2层，其它荷载计算方法同第1层，结果为 =185.72kN 对1层 6.1.2.1 活荷载计算活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如下图 10所示。 图10 各层梁上作用的活载对于第5层： 同理，在屋面荷载作用下 对2-4层 对1层 将以上计算结果汇总表18 和表19表18 横向框架恒载汇总表层次53.9384.3319.3414.88205.13121.8325.6415.234-217.2063.1512.879.90185.72252.0327.8637.80117.2063.67512.879.90193.94245.0538.7949.01表19 横向框架活载汇总表层次57.8（0.78）6（0.6）37.44（3.744）55.44（0.544）4.68（0.468）6.93（0.693）4-27.8637.4455.444.686.9317.8637.4455.446.559.76.1.3 内力计算 梁端、柱端弯矩采用二次分配法计算。由于结构和荷载均对称，故计算时可用半框架。弯矩计算过程如图11，所得弯矩如12图。梁端剪力可根据梁上竖象荷载引起的剪力与梁端弯矩引起的剪力叠加而得。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。图11 横向框架弯矩的二次分配法图12 竖向荷载作用下框架弯矩图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565.0125.34-1.95063.0666.9625.34268.19303.83188.79224.43495.7612.16-1.63094.1397.3912.16548.04649.32538.21609.49395.7612.16-1.63094.1397.3912.16827.89934.81887.63994.55295.7612.16-1.59094.1797.3512.161107.781250.341237.011379.57195.7612.16-2.21093.5597.9712.941395.271610.601580.031795.36表20 恒荷作用下梁端剪力及柱轴力（kN）表21活荷作用下梁端剪力及柱轴力（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520.5(2.05)4.5(0.45)-0.85(-0.03)019.65(2.02)21.35(2.08)4.5(0.45)57.0976.79420.54.5-0.31(-0.31)020.19(15.12)20.81(20.81)4.5114.72153.04320.54.5-0.38020.1220.884.5172.28229.36220.54.5-0.37020.1320.894.5229.85305.69120.54.5-0.67019.8321.174.5287.12382.306 横向框架内力组合6.1 结构抗震等级结构的抗震等级可根据结构类行，地震烈度，房屋高度等因素由表确定。14由表可知，本工程的框架为三级抗震等级。6.2 框架内力组合本设计方案中考虑了四种内力组合，即：， ，此外，对于本方案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。各层梁的内力组合见表21，表中，两列中的梁端弯矩M为经过调幅后的弯矩（调整系数为0.8）。下面以第一层AB跨梁考虑地震作用的组合为例，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。由图13可得若，说明，其中x为最大正弯矩截面至A支座的距离，则x由下式求得： 将求得的x值代入下式，即可得到跨间最大正弯矩值 若，说明 则：若，则 同理，可求得三角形分布荷载和均布荷载作用下的、的计算公式（图14） x 由下式解得： 本设计中，梁上荷载设计值 左震 则x可由 解得则 右震 则 剪力计算：AB净跨 左震： 右震 则 ， 表22 框架梁内力组合表层次截面位置内力一层AM-85.14-20.0645.55127.93-70.12-184.8439.08-210.38-135.00-130.25110.8V93.5519.8311.1731.20123.17151.3262.70123.54146.12140.02M-97.87-23.9134.8596.74-103.69-191.51-4.52-193.16-156.03-150.91V97.9721.1711.1731.20158.31130.16125.7867.28153.43147.20M-22.80-5.2742.60118.50115.31-170.0392.65-138.43-36.05-34.74230.6V12.944.5028.4079.00-78.34120.74-63.3590.7021.9721.83跨间71.1415.93128.61128.61四层AM-88.51-21.7217.3577.06-36.48-