企业办公楼结构设计.doc

企业办公楼结构设计第一章 结构的选型与布置题目：某企业办公楼设计经上级主管部门批准，拟按一般标准建造一栋五层框架结构某企业办公楼设计，该工程为钢筋混凝土框架结构。横向框架不少于三跨，总建筑面积不小于5000，设计使用年限50年。结构安全等级为二级，环境类别为一类。建筑室内外高差600，室外标高即为现有自然地面标高。考虑风荷载设计。其他条件如下：1. 气象资料：（1）基本风压值：。=0.40 kN/m2（2）基本雪压值：S。=0.45 kN/2. 水文地质资料自然地表以下1m内为杂填土，重度=17kN/m；杂填土下为3m厚可塑性粘土，重度=18kN/m，液性指数 Il =0.62，含水率=23.1，天然孔隙比e=0.8，Es=10Mpa，Ck=20Kpa,k=12度。再下为砾石土层，重度为=20kN/m，液性指数Il =0.50，含水率=15.2，天然孔隙比e=0.8，Es=20Mpa，Ck=15 Mpa，k=18度。未修正前粘土承载力特征值为18 kN/m2砾石土层承载力特征值为300KN/m，场地土类别为类，地基基础设计等级为丙级，基础埋深范围内无地下水。3. 抗震设防烈度7度（假设场地覆盖层厚度大于9m,小于80m.）4. 荷载资料（1）.楼面活载查建筑结构荷载规范（GB50009-2001）.确定楼面活载标准为2kN/m。（2）.不上人屋面，活载标准值0.7kN/m。（3）.屋面构造35mm厚490mm490的C25现浇钢筋混凝土架空板，防水层20mm厚，1：3水泥砂浆找平层，现浇钢筋混凝土屋面板，12mm厚纸筋石灰粉平顶（4）.楼面构造:水泥楼面:10mm厚，1：2水泥砂浆面层压实抹光，20mm厚1：3水泥砂浆找平层，现浇钢筋混凝土楼面板，12mm厚纸筋石灰粉平顶。（5）.围护墙：围护墙采用200mm厚小型混凝土空心砌块（190mm190mm190mm,重度为11.80.2=2.36）M5混合砂浆砌筑，双面粉刷（重度为3.6kN/）开间采用1800mm2100mm塑钢窗。第二章 计算简图图2-1 计算简图2.1 确定计算简图初步确定本工程采用柱下独立基础，挖去所有杂填土，基础置于第二层可塑性黏土层上。基底标高为设计相对高度-1.800m，柱子高度底层为：h1=3.6+1.8-0.5=4.9m（初步假设基础高度0.5m）。二到五层柱高为3.6m,柱节点刚接，横梁计算跨度取柱中心至中心间距离。三跨分别为：L=5100mm,2400mm,5100mm。2.2梁，柱截面尺寸（1）框架柱：500mm500mm（2）梁：横向框架AB跨，BC跨，DE跨：250mm600mm,CD跨：250mm400mm,纵向连系梁：250mm500mm2.3 材料强度等级：混凝土均采用C25。钢筋采用HPB300级（箍筋，楼板钢筋）和HRB400级钢筋（梁柱纵向受力钢筋）2.4 荷载计算1.屋面横梁竖向线荷载标准值（1）恒载屋面恒载标准值：35厚架空隔热板 0.03525=0.875KN/防水层 0.4KN/20厚1:3水泥砂浆找平层 0.0220=0.4KN/120（100）厚钢筋混凝土现浇板 0.1225=3 KN/（AB,CD,跨板厚取120；BC跨取100） （0.1025=2.5 KN/）12厚纸筋石灰粉平顶 0.01216=0.192 KN/屋面恒载标准值 4.87 KN/梁自重 0.250.625=3.75 KN/m梁侧粉刷 2（0.6-0.12）0.0217=0.33 KN/m 4.08 KN/m中跨BC跨 0.250.425=2.5 KN/m梁侧粉刷 2（0.4-0.1）0.0217=0.19 KN/m 2.69 KN/m作用在顶层框架梁上的线恒载标准值为：梁自重 g5BC1=gDE1=4.08 KN/m gcd1=2.69 KN/m板传来的荷载 gBC2=gDE2=4.876=29.22 KN/m gCD2=4.373.3=10.488 KN/m（2）活载 作用在顶层框架梁上的线活载标准值为： q5bc=q5DE=0.76=4.2 KN/m qCD=0.72.4=1.68 KN/m2. 楼面横梁竖向线荷载标准值：（1）恒载：25厚水泥砂浆面层： 0.02520=0.50 KN/120（100）厚钢筋混凝土现浇板 0.1225=3 KN/ （0.1025=2.5 KN/）12厚板底粉刷 0.01216=0.192 KN/屋面恒载标准值： 3.692 KN/ （3.192 KN/）边跨（BC,DE跨）框架梁自重 4.08 KN/m中跨（CD跨）梁自重 2.69 KN/m作用在楼面层框架梁上的线恒载标准值为：梁自重： gBC1=gDE1=4.08 KN/m gD1=2.69 KN/m板传来荷载： gBC2= gDE2=3.6926=22.152 KN/m gD2=3.1922.4=7.6608 KN/m（2）活载：楼面活载： qBC=qDE=26=12 KN/m gD=22.4=4.8KN/m3.屋面框架梁节点集中荷载标准值：（1）恒载边跨连系梁自重： 0.250.50625=18.75 KN粉刷： 2（0.6-0.12）0.02617=1.55 KN1.3m高女儿墙 1.362.36=18.41KN粉刷： 1.320.02617=5.304 KN连系梁传来屋面自重： 0.560.564.87=43.83KN顶层边节点集中荷载： G55B= G55E=87.84 KN中柱连系梁自重 0.250.5625=18.75 KN粉刷 （0.50-0.12）+（0.50-0.10）0.02617=1.5912 KN连系梁自重 1/261/264.87=43.83KN 0.5(6+6-2.4)2.4/24.37=25.1712 KN顶层中节点集中荷载 G55C=G55D=89.34 KN （2）荷载 Q5B=Q5E=1/261/260.7=6.3 KN Q5C=Q5D=1/261/260.7+1/2(6+6-2.4)2.4/20.7=10.33KN4.楼面框架节点集中荷载标准值：（1）恒载：（此处未考虑填充墙重度）边柱连系梁自重 18.75KN粉刷 1.55 KN连系梁传来楼面自重 1/261/263.692=33.228 KN53.528KN 中间层中节点集中荷载： GA=GD=53.528 KN 框架柱传来集中荷载： GC,=GD,=22.5 KN 中柱连系梁自重： 18.75KN 粉刷 1.59KN 连系梁传来楼面自重： 1/2（6+6-2.4）2.4/23.192=18.39KN 1/261/263.692=33.228KN 71.958KN中间层边界点集中荷载： GB=GC= 71.96KN 柱传来集中荷载： GB=GC=22.5KN(2)活载 QA=QD=1/261/262.0=18 KNQB=QC=1/261/262.0+1/2(6+6-2.4)2.4/22.0=29.52 KN5.风荷载已知基本风压。=0.40 KN/，本工程为高校教学楼。地面粗糙度C类，按荷载规范k=zsz。风载体型系数s；迎风面为0.8.背风面-0.5；因结构高度H=19.9m30m(从室外地面算起)，取风振系数z=1.0风荷载的计算 表2-1层次zsZ(m)z。（2APi（KN）511.318.60.8120.418.67.85411.3150.740.421.68.31311.311.40.70.421.67.86211.37.80.66110.421.67.41111.34.20.62160.423.47.56 图2-2横向框架上的风荷载 6.地震作用（1）总重力荷载代表值GI的计算集中于屋盖处的质点重力荷载代表值G550雪载 0.50.4512.643.2=122.472KN屋面恒载 4.8743.25.12+4.3743.22.4=2598.9984 KN横梁 （4.085.12+2.692.4）9=432.648 KN纵梁 （18.7+1.55）82+（18.75+1.59）82=650.24 KN女儿墙 1.32.36（43.2+12.6）2=342.389 KN柱重 0.50.5251.836=405KN横墙 2.3612.65.11.8=272.97648KN纵墙 （43.21.8-101.82.1/2-21.82.1）2.36+（43.21.8-81.82.1/2-1.21.53）2.36+（4.51.8-40.92.1/2+（61.8-1.82.1/2）4+（31.8-0.92.1/2）22.36=121.9176+135.0864+115.3332=372.337 KN钢窗 181.82.11/20.4+31.21.51/20.4=13.608+1.08=14.688 KN G5=5212 KN集中于三四五层处的质点重力荷载代表值G4 G2 50楼面活载 0.52.012.643.2=544.32 KN楼面恒载 3.69243.25.12+3.19243.22.4=1957.79 KN横梁： 432.65 KN纵梁： 650.24 KN柱重： 329.42=658.8 KN横墙： 272.982=545.96 KN纵墙： 372.342=744.68 KN钢窗： 14.692=29.38 KN G2=G3=G4=5563.82 KN集中于二层处的质点重力荷载标准值G150%的楼面活载： 544.32 KN楼面恒载： 1957.79 KN横梁： 432.65 KN 纵梁： 650.24 KN柱重： 0.50.525（4.9/2+1.8）36=956.25 KN横墙： 272.98+272.982.45/1.8=644.54 KN纵墙： 372.34+372.242.45/1.8=879.14 KN钢窗： 14.692=29.38 KN G1=8954.66 KN（2）地震作用框架柱的抗侧移刚度：在计算梁柱线刚度时，应考虑楼盖对框架梁的影响，在现浇楼中，中框架梁的抗弯惯性矩取I=2I。；边框架梁取I=1.5I。；I。为框架梁按矩形截面计算的截面惯性矩。横梁，柱线刚度见下表：横梁，柱线刚度 表2-2杆件截面尺寸(mm)EcIoILi=EcI/L相对BH(KN/)(mm4)(mm4)(mm)(KN.mm)刚度边框架梁250600284.51096.710951003.71071边框架梁250400281.31092.010924002.31070.622中框架梁250600284.51099.010951004.91071.324中框架梁250400281.331092.6610924003.11070.838底层框架柱500500285.211095.2110949002.981070.805中层框架柱500500285.211095.2110936004.051071.095每层框架柱总的抗侧移刚度见下表：框架柱横向侧翼刚度D值 表2-3项目KcD根数层柱类型及截面二至五层边框边柱（500500）23.7/24.05=1.820.48184边框中柱（500500）（3.7+2.3）2/4.052=1.480.4316.14中框边柱（500500）24.9/4.052=1.210.3814.314中框中柱（500500）2（4.9+3.1）/4.052=1.980.518.814底层边框边柱（500500）3.7/2.98=1.240.548.14边框中柱（500500）（3.7+2.3）/2.98=2.010.639.44中框边柱（500500）4.9/2.98=1.640.598.814中框中柱（500500）(4.9+3.1)/2.98=2.680.6810.114备注:其中：K=ic/2iz （一般层)；K=ic/iz(底层)c =K/(2+k)(一般层) ；c=（0.5+K）/（2+K）（底层）D=c iz(12h2)ic为梁的线刚度，iz为柱的线刚度底层： D=4（3.89+4.44）+20（4.19+4.74）=211.92KN/mm二到五层： D=4（6.75+8.75）+20（7.82+9.67）=411.8 KN/mm框架自振周期的计算 ：框架顶点假想水平位移 计算表 表2-3层次Gi (KN)Gi (KN)D（KN/mm）（层间相对位移）总位移（mm）552125212599.88.69174.145563.8210775.82599.817.97165.4135563.8216339.64599.827.24147.4425563.8221903.46599.834.52120.2016094.3127997.77334.683.6883.68则自振周期为：T1=1.70O=1.70.60.174 =0.425S （其中O为考虑结构非承重砖墙影响的折减系数，对于框架取0.6；为框架顶点假想水平位移）楼层地震作用和地震建立计算表 表2-4层Hi(m)Gi（KN）GiHiFi楼层剪力Vi(KN)519.35212100591.620382119.9415.75563.8287351.971769.83960.74312.15563.8267322.2213645379.4828.55563.8247292.47958.26346.1214.96094.3122862.12463.26827.91备注：Fi=Fn+Fn(顶层) Fi=GiHi/GiHiFEK（1-n）3)地震作用计算：根据本工程设防烈度8度，类场地土，设计地震分组第二组。查建设抗震设计规范，特征周期Tg=0.55S，地震影响系数max=0.16 1=(0.55/0.412) 0.90.16=0.2结构等效总重力荷载： Geq=0.85 GL=0.8527997.77=23798.1KNT11.4 Tg =1.40.55=0.77s;故不需考虑框架顶部集中力作用框架横向水平地震作用标准值为：结构底部：FEK=1 Geq=0.223798=4759KN各楼层的地震作用和地震剪力标准值由上表计算列出。图示见下图GiHi=234887.94KN第三章 框架内力计算3.2.1恒载作用下的框架内力：1.弯矩分配系数：根据上面的原则，可计算出本例横向框架各杆杆件的杆端弯矩分配系数,由于该框架为对称结构，取框架的一半进行简化计算，如下图： (a) (b)图3-1 横向框架承担的恒载及节点不平衡弯矩 （a）恒载； （b）恒载产生的节点不平衡弯矩节点A1： SA1A0=4 iA1A0=40.805=3.22 SA1B1=4i A1B1=41.324=5.296 SA1A2=4iA1A2=41.096=4384S=4（0.805+1.324+1.096）=12.9A1A0= SA1A0/S=3.22/12.9=0.25A1B1= SA1B1/S=5.296/12.9=0.411A1A2= SA1A2/S=4.384/12.9=0.34节点B1： SB1D1= i B1D1=20.838=1.676 S=4（0.805+1.324+1.096）=12.9 B1A1=41.324/（S+ SB1D1）=5.296/（12.9+1676）=0.363 B1B2=4.384/（12.9+1.676）=4.384/14.576=0.301 B1D1=1.676/14.576=0.115 B1B0=3.22/14.576=0.221节点A2： A2A1=A2A3=A3A4=1.0964/4（1.096+1.324+1.096）=0.312 A2B2=1.3244/（1.096+1.096+1.324）4=0.377节点B2: B2A2=1.3244/（1.096+1.096+1.324）4+1.676=0.336 B2B1=B2B3=B3B4=1.0944/(14.064+1.676)=0.279 B2D2= SB1D1/(14.064+1.676)=1.676/(14.064+1.676)=0.106节点A5： A5B5=1.3244/（1.324+1.096）4=0.547 A5A4=1.0964/（1.324+1.096）4=0.453节点B5： B5A5=1.3244/0.8382+（1.096+1.324）4=0.466 B5B4=1.0964/0.8382+（1.096+1.324）4=0.386 B5D5=0.8382/0.8382+（1.096+1.324）4=0.295A4；B4；A3；B3与相应的A2；B2相同2.杆件固定弯矩（1）横梁固端弯矩：1）顶层横梁：自重作用：MA5B5=- MB5A5 =-1/12ql2=-1/124.085.12=-8.843KN.mMB5D5=-1/3ql2=-1/3 2.691.22=-1.2912 KN.mMD5B5=1/2 MB5D5=-0.6456 KN.m板传来的恒载作用：MA5B5=- MB5A5 =-1/12ql2(1-2a2/l2+ a3/l3)=-1/1229.225.12（1-232/5.12+33/5.13）=-1/1229.225.12（1-0.5+0.125）=-39.58KN.mMB5D5=-5/96 ql2=-5/9610.492.42=-3.15 KN.mMD5B5=-1/32 ql2=-1/3210.4992.42=-1.889KN.m2）二-五层横梁：自重作用：MA1B1=- MB1A1=-1/12ql2=-1/124.085.12=-8.843 KN.mMB1D1=-1/3ql2=-1/32.691.22=-1.291 KN.mMD1B1=1/2 MB1D1=-0.646 KN.m板传来的恒载作用：MA1B1=- MB1A1=-1/12ql2(1-2a2/l2+ a3/l3)=-1/1222.155.12（1-232/5.12+33/5.13）=-30.01 KN.mMB1D1=-5/96 ql2=-5/967.662.42=-2.3 KN.mMD1B1=-1/32 ql2=-1/327.662.42=-1.38 KN.m（2）纵梁引起柱端附加弯矩：顶层外纵梁：MA5=- MD5=87.840.125=10.98KN.m(逆时针为正)楼层外纵梁：MA1=- MD1=-53.5280.125=-6.691 KN.m顶层中纵梁：MB5=- MC5=89.340.125=-11.168KN.m楼层中纵梁：MB1=- MC1=-71.960.125=-8.995 KN.m3.节点不平衡弯矩 根据平衡原则，节点弯矩的正方向与杆端弯矩方向相反，一律以逆时针方向为正。节点A5的不平衡弯矩：MA5B5+MA5纵梁=-8.843-39.58+10.98=-37.44KN.mA4; A3; A2; A1的不平衡弯矩等于节点A1的不平衡弯矩：MA1B1+MA1纵梁=-8.843-30.01-6.691=-45.54 KN.m节点B5的不平衡弯矩：MA5B5+MB5纵梁=-1.29+39.58-3.15-11.17=23.97 KN.m节点B4;B3;B2;B1的不平衡弯矩：MB1+MB纵梁=8.843-1.291-2.3-8.8995+30.01=26.36 KN.mA5BB5-37.4423.970.4530.5470.4660.2950.386A5A4A5B5B5A5B5D5B5B4D5B5-48.4248.42-4.44-2.5416.9620.4810.24-3.685.37-7.12-14.23-9.01-11.789.010.790.960.480.4623.12-34.08-0.44-0.28-0.360.2844.47-13.73-15.366.75A4B4-45.5426.360.3120.3120.3770.2790.3360.1060.279A4A5A4A3A4B4B4B5B4A4B4D4B4B3D4B4-38.8538.85-3.59-2.038.487.11-4.43-7.35-8.86-2.79-7.352.790.7310.7312.96-5.896.48-3.850.4-0.960.550.911.10.350.91-0.350.0030.0030.004-12.3337.57-6.0310.290.4119.6116.88-29.77A3B3-45.5426.360.3120.3120.3770.2790.3360.1060.279A3A4A3A2A3B3B3B4B3A3B3D3B3B2D3B3-38.8538.85-3.59-2.0314.2114.2117.17-3.688.59-3.685.375.48-4.69-7.7-9.27-2.92-7.72.69-1.92-1.92-2.320.46-1.160.2917.6617.77-28.690.110.140.040.11-0.04-10.8137.15-6.4710.980.85A2B2-45.5426.360.3120.3120.3770.2790.3360.1060.279A2A3A2A1A2B2B2B3B2A2B2D2B2B1D2B2-38.8538.85-3.59-2.037.117.74-4.43-7.35-8.86-2.79-7.352.790.9610.9613.24-3.856.62-4.83-0.960.060.350.570.690.220.57-0.220.170.170.21-10.6337.3-6.16-11.610.657.2818.93-29.48A1B1-45.5426.360.340.250.4110.3010.3630.1150.221A1A2A1A0A1B1B1B2B1A1B1D1B1B0D1B1-38.8538.85-3.59-2.0315.4811.3918.72-3.639.365.48-5.83-9.66-11.65-3.69-7.093.690.1190.090.140.290.0721.0811.48-25.820.110.130.040.08-0.04-12.8936.76-7.24-7.011.62A0A0A1B0BOB16.693-3.350.05-0.046.74-3.59节点分配顺序：（A5，B4，A3, B2，A1）;( B5 ,A4，B3，A2，B1)图3-2 恒载弯矩分配过程 图3-3恒载作用下弯矩图（KN.m） 图3-4恒载作用下梁端剪力，柱轴力AB跨梁端剪力（KN） 表3-1AB跨梁端剪力（KN）层qgalgl/2u=(l-a)q/2MABMBAMik/lV1/AVB529.224.0835.110.430.68-34.0844.472.0439.04-43.12422.154.0835.110.423.26-29.7737.571.5331.77-35.19322.154.0835.110.423.26-28.6937.151.6632-35.32222.154.0835.110.423.26-29.4837.31.5331.77-35.19122.154.0835.110.423.26-25。8236.762.1231.54-35.78BC跨梁端剪力（KN） 表3-2层Q（板传来荷载）G（自重作用）lgl/2lq/4VB=gl/2+lq/4VC=-(gl/2+ lq/4)510.492.692.43.236.299.52-9.5247.662.692.43.234.67.82-7.8237.662.692.43.234.67.82-7.8227.662.692.43.234.67.82-7.8217.662.692.43.234.67.82-7.82AB跨跨中弯矩（KN.m） 表3-3层qgalgl/2u=(l-a)q/2MABMik/lV1/AM529.224.0835.110.430.68-34.082.0439.04-20422.154.0835.110.423.26-29.771.5331.77-13.56322.154.0835.110.423.26-28.691.6632-15.23222.154.0835.110.423.26-29.481.5331.77-13.85122.154.0835.110.423.26-25.822.1231.54-16.93柱轴力：（KN） 表3-4层边柱A柱，D柱中柱B柱，C柱横梁端部压力纵梁端部压力柱重柱轴力横梁纵梁柱重柱轴力5柱顶61.0787.8422.5148.9152.6489.3422.5141.98柱底171.41164.484柱顶49.3153.5322.5274.2543.0171.9622.5279.45柱底296.75301.953柱顶49.253.5322.5399.4843.1471.9622.5417.05柱底421.98439.552柱顶49.3153.5322.5524.7143.0171.9622.5554.55柱底547.21577.021柱顶48.5153.5330.63649.2543.671.9630.63692.58柱底679.88723.21注：52.64=43.12+9.523.22.活载作用下的框架内力：1.梁固端弯矩：（1）顶层：MA5B5=- MB5A5 =-1/12ql2(1-2a2/l2+ a3/l3)= -1/124.25.12（1-232/5.12+33/5.13）=-5.69 KN.mMB5D5=-5/96 ql2=-5/961.682.42=-0.50 KN.mMD5B5=-1/32 ql2=-1/321.682.42=-0.3 KN.m（2）二五层横梁：MA1B1=- MB1A1=-1/12ql2(1-2a2/l2+ a3/l3)=-1/12125.12（1-232/5.12+33/5.13）=-16.26 KN.mMB1D1=-5/96 ql2=-5/964.82.42=-1.44 KN.mMD1B1=-1/32 ql2=-1/324.82.42=-0.86 KN.m2.纵梁偏心引起的柱端附加弯矩（边框架纵梁偏向外侧，中框架纵梁偏向内侧）顶层外纵梁：MA5=- MD5=6.30.125=0.79KN.m(逆时针为正)楼层外纵梁：MA1=- MD1=180.125=2.25 KN.m顶层中纵梁：MB5=- MC5=-10.330.125=-1.29KN.m楼层中纵梁：MB5=- MC5=-4.030.125=-0.5KN.m（仅BC跨作用活载时） MB1=- MC1=-29.520.125=-3.69 KN.mMB1=- MC1=-71.960.125=-0.864 KN.m（仅BC作用活载时）3.本工程考虑如下四种最不利组合：（1）顶层边跨梁跨中弯矩最大，如图（a）(2)顶层边住柱顶左侧及柱底右侧受拉最大弯矩，如图（b）（3）顶层边跨梁梁端最大弯矩，如图（c）（4）活载满跨布置，如图（d） 图3-5活载不利布置 (a) 图3-6活载不利布置(b) 图3-7活载不利布置(c) 图3-8活载不利布置(d) 4.各节点不平衡弯矩：当AB跨布置活载时：MA5= MA5B5+ MA5=-5.69+0.79=-4.9 KN.mMA1= MA2= MA3= MA4= MA1+ MA1B1=-16.26+2.25=-14.01 KN.mMB5= MB5A5+ MB5=5.69-0.79=4.9 KN.mMB