7层办公楼建筑结构设计计算书.doc

黄淮学院本科毕业设计7层办公楼建筑结构设计计算书三、设计概述：设计题目：广州大学2#办公楼设计数据1、建筑规模建筑面积：7021.84m2建筑层数：7层结构形式：钢筋混凝土框架结构占地面积：2700m2总 投 资：421万 2、气象资料基本风压值：=0.35；基本雪压值：=0.25;年最大降雨量：700mm；最低气温：摄氏零下5度；最高气温：32度。3、抗震要求设计烈度按7度考虑。4.地质状况拟建地段地势平坦，地层分布较为规律，地基承载力按120计，持力层为轻亚粘土。3.1建筑做法 （1）屋面做法细石防水混凝土高聚物改性沥青防水卷材1：3水泥砂浆， 1：8水泥膨胀珍珠岩找2坡100厚钢筋混凝土板（2）楼面做法 12厚1：2水泥石子磨光 素水泥浆结合层一遍 18厚1：3水泥砂浆找平 素水泥浆结合层一遍 100厚钢筋混凝土板（3）选用材料砼：梁用C30, 柱子用C35，板用C20钢筋：梁柱箍筋和板用一级钢筋，纵筋用二级钢筋3.2、结构选型 本设计采用钢筋砼现浇整体式框架结构，底层层高3.9，其它层层高3.6，基础采用独立基础，初步估计承台顶标高-0.95，室外地坪标高为-0.45m,故底层柱子长度为4.85m。（1）截面尺寸横向框架：边跨梁取bh=250600，中跨粱取bh=250400纵向框架：bh=250600框架柱： bh=500500（2）刚度计算考虑到现浇楼板的作用，在求梁截面惯性矩时取边跨I=1.5I，中间跨取I=2I，I0为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩。刚度计算如下：边跨梁： 中跨梁： 柱： 底层：其余层：一榀框架线刚度如图所示：注：图中数字为线刚度，单位104KN.m，Ec=3.15104 N/mm2,Eb =3.00104单N/mm2结构计算简图（3）结构布置图：四、 荷载计算4.1、 恒载计算（1）屋面恒载细石防水混凝土高聚物改性沥青防水卷材1：3水泥砂浆， 1：8水泥膨胀珍珠岩找2坡100厚钢筋混凝土板合计: 4.02 KN/m2（2）楼面恒载12厚1：2水泥石子磨光素水泥浆结合层一遍18厚1：3水泥砂浆找平素水泥浆结合层一遍100厚钢筋混凝土板合计 : 3.15 KN/m24.2、楼面荷载分配为等效均布荷载短向分配系数： 长向分配系数： （1）横向框架梁上线荷载 边跨7层:边跨梁自重及抹灰 0.250.6252（0.60.1）0.02174.09KN/m屋面板传给梁 1 4.021.821-=12.26 合计 16.35 KN/ 61层: 梁重及抹灰重 4.09KN/m楼面板传给梁 3.150.8471.82=9.60 KN/m墙重及粉刷 0.24（3.6-0.6）7（3.6-0.6）0.022177.08 KN/m 合计 20.77 KN/m中跨7层：梁重及抹灰重 0.250.425+2（0.4-0.1）0.02172.7 KN/m 屋面板传给梁 0.6251.24.022=6.03 KN/m 合计 8.73 KN/m61层：梁重及抹灰重 2.7 KN/m 楼面板传给梁 3.150.6251.22=4.73 KN/m 合计 2.7+4.737.43 KN/m （2）横向框架柱上的集中荷载 1、4轴上之线荷载7层：梁及抹灰重 0.250.425（0.420.25）0.0217=2.86KN/m 屋面板传给梁 4.020.6251.8=4.52 KN/m 合计 7.38KN/m61层：梁及抹灰重 2.86KN/m 楼面传给梁 3.150.6251.8=3.54 KN/m 墙重 2.13.6(3.6-0.4)-2.12.1/3.6=3.94 KN/m 钢框玻璃窗 0.42.12.1/3.60.49 KN/m 合计 10.82 KN/m 2、3轴上梁之线荷载7层： 梁及抹灰重 2.86KN/m 屋面传给梁 4.020.6251.8+1-1.24.02=8.45 KN/m合计 11.31KN/m61层：梁及抹灰重 2.86 KN/m 楼面传给梁 3.150.6251.8+3.150.8141.2=6.62 KN/m 墙重 2.13.6(3.6-0.4)-0.92.7/3.6=5.30 KN/m 木门 0.20.92.7/3.6=0.135 KN/m 合计 14.92KN/m 边柱上集中荷载7层： 连梁传来集中荷载 7.383.62/2=43.26KN900mm女儿墙自重 0.90.243.67+0.90.0223.6170.240.023.6177.94 KN 合计 34.51 KN 偏心矩 34.510.13=4.49KNm61层：连梁传来集中荷载 7.733.62/2=27.83KN 柱及其粉刷自重 0.50.53.6251.15=25.89 KN 合计 53.71 KN 偏心矩 53.710.136.98 KNm 中柱上集中荷载7层： 连梁传来集中荷载 11.313.62/2=40.72KN 合计 40.72KN 偏心矩 40.720.13=5.29 KNm61层：连梁传来集中荷载 14.923.62/2=53.46KN 柱及其粉刷自重 25.89 KN 合计 79.35 KN 偏心矩 79.350.13=10.32 KN4.3、活载计算（1）屋面荷载 雪荷载 0.25 KN/m2 上人屋面 1.5KN/m2 取大者 1.5 KN/m2（2）楼面荷载 一般用房 2.0 KN/m2 走廊、门厅、楼梯 2.5 KN/m2（3）横向框架梁上线荷载 边跨 7层 1.50.8471.82=4.57 KN/m 61层 2.00.8471.82=6.10 KN/m中跨 7层 1.50.6251.42=2.25 KN/m 61层 2.50.6251.42=3.75 KN/m（4）横向框架柱上线荷载 1、4轴上梁的线荷载 7层 0.6251.81.5=1.69 KN/m 61层 0.6251.82=2.25KN/m 2、3轴上梁的线荷载 7层 0.6251.81.5+0.8141.21.5=3.15 KN/m 51层 0.6251.82.0+0.8141.22.5=4.69 KN/m 边柱上的集中荷载 7层 1.693.6=5.76KN 61层 2.253.6=8.1 KN 中柱上的集中荷载 7层 3.153.6=11.34 KN 61层 4.693.6=16.88 KN由于活载较小，故不考虑其产生的偏心弯矩影响。4.4、风载计算 该地区基本风压值：=0.35。=zsz0 由于建筑总高度低于30米，故z=1.0；对于矩形平面s=1.3；地面粗糙度类别取C类，z按规范线性插值取用,如下表：层数一层二层三层四层五层六层七层高度4.357.9511.5515.1518.7522.3525.95z0.740.740.740.7430.820.8870.892则各楼层处的线荷载为 ：13层： =3.6(1.01.30.740.35)=1.21KN/m4层： =3.6(1.01.30.7430.35)=1.22 KN/m5层 ： =3.6(1.01.30.820.35)=1.34 KN/m6层： 3.6（1.01.30.8870.35）1.45 KN/m 7层： 3.6（1.01.30.8920.35）1.46 KN/m换算成作用在各楼层处的集中荷载（各楼层处各取上下相邻层高的一半计）：1层： Fw1=1.21(0.54.35+0.53.6)=4.81 KN/m23层： Fw2= Fw3= =1.21(0.53.6+0.53.6)=4.36 KN/m 4层： Fw4 =1.22(0.53.6+0.53.6)= 4.39 KN/m5层： Fw5 =1.34(0.53.6+0.53.6)= 4.82 KN/m6层： Fw61.45（0.53.6+0.53.6）5.22 KN/m7层： Fw61.46（0.53.6）2.61 KN/m4.5、地震荷载 本设计7度设防，且高度只有22.35m，查规范知其抗震等级为三级。可采用底部剪力法计算地震荷载。查建筑抗震设计规范（GB500112001）附录可知，按设计地震分组为第一组，类场地，其特征周期Tg=0.35 秒。自震周期由下经验公式确定：取7度设防多遇地震的水平地震影响系数最大值为，则有关系数为：所以 （1）各楼层重力荷载代表值Gi 0.5上人屋面 0.51.53.614.4=38.88 KN屋面板重 4.0214.43.6208.40 KN连梁重 2.863.6441.18 KN横向框架梁重 4.09622.92.456.04KN 柱子重 0.50.50.53.62541.15=51.75 KN隔墙重 （5.04+2.04）（6-0.24-0.382）0.5235.4 KN外纵墙及窗重 0.5(3.94+0.49)3.6215.95KN内纵墙及门重 0.5(5.30+0.135)3.62=19.57 KN 女儿墙重 （0.90.243.67+2.50）215.89 KN 合计 G6=483.06 KN62层：0.5活荷载 0.5(6+6)3.62+0.52.43.62.5=54.00 KN楼面板重 3.1514.43.6=163.30 KN连梁重 2.863.6441.18KN横向框架梁重 （4.09+2.9）14.4=100.66KN 柱子重 (0.525.894)2=103.56 KN隔墙重 （5.04+2.04）（6-0.24-0.382）270.8 KN外纵墙及窗重 0.5（3.94+0.49）3.62231.3 KN内纵墙及门重 19.57239.14 KN 合计 G6 = G5= G4= G3= G2 =603.94 KN1层： 柱子重 50.50.50.5(3.6+4.85)251.15=121.50KN 其余同52层： 500.38 KN 合计 G1=621.88 KN （2）总水平地震作用 设基础承台表面标高为-0.95m，则地层柱高为3.9+0.95=4.85m。各楼层重力荷载代表值为G7=483.06KN，G6 =G5= G4= G3= G2 =603.94 KN，G1=621.88 KN，各质点的高度分别为H1=4.85m，H2=8.45m，H3=12.05m，H4=15.65m，H5=19.25m，H6=22.85m，则3 各楼层处的水平地震作用，则(1-所以 F1=621.884.85173.57(1-0.05)/47512.32=10.47 KNF2=603.948.45173.57(1-0.05)/47512.32=17.71 KNF3=603.9412.05173.57(1-0.05)/47512.32=25.26 KNF4=603.9415.65173.57(1-0.05)/47512.32=32.80KNF5=603.9419.25173.57(1-0.05)/47512.32=40.35 KNF6=603.9422.85173.57(1-0.05)/47512.32=43.25 KNF=483.0626.45173.57(1-0.05)/47512.32+8.68=46.99KN 五、侧移刚度的计算5.1 横梁线刚度的计算混凝土采用C30,Ec=3107K N/m2。 由于采用现浇楼面,故边框架梁取Ib=1.5I。，中框架梁取Ib2.0I。表5-1 横梁线刚度ib梁编号截面跨度m惯性距10-3m4边框架梁中框架梁Ib=1.5I。10-3m4ib104 kN.mIb=1.5I。10-3m4ib104 kN.mL10.250.66.05.48.13.3810.84.5L20.250.66.05.48.14.0510.85.4L30.250.66.05.48.13.5710.84.76L40.250.42.41.071.610.812.141.07L50.250.42.41.071.610.672.140.895.2 柱线刚度的计算表5-2柱的线刚度ic计算柱编号截面柱高度m惯性距I。ickN.mZ10.60.63.910.810-3m46.29104Z20.60.63.610.810-3m49.82104注：ic柱的线刚度, I。为柱的截面惯性矩。5.3柱的侧移刚度计算柱的侧移刚度按下式计算确定 ， 式中系数由下表确定 。表3-3 柱侧移刚度修正系数表位置边柱 中柱 一般层底层（固接） 注：根据梁柱线刚度比的不同，柱可分为中框架中柱和边柱。表5-4 中框架柱侧移刚度D值（N/mm）层次边柱中柱cDi1cDi2底层0.860.48136600.810.4713376一般层0.410.17183960.550.4144366表5-5 边框架柱侧移刚度D值（N/mm） 层次边柱 中柱cDi1cDi2底层0.640.2468300.60.236546一般层0.410.17183960.780.2830299 表5-6 横向框架层间侧移刚度（N/mm）层次1234567Di377936116866411686641168664116866411686641168664 六、 地震作用下框架结构的内力和侧移计算6.1水平地震作用下横向框架的自振周期 按顶点位移法计算横向框架的自振周期，T框架的顶点位移。表6-1 结构顶点的假想位移计算层次Gi/KNGi/KN/Di/(N/mm)ui/mui/m79276.559276.5511686640.00800.3844610598.5019875.0511686640.01710.3764510598.5030473.5511686640.02610.3593410598.5041072.0511686640.03520.3332310598.5051670.5511686640.04430.2980210598.5062269.0511686640.05330.2537110944.1373213.183779360.20040.2004s6.2 水平地震作用下计算楼层层间地震剪力建筑场地为第二类，得s，地震设防烈度为7度，查得， 因为,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。=0.08=0.060s本结构主体结构在40m以下，且质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切变形为主。用底部剪力法计算水平地震作用。由公式计算总水平地震作用标准值， 为结构等效总重力荷载，多质点应取总重力荷载代表值的85%。0.85Gi0.8573213.1862231.20kNkN=0.08=0.060skN各质点的水平地震作用按下式计算具体的计算过程见表，各楼层地震剪力按进行计算。表6-2 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算层次Hi/mGi/kNGiHi/kN.mGiHi/GiHiFi/kNVi/kN724.959276.55231449.920.213660.38858.27621.6510598.50229457.530.211654.171512.44518.3510598.50194482.480.179554.972067.41415.0510598.50159507.430.147455.752523.16311.7510598.50124532.380.114353.442876.6028.4510598.5089557.330.083257.333133.9315.1510944.1356362.270.053161.223298.25注：GiHi=1085349.34kN.m 图6-1 水平地震作用分布 图6-2 层间剪力分布6.3 水平地震作用下的位移验算表4-3 水平地震作用下的位移计算层次Vi/(kN)Di/(N/mm) ui/(mm)hi/(mm）e=ui/hi7858.2711686640.7633001/434261512.4411686641.3333001/248152067.4111686641.8033001/181342523.1611686642.1433001/149332876.6011686642.5033001/131023133.9311686642.6833001/120913298.253779368.7251501/590由上表可见，最大层间弹性位移角发生在底层，其值为1/5901/550，满足要求。6.4 水平地震作用下框架内力计算在框架平面布置图中，以轴线横向框架为例。框架柱端剪力及弯矩按下列公式计算: 层次hi/(m)Vi/(kN)Di/(N/mm)Dij/(N/mm)VimyMbMu73.3858.2711686644436632.580.550.2223.6593.8663.31512.4411686644436657.420.550.3566.32123.1653.32067.4111686644436678.480.550.40103.59155.3943.32523.1611686644436695.790.550.42132.76183.3433.32876.60116866444366109.200.550.45162.16198.2023.33133.93116866444366118.970.550.50196.30196.3015.153298.2537793613660119.210.860.70429.75184.18表6-4 A(F)轴边柱的柱端弯矩计算表6-5 B(E)轴中柱的柱端弯矩计算表层次hi/(m)Vi/(kN)Di/(N/mm)Dij/(N/mm)VimyMbMu73.3858.2711686643679127.021.030.3531.2157.9663.31512.4411686643679147.611.030.4062.8494.2753.32067.4111686643679165.081.030.4596.64118.1243.32523.1611686643679179.431.030.45117.95144.1633.32876.6011686643679190.561.030.45134.48164.7923.33133.9311686643679198.661.030.50162.79162.7915.153298.2537793613376116.730.810.65390.75210.40梁端弯矩、剪力及轴力分别按下式计算：层次AB跨（边梁）BE跨（中梁）柱轴力MblMbrlVbMblMbrlVb边柱N中柱N783.8630.72619.0927.2427.246.88.01-19.0911.086146.8166.50635.5558.9758.976.817.34-54.6429.925221.7195.91652.9385.0585.056.825.01-107.5757.844286.93127.62669.09113.17113.176.833.28-176.6693.653330.96149.63680.10132.69132.696.839.03-256.76134.722358.46157.55686.00139.71139.716.841.09-324.76179.631380.48197.79696.38175.40175.406.851.59-439.14224.42表6-6 框架梁端弯矩、剪力及轴力的计算注：(1)柱轴力中的负号表示拉力。(2)表中M单位为kN.m，V单外为kN，N单位为kN，l单位为m。图4-3 地震作用下梁柱弯距图 七、 竖向荷载作用下框架结构的内力计算7.1计算单元取轴线横向框架进行计算,计算单元宽度取7.2m。如图示： 图5-1 横向框架计算单元7.2 荷载计算屋面恒载：4.27kN/ 楼面恒载：3.45kN/ 梁：25 kN/m3屋面活载：2.0kN/ 楼面活载: 2.0kN/ 柱：25 kN/m37.2.1 恒载计算：顶层：梯形荷载转化为均布荷载： 转化系数：L2：板传：4.270.851.8210.89kN/自重：250.6（0.022+0.3）5.1kN/共计：15.99KN/L3：自重：250.6（0.022+0.3）5.1kN/其他层：L2：板传：3.450.851.8210.56kN/梁自重：250.6（0.022+0.3）5.1kN/墙体自重：2.45.44.5558.97kN/共计：74.63kN/L3：梁自重：250.6（0.022+0.3）5.1kN/墙体自重：2.72.46.48kN/共计：11.58kN/5.2.2 恒载产生的集中荷载：顶层：a. 边柱A(F)女儿墙自重、压顶及粉刷：1.78（0.957.2）12.16kNL1传来：板传+梁自重（3.61.8）222.0+33.6646.62kNL2传来：板传+梁自重15.996247.97kNL4传来：板传+梁自重（2.4+6）1.822.0+13.9729.09kN共计：135.84kNb. 中柱B(E)L1传来：板传+梁自重（3.61.8）222.0+33.66+3.9622.062.46kNL2传来：板传+梁自重15.996247.97kNL3传来：梁自重+墙体31.622+20.0935.9kNL4传来：板传+梁自重（2.4+6）1.822.0+13.9729.09kNL5传来：板传+自重（3.96+4.32）22.033.12kN共计：225.24kN其他层：a. 边柱A(F)L1传来：板传+梁自重+墙（3.61.8）223.45+33.66+31.7287.74kNL2传来：板传+梁自重+墙74.6362223.89kNL4传来：板传+梁自重+墙（2.4+6）1.823.45+13.97+34.9975.04KN共计：386.67kNb. 中柱B(E)L1传来：板传+梁自重+墙（3.61.8）223.45+33.66+3.9623.45+7.22.72.4130kNL2传来：板传+梁自重+墙74.6362223.89kNL3传来：梁自重+墙体31.622+6.22.72.4220.09kNL4传来：板传+梁自重+墙（2.4+6）1.823.45+13.97+34.99101.12kNL5传来：板传+自重+墙7.22.92.4+16.70+(13.96+4.32)23.45=123.94kN共计：614.85kNc. L3上的集中荷载：57.13+16.70+50.11123.94kN7.2.3 活载计算：屋面活载与雪载取二者较大值计算，故取2.0kN/，楼面活载2.0kN/AB跨L2：=2.00.851.826.12kN/mBE跨L3：kN/m 5.2.4 活载产生的集中荷载：a. 边柱A(F)L1：板传（3.61.8）222.012.96kNL2：板传61.820.852.036.72kNL4：板传（2.4+6）1.822.015.12kN共计：64.8kNb. 中柱B(E)L1传来：板传（3.61.8）222.0+33.66+3.9622.062.46kNL2传来：板传15.996247.97kNL4传来：板传（2.4+6）1.822.015.12kNL5传来：板传（3.96+4.32）22.033.12kN共计：97.92kNc. L3 上的集中荷载：（3.96+4.32）22.033.12kN 7.3 荷载图及内力图 图7-2 竖向恒载和活载作用下的荷载图 图7-3 竖向荷载的等效荷载图 图7-4 活载作用下的二次分配 图7-5 活载作用下的弯矩图 图7-6 活载作用下的剪力图图7-7 活载作用下的轴力图图7-8 恒载作用下弯矩的二次分配图7-9 恒载作用下的弯矩图图7-10 恒载作用下的剪力图图7-11 恒载作用下的轴力图八、横向框架的内力组合8.1 荷载组合和内力组合考虑两种荷载组合： A：恒载+活载 B：恒载+活载+地震荷载在组合各种荷载内力时，地震荷载分为左震和右震。活载全部按满跨布（与单跨布置比偏小，跨中弯距乘以1.1-1.2的系数）。考虑塑性内力重分布的有利影响以及控制塑性角的出现位置，应在内力组合之前对竖向荷载作用下的内力进行调幅。（梁端弯距乘以0.8的折减系数）由于控制截面的内力值应取自支座边缘处，为此，进行内力组合前，应先计算各控制截面的内力值。梁支座边缘处的内力值： ， 表8-1 框架梁内力组合表 层次截面内力SGKSQKSEK1.2（SGK+0.5SQK）+1.3SEK1.35SGK+1.40.7SQK1.2SGK+1.4SQKSEK左SEK右7AM25.628.2983.86148.22-76.7842.7142.35V35.9115.3419.6277.8026.7963.5164.57M150.7822.7930.72235.16154.06225.89212.84V60.0321.3419.62110.3559.33101.95101.91M151.6636.8327.24240.04168.15240.83233.55V212.5044.158.13292.06278.92330.14316.81AB中M3.788.9327.6845.88-26.0913.8517.04BC中M129.1732.010174.21174.21205.75199.826AM150.7811.34151.46384.25-8.77214.67196.81V216.1416.7836.42316.78222.09308.23282.86M187.9718.9367.38324.52149.33272.31252.07V231.6419.9436.42337.28242.59332.25305.88M178.9238.4659.76315.47215.00279.41268.55V212.5044.1517.58304.34189.55330.41316.81AB中M124.129.4841.89209.09100.17176.85162.22BC中M95.1027.310130.51130.51155.15152.355AM155.7310.84227.96489.73-102.97220.86202.05V215.9116.6054.17339.47198.63307.75282.33M194.0419.2797.04370.56118.26280.84259.83V231.8720.1254.17360.74219.90332.74306.41M173.5138.1486.05342.96119.23271.62261.61V212.5044.1525.31314.39248.59330.14316.81AB中M116.029.5965.46230.0859.88166.03152.65BC中M101.8627.740174.94174.94164.69161.074AM155.7310.84294.69576.48-189.71220.86202.05V215.9116.6070.61360.85177.26307.75282.33M194.0419.27128.96412.0676.76280.84259.83V231.8720.1270.61382.11198.52332.74306.41M173.5138.14114.37379.7882.42271.62261.61V212.5044.1533.64325.22237.76330.14316.81AB中M116.029.5982.87252.7137.25166.03152.65BC中M101.8627.740138.88138.88164.69161.073AM155.7310.84339.78635.09-248.33220.86202.05V215.9116.6081.82375.42162.69307.25282.23M194.0419.27151.12440.8747.95280.84259.83V231.8720.1281.82396.68183.95332.74306.41M173.5138.14134.01405.3156.88271.62261.61V212.5044.1539.41230.26127.79330.14316.81AB中M116.029.5994.33267.6122.35166.03152.65BC中M101.8627.740138.88138.88164.69161.072AM155.1310.97367.75670.81-285.34220.18201.51V215.7816.6587.80383.07154.79307.62282.25M194.0719.19159.02451.1237.67280.80259.75V232.0020.0787.80404.58176.30332.87306.50M173.4938.22141.01414.4347.81271.67261.69V212.2044.1541.47335.40227.58330.14316.81AB中M117.769.56104.37282.7311.37168.34154.70BC中M101.8927.630138.85138.85164.63160.951AM143.799.73201.11439.83-83.06203.651