某综合办公楼设计结构设计.doc

某综合办公楼设计结构设计1.设计基本资料1.1 初步设计资料 1、工程名称：某综合办公楼 2、工程概况：本工程是某市某街西段，为七层框架结构，一七层均为办公室，总建筑面积。建筑高度为，室内外高差。建筑防火等级为二级，建筑耐火等级为二级，耐久年限为二级。3、温度：冬季室外温度为摄氏度。4、地震烈度：本工程抗震设防烈度为7度。 5、夏季主导风向为东南风，冬季为北风，基本风压。 6、雨雪条件：基本雪压。 7、水文资料：日最大降雨量为，年最大降雨量为，年最大降雨日数91.3天，土壤标准冻结深度，最高地下水位。 8、地质条件：本工程所在地，自然地坪以下为粘土层，承载能力为标准值，为中密细砂层，承载能力标准值为，场地类别为二类。9、材料使用：混凝土：采用；钢筋：纵向受力钢筋采用热轧钢筋，其余采用热轧；窗：均为塑钢窗，；门：木门，。1.2 结构选型1、结构体系选型：按设计要求采用钢筋混凝土现浇框架结构体系。2、屋面结构：采用现浇混凝土肋型屋盖，屋面板厚。3、楼面结构：采用现浇混凝土肋型楼盖，板厚。4、楼梯结构：采用钢筋混凝土板式楼梯。12.结构布置及计算简图2. 1 结构的选型与布置（1）结构选型本建筑只有7层，且为办公室，为了便于管理，采用大开间。为了使结构的整体刚度较好，楼面、屋面、楼梯等均采用现浇结构。基础为柱下独立基础。（2）结构布置高层框架结构设计成双向柱抗侧力体系，框架梁、柱中心线重合。结合建筑的平面、立面和剖面布置情况，本办公楼的结构平面和剖面布置分别如图2.1所示。框架结构房屋中，经济柱距一般为58，本建筑的柱距为7.5和8.1。根据结构布置，本建筑平面全部为双向板。双向板的板厚(为区格短边边长)。本建筑由于楼面活荷载不大，为减轻结构自重和节省材料起见，楼面板和屋面板的厚度均取100。本建筑的材料选用如下：混凝土：采用；钢筋：纵向受力钢筋采用热轧钢筋，其余采用热轧；窗：均为塑钢窗，；门：木门，。图2.1 标准层结构平面布置图2.2 框架计算简图及梁柱线刚度图2.1所示的框架结构采用纵横向承重体系，是一个空间结构体系，理应按空间结构计算。又高层建筑混凝土结构技术规程（）允许在纵、横两个方向将其按平面框架计算。故手算时只作横向平面框架计算。（1）梁、柱截面尺寸估算1）框架横梁截面尺寸框架横梁截面高度，截面宽度。本结构中，对主梁：取对次梁：取2）框架柱截面尺寸底层柱轴力估算：假定结构每平米总荷载设计值为，则底层中柱的轴力设计值约为：若采用混凝土捣浇，由混凝土结构附表查得。假定柱截面尺寸，则柱的轴压比为：0.8故确定取柱截面尺寸为。（2）确定框架计算简图框架的计算单元如图2.1所示。框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。由于各层柱的截面尺寸不变，故梁跨等于柱截面形心轴线之间的距离。底层柱高从基础顶面算至二层楼面，室内外高差为，基础顶面至室外地坪通常取，故基顶标高至的距离定为，二层楼面标高，故底层柱高为。其余各层柱高从楼面算至上一层楼面（即层高），故均为。由此可绘出框架的计算简图如图2.2所示。（3）框架梁柱的线刚度计算由于楼面板与框架梁的混凝土一起捣浇，对于中框架梁取左跨梁：中跨梁：右跨梁：B轴E轴底层柱：B轴E轴其余各层柱：令，则其余各杆件的相对线刚度为：框架梁柱的相对线刚度如图2.2所示，作为计算各节点杆端弯矩分配系数的依据。图2.2 计算简图3.荷载统计3.1 恒载标准值计算（1）屋面（上人）找平层：15厚水泥砂浆 0.01520=0.30防水层：（刚性）40厚C20细石混凝土防水 1.0防水层：（柔性）三毡四油铺小石子 0.4找平层：15厚水泥砂浆 0.01520=0.30找平层：40厚水泥石灰焦渣砂浆3找平 0.0414=0.56保温层：80厚矿渣水泥 0.0814.5=1.16结构层：100厚现浇钢筋混凝土板 0.125=2.5抹灰层：10厚混合砂浆 0.0117=0.17=6.39（2)各层走廊楼面瓷砖地面 0.5520厚水泥砂浆找平层 0.0220=0.4结构层：100厚现浇混凝土板 0.125=2.5抹灰层：10厚混合砂浆 0.0117=0.17=3.62（3）标准层楼面瓷砖地面 0.5520厚水泥砂浆找平层 0.0220=0.4结构层：100厚现浇混凝土板 0.125=2.5抹灰层：10厚混合砂浆 0.0117=0.17=3.62（4）梁自重自重 250.3（0.7-0.1）=4.5抹灰层：10厚混合砂浆 0.0117=0.26=4.76自重 250.25（0.5-0.1）=2.5抹灰层：10厚混合砂浆 0.0117=0.18=2.68基础梁自重 250.200.4=2.0（5）柱自重自重 250.60.6=9抹灰层：10厚混合砂浆 0.010.6417=0.41=9.41（6）外纵墙自重标准层纵墙 2.050.2418=8.86塑钢窗 0.351.15=0.40水泥砂浆粉刷+墙面漆 （3.9-1.15）0.45=1.24水泥粉刷内墙面 （3.9-1.15）0.36=0.99=11.49底层纵墙（基础梁） （5.0-1.15-0.7-0.4）0.2418=11.88塑钢窗 0.351.15=0.40水泥砂浆粉刷+墙面漆 （3.9-1.15）0.45=1.24水泥粉刷内墙面 （3.9-1.15）0.36=0.99=14.51（7）内纵（隔）墙自重标准层纵墙 （3.9-0.7）0.2418=13.82水泥粉刷内墙面 （3.9-0.7）0.362=2.31=16.133.2 活荷载标准值计算（1）屋面和楼面活荷载标准值查混凝土结构（中册）附表5得：上人屋面 2.0楼面：办公室 2.0 走 廊 2.5（2）雪荷载标准值 =1.00.35=0.35屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取大值。3.3 竖向荷载下的框架受荷总图（1）B-C轴间框架梁屋面板传给梁的荷载：确定板传给梁的荷载时，要一个板区格一个板区格地考虑。确定每个板区格上的荷载传递时，先要区分此板区格是单向板还是双向板，若为单向板，可沿板的短跨作中线，将板上荷载平均分给两长边的梁；若为双向板，可沿四角点作线，将区格板分为四小块，将每小块板上的荷载传递给与之相邻的梁。板传至梁上的三角形或梯形荷载可等效为均布荷载。本结构楼面荷载的传递示意图如图3.1所示。图3.1 板传荷载示意图屋面板传给梁的荷载：恒载：6.394.05/2（1-2+）2=22.62活载：2.04.05/2（1-2+）2=7.08楼面板传给梁的荷载：恒载：3.624.05/2（1-2+）2=12.81活载：2.04.05/2（1-2+）2=7.08梁自重标准值： 4.76B-C轴间框架梁均布荷载为：屋面梁 恒载=梁自重+板传荷载 =4.76+22.62=27.38 活载=板传荷载 =7.08 楼面梁 恒载=梁自重+板传荷载+内墙自重 =4.76+12.81+16.13=33.70 活载=板传荷载 =7.08（2）C-D轴间框架梁屋面板传给梁的荷载：恒载：6.393/25/82=11.98活载：2.03/25/82=3.75楼面板传给梁的荷载：恒载：3.623/25/82=6.79活载：2.53/25/82=4.69梁自重标准值： 4.76C-D轴间框架梁均布荷载为：屋面梁 恒载=梁自重+板传荷载 =4.76+11.98=16.74 活载=板传荷载 =3.75 楼面梁 恒载=梁自重+板传荷载 =4.76+6.79=11.55 活载=板传荷载 =4.69（3）D-E轴间框架梁屋面板传给梁的荷载：恒载：6.394.05/2（1-2+）2=21.75活载：2.04.05/2（1-2+）2=6.81楼面板传给梁的荷载：恒载：3.624.05/2（1-2+）2=12.32活载：2.04.05/2（1-2+）2=6.81梁自重标准值： 4.76D-E轴间框架梁均布荷载为：屋面梁 恒载=梁自重+板传荷载 =4.76+21.75=26.51 活载=板传荷载 =6.81 楼面梁 恒载=梁自重+板传荷载+内墙自重 =4.76+12.32+16.13=33.21 活载=板传荷载 =6.81（4）B轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱女儿墙自重：（做法：墙高1100mm，100mm的混凝土压顶）0.241.118+250.10.24+（1.22+0.24）0.5=6.67顶层柱恒载=女儿墙自重+梁自重+板传荷载+次梁自重及次梁传递荷载 =6.678.1+4.76（8.1-0.6）+22.62/27.5+2.687.5/2+6.394.05/25/88.1=250.11kN顶层柱活载=板传活载 =7.08/27.5+2.04.05/25/88.1=47.05kN标准层柱恒载=墙自重+主梁自重+板传荷载+次梁自重及次梁传递荷载 =（11.49+4.76）（8.1-0.6）+3.624.05/25/88.1+12.81/27.5+2.687.5/2 =217.08kN标准层活载=板传活载 =7.08/27.5+2.04.05/25/88.1=47.05kN基础顶面恒载=底层外纵墙自重+基础梁自重+次梁传递荷载 =（14.51+2.5）（8.1-0.6）+2.687.5/2=137.63kN（5）C轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱恒载=梁自重+板传荷载+次梁自重及次梁传递荷载 =4.76（8.1-0.6）+8.098.1+8.998.1+2.687.5/2+22.62/27.5 =268.92kN顶层柱活载=板传活载=7.08/27.5+2.04.05/25/88.1+2.03/20.938=49.87kN标准层柱恒载=墙自重+主梁自重+板传荷载+次梁自重及次梁传递荷载 =（16.13+4.76）（8.1-0.6）+4.5828.1+5.098.1+2.687.5/2+12.81/27.5=293.11kN标准层活载=板传活载=7.08/27.5+2.04.05/25/88.1+2.53/20.938=50.57kN基础顶面恒载=底层外纵墙自重+基础梁自重+次梁传递荷载=（16.13+2.5）（8.1-0.6）+2.687.5/2=149.78kN（6）D轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱恒载=梁自重+板传荷载+次梁自重及次梁传递荷载=4.76（8.1-0.6）+6.394.05/25/88.1+8.998.1+2.686.6/2+21.75/26.6 =254.65kN顶层柱活载=板传活载=6.81/26.6+2.04.05/25/88.1+2.03/20.938=45.79kN标准层柱恒载=墙自重+主梁自重+板传荷载+次梁自重及次梁传递荷载 =（16.13+4.76）（8.1-0.6）+4.5828.1+5.098.1+2.687.5/2+12.32/27.5=255.57kN标准层活载=板传活载=6.81/26.6+2.5318.1+2.53/20.938=46.49kN基础顶面恒载=底层外纵墙自重+基础梁自重+次梁传递荷载=（16.13+2.5）（8.1-0.6）+2.686.6/2=148.57kN（7）E轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱恒载=女儿墙自重+梁自重+板传荷载+次梁自重及次梁传递荷载 =6.678.1+4.76（8.1-0.6）+21.75/26.6+2.686.6/2+8.098.1=235.88kN顶层柱活载=板传活载 =6.81/26.6+2.04.05/25/88.1=42.98kN标准层柱恒载=墙自重+主梁自重+板传荷载+次梁自重及次梁传递荷载 =（11.49+4.76）（8.1-0.6）+4.5828.1+12.32/26.6+2.686.6/2 =208.49kN标准层活载=板传活载 =6.81/26.6+2.04.05/25/88.1=42.98kN基础顶面恒载=底层外纵墙自重+基础梁自重+次梁传递荷载 =（14.51+2.5）（8.1-0.6）+2.686.6/2=136.42kN框架在竖向荷载作用下的受荷总图如图3.2所示（图中数值均为标准值）。3.4 风荷载标准值计算作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值：为简化计算，将计算单元范围内外墙面的分布风荷载化为等量的作用于楼面集中风荷载，计算公式如下：图3.2 竖向受荷总图（单位：） （3.1）式（3.1）中，基本风压=0.5；风压高度变化系数，本工程地面粗糙度为B类；风荷载体型系数，本建筑=30.9/17.1=1.814，=1.3；风振系数，（：第i层标高；：建筑总高度）；下层柱高；上层柱高，对顶层为女儿墙高度的2倍；计算单元迎风面的宽度，=8.1m。计算过程见表3.1：表3.1 各层楼面处集中风荷载标准值离地高度27.91.381.401.30.53.92.432.0424.01.321.361.30.53.93.936.8620.11.251.321.30.53.93.933.8816.21.171.271.30.53.93.930.5112.31.061.231.30.53.93.926.778.41.001.171.30.53.93.924.024.51.001.091.30.54.53.924.103.5风荷载作用下的位移验算位移计算时，各荷载均采用标准值。（1）侧移刚度计算过程见表3.2和表3.3：表3.2 横向2-7层值的计算构件名称B轴柱0.29319187C轴柱0.59238766D轴柱0.60139355E轴柱0.32020955（2）风荷载作用下框架侧移计算水平荷载作用下框架的层间侧移可按下式计算： （3.2）式（3.2）中 第层的总剪力标准值；第层所有柱的抗侧刚度之和；第层的层间侧移。表3.3 横向底层值的计算构件名称B轴柱0.51015863C轴柱0.73822955D轴柱0.74423141E轴柱0.53216547第一层的层间侧移值求出以后，就可以计算各楼板标高处的侧移值的顶点侧移值，各层楼板标高处的侧移值是该层以下各层层间侧移之和。顶点侧移是所有各层层间侧移之和。层侧移 （3.3）顶点侧移 （3.4）框架在风荷载作用下侧移的计算见表3.4。表3.4 风荷载作用下框架楼层层间位移与层高之比计算层次732.0432.041182630.00031/14395636.8668.901182630.00061/6694533.88102.781182630.00091/4488430.51133.291182630.00111/3460326.77160.061182630.00141/2882224.02184.081182630.00161/2506124.10208.18785060.00271/1886侧移验算：对于框架结构，楼层层间最大位移与层高之比的限值为1/550。本框架的层间最大位移与层高之比在底层，其值为1/1886，满足要求：1/18861/550框架抗侧刚度足够。4.内力计算4.1恒荷载标准值作用下的内力计算（1） 恒荷载作用下的弯矩计算弯矩二次分配法比分层法作了更进一步的简化。在分层法中，用弯矩分配法计算分层单元的杆端弯矩时，任一节点的不平衡弯矩都将影响到节点所在单元中的所有杆件。而弯矩二次分配法假定任一节点的不平衡弯矩只影响至与该节点相交的各杆件的远端。因此可将弯矩分配法的循环次数简化到一次分配、一次传递、再一次分配。所以本框架设计采用弯矩分配法计算框架内力，传递系数为1/2。各节点分配两次即可。由前述的刚度比可根据下式求得节点各杆端的弯矩分配系数如表4.2和4.3所示：（4.1）均布荷载引起的固端弯矩： （4.2）根据公式（4.2）计算的恒荷载作用下梁固端弯矩如表4.2和4.3所示。将固端弯矩填入表4.2和4.3后，即可进行弯矩二次分配法的运算，最后可得各杆端的弯矩。（2）恒载作用下剪力及轴力计算梁端剪力计算过程如表4.1和4.4所示：表4.1 恒载作用下的框架梁端剪力计算表层数BC跨梁端剪力CD跨梁端剪力7102.684.7797.91107.4525.11-8.066126.381.91124.47128.2917.33-6.745126.382.20124.18128.5817.33-6.794126.382.20124.18128.5817.33-6.793126.382.20124.18128.5817.33-6.792126.382.12124.26128.5017.33-6.751126.383.34123.04129.7217.33-7.70表4.2 恒荷载作用下的内力计算表（B轴、C轴）层次B轴C轴上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁70.5460.4540.2130.2560.531-128.34128.34-12.5670.0758.27-24.66-29.64-61.4827.88-12.3329.14-15.2321.59-8.49-7.06-7.56-9.09-18.8589.46-89.46125.26-53.96-71.360.3530.3530.2940.1690.2040.2040.423-157.97157.97-8.6655.7655.7646.45-25.23-30.46-30.46-63.1635.0427.88-12.6223.23-14.82-15.2323.11-17.76-17.76-14.79-2.75-3.32-3.32-6.8973.0465.88-138.93153.22-48.6-49.01-55.6350.3530.3530.2940.1690.2040.2040.423-157.97157.97-8.6655.7655.7646.45-25.23-30.46-30.46-63.1627.8827.88-12.6223.23-15.23-15.2323.11-15.23-15.23-12.68-2.68-3.24-3.24-6.7268.4168.41-136.82153.29-48.93-48.93-55.4320.3530.3530.2940.1690.2040.2040.423-157.97157.97-8.6655.7655.7646.45-25.23-30.46-30.46-63.1627.8830.25-12.6223.23-15.23-15.9823.11-16.07-16.07-13.38-2.56-3.09-3.09-6.467.5769.94-137.52153.41-48.78-49.53-55.1110.3830.2990.3180.1770.2140.1670.442-157.97157.97-8.6660.547.2350.24-26.43-31.95-24.93-6627.880-13.2225.12-15.23024.17-5.61-4.38-4.66-6.03-7.29-5.69-15.0582.7742.85-125.61150.63-54.47-30.62-65.54柱底21.43-15.31表4.3 恒荷载作用下的内力计算表（D轴、E轴）层次D轴E轴左梁上柱下柱右梁左梁上柱下柱70.5160.2490.2350.4850.51512.56-96.2396.2343.1720.8319.66-46.67-49.56-30.7411.19-23.349.83-20.522.1310.6810.085.175.547.1242.7-89.8364.56-64.5660.4130.20.20.1870.320.340.348.66-120.55120.5546.2122.3822.3820.92-38.57-40.99-40.99-31.5810.4211.19-19.2910.46-24.78-20.512.085.855.855.4711.1411.8411.8435.3738.6539.42-113.45103.58-53.93-49.65350.4130.20.20.1870.320.340.348.66-120.55120.5546.2122.3822.3820.92-38.57-40.99-40.99-31.5811.1911.19-19.2910.46-20.5-20.511.775.75.75.339.7710.3810.3835.0639.2739.27-113.59102.21-51.11-51.1120.4130.20.20.1870.320.340.348.66-120.55120.5546.2122.3822.3820.92-38.57-40.99-40.99-31.5811.1911.19-19.2910.46-20.5-20.511.775.75.75.339.7710.3810.3835.0639.2739.27-113.59102.21-51.11-51.1110.4320.2090.1630.1960.3460.3680.2868.66-120.55120.5548.3423.3918.2421.93-41.71-44.36-34.48-3311.190-20.8610.97-20.5018.438.926.968.363.33.512.7342.4343.525.2-111.1293.11-61.35-31.75柱底12.6-15.88图4.1 恒荷载作用下的图（单位：）表4.4 恒载作用下的框架梁端剪力计算表DE跨梁端剪力CD跨梁端剪力87.48-3.8391.3183.6533.1717.05109.59-1.50111.09108.0924.0710.59109.59-1.72111.31107.8724.1210.54109.59-1.72111.31107.8724.1210.54109.59-1.72111.31107.8724.1210.54109.59-1.66111.25107.9324.1310.58109.59-2.73112.32106.8625.039.63由公式进行柱轴力计算，计算过程如表4.5所示：表4.5 恒载作用下的框架柱端轴力计算表楼层B柱C柱D柱E柱柱顶柱底柱顶柱底柱顶柱底柱顶柱底7348.02384.72409.54446.24363.01399.71319.53356.236726.27762.97891.71928.41776.96813.66672.81709.5151104.231140.931374.221410.921191.081227.781025.871062.5741482.191518.891856.731893.431605.201641.901378.931415.6331860.151896.852339.242375.942019.322056.021731.991768.6922238.192274.892821.682858.382433.422470.122085.112121.8112535.562582.613162.913209.962740.642787.692365.092412.14柱端剪力计算过程如表4.6和4.7所示：表4.6 恒载作用下的框架柱端剪力计算表楼层B柱C柱上柱下柱上柱下柱789.4673.0441.67-53.96-48.60-26.30665.8868.4134.43-49.01-48.93-25.11568.4168.4135.08-48.93-48.93-25.09468.4168.4135.08-48.93-48.93-25.09368.4167.5734.87-48.93-48.78-25.05269.9482.7739.16-49.53-54.47-26.67142.8521.4312.86-30.62-15.31-9.19表4.7 恒载作用下的框架柱端剪力计算表楼层D柱E柱上柱下柱上柱下柱742.738.6520.86-64.56-53.93-30.38639.4239.2720.18-49.65-51.11-25.84539.2739.2720.14-51.11-51.11-26.21439.2739.2720.14-51.11-51.11-26.21339.2739.1720.11-51.11-50.54-26.06239.6843.521.33-52.22-61.35-29.12125.212.607.56-31.75-15.88-9.53图4.2 恒荷载作用下梁的图 (单位：)图4.3 恒荷载作用下柱的图 (单位：)图4.4 恒荷载作用下柱的图 (单位：)4.2 活荷载标准值作用下的内力计算（1）活荷载作用下的弯矩计算根据公式（4.2）计算的活荷载作用下梁固端弯矩如表4.8和4.9所示。将固端弯矩填入表4.8和4.9后，即可进行弯矩二次分配法的运算，最后可得各杆端的弯矩。表4.8 活荷载作用下的内力计算表（B轴、C轴）层次B轴C轴上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁70.5460.4540.2130.2560.531-33.1933.19-2.8118.1215.07-6.47-7.78-16.135.86-3.247.54-3.035.66-1.43-1.19-2.17-2.6-5.422.55-22.5532.09-13.41-18.6860.3530.3530.2940.1690.2040.2040.423-33.1933.19-3.5211.7211.729.76-5.01-6.05-6.05-12.559.065.86-2.514.88-3.89-3.034.38-4.38-4.38-3.65-0.4-0.48-0.48-0.9916.413.2-29.5932.66-10.42-9.56-12.68350.3530.3530.2940.1690.2040.2040.423-33.1933.19-3.5211.7211.729.76-5.01-6.05-6.05-12.555.865.86-2.514.88-3.03-3.034.38-3.25-3.25-2.71-0.54-0.65-0.65-1.3514.3314.33-28.6532.52-9.73-9.73-13.0420.3530.3530.2940.1690.2040.2040.423-33.1933.19-3.5211.7211.729.76-5.01-6.05-6.05-12.555.866.36-2.514.88-3.03-3.184.38-3.43-3.43-2.85-0.52-0.62-0.62-1.2914.1514.65-28.7932.54-9.7-9.85-12.9810.3830.2990.3180.1770.2140.1670.442-33.1933.19-3.5212.719.9210.55-5.25-6.35-4.95-13.115.860-2.635.28-3.0304.58-1.24-0.97-1.03-1.21-1.46-1.14-3.0217.338.95-26.332.01-10.84-6.09-15.07柱底4.48-3.05表4.9 活荷载作用下的内力计算表（D轴、E轴）层次D轴E轴左梁上柱下柱右梁左梁上柱下柱70.5160.2490.2350.4850.5152.81-24.7224.7211.315.465.15-11.99-12.73-8.072.12-62.58-4.26.172.982.810.790.8312.2210.56-22.7616.1-16.160.4130.20.20.1870.320.340.343.52-24.7224.728.764.244.243.96-7.91-8.4-8.4-6.282.732.12-3.961.98-6.37-4.22.231.081.081.012.752.922.928.238.057.44-23.7121.54-11.85-9.68350.4130.20.20.1870.320.340.343.52-24.7224.728.764.244.243.96-7.91-8.4-8.4-6.282.122.12-3.961.98-4.2-4.22.481.21.21.122.052.182.188.487.567.56-23.620.84-10.42-10.4220.4130.20.20.1870.320.340.343.52-24.7224.728.764.244.243.96-7.91-8.4-8.4-6.282.122.22-3.961.98-4.2-4.552.441.181.181.12.172.32.38.447.547.64-23.6220.96-10.3-10.6510.4320.2090.1630.1960.3460.3680.2863.52