行政办公楼钢筋混凝土建设结构设计.doc

行政办公楼钢筋混凝土建设结构设计一 结构布置及截面尺寸确定1 工程概况 长春 办公楼，混凝土框架总高19米，总建筑面积4241.3 建筑设计使用年限为50年，耐火等级为2级，基本风压为0.65，抗震设防烈度为7度，抗震等级为三级，建筑场地类别为2类，建筑抗震设防类别为丙类，设计地震参数，基本雪压S=0.35 ，基本风压W=0.65 ，地面粗糙度为C类，建筑结构安全等级为二级，层高为3.6 ，楼板厚度为100。 2 结构布置及计算简图结构平面布置 3、 梁板柱截面尺寸确定板厚：取=90 ， 取100主梁：高=（）6600=825471 ， 取600次梁：高=（）6600=367550 ， 取500梁宽：b=（） 且=1.72.0，为了便于施工，统一取梁的宽度b=300。框架柱的截面尺寸根据柱的轴压比限值，按下列公式计算（1）柱组合的轴压力设计值注： 考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数按简支状态计算柱的负载面积折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近似取 为验算截面以上的楼层层数（2）注： 为框架柱轴压比限值，本方案为三级框架，则取0.9为混凝土轴心抗压强度设计值，本方案为C25混凝土，则取2 C30混凝土，则取（3）计算过程对于边柱：=对于内柱：= 取柱截面为正方形，則边柱和中柱截面高度分别为379和442 ，根据上述结果并综合考虑其它因素，本设计柱界面尺寸取值如下，1-5层：500 500 二 重力荷载计算1、 屋面及楼面的永久荷载标准值 屋面（不上人）： 4厚APP改性沥青防水层 20厚1：3水泥砂浆找平层 70厚 1：10水泥珍珠岩找坡层 80厚阻燃聚苯乙烯泡沫保温层 2厚APP改性沥青隔汽层 0.05 20厚1：3水泥砂浆找平层 100厚现浇砼屋面板 20厚混合砂浆抹面刮大白 合计 4.411-4层楼面: 瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 0.55 20厚1：3水泥砂浆找平层 100厚钢筋砼板 20厚混合砂浆抹面刮大白 合计 3.79 2、 屋面及楼面可变荷载标注值 不上人屋面均布活荷载标注值 0.5 楼面活载标准值 2.0 屋面雪荷载标准值 = 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。计算结果见下表 表1. 梁、柱重力荷载标准值层次构件/g/bg/n1边横梁0.30.5251.053.9386.116384.3491510.891 中横梁0.30.4251.053.1512.2855.44次梁0.30.5251.053.9386.77184.692纵梁0.30.6251.054.7256.728886.41柱0.50.5251.106.8754.632101225边横梁0.30.5251.053.9386.116384.3491510.891中横梁0.30.4251.053.152.2855.44次梁0.30.5251.053.9386.77184.692纵梁0.30.6251.054,7256.728886.41柱0.50.51.106.8753.632792 外墙墙体为厚陶粒空心砌块，外贴厚苯板，20厚砂浆找平层，内墙面为厚抹灰，则外墙单位墙面重力荷载为 0.50.086.00.19170.02200.02=1.92内墙为厚陶粒空心砌块，两侧均为厚抹灰，则单位面积重力荷载 6.00.19170.022=1.82 木门单位面积重力荷载为0.2，铝合金窗单位面积重力荷载0.4。 4 重力荷载代表值1层. 外纵墙面积：（2.3-0.6）51.12+1.851.12=357.7 窗户总面积：（2.3-0.6）2.1231.22.12+(1.8-1.2) 2.126=119.91 门总面积：（2.3-0.6-0.6）（3+1.5）=4.95 一层外纵墙总面积：173.74-87.15-7.65-(2.3-0.6)0.516-0.51.816=204.84 内纵墙面积：（2.3-0.6）51.12+1.8(51.1-0.7)2=355.18 门总面积：（2.3-0.6-0.9）（1.27+0.96+0.82）+1.81.28+1.80.82+1.80.95=40.58 柱总面积：（2.3-0.6）0.516+0.51.814=26.2 一层内纵墙总面积：355.18-40.58-26.2-（3.6-0.25）（2.3-0.6）2-（7.2-0.5）（2.3-0.6）2=254.23 外横墙面积：（2.3-0.5）（16.6-2.7）2+（2.3-0.4）2.72-（2.3-0.5）0.54-（2.3-0.4）0.54-（2.3-0.4-0.8）1.52+1.8(16.6-0.7)2+0.51.86+(1.8-0.9)1.52=98.74內横墙面积：（6.6-0.5）（2.3-0.5）17-（2.3-0.6）2.1+1.8(6.6-0.5)14=336.81 51.116.63.79+1.92（68.04+49.6+136.8+49.14）+1.82（113.65+183.09+140.58+153.72）+1510.891+1012+0.4（1.72.123+1.22.12+1.72.1+0.62.126+0.91.52）+0.2（1.14.5+1.11.52+0.815.4+1.81.28+1.80.82+1.80.95）=9153.12 2层. 外纵墙面积：（3.60.6）51.1 2306.6 窗户总面积：2.11.8261.22.12=103.32柱总面积：3.60.51628.8二层外纵墙总面积：306.6103.3228.8174.48内纵墙面积：（3.60.6）51.12306.6门总面积：1.22.190.82.120.92.1637.38二层内纵墙总面积：（3.60.6）51.1237.380.53.616（3.60.25）（3.60.6）2=220.32外横墙面积： （3.60.5）（16.62.7）2（3.60.4）2.72103.46窗户总面积：1.51.524.5 外横墙总面积：103.460.53.684.5=84.56 內横墙总面积：（6.60.5）（3.60.5）17321.4751.116.63.79+1.92（174.48+84.56）+1.82（220.32+321.47）+0.4（2.11.826+1.22.12+1.51.52）+0.2（1.22.19+0.82.12+0.92.1 3层，.4.层 8749.099 5层 五层外纵墙总面积：（1.8-0.6）51.12-（1.8-0.6）2.128-0.51816=37.68 五层内纵墙总面积：（1.8-0.6）51.12-（2.1-1.8）1.29-0.30.82-0.30.96-1.80.516-（3.6-0.25）（1.8-0.6）2=94.86 外横墙总面积：（16.6-2.7）（1.8-0.5）2+（1.8-0.4）2.72-0.51.88-（1.8-1.2）1.52=34.7 內横墙总面积：（1.8-0.5）（6.6-0.5）17=134.81 51.116.64.41+51.116.60.35+1.92(37.68+34.7)+1.82(94.86+134.81)+0.4(1.22.128+0.61.52)+0.2(0.31.29+0.30.82+0.30.96)+1510.891+792/2+5.240.8(51.1+16.6)2=7099.187 三 框架侧移刚度计算1、 横梁线刚度计算 表2. 横梁线刚度计算表类别层次/1.5/2/横梁152.81043005003.12510966001.32610101.98910102.6521010走道梁1532.81043004001.610927001.65910102.48910103.3181010 2、 柱线刚度计算 表3. 柱线刚度计算表层次146003.01045005005.2081093.39710102536002.81045005005.2081094.051010 3、 各层横向侧移刚度计算柱的侧移刚度计算，如图所示： 则梁柱线刚度比为： 3.318 2.652 4.05 3.318 2.652 其他柱侧移刚度如下表所示： 表4. 中框架柱侧移刚度D值(中柱)层次D13.3182.652003.3971.7570.60111578253.3182.6523.3182.6524.051.4740.42415900 表5. 中框架柱侧移刚度D值 (边柱)层次D102.652003.3970.7810.46188812502.65202.6524.050.6550.2479262 表6. 边框架柱侧移刚度D值 (边柱)层次D101.989003.3970.5860.42080912502.65202.6523.3970.6550.2477387表7. 边框架柱侧移刚度D值 (中柱)层次D11.3181.989003.3971.3180.54010403252.4891.9892.4891.9894.051.1060.35613350 表8. 楼梯间框架柱侧移刚度D值 (中柱)层次D13.3181.989003.3970.5860.4208091253.3181.9893.3181.9894.051.3100.3967387 表9. 楼梯间框架柱侧移刚度D值 (边柱)层次D101.989003.3971.6520.579111542501.98901.9894.050.4910.19714850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317056 379050 由表可见，=317056/379050=0.8360.7，故该框架为规则框架。四. 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算1、 横向自振周期计算 结构顶点的假想侧移计算层次57099.18770997347.44874909915848.28637905041.8328.738749.09924597.38537905064.9286.928749.09933346.48437905088.0222.019153.1242499.604317056134.0134.0 则计算基本周期，其中的量纲为，取，则 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。 因，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，即 各质点的水平地震作用按下式计算：表7. 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次519.07099.187134884.5530.277571.8571.8415.48749.099134736.1250.277376.1947.9311.88749.099103239.3680.212287.81235.728.28749.09971742.6120.147199.61435.314.69153.1242104.3520.087118.11553.4 各质点水平地震作用及楼层地震力沿房屋高度的分布如图 3、 水平地震作用下的位移计算水平地震作用下框架结构的层间位移和顶点位移分别按式计算：横向水平地震作用下的位移计算 层次5571.83790501.5115.9636001/23844947.93790502.5014.4536001/144031235.73790503.2611.9536001/110421435.33790503.798.6936001/95011553.43170564.904.9046001/939 由表8可见，最大层间弹性位移发生在第1层，其值为1/9391/550，满足要求。4、 水平地震作用下框架内力计算 各层柱端弯矩及剪力计算层次/边柱中柱53.6571.83790509262.513.970.6550.3316.6033.701590023.991.4740.3731.9554.4143.6947.93790509262.523.160.6550.4033.3550.031590039.761.4740.4564.4178.7233.61235.73790509262.530.200.6550.4548.9259.801590051.831.4740.4787.7098.892361435.33790509262.535.070.6550.5265.6560.601590060.211.4740.50108.38108.3814.61553.4317056888143.510.7810.65130.0970.051157856.731.7570.65169.6291.34 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N533.7024.166.68.7730.2530.252.722.41-6.8-13.64466.6349.146.617.5461.5361.532.745.58-26.31-41.68393.1572.516.625.190.7990.792.767.25-51.41-83.832109.5287.066.629.78109.02109.022.780.76-81.19-134.811135.7088.686.634.00111.04111.042.782.25-115.19-183.06注：1）柱轴力中的负号表示拉力，当为左地震时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力； 2）表中M的单位为，V单位为KN，N单位为，l单位为.水平地震作用下框架的弯矩图、梁端剪力图及柱轴力图如下图所示： 五纵向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算1. 纵向自振周期计算 结构顶点的假想侧移计算层次57099.18770990275.548749.09915848.28650547031.4261.538749.09924597.38550547048.7230.128749.09933346.48450547066.0181.419153.1242499.604368381115.4115.4 则计算基本周期，其中的量纲为m，取，则 2. 纵向水平地震作用及楼层地震剪力计算 因，所以应考虑顶部附加纵向水平地震作用。顶部附加地震作用系数，即 各质点的水平地震作用按下式计算： 表7. 各质点纵向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次519.07099.187134884.5530.277628.13 628.13415.48749.099134736.1250.277420.921049.05311.88749.099103239.3680.212322.141371.1928.28749.09971742.6120.147223.371594.5614.69153.1242104.3520.087132.201726.76 各质点纵向水平地震作用及地震力沿房屋高度的分布如图：3. 纵向水平地震作用下位移验算表8.纵向水平地震作用下的位移计算 层次5628.135054701.2413.8736001/290341049.055054702.0812.6336001/173131371.195054702.7110.5536001/132821594.565054703.157.8436001/114311726.763683814.694.6946001/981 由表8可见，最大层间弹性位移发生在第2层，其值为1/9811/550，满足要求。4 纵向水平地震作用下框架内力计算 表9. 各层柱端弯矩及剪力计算层次/边柱中柱Mbi1Mui153.6628.135054701278815.891.0370.3620.5936.611050013.050.7880.3516.4430.5443.61049.055054701278826.541.0370.4542.9952.551050021.790.7880.4031.3847.0733.61371.195054701278834.691.0370.4657.4567.441050028.480.7880.4546.1456.3923.61594.565054701278840.341.0370.5072.6172.611050033.120.7780.4857.2362.0014.61726.763683811032648.401.2360.65144.7277.92940144.070.9270.66133.8068.93注：表中M量纲为, V量纲为纵向框架地震作用下的梁端弯矩、剪力及柱轴力计算：表10. 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力边柱中柱536.6115.277.27.2115.2715.277.24.24-7.21-2.97473.1431.767.214.57 31.7631.767.28.82-21.78-8.723110.4343.897.221.4343.8943.897.212.19-43.21-17.962130.0654.077.225.5754.0754.077.215.02-68.78-39.061150.5364.087.229.6763.0863.087.217.52-98.45-51.21注：1）柱轴力中的负号表示拉力，当为左地震时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力； 2）表中的单位为，单位为，单位为，单位为.六. 竖向荷载作用下框架结构的内力计算1. 计算单元 取轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为，如下图所示。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中心线不重合，因此在框架节点上还作用有集中力。矩。2. 荷载计算 （1）. 恒载计算 在上图中，、代表横梁自重，为均布荷载形式，对于第五层. , 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，有几何关系可得 、分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载，它包括梁自重、楼板重和女儿墙等的重力荷载，计算如下： 集中力矩： 对14层，包括梁自重和其上横墙自重，为均布荷载，其他荷载计算方法同第5层，结果为： （2）. 活荷载计算 活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图所示： 对于第5层： 同理，在屋面雪荷载作用下： 对于14层： 将以上计算结果汇总，见下表 横向框架恒载汇总表层次514/（）3.9389.58/（）3.153.15/（）15.87613.644/（）11.90710.233/（）/()143.877131.42/()148.533140.90/()/()/()14.3913.14/()14.8514.09/()/() 横向框架活载汇总表层次514/（）1.8(1.26)7.2/（）1.35(0.945)5.4/（）/()7.56(5.29)30.24/()11.51(8.06)46.04/()/()/()0.756(0.529)3.024/()1.151(0.806)4.604/()/() 3 内力计算梁端、柱端弯矩采用弯矩二次分配法计算。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，所得弯矩如图。梁端剪力可根据梁上竖向荷载引起的剪力与梁端弯矩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。 恒载作用下梁端剪力及柱轴力（）15层的情况：层 次54132荷载引起的剪力跨51.1064.3664.3664.3664.36跨12.2911.1611.1611.1611.16弯矩引起的剪力跨-1.05-0.40-0.70-0.48-0.47跨00000总剪力跨50.0563.9663.6663.8863.8952.1564.7665.0664.8464.83跨12.2911.1611.1611.1611.16柱轴力柱193.93414.061074634.11854.17 218.68438.811105.63658.86878.92柱212.96454.531179.69696.18937.82237.71479.281211.32720.93962.57 活载（雪荷载）作用下梁端剪力及柱轴力（）15层的情况：层 次54132荷载引起的剪力跨4.32（3.02）17.2817.2817.2817.28跨0.91（0.64）3.653.653.653.65弯矩引起的剪力跨-0.05（0.00）-0.23-0.28（-0.25）-0.20-0.19跨00000总剪力跨4.27（3.02）17.0517.00（17.03）17.0817.094.37（3.02）17.5117.56（17.53）17.4817.47跨0.91（0.64）3.653.653.653.65柱轴力柱= 11.83（8.31）59.12（55.6）.201.01（197.52）106.44（102.92）153.77（150.25）柱=16.79（11.72）83.99（78.92）285.57（280.47）151.16（146.09）218.32（213.25） 七 横向框架内力组合结构抗震等级 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，由此表可知，本工程的框架为二级抗震等级。1 框架梁内力组合 本例考虑了四种内力组合，即,。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、两列中的梁端弯矩为经过调幅后的弯矩（调幅系数取0.8） 下面以第一层跨梁考虑地震作用的组合为例，说明各内力的组合方法。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：将上述梯形及三角形荷载换成均布荷载： 恒载：改为均布：5层：=（1-4层）： 恒载（均布）层次5 3.9383.1513.847.441-49.583.1511.896.40活载：改为均布:5层：=（1-4层）：活载（均布）层次51.570.841-46.273.385层： （1-4层）： 5层： （1-4层）： 5层: (1-4层)： 跨 跨5层： 1-4层： 跨间最大弯矩： 左震 右震一层： 一层： 一层： 一层： 跨间最大弯矩： 左震 右震一层： 一层： 则 则 一层： 一层： 67框架梁内力组合表层次截面位置内力有震组合有震组合无震无震有震组合一层A-55.16-15.92135.7100.67-252.15-75.50-189.12-88.48-90.39113.29-239.53139.55118.6263.6617.0034.0034.24130.7936.03111.17100.19102.9427.96116.36B左-58.84-17.488.68-196.3334.24-147.2525.68-94.97-96.83-182.8247.7465.0617.5634.00132.8144.41112.8937.75102.66105.39118.0429.64B右-11.09-3.46111.04128.97-159.7496.73-119.80-18.15-18.43131.53-157.17156.86133.3111.163.6582.25-91.34122.51-77.64104.1318.5018.72-93.94119.91跨间156.5493.5269.0867.17131.53131.5312.2912.29二层A-58.30-16.90109.5262.28-222.4846.71-166.86-93.62-95.6175.63-209.13133.24113.2663.8917.0929.7848.21125.6440.98106.79100.59103.3433.72111.15B左-60.76-17.9287.06-196.8429.51-147.6322.14-98-99.95-182.9043.4664.8317.4729.78126.9949.56107.9442.13102.25104.99112.2834.85B右-9.63-3.05109.02128.33-155.1196.25-116.33-15.83-16.05130.57-152.88139.81118.8411.163.6580.76-89.41120.57-16.00-102.4818.5018.72-92.00117.97跨间129.0598.7663.0065.0030.19-30.1912.2912.29五层A-42.92-4.4833.70-10.38-98.00-7.79-73.50-57.78-62.42-1.35-88.9781.6069.3650.054.278.7751.2274.0243.5462.9266.0471.8440.7863.59B左-48.47-4.7324.16-92.41-29.59-69.31-22.20-64.79-70.16-82.24-19.4352.154.378.7776.6053.8065.1145.7368.7074.7765.7442.93B右-12.10-0.7830.2524.3454.3118.25-40.73-15.61-17.1226.84-51.8257.7349.0712.290.9122.41-13.8444.43-11.7437.7716.0217.50-16.3941.88跨间78.7189.1555.0262.0226.8426.84112.0412.04注：表中和分别为跨和跨的跨见最大正弯矩 ，以下部受拉为正，以向上为正。2. 框架柱内力组合横向框架A柱弯矩和轴力组合层次截面内力2 5柱顶39.264.8433.705.61 93.23 4.20 69.92 57.84 53.8993.235.6157.84193.9311.838.77226.30 249.10 169.73186.83 273.64249.28.249.10226.30273.64柱底-31.6-7.6216.60-20.75 -63.91 -15.56-47.93 -50.28-48.59 -63.91-20.75-50.28218.6811.838.77256.00 278.80 192.00209.10 307.05 278.80278.80-256.00307.054柱