土木工程框架结构办公楼计算书

1、摘 要本设计题目是天津市金地物业有限公司办公楼设计。该楼为六层框架结构，总建筑面积3250.08m2。底层层高为4.2m，其它各层层高为3.9m，总高24.3m。室内外高差0.45米，建筑抗震设防烈度为7度，符合生产工作要求。建筑设计应用了AutoCAD、Revite、天正建筑等软件。结构设计中先确定了结构的框架布局，计算出层间荷载代表值，求出自振周期，进而计算水平地震荷载作用下大小和水平荷载作用下的结构内力。接着再计算恒载及活荷载作用下的结构竖向内力，最后通过内力组合找到最不利的组合结果。用最不利的内力组合结果计算配筋。此外，运用PKPM结构设计软件，对结构进行电算设计，并导出结构施工图。通

2、过毕业设计，综合应用四年的所学的专业知识，使我的专业水平得到了很大提高，为将来的工作打下了坚实的基础。关键词：建筑设计；结构设计；抗震设计；荷载计算；内力组合。ABSTRACTThis design problem is office building of tian jin jin di property company.According to current National building and structure specifications,The building is six-story frame structure,with a total construction a

3、rea of 3250.08 square meters.The bottom layer is 4.2 meters,the other layers of high is 3.9 meters,the total height 24.3 meters.The level of indoors and outside is 0.45 meters.Fortification intensity of buildings is 7 degrees,accord with the requirements of the work of production.Architecture design

4、 have used Architecture software,such as AutoCAD、Revitand Tianzheng construction.In structure design,we determine the structural the frame layout,taking into account the inter-layer load representative value,seeking from vibration period in the first,and then calculate size horizontal seismic loads

5、and horizontal loads of structural forces.Then calculate the dead load and live load and then under the action of the vertical force structure,And finally through the combination of forces to find the most unfavorable combination results.The results of calculations using the most secure reinforcemen

6、t.In addition,I check the structure with the software-PKPM and get the structure layout diagram,reinforcement and internal force diagrams. According to the result of the computer and the corresponding structure requirement.I draw the structure construction drawing with AutoCAD.Through graduation des

7、ign I proceeds my four years profession knowledge to the application,improve my profession level,prepare massiness basic for my work in the future.Keywords: architectural design;structural design;seismic design;the calculation of load;the combination of internal force.目 录 第一章 工程概况与建筑说明1 第二章 结构设计流程3

8、第三章 结构方案选型与结构布置4 3.1框架柱4 3.2框架梁4 第四章 荷载计算6 4.1荷载分类计算6 4.2重力荷载代表值计算9 第五章 基本自振周期的计算10 5.1结构刚度计算10 5.2自振周期T1的计算11 第六章 水平地震作用的计算12 6.1水平地震作用影响系数112 6.2水平地震作用标准值12 6.3框架侧移验算框架剪力标准值13 6.4框架剪力标准值13 第七章 水平地震作用下框架内力计算15 7.1根据柱剪力及反弯点高度计算柱端弯矩15 7.2计算梁端弯矩及梁剪力15 7.3根据梁剪力计算柱轴力16 7.4绘制内力图16 第八章 竖向荷载作用下框架内力计算18 8.1

9、竖向恒载作用下框架内力计算20 8.2竖向活载作用下框架内力计算25 第九章 荷载作用效应组合29 9.1竖向荷载作用下的基本组合29 9.2水平地震作用效应与竖向荷载作用效应的基本组合33 第十章截面设计42 10.1框架梁42 10.2框架柱配筋计算44 第十一章基础计算51 第十二章PKPM计算68 12.1结构设计信息68 12.2周期、振型、地震力76 12.3结构位移89 参考文献93 外文资料 中文译文 致谢第一章 工程概况与建筑说明1.1 设计资料1.1.1 背景资料天津市金地物业有限公司办公楼，室内设计标高0.000，室内外高差450mm。1.1.2建筑构造做法 建筑构造做法

10、建筑构造做法选自华北地区建筑标准设计图集05J1。 楼面及屋面构造做法见表1-1。墙体构造做法见表1-2。墙体材料为陶粒混凝土砌块，外墙厚300mm，内墙厚200mm，容重8.5kN/m3。顶棚采用轻钢龙骨纸面石膏板吊顶（05J1顶7），自重0.14kN/m2。门窗采用塑钢窗（0.10kN/m2）、木门（0.25kN/m2）。表1-1 楼面及屋面构造做法名 称用 料 做 法厚度（mm）使用部位铺地砖楼面（厚30mm）05J1-楼1010mm厚地砖铺平拍实，水泥浆檫缝10一般楼面20mm厚1:4干硬性水泥砂浆结合层20素水泥浆结合层一遍花岗石楼面（厚50mm）05J1-楼1320mm厚花岗石板铺

11、平拍实，水泥浆檫缝20楼梯间30mm厚1:4干硬性水泥砂浆结合层30素水泥浆结合层一遍铺地砖防水楼面（厚102mm）05J1-楼2810mm厚地砖铺平拍实，水泥浆檫缝10卫生间25mm厚1:4干硬性水泥砂浆结合层251.5厚聚胺脂防水涂料刷基层处理剂一遍15厚1:2水泥砂浆找平层1550厚C15细石砼找坡0.5%，最薄处不小于30厚50不上人屋面05J1-屋13保护层：涂料或粒料不上人屋面防水层：高聚物改性沥青防水卷材3找平层：1:3水泥砂浆找平层20保温层：聚苯乙烯泡沫塑料板100找坡层：1:8水泥膨胀珍珠岩找2%坡，最薄处不小于20厚1001.1.3使用荷载标准值屋面：上人屋面2.0kN/

12、m2；非上人屋面0.5kN/m2； 楼面：办公楼2.0kN/m2；走廊、门厅、楼梯、厕所2.5kN/m2。1.1.4自然条件基本风压：0.5kN/m2；基本雪压：0.4kN/m2；最大冰冻深度：0.6m。地基承载力特征值：fa =150kN/m2。表1-2 墙体构造做法名 称用 料 做 法厚度（mm）使用部位面砖墙面（厚30mm）05J1-外墙1215mm厚2：1:：8水泥砂浆15所有外墙面刷素水泥浆结合层一 遍5mm厚1:1水泥砂浆加水重20%建筑胶镶贴510mm厚面砖，1:1水泥砂浆勾缝或水泥浆擦缝10水泥砂浆墙面（厚20mm）05J1-内墙7刷素建筑胶水泥浆一遍，配合比为建筑胶:水泥浆=

13、1:4除卫生间外所有内墙面15mm厚1:1:6水泥石灰砂浆，分两次抹灰155mm厚1：0.5：3水泥砂浆5秞面砖墙面（厚24mm）05J1-内墙9刷素建筑胶水泥浆一遍，配合比为建筑胶:水泥浆=1:4卫生间内墙面15mm厚2:1:8水泥石灰砂浆，分两次抹灰154mm厚1:1水泥砂浆加水重20%建筑胶45mm厚秞面砖，白水泥浆擦缝51.1.5抗震设防抗震设防烈度为7度（0.15g）。设计地震分组为第二组。建筑抗震设防类别为丙类。场地类别为类。耐火等级：二级。1.1.6主要建筑材料主要建筑材料： （1）钢筋：HRB400级（主筋）和HRB335级（箍筋和板内分布钢筋）。 （2）混凝土：C30。 （3

14、）填充墙：陶粒混凝土砌块。第二章结构设计流程多层框架结构设计的主要流程如图2-1。图2-1 图2-1多层框架结构设计流程图第三章 结构方案选型结构布置本工程属于丙类建筑，根据建筑抗震设计规范第1.0.5条，按本地区设防烈度采取抗震措施。本建筑高，属多层建筑，采用框架结构，现浇梁、板及柱，现浇板式楼梯；根据建筑抗震设计规范第3.3.3条，框架抗震等级为三级。根据地质报告，独立基础。基础埋深-1.50m，基础顶面标高为-0.6m。混凝土：主体结构梁、柱、板均采用C30级；构造柱、圈梁及过梁均采用C30级。钢筋：HRB335级钢（B）；HRB400级钢（C）。焊条：采用E43和E50型。抗震及抗风措

15、施：填充墙在门口标高处设抗震带一道。3.1框架柱柱截面尺寸根椐柱的允许轴压比c按下式计算确定。根据建筑抗震设计规范GB50011-2010第6.3.6条，框架抗震等级为三级时柱的轴压比限值为c=0.85。 为使结构在两个主轴方向的动力特性相近，柱截面采用方柱，柱的轴力设计值Nc按下式估算。最大负载的柱为5C处，则其最大轴力估算为： =1.21.1（4.654.4）146=2268.605kN因此，主楼框架柱截面尺寸确定为：600mm600mm。3.2框架梁根据抗震规范第6.3.1条和第6.3.6条，梁的截面宽度不宜小于200mm；截面高宽比小于4；梁净跨与截面高度之比宜大于4。（1）AD轴纵向

16、框架梁及110轴BC段：h=(1/81/14)l =(1/81/14)5400 =675386mm，取h=600mm，b=(1/31/2)h=(1/31/2)640=214320mm，取b=300mm。（2）110轴AB段及CD段横向框架梁：h=(1/81/14)l =(1/81/14)6400 =800458mm，取h=700mm， b=(1/31/2)h=(1/31/2)540=180270mm，取b=300mm。（3）楼面次梁：h=(1/121/18)l =(1/121/18)5400 =450300mm，取h=400mm，b=200mm。（4）现浇楼板： h=（1/301/35）l=（

17、1/301/35）3900=130112mm,取h=120mm。第四章 荷载计算4.1荷载分类计算4.1.1屋面荷载屋面恒载按照构造做法计算，列于表4-1中。分析框架结构在竖向荷载作用下的内力时，屋面活载应取均布活载和雪荷载之间的较大值，即上人屋面取2.0kN/m，非上人屋面取0.50kN/m。抗震计算时，计算屋面重力荷载代表值时不考虑屋面活载，取雪载0.40kN/m。表4-1 屋面恒载计算表名称及部位用料做法 厚度（mm） 容重（kN/m） 重量（kN/m）恒荷载标准值非上人屋面3mm高聚物改性沥青防水卷材30.1 5.3620mm厚1:3水泥砂浆找平层20200.4100mm厚聚苯保温板1

18、0030.31:8水泥膨胀珍珠岩找2%坡，最小20mm100151.5120mm钢筋混凝土楼板12025.53.064.1.2楼面荷载楼面恒载按照构造做法计算，列于表4-2中。楼面活载：上人楼面、卫生间取2.0kN/m2，走廊:2.5 kN/m2。 表4-2 楼面恒载计算表名称及部位用料做法 厚度（mm） 容重（kN/m） 重量（kN/m）恒荷载标准值铺地砖楼面（办公室、走廊）10mm厚地砖铺平拍实，水泥浆擦缝10200.24.0620mm厚1:4干硬性水泥砂浆结合层20200.4120mm厚钢筋混凝土楼板12025.53.06板下抹灰20200.4名称及部位用料做法 厚度（mm） 容重（kN

19、/m） 重量（kN/m）恒荷载标准值花岗岩楼面（楼梯间）20mm厚花岗石板铺平拍实，水泥浆擦缝20280.564.6230mm厚1:4干硬性水泥砂浆30200.6120mm厚钢筋混凝土楼板12025.53.06板下抹灰20200.4铺地砖防水楼面（卫生间）10mm厚地砖铺平拍实，水泥浆擦缝10200.25.8125mm厚1:4干硬性水泥砂浆25200.515mm厚水泥砂浆找平层15200.350mm厚C15细石砼找坡0.5%，最薄处30mm50251.25120mm厚钢筋混凝土楼板12025.53.06板底吊顶 0.54.1.3楼梯间荷载恒载：石材地面 30mm厚 1.16(0.3+0.15/

20、0.3)=1.74kN/ m2楼梯踏步板130mm厚 (0.13/cos+0.15/2)25=5.514kN/ m2板下抹灰 20mm厚 0.0220/cos=0.45kN/ m2 合计： 7.7kN/m2 活载： 2.50kN/m24.1.4墙体荷载外墙为300mm厚陶粒混凝土砌块，外侧贴面砖，内侧抹灰。内墙为200mm厚陶粒混凝土砌块，双侧抹灰。考虑到组砌时在洞口处、墙体底部和顶部混砌部分粘土砖，混砌比例取8:2，粘土砖容重取19kN/m3，则砌体容重为： =8.50.8+190.2=10.619kN/ m3计入面层的做法，求得墙体的单位面积重量为：外墙：q=0.310.6+0.55+0.

21、0220=4.13kN/m2内墙：q=0.210.6+20.0220=3.29kN/m24.1.5梁自重bh=300mm700mm梁自重： 0.3（0.7-0.12）25kN/m3=4.35kN/m抹灰层：10mm厚混合砂 0.01(0.70-0.12+0.30/2)217kN/m3=0.248kN/m 合计： 4.598kN/mbh=300mm600mm梁自重： 0.3（0.6-0.12）25kN/m3=3.6kN/m抹灰层：10mm厚混合砂 0.01(0.60-0.12+0.30/2)217kN/m3=0.2142kN/m 合计： 3.8142kN/mbh=200mm400mm梁自重： 0

22、.2（0.4-0.12）25kN/m3=1.4kN/m抹灰层：10mm厚混合砂 0.01(0.4-0.12+0.2/2)217kN/m3=0.1292kN/m 合计： 1.5292kN/m4.1.6柱自重bh=600mm600mm柱自重： 0.60.625kN/m3=6.25kN/m抹灰层：10mm厚混合砂浆 0.01(0.6+0.6) 217kN/m3=0.34kN/m 合计： 6.59kN/m4.1.7门窗自重门：除底层大门为玻璃门外，其余均为木门 木门自重：0.25kN/m2 ，玻璃门自重：0.3kN/m2窗：均采用塑钢窗 窗自重：0.10kN/m2 4.2重力荷载代表值各层重力荷载代表

23、值汇总于表4-3。将表中恒载与活载求和并除以总面积，可得框架单位面积的重量为w= 12.8kN/m2，说明初选柱截面尺寸时取w=14kN/m2是合理的。 表4-3 各层重力荷载代表值计算 kN项次层号12-56梁自重Gb1121.3011121.3011083.376柱自重Gc1383.9001028.0401028.040楼，屋面恒载Gs2014.6012014.6012532.943墙重Gw2752.1952562.9952562.995门窗重Gd26.18227.12527.125恒载G=Gb+Gc+Gs+Gw+Gd7021.3996934.0627234.479楼，屋面活载Q1114.

24、3801114.380278.595总重Gi=G+0.5Q7855.3697491.2527373.777第五章 基本自振周期的计算5.1结构刚度计算5.1.1框架梁的惯性矩及线刚度先计算矩形截面梁的惯性矩然后考虑楼板的翼缘效应，将梁惯性矩乘以增大系数，即：边梁取Ib=1.5I0,中间梁取Ib=2I0，其中I0=1/12bbhb3。再求框架梁的线刚度ib=Ib/l。具体计算结果参照表5-1。方向层号梁号bbhb（mm）I0（10-2m4)Ib（10-2m4)Ec（107kPa)L（m）ib=EcIb/l（kNm）横向1-6BL13007000.85751.28633.06.40.603105B

25、L23006000.54000.81003.02.41.0125105ZL13007000.85751.71503.06.40.8039105ZL23006000.54001.08003.02.41.351055.1.2框架柱的惯性矩及线刚度Ic=1/12bchc3，ic=Ic/h。具体计算结果见表5-2。表5-2 柱的线刚度计算层砼标号bchc（mm）Ic（10-2m4)Ec（107kPa)h（m）ic=EcIc/h（kNm）1C306006001.083.05.250.6101052-6C306006001.083.03.90.8021055.1.3框架柱的抗推刚度各层框架柱的抗推刚度计算

26、见于表5-3至5-4。表5-3 首层框架柱的抗推刚度柱的类型根数K=ibj/iCc=(0.5+K)/(2+K)D=c12ic/h2(kN)D(kN/m)横向边框架边柱40.9220.4890.1331055.241105边框架中柱41.9350.6110.172105中框架边柱121.2700.5230.151105中框架中柱122.7230.6630.188105表5-4 二至六层框架柱的抗推刚度柱的类型根数K=ibj/iCc=(0.5+K)/(2+K)D=c12ic/h2(kN)D(kN/m)横向边框架边柱40.7050.2650.1711058.161105边框架中柱41.4530.42

27、90.271105中框架边柱120.9370.3140.203105中框架中柱121.9370.4990.3241055.2自振周期T1计算采用能量法进行计算，将集中在各楼层标高处的重力荷载代表值，作为水平荷载作用在该质点处，求得相应的质点水平位移ui，然后按式（1-2-14a）计算基本自振周期T1，结果见表5-5。其中，填充墙材料为陶粒混凝土，周期折减系数取T=0.8。表5-5 横向基本自振周期T1层号Gi(kN)Vi(kN)Di(kN/m)i(mm)ui(mm)Gi uiGi ui2T167373.7777373.77736.1611052.0459.09435.7225.75=0.356

28、57491.25214865.02936.1611054.1157.05427.3824.3847491.25222356.28136.1611056.1852.94396.5921.0037491.25229847.53336.1611058.2546.76350.2916.3827491.25237338.78536.16110510.3338.51288.4911.1117855.36945194.15416.04110528.1828.18221.376.24第六章 水平地震作用本工程建筑总高度40m，且属于刚度和质量沿高度分布比较均匀的框架结构，所以近似采用底部剪力法进行地震作用计算

29、。6.1水平地震作用影响系数1根据给定条件，抗震设防烈度为7度（0.15g）；设计地震分组为第二组，场地类别为类。可得计算参数： max=0.12，Tg=0.55s。横向水平地震作用影响系数1为： 横向：1=6.2水平地震作用标准值集中在各层楼、屋盖标高处的重力荷载代表值Gi见表6-1，总重力荷载代表值为：结构底部总水平地震作用标准值为横向：FEk=10.85Geq=0.09320.8545194.154=3580.281各层楼、屋盖标高处的横向水平地震作用标准值及地震剪力作用标准值如表6-2。由于横向基本自振周期T1=0.356s1.4Tg=0.77s，故不应考虑顶部附加地震作用系数6。表6

30、-1 各楼层横向水平地震作用标准值及地震剪力作用标准值层号Gi（kN）Hi（m）GiHi67373.77724.75.980.2711951.05951.0557491.25220.85.610.2320813.761764.8147491.25216.95.720.1886661.552426.3637491.25213.0597760.840.1452509.332935.6927491.2529.1568544.960.1018357.123292.8117855.3695.2541240.690.0613214.863507.67合计45194.154.806.3框架侧移验算由于本工程

31、高宽比小于4，柱轴向变形引起的侧移忽略不计，梁柱弯曲变形引起的层间侧移计算见表6-2。从结果看，层间侧移均满足要求。表6-2 层间侧移i层号横向层间侧移允许值Vi（kN）Di（kN/m）i=Vi/Di(mm)i=H/550(mm)6951.058.1611052.127.8051764.818.1611051.907.8042426.368.1611052.927.8032935.698.1611053.817.8023292.818.1611054.217.8013507.675.2411057.199.55 地震作用 地震剪力 水平侧移6.4框架剪力标准值横向共有10榀框架，纵向共有4榀框

32、架，由于每榀框架总刚度不同，应按照各框架柱在总刚度中的比例将层地震剪力分配至各框架柱。横向2轴框架的各柱剪力分配计算见表6-3。表6-3 横向2轴框架柱剪力分配层号层剪力层侧移刚度边柱中柱Vi（kN）Di（kN/m）Dij（kN/m）Vij=ViDij/Di（kN）Dij（kN/m）Vij=ViDij/Di（kN）横向2轴框架6951.0536.1611051.006310526.471.292410533.9951764.8136.1611051.006310549.111.292410563.0842426.3636.1611051.006310567.521.292410586.7232

33、935.6936.1611051.006310581.701.2924105104.9223292.8136.1611051.006310591.631.2924105117.6913507.6716.0411050.439610596.130.5822105127.31 第七章 水平地震作用下的框架内力计算以横向2轴框架为例，采用D值法进行计算。其计算步骤如下。7.1根据柱剪力及反弯点高度计算柱端弯矩柱反弯点距柱下端的高度yh，yh=（y0+y1+y2+y3）h；柱下端弯矩Mb= Vijyh；柱上端弯矩：Mt=Vij(1-y)h。计算结果见表7-1。表7-1 横向轴框架柱柱端弯矩计算层号柱位

34、置柱剪力反弯点相对高度y柱端弯矩（kNm）Vij（kN）Ky0y1y2y3y下端Mb上端Mt6边柱A、D26.470.2010.050.00.00.055.1698.07中柱B、C33.990.5380.270.00.00.2735.7996.775边柱A、D49.110.2010.250.00.00.00.2547.88143.65中柱B、C63.080.5380.370.00.00.00.3791.03154.994边柱A、D67.520.2010.350.00.00.00.3592.17171.16中柱B、C86.720.5380.450.00.00.00.45152.19186.023

35、边柱A、D81.700.2010.450.00.00.00.45143.38175.25中柱B、C104.920.5380.450.00.00.00.45184.14225.052边柱A、D91.630.2010.650.00.0-0.050.60214.42142.94中柱B、C117.690.5380.550.00.0-0.040.51234.09224.911边柱A、D96.130.2700.900.0-0.050.85428.9875.70中柱B、C127.310.7240.690.0-0.010.68454.50213.887.2计算两端弯矩及梁剪力利用节点平衡条件，计算梁端弯矩，梁

36、剪力由梁两端的弯矩之和除以梁跨度求得。计算结果见表7-2。表7-2 横向2轴框架梁端弯矩、剪力计算层号654321A轴MCol,A (kNm）98.07148.81219.04267.42286.32290.12LABMA,R=MCol,A98.07148.81219.04267.42286.32290.12VAB= (MA,R+ MB,L)/l（kN）22.3736.6753.7468.0473.1776.22MB,L=MCol,BiAB/(iAB+iBC)36.1271.21103.41140.81152.68167.21B轴MCol,B (kNm)96.77190.78277.05377

37、.24409.05447.97LBCMB,R=MCol,BiBC/(iAB+iBC)60.65119.57173.64236.43256.37280.76VBC=( MB,R+ MC,L)/l（kN）50.5499.64102.33136.22168.88190.21MC,R=MCol,CiBC/(iBC+iCD)60.65119.57173.64236.43256.37280.76C轴MCol,C (kNm)96.77190.78277.05377.24409.05447.97层号654321LCDMC,R=MCol,CiCD/(iBC+iCD)36.1271.21103.41140.811

38、52.68167.21VCD=( MC,R+ MD,L)/l（kN）20.9734.3850.3863.7968.5971.46MD,L=MCol,D98.07148.81219.04267.42286.32290.12D轴MCol,D(kNm)98.07148.81219.04267.42286.32290.127.3计算柱轴力根据梁端剪力计算柱轴力，计算结果见表7-3.其中，边柱轴力： 中柱轴力：表7-3 横向2轴框架柱轴力计算层号各梁剪力各柱轴力VAB（kN）VBC（kN）VCD（kN）NA（kN）NB（kN）NC（kN）ND（kN）622.3750.5420.97-22.37-28.1

39、729.5720.97536.6799.6434.38-59.04-91.1494.8355.35453.74144.7050.38-112.78-182.10189.15105.73368.04197.0363.79-180.82-311.09322.39169.52273.17213.6468.59-253.99-451.56467.44238.11176.22233.9771.46-330.21-609.31629.95309.577.4绘制内力图左震作用下，横向2轴框架的内力图见图7-1,右震作用下，内力相同，方向相反。第八章 竖向荷载作用下的框架内力计算与水平地震作用下相同，取横向2

40、轴框架进行计算。作用在梁上的竖向荷载按照各自的负荷范围计算，导算为作用在梁及梁柱节点上的荷载，荷载值详见表8-1。纵向传来的作用在梁柱节点上的竖向荷载值见表8-2。荷载简图如图8-1所示，括号内为活荷载。表8-1 横向2轴框架梁竖向荷载取值层号均布荷载（kN/m）主梁自重板恒载p板活载q等效均布恒荷载等效均布活荷载AB跨64.59819.2961.9523.8951.9554.59814.6167.2019.2157.2044.59814.6167.2019.2157.2034.59814.6167.2019.2157.2024.59814.6167.2019.2157.2014.59814.6167.2019.2157.20BC跨63.81419.2961.9523.1101.9553.81414.6167.2018.4307.2043.81414.6167.2018.