《底商办公楼设计》word版

1、底商办公楼设计1.1 结构布置及计算简图主体结构共5层，1、2层分别为4.2m和3.6m，35层均为3.3m。外墙为240mm厚混凝土多孔砖，内墙采用120mm厚轻质隔板。门为全玻璃门，门洞尺寸为3000mm×2500mm。窗为塑钢窗，洞口尺寸为3550mm×1200mm。楼板厚度取100mm。主梁截面高度可取跨度的1/121/8，次梁的梁高可取跨度的1/181/12；梁宽可取梁高的1/31/2，同时不宜小于1/2柱宽，且不应小于250mm。由此估算的梁截面尺寸见表1，表中还给出了各层梁、柱和板的混凝土强度等级。其设计强度：C35（fc=16.7N/mm2，ft=1.57N

2、/mm2），C30（fc=14.3N/mm2，ft=1.43N/mm2）。表1 梁截面尺寸（mm）及各层混凝土强度等级层次混凝土强度等级横梁（b×h）纵梁（b×h）次梁（b×h）AB跨，CD跨BC跨横向纵向12C35350×700350×700350×700300×400300×50035C30350×700350×700350×700250×400/该框架结构的抗震等级为三级，其轴压比限值N=0.9；各层的重力荷载代表值近似取12kN/。由图1可知边柱及中柱的负载面积分别为

3、8.1×3.0和8.1×6.6，则1、2层柱截面面积为边柱 Ac×103=126108mm2中柱 Ac×103=266766 mm2如取柱截面为正方形，则边柱和中柱截面高度分别为355mm和516mm。根据上述计算结果并综合考虑其它因素，本设计柱截面尺寸取值如下：1、2层 600mm×600mm 35层 500mm×500mm由岩土工程勘察报告得如下信息，层序土层名称平均厚度承载力特征值建议值1杂填土0.832粉质粘土4.931403粉质粘土2.991804残积土1.392505-1强风化泥岩1.383005-2中风化泥岩400基础选

4、用条形基础，基础埋深取1.5m，梁高取1.2m。框架结构计算简图中，取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线；梁轴线取至板底，25层柱高度即为层高，2层取3.6m，35层取3.3m；底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即h1=4.2+0.15+1.5-1.2-0.1=4.55m。1.2 重力荷载计算 1. 屋面及楼面的永久荷载标准值 屋面（上人）： 30厚细石混凝土保护层 22×0.03=0.66kN/ 三毡四油防水层 0.4kN/ 20厚水泥砂浆找平层 20×0.02=0.4kN/ 150厚水泥蛭石保温层 5×0.15=0.75kN/ 100厚钢筋混凝土板 25×

5、;0.1=2.5kN/ 合计 4.71kN/ 14层楼面： 瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 0.55kN/ 100厚钢筋混凝土板 25×0.1=2.5kN/ 合计 3.05kN/ 2. 屋面及楼面的可变荷载标准值 上人屋面均布活荷载标准值 2.0kN/ 12层活荷载标准值 3.5kN/ 35层活荷载标准值 2.0kN/ 屋面雪荷载标准值 sk=r·s0=1.0×0.65=0.65kN/式中：r为屋面积雪分布系数，取r=1.0。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

6、。具体计算过程从略，计算结果见表2。表2 梁、柱重力荷载标准值层次 构件b /mh /m /(kN/m³）g /(kN/m)li /mnGi /kNGi /kN1边横梁0.350.7251.056.4315.83514525.3482180.431中横梁0.350.7251.056.4316.67297.112次梁横向0.30.4251.053.155.65235.595纵向0.30.45251.053.5447.756164.796纵梁0.350.7251.056.4317.5241157.58柱0.60.6251.109.94.55281261.262边横梁0.350.7251.

7、056.4315.83514525.3482180.431中横梁0.350.7251.056.4316.67297.112次梁横向0.30.4251.053.155.65235.595纵向0.30.45251.053.5447.756164.796纵梁0.350.7251.056.4317.5241157.58柱0.60.6251.109.93.628997.9235边横梁0.350.7251.056.4315.887514530.0752182.678中横梁0.350.7251.056.4316.77301.614次梁0.250.4251.052.6255.6512177.975纵梁0.35

8、0.7251.056.4317.6241173.014柱0.50.5251.106.8753.328635.25墙体为240mm厚混凝土多孔砖 ， 外墙面刷真石漆，内墙面为白色乳胶漆，则外墙单位墙面重力荷载为18.5×0.24=4.44kN/内墙为120mm厚轻质隔墙板，两侧均为白色乳胶漆，则内墙单位墙面重力荷载为 0.34kN/ 全玻璃门单位面积重力荷载为0.45kN/；塑钢窗单位面积重力荷载取0.4kN/。 4.重力荷载代表值顶层重力荷载代表值G5=（4.71+0.65/2）×19.2×48.6+2182.678+635.25/2+4.44×3.3&

9、#215;（19.2+48.6）×2/2+0.34×3.3×（48.6×2+8.1×12）/2=8301.03 kN第四层重力荷载代表值G4=（3.05+2.0/2）×19.2×48.6+2182.678+635.25+4.44×3.3×（19.2+48.6）×2+0.34×3.3×（48.6×2+8.1×12）=8801.99 kN第三层重力荷载代表值G3=（3.05+2.0/2）×19.2×48.6+2182.678+635.25+

10、4.44×3.3×（19.2+48.6）×2+0.34×3.3×（48.6×2+8.1×12）=8801.99 kN第二层重力荷载代表值G2=（3.05+3.5/2）×19.2×48.6+2180.431+（635.25+997.92）/2+4.44×3.6×（19.2+48.6）×2+0.34×3.6×（48.6+19.2×5）=9820.41kN第一层重力荷载代表值G1=（3.05+3.5/2）×19.2×48.6+218

11、0.431+（1261.26+997.92）/2+4.44×4.55×（19.2+48.6）×2+0.34×4.55×（48.6+19.2×5）=10752.08kN钢筋混凝土框架结构初步估算T1=（0.080.1）×5=（0.40.5）s。1.3 框架侧移刚度计算1. 横向框架侧移刚度计算横梁线刚度ib计算过程见表3；柱线刚度ic计算过程见表4。表3 横梁线刚度ib计算表类别层次Ec/（N/ mm2）b×h/mm×mmI0/ mm4l/mmEcI0/l/N·mm1.5EcI0/l/N·

12、;mm2EcI0/l/N·mm边横梁1、23.15×104350×70010.004×10960005.252×10107.878×101010.504×1010353.0×104350×70010.004×1095.002×10107.503×101010.004×1010中横梁1、23.15×104350×70010.004×10972004.377×10106.565×10108.750×101035

13、3.0×104350×70010.004×1094.168×10106.252×10108.337×1010表4 柱线刚度ic计算表层次hc/mmEc/（N/ mm2）b×h/mm×mmIc/ mm4EcIc/ hc /N·mm145503.15×104600×6001.080×10107.477×1010236003.15×104600×6001.080×10109.450×10103533003.0×104500

14、×5005.208×1094.735×1010根据梁柱线刚度比的不同，平面布置图中的柱可分为中框架中柱和边柱、边框架中柱和边柱以及楼、电梯间柱等。现以第2层中框架中柱的侧移刚度计算为例，说明计算过程，其余柱的计算过程从略，计算结果分别见表57。第二层中框架中柱及其相连的梁的相对线刚度如图所示，图中数据取自表3和表4。因此，梁柱线刚度比为=2.037c=0.505则D=0.505××1010=44161N/mm表5 中框架柱侧移刚度D值（N/mm）层次边柱中柱DicDi1根数cDi2根数11.4050.5592424682.5750.672291

15、30019396821.1120.3573125882.0370.50544161025006432.1660.5202712583.9700.6653469784945764、52.1130.5142680483.8730.659344108489712表6 边框架柱侧移刚度D值（N/mm）层次边柱中柱DicDi1根数cDi2根数11.0540.5092205041.9320.6182680508820020.8340.2942574241.5280.43337902010296831.6240.4482338342.9780.5983121221559564、51.5850.4422306

16、542.9050.592309012154062表7 楼、电梯间框架柱侧移刚度D值（N/mm）层次中框架边柱中柱Di中框架边框架cDi1根数cDi2根数cDi3根数10.7020.4451928421.5800.5812518311.6390.5882547544067152.2830.6502816111.2880.5442356711.9900.62427048720.5560.2171902721.2500.3853366221.2970.3933441945752381.8060.47541523831.0830.3511832622.8870.5913082422.5270.5582

17、912321565464、51.0560.3461803422.8170.5853051322.4650.552288042154702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Di，见表8。表8 横向框架层间侧移刚度（N/mm）层次12345Di688883928270807078798476798476由表8可见，D1/D2=688883/928270=0.742>0.7，故该框架为规则框架。2. 纵向框架侧移刚度计算纵向框架侧移刚度计算方法与横向框架相同。柱在纵向的侧移刚度除与柱纵向的截面特性有关外，还与纵梁的线刚度有关。纵梁线刚度ib的计算过程见表9。在该题

18、中，纵、横向柱线刚度相同，见表4。表9 纵梁线刚度ib计算表类别层次Ec/（N/ mm2）b×h/mm×mmI0/ mm4l/mmEcI0/l/N·mm1.5EcI0/l/N·mm2EcI0/l/N·mm纵梁1、23.15×104350×70010.004×10981003.891×10105.836×10107.781×1010353.0×104350×70010.004×1093.705×10105.558×10107.410

19、15;1010纵向框架柱亦可分为中框架中柱和边柱、边框架中柱和边柱等，其侧移刚度值分别见表10和11。纵向框架各层层间侧移刚度值见表12。表10 纵向中框架柱侧移刚度D值（N/mm）层次边柱中柱DicDi1根数cDi2根数11.0410.5072196022.0810.63227411620838620.8230.2922551821.6470.45239512628810831.6040.4452322323.2080.6163214062392864、51.5650.4392290423.1300.610318346236812表11 纵向边框架柱侧移刚度D值（N/mm）层次边柱中柱Dic

20、Di1根数cDi2根数10.7810.4611995931.5610.57925084723546520.6180.2362064431.2350.38233406729577431.2030.3761959832.4060.5462849472582524、51.1740.3701929732.3480.540281747255109表12 纵向楼、电梯间框架柱侧移刚度D值（N/mm）层次中框架Di边柱中柱cDi1根数cDi2根数10.7810.4611995921.8210.60726327414522620.6180.2362064421.4410.41936642418785631.2

21、030.3761959822.8070.5843046941610724、51.1740.3701929722.7390.578301554159214层次边框架Di边柱中柱cDi3根数cDi4根数10.5200.4051754611.3010.5462364538848120.4120.1711493811.0290.34029731310413130.8020.2861493612.0050.501261233933054、50.7820.2811467311.9560.49425800392073表13 纵向框架层间侧移刚度（N/mm）层次12345Di67755887586975191

22、5743208743208由表13可见，D1/D2 =677558/875869=0.774>0.7，所以该框架为纵向规则框架。1.4 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算1. 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过程见表14。表14 结构顶点的假想侧移计算层次Gi/kNVGi/kNDi /(N/mm)ui/mmui/mm58301.038301.0379847610.4169.848801.9917103.0279847621.4159.438801.9925905.0180707832.1138.129820.4135725

23、.4292827038.5106.0110752.0846477.5068888367.567.5uT的量纲为m，取T=0.65，则 T1=1.7×0.65×=0.46sT1在0.40.5s范围内，符合要求。（2） 水平地震作用及楼层地震剪力计算。该建筑结构高度不超过40m，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。结构总水平地震作用标准值为Geq=0.85Gi =0.85×（10752.08+9820.41+8801.99×2+8301.03）=39505.88kN场地类别为类，设计地震分组为第一组，故Tg =0

24、.45s，多遇地震时设防烈度为7度的max =0.08，则1=（Tg/T1）0.9max=（0.45/0.46）0.9×0.08=0.079FEk=1 Geq =0.079×39505.88=3127.1kN因T1=0.46s<1.4 Tg =1.4×0.45=0.63s，则n=0，各质点的水平地震作用具体计算过程见表15，各楼层地震剪力计算结果列入表15。表15 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次Hi/mGi/kNGi Hi /kN·mGi Hi /（Gj Hj）Fi/kNVi/kN518.058301.03149833.590.29

25、4919.8919.8414.758801.99129829.350.255797.01716.8311.458801.99100782.790.198618.72335.528.159820.4180036.340.157491.32826.814.5510752.0848921.960.096300.33127.1各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布如图所示。（3） 水平地震作用下的位移验算。水平地震作用下框架结构的层间位移ui和顶点位移ui计算过程见表16。表中还计算了各层的层间弹性位移角e=ui /hi。表16 横向水平地震作用下的位移验算层次Vi/kNDi/(N/mm)u

26、i/mmui/mmhi/mme=ui /hi5919.87984761.1513.7733001/287041716.87984762.1512.6233001/153532335.58070782.8910.4733001/114222826.89282703.057.5936001/118013127.16888834.544.5445501/1002由表16可见，最大层间弹性位移角发生在第1层，其值为1/1002<1/550，满足要求。（4） 水平地震作用下框架内力计算。以平面布置图中轴线横向框架内力计算为例，说明计算方法，其余框架内力计算从略。框架柱端剪力及弯矩公式中，Dij取自

27、表5和表7，Dij取自表8，层间剪力取自表15。各柱反弯点高度比y由式y=yn+y1+y2+y3确定，其中yn由表2.4查得。本题中底层柱需考虑修正值y2，第2层柱需考虑修正值y2和y3，第3层柱需考虑修正值y1和y3，其余柱均无修正。具体计算过程及结果见表17。表17 各层柱端弯矩及剪力计算层次hi/mVi/kNDij/(N/mm)边柱中柱Di1Vi1yMMDi2Vi2yMM53.3919.87984762680430.882.1130.4141.3460.573441039.643.8730.4558.8771.9543.31716.87984762680457.632.1130.4686

28、.66103.523441073.983.8730.50122.07122.0733.32335.58070782712578.492.1660.50129.51129.5134697100.413.9700.50165.68165.6823.62826.89282703125895.191.1120.50171.34171.3441523126.451.8060.50227.61227.6114.553127.168888324246110.061.4050.65325.50175.2727048122.781.9900.65363.12195.53注：表中M量纲为kN·m，V量纲

29、为kN。梁端弯矩、剪力及柱轴力计算过程见表18，其中梁线刚度取自表3。表18 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁中横梁柱轴力MMlVbMMlVb边柱N中柱N560.5739.246.016.6432.7132.717.29.0916.6423.624144.8698.696.040.5982.2582.257.222.8557.2341.363216.17156.956.062.19130.80130.807.236.33119.4267.222300.85242.026.090.48151.27151.277.242.02209.90115.681346.61298.686.0107.551

30、24.46124.467.234.57317.45188.66注：1）柱轴力中的负号表示拉力。当为左地震作用时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。 2）表中M单位为kN·m，V单位为kN，N单位为kN，l单位为m。水平地震作用下框架的弯矩图、梁端剪力图及柱轴力图如图所示。1. 横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算。（1） 风荷载标准值。基本风压w0=0.40kN/，由荷载规范查得s=0.8（迎风面）和s=0.5（背风面）。C类地区，H/B=18.05/48.6=0.371，取z=1。仍取平面布置图中轴线横向框架，其负载宽度为8.1m，则沿房屋高度的分布风荷载标准值 q（z）

31、=8.1×0.40sz=3.24sz根据各楼层标高处的高度Hi查取z，代入上式可得各楼层标高处的q（z），见表19；q（z）沿房屋高度的分布如下图所示。表19 沿房屋高度分布风荷载标准值层次Hi/mzq1（z）/(kN/m)q2（z）/(kN/m)518.050.8012.0761.298414.750.741.9181.199311.450.741.9181.19928.150.741.9181.19914.550.6731.7441.090荷载规范规定，对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋结构，应采用风振系数z来考虑风压脉动的影响。本题房屋高度H=18.05m<30m

32、，H/B=18.05/19.2=0.941.5。因此，该房屋不用考虑风压脉动的影响。框架结构分析时，应按静力等效原理将分布风荷载转化为节点集中荷载。例如，第4层的集中荷载F4的计算过程如下：F4=（1.918+1.199）×3.3+（2.0761.918+1.2981.199）×3.3××=10.43kN。（2） 风荷载作用下的水平位移验算。根据等效节点集中风荷载，计算层间剪力Vi，然后依据表5和表7求出轴线框架的层间侧移刚度，再计算各层的相对侧移和绝对侧移。计算过程见表20。表20 风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算层次12345Fi/kN11.721

33、0.5810.2910.435.43Vi/kN48.4536.7326.1515.865.43D/(N/mm)102588145562123644122428122428ui/mm0.470.250.210.130.04ui/mm0.470.720.931.061.10ui/ hi1/96811/144001/157141/253851/82500由表20可见，风荷载作用下框架的最大层间位移角为1/9681，远小于1/550，满足规范要求。（3） 风荷载作用下框架结构内力计算。风荷载作用下框架结构内力计算过程与水平地震作用下的相同。表21 风荷载作用下各层柱端弯矩及剪力计算层次hi/mVi/k

34、ND/(N/mm)边柱中柱Di1Vi1yMMDi2Vi2yMM53.35.43122428268041.192.1130.411.592.33344101.533.8730.452.272.7743.315.86122428268043.472.1130.455.166.30344104.463.8730.497.217.5033.326.15123644271255.742.1660.509.479.47346977.343.9700.5012.1112.1123.636.73145562312587.891.1120.5014.2014.204152310.481.8060.5018.86

35、18.8614.5548.451025882424611.451.4050.6131.7820.322704812.771.9900.5531.9726.16注：表中M量纲为kN·m，V量纲为kN。梁端弯矩、剪力及柱轴力计算过程见表18，其中梁线刚度取自表3。表22 风荷载作用下梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁中横梁柱轴力MMlVbMMlVb边柱N中柱N52.331.516.00.641.261.267.20.350.640.2947.895.336.02.204.444.447.21.232.841.26314.6310.546.04.208.788.787.22.447.043

36、.02223.6719.066.07.1211.9111.917.23.3114.166.83134.5231.786.011.0513.2413.247.23.6825.2114.20注：1）柱轴力中的负号表示拉力。当为左地震作用时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。 2）表中M单位为kN·m，V单位为kN，N单位为kN，l单位为m。平面布置图中轴线横向框架在风荷载作用下的弯矩、梁端剪力及柱轴力如下图所示。1.5 竖向荷载作用下框架结构的内力计算1. 横向框架内力计算（1）计算单元。取轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为8.1m，如图所示。由于房间内布置有次梁，故直接传给该

37、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梁以集中力的形式传给横向框架，作用于各节点上。（2）荷载计算。1）恒载计算。如上图所示，q1、q代表横梁自重，为均布荷载形式。对于第5层q1= q=6.431kN/mq2和q分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载，从图中几何关系可得q2=4.71×4.05=19.0755 kN/m q=4.71×7.2=33.912 kN/mP1、P2分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载，它包括梁自重、楼板重和女儿墙等重力荷载，计算如下：P1=（4.05×2.025×）&#

38、215;2+×2.025 ×4.71+6.431×8.1+2.625×+4.44×1.2×8.1=179.66 kNP2=（4.05×2.025×）×2+×2.025+×3.6×2 ×4.71+6.431×8.1+2.625×=212.81 kN对3、4层，q1包括梁自重和其上横墙自重，为均布荷载。其它荷载计算方法同第5层，结果为q1=6.431+（3.30.7）×0.34=7.315kN/m q=6.431 kN/mq2=3.05&#

39、215;4.05=12.3525 kN/m q=3.05×7.2=21.96kN/mP1=（4.05×2.025×）×2+×2.025 ×3.05+6.431×8.1+2.625×+4.44×（7.6×2.63.55×1.2×2）+0.4×3.55×1.2×2=162.84kNP2=（4.05×2.025×）×2+×2.025+×3.6×2 ×3.05+6.431×8

40、.1+2.625×+0.34×2.6×（8.10.5）=165.66kN如图上图所示，对第2层q1=6.431+（3.60.7）×0.34=7.417kN/m q=6.431kN/mq2=3.05×6=18.3 kN/m q3=3.05×2.1=6.405kN/m q4=3.05×5.1=15.555kN/mP1=×3×2×3.05+6.431×8.1+4.44×（7.5×2.93.55×1.2×2）+0.4×3.55×1.2

41、×2=160.91kNP2=（×3×2+×1.05×2）×3.05+6.431×8.1=121.33kNP3=（×2.55×2+×1.05×2）×3.05+3.544×8.1+0.34×3.15×（8.10.6）=102.48kNP4=（×3×2+×2.55×2）×3.05+6.431×8.1=141.92kN对第1层门洞尺寸为3000mm×2500mm。窗为塑钢窗，洞口尺寸为

42、3550mm×1200mm。全玻璃门单位面积重力荷载为0.45kN/；塑钢窗单位面积重力荷载取0.4kN/。q1=6.431+（4.20.7）×0.34=7.621kN/m q=6.431kN/mq2=3.05×6=18.3 kN/m q3=3.05×2.1=6.405kN/m q4=3.05×5.1=15.555kN/mP1=×3×2×3.05+6.431×8.1+4.44×（7.5×3.53×2.5×2）+0.45×3×2.5×2=

43、155.46kNP2=（×3×2+×1.05×2）×3.05+6.431×8.1=121.33kNP3=（×2.55×2+×1.05×2）×3.05+3.544×8.1+0.34×3.75×（8.10.6）=104.01kNP4=（×3×2+×2.55×2）×3.05+6.431×8.1=141.92kN2）活荷载计算。活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如下图所示。对于第5层q2=4.05×2=8.1 kN/m q=7.2×2=14.4 kN/mP1=（4.05×2.025×）×2+×2.02