【《某高校1号办公楼结构内力计算过程案例》5700字】

某高校1号办公楼结构内力计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u6682第1章建筑设计说明 2111161.1概述 2146311.1.1建筑设计的目的 2201821.1.2方案选择 213701.2平面设计 278141.2.1建筑平面组合设计 3293181.2.2使用房间的设计 3222531.2.3交通联系的设计 329951.3剖面设计 3322261.4立面设计 347421.5建筑构造设计 4319891.5.1墙体 4181191.5.2屋面 418901.5.3门窗 4325261.5.4散水 4288051.5.5建筑细部构造做法 417376第2章设计资料 6325082.1工程概况 6268282.2地质条件 6271052.3气象资料 7151682.4设防标准 7227172.5材料的选取 723850第5章内力计算 8174413.1竖向荷载下的框架内力计算 8209143.1.1框架梁等效均布荷载计算 8174223.1.2恒荷载标准值作用下的框架内力计算 10134383.1.3活荷载标准值作用下的框架内力计算 196563.2水平地震作用下的框架内力计算 2462453.2.1水平地震作用下的框架内力计算 24317993.2.2风荷载作用下的框架内力计算 31第1章建筑设计说明1.1概述1.1.1建筑设计的目的武汉市新洲区某高校因教学的发展，师资力量不断增强，但该校现有的办公楼不能满足目前的需求，为了让高校适应现代教育教学的发展趋势，满足该校的的整体规划，改善学校行政机关和教职工的办公条件，需要拟新建一栋办公楼。1.1.2方案选择本工程采用现浇钢筋混凝土框架结构。框架结构的主要优点是：其布置灵活，且不靠墙体承重，使用比较方便，可以通过合理的布置来获得会议室、餐厅、办公室等比较大的使用空间。框架结构有抗侧刚度小、侧移大、抗震和抗风能力比较差以及对支座不均匀沉降比较敏感等缺点，所以框架结构体系适合高度一般不超过15层。本设计的目标建筑物层数为5层，故建筑物高度适宜采用框架结构。1.2平面设计本工程为武汉市新洲区某高校1号办公楼，平面布置采用“一”字形布局，主要满足学校行政机关和教职工的日常办公需要，主要布置有普通办公室、会议室资料室和档案室等。1.2.1建筑平面组合设计需要在不影响安全保卫工作的前提下使办公楼建筑内外联系方便，合理地布置各个房间。本设计的布局为内廊式布局，该布局的主要优点是走道所占的面积比相对较小，比外廊式布局利用大。1.2.2使用房间的设计将普通办公室尽量布置在走廊南侧，卫生间、楼梯、资料室和档案室等设置在走廊北侧。本设计为高校办公楼设计，公共用房包括会议室和公用卫生间等。考虑到柱网布置的要求，将普通办公室、卫生间、档案室和资料室的开间取为3.9m，进深为6.9m；大办公室和会议室的开间取为7.8m，进深为6.9m；中间走廊的宽度为2.7m。卫生间距最远的房间小于50m，满足要求。1.2.3交通联系的设计水平交通联系部分在本设计主要指走廊和门厅，根据轴网的布置和柱子的截面尺寸，走廊的净宽为2.2米，满足了办公楼走廊净宽的要求。楼梯和电梯厅应该与门厅相近，并且满足防火疏散的要求。1.3剖面设计因为需要充分反映处建筑物在垂直方向上各部分的组合关系，所以要进行剖面设计，剖面设计的主要任务是确定建筑物各部分的高度，建筑物的层数以及建筑物在空间上的组合和应用，表明建筑剖面的结构构造关系等。在本设计中的剖切位在左侧的楼梯间。1.4立面设计建筑物四周的外观是靠立面图所反映的，在满足建筑物的安全性、适用性和经济性的前提下，运用建筑选型和立面构图等规律，紧密地结合平面、剖面的内部空间组合来进行立面设。1.5建筑构造设计1.5.1墙体本工程所采用的是框架结构，墙体全部为填充墙，属于非承重的构件，仅起到维护和隔开的作用，外墙的厚度为250mm，内墙和女儿墙的厚度为200mm。在屋顶的女儿墙和走道的栏杆每间隔一定的距离设置了构造柱。1.5.2屋面本工程采用的是上人的卷材涂膜防水屋面，防水等级为=2\*ROMANII级，排水形式采用有组织排水。屋面分水线的位置在坡度的中间，小屋面部分为单坡排水。为了防止水泥砂浆找平层开裂，设置了分隔缝，缝宽为20mm。上人楼梯为左侧的紧挨电梯厅的楼梯，这样可以和电梯的防冲顶高度一起考虑设计，方便施工。1.5.3门窗在本次设计中，普通办公室、大办公室、会议室、档案室和资料室等房间的窗均采用铝合金平推窗，窗高均取为2100mm，宽度取为2100mm。卫生间的窗高均取为1500mm，宽度取为1500mm。在对门窗生产加工之前，应该对门窗洞口进行实测，安装门窗时要严格按照平面图和立面图来进行。1.5.4散水散水的向外坡度为3%～5%，宽度为800mm，纵向每个6m设置一道伸缩缝，外墙与散水之间设20mm宽缝，并用沥青沙子嵌缝。1.5.5建筑细部构造做法1.外墙：采用一般抹灰外墙面。2.内墙：采用抹灰刷涂料内墙面。3.楼面：水磨石楼面。4.地面：采用水磨石地面。5.踢脚：采用水磨石踢脚。6.顶棚：采用抹灰刮腻子顶棚。7.台阶：现制水磨石台阶。8.散水：混凝土散水，宽800。9.屋面：卷材涂膜防水屋面（铺块材保护层、屋7）。

第2章设计资料2.1工程概况1.工程名称：武汉市新洲区某高校1号办公楼设计2.建设地点：武汉市新洲区3.设计信息：建筑共高度为19.5m，共5层，每层层高为3.90m，室内外高差为0.45m。结构平面布置采用“一”字形，取其=7\*GB3⑦轴上的一榀框架进行计算，结构平面布置如图2.1。图2.1结构平面布置图2.2地质条件场地地形平坦，地貌单一，场地土层为三层：第一层为人工填土，重度γ1=17.5kN/m3，厚度0.3m；第二层为耕植土，重度γ2=16.8kN/m3，厚度0.3m；第三层为为黏粒含量小于10%的粉土，重度γ3=20kN/m3，承载力特征值为240kPa。场地地下水：地下水稳定水位在-5m。土质对混凝土无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性。场地土属中软场地土，场地类别为II类。场地无液化，无不良地质作用。2.3气象资料武汉市气候类型为亚热带季风气候，年平均降水量1300mm；年均气温15.8℃～17.5℃，年无霜期一般为211天～272天；年日照总时数：1810小时～2100小时。基本风压为0.35kN/m2（n=50），基本雪压为0.5kN/m2（n=50）。2.4设防标准抗震等级为三级，抗震设防烈度为7度，地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.10g。防水等级为II级，耐火等级为二级，环境类别为一类，设计使用年限为50年。2.5材料的选取混凝土：采用C40。钢筋：采用热轧钢筋HRB400和热轧钢筋HPB300。墙体：外墙体采用蒸压加气混凝土砌块，其尺寸为250mm×250mm×600mm；外墙体和女儿墙采用蒸压加气混凝土砌块，其尺寸为200mm×250mm×600mm。窗：钢塑窗。门：外门用钢塑门；内门用木门。

第5章内力计算本设计中，框架结构的内力计算包括竖向荷载（恒荷载、活荷载）的内力计算和水平荷载（风荷载和水平地震作用）的内力计算。3.1竖向荷载下的框架内力计算本设计采用弯矩二次分配法计算竖向荷载下的框架内力。3.1.1框架梁等效均布荷载计算按照梁端弯矩相等的原则，将作用在梁上的梯形或三角形分布荷载等为效均布荷载（如图3.1）。（a）图为三角形分布荷载（b）图为梯形分布荷载图3.1分布荷载转化等效均布荷载其中将等效均布荷载与原均布荷载进行叠加，计算结果如图3.2和图3.3。图3.2恒荷载作用下框架梁等效均布荷载计算简图（单位：kN）

图3.3活荷载作用下框架梁等效均布荷载计算简图（单位：kN）3.1.2恒荷载标准值作用下的框架内力计算框架梁固端弯矩及节点弯矩分配系数和分配过程如图3.4所示。根据梁端弯矩与荷载的实际作用情况，由静力平衡条件并按式（5-1）求得梁跨中弯矩：(5-1)对于梯形分布荷载：(5-2)对于三角形分布荷载：(5-3)恒荷载标准值作用下框架梁跨中弯矩计算结果见表3.1。

表3.1恒荷载标准值作用下框架梁跨中弯矩计算（单位：kN·m）对梁端弯矩进行调幅，本设计调幅系数取为0.85。竖向荷载作用下的梁端弯矩调幅如图3.5所示，调幅后梁的跨中弯矩计算公式为：(5-4)图3.5竖向荷载作用下梁端弯矩调幅调幅后计算结果见表3.2，恒荷载标准值作用下框架弯矩图如图3.7所示

剪力计算公式为：（5-5）（5-6）恒荷载标准值作用下框架梁端剪力计算见表3.3，框架梁剪力图如图3.8所示。表3.3恒荷载标准值作用下框架梁端剪力计算（单位：kN）层次荷载引起的剪力弯矩引起的剪力剪力标准值AB跨BC跨AB跨VAVB左VB右VC左VAVB左VAVB左VB右VC左556.64-56.6411.14-11.14-2.01-2.0154.53-58.5511.14-11.14463.64-63.648.85-8.85-0.78-0.7862.86-64.428.85-8.85363.64-63.648.85-8.85-1.08-1.0862.59-64.728.85-8.85263.64-63.648.85-8.85-0.91-0.9162.73-64.558.85-8.85163.64-63.648.85-8.85-1.30-1.3062.34-64.948.85-8.85注1：弯矩在各层BC跨引起剪力VB右=VC左=0；注2：CD跨与AB跨是对称的，弯矩图是对称。计算轴力时（图3.6），按式（5-5）计算：（5-5）图3.6轴力的计算简图恒荷载标准值作用下框架柱轴力计算结果见表3.4，框架柱轴力图如图3.9所示。

表3.4恒荷载标准值作用下框架柱轴力计算（单位：kN）层次截面eq\o\ac(○,A)轴柱eq\o\ac(○,B)轴柱eq\o\ac(○,C)轴柱eq\o\ac(○,D)轴柱自重轴力自重轴力自重轴力自重轴力5顶23.66210.0923.66236.6423.66236.6423.66210.09底233.75262.30262.30233.754顶23.66462.9523.66511.2523.66511.2523.66462.95底488.61536.91536.91488.613顶23.66713.5323.66786.1623.66786.1623.66713.53底741.19811.82811.82741.192顶23.66968.2623.661060.9023.661060.9023.66968.26底993.921086.561086.56993.921顶23.661220.6023.661336.0323.661336.0323.661220.60底1252.511367.941367.941252.51

图3.7恒荷载标准值作用下框架弯矩图（单位：kN·m）

图3.8恒荷载标准值作用下框架梁剪力图（单位：kN）

图3.9恒荷载标准值作用下框架柱轴力图（单位：kN）

3.1.3活荷载标准值作用下的框架内力计算本设计中，活荷载作用下的内力计算采用力学求解器，且不考虑附加弯矩的影响，但需考虑跨中弯矩的调整。本设计采用满布荷载法，梁端弯矩调幅系数取为0.85，跨中弯矩调整系数取为1.2。经电算，弯矩调整前的框架梁弯矩如图3.10所示，框架弯矩图如图3.11所示，活荷载标准值作用下框架梁端剪力计算见表3.5，框架梁剪力图如图3.12所示，框架柱轴力图如图3.13所示。表3.5或荷载标准值作用下框架梁端剪力计算（单位：kN）层次荷载引起的剪力弯矩引起的剪力剪力标准值AB跨BC跨AB跨VAVB左VB右VC左VAVB左VAVB左VB右VC左516.66-16.662.28-2.28-0.54-0.5416.12-17.202.28-2.28416.66-16.662.85-2.85-0.16-0.1616.50-16.822.85-2.85316.66-16.662.85-2.85-0.26-0.2616.40-16.922.85-2.85216.66-16.662.85-2.85-0.21-0.2116.45-16.872.85-2.85116.66-16.662.85-2.85-0.58-0.5816.08-17.242.85-2.85注1：弯矩在各层BC跨引起剪力VB右=VC左=0；注2：考虑到CD跨与AB跨是对称的，弯矩图是对称的，为简便计算，本设计只计算了AB跨。

图3.10（弯矩调整前的）活荷载标准值作用下框架弯矩图（单位：kN·m）

图3.11（弯矩调整后的）活荷载标准值作用下框架弯矩图（单位：kN·m）

图3.12活荷载标准值作用下框架梁剪力图（单位：kN）

图3.13活荷载标准值作用下框架柱轴力图（单位：kN）

3.2水平地震作用下的框架内力计算本设计采用D值法计算水平荷载下的框架内力。3.2.1水平地震作用下的框架内力计算1.框架柱端剪力按式（5-8）计算：（5-8）2.反弯点高度y按式（5-9）计算：（11-9）3.柱端弯矩由柱剪力Vij和反弯点高度y按式（5-10）计算（图3.14）：上端（5-10a）下端（5-10b）4.梁端弯矩按式（5-11）计算（图3.15）：（5-11a）（5-11a）3.梁端剪力按式（3.12）计算（图3.16）：（3.12）

图3.14柱剪力Vij与反弯点高度y图3.15梁端弯矩图3.16梁两端弯矩计算图图3.17边柱轴力及中柱轴力计算图6.如图3.17所示，底层柱轴力为：边柱（5-11a）中柱（5-11a）框架柱反弯点位置计算结果见表3.5，水平地震（左向）作用下的框架柱端弯矩计算结果见表3.6，框架梁端弯矩计算结果见表3.7，框架梁端剪力计算结果见表3.8，框架柱端剪力计算结果见表3.9，框架梁柱弯矩、梁端剪力及柱轴力分别表示于图3.18和图3.19。

表3.5aeq\o\ac(○,A)～eq\o\ac(○,D)框架柱反弯点位置计算层数hi(m)EQ\*jc2\*hps10\o\ad(\s\up9(___),K)y0y1y2y3yy·h(m)53.900.980.350000.3501.3643.900.980.400000.4001.5633.900.980.450000.4501.7623.900.980.5000-0.0110.4891.9114.851.210.630000.6303.01表3.5beq\o\ac(○,B)～eq\o\ac(○,C)框架柱反弯点位置计算层数hi(m)EQ\*jc2\*hps10\o\ad(\s\up9(___),K)y0y1y2y3yy·h(m)53.901.710.3850000.3851.5043.901.710.4360000.4361.7033.901.710.4860000.4861.9023.901.710.50000-0.0030.4971.9414.852.130.5500000.5502.67表11.6a水平地震（左向）作用下框架柱端弯矩计算层次hi(m)层间剪力Vi(kN)层间刚度eq\o\ac(○,A)轴柱（边柱）DijVij(kN)EQ\*jc2\*hps10\o\ad(\s\up9(___),K)y·h(m)(kN·m)(kN·m)53.90422.224149921129911.500.981.3629.2113.6443.90823.914149921129922.430.981.5652.4934.9933.901130.914149921129930.770.981.7663.8554.1623.901342.894149921129936.560.981.9172.7569.8314.851466.04325460943642.501.213.0178.20127.92表11.6b水平地震（左向）作用下框架柱端弯矩计算层次hi(m)层间剪力Vi(kN)层间刚度eq\o\ac(○,B)轴柱（中柱）DijVij(kN)EQ\*jc2\*hps10\o\ad(\s\up9(___),K)y·h(m)(kN·m)(kN·m)53.90422.224149921575116.021.711.5038.4524.0343.90823.914149921575131.271.711.7068.7953.1633.901130.914149921575142.901.711.9083.8081.5123.901342.894149921575150.971.711.9499.9098.8814.851466.043254601139551.332.132.67111.83137.05注1：eq\o\ac(○,D)轴柱计算同eq\o\ac(○,A)轴柱；eq\o\ac(○,C)轴柱计算同eq\o\ac(○,B)轴柱。

表3.7水平地震（左向）作用下框架梁端弯矩计算（单位：kN·m）层次AB梁左端BC梁右端BC梁左端529.2113.6429.2138.4524.0321.9138.4524.0316.54452.4934.9968.1368.7953.1652.9068.7953.1639.92363.8554.16100.8483.8081.5179.1983.8081.5159.77272.7569.83126.9199.9098.88103.3899.9098.8878.03178.20127.92148.03111.83137.05120.08111.83137.0590.63注1：本设计中各层KAB均等于4.24×104kN·m，KBC均等于4.24×104kN·m；注2：eq\o\ac(○,D)轴柱计算同eq\o\ac(○,A)轴柱；eq\o\ac(○,C)轴柱计算同eq\o\ac(○,B)轴柱。表3.8水平地震（左向）作用下框架梁端剪力计算层次AB梁BC梁(kN·m)(kN·m)l(m)VAB(kN)(kN·m)(kN·m)l(m)VBC(kN)529.2121.916.907.4116.5416.542.707.41468.1352.906.9017.5439.9239.922.7017.543100.8479.196.9026.0959.7759.772.7026.092126.91103.386.9033.3878.0378.032.7033.381148.03120.086.9038.8690.6390.632.7038.86注1：CD梁的剪力与AB梁的剪力是反对称的，为了方便计算，此处只计算了AB梁。表3.9水平地震（左向）作用下框架柱端轴力计算层次VAB(kN)VBC(kN)VCD(kN)NA(kN)NB(kN)NC(kN)ND(kN)5-7.41-12.25-7.41-7.14-4.844.847.144-17.54-29.57-17.54-24.95-16.8716.8724.953-26.09-44.27-26.09-51.04-33.0533.0551.042-33.38-57.80-33.38-84.42-59.4759.4784.421-38.86-67.13-38.86-123.28-87.7487.74123.28

图3.18水平地震（左向）作用下框架梁柱弯矩图（单位：kN·m）

图3.19水平地震（左向）作用下框架梁剪力及柱轴力图（单位：kN）

3.2.2风荷载作用下的框架内力计算在进行风载作用下的各柱剪力分配时，取=7\*GB3⑦榀框架，按受风面积得到的等效集中力计算每层的层间剪力Vi，在该榀框架所有柱中按抗侧刚度进行分配。计算原理同3.2.1节。风荷载（左向）作用下框架内力计算结果见表3.10~表3.13和图3.20及图3.21。表3.10a风荷载（左向）作用下框架柱端弯矩计算层次hi(m)层间剪力Vi(kN)层间刚度eq\o\ac(○,A)轴柱（边柱）DijVij(kN)EQ\*jc2\*hps10\o\ad(\s\up9(___),K)y·h(m)(kN·m)(kN·m)53.9013.3054100112993.200.981.367.364.3543.9031.3654100112996.550.981.5613.3310.2233.9046.0354100112999.610.981.7620.5616.9123.9059.87541001129912.500.981.9124.8823.8814.8574.5141662943616.881.213.0131.0650.81表3.10b风荷载（左向）作用下框架柱端弯矩计算层次hi(m)层间剪力Vi(kN)层间刚度eq\o\ac(○,B)轴柱（中柱）DijVij(kN)EQ\*jc2\*hps10\o\ad(\s\up9(___),K)y·h(m)(kN·m)(kN·m)53.9013.3054100157514.451.711.5010.686.6843.9031.3654100157519.131.711.7021.0913.5233.9046.03541001575113.401.711.9026.8023.4623.9059.87541001575117.431.711.9438.1733.8114.8574.51416621139520.382.132.6744.4354.41注1：eq\o\ac(○,