【《武汉新洲区某高校1号办公楼设计》27000字】

武汉新洲区某高校1号办公楼设计摘要 摘要本设计主要包括了建筑设计和结构设计两部分。贯彻着“安全、适用、经济和美观”的设计原则来进行设计。本办公楼层数为五层，采用框架结构，并设计成内廊式，整个建筑平面设计成“一”字形，能够满足了高校行政机关和教职工的日常办公活动的需求。本设计选取了一榀对称的横向三跨框架作为计算单元，采用了以手算为主，电算为辅的计算方式对其构件进行设计。在设计的过程中，考虑的荷载作用方向有竖直方向和水平方向。为了简化计算，水平方向的荷载只考虑了横向荷载，并未考虑纵向荷载。水平地震作用采用底部剪力法进行计算，受力情况可以近似地看作倒三角形分布；而风荷载则是按照该榀框架地受风面积来进行计算，受力情况可以近似看作为均与分布。恒荷载作用下的内力计算采用了弯矩二次分配法，活荷载作用下的内力计算利用了力学求解器来求解，竖向荷载作用下的对梁端弯矩进行了调幅，在进行活荷载的内力计算对梁的跨中弯矩值进行了放大。利用D值法来计算水平荷载作用下的框架内力。侧向位移在水平地震作用下明显大于水平风荷载作用下，故在本设计中，只对水平地震作用产生侧移进行了验算。在完成内力计算后进行内力组合，找出最不利的组合来对框架进行设计。对板、楼梯和基础也进行了设计。在整个设计过程都严格遵循相关的规范，并对设计的各个环节都进行了综合的考虑。关键词：框架结构、办公楼、建筑设计、结构设计

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3章结构选型、构件截面尺寸估算和计算简图3.1结构选型整体采用现浇钢筋混凝土框架结构体系。屋面结构全部采用现浇钢筋混凝土肋形屋盖，卷材防水；楼面结构全部采用现浇钢筋混凝土肋形楼盖。楼梯结构采用钢筋混凝土板式楼梯。3.2构件截面尺寸估算3.2.1框架梁本设计框架梁截面尺寸可按式（3-1）和式（3-2）来估算：（3-1）（3-2）框架梁KL-1：故取hb=700mm。故取bb=300mm。框架梁KL-1截面尺寸取为bb×hb=300mm×700mm。框架梁KL-2：故取hb=650mm。故取bb=250mm。框架梁KL-2截面尺寸取为bb×hb=250mm×650mm。框架梁KL-3的跨度较小，故此处的截面尺寸取为bb×hb=250mm×650mm。框架梁的高度和宽度均满足要求。3.2.2框架柱框架柱的截面尺寸按式（3-3）来估算：（3-3）（3-4）本框架结构抗震设防烈度为7度，建筑高度19.95m＜30m，因此为三级抗震等级，根据混凝土规范查得，轴压比限制μ=0.85。采用C40混凝土，fc=19.1N/mm2。角柱：S=3.45m×3.9m=13.455m2边柱：S=3.45m×7.8m=26.91m2中柱：S=4.8m×7.8m=37.44m2取柱截面为正方形，则角柱、边柱和中柱的截面尺寸分别为320mm×320mm、436mm×436mm、488mm×488mm，综合考虑，各柱截面尺寸从底层到顶层均取为500mm×500mm。3.2.3次梁次梁截面尺寸按式（3-5）和（3-6）来估算：（3-5）（3-6）本设计中次梁的计算跨度为6900mm，则故取hb=700mm。故取bb=250mm。次梁截面尺寸取为bb×hb=250mm×500mm。3.2.4现浇板本设计中的板的长边与短边之比均不大于2.0，均按照双向板进行设计，其厚度分别根据屋、楼面板的最小跨度按照上述原则进行计算。屋面板厚：，取h=120mm。楼面板厚：，取h=120mm。3.3计算简图的确定基顶标高定为-0.950m，二层楼面标高为3.90m，故底层柱高为4.85m。其余各层柱高从楼面算至上一层楼面，均为3.90m。计算简图如图3.1所示。图3.1计算简图

第4章荷载统计本设计中所涉及到的荷载分为竖向荷载（恒荷载和活荷载）和水平荷载（水平地震作用和水平风荷载），对其分别进行统计。荷载传递图如图4.1图4.1荷载传递图4.1恒荷载标准值计算4.1.1屋楼面恒荷载标准值计算1.屋面（上人）建筑找坡（屋7）：120厚现浇钢筋混凝土板：顶棚：0.17kN/m2合计：2.各层办公室、走廊楼面水磨石楼面：100厚现浇钢筋混凝土板：顶棚：0.17kN/m2合计：4.1.2恒荷载下框架受荷计算1.eq\o\ac(○,A)～eq\o\ac(○,B)轴间框架梁（线性荷载）屋面层位置梯形荷载：屋面板传来3.9m×4.71kN/m2=18.36kN/m合计：均布荷载：梁自重梁抹灰0.17kN/m2×[0.25m+(0.6m-0.12m)×2]=0.21kN/m合计：楼面层位置梯形荷载：楼面板传来3.9m×3.36kN/m2=13.10kN/m合计：均布荷载：梁自重梁抹灰梁上墙自重梁上墙装饰0.33kN/m2×3.3m=1.09kN/m合计：2.eq\o\ac(○,B)～eq\o\ac(○,C)轴间框架梁（线性荷载）屋面层位置三角形荷载：屋面板传来2×4.71kN/m2×2.7m/2=12.72kN/m合计：均布荷载：梁自重梁抹灰0.17kN/m2×[0.25m+(0.4m-0.12m)×2]=0.14kN/m合计：楼面层位置三角形荷载：楼面板传来2×3.36kN/m2×2.7m/2=9.07kN/m合计：均布荷载：梁自重梁抹灰0.17kN/m2×[0.25m+(0.4m-0.10m)×2]=0.14kN/m合计：3.eq\o\ac(○,A)轴框架柱（集中力和附加弯矩）屋面层位置女儿墙、压顶级装饰荷载[7kN/m3×1.35m×0.2m+25kN/m3×1.15m×0.35m+(1.5×2+0.35×2-0.2)m×0.17kN/m2]×7.8m=29.62kN纵向梁及其装饰25kN/m3×0.3m×(0.7m-0.12m)×7.8m+0.17kN/m2×[0.3m+(0.7m-0.12m)×2]×7.8m=35.87kN屋面板传来：三角形荷载2×4.71kN/m2×3.9m×3.9m/2/2=35.83kN1/2梯形荷载次梁自重次梁抹灰2×0.17kN/m2×[0.25m+(0.5m-0.12m)×2]×6.9m/4=0.59kN合计：F=155.56kN,M=15.56kN·m楼面层位置楼面板传来：三角形荷载2×3.36kN/m2×3.9m×3.9m/2/2=25.55kN1/2梯形荷载2×3.36kN/m2×(3m+6.9m)×1.95m/2/2=32.43kN次梁自重2×25kN/m3×0.25m×(0.5m-0.10m)×6.9m/4=8.63kN次梁抹灰2×0.17kN/m2×[0.25m+(0.5m-0.10m)×2]×6.9m/4=0.62kN次梁上部荷载2×(7kN/m3×0.2m+0.33kN/m2)×3.4m×6.9m/4=20.29kN纵向梁及其装饰25kN/m3×0.3m×(0.7m-0.10m)×7.8m+0.17kN/m2×[0.3m+(0.7m-0.10m)×2]×7.8m=37.09kN纵向梁上部荷载窗0.35kN/m2×2.1m×2.1m×2=3.09kN墙(1.75+0.44+0.33)kN/m2×[(3.9m-0.7m)×(7.8m-0.5m)-2×2.1m×2.1m]=36.64kN合计：F=164.34kN,M=16.43kN·m4.eq\o\ac(○,B)轴框架柱（集中力和附加弯矩）屋面层位置纵向梁及其装饰25kN/m3×0.3m×(0.7m-0.12m)×7.8m+0.17kN/m2×[0.3m+(0.7m-0.12m)×2]×7.8m=35.87kN屋面板传来：三角形荷载2×4.71kN/m2×3.9m×3.9m/2/2=35.83kN1/2梯形荷载2×4.71kN/m2×(3m+6.9m)×1.95m/2/2=45.46kN梯形荷载2×4.71kN/m2×(2.55m+3.9m)×1.35m/2/2=41.01kN次梁自重2×25kN/m3×0.25m×(0.5m-0.12m)×6.9m/4=8.19kN次梁抹灰2×0.17kN/m2×[0.25m+(0.5m-0.12m)×2]×6.9m/4=0.59kN合计：F=166.95kN,M=25.04kN·m楼面层位置楼面板传来：三角形荷载1/2三角形荷载梯形荷载2×3.36kN/m2×(2.55m+3.9m)×1.35m/2/2=29.26kN次梁自重2×25kN/m3×0.25m×(0.5m-0.10m)×6.9m/4=8.63kN次梁抹灰2×0.17kN/m2×[0.25m+(0.5m-0.10m)×2]×6.9m/4=0.62kN次梁上部荷载2×(7kN/m3×0.2m+0.33kN/m2)×3.4m×6.9m/4=20.29kN纵向梁及其装饰25kN/m3×0.3m×(0.7m-0.10m)×7.8m+0.17kN/m2×[0.3m+(0.7m-0.10m)×2]×7.8m=37.09kN纵向梁上部荷载墙(1.4+0.33)kN/m2×(3.9m-0.7m)×(7.8m-0.5m)=48.12kN合计：F=175.68kN,M=26.33kN·m5.eq\o\ac(○,C)～eq\o\ac(○,D)轴间框架梁所受荷载在数值和荷载分布形式与eq\o\ac(○,A)～eq\o\ac(○,B)轴间框架梁相同,eq\o\ac(○,C)、eq\o\ac(○,D)轴框架柱的所受荷载在数值和荷载分布形式与eq\o\ac(○,A)、eq\o\ac(○,B)轴框架柱相同，计算简图如图4.2所示。图4.2恒荷载作用下框架计算简图（单位：kN，kN/m或kN·m）

4.2活荷载标准值计算4.2.1屋楼面活荷载标准值计算楼面：办公室：；卫生间：；走廊：；楼梯：。上人屋面：。4.2.2活荷载下框架受荷计算1.eq\o\ac(○,A)～eq\o\ac(○,B)轴间框架梁（线性荷载）屋面层位置梯形荷载：屋面板传来2×3.9m×2.0kN/m2/2=7.8kN/m合计：楼面层位置梯形荷载：楼面板传来2×3.9m×2.0kN/m2/2=7.8kN/m合计：2.eq\o\ac(○,B)～eq\o\ac(○,C)轴间框架梁（线性荷载）屋面层位置三角形荷载：屋面板传来2×2.0kN/m2×2.7m/2=5.4kN/m合计：楼面层位置三角形荷载：楼面板传来2×2.5kN/m2×2.7m/2=6.75kN/m合计：3.eq\o\ac(○,A)轴框架柱（集中力和附加弯矩）屋面层位置屋面板传来：三角形荷载1/2梯形荷载2×2.0kN/m2×(3m+6.9m)×1.95m/2/2=19.31kN合计：楼面层位置楼面板传来：三角形荷载1/2梯形荷载2×2.0kN/m2×(3m+6.9m)×1.95m/2/2=19.31kN合计：4.eq\o\ac(○,B)轴框架柱（集中力和附加弯矩）屋面层位置三角形荷载1/2梯形荷载梯形荷载2×2.0kN/m2×(2.55m+3.9m)×1.35m/2/2=17.41kN合计：F=51.93kN,M=7.79楼面层位置楼面板传来：三角形荷载1/2梯形荷载梯形荷载2×2.5kN/m2×(2.55m+3.9m)×1.35m/2/=21.76kN合计：F=56.28kN,M=8.445.eq\o\ac(○,C)～eq\o\ac(○,D)轴间框架梁所受荷载在数值和荷载分布形式与eq\o\ac(○,A)～eq\o\ac(○,B)轴间框架梁相同,eq\o\ac(○,C)、eq\o\ac(○,D)轴框架柱的所受荷载在数值和荷载分布形式与eq\o\ac(○,A)、eq\o\ac(○,B)轴框架柱相同，计算简图如图4.2所示。图4.2恒荷载作用下框架计算简图（单位：kN，kN/m或kN·m）4.3地震作用本设计采用底部剪力法来计算水平地震作用力。4.3.1重力荷载代表值计算集中于屋盖处的质点重力荷载代表值G5：50%的雪荷载标准值屋面恒载4.71kN/m2×54.6m×16.5m=4243.239kN女儿墙35.866kN/7.2m×(54.6m+16.5m)×2=584.995kN外墙(1.75+0.44+0.33)kN/m2×[3.2m×(7.3m×14+6.4m×4+2.2m×2)-2.1m×2.1m×25-1.8m×1.5m×2-1.5m×2.1m×2]/2+(2.1m×2.1m×25+1.8m×1.5m×2+1.5m×2.1m×2)/2=440.348kN内墙(1.4+0.33)kN/m2×(3.3m×6.9m×12+3.4m×6.9m×11×12+3.2m×3.9m×25)/2=1115.799kN横向框架梁(3.21kN/m×7.8m×2+1.89kN/m×7.8m)×8=441.432kN纵向框架梁35.866kN×7×4=1004.248kN次梁重(8.194kN+0.592kN)×2×7=123.007kN柱重25kN/m3×0.5m×0.5m×3.9m/2×4×8=390kN合计：G5=8126.86集中于二、三、四屋盖处的质点重力荷载代表值G2、G3、G4：50%的活荷载标准值[2.5kN/m2×(54.6m×2.7m+3.9m×6.9m×5)+2.0kN/m2×3.9m×6.9m×23]=971.39kN楼面恒荷载3.36kN/m2×54.6m×16.5m=3027.02kN外墙440.348kN×2=880.70kN内墙1115.799kN×2=2231.60kN横向框架梁(3.34kN/m×7.8m×2+2.02kN/m×2.7m)×8=460.46kN纵向框架梁37.089kN×7×4=1038.49kN次梁重(8.625kN+0.616kN)×2×7=129.37kN柱重390kN×2=790kN合计：G2=G3=G4=9519.04集中于一屋盖处的质点重力荷载代表值G1：50%的活荷载标准值[2.5kN/m2×(54.6m×2.7m+3.9m×6.9m×5)+2.0kN/m2×3.9m×6.9m×23]=971.39kN楼面恒荷载3.36kN/m2×54.6m×16.5m=3027.02kN外墙440.348kN+440.348kN×2.425m/1.95m=987.96kN内墙1115.799kN+1115.799kN×2.425m/1.95m=2503.40kN横向框架梁(3.34kN/m×7.8m×2+2.02kN/m×2.7m)×8=460.46kN纵向框架梁37.089kN×7×4=1038.49kN次梁重(8.625kN+0.616kN)×2×7=129.37kN柱重25kN/m3×0.5m×0.5m×(3.9m/2+4.85m/2)×4×8=875kN合计：G1=9519.044.3.2框架梁柱线刚度计算框架梁的线刚度如表4.1，框架柱的抗侧移刚度D值如表4.2。表4.1梁的线刚度计算梁断面b×h(mm×mm)跨度l(mm)截面惯性矩I0(×109mm4)边框架梁边框架梁Ib=1.5I0(mm4)Kb=EcIb/l(×1010N·mm2)Ib=1.5I0(mm4)Kb=EcIb/l(×1010N·mm2)250×60069004.506.753.189.004.24250×40027001.332.002.412.663.20表4.2柱的抗侧移刚度计算层次砼Hc(mm)Ic(×109mm4)Kc=EcIb/Hc(×1010N·mm2)EQ\*jc2\*hps10\o\ad(\s\up9(___),K)αcD(N·mm)ΣD(N·mm)A、D轴边框架边柱（4个/层）1C4048505.213.490.910.488546341842～5C4039005.213.340.730.27924536980A、D轴边框架中柱（12个/层）1C4048505.213.491.210.5394361132322～5C4039005.213.340.980.3311299135588B、C轴边框架边柱（4个/层）1C4048505.213.491.600.5810326341842～5C4039005.213.341.290.391335336980B、C轴边框架中柱（12个/层）1C4048505.213.492.130.64113951367402～5C4039005.213.341.710.4615751189012ΣD13254602～5414992注1：所有柱的截面尺寸均为b×h=500mm×500mm;注2：对于一般层，，；对于底层，，。4.3.3结构自振周期计算结构自振周期按定点位移计算，调整系数，计算公式为式（4-1），按D值法计算，结果详见表4.3。（4-1）表4.3横向框架顶点位移计算层次Gi(kN)ΣGi(kN)DiΔi-Δi-1=Gi/DΔi(m)58126.868126.864149920.01960.359349519.0417645.904149920.04250.339739519.0427164.944149920.06540.297229519.0436683.984149920.08840.231819992.0846676.063254600.14340.1434由表4.3可知，顶点位移ΔT=0.3593m，则4.3.4水平地震作用计算抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，场地类别为II类，则特征周期，采用底部剪力法进行计算。由抗震规范（表5.21）得：1.4Tg=0.49s，因此考虑到附加地震作用，取结构底部剪力为：(4-2)顶点附加地震作用：(4-3)各层水平地震作用：(4-4)计算结果见表4.4

表4.4各层水平左震作用及楼层地震剪力层次Hi(m)ΣHi(m)Gi(m)GiHiΣGiHiδnFEK(KN)Fi(KN)Vi(KN)53.9020.458126.861661945759040.2880.1271679.31422.22422.2243.9016.559519.041575400.274401.69823.9133.9012.659519.041204160.209306.401130.3123.908.759519.04832920.145212.581342.8914.854.859992.08484620.084123.151466.04注1：ΔFn只加入该主体的顶层，即5层。将各层左震作用按抗侧移刚度比分配给每一榀框架，具体见表4.5，=7\*GB3⑦轴的一榀框架在左震作用下计算简图如图4.3所示。表4.5各榀平面框架的分配比例层次平面框架所在轴号求和123456781377444166241662416624166241662416623774432546024519654100541005410054100541005410045196414992345196541005410054100541005410054100451964149924451965410054100541005410054100541004519641499254519654100541005410054100541005410045196414992总和2185282580622580622580622580622580622580622185281985428比例0.1100.1300.1300.1300.1300.1300.1300.1101图4.3左震作用下的框架计算简图（单位：kN）4.3.5变形验算本设计需进行多遇地震作用下层间弹性位移验算。多遇地震作用下，框架结构的层间弹性位移验算，应按式（4-5）进行，即：（4-5）其中，按式（4-6）计算（4-6）计算结果详见表4.6。

表4.6变形验算层次层间剪力层间刚度层高层间弹性相对转角层间弹性相对转角允许值备注5422.224149920.00103.901/39001/5504823.914149920.00203.901/195031130.314149920.00273.901/144421342.894149920.00323.901/121911466.043254600.00454.851/10784.4水平风荷载计算集中风荷载标准值为：（4-7）在本设计中，地面粗糙度为B类，ω0=0.35kN/m2，B=7.8m。本办公楼的风荷载体型系数μz=1.30。由于本教学楼高度为22.80m，风振系数βz=1.0。本设计的集中风荷载标准值计算过程见表4.7，计算简图见图4.4。表4.7集中风荷载标准值计算离地高度z(m)μzβzμsω0(kN/m2)hi(m)hj(m)Vi(kN)ωk(kN)19.951.251.001.300.353.003.0015.3015.3016.051.161.001.300.353.903.9031.3616.0612.151.061.001.300.353.903.9046.0314.678.251.001.001.300.353.903.9059.8713.844.351.001.001.300.354.353.9074.5114.64

图4.4水平风荷载（左向）作用下框架计算简图（单位：KN）

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。5.1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。5.1.1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5.1）。（a）图为三角形分布荷载（b）图为梯形分布荷载图5.1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5.2和图5.3。图5.2恒荷载作用下框架梁等效均布荷载计算简图（单位：kN）

图5.3活荷载作用下框架梁等效均布荷载计算简图（单位：kN）5.1.2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5.4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5.1。

表5.1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5.5所示，调幅后梁的跨中弯矩计算公式为：(5-4)图5.5竖向荷载作用下梁端弯矩调幅调幅后计算结果见表5.2，恒荷载标准值作用下框架弯矩图如图5.7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5.3，框架梁剪力图如图5.8所示。表5.3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5.6），按式（5-5）计算：（5-5）图5.6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5.4，框架柱轴力图如图5.9所示。

表5.4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25.66210.0925.66236.6425.66236.6425.66210.09底235.75262.30262.30235.754顶25.66462.9525.66511.2525.66511.2525.66462.95底488.61536.91536.91488.613顶25.66715.5325.66786.1625.66786.1625.66715.53底741.19811.82811.82741.192顶25.66968.2625.661060.9025.661060.9025.66968.26底993.921086.561086.56993.921顶25.661220.6025.661336.0325.661336.0325.661220.60底1252.511367.941367.941252.51

图5.7恒荷载标准值作用下框架弯矩图（单位：kN·m）

图5.8恒荷载标准值作用下框架梁剪力图（单位：kN）

图5.9恒荷载标准值作用下框架柱轴力图（单位：kN）

5.1.3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5.10所示，框架弯矩图如图5.11所示，活荷载标准值作用下框架梁端剪力计算见表5.5，框架梁剪力图如图5.12所示，框架柱轴力图如图5.13所示。表5.5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5.10（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5.11（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5.12活荷载标准值作用下框架梁剪力图（单位：kN）

图5.13活荷载标准值作用下框架柱轴力图（单位：kN）

5.2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。5.2.1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5.14）：上端（5-10a）下端（5-10b）4.梁端弯矩按式（5-11）计算（图5.15）：（5-11a）（5-11a）5.梁端剪力按式（5.12）计算（图5.16）：（5.12）

图5.14柱剪力Vij与反弯点高度y图5.15梁端弯矩图5.16梁两端弯矩计算图图5.17边柱轴力及中柱轴力计算图6.如图5.17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5.5，水平地震（左向）作用下的框架柱端弯矩计算结果见表5.6，框架梁端弯矩计算结果见表5.7，框架梁端剪力计算结果见表5.8，框架柱端剪力计算结果见表5.9，框架梁柱弯矩、梁端剪力及柱轴力分别表示于图5.18和图5.19。

表5.5aeq\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5.5beq\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)53.90422.224149921129911.500.981.3629.2115.6443.90823.914149921129922.430.981.5652.4934.9933.901130.914149921129930.770.981.7665.8554.1623.901342.894149921129936.560.981.9172.7569.8314.851466.04325460943642.501.213.0178.20127.92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)53.90422.224149921575116.021.711.5038.4524.0343.90823.914149921575131.271.711.7068.7953.1633.901130.914149921575142.901.711.9085.8081.5123.901342.894149921575150.971.711.9499.9098.8814.851466.043254601139551.332.132.67111.83137.05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5.7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529.2115.6429.2138.4524.0321.9138.4524.0316.54452.4934.9968.1368.7953.1652.9068.7953.1639.92365.8554.16100.8485.8081.5179.1985.8081.5159.77272.7569.83126.9199.9098.88103.3899.9098.8878.03178.20127.92148.03111.83137.05120.08111.83137.0590.63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5.8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5.9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)5-7.41-12.25-7.41-7.14-4.844.847.144-17.54-29.57-17.54-24.95-16.8716.8724.953-26.09-44.27-26.09-51.04-35.0535.0551.042-33.38-57.80-33.38-84.42-59.4759.4784.421-38.86-67.13-38.86-123.28-87.7487.74123.28

图5.18水平地震（左向）作用下框架梁柱弯矩图（单位：kN·m）

图5.19水平地震（左向）作用下框架梁剪力及柱轴力图（单位：kN）

5.2.2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5.2.1节。风荷载（左向）作用下框架内力计算结果见表5.10~表5.13和图5.20及图5.21。表5.10a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)53.9015.3054100112993.200.981.367.364.3543.9031.3654100112996.550.981.5615.3310.2233.9046.0354100112999.610.981.7620.5616.9123.9059.87541001129912.500.981.9124.8823.8814.8574.5141662943616.881.213.0131.0650.81表5.10b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)53.9015.3054100157514.451.711.5010.686.6843.9031.3654100157519.131.711.7021.0915.5233.9046.03541001575113.401.711.9026.8025.4623.9059.87541001575117.431.711.9438.1733.8114.8574.51416621139520.382.132.6744.4354.41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5.11风荷载（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57.364.357.3610.686.686.0910.686.684.59415.3310.2219.6821.0915.5215.2621.0915.5211.51320.5616.9130.7826.8025.4624.1226.8025.4618.20224.8823.8841.7938.1733.8136.2638.1733.8127.37131.0650.8154.9444.4354.4145.5944.4354.4132.65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5.12风荷载（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)57.366.096.901.954.594.592.703.40419.6815.266.905.0611.5111.512.708.25330.7824.126.907.9618.2018.202.7013.48241.7936.266.9011.3127.3727.372.7020.27154.9445.596.9014.5732.6532.652.7024.18注1：CD梁的剪力与AB梁的剪力是反对称的。表5.13风荷载（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)5-1.95-3.40-1.95-1.95-1.45-1.45-1.954-5.06-8.25-5.06-7.01-4.91-4.91-7.013-7.96-13.48-7.96-14.97-10.43-10.43-14.972-11.31-20.27-11.31-26.28-19.39-19.39-26.281-14.57-24.18-14.57-40.85-29.00-29.00-40.85

图5.20风荷载（左向）作用下框架梁柱弯矩图（单位：kN·m）

图5.21风荷载（左向）作用下框架梁剪力及柱轴力图（单位：kN）

第6章内力组合各种荷载情况下的框架内力求得后，根据最不利又是可能的原则进行内力组合，计算各主要截面可能发生的最不利内力。6.1荷载基本组合非抗震设计时，组合方式有：（1）风荷载作为主要可变荷载，楼面活荷载作为次要可变荷载：S=1.3SGk±1.0×1.5SWk+1.0×0.7×1.5SQk（6-1）S=1.0SGk±1.0×1.5SWk+1.0×0.7×1.5SQk（6-2）（2）楼面活荷载作为主要可变荷载，风荷载作为次要可变荷载：S=1.3SGk+1.0×1.5SQk±0.6×1.5SWk（6-3）S=1.0SGk+1.0×1.5SQk±0.6×1.5SWk（6-4）抗震设计时，组合方式有：S=1.0SGE+1.3SEk（6-5）S=1.0SGE+1.3SEk（6-6）6.2内力转换梁支座边缘处的弯矩值为：（6-7）梁支座边缘处的剪力值为：（6-8）图6.1梁端内力转换示意图本设计柱端采用轴线处的内力值，不再调整。6.3控制截面及最不利内力类型1.每一根框架梁的控制截面有三个：左支座截面、跨中截面、右支座截面。支座截面处最不利内力类型有：-Mmax；+Mmax；|V|max跨中截面处最不利内力类型有：-Mmax；+Mmax。2.每一根框架柱的控制截面有两个：柱顶截面和柱底截面。控制截面最不利内力组合一般有以下几种：（1）|M|max及相应的N和V；（2）Nmax及相应的M和V；（3）Nmin及相应的M和V；（4）Vmax及相应的N。框架梁支座边缘处内力转换计算结果见表6.1；框架梁内力一般组合计算和考虑地震作用组合计算分别见表6.2和表6.3，框架柱内力组合结果见表6.4。

表6.2横向框架梁内力一般组合计算层次跨截面内力荷载种类内力组合恒荷载活荷载风荷载1.3SGK+1.5SWK+1.5×0.7SQK1.0SGK+1.5SWK+1.5×0.7SQK1.3SGK+1.5SQK+1.5×0.6SWK1.0SGK+1.5SQK+1.5×0.6SWK左向右向左风右风左风右风左风右风左风右风5AB左M(kN·m)-33.42-11.36.87-6.87-45.05-65.66-35.02-55.63-53.24-67.67-44.25-56.61V(KN)49.7614.44-1.951.9576.9382.7862.0067.8584.3088.4069.6773.18中M(kN·m)63.8220.10.64-0.64105.03103.1185.8983.97113.79112.4494.5593.39右M(kN·m)-44.25-14.3-5.65.6-80.90-64.10-67.62-50.82-84.80-73.04-70.68-60.60V(KN)-53.78-15.5-1.951.95-89.14-83.29-73.00-67.15-95.24-91.15-78.82-75.31BC左M(kN·m)-10.74-5.113.74-3.74-13.72-24.94-10.50-21.72-17.70-25.55-15.04-21.77V(KN)8.681.44-3.43.47.7017.905.0915.299.8717.017.7813.90中M(kN·m)-4.07-3.600-9.07-9.07-7.85-7.85-10.69-10.69-9.47-9.47右M(kN·m)-10.74-5.11-3.743.74-24.94-13.72-21.72-10.50-25.55-17.70-21.77-15.04V(KN)-8.68-1.44-3.43.4-17.90-7.70-15.29-5.09-17.01-9.87-13.90-7.78CD左M(kN·m)-44.25-14.35.6-5.6-64.10-80.90-50.82-67.62-73.04-84.80-60.60-70.68V(KN)53.7815.52-1.951.9583.2989.1467.1573.0091.1595.2475.3178.82中M(kN·m)63.8220.1-0.640.64103.11105.0383.9785.89112.44113.7993.3994.55右M(kN·m)-33.42-11.3-6.876.87-65.66-45.05-55.63-35.02-67.67-53.24-56.61-44.25V(KN)-49.76-14.4-1.951.95-82.78-76.93-67.85-62.00-88.40-84.30-73.18-69.674AB左M(kN·m)-46.02-7.7818.42-18.42-40.37-95.63-26.56-81.82-52.16-90.84-41.11-74.27V(KN)57.7714.82-5.065.0683.0798.2565.7480.9292.02102.6475.4584.55中M(kN·m)61.7616.082.21-2.21100.4993.8681.9675.33106.73102.0987.8783.89右M(kN·m)-50.22-16.64-1414-103.76-61.76-88.69-46.69-104.95-75.55-87.78-62.58V(KN)-59.33-15.14-5.065.06-100.62-85.44-82.82-67.64-105.15-94.53-86.59-77.49BC左M(kN·m)-6.06-3.19.38-9.382.94-25.204.76-23.39-2.68-22.38-2.27-19.15V(KN)6.931.8-8.528.52-1.8823.68-3.9621.602.7620.661.9617.30中M(kN·m)-0.92-0.6400-1.87-1.87-1.59-1.59-2.16-2.16-1.88-1.88右M(kN·m)-6.06-3.1-9.389.38-25.202.94-23.394.76-22.38-2.68-19.15-2.27V(KN)-6.93-1.8-8.528.52-23.681.88-21.603.96-20.66-2.76-17.30-1.96CD左M(kN·m)-50.22-16.6414-14-61.76-103.76-46.69-88.69-75.55-104.95-62.58-87.78V(KN)59.3315.14-5.065.0685.44100.6267.6482.8294.53105.1577.4986.59中M(kN·m)61.7616.08-2.212.2193.86100.4975.3381.96102.09106.7383.8987.87右M(kN·m)-46.02-7.78-18.4218.42-95.63-40.37-81.82-26.56-90.84-52.16-74.27-41.11V(KN)-57.77-14.82-5.065.06-98.25-83.07-80.92-65.74-102.64-92.02-84.55-75.45表6.2横向框架梁内力一般组合计算续表1层次跨截面内力荷载种类内力组合恒荷载活荷载风荷载1.3SGK+1.5SWK+1.5×0.7SQK1.0SGK+1.5SWK+1.5×0.7SQK1.3SGK+1.5SQK+1.5×0.6SWK1.0SGK+1.5SQK+1.5×0.6SWK左向右向左风右风左风右风左风右风左风右风3AB左M(kN·m)-44.86-14.8228.8-28.8-30.68-117.08-17.22-103.62-50.31-110.79-41.17-93.01V(KN)57.514.72-7.967.967