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办公楼设计计算书
第一章
设计总说明
1.1工程概况
本办公楼为五层钢筋混凝土框架结构体系,框架梁、板、柱等均为现浇,建筑面积约4618.37平方米,宽度为18.24米,长度为50.64米,层高均为3.3米,室内外高差0.30米,框架平面柱网布置如图所示:
计算依据和主要技术指标
1.1.1建筑物位于成都市内。
1.1.2使用要求及方案平面布置示意图。
1.1.3地震烈度
根据我国地震烈度区划分,成都市为七度设防,三级抗震,场地类别为II级。
耐火等级II级。
1.1.4自然气候条件
成都地区属于第五建筑区,气候日温差较小,夏季闷热持续时间长,冬季极少雪,平均相对湿度在70~80%。
(1)最冷平均气温:
5~70C,最热平均气温25.50C,
夏季极端最度气温:
37.30C
冬季极端最低度气温:
零下4.60C
(2)基本风压值为0.25KN
(3)风速(平均)夏季1.1米/秒
(4)降水量:
年总量998.1毫米
一日最大量为195.2毫米;
一小时最大量为76.5毫米;
最大降雪深度为2厘米;
最小冻土深度为0;
1.1.5自工程地质条件
本结构位于对结构抗震有利地段密实均匀中硬土,地基为砂质粘土,静承载力设计值2500KN/m2,地基主要受力范围内不存在软弱粘性土层及液化土层。
1.1.6混凝土强度等级
框架梁、板、柱、楼梯等结构件均为C30混凝土;
墙体构造柱、过梁、女儿墙压顶等小型构件为C25混凝土;
符号Ф表示HPB235级钢筋,符号Ф表示HRB335级钢筋。
1.2屋面及楼面做法
1.2.1屋面做法
架空小板
二毡三油防水层
冷底子油二道
200mm厚水泥蛭石保温层
200mm厚水泥砂浆找平层
100mm厚钢筋混凝土现浇板
吊顶和粉底
1.2.2楼面做法
水泥石地面
100mm厚钢筋混凝土现浇板
吊顶或粉底
1.3结构选型
1.3.1主体结构
对于一般的多层工业与民用建筑,根据使用或工艺要求,材料供应情况,施工技术条件,技术经济指针和抗震要求等,选择合理的机构方案。
对有抗震要求的建筑物,按施工方法的不同,本设计采用现浇钢筋混凝土框架结构。
1.3.2其他结构、构件选型
屋面结构采用现浇钢筋混凝土屋面板,按不上人屋面的使用荷载选用,楼面结构、楼梯、门窗过梁等采用现浇钢筋混凝土结构。
1.4结构布置
柱网布置:
柱网7.2m×7.5m
层高布置:
均为3.3m;
结构布置:
横向布置
1.5设计内容
1.5.1结构布置的竖向荷载计算
1.5.2结构上水平地震力计算
1.5.3竖向力及水平作用下的内力分析
1.5.4内力组合
1.5.5梁、柱载面设计
1.5.6基础设计
第二章结构尺寸的初定及材料选定
2.1确定板截面尺寸
按刚度要求,楼板为现浇单向板,根据简支公式:
h/l≥1/40
即h≥
×
=
×3600=90mm
取h=100mm
2.2确定框架梁截面尺寸
梁板均为现浇,可看成T型截面
2.2.1主梁截面尺寸
h=(
~
)×L跨=(
~
)×7500=750~417mm
取h=600mm≮400mm且≯ln/4
b=(
~
)×h=(
~
)×600=300~200mm
取b=300mm≮200mm。
2.2.2次梁截面尺寸
h=(
~
)L跨=(
~
)×7500=750~375mm
取h=600mm
b=(
~
)h=(
~
)×600=300~200mm
取b=250mm
2.3确定框架柱截面尺寸
框架柱设计为方形截面
框架柱截面尺寸由下列公式估算
由轴压比AC≥
=
=211469㎜2
b=h=
=460㎜
取b=h=500㎜
为避免产生剪切破坏应满足
>4,
层高3.3m,则
=4.5>4;
满足规范要求。
截面尺寸设计如下:
主梁
300×600㎜
次梁
250×600㎜
柱
500×500㎜
板
100㎜
2.4框架结构计算简图
2.4.1梁的计算跨度及柱高度
梁的计算尺寸取柱网尺寸,各层柱高均取3300mm.
2.4.2确定框架结构的计算简图
第3章荷载计算
3.1楼面、屋面均布恒载标准值
3.1.1按层面的做法逐项计算均布荷载
架空小板:
0.5KN/m2
二毡三油防水层:
0.35KN/m2
冷底子油二道:
0.05KN/m2
200mm水泥蛭石保温层:
1.3KN/m2
20mm水泥砂浆找平层:
0.4KN/m2
100mm钢筋混凝土现浇板:
2.5KN/m2
吊顶和粉底:
0.5KN/m2
合计:
5.6KN/m2
3.1.2楼面均布恒载标准值
按楼面的做法逐项计算荷载
水泥石地面:
0.65KN/m2
100mm钢筋混凝土现浇板:
2.5KN/m2
吊顶或粉底:
0.5KN/m2
合计:
3.65KN/m2
3.2梁柱恒荷载标准值计算
3.2.1梁恒荷载标准值计算
(1)主梁自重:
梁结构自重:
0.6×0.3×25=4.5KN/m
梁粉刷自重:
2×(0.6-0.1)×0.02×17=0.34KN/m
合计:
4.84KN/m
(2)次梁自重:
梁结构自重:
0.6×0.25×25=3.75KN/m
次梁粉刷重:
2×(0.6-0.1)×0.02×17=0.34KN/m
合计:
4.09KN/m
注:
式中粉刷容重17KN/m3
3.2.2柱恒荷载标准值计算
标准层柱
自重:
0.5×0.5×3.3×25=20.63KN/m
粉刷:
0.02×0.5×(3.3-0.6)×17×2=0.92KN/m
总计:
21.55KN/m
3.3其他恒荷载标准值计算
实心砖女儿墙高500mm,容重:
5.24KN/m2
窗户单位面积上重量:
0.45KN/m2
3.4活荷载计算
3.4.1不上人层面活载0.5KN/m2
3.4.2楼面活载
办公室,教室:
2.0KN/m2
卫生间:
2.5KN/m2
过道,楼梯:
2.5KN/m2
3.5竖向荷载标准值计算
3.5.1屋面竖向荷载标准值计算
(1)恒载标准值计算:
结构层自重5.6N/m2×3.6m=20.16KN/m
梁自重4.81KN/m
(2)活载标准值计算:
按不上人的承重钢筋混凝土层面:
0.5KN/m2
不上人层面:
0.5KN/m2×3.6m=1.80KN/m2
3.5.2楼面竖向荷载标准值计算
(1)恒载标准值计算
结构层自重:
3.65KN/m2×3.6m=13.14KN/m
梁自重:
4.81KN/m
隔墙自重:
2.6KN/m2×3.3m=8.58KN/m
粉刷自重:
(3.2-0.6)×0.02×2×17=1.84KN/m
总计:
28.37KN/m
注:
式中隔墙单位面积上重量:
2.6KN/m2
(2)活载标准值计算
楼面均布活载标准值由《规范》查得各均布活载标准值:
办公室:
2.0KN/m2
走道,楼梯:
2.5KN/m2
办公室:
2.0KN/m2×3.6m=7.2KN/m
走道:
2.5KN/m2×3.6m=9KN/m
3.6计算简图:
3.6.1恒载计算简图
3.6.2活载计算简图
3.7重力荷载代表值
计算各层重力荷载代表值(按集中质量法计算),计算简图如下所示:
(1)计算G5
全部板重:
5.6×(7.2×7+0.24)×(7.5×2+3+0.24)=5172.57(KN)
女儿墙全部:
5.24×(7.2×7+7.5×2+3)×0.5×2=358.42(KN)
半层柱:
0.5×0.5×(3.3/2)×32×25=330(KN)
半层窗:
0.45×(3.3/2-0.6)×7.2×7×2=47.63(KN)
隔墙自重:
横向2.6×(3.3/2)×7.5×30=965.25(KN)
纵向2.6×(3.3/2)×3.6×(28-2)=401.54(KN)
框架梁自重:
[0.6×0.3×7.2×7×4+0.6×0.3×(7.5×2+3)×8]×25=1555.2(KN)
合计:
8830.61KN
(2)计算G4~G1
由于4层~1层层高相同,结构相同,荷载形式相同,即G4=G3=G2=G1=100%(恒载)+50%(活载)
恒载:
全部板重:
3.65×(7.2×7+0.24)×(7.5×2+3+0.24)=3371.41KN
一层柱重:
0.5×0.5×3.3×32×25=660(KN)
一层窗重:
0.45×(3.3-0.6)×7.2×7×2=122.47(KN)
隔墙自重:
横向:
2.6×3.3×7.5×30=1930.50(KN)
纵向:
2.6×3.3×3.6×(28-2)=803.09(KN)
框架梁自重(同第5层):
1555.2(KN)
次梁自重:
3.75×7.5×14=393.75(KN)
活载:
办公楼:
2×7.5×3.6×28=1512(KN)
走道:
2.5×3×7.2×7=378(KN)
合计:
1890KN
重力荷载标准值G4~G1
G4=G3=G2=G1=1×8836.42+0.5×1890=9781.42(KN)
重力荷载代表值如图所示:
3.8地震作用下横向框架侧移计算
3.8.1梁、柱线刚度计算
(1)梁线刚度计算
①,⑧轴线上梁线刚度(边框架梁)
类别
层数
EC
(N/mm2)
b×h
(mm×mm)
Io
(mm4)
L
(mm)
Ib=1.5Io
(mm4)
ib=EC.Ib/l
(N.mm)
边横梁
1~5
3.0×104
300×600
5.4×109
7500
8.1×109
3.24×1010
走道梁
1~5
3.0×104
300×600
5.4×109
3000
8.1×109
8.1×1010
②~⑦轴线上梁线刚度(中框架梁)
类别
层数
EC
(N/mm2)
b×h
(mm×mm)
Io
(mm4)
L
(mm)
Ib=2.0Io
(mm4)
ib=EC.Ib/l
(N.mm)
边横梁
1~5
3.0×104
300×600
5.4×109
7500
10.8×109
4.32×1010
走道梁
1~5
3.0×104
300×600
5.4×109
3000
10.8×109
10.8×1010
梁相对线刚度如下图所示:
(2)柱线刚度计算
层数
hc
(mm)
EC
(N/mm2)
b×h
(mm×mm)
Ic
(mm4)
ib=
EC.Ic/hc
(N.mm)
2~5
3300
3.0×104
500×500
5.208×109
4.73×1010
1
4300
3.0×104
500×500
5.208×109
3.63×1010
柱相对线刚度如下图所示:
②~⑦轴线梁、柱相对线刚度如下图所示:
①,⑧轴线梁、柱相对线刚度如下图所示:
3.8.2计算各层D值
计算根据公式:
边柱:
楼层
=(i2+i4)/2ic,а=
/(2+
)
底层
=i2/ic,а=(0.5+k)/(2+
)
中柱:
楼层
=(i1+i2+i3+i4)/2ic,а=
/(2+
)
底层
=(i1+i2)/ic,а=(0.5+
)/(2+
)
D=аc×ic×12/h2
中框架柱侧移刚度D值:
(N/mm)
层数
边柱(12根)
中柱(12根)
аc
DBZ
аc
DZZ
2~5
0.913
0.313
16314
3.197
0.615
32055
580428
1
1.19
0.53
12486
4.165
0.757
17834
363840
边框架柱侧移刚度D值:
(N/mm)
层数
A-1,A-8
B-1,B-8
аc
DBZ
аc
DZZ
2~5
0.685
0.255
13291
2.397
0.545
28406
83394
1
0.893
0.482
11355
3.124
0.707
16656
56022
楼梯间框架柱侧移刚度D值:
(N/mm)
层数
C-1,C-8
D-1,D-8
аc
DBZ
аc
DZZ
2~5
2.169
0.52
27103
0.457
0.186
9695
73596
1
2.826
0.689
16232
0.595
0.422
9942
52348
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
,如下表所示:
框架层间侧移刚度(N/mm)
层数
1
2
3
4
5
472210
737418
737418
737418
737418
3.8.3横向地震作用计算(底部剪力法)
(1)基本自震周期计算
结构顶点的假想侧移计算
层号
Gi
(KN)
Ui=ui-1=
/
Ui(mm)
5
8831
8831
737418
12
229.1
4
9781
18612
737418
25.2
217.1
3
9781
28393
737418
38.5
191.9
2
9781
38174
737418
51.8
153.4
1
9781
47955
472210
101.6
101.6
计算基本周期T1,其
中Ut的量纲为m根据公式:
T1=1.7×0.7×
=1.7×0.7×
=0.57S
(2)水平地震作用及楼层地震剪力计算:
本结构高度不超过40m,质量和刚度沿高度分布比较均匀,变形以剪切变形为主,故可用底部剪力法计算水平地震作用,即
Geq=0.85
=0.85×(9781×4+8831)=40761.75KN
а1=
аmax=
=0.058
FEK=а1Geq=0.058×40761.75=2364.18KN
因1.4Tg=1.4×0.4=0.56S<T1=0.57S,
所以应考虑顶部附加水平地震作用,即
δn=0.08T1+0.01=0.08×0.57+0.01=0.0556
△F5=δnFEK=0.0556×2364.18=131.45KN
各质点水平地震作用为
Fi=2232.73×
各质点水平地震作用及楼层地震剪力计算表:
层号
Hi
(m)
Gi
(KN)
GiHi
(KN.m)
Fi
(KN)
Vi
(KN)
5
16.5
8831
145711.5
0.311
825.83
825.83
4
13.2
9781
129109.2
0.276
616.23
1442.06
3
9.9
9781
96831.9
0.207
462.18
1904.24
2
6.6
9781
64554.6
0.138
308.12
2212.36
1
3.3
9781
32277.3
0.068
151.82
2364.18
各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布,如下图所示:
(3)水平地震作用下的位移验算
横向水平地震作用下的位移验算
层号
Vi
(KN)
(N/mm)
△Ui
(mm)
Ui
(mm)
hi
(mm)
Θe=
△Ui/hi
5
825.83
737418
1.12
13.67
3300
1/2946
4
1442.06
737418
1.96
12.55
3300
1/1684
3
1904.24
737418
2.58
10.59
3300
1/1279
2
2212.36
737418
3
8.01
3300
1/1100
1
2364.18
472210
5.01
5.01
4300
1/858
由上表可见,最大层间弹性位移角发生在第一层,其值为
△Ui/hi=1/858<1/550,
满足要求
第4章一榀框架内力分析
4.1竖向荷载下横向框架内力分析
4.1.1弯矩二次分配法计算框架内力
分配系数如下图所示:
(1)固端弯矩计算
恒载作用下的固端弯矩
楼层
位置
跨度L
(m)
楼层荷载qKN/m
MF=
qL2KN.m
顶层
边跨梁
7.5
25
117.19
走道梁
3
25
18.75
其它层
边跨梁
7.5
28.4
133.13
走道梁
3
4.84
3.63
活载作用下的固端弯矩
楼层
位置
跨度L
(m)
楼层荷载q(KN/m)
MF=
qL2(KN.m)
顶层
边跨梁
7.5
1.80
8.44
走道梁
3
1.80
1.35
其它层
边跨梁
7.5
7.2
33.75
走道梁
3
0
0
(2)力矩二次分配法计算梁端弯矩
恒载弯矩计算如下图所示
活载弯矩计算如下图所示
(3)为便于施工与满足强柱弱梁原则:
对梁端弯矩进行调幅,取系数β=0.9
所用公式:
I.M调=M×β
II.M跨中=qL2/8-1/2(Ml+Mr)
III.M跨中调=
qL2-β/2(Ml+Mr)
恒载调幅计算如下表所示
楼层
位置
跨度L
(m)
M左梁
(KN.m)
M右梁
(KN.m)
β
M左调
(KN.m)
M右调
(KN.m)
M跨中
(KN.m)
M调跨中
(KN.m)
5
边跨
7.5
77.43
126.03
0.9
69.69
113.43
74.05
84.22
中跨
3
92.68
92.68
0.9
83.41
83.41
-64.56
-69.70
4
边跨
7.5
115.44
136.76
0.9
103.9
123.08
73.59
86.20
中跨
3
75.32
75.32
0.9
67.79
67.79
-69.88
-62.34
3
边跨
7.5
112.94
136.85
0.9
101.65
123.17
74.79
87.28
中跨
3
75.09
75.09
0.9
67.58
67.58
-69.65
-62.14
2
边跨
7.5
113.58
136.97
0.9
102.22
123.27
74.41
86.94
中跨
3
74.81
74.81
0.9
67.33
67.33
-69.37
-61.88
1
边跨
7.5
103.26
136.07
0.9
92.93
122.46
80.02
91.99
中跨
3
85.47
85.47
0.9
76.92
76.92
-80.03
-71.48
活载调幅计算如下表所示
楼层
位置
跨度L
(m)
M左梁
(KN.m)
M右梁
(KN.m)
β
M左调
(KN.m)
M右调
(KN.m)
M跨中
(KN.m)
M调跨中
(KN.m)
5
边跨
7.5
7.55
9.59
0.9
6.80
8.63
4.09
4.94
中跨
3
5.42
5.42
0.9
4.88
4.88
-3.40
-2.85
4
边跨
7.5
27.56
34.17
0.9
24.80
30.75
19.76
22.85
中跨
3
19.61
19.61
0.9
17.65
17.65
-19.61
-17.65
3
边跨
7.5
28.7
34.59
0.9
25.83
31.13
18.98
22.14
中跨
3
18.57
18.57
0.9
16.71
16.71
-18.57
-16.71
2
边跨
7.5
28.87
34.62
0.9
25.98
31.16
18.88
22.05
中跨
3
18.49
18.49
0.9
16.64
16.64
-18.49
-16.64
1
边跨
7.5
26.24
34.38
0.9
23.62
30.94
20.32
23.35
中跨
3
21.25
21.25
0.9
19.13
19.13
-21.15
-19.13
4.1.2梁端剪力计算
(1)计算恒载作用下剪力
①边跨梁剪力计算:
V左=(Mbl-Mbr+qL2/2)/l)
V右=(Mbr-Mbl+qL2/2)/l)
5层剪力计算
V左=(69.69-113.43+25×7.5×7.5/2)/7.5=87.92KN
V右=(113.43-69.69+25×7.5×7.5/2)/7.5=99.58KN
4层剪力计算
V左=(103.90-123.08+28.4×7.5×7.5/2)/7.5=103.94KN
V右=(123.08-103.90+28.4×7.5×7.5/2)/7.5=109.06KN
3层剪力计算
V左=(101.65-123.17+28.4×7.5×7.5/2)/7.5=103.63KN
V右=(123.17-101.65+28.4×7.5×7.5/2)/7.5=109.37KN
2层剪力计算
V左=(102.22-123.27+28.4×7.5×7.5/2)/7.5=103.69KN
V右=(123.27-102.22+28.4×7.5×7.5/2)/7.5=109.31KN
1层剪力计算
V左=(92.93-122.46+28.4×7.5×7.5/2)/7.5=102.56KN
V右=(122.46-92.93+28.4×7.5×7.5/2)/7.5=110.44KN
②中跨梁剪力计算:
5层剪力计算
V左=V右=25×3/2=37.5KN
4层剪力计算
V左=V右=4.84×3/2=7.26KN
1层剪力=2层剪力=3层剪力=4层剪力=7.26KN
(2)计算活载作用下剪力
①边跨梁剪力计算
5层剪力计算
V左=(6.8-8.63+1.8×7.5×7.5/2)/7.5=6.51KN
V右=(8.63-6.8+1.8×7.5×7.5/2)/7.5=6.99KN
4层剪力计算
V左=(24.8-
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