行政办公大楼土木毕业设计计算书.doc

1.工程概况1. 工程名称：行政办公大楼2建筑面积：3870 m2 3建筑层数：四层4建筑形状：一字形5结构形式：框架结构体系6场地情况：场地平坦、无障碍物。7地质情况：地基土为粘性土为主，建筑场地类别为类，容许承载力fk=180kPa。8基本雪压：0.35kN/m2。9基本风压：0.45kN/m2。10地震烈度：按6度近震设防。11建筑耐火等级：二级。12建筑耐久年限：50年。2.结构布置与计算简图2.1结构选型与布置2.1.1结构选型采用现浇钢筋混凝土框架结构体系。基础采用柱下独立桩基础。2.1.2结构布置本框架结构设计为双向梁抗侧力体系，框架梁柱中心线重合，对于梁柱中心线不重合的，它们的偏心距不大于该方向柱宽的1/4。结合建筑的平面立面和剖面布置情况，结构平面布置如图2-1；根据结构布置，本建筑平面除走廊板区格为单向板外，其余均为双向板。双向板的板厚hl/50(l为双向板的短向计算跨度)。本建筑楼面板和屋面板的厚度均取120mm。本建筑的材料选用如下：混凝土 C30（fC=14.3MPa ，Ec=3.0×107）钢筋：纵向受力筋采用HRB335级钢筋，其余采用HPB235级钢筋墙体；蒸压粉煤灰加气混凝土砌块。窗; 铝合金窗门： 木门2.2框架计算简图及梁柱线刚度本结构是三维空间的。但由于建筑结构的质量、刚度都比较均匀，故选用一榀框架进行计算与配筋，其余框架可参照此框架进行配筋。现以2轴线为例进行计算。2.2.1梁柱截面尺寸估算框架梁： mm取梁尺寸：h=600mm， b=h/2=300mm.次梁： h=500mm, b=250mm.连系梁： b×h=200mm×400mm.框架柱：建筑总高度按14.80m算，小于30m的现浇框架结构，设防烈度8度近震，查抗震设计规范，该框架为三级抗震，最大轴压比。假定采用C30混凝土，查得 ，假定每平方米荷载为14kN/m2，则柱子最大轴压力N=1.25×14×7.2×4.2×5=2646kN.则柱子轴压比即 取柱子截面形状为正方形。即b=h453.4mm。为了简化施工，各柱截面从底层到顶层不改变，即取柱子尺寸为500mm×500mm。2.2.2确定框架计算简图（KJ-2）框架的计算单元如图1-1所示。假定框架柱嵌固与基础顶面，框架梁与柱刚接。由于各层柱截面尺寸都不变，故梁跨取柱截面形心线间距离。底层柱高从基础顶面算至二层楼面。室内外高差为0.45m，基础顶面至室外地坪取为0.5m，故底层柱高取3.6m+0.45+0.5m=4.55m，其余各层柱高均为3.6m。由此框架的计算简图如图1-2所示。2.2.3框架梁柱的线刚度计算混凝土C30， ，现浇框架结构梁惯性矩中框架梁，线刚度左跨梁：i左跨梁图2-2 计算简图及相对线刚度中跨梁：i中跨梁右跨梁：i右跨梁 i左跨梁AB轴底层柱：i底层柱AB轴其余层柱：i其余层柱令余柱线刚度为1.0，则其余各杆件的相对线刚度为：i左跨梁i中跨梁i底柱框架梁柱的相对线刚度如图（2-2）所示，作为计算各节点杆端弯矩分配系数的依据。3.荷载计算便于内力组合，荷载计算宜按标准值计算3.1 恒载标准值3.1.1 屋面 结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.12m×25KN/m3=3.0KN/m2抹灰层：20厚混合砂浆 0.02m×17KN/m3=0.34KN/m2合计 =5.6kN/m23.1.2 标准层楼面、各层走廊楼面结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.12m×25KN/m3=3.0 kN/m2抹灰层：20厚混合砂浆 0.02m×17KN/m3=0.34kN/m2合计 3.99kN/m23.1.3 梁自重 b×h=300mm×600mm自重 25×0.3×(0.6-0.12)=3.6kN/m抹灰层： 20厚混合砂浆 0.02×(0.6-0.12)×2×17=0.33kN/m合计3.93kN/m2 b×h=250mm×500mm 自重 25×0.25×(0.5-0.12)=2.38KN/m抹灰层 20厚混合砂浆 0.02×(0.5-0.12)×17=0.26KN/m合计2.64kN/m b×h=200mm×400mm自重 2 5×0.2×(0.4-0.12)=1.4kN/m抹灰层 20厚混合砂浆 0.02×(0.4-0.12)×2×17 =0.19kN/m合计1.59kN/m3.1.4 柱自重 b×h=500mm×500mm自重 25×0.5×0.5=6.25kN/m抹灰层：20厚混合砂浆 0.02×0.5×4×17=0.68kN/m合计 6.93kN/m3.1.5 外纵墙自重标准层：纵墙 0.9×0.25×5.5=1.24kN/m铝合金窗0.4×2.1=0.84kN/m外墙面贴瓷砖(3.6-2.1)×0.5=0.75kN/m内墙面20mm厚混合砂浆抹灰0.02×(3.6-2.1)×17=0.65kN/m合计 3.34kN/m底层：纵墙 (4.55-2.1-0.6)×0.25×5.5=2.4kN/m铝合金窗0.4×2.1=0.84kN/m外墙面贴瓷砖(4.55-2.1-0.5-0.6)×0.5=0.68kN/m内墙面20mm厚混合砂浆抹灰0.02×(3.6-2.1)×17=0.51kN/m合计4.44kN/m3.1.6 外横墙自重标准层：横墙 (3.6-0.6)×0.25×5.5=4.13kN/m外墙面贴瓷砖 0.5×3.6=1.8 kN/m内墙面20mm厚混合砂浆抹灰0.02×3.6×17=1.3kN/m合计 7.15kN/m底层：横墙 (4.55-0.6)×0.25×5.5=5.5kN/m外墙面贴瓷砖 0.5×(4.55-0.5-0.6)=1.73 kN/m内墙面20mm厚混合砂浆抹灰0.02×3.6×17=1.3kN/m合计8.53kN/m3.1.7 内横墙自重标准层横墙 (3.6-0.6)×0.2×5.5=3.3kN/m墙面20mm厚抹灰(3.6-0.6)×0.02×2×17=2.04kN/m合计 5.34kN/m底层：横墙 (4.55-0.6)×0.2×5.5=4.4kN/m墙面20mm厚抹灰 (3.6-0.7)×0.02×2×17=2.04kN/m合计 6.44kN/m3.1.8 女儿墙自重(100mm的混凝土压顶)自重 0.25×0.5×5.5+25×0.25×0.1=1.45 kN/m外墙面贴瓷砖 2×0.5×0.6=0.6 kN/m3.2活荷载标准值计算3.2.1屋面活荷载标准值 不上人屋面 0.5 kN/m23.2.2楼面活荷载标准值走廊 2.5 kN/m2办公室2.0 kN/m23.2.3雪荷载So=0.45kN/m2 屋面活荷载与雪荷载不同时考虑两者中取大值3.3 竖向荷载下框架受荷载总图图3-1 板传荷载示意图确定板传递给梁的荷载时,一个区格板一个区格板地考虑.确定每个区格板的荷载传递时,先区分板是单向板还是双向板.若为单向板,沿板的短跨方向作中线,将板上的荷载平均分给两长边的梁;若为双向板计算，从四角出45o平分线，区格板被分为四个小块，每小块荷载传给与之相邻的的梁，见板传荷示意图。板传至梁上的三角形或梯形荷载等效为均布荷载。3.3.1 A-B轴间框架梁屋面恒载：2×5.6×1.8×1-2×（1.8/6.0）+（1.8/6.0）=17.08kN/m活载：0.5×1.8×2×1-2×（1.8/6.0）+（1.8/6.0）=1.52 kN/m楼面板传给梁的荷载恒载：2×3.99×1.8×1-2×（1.8/6.0）+（1.8/6.0）=12.2kN/m活载：2.0×1.8×2×1-2×（1.8/6.0）+（1.8/6.0）=6.10 KN/m横梁自重标准值：3.93kN/mA-B轴间框架梁均布荷载为屋面梁恒载：梁自重+板传荷载=3.93kN/m+17.08kN/m =21.01kN/m活载：板传荷载=1.52KN/m楼面梁恒载：梁自重+板传荷载+墙体重=3.93kN/m+12.2kN/m+5.34 kN/m =21.47kN/m活载：板传荷载=6.10kN/m3.3.2 B-C轴间框架梁由于B-C轴间板为单向板,故板传荷载为零.则B-C轴间框架梁均布荷载为：屋面梁恒载：梁自重+板传荷载=3.93+0 =3.93kN/m活载：板传荷载=0kN/m楼面梁恒载：梁自重+板传荷载=4.67+5.73 =10.40KN/m活载：板传荷载=0kN/m3.3.3 C-D轴间框架梁(完全同A-B轴间框架梁)3.3.4 A轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱女儿墙自重 2.18kN/m顶层柱恒载=女儿墙自重+梁自重+板传荷载=2.18×7.2+（7.2-0.5）×3.93+17.08×6.0/4+5.6×1.8×5/8×（3.6+3.6）/2+2.64×6.0×2/4=98.26kN顶层柱活载=板传活载=1.52×6.0/4+0.5×1.8×5/8×（3.6+3.6）/2=4.31kN标准层柱恒载=墙自重+梁自重+板传荷载=3.43×(7.2-0.5)+3.93×(7.2-0.5)+12.2×6.0/4+3.99×1.8×5/8×（3.6+3.6）/2+(2.64+5.34)62/4=107.11kN标准层活载=板传活载=6.1×6.0/4+21.85/8（3.6+3.6）/2=17.25kN3.3.5 B轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱恒载=梁自重+板传荷载=3.93×(7.2-0.5)+17.08×6.0/4+5.61.85/8（3.6+3.6）/2+5.63.61.22/2+2.646.02/4=94.65 kN顶层柱活载=板传活载=1.52×6.0/4+0.5×1.8×5/8（3.6+3.6）/2+0.53.61.22/2 =6.47kN标准层柱恒载=墙自重+梁自重+板传荷载=5.34×(7.2-0.5)+3.93×(7.2-0.5)+12.2×6.0/4+3.99×1.8×5/8×（3.6+3.6）/2+(2.64+5.34)62/4+3.993.61.2=137.75kN标准层柱活载 = 板传活载 =6.1×6.0/4+21.85/8（3.6+3.6）/2+2.53.61.2=28.05kN3.3.6 C轴柱纵向集中荷载的计算(同B轴柱纵向集中荷载的计算)3.3.7 D轴柱纵向集中荷载的计算(同B轴柱纵向集中荷载的计算)4 水平地震作用下内力计算该建筑物高度为14.4m40m，以剪切变形为主，且质量和刚度沿高度分布比较均匀，故可采用底部剪力法计算水平地震作用。4.1重力荷载代表值计算屋面重力荷载代表值=屋面上下半层范围内结构或构件自重标准值+0.5×雪载标准值；楼面重力荷载代表值=楼面上下半层范围内结构或构件自重标准值+0.5×活载标准值；其中，结构和构配件自重取楼面上、下各半层层高范围的结构及构配件自重(屋面处取顶层的一半)。4.1.1屋面处的重力荷载标准值的计算女儿墙的重力荷载代表值的计算屋面板结构层自重标准值：顶层的墙重：4.1.2其余各层楼面处重力荷载标准值计算=3026.06+1256.04+1002.24+852.32=6136.67kN =987.27+3026.06+1256.04+1139.04 =6408.4kN4.1.4屋顶雪荷载标准值计算4.1.5楼面活载标准值计算 =2.0（50.912.5）+2.5（50.92.4） =1577.9kN4.1.6总重力荷载代表的计算屋面处： =7000.03+0.5341.28 =7170.67kN楼面处： =6136.67+0.51577.9 =6925.62kN底层楼面处： =6408.4+0.51577.9 =7197.35kN4.2框架柱抗侧刚度D和结构基本自振周期计算4.2.1横向D值的计算横向2-4层D值的计算 表4-1构件名称A、 D轴柱0.38515328B、 C轴 柱0.68727352横向底层D值的计算 表4-2构件名称A、 D轴柱）0.58211470B、 C轴 柱0.801157864.2.2结构基本自振周期计算结构基本自振周期计算方法有多种，下面分别用假想定点位移法、能量法和经验公式进行计算A、用假想定点位移计算结构基本自振周期计算公式为：=1.7 列下表计算假想点位移 表4-3层次47170.677170.676828800.01050.183436925.6221021.916828800.03080.152326925.6227947.536828800.04090.121517197.3535144.884360960.08060.0806结构基本自振周期考虑非结构墙影响折减系数，则结构的基本自振周期为：=1.7=1.70.6=0.44 SB、用能量法计算结构的基本自振周期计算公式：和G的计算结果在下表中。能量法计算结构的基本自振周期列表 表4-4层次47170.676828800.18341315.1241.1936925.626828800.15231054.77160.6426925.626828800.1215841.46102.2417197.354360960.0806580.1146.764988.88757.87按数字代入上述公式得：=23.140.6=0.47SC 、用经验公式计算结构基本自振周期=0.25+0.00053本次计算取=0.44S4.3 水平地震作用计算（多遇） 由于该工程所在地区抗震设防烈度为7度近震设防，场地类别为II类，0.15g为设计基本地震加速度，设计地震分组为第一组，由表知，水平地震影响系数最大值，特征周期 。等效重力荷载 由于故式中：衰减指数，在的区间取0.9， 阻尼调整系数，除有专门规定外，建筑结构的阻尼比应取0.05，相应的=1.0。 纵向地震影响系数： 所以，不需要考虑顶部附加水平地震作用的影响；附加水平地震作用系数：对于多质点体系,结构底部总纵向水平地震作用标准值: 图4-2 楼层水平地震作用标准值 附加顶部集中力： 质点i的水平地震作用标准值，楼层地震剪力及楼层层间位移的计算过程见下表：表4-5层次47170.6718.95135884.2412760.3905.17905.176828800.001336925.6211.7581376.1412760.3542.072155.396828800.0031626925.628.1556443.8412760.3375.992531.386828800.0037117197.354.5532747.9412760.3218.442749.524360960.00631楼层最大位移与楼层层高比： 所以，满足要求。 4.4刚重比和剪重比验算为了保证结构的稳定和安全，需分别按下列公式进行结构刚重比和剪重比验算。各层的刚重比和剪重比见表4-6。刚重比公式：框架结构： 分别为第i，j楼层重力荷载设计值；第i楼层层高；第i楼层的弹性等效侧向刚度可取该层剪力与层间位移的比值；n结构计算层数水平地震作用计算时，结构各楼层对应于地震作用标准值的剪力应符合下式要求：第i层对应于水平地震作用标准值的剪力；水平地震剪力系数；查高层表（1-21知）各层刚重比和剪重比 表4-643.66828802458368905.177170.67/8877.83342.840.12633.668288024583682155.3921021.91/28023.95116.940.10323.668288024583682531.3827947.53/37597.0187.960.09114.5543609619842372749.5235144.88/47496.1556.460.078从表中 即刚重比与剪重比均满足要求。4.5地震力作用下框架内力计算(以左震为例) 水平地震作用下，框架柱剪力、柱端弯矩计算采用D值法，计算过程见表007、008、表009、表010。其中,反弯点相对高度值在表中 求得框架内分析原则为取隔离体，平衡分析。如取梁，节点等。框架杆端弯矩、轴力，梁端弯矩、剪力按下式计算： 中柱 注：左边式子中的量值有正负 边柱 之分，要根据所取隔离体分析。 A(D)轴框架柱反弯点位置 表4-7层号h/m43.61.250.360000.3633.61.250.460000.4623.61.250.51000.0160.5314.551.590.6600.004400.66B(C)轴框架柱反弯点位置 表4-8层号h/m43.64.390.450000.4533.64.390.450000.4523.64.390.450000.4514.555.560.550000.55横向水平地震荷载作用下A(D)轴框架柱剪力和柱端弯矩的计算 表4-9层号4905.17682880153280.02220.320.3646.8226.3332155.39682880153280.02248.380.4694.0580.1222531.38682880153280.02256.820.5396.14108.4112749.52436096114700.02672.320.6688.52171.83横向水平地震荷载作用下中柱框架柱剪力和柱端弯矩的计算 表4-10层号4905.17682880273520.0436.260.4571.7958.7432155.39682880273520.0486.330.45170.93139.8522531.38682880273520.04101.390.45200.75164.2512749.52436096157860.03699.530.55161.24197.07横向水平地震作用下的弯矩图、剪力图、轴力图如下图所示：横向水平地震作用下左地震弯矩图 图 4-1横向水平地震作用下左地震轴力图 图 4-2横向水平地震作用下左地震剪力图 图4-35内力计算5.1恒荷载作用5.1.1恒载标准值在屋面处引起的固端弯矩： 顶层： 边跨(A-B)梁：；中跨(B-C)梁：；其他层： 边跨梁：； 中跨梁：；图5-1 恒载代表值作用下M图 单位：(kNm）图5-2 恒载代表值作用下M图 单位：(kNm）图5-3恒载剪力图（单位：kN）图5-4 恒载轴力图（单位：kN）5.1.2恒载标准值引起的内力（见表）恒载标准值下AB跨梁端剪力计算 表5-1层次421.01663.03-3.8766.959.16321.47664.41-1.766.1162.71221.47664.41-1.6666.0762.75121.47664.41-2.4266.8361.99 恒载标准值下BC跨梁端剪力计算 表5-2层次43.932.44.7204.724.7233.932.44.7204.724.7223.932.44.7204.724.7213.932.44.7204.724.72恒载标准值下边柱轴力计算 表5-3层次截面横梁传剪力纵墙重纵梁重纵梁板传荷载纵梁板传活载柱重柱轴力41166.915.726.3322.6833.5424.95165.15165.1522.22.38212.48212.4844197.95410.4335566.1122.3826.3316.1642.2424.95150.84561.2766198.17608.627766.0722.3826.3316.1642.2424.95150.8759.488198.13806.7319966.8326.3316.1642.2431.54151.56958.291010183.1989.83恒载标准值下中柱轴力计算 表5-4层次截面右横梁传剪力左横梁传剪力纵墙重纵梁重纵梁板传荷载纵梁板传活载柱重柱轴力4114.7259.1635.7826.3339.9233.5424.95163.67163.1722224.4224.444230.35454.753554.7262.7135.7826.3333.442.2424.95169.4624.1566230.13648.882774.7262.7535.7826.3333.442.2424.95169.44854.3288230.17915.051994.7261.9926.3333.442.2431.54168.581083.631010200.221283.855.2活荷载5.2.1活载标准值在屋面处引起的固端弯矩顶层边跨梁：；其他层边跨梁：； 图5-5 活载作用下M图 单位：(kNm）图5-6 活载作用下M图 单位：(kNm）5.2.2活载标准值引起的内力（见表）活载标准值下边跨梁端剪力计算 表5-5层次41.5264.56-0.124.684.4436.1618.3-0.4618.7617.8426.1618.3-0.4518.7517.8516.1618.3-0.6518.9517.65活载标准值下边柱轴力计算 表5-6层次截面横梁传剪力纵梁传荷载次梁板活载柱轴力4114.682.032.288.998.99228.998.994436.145.0935518.768.19.1536.181.196636.181.1927718.758.19.1536.1117.298836.1117.2919918.958.19.1536.1153.39101036.1153.39活载标准值下中柱轴力计算 表5-7层次截面横梁传剪力纵梁传荷载次梁板活载柱轴力4114.444.192.2810.9110.912210.9110.914445.856.7135517.8418.99.1545.89102.66645.89102.627717.8518.99.1545.9148.58845.9148.519917.6518.99.1545.7194.2101045.7194.26. 重力荷载作用6.1 作用于屋面处均布重力荷载代表值的计算 6.2 作用于楼面处均布重力荷载代表值的计算 6.3 由均布荷载代表值在屋面处引起固端弯矩 6.4 由均布荷载代表值在楼面处引起固端弯矩 图6-1 重力荷载代表值作用下M图 单位：(kNm）图6-2 重力荷载代表值作用下M图 单位：(kNm）重力荷载代表值下AB跨梁端剪力计算 表6-1层次421.54664.62-3.9268.5460.7324.52673.56-1.9775.5371.59224.52673.56-1.9375.4971.63124.52673.56-2.7576.3170.81重力荷载代表值下BC跨梁端剪力计算 表6-2层次43.932.44.7204.724.7233.932.44.7204.724.7223.932.44.7204.724.7213.932.44.7204.724.72重力荷载代表值下边柱轴力计算 表6-3层次截面横梁传剪力纵墙重纵梁重纵梁板传荷载纵梁板传活载柱重柱轴力41168.5415.726.3322.682.0324.95135.28135.282222.38182.61182.6144173.28355.8935575.5322.3826.3316.168.124.95126.12482.0166173.45529.3427775.4922.3826.3316.168.124.95126.08655.4288173.41702.7519976.3126.3316.168.131.54126.9829.651010158.44861.19重力荷载代表值下中柱轴力计算 表6-4层次截面左横梁传剪力右横梁传剪力纵墙重纵梁重纵梁板传荷载纵梁板传活载柱重柱轴力41160.74.7235.7826.3339.924.1924.95135.86135.8622196.59196.5944215.5412.0935571.594.7235.7826.3333.418.924.95154.94567.0366215.67627.7627771.634.7235.7826.3333.418.924.95154.98782.7488215.71843.4719970.814.7226.3333.418.931.54154.16997.631010185.71029.177内力组合7. 1 概述 结构抗震等级可根据结构类型,地震烈度,房屋高度等因素查表求得,由此可得本工程框架等级为三级. 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。当考虑结构塑性内力重分布的有利影响时，应在内力组合之前对竖向荷载作用下的内力进行调幅。当有地震作用时，应分别考虑恒荷载和活荷载有可变荷载效应控制的组合、由永久荷载效应控制的组合及重力荷载代表值与地震作用的组合，并比较三种组合的内力，取最不利者。由于构件控制截面的内力值应取自支座边缘处，为此，进行组合前，应先计算各控制截面处的内力值。梁支座边缘处的内力值按式： ， 计算柱上端控制截面在上层的梁底，柱下端控制截面在下层的梁顶。按轴线计算简图算得的柱端内力值，宜换算成控制截面处的值。为了简化起见，也可采用轴线处内力值，这样算得的钢筋用量比需要的钢筋略微多一点。因为建筑高度为14.40米30米，设防烈度为6度,根据抗震规范确定框架的抗震等级为三级。对于框架梁，其梁端截面组合的剪力设计值应按下式调整：梁端剪力增大系数。一级取1.3，二级取1.2，三级取1.1。对于框架柱组合的剪力设计值应按下式调整：柱剪力增大系数，一级取1.4，二级取1.2，三级取1.1。一、二、三级框架结构的底层，柱下端截面组合的弯矩设计值应分别乘以增大系数1.5、1.25和1.15。底层柱纵向钢筋宜按上、下端的不利情况配置。一、二、三级框架的梁柱节点处，除框架顶层和柱轴压比小于0.15者及框支梁与框支柱的节点外，柱端组合的弯矩设计值应符合下式要求： 节点上、下柱端截面顺时针或反时针方向组合的弯矩值之和，上、下柱端