计算书：大庆市某五层办公楼建筑、结构设计 (1)

大庆市某五层办公楼建筑、结构设计1. 工程概况工程名称： 大庆市某五层办公楼；工程环境： 本工程地处密集建筑群的城市地区，地面粗糙度C类；抗震要求： 设防烈度7度，场地类别乙类，设计抗震分组第二组；建筑概况： 本建筑地上五层，平面整体基本为矩形，室外地面标高-0.45m，层高3.6m，屋面为上人屋面，女儿墙高1.2m。建筑总高19.65m。建筑总长度为59.4m，宽17.34m。建筑总面积约为5200m2。2. 设计资料工程规模：主体五层；结构类型：框架结构；抗震设防烈度：7度，第二组别，设计地震基本加速度值为0.10g；场地：类；设计使用年限：50年；框架抗震等级：三级结构重要性系数：1.0建筑、结构布置图及计算简图如下图1 建筑平面布置图（未标示部分对称）图2 结构平面布置图（未标示部分对称）图3 计算简图图3注：框架结构计算简图，取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板顶，1- 5层高度即为层高，取3.6m；底层柱高度从基础顶面取至一层板顶，即h13.6+0.45+0.54.55m。3. 构件截面尺寸估计梁截面估算：主梁高为跨度的1/101/12，截面宽为高的1/21/3：AD轴线轴线框架梁与次梁跨度为7200mm和2700mm两种，因有次梁集中荷载作用，截面均取为300mm700mm。柱截面估算：该框架结构的抗震等级为三级，其轴压比限值为=0.8，各层重力荷载代表值近似取12kN/m2， 综合考虑各种因素，取柱子截面为正方形，则柱截面边长429mm，本设计取柱截面尺寸600600mm。4. 重力荷载计算4.1 屋面及楼面的永久荷载标准值查建筑结构荷载规范（GB50009-2001）表A.1得材料和构件自重五层屋面隔热层： 1/211.80.18=1.062/ m2找平层：20厚1：3水泥砂浆找平 200.020.40kN/m2保护层：40厚配筋C25细石混凝土 220.040.88kN/m2找坡层：1：8水泥陶粒100mm 140.101.40kN/m2结构层：100mm现浇钢筋混凝土板 250.102. 50kN/m2板底抹灰：10mm石灰抹灰 170.010.17kN/m2防水层：SBS沥青防水卷材八层作法 0.4kN/m2合 计 7.20kN/m2楼面走廊： 瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 0. 55kN/m2100mm现浇钢筋混凝土板 250.102. 50kN/m2水磨石地面（包括10mm面层，20mm水泥砂浆打底） 0.65kN/m2V型轻钢龙骨吊顶（二层9mm纸面石膏板，50mm厚岩棉板） 0.25kN/m2合 计 3.95kN/ m2取4.0kN/m2会议室及办公室地面：磨光花岗岩地面 1.20kN/m2100mm现浇钢筋混凝土板 250.10=2.50kN/m2 V型轻钢龙骨吊顶（二层9mm纸面石膏板，50mm厚岩棉板） 0.25kN/m2合 计 3.95kN/ m24.0kN/m24.2 梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算查建筑结构荷载规范（GB50009-2001）表A.1得以下自重：混凝土空心小砌块： 11.8kN/m2梁自重计算主梁(300700)自重： 0.30（0.7-0.1）254.5kN/m抹灰： 0.14kN/m合计 4.91kN/m柱自重计算柱（600600）自重: 0.600.60259kN/m抹灰层（10厚混合砂浆）： 0.0140.6017=0.41kN/m合 计： 9.41kN/m墙自重计算外纵墙自重： 纵墙： 11.80.24(4.83.6-2.11.8)38.23 kN铝合金窗： 0.352.11.8.64 kN外墙面贴瓷砖： 3.55 kN内墙面20厚抹灰： 4.59 kN合 计 49.01KN内横墙自重：横墙： 11.80.244.83.648.94kN20厚抹灰： 170.024.83.65.88 kN合 计 54.82KN女儿墙自重侧墙重及压顶重： 11.80.241.27.2+250.30.2437.43 kN外墙面贴瓷砖： 0.57.21.24.32 kN水泥粉刷内面： 0.361.27.23.11 kN合 计 44.56KN4.3 活荷载标准值屋面及楼面活载上人屋面均布活荷载标准值 2.0kN/m2楼面活荷载标准值(办公部分) 2.0kN/m2走廊活荷载标准值 2.5kN/m2考虑活动隔墙及二次装修，楼面活载取为4.0kN/m2屋面雪荷载标准值 sk=rs0=1.00.30=0.30kN/m2式中：r为屋面积雪分布系数，取r1.04.4 重力荷载代表值计算根据建筑抗震设计规范（GB 50011-2001）规范5.1.3 ，计算地震作用时，建筑的重力荷载代表值应取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和。各可变荷载的组合值系数，应按表5.1.3 采用。所以雪荷载组合值系数取0.5，楼面活荷载组合值系数取0.5。顶层重力荷载代表值1、恒载屋面恒载： 7.0 17.345.4674.18KN女儿墙： 26.675.472.04KN主次梁自重： 4.91（5.44+17.1）192.34 KN半层柱自重： 9.4143.6267.75KN半层墙自重： 196.00KN2、雪载50%屋面雪载： 0.55.40.3017.34=14.05 KN合 计 1202.36KN1113226KN中间层重力荷载代表值1、恒载楼面恒载： 4.05.417.1369.36 KN全层墙重： 392 KN纵横梁自重（同顶层）： 192.34KN全层柱： 135.5KN2、活载50%楼面活荷载： 0.545.417.1184.68 KN合 计 1300.88KN1114310KN底层的重力荷载代表值1、恒载楼面恒载： 369.36KN半层墙重： 196.00 KN主次梁自重： 192.34KN下半层柱自重： 67.75 KN2、活载50%楼面活荷载： 184.68KN合 计 1010.13KN1111112KN图4 重力荷载代表值5 框架侧移刚度计算梁、柱线刚度计算表1 横梁线刚度计算表类别Ec(KN/m2)b(mm)h(mm)I0(mm4)l(mm)EcI0/l(KN/m)2EcI0/l(KN/m)AB、CD跨梁3.01073007008.5751097200 3.5731047.146104BC跨梁3.01073007008.5751092700 9.52810419.056105表2 柱线刚度计算表Ec(KN/m2)b(mm)h(mm)Ic(mm4)hc(mm)EcIc/hc(KN/m)3.0107600 600 10.810103600 101053.010760060010.8101045507.12105表3侧移刚度计算表层次层高h (m)柱根数cKN/mD253.6边柱220.360.153283331898512中柱221.310.1315796314.55边柱220.500.400330161832226中柱221.840.60950267图5框架相对线刚度6. 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算6.1 横向自振周期的计算运用顶点位移法来计算，对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构，基本自振周期可按下式来计算：式中，计算结构基本自振周期用的结构顶点假想位移，即假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值作为水平荷载而算得的结构顶点位移；结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数，取0.7；计算结构顶点的假想侧移。表4 结构顶点的假想位移计算层次i(kN)Gi(kN)i(KN/m)ui(m)ui(mm)5132261322618985120.006970.109824143102753618985120.014500.102853143104184618985120.022050.088352143105615618985120.029580.066301111126726818322260.036720.03672由上表计算基本周期，。6.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算该建筑结构高度远小于40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切为主，因此用底部剪力法来计算水平地震作用。首先计算总水平地震作用标准值即底部剪力。式中，相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数；结构等效总重力荷载，多质点取总重力荷载代表值的85；工程所在地区特征分区为一区，又场地类别为类，查建筑抗震设计规范（GB 50011-2001）规范表5.1.4-2 特征周期值（s）得特征周期；根据抗震设计规范第5.1.5，得建筑结构阻尼比；查抗震设计规范表5. 1.4-1得，水平地震影响系数最大值，由水平地震影响系数曲线来计算，式中， 衰减系数，0.05时，取0.9； 因，所以不需要考虑顶部附加水平地震作用。因此各质点的水平地震作用按下式来计算，具体计算过程如下表，各楼层的地震剪力按 计算。表5 地震层间剪力计算层次Hi(m)i(KN)iHi(KN.m)iHi/jHjFi(kN)Vi(kN)518.9513226250632.70.311276.271276.27415.3514310 219658.50.271111.592387.86311.7550.21864.573252.4328.1514310116626.50.15 617.553869.9814.551111250559.60.06247.024117jHj805619.8各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见下图图6水平地震作用及层间地震剪力6.3 水平地震作用下的位移验算框架第层的层间剪力、层间位移及结构顶点位移分别按下式来计算：， 计算过程见下表，各层的层间弹性位移角。表6 横向水平地震作用下的位移验算层次Vi(kN)i(KN/m)ui(m)ui(m)hi(m)i=ui/hi51276.2718985120.00070.00793.61/514342387.8618985120.0013 0.00723.61/276933252.4318985120.00170.00593.61/211823869.9818985120.00200.00423.6 1/18001411718322260.00220.00224.551/2068可见，最大层间弹性位移角发生在第一层，1/1800 1/550，满足要求。6.4 水平地震作用下框架内力计算由于D值法近似地考虑了框架结点转动对侧移刚度和反弯点高度的影响，比较精确，所以选用用D值法，将层间剪力分配到该层的各个柱子，即求出柱子的剪力，再由柱子的剪力和反弯点高度来求柱上、下端的弯矩。柱端剪力按下式来计算： 柱上、下端弯矩、按下式来计算Mi1u ， ，表7各层边柱柱端弯矩及剪力计算层次hi(m)Vi(kN)i(KN/m)Di1(kN/m)VijKyMi1bMi1u53.61276.2718985122833319.050.360.2315.7752.8143.62387.8618985122833335.640.360.3544.9183.40 33.63252.4318985122833348.540.360.4578.6396.1123.63869.9818985122833357.750.360.55114.3593.5614.55411718322263301674.190.360.75253.1784.39表8中柱柱端弯矩及剪力计算层次hi(m)Vi(kN)i(KN/m)Di2(kN/m)Vi2(kN)KyMi1bMi1u53.61276.2718985125796338.981.310.3751.9288.4143.62387.8618985125796372.901.310.45118.10144.3433.63252.4318985125796399.301.310.50178.74178.7423.63869.98189851257963118.151.310.50212.67212.6714.554117183222650267112.951.840.64328.91185.01梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按下式来计算，表9 横向水平地震作用下梁端弯矩、剪力及柱轴力计算表层次 边柱框架梁 中柱框架梁 柱轴力 Mbl Mbr L Vb MblMbr L Vb边柱中柱552.8124.317.210.7164.1064.102.723.74-10.71-13.03499.1753.977.220.8 142.36 142.36 2.752.73 -31.98-23.743141.0181.637.230.92215.21215.212.779.70-62.9 -55.722172.19107.647.238.83283.77 283.77 2.7105.1-101.73 -118.62 1198.74109.367.242.79288.32288.322.7106.76-144.52-220.35图7 水平地震作用下框架弯矩、梁端剪力及柱轴力图7. 横向风荷载作用下内力计算7.1 风荷载标准值垂直于建筑物表面上的风荷载标准值当计算主要承重结构时按下式来计算： 建筑地区基本风压0.30kN/m2，由建筑结构荷载规范GB50009-2001表7.3.1项次30得，(迎风面)，(背风面)。采用风振系数来考虑风压脉动得影响，建筑结构在z高度处的风振系数按下式来计算： 式中， 脉动增大系数；脉动影响系数；振型系数；，H0.25s ,查表得，1.18，取轴线4的一榀横向框架，其负载宽度为7.2m，因此沿房屋高度的分布风荷载标准值表10 沿房屋高度分布风荷载标准值层次Hi(m)HiqK(kN/m)FK (KN)女儿墙19.651.20.8310.553.203.84518.453.60.8110.553.1311.27414.853.60.7410.552.8610.30311.253.60.7410.552.8610.3027.653.60.7410.552.8610.3014.053.60.7410.552.8611.58框架结构分析时，按静力等效原理将分布风荷载转化为节点集中荷载。7.2风荷载作用下框架侧移及内力计算表11 风荷载作用下的框架侧移计算层次511.2711.271725920.00006530.00094203.61/55130410.3021.571725920.00012500.00087673.61/28800310.3031.871725920.00018470.00075173.61/19491210.3042.171725920.00024430.00056703.61/14736111.5853.751665660.00032270.000032274.551/12550 表12风荷载作用下的框架各层柱端弯矩及剪力计算表边柱层次53.611.27172592283331.850.360.231.535.1343.621.57172592283333.540.360.354.468.2833.631.87172592283335.230.360.458.4710.3623.642.17172592283336.920.360.5513.7011.2114.0553.751665663301610.650.500.7532.3510.78表13风荷载作用下的轴框架各层柱端弯矩及剪力计算表中柱层次53.611.27172592579633.781.310.375.038.5743.621.57172592579637.241.310.4511.7314.3433.631.871725925796310.701.310.5019.2619.2623.642.171725925796314.161.310.5025.4925.4914.0553.751665665026716.221.840.6442.0423.65表14风荷载作用下梁端弯矩、剪力及柱轴力计算表层次 边柱框架梁 中柱框架梁 柱轴力 Mbl Mbr L Vb MblMbr L Vb边柱中柱55.132.367.21.046.216.212.74.6-1.04-3.5649.817.177.22.36 18.90 18.90 2.714-3.4-15.2314.828.527.23.2422.4722.472.716.64-6.64-28.6219.6812.317.24.4432.44 32.44 2.724.03-11.08 -48.19 124.4813.517.25.2835.6335.632.726.39-16.36-69.3图8 风荷载作用下框架弯矩、梁端剪力及柱轴力图8. 竖向荷载作用下的框架内力计算8.1 计算单元取轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为5.4m，如图所示，由于房间内布置有次梁，故直接传给该框架的楼面荷载如图中水平阴影线所示，计算单元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。如下图图9 结构计算单元8.2 荷载计算1、恒载计算（1）AB、CD跨梁：屋面恒载： 屋面活载： 楼面恒载： 楼面活载： A-B(C-D)框架梁均布荷载屋面梁恒载=梁自重+板传荷载=屋面梁活载=板传荷载=楼面梁恒载=梁自重+板传荷载=楼面梁活载=板传荷载（2）BC跨梁：屋面恒载： 屋面活载： 楼面恒载： 楼面活载： A-B(C-D)框架梁均布荷载屋面梁恒载=梁自重+板传荷载=屋面梁活载=板传荷载=楼面梁恒载=梁自重+板传荷载=楼面梁活载=板传荷载=（3）柱子：A轴顶层柱恒载： 顶层柱活载： 标准层柱恒载： 标准层柱活载 ： 基础顶面恒载 ： B轴顶层柱恒载： 顶层柱活载： 标准层柱恒载： 标准层柱活载 ： 基础顶面恒载 ： 8.3 内力计算 图10 恒荷载作用下弯矩二次分配及其弯矩图图11 活荷载作用下弯矩二次分配及其弯矩图梁端剪力可根据梁上竖向荷载引起的剪力与梁端弯矩引起的剪力相叠加而得，而柱轴力可由梁端剪力和节点集中力叠加得到，计算恒载作用时的柱底轴力，要考虑柱的自重。以标准层为例来计算：表15 恒载作用下的梁端剪力及柱轴力层次由荷载产生由弯矩产生总剪力柱子轴力AB跨BC跨AB跨BC跨AB跨BC跨A柱B柱VA=VBVB=VCVA=-VBVB=VCVA=VBVB=VCN顶N底N顶N底5125.481.78-1.850123.636.63209.66243.54231.05264.934112.681.78-1.780109.906.63567.78601.66598.24632.123112.681.78-1.780109.906.63845.67879.55879.46913.342112.681.78-1.780109.906.631165.481199.361205.821239.71112.681.78-1.780109.90 6.631409.681443.561452.361486.24图12恒载作用下的柱轴力图(kN)9. 横向框架内力组合9.1 结构抗震等级结构的抗震等级可根据结构类型、地震烈度、房屋高度等因素，查规范得到，该框架结构，高度30m，地处抗震设防烈度为7度，因此该框架为三级抗震等级。9.2 框架内力组合梁内力控制截面一般取两端支座截面及跨中截面。支座截面内力有支座正、负弯矩及剪力，跨中截面一般为跨中正截面。1、作用效应组合结构或结构构件在使用期间，可能遇到同时承受永久荷载和两种以上可变荷载的情况。但这些荷载同时都达到它们在设计基准期内的最大值的概率较小，且对某些控制截面来说，并非全部可变荷载同时作用时其内力最大，因此应进行荷载效应的最不利组合。永久荷载的分项系数根据建筑结构荷载规范（GB50009-2001）3.2.5：当其效应对结构不利时，对由可变荷载效应控制的组合取1.2，对由永久荷载效应控制的组合取1.35；当其效应对结构有利时，一般情况下取1.0，对结构的倾覆、滑移或漂移验算取0.9。可变荷载的分项系数，一般情况下取1.4。均布活荷载的组合系数为0.7，风荷载组合值系数为0.6，地震荷载组合值系数为1.3；2、承载力抗震调整系数从理论上讲，抗震设计中采用的材料强度设计值应高于非抗震设计时的材料强度设计值。但为了应用方便，在抗震设计中仍采用非抗震设计时的材料强度设计值，而是通过引入承载力抗震调整系数来提高其承载力。表16 承载力抗震调整系数受弯梁偏压柱受剪轴压比0.150.750.750.800.853、 内力组合表- 48 -表17 梁的内力组合层次截面位置内力SgkSqkSwkSek1.2恒+1.4活1.2恒+0.9*1.4（活+风）1.35恒+活1.2恒+1.3震一层AM46.93 29.70 24.48 198.74 97.89 124.58 93.05 314.68 V109.90 32.58 5.28 42.79 177.49 179.58 180.95 187.51 B左M51.44 34.62 13.51 109.36 110.19 122.37 104.06 203.90 V109.90 32.58 5.28 42.79 177.49 179.58 180.95 187.51 B右M19.34 12.64 35.63 288.32 40.90 84.02 38.74 398.02 V6.63 4.23 26.39 106.76 13.88 46.54 13.18 146.74 跨间Mab402.35 Mbc278.56 三层AM52.61 34.36 14.82 141.01 111.23 125.10 105.38 246.44 V109.90 32.58 3.24 30.92 177.49 177.01 180.95 172.08 B左M53.19 35.42 8.52 107.64 113.41 119.19 107.23 203.76 V109.90 32.58 3.24 30.92 177.49 177.01 180.95 172.08 B右M13.62 9.82 22.47 215.21 30.09 57.03 28.21 264.15 续表 17V6.63 4.23 16.64 79.70 13.88 34.25 13.18 111.57 跨间Mab274.43Mbc175.26 五层AM66.38 29.76 5.13 52.81 121.32 123.61 119.37 148.30 V123.63 32.42 1.04 10.71 193.74 190.52 199.32 162.28 B左M78.49 34.58 2.36 24.31 142.60 140.74 140.54 125.79 V123.63 32.42 1.04 10.71 193.74 190.52 199.32 162.28 B右M39.15 16.23 6.21 64.10 69.71 75.26 69.09 130.31 V6.63 4.23 4.60 23.74 13.88 19.08 13.18 38.82 跨间Mab164.52 Mbc105.34 表18 A柱的内力组合层次截面内力SgkSqk|Swk|Sek|1.2恒+1.4活1.2恒+0.9*1.4（活+风）1.35恒+活1.2恒+1.3震5 柱顶M82.97 37.20 5.13 52.81 151.64 152.90 149.21 168.22 N209.66 49.63 1.04 10.71 321.07 315.44 332.67 265.52 柱底M43.60 24.33 1.53 15.77 86.38 84.90 83.19 72.82 N243.54 49.63 1.04 10.71 361.73 356.09 378.41 306.17 4 柱顶M22.17 18.63 8.28 88.40 52.69 60.51 48.56 141.52 N567.78 92.22 3.40 31.98 810.44 801.82 858.72 722.91 柱底M43.60 26.99 4.46 44.91 90.11 91.95 85.85 110.70 N601.66 92.22 3.40 31.98 851.10 842.47 904.46 763.57 3 柱顶M22.17 18.63 10.36 96.11 52.69 63.13 48.56 151.55 N845.67 148.93 6.64 62.90 1223.31 1210.82 1290.58 1096.57 柱底M43.60 26.99 8.47 78.63 90.11 97.00 85.85 154.54 N879.55 148.93 6.64 62.90 1263.96 1251.48 1336.32 1137.23 2 柱顶M22.17 18.63 11.21 93.56 52.69 64.20 48.56 148.23 N1165.48 198.64 11.08 101.73 1676.67 1662.82 1772.04 1530.83 柱底M43.60 26.99 13.70 114.35 90.11 103.59 85.85 200.98 N1199.36 198.64 11.08 101.73 1717.33 1703.48 1817.78 1571.48 1 柱顶M18.66 12.59 10.78 84.39 40.02 51.84 37.78 132.10 N1409.68 248.35 16.36 144.52 2039.31 2025.15 2151.42 1879.49 柱底M9.33 6.30 32.35 253.17 20.02 59.90 18.90 340.32 N1443.56 248.35 16.36 144.52 2079.96 2065.81 2197.16 1920.15 表19 B柱的内力组合层次截面内力SgkSqk|Swk|Sek|1.2恒+1.4活1.2恒+0.9*1.4（活+风）1.35恒+活1.2恒+1.3震5 柱顶M49.17 22.94 8.57 88.41 91.12 199.31 89.32 173.94 N231.05 57.07 3.56 13.03 357.16 365.59 368.99 294.20 柱底M29.60 16.99 5.03 51.92 59.31 122.35 56.95 103.02 N264.93 57.07 3.56 13.03 397.81 406.24 414.73 334.86 4 柱顶M19.86 15.00 14.34 144.34 44.83 224.60 41.81 211.47 N598.24 114.18 15.20 23.74 877.74 891.67 921.80 748.75 柱底M26.89 18.42 11.73 118.10 58.06 204.28 54.72 185.80 N632.12 114.18 15.20 23.74 918.40 932.32 967.54 789.41 3 柱顶M19.86 15.00 19.26 178.74 44.83 267.94 41.81 256.19 N879.46 171.17 28.60 55.72 1294.99 1341.23 1358.44 1127.79 柱底M26.89 18.42 19.26 178.74 58.06 280.69 54.72 264.63 N913.34 171.17 28.60 55.72 1335.65 1381.89 1404.18 1168.44 2 柱顶M19.86 15.00 25.49 212.67 44.83 310.70 41.81 300.30 N1205.82 228.16 48.19 118.62 1766.41 1883.93 1856.02 1601.19 柱底M26.89 18.42 25.49 212.67 58.06 323.44 54.72 308.74 N1239.70 228.16 48.19 118.62 1807.06 1924.58 1901.76 1641.85 1 柱顶M13.24 9.06 23.65 185.01 28.57 260.42 26.93 256.40 N1452.36 285.15 69.30 220.35 2142.04 2379.76 2245.84 2029.29 柱底M6.62 4.53 42.04 328.91 14.29 428.08 13.47 435.53 N1486.24 285.16 69.30 220.35 2182.71 2420.43 2291.58 2069.94 表20 A和B柱的剪力组合层次柱内力SgkSqk|Swk|Sek|1.2恒+1.4活1.2恒+0.9*1.4（活+