高层结构计算书

前言

本设计是按照xxxx城市建设学院土木系XXXX年毕业设计要求编写的

毕业设计。题目为“XXXX办公楼”。内容包括建筑设计、结构设计两部份。

办公楼走公共建筑，其规范要求比较严格，能体现处建筑和结构设计的很多

重要的方面，选择办公楼建筑和结构设计，从而掌握办公楼设计的基本原理，妥

善解决其功能关系，满足使用要求。

框架结构的设计始于欧美，二十世纪厚得到了世界各地大范围的使用，其结

构建筑平面布置灵活，使用空间大。延性较好。其具有良好的抗震能力。对办公

楼有重要建筑结构非常适用。能满足其较大的使用面积要求。

框架结构的研究，对于建筑的荷载情况，分析其受力，采用不同的方法分别

计算出各种荷载作用下的弯矩、剪力、轴力，然后进行内力组合，挑选出最不利

的内力组合进行截面的承载力计算，保证结构有足够的强度和稳定性。在对竖向

荷载的计算种采用了零矩分配法，对水平荷载采用了D值法，对钢筋混凝土构件

的受力性能，受弯构件的正截面和斜截面计算都有应用。

本结构计算选用一桐框架为计算单元，采用手克的简化计算方法，其中计算

框架在竖向荷载下的内力时使用的弯距二次分配法，不但使计算结果较为合理，

而且计算量较小，是一种不错的手算方法。本设计主要通过工程实例来强化大学

期间所学的知识，建立一个完整的设计知识体系，了解设计总过程，通过查阅大

量的相关设计资料，提高自己的动手能力。

这次设计是在结构教研室各位老师的悉心指导下完成的，在此向你们表示衷

心的感谢！

鉴于水平有限，设计书中还存在不少缺点甚至错误，敬请老师批评和指正。

第1章设计基本资料

§1.1初步设计费科

一.工程名称：XXXX办公楼。

二.工程概况：建筑面积1432m、建筑总高为40.8m,主体大楼为十一层，

地下室一层，室内外高差为0.9m.

三.温度：最热月平均28匕，最冷月平均-5七；

极端最高温度38℃,极端最低温度为-11.5℃.

四.相对海度；年平均34%

五.相对风向：北风，基本风压0.4KN/M.

六.雨雪条件：最大积雪深度0.25cm,雪荷载0.40KN/m'。

七.年降雨量870廊。

八.水文资料：经勘探未发现地下水

九.地质条件：

1.地震烈度：本工程地震设防烈度为7度，近震，

场地类型：II类。

2.地质资料：见表1一1

表1—1地质资料

土层厚度(m)岩土名称

4.2填土

9.5粘性土

10粗砂

十.材料使用：

1.混凝土：梁柱板均使用C30混凝土。

2.钢筋：纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB335,其余采用热轧钢筋HPB235。

3.墙体：

a.外纵墙采用200厚灰砂砖(18KN/mD,一侧墙体为水刷石墙面(J.5KN/

ml)，一侧为20mm厚抹灰(17KN/H1')：

b.内隔墙采用200厚灰砂砖(18KN/mD,两侧均为20mm厚抹灰。

c.卫生间隔增采用200厚蒸用粉煤灰加气碎砌块(5.5KN/m3),两侧贴瓷砖

1

(0.SKN/m)0

3

d.女儿墙采用200厚灰砂砖(18KN/m)两恻均为200厚抹灰，墙高300mm0

4.窗：均为钢框玻璃窗(0.5KN/m2)

5.fl：除大门为玻璃门(0.45KN/mZ),办公室均为木门(10.ZKN/m?).

§1.2结构选型

一.结构体系选型：采用钢筋混凝土现浇框架剪力墙结构体系。

二.屋面结构：采用现浇混凝土肋型屋盖，刚柔性结合的屋面，屋面板厚120。

三.楼面结构：采用现浇混凝土肋型屋盖，底板厚300mm,一层200mn,标准

层120,局部90mm。

四.楼梯结构：采用钢筋混微土板式楼梯。

五.天沟：采用现浇内天沟

第2章结构布置及计算简图

§2.1结构布置及梁，柱截面尺寸的初选

§2.1.1梁柱截面尺寸初选

主体结构共11层局部12层，层高为4.2m(一层)，3.6m(二至十层)，3.0m,

内外墙的做法：内墙做法：内外增均砌200厚空心砌块陡，门窗详见门窗表，楼

层屋盖均为现浇钢筋碎结构。

板厚取120mm：h=l20>1/40=2400/40=600mm

一.梁截面尺寸的估算：

1.AB跨：

(1).主梁：I.=7200mni

h=\--—|L=750/w/n500〃〃〃，取600mm

(812；

b=\——IL=300/??/??200〃〃”，取300mm

(23)

故框架横纵梁的截面尺寸为bXh=300mmX600iron

(2).次梁：L=7200mm

(1|>

/?=------L=480/22/W600〃Z〃？，取500nm,b取200mm

U512)

故框架次梁的裁面尺寸为bXh=200mmX500mm

2.BC跨：

(1).主梁：L=2400mm

1

8-—L=300/77777200""〃，取400mm

12；

b=\--L=225mm150nmi,取200mm

(23)

故框架梁的截面尺寸为bXh=200mmX400mm

表27估算梁的截面尺寸(廊)及各层混凝土强度等级

层数混凝土横梁(bXh)纵梁次梁

强度等级ABCD跨(bXh)(bXh)

1〜11C30300X600200*400300X600200X400

二.柱截面尺寸的估算

框架柱截面尺寸根据柱的轴压比限制，按下式计算：

1.柱组合的轴压比设计值按照公式1—1计算：

N=0Fgn(1-1)

式中：

夕：为考虑地震作用组合后柱轴力压力增大系数，边柱取1.3,等跨内柱以1.2,

不等跨取1.25；

F：为按照简支状态计算柱的负荷面积；

g：为折算后在单位面积上的重力荷载代表值，近似取12KN/，/；

n：为验算截面以上楼层层数；

2.框架柱验算

N

<0.8(1-2)

由计算简图2—1可知边柱和中柱的负载面枳可知：

中柱：(7.2+7.2)/2X(7.2+2.4)/2=34.56m,

边柱：(7.2+7.2)/2X7.2/2=25.92肝

边柱:A.21.2N/力=(1.2x7.2x3.6x12x1000x10)/14.3x0.8=326266mm2

中柱：儿之1.2N//.=(1.2x7.2x4.8x12x1000x10)/14.3x0.8=43502l/w??2

根据上述计算结果，并综合考虑其他因素，取柱裁面为正方形，初步f古计柱

的尺寸为600mmX700mm=420000min2n435021〃〃/,为计算简便中柱和边柱的

尺寸相同，均为600mmX700mm。

故初选柱的尺寸为600mmX700nm:

3600,3600

⑤

图2-1边柱和中柱的负荷面积简图？

§2.1.2结构布置

o

o

图2-2结构平面布置图

注：梁的尺寸:

Li=300mmX600

L2=200mmX400

L3=200mmX500

边柱、内柱的尺寸均为：600mmX700mm

§2.2框架结构的计算简图

(600X700)(600X700)(600X700)(600X700)(600X700(600X700)(600X700)(600X700)<600X700)(600X700)

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第3章重力荷载代表值的计算

§3.1荷载计算

§3.1.1屋面及楼面恒荷载计算

—.屋面

防水层（刚性）30厚C20细石混凝土1.OKN/m,

找平层（柔性）三毡四油油铺小石子0.4KN/m1

找平层：15厚水泥砂浆O.O15mX2OKNW=0.3KN/m,

找坡层：40厚水泥石灰砂浆3%找平0.04mX14KN/=o.56KN/m1

保温层：80厚矿渣水泥0.08«!义14.51<1^/"d=1.16邺/111，

结构层：100厚现浇钢筋混凝十.板0.lmX25KN/"广=2.5KN/nf

抹灰层：10厚混合砂浆0.01mX17KN/〃z3=o.UKN/nV

合计6.09KN/m,

二.标准层楼面：大理石楼面

大理石面层，水泥砂浆擦缝

30厚1：3干硬性水泥砂浆面上撤2厚素水泥1.16KN/m，

水泥浆结合层一道

结构层：120厚现浇钢筋泡凝土板0.lmX25KN//n'=3KX/mJ

抹灰层:10厚混合砂浆0.OlmX17KN/m3=0.17KN/mJ

合计:4.33KN/m*

三.楼梯，水泥砂浆楼面

构造层：0.5KN/m*

结构层：100厚现浇钢筋混凝土板0.1mX25KN/〃P=2.5KN/m'

抹灰层：10厚混合砂浆O.OlmX17KN/〃7*=0.17KN/ID,

合计：3.17KN/m,

§3.1.2.屋面及楼面活荷载计算

根据《荷载规范》查得：

上人屋面：2.OKN/m,

楼面：2.0KN/nf（办公楼）

走廊：2.5KN/IB1

水箱：500KN,电梯：10KN/每部

屋面活荷载，不上人屋面：0.5KN/m?楼梯活荷载标准值按3.5KN/U12取值，底板活载4.0KN/O12,屋

顶花园3.0KN/m2,餐厅操作间4.0KN/m2,其他楼面活载为2.5KWm2,

二.雪荷载

Sk=1.0X0.3KN'/m^O.3KN/m1

屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者•取大者.

§3.1.3.梁，柱，墙，门窗重力荷载的计算

一.梁自重:

1.边横梁，纵梁：bXh=300mnX600mm

梁自重：2.5KN/〃PX0.3^X(0.6m-0.Im)=3.75KN/ml

抹灰层10厚混合砂浆：

0.01mX[(0.6m-0.Im)X2+0.25m]X17KN/〃P=0.221KN/m,

合计:3.975KN/m1

2.中横梁：bXh=200mmX400mm

梁自重：25KN/w3X0.2mX(0.4m-0.lm)=l.4KN/m

抹灰层10厚混合砂浆：

0.01mX[(0.4nr0.12m)X2+0.25ra]X17KN//n3=0.1615KN/m1

合计：1.56KN/m,

3.次梁：bXh=200nmX400nm

梁自重:25KN加xo.20mX(0.4m-0.12m)=l.4KN/m

抹灰层10厚泡合砂浆：

0.01mX[(0.4m-0.Im)X2+0.25m]X17KN/wi3=0.16KN/m1

合计：1.56KN/m'

4.基础梁：bXh=250mmX400mm

梁自重：25KN/W3XO.25mXO.4m=2.5KN/m

二.柱自重：

1.柱：bXh=600mmX600nun

柱自重:25KN//723X0.6mX0.7m=10.5KN/m

抹灰层10厚混合砂浆:0.OlmX(1.2+1.4)mX17KN/〃/=0.442KN/m'

合计:10.942KN/m

2.构造柱：bXh=240mmX240mm

柱自重：25KNWX0.24n)X0.24m=l.44KN/m

抹灰层10厚混合砂浆：

0.OlmXO.24mXO.24mX2X17KN//773=0.16KN/m

合计：1.6KN/m

三.外纵墙自重：

标准层

铝合金窗：0.5KN/mlX3.6m=1.8KN/m

合计：1.8KN/m

标准层左右侧墙面

纵墙：3mX0.20mX18KN/w3=10.8KN/m

水刷石外墙面：3.6mX0.5KN/m'=L8KN/m

水泥粉刷那墙而：3.6mX0.36KN/m^l.296KN/m

合计：13.896KN/m

底层

铝合金窗:0.5KN/m,X4.2m=2.1KN/m

合计:2.1KN/m

底层：

纵堵3.6X0.2mX18KN〃/=15.12KN/m

水刷石外墙面:4.2X0.5KN/m*=2.1KN/m

石灰粗沙刷那墙面：4.2X0.36KN/m2=1.512KN/ni

合计:16.572KN/m

四.内墙自重：

标准层

纵墙：(3.6m-0.6m)X0.20mX18KN/wi3=10.8KN/m

水泥粉刷内墙面：3.0mX0.36KN/m2X2=2.16KN/m

合计:12.96KN/m

底层：

纵墙：(4.2m-0.6m)XO.2mX18KNW=12.96KN/m

水泥粉刷内墙面:3.6mX0.36KN/lrfX2=2.592KN/m

合计:15.552KN/m

第4章框架侧移刚度的计算，横向框架梁柱的线刚度计算

§4.1.1框架梁柱的线刚度计算

框架梁柱的相对线刚度如图4—1所示.作为计算各节点弯矩分配的依据.

在框架结构中，现浇楼板的楼可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少

框架的侧移。为考虑这一有利的作用，在计算梁的假面惯性矩的时候，对于中框架取1=2L(L为梁的截

面惯性矩)

/()=/加/12(4-1)

梁采用C3O混凝土，E,=3.0x107kN/而

边框架：

由于左跨梁=右跨梁

i边梁=EI/L=3.0X1o?AN/m2X2X\Xo.3mX(0.6/n)3/7.2/zz=4.5x104KN/M

中跨梁：

i中跨=E"L=3.0xTU，kN/x2x—x0.2mx(0.4???)'/2.4〃？=4.28x104KN/M

12

同理，中框架：

i边梁=E"L，3.0X1x2x卷X0.3mx(0.6w)3/7.2AM=4.5X104KN/m4

中跨梁：

i中跨=EI/L=3.0xl07JWV//n2x2x—x0.2mx(0.4/n)3/2.4m=5.7x10'KNIm4

底层柱：(A〜j轴)

i底柱=EI/L=3.0xl()7kNinvx2x-^x0.6x(0.7)m3/4.2/n=l1.47xIO4KN/w4

其余各层柱：(A〜J轴)

i余柱：ET/I.=3.0x1CfkNinrx2x\x0.6mx(0.7)m3i3.6/n=14.33x104KN/m4

令i余柱=L0,则其余各杆件的相对线刚度为：

4.5X1Q4//774

i边梁==0.157

14.33x1()4//

2.667x104//

中跨梁==0.0933

i2.858x1()5/〃2“

2.45xlO5////4nee

i底柱=----------；----；~T=0.857

2.858x1()5x10”/

§4.1,2.梁柱的线平均刚度比

一.底层

(4-2)

0.5+%

a=------(4-3)

2+攵

由公式(4-2).(4-3)可求梁柱线刚度为:

1=^2=0,183

1.A,B梁柱线刚度次为:

0.857

12i_0.313x12x2.45x1()5

。=”工0.313c

D=ax=52167(KN/M)

,2+4(h24.22

2.B,C梁柱的线刚度A为:k=。1。卜°。93=0292

0.857

0.5+左八一八12ic_0.504x12x2.45x1()5

=----=0.510D=a<.x=84000(KN/M)

c2+kh24.22

标准层:

(47)

a-——=(4-5)

2+k

由公式(4-2)、(4-3)可求梁柱线刚度为:

__Q157x2

I.A,J梁柱的线刚度女为：k=------=0.157

2x1

*=二=•=0.073D=ax12。_0.073x12x2.45x10’

=16512(KN/M)

2+&/I236

2.梁柱的线刚度工为：工=(()♦157+0093)=0/25

2x1

a——^—==0.118D=a'x12<_0.118x12x2.45x1()5

=26688(KN/M)

c2+A'h236

故横向框架的侧移刚度见表4-1,4-2

二.顶层:

i=Z4/2Z《(4-4)

k

a=——=(4-5)

2+k

由公式(4-2).(4一3)可求梁柱线刚度为：

__0157x2

1.A,J梁柱的线刚度k为:k=-......=().157

2x1

k124_0.073x12x2.45x10s

a.=----=•=0.073D=a义=16512(KN/M)

2+kh36

.(1^)0.

2.CD梁柱的线刚度云为:==125

A12(.().118x12x2.45x1()5

幺=0.118D=ax—=-----------------------------=26688(KN/M)

2+Ach236

故横向框架的侧移刚度见表4-1,4-2

表4一2横向框架首层D值

构件名称D值(KN/M)数量ED(KN/M)

A柱5716712686004

B柱84000121008000

C柱84000121008000

J柱5716712686004

Z33880088

表4一1横向框架2〜10层D值

构件名称D值(KN/M)数量ZD(KN/M)

A柱1651212198144

B柱2668812320256

C柱2668812320256

J柱1651212198144

£1036800

第5章横向水平作用下荷载作用下框架内力和侧移计算

§5.1水平地震作用下结构各层的总重力荷载代表值计算

§5.1.1.墙自重

外纵墙：东西墙面采用200厚灰砂砖18KN/m3,一侧水刷石墙面10.5KN/m;另一侧为20mm厚的抹灰(17

KN/m'),

则墙面单位面积的重力荷载为：

18KN/Wx0.2〃，+17KN//x0.02/H+0.5KN/m2=4.44KN/nr

南北墙面采用玻璃幕墙：0.5KN/n?

一.底层：

1.A轴线上的纵墙面积：

玻璃幕墙：4.2x81=340.2/?/2

2.j轴线上纵墙的面积：

砖墙：[(42〃-0.6m)x4〃?一2.4mx2.1m]x2=18.72m2

玻壬离幕墙：(8l/n-4/wx2)x4.2+2.1/nx2.4mx2=311.64/«2

则底层外墙自重为：0.5KN!rn1X(311.64+340.2)ItT+4.44KN/nKX18.72〃/=409KN

二.标准层：

1.A轴线上的纵墙面积：

玻璃幕墙：3.6x81=291W

2.J轴线上纵墙的面积：

破墙：[(3.6/??-0.6/n)x4/n-2.4〃zx2.1/n]x2=l3.92"/

玻璃幕墙：(8\m-4tnx2)x3.6+2.1mx2.4x2m=272.88〉

则标准层外墙自重为；0.5KN/ttrX(272.88卜291.6)nV44KN/,6X13.92m2=314KN

三.顶层：

1.A轴线上的纵墙面积：

玻璃幕墙：3.6x81=291W

2.J轴线上纵墙的面积：

砖墙：[(3.6/77-0.6/7?)x4机-2.4机x2.bn]x2=13.92m2

玻璃幕墙：(8Im-4mx2)x3.6+2.x2.4x2m=272.88〉

则标准层外墙自重为：0.5KN/nrX(272.88+291.6)Hf+4.44KN!nVX13.92nV=344KN

四.内隔墙

内墙自重：采用200厚灰砂能18KN/m'

墙：0.20mX18KN=3.fKN/m3

水泥粉刷双内墙面：0.68KN/ml合计：4.28KN/m'

1.底层：

(D.横墙面积：

(4.2w-0.6//7)x[(7.2+7.2)x8+7.2—1.8+7.2—2.0]=452.88/n2

(2).纵墙面积：

(81x2/H-8X2X2W-2X2m-2.5x2m-1.2m)x[4.2-0.6]=398.3〃/

合计：452.88m2+341.4/M2=851.18/H2

则底层内隔墙自重为：4.28KN/X851.18〃/=3643.IK、

2.标准层：

(D.横墙面积：

(3.6m-0.6m)x[(7.2+7.2)x8+7.2-1.8+7.2-2.0J=388.2〉

(2).纵墙面积：

(81x2m-8x2x2/n-2x2，n-2.5x2/H-72m)x[3.6-0.6]=341Am2

合计：388.2/〃2+341.4〃/=729.6〃/

则底层内隔墙自重为:4.28KN/trrx729.6nr=3122.7KN

3.顶层：

(1).横墙面积：

(3.6m-0.6，〃)xf(7.2+7.2)x8+7.2-1.8+7.2-2.01=388.2/n2

(2).纵墙面积：

(81x2m-8x2x2m-2x2m-2.5x2m-1.2m)x[3.6-0.6]=341.4〃，

合计：388.2/〃.341.4m2=729.6m2

则底层内隔墙自重为：4.28MV/X729.6tn2=3122.7KN

五.卫生间隔墙：

采用200厚蒸压粉煤灰加气碎砌块(5.5KN/m'),两侧贴兖砖

(0.5KN/m3)，墙面单位面积重力荷载为为:

5.5KN/m3x0.2/H+0.5KN/加x2