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1、精选优质文档-倾情为你奉上 1 绪论 建筑业是一个永恒的主题，不管在过去，现在还是将来，因为它的材料发展日新月异，结构发展独具匠心。随着钢筋混凝土逐渐踏上当前世界建筑的舞台，多层和高层建筑逐渐增多，而办公楼的兴起也逐渐成为当今建筑发展的主流之一，不断朝着生态化发展，智能化发展，灵活性发展，完全摆脱传统的格局，朝着自身独特的业务需求发展。钢筋混凝土框架结构形式的特点在于钢筋及水泥用量都很大，建筑高度较高，但它的承重构件对重力荷载起到了很好的作用，隔墙、门窗、空间等布置灵活，设置自由，让人们对自己的住宿空间有更多的想象和利用。而此次我的二炮工程大学办公楼建筑结构的设计，采用钢筋混凝土现浇框架结构，
2、梁、柱构件易于标准化,定型化，施工工期短,结构的整体性好、刚度强抗震效果达标。设计过程中严格遵循以上特点，安全，舒适，美观大方，更加方便我们的教学办公。框架结构的缺点:框架节点应力集中；侧向刚度小,在强烈地震作用下,结构所产生水平位移较大,易造成严重的非结构性破性；材料消耗较大,构件的总数量多，吊装次数频繁,零星接头工作量大,工序复杂较多，人力需求大,施工过程容易受季节性、环境影响性、地理性的一定局限。国外一些较为发达的国家大量新建建筑大致处于上世纪五十年代，建筑结构的设计研究已获得较为丰富的成果，形成了一系列严格的规范及制度，而目前正在向节能、环保、宜居、智能等新方向发展。国内的建筑业的发展
3、是从改革开放才逐渐开始发展的，也正是从那个时候国家开始建立自己的一套国家建筑标准。我国国内建筑业兴盛还是从国家住房改革开始，改革开放取得一定成果后，经济有了一定发展之后开始的。经过将近三十年多年的发展，我国建筑行业的技术已经有了长足的发展，无论是在建筑设计、结构设计还是材料等方面都已经达到了一个新的高度。虽然国内建筑业正处于大量新建阶段，建筑业也相当的兴盛，但是在很多方面还是很欠缺的，比如在基础科学研究方面以及新材料新技术等新领域，与较为发达的国家相差较远，路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。2 工程概况2.1 工程概况2.1.1建筑地点 陕西省西安市长安区2.1.2建筑类型 五层办公楼，钢筋混凝
4、土现浇框架结构2.1.3主要资料 （1） 工程概况： 五层钢筋混凝土现浇框架结构，建筑面积4871.88m2，楼板、屋盖、柱子等均为现浇钢筋混凝土，楼板厚取120mm，填充墙体采用蒸压粉煤灰加气混凝土砌块。建筑总高为19.150m，共5层，每层层高3.30 m，室内外高差0.45 m。（2） 气候条件： 温度：年平均气温约为14，极端最高温度为41.6，极端最低温度为-17.8。夏季主导风向为南风，冬季主导风向为北风，基本风压为0.35KN/m2，地面粗糙度为B类。 年平均降水量600mm，日最大降水量85mm，1小时最大降水量50mm。最大积雪深度260mm，基本雪压为0.25KN/m2，土
5、壤最大冻结深度为0.45m。 （3）抗震 当地抗震设防烈度为8度，基本地震加速度为0.20g，地震分组为第二组，场地类别类。建筑耐火等级一级，建筑设计基准期为50年。 （4）地质条件： 自然地表1m内为填土，填土下层为1.5m厚粉土，再下为粉质粘土。粉质粘土地基承载力特征值为200-220KN/m2。地下水位稳定埋深11.2-13.8m，属潜水类型。建筑场地平坦，无障碍物，地下无古代建筑，用地四周无住宅区道路通畅，水电就近可以接通，基本具备开工建设条件。2.2 柱网、层高办公楼布置采用内廊柱网式，柱子间距取7.2m，边跨取6.3m，走廊跨度取2.4m，层高取3.3m。如下图所示：图2.1 柱网
6、布置图2.3 结构承重方案的设计结构体系应满足使用功能要求，尽可能与建筑形式相一致，满足结构承载力，刚度和延性，施工简单方便，经济合理。所以本设计结构体系选用框架体系。本设计结构承重方案为：楼板传向次梁、主梁，接着传向柱子，然后基础，地基。2.3.1框架结构体系的优缺点（1）建筑平面布置灵活，能获得较大空间，易于满足多功能的使用要求。（2）隔墙只起维护作用，荷载较轻。（3）在一定的范围内造价低廉，施工简单方便。（4）结构承重方面，属于柔性结构，自振周期较长，地震反应较小，结构设计合理，延性较好。（5）最大的缺点是抗侧刚度小，地震作用下水平位移较大。2.3.2 框架结构的平面布置原则框架结构平面
7、布置宜简单、规则、对称，刚度和承载力分布均匀。结构的抗侧力构件应对称布置，尽量使结构的刚度中心和质量中心重合，避免地震作用下引起结构扭转及局部应力集中。2.3.3框架结构的竖向布置原则 框架结构竖向布置应使体型规则、均匀，尽量避免有较大的外挑和内收，荷载沿高度方向均匀分布，结构的承载力和刚度宜自下而上逐渐递减，避免引起结构的侧向刚度和承载力突变。2.4 框架结构计算简图 图2.2 框架结构的计算简图 图2.3 横向框架的空间结构3 构件截面尺寸的确定3.1框架梁的截面尺寸要求：1 梁的截面宽度不宜小于200 mm.2 梁的截面高宽比不宜大于4.3 为了防止梁发生剪切脆性破坏，梁高不宜大于1/4
8、，梁净跨。4 符合模数的要求，当梁高h800mm时，h为50mm的倍数，当h800mm时，h为100mm的倍数，在高烈度区，纵向框架的高度也不宜太小，一般取hL/12，且不宜小于500mm。3.2 次梁尺寸确定次梁设计： h=(1/121/18)L 其中L为梁的跨度，梁截面尺寸应满足承载力，刚度及延性要求进深: 6.3m跨: h=(1/181/12)x6300=(350525) 取h=600 b=(1/31/2)x600=(200300) 取h=2503.3主梁尺寸确定主梁设计： h=(1/121/8)L 其中L为梁的跨度，梁截面 尺寸应满足承载力，刚度及延性要求 纵框架梁:7.2m跨: h=
9、(1/121/8)x7200=(600900) 取h=600b=(1/31/2)x800=(267400) 取b=300横框架梁:6.3m跨: h=(1/121/8)x6300=(525787.5) 取h=650b=(1/31/2)x650=(216.7325) 取b=3002.4m跨: h=(1/121/8)x2400=(200300) 取h=450b=(1/31/2)x450=(150225) 取b=3003.4 框架柱的尺寸3.4.1柱组合轴压力设计 柱组合轴压力设计值N=Fg E n（注：地震作用组合下柱子轴压力增大系数 F柱的负载面积边柱：7.2m6.3/2m 中柱：7.2m（2.4
10、/2+6.3/2）mgE单位建筑面积上的重力荷载代表值，近似取14kN/m2。n验算截面以上的楼层层数） 3.4.2 计算过程 一层柱子截面面积：对于边柱：AcFg E n/uNfc =1.37.26.3/2145103/(0.814.3)= mm2对于中柱：AcFg E n/uNfc =1.257.2（2.4/2+6.3/2）145103/(0.814.3)= mm2截面分别为439mm和500mm 综合考虑，柱截面尺寸为： 600mm600mm（中、边柱）(注：uN 为框架柱轴压比限值，本设计为二级抗震等级，查抗震规范可知取为0.8) 所以本设计梁柱截面尺寸如下：表3.1 梁截面尺寸（mm
11、）层数砼等级横梁纵梁次梁AB跨、CD跨BC跨 1-5C30300650300450300600250600表3.2 柱截面尺寸（mm）层数砼等级 截面积1-5C306006004 重力荷载代表值4.1 屋面、楼面的永久荷载标准值4.1.1楼面做法 楼面做法：20厚花岗石楼面 150.02=0.3 kN/ 20厚1:3水泥砂浆找平 0.0225=0.5 kN/120厚现浇钢筋混凝土楼板 0.1225=3.0kN/15厚纸筋石灰抹灰 0.01516=0.24 kN/合计 4.04 kN/4.1.2屋面做法 屋面均布恒载 银色反光保护膜二度 0.01kN/防水层：三毡四油防水层 0.4 kN/找平层
12、：20厚1：3水泥砂浆找平 14.50.02= 0.29kN/m2保坡层：15厚1：6蛭石混凝土保温并找坡 5 0.15= 0.75kN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土 0.1225= 3.0 kN/m2抹灰层：15厚纸筋石灰抹底 0.01516= 0.24 kN/合计 4.69kN/4.2屋面、楼面可变荷载标准值不上人屋面均布活荷载标准值 2.0 kN/楼面活荷载标准值 2.0kN/屋面雪荷载标准值 0.25kN/ 梁柱密度 25kN/m3 蒸压粉煤灰加气混凝土砌块 5.0kN/m34.3墙、门、窗重力荷载计算1、 外墙300mm加气混凝土砌块（5.0 kN/），20mm抹灰， 重力荷载
13、计算： 5.00.3+170.02=1.84kN/2、内墙200厚加气混凝土砌块（5.0 kN/），双面抹灰20mm， 重力荷载计算： 5.00.2+170.022=1.68kN/3、木门单位面积重力荷载： 0.2 kN/4、铝合金窗单位面积重力荷载 ： 0.4 kN/第一层上半部分：1、AB、CD跨（无洞口空滤）内墙200mm,外墙300mm， 计算长度：5700mm 计算高度：45001/2-600=1650mm 内墙面积：5.71.65=9.405 数量: 16 外墙面积：5.71.65=9.405 数量： 4 内墙总重:（169.405+46.41.65）1.68=323.77KN 外
14、墙总荷载：1.8449.405=69.22KN AB、CD跨内外墙内墙总重： 393.00KN2、外纵墙 300mm，计算长度 6600mm 计算高度：45001/2-600=1650mm 墙体总面积：6.618=118.8 窗面积：1.51.632=76.8 大门面积：5.02.6=13 外纵墙总重=墙体+窗+门 =（118.8-76.8-13）1.84+76.80.4+130.2 =86.68KN3、 内墙总计算长度：166.6=105.6 计算高度: 1650mm 内门尺寸：900mm2000mm 计算高度: 1000mm 数量: 32 门洞面积：0.9132=28.8m2 内纵墙总重：
15、(174.24-28.8)1.68+28.80.2 =250.1KN4、楼板活荷载：(卫生间按普通楼板近似取值，楼梯间折算为1.5倍板厚) 楼板面积：（6.33.5-20.15）34=739.5 楼梯：6.3（7.2-0.2）-40.15=43.5 走廊：1.896.9=111.78 总荷载：739.5（4.04+2.01/2）+43.51.5（4.04+2.51/2）+ 111.78(4.042.51/2)=4663.57KN5、 梁、柱: 梁：1591.635KN 柱：1620.01/2=810.0KN 梁柱总重：1591.635+810.0=2401.64KN综合以上的一层上半部分总重：
16、 393.0+86.68+250.1+4663.57+2401.64=7794.99KN第二层： 1、AB、CD跨（无洞口考虑），内墙200mm,外墙300mm， 上半部计算高度：33001/2-600=1050mm 下半部计算高度：33001/2=1650mm 上半部总重：393.01050/1650=250.1KN 下半部总重：393.01650/1650=393.0KN2、 外纵墙300mm，计算长度6600mm，上下半部分计算高度分别为： 1050mm和1650mm 墙体总面积： 上半部：6.6181.05=124.74 下半部：6.6181.65=196.02 窗面积: 上半部：1.
17、051.51.034=53.55 下半部：1.651.50.634=50.49 上半部总重：(124.74-53.55)1.84+53.550.4=152.41KN 下半部总重：(196.02-50.49)1.84+50.490.4=287.98KN 3、内纵墙总长度105.6m,上下半部分计算高度分别为： 1050mm 和 1650mm 上半部：105.61.05=110.88 下半部：105.61.65=174.24 门洞面积： 上半部：28.81.05/1.65=18.33 下半部：28.881.65/1.65=28.8 上半部总重：（110.8818.33）1.68+0.218.33=
18、159.15KN 下半部总重：(174.24-28.8)1.68+0.228.8=250.10KN 4、 楼板活荷载总重：4663.57KN 5、梁柱：梁：1591.635KN上、下柱：1188.01/2=594.0KN综合以上的：二层上半部总重：250.1+152.41+159.15+4663.57+1591.635+594=7410.87KN二层下半部总重：393.0+287.98+250.10+594=1525.08KN第三层：同第二层第四层：同第二层第五层：屋盖活荷载：（739.5+43.5+111.78）（4.69+0.51/2）=4420.21KN（比楼盖重量少：4663.57-4
19、420.21=243.36KN） 女儿墙重：（65.3+15.5）20.1125=404KN综合以上的：五层上半部总重：7410.87-243.36+404=7571.51KN五层下半部总重：1525.08KN集中于各楼层标的重力荷载代表值G i的计算结果为： G5=7571.51KN G4=7410.87+1525.08=8935.95 KN G3=7410.87+1525.08=8935.95 KN G2=7410.87+1525.08=8935.95 KN G1=7794.99+1525.08=9320.07 KN 图4.1 各质点的重力荷载代表值5 框架侧移刚度的计算5.1 横梁线刚度
20、计算 横梁的线刚度计算: 注： -混凝土弹性模量 -梁的计算跨度 -梁截面惯性矩 -梁矩形部分的截面惯性矩 表5.1 横梁线刚度计算类别层次bhIoLoIb=EcIo/Lo1.5ib2.0ib跨1-53.003006005.472002.253.384.50BC跨1-53.003004502.2824002.854.285.75.2 纵梁线刚度ib的计算 表5.2 纵梁线刚度计算类别bhIoLoIb=EcIo/Lo1.5ib2.0ib纵跨3.003006005.472002.253.384.505.3 柱线刚度i c的计算柱的线刚度= 注： -柱截面惯性距 -柱的计算高度 表5.3 柱的线刚度
21、计算层次bh145003.006006001.087.22533003.006006001.089.82附：单位为，ic单位为KN.mm，b，hc，l 单位均为mm 图5.1一榀边框架梁 柱线刚度5.2一榀中框架梁 柱线刚度5.4 各层横向侧移刚度计算 1、 底层1）边框架边柱A1、A10、D1、D10(4根) k=6.54/7.2=0.908 c=(0.5+k)/(2+k)=0.484 Di1=c12ic/h2=20650 2）边框架中柱B1、B10、C1、C10(4根) k=(5.7+6.54)/7.2=1.7 c=(0.5+k)/(2+k)=0.595 Di2=c12ic/h2=2538
22、7 3）中框架边柱A29、D29(18根) k=4.91/7.2=0.682 c=(0.5+k)/(2+k)=0.441 Di3=c12ic/h2 =18816 4）中框架中柱B29、C29（18根) k=(4.28+4.91)/7.2=1.276 c=(0.5+k)/(2+k)=0.542 Di4=c12ic/h2 =23125 D1=（20650+25387）4 +（18816+23125）18=2、一般层(2-5层)：1）边框架边柱A1、A10、D1、D10 (4根) k=6.542/(9.822)=0.666 c=k/(2+k)=0.250 Di1=c12ic/h2 =270522）边
23、框架中柱B1、B10、C1、C10 (4根) k=(5.7+6.54) 2/(9.822)=1.246 c=k/(2+k)=0. 384 Di2=c12ic/h2 =415523）中框架边柱 A29、D29 (18根) k=4.912/(9.822)=0.50 c=k/(2+k)= 0.20 Di3=c12ic/h2=216424）中框架中柱 B29、C29 (18根) k=(4.28+4.91) 2/(9.822)=0.936 c=k/(2+k)=0.319 Di4=c12ic/h2 =34519 D2=（27052+41552）4+（21642+34519）18=计算所得，横向框架梁的层间
24、侧移刚度为：D1/D2=/=0.7290.7，所以该框架为规则框架。 表5.4 侧移刚度计算层次柱D=12根数底层边柱A柱0.90.484206502B柱1.70.595253872C柱1.70.595253872D柱0.90.484206502中柱A柱0.6820.441188168B柱1.2760.542231258C柱1.2760.5422312510D柱0.6820.4411881610二五层边柱A柱0.6660.250270522B 柱1.2460.384415522C柱1.2460.384415522D柱0.6660.250270522中柱A柱0.5000.200216428B柱0
25、.9360.319345198C柱0.9360.3193451910D柱0.5000.2002164210【计算公式：式中：-柱侧移刚度修正系数，=K/2+K(一般层)，=（底层）. -表示梁柱线刚度之比，（一般层），（底层）】6 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算6.1 自振周期的计算采用结构顶点的假想位移法进行横向自振周期的计算基本自振周期T1(s)计算公式：T1=1.7T(uT)1/2表6.1结构顶点的假想侧移计算层次Gi（kN）VGi（kN）D i（N/mm）ui（m）ui（m）57571.517571.510.0080.14348935.9516507.460.0180.13
26、538935.9525443.410.0280.11728935.9534379.360.0380.08919320.0743699.430.0510.051T1=1.7T(uT)1/2=1.70.7(0.143)1/2=0.45( s)因为=0.45s.0.49s，所以不考虑顶部附加地震作用.水平地震作用及楼层地震剪力的计算:场地类别为类,8度设防烈度时,结构的特征周期=0.35s和水平地震影响系数=0.20（多质点应取总重力荷载代表值的85%）。=（0.35/0.450.200.8543699.43=4740.07kN表6.2各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次Hi（m）Gi（k
27、N）GiHi（kNm）GiHi/GjHjFi（kN）Vi（kN）517.707571.51.730.2831341.441341.44414.408935.95.680.2721289.302630.74311.108935.9599189.050.209990.673621.4127.808935.9569700.410.147696.794318.214.509320.0741940.320.089421.874740.07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6.1 水平地震作用分布 图6.2 层间剪力分布 6.3 多遇水平地震作用下的位移验算水平地震作用下框架结构
28、的层间位移(u)i和顶点位移u i分别按下列公式计算：(u)i=Vi/D ij u i=(u)k各层的层间弹性位移角e=(u)i/hi，根据抗震规范，考虑砖填充墙抗侧力作用的框架，层间弹性位移角限值e1/550。计算过程如下表： 表6.3横向水平地震作用下的位移验算层次Vi（kN）D i（N/mm）（u）i （mm）ui（mm）hi（mm）e=（u）i /hi51341.441.49318.80033001/221042630.742.92817.30733001/112733621.414.03014.37933001/81924318.24.80610.34933001/68714740.
29、075.5435.54345001/812由此可见，最大层间弹性位移角发生在第二层，1/6871/550，满足规范要求。6.4 水平地震作用下框架内力计算6.4.1 框架柱端剪力及弯矩 表6.4 各层柱端弯矩及剪力计算（边柱）层次hi（m）Vi（kN）D ij（N/mm）边 柱Di1（N/mm）Vi1（kN）ky（m）M bi1（kNm）M ui1（kNm）53.31341.442164239.620.390.3545.6357.3243.32630.742164252.470.390.4070.65108.7333.33621.412164268.380.390.4594.87120.272
30、3.34318.22164270.870.390.55134.67107.9314.54740.071881689.810.520.75290.53100.71 表6.5 各层柱端弯矩及剪力计算（中柱）层次hi（m）Vi（kN）D ij（N/mm）中 柱Di2（N/mm）Vi2（kN）ky（m）M bi2（kNm）M ui2（kNm）53.31341.443451949.830.9360.4085.74129.5243.32630.743451999.660.9360.45129.40160.4933.33621.4134519128.420.9360.45158.64194.2623.343
31、18.2034519159.180.9360.53209.46183.7414.54740.0723125126.571.2760.65358.47169.626.4.2 梁端弯矩、剪力及柱轴力的计算 M l b=i l b(Mbi+1，j +M u i，j)/(i l b+ i r b)M r b=i r b(Mbi+1，j +M u i，j)/(i l b+ i r b) V b=(M l b+M r b)/ l Ni=(V l b- V r b)k表6.6梁端弯矩、剪力及柱轴力的计算层次边梁走道梁柱轴力MlbMrblVbMlbMrblVb边柱N中柱N557.3252.466.315.72
32、30.5630.562.421.98-48.65-117.604101.54103.796.331.5336.9636.962.497.56-99.80-152.313155.46157.476.349.8557.7657.762.4143.38-158.51-232.602209.78218.576.367.4280.3280.322.4159.63-230.43-294.771237.38 244.876.375.3790.8490.842.4165.84-308.80-382.95 图6.3 横向框架弯矩图 图6.4 梁端剪力及柱轴力7 竖向荷载作用下框架结构的内力计算7.1 计算单元的
33、确定取轴线横向框架进行计算，如下图所示： 图7.1 一榀框架计算图7.2 荷载计算7.2.1 恒载作用下柱内力的计算 恒荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如下图所示： 图7.2 梁上作用的恒荷载 1）、第5层：q1、q1，代表横梁自重，为均布荷载形式q1=0.30.65251.05=5.119 kN/mq1，=0.30.45251.05=3.544kN/mq2、和q2，分别为屋面板和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载q2=4.692.12=19.698 kN/mq2，=4.691.22=11.256kN/mP1、P2分别由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载，它包括主梁自重、次梁自重、楼板重等重力荷
34、载，计算如下：P1=(3.62.1/2)2+(2.1+6.3)1.8/2 4.69+5.1197.2 +5.1196.3/2+0.11.0257.2=141.89 kNP2=(3.62.1/2)2+(2.1+6.3)1.8/2+(2.1+3.6)/21.2 24.69+5.1197.2+5.1196.3/2=171.17 kN集中力矩： M1=P1e1=141.89(0.6-0.3)/2=21.28kNm M2=P2e2=171.17(0.6-0.3)/2=25.68kNm2）、1-4层：q1=5.119+0.35.75.02.4=25.64kN/mq1，=0.30.45251.05=3.54
35、4kN/mq2、和q2，分别为楼面板和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载。q2=4.042.12 =16.968 kN/mq2，=4.041.22=9.696kN/mP1=(3.62.12)4.04+5.1197.2 +5.1196.3/2+5.0 (6.62.42.41.82)+2.11.80.452=153.47kNP2=3.62.12)2+(3.6+2.1)/21.224.04+5.1197.2+5.1196.3/2+5.02.4（7.20.6）=281.98kN集中力矩：M1=P1e1=153.47(0.6-0.3)/2=23.02kNm M2=P2e2=281.98(0.6-0.3
36、)/2=42.30kNm7.2.2 活载作用下柱的内力计算活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如下图所示： 图7.3梁上作用的活荷载1）、第5层（活荷载取2.0kN） （不考虑地震作用，活载取屋面活荷载和雪荷载中的最大值） 不上人屋面2.0 雪荷载0.25 、分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒荷载。它包括次梁自重、楼板重和内墙等的重力荷载。q2=3.62.0=7.2kN/mq2，=2.42.0=4.8 kN/mP1=3.62.1+3.62.12.0=30.24kNP2=3.62.12+(6.3+2.1)/21.22=40.32kN集中力矩：M1=P1e1=30.24(0.6-0.3)/2=4.536kNmM2=P2e2=40.32(0.6-0.3)/2=6.048 kNm同理，屋面雪荷载作用下：q2=3.60.25=0.9kN/m q2，=2.40.25=0.6kN/mP1=(3.62.1+3.62.1) 0.25=3.78 kN P2=3.62.12+(3.6+2.1)/21.220.25=5.49 kN集中力矩M1=P1e1=3.78(0.6-0.3)/2=0.567kNmM2=P2e2=5.49(0.6-0.3)/2=0.824kNm2）、第1-4层：q2=3.62.0=7.2kN/mq2，=2.42.0=4.8 kN/mP1=3.62.1+3.6