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1、1绪论2相关资料2.1工程简介本设计院办公楼为四层钢筋混凝土框架结构体系，建筑面积约7500m 1 层的建筑层高为3. 9m, 2-4层的建筑层高分别为3.6m、3.6m、3. 6m。1层的结构 层高为4. 9m（从基础顶面算起,包括地下部分L 0m）, 2-4层结构层高分别为3. 6m、 3.6m、3.6m。室内外高差为4.5m。该办公楼属于普通建筑，依据建筑结构可 靠度设计统一标准，其结构安全等级为II级，建筑设计使用年限为50年。2. 2气象及地质资料根据地质勘察报告，地下水位高程为-35. 00m,最大冻土深度为1. 58m。土质厚度勘察数据杂填土1. 1mym = lkN/mi粉质粘
2、土5. 5mfak =55kPa%=191因加力=03 久=L6砂土2mfak = 250kPa卵石层15mfak = 350攵尸。年最低气温：-24C；年最高气温：38主导风向为西北风，基本风压：Wo =O.55kN/m2,地面粗糙度类别为B类（城乡建筑）基本雪压：Q25kN / /2. 3抗震设防烈度办公楼建造地点为河北保定，由建筑抗震设计规范根据我国主要城镇抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组查得抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0. 15g,设计地震为第一组 根据工程地质土的类型，查得建筑场地土类别为n类根据II类场地第一组，查得地震特征周期为0.35s根据抗震设防烈度
3、为7度、框架结构高度424m,查得框架抗震等级为三级。2. 4工程材料梁、板、柱均选用C3O佐。梁、柱主筋选用三级钢（R8400）,箍筋选用一级钢（P8235 ）,板受 力筋选用二级钢（HRB335）。.3平面布置3. 1结构平面布置图根据办公楼功能要求及框架结构体系受力情况,通过荷载分析计算确定梁系 布置方案。具体如下图所示：3. 2框架梁柱截面尺寸确定3.2. 1梁截面尺寸确定3. 2, 2柱截面尺寸确定(1)横向框架梁横向1出架梁梁所在 跨度跨度 h梁截面高度h计算梁簟 面高 度h初 估梁截面宽度b计算 b =；)人梁截 面宽 度b初 估A-B4. 5m375563mm550mm1832
4、75mm250mmB-C7. 2m600900mm800mm267400mm350mmC-D2. 7m225338mm550mm183275mm250mmD-E7. 2m600900mm800mm267400mm350mm(2)纵向框架梁纵向，出架梁梁所在 跨度轴 号跨度1。梁截面高度h计算梁截面 高度h 初估梁截面宽度b计算 匕=G 梁截 面宽 度b初 估A4. 2m350525mm800mm267400mm350mm7. 2m600900mm800mm267400mm350mmB、C、D、E4. 2m350525mm800mm267400mm350mm7. 2m600900mm800mm2
5、67400mm350mm10. 8m8501275mm1000mm333500mm450mm(3)横向次梁横向次梁梁所在 跨度跨度10梁截面高度h计算梁截面 高度h 初估梁截面宽度b计 算梁截面 宽度b 初估B-C7. 2m450600mm600mm217325mm300mmD-E7. 2m450 600nlm600mm217325mm300mm(4)卫生间纵向次梁卫生间纵向次梁梁所在 跨度轴 号跨度 /()梁截面高度h计 算h=(- -)/014 16 )梁截面 高度h 初估梁截面宽度b计 算b =(g梁截面 宽度b 初估1/D3. 6m225300mm400mm133200mm200mm(
6、5)井字形网架由于顶层多功能厅开间、进深较大，考虑净高的要求，采用井字形网架屋盖。 井字形网架的平面尺寸为14400 x 21600mm ,采用6x9网格，网格尺寸 2.4m x 2.4m,按照双向正交正放置。3. 2. 2柱截面尺寸确定(1)按轴压比要求初估框架柱截面尺寸框架柱的受荷面积如下图所示：（2）框架柱选用。30混凝土，fc=14.3N/mm2,框架抗震等级为三级，轴压比n =0.9。选取典型柱按下式计算：NN = yGqSnaxa2P A, = bchc PNfc注：九一竖向荷载分项系数（已包含可变荷载），取L25q一每个楼层上单位面积竖向荷载标准值，高规规定：目前国内钢筋混 凝土
7、结构高层建筑由横载和活载引起的单位面积重力，框架和剪力墙结构约为12 14/mm2四一考虑水平力产生的附加系数，三-一级抗震等级时，取1.051.1a2一边柱、角柱轴力增大系数N一柱轴向压力设计值n一框架柱轴压比限值，抗震等级为三级时，查表得. =0.91）中柱：取6轴与D轴相交中柱N = yGqSnaa2P= 1.25x14x(5.4 + 3.6)x(3.64-1.35)x4x1.05x1.0x1.0 = 3274.4ZNNA = b h. 3274.4x10000.9x14.3=254421mm2因为“ =500 x 500 = 250000mm2,故取中柱截面尺寸为500mmx500mm
8、。（误差5%,符合要求）2）边柱：取6轴与B轴相交边柱N = yGqSnaa2P= 1.25x14x(3.6 + 5.4)x3.6x4x1.05x1.1x1.0 = 2381.4A, = bchc - nA2381.4x10000.9x14.3= 185035丽 2考虑到边柱承受偏心荷载且跨度较大，因为力，=500x500 = 250000/”/,故取中柱截面尺寸为500mm x 500mm。3）角柱：取4轴与A轴相交的角柱N = yGqSnaxa1P=1.25 xl4x (3.6.x 2.25)x4x1.05x1.2x1.0 = 714.4Ac = bchc 714.4x10000.9x14
9、.3 取4轴与B轴相交的角柱N = yGqSnaxa2/3=1.25x 14x (3.6x 7.2 + 3.6x 2.25)x4x 1.05 x 1.2x 1.0 = 3000.6m/?j2Ac = b(.hr n f、3000.6x10000.9x14.3=233147/jjm2综合和两种情况考虑，由于角柱承受双向偏心荷载作用，因为 bch（. =500x500 = 2500006/n 2,故取角柱截面尺寸为 500m?x500wi。（3）校核框架柱截面尺寸是否满足构造要求1）按构造要求框架柱截面高度不宜小于400mm,宽度不宜小于350mm2）为避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于
10、4取二层较短柱高，Hn = 3600mm中柱：= 7.2 4 h 0.5边柱与角柱：= 7.2 4 h 0.53）框架柱截面高度和宽度一般可以取层高的1/101/15。h（-）/ =（-）x4900 = 490 327mm （取柱底层高 4. 9m）10 15 10 15故所选框架柱截面尺寸均满足要求。4横向框架在风荷载作用下的内力和位移计算4.1 横向框架在风荷载作用下的计算简图办公楼为四层钢筋混凝土框架结构体系，基本风压卬。=0.55kN/m2,地面粗糙度为B类（城乡建筑），结构高度为4.9 + 3.6x3 = 15.7m。4.1.1 垂直于建筑物表面上的风荷载标准值计算计算主要承重结构时
11、，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，按下式计算：%=0卅s从产01 . ，为风荷载体型系数根据建筑结构荷载规范中规定，迎风面取+0.8,背风面取-0.5。2 .凡为风振系数民=1 +.自一脉动增大系数丫一脉动影响系数，当建筑物外形、质量沿高度比较均匀时，脉动影响系数可根据总高度H及其迎风面宽度B的比值查表确定化一阵型系数，阵型系数应根据结构动力计算确定。对外形、质量、刚 度沿高度按连续规律变化的悬臂型高耸结构及沿高度比较均匀的高 层建筑，阵型系数可根据相对高度z/H确定。4.1.2各层楼面处集中风荷载标准值计算1 .框架风荷载负荷宽度72+72轴线框架的负荷宽度8=7.2加，如下图所示:2 .
12、 %为基本风压，7；为结构基本自振周期，对于比较规则的结构，可用近似公式计算，框架结构：T, =(0.08-0.1)/!, n为结构层数。取 I =0.08x4 = 0.32s计算”储2时，对于地面粗糙度为B类地区，可直接代入基本风压，即：%邛=0.55x0.322 = 0.056 ,1 10-1 17J按照线性插入算得： = 1.19-温 ；x(0.06-0.056) = 1.186由= (16.200 + 0.450)/7.2 = 2.31,总高度“ 30m ,脉动影响系数丫 = 0.48各层楼面处集中风荷载标准值计算:各层楼面处集中风荷载，标准值层号离地面高度相对高度自V2A从14. 3
13、50. 31. 1860.480. 171.001.0971. 327.950. 51. 1860.480.381. 001.2161. 3311.550. 71. 1860. 480. 671. 041. 3671.3415. 150. 91. 1860.480. 861. 141.4291.3层号w0( kN / m2h b (m)h 1. (m)K =。卅#拜群5卞 +h )/2(kN)10. 554. 353.622.4420. 553. 63.622.5430. 553. 63.626.3440. 553. 61.527.68=人44/3(3.6/2+ 1.5) J献横雕炖风荷雌用下
14、的计算触4. 2横向框架在风荷载作用下的位移计算1 .框架梁、柱线刚度计算350X800 5250X55( 5 350X800 S250X55(350X800350X800350X800250X550350X8000SXOOS 00SX00LH350X800ogxoos 0SX0S250X55(DOSXOOSOOSXOOS350X8000SX00S 0SX00Si - 00SSX0Sssxgs0SX00S0SX00S2触横向框架计算解考虑现浇楼板对梁刚度的加强作用，故对轴线框架梁(中框架梁)的惯性 矩乘以2.0,框架梁的线、柱刚度计算见下表：框架梁线刚度计算截面 b x h(m)混凝 I.Ji
15、lt 度等 级弹性模量Ec(kN/m2)跨度L(nt)矩形截面惯性矩 ，o(m4)4 = 2/。(一)Kbl=Ecl/L(kN 机)0.35x0.8C3O3.OX1O77.20.0150.0312.5xl040.25x0.55C3O3.OxlO72.70.00350.0077.8 xlO4框架柱线刚度计算框架 柱位 置截面混凝 土强 度等 级弹性模量 Ec(kN/m2)高度 ”(m)矩形截面惯性矩 /(/)Kc =ECIC/H(kN m)顶层 柱0.5 x 0.5C303.OxlO73.60.00524.3xl04、.层柱0.5 x 0.5C303.0xl073.60.00524.3x104底
16、层 柱0.5 x 0.5C303.0xl074.90.00523.2xl04轴线框架梁、柱的相对线刚度如卜.图所示: 驰线横向豚的果柱的相对线用度2.侧移刚度。计算考虑梁柱的线刚度比，用。值法计算柱的侧移刚度。柱侧移刚度值计算楼层(xlO4)KaD = l2aKc/h2 (kN/m)根 数一般层：K = ZK“/2Kc底层:长=2储,/合一般层：a = K/(2+K)底层：a = (0.5+K)/(2 + K)顶层 柱B轴 边柱4. 32. 9070. 592235701C轴 中柱4. 34. 7210. 702279501D轴 中柱4. 34. 7210. 702279501E边柱4. 32
17、.9070. 592235701X。23570+27950+27950+23570-103040, 1、三层 柱B轴 边柱4.32. 9070. 592235701C轴 中柱4.34. 7210. 702279501D轴 中柱4. 34. 7210. 702279501E岫边柱4. 32.9070. 592235701X。23570+27950+27950+23570=103040底层 柱B轴 边柱3.23.9060. 746119311C轴 中柱3.26.3440. 820131151D轴 中柱3.26.3440. 820131151E轴 边柱3.23. 9060. 746119311工。1
18、1931+13115+13115+11931=500923.风荷载作用下框架的层间侧移按下式计算：V.第，层层间侧移：，第，层侧移：Uj 网顶点侧移：u ： = V Aw JJJ=1轴线框架在风荷载作用下框架楼层层间侧移与层高之比计算风荷载作用下框架楼层层间侧移与层高之比计算楼层Fj(kN)匕(kN)Au7(m)h(m)th第四层27. 6827.681030400.000273.61/13333第三层26. 3454. 041030400.000523.61/6923第二层22. 5476. 561030400.000743.61/4865第一层22. 4499. 00500920. 002
19、04.351/2175nu = An i = 0.00353m；=i侧移验算：对于框架结构，楼层层间最大位移与层高之比限值为1/550, 本框架层间最大位移在底层，1/2175 6993 52口 5 9 Ln23 56572CTf一9 60一9 60 Q4 23096/2轴线横向框架在风牌作用下的轴加N(kN)5横向框架在风荷载作用下的内力和位移计算5.1重力荷载代表值计算本设计实例的建筑高度为16. 2m40m,以剪切变形为主，且质量和高度均匀 分布，故可采用底部剪力法计算水平地震作用。首先需计算重力荷载代表值： 根据建筑结构可靠度设计统一标准的原则规定：地震发生时恒荷载与其他重力荷载可能的
20、遇合结果总称为“抗震设计的重力荷载代表值Ge ”，应取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和。组合值系数可变荷载种类组合值系数雪荷载0. 5屋面积灰荷载0. 5屋面活荷载不计入按实际情况计算的楼面活荷载1. 0按等效均布荷载计算的楼面活荷 载藏书库、档案室0. 8其他民用建筑0. 5对于轴线这根横向框架：楼层：Ge =楼面恒荷载+50%楼面活荷载屋面：G* =楼面恒荷载+50 %屋面雪荷载5. 2横向框架的水平地震作用和位移计算L框架梁柱线刚度计算考虑现浇楼板对梁刚度的加强作用，故对中框架梁的惯性矩乘以2.0,对边 框架梁的惯性矩乘以1.5o框 架 梁 位 置截面（苏）跨 度(m)混凝
21、上削度等 级弹性模量Ec截面惯 性矩/（）（一）4 =1.5/。（边跨）乙,=2/。（中跨）（机4）K, =竽(kN m)边 框 架 梁0.35x0.812C303.0xl070.0150.02259.4xl040.25x0.552.7C303.0xl070.00350.005255.8xl040.25x0.554.5C303.0xl070.00350.005253.5xl04中 框 架 梁0.35x0.87.2C303.0xl070.0150.0312.5 xlO40.25x0.552.7C303.0xl070.00350.0077.8 xlO40.25x0.554.5C303.0xl070
22、.00350.0074.7 xlO42.侧移刚度。计算考虑梁柱的线刚度比，用。值法计算框架柱的侧移刚度:柱的侧移刚度。值七算楼层%(xlO4)KaD = 12a4 h-根 数一般层:K =2占 2KC底层:k = Kc般层：。=一匚2 + K-o0.5 + K底层：a 2+K第4层A轴边框边柱4.30.8140. 289115172A轴中框边柱4. 31. 0930. 353140702B轴边框边柱4. 32. 1860. 522207921B轴边框中柱4. 33. 0000. 600238892B轴中框边柱4. 31. 8140. 476189375B轴中框中柱4. 34. 0000. 66
23、7265431C轴边框中柱4. 33.5350. 639254282C轴中框中柱4.34. 7210. 702279677D轴边框中柱4.33.5350. 639254282D轴中框中柱4.34. 7210. 702279677E轴边框边柱4.32. 1860. 522207922E轴中框边柱4.32.9070. 592235878X。964500第2、3 层A轴边框边柱4.30. 8140. 289115172A轴中框边柱4.31. 0930. 353140702B轴边框边柱4.32. 1860. 522207921B轴边框中柱4.33. 0000. 600238892B轴中框边柱4.31.
24、 8140.476189375B轴中框中柱4.34. 0000. 667265432C轴边框中柱4.33.5350. 639254282C轴中框中柱4.34. 7210. 702279678D轴边框中柱4.33.5350. 639254282D轴中框中柱4.34. 7210. 702279678E轴边框边柱4.32. 1860. 522207922E轴中框边柱4.32.9070. 592235878X。1046977第1层A轴边框边柱3.21. 0940. 51582402A轴中框边柱3.21.4690. 56890782B轴边框边柱3.22.9380. 696111351B轴边框中柱3.24
25、. 0310. 751120162B轴中框边柱3.23.9060. 746119315B轴中框中柱3.25.3750. 797127402C轴边框中柱3.24. 7500. 778124392C轴中框中柱3.26.3440.820131188D轴边框中柱3.24. 7500. 778124392D轴中框中柱3.26.3440.820131188E轴边框边柱3.22. 9380. 696111352E轴中框边柱3.23.9060. 746119318X。5323083.结构基本自振周期的计算(1)采用假象顶点位移法计算结构基本自振周期假想顶点位移计算楼层G,N)刀,(火N)D(kN 1 m)ui
26、 (m)第4层11965.9011965.909645000. 01240. 1656第3层12527. 5024493. 4010469770. 02340. 1532第2层12559. 6537053. 0510469770. 03540. 1298第1层13204. 6550257. 705323080. 09440. 0944考虑填充墙对框架结构的影响，取周期折减系数叫=0.77 = 1.7叫向=1.7 x 0.7 x 70.1656 = 0.484s2 万 x 0.7 x(3)等效质点法计算结构基本自振周期 取等效质点在结构屋盖标高处，951.459.8x6777.52=0.526s
27、(2)能量法计算结构基本自振周期：楼层Gj(kN)% (加)GiuiG.u；第4层11965.900. 16561981.55328. 15第3层12527. 500. 15321919. 21294. 02第2层12559.650.12981630. 24211. 61第1层13204.650. 09441246.52117.67合计6777.52951.45考虑填充墙对框架结构的影响，取周期折减系数r =0.7,结构的基本自振11965.9x0.16562 +12527.5 x0.15322 +12559.65 x 0.12982 +13204.65 x 0.09442 会=：x 109.
28、8x0.16562=3540276kN 111118,m =(+)xl0-3 =4.826xl0-9m/,m Dk964500 1046977 1046977 532308 7； = 2 乃涧=273540276 x 4.826 xlO-9 = 0.82 k取三种计算方法所得基本自振周期的最小值：7； = 0.484s4.横向水平地震作用计算本设计实例的质量和刚度分布比较均匀、高度不超过40m,并以剪切变形为 主(房屋高宽比小于4),故采用底部剪力法计算横向水平地震作用。(D地震影响系数本工程所在场地为7度设防，设计地震分组为第一组，场地土为H类，结构的基本自振周期7； = 0.300s。由建
29、筑抗震设计规范查得水平地震影响系数最 大值见侬=012,地震特征周期4 = 0.35s。因为7； ( =0.484s57；,查建筑结构地震影响系数曲线，则地震影响系数为:7一衰减系数，在T. ( 5,的区间取0. 9o%一阻尼调整系数，除有专门规定外，建筑结构的阻尼比应取0.05,相应的阻尼调整系数按1.0采用，即力=1.0。2=匹x 1,0x0.12 = 0.090/J ” - 10 484 J(2)各层水平地震作用标准值、楼层地震剪力及楼层层间位移计算。对于多质点体系，结构底部总横向水平地震作用标准值：Fa = aGeq = 0.090 x 0.85x(11965.9 +12527.5 +
30、12559.65 +13204.65) = 3844.7 WV其中，G“为结构等效重力荷载，多质点可取总重力荷载代表值的85%。因为结构的基本自振周期Z = 0.484s 1.47； =1.4x0.35 = 0.49s,故不需考虑顶部附加地震作用的影响，即顶部附加地震作用系数为：8 = 0.0顶部附加水平地震作用为：Fi=fFEkQW工GHjy=i水平地震作用下计算简图如下图所示:FFl413.73kNFFl140.70kNFf=803.37kNF=486.91kN轴线框架在水平赚作用下蝴第筒困各层水平地震作用标准值、楼层地震剪力及彳姿层层间位移计算楼层(kN)(m)G”(kN m)Zgh(kN-m)K(kN)匕(kN)(kN 1 m)V 仙”亦