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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7500m2，1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1.0m），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1.1m粉质粘土5.5m 砂土2m卵石层15m 年最
2、低气温：-24；年最高气温：38主导风向为西北风，基本风压：，地面粗糙度类别为B类（城乡建筑） 基本雪压： 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类根据类场地第一组，查得地震特征周期为0.35s根据抗震设防烈度为7度、框架结构高度24m，查得框架抗震等级为三级。2.4工程材料梁、板、柱均选用砼。梁、柱主筋选用三级钢（），箍筋选用一级钢（），板受力筋选用二级钢（）。. 3平面布置3.1结构平面布置
3、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)横向框架梁横向框架梁梁所在跨度跨度梁截面高度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A-B4.5m375563mm550mm183275mm250mmB-C7.2m600900mm800mm267400mm350mmC-D2.7m225338mm550mm183275mm250mmD-E7.2m600900mm800mm267400mm350mm(2)纵向框架梁纵向框架梁梁所在跨度轴号跨度梁截面高度h计算梁
4、截面高度h初估梁截面宽度b计算梁截面宽度b初估A4.2m350525mm800mm267400mm350mm7.2m600900mm800mm267400mm350mm B、C、 D、E4.2m350525mm800mm267400mm350mm7.2m600900mm800mm267400mm350mm10.8m8501275mm1000mm333500mm450mm(3)横向次梁横向次梁梁所在跨度跨度梁截面高度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-E7.2m450600mm600mm217325mm300
5、mm(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计算梁截面高度h初估梁截面宽度b计算梁截面宽度b初估1/D3.6m225300mm400mm133200mm200mm(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，采用网格，网格尺寸，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) 框架柱选用混凝土，框架抗震等级为三级，轴压比 。选取典型柱按下式计算： 注：竖向荷载分项系数（已包含可变荷载），取1.25q每个楼层上单位面积竖向荷载标准值，高规规定
6、：目前国内钢筋混凝土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考虑水平力产生的附加系数，三一级抗震等级时，取1.051.1边柱、角柱轴力增大系数N柱轴向压力设计值框架柱轴压比限值，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 因为，故取中柱截面尺寸为。（误差5%，符合要求）2) 边柱：取6轴与B轴相交边柱 考虑到边柱承受偏心荷载且跨度较大，因为，故取中柱截面尺寸为。3) 角柱： 取4轴与A轴相交的角柱 取4轴与B轴相交的角柱 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，故取角柱截面尺寸为。(3) 校核框架柱截面尺寸是否满足构造要求1） 按构
7、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4取二层较短柱高，中柱：边柱与角柱：3)框架柱截面高度和宽度一般可以取层高的1/101/15。 (取柱底层高4.9m)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，地面粗糙度为B类（城乡建筑），结构高度为。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，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，按下式计算： 1.为风荷载体型系数 根据建筑结构荷载规范中规定，迎
8、风面取+0.8，背风面取-0.5。 2.为风振系数 脉动增大系数 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及其迎风面宽度的比值查表确定 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轴线框架的负荷宽度，如下图所示：2.为基本风压，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：，n为结构层数。取 计算时，对于地面粗糙度为B类地区，可直接代入基本风压，即： ，按照线性插入算得：
9、 由，总高度，脉动影响系数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14.350.31.1860.480.171.001.0971.327.950.51.1860.480.381.001.2161.3311.550.71.1860.480.671.041.3671.3415.150.91.1860.480.861.141.4291.3层号10.554.353.622.44 20.553.63.622.54 30.553.63.626.34 40.553.61.527.684.2横向框架在风荷载作用下的位移计算1.框架梁、柱线刚度计算考虑现浇楼板对梁刚度的加
10、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混凝土强度等级弹性模量跨度矩形截面惯性矩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高度矩形截面惯性矩顶层柱二、三层柱底层柱轴线框架梁、柱的相对线刚度如下图所示：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根 数顶层柱B轴边柱4.32.9070.592235701C轴中柱4.34.7210.702279501D轴中柱4.34.7210.702279501E轴边柱4.32.9070.59223570123570+27950+27950+23570=1
11、03040二、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轴边柱4.32.9070.59223570123570+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3.23.9060.74611931111931+13115+13115+11931=500923.风荷载作用下框架的层间侧移按下式计算：第层层间侧移：，第层侧移：，顶点侧移：轴线框架
12、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 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22.4499.00500920.00204.351/2175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 1/550，满足规范要求。4.3横向框架在风荷载作用下的内力计算框架在风荷载作用下的内力计算采用值法（修正反弯点法）
13、1.反弯点高度计算 反弯点高度按下式计算，即： 式中，标准反弯点高度比 因上下层梁高度比变化的修正值 因上层层高变化的修正值 因下层层高变化的修正值，反弯点高度比计算楼层第四层B轴柱2.9071.001.00.440-0.0500.39C轴柱4.7211.001.00.450000.45D轴柱4.7211.001.00.450000.45E轴柱2.9071.001.00.440-0.0500.39第三层B轴柱2.9071.01.01.00.490000.49C轴柱4.7211.01.01.00.500000.50D轴柱4.7211.01.01.00.500000.50E轴柱2.9071.01.
14、01.00.490000.49第二层B轴柱2.9071.01.01.30.490000.49C轴柱4.7211.01.01.30.500000.50D轴柱4.7211.01.01.30.500000.50E轴柱2.9071.01.01.30.490000.49第一层B轴柱3.90600.73500.550000.55C轴柱6.34400.73500.550000.55D轴柱6.34400.73500.550000.55E轴柱3.90600.73500.550000.55注：按照均布水平力作用计算。 2.柱端弯矩及剪力计算 风荷载作用下：第层第柱的层间剪力： 柱端弯矩: , 风荷载作用下柱端弯矩
15、及剪力计算楼层第四层27.68235701030400.2296.340.391.4013.958.8827.68279501030400.2717.500.451.6214.8512.1527.68279501030400.2717.500.451.6214.8512.1527.68235701030400.2296.340.391.4013.958.88第三层54.04235701030400.22912.380.491.7622.7821.7954.04279501030400.27114.640.501.8026.3526.3554.04279501030400.27114.640.5
16、01.8026.3526.3554.04235701030400.22912.380.491.7622.7821.79第二层76.56235701030400.22917.530.491.7632.1930.9276.56279501030400.27120.750.501.8037.3537.3576.56279501030400.27120.750.501.8037.3537.3576.56235701030400.22917.530.491.7632.1930.92第一层99.0011931500920.23823.560.552.7051.9563.4999.0013115500920
17、.26225.940.552.7057.2069.9099.0013115500920.26225.940.552.7057.2069.9099.0011931500920.23823.560.552.7051.9563.49注：按照倒三角形分布水平力作用计算。 3.两端弯矩及剪力计算 由节点平衡知，两端弯矩=柱端弯矩之和，将节点左右两端弯矩之和按左右梁的线刚度的比例分配，可求出各两端弯矩，进而由梁的平衡条件求出两端剪力。风荷载作用下的两端弯矩按下式计算：中柱：, 边柱： 梁端弯矩计算楼层柱端弯矩柱端弯矩之和柱端弯矩柱端弯矩之和第四层-13.9513.95-13.9513.9513.9513.
18、95第三层8.8831.6631.668.8831.6631.6622.7822.78第二层21.7953.9853.9821.7953.9853.9832.1932.19第一层30.9282.8782.8730.9282.8782.8751.9551.95梁端弯矩计算楼层柱端弯矩柱端弯矩之和第四层-14.859.145.7114.85第三层12.1538.5023.7114.7926.35第二层26.3563.7039.2224.4837.35第一层37.3594.5558.2236.3357.20梁端弯矩计算楼层柱端弯矩柱端弯矩之和第四层-14.859.145.7114.85第三层12.1
19、538.5023.7114.7926.35第二层26.3563.7039.2224.4837.35第一层37.3594.5558.2236.3357.20轴线框架在风荷载作用下的内力图：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遇合结果总称为“抗震设计的重力荷载代表值”，应取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和。组 合 值 系 数可变荷载种类组合值
20、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对于轴线这榀横向框架：楼层：=楼面恒荷载+50楼面活荷载屋面：=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1.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1.5。框架梁位置截面跨度混凝土强度等级弹性模量截面惯性矩边框架梁中框架梁2.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：柱的侧移刚度值计算楼 层根数第4层A轴边框边柱4.30.8140.28911
21、5172A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4.34.0000.667265431C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4.32.9070.592235878964500第2、3层A轴边框边柱4.30
22、.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4.34.0000.667265432C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4.32.9070.5922358781046977第1层
23、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3.24.0310.751120162B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3.23.9060.74611931853
24、23083.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(2)能量法计算结构基本自振周期：楼 层第4层11965.900.16561981.55328.15第3层12527.500.15321919.21294.02
25、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，结构的基本自振周期：(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， 取三种计算方法所得基本自振周期的最小值： 4.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。(1)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，场地土为类，结构的基本自振周期。由建筑抗震设计规范查
26、得水平地震影响系数最大值，地震特征周期。因为，查建筑结构地震影响系数曲线，则地震影响系数为：，其中：衰减系数，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，相应的阻尼调整系数按1.0采用，即。(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： 其中，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，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： 顶部附加水平地震作用为： 水平地震作用下计算简图如下图所示：各层水平地震作用标准值、楼层地震剪力及楼层层间位移
27、计算楼 层第4层11965.90 15.7187864.63 510907.21413.73 1413.73 9645000.001466 第3层12527.50 12.1151582.75 510907.21140.70 2554.43 10469770.002440 第2层12559.65 8.5106757.03 510907.2803.37 3357.80 10469770.003207 第1层13204.65 4.964702.79 510907.2486.91 3844.71 5323080.007223 楼层间最大位移与楼高之比： 故满足位移要求。(4) 刚重比与剪重比验算为了保
28、证结构的稳定和安全，需进行结构的刚重比与剪重比验算。各层的刚重比与剪重比计算见下表：各层刚重比与剪重比计算楼层重力荷载代表值重力荷载设计值刚重比剪重比第4层3.696450034722001413.73 11965.90 14597.48 237.86 0.096848 第3层3.6104697737691172554.43 24493.40 31447.92 119.85 0.081227 第2层3.6104697737691173357.80 37053.05 48360.36 77.94 0.069433 第1层4.953230826083093844.71 50257.70 66046
29、.50 39.49 0.058212 各层的刚重比均大于10，满足稳定要求。本工程所在场地为7度设防，结构的基本自振周期，查得楼层最小地震剪力系数值为0.024，满足剪重比的要求。5.3横向框架在水平地震作用下的内力计算横向框架在水平地震作用下的内力计算采用值法。取轴线这榀框架作为计算单元。1. 反弯点高度计算 反弯点高度比与风荷载中的计算结果相同反弯点高度比楼 层第四层B轴柱0.39C轴柱0.45D轴柱0.45E轴柱0.39第三层B轴柱0.49C轴柱0.5D轴柱0.5E轴柱0.49第二层B轴柱0.49C轴柱0.5D轴柱0.5E轴柱0.49第一层B轴柱0.55C轴柱0.55D轴柱0.55E轴柱
30、0.55 2.柱端弯矩及剪力计算水平地震作用下柱端弯矩及剪力计算楼层第四层1413.73235709645000.0244 34.50 0.391.475.75 48.29 1413.73279509645000.0290 41.00 0.451.6281.18 66.42 1413.73279509645000.0290 41.00 0.451.6281.18 66.42 1413.73235709645000.0244 34.50 0.391.475.75 48.29 第三层2554.432357010469770.0225 57.47 0.491.76105.52 101.16 2554
31、.432795010469770.0267 68.20 0.51.8122.77 122.77 2554.432795010469770.0267 68.20 0.51.8122.77 122.77 2554.432357010469770.0225 57.47 0.491.76105.52 101.16 第二层3357.82357010469770.0225 75.55 0.491.76138.71 132.97 3357.82795010469770.0267 89.65 0.51.8161.38 161.38 3357.82795010469770.0267 89.65 0.51.816
32、1.38 161.38 3357.82357010469770.0225 75.55 0.491.76138.71 132.97 第一层3844.71119315323080.0224 86.12 0.552.7189.90 232.53 3844.71131155323080.0246 94.58 0.552.7208.55 255.37 3844.71131155323080.0246 94.58 0.552.7208.55 255.37 3844.71119315323080.0224 86.12 0.552.7189.90 232.53 2. 两端弯矩及剪力计算梁端弯矩计算楼层柱端弯矩
33、柱端弯矩之和柱端弯矩柱端弯矩之和第四层-75.7575.75-75.7575.7575.7575.75第三层48.29153.81153.8148.29153.81153.81105.52105.52第二层101.16239.87239.87101.16239.87239.87138.71138.71第一层132.97322.87322.87132.97322.87322.87189.90189.90梁端弯矩计算楼层柱端弯矩柱端弯矩之和第四层-81.1849.9931.1981.18第三层61.42184.19113.4270.77122.77第二层122.77284.15174.97109.
34、18161.38第一层161.38369.93277.79142.14208.55梁端弯矩计算楼层柱端弯矩柱端弯矩之和第四层-81.1849.9931.1981.18第三层61.42184.19113.4270.77122.77第二层122.77284.15174.97109.18161.38第一层208.55369.93277.79142.14轴线横向框架在地震作用下的内力图：6横向框架在风荷载作用下的内力和位移计算假定：结构分析的弹性静力假定 平面结构假定 楼板在自身平面内刚性假定 水平荷载按照位移协调原则分配现取轴线这榀横向平面框架计算。取框架简图时，框架梁的跨度等于柱截面形心之间的距离
35、：B-C跨和D-E跨的跨度为7.2m，C-D跨的跨度为2.7m。底层柱高从基础顶面算至二层楼面，根据地质条件，室内外高差为-0.450m，基础顶面至室外地坪距离为-0.500m，为便于计算，本设计取-0.550m。二楼楼面标高为3.900m，故底层柱标高为3.9+0.45+0.55=4.9m。注：对于框架结构，取柱子为基准标注轴线考虑实际工程情况，外墙靠梁柱外边缘平齐为简化计算，楼板和梁的跨度近似取轴线之间的距离双向板沿两个方向传给支承梁的荷载划分是从每一区格板的四角作与板成45的斜线，这些斜线与平行于长边的中线相交，每块板被划分为四小块。长跨方向荷载按照梯形荷载分布传给支承梁，短跨方向荷载按照三角形荷载分布传给支承梁。通常将三角形和梯形荷载转化为等效均布荷载计算： 三角形荷载作用时： 梯形荷载作用时：单向板荷载沿短跨方向传递为便于荷载效应组合，以下所有计算简图中的荷载均取标准值。6.1横向框架在永久荷载作用下的计算简图6.1.1第一层框架计算简图1.计算荷载包括板传递的荷载、梁自重及抹灰荷载、梁上墙体荷载。(1)板传递的荷载 板的面荷载为，传递给段为梯形荷载，等效均布荷载为： 因为左右两边板传递荷载，故板传递到上的荷载为(2)梁自重及抹灰荷载 梁
