办公楼结构设计手算计算书.docx

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办公楼结构设计手算计算书

1结构设计说明

1、结构方案选取

选择合理的抗侧力结构体系，进行合理的结构或构件布置，使之具有较大的抗侧刚度和良好的抗风、抗震性能，是结构设计的关键。

同时还须综合考虑建筑物高度、用途、经济及施工条件等因素。

1.1竖向框架承重体系选取

框架结构体系：

由梁、柱构件通过节点连接而成，其具有建筑平面布置灵活、造型活泼等优点，可以形成较大的使用空间，易于满足多功能的使用要求。

在结构受力性能方面，框架结构属于柔性结构，自振周期长，地震反应较小，经合理设计可具有较好的延性性能。

其缺点是结构的抗侧刚度较小，在地震作用下侧向位移较大。

1.2横向框架承重体系选取

常见的横向承重体系包括：

现浇楼盖、叠合楼盖、预制板楼盖、组合楼盖等。

现浇楼盖可分为肋梁楼盖、密肋楼盖、平板式楼盖和无粘结预应力现浇平板楼盖等。

肋梁楼盖结构具有良好的技术经济指标，可以最大限度地节省混凝土和钢筋的用量，能充分发挥材料的作用，结构整体性好，抗震性能好，且结构平面布置灵活，易于满足楼面不规则布置、开洞等要求，容易适用各种复杂的结构平面及各种复杂的楼面荷载。

1.3纵、横向混合承重体系选取

在纵、横两个方向布置主梁以承担楼面荷载，就构成了纵、横向混合框架承重方案。

纵、横向混合框架承重方案具有较好的整体性，为空间受力体系。

本设计为六层的多层结构，根据功能使用性进行结构布置。

经各方案比较筛选，本工程选用框架结构的纵、横向承重体系。

2、楼梯方案的选择

整体式楼梯按照结构形式和受力特点不同，可分为板式楼梯、梁式楼梯、剪刀式楼梯和圆形楼梯、螺旋楼梯等。

其中，应用较为经济的、广泛的是板式楼梯和梁式楼梯，剪刀式楼梯、圆形楼梯和螺旋式楼梯属于空间受力体系，外观美观，但结构受力复杂，设计与施工较困难，用钢量大，造价高，在实际中应用较少。

梁式楼梯由踏步板、斜梁、平台板和平台梁组成。

踏步板支承于两端的斜梁上，斜梁可设在踏步下面，也可设在踏步上面。

根据梯段宽度大小，梁式楼梯的梯段可采用双梁式，也可采用单梁式。

一般当梯段水平投影跨度大于3m时，用梁式楼梯较经济。

本设计结构中的楼梯采用梁式楼梯。

3建筑材料的选择

梁柱、基础、楼梯均采用C30的混凝土，用以提高整个结构的强度。

由于施工工艺的改进，技术的提高，提高混凝土的强度不会引起整个结构的造价大幅提高。

4基础形式选取

本设计的基础形式选取边柱采用柱下独立基础。

多层框架结构的基础，一般有柱下独立基础、条形基础、十字形基础、片筏基础，必要时也可采用箱形基础或桩基等。

基础类型的选择，取决于现场的工程地质条件、上部结构荷载的大小、上部结构对地基上不均匀沉降及倾斜的敏感程度以及施工条件等因素，还应进行必要的技术经济比较。

5结构布置计算

根据该房屋的使用功能及建筑设计的要求，进行了建筑平面、立面及剖面设计。

楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度为100mm。

一般情况下，框架结构是一个空间受力体系。

为方便起见，常常忽略结构纵向和横向之间的空间联系，忽略各构件的扭转作用，将纵向框架和横向框架分别按平面框架进行分析计算。

由于通常横向框架的间距相同，作用于各横向框架上的荷载相同，框架的抗侧刚度相同，因此，各榀横向框架都将产生相同的内力与变形，结构设计时一般取中间有代表性的一榀横向框架进行分析即可。

2结构选型及布置

2.1楼层结构平面布置

本次设计采用全现浇钢筋混凝土框架结构，结构平面布置简图见附图。

本次毕业设计结构计算要求手算一榀框架。

针对本办公楼的建筑施工图纸，选择第六榀横向框架为手算对象。

本计算书除特别说明外，所有计算、选型、材料、图纸均为第六榀框架数据。

梁、柱、板的选择如下：

1、梁的有关尺寸

（1）横向框架梁：

h=（1/10~1/18）L=（1/10~1/18）×6.3m=0.35~0.63m，取h=0.6m

b=（1/2~1/3）h=（1/2~1/3）×0.6m=0.2~0.3m，取b=0.3m

中间框架梁由于跨度较小，截面尺寸取为b×h=0.3m×0.3m

（2）纵向框架梁：

h=（1/10~1/18）L=（1/10~1/18）×4.5m=0.25~0.45m

b=（1/2~1/3）h=（1/2~1/3）×（0.25~0.45）m=0.08~0.23m

结合建筑中墙身的情况，取b×h=0.3m×0.3m

2、柱的选择

（1）底层框架柱：

h=（1/6~1/12）H=（1/6~1/12）×3.9m=（0.33~0.65）m

h取0.45m，b×h=0.45m×0.45m

（2）标准层框架柱：

h=（1/6~1/12）H=（1/6~1/12）×3.6m=（0.3~0.6）m

h取0.45m，b×h=0.45m×0.45m

3、板的选择

采用全现浇板，在部分跨度较大处加设次梁；可根据荷载以及梁的尺寸确定板的厚度为100mm。

2.2楼梯结构布置

采用板式楼梯。

具体情况见第六章楼梯设计及楼梯结构布置图。

2.3基础平面布置

本次设计采用筏板基础，具体的尺寸及配筋将由第七章的基础设计确定。

3框架结构计算简图

3.1计算任务

计算作用于6号轴线的恒载、活载、风荷载以及由这些荷载引起的各层梁、柱的内力。

恒载、活载作用下梁端弯矩计算要求采用弯矩两次分配法，风载作用下的内力计算要求采用D值法。

3.2计算简图的确定

该房屋主体结构共6层，一层层高3.9m，二到六层层高3.6m。

取柱的形心线作为框架柱的轴线，梁的轴线取至板底，该框架结构的计算简图如图下图所示。

屋盖和楼盖均采用现浇钢筋混凝土结构，板厚度取100mm。

梁截面高度按跨度的1/10~1/18估算，而且梁的截面尺寸应满足承载力、刚度以及延性的要求。

梁截面宽度可取1/2~1/3梁高，同时不宜小于1/2柱宽，且不应小于250mm。

1、梁、柱的计算高（跨）度

梁的跨度：

取轴线间距，即边跨梁为6.3m，中间跨为2.4m；

底层柱高：

设基础底面标高为3m，基础高度为1m，则底层柱高3.9m+3.0m－1.0m=5.9m；

其他层柱高：

取层高，即为3.6m。

框架几何尺寸如图1。

2、框架计算简图

框架在竖向荷载作用下，可忽略节点侧移，按刚性方案设计。

在水平荷载作用下，不能忽略节点侧移，按弹性方案设计。

相对线刚度计算如下：

柱线惯性矩：

IC=

/12=

/12=0.0034

底层柱线刚度：

ic1=EcIc/H=（30×

N/m²×0.0034

）/5.9m=1.73×

N•m

其他层柱线刚度：

ic2=EcIc/H=（30×

N/m²×0.0034

）/3.6m=2.83×

N•m

图1框架几何尺寸图

3、框架计算简图

框架在竖向荷载作用下，可忽略节点侧移，按刚性方案设计。

在水平荷载作用下，不能忽略节点侧移，按弹性方案设计。

相对线刚度计算如下：

柱线惯性矩：

IC=

/12=

/12=0.0034

底层柱线刚度：

ic1=EcIc/H=（30×

N/m²×0.0034

）/5.9m=1.73×

N•m

其他层柱线刚度：

ic2=EcIc/H=（30×

N/m²×0.0034

）/3.6m=2.83×

N•m

边跨梁的惯性矩：

Ib1=2×bh³/12=2×0.3×0.6³m³/12=0.0108

边跨梁的线刚度：

ib1=EcIb1/L=（30×

N/m²×0.0108

）/6.3m=5.14×

N•m

中间跨梁的惯性矩：

Ib2=2×bh³/12=2×0.3×0.3³m³/12=0.00135

中间跨梁的线刚度：

ib2=EcIb2/L=（30×

N/m²×0.00135

）/2.4m=1.69×

N•m

如图2所示，设ib1=5.14×

N•m=1，

则ib2=1.69×

N•m/5.14×

N•m=0.33

ic1=1.73×

N•m/5.14×

N•m=0.34

ic2=2.83×

N•m/5.14×

N•m=0.55

得计算简图如图2所示

图2框架计算简图

4恒荷载计算及其内力分析

4.1自重计算

1、屋面及楼面永久荷载标准值

屋面（上人）：

合成高分子卷材和涂膜防水屋面

8~10厚地砖平拍实

25厚1:

4干硬性水泥砂浆

0.5厚聚乙烯薄膜一层

1.2厚氯化聚乙烯橡胶共混防水卷材

1.5厚聚氨酯防水涂料

20厚1:

2.5水泥砂浆找平层

20厚（最薄处）1:

8水泥珍珠岩找2%坡

50厚挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板

1.5厚聚氨酯防水涂料隔汽层

总计2.38kN/m²

现浇楼板（100mm）0.1m×25kN/m³=2.5kN/m²

天棚抹灰（15mm）0.015m×17kN/m³=0.26kN/m²

屋面恒荷载标准值5.14kN/m²

2、楼面恒荷载

25厚大理石面层配水泥砂浆檫缝

30厚1：

2.5干硬性水泥砂浆，面上撒2厚素水泥

水泥浆结合层一道

总计1.66kN/m2

结构层：

100厚现浇钢筋混凝土楼板0.1m×25kN/m3=2.5kN/m2

抹灰层：

10厚混合砂浆0.01m×17kN/m3=0.17kN/m2

楼面恒荷载标准值4.33kN/m2

3、梁自重

①纵向梁：

b×h=300mm×300mm

梁自重：

25kN/m3×0.3m×（0.3m－0.1m）=1.5kN/m

抹灰层：

10mm厚混合砂浆：

0.01m×[（0.3m－0.1m）×2+0.3m]×17kN/m3=0.12kN/m

合计：

1.62kN/m

②横向梁（中跨）：

b×h=300mm×300mm

梁自重：

25kN/m3×0.3m×（0.3m－0.1m）=1.5kN/m

抹灰层：

10mm厚混合砂浆：

0.01m×[（0.3m－0.1m）×2+0.3m]×17kN/m3=0.12kN/m

合计：

1.62kN/m

③横向梁（边跨）：

b×h=300mm×600mm

梁自重：

25kN/m3×0.3m×（0.6m－0.1m）=3.75kN/m

抹灰层：

10mm厚混合砂浆：

0.01m×[（0.6m－0.1m）×2+0.3m]×17kN/m3=0.22kN/m

合计：

3.97kN/m

4、柱自重

①底层柱：

b×h=450mm×450mm

柱自重：

25kN/m3×0.45m×0.45m=5.06kN/m

抹灰层：

10厚混合砂浆0.01m×（0.45m+0.45m）×2×17kN/m3=0.31kN/m

合计：

5.37kN/m

②标准层柱：

b×h=450mm×450mm

柱自重：

25kN/m3×0.45m×0.45m=5.06kN/m

抹灰层：

10厚混合砂浆0.01m×（0.45m+0.45m）×2×17kN/m3=0.31kN/m

合计：

5.37kN/m

5、外墙单位墙面的重力荷载

纵墙：

15kN/m3×0.24m=3.6kN/m2

水刷石外墙面：

0.5kN/m2

水泥粉刷内墙面：

0.36kN/m2

外墙单位墙面的重力荷载：

4.46kN/m2

6、内墙单位墙面的重力荷载

内隔墙：

15kN/m3×0.24m=3.6kN/m2

水泥粉刷内墙面：

0.36kN/m2×2=0.72kN/m2

内墙单位墙面的重力荷载：

4.32kN/m2

7、屋顶女儿墙

纵墙：

15kN/m3×0.24m=3.6kN/m2

水刷石外墙面：

0.5kN/m2

水泥粉刷内墙面：

0.36kN/m2

女儿墙单位墙面的重力荷载：

4.46kN/m2

8、门窗重力荷载

木门单位面积重力荷载为

铝合金窗单位面积荷载为

4.2恒载计算

取⑥号轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为4.5m，如图3所示。

图3横向框架计算单元

图4双向板导荷示意图

直接传给该框架的楼面荷载，计算单元范围内的其余楼面荷载则通过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。

由于顶层纵向框架梁的中心线与柱的中心线不重合，因此在该层框架节点上还有集中力矩的作用。

1、对于标准层（边跨）：

①对于楼面板：

P1=4.33kN/m2×2.25m×4.5m×1/2=21.92kN

②对于梁：

P2=1.62kN/m×4.5m=7.29kN

③对于墙体：

墙体：

P3=4.46kN/m2×（3.6m×4.5m－3m×1.5m）=52.18kN

窗：

P4=0.4kN/m2×3m×1.5m=1.8kN

总合：

P5=P4＋P3=52.18kN＋1.8kN=53.98kN

集中力：

F1=P1＋P2＋P5=21.92kN＋7.29kN＋53.98kN=83.19kN

集中力矩：

M1=F1e=83.19kN×0.105m=8.73kN·m

2、对于标准层（中跨）：

①对于楼面板：

P1=4.33kN/m2×[2.25m×4.5m×1/2＋（2.1＋4.5）m×1.2m×1/2]=39.07kN

②对于梁：

P2=1.62kN/m×4.5m=7.29kN

③对于墙体：

P3=4.32kN/m2×3.6m×4.5m=69.98kN

集中力：

F1=P1＋P2＋P3=39.07kN＋7.29kN＋69.98kN=116.34kN

集中力矩：

M1=F1e=116.34kN×0.105m=12.22kN·m

3、对于顶层（边跨）：

①对于楼面板及女儿墙：

P1=4.33kN/m2×2.25m×4.5m×1/2＋4.32kN/m×1.2m=27.10kN

②对于梁：

P2=1.62kN/m×4.5m=7.29kN

③对于墙体：

墙体：

P3=4.46kN/m2×（3.6m×4.5m－3.0m×1.5m）=60.48kN

窗：

P4=0.4kN/m2×3m×1.5m=1.8kN

总合：

P5=P4＋P3=60.48kN＋1.8kN=62.28kN

集中力：

F1=P1＋P2＋P5=27.10kN＋7.29kN＋62.28kN=96.67kN

集中力矩：

M1=F1e=96.67kN×0.105m=10.15kN·m

4、对于顶层（中跨）：

①对于楼面板：

P1=4.33kN/m2×[2.25m×4.5m×1/2＋（2.1＋4.5）m×1.2m×1/2]=39.07kN

②对于梁：

P2=1.62kN/m×4.5m=7.29kN

③对于墙体：

P3=4.32kN/m2×3.6m×4.5m=69.98kN

集中力：

F1=P1＋P2＋P3=39.07kN＋7.29kN＋69.98kN=106.34kN

集中力矩：

M1=F1e=106.34kN×0.105m=11.17kN·m

框架梁承担的由屋面板、楼面板传来的荷载形式为梯形，如图5，为计算简便，按支座弯矩等效原则，将其简化为矩形分布。

其中，α=a/L=2.25/6.3=0.36

图5梯形荷载分布等效图

屋面梁上线荷载：

q1=（1－2α²＋α³）q’＋3.97kN/m

=（1－2×0.36²＋0.36³）×5.14kN/m²×4.5m＋3.97kN/m

=22.18kN/m

1~3、5层楼面梁上线荷载：

q2=（1－2α²＋α³）q’＋3.97kN/m＋4.32kN/m²×3.6m

=（1－2×0.36²＋0.36³）×4.33kN/m²×4.5m＋3.97kN/m＋4.32kN/m²×3.6m

=34.87kN/m

4层楼面梁上线荷载：

q2=（1－2α²＋α³）q’＋3.97kN/m

=（1－2×0.36²＋0.36³）×4.33kN/m²×4.5m＋3.97kN/m

=19.31kN/m

框架中各层恒荷载作用分布图如图6所示。

4.3固端弯矩计算

表1固端弯矩计算表

边跨框架梁

中间跨框架梁

顶层

±1/12ql²=±1/12×22.18kN/m×6.3²m²

=±73.36kN·m

±1/12ql²=±1/12×1.62kN/m×2.4²m²

=±0.78kN·m

1~3、5层

±1/12ql²=±1/12×34.87kN/m×6.3²m²

=±115.33kN·m

±1/12ql²=±1/12×1.62kN/m×2.4²m²

=±0.78kN·m

4层

±1/12ql²=±1/12×19.31kN/m×6.3²m²

=±63.87kN·m

±1/12ql²=±1/12×1.62kN/m×2.4²m²

=±0.78kN·m

图6恒荷载作用分布图

4.4节点分配系数μ计算

顶层分配系数计算过程如下（其他层计算方法相同，见表2）

节点A：

μA6B6=（4×1）/（4×1+4×0.55）=0.65

μA6A5=（4×0.55）/（4×1+4×0.55）=0.35

节点B：

μB6A6=（4×1）/（4×1+4×0.55+4×0.33）=0.53

μB6C6=（4×0.33）/（4×1+4×0.55+4×0.33）=0.18

μB6B5=（4×0.55）/（4×1+4×0.55+4×0.33）=0.29

表2节点分配系数μ计算表

节点A各杆端分配系数μ

节点B各杆端分配系数μ

顶层

A6B6

0.65

B6A6

0.53

A6A5

0.35

B6C6

0.18

B6B5

0.29

标准层

A5B5

0.48

B5A5

0.41

A5A4

0.26

B5B4

0.23

A5A6

0.26

B5B6

0.23

B5C5

0.14

底层

A1B1

0.53

B1A1

0.45

A1A2

0.29

B1C1

0.15

A1A0

0.18

B1B0

0.15

B1B2

0.25

4.5恒荷载作用下内力分析

恒荷载作用下内力计算采用力矩二次分配法，计算过程见图7

恒荷载作用下弯矩图见图8，恒荷载作用下剪力图见图9

图7恒荷载作用下内力计算分析

图8恒荷载作用下弯矩图

图9恒荷载作用下剪力图

5活荷载及其内力分析

屋面及楼面可变荷载标准值如下：

上人屋面均布活荷载标准值2.0kN/m²

不上人屋面均布活荷载标准值（电梯间）0.5kN/m²

电梯机房7.0kN/m²

一般楼面（办公室、会议室等）均布活荷载标准值2.0kN/m²

一般资料档案室均布活荷载标准值2.5kN/m²

走廊、门厅、楼梯均布活荷载2.5kN/m²

厕所、盥洗室2.0kN/m²

5.1屋面活荷载

屋面上人时活荷载为：

2kN/m²

边跨（AB、CD）框架梁承受的由屋面板、楼面板传来的活荷载形式仍为梯形，与恒荷载相同，为计算简便，可按支座弯矩等效原则将其简化为矩形分布，得屋面梁上线荷载：

q1=（1－2α²+α³）q′

=（1－2×0.36²+0.36³）×2kN/m²×2.25m=3.54kN/m

5.2楼面活荷载

（1）办公楼楼面活荷载为：

2kN/m²

同屋面荷载的简化方法，可得楼面梁上线荷载：

q1=（1－2α²+α³）q′

=（1－2×0.36²+0.36³）×2kN/m²×2.25m=3.54kN/m

（2）五层D、E轴线作为资料档案室，一般资料档案室活荷载为2.5kN/m²

同屋面荷载的简化方法，可得楼面梁上线荷载：

q1=（1－2α²+α³）q′

=（1－2×0.36²+0.36³）×2.5kN/m²×2.25m=4.43kN/m

（3）走廊活荷载为2.5kN/m²

同屋面荷载的简化方法，可得楼面梁上线荷载：

q1=（1－2α²+α³）q′

=（1－2×0.36²+0.36³）×2.5kN/m²×2.25m=4.43kN/m

由于顶层纵向框架梁的中心线与柱的中心线不重合，因此在该层框架节点上还有集中力矩的作用。

1、对于标准层：

集中力：

P1=2kN/m2×2.25m×4.5m×1/2=10.13kN

P2=2kN/m2×2.25m×4.5m×1/2＋2.5kN/m2（2.1＋4.5）m×1.2m×1/2=20.03kN

集中力矩：

M1=P1e=10.13kN×0.105m=1.06kN·m

M2=P2e=20.03kN×0.105m=2.10kN·m

2、对于顶层：

集中力：

P1=2kN/m2×2.25m×4.5m×1/2=10.13kN

P2=2kN/m2×[2.25m×4.5m×1/2＋（2.1＋4.5）m×1.2m×1/2]=18.05kN

集中力矩：

M1=P1e=10.13kN×0.105m=1.06kN·m

M2=P2e=18.05kN×0.105m=1.90kN·m

3、对于第五层资料档案室：

集中力：

P1=2.5kN/m2×2.25m×4.5m×1/2=12.66kN

P2=2.5kN/m2×[2.25m×4.5m×1/2＋（2.1＋4.5）m×1.2m×1/2]=22.56kN

集中力矩：

M1=P1e=12.66kN×0.105m=1.33kN·m

M2=P2e=22.56kN×0.105m=2.37kN·m

框架各层活荷载作用分布图见图10

图10活荷载作用分布图

5.3内力分析

框架结构在楼、屋面活荷载作用下采用满布荷载法，其内力计算方法与恒荷载相同，采用力矩二次分配法，对跨中弯矩计算结果需进行调整。

分配系数同表2，固端弯矩计算见下表3.

表3固端弯矩计算表

边跨框架梁

中间跨框架梁

顶层

±1/12ql²=±1/12×6.16kN/m×6.3²m²

=±20.37kN·m

±1/12ql²=±1/12×7.71kN/m×2.4²m²

=±3.70kN·m

标准层

±1/12ql²=±1/12×6.16kN/m×6.3²m²

=±20.37kN·m

±1/12ql²=±1/12×7.71kN/m×2.4²m²

=±3.70kN·m

五层资料档案室

±1/12ql²=±1/12×7.71kN/m×6.3²m²

=±25.50kN·m

±1/12ql²=±1/12×7.71kN/m×2.4²m²

=±3.70kN·m

其内力计算过程见图11、12

活荷载作用下弯矩图见图13，活荷载作用下剪力图见图14。

图11活荷载作用下内力计算过程.1

图12活荷载作用下内力计算过程.2

图13活荷载作用下弯矩图

图14活荷载作用下剪力图

6风荷载及其内力分析

6.1风荷载计算

基本风压值：

w0=0.5kN/m²。

风振系数βz：

由于建筑物总高H不超过30m，所以βz=1.0

查《荷载规范》得μs值：

迎风面μs=0.8，背风面μs=﹣0.5，所以取μs=1.3。

地面粗糙度分为A、B、C、D四类，本设计地面粗糙度为C类。

查表得μz值：

一至四层μz=0.74，五层μz=0.84，六层μz=1.00

得风荷载标准值wk:

一层至四层：

wk=βzμzμsw0=1.0×0.74×1.3×0.5kN/m²=0.48kN/m²

五层：

wk=βzμzμsw0=