底商辦公樓設(shè)計

1、底商辦公樓設(shè)計1.1 結(jié)構(gòu)布置及計算簡圖主體結(jié)構(gòu)共5層，1、2層分別為4.2m和3.6m，35層均為3.3m。外墻為240mm厚混凝土多孔磚，內(nèi)墻采用120mm厚輕質(zhì)隔板。門為全玻璃門，門洞尺寸為3000mm2500mm。窗為塑鋼窗，洞口尺寸為3550mm1200mm。樓板厚度取100mm。主梁截面高度可取跨度的1/121/8，次梁的梁高可取跨度的1/181/12；梁寬可取梁高的1/31/2，同時不宜小于1/2柱寬，且不應(yīng)小于250mm。由此估算的梁截面尺寸見表1，表中還給出了各層梁、柱和板的混凝土強度等級。其設(shè)計強度：c35（fc=16.7n/mm2，ft=1.57n/mm2），c30（fc

2、=14.3n/mm2，ft=1.43n/mm2）。表1 梁截面尺寸（mm）及各層混凝土強度等級層次混凝土強度等級橫梁（bh）縱梁（bh）次梁（bh）ab跨，cd跨bc跨橫向縱向12c3535070035070035070030040030050035c30350700350700350700250400/該框架結(jié)構(gòu)的抗震等級為三級，其軸壓比限值n=0.9；各層的重力荷載代表值近似取12kn/。由圖1可知邊柱及中柱的負載面積分別為8.13.0和8.16.6，則1、2層柱截面面積為邊柱 ac103=126108mm2中柱 ac103=266766 mm2如取柱截面為正方形，則邊柱和中柱截面高度分別

3、為355mm和516mm。根據(jù)上述計算結(jié)果并綜合考慮其它因素，本設(shè)計柱截面尺寸取值如下：1、2層 600mm600mm 35層 500mm500mm由巖土工程勘察報告得如下信息，層序土層名稱平均厚度承載力特征值建議值1雜填土0.832粉質(zhì)粘土4.931403粉質(zhì)粘土2.991804殘積土1.392505-1強風化泥巖1.383005-2中風化泥巖400基礎(chǔ)選用條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深取1.5m，梁高取1.2m?？蚣芙Y(jié)構(gòu)計算簡圖中，取頂層柱的形心線作為框架柱的軸線；梁軸線取至板底，25層柱高度即為層高，2層取3.6m，35層取3.3m；底層柱高度從基礎(chǔ)頂面取至一層板底，即h1=4.2+0.15+1.5

4、-1.2-0.1=4.55m。1.2 重力荷載計算 1. 屋面及樓面的永久荷載標準值 屋面（上人）： 30厚細石混凝土保護層 220.03=0.66kn/ 三氈四油防水層 0.4kn/ 20厚水泥砂漿找平層 200.02=0.4kn/ 150厚水泥蛭石保溫層 50.15=0.75kn/ 100厚鋼筋混凝土板 250.1=2.5kn/ 合計 4.71kn/ 14層樓面： 瓷磚地面（包括水泥粗砂打底） 0.55kn/ 100厚鋼筋混凝土板 250.1=2.5kn/ 合計 3.05kn/ 2. 屋面及樓面的可變荷載標準值 上人屋面均布活荷載標準值 2.0kn/ 12層活荷載標準值 3.5kn/ 35

5、層活荷載標準值 2.0kn/ 屋面雪荷載標準值 sk=rs0=1.00.65=0.65kn/式中：r為屋面積雪分布系數(shù)，取r=1.0。3. 梁、柱、墻、窗、門重力荷載計算梁柱可根據(jù)截面尺寸、材料容重及粉刷等計算出單位長度上的重力荷載；對墻、門、窗等可計算出單位面積上的重力荷載。具體計算過程從略，計算結(jié)果見表2。表2 梁、柱重力荷載標準值層次 構(gòu)件b /mh /m /(kn/m）g /(kn/m)li /mngi /kngi /kn1邊橫梁0.350.7251.056.4315.83514525.3482180.431中橫梁0.350.7251.056.4316.67297.112次梁橫向0.3

6、0.4251.053.155.65235.595縱向0.30.45251.053.5447.756164.796縱梁0.350.7251.056.4317.5241157.58柱0.60.6251.109.94.55281261.262邊橫梁0.350.7251.056.4315.83514525.3482180.431中橫梁0.350.7251.056.4316.67297.112次梁橫向0.30.4251.053.155.65235.595縱向0.30.45251.053.5447.756164.796縱梁0.350.7251.056.4317.5241157.58柱0.60.6251.1

7、09.93.628997.9235邊橫梁0.350.7251.056.4315.887514530.0752182.678中橫梁0.350.7251.056.4316.77301.614次梁0.250.4251.052.6255.6512177.975縱梁0.350.7251.056.4317.6241173.014柱0.50.5251.106.8753.328635.25墻體為240mm厚混凝土多孔磚 ， 外墻面刷真石漆，內(nèi)墻面為白色乳膠漆，則外墻單位墻面重力荷載為18.50.24=4.44kn/內(nèi)墻為120mm厚輕質(zhì)隔墻板，兩側(cè)均為白色乳膠漆，則內(nèi)墻單位墻面重力荷載為 0.34kn/ 全玻

8、璃門單位面積重力荷載為0.45kn/；塑鋼窗單位面積重力荷載取0.4kn/。 4.重力荷載代表值頂層重力荷載代表值g5=（4.71+0.65/2）19.248.6+2182.678+635.25/2+4.443.3（19.2+48.6）2/2+0.343.3（48.62+8.112）/2=8301.03 kn第四層重力荷載代表值g4=（3.05+2.0/2）19.248.6+2182.678+635.25+4.443.3（19.2+48.6）2+0.343.3（48.62+8.112）=8801.99 kn第三層重力荷載代表值g3=（3.05+2.0/2）19.248.6+2182.678+6

9、35.25+4.443.3（19.2+48.6）2+0.343.3（48.62+8.112）=8801.99 kn第二層重力荷載代表值g2=（3.05+3.5/2）19.248.6+2180.431+（635.25+997.92）/2+4.443.6（19.2+48.6）2+0.343.6（48.6+19.25）=9820.41kn第一層重力荷載代表值g1=（3.05+3.5/2）19.248.6+2180.431+（1261.26+997.92）/2+4.444.55（19.2+48.6）2+0.344.55（48.6+19.25）=10752.08kn鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)初步估算t1=（0.

10、080.1）5=（0.40.5）s。1.3 框架側(cè)移剛度計算1. 橫向框架側(cè)移剛度計算橫梁線剛度ib計算過程見表3；柱線剛度ic計算過程見表4。表3 橫梁線剛度ib計算表類別層次ec/（n/ mm2）bh/mmmmi0/ mm4l/mmeci0/l/nmm1.5eci0/l/nmm2eci0/l/nmm邊橫梁1、23.1510435070010.00410960005.25210107.878101010.5041010353.010435070010.0041095.00210107.503101010.0041010中橫梁1、23.1510435070010.00410972004.377

11、10106.56510108.7501010353.010435070010.0041094.16810106.25210108.3371010表4 柱線剛度ic計算表層次hc/mmec/（n/ mm2）bh/mmmmic/ mm4ecic/ hc /nmm145503.151046006001.08010107.4771010236003.151046006001.08010109.45010103533003.01045005005.2081094.7351010根據(jù)梁柱線剛度比的不同，平面布置圖中的柱可分為中框架中柱和邊柱、邊框架中柱和邊柱以及樓、電梯間柱等?，F(xiàn)以第2層中框架中柱的側(cè)移剛

12、度計算為例，說明計算過程，其余柱的計算過程從略，計算結(jié)果分別見表57。第二層中框架中柱及其相連的梁的相對線剛度如圖所示，圖中數(shù)據(jù)取自表3和表4。因此，梁柱線剛度比為=2.037c=0.505則d=0.5051010=44161n/mm表5 中框架柱側(cè)移剛度d值（n/mm）層次邊柱中柱dicdi1根數(shù)cdi2根數(shù)11.4050.5592424682.5750.67229130019396821.1120.3573125882.0370.50544161025006432.1660.5202712583.9700.6653469784945764、52.1130.5142680483.8730.6

13、59344108489712表6 邊框架柱側(cè)移剛度d值（n/mm）層次邊柱中柱dicdi1根數(shù)cdi2根數(shù)11.0540.5092205041.9320.6182680508820020.8340.2942574241.5280.43337902010296831.6240.4482338342.9780.5983121221559564、51.5850.4422306542.9050.592309012154062表7 樓、電梯間框架柱側(cè)移剛度d值（n/mm）層次中框架邊柱中柱di中框架邊框架cdi1根數(shù)cdi2根數(shù)cdi3根數(shù)10.7020.4451928421.5800.58125183

14、11.6390.5882547544067152.2830.6502816111.2880.5442356711.9900.62427048720.5560.2171902721.2500.3853366221.2970.3933441945752381.8060.47541523831.0830.3511832622.8870.5913082422.5270.5582912321565464、51.0560.3461803422.8170.5853051322.4650.552288042154702將上述不同情況下同層框架柱側(cè)移剛度相加，即得框架各層層間側(cè)移剛度di，見表8。表8 橫向框架

15、層間側(cè)移剛度（n/mm）層次12345di688883928270807078798476798476由表8可見，d1/d2=688883/928270=0.7420.7，故該框架為規(guī)則框架。2. 縱向框架側(cè)移剛度計算縱向框架側(cè)移剛度計算方法與橫向框架相同。柱在縱向的側(cè)移剛度除與柱縱向的截面特性有關(guān)外，還與縱梁的線剛度有關(guān)?？v梁線剛度ib的計算過程見表9。在該題中，縱、橫向柱線剛度相同，見表4。表9 縱梁線剛度ib計算表類別層次ec/（n/ mm2）bh/mmmmi0/ mm4l/mmeci0/l/nmm1.5eci0/l/nmm2eci0/l/nmm縱梁1、23.1510435070010.

16、00410981003.89110105.83610107.7811010353.010435070010.0041093.70510105.55810107.4101010縱向框架柱亦可分為中框架中柱和邊柱、邊框架中柱和邊柱等，其側(cè)移剛度值分別見表10和11?？v向框架各層層間側(cè)移剛度值見表12。表10 縱向中框架柱側(cè)移剛度d值（n/mm）層次邊柱中柱dicdi1根數(shù)cdi2根數(shù)11.0410.5072196022.0810.63227411620838620.8230.2922551821.6470.45239512628810831.6040.4452322323.2080.6163214

17、062392864、51.5650.4392290423.1300.610318346236812表11 縱向邊框架柱側(cè)移剛度d值（n/mm）層次邊柱中柱dicdi1根數(shù)cdi2根數(shù)10.7810.4611995931.5610.57925084723546520.6180.2362064431.2350.38233406729577431.2030.3761959832.4060.5462849472582524、51.1740.3701929732.3480.540281747255109表12 縱向樓、電梯間框架柱側(cè)移剛度d值（n/mm）層次中框架di邊柱中柱cdi1根數(shù)cdi2根數(shù)10

18、.7810.4611995921.8210.60726327414522620.6180.2362064421.4410.41936642418785631.2030.3761959822.8070.5843046941610724、51.1740.3701929722.7390.578301554159214層次邊框架di邊柱中柱cdi3根數(shù)cdi4根數(shù)10.5200.4051754611.3010.5462364538848120.4120.1711493811.0290.34029731310413130.8020.2861493612.0050.501261233933054、50.7

19、820.2811467311.9560.49425800392073表13 縱向框架層間側(cè)移剛度（n/mm）層次12345di677558875869751915743208743208由表13可見，d1/d2 =677558/875869=0.7740.7，所以該框架為縱向規(guī)則框架。1.4 橫向水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和側(cè)移計算1. 橫向水平地震作用下框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和側(cè)移計算（1） 橫向自振周期計算。結(jié)構(gòu)頂點的假想側(cè)移計算過程見表14。表14 結(jié)構(gòu)頂點的假想側(cè)移計算層次gi/knvgi/kndi /(n/mm)ui/mmui/mm58301.038301.0379847610.4169.

20、848801.9917103.0279847621.4159.438801.9925905.0180707832.1138.129820.4135725.4292827038.5106.0110752.0846477.5068888367.567.5ut的量綱為m，取t=0.65，則 t1=1.70.65=0.46st1在0.40.5s范圍內(nèi)，符合要求。（2） 水平地震作用及樓層地震剪力計算。該建筑結(jié)構(gòu)高度不超過40m，質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻，變形以剪切型為主，故可用底部剪力法計算水平地震作用。結(jié)構(gòu)總水平地震作用標準值為geq=0.85gi =0.85（10752.08+9820.41+

21、8801.992+8301.03）=39505.88kn場地類別為類，設(shè)計地震分組為第一組，故tg =0.45s，多遇地震時設(shè)防烈度為7度的max =0.08，則1=（tg/t1）0.9max=（0.45/0.46）0.90.08=0.079fek=1 geq =0.07939505.88=3127.1kn因t1=0.46s1.4 tg =1.40.45=0.63s，則n=0，各質(zhì)點的水平地震作用具體計算過程見表15，各樓層地震剪力計算結(jié)果列入表15。表15 各質(zhì)點橫向水平地震作用及樓層地震剪力計算表層次hi/mgi/kngi hi /knmgi hi /（gj hj）fi/knvi/kn51

22、8.058301.03149833.590.294919.8919.8414.758801.99129829.350.255797.01716.8311.458801.99100782.790.198618.72335.528.159820.4180036.340.157491.32826.814.5510752.0848921.960.096300.33127.1各質(zhì)點水平地震作用及樓層地震剪力沿房屋高度的分布如圖所示。（3） 水平地震作用下的位移驗算。水平地震作用下框架結(jié)構(gòu)的層間位移ui和頂點位移ui計算過程見表16。表中還計算了各層的層間彈性位移角e=ui /hi。表16 橫向水平地震作

23、用下的位移驗算層次vi/kndi/(n/mm)ui/mmui/mmhi/mme=ui /hi5919.87984761.1513.7733001/287041716.87984762.1512.6233001/153532335.58070782.8910.4733001/114222826.89282703.057.5936001/118013127.16888834.544.5445501/1002由表16可見，最大層間彈性位移角發(fā)生在第1層，其值為1/10021/550，滿足要求。（4） 水平地震作用下框架內(nèi)力計算。以平面布置圖中軸線橫向框架內(nèi)力計算為例，說明計算方法，其余框架內(nèi)力計算從

24、略?？蚣苤思袅皬澗毓街?，dij取自表5和表7，dij取自表8，層間剪力取自表15。各柱反彎點高度比y由式y(tǒng)=yn+y1+y2+y3確定，其中yn由表2.4查得。本題中底層柱需考慮修正值y2，第2層柱需考慮修正值y2和y3，第3層柱需考慮修正值y1和y3，其余柱均無修正。具體計算過程及結(jié)果見表17。表17 各層柱端彎矩及剪力計算層次hi/mvi/kndij/(n/mm)邊柱中柱di1vi1ymmdi2vi2ymm53.3919.87984762680430.882.1130.4141.3460.573441039.643.8730.4558.8771.9543.31716.87984762

25、680457.632.1130.4686.66103.523441073.983.8730.50122.07122.0733.32335.58070782712578.492.1660.50129.51129.5134697100.413.9700.50165.68165.6823.62826.89282703125895.191.1120.50171.34171.3441523126.451.8060.50227.61227.6114.553127.168888324246110.061.4050.65325.50175.2727048122.781.9900.65363.12195.53注

26、：表中m量綱為knm，v量綱為kn。梁端彎矩、剪力及柱軸力計算過程見表18，其中梁線剛度取自表3。表18 梁端彎矩、剪力及柱軸力計算層次邊梁中橫梁柱軸力mmlvbmmlvb邊柱n中柱n560.5739.246.016.6432.7132.717.29.0916.6423.624144.8698.696.040.5982.2582.257.222.8557.2341.363216.17156.956.062.19130.80130.807.236.33119.4267.222300.85242.026.090.48151.27151.277.242.02209.90115.681346.6129

27、8.686.0107.55124.46124.467.234.57317.45188.66注：1）柱軸力中的負號表示拉力。當為左地震作用時，左側(cè)兩根柱為拉力，對應(yīng)的右側(cè)兩根柱為壓力。 2）表中m單位為knm，v單位為kn，n單位為kn，l單位為m。水平地震作用下框架的彎矩圖、梁端剪力圖及柱軸力圖如圖所示。1. 橫向風荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移計算。（1） 風荷載標準值?；撅L壓w0=0.40kn/，由荷載規(guī)范查得s=0.8（迎風面）和s=0.5（背風面）。c類地區(qū)，h/b=18.05/48.6=0.371，取z=1。仍取平面布置圖中軸線橫向框架，其負載寬度為8.1m，則沿房屋高度的分布風荷載

28、標準值 q（z）=8.10.40sz=3.24sz根據(jù)各樓層標高處的高度hi查取z，代入上式可得各樓層標高處的q（z），見表19；q（z）沿房屋高度的分布如下圖所示。表19 沿房屋高度分布風荷載標準值層次hi/mzq1（z）/(kn/m)q2（z）/(kn/m)518.050.8012.0761.298414.750.741.9181.199311.450.741.9181.19928.150.741.9181.19914.550.6731.7441.090荷載規(guī)范規(guī)定，對于高度大于30m且高寬比大于1.5的房屋結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用風振系數(shù)z來考慮風壓脈動的影響。本題房屋高度h=18.05m30m，h

29、/b=18.05/19.2=0.941.5。因此，該房屋不用考慮風壓脈動的影響。框架結(jié)構(gòu)分析時，應(yīng)按靜力等效原理將分布風荷載轉(zhuǎn)化為節(jié)點集中荷載。例如，第4層的集中荷載f4的計算過程如下：f4=（1.918+1.199）3.3+（2.0761.918+1.2981.199）3.3=10.43kn。（2） 風荷載作用下的水平位移驗算。根據(jù)等效節(jié)點集中風荷載，計算層間剪力vi，然后依據(jù)表5和表7求出軸線框架的層間側(cè)移剛度，再計算各層的相對側(cè)移和絕對側(cè)移。計算過程見表20。表20 風荷載作用下框架層間剪力及側(cè)移計算層次12345fi/kn11.7210.5810.2910.435.43vi/kn48.

30、4536.7326.1515.865.43d/(n/mm)102588145562123644122428122428ui/mm0.470.250.210.130.04ui/mm0.470.720.931.061.10ui/ hi1/96811/144001/157141/253851/82500由表20可見，風荷載作用下框架的最大層間位移角為1/9681，遠小于1/550，滿足規(guī)范要求。（3） 風荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算。風荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算過程與水平地震作用下的相同。表21 風荷載作用下各層柱端彎矩及剪力計算層次hi/mvi/knd/(n/mm)邊柱中柱di1vi1ymmdi2v

31、i2ymm53.35.43122428268041.192.1130.411.592.33344101.533.8730.452.272.7743.315.86122428268043.472.1130.455.166.30344104.463.8730.497.217.5033.326.15123644271255.742.1660.509.479.47346977.343.9700.5012.1112.1123.636.73145562312587.891.1120.5014.2014.204152310.481.8060.5018.8618.8614.5548.4510258824246

32、11.451.4050.6131.7820.322704812.771.9900.5531.9726.16注：表中m量綱為knm，v量綱為kn。梁端彎矩、剪力及柱軸力計算過程見表18，其中梁線剛度取自表3。表22 風荷載作用下梁端彎矩、剪力及柱軸力計算層次邊梁中橫梁柱軸力mmlvbmmlvb邊柱n中柱n52.331.516.00.641.261.267.20.350.640.2947.895.336.02.204.444.447.21.232.841.26314.6310.546.04.208.788.787.22.447.043.02223.6719.066.07.1211.9111.917

33、.23.3114.166.83134.5231.786.011.0513.2413.247.23.6825.2114.20注：1）柱軸力中的負號表示拉力。當為左地震作用時，左側(cè)兩根柱為拉力，對應(yīng)的右側(cè)兩根柱為壓力。 2）表中m單位為knm，v單位為kn，n單位為kn，l單位為m。平面布置圖中軸線橫向框架在風荷載作用下的彎矩、梁端剪力及柱軸力如下圖所示。1.5 豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算1. 橫向框架內(nèi)力計算（1）計算單元。取軸線橫向框架進行計算，計算單元寬度為8.1m，如圖所示。由于房間內(nèi)布置有次梁，故直接傳給該框架的樓面荷載如圖中的水平陰影線所示，計算單元范圍內(nèi)的其余樓面荷載則通過次梁

34、和縱向框架梁以集中力的形式傳給橫向框架，作用于各節(jié)點上。（2）荷載計算。1）恒載計算。如上圖所示，q1、q代表橫梁自重，為均布荷載形式。對于第5層q1= q=6.431kn/mq2和q分別為房間和走道板傳給橫梁的梯形荷載和三角形荷載，從圖中幾何關(guān)系可得q2=4.714.05=19.0755 kn/m q=4.717.2=33.912 kn/mp1、p2分別為由邊縱梁、中縱梁直接傳給柱的恒載，它包括梁自重、樓板重和女兒墻等重力荷載，計算如下：p1=（4.052.025）2+2.025 4.71+6.4318.1+2.625+4.441.28.1=179.66 knp2=（4.052.025）2+

35、2.025+3.62 4.71+6.4318.1+2.625=212.81 kn對3、4層，q1包括梁自重和其上橫墻自重，為均布荷載。其它荷載計算方法同第5層，結(jié)果為q1=6.431+（3.30.7）0.34=7.315kn/m q=6.431 kn/mq2=3.054.05=12.3525 kn/m q=3.057.2=21.96kn/mp1=（4.052.025）2+2.025 3.05+6.4318.1+2.625+4.44（7.62.63.551.22）+0.43.551.22=162.84knp2=（4.052.025）2+2.025+3.62 3.05+6.4318.1+2.625

36、+0.342.6（8.10.5）=165.66kn如圖上圖所示，對第2層q1=6.431+（3.60.7）0.34=7.417kn/m q=6.431kn/mq2=3.056=18.3 kn/m q3=3.052.1=6.405kn/m q4=3.055.1=15.555kn/mp1=323.05+6.4318.1+4.44（7.52.93.551.22）+0.43.551.22=160.91knp2=（32+1.052）3.05+6.4318.1=121.33knp3=（2.552+1.052）3.05+3.5448.1+0.343.15（8.10.6）=102.48knp4=（32+2.5

37、52）3.05+6.4318.1=141.92kn對第1層門洞尺寸為3000mm2500mm。窗為塑鋼窗，洞口尺寸為3550mm1200mm。全玻璃門單位面積重力荷載為0.45kn/；塑鋼窗單位面積重力荷載取0.4kn/。q1=6.431+（4.20.7）0.34=7.621kn/m q=6.431kn/mq2=3.056=18.3 kn/m q3=3.052.1=6.405kn/m q4=3.055.1=15.555kn/mp1=323.05+6.4318.1+4.44（7.53.532.52）+0.4532.52=155.46knp2=（32+1.052）3.05+6.4318.1=121.33knp3=（2.552+1.052）3.05+3.5448.1+0.343.75（8.1