建筑设计计算书.doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上1 建筑设计1.1 建筑概况（1）、设计题目： 上海市第一中学办公综合楼（2）、建筑面积： 4040m2（3）、建筑总高度：（室外地坪算起）15.300m（4）、建筑层数： 四层（5）、结构类型： 框架钢结构1.2 工程概况该办公楼为四层钢结构框架体系，建筑面积约4040m2，建筑物平面为矩形。层高3.6m，室内外高差0.45m，其它轴网尺寸等详见平面简图。1.3 设计资料1.3.1 拟建建筑物所在地 主要街道北 10m次要街道 南 50m5m建筑用地红线 80m2.建筑面积和层数该建筑总建筑面积4040m2，4层。3. 气象、水文、地质资料上海市地基土性质密实粘性土

2、冰冻期约1周最大冻土层深度80mm地下水性质无侵蚀性地下水位标高最高-1.1m；最低-3.0m室外计算温度冬季-2；夏季32最高/最冷温度月份7月/1月最高/最低温度39/-10年降水量1132mm主导风向东南基本雪压（kPa）0.20基本风压（kPa）0.55 地震设计烈度7度（0.1g）地震分组第一组场地土类别、地基承载力场地类；a=180kPa1.3.4 设计说明（1）屋面做法： 防水层：改性沥青防水卷材；20mm厚1：3水泥沙浆找平层；100mm厚水泥珍珠岩保温层；焦渣找坡（最薄处30mm厚，最厚处150mm）；压型钢板混凝土组合板（总厚度150mm，折算厚度100mm）；轻钢龙骨吊顶

3、。 （2）楼面做法：20mm厚大理石面层；20mm厚1：3干硬性水泥沙浆找平层；压型钢板混凝土组合板（总厚度150mm，折算厚度100mm）；轻钢龙骨吊顶。（3）墙体外墙为双层聚氨脂PU夹芯墙板240mm厚；内墙为双层聚氨脂PU夹芯墙板240mm厚；卫生间采用C型轻钢龙骨隔墙1.4 建筑要求地震设防烈度为7度，建筑场地类别为类，耐火等级为II级，设计使用年限50年1.5 采光、通风、防火设计（1）、采光、通风设计在设计中选择合适的门窗位置，从而形成“穿堂风”，取得良好的效果以便于通风。（2）、防火设计本工程耐火等级为二级，建筑的内部装修、陈设均应做到难燃化，以减少火灾的发生及降低蔓延速度，公共

4、安全出口设有五个，可以方便人员疏散。在疏散门处应设有明显的标志。各层均应设有手动、自动报警器及高压灭火水枪1.6 建筑细部设计（1）、建筑热工设计应做到因地制宜，保证室内基本的热环境要求，发挥投资的经济效益。（2）、建筑体型设计应有利于减少空调与采暖的冷热负荷，做好建筑围护结构的保温和隔热，以利节能。（3）、采暖地区的保温隔热标准应符合现行的民用建筑节能设计标准的规定。（4）、室内应尽量利用天然采光 2 框架结构设计计算2.1 梁柱面、梁跨度及柱高的确定2.1.1 初估截面尺寸板厚：取=97.5mm 取120mm纵梁：高=（）6000=400mm300mm 取450mm横梁：高=（）7800=

5、520mm390mm 取500mm纵梁的宽度b=300mm横梁的宽度b=2400mm2.1.2 框架柱的截面尺寸 根据柱的轴压比限值，按下列公式计算（1）柱组合的轴压力设计值 注： 考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数按简支状态计算柱的负载面积折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近似取7kN/m2 为验算截面以上的楼层层数（2）注： 为框架柱轴压比限值，本方案为三级框架，则取0.688为轴心抗压强度设计值，则取205kN/2（3）计算过程=1.3（3.9+3.9）674=1703.52（kN）=1703.52103/（0.688205）=12078.3（mm 2）考虑弯矩及倾覆压力作用的影响

6、取：（1.3 1.5）A =（1.3 1.5）12078.3 = 15701.8 18117.5mm 2所需截面回转半径：iy =5200mm/80mm = 65.00mm取柱截面： 400mm400mmm20mm20mm 因此：取柱bh=500mm500 mm即可满足设计要求梁：纵梁：hbtwt500mm300mm10mm12mm横梁：hbtwt450mm240mm8mm10mm 2.1.3 梁柱布置图 图2.1 梁柱布置图3.压型钢板采用YX-200-600（V200），板厚1mm，有效截面惯性矩Ief=100.64cm4m，有效截面抵抗矩Wef=27.37cm3m，一个波距宽度内截面积A

7、s=321.42mm2，自重0.15KNm2项目截面尺寸偶见截面特性重量（KNm）hmmbmmtwmmtmmAcm2Ixcm4Iycm4ixcmiycm纵向框架梁5003001012119.651862.075403.9620.826.720.92横向框架梁45024081082.428536.462305.8318.65.280.6340次梁45024081082.428536.462305.8318.65.280.634框架柱400400202023265589.3321357.3316.819.591.785 结构构件初选截面参数2）柱高度底层计算高度h3.6m+1.6m5.2m，其中3

8、.6m为底层层高，1.6m为预估室内地坪至柱脚底板底面的高度。其它柱高等于层高即3.6m，由此可得到框架计算简图 3 荷载汇集一、 屋面均布荷载1 恒载 单位APP改性沥青防水 0.35KNm220mm厚1:3水泥砂浆找平层 200.02=0.40KNm2100mm厚水泥珍珠岩保温层 3.50.1=0.35KNm2焦渣找坡（最薄处30，最厚150） 100.14=1.40KNm2100mm现浇混凝土结构层（这算厚度） 250.10=2.50KNm21mm厚压型钢板 0.15 KNm2轻钢龙骨吊顶 0.12 KNm2 合计 5.27 KNm2屋面面积 55.218.3=1010.2m2屋面均布恒

9、载标准值 5.271010.2=5323.5KN2.活载不上人屋面 0.5 KNm2雪载 0.2 KNm2活荷载与雪荷载不同时考虑，取二者最大值屋面活荷载标准值 1010.20.5=505.1KN二、 楼面均布荷载1. 恒载 大理石面层 280.02=0.56 KNm220mm厚水泥砂浆找平层 200.02=0.40 KNm100mm现浇混凝土结构层 250.1=2.5 KNm21mm厚压型钢板 0.15 KNm2轻钢龙骨吊顶 0.12 KNm2合计 3.73 KNm22. 活载 楼面活荷载 2.0 KNm2走廊、楼梯的活荷载 2.5 KNm2为简化计算，本设计偏于安全楼面均布荷载统一取2.5

10、 KNm2 计算。楼面均布活荷载标准值 1010.22.5=2525.5 KN三、 构件自重1 柱14层 1.7853.6=6.426KN2.梁横向框架梁 KL1 CL1 0.6347.8=4.95KN纵向框架梁 KL2 0.923=2.76KN KL3 0.926=5.52KNKL4 0.927.2=6.624KN 柱自重层数计算高度（mm）截面（mm4 )数量（根）单位重量（KNm）总重（KN）1层52004004002020481.785445.542536004004002020481.785308.45 各层柱荷载：Gz1= 445.54KN，Gz2=Gz3=Gz4=308.45KN

11、 梁自重类别净跨H型截面数量（根）单位重量（KNm）总重各层重量（KN）横梁7400450240810380.634178.27393.382300450240810190.63427.72纵梁26005003001012160.9238.2756005003001012240.92123.656800500300101240.9225.023. 墙体（1）内外墙双层聚氨脂PU夹芯墙板240mm厚 0.60KNm21层墙面积 和轴线墙体面积2（3600450120）（183004003）=103.6m2到11轴线墙体面积17（7800-400）（3600-450-120）=381.2 m2A和

12、E轴线墙体面积255200（3600-450-120）=334.5 m2C和D轴线墙面积 （42000+36000）（3600450120）=236.34 m2 内外墙总面积103.6+381.2+334.5+236.34=1055.64 m2墙体重量为 1055.640.6=633.4KN隔墙 C型轻钢龙骨隔墙 0.43KNm2 15204（3600-120）=5.3 m2隔墙重量 5.30.43=2.27KN一层墙体重量为 633.4+2.27=635.7KN二层和四层墙体分别为和轴线墙体面积2（3600450120）（183004003）=103.6m2到11轴线墙体面积18（7800-

13、400）（3600-450-120）=403.6 m2A和E轴线墙体面积255200（3600-450-120）=334.5 m2C和D轴线墙面积 （42000+36000）（3600450120）=236.34 m2 内外墙总面积103.6+403.6+334.5+236.34=1078 m2墙体重量为 10780.6=646.8KN隔墙 C型轻钢龙骨隔墙 0.43KNm2 15204（3600-120）=5.3 m2二四层墙体重量分别为 646.8+2.27=649.1KN4.女儿墙自重女儿墙采用与屋面板整体现浇，女儿墙高度为900mm，厚度为200mm，外层装饰同外墙，内层装饰为混合砂浆

14、墙面。单位长度重量：（0.6+1.6+0.32）0.9=2.27kN/m总长度：（55.2 +18.32=147m总重量：G5=2.27147=333.69kN四、 重力荷载代表值计算 各层集中质量层数恒载 （KN）0.5活载（KN）合计（KN）一层3768.05+445.54+393.38+635.7=5242.7KN1262.86505.5二层三层3768.05+393.38+308.45+649.1=5119KN1262.86381.8四层393.38+5323.5+333.69+0.5(308.45+649.1)=6529.3252.66782房屋总重力荷载代表值G=6505.5+63

15、81.8+6381.8+6782=26051.1KN5 水平地震作用下框架的侧移验算一、地震作用计算1.层间侧移刚度计算（1）梁线刚度计算钢材的弹性模量。在框架结构中，现浇楼面的楼板可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减小框架的侧移，考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架梁取，对中框架取，其中为梁截面惯性矩。 框架梁线刚度编号截面（hbtwt/mm4）惯性矩（I0/mm4）跨度（L/mm）边框架梁中框架梁Ib=1.2I0(/mm4)Kb= (/ kNm)Ib =1.5I0(/mm4)Kb= (/kNm)纵向框架梁500300101251862.07600062234.

16、482.13677793.12.67横向框架梁 45024081028536.46780034243.750.90442804.71.13次梁 45024081028536.46270034243.752.61242804.73.27（） 柱线刚度计算 柱的线刚度计算公式Kc= 计算 表5.2 横向框架柱侧移刚度D值计算 楼层柱子类别根数h/mIc（/cm4）Kc/( kNm)/( kNm)D(kN /m)/(kN /m)小计每层合计二三四层中框架中柱183.66.55893.7538.81.1720.3691.28223.07637.189边柱183.66.55893.7532.260.30

17、10.1310.4558.19边框架中柱43.66.55893.7537.0320.9370.3191.1084.432边柱43.66.55893.7531.8080.2410.1080.3751.5一 层中框架中柱185.26.55892.6004.41.6920.5940.68512.3324.524边柱185.26.55892.6001.130.4350.3840.4437.974边框架中柱45.26.55892.600 3.5161.3520.5530.6382.552边柱45.26.55892.6000.9040.3480.3610.4171.668一般层： 首 层： 5.2 横向框

18、架自振周期表5.3 横向框架顶点位移 层次 46782678237.1890.01820.212436381.813163.837.1890.0354 0.194226381.819545.637.1890.05260.158816505.526051.1 24.5240.10620.1062 5.3 水平地震作用及楼层地震剪力计算本设计，结构高度不超过40米，质量和高度延高度分布比较均匀匀，变形以剪切变形为主，故可用底部剪力法计算水平地震作用。本建筑位于上海市，为类场地，第一组，设防烈度7度，基本地震加速度为0.1g。查表得结构地震周期值=0.45（s），地震影响系数最大值取=0.08，阻尼

19、比=0.035。Tg T1 =0.705s 5Tg =50.45=2.25s结构总水平地震作用等效的底部剪力标准值=0.0600.8526051.1=1328.7顶点附加水平地震作用系数：Tg = 0.45 s ，T1 =0.705s 1.4Tg =1.40.45=0.63 s 0.08 T1 0.010.080.7050.010.0664顶点附加水平地震作用：Fn FEK 0.0664 1328.7 88.23 kN4.3.1 各层水平地震作用标准值及楼层地震剪力Hi 第i个质点的计算高度。Fi 第i层水平地震作用标准值。楼层地震剪力： 具体计算见表44。表44 各质点横向水平地震作用及楼层

20、地震剪力计算表楼层/m/m/kN/（kNm）GiHiFEK(1-)/kN/kN/kN43.61667820.3911240.4788.23485.02573.2533.612.46381.879134.320.285353.53926.7823.68.86381.856159.840.202250.571177.3515.25.26505.533828.60.122151.341328.694.3.2 楼层地震剪力调整 按抗震规范规定：各楼层地震剪力，剪力系数：=0.019结构总水平地震作用标准值按公式计算表45 楼层地震剪力调整层数/kN/kN备注4573.25 67826782128.86

21、满足3926.786381.813163.8250.11满足21177.35 6381.819545.6371.37满足11328.69 6505.526051.1494.98满足由以上计算可知各楼层地震剪力均满足要求。4.3.3 楼层地震剪力作用下横向框架侧移楼层地震剪力作用下横向框架侧移等于层间剪力除以楼层侧移刚度，计算过程如表46所示。表 46 楼层地震剪力作用下横向框架侧移楼层hi/mVi/kNDi/(104kN/m)Ui=v i/Di/m43.6573.2537.1890.001533.6926.7837.1890.002523.61177.3537.1890.003215.2132

22、8.6924.5240.00544.3.4 考虑节点域剪切变形对侧移的修正考虑节点域剪切变形对侧移的修正，由于本结构横向框架梁及框架柱截面没有改变，故每层的侧移修正系数相同，计算如下：由横向框架梁的截面参数可知：梁的腹板平均高度：hbm=430 mm梁截面的平均惯性矩：Ibm=28536.46 cm4柱的腹板平均高度：hcm=360mm柱截面的平均惯性矩：Icm=65589.33 cm4节点域腹板平均厚度：tm=20mmKm=hcmhbmtmG=4303602026051.1kNm = 0.8065105 kNm修正系数：层间位移角 ，满足要求，见表 表47 框架侧移及修正楼层hi/mui/m

23、43.60.00151.250.00190.01581/18951/30033.60.00251.250.00310.01391/116123.60.00321.250.00400.01081/90015.20.00541.250.00680.00681/765 地震作用下的层间剪力水平地震作用下框架内力计算取轴横向框架计算。 框架柱的反弯点高度的计算框架反弯点高度计算 y = y0 + y1 +y2+y3 反弯点到柱下端结点的距离，即反弯点高度；y0标准反弯点高度比；y1上下横梁线刚度比对标准反弯点高度比y0的修正系数；y2上层层高变化修正系数；y3下层层高变化修正系数。y0根据框架总层数、

24、该柱所在层数和梁柱线刚度比查表得。计算过程见表48、表49 。表48 边柱（中框架A轴柱、D轴柱）的反弯点高度比楼层hi/m43.60.3010.2010.0000.0000.0000.20133.60.3010.3510.0000.0000.0000.35123.60.3010.5450.0000.000-0.0500.49515.20.4350.7830.0000.0000.0000.783表49 中柱（中框架B轴柱、C轴柱）的反弯点高度比楼层hi/m43.61.1720.4090.0000.0000.0000.40933.61.1720.4500.0000.0000.0000.45023

25、.61.172 0.5000.0000.000-0.0500.45015.21.6920.5810.0000.0000.0000.5814.4.2 框架柱端弯矩计算以中框架为例进行计算，边框架和纵向框架的计算方法、步骤与横向中框架完全相同。故不再在赘述。（1）框架柱剪力及弯矩计算，采用D值法。计算公式：第i层第k根柱所受的剪力：第i层第k根柱下端弯矩：第i层第k根柱上端弯矩：具体计算过程见表410、表411。表410 边柱（A、D轴）柱端弯矩楼层h/mDik/（104kN/m)Di/(104kN/m)Vi/kNVik/kNyMc上/(kNm)Mc下/(kNm)43.60.455 37.189

26、573.257.010.201-20.16-5.0733.60.45537.189926.78 11.340.351-26.49-14.3323.60.45537.1891177.3514.400.495-26.18-25.6615.20.44324.5241328.6924.000.783-27.08-97.72表411 中柱（B、C轴）柱端弯矩楼层h/mDik/(104kN/m)Di/(104kN/m)Vi/kNVik/kNyMc上/(kNm)Mc下/(kNm)43.61.28237.189573.2519.760.409-42.04-29.0933.61.28237.189926.783

27、1.950.450-63.26-51.7623.61.28237.1891177.3540.590.450-80.37-65.7615.20.68524.5241328.6937.110.581-80.8-112.12（2）框架梁端弯矩、剪力及柱轴力计算根据节点平衡，由柱端弯矩求梁端弯矩。梁端按其线刚度分配。水平地震作用下框架两端弯矩、剪力及框架柱轴力计算结果见表412。框架两端弯矩、剪力及框架柱轴力层LA轴柱 AC跨A轴柱Mc下/(kNm)Mc上/(kNm)Mb左/(kNm)Mb右/(kNmVAC/kNNA/kNVC/kN47.8-5.07-20.161.020.1610.93-3.993.

28、997.0137.8-14.33-26.491.031.5624.01-7.1211.1111.3427.8-25.66-26.181.040.5134.35-9.6020.7114.4017.8-97.72-27.081.052.7438.11-11.6532.3624.0 框架两端弯矩、剪力及框架柱轴力，剪力层LC轴柱 CD跨C轴柱Mc下/(kNm)Mc上/(kNm)Mb左/(kNm)Mb右/(kNmVCD/kNNc/kNVC/kN42.7-29.09-42.040.260.7431.9531.95-23.6719.6819.7532.7-51.76-63.260.260.7470.197

29、0.19-52.0064.5631.9522.7-65.76-80.370.260.74100.42100.42-74.38129.3440.5912.7-112.12-80.80.260.74108.45108.45-80.33198.0037.1 地震作用下横向框架内力图 5 风荷载计算分析5.1 风荷载计算5.1.1 自然条件基本风压W0=0.55kN/m2(设计基准期50年)，地面粗糙度为C类（按密集建筑群的城市市区计）。5.1.2 风荷载计算由荷载规范可知，作用在建筑物表面的风荷载标准值按下式计算：，其中风荷载体型系数；：风压高度变化系数；：高度z处的风振系数。由于T1=0.7050

30、.25s，按荷载规范的要求应考虑结构发生顺风向风振的影响，此处仅考虑第一振型。由建筑结构荷载规范（GB00092001）第7.4节得：0.62W0T12=0.620.550.7052=0.169kNs2/m2，因此脉动增大系数=1.990房屋高宽比H/B=16.0/55.2=0.29，因此=0.40；风荷载作用下各楼层处的水平力按下式计算：式中 hi、hi+1第i层和第i+1层的层高，计算顶层时hi+1取女儿墙高度的两倍；B房屋的纵向宽度。具体计算结果见表51、表52。表51 风振系数计算楼层Hi、/m4161.9900.401.000.762.05312.41.9900.400.740.74

31、1.8028.81.9900.400.400.741.4315.21.9900.400.160.741.17表52 各层风荷载计算楼层Hi、/musW0/(kN/m2)Wk/(kN/m2)Fwi/kNVwi/kN迎风面背风面4162.050.760.8-0.50.551.10163.94163.94312.41.800.740.8-0.50.550.95188.78352.7228.81.430.740.8-0.50.550.76151.03503.7515.21.170.740.8-0.50.550.62123.21626.96风荷载作用下层间剪力简图51所示。 风荷载作用下层间剪力5.2

32、风荷载作用下框架内力和侧移风荷载作用下框架内力和侧移计算与地震作用下框架内力和侧移计算方法相同，采用D值法。5.2.1 风荷载作用框架侧移验算风荷载作用框架侧移计算如表53。楼层/m/kN/ (104kN/m)/m43.6163.9437.1890.000441.250.000550.00661/65451/30033.6352.7237.1890.000951.250.001190.00611/302523.6503.7537.1890.001351.250.001690.00491/213015.2626.9624.5240.002561.250.003200.00321/1625从上表计算可知，满足要求。5.2 风荷载作用下框架内力和侧移风荷载作用下框架内力和侧移计算与地震作用下框架内力和侧移计算方法相同，采用D值法。5.2.1 风荷载作用框架侧移验算风荷载作用框架侧移计算如表53。楼层h/mDik/（104kN/m)Di/(104k