十層三跨框架結構計算書

目錄

1建筑設計部分..............................................................1

1.1建筑方案設計............................................................1

1.2平面設計................................................................2

1.3立面設計................................................................2

1.4剖面設計................................................................3

1.5交通防火設計............................................................3

1.6建筑裝飾材料............................................................3

2結構設計部分..............................................................4

2.1工程概況................................................................4

2.2結構布置及計算簡圖......................................................4

2.3重力荷載計算...........................................................9

2.4橫向水平荷載作用下框架結構的內力和側移計算.............................12

2.5縱向水平荷載作用下框架結構的內力和側移計算............................20

2.6橫向框架內力計算.....................................................24

2.7截面設計...............................................................52

2.8罕遇地震作用下彈塑性變形驗算..........................................60

2.9樓梯設計...............................................................63

2.10樓板設計..............................................................66

2.11基礎設計..............................................................69

1建筑設計部分

1.1建筑方案設計

1.1.1結構選型

任何結構形式的建筑在使用時都會同時受到垂直荷載和水平荷載的作用。對于高

層建筑來說，隨著建筑高度的增加，水平作用的影響不斷增大，并逐漸成為主要

的控制因素。同時，垂直作用的影響雖然也相對減小，但側向位移迅速增大，使

高層建筑的設計不僅要求結構有足夠的強度，而且更重要的是要求結構有足夠的

剛度，把水平作用所引起的側向位移限制在一定范圍內，確保建筑物的安全。

本工程選用框架結構體系，框架是由柱子和與柱子相連的橫、縱梁所組成的承重

骨架。其優(yōu)點是建筑平面布置靈活，可以形成較大空間，能滿足各類建筑不同的

使用功能和生產要求。對于剛度較小的框架結構體系，其高寬比宜小于4。本建

筑的體型采用傳統(tǒng)的矩形棱柱體，從幾何觀點來看，該體型對側移頗為敏感，但

是由于它的幾何形體所具有的固有強度，使結構更為有效或者造價可能更低，而

房屋又能建造地更高。因此它是比較經濟的體型。

1.2平面設計

本例為框架結構,體型仍采用傳統(tǒng)的矩形棱柱體，從幾何觀點來看對側移頗為敏

感，而由于它的幾何形體所具有的固有強度，使結構更為有效或者造價更可能降

低，而房屋又能建得更高，總之，它是較為經濟的體型。

平面布置采用核心式，對于高層辦公樓來說是比較經濟和功能合理的。結構左右

對稱，電梯間置于中心。高層辦公建筑的主要垂直交通是電梯，對于電梯的選則

及其在建筑物中的分布，將決定高層辦公樓的合理使用，提高效率和降低造價。

因此在平面設計中，主要考慮以下幾個方面：一是集中，電梯是出入建筑物被常

使用的交通工具，所以設置在容易看到的地方，從運行效率，縮短候梯時間以及

降低建筑費用來考慮，電梯應集中設置。二是使用方便，電梯間要有足夠的前室,

以免造成人流擁擠。三是分隔，電梯布置在建筑物的中間，在兩側還有疏散樓梯,

免去人流高峰時相互影響，這也是較重要的。

辦公樓的布局方式常見的有以下四種，單間辦公室、成組式辦公室、開放式布局、

“景觀”辦公室和綜合型辦公室。本例的辦公用房，主要是單間式辦公用房。房

間的采光基本是采用自然采光，輔以人工采光。

1.3立面設計

建筑立面是由許多部件組成的，這些部件包括門窗、墻柱、雨蓬、勒腳等。立面

設計就是恰當地確定這些構件的比例關系和尺寸大小以及材料色彩等。通過節(jié)奏

的韻律、形的變換、面的虛實對比、線的方向變化等，求得外形的變化與統(tǒng)一和

內部空間與外形的協調統(tǒng)一。

1.4剖面設計

剖面設計表示建筑物在垂直方向房屋各部分的組合關系，主要分析建筑物各部分

的高度、建筑層數，建筑空間的組合和利用，以及建筑剖面中的結構，構造關系

等，它和房屋的使用，造價和節(jié)約用地等有密切關系。

采光和通風的設計也影響到剖面設計的效果，室內光線的強度和照度是否均勻，

和平面中窗戶的高度和位置有關外，還和房間里光線的照射有關。房間里光線的

照射深度，主要是靠側窗的高度解決，本例中大部分都是自然采光，輔助以人工

采光。

1.5交通防火設計

本設計中每一層都按防火規(guī)范進行了設計，在高層建筑中要有固定的滅火裝置的

設備室。通風，空調機房?等應采用耐火極限不低于3.00小時的隔墻和2.00小

時的樓板與其它部位隔開。隔墻的門應采用甲級防火門。電梯井內嚴禁敷設可燃

氣體和易燃，可燃液體管道，也不應敷設與電梯無關的電纜，電線等。電梯井壁

除開設電梯門洞和通氣孔洞外，不應開設其它洞口，電梯門不應采用柵欄門。管

道井等豎向管的井壁應為耐火等級限不應低于L00小時的非燃體。井壁上的檢

查門應采用丙級防火門。用于疏散樓梯間的防火門，應采用單向彈簧門，并應向

疏散方向開啟。

本例中設有消防電梯，前室面積不小于6平方米，并設防煙，排煙設施，通向前

室和樓梯間的門均應設乙級防火門，應向疏散方向開啟。消防電梯與客梯兼用，

但符合消防電梯的要求。

1.6建筑裝飾材料

裝飾是建筑物不可缺少的有機組成部分，具有使用功能和裝飾性能兩重性，裝飾

的功能主要有以下幾個方面：保護建筑物的各種構件；利用材料紋理、色彩改變

空間觀感。

辦公樓中所用的裝飾材料：外墻墻面采用水刷石材料，具有強度高、耐

蝕性好，品種多等特點。地面石專采用強度大、硬度高、耐磨性好的材料，不易

起塵的，質地密實、密實，吸水性一般較小，抗沖擊韌性高。玻璃幕墻是一種新

型非承重外墻，賦予建筑物的最大好處是將建筑美學，建筑功能和建筑結構等因

素有機的結合。玻璃幕墻建筑效果較好，自重輕，從不同的角度和時間進行觀察,

會呈現出不同的色調變化，給人以動態(tài)的美。

2結構設計部分

2.1工程概況

1.工程名稱:XXX某高層住宅設計，建筑面積12837.56m）位于抗震設防烈度，7

度區(qū)，場地類別為II類，設計地震分組為第二組。基本雪壓So=0.4KN/m2,基本

風壓為Wo=O.45KN/m2,地面粗糙度為C類，該房屋為丙類建筑。

??

◎?

??

④

??(§)(6)???

2.2結構布置及計算簡圖

根據該房屋的使用功能及建筑設計的要求，進行了建筑平面、立面及剖面設計，

其標準層建筑平面和結構平面示意圖分別見圖1和2?主體結構共10層，1樓層

高為3.9m,其他層均為3.3m。樓電梯出屋面，層高3.0m。

2.2.1框架結構桿件截面尺寸初估

樓板厚100mm。梁截面高度取梁跨度的1/12-1/8,梁寬為梁高的1/2-1/3,表

1.1中給出了各層梁、柱和板的截面尺寸混凝土強度等級。設計強度：

2222

C40(^=19.IN/rnm,C=l.71N/mm),C35(￡=16.7N/mm,ft-1.57N/mm)o

表1.1梁截面尺寸(mm)及各層混凝土強度等級

縱梁

混凝土強橫梁(6X力次梁

層次(6X力)

度等級(6XA)

①、⑧軸②-⑦軸A、D軸B、C軸

2~

C35400X600300X600400X600300X600250X400

10

1C40400X600300X600400X600300X600250X400

該框架結構的抗震等級為二級，其軸壓比限值[AV]=0-8；各層的重力荷載代表

2

值近似取14kN/mo

22

邊柱：B=l.3A=7.2X3=21.6mn=10.fc=19.IN/mm

3

,N1.3x21.6xl4xlOxl()…“2n

A>-T—=------------------------；------=0.257mma=0.507m

T限上0.8xl9.13

中柱：B=l.25A=6+2,*72=3132/上〃2

2

I/、1.25x7.8x5.1xl4xl0^xlO2，八°,2

匚日柱Ac------------------------=455596mm-n=10,f=19.1NImm'

0.8x19.1c

如取柱截面為正方形，則邊柱和中柱截面高度分別為600mm和700mm。

板最小厚度不應小于80m按雙向板跨度的1/50考慮板厚〃2360%0=72皿〃考慮

到保證結構的整體性初選h-100mm頂板取150mm。

2.2.2計算簡圖及剛度參數

1層層高3.9m,2-10層柱高度均為3.3m。建筑下設地下室基礎選用箱型基礎

基礎高4.2m,埋深4.2-0.6=3.4m

0

0

C-6-

幻

6

X

0

0

8

8

三:.

777JT

,6000?70Q6000..7200.7200.

A8CDAi?

(a)橫向框架(b)縱向框架

圖4框架結構計算筒圖

2.2.3橫向側移剛度計算

橫向框架梁柱剛度計算分別見表2.1,2.2

表2.1橫梁線剛度i”計算表

"X

/°x

層10,bXhIL5EJ。"

類別10"

次/(N/mm2/mmXmm/m/Nmm/Nmm/Nmm

/mm1

)

400X5.85X

13.257.23.9X1O107.8X1O10

邊橫梁600IO10

6

①⑧2-1400X3.78X5.67X

3.157.27.56X10'°

060010'°IO10

300X2.925X4.388X

13.255.45.85X1O10

邊橫梁②-600IO10IO10

6

⑦2-1300X2.835X4.25X

3.155.45.67X1O10

0600IO10IO10

400X8.667X17.333X

13.257.213X1O10

走道梁①、6002.IO10IO10

⑧2-1400X712.6X

3.157.28.4X10'°16.8X1O10

0600IO10

300X9.75X

13.255.42.6.5X1O1013X1O10

走道梁②-600IO10

7

⑦2-1300X9.45X

3.155.46.3X10'°12.6X1O10

0600IO10

表2.2柱線剛度i,計算表

類別層次兒E，bXh/()山。〃

/mm/(N/mm2)/mmXmm/mm1/N.mm

邊柱139003.25X104600X6001.O8X1O109.OX10'°

2?

33003.15X104600X6001.O8X1O1010.3X1O10

10

中柱139003.25X104700X7002.OXIO1016.67X10'°

2-1033003.15X104700X7002.OXIO1019.O9X1O10

根據梁柱線剛度比產的不同，圖2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以第2層C-6柱的側移剛度計算為例，說明計算

過程，其余柱的計算過程從略，計算結果分別見表5?7。

第2層B-6柱及與其相連的梁相對線剛度如圖6所示，圖中12.65.67

數據取自表3和4?？傻昧褐€剛度比丘為

19.09

后_12.6+5.67+13+585

=0.972

八2x19.09

135.85

0.972

=0.327

2+0.972

圖2.2C-6柱及與其相連

12x19.09x10'°梁的相對線剛度

D=0.327x=68787N/mm

33002

表2.3中框架柱側移剛度D值(N/mm)

邊柱(9根)中柱(10根)

層次

K4K%

3~

0.600.216245400.9570.32468083901690

10

20.690.218247670.9720.32768787911053

10.650.434308171.1310.52168501962363

表2.4邊框架柱側移剛度D值(N/mm)

A-l,A-8,D-l,D-8B-l,B-8,C-l,C-8

層次

K%AKa.Di2

3~

0.60.216245400.9570.19064568356432

10

20.690.218247670.9720.32793554374216

10.650.434308171.1310.52168521397352

表2.5樓、電梯間框架柱側移剛度D值(N/mm)

C-2,C-5D-2,D-4,D-5

層次X。

K%%K見

3~

0.7180.264555550.4130.17119422169376

10

20.7290.267561930.2550.11312835150783

10.8480.473622550.4880.39728197209101

表2.6橫向框架層間側移剛度(N/mm)

層次123-10

156881614360521427498

由表2.6知，匯烏/辦=1436052/1568816=0.915>0,7,故該框架為規(guī)則

框架。

2.2.4縱向框架側移剛度計算

縱向框架側移剛度計算方法與橫向框架相同。柱在縱向的側移剛度除與柱沿縱向

的截面特性有關外，還與縱梁的線剛度有關?？v梁線剛度L,的計算過程見表2.70

結構中柱為正方形縱、橫向柱線剛度相同。

表2.7縱梁線剛度。計算表

E,

層bXh/。lEJ。"15EJo”2紇/?！?/p>

類別/(N/mm2

次/mmXmm/mm1/m/N?mm/Nmm/Nmm

)

3.15X400X7.2X3.15X

14.73X1O106.3X1O10

縱梁10,6001091O10

A.D2-13.0X400X7.2X

3.OX1O104.5X1O106.0X10'°

010'6001097.

縱梁3.15X300X5.4X24.725X

12.363.54X1O10

B.C10'6001091O10

2-13.0X300X5.4X3.375X

2.254.5X10'°

010,60010910'°

表2.8縱向中框架（B、C列）柱側移剛度D值（N/mm）

B-l,B-8（4根）C-5

層次

K見AKDi2

3?

0.4360.179203340.3540.1531597112933

10

20.4470.183207900.3620.15332260115420

10.5250.406288240.4250.38150151165447

中柱（7根）C-2,03、C-4、C-6

層次ZD

K見為K%%

3~

0.4710.19401350.4130.17135962424793

10

20.4830.195409190.4230.17436701433237

10.5670.416546610.4960.39952471592511

表2.9縱向邊框架（A、D列）邊柱側移剛度D值（N/mm）

層次AT、ATO、DT、D-10（4根）D-5z。,

KAK%。2

3~

0.4360.179203560.5820.22525606107030

10

20.4480.183207910.5970.23026095109259

10.5260.208147860.70.4443155890702

續(xù)表2.9縱向邊框架（A、D列）邊柱側移剛度D值（N/mm）

中柱（7根）D-2、D-3、D-4、D-6

層次

KK見%

3~

0.8730.304345190.7270.26630306362857

10

20.8950.309351320.7460.27230859369360

11.050.509360000.8760.47833961388621

表2.10橫向框架層間側移剛度（N/mm）

層次123-10

12372811027276100761

由表2.10知，YD2=1027276/1237281=0.83>0.7,故該框架為規(guī)則

框架。

2.3重力荷載計算

2.3.1屋面及樓面的永久荷載標準值

屋面（上人）：

15厚水泥砂漿混凝土找平層20X0.015=0.66kN/m2

30厚C20細石混凝土保護層25X0.03=0.75kN/m2

三氈四油防水層20X0.02=0.4kN/m2

15厚水泥砂漿找平層15X0.15=0.75kN/m2

30厚水泥焦渣找坡層0.03X14=0.42kN/m2

150厚水泥蛭石保溫層5X0.15=0.75kN/m2

100厚鋼筋混凝土板25X0.1=2.5kN/m2

10厚混合砂漿抹灰層0.01X17=0.17kN/m2

V型輕鋼龍骨吊0.25kN/m

合計5.42kN/m2

1?9層樓面

瓷磚地面（包括水泥粗砂打底）0.6kN/m2

100厚現澆鋼筋混凝土板25X0.1=2.5kN/m2

10厚混合砂漿抹灰層0.01X17=0.17kN/m2

2

V型輕鋼龍骨吊頂0.25kN/m*G11=662.3KN

合計3.47kN/m2—>G10=6831.83KN

2.3.2屋面及樓面的可變荷載標準值<G9=8361KN

2

上人屋面均布活荷載標準值2.OkN/m?G8=8361KN

2

樓面活荷載標準值2.OkN/m?G7=8361KN

屋面雪荷載標準值sk-x%=1.0x0.45=0.45kN/m'.G6=8361KN

式中：〃，為屋面積雪分布系數，取4=1.0。?G5=8361KN

2.3.3梁、柱、墻、窗、門重力荷載計算?G4=8361KN

梁、柱可根據截面尺寸、材料容重及粉刷等計算出單

?G3=8361KN

位長度上的重力荷載；對墻、門、窗等可計算出單位面積

?G2=8361KN

上的重力荷載。具體計算過程從略，計算結果見表。

3.1?G1=8646.53KN

表3.1梁、柱重力荷載標準值

圖3.1各質點的重

力荷載代表值

yg

層bhhG,ZG.

構件/(kN/m2P/(kN/mn

次/m/m/m/kN/kN

))

邊橫梁①、1.0

0.40.6256.35.354134.82

⑧5

邊橫梁②-1.0

0.30.6254.7255.3512303.35

⑦5

中橫梁①.1.0

0.40.6256.32.0225.2

⑧5

中橫梁②-1.0

0.30.6254.7252.0656.7

⑦53062.6

1

1.05.773

次梁0.250.2252.9512204.44

55

1.0

邊縱梁0.40.6256.36.614582.12

5

1.0

中縱梁0.30.6254.7256.514430.0

5

邊柱0.60.6251.093.916561.6

中柱0.70.7251.012.253.916764.4

1.05.77

次梁0.250.4252.9514238.5

2-1552892.6

0邊柱0.60.6251.093.316475.26

中柱0.70.7251.012.253.316646.8

外墻體為400mm厚蒸壓粉煤灰加氣混凝土砌塊，水刷石外墻面(0.5kN/m2),

內墻面為20mm厚石灰粗砂粉刷層，則外墻單位墻面重力荷載為

0.5+8.5X0.4+17X0.02=4.24kN/m2

內墻體為200mm厚蒸壓粉煤灰加氣混凝土砌塊，兩側均為20mm厚抹灰，則內墻

單位面積重力荷載為

1.615+17X0.02X2=2.295kN/m2

木門單位面積重力荷載為0.2kN/n?；鋼鐵門為0.4kN/n?；玻璃門為0.dkN/m?；鋁

合金窗單位面積重力荷載取0.4kN/n）2,只在計算豎向荷載是考慮到門窗自重，總

理荷載代表值計算中采用簡化方法考慮其自重。

2.3.4重力荷載代表值

集中于各樓層標高處的重力荷載代表值G,計，采用簡化的方法，各樓層樓面取

建筑面積計算恒載，取樓板凈面積計算樓面荷載；各根梁取梁截面高的減板厚的

尺寸計算梁重，各柱取樓層高減板厚計算柱自重;各墻段根據門窗的大小采用有

門窗的墻體按無洞墻體重乘以相應的折減系數，外圍護墻縱向乘以折減系數

0.6,外圍護墻橫向乘以和內墻縱向乘以0.85,內墻橫向乘以1.0最后將各樓面

（含梁）及上下各半層的墻柱恒荷載100%樓面活荷載50%相加，計算結果見圖

3.Io

表3.2構件自重計算

層號構件各構件自重

板(740.88-136.35)X3.47=2097.7

1墻(249.48+97.155)X4.24+(258.57+417.3)X2.295=3020.85

梁柱3062.63

板704.88-139.230X3.47=2087.7

2-9墻9211.1+82.210X4.24+(255.26+353.1)X2.295=2639.82

梁柱2892.6

板601.65X5.42=3260.9

10

墻2731.11

梁柱2892.6

板58.37X3.47=202.5

11

墻172.7X4.24+871.15X2.295=895.5

各質點重力荷載代表值：

「“err3062.63+2892.63020.85+2639.82”“八。。。人

G,=2097.7+----------------1------------------F0.5x2.0x740.88=8646.537CV

22

G2_9=2087.7+2892.6+2639.82+0.5x2.0x740.88=8361KN

2731.11+895.52892.6

Go=3260.9+--------------+------xl.l+0.5x0.45x740.88=6831.83KN

22

G..=202.5++0.5x0.45x53.45=662.3AW

112

2.4橫向水平荷載作用下框架結構的內力和側移計算

2.4.1橫向水平地震作用下框架結構的內力和側移計算

2.4.1.1橫向自震周期計算

將G?折算到主體結構頂層即G(,=622.3xfl+-x=751.0KN

I233.6)

結構頂點假象側移由以下公式計算：％,=￡GK，(AM),=3，

0，/卒

%.=Z(A〃)1t

k=\

表4.1結構頂點假想側移計算

層次G,/kN%/kNZ。./(N/mm)Aw,./mm“mm

107582.87582.814274985.31309.89

9836115943.8142749811.17304.58

8836124304.8142749817.03293.41

7836132665.8142749822.88276.38

6836141026.8142749828.7253.5

5836149387.8142749833.2224.8

4836157748.8142749840.2191.6

3836166109.8142749846.31151.15

2836174470.8143605251.86104.8

18646.5383117.33156881652.9852.98

結構頂點的假想側移計算過程如下表13,其中第10層的G,為G10與G,之和。

按公式工=1.7仍?歷計算基本周期刀，其中的的量綱為m,UZ^=0.7,則

7；=1.7x0.7xV0.309=0.662$

2.4.1.2水平地震作用及樓層地震剪力計算

結構高度33.6m〈40m,質量和剛度眼高度分布比較均勻，變形以剪切型為主故可

用底部剪力法計算水平地震作用。結構總水平地震作用標準值按以下公式計算

G?q=0.85x(8646.53+8361x8+7494.13)=0.85x83028.66=70574.36KN

(T丫"/o35V,9

a,=—a,=x0.08=0.045

'"Jmlx(0662)

FEk==0.045x70574.36=3175.85kN

因1.47；=1.4x0.35=0.49sV(=0.662s,所以應考慮頂部附加水平地震作用。頂

部附加地震作用系數3計算如下

8?=0.081+0.01=0.08x0.83+0.07=0.121

Mo=0.122x3175.85=387.45KN

各質點的水平地震作用計算，將上述6“和FEk代入可得

E=x%（1一，）=2788.40-^^-

EG'Hj￡GjHj

7=1j=i

具體計算過程見表4.2o各樓層地震剪力計算結果列入表4.3O

表4.2各質點橫向水平地震作用及樓層地震剪力計算表

層H,G,G畫Kv,

GiHi

不山

次/m/kN/kN.m/kN/kN

36.6662.324240.180.01747.402847.4028

1033.66831.83229549.490.16446.144493.5468

930.38361253338.30.177493.5468987.0936

82783612257470.158440.56721427.661

723.78361189794.70.133370.85721798.518

620.48361170564.40.119331.81962130.338

51710.10278.842409.178

413.8836111538.180.081225.86042635.038

310.5836187790.50.061170.09242805.13

27.2836160199.20.042117.11282922.243

13.98646.533721.350.02466.92162989.165

各質點水平地震作用及樓層地震剪力沿房屋高度的分布見圖4.E

2.4.1.3水平地震作用下的位移驗算

水平地震作用下框架結構的層間位移和頂點位移.-F10+AF10

F9

的計算過程見表4.3。表中還計算了各層的層間彈性位

移角0=AM,/hio

由表4.3知，最大層間彈性位移角發(fā)生在第3層，其值

1/119K1/550,滿足要求。

2.4.1.4水平地震作用下框架內力計算

V1

(a)水平地篋作用分布(b)層向/力分布

圖4.1橫向水平地震作用及樓房地震瞥力

以⑦軸線橫向框架內力計算為例進行計算，其余框架內力計算結果如下。

底層柱需考慮修正值方,第2層柱需考慮修正值力和為其余柱均無修正。具體

計算過程及結果見表4.3。梁端彎矩、剪力及柱軸力計算過程見表4.4和4.5。

表4.3橫向水平地震作用下的位移驗算

層

匕/kN/(N/mm)Aw,./mm〃j/mm%/mm6

e4

次

10493.546814274980.34574314.2285633001/9544

9987.093614274980.69148513.8828233001/4772

81427.66114274981.00011413.1913333001/3299

71798.51814274981.25990912.1912233001/2619

62130.33814274981.49235810.9313133001/2211

524096876939.43895233001/1955

42635.03814274981.8459147.75125933001/1787

32805.1314274981.9650685.90534633001/1679

22922.24314360522.0349143.94027833001/1621

12989.16515688161.9053641.90536439001/2046

由表4.3可見層間最大彈性位移角發(fā)生在第二層，其值為1/162K1/550滿足要

求

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4.2所示。

IC

6

三-=24.6024.60

20.29____________________暑16|5.87II]5.87

NiZ，

O?>M111

CMS.-5.87-18.73