房屋建筑工程学专业课程设计写字楼.doc

房屋建筑课程设计

七层写字楼

专业 学生____________ 指引教师_____________
摘 要

本工程为写字楼，采用现浇钢筋混凝土框架构造，主体为七层。设计某些包括建筑设计和构造设计两大某些。建筑设计中，贯彻“实用、安全、经济、美观”设计原则，重要对构造整体布局、建筑功能和构件形式进行设计，满足写字楼使用规定。在拟定框架布局和横向框架荷载之后，先进行了层间荷载代表值计算,接着运用顶点位移法求出自震周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，求出在水平荷载作用下构造内力（弯矩、剪力、轴力）。在计算出竖向荷载（恒载及活荷载）作用下构造内力后，找出最不利一组或几组内力进行组合。 选用最安全成果计算配筋并绘图。
整个构造在设计过程中，严格遵循有关专业规范规定，参照有关资料和关于最新国标规范，对设计各个环节进行综合全面科学性考虑。

核心词： 框架构造，抗震设计，荷载计算，内力计算，配筋计算

目录

第一章概述 --------------------------------------1
第一节 设计参照 -----------------------------------------------------------------------------------1

第二节 房屋构造概况 -----------------------------------------------------------------------------2

第三节 设计参数 -----------------------------------------------------------------------------------3

第二章 截面设计 ---------------------------------5

第一节 构件截面尺寸 -----------------------------------------------------------------------------5

第二节 刚度计算 ----------------------------------------------------------------------------- -----6

第三章 重力荷载作用下内力计算--------------- --8
第一节 重力荷载计算 -------------------------------------------------------------------- -- -----8

第二节 弯矩二次分派法计算框架内力--------------------------------------- ---------------- 13

第四章 水平地震荷载作用下内力计算-------------20

第一节 水平地震作用原则值计算 ------------------------------------------------------------20

第二节 D值法计算水平地震作用下内力 ------------------------------------------------22

第五章 框架内力组合 --------------------------29

第一节 梁控制截面内力与梁端负弯矩调幅 ------------------------------------------------29

第二节 底层边跨梁内力组合与截面计算 ---------------------------------------------------29

第三节 底层中跨梁内力组合与截面计算 ---------------------------------------------------32

第四节 底层柱内力组合与截面计算 ---------------------------------------------------------34

第一章 概述

第一节 设计参照

1．中华人民共和国国标，建筑构造可靠度设计统一原则(GB50068-)
2. 中华人民共和国国标，建筑构造荷载规范(GB50009-)
3．中华人民共和国国标，混凝土构造设计规范(GB50010-)
4．中华人民共和国国标，建筑抗震设计规范(GB50011-)
5．中华人民共和国国标，建筑地基基本设计规范(GB50007-)
6．东南大学、天津大学、同济大学合编，《混凝土建筑构造设计》，北京：中华人民共和国建筑工业出版社，1月
7．梁兴文、史庆轩主编，《土木工程毕业设计指引》，北京：科学出版社，7月
8．李必瑜主编，《房屋建筑学》，湖北：武汉理工大学出版社，7月
9．龙驭球、包世华主编，《构造力学教程》（I）,北京：高等教诲出版社，5月
10. 单建，吕令毅主编，《构造力学教程》，南京：东南大学出版社，7月
11. 熊丹安，《钢筋混凝土框架构造设计与实例》，湖北：武汉理工大学，1月

第二节 房屋构造概况

某七层办公楼为钢筋混凝土全现浇框架构造，一层层高5.4m，二至六楼层高3.3m，七层层高4m。其平面柱网布置如图1-1，②—⑦轴线相应框架立面如图1-2。

图1-1 柱网布置图

图1-2 框架立面图
第三节 设计参数

1 构造层高
一层高5.4m，二至六楼层高3.3m，七层高4m。如图1-2所示。
2 荷载
楼面恒载：，屋面恒载：，楼面活载：
走廊活载：，屋面活载：
二三层横墙荷载：
四至七层横墙荷载：
二至七层外纵墙荷载：
屋面以上外纵墙荷载：
二至七层内纵墙荷载：
注：
1）楼面层恒载中已计入楼屋面面层，构造层即楼屋面板及顶棚抹灰或吊顶重，但未计入梁自重。
2）内外纵墙荷载已计及门、窗及有关装饰、粉刷、贴面，且忽视构造层高差别影响。
3）屋面以上外纵墙荷载为屋面女儿墙荷载。
4）一层墙对框架构造内力无影响，未列入。
查《建筑构造荷载规范》表A.1钢筋混凝土自重取。
3 钢筋种类
梁、柱钢筋：HRB400，，，
其她钢筋：HRB335，，
4 混凝土强度级别
混凝土强度级别为C30，，，，。
混凝土弹性模量。
5 抗震设防烈度
本设计抗震设防烈度设定为7.5度。
6 设计地震分组
本设计设计地震分组为第一组。
7 建筑场地类别
本设计选定场地类别为：Ⅱ类。
8 其她
由于本设计是抗震设防烈度为7.5度，高度为25.5m框架构造,查《建筑抗震设计规范》（GB50011-）表6.1.2可知，本设计抗震级别为一级。
本设计将④轴横向框架作为典型框架。

第二章 截面设计

第一节 构件截面尺寸

1 板厚
由柱网布置图可知，本设计中板为双向板，查《混凝土构造设计规范》（GB50010-），现浇钢筋混凝土双向板最小板厚为80mm。考虑到本设计荷载，以及模数规定，板厚取为100mm。
2 梁截面设计
框架梁截面高度h可按计算跨度选用，且不不大于400mm，也不适当不不大于净跨。框架梁宽度b普通为梁截面高度h，且不应不大于200mm。
考虑到实际承受荷载大小、跨度、抗震设防烈度、混凝土强度级别等因素，本设计选用梁截面为：
梁：
3 柱截面设计
框架柱截面尺寸普通由最小构造、模数、剪跨比、轴压比规定决定。
在本设计中剪跨比不起控制作用，可不考虑。
查《建筑抗震设计规范》（GB50011-）6.3.5可知，柱截面宽度和高度不适当不大于400mm。截面长边与短边边长比不适当不不大于3。
查《建筑抗震设计规范》（GB50011-）6.3.6可知，柱轴压比限值为0.65。
依照轴压比按下式估算截面尺寸：

式中 ——柱所需截面面积；
——柱组合轴压力设计值：

式中 ——考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，取1.3；
——按简支状态计算柱负载面积，本设计中为；
——折算在单位建筑面积上重力荷载代表值，可近似取，本设计取
——验算截面以上楼层层数；
——混凝土轴心抗压强度设计值；
——框架柱轴压比限值。
本设计中起控制作用是底层中柱

截面尺寸：

选用截面尺寸为。
第二节 刚度计算
1 梁刚度计算
计算梁截面惯性矩时，对于两侧有板中间框架，横梁截面惯性矩可取梁矩形截面（涉及板厚在内）惯性矩2倍，对于仅有一侧有板横梁，则取。
梁计算过程见表2.1。
表2.1 梁刚度
部位
断面

跨度

截面惯性矩

边框架梁
中框架梁

边跨梁
0.6×0.4
6.3
7.2
14.4
68.57
10.8
51.43
中跨梁
0.6×0.4
3.6
7.2
14.4
120
10.8
90
2 柱刚度计算
按D值法计算柱刚度计算过程见表2.2。
表2.2 柱刚度
层数
层高
（m）
柱号
柱根数

（）

（）
楼层D
()
1
5.4
1
4
60000
0.68
0.44
10877.31
404519
2
12
0.91
0.48
11955.76
3
4
1.08
0.51
12653.14
4
12
1.44
0.56
13910.66
2至6
3.3
1
4
98181.82
0.42
0.17
18637.38
859509
2
12
0.55
0.22
23500.39
3
4
0.66
0.25
26780.78
4
12
0.88
0.30
32985.97
7
4.0
1
4
81000
0.50
0.20
12237.88
554757
2
12
0.67
0.25
15290.43
3
4
0.80
0.29
17318.32
4
12
1.06
0.35
21087.28

第三章 重力荷载作用下内力计算

第一节 重力荷载计算

1 恒载参数计算
对于双向板，由板传到框架横梁上荷载为对称梯形或三角形分布，荷载传递简图如图3-1所示。
楼面：

屋面：

图3-1 恒载传递简图
二至七层：

屋面以上：

横墙及横梁荷载集度：
二三层：

四至七层：

屋面：

板传递至框架恒载集度最大值：
楼面：

屋面：

2 框架上恒载
框架上恒载由上述所算出各参数组合而成，分为二三层、四至七层、屋面三种状况，分别如图3-2、3-3、3-4所示。整个框架受力简图如图3-5所示。

图3-2 一二层框架恒载受力简图

图3-3 三至六层框架恒载受力简图

图3-4 七层框架恒载受力简图

图3-5 整个框架恒载受力简图
3 活载参数计算
活载传递方式同恒载相似。荷载传递简图如图3-6所示。
楼面：

屋面：

图3-6 活载传递简图
板传递至框架活载载集度最大值：
楼面：
屋面：
4 框架上活载
框架上恒载由上述所算出各参数组合而成，分为楼面 、屋面两种状况，分别如图3-7、3-8所示。整个框架受力简图如图3-9所示。

图3-7楼面活载受力简图

图3-8屋面活载受力简图

图3-9 整个框架活载受力简图
5 框架上重力荷载
框架上重力荷载=100%恒荷载+50%活荷载。叠加框架上恒载及活载一半得整个框架重力荷载，如图3-10所示。

图3-10 整个框架重力荷载受力简图

第二节 弯矩二次分派法计算框架内力

1 梁柱转动刚度
除底层柱外，别的各层柱线刚度乘以0.9折减系数。梁柱转动刚度见表3.1。
2 计算分派系数
分派系数按下式计算：
由于构造和荷载对称，仅计算半边构造分派系数，各节点杆件分派系数见表3.2。
表3.1 梁、柱转动刚度
构件名称
转动刚度S（）
框架梁
边跨

中跨

框架柱
顶层

中间层

底层

3 梁端固端弯矩
①七层：
边跨：中跨：
②三至六层
边跨： 中跨：
③一、二层
边跨： 中跨：
4 弯矩分派与传递
由于构造以及荷载对称，可以取半构造进行弯矩分派与传递。弯矩分派与传递分别如图3-11所示。
5 作框架弯矩图
将杆端弯矩按比例画在杆件受拉一侧，如图3-12所示。
6 作框架剪力图和轴力图
依照弯矩图很容易作出剪力图和轴力图。但是在横向框架柱中，除了上述由楼板及框架横梁上恒载和活载经框架横梁在框架柱中产生轴力外，框架柱中轴力还应涉及：
1）楼屋面恒载和活载通过双向板传给纵向框架梁对柱引起压力；
2）纵向框架梁自重及其上外纵墙、内纵墙经纵向框架梁对柱引起压力；
3）对于各层柱下端截面尚有柱自重产生轴力。
单位长度柱产生自重为：

框架剪力图、轴力图分别如图3-13、3-14所示。

图3-11 弯矩分派与传递

3-12 框架弯矩图（）

图3-13 框架剪力图（）

图3-14 框架轴力图（）

第四章 水平地震荷载作用下内力计算

第一节 水平地震作用原则值计算

1 楼层重力荷载代表值
各楼层重力荷载代表值采用估算算法。

2 自振周期计算
基本自振周期采用顶点位移法计算。其中非构造墙影响折减系数取0.6。构造顶点假象侧移计算成果见表4.1。
表4.1 顶点假象侧移
层次

（）

()

()

()

()
7
6032.88
6032.88
554757
0.01087
0.25565
6
6032.88
12065.76
859509
0.01404
0.24478
5
6032.88
18098.64
859509
0.02106
0.23074
4
6032.88
24131.52
859509
0.02808
0.20968
3
6032.88
30164.4
859509
0.03509
0.18160
2
6032.88
36197.28
859509
0.04211
0.14651
1
6032.88
42230.16
404519
0.10440
0.10440

3 地震影响系数
依照《建筑抗震设计规范》中地震影响系数曲线，设防烈度为7.5度，设计地震分组为第一组，Ⅱ类场地时：，。由于，地震影响系数按下式计算：

式中——曲线下降段衰减指数，取0.9；
——阻尼比调节系数，取1；
——构造自振周期；
——特性周期；
——地震影响系数最大值。

由于,需计算附加顶部集中力：

4 构造水平地震作用原则值
构造总水平地震作用效应原则值为:

附加顶部集中力为：

各层水平地震作用原则值：

屋面：

楼面：

第二节 D值法计算水平地震作用下内力

1 典型框架柱剪力
依照表2.2计算框架柱侧向刚度D值，柱剪力按下式计算：

式中——第层第柱剪力；
——第层第柱抗侧刚度；
——第层所有柱抗侧刚度之和；
——第层由外荷载引起总剪力。
图4-1

2 计算反弯点高度比
依照框架总层数、所在楼层以及梁柱线刚度比查《高层建筑构造设计原理》表3.7查出。由于上下层梁线刚度相似，反弯点高度比修正值。由于上下层层高也许变化，因此反弯点高度比修正值、通过、与值查《高层建筑构造设计原理》表3.9。其中：，
式中、——上层、下层层高。
上层层高不不大于本层，向上移；反之，向下移。下层层高不不大于本层，向下移；反之，向上移。于是，框架各层柱通过修正后反弯点高度可由下式计算得到：
详细计算过程及成果见表4.2。

层数
边柱
中间柱
1
（，）
，，，
，
，

，，，
，
，

2
（，）
，，，
，
，

，，，
，
，

3
（，）
，，，
，
，

，，，
，
，

4
（，）
，，，
，
，

，，，
，
，

5
（，）
，，，
，
，

，，，
，
，

6
（，）
，，，
，
，

，，，
，
，

7
（，）
，，，
，
，

，，，
，
，

表4.2 各层柱反弯点高度比计算

3 柱端弯矩
柱端弯矩详细计算过程见表4.3。
表4.3 柱端弯矩
层数
边柱上端
（）
边柱下端
（）
中柱上端
（）
中柱下端
（）
1

2

3

4

5

6

7

4 梁端弯矩
边柱梁按节点平衡得到梁端弯矩；中间节点按线刚度比分派柱端弯矩。
中柱梁外侧刚度比分派系数为：
中柱梁内侧刚度比分派系数为：0.37
梁端弯矩详细计算过程见表4.4。
层数
边柱梁
（）
中柱梁外侧
（）
中柱梁内侧
（）
1

2

3

4

5

6

7

5 水平地震作用原则值作用下弯矩图
依照表4.3、4.4计算成果作水平地震作用原则值作用下弯矩图，如图4-2所示。
6 水平地震作用原则值作用下剪力图、轴力图
依照水平地震作用原则值作用下弯矩图，可以作出框架剪力图以及柱轴力图，如图4-3、4-4所示。

图4-2 水平地震作用原则值作用下弯矩图（）

图4-3水平地震作用原则值作用下剪力图（）

图4-3水平地震作用原则值作用下柱轴力图（）

第五章 框架内力组合

由于是钢筋混凝土全现浇框架构造，所示截面最大内力会出当前底层。以上各层配筋与底层一致，下面以底层梁、柱为例，进行抗震内力组合与截面计算。

第一节 梁控制截面内力与梁端负弯矩调幅

1 底层梁
地震作用下：

重力荷载作用下：

考虑梁端负弯矩调幅，取调幅系数，则

调幅后跨中弯矩为

第二节 底层边跨梁内力组合与截面计算

1 梁正截面计算

故梁端顶部按，梁底部按拟定纵向受拉钢筋。
（1）梁底部纵向受拉钢筋计算

依照规范，，C30时，，采用25钢筋，保护层厚度，故
故上式为

解得

又由，可得

选425，。
（2）梁顶部纵向受拉钢筋计算
采用20钢筋，双排布置，保护层厚度，故

解得

又由，可得

选1020，，双排。
（3）梁纵向受拉钢筋配筋率
梁端
跨中

满足规范规定。
2 梁斜截面计算

其中，依照实配钢筋面积和材料强度拟定截面抗震受弯承载力所相应弯矩值为：

剪压比验算：

配箍计算：
选用双肢10@100，有

满足规范规定。

第三节 底层中跨梁内力组合与截面计算

1 梁正截面计算
梁左端最大负弯矩

梁左端最大正弯矩

梁右端最大负弯矩

梁左端最大正弯矩

将跨中正弯矩

故梁端顶部按，梁底部按拟定纵向受拉钢筋。
（1）梁底部纵向受拉钢筋计算

依照规范，，C30时，，采用20钢筋，保护层厚度，故
故上式为

解得

又由，可得

选520，。
（2）梁顶部纵向受拉钢筋计算
采用25钢筋，保护层厚度，故

解得

又由，可得

选425，。
（3）梁纵向受拉钢筋配筋率
梁端
跨中

满足规范规定。
2 梁斜截面计算
由于本框架是一级框架，还应符合下式规定：

其中，依照实配钢筋面积和材料强度拟定截面抗震受弯承载力所相应弯矩值为：

剪压比验算：

配箍计算：
选用双肢10@100，有

满足规范规定。

第四节 底层柱内力组合与截面计算

1 轴压比验算
柱：

2 正截面计算
在内力组合时，对柱顶需考虑柱端弯矩调节，对柱底需乘以规范规定增大系数，则柱采用如下最不利内力组合。
中柱柱顶：
及相应：（A）

及相应：（B）

及相应：（C）

中柱柱底：
及相应：（D）

及相应：（E）

及相应：（F）

初步试算可知，以上所有为大偏心受压构件，也许起控制作用组合有
D：，
F：，
柱采用对称配筋,初步试算可知，①②③为大偏心受压。
配筋计算：D:，
，取，
，取。
，取。

F:，
，取，
，取。
，取。

按最小配筋率

综上，底层柱钢筋选用1020，。

3 斜截面计算
剪力设计值调节
其中，依照实配钢筋面积和材料强度拟定截面抗震受弯承载力所相应弯矩值为：

弯矩设计值为
剪跨比
边柱逆时针上端
边柱顺时针上端
边柱逆时针下端
边柱顺时针下端
中柱逆时针上端
中柱顺时针上端
中柱逆时针下端
中柱顺时针下端
取剪压比验算

配箍计算

故取。则

选用10@200，3肢箍。

柱端加密区配10@100，3肢箍，则加密区体积配箍率为

加密区最小体积配箍率为

故满足规范规定。