钢结构办公楼计算书.doc

毕业设计（论文）计算书

（结构部分设计）

题 目： 上饶市某办公楼
专 业：
班 级：
学 号：
姓 名：
指导教师：

一、工程概况
1.1、工程名称：昌北经济开发区某公司办公楼改建设计
1.2、建筑地点：南昌市昌北经济开发区
1.3、建筑规模
1)建筑总面积： 5810 m2
2)建筑层数： 全楼六层，不上人屋面
3)结构形式： 全钢框架结构
4)层高 一层4.5m，顶层4.5m，其余楼层3.3m
5)楼梯： 现浇混凝土楼梯
6)屋面、楼面： 压型钢板上浇筑钢筋混凝土板
1.4、建筑功能
六层，立面设计要体现现代化建筑风格，色彩简洁明快。部分办公室可考虑开厂式或大开间，2层以上每层设会议室1间，顶层另设大会议室，厕所盥洗室应满足内部使用规定，门厅、走廊，楼梯等根据需要设计。
1.5、建筑技术条件
（一）气象条件
1)常年主导风向： 西北风
2)夏季主导风向： 西南风
3)平均风速： 夏季3.1m/s,冬季4m/s
4)基本风压：Wo=0.45KN/m2
5)基本雪压：So=0.45KN/m2
6)最高气温：40.6℃ 最低气温:-9.3℃
7)最冷月平均温度：4.5℃(1—2月)
8)最热月平均温度：29.7℃(7—9月)
9) 最大降雨量： 50.4mm/小时
月最大降雨量：184.3mm(4—6月)
（二）工程地质条件
1) 天然地面以下4.5M厚为粉质粘土,地基承载力特性值为180KN/M2, 粉质粘土以下为1M厚为中砂层,地基承载力特性值为15O KN/M2，中砂层以下为砾砂层,地基承载力特性值为240 KN/M2.
2) 地下水位：天然地面以下1.8m处
3)地震设防烈度:6度
（三）施工条件
1）施工单位：南昌市某建筑公司
2）施工人员：各工种工人数均不受限制，但规定不分工种劳动力,不均衡系数K<1.6
3）材料供应：各种材料均可保证供应
钢种Q235,16Mn钢（Q345）;焊条E43，E50;钢筋HPB235-HRB400
水泥32.5-42.5级普通硅酸盐水泥；机制砖Mu75,Mu10
4）机械设备：除大吊装机械外，施工单位均能解决
5）施工用水、电：由建设单位保证供应，路边即有水源、电源
7）施工道路：E级公路
8）施工工期：八个月

1.6、结构设计依据
《房屋建筑学》教材，建筑设计资料集1、2、3册，05ZJ中南建筑图集③合订本，《钢结构设计规范》，其他有关设计规范及总图，建筑结构荷载规范GB50009-2023，建筑地基基础设计规范GB50007-2023，结构力学（上、下册），多层与高层建筑结构设计，现用建筑施工教材，建筑施工手册—（上、中册），中国建筑工业出版社，建筑工程预算定额（省标），劳动定额手册。

二、结构选型
本工程为对称布置的纯钢框架办公楼，结构平面布置如下：框架6层，梁横向三跨，跨度为9m、2.4m、6m（除圆弧上有一柱，见布置图）；纵向10榀横向框架，柱距有6m、8m两种。图1为结构平面布置图。

图1、结构平面布置图
初定梁柱截面尺寸:

主梁：
因有多种不同的跨度，为节省钢材
初选HN600×170×16×13、HN500×150×12×12、HN400×150×12×12、
HN350×150×12×12、HN320×140×12×10

次梁：
初选HN320×140×12×10

柱: (底层柱高) h=(1～1.5)b
因柱距不同，及建筑功能，初选为箱形500×500×20×20、箱型400×400×20×20、箱型300×300×14×14、圆管400×50

截面特性：
截面
面积A(mm2)
惯性矩Ix(mm4)
单位重量KN/m
ix(cm)
HN600×170×16×13
13604
.7
1.0611
215.7
HN350×150×12×12
7512

0.5859
117.68
HN320×140×12×10
6400
94293333.3
0.4922
121.38
箱500×500×20×20
38400

2.995
196.13
箱400×400×20×20
30400
.5
2.3711
155.35
三、框架结构计算简图
3.1、计算单元：KJ-⑧

3.2、计算简图
假定框架与基础固定，且嵌固于基础顶面.框架梁与柱节点刚结.由于各层柱的截面尺寸不变，则梁跨等于柱截面形心轴线之间的距离，底层柱高从基础顶面算至二楼板底，基顶标高根据地质条件暂定-1.0m，二楼楼面板底标高为+4.500m，故底层柱高为5.50m，中间层柱高为层高，均为3.3m，顶层为4.5m。
框架计算简图如下：

图2、计算简图
3.3、构件相对线刚度计算
其中在求梁截面惯性矩时考虑到楼板对梁惯性矩增强作用，取中跨=1.5，（为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）：
梁 =
柱 =
令=1，
则 、
第一层 B、C柱 =
D、E柱 =
第二至四层 B、C柱 =
D、E柱 =
框架梁住相对线刚度如下图所示，作为计算各节点杆端弯矩分派系数的依据

图3、框架相对线刚度图

四、各种荷载标准值计算

4.1、恒载计算

1、屋面框架永久荷载标准值
3mm厚橡胶改性沥青防水涂层 10×0.03= 0.3 KN/m2
20mm（最薄处）厚1：8水泥珍珠岩找坡： 0.02×15=0.30KN/m2
20厚水泥砂浆找平 0.02×20=0.40KN/m2
100mm厚现浇混凝土板 0.1×25=2.5KN/m2
压型钢板YX-75-200-600（Ⅰ） 0.16 KN/m2
压型钢板波谷中的混凝土 25×0.5×0.075=0.94KN/m2
铝合金龙骨吊顶 0.2KN/m2
小计： 4.53KN/m2

2、楼面框架永久荷载标准值
20mm厚大理石板 28×0.2 = 0.56kN/m2
20mm厚1：4干硬性水泥砂浆 0.02×20=0.40KN/m2
100厚现浇钢筋混凝土板 0.1×25=2.5KN/m2
压型钢板YX-75-200-600（Ⅰ） 0.16 KN/m2
压型钢板波谷中的混凝土 25×0.5×0.075=0.94KN/m2
铝合金龙骨吊顶 0.2KN/m2
小计： 4.76KN/m2

3、墙体永久荷载标准值
全墙自重
200厚加气混凝土砌块 5.5~7.5 KN/ m3
墙两面抹灰
小计： 综合取 7.5 KN/m

有窗墙自重
200厚加气混凝土砌块加抹灰 7.5×0.2×6×2.8=25.2 KN
钢窗自重 0.31×1.8×3=1.67 KN
钢窗所占墙体重量 7.5×0.2×3×1.8=8.1 KN
小计： /6=3.2KN/m
女儿墙： 7.5×0.2×1.2=1.8 KN/m
玻璃幕墙： 1.8KN/m

4、梁柱自重
HN600×170×16×13： 1.0611 KN/m
350×150×12×12： 0.5859KN/m
箱500×500×20×20： 2.995 KN/m
箱400×400×20×20 2.3711 KN/m

4.2、恒载传导计算

4.2.1 梁间线荷载计算

A、1、屋面框架BC梁上的线荷载
主梁自重： 1.0611 KN/m
三角形荷载等效均布荷载： 0.875×1.5×4.53×2=8.494 KN/m

小计： 9.6KN/m

2、屋面框架CD梁上的线荷载
主梁自重： 0.4992 KN/m
三角形荷载等效均布荷载： 0.875×1.2×4.53×2=6.8 KN/m

小计： 7.3KN/m

3、屋面框架DE梁上的线荷载
主梁自重： 0.5859 KN/m
三角形荷载等效均布荷载： 0.875×1.5×4.53×2=8.494 KN/m

小计： 9.08KN/m

B. 1、楼面框架BC梁上的线荷载
主梁自重： 1.0611 KN/m
墙体自重 4.2KN/m
三角形荷载等效均布荷载： 0.875×1.5×4.76×2=8.925 KN/m

小计： 14.18KN/m

2、楼面框架CD梁上的线荷载
主梁自重： 0.4992 KN/m
三角形荷载等效均布荷载： 0.875×1.2×4.76×2=7.14 KN/m

小计： 7.64KN/m

3、楼面框架DE梁上的线荷载
主梁自重： 1.0611 KN/m
墙体自重 4.2KN/m
三角形荷载等效均布荷载： 0.875×1.5×4.76×2=8.925 KN/m

小计： 13.7KN/m

4.2.2、梁间集中荷载计算

A、1、屋面框架BC梁上集中荷载
次梁自重引起： 0.4992×6=3 KN
次梁承受楼板荷载引起： 6×3×4.53×（1-2×0.252+0.253）=72.6 KN

小计： 75.6KN

2、屋面框架DE梁上的集中荷载
次梁自重引起： 0.4992×6=3 KN
次梁承受楼板荷载引起： 6×3×4.53×（1-2×0.252+0.253）=72.6 KN

小计： 75.6KN

B. 1、楼面框架BC梁上的集中荷载
次梁自重引起： 0.4992×6=3 KN
次梁承受楼板荷载引起： 6×3×4.76×（1-2×0.252+0.253）=76.3 KN

小计： 79.3KN

2、楼面框架DE梁上集中荷载
次梁自重引起： 0.4992×6=3 KN
次梁承受楼板荷载引起： 6×3×4.76×（1-2×0.252+0.253）=76.3 KN

小计： 79.3KN

4.2.3柱间荷载计算

A、1、屋面框架B柱集中荷载
1.2m女儿墙自重： 1.8×6=10.8KN
边柱连系梁自重： 0.4492×6=3KN
屋面板传来荷载： 6×1.5×4.53×（1-2×0.252+0.253）=36KN
小计： 49.8 KN
偏心弯矩M 49.8×0.15=7.47KN.m

2、屋面框架C柱集中荷载
中柱连系梁自重： 0.4492×6=3KN
屋面板传来荷载：
6×1.5×4.53×（1-2×0.252+0.253）+6×1.2×4.53×（1-2×0.22+0.23）=66.26KN
小计： 69.26 KN
偏心弯矩M 69.26×0.15=10.4KN.m

3、屋面框架D柱集中荷载
中柱连系梁自重： 0.4492×6=3KN
屋面板传来荷载：
6×1.5×4.53×（1-2×0.252+0.253）+6×1.2×4.53×（1-2×0.22+0.23）=66.26KN
小计： 69.26 KN
偏心弯矩M 69.26×0.1=6.92KN.m

4、屋面框架E柱集中荷载
1.2m女儿墙自重： 1.8×6=10.8KN
边柱连系梁自重： 0.4492×6=3KN
屋面板传来荷载： 6×1.5×4.53×（1-2×0.252+0.253）=36KN
小计： 49.8 KN
偏心弯矩M 49.8×0.1=4.98KN.m

B、1、楼面框架B柱集中荷载
墙体自重： 3.2×6=19.2KN
边柱连系梁自重： 0.4492×6=3KN
楼面板传来荷载： 6×1.5×4.76×（1-2×0.252+0.253）=37.8KN
小计： 60KN
偏心弯矩M 60×0.15=9KN.m

2、屋面框架C柱集中荷载
中柱连系梁自重： 0.4492×6=3KN
墙体自重： 4.2×6=25.2KN
屋面板传来荷载：
6×1.5×4.76×（1-2×0.252+0.253）+6×1.2×4.76×（1-2×0.22+0.23）=69.65KN
小计： 97.85 KN
偏心弯矩M 97.85×0.15=14.68KN.m

3、屋面框架D柱集中荷载
中柱连系梁自重： 0.4492×6=3KN
墙体自重： 4.2×6=25.2KN
屋面板传来荷载：
6×1.5×4.76×（1-2×0.252+0.253）+6×1.2×4.76×（1-2×0.22+0.23）=69.65KN
小计： 97.85 KN
偏心弯矩M 97.85×0.1=9.78KN.m
4、楼面框架E柱集中荷载
墙体自重： 3.2×6=19.2KN
边柱连系梁自重： 0.4492×6=3KN
楼面板传来荷载： 6×1.5×4.76×（1-2×0.252+0.253）=37.8KN
小计： 60KN
偏心弯矩M 60×0.1=6KN.m

4.3、活荷载计算

4.3.1、活载取值
楼面均布活载标准值为2.5KN/m2，走廊为2.5 KN/m2,不上人屋面为
0.5 KN/m2（基本雪压：So=0.45 KN/m2）

4.3.2、框架梁间线荷载

A、1、楼面框架BC梁上的线荷载
三角形荷载等效均布荷载： 0.875×1.5×2.5×2=4.69 KN/m

2、楼面框架CD梁上的线荷载
三角形荷载等效均布荷载： 0.875×1.2×2.5×2=3.75 KN/m

3、楼面框架DE梁上的线荷载
三角形荷载等效均布荷载： 0.875×1.5×2.5×2=4.69KN/m

B. 1、屋面框架BC梁上的线荷载
三角形荷载等效均布荷载： 0.2×4.69=0.94 KN/m

2、楼面框架CD梁上的线荷载
三角形荷载等效均布荷载： 0.2×3.75=0.75KN/m

3、楼面框架DE梁上的线荷载
三角形荷载等效均布荷载： 0.2×4.69=0.94 KN/m

4.3.3、框架梁间集中荷载

A、1、楼面框架BC梁上的集中荷载
楼面板传来荷载： 6×3×2.5×（1-2×0.252+0.253）=40.08KN

2、楼面框架DE梁上的集中荷载
楼面板传来荷载： 6×3×2.5×（1-2×0.252+0.253）=40.08KN

B、1、屋面框架BC梁上的集中荷载
屋面板传来荷载： 6×3×0.5×（1-2×0.252+0.253）=8.02KN

2、屋面框架DE梁上的集中荷载
屋面板传来荷载： 6×3×0.5×（1-2×0.252+0.253）=8.02KN

4.3.4、框架柱间集中荷载

A、1、楼面框架B柱集中荷载
楼面传来集中荷载 6×1.5×2.5×（1-2×0.252+0.253）=20.04KN
偏心弯矩M 20.04×0.15=3KN.m

2、楼面框架C柱集中荷载
楼面传来集中荷载
6×1.5×2.5×（1-2×0.252+0.253）+6×1.2×2.5×（1-2×0.22+0.23）=36.74KN
偏心弯矩M 36.74×0.15=5.51KN.m

3、楼面框架D柱集中荷载
楼面传来集中荷载
6×1.5×2.5×（1-2×0.252+0.253）+6×1.2×2.5×（1-2×0.22+0.23）=36.74KN
偏心弯矩M 36.74×0.1=3.67 KN.m

4、楼面框架E柱集中荷载
楼面传来集中荷载 6×1.5×2.5×（1-2×0.252+0.253）=20.04KN
偏心弯矩M 20.04×0.15=3KN.m

B、1、屋面框架B柱集中荷载
屋面传来集中荷载 6×1.5×0.5×（1-2×0.252+0.253）=4.01KN
偏心弯矩M 20.04×0.15=3KN.m

2、屋面框架C柱集中荷载
屋面传来集中荷载
6×1.5×0.5×（1-2×0.252+0.253）+6×1.2×0.5×（1-2×0.22+0.23）=3.75KN
偏心弯矩M 5.51×0.2=1.1KN.m

3、屋面框架D柱集中荷载
屋面传来集中荷载
6×1.5×0.5×（1-2×0.252+0.253）+6×1.2×0.5×（1-2×0.22+0.23）=3.75KN
偏心弯矩M 3.67×0.2=0.73 KN.m

4、屋面框架E柱集中荷载
屋面传来集中荷载 6×1.5×0.5×（1-2×0.252+0.253）=4.01KN
偏心弯矩M 0.6KN.m

4.4、恒载计算简图

图4、恒载计算简图

4.4、活载计算简图

图5、活载计算简图

4.6、风荷载计算

风压标准值计算公式为：，其中为风振系数，由于本建筑高度H=22.2m<30.00m，可以取；对于矩形平面，风荷载体系数；风压高度系数可按C类地面粗糙度查规范；由设计资料可知。将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如下表，表中z为框架节点至室外地面的高度，A为一榀框架各层节点的受风面积。

风荷载计算表
层数

Z(m)

w0
A(m2)
PWk(KN)
6
1.0
1.3
4.5
0.74
0.45
20.7
10.7
5
1.0
1.3
7.8
0.74
0.45
23.4
11
4
1.0
1.3
11.1
0.74
0.45
19.8
8.57
3
1.0
1.3
14.4
0.74
0.45
19.8
. 8.57
2
1.0
1.3
17.7
0.804
0.45
19.8
8.57
1
1.0
1.3
22.2
0.88
0.45
24.9
10.78

五、内力计算
为简化计算，考虑如下几种单独受荷情况：
1）恒载作用；
2）活荷载满布；
3）风荷载（从左向右吹，或从右向左吹）；
对于恒载、活载情况，框架在竖向荷载作用下，采用迭代法计算。对于风荷载情况，框架在水平荷载作用下，采用D值法计算。
在内力分析前，还应计算节点各杆的弯矩分派系数及在竖向荷载作用下各杆端的固端弯矩。

5.1风荷载作用下的内力计算：
框架在风荷载作用下（以左向右吹）的内力用D值法进行计算。

图6、风荷载计算简图（KN）

D值法计算的环节为：
1、求各柱反弯点处的剪力值
2、求各柱反弯点高度y
3、求各柱杆端弯矩及梁端弯矩
层数
层剪力（KN）

B

C

D

E

∑D

B

C

D

E

6

10.7
0.3
0.26
0.44
0.36
0.49
0.19
2
0.09

0.9

3.09
4.28
2.26
1.07
5
11

0.36
0.69
0.4
0.37

1.71

3.09
4.44
2.38
1.09
4
8.57
同上

2.41
3.46
1.85
0.85
3
8.57
同上

同上
2
8.57
同上

同上

1

10.87
0.41
0.37
0.61
0.42
0.67
0.21
0.27
0.16

1.16
3.44
3.90
1.95
1.49

表1、层剪力分派

①：计算各柱的D值，各层所有 D值之和及每根柱分派到的剪力
②：拟定各柱反弯点高度系数y
n：为总层数；j：为所在层；k：为梁柱线刚度比
yo：标准反弯点高度比（由n、j、k查表可得）
α1：上下梁刚度变化时的刚度比
α2=上层层高/所计算层层高
α3=下层层高/本层层高
由α1、α2、α3可查得y1 、y2、y3

反弯点,并将计算结果列于表2：

层数
B
C
D
E

6
n=6,j=6 k=0.3, α1=1
yo=0.1 y1=0,y=0.1
n=6,j=6 k=0.44, α1=1
yo=0.24 y1=0,y=0.24
n=6,j=6 k=0.49, α1=1
yo=0.29 y1=0,y=0.29
n=6,j=6 k=0.2, α1=1
yo=0 y1=0,y=0

5
n=6,j=5 k=0.24,α1=1 α2=1.36,α3=1
yo=0.22,y1=0 y2=0.05,y3=0
y= 0.27
n=6,j=5 k=0.36,α1=1 α2=1.36,α3=1
yo=0.28,y1=0 y2=0.05,y3=0
y= 0.32
n=6,j=5 k=0.4,α1=1 α2=1.36,α3=1
yo=0.35,y1=0 y2=0.05,y3=0
y= 0.4
n=6,j=5 k=0.17,α1=1 α2=1.36,α3=1
yo=0.17,y1=0 y2=0.05,y3=0
y= 0.22

4
n=6,j=4 k=0.24,α1=1 α2=1,α3=1
yo=0.32,y1=0 y2=0,y3=0
y= 0.32
n=6,j=4 k=0.36,α1=1 α2=1,α3=1
yo=0.35,y1=0 y2=0,y3=0
y= 0.35
n=6,j=4 k=0.4,α1=1 α2=1,α3=1
yo=0.35,y1=0 y2=0,y3=0
y= 0.35
n=6,j=4 k=0.17,α1=1 α2=1,α3