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框架结构办公楼的建筑设计和结构设计论文

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摘要：

本设计的工程是钢筋混凝土框架综合办公楼，分为建筑设计和结构设计两部分。建筑设计：根据设计任务书的要求和工程技术的条件，在满足总体规划的条件下，综合考虑建筑物场地环境、使用功能、结构、施工、材料、设备、经济及建筑艺术美观等方面因素，在此基础上提出建筑设计方案。按照相关设计规范，确定建筑物的结构形式，完成平立剖面设计。结构设计：首先确定结构方案，选择建筑材料，再进行结构布置并确定结构构件尺寸，最后进行结构计算。在确定框架布局和完成荷载统计后，计算出水平荷载作用（风荷载、地震作用）下的结构内力。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力，找出最不利的一组或几组内力组合，按最不利的结果计算配筋，并绘制相关结构施工图。

关键词：

框架结构； 地震； 内力计算； 内力组合； 结构配筋设计；

一、工程概况

1.1工程概况

工程建筑名称：钢筋混凝土框架综合办公楼

工程总建筑面积：8553㎡

建筑层数、高度：六层，每层层高3.6m,房屋设备层2.5m,女儿墙高1.2m,室内外高差0.75m,建筑总高度22.35m;

建筑结构形式：框架结构；

设计使用年限：50年；

办公楼高度为22.35m,满足《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第6.1.1条的规定，即房屋高度22.35<50m（8度，0.20g）。办公楼宽度为18m,房屋高宽比为22.35/18=1.24<3,满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.3.2条规定。

1.2设计资料

1）气候条件：

最冷月平均气温：‐13℃，最热月平均气温23.1℃。

主导风向：基本风压：0.40kN/㎡。主导风向：夏季东南风、冬季西北风。

基本雪压值均为：0.35kN/m2

2）地震烈度：8度，设计基本加速度0.20g.

3）地下水位较深，设计中可不考虑。

4）场地地质资料：II类场地，地势平坦。

二、建筑设计

2.1建筑平面设计

建筑的平面设计包括单个房间平面设计及平面组合设计，单个房间的设计是在整体建筑合理而适用的基础上，确定房间的面积、形状、尺寸、及门窗的大小和位置。平面组合设计实际上是建筑空间在平面上的组合。影响平面组合设计包括以下几个方面：

（1）使用功能：一是要合理分区；二是要有明确的流线组织。

（2）结构类型：目前民用建筑常用的结构类型有三种，即框架结构、框架‐剪力墙结构和剪力墙结构。综合考虑框架结构对于本工程的诸多优点，本设计采用框架结构。

（3）设备管线：设备管线占有一定空间，在设计时应考虑一定的设备位置，恰当的布置相应的房间。

（4）建筑造型：一般来讲，简洁，完整的建筑造型无论对于缩短内部交通流线，还是对于结构的简化，节约用地，降低造价以及抗震性能都是极为有利的。

2.2建筑立面设计

由于不同功能要求的建筑类型具有不同的内部空间组合特点，一幢建筑物的外部形象在很大程度上是其内部空间功能的的表露，因此，采用那些与其功能要求相适应的外部形式，并在此基础上采用适当的建筑艺术处理方法来强调该建筑的性格特征，使其更为鲜明、更为突出。建筑立面设计则偏重于对建筑物的各个立面以及其外表面上所有的构件，例如门窗、雨篷、遮阳、暴露的梁、柱等等的形式、比例关系和表面的装饰效果等进行仔细的推敲。在设计时，通常是根据初步确定的建筑内部空间组合的平、剖面关系，例如房间的大小和层髙、构部件的构成关系和断面尺寸、适合开门窗的位置等等，先绘制出建筑物各个立面的基本轮廓，作为下一步调整的基础。然后再在进一步推敲各个立面的总体尺度比例的同时，综合考虑立面之间的相互协调，特别是相邻立面之间的连续关系，并且对立面上的各个细部，特别是门窗的大小、比例、位置，以及各种突出物的形状等进行必要的调整。最后还应该对特殊部位，例如出人口等作重点的处理。

2.3建筑剖面设计

剖面设计的主要目的是根据建筑空间的使用特点、造型要求及经济等因素，分析并确定建筑物在垂直方向的剖面形状、建筑层数、高度、建筑竖向方向的空间及利用，以及建筑剖面中的结构、构造关系。建筑物的剖面形状与功能要求有关，在民用建筑中绝大多数的建筑是属于一般功能要求的，住宅、宿舍楼、旅馆、办公楼等建筑房间的剖面形状多采用规整的矩形。一般进深不大的房间多采用侧光窗，当进深较大时刻提高窗户高度。普通窗台的高度一般为900mm,但有时功能需求不同时可相应变换。

为了防止室外雨水侵入室内，并防止墙身受潮，首层室内地坪（地面标高为±0.000），一般应高于室外底面至少150mm,室内外高差通常在150~600mm之间，本设计采用室内外高差为750mm.通常对于一些经常使用水的房间，如卫生间、盥洗室、阳台等，为避免溢水，常将地坪设置的比本层地坪低20~50mm,本设计中，卫生间的标高比本层楼面标高低50mm.剖面设计与平面设计时分别从两个不同的方面来反映建筑物内部空间关系。平面设计着重解决空间内部在水平方向上的逻辑关系，而剖面设计则主要针对于内部空间在垂直方向上的组合，主要解决层数、层高和空间组合等问题，它直接表达了不同的建筑空间尺度关系。一般习惯于先进行平面设计，继而进行剖面设计，剖面关系反过来又会影响建筑平面的布局。因而在建筑设计中，必须将剖面与平面设计综合考虑，不断调整，修缮，才能使设计更加完善、合理。综合各方面因素考虑，本设计采用：首层层高4.35m,2~6层层高3.6 m,屋面为上人屋面，总高为22.35m,室内外高差取0.75m,女儿墙高度取1200mm.

2.4装饰

外墙颜色应与周围环境保持协调，且装饰上注重质量、和谐。外墙采用浅黄色外墙涂料配上红、白色立面线条，窗户采用本色铝全金窗框料。室内采陶瓷地砖地面，在卫生间内采用防滑地砖地面。

2.5抗震设计

本设计模拟抗震设防烈度8度（0.20g）。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011‐2010）第1.0.2规定：抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设计。

钢筋混凝土房屋应根据设防类别、烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级，并应符合相应的计算和构造措施要求。本工程的抗震设防类别为丙类。地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防的要求。本设计属于框架结构，8度设防，高度小于24m,抗震等级为二级。

2.6楼梯设计

楼梯作为建筑物垂直交通的主要设施，设计时应满足以下几个方面的要求：

（1）疏散要求：楼梯的.位置，数量，间距及宽度都应满足防火规范的疏散要求，做到人流通行流畅，上下楼层联系便捷。

（2）使用要求：楼梯作为垂直交通主要设施，应位于建筑明显突出的位置，起到引导人流的作用，因使用频率高应充分考虑其造型美观，并有良好的采光条件，给人以舒适的感觉。

（3）安全要求：作为主要的疏散通道，应坚固安全，经久耐磨，受力合理。

（4）构造要求：合理的选择楼的形式、坡度、材料、构造做法，精心的处理好其细部构造。楼梯的形式是多种多样的，对象不同，场合不同，环境部同，角度不同，性质不同，对楼梯的称谓也不同。本设计采用平行双跑楼梯。楼梯属于建筑物中重要的疏散通道和消防通道，因此国家各种现行规范对楼梯的尺度有着明确的构造要求。《民用建筑设计通则》规定每个梯段的踏步不应超过18级，且不应少于3级。《建筑楼梯模数协调标准》规定楼梯踏步不宜高于210mm,并不宜小于140mm,各级踏步高度均应相同。一般楼梯的坡度范围在23°~45°，适宜的坡度为30°。《建筑楼梯模数协调标准》规定楼梯段的最大坡度不宜超过38°。作为主要交通用的楼梯梯段净宽应根据楼梯使用过程中人流股数确定，一般按每股人流宽度为0.55+（0‐0.15）m计算，并不应少于两股人流。（0‐0.15m为人流在行进中人体的摆幅，公共建筑人流众多应取上限值）。楼梯梯井指四周为梯段和平台的内侧面围绕的空间，实际设计时梯井宽度一般取60~200mm.楼梯栏杆应采取不宜攀登的构造，当采用垂直杆件做栏杆时，其杆件净距不应大于0.11m.中间平台的深度不应小于楼梯梯段的宽度，并不得小于1.20m,当有搬运大型物件需要时应适量加宽，住宅建筑中的楼梯平台的结构下缘至人行过道的垂直高度不应低于2m.梯段最低、最高踏步的前缘线与顶部凸出物的内边缘线的水平距离不应小于300m.

在本工程中，共有两部楼梯，均采用双跑楼梯，楼梯的开间为3.6m,进深7.2m.层高为3.6m,设计为等跑楼梯，每跑均12级踏步，11个踏面，踏步尺寸为300mm×150mm,中间休息平台尺寸为1950mm×3600mm.

2.7防火设计

为减少火灾和降低火灾损失，在建筑内部采用防火墙、耐火楼板。本工程耐火等级为二级。民用建筑必须满足耐火等级和耐火极限的要求，为防止着火建筑的辐射热在一定时间内引燃相邻建筑，且便于消防扑救的间隔距离成为防火间距。防火建筑必须满足规范要求。

三、结构设计

进行结构方案的比较，结构布置和构件选型，选取一榀主框架进行设计计算，进行楼梯雨蓬的设计，先进行标准层结构平面布置，然后进行梁柱结构布置，包括梁柱尺寸粗估与验算，然后就是进行现浇楼板的设计与计算，楼梯的设计与计算，接下来就是进行横向框架在竖向荷载作用下的计算简图和计算，为了便于设计计算，在计算模型和受力分析进行不同程度的简化，在手算横向框架时进行的基本假定包括：结构分析的弹性静力假定，一般情况下不考虑结构进入弹塑性状态引起的内力重分布；平面结构假定，在柱网正交布置情况下，可以认为每一方向的水平力只有该方向的抗侧力结构承担，垂直于该方向的抗侧力结构不受力。楼板在自身平面内的刚性假定，由刚性楼板的假定，同一标高处，所有抗侧力结构的水平位移相等。

横向框架在恒荷载作用下的计算，首层单独计算，第二层至第五层所受的荷载一致，由于屋顶的作用另外计算求解。

计算框架在活荷载作用下的计算简图，通过详细的受力分析及荷载折算，求解方法与恒荷载一致。

横向框架在重力荷载代表值作用下的计算简图，在有地震作用的荷载效应组合时要用到重力荷载代表值，对于楼层，重力荷载代表值取全部的荷载和50%的楼面活荷载，对于屋面，重力荷载代表值取全部的恒荷载和50%的雪荷载。

内力的计算与内力组合，通过手算恒荷载产生的弯矩，轴力和剪力，其余内力的计算取用结构力学求解器进行计算加快进度，节省时间。内力组合，选择最不利内力进行配筋计算。

[1] 中华人民共和国国家标准.高层民用建筑防火规范GB5 0045-2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2012

[2] 中华人民共和国国家标准.建筑制图标准GB 50104-2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2012

[3] 中华人民共和国国家标准.房屋建筑制图统一标准GB 50001-2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2011

[4] 中华人民共和国国家标准.建筑抗震设防分类标准GB 50223-2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2012

[5] 中华人民共和国国家建筑标准设计图集.建筑物抗震构造详图GB 50068-2012[M].北京：中国建筑工业出版社，2013

[6] 中华人民共和国国家标准.建筑结构荷载规范GB 50009-2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2012

[7] 中华人民共和国国家标准.混凝土结构设计规范GB 50010-2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2013

[8] 中华人民共和国国家标准.建筑抗震设计规范GB 50011-2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2012

[9] 中华人民共和国国家标准.建筑结构制图标准GB 50079-2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2013

[10] 中华人民共和国国家标准.GB50068,建筑结构可靠度设计统一标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2018

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设计是有目的的策划，平面设计是这些策划将要采取的形式之一，在平面设计中你需要用视觉元素来传播你的设想和计划，用文字和图形把信息传达给受众，让人们通过这些视觉元素了解你的设想和计划，这才是我们设计的定义。一个视觉作品的生存底线，应该看他是否具有感动他人的能量，是否顺利地传递出背后的信息，事实上她更象人际关系学，依靠魅力来征服对象，你的设计有抓住人心的魅力吗？是一见钟情式的还是水到渠成式的，你需要象一个温文尔雅的绅士还是一个不修边幅的叛逆之子，或是治学严谨的学者。事实上平面设计者所担任的是多重角色，你需要知己知彼，你需要调查对象，你应成为对象中的一员，却又不是投其所好，夸夸其谈，你的设计代表着客户的产品，客户需要你的感情去打动他人，你事实上是“出卖”感情的人，平面设计是一种与特定目的有着密切联系的艺术。 第三节：平面设计的特征 设计是科技与艺术的结合，是商业社会的产物，在商业社会中需要艺术设计与创作理想的平衡，需要客观与克制，需要借作者之口替委托人说话。 设计与美术不同，因为设计即要符合审美性又要具有实用性、替人设想、以人为本，设计是一种需要而不仅仅是装饰、装潢。 设计没有完成的概念，设计需要精益求精，不断的完善，需要挑战自我，向自己宣战。设计的关键之处在于发现，只有不断通过深入的感受和体验才能做到，打动别人对与设计师来说是一种挑战。设计要让人感动，足够的细节本身就能感动人，图形创意本身能打动人，色彩品位能打动人，材料质地能打动人、……把设计的多种元素进行有机艺术化组合。还有，设计师更应该明白严谨的态度自身更能引起人们心灵的振动。 第二章：平面设计之路 设计的学习可能有很多不同的路，因为这是有设计的多元化知识结构决定的，不管你以前是做什么的，不管你曾经如何如何，在进入设计领域之后，你以前的阅历都将影响你，你都将面临挑战与被淘汰的可能，正如，想要造就伟大永远不可能是依靠人们的主观愿望所能达到的一样…… 第一节：你确认你要进入这一领域吗？--设计师的知识结构 设计多元化的知识结构必将要求设计人员具有多元化的知识及信息获取方式。 第一步：从点、线、面的认识开始，学习掌握平面构成、色彩构成、立体构成、透视学等基础；我们需要具备客观的视觉经验，建立理性思维基础，掌握视觉的生理学规律，了解设计元素这一概念。 第二步：你会画草图吗？1998澳大利亚工业设计顾问委员会调查结果，设计专业毕业生应具备的10项技能第一位就是：“应有优秀的草图和徒手作画的能力，作为设计着应具备快而不拘谨的视觉图形表达能力，绘画艺术是设计的源泉，设计草图是思想的纸面形式，我们有理由相信，绘画是平面设计的基础，平面设计的设计的基础！” 第三步：你还缺少什么？缺少对传统课程的学习，如陶艺、版画、水彩、油画、摄影、书法、国画、黑白画等等，太多太多，你还是问问自己吧！不管如何这些课程将在不同层次上加强了你设计的动手能力、表现能力和审美能力，他们最关键的是让你明白什么是艺术，更重要的是你发现你自己的个性，但这也是一个长期的过程。 第四步：“我可以开始设计了吗”？当然不行，你要设计什么？正如你要开始玩游戏了，你了解游戏规则吗？不过你不用担心，你已经进入了专业自身的学习，同时也意味着你才刚刚开始，你将不折不挠，不浮躁不抱怨、务实的、实事求事的态度步入这一领域。我们以标志设计为例，我们需要具备什么样的背景知识，标志的意义、标志的起源、标志的特点、标志的设计原则、标志的艺术规律、标志的表现形式，标志的构成的手法、我们需要理解为什么？为什么可口可乐会红遍全球；为什么我们渴望穿Lee牌牛仔裤？作为一名设计师，你对我们周围的视觉环境满意吗？问问自己，你的设计理想是什么？ 第五步：你能辨别设计的好坏，知道为什么吗？上一步通过对设计基础知识的学习，不知不觉你已经进入了设计的模仿阶段，为了向前我们必须回顾历史，既而从理论书籍的学习转变为向前辈及优秀设计师学习。这个阶段伴随着一个比较长期的一个过程，你的设计水平可能会很不稳定，你有时困惑、有时欣喜，伴随着大量的实践以及对设计整个运转流程逐渐掌握，开始向成熟设计师迈进。 你需要学会规则，再打破规则。 第二节：你能成为优秀出众的设计师吗？--对设计师的要求 1、成功的设计师应具备以下几点： A、强烈敏锐的感受能力 B、发明创造的能力 C、对作品的美学鉴定能力 D、对设计构想的表达能力 E、具备全面的专业智能 现代设计师必须是具有宽广的文化视角，深邃的智慧和丰富的知识；必须是具有创新精神知识渊博、敏感并能解决问题的人，应考虑社会反映、社会效果，力求设计作品对社会有益，能提高人们的审美能力，心理上的愉悦和满足，应概括当代的时代特征，反映了真正的审美情趣和审美理想。起码你应当明白，优秀的设计师有他们“自己”的手法、清晰的形象、合乎逻辑的观点。 2、设计师一定要自信，坚信自己的个人信仰、经验、眼光、品味。不盲从、不孤芳自赏、不骄、不浮。以严谨的治学态度面对，不为个性而个性，不为设计而设计。作为一名设计师，必须有独特的素质和高超的设计技能，即无论多么复杂的设计课题，都能通过认真总结经验，用心思考，反复推敲，汲取消化同类型的优秀设计精华，实现新的创造。 3、平面设计作为一种职业，设计师职业道德的高低和设计师人格的完善有很大的关系，往往决定一个设计师设计水平的就是人格的完善程度，程度越高其理解能力、把握权衡能力、辨别能力、协调能力、处事能力……将协助他在设计生活中越过一道又一道障碍，所以设计师必须注重个人的修为，文人常说：“先修其形，后练其品”。 4、设计的提高必修在不断的学习和实践中进行，设计师的广泛涉猎和专注是相互矛盾又统一的，前者是灵感和表现方式的源泉，后者是工作的态度。好的设计并不只是图形的创作，他是中和了许多智力劳动的结果，涉猎不同的领域，担当不同的角色，可以让我们保持开阔的视野，可以让我们的设计带有更多的信息。在设计中最关键的是意念，好的意念需要学养和时间去孵化。设计还需要开阔的视野，使信息有广阔的来源，触类旁通是学习平面设计的重要特点之一，艺术之间本质上是共通的，文化与智慧的不断补给是成为设计界长青树的法宝。 5、有个性的设计可能是来自扎跟于本民族悠久的文化传统和富有民族文化本色的设计思想，民族性和独创性及个性同样是具有价值的，地域特点也是设计师的知识背景之一。未来的设计师不再是狭隘的民族主义者，而每个民族的标志更多的体现在民族精神层面，民族和传统也将成为一种图式或者设计元素，作为设计师有必要认真看待民族传统和文化。 第三章：平面视觉的科学 视觉会给人带来一连串的生理上的、心理上的、情感上的、行动上的反应，设计是视觉经验的科学，他包括两个方面，一个是不以人为而改变的即生理感受的人的基本反应，另一个是随即的或不确定因素构成。如个人喜好，性格等等、等等。 一、相对稳定的方面： 主要是生理上的视知觉，人们的一些视觉习惯、视觉流程、视觉逻辑，如从上到下，从左到右，喜欢连贯的、重复，喜欢有对比的，还有在颜色方面人们最喜欢的其实是有对比的互补色等等。这都是跟人们的生理上的习惯有关，都是人生理机能的本能反应。作为设计师应该对这些知识能充分了解、灵活运用，设计是对人本的关注，首先应对文化与人的感知方式这些相对稳定的方面进行研究，并且需要我们在实践中去总结。 二、不稳定的方面： 不稳定的方面主要是指情感、素质、品位、阅历上的不同，在设计过程中你需要具备一定的判断和把握能力，你需要客观和克制，才能完成卓越的设计。 三、设计思维的科学： 设计是必须具有科学的思维方法，能在相同中找到差别，能在不同当中找到共同之处，能掌握运用各种思维方法，如纵向关联思维和横向关联思维以及发散式的思维，善于运用科学的思维方式找到奇特的新的视觉形象，才能不断发现新的可能。 平面视觉的科学其实是一个很大很深的学问，只有在这门学问的健全和深入的推广，才能保证设计水平的普遍提高。在这里只是抛砖引玉式的提出这一观点，还需要日后结合其他学科的研究成果进行系统的整理和论述。 第四章：平面设计的一般流程 平面设计的过程是有计划有步骤的渐进式不断完善的过程，设计的成功与否很大程度上取决于理念是否准确，考虑是否完善。设计之美永无止境，完善取决于态度。 一、调查 调查是了解事物的过程，设计需要的是有目的和完整的调查。背景、市场调查、行业调查（关于品牌、受众、产品……）、关于定位、表现手法、……调查是设计的开始和基础（背景知识）。 二、内容 内容分为主题和具体内容两部分，这是设计师在进行设计前的基本材料。 三、理念 构思立意是设计的第一步，在设计中思路比一切更重要。理念一向独立于设计之上。也许在你的视觉作品中传达出理念是最难的一件事。 四、调动视觉元素 在设计中基本元素相当于你作品的构件，每一个元素都要有传递和加强传递信息的目的。真正优秀的设计师往往很“吝啬”，每动用一种元素，都会从整体需要出发去考虑。在一个版面之中，构成元素可以根据类别来进行划分，如可以分为： 标题、内文、背景、色调、主体图形、留白、视觉中心等等。平面设计版面就是把不同元素进行有机结合的过程。例如在版式当中常常借助框架（也叫骨骼），就有很多种形式，规律框架和非规律框架，可见框架和隐性框架；还有在字体元素当中，对于字体和字型的选择和搭配的好坏就是一个非常有讲究的。选择字体风格的过程就是一个美学判断的过程，还有在色彩这一元素的使用上，能体现出一个设计师对色彩的理解和修养。色彩是一种语言（信息），色彩具有感情，能让人产生联想，能让人感到冷暖、前后、轻重、大小等等。善于调动视觉元素是设计师必备的能力之一。 五、选择表现手法 手法即是技巧，在视觉产品泛滥的今天要想把受众打动以并非易事，更多的视觉作品已被人们的眼睛自动的忽略掉了。要把你的信息传递出去有几种方法呢？一种是完整完美的以传统美学去表现的设计方式，会被受众欣赏阅读并记住。二种是用新奇的或出奇不意的方式可以达到（包括在材料上）三种是疯狂的广告投放量，进行地毯式的强行轰炸。而我们更需要那一种呢？虽然三种方法都能达到目的，但我们清楚他们的回报是不同的。 我们在三大构成中学过很多种图形的处理和表现手法，如对比、类比、夸张、对称、主次、明暗、变异、重复、矛盾、放射、节奏、粗细、冷暖、面积等形式。另外还有从图形处理的效果上又有手绘类效果，如油画、铅笔、水彩、版画、蜡笔、涂鸦……还有其他的如摄影、老照片、等等。那么你要选择那一种呢？这取决于你的目的和目标群体，以及你的设计水平。 六、平衡 平衡能带来视觉及心理的满足，设计师要解决画面当中力场的平衡，前后衔接的平衡，平衡感也是设计师构图所需要的能力，平衡与不平衡是相对的，以是否达到主题要求为标准。平衡分为对称平衡和不对称平衡，包括点、线、面、色、空间的平衡。 七、出彩 记住，你要创造出视觉兴奋点来升华你的作品。 八、关于风格 作为设计师有时是反对风格的，固定风格的形成意味着自我的僵死，但风格同时有是一个设计师性格、喜好、阅历、修养的反映，也是设计师成熟的标志，以为“了解大同，才能独走边缘”。 九、制作 检查项目包括：图形、字体、内文、色彩、编排、比例、出血…… 要求：视觉的想象力和效果要赏心悦目，而更重要的是被受众理解！ 如果你有一双发现美的眼睛 你可以把设计作为一种生活的方式 愿你生活并快乐、幸福着！！！