五层框架结构教学楼计算书.doc

1、1某中学教学楼结构设计计算书、构件截面尺寸选择和荷载计算（1）设计基本资料按设计任务规定的组别，选择开间尺寸为 7200mmx9000mm，纵向有 12 跨，每跨 4500mm,横向有 3 跨，边跨尺寸 7200mm，中间跨尺寸 3000mm。按此参数和建筑设计中已经进行平面布置。（2）主要设计参数根据设计任务书的要求及有关规定，确定如下主要的设计参数：抗震设防烈度：8 度；抗震设计分组：第一组；房屋高度低于 30m，可知框架的抗震等级为二级。基本风压： ，C 类粗糙度20/5.3mkNW雪荷载标准值： SK设计使用年限：50 年；本建筑为一般民用建筑，安全等级二级；在抗震设计时是丙类建筑基础

2、顶面设计标高的确定：建筑标高0.000，建筑绝对标高 57.50m，室外地坪标高-0.450m。根据地质勘察报告，基础持力层可以设计在粉质粘土上，选择独立基础时，基础顶面标高可设在-1.0m-1.6m 之间活荷载标准值及相应系数：按房屋的使用要求，可查得教学楼露面活荷载标准值 ，组合值系数 ，准永久值系数0.2kq2/mN7.0c5.0q（2）材料的选择混凝土除基础垫层混凝土选择 C15 外，基础及以上各层混凝土强度均选 C25。钢筋框架梁、柱等主要构件纵向受力筋选择 HRB335 级钢筋，构造钢筋、板筋及箍筋选择 HPB 级钢筋。（3）结构构件截面尺寸的选择结构平面布置方案主体结构为 5 层

3、，底层高度 4.2m，其余各层 3.9m。2外墙 240mm，内墙 120mm，隔墙 100mm，门窗布置见门窗洞口总表。构件截面尺寸的选择a.根据平面布置，双向板短向跨度 ，取板厚 h=150mm,ml5.4,满足要求。35104lhb.框架梁边横梁， 7200mm,l mbhbhlh 3012,70148 取跨中横梁， m5,5,30取纵梁， ml45取次梁， bhlh20,6,182,7取c.柱截面尺寸当选择基础标高为-1.200m 时，则一层柱的高度为 4.2m+1.2m=5.4m，按，又框架主梁 b=300mm，则初选柱截面宽度 ，mHbc36015 mbc50故中柱截面初选尺寸 m

4、hbc50简单验算：假定楼层各层荷载设计值为 16 ，则底层中柱的轴力近似为2/kNN.4310.512.4716 7.90,8.10,300 查 表 得， blmHlmHk满 足 要 求%,38.70 .65059.17.9431.9 23 cSycShbA mf边柱承受轴力较小，但承受弯矩相对较大，按轴心受压验算，取 1.5N，有kNN465.0.512.4.27163满 足 要 求%,324.1 .8790509.17.90645.90 23 cSycShbA mfN故中柱取 m5050边柱取 c、竖向荷载的计算（1）屋面恒荷载标准值30 厚细石砼保护层 6.03.22/mkN三毡四油防

5、水层 0.420 厚水泥砂浆找平层 .4.2/k100 厚水泥蛭石保温层 5015mN150 厚钢筋砼板 .73.22/k15 厚板底抹灰 合计 5.965 2/mkN活荷载标准值不上人屋面应考虑雪荷载 0.5 2/（2）屋面荷载瓷砖地面 0.55 2/mkN150 厚钢筋砼板 5.73.1052/k合计 4.525 2/kN4活荷载标准值按“教学楼”一栏，取 2.0 2/mkN（3）梁、柱重力荷载梁、柱重力荷载标准值构件 b(m) h(m) )/(3kr)/(mkNg边横梁 0.3 0.7 25 1.05 5.51中横梁 0.25 0.5 25 1.05 3.28纵梁 0.25 0.5 25

6、 1.05 3.12次梁 0.25 0.6 25 1.05 3.00底层柱 0.5 0.5 25 1.10 6.875标准层柱 0.5 0.5 25 1.10 6.875注：1）表中 为考虑梁、柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数；g 表示单位长度构件的重力荷载。2）梁长取净长；柱长度取层高（4）墙体荷载墙体重力荷载标准值使用楼层 墙体层高 荷载标准值（kN/m） 门窗洞口形式1 外纵墙 4.2 （8x0.24+0.6+0.4)x(4.2-0.5-0.42)+(16x0.25+0.6+0.4)x0.42= 11.68 0.7 8.172 外横墙 4.2 （8x0.24+0.6+0.4)x

7、(4.2-0.7-0.42)+(16x0.25+0.6+0.4)x0.42= 11.09 1.0 11.093 内纵墙 4.2 （8x0.24+0.6+0.4)x(4.2-0.5-0.42)+(16x0.12+0.6+0.4)x0.42= 6.92 0.7 4.844 内横墙 4.2 （8x0.24+0.6+0.4)x(4.2-0.5-0.42)+(16x0.12+0.6+0.4)x0.42= 6.56 1.0 6.56底层5 内隔墙 4.2 （8x0.24+0.6+0.4)x(4.2-0.5-0.42)+(16x0.1+0.6+0.4)x0.42= 6.10 1.0 6.101 外纵墙 3.

8、9 （8x0.24+0.6+0.4)x(3.9-0.5-0.42)+(16x0.24+0.6+0.4)x0.42= 10.73 0.7 7.51标准层 2 外横墙 3.9 （8x0.24+0.6+0.4)x(3.9-0.7-0.42)+(16x0.24+0.6+0.4)x0.42= 10.15 1.0 10.1553 内纵墙 3.9 （8x0.24+0.6+0.4)x(3.9-0.5-0.42)+(16x0.12+0.6+0.4)x0.42= 6.39 0.7 4.484 内横墙 3.9 （8x0.24+0.6+0.4)x(3.9-0.7-0.42)+(16x0.12+0.6+0.4)x0.4

9、2= 6.04 1.0 6.045 内隔墙 3.9 （8x0.24+0.6+0.4)x(3.9-0.6-0.42)+(16x0.1+0.6+0.4)x0.42= 5.62 1.0 5.62屋顶 1 女儿墙 0.5 （8x0.12+0.6+0.4)x0.5= 1.08 1.0 1.08、水平风荷载的计算风荷载标准值计算kNP.578).935.64(.054.301 612kN.713kNP.73).9.3(504.04 14.95每榀框架各层所受风荷载标准值kNPF4.612kNPF7.95127.953 .64kNPF.4125、内力计算a.梁、柱线刚度计算横梁线刚度计算表类别 )/(2mN

10、Ec )(hb)(40mI)(l)(0mNlIEC)(20lIC边横梁 410.873915.8720103.106.6中横梁 410.822509104.6m3103.4106.8柱线刚度计算表楼层 )(mhc )/(2NEc )(hb)(4cI)(mNlIEC1 5400 410.850102.10.725 3900 2 3b.梁、柱相对相对线刚度（取中框架）假设边横梁的相对线刚度为 1，则中横梁的相对线刚度为 0.73，,25 层柱的相对线刚度为 1.12，底层相对线刚度为 0.81c.风荷载作用计算简图7风荷载标注值作用下计算简图d.各柱的反弯点高度25 层均在各柱的中点处： my95

11、.11 层取底层柱高 ，即326.324.e.柱剪力分配系数：因柱截面一样，剪力平均分配，即 25.0DCBAyyf.从第五层开始计算，求各柱的剪力kNVVkNFDCBA 15.6.425.06.45 kNDCBA.38154kVVFDCBA.25043kNDCBA.7.85432kVVkFFDCBA8.39.754212g、根据柱剪力和梁分配系数，求柱弯矩图计算略，弯矩图和剪力图如下：89风荷载作用下弯矩和剪力图10风荷载作用下梁的剪力和柱的轴力图、风荷载作用下框架侧移的验算a、中框架柱侧移刚度 D 值计算中框架柱侧移刚度 D 值 ）（ mN/边柱（A,D） 中柱(B,C)楼层 kcikci

12、iD5 0.43 0.178 10884 0.74 0.27 16509 547864 0.43 0.178 10884 0.74 0.27 16509 547863 0.43 0.178 10884 0.74 0.27 16509 547862 0.43 0.178 10884 0.74 0.27 16509 547861 0.595 0.50 11523 2.37 0.657 15141 53328b、风荷载标准值作用下框架侧移计算考虑到正常使用情况下梁、柱的塑性变形，现浇框架在求侧移时整体引入刚度抗剪系数 0.85，则相对层间侧移为nijiwkj DFu185.0风荷载标准值作用下框架侧

13、移计算楼层 )(kNFw）（ mniji/1）（ ujjjhu限值5 3.43 54786 0.063 1/619054 9.57 54786 0.175 1/222863 15.54 54786 0.284 1/137322 25.51 54786 0.466 1/83691 32.05 53328 0.601 1/89851/40011顶点 589.1ju1/13530 1/500、水平地震作用下的框架内力计算、基本计算参数的确定抗震设防烈度：7 度；抗震设计分组：第一组；房屋高度低于 30m，可知框架的抗震等级为三级。、场地和周期特征值场地类别为类，设计地震分组为第一组，查得特征周期值

14、。gTg35.0、重力荷载代表值（取中框架计算）恒荷载取 100%，楼面活荷载取 50%，屋面荷载不考虑。屋面荷载平均值 965.q2/mkN屋顶女儿墙自重 G=1.3(17.4+9)=34.2 2/k楼面荷载平均值 q=4.525+250%=5.525标准层自重 G=7.519+10.1514.4=213.75 kN底层墙自重 G=8.179+10.0914.4=233.2梁自重 G=5.516.722+3.282.5=82.03底层柱自重 G=6.8755.44=148.5 k标准层柱自重 G=6.8753.94=107.3 N竖向荷载面积 A=17.44.5=78.3 2m将楼层及该层墙

15、体自重集中于该楼层的标高处，可得各层重力荷载代表值 iGkNG 5.970.31.0825.713.7865.9.2345 682k421、结构自振周期采用经验法计算sBHT 04.5.17235.02.35.02.1 12、地震影响系数 576.0 08.,4.,3.0max9.1 max1 Tssg 查 得 ，则 由 地 震 影 响 系 数 曲 线由、水平地震作用标准值计算利用底部剪力法公式： kNFG kNTsTsTFHGneqEKieq ngEKniii 94.1836.07.167.625 289415.793580.8. 136.008.,3.,49011gn 故且因水平地震作用计

16、算列表如下：楼层 ）（ kNGinEKF1)(mHi iG)(kNFi5 709.95 147.8 21 14909 41.9+18.94=68.044 658.55 147.8 17.111261.237.13 658.55 147.8 13.2 8692.9 28.62 658.55 147.8 9.3 6124.5 20.21 719.15 147.8 5.4 3883.4 12.8mkNHGi 4871kNFi74.1613、重力荷载代表值产生的框架内力重力荷载代表值 已算出，假定其分布方式与竖向荷载相同，即均匀分EG布在每层梁上，则对屋面层处 .8kN/m40.175905lGge对

17、 24 层楼面处 ./3.684le对底层楼面处 .kN/41.1759lGge利用分层法法进行重力荷载代表值内力计算5 层计算单元弯矩分配14计算结果1524 层计算单元弯矩分配16计算结果171 层计算单元弯矩分配18计算结果19重力荷载作用下的代表值作用下的梁、柱弯矩图20重力荷载代表值作用下的梁、柱剪力、轴力图21、水平地震作用产生的框架内力利用 D 值法计算a.各柱的剪力值楼层 5 4 3 2 1)(kNVi68.04 105.14 133.74 153.94 166.74DCBA17.01 28.29 33.44 38.49 41.69b.各柱反弯点高度 hy0各柱的反弯点高度由

18、决定，查表得5 4 3 2 1楼层 A B A B A B A B A Bk1.79 3.09 1.79 3.09 1.79 3.09 1.79 3.09 2.47 4.2700.38 0.45 0.43 0.46 0.48 0.5 0.5 0.5 0.58 0.55)(my1.48 1.76 1.68 1.79 1.87 1.95 1.95 1.95 3.13 2.97C.水平地震作用下的框架内力根据上述计算结果，绘制如下框架内力图2223水平地震作用下框架柱剪力和弯矩图24水平地震作用下框架梁、柱剪力图 、竖向荷载作用下的框架内力计算框架内力计算采用中间框架计算、恒荷载作用下内力计算计算单

19、元如下图荷载计算各层梁上作用的恒载上图中， 载 形 式代 表 横 梁 自 重 为 均 布 荷1,q25mkNqmkNq /58.43.128./81.63.51. 11 ，分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载2,kk /.976.95/.529.49. 2，分别由边纵梁和中纵梁直接传给柱的恒荷载，包括梁自重、楼板重21,P和女儿墙重力荷载，计算如下： 14.6kN 4.5136.73.546.95.2.7.25.22 kNP .9183.2516.951.4.312 集中力矩 me125.02.5.0,21 kNePM.31，对 1-4 层楼面 mkqmq /8.23/6.15.0

20、5. 11 ， kNkN/58.1354429422 ，149.2kN 4.517.62.7.5. P kN.7184.23.512.4.512 mkNePM3021，横向框架荷载总表楼层 1q12q21P21M2265 6.81 4.58 29.5 17.9 144.6 183.9 0 23.014 15.66 3.28 22.4 13.58 149.2 184.7 0 23.1恒载作用下梁、柱的弯矩图 27恒载作用下柱的剪力、轴力图28恒载作用下梁端剪力及柱轴力计算5 层AB 跨：由荷载引起的剪力 kNlqlVABABBA5.97 2.751.5291.78.621)(211 左由弯矩引起

21、的剪力 kNVkNVBABA .103.65.97,9.1.65.97.-2.1-.80 左左总 剪 力 ：BC 跨：由弯矩引起的剪力 NV NlqlVCBBCABB.7k20 k7.2039.174385.4214121 总 剪 力 左右14 层计算方法如第五层5 层柱轴力A 柱： kNGNkVPA .326.9375.86.2329141 柱顶底顶B 柱： kB .54.0.70102 柱顶底 右左顶14 层计算方法如第五层计算结果汇总如下29恒荷载作用下梁端剪力及柱轴力 、活荷载作用下的内力计算 计算单元与恒荷载计算单元一致荷载计算各层梁上作用的恒荷载对 第 5 层：荷载引起剪力 弯矩引

22、起剪力 总剪力 柱轴力AB 跨 BC 跨 AB 跨 BC 跨 AB 跨 BC 跨 A 柱 B 柱楼层 BAVBCVBABVBA顶N底 顶 底N5 97.5 20.7 -5.6 0 91.9 103.1 20.7 236.5 263.3 307.7 334.54 111.8 15.1 -10.5 0 101.3 122.3 10.5 364.6 391.4 471.9 498.73 111.8 15.1 -3.3 0 108.5 115.1 10.5 492.7 519.5 636.1 662.92 111.8 15.1 -3.2 0 108.6 115.0 10.5 620.8 647.6 8

23、00.3 827.11 111.8 15.1 -4.7 0 107.1 116.5 10.5 748.9 786.0 964.5 1001.630屋面雪荷载 mkNqmkNq /5.13.0,/1.25022 kPk6.9.65.21 mkNePM.210221，楼面荷载：15 层 kqkq /632,/.542. 2 kNP .48.1 5.021 mkNePM.840221，横向框架活荷载作用内力汇总表楼层 2q2q1P21M254.5（1.1）6.0（1.5）20.3（5.1）38.4（9.6） 04.8（1.3）14 4.5 6.0 20.3 38.4 0 4.8梁端、柱端弯矩采用弯矩二次分配法计算