土木专业毕业设计南昌教育局机关办公楼计算书.doc

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1、南昌大学毕业设计结构计算书题目：南昌教育局机关办公楼 院（系） 建筑工程 专 业 土木工程 班 级 091 姓 名 刘强 学 号 6002109018 导 师 熊进刚 2012年 3月 7 日目录第1 章 设计资料. 4第2 章 结构选型与置. 7第3 章 结构计算. 73.1 荷载计算. 93.3.1 恒荷载标准值算. 93.3.2 活载标准值计算. 113.3.3风荷载计算. 153.3.4 重力代表计算 . 17第4章 内力计算. 74.1 侧移刚度D . 174.2恒载作用下的内力计算. 184.3楼面活荷载作用下的内力计算. 184.4风荷载作用下的内力计算. 184.5地震作用下的

2、内力计算. 23第5 章 内力组合. 75.1 非抗震与抗震合 . 17第6 章 框架配筋计算. 18第7 章 雨棚计算 . 18第8 章 板计算 . 18第9章 楼梯计算 . 18第一章设计资料1. 设计标高：室内设计标高0.00，室内外高差450.2. 墙身做法：墙身为普通机制砖填充墙，用M5混合砂浆砌筑。内粉刷为混合砂浆底。纸筋灰面，厚20，“803”内墙涂料两度。外粉刷1：3水泥砂浆底，厚20，陶瓷锦砖贴面。3. 楼面做法：楼板顶面为20厚水泥砂浆找平层，5厚1:2水泥砂浆加“108”胶水着色粉面层，楼板底面为15厚纸筋面石灰抹底，涂料两度。4. 屋面做法：现浇楼板上铺膨胀珍珠珍珠岩保

3、温层（天沟处100,2%自两侧天沟向中间找坡）。1:2水泥砂浆找平层厚20，二毡三油防水层，撒绿豆沙保护。5. 门窗做法：采用木门、钢窗。6. 地质资料：场地类别为二类，地下水位：-5m，无侵蚀性。7. 基本风压:0.45KN/,C类。8. 活荷载：屋面活荷载2.0KN/，走廊楼面活荷载2.5KN/，办公室活荷载2.0KN/。9. 抗震设防烈度：按7度考虑。第二章、结构选型1.结构布置及结构计算简图的确定边梁（AB、DC跨）：取h=500mm，b=250mm中跨梁（BC跨）：同边跨，取h=400mm，b=200mm边柱及中柱联系梁，取bh=250mm500mm；柱截面为bh=400mm400m

4、m，现浇楼板厚100mm。第三章、结构计算1. 恒载计算（1） 屋面框架梁线荷载标准值 20厚1：2水泥砂浆找平层 0.0220=0.4毡三油防水层 0.35100140厚（2%找坡）膨胀珍珠岩 (0.1+0.14)27=0.84100现浇钢筋混凝土板 0.125=2.515筋石灰抹底 0.01516=0.24屋面荷载合计 4.33 边跨（AB、CD)框架梁自重 0.250.525=3.13 梁侧粉刷 2(0.5-0.1)0.0217=0.27 总重：3.4中跨（BC跨）跨架梁自重 0.20.425=2 梁侧粉刷 2(0.4-0.1)0.0217=0.2 总重：2.2 因此，作用在顶层框架梁上

5、的线荷载为：(注：这里下标4表示第4层即顶层框架梁） （2） 楼面框架梁线荷载标准值 25厚水泥砂浆面层 0.02520=0.5 100厚现浇钢筋混凝土楼板 0.125=2.5 15厚纸筋石灰抹地 0.01516=0.24楼面恒荷载 3.24边跨框架梁及梁侧粉刷 3.4边跨填充墙自重 0.24（3.6-0.5）19=14.14墙面粉刷 (3.6-0.5)0.02217=2.11中跨框架梁及梁侧粉刷 2.2因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为(3) 屋面框架节点的集中荷载标准值边柱连系梁自重 0.250.51.525+0.250.4125=6.69KN粉刷 1.1m高女儿墙自重 粉刷 连系梁传来

6、的屋面自重 边跨次梁传来屋面自重给连系梁，再传给边柱 =35.54KN顶层边节点的集中荷载 中柱连系梁自重 粉刷 次梁传来的自重和屋面自重给连系梁，再传给中柱 顶层中节点集中荷载 (4) 楼面框架节点集中荷载标准值 边柱连系梁自重 6.69KN 粉刷 0.61KN墙体自重 粉刷 钢窗自重 框架柱自重 粉刷 次梁自重传给连系梁，再传给边柱 3.65KN次梁传来的楼面自重给连系梁，再传给边柱 10.13KN连系梁传来的楼面自重 中间层节点集中荷载 中柱连系梁自重 6.69KN 粉刷 0.61KN墙自重 粉刷 框架柱自重 14.4KN扣除门洞重加上门重 连系梁传来楼面自重 次梁传来荷载 11.24K

7、N中间层节点集中荷载为 （5） 恒载作用下的结构计算简图如下2. 楼面活荷载计算楼面活荷载作用下的结构示意图3. 风荷载计算风压标准值计算公式因为结构高度1.0，对于矩形截面；由于全年主导风向：西北，故将风荷载换算成作用于框架各层节点上的集中荷载，计算过程如表所示。层次41.01.314.851.1340.4511.67.6931.01.311.251.0350.4514.48.7221.01.37.651.000.4514.48.4211.01.34.051.000.4515.38.954. 重力荷载代表值集中在各楼层标高处的重力荷载代表值包括：楼面或屋面自重的标高值50%的 楼面活荷载和5

8、0%屋面活荷载不计。墙重取上下各半层墙重的标准值之和。（1） 顶层重力荷载代表值均布恒载：柱节点恒载：恒载：124.99+185.52=310.51KN活载：屋面雪荷载补充：每根柱的重量一层柱的重量每层墙体的重量横墙横墙粉刷纵墙纵墙粉刷扣除门洞自重加门重扣除窗洞自重加窗重一层墙体总重（包括门窗）228.9+34.14+218.88+32.64-31.75-38.80=444.01KN顶层重力荷载代表值中间层重力荷载代表值均布恒载柱节点恒载恒载265.79+423.42=689.21KN活载中间层的重力荷载代表值第四章、内力计算1侧移刚度结构计算简图如下图所示。根据地质资料，确定基础顶面离室外地

9、面为1.15m，室内外高差0.45m。由此求得底层层高为5.2m，各梁柱构件的线刚度经计算后列于结构计算简图。其中，求梁截面惯性矩时，考虑到现浇楼板的作用，取(为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。AB、CD跨梁BC跨梁上层各层柱底层柱注：图中数字为线刚度，单位2.恒载作用下的内力计算恒载（竖向荷载）作用下的内力计算采用分层法。以中间层为例，说明分层法的计算工程，其他层（顶层、底层）及给出计算结果。由恒载作用下的结构计算简图取出中间层进行分析。二三层柱的线刚度取框架柱实际线刚度的0.9倍。图a中梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成，在求弯矩时，可根据图示荷载计算，也可以根据固端弯矩相等的原则，先

10、将梯形分布荷载化为等效局部荷载图b。等效均布荷载的计算公式如图c。 图C荷载的等效把梯形荷载化作等效均布荷载由于梁柱偏心在节点处产生的弯矩：偏心距顶层 中间层 图（b）所示结构内力可用弯矩分配法计算并利用结构的对称性取二分之一结构计算。各杆的固端弯矩为：中间层 顶层 用分层法求得的弯矩图如下：顶层：把梯形荷载化作等效均布荷载图（b）所示结构内力可用弯矩分配法计算并利用结构的对称性取二分之一结构计算。各杆的固端弯矩为：弯矩分配图如下图（注：柱的线刚度取框架柱实际线刚度的0.9倍).顶层弯矩分配图如上表框架在恒载作用下的内力图如下弯矩图（） 剪力图（KN）轴力图（KN）3.楼面活荷载作用下的内力计

11、算活荷载作用下的内力计算也采用分层法，考虑到活荷载分布的不利组合。各层楼面活荷载布置只能如下图。把梯形荷载化作等效均布荷载因为梁柱中心不重合，所以边柱中柱会受到偏心荷载产生的弯矩屋面和底层采用相同的办法。弯矩图如下图：框架在活荷载作用下的内力图如下弯矩图（）剪力图（KN)轴力图（KN)4.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，其步骤为：(1)计算各柱抗侧刚度D及总剪力在各柱间的剪力分配；(2)确定各柱反弯点高度系数y；(3)求各柱杆端弯矩及梁端弯矩风荷载作用下的计算简图如下：计算过程如下图所示： ：求各柱杆端弯矩及梁端弯矩根据各柱分配到的剪力及反弯点位置

12、yh计算i层第j个柱端弯矩 上端弯矩： Mtij=Vijh（1-y） 下端弯矩： Mbij=Vijhy由柱端弯矩，并根据节点平衡计算梁端弯矩对于边跨梁端弯矩：Mbi=Mtij+Mbi+1，j对于中跨，由于梁端弯矩与梁的线刚度成正比，因此： Mlbi=（Mtij+Mbi+1，j） Mrbi=（Mtij+Mbi+1，j） 再根据力平衡原理，由梁端弯矩和作用在该梁上的竖向荷载，求出梁跨中弯矩和剪力经计算，其内力图如下： 框架在风荷载作用下的弯矩图框架在风荷载作用下的剪力图 左风和右风算法完全相同，弯矩对称。5.地震作用下的内力计算采用底部剪力法，地震计算模型如下图所示：(1) 重力荷载代表值集中在各

13、层标高处的重力荷载代表值包括：楼面或屋面自重的标准值，50%的楼面活载或50%屋面雪荷载，屋面活载不计，墙重取上下各半层墙重的标准值之和。（2） 框架刚度见风荷载作用下的内力计算。（3） 用顶点位移法计算结构的基本自振周期的公式为式中重力荷载代表值水平作用于结构所得的结构顶位移（已m计） 考虑到填充墙影响的折减系数（此处取0.6）结构顶点位移计算如下（C30混凝土的弹性模量层次（m）4577.98577.98267420.0275880.3281513740.213410.07267420.0629210.3005632740.212058.4267420.0982530.2376421851

14、.21290961229340.1393890.139389结构顶点位移的=0.328151m从而的到基本周期 水平地震作用查表的特征周期，地震影响系数最大值。从而得一般混凝土结构取。结构总水平作用标准值 从而算的各层的地震作用力，剪力，层间相对位移，如下表。表中可见各层的，均大于抗震规范规定的最小值0.01256.层次410.2810.28577.980.0178267420.0003844313.1723.451318.190.0178267420.0004925213.1736.622058.40.0178229340.0004925115.1551.772909.610.0178229

15、340.0006606由表可得底层的层间位移角0.0006606/4.051/550，二层的层间位移角0.00496/3.61/550,三层的层间位移0.0004925/3.61/550.均满足层间位移角的限制。 整体结构上的水平地震作用应按柱侧向刚度的比例进行分配。计算方法仍为D值法，计算过程如下图再根据力平衡原理，由梁端弯矩和作用在该梁上的竖向荷载，求出梁跨中弯矩和剪力经计算，其内力图如下 地震作用下的弯矩图 地震作用下的剪力图 地震作用下的轴力图 第五章、内力组合根据内力计算结果，即可进行框架各梁柱控制截面上的内力组合，其中梁的控制截面为梁端、柱边和跨中。由于对称性，每层有五个控制截面。

16、现取边跨AB梁的三个截面（1截面梁的左端，2截面梁跨中，3截面梁的右端）下表a给出第一层边跨梁的内力组合过程。柱则分为边柱和中柱，每个柱有两个控制截面。底层中柱为例，控制截面为靠近梁端，及柱的顶端和底端。因活载作用下，内力计算采用分层法，故当一层梁上作用有活载时，将对一层柱产生内力。表b整理出了一层有活载最不利组合时，在控制截面产生的内力。梁的内力组合方式（1） 非抗震组合A:1.2恒载+1.4活载B:1.2恒载+1.4风载C:1.2恒载+1.40.9（活载+风载）D:1.35恒载+1.40.7活载（2) 抗震组合A:1.2x恒载+1.4x活载B:1.2恒载+1.4风载C:1.2x（恒载+0.

17、5活载）+1.3x地震荷载标准值D：1.2恒载+0.9x（1.4活载+1.4风载）E：1.35恒载+0.7x1.4活载由上表可知：对于左支座A控制内力为 ;对于右支座B控制内力为 ;对于跨中截面由上表可知，考虑地震的内力组合支座A的控制内力为： ;对于右支座B控制内力为 ; 对于跨中截面由上表可知，对于底层边柱上端截面的控制内力为： ;；下端截面的控制内力为： ;；由上表可知，对于底层边柱上端截面的控制内力为： ;；下端截面的控制内力为： ;；柱剪力设计值计算公式节点上下柱端设计值取为梁剪力设计值第六章、 框架的配筋计算补：框架梁、柱的配筋计算，包括正截面承载力计算和斜截面承载力计算。非抗震设

18、计和康设计公式是不同的，主要有两个方面承载力极限状态表达式不同。非抗震设计为与安全等级有关。抗震设计为,不考虑安全等级，但公式右端有承载力抗震系数,梁受弯计算时，柱的受压计算，取0.8。抗力R的计算差别，主要体现在抗剪公式。1. 框架梁的配筋计算考虑到地震组合的剪力设计值一层梁剪力设计值一层框架梁的配筋计算 控制截面A右AB跨中B左-94.953.9791.3778.9640.4875.14bxh250x250250x250250x250 ，。取有效翼缘宽度1400mm。一类保护层厚度为25mm，混凝土强度等级C30，钢筋采用HRB335，梁的截面尺寸bh=200450，。查表得 一层框架正截

19、面的承载力计算控制截面左截面跨中截面右截面M-94.953.9791.370.12550.07130.12080.1350.0740.1291740406707实配钢筋416216318实际配筋面积804402763按三级抗震设计：支座最小配筋率=0.25 跨中最小配筋率=0.2左边跨：支座 =0.25%b=0.25%250500=313 跨中 =0.2%b=0.2%250500=250 右边跨：支座 =0.25%b=0.25%250500=313 跨中 =0.2%b=0.2%250500=250因此满足最小配筋率根据裂缝宽度要求： 4）：斜截面计算 梁配箍筋：a:左边跨支座处最大剪力： 验算

20、是否需要按计算配置箍筋：0.7ftbho=0.71.27250440=97.790kN故按构造配置箍筋. b:右边跨支座处最大剪力： 验算是否需要按计算配置箍筋：0.7ftbho=120.015kN故按构造配置箍筋根据, 得S1另根据：, =, 得S2 S3 Smax 加密区 S3=min 非加密区 左边跨 当V0.7ftbho时，取S200mm 当V0.7ftbho时，取S300mm 右边跨 当V0.7ftbho时，取S250mm 当V0.7ftbho时，取S350mm经验算都满足要求斜截面的受剪计算非抗震设计时： 抗震设计时：有抗震设计控制截面验算（跨高比） 满足要求抗剪计算 本框架梁为一

21、般矩形梁，当仅箍筋时，斜截面受剪承载力的计算公式为：选用选用选配10的双肢箍满足最小配筋率的要求采用全长加密配置均为10100/200的箍筋。1. 框架柱的配筋计算按正截面受拉承载力计算纵向钢筋A柱（）选用HRB335级钢筋()，C30混凝土()对称配筋，有据此分为大偏压和小偏压情形。四、 对非抗震内力组合柱的上下端全部为大偏心受压NN。偏压组合(N，M):上端选40.46，779.65；下端选41.24,729.02；按N、M的相关性来筛选内力组合值，且进入小偏压的组别，其轴力接近N，应可排除。五、 对抗震设计内力组合a、 下端(N,M): 1119.67, 51.851.15=59.63；

22、 其中：1.15为底层柱底在三级抗震时的调整系数。b、 上端(N,M):对三级抗震，有要求。由于内力计算中满足的是节点平衡条件，而对应的组合系数也相同，故满足上述要求，可将已算出的柱上端弯矩值直接乘以1.3系数，故有两组合为： 819.19， ,55.191.3=71.75; 756.53, 42.951.3=55.84轴压比为0.15时的轴压力N=0.15=343.2KN,故上述组合中轴压比大于0.15，其=0.8；则抗震设计时的底层内柱内力组合值S为：待添加的隐藏文字内容2 539.63,47.7; (以上上端) 6555.35，57.4；605.22,44.67 （以上上端）在配筋计算又

23、可排除画横线的两组，而非抗震设计的大偏压各组已全部排除。余下四组内力计算配筋如下。内力组别N=779.65,M=40.46N=729.02，M=41.24N=655.35，M=57.452578920202072771091.611.571.40276281313136.3127.5114.5320320320选筋312312312注：底层柱l=1.0H=5200mm;取(保护层厚度按30mm规定取值)；钢筋为HRB3350级，混凝土为C30混凝土。四、 抗剪承载力计算2. 剪力设计值对底层柱B，非抗震设计时的剪力值为V=15.59KN远小于考虑抗震作用组合的剪力设计值：V=19.78KN，故

24、抗剪承载力由地震作用组合控制。2)受剪承载力计算 满足要求。3. 箍筋计算0.3=0.314.3400400=684.6KN862.99KN,取N=684.6KN，取由所以按构造配筋选用6200箍筋4. 配筋构造要求柱箍筋加密区的要求a、 加密区长度：故柱上下端均取650mm；且-1.05上下500mm范围也应加密。b、 箍筋直径：取d=6mm。c、 间距：柱根处为100mm；其余为2000mm。d、 肢距：不宜大于250mm和20倍箍筋直径（160mm）中较大值。10. 框架柱柱下基础设计（1） 选型根据框架的形式及荷载小的特点，且无地下室，现选用阶梯型独立基础，混凝土等级为C20，钢筋为H

25、RB335.（2） 地基梁的设计地基梁的高度不小于柱距的1/41/6，纵向柱距6000mm，则地基梁的高度为（1/41/6）6000=15001000mm，取h=1200mm。横向柱距5000mm，则地基梁的高度为（1/41/6）5000=1250833mm，取h=1200mm。为了保证结构的整体沉降，在中跨布置高度1/41/6）2200=550367mm，取h=400mm的梁。横向方向，在墙下均布置高度为h=1000mm的基础梁。地基梁顶部宽度应比其上墙体至少宽100mm，在柱截面处，应比相应主界面尺寸宽100mm，地基梁底面宽度（即梁翼缘宽度由计算确定，取b=500mm）。（3） 确定基础

26、顶荷载由于中柱的轴力远远大于边柱，以中柱轴为设计标准。横向基础梁上墙体自重： 墙体： 0.24195.2-0.5）5=107.16KN 粉刷：0.02217(3.6-0.5)5=10.54KN 合计：107.16+10.54=117.7KN纵向基础梁上墙体重： 墙体：（5.5-0.4）（5.2-0.5）0.2419=109.3KN 粉刷：（5.5-0.4）（3.6-0.5）0.02217=10.75KN 扣除门重：0.2x1x2.1-0.24x11x2.1-0.02x17x1x2.1x2=-10.58KN基础梁自重：10.525=12.5KN则首层墙体和基础梁传给基础荷载为117.7/2+10

27、9.3+10.75-10.58+(5.5+7.2/2)x12.5=282.07KN首层墙体和基础梁传给基础弯矩为-117.7/2x0.1=-5.88KN.m柱的下端传来的轴力弯矩为55.19,基础顶端轴力为819.19+282.07=1101.26KN 弯矩为-5.88+55.19=49.31(4) 确定基础底面尺寸修正地基承载特征值（假定基础地面尺寸b3，基础埋深1.75）。则地基设计承载力：初步确定截面尺寸A0选取，则l=b=2.5m,取l=b=2.5m3m，无需做宽度修正。（5）验算偏心距e基底处总竖向力：基底处总力矩：M=49.31（可以）验算基底最大压力故 = =229.96KPa2

28、28.23KN(可以)基础分两级，下阶12. 变阶处截面 冲切力=191.21KN抗冲切力 191.21KN(可以)（7）配筋计算计算基础l方向的弯矩设计值，取-截面： =223.98 KN.MII-II截面：计算基础b方向的弯矩，取-截面。前已算得，=83.28 KN.M应按配筋，选用918，=2290mm第六章、雨篷计算： 本工程采用悬板式雨篷，且板面采用有组织排水。板的根部厚取板端去50mm。雨篷周边设置凸沿。1） 雨蓬板的计算（YPB）：所以可按单向板计算a：恒荷载标准值计算20mm厚防水砂浆面层 1%的排水坡度 1%12001/2201/1000=0.12KN/m2板自重 板底抹灰

29、0.0220=0.4 KN/m2 合计： gk=3.18 KN/m2 b：活荷载标准值： qk=0.5（不上人） g+q=1.23.18+1.40.5=4.83 KN/m2取1m宽板带，即：b=1000mm 作为计算单元.c：弯矩设计值： d）配筋计算：板厚：h=120mm =130-20=110mm,重要性系数取ro=1.0砼采用C25则，1=1.0钢筋采用HPB335 则 根据： =故： = 选8150 As实=251mm2 满足最小配筋率的要求。另：雨篷板中分布钢筋按构造配筋. 选用8125 第八章、现浇双向板的计算取一层楼面，轴线9-10，A-B所围双向板进行计算：XB计算跨度：lo1

30、=3000mm lo2=5000mm故按双向板计算 1）荷载计算a）恒荷载标准值：由前面计算可知：gk3.24KN/m2 设计值为：g=1.23.24=3.89KN/mb)活荷载标准值： qk2.0KN/m2 其设计值：q=1.42.0=2.8 KN/m2g+q/2=3.89+2.8/2=5.29 KN/m2 q/2=2.8/2=1.4 KN/m2g+q=3.89+2.8=6.69 KN/m22）：弯矩计算： 跨中最大正弯矩为内支座固定时，在g+q/2作用下的跨中弯矩值与当内支座铰支时，在q/2作用下的跨中弯矩值之和（此处并考虑泊松比=0.2的影响），支座最大负弯矩为当内支座固定时，在g+q作

31、用下弯矩值。按弹性理论计算弯矩 lo1/lo2=0.6 可查表得： =2.74KN.m =1.27 KN.m KN.m KN.m1） 截面设计：截面有效高度：假定选用HRB335级8钢筋，则lo1方向跨中截面的ho1=100-15-4=81mm，lo2方向跨中截面的ho2=81-8=73mm，支座截面的ho=81mm截面设计用弯矩，楼盖四周有圈梁，不进行折减为方便计算，近似取s=0.95 As=M/(0.95fyh0)截面配筋计算 项目截面h0M(KN.M)As(mm2)配筋实有(mm2)跨中Lo1方向812.7411698150251Lo2方向731.2787 8150 251支座F-F,G

32、-G81-3.44 213 8150251F-G81-4.61 285 8150 251所有配筋经验算minbh=0.20%1000100=200mm2 满足最小配筋要求第九章、现浇板式楼梯计算梯段长 27011=2970mm3000mm，采用现浇板式楼梯。选用材料：混凝土：采用C30（fc=14.3N/mm2）钢筋：当d12mm 采用级钢筋（HRB335）（fy=300N/mm2） 当d12mm 采用级钢筋（HPB235）（fy=210N/mm2）活荷载标准值：查荷载规范得 qk=2.0KN/m21、梯段板设计取板厚h=100mm，大概为板斜长的1/30，则楼梯斜板倾斜角：tg=150/270=0.56，cos=0.874，取1m宽板带计算。（1）荷载计算荷 载 种 类 荷载标准值（KN/M） 恒荷载水磨石面层（0.3+0.15）0.65/0.3=0.98三角形踏步0.30.150.525/0.3=1.88混凝土斜板0.1225/0.894=3.36板底抹灰0.0217/0.894=0.38小 计6.6活 荷 载 3.5故组合设计值：p=1.2gk +1.4qk=1.26.6+1.43.5=12.82KN/m（2）截面设计：板的水平计算跨度： Ln=3000mm板跨中弯矩设计值： M=pln2/10=0.1x12.8232/10=11.538KN.