教学楼结构设计计算书.docx

《教学楼结构设计计算书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《教学楼结构设计计算书.docx（140页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、教学楼结构设计计算书XX市XX区某教学楼 结 构 设 计 计 算 书 专业：土木工程 姓名：XXX 学号：XXXXX 指导教师：XX XXXXX大学 xx建筑大学 土木升本 xxxxx学号目 录 引 言 . 1 结构设计计算书. 2 1 设计资料 . 2 1.1 工程名称 . 2 1.2 工程概况 . 2 1.3 设计资料 . 2 2 结构布置及计算简图 . 3 2.1 结构布置 . 3 2.2 计算单元选取 . 3 2.3 梁柱截面尺寸的确定 . 4 2.4 板厚的确定 . 5 3 恒载计算 . 6 3.1 屋面荷载标准值 . 6 3.2 楼面荷载标准值 . 6 3.3 框架梁柱荷载标准值

2、. 6 3.4 填充墙荷载标准值： . 7 3.5 门窗荷载标准值 . 7 4 活荷载计算 . 7 5 楼层荷载汇总 . 7 5.1 顶层荷载 . 7 5.2 二四层荷载 . 9 5.3 一层荷载 . 9 6 地震作用 . 10 6.1 横向框架侧移刚度计算 . 10 6.2 横向框架自振周期计算 . 12 6.3 横向框架水平地震作用 . 13 6.4 变形验算 . 14 xx建筑大学 土木升本 xxxx学号 6.5 横向框架9轴柱端弯矩计算 . 16 6.6 地震作用下的内力分析 . 16 7 竖向荷载作用下横向框架内力计算 . 19 7.1 计算单元 . 19 7.2 荷载计算 . 19

3、 7.3 各层结点弯矩计算 . 21 7.4 梁柱线刚度比 . 22 7.5 横向框架的弯矩用二次分配法进行弯矩分配 . 23 8 横向框架内力组合 . 36 8.1 弯矩调幅 . 36 8.2 内力组合 . 38 9 截面设计 . 47 9.1 框架梁 . 47 9.2 框架柱 . 52 9.3 现浇板 . 61 9.4 次梁 . 64 10 地基基础设计 . 67 10.1 地基变形验算 . 67 10.2 柱下基础设计 . 67 结 论 . 74 致 谢 . 75 参考文献 . 76 xx建筑大学 土木升本 xxxx学号 引 言 土木工程专业的毕业设计教学过程，是我们在毕业前最后学习和综

4、合训练过程，是深化、拓宽、综合学习的重要过程，它提高了我们的综合素质，对工程实践能力和创新能力都起到了非常重要的作用。 本次毕业设计是按照学校的教学计划进行的，根据设计任务书的要求，我们此次设计的课题为教学楼设计，是我们非常熟悉的民用公共建筑。我所设计的高校教学楼，五层框架结构，本篇计算书是按照设计任务书的要求对所设计的结构做了一些基本计算，包括框架结构设计计算、基础计算、现浇板计算以几个主要部分。由于时间有限，计算中我们只选择有代表性的一榀框架以及有代表性的一些构件进行计算，其他的相互参考。 毕业设计的二个月里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、论文撰写以及外文的翻译，加深了对新规

5、范、规程、手册等相关内容的理解。巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。在进行内力组合的计算时，进一步了解了Excel。在绘图时熟练掌握了AutoCAD，以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。 由于我的水平、经验有限，其中的问题和不妥之处，敬请老师批评指正，我一定会虚心接受，在此表示衷心感谢！ 1 xx建筑大学 土木升本 xxxxx学号结构设计计算书 1 设计资料 1.1 工程名称 xx区某教学楼 1.2 工程概况 本建筑采用的是现浇混凝土框架结构，建筑总高度20.15米，层数为5层。一层层高为4.5m，二五层高为3.6m，室内外高差为0.9m，平屋顶。 1.3 设计资料

6、1、基本风压：0.45KN/m 2、基本雪压：0.40KN/m，雪荷载准永久值分区为区。 3、地震烈度：8度，设计基本地震加速度为0.20g，类场地，设计地震分组为第一组。 4、地面粗糙度类别： B类。 5、地质资料：本工程不考虑地下水的影响。 2 xx建筑大学 土木升本 xxxxx学号2 结构布置及计算简图 2.1 结构布置 图2-1 结构布置图 2.2 计算单元选取 9轴线一榀由于本设计为一简单矩形三跨框架结构，计算单元取中跨横向框架框架，如图2-2所示，其计算简图如图2-3。底层柱高取4500mm。 图22 计算单元 3 xx建筑大学 土木升本 xxxxx学号图2-3 计算简图 2.3

7、梁柱截面尺寸的确定 2.3.1 梁截面尺寸 1、主梁： AB跨：梁高h=(11218)L=500750mm；取600 梁宽b=(1312)h=200300mm；取250 BC跨：梁高(11218)L=200300mm 根据实际情况及刚度要求，综合考虑多种因素取500 梁宽取 250 mm 故主梁截面尺寸：600250，500250 。 2、次梁： 跨：梁高(11218)L=375562mm；取500 梁宽b=(1312)h=167250mm；取250 故次梁截面尺寸： 500250 。 2.3.2 柱截面尺寸的确定 1、按底层确定柱截面尺寸，底层柱高H=4500。 2、b=(120115)h=

8、225300mm。 3、初步选定柱的截面尺寸 、该建筑采用全现浇结构，混凝土强度等级取C30， fc=14.3Nmm2,ft=1.43Nmm2。 边柱负荷面积：F=64.52=13.5 m2 中柱负荷面积：F=6/2=20.25 m2 4 xx建筑大学 土木升本 xxxxx学号、确定柱截面尺寸： 柱轴压比限制： n=N fcAc2 估算 N1020 KNA/m 教学楼一般取N12KN/ 又因为本设计抗震等级为三级，框架结构所以 n = 0.9 12103613.51062=75524.48mm、一层边柱： AC= 0.914.310612103620.25106=113286.71mm2 、一

9、层中柱：AC=60.914.310故取500mm，初步选定柱截面尺寸为：500mm500mm。 2.4 板厚的确定 规范规定单向板中民用建筑楼板的最小厚度厚取60mm ，故本设计取板厚120mm。 5 xx建筑大学 土木升本 xxxxx学号3 恒载计算 3.1 屋面荷载标准值 40厚C20细石混凝土保护层： 0.042=52 1.KN00m10厚1:4石灰砂浆隔离层： 0.0117=0.17KNm2 30厚C20细石混凝土找平层： 0.0324=0.72KNm2 50厚挤塑保温板： 0.051.13=0.06KNm2 15厚水泥砂浆找平： 0.01520=0.30KNm2 222=5K3.N0

10、m120厚现浇钢筋混凝土板： 0.1 板底抹灰平顶： 0.184KNm2 合计： 5.43KNm2 3.2 楼面荷载标准值 10厚地砖： 0.011=85厚1：1水泥砂浆粘结层： 0.005=2030厚水泥砂浆结合层： 0.032=02 0.KN18m2 K0.N10m2 0.KN60m2120厚现浇钢筋混凝土屋面板： 0.1 22=5K3.N0m板底抹灰平顶： 0.184KNm2 合计： 4.06KN/m 23.3 框架梁柱荷载标准值 3.3.1 梁自重 主梁(600250)：0.60.2525=3.75KN/m 4.08KN/m 梁侧粉刷：(0.6-0.12)0.02172=0.326KN

11、m 主梁：0.600.2525=3.75 KN/m 总：4.08KN/m 梁侧粉刷:(0.60-0.12)0.02172=0.326 KN/m 次梁：0.500.2525=3.125 KN/m 总：3.38 KN/m6 xx建筑大学 土木升本 xxxxx学号 梁侧粉刷:(0.50-0.12)0.02172=0.258 KN/m 合计： 11.54KN/m 柱自重： 柱：0.500.5025=6.25 KN/m 总：6.93 KN/m 柱侧粉刷:40.020.517 =0.68 KN/m 合计： 6.93 KN/m3.4 填充墙荷载标准值： 外墙单位墙体自重：0.2419+0.02172=5.2

12、4KNm2 合计： 5.24KNm2 内墙单位墙体自重：0.1519+0.02172=3.53KNm2 合计： 3.53KNm2 按照任务书所给定的隔墙按恒载摊到楼面取2.0KN/。 3.5 门窗荷载标准值 铝合金玻璃窗取0.4KNm2，木门取0.2KNm2，铝合金门取0.4KNm2，木框玻璃窗取0.2KNm2。 4 活荷载计算 上人屋面活荷载为2.0KNm2，雪荷载标准值为0.5KNm2，按规范屋面活载取荷0.5KNm2。卫生间活荷载为2.0KNm2，楼面活荷载为2.0KNm2。 5 楼层荷载汇总 计算各层总重力荷载代表值，恒载取50%，各层重力荷载集中于楼屋盖标高处。 5.1 顶层荷载 女

13、儿墙自重： 0.24 19+0.02172=5.24 KN/m2 5.241.22=1370.78 KN 屋面自重：5.1=7150.66KN 7 xx建筑大学 土木升本 xxxxx学号柱自重：柱荷载净长根数 6.933.91040.5=1405.40 KN 梁荷载：梁荷载标准值净长根数 主梁： 4.08 52+3.38(2.4-0.5) 18+4.0894.12=2050.34 KN 次梁： 3.38 (6-0.25) 38=738.53KN 梁总荷载为：2050.34+738.53=2788.87 KN 顶层上半部分墙荷载： 外墙净长度：(94.1+14.9) 2-540.5=191m 顶

14、层上半部分外墙荷载： 5.24191(3.6-0.6)-2.42.136-1.52.16-1.22.14=1899.92KN 顶层上半部分内墙荷载： 内墙净面积：26+94.12(3.6-0.6)-(3.6-0.6) 0.544-0.92.440=841.2 m 2顶层上半部分内墙荷载：3.53841.2=2969.44 KN 门窗洞口总面积： C2421:(36个) 2.42.136=181.44m2 C1521:(6个) 1.52.16=18.9 m2 C1221:(4个) 1.22.14=10.08 m2 M0924:(40个) 0.92.440=86.4 m2 C：0.2=42.08K

15、N M：86.40.2=17.28 KN 故墙体总荷载： 0.5 =2434.68KN 门窗荷载： 0.5 =29.68KN 若隔墙摊到楼面按2KN/计算 94.114.92=2804.18KN。 与计算的墙体实际荷载基本相符。 恒载=1370.78+7150.66+1405.40+2788.87+2804.18=15519.89KN 按规范规定活载取雪荷载： 0.40=560.84KN 顶层重力荷载代表值：G515800.31KN。 8 xx建筑大学 土木升本 xxxxx学号5.2 二四层荷载 楼面荷载：4.06 =5485.52KN 柱自重： 6.933.688=2195.42KN 梁荷载

16、：(梁荷载标准值净长根数) 计算同顶层 梁总荷载：2788.87KN 门窗荷载含在墙体荷载内。 墙体荷载按照2KN/摊到楼面： 94.114.92=2804.18KN 楼梯荷载：4.330.15252+1.7430.1252+4.33.60.1525+1.973.6250.1=198.60KN 恒载=5485.52+2195.42+2788.87+2804.18+198.60=13472.59KN 楼梯活荷载：2.5KNm2 2卫生间、楼面活载:2.0KNm 五层重力荷载代表值： 2413472.59+0.52.5362+2.53.66+2.0=14889.08KN 5.3 一层荷载 楼面荷载

17、：5485.52KN 柱自重：6.93/21043639.64KN 梁总荷载：2788.87KN 墙体总荷载：2804.18KN 楼梯荷载：198.60KN 雨篷荷载： 252+8.41.74.5=124.74KN 恒载=15041.55KN 楼梯活荷载：2.5KNm2 卫生间、楼面活载:2.0KNm2 一层重力荷载代表值： G1=15041.55+0.52.5362+2.53.66+2.0 =16458.04KN 各层荷载代表值的图示如图 5-1： 9 xx建筑大学 土木升本 xxxxx学号图5-1 重力荷载代表值 k1+k23.3810102k=0.778102kc24.3410a=以三层

18、AD轴边柱为例 k0.778=0.280 2+k2+0.778120.2804.3410412D=akc2=11251H3.62其余见表6-46 地震作用 6.1 横向框架侧移刚度计算 表 6-1 二五层梁的线刚度 截面尺寸bh 弹性模量Ec惯性矩Ic=bh3/12跨度L线刚度边框架梁Kb=1.5i0 中框架梁Kb=2.0i0 i0=EcIc/L 250600 3.0104 3.0104 3.0104 4.5109 2.6109 4.5109 6000 2400 6000 2.251010 3.251010 2.251010 3.381010 4.881010 3.381010 4.50101

19、0 6.501010 4.501010 250500 250500 表 6-2 底层梁的线刚度 截面尺寸b弹性模量惯性矩跨度L线刚度边框架梁Kb=1.5i0 中框架梁Kb=2.0i0 h Ec Ic=bh3/12 i0=EcIc/L 10 xx建筑大学 土木升本 xxxxx学号250600 3.15104 4.50109 6000 3.15104 2.60109 2400 2.361010 3.411010 3.541010 5.121010 4.721010 6.821010 250500 250500 3.15104 2.60109 6000 1.371010 2.061010 2.741

20、010 表 6-3 柱子的线刚度 层次 截面尺寸bh 2弹性模E2惯性矩Ic=bh/12 43层高H(mm) 线刚度i0=EcIc/H 2-5 1 500500 500500 3.010 3.1510 445.2110 5.2110 993600 4500 4.3410 3.6510 1010表64 柱的侧移刚度D值计算 砼截面 层 次 强度 等级 A、D轴线边框架边柱 1 0.5*0.5 C35 3.15104 2-5 0.5*0.5 C30 4.5 3.6 5.21X10-3 5.21X10-3 截面惯性弹性模量 层高 矩 4I HKC(KN.m)aKC12H23.65104 4.3410

21、4 0.970 0.779 0.495 0.280 10707 11251 3.010 4B、C轴线边框架中柱 1 0.5*0.5 C35 3.15104 4.5 5.2110-33.65104 1.403 0.559 12091 2-5 0.5*0.5 C30 3.0104 3.6 5.2110-34.34104 1.124 0.360 14467 A、D轴线中框架边柱 1 0.5*0.5 C35 3.15104 4.5 5.21x10-3 3.65104 1.293 0.544 11766 11 xx建筑大学 土木升本 xxxxx学号2-5 0.5*0.5 C30 3.0104 3.6 5

22、.2110-34.34104 1.037 0.341 13703 B、C轴线中框架中柱 1 0.5*0.5 C35 3.15104 4.5 5.2110-33.65104 1.868 0.612 13237 2-5 0.5*0.5 C30 3.0104 3.6 5.2110-34.34104 1.498 0.428 17199 注：K=KbK0.5+K,a=中间层，a=底层。 KC2+K2+K表65 各层D值汇总 楼层序号 汇总D值 A、D轴线边框架边柱 B、C轴线边框架中柱 A、D轴线中框架边柱 B、C轴线中框架中柱 1 各柱D值根数 107074 120912 1176620 132372

23、0 567070 2-5 112514 144672 1370320 1719920 691978 D 6.2 横向框架自振周期计算 按顶点位移法计算，考虑填充墙对框架刚度的影响，取基本周期调整系数a0=0.6，计算公式为T1=1.7a0DT，式中DT为顶点位移按D值法计算，见表 6-6。 表 6-6 横向框架顶点位移计算 层次 5 4 3 2 1 G 15800.3 14889.08 14889.08 14889.08 16458.04 G 15800.3 30689.38 45578.46 60467.54 76925.58 Di 691978 691978 691978 691978 5

24、67070 i-i-1=G/Di(m) 0.0228 0.0444 0.0659 0.0874 0.1357 i(m) 0.3562 0.3334 0.2890 0.2231 0.1357 12 xx建筑大学 土木升本 xxxxx学号T1=1.70.60.3562=0.6s 相邻层间刚度的比值：567070/ 6919780.8190.7 故层间刚度符合要求 6.3 横向框架水平地震作用 地震作用按8度，设计基本地震加速度为0.20g的场地，设计地震分组为第一组，则T1=0.6s1.4Tg=1.40.35=0.56s，因TgT15Tg，总水平地震作用标准值即底部剪力Fek按下式计算： Gi=

25、1351.88 2222.18 2887.91 3348.72 3631.64 层间刚度Di 691978 691978 691978 691978 567070 Ui-Ui-1=Vi/Di 0.00195 0.00321 0.00417 0.00484 0.00640 0.0206 层高hi(m) 3.6 3.6 3.6 3.6 4.5 18.9 层间相对弹性转角 1/1846 1/1121 1/863 1/743 1/703 层间相对弹性转角均满足ee =1/550的要求 备注 从表可见最大层间弹性位移发生在第一层，其值为1/703 1/550 满足要求 14 xx建筑大学 土木升本 xx

26、xxx学号图61 层间剪力及位移示意图 15 xx建筑大学 土木升本 xxxxx学号6.5 横向框架9轴柱端弯矩计算 注：y值可根据工程结构抗震设计查附表4.1差值求的； Mt=VihDD(1-y);Mb=Vihy; DD9轴柱端弯矩计算 表6-10 横向框架层次 5 4 3 2 1 层次 5 4 3 2 1 h 3.6 3.6 3.6 3.6 4.5 h 3.6 3.6 3.6 3.6 4.5 Vi 1351.88 2222.18 2887.91 3348.72 3631.64 Vi 1351.88 2222.18 2887.91 3348.72 3631.64 层间刚度D 691978 6

27、91978 691978 691978 567070 层间刚度D 691978 691978 691978 691978 567070 D K D K A、D轴 y 1-y 0.65 0.55 0.55 0.50 0.36 Mt 62.64 87.13 113.23 Mb 33.73 71.29 92.65 13703 1.037 0.35 13703 1.037 0.45 13703 1.037 0.45 13703 1.037 0.50 11766 1.293 0.64 119.36 119.36 122.07 217.01 B、C轴 Y 1-y 0.63 0.55 0.53 0.50 0

28、.44 Mt 76.21 109.36 Mb 44.76 89.48 17199 1.498 0.37 17199 1.498 0.45 17199 1.498 0.47 17199 1.498 0.50 13237 1.868 0.56 136.95 121.45 149.82 149.82 167.85 213.63 6.6 地震作用下的内力分析 9轴横向框架分析，9轴柱端弯矩计算结果详见表 6-11，取地震作用下框架梁柱端弯矩、梁端剪力及柱轴力分别见下图。 求得柱端弯矩后可用节点平衡的方法求得梁端弯矩，公式如下： lrlibibMb+Mbrulrul M=lr(Mc+Mc);Mb=lr(

29、Mc+Mc);Vb=ib+ibib+ibllb以五层边柱AD轴为例：D13703Mt=Vi(1-y)h=1351.880.653.6=62.64KN.M D691978Mb=16 D13703Viyh=1351.880.353.6=33.73KN.MD691978xx建筑大学 土木升本 xxxxx学号表 6-11 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算见 层次 5 Mb 62.64 lA-B Mb -31.18 rB-C l 6 6 6 6 6 Vb 15.64 30.65 46.19 53.83 61.90 Mb 45.03 91.07 l柱轴力 l Vb A B -21.89 -67.13 -132.

30、44 -212.19 -306.72 Mb r-45.03 2.4 37.53 -15.64 -91.07 2.4 75.89 -46.29 4 120.86 -63.05 3 184.52 -92.63 2 212.01 -110.97 1 241.43 -129.96 以五层AB梁为例：133.80 -133.80 2.4 111.50 -92.48 160.30 -160.30 2.4 133.58 -146.31 187.71 -187.71 2.4 156.43 -208.21 iblulMb=l(M+MCc)=62.64KN.mrib+iblMbribr4.501010ul=l(M

31、C+Mc)=-76.21=-31.18KN.mr10ib+ib(4.50+6.50)10Vb=62.64+31.18=15.64KN 6ibl6.501010lulBC梁为例：Mb=l(MC+Mc)=76.21=45.03KN.mr10ib+ib(4.50+6.50)1045.03+45.03=37.53KN2.4Vb=17 xx建筑大学 土木升本 xxxxx学号 图62 地震作用下横向框架梁柱弯矩图 图63 地震作用下横向框架剪力图 图64 地震作用下横向框架轴力图18 xx建筑大学 土木升本 xxxxx学号7 竖向荷载作用下横向框架内力计算 7.1 计算单元 9轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为4.5m，如图7-1所示，由于房间布置有次梁， 取故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影线所示，计算单元范围内的楼面荷载先传递给次梁和纵向框架梁，再以集中力的形式传给框架，作用于各节点上，由于纵向框架的中线与柱的中心线不重合，因此在框架节点上还有集中力矩。 图71 计算单元及力的传递 7.2 荷载计算 7.2.1各层恒载计算 第五层：图7-2所示: 图72 五层梁上作用的恒载 女儿墙 5.244.51.2529.48KN 次梁自重AB CD间： 3.386=20.28KN 边框梁自重：4.084.5=18.36KN AB、CD跨均布荷载： 4.