五层框架教学楼计算书.doc

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1、符 号 混凝土弹性模量； N轴向力设计值；M弯矩设计值；V剪力设计值；A构件截面面积；I截面惯性矩；永久荷载标准值；可变荷载标准值；永久荷载分项系数；可变荷载分项系数；结构总水平地震作用标准值；地震时结构的重力荷载代表值、等效总重力荷载代表值；T结构自振周期；承载力抗震调整系数；构件长细比；地基承载力特征值；风荷载标准值；结构顶部附加水平地震作用标准值；楼层层间位移；e偏心距；箍筋面积；B结构迎风面宽度；截面有效高度；受拉区、受压区纵筋面积。第1章 绪 论1.1工程背景该项目位于市长安区，五层钢筋混凝土框架结构体系，总建筑面积约为4969m2；首层层高为3.9m，其余每层层高为3.6 m,本工

2、程作为教学楼使用。室地坪为0.000m，室外高差0.45m。框架梁、柱、屋面板板均为现浇。1.1.1 设计资料1、气象资料基本雪压，基本风压，地面粗糙程度为B 类。常年地下水位于地表下6m，水质对混凝土无侵蚀性。1）、气温：最热月为7月份，平均气温为27，极端最高气温为40；最冷月为1月份，平均气温为9，极端最低气温为18。2）、降水：年降水量634mm，日最大降水量92mm，1h最大降雨量为56mm。基本雪压。3）、主导风向：西风和西北风，基本风压为0.45kN/，地面粗糙度为B类。2 ,地质条件 地表下黄土分布厚度大于15m，垂直及水平分布较均匀，为可塑性状态、中等压缩性、弱湿陷性，属I级

3、非自重湿陷性黄土地基。土的重度为19kN/mm2。土壤最大冻结深度为0.5m。常年地下水位于地表下6m，水质对混凝土无侵蚀性。1）、地基土的湿陷性：拟建场地土为非自重湿陷性黄土，地基湿陷性等级为级。2）、不良地质现象：在拟建场地未发现不良地质现象破坏痕迹，可以建筑。3）、地基土的承载力标准值：黄土状土为165KPa；4）、场地的地震效应：场地土类型属中硬场地土，建筑场地类别为类，场地特征周期为0.3s。设计地震动参数。由于地下水位深度大于12m。因此，地面下12m深度围存在的沙土可不考虑液化影响。5）、建筑地基处理方案的建议：黄土状土适于做持力层，但其承载力较低，应进行地基处理，建议采用灰土垫

4、层法或砂石垫层法，厚度不宜小于2m。3、 地震设防烈度 抗震设防烈度为8度。1.1.2 材料1. 混凝土：梁柱板均使用C40混凝土。2. 钢筋：梁柱纵筋采用HRB400，箍筋采用HRB300，板采用HRB335。3. 墙体：a. 外纵墙采用240厚粘土空心砖（15KN/m3），一侧墙体为水刷石墙面（0.5KN/）,一侧为20厚抹灰（17KN/）；b. 隔墙采用200厚粘土空心砖（15KN/m3）,两侧均为20mm厚抹灰。c. 卫生间隔墙做法同墙。d. 女儿墙采用100厚混凝土板（25KN/m2）4. 窗：均为铝合金窗（0.40KN/m2）5. 门：除大门为玻璃门（0.45KN/m2），其余均为

5、木门(0.2KN/m2).6、屋面及楼面做法：屋面做法：30mm厚细石混凝土保护层SBS改性沥青20mm厚砂浆找平层150mm厚水泥蛭石保温层120mm厚钢筋混凝土板V型轻钢龙骨吊顶楼面做法：瓷砖地面（包括水泥粗砂打底）100厚混凝土楼板V型轻钢龙骨吊顶1.2工程特点该工程为五层，建筑物抗震设防烈度8度，耐久性年限为二级（50100年）；耐火等级为二级，主体高度为18.3米，框架结构，不上人屋面。1.3 施工条件1. 地形：建设场地平坦，道路通畅，水、电附近可以接通；2. 施工单位技术力量和机械化水平均较高。第2章 结构布置及计算简图2.1 结构布置及梁,柱截面尺寸的初选2.1.1梁柱截面尺寸

6、初选 主体结构共5层，首层层高为3.9m，层高均为3.6m，门窗详见门窗表，楼层屋盖均为现浇钢筋砼结构。屋面板板厚取120mm，楼面板板厚取100 mm：1.梁截面尺寸的估算：（1）.AD跨：a.边横梁：L=7200h=(1/121/8)7200=600900 取h=700mmb=(1/31/2)H=(1/31/2)700=233350 取b=250mm故框架横纵梁的截面尺寸为bh=250600b.中横梁：L=3000 h=(1/121/8)3000=250375考虑变截面的影响 取h=450mmb=(1/31/2)H=(1/31/2)450=150225 取b=250m故框架次梁的截面尺寸为

7、bh=250450(20.1-17跨：纵梁：L=3300h=(1/121/8)3300=275413 取h=500mmb=(1/31/2)H=(1/31/2)500=417250 取b=250m故框架梁的截面尺寸为bh=2505002、柱截面尺寸的估算 初选：首层选取柱截面尺寸为500500，其余各层为400400.2.1.2 结构布置如图2-1 所示：图2-1 结构平面布置图注：梁的尺寸：L1=250700, L2=250500,L3=250450边柱、柱的尺寸首层选取柱截面尺寸为500500，其余各层为400400.注：室内外高差0.45m,基础埋深1.5m，肋梁高1.0m，底层柱高度从机

8、场顶面算至一层板底，及h=3.9+0.45+1.5-1.0-0.1=4.75m。2.2框架结构的计算简图图2-2框架结构梁，柱尺寸第3章 重力荷载代表值的计算3.1荷载计算3.1.1屋面及楼面恒荷载计算一、 屋面均布恒载标准值屋面做法：30mm厚细石混凝土保护层 220.33=0.66 kN/ m2SBS改性沥青 0.2 kN/ m220mm厚砂浆找平层 200.02=0.4 kN/ m2150mm厚水泥蛭石保温层 50.15=0.75kN/ m2120mm厚钢筋混凝土板 250.12=3.0 kN/ m2V型轻钢龙骨吊顶 0.25 kN/ m2共计 5.26 kN/ m2二、 楼面均布恒载标

9、准值楼面做法：瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 0.55 kN/ m2100厚混凝土楼板 250.1=2.5 kN/ m2V型轻钢龙骨吊顶 0.25 kN/ m2共计 3.3 kN/ m23.1.2屋面及楼面可变荷载值标准值1. 根据荷载规查得 ：不上人屋面：0.5KN/楼 面：2.0KN/(教学楼楼)走廊、楼梯: 2.5KN/厕 所：2.0KN/2.雪荷载（屋面坡度不大于25度时）Sk=1.00.2 KN/=0.2 KN/屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者取大者。3.1.3梁，柱，墙，门窗重力荷载标准值的计算一梁柱重力荷载标准值计算 见表3-1表3-1层数构件b/mh/mr kN/ m3gkN/

10、 mLimn1纵梁0.250.50251.053.2812.868边横梁0.250.70251.054.5946.736中横梁0.250.45251.052.9532.518柱0.500.50251.106.8754.75722-4纵梁0.250.50251.053.2812.968边横梁0.250.70251.054.5946.836中横梁0.250.45251.052.9532.618柱0.400.40251.104.4003.672注：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表示单位长度构件重力荷载；n表示构件数量。梁长取净长，柱长取层高。二、墙、门、窗重力荷载标准值

11、计算1. 墙体：a. 外纵墙采用240厚粘土空心砖（15KN/m3），一侧墙体为水刷石墙面（0.5KN/）,一侧为20厚抹灰（17KN/）； 0.5150.24+170.02=4.44 kN/ m2b. 隔墙采用200厚粘土空心砖（15KN/m3）,两侧均为20mm厚抹灰。15+0.24+170.022=4.28 kN/ m2c. 卫生间隔墙做法同墙。d. 女儿墙采用100厚混凝土板（25KN/m2）250.1=2.5 kN/ m22. 窗：均为铝合金窗（0.40KN/m2）3. 门：除大门为玻璃门（0.45KN/m2），其余均为木门(0.2KN/m2).第4章 框架结构侧移刚度计算4.1 梁

12、线刚度在计算梁线刚度时，考虑楼板对梁刚度的有利影响，即板作为翼缘工作。在工程上，为简化计算，通常梁均先按矩形截面计算某惯性矩I0，然后乘以增大系数:中框架梁I=2.0I0 边框架梁I=1.5I0梁采用C40混凝土，EC=3.25107kN/m2 (m4) (4-1)KB单位：kNm横向框架： 表4-1 框架梁线刚度计算部位截 面m2跨度m截 面惯 性 矩边 框 架中 框 架I=1.5I0KB=EI/LI=2.0I0KB=EI/L边跨0.250.77.24.1461010.719104.8391014.292106.45210中跨0.250.43.01.898102.847103.084103.

13、796104.112104.2 柱线刚度柱采用C40混凝土 Ec=3.25107kN/M2，首层高度4.75m,2-5层3.6m。例如首层柱截面：500 mm500mm 则 I1-4=I0=5.20810-3m4 (4-2)表4-2柱的线刚度计算层次层高bhEc/KN/M2Ic(m4)Kc=2-53.6m4004003.25102.133101.9261014.75m5005003.25105.208103.563104.3 柱的侧移刚度D一般层： = D= （4-3）首层： = D= （4-4）表4-3边框架柱子的侧移刚度部位层高M柱子刚度边跨梁线刚度中跨梁线刚度边 框 架 边 柱C1（4根

14、）边 框 架 中 柱C2 （4根）K11DC1K22DC22-53.61926048390308402.5130.55799334.1140.6731200214.753563048390308401.3580.553104792.2240.64512223表4-4中框架柱子的侧移刚度部位层高M柱子刚度边跨梁线刚中跨梁a线刚中 框 架 边 柱C1（14根）中 框 架 中 柱C2（14根）K11DC3K22DC42-53.61926064520411203.3500.626111645.4850.7331307214.753563064520411201.8110.606114842.9650.

15、698132274.4 层间侧移刚度的计算表4-5 层间侧移刚度部 位各 层 柱 子 侧 移 刚 度层 间 刚 度DC1DC2DC3DC4Di2-5397324800835724841830486329214191648892367488423264881560D1/D2=881560/863292 =1.020.7 满足要求第5章 横向水平荷载作用下框架力和侧移计算5.1 水平地震作用下重力荷载代表值计算第五层的重力荷载代表值:五层上半层女 儿 墙：（17.64+56.34）2-0.140.32.5=110.67kN屋 面： 17.6456.34=993.838 m2 0.320.324+0

16、.320.436+0.40.432=10.138 m2 （993.838-10.138）5.26=5174.262 kN纵 梁： 2.93.28168=647.013kN 边 横 梁： 6.84.59236=1124.856kN 走廊横梁： 2.62.95318=138.200kN柱 子： 4.472=570.24kN 外 墙： （56.1-0.417）2（3.6/2-0.5）4.44+（7.2-0.4）（3.6/2-0.7）44.44+（3-0.4）（3.6/2-0.45）24.44=733.133kN 纵 墙： （3.3-0.4）30（- 0.5）4.28=484.068kN 横 墙： （

17、7.2-0.4）14（- 0.7）4.28=448.202kN外墙窗洞： -(- 0.5)2.4264.44-(- 0.45)2.124.44= -385.348kN外 墙 窗： (- 0.5)2.4260.4+ (- 0.45) 2.120.4=34.716kN 门 洞： -(2.1- ）0.9244.28=- 27.734kN 门： （2.1- ）0.9240.2=1.08kN9053.358KN五层下半层柱 子：4.472=570.24kN外 墙：（147.96-400.4）4.44=1054.624kN 纵 墙：（3.3-0.4）304.28=670.248kN 横 墙：（7.2-0.

18、4）144.28=733.421kN外墙窗洞：a、教室：-（2.1-3.6/2+0.5）2.4264.44= - 221.645kN b、走廊：-（2.1-+0.45）2.44.442= -15.984kN c、厕所：-0.60.94.4410= -23.976kN d、楼梯：-1.22.444.44= -51.149kN-312.754KN外 墙 窗: 0.9244.28=16.641kN 门 洞：312.754/4.440.4 = -28.176kN 门： 0.92020.2=6.48kN2733.794KN24层的重力荷载代表值:四层上半层楼 面：993.838-(0.320.328+0

19、.320.430+0.40.432-0.20.42-0.20.084)-93.1103.3=2940.869kN纵 梁： 2.93.28168=647.013kN 边 横 梁： 6.84.59236=1124.856kN 走廊横梁： 2.62.95318=138.200kN柱 子： 4.472=570.24kN 外 墙： （56.1-0.417）2（3.6/2-0.5）4.44+（7.2-0.4）（3.6/2-0.7）44.44+（3-0.4）（3.6/2-0.45）24.44=733.133kN 纵 墙： （3.3-0.4）30（- 0.5）4.28=484.068kN 横 墙： （7.2-

20、0.4）14（- 0.7）4.28=448.202kN外墙窗洞： -(- 0.5)2.4264.44-(- 0.45)2.124.44= -385.348kN外 墙 窗： (- 0.5)2.4260.4+ (- 0.45) 2.120.4=34.716kN 门 洞： -(2.1- ）0.9244.28=- 27.734kN 门： （2.1- ）0.9240.2=1.08kN6709.295KN四层下半层柱 子：4.472=570.24kN外 墙：（147.96-400.4）4.44=1054.624kN 纵 墙：（3.3-0.4）304.28=670.248kN 横 墙：（7.2-0.4）14

21、4.28=733.421kN外墙窗洞：a、教室：-（2.1-3.6/2+0.5）2.4264.44= - 221.645kN b、走廊：-（2.1-+0.45）2.44.442= -15.984kN c、厕所：-0.60.94.4410= -23.976kN d、楼梯：-1.22.444.44= -51.149kN-312.754KN外 墙 窗: 0.9244.28=16.641kN 门 洞：312.754/4.440.4 = -28.176kN 门： 0.92020.2=6.48kN2733.794KN三层上半层等于四层上半层为：6709.295KN三层下半层等于四层下半层为：2733.79

22、4KN二层上半层等于三层上半层为：6709.295KN二层下半层等于三层下半层为：2733.794KN一层上半层楼 面：993.838-(0.370.378+0.370.530+0.50.532-0.250.52-0.250.134)-93.1103.3=2925.326kN纵 梁： 2.83.28168=624.702kN 边 横 梁： 6.74.59236=1108.073kN 走廊横梁： 2.52.95318=132.885kN柱 子： 6.87572=1175.625kN 外 墙： （56.1-0.517）2（4.75/2-0.5）4.44+（7.2-0.5）（4.75/2-0.7）4

23、4.44+（3-0.5）（4.75/2-0.45）24.44=1034.587kN 纵 墙： （3.3-0.5）27（- 0.5）4.28=606.69kN 横 墙： （7.2-0.5）14（- 0.7）4.28=672.452kN外墙门、窗洞： a、教室：-(-1.0)2.4234.44= -336.996kN b、厕所：-0.60.9104.44=-23.976kN c、正面与侧面：-（-1.5）2.434.44-(-1.8) 24.44=-37.163KN外 墙 门、窗：360.972/4.440.4+37.1630.2/4.44=34.194kN 门 洞： -( -1.8）0.9224

24、.28=- 48.728kN 门： （-1.8）0.9180.2=1.863kN雨 篷: 9.91.50.125+31.20.1252=55.125 kN7926.639KN楼梯：正楼梯（梁板式），侧楼梯（板式）； 按140mm板厚计算：0.1425=3.5kN/ m2 正楼梯:：9.97.23.5=249.48KN 1/2249.48=124.74KN侧楼梯：3.37.23.5=83.16KN 1/283.16=41.58KN则恒载+0.5活载：=9053.358+0.50.5(56.117.4)=9297.393 kN2733.794+6709.295+0.52.0(3.37.226+3.

25、37.230)+2.5(3.37.24+356.1)+124.74+41.58=11693.359kN2733.794+6709.295+0.52.0(3.37.226+3.37.230)+2.5(3.37.24+356.1)+249.48+83.16 =11859.679kN2733.794+6709.295+0.52.0(3.37.226+3.37.230)+2.5(3.37.24+356.1)+ 249.48+83.16 =11859.679kN2733.794+7926.639+0.52.0(3.37.226+3.37.230)+2.5(3.37.24+356.1)+ 249.48+8

26、3.16 =13077.023KN 图5-1 框架简图及各质点重力荷载代表值5.2 水平地震作用下框架力和侧移的计算5.2.1 水平地震力作用下框架的侧移验算按顶点位移法计算框架的自振周期顶点位移法是求结构基本频率的一种近似方法。将结构按质量分布情况简化为无限质点的悬臂直杆，导出以直杆顶点位移表示的基频公式。这样，只要求出结构的顶点水平位移，就可以按下式求得结构的基本周期：结构顶点假想位移可以由下列公式计算，计算过程，如表5-4： （5-1） （5-2） （5-3） （5-4）式中：基本周期调整系数。考虑填充墙对框架自振周期影响的折减系数，框架结构取0.60.7，该框架取0.7。：框架结构的顶

27、点假想位移。在未求出框架的周期前，无法求出框架的地震力及位移，是将框架的重力荷载视为水平作用力，求得的假想框架顶点位移。然后由求出，再用求出框架结构的底部剪力。进而求出框架各层剪力和结构真正的位移。：第i层第j跟柱的抗侧移刚度；表5-1 横向框架顶点位移计算层次Gi(KN)VaiDiUiUi59297.3939297.3938632920.01080.1906.411693.35920990.7528632920.02430.1798311859.67932850.4318632920.03810.1555211859.67944710.1108632920.05180.1174113077.

28、02357787.1338815600.06560.0656按公式（54）计算基本周期T,其中Ut量纲为m，取 T1=1.70.70.19060.5 =0.520s5.2.2 横向地震作用计算: 根据建筑设计抗震规（GB500112001）第5.1.2条规定，对于高度不超过40米，以剪切变形为主，且质量和刚度沿着高度方向分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可以采用底部剪力法等简化方法计算抗震作用。因此本框架采用底部剪力法计算抗震作用。在类场地，8度设防区，设计地震分组为第二组情况下，由建筑设计抗震规（GB500112001）表5.1.41和表5.1.42可查得：结构的特征周期和水平

29、地震影响系数最大值（8度）为：=0.30s =0.16(1).结构总水平地震作用标准计算： (5-5) (5-6) (5-6)式中： 结构基本自振周期的水平地震影响系数值；：结构等效总重力荷载，多质点可取总重力荷载代表值的85；：顶部附加水平地震作用；： 顶部附加地震作用系数；：结构总水平地震作用标准值；：分别为质点i,j的计算高度；因为T1=0.5201.40.30=0.42s ，所以考虑顶部附加水平地震作用，其附加地震作用为：=0.080.52+0.07=0.1116Tg T1 5 Tg 故=()0.90.16所以对于多质点体系，结构底部纵向水平地震作用标准值：FEK=()0.9max0.

30、85 (5-7)=()0.90.080.8557787.133=4790.45KN顶点附加地震作用为:=0.11164790.45=534.614KN各质点的水平地震作用按公式（56）计算： =4255.836 各楼层地震剪力按: 计算。各质点横向水平地震作用，各楼层地震剪力及楼层间位移计算表表5-2 各层地震作用及楼层地震剪力 层hiHiGiGiHiGiHi/GiHiFiVi53.619.159297.393178045.0760.2691144.8201679.43443.615.5511693.359181831.7330.2741166.0992845.53333.611.951185

31、9.679141723.1640.214910.7493756.28223.68.3511859.67999028.2300.149634.1204390.40214.754.7513077.02362115.8590.094400.0494790.451表5-3 层间位移和顶点位移层Vi(kN)hi(m)Di(kN/m)uei=Vi/Di(m)uei/ hi51679.4343.68632920.00191/189542845.5333.68632920.00331/109133756.2823.68632920.00441/81824390.4023.68632920.00511/7061

32、4790.4514.758815600.00541/880最大位移发生在第二层，其楼层最大位移与楼层高之比：=1/706=1/550，小于建筑设计抗震规（GB500112001）第5.5.1条规定的位移极限值=1/550满足弹性位移要求。 水平地震作用下剪力图 图5-2 水平地震作用下的剪力图水平地震作用下力计算1、 水平地震作用下框架柱剪力和柱弯矩将层间剪力分配到该层的各个柱子，即求出柱子的剪力，再由柱子的剪力和反弯点高度来求柱上、下端的弯矩。柱端剪力按下式来计算： （5-8）柱上、下端弯矩按下式来计算： （5-9） （5-10） （5-11）反弯点到柱下端结点的距离，即反弯点高度。标准反弯

33、点高度比。上下横粱线刚度比对标准反弯点高度比的修正系数。上层层高变化修正值。下层层高变化修正值。根据框架总层数，该柱所在层数和梁柱线刚度比查表得。 本例中底层柱只需考虑修正值，第二层柱需考虑修正值和，其余柱均无修正。运用查表、线性插法。表5-4 边柱（中框）层h(m)y0y1y2y3Y53.63.3500.450.0000.0000.0001.6243.63.3500.450.0000.0000.0001.6233.63.3500.500.0000.0000.0001.8023.63.3500.500.0000.0000.0001.8014.751.8110.650.0000.0000.000

34、3.09表5-5 中柱（中框）层h(m)y0y1y2y3Y53.65.4850.450.0000.0000.0001.6243.65.4850.500.0000.0000.0001.8033.65.4850.500.0000.0000.0001.8023.65.4850.500.0000.0000.0001.8014.752.9650.550.0000.0000.0002.613表5-6 边柱（中框）层H(m)Di(kN/m)D(kN/mD/DiVi(kN)Vik(kN)YM下（kNm）M上(kNm)53.6863292111640.01291679.43421.721. 6235.18643

35、.00643.6863292111640.01292845.53336.801.6259.61672.86433.6863292111640.01293756.28248.581.8087.44487.44423.6863292111640.01294390.40256.781.80102.204102.20414.75881560114840.01304790.45162.403.09192.816103.584表5-7 中柱（中框）层H(m)Di(kN/m)D(kN/m)D/DiVi(kN)Vik(kN)YM下（kNm）M上(kNm)53.6863292130720.01511679.43

36、425.431.6241.19750.35143.6863292130720.01512845.53343.091.8077.56277.56233.6863292130720.01513756.28256.881.80102.384102.38423.6863292130720.01514390.40266.481.80119.664119.66414.75881560132270.01504790.45171.882.613187.822153.608 2、水平地震作用下梁端弯矩计算 根据节点平衡由柱端弯矩求得梁轴线处弯矩（计算过程：根据节点平衡由柱端弯矩求得梁轴线处弯矩） B1= KB1/(KB1+KB2) （5-12） MB1=(MC上+MC下)B1 （5-13） B2= KB2/(KB1+KB2) （5-14） MB2=(MC上+MC下)B2 （5-15）表5-8 水平地震作用下梁端弯矩层A轴B轴MC上MC下B1MABMC上MC下B1B2MBAMBC50.0043.01143.010.0050.3510.610.3930.71419.637435.1972.861108.0541.19777.5620