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1、 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN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：XXXXXXX大学目 录引 言1结构设计计算书21 设计资料21.1 工程名称21.2 工程概况21.3 设计资料22 结构布置及计算简图32.1 结构布置32.2 计算单元选取32.3 梁柱截面尺寸的确定42.4 板厚的确定53 恒载计算63.1 屋面荷载标准值63.2 楼面荷载标准值63.3 框架梁柱荷载标准值63.4 填充墙荷载标准值：73.5 门窗荷载标准值74 活荷载计算75 楼层荷载汇总75.1 顶层
2、荷载75.2 二四层荷载95.3 一层荷载96 地震作用106.1 横向框架侧移刚度计算106.2 横向框架自振周期计算126.3 横向框架水平地震作用136.4 变形验算146.5 横向框架轴柱端弯矩计算166.6 地震作用下的内力分析167 竖向荷载作用下横向框架内力计算197.1 计算单元197.2 荷载计算197.3 各层结点弯矩计算217.4 梁柱线刚度比（弯矩分配系数）227.5 横向框架的弯矩用二次分配法进行弯矩分配238 横向框架内力组合348.1 弯矩调幅348.2 内力组合369 截面设计469.1 框架梁469.2 框架柱519.3 现浇板609.4 次梁6310 地基基
3、础设计6610.1 地基变形验算6610.2 柱下基础设计66结 论72致 谢73参考文献74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
4、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！ 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
5、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1、基本风压：0.45KN/m2、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 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轴线一榀框架，如图2-2所示，其计算简图如图2-3。底层柱高取4500mm。（注：底层地面做刚性面层并加基础梁与基础隔开，即底层柱高
6、取4500mm.）图22 计算单元图2-3 计算简图2.3 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250BC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=450
7、0。2、b=(120115)h=225300mm。3、初步选定柱的截面尺寸（1）、该建筑采用全现浇结构，混凝土强度等级取C30， 。边柱负荷面积：64.52=13.5 m2中柱负荷面积：F=6（4.5+2.25）/2=20.25 m2（2）、确定柱截面尺寸： 柱轴压比限制： 估算 N1020 KNA/ 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（3）、一层边柱： （4）、一层中柱：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。3 恒载计算3.1
8、 屋面荷载标准值40厚C20细石混凝土保护层： 10厚1:4石灰砂浆隔离层： 30厚C20细石混凝土找平层： 50厚挤塑保温板： 15厚水泥砂浆找平： 120厚现浇钢筋混凝土板： 板底抹灰平顶： 合计： 3.2 楼面荷载标准值10厚地砖： 5厚1：1水泥砂浆粘结层： 30厚水泥砂浆结合层： 120厚现浇钢筋混凝土屋面板： 板底抹灰平顶： 合计： 4.06KN/m23.3 框架梁柱荷载标准值3.3.1 梁自重（包括20mm厚抹灰） （1） 主梁（600250）：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
9、梁（500250）：0.500.2525=3.125 KN/m 总：3.38 KN/m 梁侧粉刷:(0.50-0.12)0.02172=0.258 KN/m合计： 11.54KN/m（2）柱自重：（包括20mm厚抹灰）柱：（500500）：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（包括20mm厚抹灰）：合计： 内墙单位墙体自重（包括20mm厚抹灰）：合计： 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（以钢框
10、玻璃窗计算）取，木门取，铝合金门取，木框玻璃窗取。4 活荷载计算上人屋面活荷载为，雪荷载标准值为，按规范屋面活载取荷。卫生间活荷载为，楼面活荷载为。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 顶层荷载女儿墙自重：（240厚墙砖女儿墙）0.24 19+0.02172=5.24 KN/m2 5.241.2（94.1+14.9）2=1370.78 KN屋面自重：5.1（94.114.9）=7150.66KN柱自重（包括粉刷）：6.933.91040.5=1405.40 KN梁荷载（包括粉刷）：主梁（包括粉刷）：4.08 （6-0.5）52+3.38
11、(2.4-0.5) 18+4.0894.12=2050.34 KN次梁（包括粉刷）：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：（3.6-0.6）（6-0.5）26+94.12(3.6-0.6)-(3.6-0.6) 0.544-0.92.440=841.2 m2顶层上半部分内墙荷载：3.53
12、841.2=2969.44 KN门窗洞口总面积： C2421:(36个) 2.42.136=181.44m2C1521:(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：（181.44+18.9+10.08）0.2=42.08KN M：86.40.2=17.28 KN 故墙体总荷载：0.5 （1899.92+2969.44）=2434.68KN门窗荷载：0.5 （42.08+17.28）=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
13、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（94.114.9）=560.84KN顶层重力荷载代表值：G5（15519.89+0.5560.84）15800.31KN。5.2 二四层荷载楼面荷载：4.06 （94.114.9-632-63.6）=5485.52KN 柱自重（包括粉刷）： 6.933.688=2195.42KN 梁荷载： 计算同顶层梁总荷载（包括粉刷）：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
14、：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：卫生间、楼面活载:五层重力荷载代表值：2413472.59+0.52.5362+2.53.66+2.0（94.114.9-57.6）=14889.08KN 5.3 一层荷载楼面荷载：5485.52KN柱自重（包括粉刷）：6.93（3.6+6.5）/21043639.64KN梁总荷载：2788.87KN（计算同顶层） 墙体总荷载：2804.18KN 楼梯荷载：19
15、8.60KN 雨篷荷载： 25（1.82.850.12+1.82.750.12）2+8.41.74.5=124.74KN 恒载=（5485.52+3639.64+2788.87+2804.18+198.60+124.74）=15041.55KN楼梯活荷载：卫生间、楼面活载: 一层重力荷载代表值： G1=15041.55+0.52.5362+2.53.66+2.0（94.114.9-57.6） =16458.04KN各层荷载代表值的图示如图 5-1：图5-1 重力荷载代表值以三层AD轴边柱为例 6 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（mm2）弹性模量Ec
16、（N/mm2）惯性矩Ic=bh3/12（mm4）跨度L（mm）线刚度i0=EcIc/L边框架梁Kb=1.5i0中框架梁Kb=2.0i0250600600025050024002505006000表 6-2 底层梁的线刚度截面尺寸bh（mm2）弹性模量Ec（N/mm2）惯性矩Ic=bh3/12（mm4）跨度L（mm）线刚度i0=EcIc/L边框架梁Kb=1.5i0中框架梁Kb=2.0i0250600600025050024002505006000表 6-3 柱子的线刚度层次截面尺寸bh（mm2）弹性模Ec（N/mm2）惯性矩Ic=bh3/12（mm4）层高H(mm)线刚度i0=EcIc/H2-5
17、5005003.05.2136004.3415005003.155.2145003.65表64 柱的侧移刚度D值计算层次截面砼强度等级弹性模量Ec（N/mm2）层高H（m）截面惯性矩线刚度aA、D轴线边框架边柱 10.5*0.5C354.55.21X10-30.9700.495107072-50.5*0.5C303.65.21X10-30.7790.28011251B、C轴线边框架中柱 10.5*0.5C354.51.4030.559120912-50.5*0.5C303.61.1240.36014467A、D轴线中框架边柱 10.5*0.5C354.55.21x10-31.2930.5441
18、17662-50.5*0.5C303.61.0370.34113703B、C轴线中框架中柱 10.5*0.5C354.51.8680.612132372-50.5*0.5C303.61.4980.42817199注：表65 各层D值汇总楼层序号12-5汇总D值各柱D值根数A、D轴线边框架边柱107074112514B、C轴线边框架中柱120912144672A、D轴线中框架边柱11766201370320B、C轴线中框架中柱132372017199205670706919786.2 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，计算公式为，式中为顶点位移
19、（单位为m）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G（KN）G（KN）Di i-i-1=G/Di(m)i(m)515800.315800.36919780.02280.3562414889.0830689.386919780.04440.3334314889.0845578.466919780.06590.2890214889.0860467.546919780.08740.2231116458.0476925.585670700.13570.1357 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
20、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，因，总水平地震作用标准值即底部剪力按下式计算： （15800.3+14889.08=76925.58KN =3631.60 由于，所以需要考虑顶部附加水平地震作用 顶部附加水平地震作用系数： 顶部附加水平地震作用：则质点i的水平地震作用为： 抗震验算时，结构各楼层的最小水平地震剪力标准值应符合因为 查表得剪力系数表 6-7 各层地震作用及楼层地震剪力层次hi(m)Hi(m)Gi(KN)GiHiGiHi/GiHiVi(KN)5.18.915800.302986260.333634211351.881351.884.15.
21、314889.082278030.25443421870.302222.183.11.714889.081742020.19463421665.732887.912.8.114889.081206020.13473421460.813348.721.54.516458.04740610.08273421282.923631.64表6-8 楼层的最小水平地震剪力标准值验算楼层序号Gi(KN)515800.3015800.300.016252.801351.88414889.0830689.380.016491.032222.18314889.0845578.460.016729.262887.9
22、1214889.0860467.540.016967.483348.72116458.0476925.580.0161230.813631.646.4 变形验算表 6-9 变形验算 层次层间剪力Vi（KN）层间刚度Di（KN）Ui-Ui-1=Vi/Di（m）层高hi(m)层间相对弹性转角备注51351.886919780.001953.61/1846层间相对弹性转角均满足ee =1/550的要求42222.186919780.003213.61/112132887.916919780.004173.61/86323348.726919780.004843.61/74313631.6456707
23、00.006404.51/7030.020618.9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 满足要求图61 层间剪力及位移示意图6.5 横向框架轴柱端弯矩计算注：y值可根据工程结构抗震设计查附表4.1差值求的； 表6-10 横向框架轴柱端弯矩计算 层次hVi层间刚度DA、D轴（边柱）DKy1-yMtMb53.61351.88691978137031.0370.350.6562.6433.7343.62222.18691978137031.0370.450.5587.1371.2933.62887.91691978137031.0370.450.55113.2392.
24、6523.63348.72691978137031.0370.500.50119.36119.3614.53631.64567070117661.2930.640.36122.07217.01层次hVi层间刚度DB、C轴（中柱）DKY1-yMtMb53.61351.88691978171991.4980.370.6376.2144.7643.62222.18691978171991.4980.450.55109.3689.4833.62887.91691978171991.4980.470.53136.95121.4523.63348.72691978171991.4980.500.50149
25、.82149.8214.53631.64567070132371.8680.560.44167.85213.636.6 地震作用下的内力分析取轴横向框架分析，轴柱端弯矩计算结果详见表 6-11，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：表 6-11 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算见 层次A-BB-C柱轴力MblMbrlVbMblMbrlVbAB562.64-31.18615.6445.03-45.032.437.53-15.64-21.894120.86-63.05630.6591.07-91.072.475.89-46.29-6
26、7.133184.52-92.63646.19133.80-133.802.4111.50-92.48-132.442212.01-110.97653.83160.30-160.302.4133.58-146.31-212.191241.43-129.96661.90187.71-187.712.4156.43-208.21-306.72以五层AB梁为例： 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7 竖向荷载作用下横向框架内力计算7.1 计算单元 取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，故直
27、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=18.36KNAB、CD跨均布荷载： BC跨均布荷载：3.38 KN/MA、D轴集中力： B、C轴集中力： A、D节点偏心矩： B、C节点偏心矩： 第一四
28、层：如图7-3所示，图73 一四层梁上作用的恒载A、D轴9-10跨墙体：B、C轴9-10跨墙体： A、D轴窗重量： 2.42.10.4=2.02KNB、C轴门重量： 0.92.40.2=0.43KNAB、CD跨均布荷载：4.08+5.12.25+5.24(3.6-0.6)=31.28KN/MBC跨均布荷载：3.38 KN/mA、D轴集中力: (20.28+5.12.256) 1/2+18.36+36.47+2.021/22=101.12KNB、C轴集中力：(20.28+5.12.256) 1/2+18.36+51.56+0.43】1/22=114.92KN A、D节点偏心矩：B、C节点偏心矩：
29、 7.2.2各层活载计算 一五层活载计算：图74 一五层梁上作用的活载AB、CD跨均布荷载：BC跨均布荷载：A、D轴集中力： 2.02.2561/21/22=13.50KNB、C轴集中力：(2.0 2.2561/2+2.04.52.4/2) 1/22=24.30KNA、D节点偏心矩：B、C节点偏心矩：7.3 各层结点弯矩计算7.3.1五层恒载作用下结点弯矩(布置见图7-2) 7.3.2一四层恒载作用下结点弯矩（布置见图7-3） 7.3.3一五层活载作用下结点弯矩（布置见图7-4） 7.4 梁柱线刚度比（弯矩分配系数）一层：梁 柱 二五层： 柱 图75 梁柱线刚度比7.5 横向框架的弯矩用二次分
30、配法进行弯矩分配 7.5.1 恒载作用下的弯矩二次分配：见（图 7-6）7.5.2活载作用下的弯矩二次分配：见（图7-7）7.5.3 恒载作用下的内力图图7-8 恒载作用下梁柱弯矩图图7-9 恒载作用下梁柱轴力图图7-10 恒载作用下梁柱剪力图7.5.4活载作用下的内力图图7-11 活载作用下梁柱弯矩图图7-12 活载作用下梁柱轴力图图7-13 活载作用下梁柱剪力图7.5.5 荷载作用下的内力表7-1 恒载作用下的内力表7-2 活载作用下的内力注：以5层为例计算跨中弯距及剪力梁左上柱下柱梁左梁右上柱下柱0.4920.5080.2240.2160.56012.01-46.6846.68-12.9
31、5-1.6217.0617.61-7.19-6.94-17.9813.31-3.608.81-6.881.93-4.78-4.94-0.87-0.83-2.1637.60-37.6047.43-27.60-19.830.3300.3300.3400.1840.1780.1780.460 13.15-93.8493.84-14.94-1.6226.6326.6327.43-14.22-13.76-13.76-35.558.5313.31-7.1113.72-3.47-6.881.29-4.86-4.86-5.01-0.86-0.83-0.83-2.1430.2948.23-78.5292.48-
32、18.05-36.40-38.030.3300.3300.3400.1840.1780.1780.46013.15-93.8493.84-14.94-1.6226.6326.6327.43-14.22-13.76-13.76-35.5513.3113.31-7.1113.72-6.88-6.881.29-6.44-6.44-6.64-0.23-0.22-0.22-0.5733.5046.65-80.1593.11-20.86-35.80-36.460.3300.3300.3400.1840.1780.1780.46013.15-93.8493.84-14.94-1.6226.6326.6327
33、.43-14.22-13.76-13.76-35.5613.3114.24-7.1113.72-6.88-7.111.29-6.75-6.75-6.95-0.19-0.18-0.18-0.4733.2047.27-80.4793.15-20.82-35.97-36.360.3530.2820.3650.1910.1840.1480.47713.15-93.8493.84-14.94-1.6228.4822.7529.45-14.76-14.22-11.44-36.8613.310.00-7.3814.73-6.880.001.35-2.09-1.67-2.17-1.76-1.69-1.36-4
34、.3939.7034.23-73.9392.05-22.79-27.74-41.52 A B C 图 7-6 恒载作用下弯矩二次分配图（KNm）梁左 上柱下柱梁左梁右上柱下柱0.4920.5080.2240.2160.5601.76-13.5013.50-3.165.785.96-2.32 -2.23-5.791.94-1.162.98-0.921.93-0.38-0.40-0.90-0.86-2.249.09-9.0913.27-7.18-6.090.3300.3300.3400.1840.1780.1780.4601.76-13.5013.50-3.163.873.873.99-1.90-1.84-1.84-4.762.891.94-0.952.00-1.12-0.921.29-1.28-1.28-1.32-0.23-0.22-0.22-0.575.486.29-11.7813.36-3.18-6.14-4.040.3300.3300.3400.1840.1780.1780.4601.76-13.5013.50-3.163.873.873.99-1.90-1.84-1.84-4.761.941.94-0.952.00-0.92-0.921.29-0.96-0.96-99-0.27-0.26-0.26-0.664.856.61-11.4513.3
